专利名称：位移传感器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及用于检测角速度和加速度的位移传感器。
背景技术：
以往，已经使用三轴加速度传感器(three-axis acceleration sensors)，其利用电容在三个轴即X、Y和Z轴上检测加速度(例如，请见JP-A-4-299227(第一专利文件))。此外，以往也类似地已经使用利用电容检测角速度的角速度传感器(例如，请见JP-A-10-227644(第二专利文件))。
近些年，例如为了检测数字相机的手动震颤已经使用位移传感器，这比如可以检测加速度的加速度传感器或可以检测角速度的角速度传感器，并且对位移传感器需求已经增加。特别是，小尺寸的位移传感器有很大的需求量，并且利用电容的位移传感器引人注目，这是因为这种位移传感器尺寸可被减小并且结构简单。
通常，利用电容的位移传感器每个都具有作为移动电极的探测部分(plumb section)和固定电极，移动电极由具有弹性的梁部分可移动地支撑，而固定电极部分与探测部分相分离，因此通过固定电极部分检测探测部分的位移来检测作用在探测部分上的加速度。
此外，最近已经提出了五轴位移传感器(下称“五轴位移传感器”)，其能够同时检测X、Y、Z三个轴方向上的加速度和两个轴的角速度(例如，请见JP-A-2004-144598(第三专利文件))。特别是，在″The 21st SensorSymposium on Sensors，Micromachine and Applied Systems″会议文集379-383页上″5-Axis Motion Sensor with SOI Structure Using Resonant Drive andNon-Resonant Detection Mode″(第一非专利文件)所揭示的五轴位移传感器，具有易于排空其内部的结构，其中包含有振动器(vibrator)，另外，具有通过蚀刻工艺形成的优点。
具体地讲，第一非专利文件的五轴位移传感器提供有振动器(探测部分)，作为通过具有弹性的梁部分可移动支撑的移动电极，利用包括第一导电层、绝缘层和第二导电层的三层结构的中间基板形成在具有第一电极部分的下玻璃基板和具有第二电极部分的上基板之间，并且通过第一和第二电极来检测振动器的位移，因此检测作用在该振动器上的加速度和角速度。
此外，通过包括振动器的中间基板分别阳极结合(anodically bonding)上玻璃基板和下玻璃基板，可以容易地将包含有振动器的位移传感器的内部排空。另外，因为由中间基板形成的振动器足以与上和下玻璃基板保持预定的距离，所以通过蚀刻工艺可以形成五轴位移传感器。
在下文，将更加具体地描述根据第一非专利文件的五轴位移传感器。图20是展示相关技术的五轴位移传感器100的结构示意图。
如图20所示，相关技术的五轴位移传感器100包括具有第一电极部分201的下基板200、具有第二电极部分401的上基板400和形成在由玻璃制成的下基板200和也由玻璃制成的上基板400之间的中间基板300，并且利用中间基板300形成的通过弹性梁部分301可移动支撑的作为移动电极的振动器(探测部分)302、用于支撑梁部分301的支撑部分303和每个都用于引出(extract)第一电极部分201到上基板400的导通部分304a至304e。
这里应该注意的是，作为中间基板300采用所谓的绝缘体上硅(SOI)基板，其包括由硅导电层形成的第一导电层320、由氧化硅绝缘层(SiO2)形成的绝缘层321和由硅导电层形成的第二导电层322。
第一电极部分201提供有多个固定电极210a至210d和驱动电极210e，多个固定电极210a至210d用于检测振动器302的位移，而驱动电极210e用于移动设置在下基板200内表面220上方的振动器302。
此外，第二电极部分401提供有多个固定电极410a至410d和驱动电极410e，多个固定电极410a至410d用于检测振动器302的位移，而驱动电极410e用于移动设置在上基板400的内表面420上方的振动器302。
除此，每个第一电极部分的电极210a至210e提供有通过中间基板300引出到上基板400的配线。具体地讲，多个导通部分304a至304e通过中间基板300形成在下基板200和上基板400之间，分别用于从下基板200引出电极210a至210e到上基板400。
上基板400提供有从其内表面420到其外表面430形成的通孔415a至415j，其中通孔415a至415e分别连接到导通部分304a至304e，用于引出下基板200的电极210a至210e。此外，通孔415f至415j分别连接到上基板400的电极410a至410e。
