专利名称：陀螺仪及其制造方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种陀螺仪及其制造方法。
背景技术：
陀螺仪是一种能够精确地确定运动物体的方位的仪器，是现代航空、航海、航天和国防工业中广泛使用的一种惯性导航仪器。陀螺仪的发展对一个国家的工业、国防和其它高科技的发展具有十分重要的战略意义。传统的陀螺仪主要是指机械式的惯性陀螺仪，机械式的惯性陀螺仪由于结构复杂，因此对工艺结构的要求很高，所以其精度受到了很多方面的制约。现有的一种微型振动式双轴感测陀螺仪，如图1所示，包括一基座54，于基座M中心设有一中心轴55，于中心轴55外围设有多个以该中心轴55为中心、等水平高度径向向外成放射状延伸的悬臂52，悬臂52内侧端521与中心轴55相连，外侧端522以该悬臂52为中心分向两侧等距水平延伸形成一质量环523，于质量环523顶部两端各电镀有一电容感测电极51，所述电容感测电极51作为陀螺仪的惯性质量块，质量环523下方设有静电驱动电极53。其中，工作时，向静电驱动电极53施加驱动电压，悬臂52及质量环523受静电吸引向Z方向振动，且相邻的两悬臂52及质量环523振动位相差180度，当陀螺仪沿X方向和Y方向旋转时，因科氏力使得该悬臂52及质量环523产生X方向和Y方向的位移，则相邻悬臂之间的相邻电容感测电极51之间距离变化，而产生不同的电容值，藉由量测电容值的改变即可测得陀螺仪所受的旋转角速度改变。例如在专利号“US005747690A”的美国专利中也公开了一种微震动陀螺仪。在上述的陀螺仪中所述惯性质量块的质量越大，则惯性越大，进而稳定性与抗环境噪声能力就越好。但是由于受到半导体制造工艺的限制，无法将具有较大质量的惯性质量块的陀螺仪集成至集成电路中。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种陀螺仪，提高陀螺仪的稳定性及抗环境噪声能力。为了解决上述技术问题，本发明提供了一种陀螺仪，包括衬底，衬底内具有底层驱动电极和位于底层驱动电极外围的底层测量电极；位于衬底上的介质层，在介质层中具有封闭的空腔；所述空腔内包括位于衬底上的中心轴；置于衬底上且能围绕中心轴旋转的支撑环；位于支撑环外围且与支撑环共中心轴的质量环；连接支撑环和质量环且支撑所述质量环悬置于所述空腔内的悬臂；位于支撑环、质量环和相邻两悬壁之间区域内的弹性部件；覆盖支撑环、质量环、悬臂和弹性部件的顶层驱动电极；
连接弹性部件上顶层驱动电极与底层驱动电极的导电插塞；所述质量环包括绝缘层及位于绝缘层下的重量层。优选的，所述重量层为连续的环状结构。优选的，所述重量层为对称分布在环形上的分立结构。优选的，所述重量层的重量大于绝缘层的重量。优选的，所述重量层为钨金属材料。优选的，所述导电插塞的材料为钨金属材料。优选的，所述支撑环包括和重量层相同材料的支撑层及位于支撑层上的绝缘层， 所述绝缘层和质量环中的绝缘层位于同一层。优选的，所述悬臂从支撑环的外围以支撑环为中心，沿径向向外呈放射状延伸，悬置在所述空腔内。 优选的，所述弹性部件一端连接与其相邻的悬臂，另一端连接导电插塞。优选的，所述质量环以中心轴为圆心，并连接悬臂自由端，通过悬臂的支撑悬置在空腔内所述底层测量电极对应位置的上方。优选的，所述顶层驱动电极覆盖所述质量环、悬臂、支撑环和弹性部件，并且位于质量环和支撑环上的所述顶层驱动电极分为互相绝缘的四部分，所述顶层驱动电极通过导电插塞和导电插塞下方的底层测量电极电连接。