JPH0850022A

JPH0850022A - 角速度センサ

Info

Publication number: JPH0850022A
Application number: JP7152334A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Mochida; 洋一持田; Katsuhiko Tanaka; 克彦田中; Kazufumi Moriya; 和文森屋; Tomoyasu Hasegawa; 友保長谷川; Kenichi Atsuji; 健一厚地; Shoichi Sugimoto; 正一杉本
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1994-05-30
Filing date: 1995-05-26
Publication date: 1996-02-20

Abstract

(57)【要約】【目的】角速度センサ内にＦＥＴを内蔵し、コリオリ
力による振動板の変位をチャンネルを流れるドレイン電
流として検出し、角速度の高精度検出を行う。【構成】基板１２をＰ形のシリコンによって形成し、
可動部１３は支持部と支持梁を介して支持された振動板
１６からなり、振動板１６は矢示Ａ1 ，Ａ2 方向に横振
動可能になる。振動板１６をゲートＧ、基板１２にソー
ス領域２０とドレイン領域２１をＮ形半導体として形成
し、その上側には絶縁膜２２を着膜形成する。角速度セ
ンサ１１内のＮチャンネルの絶縁ゲート形ＦＥＴによ
り、コリオリ力Ｆ1 ，Ｆ2 による振動板１６と基板１２
との離間寸法の変位は、チャンネル２８を流れるドレイ
ン電流の変化として検出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転体の角速度を検出
する角速度センサに関し、特にセンサ内に電界効果トラ
ンジスタを内蔵した角速度センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】まず、図１３ないし図１６に従来技術に
よる角速度センサを示す。

【０００３】図中、１は従来技術による角速度センサ、
２は該角速度センサ１の本体をなすように高抵抗を有す
る単結晶のシリコン材料によって長方形の板状に形成さ
れた基板をそれぞれ示す。

【０００４】３は基板２上にＰ，Ｂ，Ｓｂ等がドーピン
グされた低抵抗のポリシリコンによって形成された可動
部を示し、該可動部３は長手方向に対向して窒化膜４Ａ
を介して設けられた一対の支持部４，４と、該各支持部
４の両端から中央部に向けて長手方向（Ｙ軸方向）に伸
長する４本の支持梁５，５，…と、該各支持梁５によっ
て支持された振動板６とからなり、Ｘ軸方向となる該振
動板６の左，右両側面には複数の電極板７Ａ，７Ａ，…
（５本）からなる可動側くし状電極７，７が突出形成さ
れている。また、各支持部４のみが基板２に固着され、
各支持梁５と振動板６は前記基板２から浮いた状態で保
持され、振動板６は基板２と平行となるように矢示Ａ1
，Ａ2 方向の横振動を起すようになっている。

【０００５】８，８は基板２上に振動板６を挟むように
窒化膜８Ａを介して設けられた一対の固定側くし状電極
を示し、該各固定側くし状電極８は前記可動側くし状電
極７，７と対向する面に電極板８Ｂ，８Ｂ，…（５本）
が突出形成されている。

【０００６】９，９は振動発生手段となる振動発生部を
示し、該各振動発生部９は可動側くし状電極７と固定側
くし状電極８とから構成され、該電極７，８の電極板７
Ａ，８Ｂとの間には隙間が形成されている。ここで、可
動側くし状電極７と各固定側くし状電極８との間に周波
数ｆの振動駆動信号を印加すると、各電極板７Ａ，８Ｂ
間には静電力が発生し、この静電力によって振動板６が
矢示Ａ1 ，Ａ2 方向に同じ大きさで交互に基板２と水平
方向の振動を行うようになっている。

【０００７】１０は変位検出手段を構成する検出電極板
を示し、該検出電極板１０は基板２上に基板２と異なる
特性になるようなドーパント（例えば、基板２がＰ形な
らばＮ形になるようなドーパント）を高濃度にドーピン
グすることによって形成されている。そして、前記振動
板６と基板２との離間寸法の変位は、検出電極板１０と
振動板６との静電容量の変化として検出されるようにな
っている。

