[發明專利]電容式三軸微陀螺儀的硅外延制造方法

有效

• 申請號: 201110371162.2
• 申請日: 2011-11-21
• 公開（公告）號: CN103121658A
• 公開（公告）日: 2013-05-29
• 發明（設計）人: 孫博華;邵長治;王琳;孫明;周源;覃昭君;王樂;郭偉恒
• 申請（專利權）人: 水木智芯科技（北京）有限公司
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00;G01C19/56
• 代理公司: 北京市合德專利事務所 11244
• 代理人: 王文會

1.一種電容式三軸微陀螺儀的硅外延制造方法，其特征在于：

其可動結構及基板包括硅基板（1）、氧化硅絕緣層（2）、第一電性通孔（3）、錨點電性連接金屬層（4）、氧化硅犧牲層（5）、第二電性通孔（6）、接地錨點（7）、金屬壓合結構層（8）、懸空梳齒（9）、可帶電錨點（10）、第一空腔（11）、絕緣錨點（12）、下極板（13）、電性外連結構pad（14）、腔體內外電性連接層（15）和電性外連結構支撐結構（16）；

其可動結構及基板的制造步驟包括：

以硅基板（1）作為基板層，在硅基板（1）上生長出氧化絕緣層（2），氧化絕緣層（2）經過光刻做出結構形成第一電性通孔（3），并在氧化絕緣層（2）上生長出一層金屬并結構圖形化，分別生成錨點電性連接金屬層（4）下極板（13）腔體內外電性連接層（15），其中第一電性通孔（3）與錨點電性連接金屬層（4）相連，錨點電性連接金屬層（4）和氧化硅犧牲層（5）第二電性通孔（6）相連，下極板（13）和絕緣錨點（12）及可帶電錨點（10）相連，腔體內外電性連接層（15）與接地錨點（7）和電性外連結構支撐結構（16）相連，最終在接地錨點(7)上生長金屬壓合結構層（8），在電性外連結構支撐結構（16）上生長電性外連結構（14）,?并且經過氧化硅犧牲層（5）的釋放，形成第一空腔（11）及懸空梳齒（9）；

其真空蓋板包括薄硅基板（a）、第一氧化絕緣層（b）、絕緣層開口（c）、硅開口（d）、第一熱氧化層（e）、第二絕緣層（f）、空腔（g）、金屬壓合結構層（h）、第二熱氧化層（i）和吸附劑（j）；

其真空蓋板的制造步驟包括：

以薄硅基板（a）為襯底，背面生長第一氧化層（b），其后形成絕緣層開口（c），經過刻蝕形成硅開口（d），其后在硅開口（d）上生長第一熱氧層（e）；

正面生長第二絕緣層（f），并圖形化，基于圖形蝕刻出空腔（h），其后在空腔架構上生長第二熱氧化層（i），并在正面第二氧化層（f）上生長金屬壓合結構層（h）及吸附劑（j）；

最終，將可動結構及基板和真空蓋板實現對壓，生成金屬共晶層（k）。

2.根據權利要求1所述的電容式三軸微陀螺儀的硅外延制造方法，其中下極板（13）、錨點電性連接金屬層（4）和電性外連結構（14）由同一層金屬構成，且此層金屬會填入第一電性通孔（3），實現和硅基板（1）的互連。

3.根據權利要求1所述電容式三軸微陀螺儀的硅外延制造方法，其中接點錨點（7）、懸空梳齒（9）、電性外連結構支撐結構（16）由同一層外延多晶硅層圖形化后實現。

4.根據權利要求1所述的電容式三軸微陀螺儀的硅外延制造方法，其中電性外連結構（14）及金屬壓合結構層由同一層金屬實現。

5.根據權利要求1所述的電容式三軸微陀螺儀的硅外延制造方法，其中第一空腔（11）在被釋放前由和氧化硅犧牲層（5）及氧化硅絕緣層（2）組成，部分氧化硅犧牲層（5）在釋放過程中受到接地錨點（7）的保護，部分氧化硅絕緣層（2）在釋放過程中受到錨點電性連接金屬層（4）、下極板（13）及腔體內外電性連接層（15）的保護，被保護部分最終留下，沒被保護部分被釋放掉形成第一空腔（11）。