相应的，本发明还提供了一种上述陀螺仪的制造方法，包括提供衬底，所述衬底内具有底层驱动电极和底层测量电极，在衬底上具有第一介质层，所述第一介质层中具有环形沟槽，且环形沟槽的中心处具有中心轴的第一部分，所述环形沟槽内具有柱状结构，所述柱状结构位于所述底层驱动电极上方；向所述环形沟槽内填充第一牺牲材料，使所述环形沟槽内的第一牺牲材料和柱状结构顶端齐平；刻蚀第一牺牲材料，在第一牺牲材料中形成第一沟槽和第二沟槽，其中第一沟槽与底层测量电极所在环形对应，第二沟槽位于柱状结构和中心轴的第一部分之间；刻蚀所述柱状结构，在所述柱状结构中形成暴露底层驱动电极的通孔；填充所述第一沟槽形成质量环的重量层、填充第二沟槽形成支撑环的第一部分， 填充通孔形成导电插塞；在所述支撑环的第一部分及重量层上形成绝缘层，所述绝缘层和所述重量层构成质量环，所述绝缘层和支撑环的第一部分构成支撑环；在质量环和支撑环之间形成连接质量环和支撑环至少一个悬臂，所述不同悬臂的延长线会经过中心轴且等分质量环和支撑环，在质量环和支撑环之间形成弹性部件；在质量环、悬臂、导电插塞及弹性部件上形成顶层驱动电极；在中心轴的第一部分上形成中心轴的第二部分，在第一介质层上形成第二介质层，所述中心轴的第一部分和第二部分构成中心轴；在所述第一牺牲材料和顶层驱动电极上形成第二牺牲材料；在所述第二牺牲材料和支撑环上形成第三介质层，所述第三介质层中具有开口 ；利用所述开口去除第一牺牲材料和第二牺牲材料，并在第三介质层上形成第四介质层，形成封闭的腔体。
优选的，所述第一沟槽为环形。优选的，所述第一沟槽包括对称分布在环形上的多个沟槽。优选的，所述重量层的材料为金属钨。优选的，填充所述第一沟槽形成质量环的重量层、填充第二沟槽形成支撑环的第一部分，填充通孔形成导电插塞在同一工艺中完成。与现有技术相比，本发明主要具有以下优点本发明通过上述的陀螺仪制造方法形成被封闭在封闭腔体内的陀螺仪，使得在封闭腔体的保护下陀螺仪更加稳定，并且还在陀螺仪的质量环中上制作重量层，提高质量环的质量，使得质量环的惯性增大，另外，中心轴为封闭轴，从而使得陀螺仪的稳定性与抗环境噪声能力增强，大大的提高了陀螺仪的性能。
通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。图1为一种现有的陀螺仪的结构示意图；图2为本发明的陀螺仪的俯视示意图；图3a为图2沿A-A，的剖面图；图北是图2沿B-B，的剖面图；图3c是图2沿C-C’的剖面图；图4为本发明的陀螺仪制造方法的流程图；图5至图14为本发明的陀螺仪制造方法的示意图。
具体实施例方式由背景技术可知，陀螺仪中都具有质量环，而质量环的质量越大则惯性越大，从而可以使得陀螺仪稳定性与抗环境振噪能力就越好，但是由于受到半导体制造工艺的限制， 无法在集成电路中形成具有较大质量的质量环的陀螺仪。本发明的发明人经过大量的实验，得到一种陀螺仪，包括衬底，衬底内具有底层驱动电极和位于底层驱动电极外围的底层测量电极；位于衬底上的介质层，在介质层中具有封闭的空腔；所述空腔内包括位于衬底上的中心轴；置于衬底上且能围绕中心轴旋转的支撑环；位于支撑环外围且与支撑环共中心轴的质量环；连接支撑环和质量环且支撑所述质量环悬置于所述空腔内的悬臂；位于支撑环、质量环和相邻两悬壁之间区域内的弹性部件；覆盖支撑环、质量环、悬臂和弹性部件的顶层驱动电极；连接弹性部件上顶层驱动电极与底层驱动电极的导电插塞；所述质量环包括绝缘层及位于绝缘层下的重量层。