專利名稱：電容型mems陀螺儀及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明實施例涉及一種陀螺儀，尤其涉及一種電容型微機電系統(tǒng) (Micro-Electro-Mechanical Systems，簡稱 MEMS)陀螺儀及其制造方法。
背景技術(shù)：
通常，MEMS陀螺儀包括多對圓周形的梳狀微結(jié)構(gòu)，該微結(jié)構(gòu)包括多個相互分離設(shè) 置但是相互作用的叉指，這些叉指形成一個或多個電容，該電容感應(yīng)承載基板的旋轉(zhuǎn)或角 加速度。多對圓周形的梳狀微結(jié)構(gòu)懸空在承載基板上。這種陀螺儀通常通過批量MEMS制造工藝制造，該工藝采用了深度反應(yīng)離子刻蝕 (Deep Reactive Ion Etch，簡稱DRIE)工藝對硅晶片(wafer)進行刻蝕，通常能夠達到幾 百微米量級的刻蝕。批量MEMS制造工藝限制了橫向尺寸的誤差范圍，從而導(dǎo)致作為電容進 行感應(yīng)的圓周形梳狀微結(jié)構(gòu)的靈敏度不高；這種MEMS陀螺儀的尺寸很難再小型化，需要采 用專門的批量MEMS制造設(shè)備也導(dǎo)致了生產(chǎn)成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種電容型MEMS陀螺儀及其制造方法，解決批量MEMS制造工藝制造 的MEMS陀螺儀靈敏度不高、尺寸難以小型化以及生產(chǎn)成本高的問題，提供一種電容型MEMS 陀螺儀及其制造方法，靈敏度高，尺寸小，而且生產(chǎn)成本低。本發(fā)明提供了一種電容型MEMS陀螺儀，包括半導(dǎo)體基板100和復(fù)合輪200 所述半導(dǎo)體基板100以旋轉(zhuǎn)軸20為中心，包括讀出電路110、至少一個接觸墊140 和至少一個底部電極120 ；所述至少一個底部電極120，設(shè)置在所述半導(dǎo)體基板100上，分別與所述讀出電路 110電連接；所述接觸墊140，形成在所述半導(dǎo)體基板100上，與所述讀出電路110電連接；復(fù)合輪200，部分地由絕緣薄膜制成，平行于所述半導(dǎo)體基板100，以所述旋轉(zhuǎn)軸 20為中心，懸空設(shè)置在所述半導(dǎo)體基板100上；所述復(fù)合輪200包括至少一個頂部電極220和至少一個圓周形彈性臂250 ；所述 頂部電極220設(shè)置在所述復(fù)合輪200的下部，分別與所述底部電極120在垂直方向上對應(yīng) 設(shè)置，與所述讀出電路110電連接；所述至少一個圓周形彈性臂250以所述旋轉(zhuǎn)軸20為中心設(shè)置，一端與所述復(fù)合輪 200連接，另一端與所述半導(dǎo)體基板100連接，包括至少一個頂部電極引導(dǎo)器件(260)，所述 頂部電極引導(dǎo)器件(260)與所述半導(dǎo)體基板(100)上的接觸墊(140)電連接。本發(fā)明還提供了一種電容型MEMS陀螺儀的制造方法，包括形成包括有讀出電路110的半導(dǎo)體基板100 ；在所述半導(dǎo)體基板100上通過沉積和光刻工藝形成底部電極120和接觸墊140 ；
在所述半導(dǎo)體基板100上通過沉積和光刻構(gòu)圖工藝形成第一犧牲層51 ；在形成有第一犧牲層51的半導(dǎo)體基板100上通過沉積和光刻工藝形成頂部電極 220和頂部電極引導(dǎo)器件260 ；在形成有頂部電極220的半導(dǎo)體基板100上通過沉積和光刻構(gòu)圖工藝形成復(fù)合輪 200 ；去除所述第一犧牲層51。本發(fā)明提供的電容型MEMS陀螺儀及其制造方法，復(fù)合輪上的頂部電極和半導(dǎo)體 基板上的底部電極之間形成平板電容，復(fù)合輪能夠圍繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，形成了一個電容型 MEMS陀螺儀。