如上所述，五轴位移传感器100具有检测电极210a至210d、410a至410d和驱动电极210e和410e，引出到形成在上基板400的外表面430上的电极(未示出)。
应该注意的是，振动器302和导通部分304a至304e彼此分开形成，以物理绝缘来保持电性能。
因为振动器302以预定的间隙设置成面对每个检测电极210a至210d和410a至410d，所以形成电容器C101至C108(未示出；电容器C101至C104分别形成在检测电极210a至210d和振动器302之间，电容器C105至C108分别形成在检测电极410a至410d和振动器302之间)。然后，电容器C101至C108的电容响应振动器302的位移而变化。因此，通过检测电容器C101至C108的电容可以检测振动器302的位移。
将参照附图具体说明如上所述构造的五轴位移传感器100的操作。图21A和21B为沿着图20的XXI-XXI线剖取的截面图，用来说明五轴位移传感器100中检测加速度和角速度原理的示意图。应该注意的是，Y轴方向被指定为垂直于图面的方向。
五轴位移传感器100的驱动电极210e和410e提供有彼此反相的交流电压。每个交流电压的频率为振动器302的谐振频率，并且振动器302以谐振频率在图20的Z轴方向上震荡。
当在振动器302中的Z轴方向上引起加速度时，沿着如图21A所示Z轴方向上引起移动振动器的力Fz。当振动器因此而沿着Z轴移动时，扩大了电极210a至210d和振动器302之间的距离，同时减小了电容器C105至C108的电容。此外，减小了电极410a至410d和振动器302之间的距离，同时增加了电容器C101至C104的电容。
除此，当在Y轴方向上引起加速度时，引起使振动器302倾斜的力Fy，如图21B所示。当振动器因此沿着Y轴移动时，减小了电极210a、210d、410a和410d与振动器302之间的距离，而增加了电容器C101、C104、C105和C108的电容。此外，扩大了电极210b、210c、410b和410c与振动器302之间的距离，而减小了电容器C102、C103、C106和C107的电容。
因此，可以通过检测电容器C101至C108的电容来检测振动器302的位移，结果可以检测在振动器302中引起的加速度。
此外，在振动器302中，通过检测作用在X轴方向上的科里奥利(Coriolis)力可以检测围绕Y轴的角速度，并且通过检测作用在Y轴方向上的科里奥利力可以检测围绕X轴的角速度。与检测加速度的情况相类似，通过检测振动器302的位移可以检测科里奥利力，例如通过检测振动器302在X轴方向上的位移可以进行对作用在X轴方向上的科里奥利力的检测。
此外，五轴位移传感器100可以通过下面的制造方法来制造。图22A至22E是用于说明相关技术的五轴位移传感器100的制造工艺示意图。
如图22A所示，包括第一导电层320、绝缘层321和第二导电层322的中间基板300提供有通过绝缘材料形成的凹陷(dimple)330，并且为连接部分331提供有通过蚀刻形成的开口，以在第一导电层320和第二导电层322之间建立传导。
随后，如图22B所示，在第一导电层320上执行深反应离子蚀刻(DRIE)，以彼此隔开地形成振动器302的下区域302-1、支撑部分303的下区域303-1和导通部分304a至304e的下区域304a-1至304e-1。此外，导通部分304a至304e提供有连接部分331，分别用于通过导电材料连接下区域304a-1至304e-1和上区域304a-2至304e-2。
此后，如图22C所示，提供预先提供有凹陷部分202和第一电极部分201的下基板200，并且中间基板300的第一导电层320阳极结合下基板200的内表面。
此外，如图22D所示，在第二导电层322上执行DRIE，以形成梁部分301、振动器302的上区域302-2、支撑部分303的上区域303-2和导通部分304a至304e的上区域304a-2至304e-2。
在这种情况下，在第二导电层322上执行DRIE，从而在振动器302的上区域302-2与梁部分301之间和在梁部分301与支撑部分303的上区域303-2之间提供连接，并且在振动器302的下区域302-1上面还设置了振动器302的上区域302-2，在支撑部分303的下区域303-1上面设置了支撑部分303的上区域303-2，并且在导通部分304a至304e的下区域304a-1至304e-1上面分别设置了导通部分304a至304e的上区域304a-2至304e-2。