【０００８】このように構成される角速度センサ１にお
いては、各振動発生部９に振動駆動信号を印加すると、
前記振動板６は矢示Ａ1 ，Ａ2 方向に同じ大きさで交互
に基板２に対して水平方向の振動を行い、この状態でＹ
軸周りに角速度Ωが加わると、互いに逆向きの高さ方向
にＦ1 ，Ｆ2 というコリオリ力（慣性力）が交互に発生
する。

【０００９】ここで、各振動発生部９による振動板６の
水平方向の変位ｘと速度Ｖは、次の数１のようになる。

【００１０】

【数１】ｘ＝Ａｓｉｎ（（２πｆ）ｔ）Ｖ＝Ａ（２πｆ）ｃｏｓ（（２πｆ）ｔ）ただし、Ａ：振幅ｆ：振動駆動信号の周波数

【００１１】さらに、コリオリ力Ｆ1 ，Ｆ2 は数２のよ
うになる。

【００１２】

【数２】Ｆ1 ＝Ｆ2 ＝２ｍΩＶ＝２ｍΩ×Ａ（２πｆ）ｃｏｓ（（２πｆ）ｔ）ただし、ｍ：振動板６の質量

【００１３】そして、図１３および図１５に示すよう
に、振動板６は数２の力で上下に振動し、この振動板６
による振動変位を検出電極板１０と振動板６との間の静
電容量の変化として検出し、角速度Ωを検出する。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術による角速度センサ１は、シリコンの半導体製造
技術（成膜、エッチング等の所謂マイクロマシニング技
術）を用いて作成しているが、この技術を利用して角速
度センサ１を作成すると、可動部３の振動板６の質量と
大きさが小さくなる。また、前記数２によって明らかな
ように、コリオリ力Ｆ1 ，Ｆ2 は振動板６の質量ｍに依
存しているために、該振動板６に作用するコリオリ力は
小さくなる。この結果、振動板６の高さ方向の変位が小
さくなり、出力信号が微小になるため、角速度Ωを高精
度に検出することができないという問題がある。

【００１５】本発明は上述した従来技術の問題に鑑みな
されたもので、本発明は変位検出手段を電界効果トラン
ジスタとして構成することにより、高精度に角速度検出
を行うことのできる角速度センサを提供することを目的
としている。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、請求項１の発明が採用する角速度センサの構成
は、半導体の基板と、該基板上に設けられた支持部に支
持梁を介して支持された振動板を有する可動部と、該可
動部の振動板に基板に対して水平方向の振動を与える振
動発生手段と、該振動発生手段によって前記振動板に振
動を与えている状態で、コリオリ力による該振動板の垂
直方向への変位を検出する変位検出手段とを備え、前記
可動部の振動板をゲートとし、該振動板に対向した前記
基板の面にそれぞれ離間した状態でソース、ドレインを
形成することにより、前記変位検出手段をゲート、ソー
スおよびドレインからなる電界効果トランジスタとして
構成したことにある。

【００１７】請求項２の発明は、前記基板をＰ形半導体
で形成し、前記ソースとドレインをＮ形半導体で形成
し、前記変位検出手段をＮチャンネルの絶縁ゲート形電
界効果トランジスタとしたことにある。

【００１８】請求項３の発明は、前記基板をＮ形半導体
で形成し、前記ソースとドレインをＰ形半導体で形成
し、前記変位検出手段をＰチャンネルの絶縁ゲート形電
界効果トランジスタとしたことにある。

【００１９】また、請求項４の発明は、前記基板はシリ
コン材料によって形成し、前記可動部はポリシリコン材
料によって形成したことにある。

【００２０】さらに、請求項５の発明は、前記ソース、
ドレインは前記基板上にそれぞれ設けられた電極を介し
て外部と接続し、前記ゲートは前記可動部の支持部に設
けられた電極を介して外部と接続する構成としたことに
ある。

【００２１】

【作用】請求項１の発明のように、可動部の振動板をゲ
ート、該振動板に対向した基板の面にそれぞれ離間した
ソースとドレインを形成して、変位検出手段を電界効果
トランジスタとすることにより、コリオリ力によって変
位する振動板と基板との離間寸法は静電容量の変化とな
り、この静電容量の変化は電界効果トランジスタとして
はソースとドレインとの間に形成された通路（チャンネ
ル）を流れる電流に影響を与え、該チャンネルを流れる
ドレイン電流が制御される。そして、このドレイン電流
の変化は振動板と基板との離間寸法に対応した変位とし
て検出することができる。

