[发明专利]一种混合式半球谐振微陀螺仪及其加工工艺

摘要

本发明公开一种混合式半球谐振微陀螺仪，属于微机电和惯性导航领域，其由上而下依次设置的上层玻璃衬底、电极层、硅结构层和下层玻璃衬底；其中，在上层玻璃衬底、电极层和硅结构层的中心设有圆形腔体，半球壳谐振子设置在圆形腔体中；半球壳谐振子通过支撑柄固定在硅结构层上；电极层包括配合使用的电极和外围锚点结构，在上层玻璃衬底设有配合电极使用的电极孔和小焊盘，小焊盘均布在上层玻璃衬底的边缘，小焊盘分别通过金属引线与上层玻璃衬底中的电极孔相连；本发明还公开了一种混合式半球谐振微陀螺仪的加工工艺。本发明的陀螺仪将结构层和玻璃衬底进行阳极键合的同时完成了真空封装，减少了工艺步骤；本发明的加工工艺，降低了加工成本。

主权项

一种混合式半球谐振微陀螺仪的加工工艺，其特征在于：该混合式半球谐振微陀螺仪包括由上而下依次设置的上层玻璃衬底(4)、电极层(3)、硅结构层(2)和下层玻璃衬底(5)；其中，在上层玻璃衬底(4)、电极层(3)和硅结构层(2)的中心设有圆形腔体(14)，半球壳谐振子(1)设置在圆形腔体(14)中；所述的半球壳谐振子(1)通过支撑柄(8)固定在硅结构层(2)上；所述的电极层(3)包括配合使用的电极(6)和外围锚点结构(7)，在所述的上层玻璃衬底(4)设有配合电极(6)使用的电极孔和小焊盘(10)，小焊盘(10)均布在上层玻璃衬底(4)的边缘，小焊盘(10)分别通过金属引线(13)与上层玻璃衬底(4)中的电极孔相连，其中，电极(6)、小焊盘(10)和上层玻璃衬底(4)上的电极孔均分别为十六个，一一对应设置；在所述的下层玻璃衬底(5)中设有一个用来对半球壳谐振子(1)施加基准电压的电极孔，在所述的下层玻璃衬底(5)的中心设有圆形键合区(11)，该圆形键合区(11)通过金属引线(13)与下层玻璃衬底(5)中的电极孔相连，下层玻璃衬底(5)上的电极孔与大焊盘(12)相连，大焊盘(12)设置在下层玻璃衬底(5)的底面；其工艺包括以下步骤：1)制备半球壳谐振子模型清洗硅晶圆片，并利用CMP将硅晶圆片减薄到指定的厚度，在硅晶圆片表面热生长SiO2作为掩膜层，涂覆光刻胶，光刻，使用HF超临界干燥法刻蚀SiO2，将圆形开口暴露出来得到硅片；使用SF6等离子体各向同性刻蚀硅片，在硅片中心区域形成半球型凹槽，得到半球壳谐振子模型；2)形成半球壳谐振子和电极层在硅片底面光刻，利用ICP工艺刻蚀圆形中心孔，使得中心孔穿透硅片制作支撑柄；在硅片上面光刻、ICP刻蚀，形成电极槽，去除光刻胶和SiO2；在硅片上面热生长二氧化硅，在二氧化硅上LPCVD多晶硅，掺杂，退火，形成半球壳和电极层；3)形成电极在多晶硅上涂光刻胶，利用ICP工艺刻蚀多晶硅，形成电极，电极层刻蚀完以后就可以得到了分离的电极，去除光刻胶；在多晶硅上热生长SiO2作为掩膜层，涂光刻胶曝光、显影，使用HF超临界干燥法刻蚀电容间隙处的SiO2；使用DRIE SF6/XeF2各向同性刻蚀，刻蚀掉电极和半球壳谐振子之间的硅，先去除光刻胶，再去除SiO2；4)形成圆形腔体和电极孔在上层玻璃衬底底面溅射Cr/Au或Ti/Au或TiW/Au层作为掩膜，涂光刻胶、曝光、显影，用湿法刻蚀上层玻璃衬底底面，形成圆形凹槽，该圆形凹槽配合步骤3)刻蚀电极层和硅结构层得到的空间，组合后一起形成圆形腔体，去除光刻胶和掩膜层；在上层玻璃衬底上面溅射Cr/Au或Ti/Au或TiW/Au层作为掩膜，涂光刻胶、曝光、显影、湿法刻蚀，直到刻穿为止，形成电极孔；5)制备焊盘，连接金属引线在上层玻璃衬底正面涂光刻胶、曝光、显影、湿法刻蚀，形成方形焊盘槽和信号引线槽，去除光刻胶和Cr/Au掩膜层；在上层玻璃衬底上涂光刻胶、曝光、显影、溅射金属铬和金，形成小焊盘和金属引线；在下层玻璃衬底上双面溅射Cr/Au或Ti/Au或TiW/Au层作为掩膜，涂光刻胶、曝光、显影、湿法刻蚀下层玻璃衬底正面，形成圆形键合区和引线槽；在下层玻璃衬底底面涂光刻胶、曝光、显影、湿法刻蚀，直到刻穿为止，形成电极引线孔；去除下层玻璃衬底上的光刻胶和Cr/Au掩膜，涂覆光刻胶曝光、显影、双面溅射金属铬和金，形成金属键合区、金属引线和大焊盘；6)组合封装将结构层硅晶圆片与金属引线的下层玻璃衬底进行硅‑玻璃阳极键合；使用HF超临界干燥法刻蚀SiO2，释放结构，以避免粘连；将结构层晶硅圆片与上层玻璃衬底进行硅‑玻璃阳极键合，并进行真空封装。