此外，如图22E所示，准备预先提供有第二电极部分401等的上基板400，并且中间基板300和上基板400彼此阳极结合，从而上基板400的内表面430面对中间基板300的上表面。
发明内容
在根据第一非专利文件的五轴位移传感器100中，振动器302和导通部分304a至304e形成为彼此物理分隔，以保持电绝缘条件，并且因此非常难于在下基板200和上基板400的阳极结合之前执行所有的晶片加工。
具体地讲，在中间基板300和下基板200阳极结合之后，执行使振动器302和导通部分304a至304e彼此隔离的晶片加工。
因此，就会引起Na+(钠离子)从玻璃基板的下基板200到第一导电层320的混入问题。
此外，因为要求在中间基板300与下基板200相结合的条件下执行DRIE，所以有弱化冷却效果而降低蚀刻工艺稳定性的可能性。
此外，当在第二导电层322上执行DRIE时，则在中间基板300和下基板200结合时所引起的在下基板200和中间基板300之间所围成的空间压力差可能引起破裂。特别是，恰好在穿透第二导电层322之前破裂的可能性很大。
另外，在结合下基板200和中间基板300之后，蚀刻工艺以后的其余工艺变得困难，并且问题会出现在上基板400和中间基板300的阳极结合上。
根据本发明的实施例，提供有微机械(micromachine)，其包括由导体形成的活动部分和由导体形成的支撑部分，其中该活动部分和支撑部分彼此分隔，绝缘层设置在导体上，导电层设置在绝缘层上，并且导电层形成为跨过活动部分和支撑部分。
根据本发明的另一实施例，提供一种位移传感器，包括具有第一电极部分的下基板；具有第二电极部分的上基板；振动器，通过弹性梁部分可移动地支撑，并且由在下基板和上基板之间的中间基板形成，该中间基板具有三层结构，包括第一导电层、绝缘层和第二导电层；支撑部分，由第一导电层、绝缘层和第二导电层形成，并且支撑梁部分；导通部分，由第一导电层、绝缘层和第二导电层形成，与支撑部分电隔离，并且引出第一电极到上基板，由此通过第一电极部分和第二电极部分检测振动器的位移，以检测角速度和加速度中的至少一个，其中通过从支撑部分延伸的第二导电层来支撑导通部分。
此外，根据本发明的另一实施例，提供一种制造位移传感器的方法，该位移传感器包括具有第一电极部分的下基板、具有第二电极部分的上基板、通过弹性梁可移动支撑的振动器、用于支撑梁的支撑部分和用于引出第一电极部分到上基板的导通部分，该振动器、支撑部分和导通部分通过在下基板和上基板之间的中间基板形成，该中间基板具有三层结构，包括第一导电层、绝缘层和第二导电层，由此用第一电极部分和第二电极部分来检测振动器的位移，以检测角速度和加速度中的至少一个，该方法所包括的步骤为将第一导电层构图的步骤，以形成彼此分隔的振动器的下区域、支撑部分的下区域和导通部分的下区域；将第二导电层构图的步骤，以形成梁部分的区域和振动器的上区域，并且形成支撑部分的上区域和导通部分的上区域，以使彼此电隔离，从而支撑部分的上区域和导通部分的上区域的任一个都从支撑部分的下区域上面延伸到导通部分的下区域上面；以及下基板和上基板与中间基板结合的步骤。
根据本发明的实施例，由于提供了具有包括由导体形成的活动部分和由导体形成的支撑部分的微机械，其中活动部分和支撑部分彼此分隔，绝缘层提供在导体上，导电层提供在绝缘层上，并且导电层形成为跨过活动部分和支撑部分，活动部分通过导电层支撑，因此在制造工艺中可以消除固定活动部分的结构，以使微机械的制造更容易，并且还可以改善与半导体生产线上的半导体装置的制造的兼容性。
根据本发明的实施例，由于为所提供的位移传感器设置了一振动器，该振动器具有通过弹性梁部分可移动支撑并且由在具有第一电极部分的下基板和具有第二电极部分的上基板之间的中间基板形成，而该中间基板具有三层结构，包括第一导电层、绝缘层和第二导电层，因此通过第一电极部分和第二电极部分检测振动器的位移，以检测角速度和加速度之一，该位移传感器还包括由第一导电层、绝缘层和第二导电层形成并且用于梁部分支撑的支撑部分，以及由第一导电层、绝缘层和第二导电层形成并且与支撑部分电隔离的导通部分，该导通部分用于引出第一电极部分到上基板，其中该导通部分通过从支撑部分延伸的第二导电层来支撑，因此可以改善位移传感器的制造质量。具体地讲，因为中间基板可以在振动器、梁部分、支撑部分和导通部分设置到中间基板之后与下基板和上基板结合，所以可以消除Na+混入、由压差引起的破裂等的可能性。