另外还得到了一种上述陀螺仪的制造方法，包括提供衬底，所述衬底内具有底层驱动电极和底层测量电极，在衬底上具有第一介质层，所述第一介质层中具有环形沟槽，且环形沟槽的中心处具有中心轴的第一部分，所述环形沟槽内具有柱状结构，所述柱状结构位于所述底层驱动电极上方；向所述环形沟槽内填充第一牺牲材料，使所述环形沟槽内的第一牺牲材料和柱状结构顶端齐平；刻蚀第一牺牲材料，在第一牺牲材料中形成第一沟槽和第二沟槽，其中第一沟槽与底层测量电极所在环形对应，第二沟槽位于柱状结构和中心轴的第一部分之间；刻蚀所述柱状结构，在所述柱状结构中形成暴露底层驱动电极的通孔； 填充所述第一沟槽形成质量环的重量层、填充第二沟槽形成支撑环的第一部分，填充通孔形成导电插塞；在所述支撑环的第一部分及重量层上形成绝缘层，所述绝缘层和所述重量层构成质量环，所述绝缘层和支撑环的第一部分构成支撑环；在质量环和支撑环之间形成连接质量环和支撑环至少一个悬臂，所述不同悬臂的延长线会经过中心轴且等分质量环和支撑环，在质量环和支撑环之间形成弹性部件；在质量环、悬臂、导电插塞及弹性部件上形成顶层驱动电极；在中心轴的第一部分上形成中心轴的第二部分，在第一介质层上形成第二介质层，所述中心轴的第一部分和第二部分构成中心轴；在所述第一牺牲材料和顶层驱动电极上形成第二牺牲材料；在所述第二牺牲材料和支撑环上形成第三介质层，所述第三介质层中具有开口 ；利用所述开口去除第一牺牲材料和第二牺牲材料，并在第三介质层上形成第四介质层，形成封闭的腔体。与现有技术相比，本发明通过上述的陀螺仪制造方法形成被封闭在封闭腔体内的陀螺仪，使得在封闭腔体的保护下陀螺仪更加稳定，并且还在陀螺仪的质量环中上制作重量层，提高质量环的质量，使得质量环的惯性增大，另外，中心轴为封闭轴，从而使得陀螺仪的稳定性与抗环境噪声能力增强，大大的提高了陀螺仪的性能。为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实现方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。其次，本发明利用示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。图2为本发明的陀螺仪一实施例的俯视示意图。如图2所示，陀螺仪包括衬底(未图示)、位于衬底上的空腔130及位于空腔130内的中心轴140、支撑环150、悬臂160、质量环170和弹性部件180。其中，支撑环150以中心轴140为中心，设置于衬底上，支撑环150 能绕中心轴140旋转；质量环170位于支撑环150外围，且与支撑环150同心设置；悬臂160 连接所述支撑环150和所述质量环170，且支撑所述质量环170悬置于所述空腔130内。所述弹性部件180位于所述支撑环150和质量环170之间，具有当质量环170转动时起拉伸复原作用；所述弹性部件180的数量由悬臂的数量确定，各弹性部件180的一端分别与其相邻的悬臂160连接，另一端为自由端。所述陀螺仪还包括底层驱动电极110、底层测量电极120、顶层驱动电极190。所述底层驱动电极Iio和底层测量电极120位于衬底内，所述底层驱动电极110分布于以中心轴140为圆心的第一圆环112上，所述底层测量电极120分布于以中心轴140为圆心的第二圆环122上，其中第二圆环122位于第一圆环112外围。所述顶层驱动电极190，覆盖质量环170、悬臂160、支撑环150和弹性部件180 ；其中位于质量环170和支撑环150上的所述顶层驱动电极190，以悬臂160为中心分向两侧等距离水平延伸，且根据悬臂160的数量位于质量环170和支撑环150上的所述顶层驱动电极190分成相应的部分，各部分之间绝缘；所述顶层驱动电极190通过所述弹性部件180自由端上的导电插塞200与底层驱动电极110电连接，由于弹性部件180上覆盖有顶层驱动电极，从而导电插塞200连接顶层驱动电极和底层测量电极。