【００２２】請求項２（３）では、前記絶縁ゲート形電
界効果トランジスタにおいて、基板をＰ形半導体（Ｎ形
半導体）で形成し、ソースとドレインをＮ形半導体（Ｐ
形半導体）で形成することにより、ソースとドレインと
の通路（チャンネル）は電子の通路となるＮチャンネル
（Ｐチャンネル）の絶縁ゲート形電界効果トランジスタ
として構成できる。

【００２３】また、請求項４のように、基板をシリコン
材料によって形成し、可動部をポリシリコン材料によっ
て形成することにより、基板上に形成する可動部を容易
に形成することができる。

【００２４】さらに、請求項５のように、ソース、ドレ
インは基板に設けられた電極を介して外部に接続し、ゲ
ートは可動部の支持部に形成した電極を介して外部に接
続したから、外部との接続を簡単に行うことができると
共に、各電極をパターニング等によって容易に形成する
ことができる。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１ないし図１２に
基づき説明する。なお、実施例では前述した従来技術と
同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略す
るものとする。

【００２６】まず、図１ないし図８に本発明の第１の実
施例を示す。

【００２７】図中、１１は本実施例による角速度セン
サ、該角速度センサ１１は従来技術による角速度センサ
１とほぼ同様の構成となっているものの、該角速度セン
サ１１は、後述する可動部１３にゲートＧ、基板１２の
表面にソース領域２０、ドレイン領域２１をそれぞれ形
成することにより、電界効果トランジスタ２７（以下、
ＦＥＴ２７という）を構成する点で異なっている。

【００２８】１２は角速度センサ１１の本体をなす長方
形板状の基板を示し、該基板１２は純粋な単結晶のシリ
コン材料にＢ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ等の３価原子をドーピ
ングすることによりＰ形半導体として形成されている。

【００２９】１３は基板１２上にＰ，Ｂ，Ｓｂ等がドー
ピングされた低抵抗のポリシリコンによって形成された
可動部を示し、該可動部１３は前記基板１２の長手方向
に対向し、窒化膜１４Ａを介して設けられた一対の支持
部１４，１４と、該各支持部１４の両端から長手方向に
伸長する４本の支持梁１５，１５，…と、該各支持梁１
５によって支持された振動板１６とからなる。また、該
振動板１６の短手方向両側面には複数の電極板１７Ａ，
１７Ａ，…（５本）からなる可動側くし状電極１７，１
７が突出形成されている。

【００３０】このように、前記可動部１３においては、
各支持部１４のみが窒化膜１４Ａを介して基板１２に固
着され、各支持梁１５と振動板１６は前記基板１２から
浮いた状態で保持されている。そして、該振動板１６は
基板１２と平行となるような矢示Ａ1 ，Ａ2 方向の横振
動を起すようになっている。なお、該可動部１３のうち
振動板１６がＦＥＴ２７を構成するゲートＧとなる。

【００３１】１８，１８は基板１２上に窒化膜１８Ａを
介して設けられた一対の固定側くし状電極を示し、該各
固定側くし状電極１８はポリシリコンによって形成さ
れ、Ｘ軸方向となる振動板１６の左，右の両側に離間し
て設けられ、前記各可動側くし状電極１７の電極板１７
Ａ，１７Ａ，…（５本）と対向する面には電極板１８
Ｂ，１８Ｂ，…（５本）が突出形成されている。

【００３２】１９，１９は振動発生手段となる振動発生
部を示し、該各振動発生部１９は可動側くし状電極１７
と固定側くし状電極１８とから構成され、該電極１７，
１８の電極板１７Ａ，１８Ｂとの間には隙間が形成され
ている。ここで、可動側くし状電極１７と各固定側くし
状電極１８との間に周波数ｆの振動駆動信号を印加する
と、各電極板１７Ａ，１８Ｂ間には静電力が発生し、こ
の静電力によって振動板１６が矢示Ａ1 ，Ａ2 方向に同
じ大きさで交互に基板１２と水平方向の振動を行うよう
になっている。

