[發(fā)明專利]一種基于SOI-MEMS的溫控隔振平臺加工方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710857320.2
• 申請日: 2017-09-21
• 公開（公告）號: CN107659283B
• 公開（公告）日: 2019-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉炎
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: H03H3/02
• 分類號: H03H3/02;H03H9/02;H03H9/24
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 張彩錦;曹葆青

本發(fā)明屬于溫控隔振結(jié)構(gòu)制備工藝領(lǐng)域，并具體公開了一種基于SOI?MEMS的溫控隔振平臺加工方法，其包括如下步驟：選取SOI硅片，使其頂硅層進(jìn)行外延生長，形成與頂硅層晶體結(jié)構(gòu)相同的硅外延生長層，在硅外延生長層的表面形成第一絕緣層；在第一絕緣層的表面制備加熱單元、第一焊盤、溫度傳感單元、第二焊盤和互連導(dǎo)線；在第一絕緣層上制備第二絕緣層，然后制備MEMS振蕩器結(jié)合焊盤、第三焊盤和輸出互連導(dǎo)線；刻蝕第二絕緣層和第一絕緣層形成溝槽，并刻蝕基底層以獲得所需的錨定結(jié)構(gòu)，然后刻蝕硅外延生長層使其與溝槽導(dǎo)通，最后刻蝕二氧化硅埋氧層以此制備獲得所需的溫控隔振平臺。本發(fā)明具有制備工藝簡單、可操作性強(qiáng)等優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于溫控隔振結(jié)構(gòu)制備工藝領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于SOI-MEMS的溫控隔振平臺加工方法。

背景技術(shù)

基準(zhǔn)頻率是所有現(xiàn)代電子設(shè)備的核心，并為數(shù)字設(shè)備提供脈沖。目前，石英晶體用于大多數(shù)定時源，以提供穩(wěn)定的信號，確保高性能和可靠性。由于石英晶體加工與半導(dǎo)體加工工藝的不兼容，振蕩器行業(yè)一直無法受益于硅基電子技術(shù)的指數(shù)發(fā)展。由于MEMS諧振器/振蕩器只有約幾百微米，可以以兆赫茲頻率振動，其制造可與半導(dǎo)體器件制造兼容，從而便于實現(xiàn)振蕩器的小型化和與集成電路一體化。因此，基于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的振蕩器正在定時應(yīng)用中逐步替代石英振蕩器。

石英晶體的性能易受溫度變化的影響。為了在高精度基準(zhǔn)頻率應(yīng)用中使用振蕩器，需要某種形式的溫度補(bǔ)償。振蕩器是高空和空間高速飛行器中不可缺少的高穩(wěn)定頻率基準(zhǔn)，無論是石英晶體振蕩器還是MEMS振蕩器，由于其機(jī)械結(jié)構(gòu)的本質(zhì)，都不可避免外界振動和沖擊對其的影響。外界振動和沖擊導(dǎo)致的頻率漂移和相位噪聲將可能嚴(yán)重影響其精度和可靠性，進(jìn)而導(dǎo)致整個系統(tǒng)的失效，甚至產(chǎn)生災(zāi)難性的后果。例如，使用低噪聲晶振的雷達(dá)處于飛機(jī)或?qū)椛蠒r，受隨機(jī)振動的影響其相位噪聲變差。因此，為了提高系統(tǒng)精度和可靠性，必須對振蕩器采取隔振措施，以提高其適應(yīng)各種惡劣環(huán)境條件下工作的能力。傳統(tǒng)的振蕩器隔振是通過特殊設(shè)計的PCB結(jié)構(gòu)或外置的機(jī)械結(jié)構(gòu)，存在尺寸較大、能耗高的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種基于SOI-MEMS的溫控隔振平臺加工方法，其中結(jié)合MEMS振蕩器的應(yīng)用特點，相應(yīng)設(shè)計了適用于MEMS振蕩器的溫控隔振平臺的加工方法，其通過對溫控隔振平臺各層的具體加工工藝的研究和設(shè)計，可制備獲得溫度恒定、可隔離外界振動、能耗低的溫控隔振平臺，該溫控隔振平臺適用于MEMS振蕩器等器件的溫度控制與隔振，具有整體體積小、功耗小、結(jié)構(gòu)簡單、適用性強(qiáng)等優(yōu)點。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種基于SOI-MEMS的溫控隔振平臺加工方法，其包括如下步驟：

(1)選取SOI硅片，該SOI硅片上部的頂硅層用于加工隔振懸臂結(jié)構(gòu)，下部的基底層用于加工錨定結(jié)構(gòu)，中部的二氧化硅埋氧層用于實現(xiàn)頂硅層和基底層的隔離；使所述頂硅層進(jìn)行外延生長，形成與頂硅層晶體結(jié)構(gòu)相同的硅外延生長層，在所述硅外延生長層的表面形成第一絕緣層；

(2)在所述第一絕緣層的表面制備加熱單元、第一焊盤、溫度傳感單元、第二焊盤、所述加熱單元與第一焊盤之間的第一互連導(dǎo)線以及所述溫度傳感單元與第二焊盤之間的第二互連導(dǎo)線；

(3)在已制備加熱單元、第一焊盤、溫度傳感單元、第二焊盤、第一互連導(dǎo)線和第二互連導(dǎo)線的所述第一絕緣層上制備第二絕緣層，然后在該第二絕緣層上制備MEMS振蕩器結(jié)合焊盤、第三焊盤以及所述MEMS振蕩器結(jié)合焊盤與第三焊盤之間的輸出互連導(dǎo)線；

(4)根據(jù)隔振懸臂結(jié)構(gòu)的加工圖案刻蝕第二絕緣層和第一絕緣層以形成溝槽，并根據(jù)錨定結(jié)構(gòu)的加工圖案刻蝕所述基底層以獲得所需的錨定結(jié)構(gòu)，然后刻蝕硅外延生長層使其與所述溝槽導(dǎo)通，最后刻蝕二氧化硅埋氧層，以此制備獲得所需的溫控隔振平臺。

作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述步驟(2)優(yōu)選包括如下子步驟：