本实施例中，所述中心轴140为封闭轴，可以增大了稳定性和抗震能力。本实施例中，所述悬臂160共有4条，每相邻的两条之间呈90度角，从而形成对称的结构，可以使陀螺仪平衡性好。在每相邻的两条悬臂和质量环围成的扇形空间内，具有一个弹性部件180、一个底层驱动电极110。所述相邻的两条悬臂围成的质量环对应的衬底中具有3个分立的底层测量电极120。图3a为图2沿A-A，的剖面图，图北是图2沿B-B，的剖面图，图3c是图2沿C_C’ 的剖面图，如图3a 图3c所示，所述陀螺仪包括衬底100 ；底层驱动电极110和底层测量电极120，位于衬底100内，且所述底层驱动电极110分布于第一圆环(参考图幻上，所述底层测量电极120分布于第二圆环(参考图幻上，其中第二圆环位于第一圆环外围，且两个圆环共圆心。介质层105，位于衬底100上，且介质层105中具有封闭的空腔130。中心轴 140，位于衬底100上，且位于空腔130内，所述中心轴140与第一圆环和第二圆环的圆心重合；支撑环150，置于空腔130内的衬底100上，且以中心轴140为中心，能环绕中心轴140 旋转；质量环170，分布于所述支撑环150的外围，质量环170通过悬臂160(参考图3c)与支撑环150连接，所述质量环170借助于悬臂的支撑悬置在空腔130内；弹性部件180(参考图北)，分布于支撑环150和质量环170之间，且所述弹性部件位于相邻的两根悬臂之间， 其一端与相邻一侧的悬臂固定连接，另一端为自由端。顶层驱动电极190，覆盖质量环170、 悬臂160、支撑环150和弹性部件180，其中位于所述质量环170和支撑环150上的顶层驱动电极190分别以相应的悬臂为中心，向两侧等距离水平延伸，位于所述质量环170和支撑环150上的各部分顶层驱动电极190间不相连；导电插塞200，位于弹性部件的自由端，并连接底层驱动电极与弹性部件上的顶层驱动电极190。本实施例中，介质层105的材料可以为氧化硅或者氮化硅。本实施例中，所述中心轴140为叠层结构，当然在其它实施例中也可以为单层结构，所述中心轴140为圆柱形状。本实施例中，所述支撑环150的结构可以为叠层结构也可以为单层结构，例如，是叠层结构的话，包括金属层(即第一部分1501)和位于金属层上的绝缘层1701 ；所述金属层的材料可以为钨，所述绝缘层1701可以为氧化硅或者氮化硅。本实施例中，悬臂包括绝缘层，所述悬臂的绝缘层和支撑环150的绝缘层固定连接。在本实施例中，所述质量环170包括重量层1702和位于重量层1702上的绝缘层 1701。所述绝缘层1701为环状结构，所述重量层1702可以为环状结构，也可以为对称分布在绝缘层1701的环状结构上的分立结构。所述重量层1702的厚度可以为1 μ m 3 μ m，沿直径方向的宽度可以为0.3μπι 2μπι，重量层1702的宽度可以大于绝缘层1701的宽度， 也可以小于绝缘层1701的宽度。所述重量层1702的材料可以和导电插塞200的材料相同， 这样可以在一步工艺中完成，提高了效率；具体材料可以是金属钨、其它的金属或非金属材料，或者金属与非金属材料的组合。由于质量环增加了重量层因此质量环的重量增大，从而使得质量环的惯性更大，提高了陀螺仪的精确度，但是如果质量环的重量过大，可能导致支撑环和悬臂断裂，因此优选的，当所述重量层1702的厚度可以为1 μ m 3 μ m，沿直径方向的宽度可以为0. 3 μ m 2 μ m。