[实用新型]双面保护硅集成微振动陀螺

说明书

本实用新型是一种用于角速率精密测量的硅集成微振动陀螺，属于半导体惯性传感器技术领域。

现有的硅集成微振动陀螺通常采用硅集成双框架结构，它采用定位夹具将双框架结构的硅片与玻璃电极由环氧树脂连接而成。由于这种器件的间隙精度控制困难，灵敏度低，工艺难度大，而且框架结构暴露在外，容易受灰尘及冲击等影响使传感器失效。因此可靠性差。

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种高可靠的硅集成微振动陀螺，它既可以提高器件的灵敏度和可靠性，也可以使工艺适合规模化生产。

本实用新型可以由集成双框架结构的硅片和玻璃电极组成，其特点是集成双框架结构的硅片与玻璃电极之间采用直接键合连接，集成双框架结构的硅片为两种晶向不同的硅片直接键合构成，其中一层构成双框架结构，另一层为保护层，它与玻璃电极构成双面保护结构。硅集成双框架结构采用各向异性腐蚀形成凹凸结构，通过腐蚀凹凸结构控制硅集成双框架结构与玻璃电极之间的间隙a，a的数值根据实际需要确定，一般为1～10μm。硅片与玻璃之间的直接键合可采用直接静电键合。

本实用新型与现有技术相比，具有可靠性和灵敏度高等特点，工艺适合规模化生产。由于采用硅片与玻璃直接键合连接，间隙由事先腐蚀时控制，因而提高了控制精度，有利于缩小间隙和提高灵敏度。由于采用硅和玻璃的双面保护结构，可以减小环境对双框架结构的影响，超负荷情况下也不易损坏，因而可以大大提高器件的可靠性。本实用新型还具有体积小、成本低和效率高等优点，可广泛用于各种角速率测量场合。

图1为现有的硅集成微振动陀螺的结构示意图；图2为图1的剖面示意图；图3为本实用新型的结构示意图；图4为图3的剖面示意图。

本实用新型可采用附图所示的方案实现。图1和图2中的衬底(1)为玻璃，它与硅双框架结构(2)之间采用环氧树脂(3)粘合连接，环氧树脂层厚度a就是硅双框架结构(2)与衬底(1)之间的间隙，(4)为电容极板，(5)为柔性轴。通过测量硅集成双框架结构(2)与玻璃电极之间的电容变化，从而测出输入的角速率的大小。图3和图4中的双框架结构(8)通过腐蚀形成凹凸的间隙结构，其凹凸之差构成双框架结构与玻璃之间的间隙a。本实用新型可采用如下实施例的方案实现：采用N型<111>和<100>硅片进行直接键合，减薄<100>硅片用于制作双框架结构，而<111>硅片作为器件的保护层。在<100)硅片上进行氧化、光刻、腐蚀出凹凸台阶，再氧化、光刻出支架(10)进行硼扩散，然后光刻出框架区进行硼扩散，再光刻出柔性轴(7)进行硼扩散，去除氧化层而形成硅集成双框架结构(8)，最后将其与经过溅射金并光刻出电极的玻璃衬底(6)进行直接键合后，利用各向异性腐蚀及浓硼停止，去除<100>硅片上除硼扩散部分以外的其他区域、即构成双面保护硅集成微振动陀螺。图中(9)为电容电极。