該陀螺儀可以在包括有讀出電路的半導(dǎo)體基板上通過沉積和光刻構(gòu)圖等工藝 形成復(fù)合輪，通過沉積和光刻構(gòu)圖等工藝形成的MEMS陀螺儀尺寸小，尺寸的誤差范圍小， 靈敏度高；由于不需要專門的批量MEMS制造設(shè)備，降低了生產(chǎn)成本。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā) 明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖Ia所示為本發(fā)明電容型MEMS陀螺儀實施例一的立體圖；圖Ib所示為圖Ia中沿折線a-20的剖視圖；圖2所示為本發(fā)明電容型MEMS陀螺儀實施例二的剖視圖；圖3a、3b、3c和3d所示為本發(fā)明電容型MEMS陀螺儀的制造方法實施例一的順序 剖視圖；圖4a、4b、4c、4d和4e所示為本發(fā)明電容型MEMS陀螺儀的制造方法實施例二的順 序剖視圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例 中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是 本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員 在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。如圖Ia所示為本發(fā)明電容型MEMS陀螺儀實施例一的立體圖，如圖Ib所示為圖Ia 中沿折線a-20的剖視圖。如圖Ia所示，該電容型MEMS陀螺儀10包括連個主要組件半導(dǎo) 體基板100和懸空的復(fù)合輪200。復(fù)合輪200平行于半導(dǎo)體基板100，以旋轉(zhuǎn)軸20為中心， 主要部分懸空設(shè)置在半導(dǎo)體基板100上，可以部分地由絕緣薄膜制成。半導(dǎo)體基板100以旋轉(zhuǎn)軸20為中心，包括讀出電路110，該讀出電路110設(shè)置在半 導(dǎo)體基板100的上表面106之下，在制造懸空的復(fù)合輪200之前，該半導(dǎo)體基板100中的讀 出電路110已經(jīng)制備完畢。半導(dǎo)體基板100可以由如下材料中的任意一種或者任意組合制成硅、鍺、鎵和 砷。在一個優(yōu)選的實施例中，半導(dǎo)體基板100可以是單晶硅晶圓制成，該讀出電路110可以
6包括互補金屬氧化物半導(dǎo)體(complementary metal oxide semiconductor,簡稱CMOS)器 件。 半導(dǎo)體基板100還可以包括至少一個底部電極120和至少一個接觸墊140，至少一 個底部電極120以旋轉(zhuǎn)軸20為中心，形成在半導(dǎo)體基板100的上表面106之上，分別與讀 出電路110電連接。至少一個接觸墊140形成在半導(dǎo)體基板100上，與讀出電路110電連接。復(fù)合輪200包括至少一個頂部電極220和至少一個圓周形彈性臂250。至少一個 頂部電極220設(shè)置在復(fù)合輪200的下部，分別與底部電極120在垂直方向上對應(yīng)設(shè)置，與讀 出電路110電連接。至少一個圓周形彈性臂250以旋轉(zhuǎn)軸20為中心設(shè)置，一端與復(fù)合輪 200連接，另一端與半導(dǎo)體基板100連接。該圓周形彈性臂250可以包括至少一個頂部電極 引導(dǎo)器件260，該頂部電極引導(dǎo)器件260與接觸墊140電連接。懸空的復(fù)合輪200是一個可移動的MEMS組件，可以包括外環(huán)210、內(nèi)環(huán)230以及 輻射束器件240，外環(huán)210和內(nèi)環(huán)230之間通過至少二個輻射束器件240橋接，輻射束器件 240的一端與內(nèi)環(huán)230連接，另一端與外環(huán)210連接。至少二個輻射束器件240以旋轉(zhuǎn)軸 20為中心，呈輻射狀。懸空的復(fù)合輪200通過至少一個圓周形彈性臂250錨定在半導(dǎo)體基 板100的上表面106上，至少一個圓周形彈性臂250 —端與輻射束器件240連接，另一端與 半導(dǎo)體基板100上的接觸墊140連接。