CN103913596B - 硅微谐振式加速度计的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种硅微谐振式加速度计的制备方法，包括：在一玻璃基底表面形成多个金属导线；在一硅片的第一表面形成一第一掩膜；在第一表面形成第二掩膜；刻蚀所述硅片的第一表面，形成一凹槽；去除所述第二掩膜并继续刻蚀所述硅片的第一表面以及凹槽；去除所述第一掩膜，将第一表面键合于所述玻璃基底表面；刻蚀所述硅片的第二表面；在所述硅片的第二表面形成一第三掩膜，包括第一长条结构；形成一第四掩膜，所述第四掩膜包括一第二长条结构；刻蚀所述硅片的第二表面，得到第二振梁及并使得第二振梁悬浮于所述玻璃基底表面；继续刻蚀所述硅片的第二表面，得到第一振梁且不同于所述第二振梁距离所述玻璃基底的高度；去除第三掩膜。

Description

硅微谐振式加速度计的制备方法

技术领域

本发明属于微电子机械系统的微惯性测量领域，具体涉及一种基于不等高振梁的测量Z轴加速度的硅微谐振式加速度计的制备方法。

背景技术

随着微机械加工技术的深入发展，微机械惯性传感器在导航领域发挥着越来越重要的作用。目前在中低性能的应用领域正逐步取代石英挠性加速度计等传统惯性仪表。国际上MEMS加速度计已开始在导航和战术武器领域应用。同时部分高精度领域也将被微机电加速度计替代。

目前各研究机构已有的加速度计的制备方法主要集中于平面内X、Y轴的集成设计，而关于Z轴加速度计的设计较少，一般采用静电刚度式硅微谐振式加速度计设计。

然而，现有的Z轴加速度计设计中的加工工艺兼容性差、加工精度低、检测激励方式复杂，限制了Z轴硅微谐振式加速度计的发展。

发明内容

综上所述，确有必要提供一种能够克服上述问题的Z轴硅微谐振式加速度计的制备方法。

一种硅微谐振式加速度计的制备方法，包括：S11，在一玻璃基底表面形成多个金属导线作为引线电极；S12，提供一硅片，所述硅片具有一第一表面及相对的第二表面，在所述硅片的第一表面形成一第一掩膜，所述第一掩模包括两个并排且间隔设置的第一条形结构，两个并排且间隔设置的第二条形结构，所述两个第一条形结构与所述两个第二条形结构沿第一方向延伸，且关于沿第一方向上的一对称轴呈镜像对称设置；S13，在形成有所述第一掩膜的硅片的第一表面形成第二掩膜，所述第二掩模覆盖所述第一掩模及硅片，所述第二掩模具有一通孔，所述通孔沿第一方向延伸，所述通孔位于两个间隔设置的第二条形结构之间，对应于通孔位置处的硅片暴露出来；S14，在第二掩膜的作用下，刻蚀所述硅片的第一表面，对应于凹槽位置处的硅片的表面形成一凹槽；S15，去除所述第二掩膜，并继续刻蚀所述硅片的第一表面以及凹槽，对应于所述第一条形结构及第二条形结构位置处的硅片表面形成多个键合台，并进一步减小凹槽位置处的硅片厚度；S16，去除所述第一掩膜，使所述硅片的第一表面形成一图案化的表面，并将所述图案化的第一表面键合于所述玻璃基底表面；S17，处理所述硅片的第二表面以减小所述硅片的厚度，使凹槽位置处的硅片的厚度等于所述硅微谐振式加速度计中第二振梁的厚度；S18，在所述硅片的第二表面形成一第三掩膜，所述第三掩膜包括两个间隔且对称设置的凹字形结构、与所述两个凹字形结构连接的第二长条结构、以及对称设置与第二长条结构两侧的第二梳齿状结构，所述凹字形结构的凹口相对设置，第二长条结构设置于凹口之间，对应凹字形结构、第一长条结构及第二梳齿状结构位置处的第二表面被所述第三掩膜覆盖；S19，形成一第四掩膜覆盖所述第三掩膜，且所述第四掩膜包括一第一长条结构，所述第一长条结构沿所述第一条形结构及第二条形结构之间的对称轴延伸，且与所述第二长条结构长度相同、平行且间隔设置，所述第四掩膜在第一长条结构两侧具有第一梳齿状结构，对应于第一梳齿状结构位置处的硅片的第二表面被覆盖；S20，在第四掩膜的作用下刻蚀所述硅片的第二表面，以减小未被第四掩膜覆盖的硅片厚度，得到第二振梁及对称分布于第二振梁两侧的第二驱动定梳齿及第二检测定梳齿，并使得第二振梁悬浮于所述玻璃基底表面，通过第二振梁的两端支撑；S21，去除第四掩膜，并在所述第三掩膜的作用下继续刻蚀所述硅片的第二表面，形成所述第一振梁及对称分布于于第一振梁两侧的第一驱动定梳齿及第二驱动定梳齿，且所述第一振梁距离所述玻璃基底的高度不同于所述第二振梁距离所述玻璃基底的高度；S22，去除残余的第三掩膜，形成所述硅微谐振式加速度计。

