半ドーナツ形共振器ジャイロスコープ
【課題】半ドーナツ形共振器ジャイロスコープを提供すること。
【解決手段】１つの例示的実施形態は、上部表面を有する基板を有する振動構造ジャイロスコープに関する。半ドーナツ形状を有し、ステムと、ステムを囲む外唇とを含む共振器であり、ステムは基板の上部表面に取り付けられ、外唇は共振器が振動できるようにするために上部表面から離して配置される、共振器を、振動構造ジャイロスコープはさらに含むことができる。
【解決手段】１つの例示的実施形態は、上部表面を有する基板を有する振動構造ジャイロスコープに関する。半ドーナツ形状を有し、ステムと、ステムを囲む外唇とを含む共振器であり、ステムは基板の上部表面に取り付けられ、外唇は共振器が振動できるようにするために上部表面から離して配置される、共振器を、振動構造ジャイロスコープはさらに含むことができる。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１０年５月３０日に出願された米国特許仮出願第６１／３４９，８７６号の優先権の利益を主張し、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
振動構造ジャイロスコープは、共振器などの振動構造体の振動の変化を感知することによって回転を検出する。一般に、共振器はある機構によって振動させられる。振動共振器の回転は振動の変化を引き起こす（例えば、角度、速度）。この変化を検出および使用して共振器の回転を決定することができる。振動構造ジャイロスコープには、一般に、圧電、半球、音叉、およびホイール型ジャイロスコープが含まれる。
【０００３】
半球型振動構造ジャイロスコープは、ステムに取り付けられた半球シェルを有する共振器を含むことができる。共振器のステムは構造体に組み付けられ、共振器はステムのまわりで振動することができる。このタイプのジャイロスコープは、従来の高精度機械加工技法を使用して製作することができる。微細加工技法を使用してこのタイプのジャイロスコープを構築し、それにより、一度に多数のジャイロスコープをバッチ製作できるようにすることが一般に望ましい。
【０００４】
いくつかの例では、半球シェルの一様性は、半球シェルの振動を使用して回転を検出できる精度に影響を与えることがある。さらに、半球シェル上のステムの位置決め（例えば、ステムが中心から外れている場合）は、さらに、ジャイロスコープの精度に影響を与えることがある。したがって、半球型ジャイロスコープの製造の精度は、達成するのが困難な可能性がある重要な要因である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
１つの例示的実施形態は、上部表面を有する基板を有する振動構造ジャイロスコープに関する。振動構造ジャイロスコープは、さらに、半ドーナツ形状を有する共振器を含むことができ、共振器は、ステムと、ステムを囲む外唇とを含み、ステムは基板の上部表面に取り付けられ、外唇は共振器が振動できるようにするために上部表面から離して配置される。
【０００６】
図面は単に例示的実施形態を示し、したがって範囲を限定すると見なされるべきでないことを理解した上で、例示的実施形態が、添付図面を使用することによって付加的な特定性および詳細とともに説明される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１Ａ】一実施形態による振動構造ジャイロスコープの半ドーナツ形共振器の斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ａの半ドーナツ形共振器の別の斜視図である。
【図１Ｃ】図１Ａの半ドーナツ形共振器の平面図である。
【図２】一実施形態による半ドーナツ形共振器ジャイロスコープの断面側面図である。
【図３Ａ】一実施形態による半ドーナツ形共振器の振動モードの図である。
【図３Ｂ】一実施形態による半ドーナツ形共振器の振動モードの歳差運動の図である。
【図４Ａ】一実施形態による半ドーナツ形共振器ジャイロスコープの製作プロセスの一段階の断面側面図である。
【図４Ｂ】一実施形態による半ドーナツ形共振器ジャイロスコープの製作プロセスの一段階の断面側面図である。
【図４Ｃ】一実施形態による半ドーナツ形共振器ジャイロスコープの製作プロセスの一段階の断面側面図である。
【図４Ｄ】一実施形態による半ドーナツ形共振器ジャイロスコープの製作プロセスの一段階の断面側面図である。
【図４Ｅ】一実施形態による半ドーナツ形共振器ジャイロスコープの製作プロセスの一段階の断面側面図である。
【図４Ｆ】一実施形態による半ドーナツ形共振器ジャイロスコープの製作プロセスの一段階の断面側面図である。
【図４Ｇ】一実施形態による半ドーナツ形共振器ジャイロスコープの製作プロセスの一段階の断面側面図である。
【図４Ｈ】一実施形態による半ドーナツ形共振器ジャイロスコープの製作プロセスの一段階の断面側面図である。
【図４Ｉ】一実施形態による半ドーナツ形共振器ジャイロスコープの製作プロセスの一段階の断面側面図である。
【図４Ｊ】一実施形態による半ドーナツ形共振器ジャイロスコープの製作プロセスの一段階の断面側面図である。
【図４Ｋ】一実施形態による半ドーナツ形共振器ジャイロスコープの製作プロセスの一段階の断面側面図である。
【図４Ｌ】一実施形態による半ドーナツ形共振器ジャイロスコープの製作プロセスの一段階の断面側面図である。
【図４Ｍ】一実施形態による半ドーナツ形共振器ジャイロスコープの製作プロセスの一段階の断面側面図である。
【図５】図４Ａ〜４Ｍのプロセスにより製作された半ドーナツ形共振器ジャイロスコープの断面側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
慣例に従って、説明する様々なフィーチャは一定の縮尺で描かれておらず、例示的実施形態に関連する特定のフィーチャを強調するように描かれている。
以下の詳細な説明において、本明細書の一部を形成し、例として特定の例示的実施形態が示される添付図面が参照される。他の実施形態を利用することができ、論理的、機械的な、および電気的な変更を行うことができることが理解されるべきである。さらに、図面および明細書で提示される方法は、個々のステップを行うことができる順序を限定するものと解釈されるべきでない。したがって、以下の詳細な説明は限定の意味に解釈されるべきでない。
【０００９】
図１Ａ、１Ｂ、および１Ｃは、一実施形態による振動構造ジャイロスコープで使用される半ドーナツ形状を有する共振器１００を示す。共振器１００は、外側表面１１０と、外側表面１１０の輪郭に従った対応する内側表面１１２とを有する。共振器１００はそれの中央部分で内部に突き出し、開口１１６をもつ中央ステム１１４を形成することができる。ステム１１４は、下にある構造体への共振器１００の連結点を与えることができる。共振器１００の外唇１１８はステム１１４を囲む。図１Ｂに示されるように、共振器１００の半ドーナツ形状は、外側表面１１０の中央部分に内向き凹部１２０をもたらす。この内向き凹部１２０は、図１Ａに示されるようなステム１１４を形成する。
【００１０】
一例では、共振器１００は、シリカ（例えば、非晶質ＳｉＯ２）などのガラス材料で構成することができる。他の例では、半ドーナツ形共振器１００は、低熱膨脹係数（ＣＴＥ）を有する別のガラス材料で構成することができる。低ＣＴＥは、共振器１００の熱弾性減衰を低減するのに役立つことができる。熱弾性減衰は、共振器１００の品質係数Ｑの基本的限界を規定することができる。圧縮応力および引張応力が共振器１００の材料内の加熱および冷却を生成する場合、熱弾性減衰が生じることがある。これは共振器１００の厚さにわたる温度勾配を誘起することがある。結果として生じる熱の流れが共振器１００の機械エネルギを消費することがある。熱弾性減衰のレートはＣＴＥの２乗に比例することができ、したがって、いくつかの例では、低ＣＴＥをもつ材料の共振器１００を構成することが有利となることがある。いくつかの例では、共振器１００を形成するシリカ材料に数パーセントのチタニア（非晶質ＴｉＯ２）を含ませて、ＣＴＥを低減することができる。チタニア濃度が約７％である場合、ゼロに近いＣＴＥを達成することができる。他の例では、共振器１００は、シリコン、ダイヤモンドなどのような高い機械的品質係数を提供する別の材料で構成することができる。
【００１１】
半ドーナツ形状により、共振器１００は優れた振動特性を有することができるのと同時に、さらに、共振器１００は微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）スケールのチップで精密に製作することができる。特に、半ドーナツ形状は、対称の中心軸のまわりに高度の対称性で製作することができる。
【００１２】
一実施形態では、共振器１００のステム１１４は、半ドーナツ部の中央部分に一体化して形成される。これにより、ステム１１４は外唇１１８に対して高精度で位置合わせすることができるが、それは、ステム１１４および共振器１００が同じステップで形成されるからである。これにより、さらに、共振器１００は強度を向上することができるが、それは、ステム１１４が共振器１００の一体化部分であるからである。特に、共振器１００の精度および強度の向上は、ステム１１４および共振器１００を分離したステップで製作し、次に、一緒に接続するのではないことに一部は起因している。製作プロセスに関する追加の詳細が、以下で説明する図４Ａ〜４Ｍに関して提供される。
【００１３】
１つの例示的実施形態では、ステム１１４は約１０〜４００ミクロンの外径を有することができ、一方、外唇１１８は約０．５〜４ｍｍ（例えば、約２ｍｍ）の直径を有することができる。共振器１００は約３〜３０ミクロンの材料厚さを有することができる。
【００１４】
図１Ａ、１Ｂ、および１Ｃの半ドーナツ形共振器１００は特定の高さ、直径、曲率半径、ステム幅、および開口寸法を有するように示されているが、半ドーナツ形共振器１００のこれらの部分の他のサイズを使用できることが理解されるべきである。さらに、いくつかの例では、ステム１１４は中実とすることができ、したがって、開口１１６を含まなくてもよい。
【００１５】
図２は、その中に共振器１００を有する半ドーナツ形共振器ジャイロスコープ２００の断面側面図である。この例では、ジャイロスコープ２００はＭＥＭＳスケールジャイロスコープである。したがって、ジャイロスコープ２００は、半導体製造プロセスを使用して、単一のウェハ上に製作することができる。ジャイロスコープ２００は、上部加工表面２１２を有する基板２１０を含むことができる。共振器１００のステム１１４は、基板２１０の上部加工表面２１２に取り付けることができる。共振器１００の外唇１１８は、共振器１００がステム１１４のまわりで自由に振動できるように表面２１２から隔てられる。
【００１６】
基板２１０は、上部加工表面２１２に環状空洞２１４を画定することができる。基板２１０のアンカー支柱２１６は、環状空洞２１４の中央部分を通って延びることができる。一例では、追加の半導体導体構成要素を、基板２１０の上部加工表面２１２に製作することができる。共振器１００のステム１１４はアンカー支柱２１６に取り付けることができる。基板２１０は、シリコンウェハ、ガリウムヒ素ウェハ、シリカ、炭化ケイ素、ガラス−セラミック（例えば、Ｓｃｈｏｔｔ ＡＧによって製造されたゼロ膨張ガラスセラミックのＺｅｒｏｄｕｒ（登録商標））、または他の材料を含むことができる。
【００１７】
図３Ａおよび３Ｂは、半ドーナツ形共振器１００の振動モードの上部プロファイル図を示す。図示のように、共振器１００はｎ＝２四重極モードで共振することができる。図３Ａでは、半ドーナツ形共振器１００の外唇１１８が、ｘ軸に沿って外側に、およびｙ軸に沿って内側に瞬間変位している状態が示される。時間的に２分の１振動サイクルの後で、変位は、ｙ軸に沿って外側に、およびｘ軸に沿って内側になるであろう。図３Ｂでは、ｎ＝２四重極振動モードの方位の歳差運動が示される。このモードは外部的に加えられた回転Ωに起因して角度シータだけ回転することが示されている。回転ベクトルはｚ軸に（紙面から外に）沿っている。角度シータは時間とともに増加し、すなわち、モードはz軸のまわりに歳差運動をする。
【００１８】
図４Ａ〜４Ｍは、半ドーナツ形共振器ジャイロスコープ２００の例示の製作プロセスにおける様々な段階を示す。製作プロセスは、基板２１０（例えば、シリコンウェハ）から始まることができる。
【００１９】
図４Ａは、環状空洞２１４およびアンカー支柱２１６を形成するために、上部加工表面２１２をパターン化およびエッチングした（例えば、フォトマスクを使用して）後の基板２１０を示す。一例では、環状空洞２１４を形成するエッチングはディープ反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）を含むことができる。アンカー支柱２１６は、環状空洞２１４を形成するのに使用されるのと同じパターン化およびエッチングのステップ（例えば、同じフォトマスクを使用して）の間に形成することができる。したがって、環状空洞２１４の外側寸法は、アンカー支柱２１６と同じパターン化およびエッチングのステップを使用して形成することができる。これにより、アンカー支柱２１６の位置決め精度（例えば、外側の寸法に対する位置合わせ）は、マスク書込みプロセスの位置決め精度と同じくらい良好になり得る。すなわち、位置決め精度は、パターン化のステップ（例えば、あるフィーチャを別のパターン化ステップで生成されたフィーチャと位置合わせしようとする１つのパターン化ステップ）の位置合わせ精度に依存しない。
