專利名稱：一種電容式三軸微陀螺儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及微電子技術領域，更具體的說是涉及一種電容式三軸微陀螺儀。
背景技術：
電容式三軸微陀螺儀由于具有一種基于微機電系統(tǒng)可用于檢測角速度信號變化的運動芯片，因此廣泛應用于國防技術領域，以及汽車、手機、精密農(nóng)業(yè)機械、游戲、導航及醫(yī)療產(chǎn)業(yè)，是重要的人機互動界面的連接紐帶。電容式三軸微陀螺儀工作時，通過高頻驅(qū)動的質(zhì)量塊探測到角速度變化產(chǎn)生差乘的科氏力，并在科氏力的作用下產(chǎn)生在一個方向上的形變?！半娙菔健笔侵覆捎秒娙菔届o電驅(qū)動及電容差動輸出，這意味著需要在加工過程中形成相對應的梳齒結(jié)構(gòu)或者電容板結(jié)構(gòu)，并且要求梳齒結(jié)構(gòu)及上下板的電路信號可以連通到外接焊墊上。電容式三軸微陀螺儀通過所述質(zhì)量塊和對應的電極板形成的電容變化(或者帶動可動梳齒和外加的固定梳齒因?qū)娣e變化所產(chǎn)生的電容變化)，來檢測所受角速度大小?！叭S”是指可以同時檢測X、Y、Z軸三方向的角速度，而傳統(tǒng)的單軸陀螺儀只能進行交叉裝配才能實現(xiàn)三軸檢測。與傳統(tǒng)的“單軸”方式相比，三軸微陀螺儀的結(jié)構(gòu)更為復雜，需要連接的梳齒和極板較多，要求的電性互聯(lián)線更多更密，導致線路重疊部分較多。在產(chǎn)品小型化的趨勢的引導下，要求較大面積的平面上布線的方式已被摒棄。一種針對高密度高集成電路的解決方案出現(xiàn)了，即多層布線方式，這種方式主要借助通孔的方法實現(xiàn)線路層之間的互聯(lián)，能夠?qū)崿F(xiàn)復`雜電路的布線要求，但是也存在以下缺點:
1、多層布線就需要很多工藝步驟，多層的絕緣層沉積、開孔、金屬沉積，增加了制造成
本；
2、由于是采用通孔連通的方式，要求層與層之間的距離較近，因此在兩層線的疊加交叉區(qū)域容易出現(xiàn)寄生電容，造成高信噪比，干擾電路及信號的有效傳遞。
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種新的電容式三軸微陀螺儀，在符合小型化趨勢的前提下，解決現(xiàn)有技術采用的多層布線技術存在的工藝步驟繁瑣及容易由于層線之間的距離過小而影響電性能的問題。本發(fā)明的技術方案如下:
一種電容式三軸微陀螺儀，包括可動結(jié)構(gòu)基板和真空蓋板，所述可動結(jié)構(gòu)基板包括:第一硅基板、位于第一硅基板上依次設置且經(jīng)過各自圖形化處理的氧化絕緣層、第一金屬層、導電硅層及第二金屬層，其中，所述導電硅層經(jīng)圖形化處理后至少形成懸空導電橋及梳齒，所述懸空導電橋的主體懸空于所述第一金屬層與第二金屬層之間，兩端底部連接所述第一金屬層，頂部的一部分與第二金屬層相連；
所述真空蓋板包括:第二硅基板、包覆于第二硅基板外側(cè)的第二氧化絕緣層、置于所述第二氧化絕緣層下方的第三金屬層，所述第三金屬層在所述真空蓋板與所述可動結(jié)構(gòu)基板配合時與所述第二金屬層相連。優(yōu)選的，所述導電硅層具體為經(jīng)過離子摻雜后的多晶硅層。 優(yōu)選的，所述第一金屬層為鎢或鎢鐵合金層。優(yōu)選的，所述第二金屬層和第三金屬層均為銅層。優(yōu)選的，第一金屬層圖形化形成金屬互連導線及下極板，分別與所述懸空導電橋的兩端底部相連。優(yōu)選的，所述導電硅層圖形化后還形成位于所述懸空導電橋與梳齒之間的懸臂梁及位于所述金屬互連導線上方的焊墊承載臺。優(yōu)選的，所述懸空導電橋、梳齒、懸臂梁和焊接承載臺層高一致。優(yōu)選的，所述第二金屬層圖形化后形成位置靠近梳齒的金屬互通焊墊、與下極板位置相對的橋連接金屬焊墊、位于所述焊墊承載臺上方的電性外接焊墊和金屬密封焊墊。優(yōu)選的，第三金屬層圖形化后形成位于梳齒上方的上極板、分別與所述金屬焊墊和橋連接金屬焊墊位置相對的兩個互連焊墊、連接所述兩個焊墊的互連焊墊橫向連接線及位于所述懸空導電橋上方的縱向?qū)Ь€。優(yōu)選的，所述懸空導電橋與第一金屬層與之間的空隙由絕緣犧牲層蝕刻形成。