一种MEMS陀螺仪及其制造工艺.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN104215232104215232A(43)申请公布日2014.12.17(21)申请号201310221525.3(22)申请日2013.06.05(71)申请人中国科学院地质与地球物理研究所地址100029北京市朝阳区北土城西路19号(72)发明人于连忠孙晨(74)专利代理机构北京金之桥知识产权代理有限公司11137代理人林建军(51)Int.Cl.G01C19/567(2012.01)G01C25/00(2006.01)权权利要求书2页利要求书2页说明书6页说明书6页附图11页附图11页(54)发明名称一种MEMS陀螺仪及其制造工艺(57)摘要一种MEMS陀螺仪，包括：测量体、与所述测量体相连接的上盖板硅片以及下盖板硅片；所述测量体包括外框架、位于所述外框架内的内框架以及质量块；所述外框架与所述内框架之间通过第一弹性梁相连接；所述质量块与所述内框架通过所述第二弹性梁相连接。所述质量块和内框架之间设置有四组相互对应的梳状耦合结构。所述测量体的上下表面上均键合有带电极的盖板硅片。并与测量体之间形成一电容。本发明通过测量盖板硅片与测量体之间的平板电容的变化来计算出旋转的角速度。本发明具有检测灵敏度、准确度高等特点。CN104215232ACN104253ACN104215232A权利要求书1/2页1.一种MEMS陀螺仪，包括：测量体、与所述测量体相连接的上盖板硅片以及下盖板硅片；其特征在于，所述测量体包括外框架、位于所述外框架内的内框架以及与所述内框架相连接的质量块；所述外框架与所述内框架之间通过第一弹性梁相连接；所述质量块及所述内框架与所述上盖板硅片及所述下盖板硅片之间各自形成有电容，并用于测量MEMS陀螺仪的旋转角速度；所述质量块与所述内框架通过所述第二弹性梁相连接；所述质量块的四边与所述内框架之间设置有四组梳状耦合结构，其中两组所述梳状耦合结构用于驱动所述质量块，另外两组所述梳状耦合结构用于测量所述质量块相对于所述内框架的位移。2.如权利要求1所述的MEMS陀螺仪，其特征在于，所述内框架与所述外框架之间设置有多根所述第一弹性梁；所述第一弹性梁以所述质量块的中线对称设置。3.如权利要求1所述的MEMS陀螺仪，其特征在于，多组所述第一弹性梁设置在所述外框架和所述内框架之间的间隔空间内，并在所述间隔空间中自由活动。4.如权利要求3所述的MEMS陀螺仪，其特征在于，每根所述第一弹性梁包括两根Y型弹性梁，每根所述Y型弹性梁包括一根主干部以及两根分支部；两根所述分支部分别与所述内框架以及所述外框架相连接。5.如权利要求4所述的MEMS陀螺仪，其特征在于，两根所述Y型弹性梁的主干部分的末端设置在所述内框架的端角处，两末端呈直角相连接。6.如权利要求1所述的MEMS陀螺仪，其特征在于，所述质量块与所述内框架之间形成活动间隙，所述质量块与所述内框架通过多根所述第二弹性梁相连接；所述第二弹性梁分别设置于所述质量块的端角处；并与所述内框架相连接。7.如权利要求6所述的MEMS陀螺仪，其特征在于，所述第二弹性梁为U型折叠梁。8.如权利要求1所述的MEMS陀螺仪，其特征在于，所述测量体采用包括有上硅层及下硅层的双层硅结构，每层硅层之间分别设置有氧化埋层，所述上硅层的表面形成有外延层。9.如权利要求8所述的MEMS陀螺仪，其特征在于，所述第一弹性梁成型于所述外延层；所述第二弹性梁成型于所述外延层以及所述上硅层。10.如权利要求1所述的MEMS陀螺仪，其特征在于，所述测量体、所述上盖板硅片及所述下盖板硅片上分别设置有电极。11.一种MEMS陀螺仪的制造工艺，其特征在于，所述制造工艺包括以下步骤：第一步，在绝缘体上外延硅硅片的上硅层上生长出一外延层；第二步，通过高温氧化以及淀积处理，分别在所述上硅层的外延层和所述下硅层表面上形成一层二氧化硅层和一层氮化硅层；第三步，通过光刻和刻蚀将所述下硅层表面外侧部分的氮化硅层和二氧化硅层去除，露出部分所述下硅层；同时将下硅层表面的内侧部分的氮化硅层去除，露出所述二氧化硅层；第四步，将所述下硅层暴露在外的外侧部分刻蚀至一定深度，形成外框架；第五步，通过刻蚀，将暴露在外的内侧部分的所述二氧化硅层去除，并露出所述下硅层；第六步，将暴露在外的所述下硅层的外侧及内侧进一步刻蚀，直至所述下硅层的外侧部分被刻蚀至氧化埋层，从而形成外框架及内框架；第七步，通过刻蚀将所述下硅层的外侧部分的氧化埋层去除，并将暴露在外的所述下2CN104215232A权利要求书2/2页硅层的外侧和内侧进一步刻蚀，直至所述下硅层的内侧部分被刻蚀至氧化埋层，从而形成第二弹性梁；同时下硅层的外侧部分刻蚀至外延层，从而形成第一弹性梁；第八步，将所述下硅层表面的