本发明提供的硅微谐振式加速度计的制备方法，通过采用硅材料加工整体结构，并且利用多层掩膜刻蚀工艺形成精细梳齿以及不等高振梁结构，与现有的SOG工艺兼容，便于实现多轴集成，提高了所述硅微谐振式加速度计的加工精度。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的Z轴硅微谐振式加速度计的三维等轴侧视图。

图2是本发明第一实施例提供的不等高振梁局部三维等轴侧视图。

图3a-3l是本发明第一实施例提供的不等高振梁Z轴硅微谐振式加速度计制备方法的流程图。

主要元件符号说明

玻璃基底 12

质量块 1a、1b

第一振梁 2a

第二振梁 2b

第三振梁 2c

第四振梁 2d

第一驱动定梳齿 3a

第二驱动定梳齿 3b

第一检测定梳齿 4a

第二检测定梳齿 4b

中央支撑锚区 5

第一键合台 5a、5b、5c、5d

第二键合台 6a、6b

第一支撑梁 7a、8a

第二支撑梁 7b、8b

引线电极 9a、9b、9c、9d、10

外围键合区 11

第一掩模 100

第二掩模 110

第三掩模 120

第四掩模 140

第一条形结构 101a、101b

第二条形结构 102a、102b

键合区 103

通孔 112a

凹槽 112b

键合台 131a、131b、131c、131d

凹字形结构 121e、121f、141e、141f

第二长条结构 121

第二梳齿状结构 121c、121d、141c、141d

第一短条结构 121a、121b

第一长条结构 142

第一梳齿状结构 141a、141b

如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

以下将结合附图详细说明本发明提供的硅微谐振式加速度计的制备方法，为方便描述，本发明先对所述硅微谐振式加速度计进行描述。

本发明提供一种Z轴硅谐振式加速度计，所述Z轴硅谐振式加速度计包括一玻璃基底、一硅微机械可动结构及一外围键合区。所述硅机械可动结构及所述外围键合区设置于所述玻璃基底表面。所述硅微机械可动结构设置于外围键合区内，并通过键合台键合在玻璃基底一表面上，以感测垂直于玻璃基底表面Z轴方向的加速度。

所述硅微机械可动结构包括一扭摆质量块结构，至少两根支撑梁以及一与所述扭摆质量块结构不等厚度的至少两根振梁组成。所述扭摆质量块通过支撑梁悬浮设置在玻璃基底上，在受到Z轴方向的加速度影响时产生扭动。所述两根振梁位于Z轴方向的不同高度。优选的，所述扭摆质量块结构为双偏心质量块结构，从而增大灵敏度。所述扭摆质量块结构包括一第一质量块及第二质量块在平面内沿一对称轴呈镜像分布且间隔设置，并且所述第一质量块的偏心方向与所述第二质量块的偏心方向呈镜像分布。所述第一质量块与第二质量块通过设置于两者之间的第一振梁及第二振梁相连。

一相对设置的驱动定梳齿与检测定梳齿分别设置于第一振梁及第二振梁两侧，以将加速度传递给所述驱动定梳齿与检测定梳齿，并转化为电信号输出。当Z轴有加速度输入时，所述扭摆质量块结构绕支撑梁扭转，与扭摆质量块结构相连的振梁受到质量块扭转产生的拉力或者压力而产生固有频率变化，将Z向惯性力转变为振梁轴向力，并通过电信号随谐振频率的变化传递给检测定梳齿进行检测。

所述第一振梁及第二振梁的厚度（垂直于玻璃基底表面的方向，即Z轴方向）小于所述质量块结构厚度不同，并且所述第一振梁及第二振梁位于垂直于玻璃基底表面方向上的不同平面内。

所述第一振梁两侧设置有驱动定梳齿及检测定梳齿，分别用来加载驱动力和检测谐振频率变化；同样，所述第二振梁两侧设置有驱动定梳齿及检测定梳齿，分别用来加载驱动力和检测谐振频率变化。所述驱动定梳齿及检测定梳齿通过键合台键合在玻璃基底上，通过金属导线与输出电极点相连。位于第一谐振梁两侧的驱动定梳齿及检测定梳齿高度与第一谐振梁高度相同。位于第二谐振梁两侧的驱动定梳齿及检测定梳齿高度与第二谐振梁高度相同。

