[發明專利]一種基于多晶硅生長法的硅微杯形諧振陀螺加工方法

有效

• 申請號: 201810266220.7
• 申請日: 2018-03-28
• 公開（公告）號: CN108502843B
• 公開（公告）日: 2019-07-19
• 發明（設計）人: 曹慧亮;劉俊;石云波;唐軍;李杰;申沖;高晉陽;邵星靈;黃堃;張英杰
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00
• 代理公司: 太原新航路知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14112
• 代理人: 王勇

本發明涉及硅微杯形諧振陀螺的加工方法，具體是一種基于多晶硅生長法的硅微杯形諧振陀螺加工方法。本發明解決了深硅刻蝕法加工出的硅微杯形諧振陀螺深寬比小、表面光滑度低的問題。一種基于多晶硅生長法的硅微杯形諧振陀螺加工方法，該方法是采用如下步驟實現的：步驟a：在圓形硅基片的上表面生長第I氮化硅層；步驟b：在圓形硅基片的上表面刻蝕形成圓形凹腔；步驟c：將第I氮化硅層和第II氮化硅層去除；步驟d：在二氧化硅層的表面生長多晶硅層；步驟e：刻蝕形成第II圓環形窗口；步驟f：再次生長二氧化硅層；步驟g：將圓環形硅凸臺腐蝕掉；步驟h：將二氧化硅層的暴露部分腐蝕掉。本發明適用于硅微杯形諧振陀螺的加工。

技術領域

本發明涉及硅微杯形諧振陀螺的加工方法，具體是一種基于多晶硅生長法的硅微杯形諧振陀螺加工方法。

背景技術

硅微杯形諧振陀螺具有良好的抗高沖擊特性，其廣泛應用于武器制導、航空航天、生物醫學、消費品電子等領域。在現有技術條件下，硅微杯形諧振陀螺普遍采用深硅刻蝕法加工而成。然而，深硅刻蝕法由于自身原理所限，加工出的硅微杯形諧振陀螺普遍存在深寬比小、表面光滑度低的問題，由此導致硅微杯形諧振陀螺的適用范圍受限。基于此，有必要發明一種全新的加工方法，以解決深硅刻蝕法加工出的硅微杯形諧振陀螺深寬比小、表面光滑度低的問題。

發明內容

本發明為了解決深硅刻蝕法加工出的硅微杯形諧振陀螺深寬比小、表面光滑度低的問題，提供了一種基于多晶硅生長法的硅微杯形諧振陀螺加工方法。

本發明是采用如下技術方案實現的：

一種基于多晶硅生長法的硅微杯形諧振陀螺加工方法，該方法是采用如下步驟實現的：

步驟a：首先，采用LPCVD工藝在圓形硅基片的上表面生長第I氮化硅層，并在第I氮化硅層上刻蝕形成上下貫通的第I圓形窗口和第I圓環形窗口；第I圓形窗口的軸線和第I圓環形窗口的軸線均與圓形硅基片的軸線重合；然后，采用LPCVD工藝在圓形硅基片的下表面生長第II氮化硅層，并在第II氮化硅層上刻蝕形成上下貫通的第II圓形窗口；第II圓形窗口的軸線與圓形硅基片的軸線重合，且第II圓形窗口的直徑小于第I圓形窗口的直徑；

步驟b：首先，通過第I圓形窗口在圓形硅基片的上表面刻蝕形成圓形凹腔，通過第I圓環形窗口在圓形硅基片的上表面刻蝕形成圓環形凹腔，由此使得圓形凹腔和圓環形凹腔之間形成圓環形硅凸臺；然后，通過第II圓形窗口在圓形硅基片的下表面和圓形凹腔的底面之間刻蝕形成圓形通孔；

步驟c：首先，將第I氮化硅層和第II氮化硅層去除；然后，采用熱氧法在圓形硅基片的上表面和下表面、圓形凹腔的底面和側面、圓環形凹腔的底面和側面、圓環形硅凸臺的頂面、圓形通孔的側面生長二氧化硅層；

步驟d：采用LPCVD工藝在二氧化硅層的表面生長多晶硅層，并保證多晶硅層將圓環形凹腔填滿；

步驟e：采用光刻工藝和刻蝕工藝在多晶硅層上刻蝕形成上下貫通的第II圓環形窗口，并保證位于圓環形硅凸臺的頂面的二氧化硅層通過第II圓環形窗口暴露出來；

步驟f：首先，采用熱氧法在二氧化硅層的暴露部分的表面和多晶硅層的表面再次生長二氧化硅層，并保證二氧化硅層將第II圓環形窗口填滿；然后，在二氧化硅層上刻蝕形成上下貫通的第III圓環形窗口，并保證圓環形硅凸臺的頂面通過第III圓環形窗口暴露出來；

步驟g：通過第III圓環形窗口將圓環形硅凸臺腐蝕掉；

步驟h：將二氧化硅層的暴露部分腐蝕掉，由此制得硅微杯形諧振陀螺。

與深硅刻蝕法相比，本發明所述的一種基于多晶硅生長法的硅微杯形諧振陀螺加工方法基于全新的加工原理，實現了硅微杯形諧振陀螺的加工，其加工出的硅微杯形諧振陀螺深寬比更大、表面光滑度更高，由此使得硅微杯形諧振陀螺的適用范圍更廣。