[发明专利]一种石英盘式谐振微机械陀螺谐振子的制造方法

说明书

本发明公开了一种石英盘式谐振微机械陀螺谐振子的制造方法，包括如下步骤：刻蚀碳化硅晶圆，制作与盘式谐振子微结构相对应的刻蚀槽；对刻蚀完成的碳化硅晶圆和石英玻璃进行键合；以高于石英玻璃软化点的温度对晶圆键合结构进行加热，直至石英玻璃均匀灌入碳化硅晶圆的刻蚀槽内，停止加热；对灌入石英玻璃的碳化硅晶圆进行减薄抛光，去除刻蚀槽以外石英玻璃；采用干法刻蚀工艺去除碳化硅，完成石英盘式谐振子结构释放。本发明解决了石英盘式微结构制造工艺难度大的问题，实现了石英盘式谐振微机械陀螺谐振子的高精度批量制造。

技术领域

本发明涉及一种石英盘式谐振微机械陀螺谐振子的制造方法，属于MEMS固体振动陀螺制造技术领域。

背景技术

盘式谐振微机械陀螺是基于科里奥利效应的一种角速率传感器，其盘式谐振子被驱动后在一定的驱动模态下工作，当外界有角运动输入时，产生的科里奥利力将能量耦合到谐振子模态中，从而出现幅值与角速度输入成正比的响应振动模式，通过电极检测该振动幅值的变化，经解调计算后可得到真实的角运动量。

谐振子的性能是影响盘式谐振微机械陀螺性能的首要因素。谐振子的性能主要通过品质因子、谐振频率、角度增益、机械灵敏度等主要参数表征。而这些参数主要取决于谐振子的材料属性、结构尺寸、以及约束形式等。通常，基于成熟的硅微加工技术，盘式谐振微机械陀螺谐振子一般采用单晶硅材料。但是由于单晶硅材料存在各向异性，会对谐振子的性能产生不利影响。单从材料属性方面考虑，石英玻璃是一种制作盘式谐振微机械陀螺谐振子的理想材料，但是相对于硅微结构加工，石英盘式微结构的制造工艺难度要大得多。

发明内容

本发明的目的在于：克服现有技术的不足，提供一种石英盘式谐振微机械陀螺谐振子的制造方法，解决了石英盘式微结构制造工艺难度大的问题，实现了石英盘式谐振微机械陀螺谐振子的高精度批量制造。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

一种石英盘式谐振微机械陀螺谐振子的制造方法，包括如下步骤：

(1)刻蚀碳化硅晶圆，制作与盘式谐振子微结构相对应的刻蚀槽；

(2)将石英玻璃与刻蚀完成的碳化硅晶圆进行键合，形成晶圆键合结构；

(3)对晶圆键合结构进行加热，直至石英玻璃均匀灌入碳化硅晶圆的刻蚀槽内，停止加热；

(4)对灌入石英玻璃的碳化硅晶圆进行减薄抛光，去除刻蚀槽以外石英玻璃；

(5)去除碳化硅，完成石英盘式谐振子结构释放。

所述步骤(1)中刻蚀碳化硅晶圆，采用干法刻蚀工艺刻蚀碳化硅晶圆制作刻蚀槽。

所述刻蚀槽的深度对应谐振子微结构的设计厚度。

碳化硅晶圆和石英玻璃在真空状态通过低温键合工艺进行键合。

所述步骤(3)对晶圆键合结构进行加热以高于石英玻璃软化点的温度进行。

所述温度采用1800℃。

所述步骤(5)去除碳化硅采用干法刻蚀工艺，具体为：将完成减薄抛光的晶圆从正面粘贴石英玻璃片进行保护，采用干法刻蚀工艺从背面去除碳化硅。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明借助碳化硅材料作为模具，提出了一种石英盘式谐振微机械陀螺谐振子的高精度批量制造方法，对设备和操作不存在苛刻要求。

(2)本发明采用干法刻蚀工艺刻蚀碳化硅晶圆制作刻蚀槽，保证了高的加工精度。

(3)本发明选用的碳化硅材料的熔点高于石英玻璃熔融的工艺温度，不会对石英玻璃均匀灌入碳化硅晶圆产生不利影响。