专利名称：电容式三轴微陀螺仪的硅外延制造方法
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I作为基板层，在硅基板I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I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。根据本发明的优选实施例，其中第一空腔11在被释放前由和氧化硅牺牲层5及氧化硅绝缘层2组成，部分氧化硅牺牲层5在释放过程中受到接地锚点7的保护，部分氧化硅绝缘层2在释放过程中受到锚点电性连接金属层4、下极板13及腔体内外电性连接层15的保护，被保护部分最终留下，没被保护部分被释放掉形成第一空腔11。根据本发明的优选实施例，其中下极板13之间可以通过可带电锚点10通过表层的导电硅结构实现互连，可带点锚点作为连接两个底层基板的表层电桥。根据本发明的优选实施例，其中真空盖板在单颗芯片上的部分宽度处开口，以便在圆片转移过程中方便拿取。根据本发明的另一实施例，提供一种电容式三轴微陀螺仪的娃外延制造方，包括以下步骤:
I)提供一片双面抛光的硅基板，厚度可以采用研磨加湿法释放应力的工艺组合加以控制。2)在此娃基板的其中一面利用CVD(Chemical vapor deposition化学气相沉积)或者热氧方法沉积或生长一层二氧化硅，在此二氧化硅的基础上用CVD沉积一层氮化硅，二氧化硅和氮化硅的作用是作为最底层金属(第一金属层)和硅之间的绝缘层，其中二氧化硅还作为氮化硅和硅基板的应力缓冲层。3)经过光罩图形转移图形化氮化硅和二氧化硅的组合层，并且经过RIE刻蚀形成第一电性通孔，此通孔的作用是形成最底层金属(即第一金属层)与硅基板的连接，形成接地。4)磁控溅镀沉积最底层金属(即第一层金属)并图形化，此金属层的作用是实现下极板及电性及信号互连。5)在最底层金属(即第一金属层)上利用CVD沉积一层厚二氧化硅，此二氧化硅层实现金属表层绝缘，并且利用此厚二氧化硅层充当牺牲层。6)经过光罩图形转移并经过RIE (Reaction 1n etch,等离子气相蚀刻)刻蚀使厚二氧化硅层图形化，露出可带电锚点，绝缘锚点，接点锚点的连接区域。7)厚多晶硅外延，生长出设计所需要的厚度，外延完成后经过表面抛光，使多晶硅表面平整。8)在厚多晶硅表层磁控溅镀第二层金属(即第二金属层)，并且图形化，此金属层的作用是形成Pad电性外连结构及密封结构键合层的其中一层。9)再次图形化，将设计的陀螺仪表头的图形经光罩转移到厚多晶硅及第二层金属(即第二金属层)表面,DRIE (Deep reaction ion etch,深娃刻蚀),形成所需要的梳齿,悬臂梁，各种独立锚点即可动结构层，并且厚多晶硅层在可带电锚点之间可以形成电性互连，起到立体桥接的作用。10)厚多晶硅底部的二氧化硅释放，形成空腔，并使梳齿，悬臂梁等结构悬空。11)提供另一片硅基板作为真空盖板，同样厚度可以采用研磨加湿法释放应力的工艺组合加以控制。12)在此硅基板的其中一面利用CVD或者热氧方法沉积或生长一层二氧化硅，经过图形转移，两步RIE蚀刻形成所设计图形作为对位标记点。13)在对位标记点的另一面利用CVD或者热氧方法沉积或生长一层二氧化硅，经过图形转移和对二氧化硅的RIE蚀刻，漏出对应可动结构的区域及Pad电性外连结构的区域,经过湿法腐蚀,蚀刻出需要的深度,形成所需要的沟槽。14)在此硅基板的对位标记面图形转移并经过RIE蚀刻，露出所设计的Pad电性外连区域，经过湿法刻蚀，把pad区域的硅刻穿。15)在对位标记的硅基板背面沉积吸附剂，吸附剂的作用是协助达到所需要的高
