[发明专利]陀螺仪驱动质量和检测质量同时耦合的交叉结构加工工艺

说明书

本发明公开了一种陀螺仪驱动质量和检测质量同时耦合的交叉结构加工工艺，涉及陀螺仪结构加工领域。它包括沉积多晶硅及氧化层、将多晶硅及氧化层进行刻蚀、对氧化层进行平整化和释放所有的氧化层。本发明提供一种陀螺仪驱动质量和检测质量同时耦合的交叉结构加工工艺，可以同时实现微机械陀螺仪的共模抑制能力以及降低需要的驱动电压、增大驱动位移，提高了器件的性能。

技术领域

本发明涉及一种陀螺仪结构加工领域，尤其是陀螺仪驱动质量和检测质量同时耦合的交叉结构加工工艺。

背景技术

随着微机械技术的发展，近年来已经有越来越多的MEMS器件实现了商用甚至军用。其中，MEMS惯性传感器在汽车电子、惯性导航和便携设备中取得了很大的成功。

MEMS陀螺仪本质上是通过科里奥利效应实现的角速度传感器。它将质量块的受力（即科氏力）与外加角速度联系在一起，再通过胡克定律和二阶动态系统将受力转化为位移，并且使用一定的位移检测机构实现对角速度的检测。

MEMS陀螺仪通常包含线性振动或者角振动的质量块、检测质量块以及相应的驱动和检测装置。为了实现对于各种外部共模干扰比如振动、加速度和机械冲击的抑制，MEMS陀螺仪通常有偶数个驱动和检测质量块，并且通常呈对称结构。其中，相邻的质量块运动方向都相反，从而实现差分效果,并且四质量块结构对于各种共模机械干扰有更好的抑制效果。

另外一项抑制共模干扰的方式就是将检测质量块通过弹簧耦合在一起，这样就可以在不同检测质量块的参数（主要是弹性系数）出现失配的情况下大幅度降低它们检测位移的失配。

但是由于常见的MEMS工艺流程只能形成平面结构，如果选择将检测质量块耦合在一起就会造成驱动质量块无法耦合，也就降低了等效驱动品质因数，从而需要更大的驱动电压才能实现相同的驱动幅度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种陀螺仪驱动质量和检测质量同时耦合的交叉结构加工工艺，可以同时实现微机械陀螺仪的共模抑制能力以及降低需要的驱动电压、增大驱动位移，提高了器件的性能。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：陀螺仪驱动质量和检测质量同时耦合的交叉结构加工工艺，它包括沉积多晶硅及氧化层、将多晶硅及氧化层进行刻蚀、对氧化层进行平整化和释放所有的氧化层，具体包括如下步骤：

在硅衬底上沉积绝缘层；

沉积厚度为2~3um的氧化层并且平整化结构表面；

将氧化层刻蚀形成交叉结构的底面掩膜；

刻蚀多晶硅形成结构层底面、交叉结构底面和释放孔；

平整化该氧化层并沉积较厚的厚度为2um的多晶硅；

在多晶硅上刻蚀出结构层的中间层、交叉结构的连杆以及释放孔；

整化氧化层并沉积一个厚度为0.5~1um薄层氧化层；

刻蚀氧化层形成交叉结构上层的掩膜并沉积一层多晶硅；

刻蚀上一步骤沉积的多晶硅，支座结构层上层、交叉结构上层与释放孔，最后释放所有的氧化层形成可动结构。

优选的，几个多晶硅层的厚度总和就是结构层的厚度。该厚度影响器件的信噪比和垂直方向的抗震动和冲击能力，应根据要求大致选择结构层的总厚度。

优选的，所述的绝缘层是薄层氮化硅绝缘层，不需要较高的厚度；此处的氮化硅是根据反应成分的比例不同产生的化合物比例有所不同，具体应根据实际情况调整。还需溅射出金属走线层并其上沉积较厚的一层多晶硅，并刻蚀出锚点。