所述支撑环可以为叠层结构，下层为和重量层相同的材料， 下层的宽度为0.5μπι ΙΟμπι，厚度为0.5μπι 20μπι，上层可以为绝缘材料，上层的宽度为1μπ 10 μ m，厚度为0. Ιμπ 3μ ，所述悬臂的宽度为1μπ 10 μ m，厚度为 0. 1 μ m 2 μ m，材料为氧化硅或者氮化硅。本实施例中，弹性部件可以为伸缩弹簧；当悬臂绕中心轴140转动时，弹性部件可以沿转动的相反方向拉伸悬臂。所述弹性部件可以在和形成悬臂绝缘层的相同步骤中形成，也可以另外制作，并使其与悬臂连接。在本实施例中，形成的陀螺仪因为在质量环上设置了重量层，从而增加了质量环的质量，使得质量环的惯性增大，优选的，所述重量层的材料为金属钨材料，因为钨的分子量大，因此质量较大，从而可以更好的增加质量环的重量，另外因为钨是金属，因此可以和导电插塞以及支撑环中形成金属层的工艺兼容，从而简化了制造方法。而且上述结构的陀螺仪被封闭在封闭腔体内，因此在封闭腔体的保护下使得陀螺仪的稳定性与抗环境噪声能力增强，大大的提高了陀螺仪的性能。相应的，本发明还提供了一种上述陀螺仪的制造方法，图4为本发明陀螺仪的制造方法的流程图，图5至图11为本发明的陀螺仪制造方法的示意图。如图4所示，步骤SlO 提供衬底，所述衬底内具有底层驱动电极和底层测量电极， 在衬底上具有第一介质层，所述第一介质层中具有环形沟槽，且环形沟槽的圆心处具有中心轴的第一部分，所述环形沟槽内具有柱状结构，所述柱状结构的位置与所述底层驱动电极对应。由步骤SlO形成的结构如图5所示，所述衬底100内具有底层驱动电极110和底层测量电极120，所述底层驱动电极110分布于第一圆环上，所述底层测量电极120分布于第二圆环上，所述第二圆环位于所述第一圆环外围，且和第一圆环同圆心。在衬底100上具有第一介质层1051，所述第一介质层1051中具有环形沟槽130a，且环形沟槽130a的圆心处具有中心轴的第一部分1401，所述环形沟槽130a内具有柱状结构210，所述柱状结构210 的位置与所述底层驱动电极120对应。环形沟槽130a外围半径大于第二圆环的外围半径。如图4所示，步骤S20 向所述环形沟槽内填充第一牺牲材料，使所述环形沟槽内的第一牺牲材料和柱状结构顶端齐平。由步骤S20形成的结构如图6所示，具体的形成方法可以为利用CVD方法，向所述环形沟槽内130a填充第一牺牲材料113，使所述环形沟槽内的第一牺牲材料113和柱状结构210顶端齐平以及第一介质层1051齐平，然后在利用CMP去除多余位置的第一牺牲材料113，所述第一牺牲材料可以为碳、锗或者聚酰胺(polyamide)。具体的第一牺牲材料113 可以为非晶碳(Amorphous Carbon)，利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺，在温度为350°C 450°C，气压Itorr 20torr，RF功率800W 1500W，反应气体包括C3H6 和HE，反应气体流量为IOOOsccm 3000sccm，其中C3H6 HE 2 1 5 1。结合图4，步骤S30 对第一牺牲材料刻蚀，在第一牺牲材料中形成第一沟槽和第二沟槽，其中第一沟槽与底层测量电极所在环形对应，第二沟槽位于柱状结构和中心轴的第一部分之间；在该步骤中还可以同时对所述柱状结构刻蚀，在所述柱状结构中形成暴露底层驱动电极的通孔。由步骤S30形成的结构如图7所示，具体的形成方法可以为对第一牺牲材料刻蚀，在所述第二圆环对应位置的第一牺牲材料中的形成第一沟槽220，所述第一沟槽220可以为环形，第一沟槽的深度可以为第一牺牲材料层的1/3 2/3，例如可以为Ium 3um，宽度可以为0.3um 2um。