陀螺仪及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种陀螺仪及其制造方法，该陀螺仪包括：衬底，衬底内具有底层驱动电极和位于底层驱动电极外围的底层测量电极；位于衬底上的介质层，在介质层中具有封闭的空腔；所述空腔内包括：位于衬底上的中心轴；置于衬底上且能围绕中心轴旋转的支撑环；位于支撑环外围且与支撑环共中心轴的质量环；连接支撑环和质量环且支撑所述质量环悬置于所述空腔内的悬臂；位于支撑环、质量环和相邻两悬壁之间区域内的弹性部件；覆盖支撑环、质量环、悬臂和弹性部件的顶层驱动电极；连接弹性部件上顶层驱动电极与底层驱动电极的导电插塞；所述质量环包括绝缘层及位于绝缘层下的重量层。该陀螺仪的稳定性和性能得到较大提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造
，特别涉及一种。
技术介绍
陀螺仪是一种能够精确地确定运动物体的方位的仪器，是现代航空、航海、航天和国防工业中广泛使用的一种惯性导航仪器。陀螺仪的发展对一个国家的工业、国防和其它高科技的发展具有十分重要的战略意义。传统的陀螺仪主要是指机械式的惯性陀螺仪，机械式的惯性陀螺仪由于结构复杂，因此对工艺结构的要求很高，所以其精度受到了很多方面的制约。现有的一种微型振动式双轴感测陀螺仪，如图1所示，包括一基座54，于基座M中心设有一中心轴55，于中心轴55外围设有多个以该中心轴55为中心、等水平高度径向向外成放射状延伸的悬臂52，悬臂52内侧端521与中心轴55相连，外侧端522以该悬臂52为中心分向两侧等距水平延伸形成一质量环523，于质量环523顶部两端各电镀有一电容感测电极51，所述电容感测电极51作为陀螺仪的惯性质量块，质量环523下方设有静电驱动电极53。其中，工作时，向静电驱动电极53施加驱动电压，悬臂52及质量环523受静电吸引向Z方向振动，且相邻的两悬臂52及质量环523振动位相差180度，当陀螺仪沿X方向和Y方向旋转时，因科氏力使得该悬臂52及质量环523产生X方向和Y方向的位移，则相邻悬臂之间的相邻电容感测电极51之间距离变化，而产生不同的电容值，藉由量测电容值的改变即可测得陀螺仪所受的旋转角速度改变。例如在专利号“US005747690A”的美国专利中也公开了一种微震动陀螺仪。在上述的陀螺仪中所述惯性质量块的质量越大，则惯性越大，进而稳定性与抗环境噪声能力就越好。但是由于受到半导体制造工艺的限制，无法将具有较大质量的惯性质量块的陀螺仪集成至集成电路中。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是提供一种陀螺仪，提高陀螺仪的稳定性及抗环境噪声能力。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种陀螺仪，包括衬底，衬底内具有底层驱动电极和位于底层驱动电极外围的底层测量电极；位于衬底上的介质层，在介质层中具有封闭的空腔；所述空腔内包括位于衬底上的中心轴；置于衬底上且能围绕中心轴旋转的支撑环；位于支撑环外围且与支撑环共中心轴的质量环；连接支撑环和质量环且支撑所述质量环悬置于所述空腔内的悬臂；位于支撑环、质量环和相邻两悬壁之间区域内的弹性部件；覆盖支撑环、质量环、悬臂和弹性部件的顶层驱动电极；连接弹性部件上顶层驱动电极与底层驱动电极的导电插塞；所述质量环包括绝缘层及位于绝缘层下的重量层。优选的，所述重量层为连续的环状结构。优选的，所述重量层为对称分布在环形上的分立结构。优选的，所述重量层的重量大于绝缘层的重量。优选的，所述重量层为钨金属材料。优选的，所述导电插塞的材料为钨金属材料。优选的，所述支撑环包括和重量层相同材料的支撑层及位于支撑层上的绝缘层， 所述绝缘层和质量环中的绝缘层位于同一层。优选的，所述悬臂从支撑环的外围以支撑环为中心，沿径向向外呈放射状延伸，悬置在所述空腔内。 优选的，所述弹性部件一端连接与其相邻的悬臂，另一端连接导电插塞。优选的，所述质量环以中心轴为圆心，并连接悬臂自由端，通过悬臂的支撑悬置在空腔内所述底层测量电极对应位置的上方。优选的，所述顶层驱动电极覆盖所述质量环、悬臂、支撑环和弹性部件，并且位于质量环和支撑环上的所述顶层驱动电极分为互相绝缘的四部分，所述顶层驱动电极通过导电插塞和导电插塞下方的底层测量电极电连接。