当Z轴加速度输入时，所述第一质量块及第二质量块敏感加速度发生相反方向的偏转，使与第一质量块及第二质量块相连的位于不同高度的第一振梁及第二振梁分别受到拉力和压力。由于第一振梁及第二振梁上的轴向力发生变化，第一振梁及第二振梁的谐振频率变化。受拉的振梁谐振频率增加，受压的振梁谐振频率减小。所述驱动定梳齿及检测定梳齿输出差分频率检测Z轴输入的加速度。

以下将结合附图及具体实施例详细说明本发明提供的硅微谐振式加速度计。

请一并参阅图1至图2，本发明第一实施例提供一种Z轴硅谐振式加速度计，所述硅谐振式加速度计包括硅微机械可动结构、外围键合区（11）设置于玻璃基底（12）表面。所述硅微机械可动结构包括一第一质量块(1a)、一第二质量块(1b)、一第一振梁(2a)、一第二振梁(2b)、第一驱动定梳齿(3a)、第一检测定梳齿（4a）、第二驱动定梳齿（3b)、第二检测定梳齿(4b)、两根第一支撑梁(7a、7b)、两根第二支撑梁（8a、8b)、两个第一键合台(5a、5b)、两个第二键合台（6a、6b)、六个引线电极(9a、9b、9c、10a、10b、10c)。所述外围键合区（11）围绕所述硅微机械可动结构。可以理解，所述外围键合区（11）为一可选结构。所述外围键合区（11）具有一开口，暴露出所述玻璃基底（12）的表面，所述硅微机械可动结构设置于所述开口内的玻璃基底（12）表面。

所述第一质量块（1a）及第二质量块（1b）呈镜像对称分布，且相互间隔设置。所述第一质量块（1a）及第二质量块（1b）的形状均为凹字形，分别具有一凹口及位于凹口两侧的凸棱，所述第一质量块（1a）及第二质量块（1b）的凹口相对设置。所述第一质量块（1a）及第二质量块（1b）本身均为一对称结构，均有沿一第一方向（如X轴方向）的对称轴；所述第一质量块（1a）和第二质量块（1b）关于一第二方向（如Y轴方向）镜像对称设置。所述第一质量块（1a）及第二质量块（1b）在垂直于所述玻璃基底（12）方向（即Z轴）上的厚度可为30微米至100微米。本实施例中，所述第一质量块（1a）及第二质量块（1b）的厚度为30微米。

所述第一质量块（1a）通过对称设置的两个第一支撑梁（7a、8a）支撑，悬浮于所述玻璃基底（12）表面，即所述第一质量块（1a）相对与所述玻璃基底（12）表面间隔设置。所述两个第一支撑梁（7a、8a）对称分布于所述第一质量块（1a）在垂直于第一方向的第二方向上的边缘，并支撑所述第一质量块（1a）。所述第一支撑梁（7a、8a）靠近所述第一质量块（1a）与第二质量块（2a）之间的对称轴设置，从而使所述第一质量块（1a）为右偏心结构。所述第一支撑梁（7a）的一端与所述第一质量块（1a）连接，另一端与设置于所述玻璃基底（12）上的一第一键合台（5a）连接；所述第一支撑梁（8a）的一端与所述第一质量块（1a）相连，另一端与设置于所述玻璃基底（12）上的第一键合台（6a）连接。所述第一键合台（5a）及第一键合台（6a）均设置于所述玻璃基底（12）的边缘位置，且对称分布于所述第一质量块（1a）在X方向上的对称轴两侧。

同样的，所述第二质量块（1b）通过对称设置的第二支撑梁（7b、8b）支撑，悬浮于所述玻璃基底（12）表面。所述两根第二支撑梁（7b、8b）对称分布于所述第二质量块（1b）在第一方向上的边缘，并支撑所述第二质量块（1b）。所述两根第二支撑梁（7b、8b）靠近所述第一质量块（1a）及第二质量块（1b）之间的对称轴设置，从而使得所述第二质量块（1b）为一左偏心结构。所述第二支撑梁（7b）一端与第二质量块（1b）连接，另一端与第二键合台（5b）连接；所述第二支撑梁（8b）一端与第二质量块（1b）连接，另一端与第二键合台（6b）连接。进一步，所述第一支撑梁（7a、8a）与第二支撑梁（7b、8b）相对于所述第一质量块（1a）与第二质量块（2a）之间的对称轴呈镜像对称设置。