6.根據權利要求1所述的電容式三軸微陀螺儀的硅外延制造方法，其中下極板（13）之間可以通過可帶電錨點（10）通過表層的導電硅結構實現互連，可帶點錨點作為連接兩個底層基板的表層電橋。

7.根據權利要求1所述的電容式三軸微陀螺儀的硅外延制造方法，其中真空蓋板在單顆芯片上的部分寬度處開口，以便在圓片轉移過程中方便拿取。

8.根據權利要求1所述的電容式三軸微陀螺儀的硅外延制造方法，其特征在于包括如下步驟：

1)提供一片雙面拋光的硅基板，厚度可以采用研磨加濕法釋放應力的工藝組合加以控制；

2)在此硅基板的其中一面利用化學氣相沉積（CVD）或者熱氧方法沉積或生長一層二氧化硅，在此二氧化硅的基礎上用CVD沉積一層氮化硅，二氧化硅和氮化硅的作用是作為最底層金屬和硅之間的絕緣層，其中二氧化硅還作為氮化硅和硅基板的應力緩沖層；

3)經過光罩圖形轉移圖形化氮化硅和二氧化硅的組合層，并且經過RIE刻蝕形成第一電性通孔，此通孔的作用是形成最底層金屬，即第一金屬層與硅基板的連接，形成接地；

4)磁控濺鍍沉積第一金屬層并圖形化，此金屬層的作用是實現下極板及電性及信號互連；

5)在第一金屬層上利用CVD沉積一層厚二氧化硅，此二氧化硅層實現金屬表層絕緣，并且利用此厚二氧化硅層充當犧牲層；

6)經過光罩圖形轉移并經過等離子氣相蝕刻（RIE）刻蝕使厚二氧化硅層圖形化，露出可帶電錨點，絕緣錨點，接點錨點的連接區域；

7)厚多晶硅外延，生長出設計所需要的厚度，外延完成后經過表面拋光，使多晶硅表面平整；

8)在厚多晶硅表層磁控濺鍍第二金屬層，并且圖形化，此金屬層的作用是形成Pad電性外連結構及密封結構鍵合層的其中一層；

9)再次圖形化，將設計的陀螺儀表頭的圖形經光罩轉移到厚多晶硅及第二金屬層表面，深硅刻蝕（DRIE），形成所需要的梳齒，懸臂梁，各種獨立錨點即可動結構層，并且厚多晶硅層在可帶電錨點之間可以形成電性互連，起到立體橋接的作用；

10)厚多晶硅底部的二氧化硅釋放，形成空腔，并使梳齒，懸臂梁等結構懸空；

11)提供另一片硅基板作為真空蓋板，同樣厚度可以采用研磨加濕法釋放應力的工藝組合加以控制；

12)在此硅基板的其中一面利用CVD或者熱氧方法沉積或生長一層二氧化硅，經過圖形轉移，兩步RIE蝕刻形成所設計圖形作為對位標記點；

13)在對位標記點的另一面利用CVD或者熱氧方法沉積或生長一層二氧化硅，經過圖形轉移和對二氧化硅的RIE蝕刻，漏出對應可動結構的區域及Pad電性外連結構的區域，經過濕法腐蝕，蝕刻出需要的深度，形成所需要的溝槽；

14)在此硅基板的對位標記面圖形轉移并經過RIE蝕刻，露出所設計的Pad電性外連區域，經過濕法刻蝕，把pad區域的硅刻穿；

15)在對位標記的硅基板背面沉積吸附劑，吸附劑的作用是協助達到所需要的高真空度；

16)在對位標記的硅基板背面沉積第三金屬層，并且圖形化，此金屬層的作用是形成密封結構鍵合層的想對應的另外一層；

17)兩片硅基板經對位在真空鍵合機中實現金屬鍵合，此工藝完成。