根据本发明的实施例，由于提供有一种位移传感器的方法，该位移传感器在具有第一电极部分的下基板和具有第二电极部分的上基板之间设有通过弹性梁可移动支撑的振动器、用于支撑梁的支撑部分和用于引出第一电极部分到上基板的导通部分，该振动器、支撑部分和导通部分利用中间基板形成，该中间基板具有三层结构，包括第一导电层、绝缘层和第二导电层，并且用于检测振动器与第一电极部分和第二电极部分的位移，以检测角速度和加速度之一，该方法包括的步骤为将第一导电层构图的步骤，以形成彼此分隔的振动器的下区域、支撑部分的下区域和导通部分的下区域；将第二导电层构图的步骤，以形成梁部分的区域和振动器的上区域，并且形成支撑部分的上区域和导通部分的上区域，以便彼此电隔离，从而支撑部分的上区域和导通部分的上区域中任一个都从支撑部分的下区域上面延伸到导通部分的下区域上面；以及用中间基板连接下基板和上基板的步骤，因此可以改善位移传感器的制造质量。具体地讲，因为在振动器、梁部分、支撑部分和导通部分提供到中间基板之后，中间基板可以与下基板和上基板结合，所以可以消除Na+混入、由压差引起的破裂等的可能性。
图1为本实施例的位移传感器的分解图。
图2为图1所示位移传感器的局部透明透视图。
图3A为图1所示位移传感器沿着IIIA-IIIA线剖取的截面图，而图3B为图1所示位移传感器沿着IIIB-IIIB线剖取的截面图。
图4为沿着IIIB-IIIB线剖取的本实施例的另一个位移传感器的截面图。
图5为图1所示位移传感器所用加速度/角速度检测电路的方框图。
图6为用于说明根据实施例的位移传感器的制造工艺的示意图。
图7为用于说明根据实施例的位移传感器的制造工艺的示意图。
图8为用于说明根据实施例的位移传感器的制造工艺的示意图。
图9为用于说明根据实施例的位移传感器的制造工艺的示意图。
图10为用于说明根据实施例的位移传感器的制造工艺的示意图。
图11为用于说明根据实施例的位移传感器的制造工艺的示意图。
图12为用于说明根据实施例的位移传感器的制造工艺的示意图。
图13为用于说明根据实施例的位移传感器的制造工艺的示意图。
图14为用于说明根据实施例的位移传感器的制造工艺的示意图。
图15为用于说明根据实施例的位移传感器的制造工艺的示意图。
图16为用于说明根据实施例的位移传感器的制造工艺的示意图。
图17为用于说明根据实施例的位移传感器的制造工艺的示意图。
图18为用于说明根据实施例的位移传感器的制造工艺的示意图。
图19为用于说明根据实施例的位移传感器的制造工艺的示意图。
图20为示出相关技术的位移传感器结构的示意图。
图21A和21B为用于说明相关技术的位移传感器检测加速度和角速度的原理的示意图。
图22A至22E为用于说明相关技术的位移传感器的制造工艺的示意图。
具体实施例方式
根据本实施例的位移传感器为提供有振动器的位移传感器，该振动器通过弹性梁部分可移动地支撑，并且由在具有第一电极部分的下基板和具有第二电极部分的上基板之间的中间基板形成，该中间基板具有三层结构，包括第一导电层、绝缘层和第二导电层，因此通过第一电极部分和第二电极部分来检测振动器的位移，以检测角速度或加速度。
此外，位移传感器提供有支撑部分和导通部分，支撑部分由第一导电层、绝缘层和第二导电层形成并且用于支撑梁部分，而导通部分由第一导电层、绝缘层和第二导电层形成，与支撑部分电隔离，并且用于引出第一电极部分到上基板。
在这种情况下，因为导通部分通过从支撑部分延伸的第一导电层或第二导电层支撑，所以振动器、梁部分、支撑部分和导通部分可以整体形成，而不彼此分隔。
结果，可以改善位移传感器的制造质量。具体地讲，因为在振动器、梁部分、支撑部分和导通部分设置到中间基板之后，中间基板可以与下基板和上基板结合，所以可以消除Na+混入、由压力差引起的破裂等的可能性。
此外，可以设置成通过从导通部分延伸到支撑部分的第一导电层和第二导电层支撑导通部分，而非第一导电层和第二导电层从支撑部分延伸。
根据本实施例的位移传感器的制造方法如下所述，用于在具有第一电极部分的下基板和具有第二电极部分的上基板之间，利用包括第一导电层、绝缘层和第二导电层的具有三层结构的中间基板，形成通过弹性梁可移动支撑的振动器、用于支撑梁的支撑部分和用于引出第一电极部分到上基板的导通部分。
即，将第一导电层构图以形成振动器的下区域、支撑部分的下区域和导通部分的下区域，以便彼此分隔。
此外，将第二导电层构图以形成梁部分的区域和振动器的上区域，另外形成支撑部分的上区域和导通部分的上区域以便彼此电隔离，并且此外，使得支撑部分的上区域或导通部分的上区域从支撑部分的下区域上面延伸到导通部分的下区域上面。此后，下基板和上基板与中间基板结合。
结果，可以改善位移传感器的制造质量。具体地讲，因为在振动器、梁部分、支撑部分和导通部分设置到中间基板之后，中间基板与下基板和上基板结合，所以可以消除Na+混入、由压力差引起的破裂等的可能性。
此外，通过如下的步骤形成梁部分、振动器、支撑部分和导通部分可以获得相同的优点。