在半導(dǎo)體基板100上設(shè)置有一個突出的圓形中央島130，該圓形中央島130以旋轉(zhuǎn) 軸20為中心。外環(huán)210以旋轉(zhuǎn)軸20為中心，內(nèi)環(huán)230實質(zhì)上也以旋轉(zhuǎn)軸20為中心，環(huán)繞 圓形中央島130。內(nèi)環(huán)230甚至是整個懸空的復(fù)合輪200都不能圍繞著圓形中央島130產(chǎn) 生線性運動和平行于半導(dǎo)體基板100方向的運動，例如第一水平方向31或第二水平方向32 的運動，第二水平方向32垂直于第一水平方向31，但是內(nèi)環(huán)230甚至是整個的懸空的復(fù)合 輪200可以繞著旋轉(zhuǎn)軸20沿著圓周方向33旋轉(zhuǎn)。突出的圓形中央島130可以由金屬和半 導(dǎo)體以及絕緣材料的任意一種或任意組合制成。金屬可以包括鋁、鈦、鉭、銅、鈷、鎳、鉬和鎢 等；半導(dǎo)體材料包括硅、鍺和硅鍺等；絕緣材料可以包括氧化硅、氮化物、氮氧化物、氧氮化 碳、碳化物和金屬氧化物。復(fù)合輪200還可以包括至少一個頂部電極弓I導(dǎo)器件260，該頂部電極弓|導(dǎo)器件260 與頂部電極220和接觸墊140連接。如圖Ib所示，懸空的復(fù)合輪200包括至少一個頂部電極220，該頂部電極220分別 設(shè)置在外環(huán)210的下部，與半導(dǎo)體基板100上的底部電極120在垂直方向上對應(yīng)設(shè)置。頂部 電極220和底部電極120形成一個平板電容。每一個平板電容都有一個有效平板電容值， 該有效平板電容值與頂部電極220和底部電極120之間的重疊面積有關(guān)系。頂部電極220 通過頂部電極導(dǎo)引器件260與接觸墊140連接，從而與半導(dǎo)體基板100上的讀出電路110 連接。頂部電極導(dǎo)引器件260設(shè)置在輻射束器件240和圓周形彈性臂250的下方。當(dāng)半導(dǎo)體基板100繞著旋轉(zhuǎn)軸20發(fā)生角速度加速時，懸空的復(fù)合輪200的慣量使 得懸空的復(fù)合輪200相對于半導(dǎo)體基板100沿著圓周方向33旋轉(zhuǎn)。這樣，頂部電極220和 底部電極120之間的角度偏差產(chǎn)生，該角度偏差和這兩個電極形成的有效平板電容值隨著 頂部電極220和底部電極120之間的重疊區(qū)域的面積的變化而變化。有效平板電容值隨時 間的變化情況可以被讀出電路110檢測到并轉(zhuǎn)化成角度加速度、旋轉(zhuǎn)角度和/或動量的記錄。關(guān)于如何將有效平板電容值隨時間的變化情況轉(zhuǎn)換成角度加速度、旋轉(zhuǎn)角度和/或動 量的記錄，可以參考本領(lǐng)域中通常采用的方法。優(yōu)選地，底部電極120和接觸墊140可以由半導(dǎo)體基板100上的相同的導(dǎo)電薄膜 堆形成，采用硅晶片制造工藝中通常用到的薄膜冶金學(xué)材料制成。這些材料包括鋁、鈦、鉭、 銅、鈷、鎳、鉬、鎢等，也可以采用這些材料的合金。頂部電極220和頂部電極導(dǎo)引器件260 也可以采用類似的材料制成。外環(huán)210、內(nèi)環(huán)230、輻射束器件240、圓周形彈性臂250突出的圓形中央島130可 以由金屬和絕緣材料的任意一種或任意組合制成；金屬可以包括鋁、鈦、鉭、銅、鈷、鎳、鉬和 鎢，以及這些材料的合金；絕緣材料可以包括氧化硅、氮化物(例如，氮化硅)、氮氧化物、氧 氮化碳、碳化物和金屬氧化物。在一個實施例中，懸空的復(fù)合輪200還可以包括絕緣層280，該絕緣層280可以包 括至少兩種不同薄膜材料形成的層，具有良好的機械性能，并且能夠?qū)⒏鱾€電極和導(dǎo)體之 間電隔離。絕緣層280可以由各種絕緣薄膜材料制成，包括氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、金剛 砂(silicon carbide)、氧化鋁、氮化鋁、氧化鈦、氮化鈦、氧化鉭和氮化鉭等等。