【００３３】２０は本実施例によるソース領域、２１は
同じく本実施例によるドレイン領域をそれぞれ示し、該
ソース領域２０，ドレイン領域２１は、前記基板１２表
面の振動板１６に対向した位置に長手方向に延びるよう
にそれぞれ離間して形成され、該領域２０，２１は基板
１２にＰ，Ａｓ，Ｓｂ等の５価原子をイオン打込みする
ことによりＮ形半導体として形成されている。

【００３４】２２は絶縁膜を示し、該絶縁膜２２は前記
基板１２表面の振動板１６に対向した位置に窒化膜によ
って形成され、該絶縁膜２２は前記ソース領域２０とド
レイン領域２１に跨がる大きさになっている。

【００３５】２３はクロム−白金−金，クロム−金等に
より形成されたソース側電極パターンを示し、該電極パ
ターン２３は可動部１３を避けるように基板１２上に形
成されている。そして、該電極パターン２３は前記ソー
ス領域２０と基板１２の長手方向の端部に設けられたソ
ース側電極パット２３Ａとを接続するものである。

【００３６】２４は同じくクロム−白金−金，クロム−
金等により形成されたドレイン側電極パターンを示し、
該電極パターン２４は可動部１３を避けるように基板１
２上に形成されている。そして、該電極パターン２４は
前記ドレイン領域２１と基板１２の長手方向の端部に設
けられたドレイン側電極パット２４Ａとを接続するもの
である。

【００３７】２５はクロム−白金−金，クロム−金等に
より形成されたゲート側電極パットを示し、該ゲート側
電極パット２５は可動部１３のうち一方の支持部１４上
に設けられている。

【００３８】なお、２６は基板１２の裏面側にアルミニ
ウム薄膜等によって形成された電極板を示す。

【００３９】このように、本実施例による角速度センサ
１１は可動部１３の振動板１６をゲートＧとし、前記振
動板１６に対向した基板１２表面にはソース領域２０と
ドレイン領域２１とを離間して形成し、該ソース領域２
０とドレイン領域２１との間には窒化膜からなる絶縁膜
２２を形成したから、角速度センサ１１内には変位検出
手段として絶縁ゲート形のＦＥＴ２７（図８参照）が形
成されている。

【００４０】さらに、前記基板１２をＰ形半導体となる
シリコン板によって形成し、ソース領域２０とドレイン
領域２１をＮ形半導体として形成することにより、前記
基板１２の絶縁膜２２直下には反転層となる電子の通路
（以下、チャンネル２８（図２参照）という）が形成さ
れる。なお、本実施例においてはチャンネル２８はＮ形
チャンネルとなるから、前記ＦＥＴ２７はＮチャンネル
の電界効果トランジスタとして構成される。

【００４１】次に、このように構成される角速度センサ
１１の製造方法について、図４ないし図７に基づいて説
明する。

【００４２】ここで、図４に示す予備工程では、Ｐ形半
導体に形成されたシリコンウエハ３１表面の所定位置に
Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ等の５価原子をイオン打込みすることに
よりＮ形半導体となるソース領域２０，ドレイン領域２
１が形成される。さらに、シリコンウエハ３１表面に支
持部１４，１４が形成される位置に窒化膜１４Ａ，１４
Ａが着膜され、前記ソース領域２０，ドレイン領域２１
を跨ぐ位置に絶縁膜２２が着膜形成される。

【００４３】次に、図５に示すポリシリコン層形成工程
では、窒化膜１４Ａ，１４Ａの間にリンをドーピングし
た酸化膜（ＰＳＧ膜）からなる犠牲層３２を形成し、こ
の上に、ポリシリコン層３３を形成する。

【００４４】さらに、図６に示す可動部１３と固定側く
し状電極１８，１８を形成するエッチング工程では、ポ
リシリコン層３３の外側からホトリソグラフィ法でＡｌ
膜，ＳｉＯ₂ 膜，レジスト等のマスクをパターン形成し
た後に、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等のエッチン
グ加工により可動部１３と固定側くし状電極１８，１８
を形成する。なお、このとき振動板１６には各可動側く
し状電極１７の各電極板１７Ａが形成され、固定側くし
状電極１８には各電極板１８Ｂが形成されることによ
り、振動板１６の両側には振動発生部１９，１９が構成
されている。さらに、クロム−白金−金，クロム−金等
を成膜、パターニングすることにより、ソース領域２
０、ドレイン領域２１と接続される電極パターン２３，
２４、電極パット２３Ａ，２４Ａ，２５を形成する。