即，将第二导电层构图以形成梁部分的区域和振动器的上区域，并且同同时形成支撑部分的上区域和导通部分的上区域，以便彼此电隔离。
然后，将第一导电层构图以形成振动器的下区域、支撑部分的下区域和和导通部分的下区域，以便彼此分隔，另外形成支撑部分的下区域或导通部分的下区域，以便从支撑部分的上区域下面延伸到导通部分的上区域下面。此后，下基板和上基板与中间基板结合。
在下文，将参照附图更具体地说明本发明的实施例。应该注意的是，将在本实施例中进行说明，以能够同时检测X、Y、Z三个轴方向上的加速度和围绕两个轴的角速度的位移传感器1为例。图1为本实施例的位移传感器1的分解图，图2为本实施例的位移传感器1的局部透明透视图，图3A是沿着图1所示IIIA-IIIA线剖取的截面图，而图3B为沿着图1所示IIIB-IIIB线剖取的截面图。
如图1所示，根据本实施例的五轴位移传感器1(下称“位移传感器1”)提供有具有第一电极部分11的下基板10、具有第二电极部分31的上基板30和在下基板10与上基板30之间的中间基板20，该中间基板20形成通过多个弹性梁部分21可移动支撑的作为移动电极的振动器(探测部分)22、用于支撑梁部分21的支撑部分23、和用于引出第一电极部分11到上基板30的导通部分24a至24e。
在此应该注意的是，所谓的绝缘体上硅(SOI)用作中间基板20，其包括由硅导电层形成的第一导电层25、由氧化硅绝缘层(SiO2)形成的绝缘层26和由硅导电层形成的第二导电层27。
作为第一电极部分11，在下基板10的内表面12上提供有用于检测振动器22的位移的多个检测电极14a至14d和用于移动振动器22的驱动电极14e。
此外，作为第二电极部分31，在上基板30的内表面32上提供有用于检测振动器22的位移的多个检测电极34a至34d和用于移动振动器22的驱动电极34e。
除此，第一电极部分的每个电极14a至14e提供有配线，通过中间基板20引出到上基板30。换言之，在下基板10和上基板30之间以中间基板20形成多个导通部分24a至24e，分别用于从下基板10引出电极14a至14e到上基板30。
上基板30提供有从其上内表面32到外表面33形成的通孔35a至35j，其中通孔35a至35e分别连接到导通部分24a至24e，用于引出下基板10的电极14a至14e。此外，通孔35f至35j分别连接到上基板30的电极34a至34e。除此，尽管附图上没有示出，但是通孔35a至35j分别连接到上基板30的外表面33上提供的多个电极，位移传感器1使用到这些电极。
如上所述，位移传感器1具有检测电极14a至14d、34a至34d及驱动电极14e和34e，其引出到形成在上基板30的外表面33上的电极。
在此应该注意的是，振动器22和导通部分24a至24e形成为彼此分隔以物理绝缘来保持电性能。
换言之，如图3B所示，导通部分24c、24d(同样用于导通部分24a、24b和24e)和支撑部分23由第一导电层25、绝缘层26和第二导电层27形成，而且导通部分与支撑部分23电隔离。
此外，导通部分24c、24d(同样用于导通部分24a、24b和24e)通过从支撑部分23延伸的第二导电层27单独支撑。
具体地讲，导通部分24c、24d的上区域24c-2、24d-2和支撑部分23的上区域23-2的一部分经由绝缘层26分别设置在导通部分24c、24d的下区域24c-1、24d-1上面。此外，导通部分24c、24d的下区域24c-1、24d-1以预定的间隙与支撑部分23的下区域23-1隔开，以便设置来保持电隔离。
换言之，导通部分24c、24d的上区域24c-2、24d-2与支撑部分23的上区域23-2电隔离，并且导通部分24c、24d的下区域24c-1、24d-1也与支撑部分23的下区域23-1电隔开，此外支撑部分23的上区域23-2形成为从支撑部分23的下区域23-1上面延伸到导通部分24c、24d的下区域24c-1、24d-1上面。应该注意的是，这同样适用于导通部分24a、24b和24e。
在此还应注意的是，用支撑部分23支撑导通部分24a至24e的方法不限于如图3B所示的用从支撑部分23延伸的第二导电层27(支撑部分23的上区域23-2)支撑的方法。
例如，如图4所示，导通部分24c、24d(同样用于导通部分24a、24b和24e)可以用从支撑部分23延伸的第一电极25(支撑部分23的下区域23-1)来支撑。
具体地讲，导通部分24c、24d的下区域24c-1、24d-1和支撑部分23的下区域23-1的一部分设置在导通部分24c、24d的上区域24c-2、24d-2下面。此外，导通部分24c、24d的下区域24c-1、24d-1与支撑部分23的下区域23-1相距预定的间隙，以便设置成保持电隔离。导通部分24c、24d的上区域24c-2、24d-2也与支撑部分23的上区域23-2相距预定的间隙，以便设置成保持电隔离。
