[發明專利]微型半球諧振陀螺及其制備方法

有效

• 申請號: 201310022146.1
• 申請日: 2013-01-21
• 公開（公告）號: CN103115616A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發明（設計）人: 謝建兵;郝永存;常洪龍;申強;苑偉政
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01C19/00
• 分類號: G01C19/00;G01C25/00
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 呂湘連

技術領域

本發明涉及一種微型半球諧振陀螺及其制備方法，屬于微/納加工制造領域。

背景技術

隨著科學技術的發展和社會的進步，消費電子、汽車產品和制導武器等對微機械陀螺的精度和可靠性等要求進一步提高，推動新結構和新原理的微機械陀螺不斷產生，其中微型半球諧振陀螺具有高精度、高可靠性和長壽命等優點，成為近年開始研究的新型陀螺之一。

參閱圖3，現有的微型半球諧振陀螺，包括位于絕緣層8上的硅體1，所述硅體1上有半球諧振子空腔5；殼狀的半球諧振子9通過內環支撐體14和外環支撐體15懸置于硅體1上，且所述半球諧振子9與硅體1上的半球諧振子空腔5同心；半球諧振子9與內環支撐體14的材料均為導電性良好的多晶硅，外環支撐體15的材料為二氧化硅，且半球諧振子9、內環支撐體14、信號加載電極11與硅體1之間通過絕緣層8、外環支撐體15電絕緣；半球諧振子9電信號通過內環支撐體14與置于絕緣層8下方的信號加載電極11連通；硅體1端面沿半球諧振子空腔5的圓周均布有多個驅動電極12和敏感電極13；所述外環支撐體15為二氧化硅濕法腐蝕形成的支撐結構；所述驅動電極12和敏感電極13為摻雜形成P/N結而得到的電極。

微型半球諧振陀螺制備方法中工藝流程決定著微型半球諧振陀螺器件的加工的難易程度以及器件性能的好壞，因此工藝流程的設計是獲得良好性能的微型半球諧振陀螺的關鍵。

微型半球諧振陀螺制備過程中，半球諧振子及其支撐體的加工以及增大驅動電極和敏感電極的工作面積，是面臨的主要挑戰。美國喬治亞理工學院L.D.Sorenson.等人在其論文″3-D?MICROMACHINED?HEMISPHERICAL?SHELL?RESONATORS?WITH?INTEGRATED?CAPACITIVE?TRANSDUCERS中提出一種微型半球諧振陀螺制備方法：取N型硅片做硅體，然后通過摻雜獲得P/N結，并獲得驅動電極和敏感電極；然后各向異性干法刻蝕形成半球諧振子空腔，進行沉積氮化硅；然后硅體背面進行各向異性濕法刻蝕，并將氮化硅氧化后沉積多晶硅；最后去除二氧化硅得到可動的半球諧振子。這種半球諧振子的支撐面是由外環支撐體的支撐面決定的，而外環支撐面大小是由濕法刻蝕時間、溶液濃度、攪拌速度等決定的，因此加工時支撐面的大小難控制，既可能釋放不充分，使支撐面過大，又可能釋放過度，造成支撐面過小，兩者都嚴重影響器件的工作性能；同時驅動電極和敏感電極的工作面大小與摻雜深度有關，由于摻雜工藝的限制，無法獲得較大的工作面積，也存在驅動力過小和敏感信號檢測困難的缺點。

發明內容

為克服現有加工技術中半球諧振子支撐體的支撐面大小不可控和驅動電極、敏感電極工作面積過小的不足，本發明提出改進支撐體結構和加工方法，并采用沉積導電多晶硅獲得驅動電極和敏感電極制備微型半球諧振陀螺的方法。

本發明提出的微型半球諧振陀螺，包括位于絕緣層8上的硅體1，所述硅體1上有半球諧振子空腔5；殼狀的半球諧振子9通過支撐體10懸置于硅體1上，且所述半球諧振子9與硅體1上的半球諧振子空腔5同心；半球諧振子9與支撐體10材料均為導電性良好的多晶硅，且支撐體10與硅體1之間通過絕緣層8電絕緣；半球諧振子9電信號通過支撐體10與置于絕緣層8下方的信號加載電極11連通；硅體1端面沿半球諧振子空腔5的圓周均布有多個驅動電極12和敏感電極13。其特征在于：所述支撐體10為沉積多晶硅形成的扇形環結構；所述驅動電極12和敏感電極13為在硅體1表面沉積和電極槽2內沉積填充多晶硅，對多晶硅圖形化后形成具有一定深度的電極。

所述微型半球諧振子的制備方法，包括如下步驟：

第一步，參閱圖1（a），對高阻硅片進行清洗、涂膠、光刻、顯影，ICP刻蝕、去膠得到具有深度為20μm-50μm電極槽2的硅體1；

第二步，參閱圖1（b），沉積可導電的多晶硅；然后涂膠、光刻、顯影、刻蝕多晶硅、去膠得到初期電極3；

第三步，參閱圖1（c），在硅體1正面沉積二氧化硅；然后對二氧化硅圖形化，形成二氧化硅掩膜4；以二氧化硅掩膜4作為掩膜，進行各向同性干法刻蝕、去膠，得到半球諧振子空腔5和電極6，所述電極6包括驅動電極12和敏感電極13。

第四步，參閱圖1（d），去除二氧化硅掩膜4，在硅體1背面進行涂膠、光刻、顯影、ICP刻蝕得到支撐體空腔7。

第五步，參閱圖1（e），對硅體1正反兩面沉積二氧化硅，得到厚度為500nm-2000nm的二氧化硅絕緣層8。