新的氮化硅阻隔三轴陀螺仪工艺制造技术

一种新的氮化硅阻隔三轴陀螺仪工艺，该陀螺仪包括下基板，硅外延可动结构层和上基板，其制造方法提供两片硅衬底及外延层作为电极板和通道的技术，可实现金属基板作为检测电极的电信号检测，并且在两片硅衬底上实现对外延片的键和，实现密封腔体内部电性结构和腔体外部电性外连结构的连接。金属基板的一部分作为检测极板，与可动结构层之间形成固定高度的空腔，空腔的高度和图形由特定的光刻和蚀刻程序定义，氮化硅层作为绝缘层材料，也同时作为空腔湿法蚀刻释放时的阻隔层。可动结构通过接触锚点与金属基板形成互联起到导通的作用。本发明专利技术具有工艺步骤少，便于控制的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种陀螺仪及其制造方法，特别的，涉及一种氮化硅阻隔三轴陀螺仪及其制造方法。
技术介绍
传统的陀螺仪加工工艺，要求在其中一片硅基板上布线，从而实现电性及信号连接功能，另一片硅基板作为真空盖板，传统工艺也可实现电容式三轴加速度计的功能，但因需要两层金属布线，并且金属外连的位置不在硅衬底上基板背面，故使用的光罩层数多，并且单个芯片面积大。传统工艺更贴切平面的IC工艺，没有更多的立体加工工艺。因此，如何解决传统工艺的不足，减少加工步骤，并且容易控制陀螺仪空腔的深度，成为现有技术亟需解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种新的氮化硅阻隔三轴陀螺仪工艺，其加工步骤少，并且可控性强，以氮化硅层作为阻隔以控制陀螺仪空腔的深度。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：一种氮化硅阻隔三轴陀螺仪，包括下基板，硅外延可动结构层和上基板，其中，所述下基板包括底层硅衬底，在底层硅衬底上的底层氧化隔离层，在所述底层氧化隔离层上的底层金属走线，在所述底层金属走线和所述底层氧化隔离层上的氮化硅隔离层，在所述氮化硅隔离层上的上层金属走线，在所述氮化硅隔离层和上层金属走线上的上层氧化隔离层；所述硅外延可动结构层位于所述下基板的上部，包括硅外延层，所述硅外延层中部具有梳齿结构，所述梳齿结构与下基板之间具有空隙，所述硅外延层上还具有金属互联窗口；所述上基板位于硅外延可动结构层的上部，包括顶层硅衬底，所述顶层硅衬底包括一定深度的凹槽，所述凹槽面对所述梳齿结构，利用位于凹槽两侧的突起，通过键合密封，与所述梳齿结构形成真空腔体。优选地，所述下基板既作为电容感应的基板，也作为当层的金属互联，同时也起到了连接可动结构层的作用。优选地，所述上层氧化隔离层起到支撑外延可动结构层的作用。优选地，所述金属互联窗口旁边有一圈氮氧化硅隔离层，以起到了保护作用。优选地，所述氮化硅隔离层存在着第一开口，使得底层金属走线与上层金属走线电连接。优选地，所述上层氧化隔离层存在着第二开口作为连接锚点，硅外延层通过所述连接锚点与上层金属走线电连接，从而与底层金属走线电连接。优选地，所述连接锚点与所述第一开口对应。优选地，所述底层氧化隔离层和上层氧化隔离层为氧化硅层，所述金属走线和金属窗口采用铝。优选地，所述底层硅衬底厚度为300至400微米，所述底层氧化隔离层厚度为1微米左右，所述凹槽深度为10微米左右。本专利技术还公开了一种制造上述氮化硅阻隔三轴陀螺仪的制造方法，包括如下步骤：步骤1.