這種包括無 機化合物和金屬薄膜的復(fù)合薄膜微結(jié)構(gòu)，強化了懸空的復(fù)合輪200的機械性能，例如抗疲 勞和抗震動的硬度和韌度。這種復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)還能夠平衡不同薄膜之間的熱膨脹不匹配 以及殘余應(yīng)力。為了減小沿著圓周方向33設(shè)置的圓周形彈性臂250的彈性硬度，彈性臂250可以 是所述旋轉(zhuǎn)軸20為中心朝旋轉(zhuǎn)軸彎折的鋸齒形狀。本發(fā)明提供的電容型MEMS陀螺儀，復(fù)合輪上的頂部電極和半導(dǎo)體基板上的底部 電極之間形成平板電容，復(fù)合輪能夠圍繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，形成了一個電容型MEMS陀螺儀。該 陀螺儀可以在包括有讀出電路的半導(dǎo)體基板上通過沉積和光刻構(gòu)圖等工藝形成復(fù)合輪，通 過沉積和光刻構(gòu)圖等工藝形成的MEMS陀螺儀尺寸小，尺寸的誤差范圍小，靈敏度高；由于 不需要專門的批量MEMS制造設(shè)備，降低了生產(chǎn)成本。如圖2所示為本發(fā)明電容型MEMS陀螺儀實施例二的剖視圖，該實施例與如圖Ia 和Ib所示的實施例相比，復(fù)合輪200還包括垂直空間限定器件290，優(yōu)選地，該垂直空間限 定器件290可以設(shè)置在外環(huán)210的外邊緣。垂直空間限定器件290與半導(dǎo)體基板100的上 表面106之間形成第一垂直距離41，懸掛的復(fù)合輪200除了垂直限定器件290之外的其余 懸空部分與半導(dǎo)體基板100的上表面106之間形成第二垂直距離42，第一垂直距離41小于 第二垂直距離42。本發(fā)明實施例二提供的電容型MEMS陀螺儀，通過垂直空間限定器件290與半導(dǎo)體 基板100的上表面106之間形成第一垂直距離，懸掛的復(fù)合輪200的其他部分與半導(dǎo)體基 板100的上表面106之間形成第二垂直距離，第一垂直距離41小于第二垂直距離42，這樣 垂直空間限定器件290可以阻止懸掛的復(fù)合輪200與半導(dǎo)體基板100的上表面106接觸， 或者貼到上表面106上。如圖3a、3b、3c和3d所示為本發(fā)明電容型MEMS陀螺儀的制造方法實施例一的順 序剖視圖，本發(fā)明提供的電容型MEMS陀螺儀的制造方法實施例一包括形成包括有讀出電路110的半導(dǎo)體基板100。在半導(dǎo)體基板100上通過沉積和光刻工藝形成底部電極120和接觸墊140，如圖
83a所不。在半導(dǎo)體基板100上通過沉積和光刻構(gòu)圖工藝形成第一犧牲層51。第一犧牲層 51對應(yīng)于復(fù)合輪200與半導(dǎo)體基板100之間垂直距離為第二垂直距離42的區(qū)域，對第一犧 牲層51進行光刻構(gòu)圖就形成了用于錨定懸空的復(fù)合輪200的開口區(qū)域，如圖3b所示。在形成有第一犧牲層51的半導(dǎo)體基板100上通過沉積和光刻工藝形成頂部電極 220和頂部電極引導(dǎo)器件260?？梢栽谛纬捎械谝粻奚鼘?1的半導(dǎo)體基板100上沉積一層 金屬薄膜，對金屬薄膜進行光刻構(gòu)圖，形成頂部電極220和頂部電極引導(dǎo)器件260。在圓形中央島130所在的區(qū)域也可以形成有金屬薄膜，如圖3b所示。在形成有頂部電極220的半導(dǎo)體基板100上通過沉積和光刻構(gòu)圖工藝形成復(fù)合輪 200。在形成有頂部電極220的半導(dǎo)體基板110上沉積絕緣層280，通過光刻構(gòu)圖工藝可 以形成內(nèi)環(huán)230、外環(huán)210、輻射束器件240、圓周形彈性臂250和突出的圓形中央島130，如 圖3c所示。
