一种微陀螺仪及其加工制造方法技术

本发明专利技术公开了一种体硅作为感应电极板和通道的微陀螺仪及其加工制造方法，包括硅衬底上基板（12）、硅衬底下基板（1）、可动结构层（8）以及引线，所述的微陀螺仪由体硅电容感应极板和体硅导电通道结构构成，所述的硅衬底上基板（12）和硅衬底下基板（1）之间采用键和连接结构，所述的引线为分布在硅衬底上基板（12）中间部位的第一金属互联窗口（18）和第二金属互联窗口（19），制造顺序分为，硅衬底下基板制造，下基板和可动层制造，硅衬底上基板制造，上下基板键和连接以及引线四部分，本发明专利技术工艺步骤少，便于控制，并且减少生产线金属沾污的次数。

【技术实现步骤摘要】
一种微陀螺仪及其加工制造方法
本专利技术涉及一种微陀螺仪及其加工制造方法，尤其涉及一种体硅作为感应电极板和通道的微陀螺仪的加工制造方法。
技术介绍
陀螺仪是一种基于微机电系统的可用于检测角速度信号变化的运动芯片，广泛应用于国防、汽车、手机、精密农业机械、游戏、导航、医疗等产业，是重要的人机互动界面的连接纽带。三轴是指可同时用于X，Y，Z三轴立体全方位检测，有别于传统的单轴陀螺仪的交叉装配集成才能实现三轴功能。电容式是指电容式静电驱动及电容式差动输出，要求在加工过程中形成相对应的梳齿架构或者电容板结构。传统的微陀螺加工工艺，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，此工艺也可实现电容式三轴微陀螺仪的功能，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。
技术实现思路
为弥补以上不足，本专利技术提供了一种基于体硅作为感应电极板和通道技术的电容式三轴微陀螺仪的加工制造方法，特别涉及一种通过硅衬底基板中的一部分与衬底基板电性隔离的体硅作为电容信号检测的一个极板，而并非传统的在衬底绝缘层上沉积金属形成的金属检测极板，并且将硅衬底上基板中的一部分与周围隔离，作为从上面金属到中间可动结构层的导线作用。工艺步骤少，便于控制，并且减少生产线金属沾污的次数。根据本专利技术，提供一种体硅作为感应电极板和通道的微陀螺仪，包括硅衬底上基板12、硅衬底下基板1、可动结构层8以及引线，其特征在于：所述的微陀螺仪由体硅电容感应极板和体硅导电通道结构构成，所述的硅衬底上基板12和硅衬底下基板1之间采用键和连接结构，所述的引线为分布在硅衬底上基板12中间部位的第一金属互联窗口18和第二金属互联窗口19。进一步的，a、所述体硅电容感应极板包括：可动结构层电容检测极板9，固定高度的空腔13，硅衬底上基板12，第一隔绝空腔25，第二隔绝空腔26，第一隔绝层14，第二隔绝层15，第一金属互联窗口18，硅衬底上基板体硅电容检测极板20以及硅衬底上基板12上的钝化层22，其中，所述第一和第二隔绝空腔均为环形结构，第一和第二隔绝层均为环形结构，所述硅衬底上基板体硅电容检测极板20被所述第一和第二隔绝空腔、所述第一和第二隔绝层与周围硅衬底上基板12所隔绝；b、所述体硅导电通道结构包括：硅衬底下基板1，可动结构层第一键和连接点10，可动结构层第二键和连接点11，硅衬底下基板与可动结构层键和连接的第一突起部位4，第一突起部位4上覆盖的隔离层5，第三隔绝空腔23，第四隔绝空腔24，第三隔绝层16，第四隔绝层17，第二金属互联窗口19和体硅导电通道本体21，其中，所述的第三和第四隔绝空腔以及所述的第三和第四隔绝层均为环形结构，所述的体硅导电通道本体21由硅衬底上基板12中的第三和第四隔绝层隔离出来。