從上述技術方案可以看出，本發(fā)明提供的電容式三軸微陀螺儀，采用懸空導電橋?qū)崿F(xiàn)多層之間的連接，從而避開單面布線線路交叉短接的問題，實現(xiàn)高集成、高布線密度的結(jié)構(gòu)布局，有利于產(chǎn)品小型化；并且，由于是采用懸空導電橋?qū)崿F(xiàn)層間的連接，且所述懸空導電橋的主體部分與層線之間具有較大空隙，因此能夠保證足夠的層間距離，從而減少甚至避免產(chǎn)生寄生電容，進而保證電路及信號的有效傳遞；另外，采用導電硅層實現(xiàn)層間的連接，無需過多的絕緣層沉積、開孔、金屬沉積，因此不會產(chǎn)生額外加工步驟，降低了生產(chǎn)成本。
為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明提供一種新型的電容式三軸微陀螺儀的結(jié)構(gòu)示意 圖2為本發(fā)明提供一種新型的電容式三軸微陀螺儀的可動結(jié)構(gòu)基板的結(jié)構(gòu)示意 圖3為本發(fā)明提供一種新型的電容式三軸微陀螺儀的真空蓋板的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
本發(fā)明提供了一種新型的電容式三軸微陀螺儀:該電容式三軸微陀螺儀采用懸空導電橋來實現(xiàn)層(導電層)間的連接，從而在有利于產(chǎn)品小型化的前提下，無需額外增加工藝步驟且能夠減少甚至避免產(chǎn)生寄生電容，進而保證電路及信號的有效傳遞。下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。請參考圖1、圖2和圖3，其中，圖1為本發(fā)明提供一種新型的電容式三軸微陀螺儀的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2和圖3分別為所述電容式三軸微陀螺儀的可動結(jié)構(gòu)基板及真空蓋板的結(jié)構(gòu)示意圖。所述電容式三軸微陀螺儀包括可動結(jié)構(gòu)基板I和真空蓋板2，其中:
所述可動結(jié)構(gòu)基板I包括:第一娃基板11、位于第一娃基板11上依次設置且經(jīng)過各自圖形化處理的第一氧化絕緣層12、第一金屬層13、導電硅層14及第二金屬層15，所述導電硅層14經(jīng)圖形化處理后至少形成懸空導電橋141及梳齒142，所述懸空導電橋141的主體懸空于所述第一金屬層13與第二金屬層15之間,兩端底部連接所述第一金屬層13,頂部的一部分與第二金屬層15相連。所述真空蓋板2包括:第二硅基板21、包覆于第二硅基板21外側(cè)的第二氧化絕緣層22、置于所述第二氧化絕緣層22下方的第三金屬層23，所述第三金屬層23在所述真空蓋板2與所述可動結(jié)構(gòu)基板I配合時與所述第二金屬層15相連。所述導電硅層14具體為經(jīng)過離子摻雜后的多晶硅層。所述第一金屬層13、導電娃層14、第二金屬層15和第三金屬層23各自經(jīng)過圖形化處理后形成各種結(jié)構(gòu)，具體的:
所述第一金屬層13經(jīng)圖形化形成金屬互連導線131及下極板132，分別與所述懸空導電橋141的兩端底部相連。所述導電硅層14經(jīng)圖形化后除了形成所述懸空導電橋141和梳齒142，還形成位于所述懸空導電橋141與梳齒142之間的懸臂梁143及位于所述金屬互連導131線上方的焊墊承載臺144。所述第二金屬層15經(jīng)圖形化后形成位置靠近所述梳齒142的金屬互通焊墊151、與下極板132位置相對的橋連接金屬焊墊152、位于所述焊墊承載臺144上方的電性外接焊墊153和金屬密封焊墊154。所述第三金屬層23經(jīng)圖形化后形成位于所述梳齒142上方的上極板231、分別與所述金屬互通焊墊151和橋連接金屬焊墊152位置相對的兩個互連焊墊232和233、連接所述兩個焊墊的互連焊墊橫向連接線234及位于所述懸空導電橋141上方的縱向?qū)Ь€235。本實施例提供的電容式三軸微陀螺儀是運用了厚硅外延方法在第一硅基板11上通過沉積、曝光、顯影、蝕刻、研磨等工藝方法實現(xiàn)，通過厚硅外延層形成懸空導電橋141及梳齒142、懸臂梁143等結(jié)構(gòu)，由于這些結(jié)構(gòu)的厚度一般為幾微米到幾十微米，為了此后硅外延層平坦，需要在多晶硅生長后進行研磨來控制表面的平坦度。多晶硅的導電性能經(jīng)過后期摻雜完成，而研磨劑摻雜后產(chǎn)生的內(nèi)應力，可以經(jīng)過干法刻蝕進行釋放，避免在運輸過程中出現(xiàn)裂片及生長金屬剝落的問題。