所述第一沟槽还可以包括对称分布在环形上的多个沟槽。在以中心轴140为圆心位于中心轴140和所述柱状结构210之间的靠近中心轴的第一部分1401 位置形成环形第二沟槽230，对柱状结构210刻蚀，在所述柱状结构210中形成通孔，所述通孔暴露其下面的底层驱动电极110。如图4所示，步骤S40 填充所述第一沟槽形成质量环的重量层、填充第二沟槽形成支撑环的第一部分，填充通孔形成导电插塞。由步骤S40形成的结构如图8所示，具体的形成方法可以为可以利用CVD的方法形成金属层，例如金属层的材料可以为钨，直到第一沟槽、第二沟槽以及通孔都被填满，然后利用CMP的方法去除多余的金属层，使上表面和中心轴的第一部分1401顶端持平，从而第一沟槽位置形成金属层1702，第二沟槽位置形成支撑环的第一部分1501，通孔位置形成导电插塞200。在其它实施例中也可以利用不同的步骤在第一沟槽和第二沟槽、通孔中填入不同
的金属层。如图4所示，步骤S50 在所述支撑环的第一部分及重量层上形成绝缘层，所述绝缘层和所述重量层构成质量环，所述绝缘层和支撑环的第一部分构成支撑环。由步骤S50形成的结构如图9所示，在所述支撑环的第一部分1501及重量层1702 上具有绝缘层1701，所述绝缘层1701和所述重量层1702构成质量环170，所述绝缘层1701 和支撑环1501的第一部分构成支撑环150。具体的形成方法可以为可以利用CVD的方法在步骤S40后的结构上形成绝缘材料，例如氧化硅或氮化硅，然后刻蚀形成质量环和支撑环的绝缘层。如图4所示，步骤S60 在质量环和支撑环之间形成用于连接质量环和支撑环的悬臂，在质量环和支撑环之间形成弹性部件。由步骤S60形成的结构参考图:3b、3c和图9所示，具体的形成方法可以为该步骤可以和步骤S50同时完成。具体的，在刻蚀绝缘层的步骤中，同时刻蚀形成悬臂和弹性部件，所述悬臂160从支撑环150的外围以支撑环150为中心，径向向外成放射状延伸。所述悬臂160连接支撑环150和质量环170，并且可以支撑质量环170使其悬置在空腔130内。 所述质量环170以中心轴140为圆心连接悬臂160的自由端。所述弹性部件180具有当质量环170转动时起拉伸复原作用，具体的，弹性部件180分布于以中心轴140为圆心的位于质量环170和支撑环150之间的圆环上，一端连接与其相邻的悬臂160，另一端即自由端连接有导电插塞200。如图4所示，步骤S70:在质量环、悬臂、导电插塞及弹性部件上形成顶层驱动电极。由步骤S70形成的结构如图10所示，具体的形成方法可以为顶层驱动电极190 覆盖质量环170、支撑环150、悬臂160和弹性部件180上，另外也可以在支撑环上覆盖有顶层驱动电极190，其中位于质量环170和支撑环150上的所述顶层驱动电极190，以悬臂160 为中心分向两侧等距离水平延伸，且根据悬臂160的数量位于质量环170和支撑环150上的所述顶层驱动电极190分成相应的部分，各部分之间绝缘。如图4所示，步骤S80 在中心轴的第一部分上形成中心轴的第二部分，在第一介质层上形成第二介质层，所述中心轴的第一部分和第二部分构成中心轴。
由步骤S80形成的结构如图11所示，在中心轴的第一部分1401上具有中心轴的第二部分1402，在第一介质层1051上具有第二介质层1052，所述中心轴的第一部分和第二部分构成中心轴140。如图4所示，S90 在所述第一牺牲材料和顶层驱动电极上形成第二牺牲材料。由步骤S90形成的结构如图12所示，在所述第一牺牲材料113和顶层驱动电极 190上有第二牺牲材料115。所述第二牺牲材料115可以和第一牺牲材料113相同。如图4所示，步骤SlOO 在所述第二牺牲材料115和支撑环105上形成第三介质