换言之，导通部分24c、24d的上区域24c-2、24d-2与支撑部分23的上区域23-2电隔离，并且导通部分24c、24d的下区域24c-1、24d-1也与支撑部分23的下区域23-1电隔开，此外，支撑部分23的下区域23-1形成为从支撑部分23的上区域23-2下面延伸到导通部分24c、24d的上区域24c-2、24d-2下面。应该注意的是，这同样适用于导通部分24a、24b和24e。
如上所述，在根据本实施例的位移传感器1中，导通部分24a至24e通过支撑部分23支撑，而导通部分24a至24e与支撑部分23电隔离，因此整体形成梁部分21、振动器22、支撑部分23和导通部分24a至24e，而不是彼此分开。
因此，可以改善位移传感器的制造质量。具体地讲，因为在振动器、梁部分、支撑部分和导通部分设置到中间基板之后，中间基板与下基板和上基板结合，所以可以消除Na+混入、压差引起的破裂等的可能性。
在此应该注意的是，振动器22设置成以预定间隙面对每个检测电极14a至14d、34a至34d，因此分别形成电容器C1至C8(未示出)。然后，电容器C1至C8的电容响应振动器22的位移而变化。因此，可以通过检测电容器C1至C8的电容来检测振动器22的位移。
位移传感器1的驱动电极14e和34e施加彼此反相的交流电压。每个交流电压的频率为振动器22的谐振频率，并且振动器22以谐振频率在图1的Z轴方向上振荡。
与相关技术的位移传感器100相类似，如果在振动器22中的Z轴方向上引起加速度，则振动器沿着Z轴振荡。此外，如果在X轴方向或Y轴方向引起加速度，则振动器22倾斜。因此，通过检测振动器22的位移可以检测在振动器22中引起的加速度。
此外，在振动器22中，通过检测作用在X轴方向上的科里奥利力可以检测围绕Y轴的角速度，并且通过检测作用在Y轴方向上的科里奥利力可以检测围绕X轴的角速度。通过检测振动器22的位移可以检测科里奥利力，例如，通过检测振动器22在X轴方向上的位移可以进行作用在X轴方向上的科里奥利力的检测。
在下文，将参照附图更详细地说明使用位移传感器1检测加速度和角速度的操作。图5为使用位移传感器1的加速度/角速度检测电路2的方框图。
加速度/角速度检测电路2包括驱动电路60、180度相移电路61、电容/电压(C/V)转换器62a至62d、放大器63a至63h及同步检测器电路64。
驱动电路60产生具有引起振动器22谐振的频率的交流电压，并且将该电压施加到位移传感器1的驱动电极16a。此外，从驱动电路60输出的交流电压通过180度相移电路61颠倒相位，并且施加到位移传感器1的驱动电极36e。振动器22响应施加到驱动电极16e、36e的彼此反相交流电压，以谐振频率在附图中的Z轴方向上振荡。
C/V转换器62a至62d将电容Cx+(电容C1+C2)、电容Cx-(电容C3+C4)、电容Cy+(电容C5+C6)及电容Cy-(电容C7+C8)分别转换为电压Vx+、Vx-、Vy+和Vy-。
Vx+、Vx-、Vy+和Vy-分别被输入放大器63a至63c。具体地讲，放大器63a接收电压Vx+、Vx-，并且输出其之间的差值[(Vx+)-(Vx-)]。放大器63c接收电压Vy+、Vy-，并且输出其之间的差值[(Vy+)-(Vy-)]。放大器63b接收电压Vx+、Vx-，并且输出其和值[(Vx+)+(Vx-)]。
从放大器63a至63c输出的值[(Vx+)-(Vx-)]、[(Vx+)+(Vx-)]及[(Vy+)-(Vy-)]分别通过放大器63f至63h放大，并分别作为X轴方向加速度信号Ax、Z轴方向加速度信号Az和Y轴方向加速度信号Ay输出。
此外，从放大器63a、63c输出的值[(Vx+)-(Vx-)]和[(Vy+)-(Vy-)]被输入同步检测电路64，从驱动电路60输出，并且还通过放大器63d、63e分别作为角速度的ωx、ωy输出。
在下文，将参照附图详细地说明根据本实施例的位移传感器1制造方法的实例，图6至19为沿着图1所示IIIA-IIIA线剖取的截面图，用于说明根据本实施例的位移传感器的制造方法的示意图。
首先，如图6所示，准备具有三层结构的中间基板20，其中依次形成由硅导电层形成的第一导电层25、由氧化硅绝缘层形成的绝缘层26和由硅导电层形成的第二导电层27。应该注意的是，硅导电层通过在硅层中掺杂杂质而形成。
在此，通常所采用的SOI基板可以用作三层结构基板，其包括硅导电层、氧化硅绝缘层和硅导电层。如上所述，通过采用三层结构基板例如SOI基板作为中间基板20，梁部分21可以形成为具有精确的厚度。