相应的，本专利技术还提供了一种上述陀螺仪的制造方法，包括提供衬底，所述衬底内具有底层驱动电极和底层测量电极，在衬底上具有第一介质层，所述第一介质层中具有环形沟槽，且环形沟槽的中心处具有中心轴的第一部分，所述环形沟槽内具有柱状结构，所述柱状结构位于所述底层驱动电极上方；向所述环形沟槽内填充第一牺牲材料，使所述环形沟槽内的第一牺牲材料和柱状结构顶端齐平；刻蚀第一牺牲材料，在第一牺牲材料中形成第一沟槽和第二沟槽，其中第一沟槽与底层测量电极所在环形对应，第二沟槽位于柱状结构和中心轴的第一部分之间；刻蚀所述柱状结构，在所述柱状结构中形成暴露底层驱动电极的通孔；填充所述第一沟槽形成质量环的重量层、填充第二沟槽形成支撑环的第一部分， 填充通孔形成导电插塞；在所述支撑环的第一部分及重量层上形成绝缘层，所述绝缘层和所述重量层构成质量环，所述绝缘层和支撑环的第一部分构成支撑环；在质量环和支撑环之间形成连接质量环和支撑环至少一个悬臂，所述不同悬臂的延长线会经过中心轴且等分质量环和支撑环，在质量环和支撑环之间形成弹性部件；在质量环、悬臂、导电插塞及弹性部件上形成顶层驱动电极；在中心轴的第一部分上形成中心轴的第二部分，在第一介质层上形成第二介质层，所述中心轴的第一部分和第二部分构成中心轴；在所述第一牺牲材料和顶层驱动电极上形成第二牺牲材料；在所述第二牺牲材料和支撑环上形成第三介质层，所述第三介质层中具有开口 ；利用所述开口去除第一牺牲材料和第二牺牲材料，并在第三介质层上形成第四介质层，形成封闭的腔体。优选的，所述第一沟槽为环形。优选的，所述第一沟槽包括对称分布在环形上的多个沟槽。优选的，所述重量层的材料为金属钨。优选的，填充所述第一沟槽形成质量环的重量层、填充第二沟槽形成支撑环的第一部分，填充通孔形成导电插塞在同一工艺中完成。与现有技术相比，本专利技术主要具有以下优点本专利技术通过上述的陀螺仪制造方法形成被封闭在封闭腔体内的陀螺仪，使得在封闭腔体的保护下陀螺仪更加稳定，并且还在陀螺仪的质量环中上制作重量层，提高质量环的质量，使得质量环的惯性增大，另外，中心轴为封闭轴，从而使得陀螺仪的稳定性与抗环境噪声能力增强，大大的提高了陀螺仪的性能。附图说明通过附图中所示的本专利技术的优选实施例的更具体说明，本专利技术的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本专利技术的主旨。图1为一种现有的陀螺仪的结构示意图；图2为本专利技术的陀螺仪的俯视示意图；图3a为图2沿A-A，的剖面图；图北是图2沿B-B，的剖面图；图3c是图2沿C-C’的剖面图；图4为本专利技术的陀螺仪制造方法的流程图；图5至图14为本专利技术的陀螺仪制造方法的示意图。具体实施例方式由
技术介绍
可知，陀螺仪中都具有质量环，而质量环的质量越大则惯性越大，从而可以使得陀螺仪稳定性与抗环境振噪能力就越好，但是由于受到半导体制造工艺的限制， 无法在集成电路中形成具有较大质量的质量环的陀螺仪。本专利技术的专利技术人经过大量的实验，得到一种陀螺仪，包括衬底，衬底内具有底层驱动电极和位于底层驱动电极外围的底层测量电极；位于衬底上的介质层，在介质层中具有封闭的空腔；所述空腔内包括位于衬底上的中心轴；置于衬底上且能围绕中心轴旋转的支撑环；位于支撑环外围且与支撑环共中心轴的质量环；连接支撑环和质量环且支撑所述质量环悬置于所述空腔内的悬臂；位于支撑环、质量环和相邻两悬壁之间区域内的弹性部件；覆盖支撑环、质量环、悬臂和弹性部件的顶层驱动电极；连接弹性部件上顶层驱动电极与底层驱动电极的导电插塞；所述质量环包括绝缘层及位于绝缘层下的重量层。另外还得到了一种上述陀螺仪的制造方法，包括提供衬底，所述衬底内具有底层驱动电极和底层测量电极，在衬底上具有第一介质层，所述第一介质层中具有环形沟槽，且环形沟槽的中心本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种陀螺仪，其特征在于，包括：衬底，衬底内具有底层驱动电极和位于底层驱动电极外围的底层测量电极；位于衬底上的介质层，在介质层中具有封闭的空腔；所述空腔内包括：位于衬底上的中心轴；置于衬底上且能围绕中心轴旋转的支撑环；位于支撑环外围且与支撑环共中心轴的质量环；连接支撑环和质量环且支撑所述质量环悬置于所述空腔内的悬臂；位于支撑环、质量环和相邻两悬壁之间区域内的弹性部件；覆盖支撑环、质量环、悬臂和弹性部件的顶层驱动电极；连接弹性部件上顶层驱动电极与底层驱动电极的导电插塞；所述质量环包括绝缘层及位于绝缘层下的重量层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：毛剑宏，韩凤芹，唐德明，
申请(专利权)人：江苏丽恒电子有限公司，
类型：发明
国别省市：32