[發明專利]一種四質量塊硅微機電陀螺結構的加工方法

有效

• 申請號: 201210017609.0
• 申請日: 2012-01-19
• 公開（公告）號: CN103213939A
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發明（設計）人: 鄭辛;劉大俊;楊軍;盛潔;唐瓊;李佳;劉迎春;劉曉智;楊軼博
• 申請（專利權）人: 北京自動化控制設備研究所
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00;G01C25/00
• 代理公司: 核工業專利中心 11007
• 代理人: 高尚梅

1.一種四質量塊硅微機電陀螺結構的加工方法，其特征在于，包括下述步驟：

步驟一：加工下封帽

步驟1.2：下封帽基片加工

對清洗完成的基片進行光刻工藝，形成掩膜圖形，再進行深反應離子刻蝕深硅刻蝕，刻蝕深度SOI基片下封帽器件層30a的厚度，形成下封帽的邊框結構53、下極板質量塊31、下極板連接結構36和下極板中心支撐點37，最后利用5％的NaOH溶液去除光刻膠，

步驟二：下封帽與敏感結構鍵合

步驟2.2：敏感結構上表面結構加工

對清洗好的敏感結構基片進行光刻形成掩膜圖形，最后進行深反應離子刻蝕，對無掩膜覆蓋的硅材料進行刻蝕，形成淺槽結構61，刻蝕深度為動齒與定齒的高度差ΔT2，一般為2～3μm，并用5％的NaOH溶液去除光刻膠掩膜，

步驟2.3：下封帽與敏感結構鍵合

將敏感結構10和下封帽30進行對準，然后在鍵合機進行硅直接鍵合，鍵合完成后在高溫退火爐中進行退火，退火溫度為1000℃，退火時間4小時，鍵合區域為敏感結構邊框結構51和下封帽邊框結構53、中心支撐點17和下極板中心支撐點37、敏感結構連接結構16和下極板連接結構36，

步驟三：加工敏感結構?

步驟3.1：敏感結構支撐層與絕緣層的去除

敏感結構支撐層10c通過機械研磨或濕法腐蝕的方法進行去除，濕法腐蝕可采用KOH溶液進行腐蝕，KOH濃度為40％(質量濃度)，腐蝕溫度為80℃，腐蝕時間約10小時，敏感結構絕緣層10b可采用緩沖HF(HF∶NH₄F＝1∶5，體積比)進行腐蝕去除，去除敏感結構基片的敏感結構支撐層10c和敏感結構絕緣層10b的結構如圖9所示，本領域的技術人員利用本步驟提供的KOH濃度，腐蝕溫度和腐蝕時間可以完成敏感結構支撐層10c的腐蝕過程，同時利用本步驟提供的緩沖HF可以完成敏感結構絕緣層10b腐蝕去除，

步驟3.2：氮化硅掩膜圖形化

首先在上步去除敏感結構支撐層10c和敏感結構絕緣層10b后的表面沉積Si₃N₄掩膜，沉積方式為增強型等離子PECVD，薄膜厚度為400～500nm，然后通過光刻和RIE刻蝕Si₃N₄掩膜圖形101，

步驟3.3：生長二氧化硅

采用熱氧化方法制備SiO₂掩膜，上步去除Si₃N₄掩膜后的Si片表面生長SiO₂，形成掩膜圖形102，SiO₂掩膜厚度為400～500nm，

步驟3.4：敏感結構掩膜圖形化

光刻敏感結構圖形，再對無光刻膠103覆蓋的氮化硅掩膜101和氧化硅掩膜102進行RIE刻蝕，形成動齒掩膜圖形104和定齒掩膜圖形105，

步驟3.5：刻蝕定齒結構

對無掩膜覆蓋的敏感結構器件層10a進行深反應離子刻蝕，形成?敏感結構連接結構16、中心支撐點17和敏感結構邊框結構51，刻蝕深度為敏感結構器件層10a的厚度，為60～80μm，

步驟3.6：刻蝕動齒結構

首先去除光刻膠，再濕法腐蝕Si₃N₄掩膜，Si₃N₄掩膜腐蝕液為80％的磷酸(H₃PO₄)，腐蝕溫度為160℃～180℃，腐蝕時間為30～40min，最后對沒有Si₃N₄掩膜覆蓋的敏感結構器件層10a進行深反應離子刻蝕，形成質量塊結構11，刻蝕深度為動齒與定齒的高度差ΔT2，一般為2～3μm，

步驟四：加工上封帽

步驟4.2：上封帽引線孔加工

將SOI基片上、下表面同時制備掩膜，先制備SiO₂掩膜，再在SiO₂掩膜上制備Si₃N₄掩膜，其中SiO₂掩膜采用熱氧化方式制備，厚度為100nm～150nm，Si₃N₄掩膜采用低壓化學氣相沉積(LPCVD)方式制備，厚度為400～500nm，然后在上封帽支撐層20c上光刻引線孔22圖形，再利用RIE刻蝕掩膜圖形，下一步濕法腐蝕引線孔22，腐蝕液為40％(質量百分比)的KOH溶液，腐蝕溫度為60℃，腐蝕時間為8～10h，腐蝕深度為支撐層20c厚度，最后腐蝕去除掩膜，Si₃N₄掩膜腐蝕液為80％(質量百分比)的磷酸(H₃PO₄)，腐蝕溫度為160℃～180℃，腐蝕時間為30～40min，SiO₂掩膜腐蝕液為緩沖HF(HF∶NH₄F＝1∶5，體積比)，腐蝕溫度為50～60℃，

步驟4.3：上封帽質量塊加工

加工方法與步驟1.2中的下封帽器件層30a的加工方法相同，通?過光刻形成掩膜圖形，最后利用深反應離子刻蝕進行深硅刻蝕形成上封帽器件層20a結構，并去除剩余光刻膠掩膜，

步驟五：敏感結構與上封帽鍵合

鍵合工藝過程與步驟2.3鍵合工藝相同，鍵合區域為敏感結構邊框結構51和上封帽邊框結構52、中心支撐點17和上極板中心支撐點27、敏感結構連接結構16和上封帽連接結構26，

至此加工好的產品可以稱為微機電陀螺100，

步驟六：金屬化

鍵合完成后，將微機電陀螺100與金屬遮擋板50對準并進行有效固定，再采用熱蒸發方式向引線孔22內鍍制金屬薄膜41，使金屬薄膜41與上封帽器件層20a形成良好歐姆結構，其中金屬薄膜41的材料為Al或Ti/Pt/Au，Al薄膜厚度為800～1000nm，Ti/Pt/Au薄膜的厚度分別為20nm/50nm/200nm，鍍膜結束后，將金屬遮擋板50與微機電陀螺100分離，最后，將引線40與金屬薄膜41進行引線鍵合，以實現信號的輸入和輸出。