所述第一振梁（2a）及第二振梁（2b）沿X方向延伸，并且连接所述第一质量块(1a)和第二质量块(1b)，所述第一振梁（2a）及第二振梁（2b）关于第一质量块（1a）及第二质量块（1b）在X方向的对称轴对称设置。具体的，所述第一振梁（2a）及第二振梁（2b）平行且间隔设置于所述第一质量块（1a）及第二质量块（1b）的凹口中，所述第一振梁（2a）与第二振梁（2b）的两端分别连接所述第一质量块（1a）及第二质量块（1b）。所述第一振梁（2a）及第二振梁（2b）的长度可为500微米至2000微米，本实施例中，所述长度均为1000微米。所述第一振梁（2a）及第二振梁（2b）在Z轴方向（垂直于X、Y的方向）的厚度相同，但小于所述第一质量块（1a）及第二质量块（1b）的厚度，可均为20微米。所述第一振梁（2a）及第二振梁（2b）可悬浮于所述玻璃基底（12）的表面，并与所述玻璃基底（12）的表面间隔设置。

进一步，所述第一振梁（2a）与第二振梁（2b）位于Z轴方向上的不同高度。本实施例中，所述第一振梁（2a）靠近所述玻璃基底（12）设置，并与所述第一质量块（1a）及第二质量块（1b）连接；所述第一振梁（2a）靠近所述玻璃基底（12）的表面与所述第一质量块（1a）靠近所述玻璃基底（12）的表面共面。相对的，所述第二振梁（2b）相对远离所述玻璃基底（12）设置，所述第二振梁（2b）远离所述玻璃基底（12）的表面与所述第一质量块（1a）远离所述玻璃基底（12）的表面共面。

所述第一驱动定梳齿（3a）及第一检测定梳齿（4a）以梳齿相对的方式相对设置于所述第一振梁（2a）沿Y方向的两侧，分别用于加载驱动力和检测谐振频率的变化，实现静电激励及电容检测。所述第一驱动定梳齿（3a）及第一检测定梳齿（4a）可通过金属线连接至设置于玻璃基底（12）上的引线电极（9a、9c）。

类似的，所述第二驱动定梳齿（3b）及第二检测定梳齿（4b）以梳齿相对的方式相对设置于所述第二振梁（2b）两侧，分别用于加载驱动力和检测谐振频率的变化，实现静电激励及电容检测。所述第二驱动定梳齿（3b）及第二检测定梳齿（4b）可通过金属线连接至设置于玻璃基底（12）上的电极点（10a、10c）。进一步，所述第一驱动定梳齿（3a）、第一检测定梳齿（4a）、第二驱动定梳齿（3b）及第二检测定梳齿（4b）均沿所述第一质量块（1a）及第二质量块（1b）之间的对称轴分布。

请一并参阅图3a-3l，本发明提供的Z轴硅谐振式加速度计的制备方法包括如下步骤：

步骤S11，在一玻璃基底（12）表面形成多个金属导线作为引线电极；

步骤S12，提供一硅片（13），所述硅片（13）具有一第一表面及相对的第二表面，在所述硅片（13）的第一表面形成一第一掩膜（110）；

步骤S13，在形成有所述第一掩膜（110）的硅片的第一表面形成第二掩膜（120）；

步骤S14，在第二掩膜（120）的作用下，刻蚀所述硅片（13）的第一表面，形成一凹槽（112b）；

步骤S15，去除所述第二掩膜（120），并继续刻蚀所述硅片的第一表面以及凹槽（112b），形成多个键合台（131a、131b、131c、131d）；

步骤S16，去除所述第一掩膜（110），使所述硅片（13）的第一表面形成一图案化的表面，并将所述图案化的第一表面键合于所述玻璃基底（12）表面；

步骤S17，处理所述硅片（13）的第二表面以减小所述硅片（13）的厚度；

步骤S18，在所述硅片（13）的第二表面形成一第三掩膜（120）；

步骤S19，在覆盖有所述第三掩膜（120）的表面形成一第四掩膜（140）；

步骤S20，在第四掩膜（140）的作用下刻蚀所述硅片的第二表面；

步骤S21，去除第四掩膜（140），并在所述第三掩膜（120）的作用下继续刻蚀所述硅片（13）的第二表面；

步骤S22，去除残余的第三掩膜，形成所述Z轴硅微谐振式加速度计。

在步骤S11中，请一并参阅图3a，所述玻璃基底可为Pyrex7740#玻璃。所述金属导线可通过溅射的方式形成在所述玻璃基底的表面。所述金属导线的位置可根据实际需要进行选择，作为所述Z轴硅微谐振式加速度计的引线电极（9a、9b、9c、10a、10b、10c）。