层，所述第三介质层中具有开口。由步骤SlOO形成的结构如图13所示，具体的形成方法可以为可以首先在步骤 S90后的结构上形成第三介质层1053，然后刻蚀形成开口。如图4所示，步骤SllO 利用所述开口去除第一牺牲材料和第二牺牲材料，并在第三介质层上淀积第四介质层，形成封闭的腔体，所述第一介质层、第二介质层、第三介质层和第四介质层构成所述介质层。 由步骤Sl 10形成的结构如图14所示，在第三介质层上具有第四介质层1054，形成封闭的腔体，所述第一介质层1051、第二介质层1052、第三介质层1053和第四介质层IOM 构成所述介质层105。具体的形成方法可以为利用灰化的方法从所述开口内去除第一和第二牺牲材料，最后利用化学气相沉积(CVD)的方法淀积第四介质层，所述第四介质层将所述开口封闭，形成封闭的腔体130，所述第一介质层、第二介质层和第三介质层构成介质层。这样就形成如图2和图14所示的陀螺仪。在本实施例中所述第一牺牲层和第二牺牲层材质为PECVD所形成的致密活性炭，所述去除材料为氧气，采用加热温度为350°C 450°C， 在此温度下，致密活性炭并不会发生剧烈燃烧，而可以被氧化成二氧化碳气体，并通过通孔排出，第一牺牲层和第二牺牲层能够彻底地去除，而器件的其余部分并不会受到影响。形成所述第四介质层的方法为CVD，参数为反应气体包括SiH4、02和N2，其中02和SiH4的流量比为2 1 5 1，总的反应气体流量为5L/min 20L/min，温度为250°C 450°C，常压。本发明的陀螺仪的制造方法通过形成第一牺牲材料和第二牺牲材料，在第一牺牲材料、第二牺牲材料和衬底中形成陀螺仪，然后在第二牺牲材料上形成具有开口的第三介质层，利用所述开口去除第一牺牲材料和第二牺牲材料，并在第三介质层上形成第四介质层，从而形成封闭的腔体，这样陀螺仪由于被封闭腔体封闭，因此稳定性高，不容易受到环境噪声的影响。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
权利要求
1.一种陀螺仪，其特征在于，包括衬底，衬底内具有底层驱动电极和位于底层驱动电极外围的底层测量电极；位于衬底上的介质层，在介质层中具有封闭的空腔；所述空腔内包括位于衬底上的中心轴；置于衬底上且能围绕中心轴旋转的支撑环；位于支撑环外围且与支撑环共中心轴的质量环；连接支撑环和质量环且支撑所述质量环悬置于所述空腔内的悬臂；位于支撑环、质量环和相邻两悬壁之间区域内的弹性部件；覆盖支撑环、质量环、悬臂和弹性部件的顶层驱动电极；连接弹性部件上顶层驱动电极与底层驱动电极的导电插塞；所述质量环包括绝缘层及位于绝缘层下的重量层。
2.根据权利要求1所述的陀螺仪，其特征在于，所述重量层为连续的环状结构。
3.根据权利要求1所述的陀螺仪，其特征在于，所述重量层为对称分布在环形上的分立结构。
4.根据权利要求1所述的陀螺仪，其特征在于，所述重量层的重量大于绝缘层的重量。
5.根据权利要求1所述的陀螺仪，其特征在于，所述重量层为钨金属材料。
6.根据权利要求1所述的陀螺仪，其特征在于，所述导电插塞的材料为钨金属材料。
7.根据权利要求1所述的陀螺仪，其特征在于，所述支撑环包括和重量层相同材料的支撑层及位于支撑层上的绝缘层，所述绝缘层和质量环中的绝缘层位于同一层。
8.根据权利要求1所述的陀螺仪，其特征在于，所述悬臂从支撑环的外围以支撑环为中心，沿径向向外呈放射状延伸，悬置在所述空腔内。
9.根据权利要求8所述的陀螺仪，其特征在于，所述弹性部件一端连接与其相邻的悬臂，另一端连接导电插塞。
