[發明專利]一種具有高深寬比梳齒間隙硅微慣性器件的制備方法

有效

• 申請號: 201310085087.2
• 申請日: 2013-03-18
• 公開（公告）號: CN103145093A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 孫道恒;杜曉輝;占瞻;何杰;周如海;蔡建法;王凌云
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所 35200
• 代理人: 劉勇

技術領域

本發明涉及微慣性器件，尤其是涉及一種具有高深寬比梳齒間隙硅微慣性器件的制備方法。

背景技術

在微米/納米技術這一引人注目的前沿技術背景下，慣性技術領域也經歷著深刻的變化，以集成電路工藝和微機械加工工藝為基礎制作的各種微器件和微機電系統不斷出現，微型慣性測量組合成為其中典型性、代表性的成果。

在微慣性器件中，以梳狀結構最為典型，如懸浮結構的梳狀制動器，利用靜電力驅動使得懸浮結構產生位移，以作為其他微結構的動力源。另一例，如加速度計，因外力使得懸浮的質量塊結構產生位移而改變電極板間原有的電荷量，進而測得加速度計所處系統的加速度。這些組件的特征之一都是利用梳狀微機電器件。微執行器和者微傳感器要求較低的驅動電壓或者較大的檢測信號，而減小兩電極間距是在保證高輸出力或者較大的電荷變化的同時降低驅動電壓最有效地方法，因此，高深寬比梳齒間隙的獲得對微慣性器件的發展起著至關重要的作用。

目前公知的工藝技術中已經公開了較多制備具有高深寬比梳齒間隙微慣性器件的方法。如：通過生長材料的方法。該方法是在梳狀結構加工完成之后，將器件置于一定的環境之中，在梳齒上生長一種導電材料，減小溝道間距，從而達到獲得高深寬比的方法。還有一種是通過濺射導電材料的方法，在梳齒上濺射導電材料，降低溝道間距，獲得高深寬比間隙。這兩種得到高深寬比間隙的方法比較簡單，但是生長和濺射的均勻性很難保證，這會導致梳齒間距的均勻性降低，從而影響梳齒間的電容變化的均勻性，最終影響器件的電學特性。還有一種方法是通過重復生長刻蝕的方法（參見中國專利200510052957.1），這種方法雖然可以獲得很高的深寬比，但是工藝步驟繁雜，加工成本很高，而且多次離子刻蝕會使梳齒工作面傾斜，同樣影響電學特性。

發明內容

本發明的主要目的是克服生長材料、濺射材料和重復刻蝕等方法制備具有高深寬比梳齒間隙的硅微慣性器件所存在的復雜、昂貴、電學特性難保證等缺點，提供簡單、可保證電學特性且成本低的一種具有高深寬比梳齒間隙硅微慣性器件的制備方法。

本發明包括以下步驟：

1）加工梳狀結構的硅微慣性器件半成品主體結構

利用硅加工工藝在SOI片上加工梳狀結構的硅微慣性器件半成品主體結構；硅微慣性器件主體結構包括底座、懸浮梁、彈性懸浮梁連接梁、活動梁、彈性活動梁連接梁、卡勾和吸引電極；懸浮梁端部設有彈性懸浮梁連接梁，活動梁端部設有彈性活動梁連接梁，所述彈性懸浮梁連接梁、彈性活動梁連接梁、卡勾和吸引電極均與底座制為一體，懸浮梁和活動梁均設有梳齒，懸浮梁梳齒與活動梁梳齒相互交替相嵌，相鄰的懸浮梁梳齒與活動梁梳齒之間具有梳齒間隙；懸浮梁一端設有卡齒，卡齒面對卡勾，吸引電極位于懸浮梁的卡齒前方；

2）加工與硅微慣性器件半成品主體結構配合的帶凹槽的封裝蓋；

3）制備高深寬比的梳齒間隙

在吸引電極和懸浮梁上施加相反電壓，在靜電吸合的作用下，懸浮梁通過彈性懸浮梁連接梁的變形向吸引電極的方向移動，直至被卡勾卡住，然后去除電壓，懸浮梁被卡勾卡住定位不能彈回，在沿懸浮梁移動方向一側的梳齒間隙被減小，從而形成高深寬比的梳齒間隙；

4）制備硅微慣性器件成品

利用鍵合或粘接工藝，使被卡勾卡住定位的懸浮梁與步驟2）所制備的封裝蓋的邊緣固接，從而使懸浮梁成為固定梁，而活動梁不與封裝蓋固接，活動梁仍可通過彈性活動梁連接梁的變形而實現微慣性動作；至此，則制備出具有高深寬比梳齒間隙硅微慣性器件。

在步驟2）中，所述加工與硅微慣性器件半成品主體結構配合的帶凹槽的封裝蓋，可采用腐蝕或刻蝕的方法在硅片或玻璃片上加工與硅微慣性器件半成品主體結構配合的帶凹槽的封裝蓋。

與現有生長材料、濺射材料和重復刻蝕等方法制備具有高深寬比梳齒間隙的硅微慣性器件比較，本發明具有如下突出優點：

現有方法都是先制備出固定式梁，然后通過方法生長材料、濺射材料和重復刻蝕等方法來達到高深寬比梳齒間隙。而本發明是先將原本的固定梁制備成懸浮梁，然后通過施加反向電壓，在靜電吸合的作用下，使懸浮梁移動定位，自熱形成高深寬比梳齒間隙。本發明簡單易操作，而且加工中所需的刻蝕、鍵合等工藝已非常成熟，不需要高精密的刻蝕儀器或者繁雜的沉積方法就可以獲得高深寬比的梳齒間隙，而且因為不需要重復刻蝕等步驟，梳齒間隙的均勻性可以很好地保證。目前，普通深反應離子刻蝕的機器一般可實現深寬比為1∶20的梳齒間隙，而本發明可實現深寬比超過1∶60的梳齒間隙，由于梳齒間隙的均勻性可保證，因此電學特性易保證。

附圖說明