在步骤S12中，请一并参阅图3b，所述第一掩膜（100）的材料可为二氧化硅。所述第一掩膜（100）可通过高温氧化所述硅片（13）第一表面的方式形成，所述二氧化硅也可通过化学沉淀等方式形成在所述硅片的第一表面。所述二氧化硅掩膜可包括多个条形结构部分掩盖所述第一表面，并暴露出所述第一表面的其他部分表面。本实施例中，所述二氧化硅掩膜包括包括间隔设置的两个第一条形结构（101a、101b）、两个第二条形结构（102a、102b），对应第一条形结构（101a、101b）及第二条形结构（102a、102b）位置处的第一表面被所述二氧化硅掩膜覆盖，从而避免被刻蚀。

所述第一条形结构（101a、101b）及第二条形结构（102a、102b）均沿一第一方向（如X方向）延伸，所述两个第一条形结构（101a、101b）和所述两个第二条形结构（102a、102b）沿一第一对称轴Y0排列成一排且相互间隔设置，该第一对称轴Y0沿一第二方向（如Y方向）延伸。每个所述第一条形结构（101a、101b）和第二条形结构（102a、102b）相对于该第一对称轴Y0为轴对称结构。所述两个第一条形结构（101a、101b）与所述两个第二条形结构（102a、102b）呈镜像对称分布于X方向上的一第二对称轴X0两侧。所述第一方向与所述第二方向相互垂直。

进一步，所述第一掩膜（100）还包括一键合区（103），所述键合区（103）设置于所述硅片（13）的边缘，所述键合区（103）围绕所述第一条形结构（101a、101b）及第二条形结构（102a、102b）且与所述第一条形结构（101a、101b）及第二条形结构（102a、102b）间隔设置。所述键合区（103）用以形成外围键合区（11）。

在步骤S13中，请一并参阅图3c，所述第二掩膜（110）覆盖所述第一掩膜（100）及所述第一表面，进一步，所述第二掩膜（110）具有一通孔（112a），所述通孔（112a）设置于所述第一掩膜（100）的条形结构之间，所述硅片（13）的第一表面的部分表面通过所述通孔暴露出来，所述通孔（112a）的形状可为长方形或其他形状，可根据实际需要进行选择。所述第二掩膜（110）的材料可根据第一掩膜（100）及硅片的材料进行选择。本实施例中，所述第二掩膜（110）为光刻胶。所述通孔（112a）相对于第一对称轴Y0为轴对称结构

本实施例中，所述第二掩模（110）覆盖所述第一掩模（100）及所述硅片（13），而对应通孔（112a）位置处的硅片（13）的表面暴露出来。所述通孔（112a）为方形，设置于两个间隔设置的第二条形结构（102a、102b）之间，使得第二条形结构（102a、102b）之间的硅片的表面暴露出来。所述通孔（112a）与所述第二条形结构（102a、102b）的延伸方向相同。所述通孔（102a）在延伸方向上的长度大于所述第二条形结构（102a、102b）的长度。所述通孔（112a）的宽度可根据需要进行选择，但小于所述两个间隔设置的第二条形结构（102a、102b）之间的间隔距离。

在步骤S14中，请一并参阅图3d，由于受到第二掩膜（110）的保护，所述通孔（112a）位置处的第一表面被刻蚀，形成一凹槽112b。而其他位置处的第一表面以及第一掩膜（100）基本不会受到影响。所述凹槽（112b）的深度可根据所述Z轴硅微谐振式加速度计中所需第二振梁、第二驱动定梳齿及第二检测定梳齿的高度进行选择。本实施例中，所述刻蚀的深度为10微米，即所述凹槽（112b）的底面与所述第一表面未被刻蚀的其他位置的高度差为10微米。

在步骤S15中，请一并参阅图3e，所述第二掩膜（110）去除之后，暴露出所述第一掩膜（100）。在刻蚀过程中，对应第一条形结构（101a、101b）及第二条形结构（102a、102b）位置处的硅片（13）的第一表面不会被刻蚀气体刻蚀，而其他位置处的第一表面均被刻蚀，形成多个键合台（131a、131b、131c、131d）。所述键合台（131a、131b、131c、131d）与所述第一条形结构（101a、101b）及第二条形结构（102a、102b）的位置一一对应。所述键合台（131a、131b、131c、131d）的高度可根据实际需要进行选择，本实施例中，所述键合台的高度为20微米。同时，凹槽（112b）也会被所述刻蚀气体继续刻蚀，使得凹槽（112b）的深度继续加深，但与其他被刻蚀的第一表面的高度差保持不变。最终凹槽（112b）的深度等于所需的第二振梁2b距离所述玻璃基底表面的高度。本实施例中，所述凹槽（112b）的底面与第一表面其他被刻蚀的部分的高度差保持在10微米。

