CN105540530B - 微玻璃半球谐振陀螺及其圆片级制备方法 - Google Patents

微玻璃半球谐振陀螺及其圆片级制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种微玻璃半球谐振陀螺及其圆片级制备方法，其包括复合结构基底；玻璃半球谐振子；嵌入复合结构基底的硅非平面电极；封装玻璃壳盖；玻璃半球谐振子由半球壳和自对准柱子组成，半球壳的内表面和自对准柱子的表面涂有一层金属导电层，通过另一层金属层与硅引出通道连接引出；硅引出通道和硅非平面电极在复合结构基底背面通过金属引线引出。其制备方法包括通过热发泡工艺圆片级制备微玻璃半球谐振子、热回流工艺圆片制备玻璃式硅非平面电极、组装玻璃半球谐振子和玻璃式硅非平面电极、真空封装。本发明制备的半球谐振子直径尺寸在1‑10mm，同时具有高的电极谐振子对准精度。

Description

微玻璃半球谐振陀螺及其圆片级制备方法
技术领域
本发明涉及微电子机械系统(MEMS)领域的一种哥式振动陀螺制备技术，尤其涉及一种微玻璃半球谐振陀螺及其圆片级制备方法。
背景技术
微电子机械系统(MEMS)技术的发展使许多机械制备的器件微型化，带来了体积的减小、成本的下降及低功耗等优点。自1991年Draper实验室报道第一个微机械硅基音叉振动陀螺以来，哥式振动陀螺得益于MEMS技术的微型化得到了充分的发展，微机械振动陀螺发展迅速，并大量应用于消费类电子。目前消费类电子中的陀螺性能基本处于速率级，应用于军事、商业姿态航向参考系统等方面的微机械振动陀螺性能达到了战术级，但目前并没有微机械振动陀螺达到惯性级性能。在微型化的路程上，壳体陀螺引起了关注。作为能够实现惯性级性能的半球谐振陀螺(HRG),其微型化带来了十分诱人的优势。为将半球谐振陀螺应用于陆基惯性器件组件(ISA)，Northrop Grumman公司在130P HRG的基础上取缔外围激励电极，研制成减小了90％体积的mHRG。但仍需进一步减小体积、功耗和成本。
经对现有传统精密机械加工技术制备半球陀螺仪检索发现，中国专利“具有部分镀金属层的谐振器”(公开号：CN102686977 A)及中国专利“用于角参量检测器的谐振器”(公布号：CN102150012 B)采用非平面电极，利用谐振子轴向运动检测角速度或角度。然而传统机械加工的每轴半球谐振陀螺成本高达5万—10万美元，且受限于熔融石英谐振子的传统精密加工技术及设备，制造直径1cm量级以下的半球谐振陀螺变得十分困难。为进一步减小体积、成本和功耗，从2010年开始美国国防预先研究计划局陆续资助多家单位研制微半球谐振陀螺。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种微玻璃半球谐振陀螺及其圆片级制备方法，批量制备高对称性半球谐振子，同时解决电极对准问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种微玻璃半球谐振陀螺，其特征在于：包括：
复合结构基底；
玻璃半球谐振子；
嵌入复合结构基底的硅非平面电极；
封装玻璃壳盖；