真空度。16)在对位标记的硅基板背面沉积第三层金属(即第三金属层)，并且图形化，此金属层的作用是形成密封结构键合层的想对应的另外一层。17)两片硅基板经对位在真空键合机中实现金属键合，此工艺完成。与现有技术相比，本发明具有显著特点及优势，如此加工过程只用到两片硅基板即可在实现多晶硅可动结构底层电极板检测，密封腔体内部电性结构和腔体外部电性外连结构的连接及单层金属电性互连和信号传导，并且实现了圆片级的真空密封。虽然在下文中将结合一些示例性实施及使用方法来描述本发明，但本领域技术人员应当理解，并不旨在将本发明限制于这些实施例。反之，旨在覆盖包含在所附的权利要求书所定义的本发明的精神与范围内的所有替代品、修正及等效物。本发明的其它优点、目的和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目的和其它优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中:
图1为本发明在结构硅基板上沉积二氧化硅，氮化硅，最底层金属(第一金属层)及对应结构化的剖面示意 图2为本发明在悬空结构释放前的剖面示意 图3为本发明结构硅基板在悬空结构释放后的剖面结构示意 图4为本发明真空盖板的剖面结构示意 图5为本发明最终成品的剖面结构示意 图6为本发明真空盖板的Pad选择性蚀刻区域主视图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步的详细描述。需要注意的是，根据本发明的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的实施方式仅仅作为例子，但本发明不限于该具体实施方式
。如图1所示，提供一片双面抛光的硅基板，厚度可以采用研磨加湿法释放应力的工艺组合加以控制，一般厚度控制在300至400微米。在此硅基板的其中一面利用CVD(Chemical vapor deposition,化学气相沉积)或者热氧方法沉积或生长一层二氧化娃,在此二氧化硅的基础上用CVD沉积一层氮化硅，二氧化硅和氮化硅的作用是作为最底层金属(第一金属层)和硅之间的绝缘层，其中二氧化硅还作为氮化硅和硅基板的应力缓冲层。光亥IJ图形转移后，蚀刻露出第一电性通孔。在已经露出通孔的氮化硅表面磁控溅镀一层金属，此金属成分选用W (钨)或WTi (钛钨合金)，运用其熔点比较高的特点，因在厚多晶硅外延时温度较高。图形转移形成下极板，电性连接，信号传输的结构，其中下极板的边缘布局要和所对应悬空结构感应质量块的边缘对齐。如图2所示，在最底层金属(第一金属层)上沉积厚二氧化硅层，层厚控制在I至10微米，以形成图3所示的空腔。厚二氧化硅层经图形转移，蚀刻出对应设计的可带点锚点，绝缘锚点及接地锚点的沟道，以便在厚多晶硅外延时，厚多晶硅可以直接部分生长在需要做锚点的金属或二氧化硅层上。然后通过外延炉生长厚多晶硅，厚度可以控制在10至100微米，因厚多晶娃外延后表面不够平整，所以要经过CMP (Chemical mechanicalpolishing,化学机械研磨)研磨,控制表面的平整度,均一丨丨生。经过研磨后的多晶娃表面要经过三价的硼P型多晶硅掺杂实现多晶硅的导电性能控制，退火，释放掉掺杂过程中产生的内应力。其后在平坦的多晶硅层上溅镀金属铜(Cu)，并用电镀使铜(Cu)厚度增加至3至6微米，作为金属扩散键合的其中一层。如图3所示，经所设计微陀螺仪表头即可动结构的图形转移，后DRIE (De印reaction ion etch,深娃刻蚀)，得到所有的梳齿，锚点，梁结构的雏形，然后经过BOE(Buffered Oxide Etch,缓冲氧化娃蚀刻)湿法刻蚀,释放掉二氧化娃牺牲层和部分二氧化硅及氮化硅底层，此步骤可以通过时间控制来决定释放区域的范围。如图4所示，提供一片双面抛光的硅基板，厚度可以采用先研磨后加湿法刻蚀释放应力的工艺组合加以控制，一般厚度控制在300至400微米。在此硅基板的其中一面利用CVD或者热氧方法沉积或生长一层二氧化硅，此二氧化硅作为硅蚀刻的掩膜层和硅的绝缘层，然后图形转移并蚀刻硅形成所设计沟道，以作为对位点，经过热氧，使沟道暴露出的硅表面生成二氧化硅。并以此做出对位点图形的硅面，作为此硅真空盖板的背面。