【００２０】
一例では、マスク書込みは、０．０５ミクロン未満のスポットサイズ／許容度で行うことができる。従来の半球形共振器では、同様の位置合わせは、１から２ミクロン程度、すなわち本半ドーナツ形共振器よりも２０〜４０倍悪い位置合わせ許容度のフォトリソグラフィ位置合わせ、ウェハ接合、またはいくつかの他のプロセスによって行われている可能性がある。一実施形態では、アンカー支柱２１６は直径が約２００ミクロンである。
【００２１】
一例では、環状空洞２１４の深さは、後述するような所望の半ドーナツ形バブルを達成するように決定することができる。理想気体挙動を仮定すると、環状空洞２１４の深さは、Ｄ＝（πｒ／４）［ＰＡＴＡ／（ＰＢＴＡ−ＰＡＴＢ）］として計算でき、ここで、ｒはドーナツ形管の半径であり、ＰＢおよびＴＢは、それぞれ、ガラスウェハ３１０（図４Ｂを参照）が基板２１０に接合される気体圧力および温度であり、ＰＡおよびＴＡは、それぞれ、ウェハが以下の図４Ｃでアニールされる気体圧力および温度である。
【００２２】
いくつかの例では、パターン化およびエッチングにより、基板２１０上に他のフィーチャを形成することもできる。さらに、いくつかの例では、基板２１０は適度に導電性にすることができる。したがって、高濃度ドープシリコンウェハを使用することができ、または環状空洞２１４をエッチングした後にドーパントを表面２１２に拡散することができる（図示せず）。
【００２３】
図４Ｂは、基板２１０上のバブル層３１０を示す。一例では、バブル層３１０は最初にガラスウェハを含むことができる。ガラスウェハは、基板２１０のパターン化およびエッチングされた表面２１２に陽極接合することができる。ガラスウェハは、Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｐｙｒｅｘ、Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｅａｇｌｅ ＸＧ、Ｓｃｈｏｔｔ Ｂｏｒｏｆｌｏａｔ、またはＨｏｙａ ＳＤ２などの材料で構成することができる。ガラスウェハは、ラッピングまたはポリッシングによって所望の厚さ（例えば、約１０〜１００ミクロン）に薄化することができる。一例では、ガラスウェハは基板２１０への接合の後に薄化することができるが、別の例では、ガラスウェハは基板２１０への接合の前に薄化することができる。別の例では、ガラスウェハはエッチングによって薄化することができる。ガラスウェハが基板２１０に接合された後、ガラスウェハをエッチングして、アンカー支柱２１６の上に開口３１２を形成することができる。一例では、開口３１２は、アンカー支柱２１６に近づくとともに小さくなるテーパ状縁部を有することができる。
【００２４】
以下で説明するプロセスの後続のステップは、ガラスウェハ中の外側に膨張したバブルを示している。ガラスウェハを膨張させるために、ある一定の圧力の気体が環状空洞２１４中に存在することができる。一例では、使用される気体の圧力は、ガラスウェハの特性、気体が膨張させられる前後の環状空洞２１４の温度などの関数である。環状空洞２１４での所望の圧力および組成を達成するために、陽極接合中に基板２１０を収容するチャンバは所望の圧力および組成の気体で満たすことができる。様々な気体を使用することができ、例えば、窒素、アルゴン、空気などを０．２から１気圧の典型的な圧力で使用することができる。いかなる場合も、膨張させると、ガラスウェハ中のバブルが「膨らみ」、その結果、バブルが所望の寸法に達し、膨張するのを止めるように気体の密度があるべきである。
【００２５】
図４Ｃは、バブル層３１０に形成された半ドーナツ形バブル３１４を示す。一例では、半ドーナツ形バブル３１４は、アンカー支柱２１６のまわりで実質的に対称である。バブル３１４は、基板２１０およびバブル層３１０をバブル層３１０の軟化点を超えて加熱することによって形成することができる。例えば、基板２１０およびバブル層３１０は、Ｐｙｒｅｘガラスでは摂氏約８５０度、Ｅａｇｌｅ ＸＧまたはＳＤ２ガラスでは摂氏約９７５度、または溶融石英では摂氏約１７００度まで加熱することができる。
【００２６】
温度が上昇するにつれて、空洞内の圧力は外圧を上回ることになり、それにより、環状空洞２１４中の気体は、環状空洞２１４の上の軟化したガラスのバブル３１４を膨張および形成させる。表面張力は、バブル３１４がアンカー支柱２１６のまわりで対称となるように実質的に一定の曲率半径のバブル３１４を形成するのに役立つことができる。温度を制御して、気体の膨張およびその結果として生じるバブル３１４の寸法を制御することができる。バブル３１４が所望の寸法に達した後、バブルが硬化する前につぶれない十分に速い速度で温度を降下させることによってバブル３１４は硬化させることができる。冷却速度は、ガラスの厚さ、環状空洞の体積、バブル３１４の寸法などに依存することがある。硬化した後、半ドーナツ形バブル３１４は共振器１００の残りの部分のための型板になることができる。
【００２７】
バブル３１４の半ドーナツ形状は環状空洞２１４内の気体の加熱の結果として自然に形成されるので、バブル３１４は高精度で形成することができる。バブル３１４は半ドーナツ形共振器１００の型板となるので、高精度でバブル３１４を形成することが、同様に高精度の共振器１００をもたらす。さらに、共振器１００のステム１１４および外唇１１８はバブル３１４を使用して形成されるので、外唇１１８に対するステム１１４の位置合わせはバブル３１４の精度に基づく。上述のように、バブル３１４の精度は、環状空洞２１４およびアンカー支柱２１６から自然に生じる。したがって、外唇１１８に対するステム１１４の位置合わせを含む共振器１００の精度は、環状空洞２１４およびアンカー支柱２１６を形成することができる精度に基づく。上述のように、環状空洞２１４およびアンカー支柱２１６は同じパターン化およびエッチングのステップを使用して形成されるので、環状空洞２１４およびアンカー支柱２１６の精度は非常に高くすることができる（例えば、０．０５ミクロン未満の許容誤差範囲を有する）。したがって、共振器１００は高精度で形成することができる。
【００２８】
図４Ｄは、バブル層３１０に堆積された第１の導電層３２０を示す。次に、第１の導電層３２０をパターン化して複数の電極を形成することができる。一例では、複数の電極はバブル層３１０の外側縁部からバブル３１４の上部部分の方へ延びることができる。複数の電極は導電層３２０の複数の延びた部分を形成することができる。複数の電極を使用して共振器１００を駆動および平衡させることができる。一例では、第１の導電層３２０は多結晶シリコン（「ポリシリコン」）で構成することができ、複数の電極は、ポリシリコンを貫いてイオン注入し、続いて急速アニールすることによって形成することができる。
【００２９】
他の例では、第１の導電層３２０は、金、ニクロム、クロミウム、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、ドープしたチタニアシリケートガラスなどを含む他の材料で構成することができる。図４Ｄは主として半ドーナツ形バブル３１４の外側の複数の電極を示しているが、他の例では、複数の電極は、バブル３１４の他の場所、ならびにバブル３１４以外の構造体（図示せず）にパターン化することができる。
【００３０】
図４Ｅは、第１の導電層３２０上に堆積された犠牲層３２４を示す。犠牲層３２４をパターン化およびエッチングして開口３２６を形成することができる。バブル層３１０と同様に、犠牲層３２４中の開口３２６をアンカー支柱２１６の上に形成することができる。一例では、開口３２６は、アンカー支柱２１６に近づくとともに小さくなるテーパ状縁部を有することができる。
【００３１】
犠牲層３２４のパターン化およびエッチングをさらに使用して、接触部（図示せず）および他のフィーチャを（例えば、領域３２４中に）形成することができる。いくつかの例では、パターン化は、ｅ−ビームリソグラフィまたはステッパなどの投射型リソグラフィで行うことができる。
【００３２】
一例では、犠牲層３２４はポリシリコンで構成することができる（例えば、第１の導電層３２０がポリシリコン以外の材料で構成される場合）。他の例では、犠牲層３２４は、急速エッチングガラス、またはチタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロミウム（Ｃｒ）などのようないくつかの選択的エッチング金属のうちの１つで構成することができる。さらなる他の例では、犠牲層３２４は、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、モリブデン合金（Ｍｏｌｙ）、エーロゲル、ポリイミド、またはパリレンで構成することができる。さらなる他の例では、犠牲層３２４は多層の材料で構成することができる。例えば、第１の導電層３２０がポリシリコンで構成される場合、犠牲層３２４の第１の層は、上部により厚い層のポリシリコンを伴う金属（Ｔｉ、Ｍｏ、Ｃｒなど）で構成することができる。
【００３３】
一例では、低圧化学気相成長（ＬＰＣＶＤ）を使用して犠牲層３２４を形成する。別の例では、プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）プロセスを使用して犠牲層３２４を形成することができる。さらに、多数の堆積を使用してより厚い犠牲層３２４を生成することができる。堆積条件は犠牲層３２４中の応力を平衡させるように変更することができる。一例では、犠牲層３２４は約５〜２０ミクロンの厚さを有することができる。
【００３４】
図４Ｆは、犠牲層３２４上に堆積された第２の導電層３３０を示す。次に、第２の導電層３３０をパターン化して共振器１００の内側表面１１２のための１つまたは複数の電極を形成することができる。一例では、共振器の熱弾性減衰への電極材料の影響を低減するために、１つまたは複数の電極は共振器層３３４に対して薄くすることができる（例えば、２００オングストローム未満）。
【００３５】
一例では、第２の導電層３３０はポリシリコンで構成することができる。他の例では、第２の導電層３３０は、金、ニクロム、クロミウム、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、ドープしたチタニアシリケートガラスなどを含む他の材料で構成することができる。
【００３６】
図４Ｇは、第２の導電層３３０の上に堆積された共振器層３３４を示す。一例では、共振器層３３４は、シリカ（例えば、非晶質ＳｉＯ２）などのガラス材料で構成することができる。他の例では、共振器層３３４は、低熱膨脹係数（ＣＴＥ）を有する別のガラス材料で構成することができる。低ＣＴＥは、得られる共振器の熱弾性減衰を低減するのに役立つことができる。いくつかの例では、共振器層３３４のシリカ材料に数パーセントのチタニア（非晶質ＴｉＯ２）を含ませて、ＣＴＥを低減することができる。チタニア濃度が約７％である場合、ゼロに近いＣＴＥを達成することができる。他の例では、共振器層３３４は、シリコン、ダイヤモンドなどのような高い機械的品質係数を提供する別の材料で構成することができる。
【００３７】
一例では、共振器層３３４は約１０ミクロンの厚さを有することができる。いくつかの例では、共振器層３３４は、得られる共振器が外唇１１８ではより薄く、頑強さのために他のところではより厚くなるように厚さを変えることができる。一例では、化学気相堆積（ＣＶＤ）、低圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）、常圧ＣＶＤ（ＡＰＣＶＤ）、熱酸化、スパッタリング、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）とそれに加えてのアニール、ＰＥＣＶＤとそれに加えてのアニール、および低温酸化物（ＬＴＯ）などの標準堆積技法を共振器層３３４を形成する際に利用することができる。
【００３８】
一例では、酸化物スパッタ堆積速度は毎分約７０オングストロームとすることができるが、スパッタターゲット表面はシリコンなどの１つの成分が欠乏することがある。さらに、共振器層３３４が非晶質ガラス被覆を形成するように基板２１０を適切な温度（例えば４００°Ｃ）まで加熱することができる。一例では、共振器は、アンカー支柱２１６を貫通する開口において、アンカー支柱への応力をほとんど伝達しないように設計することができる。例えば、半ドーナツ形共振器のステム１１４の半径（例えば、幅）は、アンカー支柱２１６の開口の半径より大きくなるように形成することができる。
【００３９】
図４Ｈは、ステム１１４の開口１１６を生成するためにパターン化およびエッチングされた共振器層３３４を示す。一例では、ステム１１４の開口１１６は、図４Ｉに示されるように、第３の導電層３３８を第２の導電層３３０に結合するのに使用することができる。開口１１６はテーパ状縁部により形成することができ、開口１１６の直径はアンカー支柱２１６に近づくとともに小さくなる。
【００４０】