其中，所述玻璃半球谐振子由半球壳和位于半球壳内部中心的自对准柱子组成，半球壳的内表面和自对准柱子的表面涂有一层金属导电层，通过另一层金属层与硅引出通道连接引出；所述复合结构基底嵌入有硅非平面电极，嵌入复合结构基底的硅非平面电极的电极数量是四的倍数，其中包含驱动电极和检测电极；所述硅引出通道和硅非平面电极在复合结构基底背面通过金属引线引出；所述封装玻璃壳盖与复合结构基底通过直接键合的方式真空封装。
所述复合结构基底由玻璃和硅组成，组成方式包括硅-玻璃-硅分离块-玻璃-硅非平面电极-玻璃-硅引出通道、硅-玻璃--硅非平面电极-玻璃-硅引出通道；
所述硅非平面电极为高掺杂硅非平面电极；
所述硅非平面电极和硅引出通道嵌入在玻璃中间，硅非平面电极形状为扇形圆环，所述硅引出通道为硅柱，形状包括硅圆柱、硅长方柱或带扇形柱的硅圆柱。
所述玻璃半球谐振子的直径在1-10mm之间，半球壳的厚度在十微米到五百微米之间；
所述半球壳有缘边，缘边长度在十微米到八百微米之间；半球壳及缘边下面的金属层的总厚度在一个纳米到一百个纳米的范围内；
所述半球壳的圆周处及缘边在复合结构基底的投影小于硅非平面电极。
一种微玻璃半球谐振陀螺及其圆片级制备方法，其步骤如下：
(1)通过热发泡工艺圆片级制备微玻璃半球谐振子，包括以下步骤：
步骤一，通过干法刻蚀高掺杂硅圆片形成硅模具圆片，使硅模具圆片内形成内含硅圆柱的圆柱形空腔，将发泡剂加入圆柱形空腔中；
步骤二，在上述干法刻蚀硅圆片形成硅模具圆片上表面以及所述圆柱形空腔中的硅圆柱上表面键合上玻璃圆片，形成键合圆片；
步骤三，将上述步骤得到的键合圆片置于高温加热炉中均匀加热，加热温度高于玻璃的软化点，发泡剂在高温下分解，产生气体，圆柱形空腔中的气压急剧增加，熔融玻璃在气压差和表面张力的驱动下形成玻璃半球壳，所述硅圆柱处玻璃形成自对准柱子及柱子空心处，然后快速冷却至室温；
步骤四，将上述步骤得到的带有玻璃半球壳和自对准柱子的键合圆片表面均匀涂层有机物；
步骤五，将上述步骤得到的上表面均匀涂有镶嵌料或石蜡层的带有玻璃半球壳和自对准柱子的键合圆片采用研磨和化学机械抛光，去掉键合圆片平面部分，保留玻璃半球壳和自对准柱子；
步骤六，将上述步骤保留的玻璃半球壳和自对准柱子上均匀涂层金属导电层；
(2)热回流工艺圆片制备玻璃式硅非平面电极，包括以下步骤：
步骤七，通过干法刻蚀高参杂硅圆片形成硅圆片，使硅圆片内包含有内含硅柱的圆柱形空腔，硅柱作为硅非平面电极和硅引出通道；
步骤八，在硅模具圆片上表面以及所述圆柱形空腔中的硅柱上表面在真空条件下键合上玻璃片，形成键合圆片；
步骤九，将上述步骤八得到的键合圆片放置在加热炉中加热，加热温度高于玻璃的软化点温度，并保温，直至熔融玻璃填充满所述圆柱形空腔形成，冷却至常温，形成上部全玻璃结构层、中间嵌入硅非平面电极和硅引出通道的复合结构层、底部全硅衬底结构层的三层结构的回流圆片；
步骤十，将所述回流圆片进行研磨和化学机械抛光，去除上部全玻璃结构层和底部全硅衬底结构层，留下中间嵌入硅非平面电极和硅引出通道的复合结构层；
步骤十一，将所述复合结构层下表面布有金属引线，上表面涂层牺牲层，并在硅引出通道上布有金属层；
(3)组装玻璃半球谐振子和玻璃式硅非平面电极，包括以下步骤：
步骤十二，将步骤(2)得到的布有金属引线和上表面涂层牺牲层、并在硅引出通道上布有金属层的复合结构层与步骤(1)得到的均匀涂层金属导电层的玻璃半球壳和自对准柱子键合，形成整体结构；
步骤十三，去掉上述整体结构中的镶嵌料或石蜡、上表面牺牲层，得到微玻璃半球谐振子陀螺；