其可动结构及基板的制造步骤包括：以硅衬底作为下基板1，先对硅衬底进行清洗，去除硅衬底上的杂质，然后通过光刻的方式在硅衬底下基板上做出图形，并基于该图形，对硅衬底下基板进行蚀刻，被蚀刻的部位形成凹槽2，未被蚀刻的部分形成了突起，该突起主要分两部分，一部分作为内部和可动结构层键和连接起支撑作用，如4，另一部分作为边缘一周和可动结构层键和连接起密封作用，如6，对已经形成图形的硅衬底下基板进行清洗，清洗之后，通过CVD的方式生长形成一层氧化隔离层二氧化硅，该氧化隔离层覆盖硅衬底下基板正表面，将可动结构层，通过键和的方式，与硅衬底下基板连接在一起，此时硅衬底下基板的突起作为键和连接点，接下来在可动结构层上通过光刻定义图形，再通过硅蚀刻程序进行蚀刻，一部分通过蚀刻形成检测基板9，一部分未被蚀刻的地方10形成与硅衬底上基板12连通的键和部位27，另一部分未被蚀刻的地方11作为与硅衬底上下基板14密封的结构；其硅衬底上基板包括硅衬底12、体硅检测极板与可动结构层检测极板的空隙13、隔离圆环14和15、隔离圆环16和17、检测极板上的金属外连18、硅通道上的金属外连19、体硅电容检测极板20、体硅导电通道21、钝化层22、隔离空腔圆环23和24、隔离空腔圆环25和26、体硅导电通道和可动结构层键和位置27；优选的，所述硅衬底下基板1与可动结构层8之间有覆盖一层电性隔离层，所述硅衬底下基板1与可动结构层8之间部分键和连接，所述硅衬底下基板1与可动结构层8未形成键和连接的地方是固定深度的凹槽2。优选的，所述硅衬底上基板12背面所形成的第一隔绝层14，第二隔绝层15，第三隔绝层16和第四隔绝层17均为同一深度。优选的，所述硅衬底上基板12背面的第一隔绝层14，第二隔绝层15，第三隔绝层16和第四隔绝层17）屏蔽圆环内填充的材质为电性隔离材料。优选的，所述硅衬底上基板12正面的第一隔绝空腔25，第二隔绝空腔26，第三隔绝空腔23和第四隔绝空腔24的隔离圆环比背面填充有电性隔离材料第一隔绝层14，第二隔绝层15，第三隔绝层16和第四隔绝层17的屏蔽圆环要宽，并且正面的从第一到第四隔绝空腔隔离圆环分别和背面的从第一到第四隔绝层屏蔽圆环对接，硅衬底上基板12背面填充有电性隔离材料第一隔绝层14，第二隔绝层15，第三隔绝层16和第四隔绝层17的屏蔽圆环的下表面要在相应的正面的第一隔绝空腔25，第二隔绝空腔26，第三隔绝空腔23和第四隔绝空腔24的隔离圆环中突出一部分，以实现完全隔离。优选的，硅衬底上基板12中作为检测电极板部分的体硅导电通道本体21与可动结构层电容检测极板9之间的腔体高度为固定值。优选的，硅衬底上基板12中的第二键和连接点11与可动结构层8在可动结构层第一键和连接点10连通，与第二金属互联窗口19相连，实现从金属外连到可动结构层的连通。本专利技术还提供了一种微陀螺仪的加工制造方法，包括如下步骤：1)硅基板的清洗，为后面的光刻或是沉积工艺提供无杂质的表面；2)通过光刻工艺以及蚀刻工艺对硅衬底下基板进行图形的定义，形成凹槽和键和突起，通过CVD的方式生长一层二氧化硅；3通过硅和二氧化硅的键和，将硅衬底下基板和可动结构层键和连接；4)在可动结构上通过光刻和硅蚀刻工艺，形成图形，图形贯穿整个可动结构层；5)在硅衬底上基板背面通过光刻和体硅蚀刻的工艺，形成深槽，深槽是圆环形结构；6)在硅衬底上基板背面的圆环形深槽内，通过CVD的方式生长电性隔离层；7)在硅衬底上基板的正面先通过光刻和湿法蚀刻工艺，定义出凹槽；8)再次在硅衬底上基板正面进行光刻和蚀刻工艺，形成的圆环形深槽与之前上基板背面的隔离圆环对接，但是该圆环形深槽的宽度要比之前背面的隔离圆环大；9)圆环深槽再次蚀刻，将背面的隔离材料裸露出来，以达到上基板中体硅作为检测和导通部分与周围的完全电性隔离；10)将硅衬底上基板正面与可动结构层在真空设备中进行键和连接；11)在键和好的硅衬底上基板背面通过CVD的方式生长一层钝化层，并通过光刻和蚀刻程序在该钝化层表面形成窗口；12)最后，通过溅射工艺，将金属镀在钝化层，以及打开的窗口上，再通过金属层上的光刻和蚀刻工艺，对金属进行图形化，保留窗口上的金属，形成金属连线。优选的：a、硅衬底下基板的制造步骤，以硅衬底作为下基板，先对硅衬底进行清洗，去除硅衬底上的杂质，然后通过光刻的方式在硅衬底下基板上做出图形，并基于该图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微陀螺仪，包括硅衬底上基板（12）、硅衬底下基板（1）、可动结构层（8）以及引线，其特征在于：所述的微陀螺仪由体硅电容感应极板和体硅导电通道结构构成，所述的硅衬底上基板（12）和硅衬底下基板（1）之间采用键和连接结构，所述的引线为分布在硅衬底上基板（12）中间部位的第一金属互联窗口（18）和第二金属互联窗口（19）。

