[发明专利]电容式三轴微陀螺仪的硅外延制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于电容式三轴微陀螺仪的加工制造方法，特别涉及一种通过外延多晶硅技术实现集成下极板检测功能，并且在多晶硅底层实现电性互连的加工制造方法，只通过两片硅基板及加工工艺即可实现电性互通的功能及圆片级的真空封装（圆片级封装，就是晶圆进行整体真空封装，有别于传统的单颗芯片真空封装）。

背景技术

电容式三轴微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。其加工工艺相比较单轴及双轴更精密，更复杂，且要求能够控制住工艺层数量，减少光罩数量及工艺成本。

传统的微陀螺加工工艺，如SOI（Silicon on isolator,绝缘衬底上的硅）工艺要求使用两片硅基板及一片SOI晶圆，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，但因使用三片硅基板导致成本较高，工艺步骤较多，且因SOI晶圆需要定制表层硅厚度，从而对表层硅也就是要形成的可动结构层的厚度控制不灵活。

 另一种传统工艺硅玻璃键合工艺是在可动硅结构上布线，从而实现电性互连及信号传导，但仅仅在可动硅上实现梳齿的驱动和检测无法实现三轴的所有功能，特别是在可动结构做垂直于水平面的上下振动时，仅仅用梳齿对电信号的检测不理想，且中间孤岛结构硅上的电信号无法引出，对应制作三轴陀螺仪比较困难。

发明内容

为弥补以上不足，本发明提供了一种基于厚多晶硅外延技术的电容式三轴微陀螺仪的加工制造方法，工艺简单，使用方便，便于工艺控制，且可解决上述之垂直上下振动的对应电极板信号检测及孤岛电性外连。

根据本发明，提供一种电容式三轴微陀螺仪的硅外延制造方法，其特征在于：

其可动结构及基板包括硅基板1、氧化硅绝缘层2、第一电性通孔3、锚点电性连接金属层4、氧化硅牺牲层5、第二电性通孔6、接地锚点7、金属压合结构层8、悬空梳齿9、可带电锚点10、第一空腔11、绝缘锚点12、下极板13、电性外连结构pad 14、腔体内外电性连接层15和电性外连结构支撑结构16；

其可动结构及基板的制造步骤包括：

以硅基板1作为基板层，在硅基板1上生长出氧化绝缘层2，氧化绝缘层2经过光刻做出结构形成第一电性通孔3，并在氧化绝缘层2上生长出一层金属并结构图形化，分别生成锚点电性连接金属层4下极板13腔体内外电性连接层15，其中第一电性通孔3与锚点电性连接金属层4相连，锚点电性连接金属层4和氧化硅牺牲层5第二电性通孔6相连，下极板13和绝缘锚点12及可带电锚点10相连，腔体内外电性连接层15与接地锚点7和电性外连结构支撑结构16相连，最终在接地锚点7上生长金属压合结构层8，在电性外连结构支撑结构16上生长电性外连结构14, 并且经过氧化硅牺牲层5的释放，形成第一空腔11及悬空梳齿9；

其真空盖板包括薄硅基板a、第一氧化绝缘层b、绝缘层开口c、硅开口d、第一热氧化层e、第二绝缘层f、空腔g、金属压合结构层h、第二热氧化层i和吸附剂j；

其真空盖板的制造步骤包括：

以薄硅基板a为衬底，背面生长第一氧化层b，其后形成绝缘层开口c，经过刻蚀形成硅开口d，其后在硅开口d上生长第一热氧层e；

正面生长第二绝缘层f，并图形化，基于图形蚀刻出空腔h，其后在空腔架构上生长第二热氧化层i，并在正面第二氧化层f上生长金属压合结构层h及吸附剂j；

最终，将可动结构及基板和真空盖板实现对压，生成金属共晶层k。

根据本发明的优选实施例，其中下极板13、锚点电性连接金属层4和电性外连结构14由同一层金属构成，且此层金属会填入第一电性通孔3，实现和硅基板1的互连。

根据本发明的优选实施例，其中接点锚点7、悬空梳齿9、电性外连结构支撑结构16由同一层外延多晶硅层图形化后实现。

根据本发明的优选实施例，其中电性外连结构14及金属压合结构层由同一层金属实现。