[发明专利]一种三明治加速度计微结构制作方法

说明书

本发明公开了一种三明治加速度计微结构制作方法，涉及MEMS芯片制造领域，包括以下内容：上、下电极圆片采用硅衬底上薄层玻璃的晶片，首先上下电极圆片在玻璃面进行通孔光刻，再生长铬金薄膜，光刻腐蚀制造出上下电极极板，结构采用单晶硅晶片，利用湿法腐蚀工艺制作结构层，三层晶片通过阳极键合工艺键合在一起，在上极板背面生长铬金薄膜，最后切割上电极圆片露出焊盘，切割三层圆片得到三明治加速度计芯片。本方法充分利用硅玻璃键合的特点，简单易操作，对键合表面的要求低，本发明加工出的三明治加速度计近似全硅器件，热失配问题小、寄生电容小，本发明能使芯片的质量和成品率得到很大的提高。

技术领域

本发明涉及MEMS芯片制造领域，尤其涉及一种三明治加速度计微结构制作方法。

背景技术

MEMS加速度计以其成本低、体积小、功耗低、可大规模生产等特点在国防、惯性导航、地震探测、工业、医疗、自动化以及消费电子等众多领域中获得了广泛的应用。

MEMS加速度计有很多种类，按照敏感信号的不同方式来分，可分为压电式、压阻式、电容式、热对流式、谐振式以及隧道电流式等。其中基于敏感电容变化的原理来对加速度进行检测的MEMS电容式加速度计具有温度系数小、稳定性好、阻尼系数容易控制等优点，因而得到了广泛的应用。MEMS三明治加速度计采用体硅微机械加工技术制作，工艺相对复杂但更易得到高的检测精度。

传统的三明治加速度计主要有玻璃硅玻璃结构、全硅结构形式，玻璃硅玻璃结构的加速度计热失配问题大，温度性能差，而全硅结构的加速度计热失配问题小，温度性能好，但键合区域的隔离层由于间隙的存在，不宜生长过厚，寄生电容较大，因此可以将二种结构形式结合起来设计一种三明治加速度计微结构来解决上述问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题：提供一种三明治加速度计微结构制作方法，是一种操作方便、成本低、成品率高、适应性好的MEMS芯片圆片级封装的加工方法，加工出的加速度计微结构(MEMS芯片)寄生电容小、热失配小。

本发明的技术方案是：一种三明治加速度计微结构制作方法，步骤如下：

1)在一个圆形晶片的玻璃面光刻腐蚀出上电极通孔(111)，玻璃面表面生长铬金薄膜，在该薄膜上光刻腐蚀出上电极极板(112)，形成上电极圆片；上电极圆片，分为结构区(113)和辅助区(114)；上电极通孔(111)和上电极极板(112)位于结构区(113)内；结构区(113)外为辅助区(114)；

2)在另一个圆形晶片的玻璃面光刻腐蚀出下电极通孔(211)和下电极焊盘通孔(212)，(下电极通孔(211)和下电极焊盘通孔(212)下方的硅衬底是相连接的)玻璃面表面生长铬金薄膜，在该薄膜上光刻腐蚀出下电极极板(213)、下电极焊盘(214)和中间电极焊盘(215)，形成下电极圆片；下电极圆片分为结构区(113)和辅助区(114)；下电极极板(213)和下电极通孔(211)位于结构区(113)内，下电极焊盘通孔(212)、下电极焊盘(214)和中间电极焊盘(215)位于辅助区(114)内；

3)在单晶硅圆片表面热氧化生长二氧化硅绝缘层，在二氧化硅绝缘层上双面光刻出所需的图形，再湿法腐蚀掉图形对应的单晶硅，得到所需的结构；最后去除所有二氧化硅绝缘层，得到结构圆片；结构圆片分为结构区(113)和辅助区(114)；

结构圆片，包括：质量块(311)、梁(312)、外框(313)和中间凸点(314)，质量块(311)通过梁(312)与外框(313)连接，中间凸点(314)与外框(313)连接；中间凸点(314)位于外框(313)的外侧，质量块(311)与梁(312)位于外框(313)的内侧；

质量块(311)、梁(312)和外框(313)位于结构区(113)内；中间凸点(314)位于辅助区(114)内；