図４Ｉは、共振器層３３４上に堆積された第３の導電層３３８を示す。次に、第３の導電層３３８をパターン化して共振器１００の外側表面１１０のための１つまたは複数の電極を形成することができる。一例では、連続電極が共振器１００の外側表面１１０に形成される。したがって、連続電極では、半ドーナツ形バブル３１４に隣接する領域３４２にのみにパターン化を使用して、接触部、導線などを形成する。一例では、共振器１００の熱弾性減衰への電極材料の影響を低減するために、１つまたは複数の電極は共振器層３３４に対して薄くすることができる（例えば、２００オングストローム未満）。
【００４１】
第３の導電層３３８はポリシリコンで構成することができ、１つまたは複数の電極はイオン注入と後続の急速アニールによって形成することができる。他の例では、第３の導電層３３８は、金、ニクロム、クロミウム、ＩＴＯ、ドープしたチタニアシリケートガラスなどを含む他の材料で構成することができる。一例では、第３の導電層は、共振器４３０の導体用の一様な金属膜を生成するためにＣＶＤによって堆積されたタングステン膜を含むことができる。ＣＶＤ堆積したタングステンは、犠牲層のエッチング剤へのバリア層を形成することもできる（図４Ｋに関して説明するように）。
【００４２】
一例では、１つまたは複数のパッド層（図示せず）をワイヤボンディング用に形成することもできる。標準材料および技法を使用してパッド層を形成することができる。
図４Ｊは、共振器層３３４の上のフォトレジスト層３４０を示す。フォトレジスト層３４０はパターン化して、半ドーナツ形バブル３１４の上を除いてフォトレジスト層３４０を除去することができる。すなわち、パターン化およびエッチングの後、フォトレジスト層３４０の残った部分は、共振器１００をもたらすことになる共振器層３３４の部分を覆うことができる。
【００４３】
一例では、多ステップフォトレジストを使用することができる。例えば、バブル３１４の全表面の上に薄くて比較的一様な厚さのフォトレジストの第１の層３４０−１を、例えば、フォトレジストの小液滴の噴霧を吹付けることによって堆積することができる。この第１のフォトレジスト層３４０−１を露光および現像して、基板２１０の表面２１２とほぼ平行な区域のレジストを除去することができる。すなわち、第１のフォトレジスト層３４０−１の露光および現像により、半ドーナツ形バブル３１４の上部および半ドーナツ形バブル３１４に隣接する平坦領域３４２などの区域のフォトレジスト３４０−１を除去することができる。しかし、半ドーナツ形バブル３１４の斜面のフォトレジスト３４０−１が十分な厚さで残ることができるように露光を制限することができる。一例では、フォトレジスト３４０−１が下部縁部（例えば、外唇１１８が形成されることになる場所）を覆い、バブル３１４と平坦領域３４２との間の境界で正確に終了するように露光を制御することができる。
【００４４】
このプロセスを使用して共振器１００の外唇１１８を画定することができる。このプロセスにより、外唇１１８の画定を厳格に制御することができるが、それは、バブル３１４の曲率を使用することによって、フォトレジスト縁部が共振器１００の将来の外唇１１８と自動的に位置合わせされ、領域３４２のフォトレジストの部分は除去されるが、バブル３１４の表面が表面２１２にほぼ垂直なところならどこでもバブル３１４上のフォトレジストの部分が残されるからである。
【００４５】
第１のフォトレジスト層３４０−１が露光された後、第１のフォトレジスト層３４０−１の上に第２のフォトレジスト層３４０−２を印刷することができる。一例では、この第２のフォトレジスト３４０−２は、第１のフォトレジスト層３４０−１の縁部３４４を覆うことなしにフォトレジスト層３４０−２がバブル３１４の大部分を覆う限り位置合わせを比較的粗くすることができる。すなわち、得られる共振器１００の外唇１１８は第２のフォトレジスト層３４０−２の代わりに第１のフォトレジスト層３４０−１によって主として画定することができる。
【００４６】
図４Ｋにおいて、第３の導電層３３８、共振器層３３４、および第２の導電層３３０は方向性エッチングを使用してエッチングすることができる。一例では、イオンミリングを使用してエッチングすることができる。別の例では、反応性イオンエッチングを使用することができる。フォトレジスト層３４０の画定された縁部３４４と組み合わせた方向性エッチングにより、第３の導電層３３８と、共振器層３３４と、得られる共振器１００の外唇１１８と位置合わせされる第２の導電層３３０とに切り込みを生成することができる。
【００４７】
図４Ｌにおいて、犠牲層３２４を露光およびエッチング除去することができる。例えば、犠牲層３２４がポリシリコンである場合、エチレンジアミンピロカテコール（ＥＤＰ）などの液体エッチング剤を、またはＸｅＦ２などの気体エッチング剤を使用することができる。いくつかの例では、気体エッチング剤は、従応構造のまわりで液体を使用することから生じる「静摩擦」問題を軽減することができるので望ましい。しかし、液体エッチング剤を使用する場合に使用できる、静摩擦を低減する他の技法（例えば、自己組織化単分子膜、凍結乾燥など）がある。
【００４８】
一例では、犠牲層３２４が多数の異なる層を含む場合、より厚いポリシリコンを最初にエッチングすることができ、金属は下にあるポリシリコン電極をエッチング剤から保護する。次に、金属を除去し、第１の導電層３２０の電極を露出させることができる。好適な犠牲エッチング剤は、Ｓｉ３Ｎ４用の熱リン酸、モリブデン用のＨ２０２、ポリシリコン用のＸｅＦ２、ポリイミド用の酸素プラズマ、エーロゲル用の緩衝酸化物エッチング液（ＢＯＥ）を含むことができる。一例では、エッチング剤を選択することにより、デバイス層を攻撃することなく約１ミリメートル半径の半ドーナツ部上の数ミクロン厚の犠牲層のエッチングを可能にすることができる。
【００４９】
図４Ｍにおいて、フォトレジスト層３４０が除去される。一例では、液体溶剤を使用してフォトレジスト層３４０を除去することができる。別の例では、ドライ技法（例えば、Ｏ２のプラズマアッシング）を使用してフォトレジスト層３４０を除去することができる。
【００５０】
例示の製作プロセスを上述したが、半ドーナツ形共振器ジャイロスコープを製作する際に他の代替プロセスを利用できることが理解されるべきである。例えば、半ドーナツ形共振器１００をアンカー支柱２１６に直接取り付ける代わりに、別の例では、共振器１００をアンカー支柱２１６の上のバブル層３１０に取り付けることができる。すなわち、バブル層３１０はその中にエッチングされた開口３１２がなくてもよい。バブル層３１０の開口３１２なしでは、共振器１００はアンカー支柱２１６の代わりにバブル層３１０に付着することができる。
【００５１】
別の例では、半ドーナツ形共振器は、基板の空洞内に延びる内向きバブルで形成することができる。例えば、半ドーナツ形状を有する空洞を基板に形成することができる。空洞は共振器用の半ドーナツ形型板を形成することができる。等方性シリコンエッチング剤を使用して半ドーナツ形空洞の傾斜側壁を生成することができる。半ドーナツ形空洞が形成された後、真空が半ドーナツ形空洞内に形成されるように真空中で共振器層を基板に接合することができる。次に、基板およびバブル層は、環状空洞内に延びるバブルが共振器層に形成されるように与圧室で加熱することができる。環状空洞内にバブルを押しつけることにより、半ドーナツ形共振器用のより頑強なアンカー支柱を形成することができる。次に、環状空洞の側壁に電極を形成することができる。製作プロセスの他のステップは、図４Ａ〜４Ｍに関して説明したもの同様にすることができる。
【００５２】
さらなる別の例では、共振器層は基板上に配置することができ、バブルは共振器層に直接形成することができる。例えば、Ｃｏｒｎｉｎｇ ＵＬＥ（登録商標）ガラスなどの低ＣＴＥガラスは、共振器として使用するために、基板に直接接合することができる。次に、内向きバブルまたは外向きバブルを低ＣＴＥガラスに直接形成することができる。いくつかの例では、低ＣＴＥガラスの軟化点がシリコンの融点を超えることがあり、このため、より高い溶融温度を有する代替開始基板を、エッチングの対応する代替技法とともに使用することができる。代替基板用の例示の基板材料は、ＳｉＣ、タングステン（Ｗ）、およびＴｉを含む。
【００５３】
一例では、バブルは、以下のプロセスによって共振器層に直接形成することができる。基板（例えば、ＳｉＣ、タングステン、およびＴｉで構成される）をエッチングして（例えば、ＤＲＩＥを使用して）、環状空洞およびアンカー支柱を形成することができる。共振器層（例えばＳｉＯ２）は基板に接合することができる。共振器層は共振器の所望の厚さまで薄化することができる。次に、基板および共振器層は、共振器層にバブルを形成するために共振器層の軟化点まで加熱することができる。いくつかの例では、加熱は、誘導加熱、および／または炉管の開放端部を通して誘導されたＣＯ２レーザビームなどの漸増的レーザ加熱とすることができる。基板上のパターン化犠牲層（例えば、Ｓｉ３Ｎ４および／またはモリブデン）を使用して共振器の外唇を解放することができる。いくつかの例では、共振器の外唇をレーザまたは黒体放射で加熱して、外唇により厚い壁を生成することができる。
【００５４】
図５は、図４Ａ〜４Ｍのプロセスにより製作された半ドーナツ形共振器ジャイロスコープ４００の断面側面図を示す。ジャイロスコープ４００は、環状空洞４１２を画定するシリコンウェハなどの基板４１０を含むことができる。基板４１０のアンカー支柱４１４は、環状空洞４１２の中央部分を通って延びることができる。例えばＰｙｒｅｘガラスで構成されたバブル層４１６は基板４１０の上部表面に取り付けることができる。バブル層４１６は、環状空洞４１２の上の半ドーナツ形バブル４１８を含むことができる。例えばポリシリコンで構成され、複数の電極を含む第１の導電層４２０はガラス層４１６の上に配置することができる。パッド層４２２は導電層４２０の領域部分上に配置することができる。
【００５５】
半ドーナツ形共振器４３０は、半ドーナツ形バブル４１８および環状空洞４１２の上に配置することができる。一例では、共振器４３０は、内側表面および外側表面上に薄い導電層４３６および４３８をもつガラス材料で構成することができる。共振器４３０は、それの中央部分に、基板４１０のアンカー支柱４１４に取り付けられるステム４３２を含むことができる。ステム４３２は、バブル層４１６および／または犠牲層の開口の結果として形成された段差構造４３３を含むことができる。共振器４３０の外唇４３４は、共振器４３０がステム４１４のまわりで自由に振動できるように導電層４２０からわずかに離して位置決めすることができる。
【００５６】
第２の導電層４３６は共振器４３０の内側表面（例えば、内側表面１１２）に複数の電極を含む。外側表面（例えば、外側表面１１８）上の第３の導電層４３８は連続的とすることができる。
【００５７】
代替実施形態では、電極は、共振器４３０の外唇４３４上に形成された櫛形フィンガ（例えば、共振器４３０の外唇上の突起）と取り替えることができる。櫛形フィンガは、共振器４３０の外唇４３４に横方向に隣接する平坦領域上のフォトレジスト（例えば、フォトレジスト３４０−１）をパターン化することによって画定することができる。次に、共振器層は櫛を形成するようにエッチングすることができ、櫛は第３の導電層４３８で被覆することができる。
【００５８】
共振器４３０の振動を感知するのに電極を使用することができるが、他の例では、共振器４３０の振動を感知するのに光センサを使用することができる。したがって、一例では、ジャイロスコープ４００の駆動およびピックオフはそれぞれ電気的および光学的とすることができる。別の例では、駆動およびピックオフは共に光学的とすることができる。
【００５９】
別の実施形態では、共振器４３０を駆動し、振動を感知するための複数の電極（例えば、導電層４２０から形成された）は半ドーナツ形共振器４３０の外側に配置することができる。例えば、複数の電極は、共振器４３０の横方向に隣接して基板４１０上に形成された１つまたは複数の追加のバブル上に配置することができる。
【００６０】
さらなる実施形態では、複数の電極は共振器４３０の上の電極支持構造体（図示せず）上に配置することができる。この場合、共振器４３０の内側表面（例えば、内側表面１１２）上の第２の導電層４３６は連続的とすることができ、外側表面（例えば、外側表面１１８）上の第３の導電層４３８は複数の電極を含むことができる。さらに、共振器４３０と電極支持構造体との間の犠牲層をエッチングするのにエッチング剤が迅速に通過できるようにするために、１つまたは複数の開口を電極支持構造体に形成することができる。共振器４３０のステム４３４上の電気的接触部は、共振器４３０を電極支持構造体に機械的に接続することができる。電極支持構造体は熱膨張不整合を低減させるためにドープしたチタニアシリケートガラスで構成することができる。
【００６１】
ジャイロスコープ４００の例示の動作では、半ドーナツ形共振器４３０は、導電層４２０の第１の複数の電極に供給される電気信号に基づいて共振させることができる。これらの電極に供給される電気信号は、共振器４３０の内側表面上の第２の複数の電極４３６に運動を誘起することができる。一例では、これは、図３Ａに示したような共振器４３０のｎ＝２四重極モード共振をもたらすことができる。ジャイロスコープ４００が回転すると、ｎ＝２四重極振動モードの方位は、半ドーナツ部の対称軸、すなわち、アンカー支柱４１４の中心軸のまわりに歳差運動をする。歳差運動の角度は加えられた回転の積分角度の指標である。歳差運動は、第２の複数の電極４３６と導電層４２０の第１の複数の電極との間の電気的特性変化に基づいて感知することができる。これらの感知した電気的特性変化に基づいて、情報はジャイロスコープからパッド４２２を介して他の電気構成要素に供給することができる。次に、他の電気構成要素はこの情報に基づいてジャイロスコープの回転を決定することができる。別の例では、モード歳差運動は、ｎ＝２四重極モードの振動運動によってもたらされた光ビームの時間変動の障害を測定することによって光学的に感知することができる。別の例では、ジャイロスコープ４００は、ジャイロスコープ４００が回転する場合にｎ＝２四重極モードの歳差運動を妨げる力を共振器４３０に生成するように再平衡電圧が電極に印加される力再平衡モードで動作することができる。この例では、再平衡電圧は加えられる回転速度の指標である。