清洗底层硅衬底，为后面的光刻或是沉积工艺提供无杂质的表面；步骤2：在底层硅衬底上生长一层底层氧化隔离层，再对所述底层氧化隔离层进行一次清洗，沉积底层金属层，然后通过光刻的方式在底层金属层上做出图形，并基于该图形，对金属层进行蚀刻出图形，得到底层金属走线；步骤3：在底层金属走线和底层氧化隔离层上生长一层氮化硅隔离层，所述氮化硅隔离层覆盖整个硅片的上表面，通过光刻的方式在氮化硅隔离层上做出图形，并基于该图形，对氮化硅隔离层进行蚀刻出图形，得到露出底层金属走线的第一开口，然后在氮化硅隔离层上面沉积一层上层金属层，通过光刻的方式在上层金属层上做出图形，并基于该图形，对上层金属层进行蚀刻出图形，最终形成应下基板的上层金属走线，所述上层金属走线和所述底层金属走线通过所述第一开口电连接，步骤4：在从上层金属走线和所述氮化硅隔离层上生长一层上层氧化隔离层，该上层氧化隔离层作为释放层，通过光刻的方式在该上层氧化隔离层上做出图形，并基于该图形，对该上层氧化隔离层进行蚀刻出图形，从而得到下基板，所述上层氧化离隔层上具有连接锚点；步骤5：清洗整个下基板，使用高温还原法沉积硅外延层，硅外延层在连接锚点与所述上层金属走线电连接，硅外延层沉积之后，清洗表面；步骤6：在硅外延层表面沉积一层氮氧化硅隔离层，通过光刻的方式在所述氮氧化硅隔离层上做出图形，并基于该图形，对氮氧化硅隔离层进行蚀刻出图形，再通过溅射的方式沉积顶层金属层，并通过光刻的方式在顶层金属层上做出图形，并基于该图形，对顶层金属层进行蚀刻出图形，形成作为金属互联窗口，所述金属互联窗口旁边有一圈氮氧化硅隔离层，以起到了保护作用；步骤7：对所述硅外延层加工，通过光刻的方式在所述硅外延层
做出图形，并基于该图形，对外延层进行蚀刻出图形，形成梳齿结构；步骤8：利用释放工艺，对上层氧化隔离层进行各向同性的蚀刻，暴露上层金属走线和所述氮化硅隔离层，蚀刻深度除了受到时间的控制，也受到了氮化硅隔离层的限制，氮化硅隔离层作为蚀刻的阻止层，起到了在释放过程中的蚀刻停止作用，释放完毕后，在梳齿结构和下基板之间形成空隙，从而形成硅外延可动结构层；步骤9：在顶层硅衬底上，通过光刻定义图形以及蚀刻衬底的方式在硅顶层硅衬底上形成一定深度的凹槽，得到上基板；步骤10：将所述上基板反扣，所述凹槽面对所述梳齿结构，通过硅硅键和的方式，将上基板与硅外延可动结构层键和密封，所述凹槽与所述梳齿结构形成真空腔体。本专利技术氮化硅层既作为支撑层，也作为工艺中的阻隔层，通过所述释放工艺形成可动空腔，提供两层金属互联的结构，上层作为电容感应基板，金属基板整体起到了电容感应和引线互联的作用。陀螺仪通过测量电容的变化，检测角速度的变化情况，通过分析动态角速度，可以分析出设备移动的方式，且工艺步骤少，便于控制。附图说明图1为根据本专利技术具体实施例的氮化硅阻隔三轴陀螺仪的剖面图；图2为本专利技术下基板的底层氧化隔离层上的底层金属走线形成图形；图3为本专利技术硅下基板的氮化硅隔离层上的上层金属走线形成图形；图4为本专利技术下基板的上金属走线上的上层氧化隔离层开孔形成图形；图5为本专利技术硅外延结构层以及上面覆盖的氮氧隔离层和顶层
金属层形成图形；图6为本专利技术顶层金属层以及硅外延结构层蚀刻后外延层蚀刻后的结构；图7为本专利技术上基板湿法刻蚀后形成的空腔；图8为本专利技术上下基板键和后的最终结构。图中的附图标记所分别指代的技术特征为：1、底层硅衬底；2、氧化隔离层；3、底层金属走线；4、氮化硅隔离层；5、上层金属走线；6、空隙；7、上层氧化隔离层；8、氮氧化硅隔离层；9、金属互联窗口；10、突起；11、凹槽；12、连接锚点；13、硅外延层；14、顶层硅衬底；15、突起。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本专利技术相关的部分而非全部结构。参见图1，示出了根据本专利技术的具体实施例的氮化硅阻隔三轴陀螺仪的剖面图，所述氮化硅阻隔三轴陀螺仪包括下基板，硅外延可动结构层和上基板，其中，所述下基板包括底层硅衬底1，在底层硅衬底1上的底层氧化隔离层2，在所述底层氧化隔离层2上的底层金属走线3，在所述底层金属走线3和所述底层氧化隔离层2上的氮化硅隔离层4，在所述氮化硅隔离层4上的上层金属走线5，在所述氮化硅隔离层4和上层金属走线5上的上层氧化隔离层7。