[发明专利]基于硼硅酸盐玻璃退火成型的微型半球谐振陀螺及制造方法

权利要求书

1.一种基于硼硅酸盐玻璃退火成型的微型半球谐振陀螺，其特征在于包括硅基底(1)、半球谐振子(2)，中心支柱(5)连接半球谐振子与硅基底；设置在硅基底(1)上并围绕半球谐振子均匀布置的八个平板式电极(3)，该八个平板式电极(3)为四个驱动电极(3a，3c，3e，3g)和四个检测电极(3b，3d，3f，3h)组成，所有驱动电极、检测电极与半球谐振子均不接触，且驱动电极和检测电极依次间隔分布，即每两个驱动电极之间是一个检测电极，同样，每两个检测电极之间是一个驱动电极。

2.根据权利要求1所述的基于硼硅酸盐玻璃退火成型的微型半球谐振陀螺，其特征在于中心支柱(5)与半球谐振子中心相连，半球谐振子(2)与硅基底(1)上的八个平板式电极(3)之间设置相同间隙，形成悬空结构。

3.根据权利要求2所述的基于硼硅酸盐玻璃退火成型的微型半球谐振陀螺，其特征在于半球谐振子(2)与八个平板式电极(3)之间的间隙为80-120μm。

4.根据权利要求1、2或3所述的基于硼硅酸盐玻璃退火成型的微型半球谐振陀螺，其特征在于半球谐振子(2)的结构为3-D倒置酒杯式。

5.一种基于硼硅酸盐玻璃退火成型的微型半球谐振陀螺的制造方法，其特征在于将一个硅片作为基底构成硅基底(1)，硅片上表面刻蚀一个圆柱形腔体(4)及腔体圆心处的中心支柱(5)，该中心支柱(5)与半球谐振子中心相连，形成悬空结构；同时，在硅片上表面的圆柱形腔体(4)外围，并围绕半球谐振子(2)均匀布置八个平板式电极(3)，该八个平板式电极(3)由四个驱动电极和四个检测电极组成，所有驱动电极、检测电极与半球谐振子(2)不接触，存在相同的间隙，且驱动电极和检测电极依次间隔分布。

6.根据权利要求5所述的基于硼硅酸盐玻璃退火成型的微型半球谐振陀螺的制造方法，其特征在于具体步骤如下：

步骤1，以硅晶圆作为半球谐振陀螺的硅基底(1)，利用光刻技术在硅晶圆上表面形成圆柱形腔体及中心支柱图形，然后使用ICP刻蚀技术深刻蚀圆柱形腔体(4)与中心支柱(5)，之后清洗去胶，剥离掉多余的金属；

步骤2，将硼硅酸盐玻璃晶圆(6)在等离子体去胶机环境下前处理，硼硅酸盐玻璃晶圆(6)与硅晶圆(1)的圆柱形腔体(4)周边及中心支柱(5)进行阳极键合，在圆柱形腔体(4)内密封惰性气体至1atm；

步骤3，清洗键合后的晶圆，磁控溅射Ti，然后使用电镀的方法沉积金属作为掩膜，电镀过程中，对衬底加温以降低残余应力；电镀完掩膜后，利用光刻技术在掩膜表面图形化，将光刻后的晶圆置于恒温水浴中，使用稀硝酸和冰醋酸的混合溶液湿法腐蚀掩膜；

步骤4，使用等离子体氧化物干法刻蚀技术对湿法腐蚀掩膜后的晶圆的玻璃层深刻蚀，形成玻璃层单元的谐振子部分(2a)与平板式电极(3)部分，然后清洗去胶，并使用稀硝酸和冰醋酸的混合溶液湿法腐蚀剩余的掩膜；

步骤5，在快速退火炉高温环境下，玻璃层单元的谐振子部分(2a)受到表面张力与腔体压力发生粘性变形，在步骤4得到的晶圆表面形成半球谐振子(2)，并迅速冷却至室温；

步骤6，使用XeF₂气体腐蚀硅基底(1)形成腔体(7)，释放了半球谐振子(2)与硅基底(1)的键合区域，形成独立的悬空结构；

步骤7，使用磁控溅射在步骤6得到的成型结构上，覆盖一层金属铱(8)，形成微型半球谐振陀螺。

7.根据权利要求5或6所述的基于硼硅酸盐玻璃退火成型的微型半球谐振陀螺的制造方法，其特征在于硅基底(1)的材料为低电阻参杂硅，半球谐振子(2)与平板式电极(3)的材料为含碱金属离子的硼硅酸盐玻璃。

8.根据权利要求6所述的基于硼硅酸盐玻璃退火成型的微型半球谐振陀螺的制造方法，其特征在于步骤4中，采用等离子体氧化物干法刻蚀技术，刻蚀参数设置如下：C3F8-30sccm，Ar-90sccm作为刻蚀气体，平衡物理化学刻蚀，保证刻蚀面较光滑；O₂-90sccm为等离子体清洗气体，设置低压3mT，电磁功率1500W，偏置功率50W，使得刻蚀速率达到0.8μm/min，且可以得到接近8∶1的深宽比，同时保证了控制电极与半球谐振子电容间距的刻蚀精度，得到完整、平滑的刻蚀边缘。