【００６２】
本明細書で説明する例によれば、半ドーナツ形共振器は、高性能ジャイロスコープ用に十分な精度で製作することができる。いくつかの例では、半ドーナツ形共振器の大部分の振動は共振器の外唇の近くで生じることができる。レート積分振動ジャイロスコープの性能指標は、回転する共振器に関して測定された振動モードパターンの回転角度を外部から加えられた回転の角度で除算したものとして定義される角度利得係数である。一例では、半ドーナツ形共振器ジャイロスコープの角度利得係数は、従来の半球形共振器ジャイロスコープの約０．３の角度利得係数と比較して、約０．５８となり得る。したがって、半ドーナツ形共振器は、信号対雑音比が従来の半球形共振器ジャイロスコープよりも約２倍高いので、誤差の発生源を低減することができる。
【００６３】
さらに、共振器のステムは高精度で位置合わせすることができる。すなわち、高度の方位角対称性（例えば、外唇に対するステムの位置決め）を達成することができる。一例では、共振器上のステムは、従来の半球形共振器と比較して、約２０倍だけより正確に位置決めすることができる。この精度の向上は共振器により良好な対称性をもたらし、それにより、性能を改善することができる。さらに、半ドーナツ形共振器により、ウェハへのバッチ製作がそれほど高価でなく可能になる。
【００６４】
本明細書で説明する例示の半ドーナツ形ジャイロスコープのいずれもそれから回転感知情報を得るために電子デバイスに組み込むことができる。例えば、電子デバイスは、１つまたは複数のメモリデバイスに結合されている１つまたは複数の処理デバイスに結合された半ドーナツ形ジャイロスコープを含むことができる。１つまたは複数のメモリデバイスは命令を含むことができ、その命令は、１つまたは複数の処理デバイスによって実行されるとき、１つまたは複数の処理デバイスに１つまたは複数の動作を行わせることができる。一例では、１つまたは複数の処理デバイスは、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号処理装置、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などを含むことができる。１つまたは複数のメモリデバイスは、プロセッサ可読命令またはデータ構造の記憶のために使用される任意の適切な処理装置可読媒体を含むことができる。
【００６５】
処理装置可読媒体は、汎用または専用コンピュータまたは処理装置、あるいは任意のプログラマブルロジックデバイスによってアクセスすることができる任意の利用可能な媒体として実装することができる。好適な処理装置可読媒体は、ストレージまたはメモリ媒体などの有形の媒体と、ネットワークおよび／または無線リンクなどの通信媒体を介して伝達される電気、電磁気、またはデジタル信号などの伝送媒体とを含むことができる。
【００６６】
ストレージまたはメモリ媒体は、従来のハードディスク、コンパクトディスク読出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）などの磁気または光学媒体、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）（限定はしないが、シンクロナスダイナミックランダムアクセスメモリ（ＳＤＲＡＭ）、ダブルデータレート（ＤＤＲ）ＲＡＭ、ＲＡＭＢＵＳダイナミックＲＡＭ（ＲＤＲＡＭ）、スタティックＲＡＭ（ＳＲＡＭ）などを含む）などの揮発性または不揮発性媒体、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、電気的消去可能プログラマブルＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、およびフラッシュメモリなどを含むことができる。
【００６７】
一例では、命令により、１つまたは複数の処理デバイスは半ドーナツ形ジャイロスコープからの情報を受け取り、慣性測定のためにその情報を使用することができる。
（例示の実施形態）
実施例１は、上部表面を有する基板と、半ドーナツ形状を有し、ステムと、ステムを囲む外唇とを含む共振器であり、ステムは基板の上部表面に取り付けられ、外唇は共振器が振動できるようにするために上部表面から離して配置される、共振器とを含む振動構造ジャイロスコープを含む。
【００６８】
実施例２は、慣性変化を測定するための電子デバイスであり、１つまたは複数の処理デバイスと、１つまたは複数の処理デバイスに結合され、１つまたは複数の処理デバイスに慣性測定値を計算させるように構成された命令をその上に有する１つまたは複数のメモリデバイスとを含む、電子デバイスと、１つまたは複数の処理デバイスに結合され、１つまたは複数の処理デバイスに回転情報を供給するように構成されたジャイロスコープであり、上部表面を有する基板と、半ドーナツ形状を有し、ステムと、ステムを囲む外唇とを含む共振器であり、ステムは基板の上部表面に取り付けられ、外唇は共振器が振動できるようにするために上部表面から離して配置される、共振器とを含むジャイロスコープとを含む。
【００６９】
実施例３では、実施例１および２の任意のものの振動構造ジャイロスコープは、基板の上部表面が、環状空洞と、環状空洞の中央部分を通って延びるアンカー支柱とを画定する場合と、共振器のステムがアンカー支柱に取り付けられる場合とを適宜含むことができる。
【００７０】
実施例４では、実施例１〜３の任意のものの振動構造ジャイロスコープは、環状空洞と共振器との間に配置されたバブル層であり、環状空洞の上に半ドーナツ形バブルを含む、バブル層と、バブル層の外部表面に配置された第１の複数の電極とを適宜含むことができる。
【００７１】
実施例５では、実施例１〜４の任意のものの振動構造ジャイロスコープは、共振器の内側表面に配置された第２の複数の電極を適宜含むことができる。
実施例６では、実施例１〜５の任意のものの振動構造ジャイロスコープは、共振器の外側表面に配置された連続電極層を適宜含むことができる。
【００７２】
実施例７では、実施例１〜６の任意のものの振動構造ジャイロスコープは、第１の複数の電極、第２の複数の電極、および／または連続電極層が多結晶シリコンを含む場合を適宜含むことができる。
【００７３】
実施例８では、実施例５および７の任意のものの振動構造ジャイロスコープは、第２の複数の電極および連続電極層が約２００オングストローム未満の厚さを有する場合を適宜含むことができる。
【００７４】
実施例９では、実施例４〜８の任意のものの振動構造ジャイロスコープは、バブル層がガラス材料を含む場合を適宜含むことができる。
実施例１０では、実施例１〜９の任意のものの振動構造ジャイロスコープは、共振器が低熱膨脹係数を有するガラス材料を含む場合を適宜含むことができる。
【００７５】
実施例１１は振動構造ジャイロスコープを製作する方法を含み、その方法は、基板の第１の表面に環状空洞を形成するステップであり、環状空洞が環状空洞の中央部分にあるアンカー支柱を画定する、ステップと、基板の第１の表面の上と、環状空洞の上とにバブル層を形成するステップと、環状空洞の上のバブル層に半ドーナツ形バブルを形成するために基板およびバブル層を加熱するステップと、バブル層の半ドーナツ形バブルの上に犠牲層を堆積させるステップと、犠牲層に開口を形成するステップであり、開口が環状空洞のアンカー支柱の上に配置される、ステップと、犠牲層の上に共振器層を堆積させるステップと、バブル層と共振器層との間の犠牲層を除去するステップとを含む。
【００７６】
実施例１２では、実施例１１の方法が、犠牲層を堆積させる前にバブル層の半ドーナツ形バブルの上に第１の導電層を堆積させるステップと、複数の電極を形成するために第１の導電層をエッチングするステップと、犠牲層の上に第２の導電層を堆積させるステップと、電極層を形成するために第２の導電層をエッチングするステップとを適宜含むことができる。
【００７７】
実施例１３では、実施例１２の方法が、共振器層の上に第３の導電層を堆積させるステップを適宜含むことができる。
実施例１４では、実施例１１〜１３の任意のものの方法が、共振器層の上に第１のフォトレジスト層を堆積させるステップと、基板の第１の表面と平行である第１フォトレジスト層の部分を除去するためにフォトレジスト層を露光および現像するステップと、半ドーナツ形バブルに対応する共振器層の部分の上に第２のフォトレジスト層を印刷するステップであり、共振器の外唇に対応する第１フォトレジスト層の縁部が第２のフォトレジスト層によって覆われないままである、ステップとを適宜含むことができる。
【００７８】
実施例１５では、実施例１４の方法は、基板の第１の表面に垂直な方向に、方向性エッチングを使用して、共振器層をエッチングするステップを適宜含むことができる。
実施例１６では、実施例１５の方法は、共振器層をエッチングするステップが気体エッチング剤でエッチングするステップを含む場合を適宜含むことができる。
【００７９】
実施例１７では、実施例１１〜１６の任意のものの方法は、犠牲層を堆積させる前にアンカー支柱の上のバブル層に開口をエッチングするステップを適宜含むことができる。
実施例１８では、実施例１７の方法は、バブル層の開口をエッチングするステップが、アンカー支柱に近づくとともに小さくなる直径を有する開口のテーパ状縁部を形成するステップを含む場合を適宜含むことができる。
【００８０】
実施例１９では、実施例１１〜１８の任意のものの方法は、基板およびバブル層を加熱する前に約１０ミクロンから１００ミクロンの範囲の厚さにバブル層を薄化するステップを適宜含むことができる。
【００８１】
実施例２０では、実施例１１〜１９の任意のものの方法は、環状空洞およびアンカー支柱を形成するステップが、同じフォトマスクを使用して環状空洞およびアンカー支柱をエッチングするステップを含む場合を適宜含むことができる。
【００８２】
特定の実施形態が本明細書で図示および説明されたが、同じ目的を達成するように計算された任意の構成が図示された特定の実施形態と置き換わることができることが当業者なら理解されよう。したがって、本発明は特許請求の範囲およびその均等物によってのみ限定されることが明白に意図される。
【符号の説明】
【００８３】
１００ 半ドーナツ形共振器
１１０ 外側表面
１１２ 内側表面
１１４ ステム
１１６ 開口
１１８ 外唇
１２０ 内向き凹部
２００ 半ドーナツ形共振器ジャイロスコープ
２１０ 基板
２１２ 上部加工表面
２１４ 環状空洞
２１６ アンカー支柱
３１０ バブル層
３１２ 開口
３１４ 半ドーナツ形バブル
３２０ 第１の導電層
３２４ 犠牲層
３２６ 開口
３３０ 第２の導電層
３３４ 共振器層
３３８ 第３の導電層
３４０ フォトレジスト層
３４０−１ 第１のフォトレジスト層
３４０−２ 第２のフォトレジスト層
３４２ 平坦領域
３４４ 縁部
４００ 半ドーナツ形共振器ジャイロスコープ
４１０ 基板
４１２ 環状空洞
４１４ アンカー支柱
４１６ バブル層
４１８ 半ドーナツ形バブル
４２０ 第１の導電層
４２２ パッド層
４３０ 半ドーナツ形共振器
４３２ ステム
４３３ 段差構造
４３４ 外唇
４３６ 第２の導電層
４３８ 第３の導電層
【背景技術】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１０年５月３０日に出願された米国特許仮出願第６１／３４９，８７６号の優先権の利益を主張し、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
振動構造ジャイロスコープは、共振器などの振動構造体の振動の変化を感知することによって回転を検出する。一般に、共振器はある機構によって振動させられる。振動共振器の回転は振動の変化を引き起こす（例えば、角度、速度）。この変化を検出および使用して共振器の回転を決定することができる。振動構造ジャイロスコープには、一般に、圧電、半球、音叉、およびホイール型ジャイロスコープが含まれる。
【０００３】
半球型振動構造ジャイロスコープは、ステムに取り付けられた半球シェルを有する共振器を含むことができる。共振器のステムは構造体に組み付けられ、共振器はステムのまわりで振動することができる。このタイプのジャイロスコープは、従来の高精度機械加工技法を使用して製作することができる。微細加工技法を使用してこのタイプのジャイロスコープを構築し、それにより、一度に多数のジャイロスコープをバッチ製作できるようにすることが一般に望ましい。
【０００４】
