CN105399047A - 一种多电容梳齿式微加速度计的加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种多电容梳齿式微加速度计的加工方法，包括以下步骤：在结构层表面光刻进行浅槽刻蚀；在结构层表面光刻定义微加速度计结构图形；DRIE刻蚀结构层至绝缘层；HF溶液腐蚀绝缘层；在玻璃片上光刻，利用BHF溶液腐蚀玻璃，采用剥离工艺制作金属电极及引线；将结构层跟玻璃片键合；用KOH溶液减薄硅片衬底层；在衬底层表面光刻、采用剥离工艺制作金属电极；在衬底层表面光刻定义微加速度计结构图形，DRIE刻蚀衬底层至绝缘层；裂片、封装、测试得到所需。本发明的加工方法利用衬底层增加检测电容面积和质量块质量，生产的产品具有尺寸控制好，工艺简单，检测电容大，能够满足高精度测量要求的优点。

Description

一种多电容梳齿式微加速度计的加工方法
技术领域
本发明属于微电子机械系统微加工技术领域，具体涉及一种多电容梳齿式微加速度计的加工方法。
背景技术
近年来，MEMS技术得到快速的发展，特别是微加速度计在惯性测量领域得到了广泛的应用。从目前国际发展情况和应用情况分析, 压阻式和电容式加速度计是微型加速度计发展的主流。一般认为压阻式适用于精度较低的微加速度计研制, 对于高精度的测量一般采用电容式加速度计。对于电容式微加速度计一般有两种结构：“三明治”结构和“梳齿”结构。“三明治”结构，质量块不论是厚度还是面积都可以做得很大，因此检测电容面积大，噪声小，能够满足高精度测量的要求，但一般利用湿法腐蚀的加工方法，湿法腐蚀控制精度较差且需要额外的芯片面积来实现 54.5°斜槽（54.5°是到达 ( 111) 晶面所需要的角度），另外，还需要双面对准光刻和刻蚀，工艺相对比较复杂。“梳齿”式结构的微加速度计一般利用干法刻蚀以获得快的刻蚀速率和垂直的侧壁，尺寸控制精度高，芯片结构面积较小，但由于干法刻蚀刻蚀深宽比的限制，其质量块厚度较小，因此检测电容的面积小，噪声较大，测量精度较低，如果通过增加面积来增大质量块，以及通过增加梳齿长度增大检测电容，一方面减少了整个硅片上器件的个数，另一方面由于硅片的翘曲度减小了器件的对称性，很难满足高精度测量的要求。
因此，“三明治”结构的微加速度计能够满足高精度测量的要求，但需要提高尺寸控制精度、减小工艺复杂度；“梳齿”结构微加速度计加工性好，但需要进一步增加质量块以及检测电容以满足高精度的测量要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种多电容梳齿式微加速度计的加工方法。
本发明的多电容梳齿式微加速度计的加工方法，其特点是，原料为SOI硅片，SOI硅片从上到下依次为结构层、绝缘层和衬底层，加工方法包括以下步骤：
a.在结构层表面进行光刻，对结构层进行浅槽刻蚀，刻蚀深度3μm～4μm；
b.在结构层表面采用光刻定义微加速度计结构图形，之后采用DRIE各向异性刻蚀方法刻蚀微加速度计结构，刻蚀深度至绝缘层；
c.采用HF溶液腐蚀绝缘层，直至与步骤b的微加速度计结构图形接触的绝缘层全部腐蚀干净；
d.在玻璃片上进行光刻，定义出金属电极及引线图形，利用BHF溶液腐蚀玻璃片，然后采用剥离工艺制作金属电极及引线；
e.将结构层与玻璃片键合；
f.用KOH溶液腐蚀SOI 硅片的衬底层，减薄衬底层；
g.在衬底层表面进行光刻，采用剥离工艺制作金属电极；
h.在衬底层表面采用光刻定义微加速度计结构图形，之后采用DRIE各向异性刻蚀方法刻蚀微加速度计结构，刻蚀深度至绝缘层；
i.裂片、封装、测试得到所需。
所述的步骤e中结构层与玻璃片键合区域为结构层的台阶部分。
所述的绝缘层材料为二氧化硅。
所述的步骤d的刻蚀方法为湿法腐蚀或干法刻蚀。
所述的步骤e中键合的区域为衬底层上的台阶部分。
本发明的多电容梳齿式微加速度计的加工方法利用衬底层增加检测电容面积和质量块质量，生产的产品具有尺寸控制好，工艺简单，检测电容大，能够满足高精度测量要求的优点。
附图说明
图1为本发明的多电容梳齿式微加速度计的加工方法所使用的SOI 硅片结构示意图；
图2（a）-（h）为本发明的多电容梳齿式微加速度计的加工方法的加工流程示意图；
图中，1. 结构层 2.绝缘层 3.衬底层 4.玻璃片 5.金属电极Ⅰ 6.金属电极Ⅱ。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明方法。
以下实施例仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。有关技术领域的人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化、替换和变型，因此同等的技术方案也属于本发明的范畴。
原料为SOI硅片，SOI硅片从上到下依次为结构层1、绝缘层2和衬底层3；结构层1厚度为80μm，N型硅，电阻率0.01~0.1Ω/cm，<110>晶向；绝缘层2厚度为1μm，材料为二氧化硅；衬底层3厚度为450μm，N型硅。
增加梳齿式微加速度计检测电容分为4层结构，从上至下依次包括玻璃片4、结构层1、绝缘层2和衬底层3。结构层1和衬底层3所采用的材料为SOI 硅片，绝缘层2的材料是二氧化硅。结构层1厚度60μm，N型硅，电阻率5~8Ω/cm，<110>晶向；绝缘层2厚度2μm；衬底层3厚度300μm，N型硅。
一种多电容梳齿式微加速度计的加工方法，其步骤包括：
a.在结构层1表面进行浅槽刻蚀，过程如图2（a）所示：
a1.在结构层1表面进行光刻，定义出浅槽刻蚀区域；
a2.采用DRIE刻蚀，刻蚀深度为3μm；
b.在结构层1表面进行微加速度计结构刻蚀，过程如图2（b）所示：
b1.在结构层1表面进行光刻，定义出微加速度计结构图形；
b2.采用DRIE刻蚀，刻蚀深度至绝缘层2；
c.采用49%浓度的HF酸腐蚀绝缘层2，过程如图2（c）所示；
d.制备玻璃金属电极，过程如图2（d）所示：
d1.玻璃片4使用Pyrex7740玻璃，采用光刻定义出金属电极及引线图形；
d2.使用BHF溶液腐蚀玻璃片4，腐蚀深度100nm；
d3.用磁控溅射台依次在玻璃片4上溅射钛（Ti）、铂（Pt）、金（Au），厚度分别为400Å、900Å、300Å；
d4.用丙酮浸泡，同时用超声波清洗机去除玻璃片4上的光刻胶，获得金属电极；
e.采用键合机将玻璃片4和SOI硅片结构层1台阶区域键合成玻璃-硅结构，过程如图2（e）所示；
f.用KOH溶液减薄SOI硅片的衬底层3，减薄厚度240μm，过程如图（f）所示；
g.在衬底层3表面进行金属电极的制备，过程如图2（g）所示：
g1.在衬底层3表面光刻，定义出金属电极图形；
g2.用磁控溅射台依次在SOI硅片的衬底层3上溅射钛钨（Tiw）、金（Au），厚度分别为300Å、3000Å；
g3.用丙酮浸泡，同时用超声波清洗机去除衬底层3上的光刻胶，获得金属电极；
h.在SOI硅片的衬底层3表面进行光刻，定义出微加速度计结构图形，采用DRIE各向异性刻蚀，刻蚀深度至绝缘层，释放微结构，过程如图2（h）所示；
i.裂片、封装、测试得到所需。