【００４５】そして、図７に示す犠牲層除去工程では、
犠牲層３２をＨＦ液等によるウエットエッチングによっ
て除去すると共に、図６の点線で示す位置でダイシング
することにより、１枚のシリコンウエハ３１から多数個
の角速度センサ１１を製造する。

【００４６】このように本実施例による角速度センサ１
１は構成されるが、次に角速度Ωを検出するための回路
図を図８に示すと共に、併せて角速度センサ１１の検出
動作についても説明する。

【００４７】図８中における回路全体の構成は、ＦＥＴ
２７のソース接地方式となっており、ゲートＧに電位を
加わえる電圧ＶGSとソースＳとドレインＤ間に電位を加
える電圧ＶDSがそれぞれ決められた極性に接続されてい
る。

【００４８】また、４１はＦＥＴ２７のドレインＤ側に
接続された検出抵抗を示し、該検出抵抗４１はＦＥＴ２
７のチャンネル２８を流れるドレイン電流Ｉd を電圧と
して検出するようになっている。

【００４９】４２は検出抵抗４１の後段に位置して結合
コンデンサ４３を介して接続された増幅回路を示し、該
増幅回路４２は前記検出抵抗４１によって検出されたド
レイン電流Ｉd に対応した電圧を増幅するものである。

【００５０】ここで、本実施例による角速度センサ１１
における機械的な動作は、従来技術の角速度センサ１と
同様であり、振動板１６が振動駆動信号によって矢示Ａ
1 ，Ａ2 方向に基板１２に対して水平方向に振動した状
態で、Ｙ軸周りに角速度Ωが加わると、互いに逆向きの
高さ方向にＦ1 ，Ｆ2 というコリオリ力（慣性力）が交
互に作用し、振動板１６は上下に振動するようになって
いる。

【００５１】次に、電気的な動作においては、振動板１
６はＦＥＴ２７のゲートＧとなっているから、該振動板
１６と基板１２との離間寸法による静電容量は、ゲート
Ｇとチャンネル２８との間の静電容量を変化させる。そ
して、この静電容量は、チャンネル２８を流れるドレイ
ン電流Ｉd に大きな影響を及ぼす。

【００５２】ここで、前記ゲートＧに加わる電圧ＶGSは
一定であるから、チャンネル２８内で電界効果によって
誘起される電荷の量は、ゲートＧとチャンネル２８との
間の静電容量に依存することになる。即ち、振動板１６
が基板１２に接近したときには静電容量は大きくなり、
チャンネル２８内で誘起される電荷の量は増加し、該チ
ャンネル２８の抵抗値は小さくなってドレイン電流Ｉd
は大きくなる。一方、振動板１６が基板１２から離間し
たときには静電容量は小さくなり、チャンネル２８内で
誘起される電荷の量は減少し、該チャンネル２８の抵抗
値は大きくなってドレイン電流Ｉd は小さくなる。

【００５３】そして、検出抵抗４１で検出されたドレイ
ン電流Ｉd は、増幅回路４２で増幅して出力されるか
ら、振動板１６に加わるコリオリ力Ｆ1 ，Ｆ2 による振
動板１６の変位を高精度に検出することができる。

【００５４】また、振動板１６と基板１２との離間寸法
によって発生する静電容量の部分をゲート、ドレイン、
ソース間に設け、この静電容量の変化を直接ＦＥＴ２７
のドレイン電流Ｉd の変化として検出しているから、ノ
イズが重畳するのを防止することができるから、静電容
量の微小変化もドレイン電流Ｉd の大きな変化として正
確に検出することができる。