(4)真空封装，包括以下步骤：
步骤十四，利用热发泡工艺制备封装玻璃壳盖；
步骤十五，将封装玻璃壳盖与步骤(3)得到的微玻璃半球谐振子陀螺中的复合结构基底进行键合以实现真空封装。
进一步的，步骤一中，所述硅圆片的厚度不小于300um；所述干法刻蚀为深反应离子刻蚀，刻蚀深度小于硅圆片厚度100um以上；所述发泡剂为能在高温释放气体的物质；
步骤二中，所述玻璃圆片的厚度不小于步骤一中硅圆片的刻蚀深度，所述玻璃圆片采用与硅热膨胀系数接近的玻璃；所述硅圆片与玻璃圆片键合为阳极键合；
步骤八中，所述玻璃片与步骤二所述玻璃圆片的要求一致。
进一步的，步骤三中，所述玻璃半球壳直径大于1mm；步骤九所述加温条件与步骤三所述加热条件一致。
进一步的，步骤四中，所述键合圆片表面均匀涂层材料为镶嵌料或石蜡，涂层厚度高于步骤三所述玻璃半球壳顶部。
进一步的，步骤六中，均匀涂层金属导电层金属采用Cr、Au或Cr/Au复合层。
进一步的，步骤七中，所述高参杂硅圆片厚度不小于300um；所述干法刻蚀为深反应离子刻蚀，刻蚀深度小于高掺杂硅圆片厚度100um以上。
进一步的，步骤十一中，所述金属引线为Au、Ti、Cr或Cr/Au复合层；所述牺牲层采用光刻胶，厚度为1-15um；所述硅引出通道上布有的金属层采用Ir。
本发明的有益效果是：
本发明采用热发泡法圆片级制备尺寸小于1cm量级的微半球谐振子，同时利用热回流法制备嵌入玻璃式硅非平面电极，用于驱动半球谐振子，构成微半球谐振陀螺。本发明所述方法用于批量制备半球谐振子，降低了体积成本，同时采用非平面电极驱动谐振子解决MEMS工艺中电极对准问题。
与现有技术相比，本发明具有如下优势：
1.采用热发泡工艺制备的微玻璃半球谐振子具有高对称性和超低表面粗糙度(<1nm)；
2.微玻璃半球谐振子尺寸可控制在1cm量级以下，且属于批量制备，利于降低成本；
3.采用硅非平面电极，利用牺牲层组装半球谐振陀螺，可控制电极和半球谐振子间的间隙，并解决电极对准问题；
4.硅非平面电极和半球壳的边沿或缘边的间距由牺牲层的厚度控制，间距范围在1-15um，大大增加了电容，有利于降低功耗；
5.硅非平面电极嵌入在玻璃中，可同时实现垂直引出和真空封装；玻璃与硅具有匹配的膨胀系数，因此，热稳定性和可靠性可显著提高；
6.发泡剂的量可以调节半球谐振子的高度和深宽比，可制备高深宽比(支撑柱的深宽比可达5：1以上)的半球谐振子，可调节半球谐振子的进动因子，使其达到最大值，同时高深宽比有利于降低谐振子的能量损失，从而提高Q值，提高器件性能；
7.半球壳的边沿设有平的缘边，可采用激光对缘边或缘边上的金属进行整修，从而提高结构的对称性，进而降低工作模态的频率分裂值，提高器件的性能；此外，缘边可进行后加工尺寸微调，可对于工作频率进行进一步调节；缘边长度和厚度可调，长度可从十微米到八百微米，对于毫米尺寸的半球谐振子，大大增大电极间相互作用的面积，增大了电容，可降低工作电压，从而降低功耗。
附图说明
图1a-图1f是热发泡工艺圆片级制备微玻璃半球谐振子的流程图；
图2a-图2e是热回流工艺圆片制备玻璃式硅非平面电极的流程图；
图3a-图3b是微玻璃半球谐振子与玻璃式硅非平面电极的组装流程图；
图4是图7a-图7d中的线Ⅱ-Ⅱ上的真空封装前的不带缘边的微玻璃半球谐陀螺的轴向截面图；