Claims (5)

1.一种多电容梳齿式微加速度计的加工方法，其特征在于，原料为SOI硅片，SOI硅片从上到下依次为结构层（1）、绝缘层（2）和衬底层（3），加工方法包括以下步骤：
a.在结构层（1）表面进行光刻，对结构层（1）进行浅槽刻蚀，刻蚀深度3μm～4μm；
b.在结构层（1）表面采用光刻定义微加速度计结构图形，之后采用DRIE各向异性刻蚀方法刻蚀微加速度计结构，刻蚀深度至绝缘层（2）；
c.采用HF溶液腐蚀绝缘层（2），直至与步骤b的微加速度计结构图形接触的绝缘层（2）全部腐蚀干净；
d.在玻璃片（4）上进行光刻，定义出金属电极及引线图形，利用BHF溶液腐蚀玻璃片，然后采用剥离工艺制作金属电极及引线；
e.将结构层（1）与玻璃片（4）键合；
f.用KOH溶液腐蚀SOI 硅片的衬底层（3），减薄衬底层（3）；
g.在衬底层（3）表面进行光刻，采用剥离工艺制作金属电极；
h.在衬底层（3）表面采用光刻定义微加速度计结构图形，之后采用DRIE各向异性刻蚀方法刻蚀微加速度计结构，刻蚀深度至绝缘层（2）；
i.裂片、封装、测试得到所需。
2.根据权利1所述的多电容梳齿式微加速度计的加工方法，其特征在于，所述的步骤e中结构层（1）与玻璃片（4）键合区域为结构层（1）的台阶部分。
3.根据权利1所述的梳齿式微加速度计加工方法，其特征在于，所述的绝缘层（2）材料为二氧化硅。
4.根据权利1所述的梳齿式微加速度计加工方法，其特征在于，所述的步骤d的刻蚀方法为湿法腐蚀或干法刻蚀。
5.根据权利1所述的梳齿式微加速度计加工方法，其特征在于，所述的步骤e中键合的区域为衬底层（3）上的台阶部分。
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