【００５５】このように、本実施例による角速度センサ
１１においては、該角速度センサ１１内にＦＥＴ２７を
形成することにより、Ｙ軸周りに加わる角速度Ωを振動
板１６の上下に働くコリオリ力Ｆ1 ，Ｆ2 に変換し、該
振動板１６の上下方向の振動を、チャンネル２８中で誘
起される電荷の量として直接検出することができ、ドレ
イン電流Ｉd の変化として検出する。そして、ＦＥＴ２
７は素子と一体になっているから、振動板１６と基板１
２との微小な離間寸法の変位を、外部からのノイズの影
響を受けず、Ｓ／Ｎ比のよい信号として検出することが
できる。この結果、振動板の質量と大きさが小さい場合
でも、この変位を正確に検出することができ、角速度Ω
を高精度に検出することができる。

【００５６】また、本実施例では、基板１２を単結晶シ
リコンで形成し、可動部１３と各固定側くし状電極１８
をポリシリコンによって形成することにより、可動部１
３と各固定側くし状電極１８を容易に形成することがで
き、角速度センサ１１の生産性を向上させることができ
る。さらに、単一のシリコンウエハ３１に図４ないし図
７に示す製造工程からなる角速度センサ１１を同時に複
数個同時加工すれば、１度の製造工程で多数個の角速度
センサ１１を製造できる。

【００５７】さらに、ソース領域２０と外部を接続する
ためのソース側電極パターン２３を基板１２上に形成
し、ドレイン領域２１と外部を接続するためのとドレイ
ン側電極パターン２４を基板１２上に形成し、さらにゲ
ートと外部とを接続するゲート側電極パット２５を支持
部１４上に形成したから、ソース，ドレイン，ゲートを
外部と簡単に接続することができる。しかも、電極パタ
ーン２３，２４および電極パット２５はクロム−白金−
金，クロム−金等を基板１２または支持部１４上にパタ
ーンニングすることにより容易に形成することができ
る。

【００５８】なお、前記実施例では、ソース領域２０お
よびドレイン領域２１をそれぞれ電極パターン２３，２
４を用いて電極パット２３Ａ，２４Ａに電気的に接続す
るものとして示したが、本発明はこれに限らず、例えば
図９ないし図１１の変形例に示すように構成してもよ
い。

【００５９】即ち、ソース領域２０，ドレイン領域２１
からそれぞれ接続される低抵抗領域２０Ａ，２１Ａと、
これら低抵抗領域２０Ａおよび２１Ａのそれぞれの一部
を露出させるためのコンタクトホール３４Ａ，３４Ａを
除いて、基板１２表面に着膜された絶縁膜３４と、この
絶縁膜３４上に形成され、コンタクトホール３４Ａ，３
４Ａを介して前記低抵抗領域２０Ａ，２１Ａが電気的に
接続されたコンタクト電極３５，３６と、該コンタクト
電極３５と電気的に接続された電極パット２３Ａを有す
る電極パターン２３と、コンタクト電極３６と電気的に
接続された電極パット２４Ａを有する電極パターン２４
とから構成される。

【００６０】そして、ソース領域２０は低抵抗領域２０
Ａ、コンタクト電極３５、電極パターン２３を用いて電
極パット２３Ａと電気的に接続される。

【００６１】さらに、ドレイン領域２１は低抵抗領域２
１Ａ、コンタクト電極３６、電極パターン２４を用いて
電極パット２３Ａと電気的に接続される。

【００６２】また、この構成では、絶縁膜３４は、基板
１２と支持部１４との間に形成された窒化膜１４Ａ，１
４Ａと、基板１２と固定側くし状電極１８との間に形成
された窒化膜１８Ａ，１８Ａと、基板１２表面の振動板
１６に対向する位置に形成された絶縁膜２２を含んで形
成されている。

【００６３】そして、この場合、低抵抗領域２０Ａ，２
１Ａは、予備工程でソース領域２０，ドレイン領域２１
を形成した方法と同様の方法で形成することができ、Ｐ
形半導体に形成されたシリコンウエハ３１表面のソース
領域２０，ドレイン領域２１のそれぞれに連続する所定
の位置に、Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ等の５価原子をイオン打込
み、Ｎ形半導体とすることにより形成される。また、絶
縁膜３４は、シリコンウエハ３１表面の全面に例えば窒
化膜を形成した後、低抵抗領域２０Ａ，２１Ａのそれぞ
れの一部を露出させるようにパターニングすることによ
り、コンタクトホール３４Ａ，３４Ａが形成される。さ
らに、コンタクト電極３５，３６、電極パターン２３，
２４および電極パット２３Ａ，２４Ａは、絶縁膜３４上
にクロム−白金−金、クロム−金等を成膜、パターニン
グすることにより形成される。

