[發明專利]一種混合式半球諧振微陀螺儀及其加工工藝

有效

• 申請號: 201610008727.3
• 申請日: 2016-01-07
• 公開（公告）號: CN105466405B
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發明（設計）人: 夏敦柱;高海鈺
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01C19/56
• 分類號: G01C19/56;B81B7/00;B81C1/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 張華蒙

1.一種混合式半球諧振微陀螺儀的加工工藝，其特征在于：該混合式半球諧振微陀螺儀包括由上而下依次設置的上層玻璃襯底(4)、電極層(3)、硅結構層(2)和下層玻璃襯底(5)；其中，在上層玻璃襯底(4)、電極層(3)和硅結構層(2)的中心設有圓形腔體(14)，半球殼諧振子(1)設置在圓形腔體(14)中；所述的半球殼諧振子(1)通過支撐柄(8)固定在硅結構層(2)上；所述的電極層(3)包括配合使用的電極(6)和外圍錨點結構(7)，在所述的上層玻璃襯底(4)設有配合電極(6)使用的電極孔和小焊盤(10)，小焊盤(10)均布在上層玻璃襯底(4)的邊緣，小焊盤(10)分別通過金屬引線(13)與上層玻璃襯底(4)中的電極孔相連，其中，電極(6)、小焊盤(10)和上層玻璃襯底(4)上的電極孔均分別為十六個，一一對應設置；在所述的下層玻璃襯底(5)中設有一個用來對半球殼諧振子(1)施加基準電壓的電極孔，在所述的下層玻璃襯底(5)的中心設有圓形鍵合區(11)，該圓形鍵合區(11)通過金屬引線(13)與下層玻璃襯底(5)中的電極孔相連，下層玻璃襯底(5)上的電極孔與大焊盤(12)相連，大焊盤(12)設置在下層玻璃襯底(5)的底面；

其工藝包括以下步驟：

1)制備半球殼諧振子模型

清洗硅晶圓片，并利用CMP將硅晶圓片減薄到指定的厚度，在硅晶圓片表面熱生長SiO₂作為掩膜層，涂覆光刻膠，光刻，使用HF超臨界干燥法刻蝕SiO₂，將圓形開口暴露出來得到硅片；使用SF₆等離子體各向同性刻蝕硅片，在硅片中心區域形成半球型凹槽，得到半球殼諧振子模型；

2)形成半球殼諧振子和電極層

在硅片底面光刻，利用ICP工藝刻蝕圓形中心孔，使得中心孔穿透硅片制作支撐柄；在硅片上面光刻、ICP刻蝕，形成電極槽，去除光刻膠和SiO₂；在硅片上面熱生長二氧化硅，在二氧化硅上LPCVD多晶硅，摻雜，退火，形成半球殼和電極層；

3)形成電極

在多晶硅上涂光刻膠，利用ICP工藝刻蝕多晶硅，形成電極，電極層刻蝕完以后就可以得到了分離的電極，去除光刻膠；在多晶硅上熱生長SiO₂作為掩膜層，涂光刻膠曝光、顯影，使用HF超臨界干燥法刻蝕電容間隙處的SiO₂；使用DRIE SF₆/XeF₂各向同性刻蝕，刻蝕掉電極和半球殼諧振子之間的硅，先去除光刻膠，再去除SiO₂；

4)形成圓形腔體和電極孔

在上層玻璃襯底底面濺射Cr/Au或Ti/Au或TiW/Au層作為掩膜，涂光刻膠、曝光、顯影，用濕法刻蝕上層玻璃襯底底面，形成圓形凹槽，該圓形凹槽配合步驟3)刻蝕電極層和硅結構層得到的空間，組合后一起形成圓形腔體，去除光刻膠和掩膜層；在上層玻璃襯底上面濺射Cr/Au或Ti/Au或TiW/Au層作為掩膜，涂光刻膠、曝光、顯影、濕法刻蝕，直到刻穿為止，形成電極孔；

5)制備焊盤，連接金屬引線

在上層玻璃襯底正面涂光刻膠、曝光、顯影、濕法刻蝕，形成方形焊盤槽和信號引線槽，去除光刻膠和Cr/Au掩膜層；在上層玻璃襯底上涂光刻膠、曝光、顯影、濺射金屬鉻和金，形成小焊盤和金屬引線；

在下層玻璃襯底上雙面濺射Cr/Au或Ti/Au或TiW/Au層作為掩膜，涂光刻膠、曝光、顯影、濕法刻蝕下層玻璃襯底正面，形成圓形鍵合區和引線槽；在下層玻璃襯底底面涂光刻膠、曝光、顯影、濕法刻蝕，直到刻穿為止，形成電極引線孔；去除下層玻璃襯底上的光刻膠和Cr/Au掩膜，涂覆光刻膠曝光、顯影、雙面濺射金屬鉻和金，形成金屬鍵合區、金屬引線和大焊盤；

6)組合封裝

將結構層硅晶圓片與金屬引線的下層玻璃襯底進行硅-玻璃陽極鍵合；使用HF超臨界干燥法刻蝕SiO₂，釋放結構，以避免粘連；將結構層晶硅圓片與上層玻璃襯底進行硅-玻璃陽極鍵合，并進行真空封裝。

2.根據權利要求1所述的一種混合式半球諧振微陀螺儀的加工工藝，其特征在于：所述的半球殼諧振子(1)的底部與支撐柄(8)相連，支撐柄(8)的底部通過硅—玻璃鍵合與下層玻璃襯底(5)中心處的圓形鍵合區(11)相連，支撐柄(8)的側壁與硅結構層(2)底部的中心孔相連。