CN105417490A - 一种梳齿式微加速度计的加工方法 - Google Patents

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张照云
唐彬
苏伟
彭勃
陈颖慧
高杨
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    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
    • B81C1/00134—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems comprising flexible or deformable structures
    • B81C1/00182—Arrangements of deformable or non-deformable structures, e.g. membrane and cavity for use in a transducer
    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明提供了一种梳齿式微加速度计的加工方法，所述的方法包括以下步骤：在硅片结构层表面进行光刻、采用剥离工艺制作金属电极；在硅片衬底层表面光刻进行浅槽刻蚀，刻蚀深度3μm～4μm；在硅片衬底层表面进行台阶光刻，刻蚀硅片衬底层至绝缘层；刻蚀硅片衬底层暴露出的绝缘层；将硅片衬底层跟玻璃片进行键合；在硅片结构层表面光刻定义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；裂片、封装、测试得到所需。本发明的梳齿式微加速度计的加工方法利用衬底层增加质量块质量，干法刻蚀微加速度计结构，具有结构尺寸控制好、工艺简单、质量块大的优点，能够满足高精度低g值微加速度计的精度要求。

Description

一种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，具体涉及一种梳齿式微加速度计的加工方法。
背景技术
高精度低g值微加速度计在地震监测，石油勘探等方面具有广泛的应用。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，对于高精度的微加速度计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，能够满足高精度的低g值微加速度计的要求，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以实现 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”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，如果通过增加面积来增大质量块，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，很难满足高精度的低g值微加速度计的要求。
因此，“三明治”结构的微加速度计能够满足高精度的低g值微加速度计的要求，但需要提高尺寸控制精度、减小工艺复杂度；“梳齿”结构的微加速度计加工性好，但需要进一步增加质量块的质量以满足高精度的低g值微加速度计的要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种梳齿式微加速度计的加工方法。
本发明的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，采用剥离工艺制作金属电极；
b.在衬底层表面刻蚀台阶深度为3μm～4μm的微加速度计结构区；
c.在微加速度计结构区光刻，采用DRIE刻蚀，深度至绝缘层；
d.刻蚀暴露出的绝缘层，深度至结构层；
e.键合衬底层和玻璃片；
f.在结构层光刻微加速度计结构图形，采用DRIE刻蚀，刻蚀深度至绝缘层，获得微加速度计结构；
g.裂片、封装、测试得到所需。
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。
本发明的梳齿式微加速度计的加工方法利用衬底层增加质量块质量，干法刻蚀微加速度计结构，具有结构尺寸控制好、工艺简单、质量块大的优点，能够满足高精度低g值微加速度计的精度要求。
附图说明
图1为本发明的梳齿式微加速度计的加工方法中所使用的SOI硅片结构示意图；
图2（a）-（f）为本发明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.金属电极 5.玻璃片 6. 微加速度计结构。
具体实施方式
下面结合附图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。
加工步骤如下：
a. 如图2（a）所示，制备金属电极4，步骤如下：
a1.采用光刻设备在SOI硅片的结构层1表面定义出金属电极4的图形；
a2.使用磁控溅射台依次在硅片结构层1上溅射厚度为300 Å钛钨（Tiw）和3000 Å的金（Au）；
a3.丙酮浸泡、超声波清洗机清洗，去除结构层1上的光刻胶，获得电极4。
b.如图2（b）所示，在衬底层3表面刻蚀微加速度计结构区，步骤如下：
b1.在衬底层3表面进行光刻，定义出衬底层3表面的微加速度计结构区的区域；
b2.采用DRIE刻蚀方法，刻蚀台阶深度为3μm～4μm。
c.如图2（c）所示，在微加速度计结构区光刻，采用DRIE刻蚀，深度至绝缘层2。
d.如图2（d）所示，刻蚀暴露出的绝缘层2，采用RIE干法刻蚀或浓度为49%的HF酸湿法腐蚀绝缘层2的二氧化硅，深度至结构层1。
e.如图2（e）所示，采用键合机键合玻璃片5和衬底层3的台阶区域，形成玻璃-硅结构；
f.如图2（f）所示，在结构层1光刻微加速度计结构图形，采用DRIE刻蚀，刻蚀深度至绝缘层2，获得微加速度计结构6。
g.裂片、封装、测试得到所需。
上述实施例中， SOI 硅片的结构层1、绝缘层2、衬底层3的厚度可以根据需要改变，结构层1的电阻率可以根据需要调整；结构层1上溅射的金属厚度可以根据需要调整。

Claims (4)

1.一种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，采用剥离工艺制作金属电极（4）；
b.在衬底层（3）表面刻蚀台阶深度为3μm～4μm的微加速度计结构区；
c.在微加速度计结构区光刻，采用DRIE刻蚀，深度至绝缘层（2）；
d.刻蚀暴露出的绝缘层（2），深度至结构层（1）；
e.键合衬底层（3）和玻璃片（5）；
f.在结构层（1）光刻微加速度计结构图形，采用DRIE刻蚀，刻蚀深度至绝缘层（2），获得微加速度计结构（6）；
g.裂片、封装、测试得到所需。
2.根据权利1所述的梳齿式微加速度计的加工方法，其特征在于，所述的绝缘层（2）材料为二氧化硅。
3.根据权利1所述的梳齿式微加速度计的加工方法，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。
4.根据权利1所述的梳齿式微加速度计的加工方法，其特征在于，所述的步骤e中键合的区域为衬底层（3）上的台阶部分。
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