【００６４】次に、図１２は本発明による第２の実施例
を示すに、本実施例の特徴は、基板をＮ形半導体で形成
し、ソース領域とドレイン領域をＰ形半導体で形成する
ことにより、角速度センサ５１のＦＥＴ５２をＰチャン
ネルの電界効果トランジスタとしたことにある。

【００６５】なお、本実施例による角速度センサ５１
は、上述した第１の実施例による角速度センサ１１と同
一の構成であるので、その説明を省略するものとし、図
１２においては、ＰチャンネルのＦＥＴ５２による回路
図のみを示す。

【００６６】然るに、本実施例による角速度センサ５１
では、その検出動作においては前述した第１の実施例に
よる角速度センサ１１とほぼ同様に行うことができる。
また、ＦＥＴ５２の構成上、図１２に示す回路図のよう
に、電圧ＶGSと電圧ＶDSの極性がそれぞれ第１の実施例
とは逆の極性となり、ドレイン電流Ｉd は逆方向に流れ
るようになるものの、角速度Ωの検出においては、第１
の実施例と同様に高精度な検出を行うことができる。

【００６７】なお、前記各実施例では、振動板１６を横
振動させるために、該振動板１６の両側に固定側くし状
電極１８を形成するようにしたが、本発明はこれに限ら
ず、振動板１６の各支持梁１５に圧電体（ピエゾ素子）
等を形成して、該圧電体によって横振動させるようにし
てもよい。

【００６８】また、前記各実施例では、絶縁膜２２を窒
化膜によって形成するようにしたが、酸化膜によって形
成して、ＦＥＴ２７，５２をＭＯＳ型電界効果トランジ
スタとして構成してもよい。また、絶縁膜２２はアルミ
ナ等の絶縁材料によって形成してもよい。

【００６９】さらに、基板１２は単結晶のシリコン板に
限らず、ゲルマニウムまたはガリウ砒素の単結晶によっ
て形成してもよい。

【００７０】

【発明の効果】以上詳述した如く、請求項１の発明によ
れば、可動部の振動板をゲート、振動板に対向した基板
の面にそれぞれ離間したソースとドレインを形成して、
変位検出手段を電界効果トランジスタとすることによ
り、コリオリ力によって変位する振動板と基板との離間
寸法は静電容量の変化となり、この静電容量の変化は、
電界効果トランジスタとしてはソースとドレインとの間
に形成された通路（チャンネル）を流れるキャリアに影
響を与え、該チャンネルを流れるドレイン電流を制御す
る。そして、コリオリ力による振動板の変位を電界効果
トランジスタ内で直接検出することにより、振動板の質
量，大きさが小さい場合でも、ノイズの重畳をなくすと
共にドレイン電流を大きく変化させることができ、角速
度の検出を高精度に行うことができる。

【００７１】請求項２（３）の発明では、前記絶縁ゲー
ト形電界効果トランジスタにおいて、基板をＰ形半導体
（Ｎ形半導体）で形成し、ソースとドレインをＮ形半導
体（Ｐ形半導体）で形成することにより、ソースとドレ
インとの通路（チャンネル）はキャリアの通路となるＮ
チャンネル（Ｐチャンネル）の絶縁ゲート形電界効果ト
ランジスタとして構成でき、ソース接地の回路によって
Ｎチャンネル（Ｐチャンネル）を流れるドレイン電流を
振動板と基板との離間寸法の変位として検出することが
できる。そして、角速度を高精度に検出できる。

【００７２】また、請求項４では、基板をシリコン材料
によって形成し、可動部をポリシリコン材料によって形
成することにより、基板上に形成する可動部を容易に形
成することができ、電界効果トランジスタを内蔵した角
速度センサの生産性を向上させることができる。