正面同样通过CVD或热氧的工艺方式生长一层二氧化硅，图形转移所设计的沟道及对应pad区域并进行硅湿法，运用KOH对硅的腐蚀特性，刻蚀出一定斜坡坡度的沟道，并再次热氧，在硅的表层生长二氧化硅以形成对硅的保护。背面对应pad区域所设计的图形转移，干法刻蚀掉表层二氧化硅，然后以二氧化硅作为掩膜，KOH湿法蚀刻硅，硅蚀刻至正面pad对应区域的沟道以刻穿。然后在正面沉积吸附剂，吸附剂可以选用Ti(钛)，如SAES公司提供的pagefilm材料，该材料为微陀螺仪加工晶圆级密封的常用吸附剂，并图形化，正面沉积金属铜(Cu)，并图形化，后电镀使铜(Cu)的厚度达到3至6微米，形成金属键合密封结构的另外一层。如图5所示，在对位机中利用上述方法做出的对位点进行可动结构硅基板和硅真空盖板的对位，然后在真空键合机中进行金属扩散键合，真空值可根据设计需要进行设定，完成电容式三轴陀螺仪的制造过程。如图6所示的为真空盖板的电性外连结构(Pad)露出区域的形状，只在每颗芯片的部分宽度上镂空，蚀刻完成后依然可以保持颗与颗之间的连接，实现了整片盖板的完整性。换句话说，在整片晶圆中，颗与颗之间的真空盖板连在一起，只在部分宽度上镂空，方便传输过程中的转移与操作。以上所有提到的图形转移，是利用旋涂光刻胶，然后经过对应设计之光罩进行曝光和显影形成所需图形。本发明公开了一种电容式三轴微陀螺仪的加工制造方法，提供两片硅基板及厚多晶硅外延技术，可实现多晶硅可动结构底层电极板检测，可以实现密封腔体内部电性结构和腔体外部电性外连结构的连接及单层金属电性互连和信号传导。互连线路交叉区域，运用表层多晶硅层电性搭桥避开单层金属互连的短接，此电性搭桥通过接地锚点7，腔体内外电性连接层15、电性外连结构支撑结构16实现。本发明相比较传统的SOI工艺及硅玻璃键合工艺成本优势明显，可以在节约一片做结构层的晶圆的基础上，实现圆片级的真空封装。并且多晶硅厚度控制简单，可以实现多种不同的厚度要求。且厚多晶硅搭桥和金属连接的运用方式灵活多变，可以突破复杂结构的布线局限，减少多层金属布线带来的凹凸结构影响，同时减少一层光罩及多步工艺步骤，提升产品稳定性及信赖性。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I作为基板层，在硅基板I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I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。根据本发明的优选实施例，其中第一空腔11在被释放前由和氧化硅牺牲层5及氧化硅绝缘层2组成，部分氧化硅牺牲层5在释放过程中受到接地锚点7的保护，部分氧化硅绝缘层2在释放过程中受到锚点电性连接金属层4、下极板13及腔体内外电性连接层15的保护，被保护部分最终留下，没被保护部分被释放掉形成第一空腔11。根据本发明的优选实施例，其中下极板13之间可以通过可带电锚点10通过表层的导电硅结构实现互连，可带点锚点作为连接两个底层基板的表层电桥。根据本发明的优选实施例，其中真空盖板在单颗芯片上的部分宽度处开口，以便在圆片转移过程中方便拿取。根据本发明的另一实施例，提供一种电容式三轴微陀螺仪的娃外延制造方，包括以下步骤:
I)提供一片双面抛光的硅基板，厚度可以采用研磨加湿法释放应力的工艺组合加以控制。2)在此娃基板的其中一面利用CVD(Chemical vapor deposition化学气相沉积)或者热氧方法沉积或生长一层二氧化硅，在此二氧化硅的基础上用CVD沉积一层氮化硅，二氧化硅和氮化硅的作用是作为最底层金属(第一金属层)和硅之间的绝缘层，其中二氧化硅还作为氮化硅和硅基板的应力缓冲层。3)经过光罩图形转移图形化氮化硅和二氧化硅的组合层，并且经过RIE刻蚀形成第一电性通孔，此通孔的作用是形成最底层金属(即第一金属层)与硅基板的连接，形成接地。4)磁控溅镀沉积最底层金属(即第一层金属)并图形化，此金属层的作用是实现下极板及电性及信号互连。