いくつかの例では、半球シェルの一様性は、半球シェルの振動を使用して回転を検出できる精度に影響を与えることがある。さらに、半球シェル上のステムの位置決め（例えば、ステムが中心から外れている場合）は、さらに、ジャイロスコープの精度に影響を与えることがある。したがって、半球型ジャイロスコープの製造の精度は、達成するのが困難な可能性がある重要な要因である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
１つの例示的実施形態は、上部表面を有する基板を有する振動構造ジャイロスコープに関する。振動構造ジャイロスコープは、さらに、半ドーナツ形状を有する共振器を含むことができ、共振器は、ステムと、ステムを囲む外唇とを含み、ステムは基板の上部表面に取り付けられ、外唇は共振器が振動できるようにするために上部表面から離して配置される。
【０００６】
図面は単に例示的実施形態を示し、したがって範囲を限定すると見なされるべきでないことを理解した上で、例示的実施形態が、添付図面を使用することによって付加的な特定性および詳細とともに説明される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１Ａ】一実施形態による振動構造ジャイロスコープの半ドーナツ形共振器の斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ａの半ドーナツ形共振器の別の斜視図である。
【図１Ｃ】図１Ａの半ドーナツ形共振器の平面図である。
【図２】一実施形態による半ドーナツ形共振器ジャイロスコープの断面側面図である。
【図３Ａ】一実施形態による半ドーナツ形共振器の振動モードの図である。
【図３Ｂ】一実施形態による半ドーナツ形共振器の振動モードの歳差運動の図である。
【図４Ａ】一実施形態による半ドーナツ形共振器ジャイロスコープの製作プロセスの一段階の断面側面図である。
【図４Ｂ】一実施形態による半ドーナツ形共振器ジャイロスコープの製作プロセスの一段階の断面側面図である。
【図４Ｃ】一実施形態による半ドーナツ形共振器ジャイロスコープの製作プロセスの一段階の断面側面図である。
【図４Ｄ】一実施形態による半ドーナツ形共振器ジャイロスコープの製作プロセスの一段階の断面側面図である。
【図４Ｅ】一実施形態による半ドーナツ形共振器ジャイロスコープの製作プロセスの一段階の断面側面図である。
【図４Ｆ】一実施形態による半ドーナツ形共振器ジャイロスコープの製作プロセスの一段階の断面側面図である。
【図４Ｇ】一実施形態による半ドーナツ形共振器ジャイロスコープの製作プロセスの一段階の断面側面図である。
【図４Ｈ】一実施形態による半ドーナツ形共振器ジャイロスコープの製作プロセスの一段階の断面側面図である。
【図４Ｉ】一実施形態による半ドーナツ形共振器ジャイロスコープの製作プロセスの一段階の断面側面図である。
【図４Ｊ】一実施形態による半ドーナツ形共振器ジャイロスコープの製作プロセスの一段階の断面側面図である。
【図４Ｋ】一実施形態による半ドーナツ形共振器ジャイロスコープの製作プロセスの一段階の断面側面図である。
【図４Ｌ】一実施形態による半ドーナツ形共振器ジャイロスコープの製作プロセスの一段階の断面側面図である。
【図４Ｍ】一実施形態による半ドーナツ形共振器ジャイロスコープの製作プロセスの一段階の断面側面図である。
【図５】図４Ａ〜４Ｍのプロセスにより製作された半ドーナツ形共振器ジャイロスコープの断面側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
慣例に従って、説明する様々なフィーチャは一定の縮尺で描かれておらず、例示的実施形態に関連する特定のフィーチャを強調するように描かれている。
以下の詳細な説明において、本明細書の一部を形成し、例として特定の例示的実施形態が示される添付図面が参照される。他の実施形態を利用することができ、論理的、機械的な、および電気的な変更を行うことができることが理解されるべきである。さらに、図面および明細書で提示される方法は、個々のステップを行うことができる順序を限定するものと解釈されるべきでない。したがって、以下の詳細な説明は限定の意味に解釈されるべきでない。
【０００９】
図１Ａ、１Ｂ、および１Ｃは、一実施形態による振動構造ジャイロスコープで使用される半ドーナツ形状を有する共振器１００を示す。共振器１００は、外側表面１１０と、外側表面１１０の輪郭に従った対応する内側表面１１２とを有する。共振器１００はそれの中央部分で内部に突き出し、開口１１６をもつ中央ステム１１４を形成することができる。ステム１１４は、下にある構造体への共振器１００の連結点を与えることができる。共振器１００の外唇１１８はステム１１４を囲む。図１Ｂに示されるように、共振器１００の半ドーナツ形状は、外側表面１１０の中央部分に内向き凹部１２０をもたらす。この内向き凹部１２０は、図１Ａに示されるようなステム１１４を形成する。
【００１０】
一例では、共振器１００は、シリカ（例えば、非晶質ＳｉＯ２）などのガラス材料で構成することができる。他の例では、半ドーナツ形共振器１００は、低熱膨脹係数（ＣＴＥ）を有する別のガラス材料で構成することができる。低ＣＴＥは、共振器１００の熱弾性減衰を低減するのに役立つことができる。熱弾性減衰は、共振器１００の品質係数Ｑの基本的限界を規定することができる。圧縮応力および引張応力が共振器１００の材料内の加熱および冷却を生成する場合、熱弾性減衰が生じることがある。これは共振器１００の厚さにわたる温度勾配を誘起することがある。結果として生じる熱の流れが共振器１００の機械エネルギを消費することがある。熱弾性減衰のレートはＣＴＥの２乗に比例することができ、したがって、いくつかの例では、低ＣＴＥをもつ材料の共振器１００を構成することが有利となることがある。いくつかの例では、共振器１００を形成するシリカ材料に数パーセントのチタニア（非晶質ＴｉＯ２）を含ませて、ＣＴＥを低減することができる。チタニア濃度が約７％である場合、ゼロに近いＣＴＥを達成することができる。他の例では、共振器１００は、シリコン、ダイヤモンドなどのような高い機械的品質係数を提供する別の材料で構成することができる。
【００１１】
半ドーナツ形状により、共振器１００は優れた振動特性を有することができるのと同時に、さらに、共振器１００は微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）スケールのチップで精密に製作することができる。特に、半ドーナツ形状は、対称の中心軸のまわりに高度の対称性で製作することができる。
【００１２】
一実施形態では、共振器１００のステム１１４は、半ドーナツ部の中央部分に一体化して形成される。これにより、ステム１１４は外唇１１８に対して高精度で位置合わせすることができるが、それは、ステム１１４および共振器１００が同じステップで形成されるからである。これにより、さらに、共振器１００は強度を向上することができるが、それは、ステム１１４が共振器１００の一体化部分であるからである。特に、共振器１００の精度および強度の向上は、ステム１１４および共振器１００を分離したステップで製作し、次に、一緒に接続するのではないことに一部は起因している。製作プロセスに関する追加の詳細が、以下で説明する図４Ａ〜４Ｍに関して提供される。
【００１３】
１つの例示的実施形態では、ステム１１４は約１０〜４００ミクロンの外径を有することができ、一方、外唇１１８は約０．５〜４ｍｍ（例えば、約２ｍｍ）の直径を有することができる。共振器１００は約３〜３０ミクロンの材料厚さを有することができる。
【００１４】
図１Ａ、１Ｂ、および１Ｃの半ドーナツ形共振器１００は特定の高さ、直径、曲率半径、ステム幅、および開口寸法を有するように示されているが、半ドーナツ形共振器１００のこれらの部分の他のサイズを使用できることが理解されるべきである。さらに、いくつかの例では、ステム１１４は中実とすることができ、したがって、開口１１６を含まなくてもよい。
【００１５】
図２は、その中に共振器１００を有する半ドーナツ形共振器ジャイロスコープ２００の断面側面図である。この例では、ジャイロスコープ２００はＭＥＭＳスケールジャイロスコープである。したがって、ジャイロスコープ２００は、半導体製造プロセスを使用して、単一のウェハ上に製作することができる。ジャイロスコープ２００は、上部加工表面２１２を有する基板２１０を含むことができる。共振器１００のステム１１４は、基板２１０の上部加工表面２１２に取り付けることができる。共振器１００の外唇１１８は、共振器１００がステム１１４のまわりで自由に振動できるように表面２１２から隔てられる。
【００１６】
基板２１０は、上部加工表面２１２に環状空洞２１４を画定することができる。基板２１０のアンカー支柱２１６は、環状空洞２１４の中央部分を通って延びることができる。一例では、追加の半導体導体構成要素を、基板２１０の上部加工表面２１２に製作することができる。共振器１００のステム１１４はアンカー支柱２１６に取り付けることができる。基板２１０は、シリコンウェハ、ガリウムヒ素ウェハ、シリカ、炭化ケイ素、ガラス−セラミック（例えば、Ｓｃｈｏｔｔ ＡＧによって製造されたゼロ膨張ガラスセラミックのＺｅｒｏｄｕｒ（登録商標））、または他の材料を含むことができる。
【００１７】
図３Ａおよび３Ｂは、半ドーナツ形共振器１００の振動モードの上部プロファイル図を示す。図示のように、共振器１００はｎ＝２四重極モードで共振することができる。図３Ａでは、半ドーナツ形共振器１００の外唇１１８が、ｘ軸に沿って外側に、およびｙ軸に沿って内側に瞬間変位している状態が示される。時間的に２分の１振動サイクルの後で、変位は、ｙ軸に沿って外側に、およびｘ軸に沿って内側になるであろう。図３Ｂでは、ｎ＝２四重極振動モードの方位の歳差運動が示される。このモードは外部的に加えられた回転Ωに起因して角度シータだけ回転することが示されている。回転ベクトルはｚ軸に（紙面から外に）沿っている。角度シータは時間とともに増加し、すなわち、モードはz軸のまわりに歳差運動をする。
【００１８】
図４Ａ〜４Ｍは、半ドーナツ形共振器ジャイロスコープ２００の例示の製作プロセスにおける様々な段階を示す。製作プロセスは、基板２１０（例えば、シリコンウェハ）から始まることができる。
【００１９】
図４Ａは、環状空洞２１４およびアンカー支柱２１６を形成するために、上部加工表面２１２をパターン化およびエッチングした（例えば、フォトマスクを使用して）後の基板２１０を示す。一例では、環状空洞２１４を形成するエッチングはディープ反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）を含むことができる。アンカー支柱２１６は、環状空洞２１４を形成するのに使用されるのと同じパターン化およびエッチングのステップ（例えば、同じフォトマスクを使用して）の間に形成することができる。したがって、環状空洞２１４の外側寸法は、アンカー支柱２１６と同じパターン化およびエッチングのステップを使用して形成することができる。これにより、アンカー支柱２１６の位置決め精度（例えば、外側の寸法に対する位置合わせ）は、マスク書込みプロセスの位置決め精度と同じくらい良好になり得る。すなわち、位置決め精度は、パターン化のステップ（例えば、あるフィーチャを別のパターン化ステップで生成されたフィーチャと位置合わせしようとする１つのパターン化ステップ）の位置合わせ精度に依存しない。
【００２０】
一例では、マスク書込みは、０．０５ミクロン未満のスポットサイズ／許容度で行うことができる。従来の半球形共振器では、同様の位置合わせは、１から２ミクロン程度、すなわち本半ドーナツ形共振器よりも２０〜４０倍悪い位置合わせ許容度のフォトリソグラフィ位置合わせ、ウェハ接合、またはいくつかの他のプロセスによって行われている可能性がある。一実施形態では、アンカー支柱２１６は直径が約２００ミクロンである。
【００２１】
一例では、環状空洞２１４の深さは、後述するような所望の半ドーナツ形バブルを達成するように決定することができる。理想気体挙動を仮定すると、環状空洞２１４の深さは、Ｄ＝（πｒ／４）［ＰＡＴＡ／（ＰＢＴＡ−ＰＡＴＢ）］として計算でき、ここで、ｒはドーナツ形管の半径であり、ＰＢおよびＴＢは、それぞれ、ガラスウェハ３１０（図４Ｂを参照）が基板２１０に接合される気体圧力および温度であり、ＰＡおよびＴＡは、それぞれ、ウェハが以下の図４Ｃでアニールされる気体圧力および温度である。
【００２２】
いくつかの例では、パターン化およびエッチングにより、基板２１０上に他のフィーチャを形成することもできる。さらに、いくつかの例では、基板２１０は適度に導電性にすることができる。したがって、高濃度ドープシリコンウェハを使用することができ、または環状空洞２１４をエッチングした後にドーパントを表面２１２に拡散することができる（図示せず）。
【００２３】
図４Ｂは、基板２１０上のバブル層３１０を示す。一例では、バブル層３１０は最初にガラスウェハを含むことができる。ガラスウェハは、基板２１０のパターン化およびエッチングされた表面２１２に陽極接合することができる。ガラスウェハは、Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｐｙｒｅｘ、Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｅａｇｌｅ ＸＧ、Ｓｃｈｏｔｔ Ｂｏｒｏｆｌｏａｔ、またはＨｏｙａ ＳＤ２などの材料で構成することができる。ガラスウェハは、ラッピングまたはポリッシングによって所望の厚さ（例えば、約１０〜１００ミクロン）に薄化することができる。一例では、ガラスウェハは基板２１０への接合の後に薄化することができるが、別の例では、ガラスウェハは基板２１０への接合の前に薄化することができる。別の例では、ガラスウェハはエッチングによって薄化することができる。ガラスウェハが基板２１０に接合された後、ガラスウェハをエッチングして、アンカー支柱２１６の上に開口３１２を形成することができる。一例では、開口３１２は、アンカー支柱２１６に近づくとともに小さくなるテーパ状縁部を有することができる。