選擇性地去除第一犧牲層51，如圖3d所示。如圖4a、4b、4c、4d和4e所示為本發(fā)明電容型MEMS陀螺儀的制造方法實施例二的 順序剖視圖，實施例二的方法與實施例一的區(qū)別之處在于實施例二中形成了兩層犧牲層， 并且形成了垂直空間約束器件290。在實施例二中，在半導(dǎo)體基板100上通過沉積和光刻構(gòu)圖工藝形成第一犧牲層51 后，在第一犧牲層51和底部電極120的暴露部分形成第二犧牲層52，第二犧牲層覆蓋第一 犧牲層51，優(yōu)選地，第二犧牲層52可以覆蓋接觸電極140。對第一犧牲層51和第二犧牲層 52進行光刻構(gòu)圖就形成了用于錨定懸空的復(fù)合輪200的開口區(qū)域，如圖4a所示。在形成有第二犧牲層52的半導(dǎo)體基板100上通過沉積和光刻工藝形成頂部電極 220。可以在形成有第二犧牲層52的半導(dǎo)體基板100上沉積一層金屬薄膜，對金屬薄膜進 行光刻構(gòu)圖，形成頂部電極220和頂部電極引導(dǎo)器件260。在圓形中央島130所在的區(qū)域也 可以形成有金屬薄膜，如圖4b所示。在形成有頂部電極220的半導(dǎo)體基板110上沉積絕緣層280，通過光刻構(gòu)圖工藝可 以形成內(nèi)環(huán)230、外環(huán)210、輻射束器件240、圓周形彈性臂250、垂直空間限定器件290和突 出的圓形中央島130，如圖4c所示。圖4c中，垂直空間限定器件290與半導(dǎo)體基板100之間的垂直距離為第一垂直距 離41，復(fù)合輪200除了所述垂直空間限定器件290之外的其余懸空部分與半導(dǎo)體基板100 之間具有第二垂直距離42，第一垂直距離41小于第二垂直距離42，垂直空間限定器件290 就可以阻止懸掛的復(fù)合輪200與半導(dǎo)體基板100的上表面接觸，或者貼到半導(dǎo)體基板100 的上表面上。選擇性地去除第二犧牲層52，如圖4d所示。選擇性地去除第一犧牲層51，如圖4e 所示。第一犧牲層51或第二犧牲層52可以在包含有氧氣和等離子體電源產(chǎn)生的等離子體 的反應(yīng)室中去除，也可以在包含有氮氣和等離子體電源產(chǎn)生的等離子體的反應(yīng)室中去除。在本發(fā)明的各實施例中，第一犧牲層51和第二犧牲層52可以是碳膜。第一犧牲 層51和第二犧牲層52的沉積可以包括如下步驟1)將半導(dǎo)體基板100放置在反應(yīng)室中；2) 向反應(yīng)室中導(dǎo)入含碳制程氣體，并導(dǎo)入用于強化第一犧牲層51和第二犧牲層52的熱屬性的層強化劑氣體；3)通過將等離子射頻電源耦合至再進入路徑的外部，在該再進入路徑中 產(chǎn)生再進入環(huán)形射頻等離子電流，其中，再進入路徑包括與半導(dǎo)體基板100重疊的制程區(qū)； 4)將射頻等離子偏壓電源或偏壓電壓耦合至所述半導(dǎo)體基板100。本發(fā)明提供的電容型MEMS陀螺儀制造方法，復(fù)合輪上的頂部電極和半導(dǎo)體基板 上的底部電極之間形成平板電容，復(fù)合輪能夠圍繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，形成了一個電容型MEMS陀 螺儀。該陀螺儀可以在包括有讀出電路的半導(dǎo)體基板上通過沉積和光刻構(gòu)圖等工藝形成復(fù) 合輪，通過沉積和光刻構(gòu)圖等工藝形成的MEMS陀螺儀尺寸小，尺寸的誤差范圍小，靈敏度 高；由于不需要專門的批量MEMS制造設(shè)備，降低了生產(chǎn)成本。另外，第一犧牲層和第二犧牲層采用碳膜，頂部電極和頂部電極引導(dǎo)器件在碳膜 制成的第一犧牲層和第二犧牲層的堆疊結(jié)構(gòu)上制造，可以為懸空的復(fù)合輪的制造提供強健 的機械及物理支撐力。第一犧牲層和第二犧牲層采用碳膜，這樣就可以在包含有CMOS器件的半導(dǎo)體基 板上形成金屬(例如鋁、鈦、鋁和鈦的合金等)和非金屬(例如，氧化物、氮化物、碳化物等) 的絕緣薄膜。這種復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)，具有良好的抗疲勞和抗震動的硬度和韌度，感應(yīng)到的角動 量的電_機信號的接觸界面可靠。最后應(yīng)說明的是以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡 管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解其依然 可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替 換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精 神和范圍。