在步骤S16中，请一并参阅图3f，所述第一掩膜（100）可通过化学方法去除，并且在去除的过程中，基本不会影响所述硅片（13）的表面结构，从而使得所述第一表面形成一图案化的表面。所述第一表面可通过高温高压键合的方式贴附在所述玻璃基底（12）的表面。进一步，所述键合台（131a、131b、131c、131d）设置于玻璃基基底（12）上的引线电极（9a、9b、9c、10a、10b、10c）电连接。另外，在键合之前，可对所述图案化的表面进行硼掺杂，然后再与所述玻璃基底（12）进行键合，提高硅片的导电率。

在步骤S17中，请一并参阅图3g，对所述硅片（13）的第二表面进行磨抛或化学腐蚀，从而减小硅片（13）的整体厚度。硅片（13）减薄方法根据工艺设置采取不同方法，本实施例中采用化学腐蚀法进行硅片（13）减薄。所述硅片（13）厚度减小后，使得对应所述凹槽（112b）位置处的硅片（13）的厚度等于第二振梁2b的厚度。本实施例中，经过减薄之后，所述硅片（13）整体的厚度减薄至50微米，所述凹槽（112b）位置处的硅片（13）的厚度为20微米。

在步骤S18中，请一并参阅图3h，所述第三掩膜（120）的材料可为二氧化硅，所述第三掩膜（120）可通过等离子化学气相淀积（PECVD）的方法形成在所述硅片（13）的第二表面。所述第三掩膜（120）包括两个间隔且相对于所述第一对称轴Y0对称设置的凹字形结构（121e、121f），且凹口相对设置。对应凹字形结构（121e、121f）位置处的第二表面被所述第三掩膜（120）覆盖。进一步，所述第三掩膜（120）包括一连接所述两个凹字形结构（121e、121f）的第二长条结构（121），所述第二长条结构（121）位于所述相对设置的凹口之间。并且所述第二长条结构（121）沿X方向延伸。

所述第三掩膜（120）在所述第二长条结构（121）两侧对称设置有第二梳齿状结构（121c、121d），所述第二梳齿状结构（121c、121d）的位置与所述第二条形结构（102a、102b）在Z方向（垂直于X、Y方向）上一一对应设置，分别用以形成所述第二振梁2b、第二驱动定梳齿（4a）及第二检测定梳齿（4b）。该位置处的硅片（13）的表面在后续刻蚀过程中，不会被刻蚀气体所刻蚀。

进一步，所述第三掩膜（120）还包括与所述两条第二短条结构平行且间隔的两条第一短条结构（121a、121b），所述两条第一短条结构（121a、121b）对应于所述第一条形结构（101a、101b）设置，从而保护该位置处的硅片（13）在后续刻蚀过程中不会被刻蚀。可以理解，所述第三掩膜（120）的具体形状、覆盖位置，可以根据所述设计完成的Z轴硅微谐振式加速度计的第二振梁2b、第二驱动定梳齿（4a）及第二检测定梳齿（4b）的位置进行选择。另外，所述第三掩模（120）还包括一外框，所述外框设置于所述硅片（13）的边缘，围绕所述第二长条结构（121）、第二梳齿状结构（121c、121d）、第一短条结构（121a、121b）、凹字形结构（121e、121f）设置，用以形成外围键合区（11）。

在步骤S19中，请一并参阅3i，所述第四掩膜（140）覆盖所述第三掩膜（120），且与所述第三掩膜（120）基本重叠设置。进一步，所述第四掩膜（140）包括一第一长条结构（142）及对称分布于第一长条结构（142）两侧的第一梳齿状结构（141a）及第二梳齿状结构（141b）。具体的，所述第一长条结构（142）位于所述相对设置的凹口之间，且与所述第二长条结构（121）长度相同、平行且间隔设置，所述第一梳齿状结构（141a）及第二梳齿状结构（141b）以第一长条结构（142）为对称轴对称分布。所述第一长条结构（142）覆盖所述硅片（13）的部分表面。所述第一长条结构（142）沿所述第三掩膜（120）中的两条第一短条结构（121a、121b）之间的对称轴延伸。所述第一长条结构（142）用以保护该位置处的硅片（13）以形成所述第一振梁（2a）。所述第四掩膜（140）的材料可以根据第三掩膜（120）及所述硅片（13）进行选择，以保证覆盖位置处的所述第三掩膜（120）及硅片（13）不被刻蚀。本实施例中，所述第四掩膜（140）为光刻胶。