随后，如图7所示，利用其上已经制成预定图案的抗蚀剂掩模(未示出)通过湿蚀刻第二导电层27，来调整部分第二导电层27的厚度，在该部分中形成有梁部分21和振动器22的上区域22-2。
此外，如图8所示，绝缘层28利用等离子CVD方法形成，并且由绝缘层形成的凹陷29利用掩模通过蚀刻工艺形成在多个位置，如图9所示。
随后，如图10所示，为了形成用于在第一导电层25和第二导电层27之间提供电连接的导通部分24a至24e，通过利用掩模蚀刻，在要成为导通部分24a至24e的上区域24a-2至24e-2的部分形成通孔40a至40e，通孔40a至40e延伸到要成为导通部分24a至24e的下区域24a-1至24e-1的部分。
然后，如图11所示，由金属例如铝制成的金属膜41利用蒸镀法或溅射法形成在第一导电层25的表面上。此外，如图12所示，设置在第二导电层27上的金属膜41通过蚀刻从除了通孔40a至40e的周围之外的整个表面而被去除，因此形成连接部分42a至42e。
此后，如图13所示，从第二导电层27的侧面执行深反应离子蚀刻(DRIE)，以在第二导电层27中形成梁部分21的区域、振动器22的上区域22-2、支撑部分23的上区域23-2和导通部分24a至24e的上区域24a-2至24e-2。
在这种情况下，支撑部分23的上区域23-2和导通部分24a至24e的每个上区域24a-2至24e-2彼此相隔预定的距离，以便电隔离。应该注意的是，梁部分21的区域、振动器22的上区域22-2和支撑部分23的上区域23-2整体形成而不分开，以便电连接。
具体地讲，将第二导电层27构图，以形成梁部分21的区域和振动器22的上区域22-2，并且也形成支撑部分23的上区域23-2和导通部分24a至24e的上区域24a-2至24e-2，以便电隔离导通部分24a至24e的上区域24a-2至24e-2和支撑部分23的上区域23-2。
随后，如图14所示，从第一导电层25的侧面执行深反应离子蚀刻(DRIE)，以形成振动器22的下区域22-1、支撑部分23的下区域23-1和导通部分24a至24e的下区域24a-1至24e-1，从而在第一导电层25的侧面彼此分开。
在此，要这样设置，当彼此分开地形成支撑部分23的下区域23-1和导通部分24a至24e的下区域24a-1至24e-1时，支撑部分23的下区域23-1和导通部分24a至24e的下区域24a-1至24e-1的一部分设置在支撑部分23的上区域23-2下面。
具体地讲，将第一导电层25构图，以使振动器22的下区域22-1、支撑部分23的下区域23-1和导通部分24a至24e的下区域24a-1至24e-1彼此分开，并且还形成导通部分24a至24e的下区域24a-1至24e-1，以便从导通部分24a至24e的上区域24a-2至24e-2下面延伸到支撑部分23的上区域23-2下面。图14展示了，导通部分24c、24d的下区域24c-1、24d-1形成为从导通部分24c、24d的上区域24c-2、24d-2下面延伸到支撑部分23的上区域23-2下面。
应该注意的是，支撑部分23的下区域23-1可以形成为从支撑部分23的上区域23-2下面延伸到导通部分24a至24e的上区域24a-2至24e-2下面，如图4所示。换言之，用支撑部分23的上区域23-2或下区域23-1来支撑导通部分24a至24e是足够的。
应该注意的是，如果采用不腐蚀氧化硅而腐蚀硅的蚀刻方法用于DRIE，则绝缘层26起蚀刻停止(stopper)的作用，因此变得可以仅蚀刻第一导电层25或第二导电层27。
随后，如图15所示，通过蚀刻去除在梁部分21下面的部分绝缘层26和存在于振动器22、支撑部分23和导通部分24a至24e当中的绝缘层26。
此后，准备预先提供有第一导通部分11和凹陷部分13的下基板10，并且与中间基板20(见图15)阳极结合，如上所述处理，如图16所示。
随后，如图17所示，准备提供有用于形成通孔35a至35j的开口36a至36j、电极部分31a至31e等的上基板30，并且与结合有下基板10的中间基板20(见图16)阳极结合。
此后，如图18所示，采用蒸镀法或溅射法形成由金属例如铝等制成的金属膜37，从而金属膜37和连接部分42a至42e彼此连接。
此外，如图19所示，利用掩模局部去除金属膜37，以形成通孔35a至35j。
如上所述，根据本实施例的位移传感器1的制造工艺，因为在中间基板20的晶片工艺之后进行与下基板10和上基板30结合工艺，所以可以消除Na+混入、由压差等引起的破裂的可能性，因此可以改善位移传感器的制造质量。