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權(quán)利要求
一種電容型MEMS陀螺儀，其特征在于，包括半導(dǎo)體基板(100)和復(fù)合輪(200)所述半導(dǎo)體基板(100)以旋轉(zhuǎn)軸(20)為中心，包括讀出電路(110)、至少一個接觸墊(140)和至少一個底部電極(120)；所述至少一個底部電極(120)，設(shè)置在所述半導(dǎo)體基板(100)上，分別與所述讀出電路(110)電連接；所述接觸墊(140)，形成在所述半導(dǎo)體基板(100)上，與所述讀出電路(110)電連接；復(fù)合輪(200)，部分地由絕緣薄膜制成，平行于所述半導(dǎo)體基板(100)，以所述旋轉(zhuǎn)軸(20)為中心，懸空設(shè)置在所述半導(dǎo)體基板(100)上；所述復(fù)合輪(200)包括至少一個頂部電極(220)和至少一個圓周形彈性臂(250)；所述頂部電極(220)設(shè)置在所述復(fù)合輪(200)的下部，分別與所述底部電極(120)在垂直方向上對應(yīng)設(shè)置，與所述讀出電路(110)電連接；所述至少一個圓周形彈性臂(250)以所述旋轉(zhuǎn)軸(20)為中心設(shè)置，一端與所述復(fù)合輪(200)連接，另一端與所述半導(dǎo)體基板(100)連接，包括至少一個頂部電極引導(dǎo)器件(260)，所述頂部電極引導(dǎo)器件(260)與所述半導(dǎo)體基板(100)上的接觸墊(140)電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容型MEMS陀螺儀，其特征在于，所述半導(dǎo)體基板(100)還 包括設(shè)置在所述半導(dǎo)體基板(100)上的突出的圓形中央島(130)；所述復(fù)合輪(200)還包括外環(huán)(210)、內(nèi)環(huán)(230)以及至少二個輻射束器件(240)，所 述輻射束器件(240)的一端與所述外環(huán)(210)連接，另一端與所述內(nèi)環(huán)(230)連接，以所述 旋轉(zhuǎn)軸(20)為中心呈輻射狀；所述外環(huán)(210)以所述旋轉(zhuǎn)軸(20)為中心；所述內(nèi)環(huán)(230)以所述旋轉(zhuǎn)軸(20)為中心，環(huán)繞所述圓形中央島(130)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電容型MEMS陀螺儀，其特征在于，所述圓周形彈性臂250的 一端與所述輻射束器件(240)連接，另一端與所述接觸墊(140)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一權(quán)利要求所述的電容型MEMS陀螺儀，其特征在于，所述半 導(dǎo)體基板(100)由以下半導(dǎo)體材料中的任一種或者任意組合制成硅、鍺、鎵和砷。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一權(quán)利要求所述的電容型MEMS陀螺儀，其特征在于，所述底 部電極(120)和接觸墊(140)由以下材料中的任一種或者任意組合制成招、鈦、鉭、銅、鈷、 鎳、鉬和鎢，以及這些材料的合金。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一權(quán)利要求所述的電容型MEMS陀螺儀，其特征在于，所述頂 部電極(220)和頂部電極引導(dǎo)器件(260)由以下材料中的任一種或者任意組合制成鋁、 鈦、鉭、銅、鈷、鎳、鉬和鎢，以及這些材料的合金。
