[发明专利]一种电容式三轴微陀螺仪

说明书

 

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，更具体的说是涉及一种电容式三轴微陀螺仪。

 

背景技术

电容式三轴微陀螺仪由于具有一种基于微机电系统可用于检测角速度信号变化的运动芯片，因此广泛应用于国防技术领域，以及汽车、手机、精密农业机械、游戏、导航及医疗产业，是重要的人机互动界面的连接纽带。

电容式三轴微陀螺仪工作时，通过高频驱动的质量块探测到角速度变化产生差乘的科氏力，并在科氏力的作用下产生在一个方向上的形变。“电容式”是指采用电容式静电驱动及电容差动输出，这意味着需要在加工过程中形成相对应的梳齿结构或者电容板结构，并且要求梳齿结构及上下板的电路信号可以连通到外接焊垫上。电容式三轴微陀螺仪通过所述质量块和对应的电极板形成的电容变化（或者带动可动梳齿和外加的固定梳齿因对应面积变化所产生的电容变化），来检测所受角速度大小。“三轴”是指可以同时检测X、Y、Z轴三方向的角速度，而传统的单轴陀螺仪只能进行交叉装配才能实现三轴检测。与传统的“单轴”方式相比，三轴微陀螺仪的结构更为复杂，需要连接的梳齿和极板较多，要求的电性互联线更多更密，导致线路重叠部分较多。

在产品小型化的趋势的引导下，要求较大面积的平面上布线的方式已被摒弃。一种针对高密度高集成电路的解决方案出现了，即多层布线方式，这种方式主要借助通孔的方法实现线路层之间的互联，能够实现复杂电路的布线要求，但是也存在以下缺点：

1、多层布线就需要很多工艺步骤，多层的绝缘层沉积、开孔、金属沉积，增加了制造成本；

2、由于是采用通孔连通的方式，要求层与层之间的距离较近，因此在两层线的叠加交叉区域容易出现寄生电容，造成高信噪比，干扰电路及信号的有效传递。

 

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种新的电容式三轴微陀螺仪，在符合小型化趋势的前提下，解决现有技术采用的多层布线技术存在的工艺步骤繁琐及容易由于层线之间的距离过小而影响电性能的问题。

本发明的技术方案如下：

一种电容式三轴微陀螺仪，包括可动结构基板和真空盖板， 所述可动结构基板包括：第一硅基板、位于第一硅基板上依次设置且经过各自图形化处理的氧化绝缘层、第一金属层、导电硅层及第二金属层，其中，所述导电硅层经图形化处理后至少形成悬空导电桥及梳齿，所述悬空导电桥的主体悬空于所述第一金属层与第二金属层之间，两端底部连接所述第一金属层，顶部的一部分与第二金属层相连；

所述真空盖板包括：第二硅基板、包覆于第二硅基板外侧的第二氧化绝缘层、置于所述第二氧化绝缘层下方的第三金属层，所述第三金属层在所述真空盖板与所述可动结构基板配合时与所述第二金属层相连。

优选的，所述导电硅层具体为经过离子掺杂后的多晶硅层。

优选的，所述第一金属层为钨或钨铁合金层。

优选的，所述第二金属层和第三金属层均为铜层。

优选的，第一金属层图形化形成金属互连导线及下极板，分别与所述悬空导电桥的两端底部相连。

优选的，所述导电硅层图形化后还形成位于所述悬空导电桥与梳齿之间的悬臂梁及位于所述金属互连导线上方的焊垫承载台。

优选的，所述悬空导电桥、梳齿、悬臂梁和焊接承载台层高一致。

优选的，所述第二金属层图形化后形成位置靠近梳齿的金属互通焊垫、与下极板位置相对的桥连接金属焊垫、位于所述焊垫承载台上方的电性外接焊垫和金属密封焊垫。

优选的，第三金属层图形化后形成位于梳齿上方的上极板、分别与所述金属焊垫和桥连接金属焊垫位置相对的两个互连焊垫、连接所述两个焊垫的互连焊垫横向连接线及位于所述悬空导电桥上方的纵向导线。

优选的，所述悬空导电桥与第一金属层与之间的空隙由绝缘牺牲层蚀刻形成。

从上述技术方案可以看出，本发明提供的电容式三轴微陀螺仪，采用悬空导电桥实现多层之间的连接，从而避开单面布线线路交叉短接的问题，实现高集成、高布线密度的结构布局，有利于产品小型化；并且，由于是采用悬空导电桥实现层间的连接，且所述悬空导电桥的主体部分与层线之间具有较大空隙， 因此能够保证足够的层间距离，从而减少甚至避免产生寄生电容，进而保证电路及信号的有效传递；另外，采用导电硅层实现层间的连接，无需过多的绝缘层沉积、开孔、金属沉积，因此不会产生额外加工步骤，降低了生产成本。

 

附图说明