【００２４】
以下で説明するプロセスの後続のステップは、ガラスウェハ中の外側に膨張したバブルを示している。ガラスウェハを膨張させるために、ある一定の圧力の気体が環状空洞２１４中に存在することができる。一例では、使用される気体の圧力は、ガラスウェハの特性、気体が膨張させられる前後の環状空洞２１４の温度などの関数である。環状空洞２１４での所望の圧力および組成を達成するために、陽極接合中に基板２１０を収容するチャンバは所望の圧力および組成の気体で満たすことができる。様々な気体を使用することができ、例えば、窒素、アルゴン、空気などを０．２から１気圧の典型的な圧力で使用することができる。いかなる場合も、膨張させると、ガラスウェハ中のバブルが「膨らみ」、その結果、バブルが所望の寸法に達し、膨張するのを止めるように気体の密度があるべきである。
【００２５】
図４Ｃは、バブル層３１０に形成された半ドーナツ形バブル３１４を示す。一例では、半ドーナツ形バブル３１４は、アンカー支柱２１６のまわりで実質的に対称である。バブル３１４は、基板２１０およびバブル層３１０をバブル層３１０の軟化点を超えて加熱することによって形成することができる。例えば、基板２１０およびバブル層３１０は、Ｐｙｒｅｘガラスでは摂氏約８５０度、Ｅａｇｌｅ ＸＧまたはＳＤ２ガラスでは摂氏約９７５度、または溶融石英では摂氏約１７００度まで加熱することができる。
【００２６】
温度が上昇するにつれて、空洞内の圧力は外圧を上回ることになり、それにより、環状空洞２１４中の気体は、環状空洞２１４の上の軟化したガラスのバブル３１４を膨張および形成させる。表面張力は、バブル３１４がアンカー支柱２１６のまわりで対称となるように実質的に一定の曲率半径のバブル３１４を形成するのに役立つことができる。温度を制御して、気体の膨張およびその結果として生じるバブル３１４の寸法を制御することができる。バブル３１４が所望の寸法に達した後、バブルが硬化する前につぶれない十分に速い速度で温度を降下させることによってバブル３１４は硬化させることができる。冷却速度は、ガラスの厚さ、環状空洞の体積、バブル３１４の寸法などに依存することがある。硬化した後、半ドーナツ形バブル３１４は共振器１００の残りの部分のための型板になることができる。
【００２７】
バブル３１４の半ドーナツ形状は環状空洞２１４内の気体の加熱の結果として自然に形成されるので、バブル３１４は高精度で形成することができる。バブル３１４は半ドーナツ形共振器１００の型板となるので、高精度でバブル３１４を形成することが、同様に高精度の共振器１００をもたらす。さらに、共振器１００のステム１１４および外唇１１８はバブル３１４を使用して形成されるので、外唇１１８に対するステム１１４の位置合わせはバブル３１４の精度に基づく。上述のように、バブル３１４の精度は、環状空洞２１４およびアンカー支柱２１６から自然に生じる。したがって、外唇１１８に対するステム１１４の位置合わせを含む共振器１００の精度は、環状空洞２１４およびアンカー支柱２１６を形成することができる精度に基づく。上述のように、環状空洞２１４およびアンカー支柱２１６は同じパターン化およびエッチングのステップを使用して形成されるので、環状空洞２１４およびアンカー支柱２１６の精度は非常に高くすることができる（例えば、０．０５ミクロン未満の許容誤差範囲を有する）。したがって、共振器１００は高精度で形成することができる。
【００２８】
図４Ｄは、バブル層３１０に堆積された第１の導電層３２０を示す。次に、第１の導電層３２０をパターン化して複数の電極を形成することができる。一例では、複数の電極はバブル層３１０の外側縁部からバブル３１４の上部部分の方へ延びることができる。複数の電極は導電層３２０の複数の延びた部分を形成することができる。複数の電極を使用して共振器１００を駆動および平衡させることができる。一例では、第１の導電層３２０は多結晶シリコン（「ポリシリコン」）で構成することができ、複数の電極は、ポリシリコンを貫いてイオン注入し、続いて急速アニールすることによって形成することができる。
【００２９】
他の例では、第１の導電層３２０は、金、ニクロム、クロミウム、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、ドープしたチタニアシリケートガラスなどを含む他の材料で構成することができる。図４Ｄは主として半ドーナツ形バブル３１４の外側の複数の電極を示しているが、他の例では、複数の電極は、バブル３１４の他の場所、ならびにバブル３１４以外の構造体（図示せず）にパターン化することができる。
【００３０】
図４Ｅは、第１の導電層３２０上に堆積された犠牲層３２４を示す。犠牲層３２４をパターン化およびエッチングして開口３２６を形成することができる。バブル層３１０と同様に、犠牲層３２４中の開口３２６をアンカー支柱２１６の上に形成することができる。一例では、開口３２６は、アンカー支柱２１６に近づくとともに小さくなるテーパ状縁部を有することができる。
【００３１】
犠牲層３２４のパターン化およびエッチングをさらに使用して、接触部（図示せず）および他のフィーチャを（例えば、領域３２４中に）形成することができる。いくつかの例では、パターン化は、ｅ−ビームリソグラフィまたはステッパなどの投射型リソグラフィで行うことができる。
【００３２】
一例では、犠牲層３２４はポリシリコンで構成することができる（例えば、第１の導電層３２０がポリシリコン以外の材料で構成される場合）。他の例では、犠牲層３２４は、急速エッチングガラス、またはチタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロミウム（Ｃｒ）などのようないくつかの選択的エッチング金属のうちの１つで構成することができる。さらなる他の例では、犠牲層３２４は、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、モリブデン合金（Ｍｏｌｙ）、エーロゲル、ポリイミド、またはパリレンで構成することができる。さらなる他の例では、犠牲層３２４は多層の材料で構成することができる。例えば、第１の導電層３２０がポリシリコンで構成される場合、犠牲層３２４の第１の層は、上部により厚い層のポリシリコンを伴う金属（Ｔｉ、Ｍｏ、Ｃｒなど）で構成することができる。
【００３３】
一例では、低圧化学気相成長（ＬＰＣＶＤ）を使用して犠牲層３２４を形成する。別の例では、プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）プロセスを使用して犠牲層３２４を形成することができる。さらに、多数の堆積を使用してより厚い犠牲層３２４を生成することができる。堆積条件は犠牲層３２４中の応力を平衡させるように変更することができる。一例では、犠牲層３２４は約５〜２０ミクロンの厚さを有することができる。
【００３４】
図４Ｆは、犠牲層３２４上に堆積された第２の導電層３３０を示す。次に、第２の導電層３３０をパターン化して共振器１００の内側表面１１２のための１つまたは複数の電極を形成することができる。一例では、共振器の熱弾性減衰への電極材料の影響を低減するために、１つまたは複数の電極は共振器層３３４に対して薄くすることができる（例えば、２００オングストローム未満）。
【００３５】
一例では、第２の導電層３３０はポリシリコンで構成することができる。他の例では、第２の導電層３３０は、金、ニクロム、クロミウム、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、ドープしたチタニアシリケートガラスなどを含む他の材料で構成することができる。
【００３６】
図４Ｇは、第２の導電層３３０の上に堆積された共振器層３３４を示す。一例では、共振器層３３４は、シリカ（例えば、非晶質ＳｉＯ２）などのガラス材料で構成することができる。他の例では、共振器層３３４は、低熱膨脹係数（ＣＴＥ）を有する別のガラス材料で構成することができる。低ＣＴＥは、得られる共振器の熱弾性減衰を低減するのに役立つことができる。いくつかの例では、共振器層３３４のシリカ材料に数パーセントのチタニア（非晶質ＴｉＯ２）を含ませて、ＣＴＥを低減することができる。チタニア濃度が約７％である場合、ゼロに近いＣＴＥを達成することができる。他の例では、共振器層３３４は、シリコン、ダイヤモンドなどのような高い機械的品質係数を提供する別の材料で構成することができる。
【００３７】
一例では、共振器層３３４は約１０ミクロンの厚さを有することができる。いくつかの例では、共振器層３３４は、得られる共振器が外唇１１８ではより薄く、頑強さのために他のところではより厚くなるように厚さを変えることができる。一例では、化学気相堆積（ＣＶＤ）、低圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）、常圧ＣＶＤ（ＡＰＣＶＤ）、熱酸化、スパッタリング、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）とそれに加えてのアニール、ＰＥＣＶＤとそれに加えてのアニール、および低温酸化物（ＬＴＯ）などの標準堆積技法を共振器層３３４を形成する際に利用することができる。
【００３８】
一例では、酸化物スパッタ堆積速度は毎分約７０オングストロームとすることができるが、スパッタターゲット表面はシリコンなどの１つの成分が欠乏することがある。さらに、共振器層３３４が非晶質ガラス被覆を形成するように基板２１０を適切な温度（例えば４００°Ｃ）まで加熱することができる。一例では、共振器は、アンカー支柱２１６を貫通する開口において、アンカー支柱への応力をほとんど伝達しないように設計することができる。例えば、半ドーナツ形共振器のステム１１４の半径（例えば、幅）は、アンカー支柱２１６の開口の半径より大きくなるように形成することができる。
【００３９】
図４Ｈは、ステム１１４の開口１１６を生成するためにパターン化およびエッチングされた共振器層３３４を示す。一例では、ステム１１４の開口１１６は、図４Ｉに示されるように、第３の導電層３３８を第２の導電層３３０に結合するのに使用することができる。開口１１６はテーパ状縁部により形成することができ、開口１１６の直径はアンカー支柱２１６に近づくとともに小さくなる。
【００４０】
図４Ｉは、共振器層３３４上に堆積された第３の導電層３３８を示す。次に、第３の導電層３３８をパターン化して共振器１００の外側表面１１０のための１つまたは複数の電極を形成することができる。一例では、連続電極が共振器１００の外側表面１１０に形成される。したがって、連続電極では、半ドーナツ形バブル３１４に隣接する領域３４２にのみにパターン化を使用して、接触部、導線などを形成する。一例では、共振器１００の熱弾性減衰への電極材料の影響を低減するために、１つまたは複数の電極は共振器層３３４に対して薄くすることができる（例えば、２００オングストローム未満）。
【００４１】
第３の導電層３３８はポリシリコンで構成することができ、１つまたは複数の電極はイオン注入と後続の急速アニールによって形成することができる。他の例では、第３の導電層３３８は、金、ニクロム、クロミウム、ＩＴＯ、ドープしたチタニアシリケートガラスなどを含む他の材料で構成することができる。一例では、第３の導電層は、共振器４３０の導体用の一様な金属膜を生成するためにＣＶＤによって堆積されたタングステン膜を含むことができる。ＣＶＤ堆積したタングステンは、犠牲層のエッチング剤へのバリア層を形成することもできる（図４Ｋに関して説明するように）。
【００４２】
一例では、１つまたは複数のパッド層（図示せず）をワイヤボンディング用に形成することもできる。標準材料および技法を使用してパッド層を形成することができる。
図４Ｊは、共振器層３３４の上のフォトレジスト層３４０を示す。フォトレジスト層３４０はパターン化して、半ドーナツ形バブル３１４の上を除いてフォトレジスト層３４０を除去することができる。すなわち、パターン化およびエッチングの後、フォトレジスト層３４０の残った部分は、共振器１００をもたらすことになる共振器層３３４の部分を覆うことができる。
【００４３】
一例では、多ステップフォトレジストを使用することができる。例えば、バブル３１４の全表面の上に薄くて比較的一様な厚さのフォトレジストの第１の層３４０−１を、例えば、フォトレジストの小液滴の噴霧を吹付けることによって堆積することができる。この第１のフォトレジスト層３４０−１を露光および現像して、基板２１０の表面２１２とほぼ平行な区域のレジストを除去することができる。すなわち、第１のフォトレジスト層３４０−１の露光および現像により、半ドーナツ形バブル３１４の上部および半ドーナツ形バブル３１４に隣接する平坦領域３４２などの区域のフォトレジスト３４０−１を除去することができる。しかし、半ドーナツ形バブル３１４の斜面のフォトレジスト３４０−１が十分な厚さで残ることができるように露光を制限することができる。一例では、フォトレジスト３４０−１が下部縁部（例えば、外唇１１８が形成されることになる場所）を覆い、バブル３１４と平坦領域３４２との間の境界で正確に終了するように露光を制御することができる。