7.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的電容型MEMS陀螺儀，其特征在于，所述外環(huán)(210)、內(nèi)環(huán) (230)、輻射束器件(240)和圓周形彈性臂(250)，由金屬和絕緣材料的任意一種或任意組 合制成；金屬包括鋁、鈦、鉭、銅、鈷、鎳、鉬和鎢；絕緣材料包括氧化硅、氮化物、氮氧化物、氧氮化碳、碳化物和金屬氧化物。
8.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的電容型MEMS陀螺儀，其特征在于，所述突出的圓形中央 島(130)由金屬和半導(dǎo)體以及絕緣材料的任意一種或任意組合制成；金屬包括鋁、鈦、鉭、銅、鈷、鎳、鉬和鎢；半導(dǎo)體材料包括硅、鍺和硅鍺；絕緣材料包括氧化硅、氮化物、氮氧化物、氧氮化碳、碳化物和金屬氧化物。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一權(quán)利要求所述的電容型MEMS陀螺儀，其特征在于，所述 復(fù)合輪(200)還包括設(shè)置在所述復(fù)合輪(200)外邊緣的垂直空間限定器件(290)，所述垂 直空間限定器件(290)與所述半導(dǎo)體基板(100)之間具有第一垂直距離(41)，所述復(fù)合輪 (200)除了所述垂直空間限定器件(290)之外的其余懸空部分與所述半導(dǎo)體基板(100)之 間具有第二垂直距離(42)，所述第一垂直距離(41)小于所述第二垂直距離(42)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一權(quán)利要求所述的電容型MEMS陀螺儀，其特征在于，所述讀 出電路(11)包括互補金屬氧化物半導(dǎo)體器件。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一權(quán)利要求所述的電容型MEMS陀螺儀，其特征在于，所述圓 周形彈性臂(250)是以所述旋轉(zhuǎn)軸(20)為中心朝旋轉(zhuǎn)軸(20)彎折的鋸齒形狀。
12.如權(quán)利要求1-111中任一權(quán)利要求所述的電容型MEMS陀螺儀的制造方法，其特征 在于，包括形成包括有讀出電路(110)的半導(dǎo)體基板(100)；在所述半導(dǎo)體基板(100)上通過沉積和光刻工藝形成底部電極(120)和接觸墊 (140)；在所述半導(dǎo)體基板(100)上通過沉積和光刻構(gòu)圖工藝形成第一犧牲層(51)；在形成有第一犧牲層(51)的半導(dǎo)體基板(100)上通過沉積和光刻工藝形成頂部電極 (220)和頂部電極引導(dǎo)器件(260)；在形成有頂部電極(220)的半導(dǎo)體基板(100)上通過沉積和光刻構(gòu)圖工藝形成復(fù)合輪 (200)；去除所述第一犧牲層(51)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電容型MEMS陀螺儀的制造方法，其特征在于，在形成有頂 部電極(220)的半導(dǎo)體基板(100)上通過沉積和光刻構(gòu)圖工藝形成復(fù)合輪(200)，具體包 括在形成有頂部電極(220)的半導(dǎo)體基板(100)上通過沉積和光刻構(gòu)圖工藝形成內(nèi)環(huán) (230)、外環(huán)(210)、輻射束器件(240)、圓周形彈性臂(250)和突出的圓形中央島(130)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電容型MEMS陀螺儀的制造方法，其特征在于，在形成有第 一犧牲層(51)的半導(dǎo)體基板(100)上通過沉積和光刻構(gòu)圖工藝形成頂部電極(220)和頂 部電極引導(dǎo)器件(260)，包括在形成有第一犧牲層(51)的半導(dǎo)體基板(100)上通過沉積和光刻構(gòu)圖工藝形成第二 