10.根据权利要求9所述的陀螺仪，其特征在于，所述质量环以中心轴为圆心，并连接悬臂自由端，通过悬臂的支撑悬置在空腔内所述底层测量电极对应位置的上方。
11.根据权利要求10所述的陀螺仪，其特征在于，所述顶层驱动电极覆盖所述质量环、 悬臂、支撑环和弹性部件，并且位于质量环和支撑环上的所述顶层驱动电极分为互相绝缘的四部分，所述顶层驱动电极通过导电插塞和导电插塞下方的底层测量电极电连接。
12.—种权利要求1所述的陀螺仪的制造方法，其特征在于，包括提供衬底，所述衬底内具有底层驱动电极和底层测量电极，在衬底上具有第一介质层， 所述第一介质层中具有环形沟槽，且环形沟槽的中心处具有中心轴的第一部分，所述环形沟槽内具有柱状结构，所述柱状结构位于所述底层驱动电极上方；向所述环形沟槽内填充第一牺牲材料，使所述环形沟槽内的第一牺牲材料和柱状结构顶端齐平；刻蚀第一牺牲材料，在第一牺牲材料中形成第一沟槽和第二沟槽，其中第一沟槽与底层测量电极所在环形对应，第二沟槽位于柱状结构和中心轴的第一部分之间；刻蚀所述柱状结构，在所述柱状结构中形成暴露底层驱动电极的通孔；填充所述第一沟槽形成质量环的重量层、填充第二沟槽形成支撑环的第一部分，填充通孔形成导电插塞；在所述支撑环的第一部分及重量层上形成绝缘层，所述绝缘层和所述重量层构成质量环，所述绝缘层和支撑环的第一部分构成支撑环；在质量环和支撑环之间形成连接质量环和支撑环至少一个悬臂，所述不同悬臂的延长线会经过中心轴且等分质量环和支撑环，在质量环和支撑环之间形成弹性部件； 在质量环、悬臂、导电插塞及弹性部件上形成顶层驱动电极；在中心轴的第一部分上形成中心轴的第二部分，在第一介质层上形成第二介质层，所述中心轴的第一部分和第二部分构成中心轴；在所述第一牺牲材料和顶层驱动电极上形成第二牺牲材料； 在所述第二牺牲材料和支撑环上形成第三介质层，所述第三介质层中具有开口 ； 利用所述开口去除第一牺牲材料和第二牺牲材料，并在第三介质层上形成第四介质层，形成封闭的腔体。
13.根据权利要求12所述的陀螺仪的制造方法，其特征在于，所述第一沟槽为环形。
14.根据权利要求12所述的陀螺仪的制造方法，其特征在于，所述第一沟槽包括对称分布在环形上的多个沟槽。
15.根据权利要求12所述的陀螺仪的制造方法，其特征在于，所述重量层的材料为金属钨。
16.根据权利要求12所述的陀螺仪的制造方法，其特征在于，填充所述第一沟槽形成质量环的重量层、填充第二沟槽形成支撑环的第一部分和填充通孔形成导电插塞在同一工艺中完成。
全文摘要
本发明提供了一种陀螺仪及其制造方法，该陀螺仪包括衬底，衬底内具有底层驱动电极和位于底层驱动电极外围的底层测量电极；位于衬底上的介质层，在介质层中具有封闭的空腔；所述空腔内包括位于衬底上的中心轴；置于衬底上且能围绕中心轴旋转的支撑环；位于支撑环外围且与支撑环共中心轴的质量环；连接支撑环和质量环且支撑所述质量环悬置于所述空腔内的悬臂；位于支撑环、质量环和相邻两悬壁之间区域内的弹性部件；覆盖支撑环、质量环、悬臂和弹性部件的顶层驱动电极；连接弹性部件上顶层驱动电极与底层驱动电极的导电插塞；所述质量环包括绝缘层及位于绝缘层下的重量层。该陀螺仪的稳定性和性能得到较大提高。
文档编号G01C19/5712GK102278981SQ20101020071
公开日2011年12月14日 申请日期2010年6月11日 优先权日2010年6月11日
发明者唐德明, 毛�：�, 韩凤芹 申请人:江苏丽恒电子有限公司
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