5)在最底层金属(即第一金属层)上利用CVD沉积一层厚二氧化硅，此二氧化硅层实现金属表层绝缘，并且利用此厚二氧化硅层充当牺牲层。6)经过光罩图形转移并经过RIE (Reaction 1n etch,等离子气相蚀刻)刻蚀使厚二氧化硅层图形化，露出可带电锚点，绝缘锚点，接点锚点的连接区域。7)厚多晶硅外延，生长出设计所需要的厚度，外延完成后经过表面抛光，使多晶硅表面平整。8)在厚多晶硅表层磁控溅镀第二层金属(即第二金属层)，并且图形化，此金属层的作用是形成Pad电性外连结构及密封结构键合层的其中一层。9)再次图形化，将设计的陀螺仪表头的图形经光罩转移到厚多晶硅及第二层金属(即第二金属层)表面,DRIE (Deep reaction ion etch,深娃刻蚀),形成所需要的梳齿,悬臂梁，各种独立锚点即可动结构层。并且厚多晶硅层在可带电锚点之间可以形成电性互连，起到立体桥接的作用。10)厚多晶硅底部的二氧化硅释放，形成空腔，并使梳齿，悬臂梁等结构悬空。11)提供另一片硅基板作为真空盖板，同样厚度可以采用研磨加湿法释放应力的工艺组合加以控制。12)在此硅基板的其中一面利用CVD或者热氧方法沉积或生长一层二氧化硅，经过图形转移，两步RIE蚀刻形成所设计图形作为对位标记点。13)在对位标记点的另一面利用CVD或者热氧方法沉积或生长一层二氧化硅，经过图形转移和对二氧化硅的RIE蚀刻，漏出对应可动结构的区域及Pad电性外连结构的区域,经过湿法腐蚀,蚀刻出需要的深度,形成所需要的沟槽。14)在此硅基板的对位标记面图形转移并经过RIE蚀刻，露出所设计的Pad电性外连区域。经过湿法刻蚀，把pad区域的硅刻穿。15)在对位标记的硅基板背面沉积吸附剂，吸附剂的作用是协助达到所需要的高
真空度。16)在对位标记的硅基板背面沉积第三层金属(即第三金属层)，并且图形化，此金属层的作用是形成密封结构键合层的想对应的另外一层。17)两片硅基板经对位在真空键合机中实现金属键合，此工艺完成。与现有技术相比，本发明具有显著特点及优势，如此加工过程只用到两片硅基板即可在实现多晶硅可动结构底层电极板检测，密封腔体内部电性结构和腔体外部电性外连结构的连接及单层金属电性互连和信号传导，并且实现了圆片级的真空密封。上述优选实施例的工艺过程为先进的三轴微陀螺仪的加工方法中的一种，在不违背本工艺流程及原理的情况下可以对工艺参数及工艺步骤做出调整。再次强调，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种电容式三轴微陀螺仪的娃外延制造方法,其特征在于: 其可动结构及基板包括硅基板(I)、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(I)作为基板层，在硅基板(I)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)。
2.根据权利要求1所述的电容式三轴微陀螺仪的硅外延制造方法，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(I)的互连。
3.根据权利要求1所述电容式三轴微陀螺仪的硅外延制造方法，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。
4.根据权利要求1所述的电容式三轴微陀螺仪的硅外延制造方法，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。
5.根据权利要求1所述的电容式三轴微陀螺仪的硅外延制造方法，其中第一空腔(11)在被释放前由和氧化硅牺牲层(5)及氧化硅绝缘层(2)组成，部分氧化硅牺牲层(5)在释放过程中受到接地锚点(7)的保护，部分氧化硅绝缘层(2)在释放过程中受到锚点电性连接金属层(4)、下极板(13)及腔体内外电性连接层(15)的保护，被保护部分最终留下，没被保护部分被释放掉形成第一空腔(11)。