【技术特征摘要】
1.一种微陀螺仪，包括硅衬底上基板(12)、硅衬底下基板(1)、可动结构层(8)以及引线，所述的微陀螺仪由体硅电容感应极板和体硅导电通道结构构成，所述的硅衬底上基板(12)和硅衬底下基板(1)之间采用键和连接结构，所述的引线为分布在硅衬底上基板(12)中间部位的第一金属互联窗口(18)和第二金属互联窗口(19)；其特征在于，a、所述体硅电容感应极板包括：可动结构层电容检测极板(9)，固定高度的空腔(13)，硅衬底上基板(12)，第一隔绝空腔(25)，第二隔绝空腔(26)，第一隔绝层(14)，第二隔绝层(15)，第一金属互联窗口(18)，硅衬底上基板体硅电容检测极板(20)以及硅衬底上基板(12)上的钝化层(22)，其中，第一和第二隔绝空腔均为环形结构，第一和第二隔绝层均为环形结构，所述硅衬底上基板体硅电容检测极板(20)被第一和第二隔绝空腔、第一和第二隔绝层与周围硅衬底上基板(12)所隔绝；b、所述体硅导电通道结构包括：硅衬底下基板(1)，可动结构层第一键和连接点(10)，可动结构层第二键和连接点(11)，硅衬底下基板与可动结构层键和连接的第一突起部位(4)，第一突起部位(4)上覆盖的隔离层(5)，第三隔绝空腔(23)，第四隔绝空腔(24)，第三隔绝层(16)，第四隔绝层(17)，第二金属互联窗口(19)和体硅导电通道本体(21)，其中，第三和第四隔绝空腔以及第三和第四隔绝层均为环形结构，所述的体硅导电通道本体(21)由硅衬底上基板(12)中的第三和第四隔绝层隔离出来。2.根据权利要求1所述的微陀螺仪，其特征在于：所述硅衬底下基板(1)与可动结构层(8)之间覆盖一层电性隔离层，所述硅衬底下基板(1)与可动结构层(8)之间部分键和连接，所述硅衬底下基板(1)与可动结构层(8)未形成键和连接的地方是固定深度的凹槽(2)。3.根据权利要求1所述的微陀螺仪，其特征在于：所述硅衬底上基板(12)背面所形成的第一隔绝层(14)，第二隔绝层(15)，第三隔绝层(16)和第四隔绝层(17)均为同一深度。4.根据权利要求1所述的微陀螺仪，其特征在于：所述硅衬底上基板(12)背面的第一隔绝层(14)，第二隔绝层(15)，第三隔绝层(16)和第四隔绝层(17)屏蔽圆环内填充的材质为电性隔离材料。5.根据权利要求1所述的微陀螺仪，其特征在于：所述硅衬底上基板(12)正面的第一隔绝空腔(25)，第二隔绝空腔(26)，第三隔绝空腔(23)和第四隔绝空腔(24)的隔离圆环比背面填充有电性隔离材料第一隔绝层(14)，第二隔绝层(15)，第三隔绝层(16)和第四隔绝层(17)的屏蔽圆环要宽，并且正面的从第一到第四隔绝空腔隔离圆环分别和背面的从第一到第四隔绝层屏蔽圆环对接，硅衬底上基板(12)背面填充有电性隔离材料第一隔绝层(14)，第二隔绝层(15)，第三隔绝层(16)和第四隔绝层(17)的屏蔽圆环的下表面要在相应的正面的第一隔绝空腔(25)，第二隔绝空腔(26)，第三隔绝空腔(23)和第四隔绝空腔(24)的隔离圆环中突出一部分，以实现完全隔离。6.根据权利要求1所述的微陀螺仪，其特征在于：硅衬底上基板(12)中作为检测电极板部分的体硅导电通道本体(21)与可动结构层电容检测极板(9)之间的腔体高度为固定值。7.根据权利要求1所述的微陀螺仪，其特征在于：硅衬底上基板(12)中的第二键和连接点(11)与可动结构层(8)在可动结构层第一键和连接点(10)连通，与第二金属互联窗口(19)相连，实现从金属外连到可动结...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙博华，田晓丹，孙明，王琳，覃昭君，周源，邵长治，郭伟恒，
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：