[发明专利]MEMS振动式陀螺仪结构及其制造方法

权利要求书

1.一种MEMS振动式陀螺仪，其特征在于：包括盖板硅片(10)、结构硅片(9)和衬底硅片(6)，盖板硅片(10)、结构硅片(9)和衬底硅片(6)自上而下逐层布置组成带有真空腔体的结构，所述结构硅片(9)上安装有器件，所述器件包括两个质量块(1)、四个驱动框(2)、四个检测框(3)、若干弹性连接梁(5)、锚点(4)、驱动电极、检测电极(3a)和功能电极(21)，两个质量块(1)左右对称布置，两个质量块(1)之间通过一对弹性连接梁(5)连接，质量块(1)四周的弹性连接梁(5)连接于周围的锚点(4)，并通过锚点(4)固定在结构硅片(9)上；驱动框(2)和检测框(3)的与质量块(1)通过弹性梁连接，驱动框(2)和检测框(3)外侧分别通过弹性梁连接于锚点(4)，并通过锚点(4)固定在结构硅片(9)上；驱动电极位于驱动框(2)的区域，检测电极(3a)位于检测框(3)的区域，功能电极(21)位于驱动框(2)或其他位置，驱动电极、检测电极(3a)和功能电极(21)由可动电极和固定电极组成；陀螺仪整体结构中除锚点(4)和固定电极外，其余结构均为悬空可动结构。

2.根据权利要求1所述的MEMS振动式陀螺仪，其特征在于：所述质量块(1)是由多个长方体拼接而成的多边形柱体。

3.根据权利要求1所述的MEMS振动式陀螺仪，其特征在于：所述功能电极(21)是驱动检测电极(2b)、频率调谐电极和正交补偿电极(2a)中一种或多种。

4.根据权利要求1所述的MEMS振动式陀螺仪，其特征在于：所述驱动电极、检测电极(3a)和功能电极(21)均为梳齿状电极。

5.根据权利要求1所述的MEMS振动式陀螺仪，其特征在于：所述弹性连接梁(5)是U形梁、折叠梁或者蟹脚梁。

6.根据权利要求1所述的MEMS振动式陀螺仪，其特征在于：所述驱动框(2)与检测框(3)分别位于两个质量块(1)四周并且中心轴对称布置。

7.根据权利要求1所述的MEMS振动式陀螺仪，其特征在于：所述驱动框(2)与质量块(1)之间的弹性连接梁(5)以驱动框(2)的对称轴对称分布或位于对称轴处，弹性连接梁(5)数目为一个或多个，驱动框(2)与锚点(4)之间的弹性连接梁(5)位于驱动框(2)的两端对称布置或位于驱动框(2)的对称轴处，弹性连接梁(5)数目为一个或多个；位于检测框(3)与质量块(1)之间的弹性连接梁(5)以检测框(3)的对称轴对称分布或位于对称轴处，弹性连接梁(5)数目为一个或多个，检测框(3)与锚点(4)之间的弹性连接梁(5)位于检测框(3)的两端对称布置或位于检测框(3)的对称轴处，弹性连接梁(5)数目为一个或多个。

8.一种权利要求1-7任一项所述MEMS振动式陀螺仪的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、提供衬底硅片(6)，在衬底硅片(6)上采用深反应离子刻蚀的方法在衬底硅片(6)的正面刻蚀出带有支撑柱(7)的凹腔结构；

S2、采用热氧化或是化学气相沉积的方法在衬底硅片(6)正面和背面沉积一层氧化硅；

S3、提供结构硅片(9)，器件安装结构硅片(9)上，将结构硅片(9)作为陀螺仪器件层，采用圆片级真空键合技术将结构硅片(9)与衬底硅片(6)正面对准键合；

S4、在结构硅片(9)上进行图案化光刻和刻蚀，刻蚀出陀螺仪的结构；

S5、准备盖板硅片(10)，在盖板硅片(10)的正面刻蚀出凹腔结构，之后通过热氧化或是气相沉积的方法在盖板硅片(10)的正面沉积一层氧化硅层(8)；

S6、将盖板硅片(10)正面与结构硅片(9)另一侧进行圆片级对准键合；

S7、在盖板硅片(10)背面采用湿法腐蚀或深反应离子刻蚀出电极引出通孔(11)，并在整个背面沉积一层氧化硅层(8)；

S8、刻蚀掉电极引出通孔(11)位置处的氧化硅层(8)；

S9、在盖板硅片(10)上沉积一层金属层(12)，并将金属层(12)图形化，完成电学布线，制作金属焊盘，制作完成MEMS陀螺仪器件结构的同时，实现了器件的圆片级真空封装。