[发明专利]一种制备悬浮式微硅静电陀螺/加速度计敏感结构的方法

摘要

一种制备悬浮式微硅静电陀螺/加速度计敏感结构的方法，属于微硅结构加工技术领域。该方法包括玻璃刻蚀；玻璃溅金：金属层高出玻璃表面400～600埃；玻璃打孔；硅片第1、第2次RIE刻蚀；薄膜梁工艺：高温干氧化及表面腐蚀；第1次玻硅静电键合；硅片减薄和抛光；硅片ICP刻蚀；硅片第3次RIE刻蚀；硅片第4次RIE刻蚀；第2次玻硅静电键合；薄膜梁的ICP去除，制备得到制备悬浮式微硅静电陀螺/加速度计敏感结构。本发明玻璃打孔采用喷砂打孔方案；引入二氧化硅薄膜梁作为牺牲层，采用ICP除去薄膜梁工艺；有效解决了“三明治”微结构在第2次静电键合中的存在黏附问题，无需后处理，效率更高，与MEMS工艺兼容性更好。

主权项

1、一种制备悬浮式微硅静电陀螺/加速度计敏感结构的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)玻璃刻蚀：用氢氟酸(BHF)溶液腐蚀玻璃形成电极凹槽，通过反应时间来控制刻蚀凹槽的深度；所述BHF成分为HF+NH4F+H2O；(2)玻璃溅金：采用溅射仪在玻璃上依次溅射三层金属Cr、Pt和Au，金属层高出玻璃表面约400～600埃；(3)玻璃打孔：利用水作为携带能量的载体，直径几十微米的砂粒随着高压水流柱喷射到玻璃表面，无数小砂砾对玻璃肌体不断进行“蚕食”，直至最终形成通孔；(4)硅片第1次RIE刻蚀；采用n型或p型高掺杂(电阻率0.002～0.004Ω)<100>晶向的单晶硅片，先对硅片进行标准清洗，经过前烘、匀胶后，光刻机按照掩模版图meml-1对硅片正面进行单面光刻，再经过后烘将掩模板图完全固定到硅片表面的光刻胶版图上；采用ICP刻蚀机进行RIE干法刻蚀，形成底部键合台面；(5)硅片第2次RIE刻蚀；在硅片表面涂敷光刻胶，利用掩模板meml-2进行光刻(曝光和显影)，经过后烘固定光刻胶版图，对硅片正面进行RIE刻蚀，刻键合台面和14个止挡，经过去胶清洗可得第2次RIE刻蚀图形；(6)薄膜梁工艺；该工艺实现止挡表面形成绝缘膜，且在质量外环和外径电极之间形成薄膜梁，分2步进行：a)高温干氧化：将硅片置于氧化炉中，在硅片整个表面形成约二氧化硅薄膜；b)表面腐蚀；将硅片进行标准清洗，在硅片正面涂敷光刻胶并经过前烘后，采用光刻机对按照meml-3掩模版进行曝光和显影，经过后烘形成光刻胶版图，将硅片放入BHF溶液中经过去胶清洗后即可；(7)第1次玻硅静电键合：玻璃片和硅片先进行标准清洗，再进行兆声清洗；采用键合机将硅片的结构图形朝上放置，玻璃片上的图形反扣在硅片上，利用键合机自带光学系统进行玻硅位置找准，找到后将玻硅固定，翻转180度，对玻硅表面施加预紧力，使两者紧密接触，在300～400摄氏度的环境中对玻硅施加1000～2000V的直流电压，经过20～30分钟后键合完毕；(8)硅片减薄和抛光：采用腐蚀液，将硅片厚度腐蚀减薄，再用抛光液在聚胺酯盘上进行抛光，粗糙度在纳米量级；(9)硅片ICP刻蚀：对硅片背面进行标准清洗、前烘和涂胶，按照掩模版进行光刻，经过后处理在硅片背面形成光刻胶版图，采用ICP刻蚀机将硅结构层刻透，形成径向电极、导通硅和质量环；(10)硅片第3次RIE刻蚀：对硅片背面进行标准清洗，经过前烘、涂胶后，用光刻机按照掩模版图进行双面光刻(曝光和显影)，经过后烘处理形成光刻胶版图，采用RIE刻蚀机对硅片背面进行干法刻蚀，形成顶部键合台面；(11)硅片第4次RIE刻蚀；对硅片背面进行标准清洗、前烘和涂胶，按照掩模版进行光刻，经过后烘处理在硅片背面形成光刻胶版图，采用RIE刻蚀机对硅片背面进行刻蚀，形成键合台面和止挡；(12)第2次玻硅静电键合；在键合机平台上组合片硅片图形朝上放置，顶层玻璃图案反扣在硅片图形上，利用光刻机将玻硅图案对准、固定并翻转180度，对玻硅组合施加预紧力，在300～400摄氏度的环境中对玻硅施加1000～2000V的直流电压，经过20～30分钟后键合完成；(13)薄膜梁的ICP去除：采用ICP刻蚀机，利用ICP刻蚀离子束的垂直性，穿过顶层玻璃通孔将外径电极和质量环间的薄膜梁刻蚀掉，得到完全可动的质量环，通过步骤(1)～(13)即制备得到制备悬浮式微硅静电陀螺/加速度计敏感结构。