在步骤S20中，请一并参阅图3j，在刻蚀气体的作用之下，未被所述第四掩膜（140）覆盖的硅片（13）被刻蚀而进一步减薄。所述刻蚀的深度可根据所需的第一振梁（2a）的厚度进行选择，使得暴露位置处减薄后的硅片（13）的厚度在减薄后等于所需第一振梁（2a）的厚度。刻蚀之后，使得凹槽（112b）中所述第二长条结构（121）位置处的硅片（13）悬浮，仅两端与硅片（13）的其他部分相连，形成第二振梁（2b），与所述玻璃基底（12）间隔设置，且仅通过第二振梁（2b）的两端支撑。本实施例中，所述刻蚀的深度为25微米，未被第四掩膜（140）覆盖位置处的硅片（13）的厚度为5微米。

在步骤S21中，请一并参阅图3k，去除所述第四掩膜（140）之后，继续在第三掩膜（120）的保护之下刻蚀所述硅片（13），除所述第三掩模（120）覆盖位置处之外的硅片（13）均被刻蚀而去除，从而释放结构并形成所述第一振梁（2a）以及第一驱动定梳齿（3a）、第一检测定梳齿（3b），所述第一振梁2a的厚度为20微米。

在步骤S22中，请一并参阅图3l，去掉所述第三掩膜（120）后，得到所述Z轴硅微谐振式加速度计，使得所述第一振梁2a距离所述玻璃基底的高度不同于所述第二振梁2b距离所述玻璃基底的高度。

本发明提供的硅微谐振式加速度计的制备方法，通过采用硅材料加工整体结构，并且利用多层掩膜刻蚀工艺形成精细梳齿以及不等高振梁结构，兼容平面内硅微谐振式加速度计的加工工艺，并且与现有的SOG工艺兼容，便于实现多轴集成，提高了所述硅微谐振式加速度计的制备精度，从而提高了所述硅微谐振式加速度计的灵敏度。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内作其它变化，当然这些依据本发明精神所作的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (10)

1.一种硅微谐振式加速度计的制备方法，包括：

S11，在一玻璃基底表面形成多个金属导线作为引线电极；

S12，提供一硅片，所述硅片具有一第一表面及相对的第二表面，在所述硅片的第一表面形成一第一掩膜，所述第一掩模包括两个并排且间隔设置的第一条形结构，两个并排且间隔设置的第二条形结构，所述两个第一条形结构与所述两个第二条形结构沿第一方向延伸，且关于沿第一方向上的一对称轴呈镜像对称设置；

S13，在形成有所述第一掩膜的硅片的第一表面形成第二掩膜，所述第二掩模覆盖所述第一掩模及硅片，所述第二掩模具有一通孔，所述通孔沿第一方向延伸，所述通孔位于两个间隔设置的第二条形结构之间，对应于通孔位置处的硅片暴露出来；

S14，在第二掩膜的作用下，刻蚀所述硅片的第一表面，对应于凹槽位置处的硅片的表面形成一凹槽；

S15，去除所述第二掩膜，并继续刻蚀所述硅片的第一表面以及凹槽，对应于所述第一条形结构及第二条形结构位置处的硅片表面形成多个键合台，并进一步减小凹槽位置处的硅片厚度；

S16，去除所述第一掩膜，使所述硅片的第一表面形成一图案化的表面，并将所述图案化的第一表面键合于所述玻璃基底表面，使得所述多个键合台与所述引线电极电连接；

S17，处理所述硅片的第二表面以减小所述硅片的厚度，使凹槽位置处的硅片的厚度等于所述硅微谐振式加速度计中第二振梁的厚度；

S18，在所述硅片的第二表面形成一第三掩膜，所述第三掩膜包括两个间隔且对称设置的凹字形结构、与所述两个凹字形结构连接的第二长条结构、以及对称设置于第二长条结构两侧的第二梳齿状结构，所述凹字形结构的凹口相对设置，第二长条结构设置于凹口之间，对应凹字形结构、第二长条结构及第二梳齿状结构位置处的第二表面被所述第三掩膜覆盖；

S19，形成一第四掩膜覆盖所述第三掩膜，且所述第四掩膜包括一第一长条结构，所述第一长条结构沿所述第一条形结构及第二条形结构之间的对称轴延伸，且与所述第二长条结构长度相同、平行且间隔设置，所述第四掩 膜在第一长条结构两侧具有第一梳齿状结构，对应于第一梳齿状结构位置处的硅片的第二表面被覆盖；