【００４４】
このプロセスを使用して共振器１００の外唇１１８を画定することができる。このプロセスにより、外唇１１８の画定を厳格に制御することができるが、それは、バブル３１４の曲率を使用することによって、フォトレジスト縁部が共振器１００の将来の外唇１１８と自動的に位置合わせされ、領域３４２のフォトレジストの部分は除去されるが、バブル３１４の表面が表面２１２にほぼ垂直なところならどこでもバブル３１４上のフォトレジストの部分が残されるからである。
【００４５】
第１のフォトレジスト層３４０−１が露光された後、第１のフォトレジスト層３４０−１の上に第２のフォトレジスト層３４０−２を印刷することができる。一例では、この第２のフォトレジスト３４０−２は、第１のフォトレジスト層３４０−１の縁部３４４を覆うことなしにフォトレジスト層３４０−２がバブル３１４の大部分を覆う限り位置合わせを比較的粗くすることができる。すなわち、得られる共振器１００の外唇１１８は第２のフォトレジスト層３４０−２の代わりに第１のフォトレジスト層３４０−１によって主として画定することができる。
【００４６】
図４Ｋにおいて、第３の導電層３３８、共振器層３３４、および第２の導電層３３０は方向性エッチングを使用してエッチングすることができる。一例では、イオンミリングを使用してエッチングすることができる。別の例では、反応性イオンエッチングを使用することができる。フォトレジスト層３４０の画定された縁部３４４と組み合わせた方向性エッチングにより、第３の導電層３３８と、共振器層３３４と、得られる共振器１００の外唇１１８と位置合わせされる第２の導電層３３０とに切り込みを生成することができる。
【００４７】
図４Ｌにおいて、犠牲層３２４を露光およびエッチング除去することができる。例えば、犠牲層３２４がポリシリコンである場合、エチレンジアミンピロカテコール（ＥＤＰ）などの液体エッチング剤を、またはＸｅＦ２などの気体エッチング剤を使用することができる。いくつかの例では、気体エッチング剤は、従応構造のまわりで液体を使用することから生じる「静摩擦」問題を軽減することができるので望ましい。しかし、液体エッチング剤を使用する場合に使用できる、静摩擦を低減する他の技法（例えば、自己組織化単分子膜、凍結乾燥など）がある。
【００４８】
一例では、犠牲層３２４が多数の異なる層を含む場合、より厚いポリシリコンを最初にエッチングすることができ、金属は下にあるポリシリコン電極をエッチング剤から保護する。次に、金属を除去し、第１の導電層３２０の電極を露出させることができる。好適な犠牲エッチング剤は、Ｓｉ３Ｎ４用の熱リン酸、モリブデン用のＨ２０２、ポリシリコン用のＸｅＦ２、ポリイミド用の酸素プラズマ、エーロゲル用の緩衝酸化物エッチング液（ＢＯＥ）を含むことができる。一例では、エッチング剤を選択することにより、デバイス層を攻撃することなく約１ミリメートル半径の半ドーナツ部上の数ミクロン厚の犠牲層のエッチングを可能にすることができる。
【００４９】
図４Ｍにおいて、フォトレジスト層３４０が除去される。一例では、液体溶剤を使用してフォトレジスト層３４０を除去することができる。別の例では、ドライ技法（例えば、Ｏ２のプラズマアッシング）を使用してフォトレジスト層３４０を除去することができる。
【００５０】
例示の製作プロセスを上述したが、半ドーナツ形共振器ジャイロスコープを製作する際に他の代替プロセスを利用できることが理解されるべきである。例えば、半ドーナツ形共振器１００をアンカー支柱２１６に直接取り付ける代わりに、別の例では、共振器１００をアンカー支柱２１６の上のバブル層３１０に取り付けることができる。すなわち、バブル層３１０はその中にエッチングされた開口３１２がなくてもよい。バブル層３１０の開口３１２なしでは、共振器１００はアンカー支柱２１６の代わりにバブル層３１０に付着することができる。
【００５１】
別の例では、半ドーナツ形共振器は、基板の空洞内に延びる内向きバブルで形成することができる。例えば、半ドーナツ形状を有する空洞を基板に形成することができる。空洞は共振器用の半ドーナツ形型板を形成することができる。等方性シリコンエッチング剤を使用して半ドーナツ形空洞の傾斜側壁を生成することができる。半ドーナツ形空洞が形成された後、真空が半ドーナツ形空洞内に形成されるように真空中で共振器層を基板に接合することができる。次に、基板およびバブル層は、環状空洞内に延びるバブルが共振器層に形成されるように与圧室で加熱することができる。環状空洞内にバブルを押しつけることにより、半ドーナツ形共振器用のより頑強なアンカー支柱を形成することができる。次に、環状空洞の側壁に電極を形成することができる。製作プロセスの他のステップは、図４Ａ〜４Ｍに関して説明したもの同様にすることができる。
【００５２】
さらなる別の例では、共振器層は基板上に配置することができ、バブルは共振器層に直接形成することができる。例えば、Ｃｏｒｎｉｎｇ ＵＬＥ（登録商標）ガラスなどの低ＣＴＥガラスは、共振器として使用するために、基板に直接接合することができる。次に、内向きバブルまたは外向きバブルを低ＣＴＥガラスに直接形成することができる。いくつかの例では、低ＣＴＥガラスの軟化点がシリコンの融点を超えることがあり、このため、より高い溶融温度を有する代替開始基板を、エッチングの対応する代替技法とともに使用することができる。代替基板用の例示の基板材料は、ＳｉＣ、タングステン（Ｗ）、およびＴｉを含む。
【００５３】
一例では、バブルは、以下のプロセスによって共振器層に直接形成することができる。基板（例えば、ＳｉＣ、タングステン、およびＴｉで構成される）をエッチングして（例えば、ＤＲＩＥを使用して）、環状空洞およびアンカー支柱を形成することができる。共振器層（例えばＳｉＯ２）は基板に接合することができる。共振器層は共振器の所望の厚さまで薄化することができる。次に、基板および共振器層は、共振器層にバブルを形成するために共振器層の軟化点まで加熱することができる。いくつかの例では、加熱は、誘導加熱、および／または炉管の開放端部を通して誘導されたＣＯ２レーザビームなどの漸増的レーザ加熱とすることができる。基板上のパターン化犠牲層（例えば、Ｓｉ３Ｎ４および／またはモリブデン）を使用して共振器の外唇を解放することができる。いくつかの例では、共振器の外唇をレーザまたは黒体放射で加熱して、外唇により厚い壁を生成することができる。
【００５４】
図５は、図４Ａ〜４Ｍのプロセスにより製作された半ドーナツ形共振器ジャイロスコープ４００の断面側面図を示す。ジャイロスコープ４００は、環状空洞４１２を画定するシリコンウェハなどの基板４１０を含むことができる。基板４１０のアンカー支柱４１４は、環状空洞４１２の中央部分を通って延びることができる。例えばＰｙｒｅｘガラスで構成されたバブル層４１６は基板４１０の上部表面に取り付けることができる。バブル層４１６は、環状空洞４１２の上の半ドーナツ形バブル４１８を含むことができる。例えばポリシリコンで構成され、複数の電極を含む第１の導電層４２０はガラス層４１６の上に配置することができる。パッド層４２２は導電層４２０の領域部分上に配置することができる。
【００５５】
半ドーナツ形共振器４３０は、半ドーナツ形バブル４１８および環状空洞４１２の上に配置することができる。一例では、共振器４３０は、内側表面および外側表面上に薄い導電層４３６および４３８をもつガラス材料で構成することができる。共振器４３０は、それの中央部分に、基板４１０のアンカー支柱４１４に取り付けられるステム４３２を含むことができる。ステム４３２は、バブル層４１６および／または犠牲層の開口の結果として形成された段差構造４３３を含むことができる。共振器４３０の外唇４３４は、共振器４３０がステム４１４のまわりで自由に振動できるように導電層４２０からわずかに離して位置決めすることができる。
【００５６】
第２の導電層４３６は共振器４３０の内側表面（例えば、内側表面１１２）に複数の電極を含む。外側表面（例えば、外側表面１１８）上の第３の導電層４３８は連続的とすることができる。
【００５７】
代替実施形態では、電極は、共振器４３０の外唇４３４上に形成された櫛形フィンガ（例えば、共振器４３０の外唇上の突起）と取り替えることができる。櫛形フィンガは、共振器４３０の外唇４３４に横方向に隣接する平坦領域上のフォトレジスト（例えば、フォトレジスト３４０−１）をパターン化することによって画定することができる。次に、共振器層は櫛を形成するようにエッチングすることができ、櫛は第３の導電層４３８で被覆することができる。
【００５８】
共振器４３０の振動を感知するのに電極を使用することができるが、他の例では、共振器４３０の振動を感知するのに光センサを使用することができる。したがって、一例では、ジャイロスコープ４００の駆動およびピックオフはそれぞれ電気的および光学的とすることができる。別の例では、駆動およびピックオフは共に光学的とすることができる。
【００５９】
別の実施形態では、共振器４３０を駆動し、振動を感知するための複数の電極（例えば、導電層４２０から形成された）は半ドーナツ形共振器４３０の外側に配置することができる。例えば、複数の電極は、共振器４３０の横方向に隣接して基板４１０上に形成された１つまたは複数の追加のバブル上に配置することができる。
【００６０】
さらなる実施形態では、複数の電極は共振器４３０の上の電極支持構造体（図示せず）上に配置することができる。この場合、共振器４３０の内側表面（例えば、内側表面１１２）上の第２の導電層４３６は連続的とすることができ、外側表面（例えば、外側表面１１８）上の第３の導電層４３８は複数の電極を含むことができる。さらに、共振器４３０と電極支持構造体との間の犠牲層をエッチングするのにエッチング剤が迅速に通過できるようにするために、１つまたは複数の開口を電極支持構造体に形成することができる。共振器４３０のステム４３４上の電気的接触部は、共振器４３０を電極支持構造体に機械的に接続することができる。電極支持構造体は熱膨張不整合を低減させるためにドープしたチタニアシリケートガラスで構成することができる。
【００６１】
ジャイロスコープ４００の例示の動作では、半ドーナツ形共振器４３０は、導電層４２０の第１の複数の電極に供給される電気信号に基づいて共振させることができる。これらの電極に供給される電気信号は、共振器４３０の内側表面上の第２の複数の電極４３６に運動を誘起することができる。一例では、これは、図３Ａに示したような共振器４３０のｎ＝２四重極モード共振をもたらすことができる。ジャイロスコープ４００が回転すると、ｎ＝２四重極振動モードの方位は、半ドーナツ部の対称軸、すなわち、アンカー支柱４１４の中心軸のまわりに歳差運動をする。歳差運動の角度は加えられた回転の積分角度の指標である。歳差運動は、第２の複数の電極４３６と導電層４２０の第１の複数の電極との間の電気的特性変化に基づいて感知することができる。これらの感知した電気的特性変化に基づいて、情報はジャイロスコープからパッド４２２を介して他の電気構成要素に供給することができる。次に、他の電気構成要素はこの情報に基づいてジャイロスコープの回転を決定することができる。別の例では、モード歳差運動は、ｎ＝２四重極モードの振動運動によってもたらされた光ビームの時間変動の障害を測定することによって光学的に感知することができる。別の例では、ジャイロスコープ４００は、ジャイロスコープ４００が回転する場合にｎ＝２四重極モードの歳差運動を妨げる力を共振器４３０に生成するように再平衡電圧が電極に印加される力再平衡モードで動作することができる。この例では、再平衡電圧は加えられる回転速度の指標である。
【００６２】
本明細書で説明する例によれば、半ドーナツ形共振器は、高性能ジャイロスコープ用に十分な精度で製作することができる。いくつかの例では、半ドーナツ形共振器の大部分の振動は共振器の外唇の近くで生じることができる。レート積分振動ジャイロスコープの性能指標は、回転する共振器に関して測定された振動モードパターンの回転角度を外部から加えられた回転の角度で除算したものとして定義される角度利得係数である。一例では、半ドーナツ形共振器ジャイロスコープの角度利得係数は、従来の半球形共振器ジャイロスコープの約０．３の角度利得係数と比較して、約０．５８となり得る。したがって、半ドーナツ形共振器は、信号対雑音比が従来の半球形共振器ジャイロスコープよりも約２倍高いので、誤差の発生源を低減することができる。
【００６３】
さらに、共振器のステムは高精度で位置合わせすることができる。すなわち、高度の方位角対称性（例えば、外唇に対するステムの位置決め）を達成することができる。一例では、共振器上のステムは、従来の半球形共振器と比較して、約２０倍だけより正確に位置決めすることができる。この精度の向上は共振器により良好な対称性をもたらし、それにより、性能を改善することができる。さらに、半ドーナツ形共振器により、ウェハへのバッチ製作がそれほど高価でなく可能になる。
【００６４】