6.根据权利要求1所述的电容式三轴微陀螺仪的硅外延制造方法，其中下极板(13)之间可以通过可带电锚点(10)通过表层的导电硅结构实现互连，可带点锚点作为连接两个底层基板的表层电桥。
7.根据权利要求1所述的电容式三轴微陀螺仪的硅外延制造方法，其中真空盖板在单颗芯片上的部分宽度处开口，以便在圆片转移过程中方便拿取。
8.根据权利要求1所述的电容式三轴微陀螺仪的硅外延制造方法，其特征在于包括如下步骤: 1)提供一片双面抛光的硅基板，厚度可以采用研磨加湿法释放应力的工艺组合加以控制； 2)在此娃基板的其中一面利用化学气相沉积(CVD)或者热氧方法沉积或生长一层二氧化硅，在此二氧化硅的基础上用CVD沉积一层氮化硅，二氧化硅和氮化硅的作用是作为最底层金属和硅之间的绝缘层，其中二氧化硅还作为氮化硅和硅基板的应力缓冲层； 3)经过光罩图形转移图形化氮化硅和二氧化硅的组合层，并且经过RIE刻蚀形成第一电性通孔，此通孔的作用是形成最底层金属，即第一金属层与硅基板的连接，形成接地； 4)磁控溅镀沉积第一金属层并图形化，此金属层的作用是实现下极板及电性及信号互连； 5)在第一金属层上利用CVD沉积一层厚二氧化硅，此二氧化硅层实现金属表层绝缘，并且利用此厚二氧化硅层充当牺牲层； 6)经过光罩图形转移并经过等离子气相蚀刻(RIE)刻蚀使厚二氧化硅层图形化，露出可带电锚点，绝缘锚点，接点锚点的连接区域； 7)厚多晶硅外延，生长出设计所需要的厚度，外延完成后经过表面抛光，使多晶硅表面平整； 8)在厚多晶硅表层磁控溅镀第二金属层，并且图形化，此金属层的作用是形成Pad电性外连结构及密封结构键合层的其中一层； 9)再次图形化，将设计的陀螺仪表头的图形经光罩转移到厚多晶硅及第二金属层表面，深硅刻蚀(DRIE)，形成所需要的梳齿，悬臂梁，各种独立锚点即可动结构层，并且厚多晶硅层在可带电锚点之间可以形成电性互连，起到立体桥接的作用； 10)厚多晶硅底部的二氧化硅释放，形成空腔，并使梳齿，悬臂梁等结构悬空； 11)提供另一片硅基板作为真空盖板，同样厚度可以采用研磨加湿法释放应力的工艺组合加以控制； 12)在此硅基板的其中一面利用CVD或者热氧方法沉积或生长一层二氧化硅，经过图形转移，两步RIE蚀刻形成所设计图形作为对位标记点； 13)在对位标记点的另一面利用CVD或者热氧方法沉积或生长一层二氧化硅，经过图形转移和对二氧化硅的RIE蚀刻，漏出对应可动结构的区域及Pad电性外连结构的区域，经过湿法腐蚀,蚀刻出需要的深度,形成所需要的沟槽； 14)在此硅基板的对位标记面图形转移并经过RIE蚀刻，露出所设计的Pad电性外连区域，经过湿法刻蚀，把pad区域的硅刻穿； 15)在对位标记的硅基板背面沉积吸附剂，吸附剂的作用是协助达到所需要的高真空度； 16)在对位标记的硅基板背面沉积第三金属层，并且图形化，此金属层的作用是形成密封结构键合层的想对应的另外一层； 17)两片硅基板经对位在真空键合机中实现金属键合，此工艺完成。
全文摘要
本发明公开了一种电容式三轴微陀螺仪的加工制造方法，提供两片硅基板及厚多晶硅外延技术，可实现多晶硅可动结构底层电极板检测，可以实现密封腔体内部电性结构和腔体外部电性外连结构的连接及单层金属电性互连和信号传导。互连线路交叉区域，运用表层多晶硅层电性搭桥避开单层金属互连的短接，此电性搭桥通过接地锚点，腔体内外电性连接层、电性外连结构支撑结构实现。本发明相比较传统的SOI工艺及硅玻璃键合工艺成本优势明显，可以在节约一片做结构层的晶圆的基础上，实现圆片级的真空封装。并且多晶硅厚度控制简单，可以实现多种不同的厚度要求。同时减少一层光罩及多步工艺步骤，提升产品稳定性及信赖性。
文档编号G01C19/56GK103121658SQ20111037116
公开日2013年5月29日 申请日期2011年11月21日 优先权日2011年11月21日
发明者孙博华, 邵长治, 王琳, 孙明, 周源, 覃昭君, 王乐, 郭伟恒 申请人:水木智芯科技(北京)有限公司