S20，在第四掩膜的作用下刻蚀所述硅片的第二表面，以减小未被第四掩膜覆盖的硅片厚度，得到第二振梁及对称分布于第二振梁两侧的第二驱动定梳齿及第二检测定梳齿，并使得第二振梁悬浮于所述玻璃基底表面，通过第二振梁的两端支撑；

S21，去除第四掩膜，并在所述第三掩膜的作用下继续刻蚀所述硅片的第二表面，形成第一振梁及对称分布于第一振梁两侧的第一驱动定梳齿及第二驱动定梳齿，且所述第一振梁距离所述玻璃基底的高度不同于所述第二振梁距离所述玻璃基底的高度；

S22，去除残余的第三掩膜，形成所述硅微谐振式加速度计。

2.如权利要求1所述的硅微谐振式加速度计的制备方法，其特征在于，所述第一掩膜通过高温氧化所述硅片第一表面的方式形成。

3.如权利要求1所述的硅微谐振式加速度计的制备方法，其特征在于，在步骤S15中，所述凹槽的深度刻蚀到所需的第二振梁距离所述玻璃基底表面的高度。

4.如权利要求3所述的硅微谐振式加速度计的制备方法，其特征在于，所述凹槽的底面与第一表面其他被刻蚀的部分的高度差为10微米。

5.如权利要求1所述的硅微谐振式加速度计的制备方法，其特征在于，所述硅片的第一表面通过高温高压键合的方式贴附在所述玻璃基底的表面。

6.如权利要求5所述的硅微谐振式加速度计的制备方法，其特征在于，在高温高压键合之前，进一步包括一对所述图案化的表面进行硼掺杂的步骤。

7.如权利要求1所述的硅微谐振式加速度计的制备方法，其特征在于，所述第三掩膜的材料为二氧化硅，通过等离子化学气相淀积的方式形成在所述第二表面。

8.如权利要求7所述的硅微谐振式加速度计的制备方法，其特征在于，所述第四掩膜的材料为光刻胶且覆盖所述第三掩膜。

9.如权利要求1所述的硅微谐振式加速度计的制备方法，其特征在于，在步骤S21中，所述第一振梁在垂直于玻璃基底方向上的厚度等于第二振梁的厚度。

10.一种硅微谐振式加速度计的制备方法，包括：

在一玻璃基底表面形成多个金属导线作为引线电极；

提供一硅片，所述硅片具有一第一表面及相对的第二表面，在所述硅片的第一表面形成一第一掩膜，所述第一掩模包括间隔设置的两个第一条形结构、两个第二条形结构，对应两个第一条形结构及两个第二条形结构位置处的第一表面被所述第一掩膜覆盖；

在形成有所述第一掩膜的硅片的第一表面形成第二掩膜，所述第二掩模覆盖所述第一掩模及硅片，所述第二掩模具有一通孔，所述通孔沿第一方向延伸，对应于通孔位置处的硅片暴露出来；

在第二掩膜的作用下，刻蚀所述硅片的第一表面，对应于凹槽位置处的硅片的表面形成一凹槽；

去除所述第二掩膜，并继续刻蚀所述硅片的第一表面以及凹槽；

去除所述第一掩膜，使所述硅片的第一表面形成一图案化的表面，并将所述图案化的第一表面键合于所述玻璃基底表面；

在所述硅片的第二表面形成一第三掩膜，所述第三掩膜包括两个间隔且对称设置的凹字形结构、一第二长条结构、以及对称设置于第二长条结构两侧的第二梳齿状结构，所述凹字形结构的凹口相对设置，第二长条结构设置于凹口之间，对应凹字形结构、第二长条结构及第二梳齿状结构位置处的第二表面被所述第三掩膜覆盖；

形成一第四掩膜覆盖所述第三掩膜，且所述第四掩膜包括一第一长条结构，所述第一长条结构沿所述第一条形结构及第二条形结构之间的对称轴延伸，且与所述第二长条结构长度相同、平行且间隔设置；

在第四掩膜的作用下刻蚀所述硅片的第二表面，以减小未被第四掩膜覆盖的硅片厚度，得到第二振梁，所述第二振梁悬浮于所述玻璃基底表面，通过第二振梁的两端支撑；

去除第四掩膜，并在所述第三掩膜的作用下继续刻蚀所述硅片的第二表面，形成第一振梁，且所述第一振梁距离所述玻璃基底的高度不同于所述第二振梁距离所述玻璃基底的高度；

去除残余的第三掩膜，形成所述硅微谐振式加速度计。