其中由于底层金属走线3和上层金属走线5均存在空隙以形成走线，使得氮化硅隔离层4的部分与底层金属走线3位于同一层，上层氧化隔离层7的部分与上层金属走线5位于同一层。所述硅外延可动结构层位于所述下基板的上部，包括硅外延层13，所述硅外延层中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化硅阻隔三轴陀螺仪，包括下基板，硅外延可动结构层和上基板，其中，所述下基板包括底层硅衬底，在底层硅衬底上的底层氧化隔离层，在所述底层氧化隔离层上的底层金属走线，在所述底层金属走线和所述底层氧化隔离层上的氮化硅隔离层，在所述氮化硅隔离层上的上层金属走线，在所述氮化硅隔离层和上层金属走线上的上层氧化隔离层；所述硅外延可动结构层位于所述下基板的上部，包括硅外延层，所述硅外延层中部具有梳齿结构，所述梳齿结构与下基板之间具有空隙，所述硅外延层上还具有金属互联窗口；所述上基板位于硅外延可动结构层的上部，包括顶层硅衬底，所述顶层硅衬底包括一定深度的凹槽，所述凹槽面对所述梳齿结构，利用位于凹槽两侧的突起，通过键合密封，与所述梳齿结构形成真空腔体。

【技术特征摘要】
1.一种氮化硅阻隔三轴陀螺仪，包括下基板，硅外延可动结构层和上基板，其中，所述下基板包括底层硅衬底，在底层硅衬底上的底层氧化隔离层，在所述底层氧化隔离层上的底层金属走线，在所述底层金属走线和所述底层氧化隔离层上的氮化硅隔离层，在所述氮化硅隔离层上的上层金属走线，在所述氮化硅隔离层和上层金属走线上的上层氧化隔离层；所述硅外延可动结构层位于所述下基板的上部，包括硅外延层，所述硅外延层中部具有梳齿结构，所述梳齿结构与下基板之间具有空隙，所述硅外延层上还具有金属互联窗口；所述上基板位于硅外延可动结构层的上部，包括顶层硅衬底，所述顶层硅衬底包括一定深度的凹槽，所述凹槽面对所述梳齿结构，利用位于凹槽两侧的突起，通过键合密封，与所述梳齿结构形成真空腔体。2.根据权利要求1所述的氮化硅阻隔三轴陀螺仪，其特征在于：所述下基板既作为电容感应的基板，也作为当层的金属互联，同时也起到了连接可动结构层的作用。3.根据权利要求1所述的氮化硅阻隔三轴陀螺仪，其特征在于：所述上层氧化隔离层起到支撑外延可动结构层的作用。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的氮化硅阻隔三轴陀螺仪，其特征在于：所述金属互联窗口旁边有一圈氮氧化硅隔离层，以起到了保护作用。5.根据权利要求4所述的氮化硅阻隔三轴陀螺仪，其特征在于：所述氮化硅隔离层存在着第一开口，使得底层金属走线与上层金属走线电连接。6.根据权利要求5所述的氮化硅阻隔三轴陀螺仪，其特征在于：所述上层氧化隔离层存在着第二开口作为连接锚点，硅外延层通过所述连接锚点与上层金属走线电连接，从而与底层金属走线电连接。7.根据权利要求6所述的氮化硅阻隔三轴陀螺仪，其特征在于：所述连接锚点与所述第一开口对应。8.根据权利要求4所述的氮化硅阻隔三轴陀螺仪，其特征在于：所述底层氧化隔离层和上层氧化隔离层为氧化硅层，所述金属走线和金属窗口采用铝。9.根据权利要求4所述的氮化硅阻隔三轴陀螺仪，其特征在于：所述底层硅衬底厚度为300至400微米，所述底层氧化隔离层厚度为1微米左右，所述凹槽深度为10微米左右。10.一种权利要求1-9中任意一项所述的氮化硅阻隔三轴陀螺仪的制造方法，包括如下步骤：步骤1.清洗底层硅衬底，为后面的光刻或是沉积工艺提供无杂质的表面；步骤2：在底层硅衬底上生长一层底层氧化隔离层，再对所述底层氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：田晓丹，
申请(专利权)人：水木智芯科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11