犧牲層(52)，所述第二犧牲層(52)覆蓋所述第一犧牲層(51)；在形成有第二犧牲層(52)的半導(dǎo)體基板上通過沉積和光刻工藝形成頂部電極(220) 和頂部電極引導(dǎo)器件(260)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電容型MEMS陀螺儀的制造方法，其特征在于，在形成有頂 部電極(220)的半導(dǎo)體基板(100)上通過沉積和光刻構(gòu)圖工藝形成復(fù)合輪(200)和圓周形 彈性臂(250)，包括:在形成有頂部電極(220)的半導(dǎo)體基板(100)上通過沉積和光刻構(gòu)圖工藝形成內(nèi)環(huán) (230)、外環(huán)(210)、輻射束器件(240)、圓周形彈性臂(250)垂直空間限定器件(290)和突出的圓形中央島(130)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電容型MEMS陀螺儀的制造方法，其特征在于，還包括在 形成所述復(fù)合輪(200)之后去除所述第二犧牲層(52)。
17.根據(jù)權(quán)利要求12-16中任一權(quán)利要求所述的電容型MEMS陀螺儀的制造方法，其特 征在于，所述第一犧牲層(51)或所述第二犧牲層(52)是碳膜。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電容型MEMS陀螺儀的制造方法，其特征在于，所述第一犧 牲層(51)或第二犧牲層(52)的沉積包括如下步驟將所述半導(dǎo)體基板(100)放置在反應(yīng)室中；向所述反應(yīng)室中導(dǎo)入含碳制程氣體，并導(dǎo)入用于強化所述第一犧牲層(51)或所述第 二犧牲層(52)的熱屬性的層強化劑氣體；通過將等離子射頻電源耦合至再進入路徑的外部，在該再進入路徑中產(chǎn)生再進入環(huán)形 射頻等離子電流，其中，所述再進入路徑包括與半導(dǎo)體基板(100)重疊的制程區(qū)；將射頻等離子偏壓電源或偏壓電壓耦合至所述半導(dǎo)體基板(100)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的電容型MEMS陀螺儀的制造方法，其特征在于，所述第一犧 牲層(51)或第二犧牲層(52)在包含有氧氣和等離子體電源產(chǎn)生的等離子體的反應(yīng)室中去 除。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的電容型MEMS陀螺儀的制造方法，其特征在于，所述第一犧 牲層(51)或第二犧牲層(52)在包含有氮氣和等離子體電源產(chǎn)生的等離子體的反應(yīng)室中去
全文摘要
本發(fā)明提供一種電容型MEMS陀螺儀及其制造方法，其中陀螺儀包括半導(dǎo)體基板和復(fù)合輪半導(dǎo)體基板包括讀出電路、至少一個接觸墊和至少一個底部電極；至少一個底部電極以旋轉(zhuǎn)軸為中心設(shè)置在所述半導(dǎo)體基板上，分別與讀出電路電連接；接觸墊，形成在半導(dǎo)體基板上，與讀出電路電連接；復(fù)合輪平行于半導(dǎo)體基板，以旋轉(zhuǎn)軸為中心，懸空設(shè)置在半導(dǎo)體基板上；復(fù)合輪包括至少一個頂部電極和至少一個圓周形彈性臂；頂部電極設(shè)置在復(fù)合輪的下部，分別與底部電極在垂直方向上對應(yīng)設(shè)置，與讀出電路電連接；至少一個圓周形彈性臂與復(fù)合輪和半導(dǎo)體基板連接，包括頂部電極引導(dǎo)器件。本發(fā)明提供的陀螺儀，尺寸小，尺寸的誤差范圍小，靈敏度高，生產(chǎn)成本低。
文檔編號G01C19/56GK101957201SQ20101022749
公開日2011年1月26日 申請日期2010年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月13日
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