可動結(jié)構(gòu)基板I的具體工藝過程為:
步驟A、在所述第一硅基板11上生長所述第一氧化絕緣層12 ；
步驟B、在需要導通處通過光刻轉(zhuǎn)移形成通孔121 ；
步驟C、在所述第一氧化絕緣層12上生長第一金屬層13，對所述第一金屬層13進行圖形化處理后形成所述金屬互連導線131及下極板132 ；
步驟D、在所述第一金屬層13上沉淀一層絕緣犧牲層，絕緣犧牲層經(jīng)過圖形化處理后大部分被刻蝕掉，除了在需要絕緣處保留，如絕緣犧牲層部分16 ；
步驟E、在所述絕緣犧牲層的基礎上生長導電多晶硅層(即導電硅層14)；
步驟F、將所述導電硅層14進行圖形化處理，形成所述懸空導電橋141、梳齒142、懸臂梁143及焊墊承載臺144，所述懸空導電橋141、梳齒142、懸臂梁143、焊接承載臺144層高—致。步驟G、在所述導電硅層14的多晶硅結(jié)構(gòu)成型之前，在所述導電硅層14表面生長第二金屬層15 ；
步驟H、對所述第二金屬層15進行圖形化處理，形成所述金屬互通焊墊151、橋連接金屬焊墊152、電性外接焊墊153和金屬密封焊墊154。真空蓋板2的工藝過程如下:
步驟a、以第二硅基板21作為底板，在其上沉淀第二氧化絕緣層22 ；
步驟b、在所述第二氧化絕緣層22上生長第三金屬層23 ；
步驟C、對所述第三金屬層23進行圖形化處理，形成上極板231、互連焊墊232和233、互連焊墊橫向連接線234及縱向?qū)Ь€235。上述實施例所述的電容式三軸微陀螺儀中，在可動結(jié)構(gòu)基板I與真空蓋板2配合時，第一金屬層13通過懸空導電橋141和位于該懸空導電橋141上方的橋連接金屬焊墊152、位于所述真空蓋板2上的第三金屬層23相連，實現(xiàn)多層互連。并且，所述懸空導電橋141、上極板231、下極板132、梳齒142、懸臂梁143、金屬互聯(lián)導線13和金屬互通焊墊151所有個體單元連接，形成導通回路，例如:所述梳齒142可以通過錨點(圖中未示出)與金屬互連導線13連接，所述懸空導電橋141可以與所述金屬互連導線13、金屬互通焊墊151連接，所述上極板231、下極板132可以通過金屬互連導線13與所述懸空導電橋141相連，所述懸臂梁143、梳齒142通過錨點與所述金屬互連導線13連接，上述所有個體均可與通過所述金屬互連導線13與電性外接焊墊153連接，以實現(xiàn)最終的電性連接。需要說明的是，所述懸空導電橋141連接錨點及其懸空結(jié)構(gòu)的形成是運用了所述絕緣犧牲層，所述絕緣犧牲層首先沉淀在設計成型的第一金屬層13表面，然后根據(jù)需要進行圖形化處理時，在連接錨點區(qū)域的部分被刻蝕掉，以便導電硅層14沉積時直接連通所述第一金屬層13。于所述導電娃層14表面生長第二金屬層15之前，由于所述導電娃層14因絕緣犧牲層額機構(gòu)導致表面不平整，可以采用研磨的方式進行表面平整度控制，然后再進行P (硼)摻雜，退火后再生長所述第二金屬層15。絕緣層最后再刻蝕槽底時被釋放掉，釋放掉后懸空導電橋141的懸空結(jié)構(gòu)及所述梳齒142、懸臂梁143最終形成。在厚多晶硅外延時溫度較高，因此本實施例選用熔點較高的鎢(W)或鎢鐵(WTi)合金作為所述第一金屬層13的材料。而第二金屬層15和第三金屬層23主要采用銅(Cu)作為材料，以便在所述可動結(jié)構(gòu)基板I和真空蓋板2配合時，通過Cu-Cu金屬擴散鍵合連接在一起?？梢钥闯?，本發(fā)明提供的電容式三軸微陀螺儀采用懸空導電橋?qū)崿F(xiàn)多層之間的連接，從而避開單面布線線路交叉短接的問題，實現(xiàn)高集成、高布線密度的結(jié)構(gòu)布局，有利于產(chǎn)品小型化；并且，由于是采用懸空導電橋?qū)崿F(xiàn)層間的連接，且所述懸空導電橋的主體部分與層線之間具有較大空隙，因此能夠保證足夠的層間距離，從而減少甚至避免產(chǎn)生寄生電容，進而保證電路及信號的有效傳遞；另外，采用導電硅層實現(xiàn)層間的連接，無需過多的絕緣層沉積、開孔、金屬沉積，因此不會產(chǎn)生額外加工步驟，降低了生產(chǎn)成本。