【００７３】さらに、請求項５では、ソース、ドレイン
は基板に設けられた電極を介して外部に接続され、ゲー
トは可動部の支持部に形成した電極を介して外部に接続
されるようにしたから、各電極を介して外部と簡単に接
続することができると共に、各電極の形成はパターニン
グ等によって容易に形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例による角速度センサを示す平面図
である。

【図２】図１中の矢示II−II方向からみた縦断面図であ
る。

【図３】図１中の矢示III −III 方向からみた縦断面図
である。

【図４】角速度センサの製造方法によるシリコン板にソ
ース、ドレインとなる領域をＮ形半導体で形成すると共
に、窒化膜，絶縁膜を形成した状態を示す縦断面図であ
る。

【図５】図４に続く、基板上に犠牲層とポリシリコン層
とを形成した状態を示す縦断面図である。

【図６】図５に続く、ポリシリコン層をパターンエッチ
ングすることにより可動部と固定側くし状電極とを形成
した状態を示す縦断面図である。

【図７】図６に続く、犠牲層を除去すると共に、電極部
を設けた状態を示す縦断面図である。

【図８】第１の実施例による角速度センサを用いた検出
回路を示す回路構成図である。

【図９】第１の実施例の変形例による角速度センサを示
す図１と同様位置の平面図である。

【図１０】図９中の矢示Ｘ−Ｘ方向からみた縦断面図で
ある。

【図１１】図９中の矢示XI−XI方向からみた縦断面図で
ある。

【図１２】第２の実施例による角速度センサを用いた検
出回路を示す回路構成図である。

【図１３】従来技術による角速度センサを示す斜視図で
ある。

【図１４】従来技術による角速度センサを示す平面図で
ある。

【図１５】図１４中の矢示XV−XV方向からみた縦断面図
である。

【図１６】図１４中の矢示XVI −XVI 方向からみた縦断
面図である。

【符号の説明】

１１，５１角速度センサ１２基板１３可動部１４支持部１５支持梁１６振動板１７可動側くし状電極１８固定側くし状電極１９振動発生部（振動発生手段）２２絶縁膜２３ソース側電極パターン２４ドレイン側電極パターン２５ゲート側電極パット２７，５２ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）２８チャンネル３１シリコンウエハ３３ポリシリコン層 Ω 角速度

フロントページの続き (72)発明者長谷川友保京都府長岡京市天神二丁目26番10号株式会社村田製作所内 (72)発明者厚地健一京都府長岡京市天神二丁目26番10号株式会社村田製作所内 (72)発明者杉本正一京都府長岡京市天神二丁目26番10号株式会社村田製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体の基板と、該基板上に設けられた
支持部に支持梁を介して支持された振動板を有する可動
部と、該可動部の振動板に基板に対して水平方向の振動
を与える振動発生手段と、該振動発生手段によって前記
振動板に振動を与えている状態で、コリオリ力による該
振動板の垂直方向への変位を検出する変位検出手段とを
備え、前記可動部の振動板をゲートとし、該振動板に対
向した前記基板の面にそれぞれ離間した状態でソース、
ドレインを形成することにより、前記変位検出手段をゲ
ート、ソースおよびドレインからなる電界効果トランジ
スタとして構成してなる角速度センサ。
【請求項２】前記基板はＰ形半導体で形成し、前記ソー
スとドレインはＮ形半導体で形成し、前記変位検出手段
をＮチャンネルの絶縁ゲート形電界効果トランジスタと
してなる請求項１記載の角速度センサ。
【請求項３】前記基板はＮ形半導体で形成し、前記ソ
ースとドレインはＰ形半導体で形成し、前記変位検出手
段をＰチャンネルの絶縁ゲート形電界効果トランジスタ
としてなる請求項１記載の角速度センサ。
【請求項４】前記基板はシリコン材料によって形成
し、前記可動部はポリシリコン材料によって形成してな
る請求項１記載の角速度センサ。
【請求項５】前記ソース、ドレインは前記基板上にそ
れぞれ設けられた電極を介して外部と接続し、前記ゲー
トは前記可動部の支持部に設けられた電極を介して外部
と接続する構成とした請求項１，２，３または４記載の
角速度センサ。