在上面描述的实施例中，尽管第二导电层27被构图来形成梁部分21的区域、振动器22的上区域22-2、支撑部分23的上区域23-2和导通部分24a至24e的上区域24a-2至24e-2，以便使导通部分24a至24e的上区域24a-2至24e-2与支撑部分23的上区域23-2电隔离，并且然后将第一导电层25构图，以彼此分隔振动器22的下区域22-1、支撑部分23的下区域23-1和导通部分24a至24e的下区域24a-1至24e-1，并且还使导通部分24a至24e的下区域24a-1至24e-1形成来从导通部分24a至24e的上区域24a-2至24e-2下面延伸到支撑部分23的上区域23-2下面，但是还可以按着如下的描述形成支撑部分23和导通部分24a至24e。
例如，将第一导电层25构图，以形成彼此分隔的振动器22的下区域22-1、支撑部分23的下区域23-1和导通部分24a至24e的上区域24a-2至24e-2。然后，将第二导电层27构图，以形成梁部分21的区域和振动器22的上区域22-2，并且还形成支撑部分23的上区域23-2和导通部分24a至24e的上区域24a至24e，以便使导通部分24a至24e的上区域24a-2至24e-2与支撑部分23的上区域23-2电隔离，从而支撑部分23的上区域23-2或导通部分24a至24e的上区域24a-2至24e-2从支撑部分23的下区域23-1上面延伸到每个导通部分24a至24e的下区域24a-1至24e-1上面。
此前，尽管参照附图详细地说明了本发明的实施例，但是这些只是范例，因此本发明不限于这些实施例。换言之，基于本领域技术人员的知识通过对上述实施例进行各种修改和改进能够获得的其他形式，也可以实施本发明。
权利要求
1.一种微机械，包括由导体形成的可动部分；和由导体形成的支撑部分，其中该可动部分和该支撑部分彼此分隔，绝缘层提供在该导体上，导电层提供在该绝缘层上，并且该导电层形成为跨过该可动部分和该支撑部分。
2.一种位移传感器，包括下基板，具有第一电极部分；上基板，具有第二电极部分；振动器，通过弹性梁部分移动地支撑，并且由在该下基板和该上基板之间的中间基板形成，该中间基板具有三层结构，包括第一导电层、绝缘层和第二导电层；支撑部分，由该第一导电层、该绝缘层和该第二导电层形成，并且支撑该梁部分；和导通部分，由该导电层、该绝缘层和该第二导电层形成，与该支撑部分电隔离，并且引出该第一电极部分到该上基板，由此该振动器的位移通过该第一电极部分和该第二电极部分检测，以检测角速度和加速度中的至少一个，其中该第二导电层设置成跨过该导通部分和该支撑部分。
3.一种位移传感器，包括下基板，具有第一电极部分；上基板，具有第二电极部分；振动器，通过弹性梁部分可移动地支撑，并且由在该下基板和该上基板之间的中间基板形成，该中间基板具有三层结构，包括第一导电层、绝缘层和第二导电层；支撑部分，由该第一导电层、该绝缘层和该第二导电层形成，并且支撑该梁部分；和导通部分，由该第一导电层、该绝缘层和该第二导电层形成，与该支撑部分电隔离，并且引出该第一电极部分到该上基板，由此该振动器的位移通过该第一电极部分和该第二电极部分检测，以检测角速度和加速度中的至少一个，其中该导通部分通过从该支撑部分延伸的该第二导电层支撑。
4.一种制造位移传感器的方法，该位移传感器包括具有第一电极部分的下基板、具有第二电极部分的上基板、通过弹性梁可移动支撑的振动器、用于支撑该梁的支撑部分和用于引出该第一电极部分到该上基板的导通部分，该振动器、支撑部分和导通部分利用在该下基板和该上基板之间的中间基板形成，该中间基板具有三层结构，包括第一导电层、绝缘层和第二导电层，因此该振动器的位移用该第一电极部分和该第二电极部分检测，以检测角速度和加速度中的至少一个，该方法包括的步骤为将该第一导电层构图，以形成彼此分隔的该振动器的下区域、该支撑部分的下区域和该导通部分的下区域；将该第二导电层构图，以形成该梁部分的区域和该振动器的上区域，并且彼此电隔离地形成该支撑部分的上区域和该导通部分的上区域，从而该支撑部分的上区域和该导通部分的上区域中任一个都从该支撑部分的下区域上面延伸到该导通部分的下区域上面；并且将该下基板和该上基板与该中间基板结合。
全文摘要
本发明提供了一种微机械，包括由导体形成的活动部分和由导体形成的支撑部分，其中活动部分和支撑部分彼此分隔，绝缘层设置在导体上，导电层设置在绝缘层上，并且导电层形成为跨过活动部分和支撑部分。本发明还提供了一种位移传感器及其制作方法。
文档编号G01P9/04GK101059530SQ20071010103
公开日2007年10月24日 申请日期2007年4月23日 优先权日2006年4月21日
发明者吉川良一 申请人:索尼株式会社