本明細書で説明する例示の半ドーナツ形ジャイロスコープのいずれもそれから回転感知情報を得るために電子デバイスに組み込むことができる。例えば、電子デバイスは、１つまたは複数のメモリデバイスに結合されている１つまたは複数の処理デバイスに結合された半ドーナツ形ジャイロスコープを含むことができる。１つまたは複数のメモリデバイスは命令を含むことができ、その命令は、１つまたは複数の処理デバイスによって実行されるとき、１つまたは複数の処理デバイスに１つまたは複数の動作を行わせることができる。一例では、１つまたは複数の処理デバイスは、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号処理装置、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などを含むことができる。１つまたは複数のメモリデバイスは、プロセッサ可読命令またはデータ構造の記憶のために使用される任意の適切な処理装置可読媒体を含むことができる。
【００６５】
処理装置可読媒体は、汎用または専用コンピュータまたは処理装置、あるいは任意のプログラマブルロジックデバイスによってアクセスすることができる任意の利用可能な媒体として実装することができる。好適な処理装置可読媒体は、ストレージまたはメモリ媒体などの有形の媒体と、ネットワークおよび／または無線リンクなどの通信媒体を介して伝達される電気、電磁気、またはデジタル信号などの伝送媒体とを含むことができる。
【００６６】
ストレージまたはメモリ媒体は、従来のハードディスク、コンパクトディスク読出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）などの磁気または光学媒体、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）（限定はしないが、シンクロナスダイナミックランダムアクセスメモリ（ＳＤＲＡＭ）、ダブルデータレート（ＤＤＲ）ＲＡＭ、ＲＡＭＢＵＳダイナミックＲＡＭ（ＲＤＲＡＭ）、スタティックＲＡＭ（ＳＲＡＭ）などを含む）などの揮発性または不揮発性媒体、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、電気的消去可能プログラマブルＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、およびフラッシュメモリなどを含むことができる。
【００６７】
一例では、命令により、１つまたは複数の処理デバイスは半ドーナツ形ジャイロスコープからの情報を受け取り、慣性測定のためにその情報を使用することができる。
（例示の実施形態）
実施例１は、上部表面を有する基板と、半ドーナツ形状を有し、ステムと、ステムを囲む外唇とを含む共振器であり、ステムは基板の上部表面に取り付けられ、外唇は共振器が振動できるようにするために上部表面から離して配置される、共振器とを含む振動構造ジャイロスコープを含む。
【００６８】
実施例２は、慣性変化を測定するための電子デバイスであり、１つまたは複数の処理デバイスと、１つまたは複数の処理デバイスに結合され、１つまたは複数の処理デバイスに慣性測定値を計算させるように構成された命令をその上に有する１つまたは複数のメモリデバイスとを含む、電子デバイスと、１つまたは複数の処理デバイスに結合され、１つまたは複数の処理デバイスに回転情報を供給するように構成されたジャイロスコープであり、上部表面を有する基板と、半ドーナツ形状を有し、ステムと、ステムを囲む外唇とを含む共振器であり、ステムは基板の上部表面に取り付けられ、外唇は共振器が振動できるようにするために上部表面から離して配置される、共振器とを含むジャイロスコープとを含む。
【００６９】
実施例３では、実施例１および２の任意のものの振動構造ジャイロスコープは、基板の上部表面が、環状空洞と、環状空洞の中央部分を通って延びるアンカー支柱とを画定する場合と、共振器のステムがアンカー支柱に取り付けられる場合とを適宜含むことができる。
【００７０】
実施例４では、実施例１〜３の任意のものの振動構造ジャイロスコープは、環状空洞と共振器との間に配置されたバブル層であり、環状空洞の上に半ドーナツ形バブルを含む、バブル層と、バブル層の外部表面に配置された第１の複数の電極とを適宜含むことができる。
【００７１】
実施例５では、実施例１〜４の任意のものの振動構造ジャイロスコープは、共振器の内側表面に配置された第２の複数の電極を適宜含むことができる。
実施例６では、実施例１〜５の任意のものの振動構造ジャイロスコープは、共振器の外側表面に配置された連続電極層を適宜含むことができる。
【００７２】
実施例７では、実施例１〜６の任意のものの振動構造ジャイロスコープは、第１の複数の電極、第２の複数の電極、および／または連続電極層が多結晶シリコンを含む場合を適宜含むことができる。
【００７３】
実施例８では、実施例５および７の任意のものの振動構造ジャイロスコープは、第２の複数の電極および連続電極層が約２００オングストローム未満の厚さを有する場合を適宜含むことができる。
【００７４】
実施例９では、実施例４〜８の任意のものの振動構造ジャイロスコープは、バブル層がガラス材料を含む場合を適宜含むことができる。
実施例１０では、実施例１〜９の任意のものの振動構造ジャイロスコープは、共振器が低熱膨脹係数を有するガラス材料を含む場合を適宜含むことができる。
【００７５】
実施例１１は振動構造ジャイロスコープを製作する方法を含み、その方法は、基板の第１の表面に環状空洞を形成するステップであり、環状空洞が環状空洞の中央部分にあるアンカー支柱を画定する、ステップと、基板の第１の表面の上と、環状空洞の上とにバブル層を形成するステップと、環状空洞の上のバブル層に半ドーナツ形バブルを形成するために基板およびバブル層を加熱するステップと、バブル層の半ドーナツ形バブルの上に犠牲層を堆積させるステップと、犠牲層に開口を形成するステップであり、開口が環状空洞のアンカー支柱の上に配置される、ステップと、犠牲層の上に共振器層を堆積させるステップと、バブル層と共振器層との間の犠牲層を除去するステップとを含む。
【００７６】
実施例１２では、実施例１１の方法が、犠牲層を堆積させる前にバブル層の半ドーナツ形バブルの上に第１の導電層を堆積させるステップと、複数の電極を形成するために第１の導電層をエッチングするステップと、犠牲層の上に第２の導電層を堆積させるステップと、電極層を形成するために第２の導電層をエッチングするステップとを適宜含むことができる。
【００７７】
実施例１３では、実施例１２の方法が、共振器層の上に第３の導電層を堆積させるステップを適宜含むことができる。
実施例１４では、実施例１１〜１３の任意のものの方法が、共振器層の上に第１のフォトレジスト層を堆積させるステップと、基板の第１の表面と平行である第１フォトレジスト層の部分を除去するためにフォトレジスト層を露光および現像するステップと、半ドーナツ形バブルに対応する共振器層の部分の上に第２のフォトレジスト層を印刷するステップであり、共振器の外唇に対応する第１フォトレジスト層の縁部が第２のフォトレジスト層によって覆われないままである、ステップとを適宜含むことができる。
【００７８】
実施例１５では、実施例１４の方法は、基板の第１の表面に垂直な方向に、方向性エッチングを使用して、共振器層をエッチングするステップを適宜含むことができる。
実施例１６では、実施例１５の方法は、共振器層をエッチングするステップが気体エッチング剤でエッチングするステップを含む場合を適宜含むことができる。
【００７９】
実施例１７では、実施例１１〜１６の任意のものの方法は、犠牲層を堆積させる前にアンカー支柱の上のバブル層に開口をエッチングするステップを適宜含むことができる。
実施例１８では、実施例１７の方法は、バブル層の開口をエッチングするステップが、アンカー支柱に近づくとともに小さくなる直径を有する開口のテーパ状縁部を形成するステップを含む場合を適宜含むことができる。
【００８０】
実施例１９では、実施例１１〜１８の任意のものの方法は、基板およびバブル層を加熱する前に約１０ミクロンから１００ミクロンの範囲の厚さにバブル層を薄化するステップを適宜含むことができる。
【００８１】
実施例２０では、実施例１１〜１９の任意のものの方法は、環状空洞およびアンカー支柱を形成するステップが、同じフォトマスクを使用して環状空洞およびアンカー支柱をエッチングするステップを含む場合を適宜含むことができる。
【００８２】
特定の実施形態が本明細書で図示および説明されたが、同じ目的を達成するように計算された任意の構成が図示された特定の実施形態と置き換わることができることが当業者なら理解されよう。したがって、本発明は特許請求の範囲およびその均等物によってのみ限定されることが明白に意図される。
【符号の説明】
【００８３】
１００ 半ドーナツ形共振器
１１０ 外側表面
１１２ 内側表面
１１４ ステム
１１６ 開口
１１８ 外唇
１２０ 内向き凹部
２００ 半ドーナツ形共振器ジャイロスコープ
２１０ 基板
２１２ 上部加工表面
２１４ 環状空洞
２１６ アンカー支柱
３１０ バブル層
３１２ 開口
３１４ 半ドーナツ形バブル
３２０ 第１の導電層
３２４ 犠牲層
３２６ 開口
３３０ 第２の導電層
３３４ 共振器層
３３８ 第３の導電層
３４０ フォトレジスト層
３４０−１ 第１のフォトレジスト層
３４０−２ 第２のフォトレジスト層
３４２ 平坦領域
３４４ 縁部
４００ 半ドーナツ形共振器ジャイロスコープ
４１０ 基板
４１２ 環状空洞
４１４ アンカー支柱
４１６ バブル層
４１８ 半ドーナツ形バブル
４２０ 第１の導電層
４２２ パッド層
４３０ 半ドーナツ形共振器
４３２ ステム
４３３ 段差構造
４３４ 外唇
４３６ 第２の導電層
４３８ 第３の導電層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部表面を有する基板と、
半ドーナツ形状を有し、ステムと、前記ステムを囲む外唇とを含む共振器であり、前記ステムは前記基板の前記上部表面に取り付けられ、前記外唇は前記共振器が振動できるようにするために前記上部表面から離して配置される、共振器と
を含む振動構造ジャイロスコープ。
【請求項２】
請求項１に記載の振動構造ジャイロスコープにおいて、前記基板の前記上部表面が、環状空洞と、前記環状空洞の中央部分を通って延びるアンカー支柱とを画定し、前記共振器の前記ステムが前記アンカー支柱に取り付けられる、振動構造ジャイロスコープ。
【請求項３】
請求項２に記載の振動構造ジャイロスコープにおいて、
前記環状空洞と前記共振器との間に配置されたバブル層であり、前記環状空洞の上に半ドーナツ形バブルを含む、バブル層と、
前記バブル層の外部表面に配置された第１の複数の電極と、
前記共振器の内側表面に配置された第２の複数の電極と、
前記共振器の外側表面に配置された連続電極層と
をさらに含む、振動構造ジャイロスコープ。
【請求項１】
上部表面を有する基板と、
半ドーナツ形状を有し、ステムと、前記ステムを囲む外唇とを含む共振器であり、前記ステムは前記基板の前記上部表面に取り付けられ、前記外唇は前記共振器が振動できるようにするために前記上部表面から離して配置される、共振器と
を含む振動構造ジャイロスコープ。
【請求項２】
請求項１に記載の振動構造ジャイロスコープにおいて、前記基板の前記上部表面が、環状空洞と、前記環状空洞の中央部分を通って延びるアンカー支柱とを画定し、前記共振器の前記ステムが前記アンカー支柱に取り付けられる、振動構造ジャイロスコープ。
【請求項３】
請求項２に記載の振動構造ジャイロスコープにおいて、
前記環状空洞と前記共振器との間に配置されたバブル層であり、前記環状空洞の上に半ドーナツ形バブルを含む、バブル層と、
前記バブル層の外部表面に配置された第１の複数の電極と、
前記共振器の内側表面に配置された第２の複数の電極と、
前記共振器の外側表面に配置された連続電極層と
をさらに含む、振動構造ジャイロスコープ。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図４Ｅ】
【図４Ｆ】
【図４Ｇ】
【図４Ｈ】
【図４Ｉ】
【図４Ｊ】
【図４Ｋ】
【図４Ｌ】
【図４Ｍ】
【図５】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図４Ｅ】
【図４Ｆ】
【図４Ｇ】
【図４Ｈ】
【図４Ｉ】
【図４Ｊ】
【図４Ｋ】
【図４Ｌ】
【図４Ｍ】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−４２４５２（Ｐ２０１２−４２４５２Ａ）
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１１−１１８１６４（Ｐ２０１１−１１８１６４）
【出願日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＰＹＲＥＸ
【出願人】（５００５７５８２４）ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド (1,504)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１８１６４（Ｐ２０１１−１１８１６４）
【出願日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＰＹＲＥＸ
【出願人】（５００５７５８２４）ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド (1,504)
【Ｆターム（参考）】
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