需要說明的是，在本文中，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。對所公開的實施例的上述說明，使本領域?qū)I(yè)技術人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業(yè)技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。`
權利要求
1.一種電容式三軸微陀螺儀，包括可動結(jié)構(gòu)基板和真空蓋板，其特征在于: 所述可動結(jié)構(gòu)基板包括:第一硅基板、位于第一硅基板上依次設置且經(jīng)過各自圖形化處理的氧化絕緣層、第一金屬層、導電硅層及第二金屬層，其中，所述導電硅層經(jīng)圖形化處理后至少形成懸空導電橋及梳齒，所述懸空導電橋的主體懸空于所述第一金屬層與第二金屬層之間，兩端底部連接所述第一金屬層，頂部的一部分與第二金屬層相連； 所述真空蓋板包括:第二硅基板、包覆于第二硅基板外側(cè)的第二氧化絕緣層、置于所述第二氧化絕緣層下方的第三金屬層，所述第三金屬層在所述真空蓋板與所述可動結(jié)構(gòu)基板配合時與所述第二金屬層相連。
2.根據(jù)權利要求1所述的電容式三軸微陀螺儀，其特征在于，所述導電硅層具體為經(jīng)過離子摻雜后的多晶硅層。
3.根據(jù)權利要求1所述的電容式三軸微陀螺儀，其特征在于，所述第一金屬層為鎢或鶴鐵合金層。
4.根據(jù)權利要求1所述的電容式三軸微陀螺儀，其特征在于，所述第二金屬層和第三金屬層均為銅層。
5.根據(jù)權利要求1-4任意一項所述的電容式三軸微陀螺儀，其特征在于，第一金屬層圖形化形成金屬互連導線及下極板，分別與所述懸空導電橋的兩端底部相連。
6.根據(jù)權利要求5所述的電容式三軸微陀螺儀，其特征在于，所述導電硅層圖形化后還形成位于所述懸空導電橋與梳齒之間的懸臂梁及位于所述金屬互連導線上方的焊墊承載臺。
7.根據(jù)權利要求6所述的電容式三軸微陀螺儀，其特征在于，所述懸空導電橋、梳齒、懸臂梁和焊接承載臺層高一致。
8.根據(jù)權利要求7所述的電容式三軸微陀螺儀，其特征在于，所述第二金屬層圖形化后形成位置靠近梳齒的金屬互通焊墊、與下極板位置相對的橋連接金屬焊墊、位于所述焊墊承載臺上方的電性外接焊墊和金屬密封焊墊。
9.根據(jù)權利要求8所述的電容式三軸微陀螺儀，其特征在于，第三金屬層圖形化后形成位于梳齒上方的上極板、分別與所述金屬焊墊和橋連接金屬焊墊位置相對的兩個互連焊墊、連接所述兩個焊墊的互連焊墊橫向連接線及位于所述懸空導電橋上方的縱向?qū)Ь€。
10.根據(jù)權利要求9所述的電容式三軸微陀螺儀,其特征在于,所述懸空導電橋與第一金屬層與之間的空隙由絕緣犧牲層蝕刻形成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電容式三軸微陀螺儀，包括可動結(jié)構(gòu)基板和真空蓋板，所述可動結(jié)構(gòu)基板包括第一硅基板、位于第一硅基板上依次設置的第一氧化絕緣層、第一金屬層、導電硅層及第二金屬層，其中，導電硅層經(jīng)圖形化處理后至少形成懸空導電橋及梳齒，懸空導電橋的主體懸空于第一金屬層與第二金屬層之間，兩端底部連接第一金屬層，頂部的一部分與第二金屬層相連；真空蓋板包括第二硅基板、包覆于第二硅基板外側(cè)的第二氧化絕緣層、置于第二氧化絕緣層下方的第三金屬層，第三金屬層在真空蓋板與可動結(jié)構(gòu)基板配合時與第二金屬層相連。本實施例解決多層布線技術存在的工藝步驟繁瑣及容易由于層線之間的距離過小而影響電性能的問題。
文檔編號G01C19/56GK103105165SQ20111035451
公開日2013年5月15日 申請日期2011年11月10日 優(yōu)先權日2011年11月10日
發(fā)明者孫博華, 邵長治, 王琳, 孫明 申請人:水木智芯科技(北京)有限公司