图5是图7a-图7d中的线Ⅱ-Ⅱ上的真空封装前的带缘边的微玻璃半球谐陀螺的轴向截面图；其中，图5a是整体轴向截面图，图5b是带缘边的微玻璃半球谐陀螺一种方案的局部轴向截面图，图5c是带缘边的微玻璃半球谐陀螺另一种方案的局部轴向截面图；
图6是图7a-图7d中的线Ⅱ-Ⅱ上的真空封装后的不带缘边的微玻璃半球谐陀螺的轴向截面图；其中，图6a是整体轴向截面图，图6b是不带缘边的微玻璃半球谐陀螺一种方案的局部轴向截面图，表明复合结构基底部分实现真空封装是由硅-玻璃键合形成的，图6c是不带缘边的微玻璃半球谐陀螺另一种方案的局部轴向截面图，表明复合结构基底部分实现真空封装是由玻璃-玻璃键合形成的；
图7a-图7d是图4-图6中的线Ⅰ-Ⅰ上的玻璃式硅非平面电极俯视图；其中，图7a为八个电极的第一种设计方案，图7b为八个电极的第二种设计方案，图7c为十六个电极的一种设计方案，图7d为二十四个电极的一种设计方案；
图8为实际由热发泡制备出的未释放的低深宽比半球谐振子；
图9为实际由热发泡制备出的已释放的高深宽比半球谐振子；
图10为原子力显微镜AFM所测半球壳外表面(5um)2面积的表面粗糙度测试结果；
图11a-图11c为键合圆片经过研磨去除上部全玻璃结构层后的玻璃式硅非平面电极实物图；其中，图11a是八个电极的第一种设计方案的实物图，图11b是八个电极的第二种设计方案的实物图，图11c是十六个电极的一种设计方案的实物图；
图12a-图12b为键合圆片经过研磨去除上部全玻璃结构层和底部全硅衬底结构层后的玻璃式硅非平面电极实物图；其中，图12a是八个电极的第一种设计方案的实物图，图12b是八个电极的第二种设计方案的实物图，图中透明部分为玻璃，其他部分为硅，属于复合结构基底的一种设计方案(如图6b)；
图中，1-硅模具圆片，2-发泡剂，3-圆柱形空腔，4-硅圆柱，5-玻璃圆片，6-半球壳，6p-半球壳缘边，6t-调制金属层，7-自对准柱子，8-自对准柱子空心处，9-有机物，10-导电金属层，11-圆周处导电金属层，12-玻璃面，13-封装玻璃壳盖，E1-硅圆片，E2-硅非平面电极，图7a-图7b中的E2.1-E2.8分别为八个硅非平面电极，图7c中的E2.1-E2.16分别为十六个硅非平面电极，图7d中的E2.1-E2.24分别为二十四个硅非平面电极，E3-硅引出通道，E4-硅分离块，E5-玻璃片，E6-圆柱形空腔,E7-全玻璃结构层,E8-复合结构层，E9-全硅衬底结构层，E10-金属层，E11-牺牲层，E12-第一金属引线，E13-第二金属引线，E6.1为硅非平面电极外围玻璃，E6.2为硅非平面电极间的玻璃，E6.3为硅非平面电极内围玻璃。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做更进一步的解释。下列实施例仅用于说明本发明，但并不用来限定本发明的实施范围。
实施例1
热发泡工艺圆片级制备微玻璃半球谐振子，包括以下步骤：
步骤一，参阅图1a，干法刻蚀硅圆片形成硅模具圆片1，使硅模具圆片1内形成内含硅圆柱4的圆柱形空腔3，将发泡剂2加入圆柱形空腔3中；其中，硅圆片为厚度不小于300um；干法刻蚀为深反应离子刻蚀，刻蚀深度小于高掺杂硅圆片厚度100um以上；发泡剂为能在高温释放气体的物质，可用TiH2，但不仅限于TiH2；
步骤二，参阅图1b，在步骤一的到的硅模具圆片1上表面以及圆柱形空腔3中的硅圆柱上2表面键合上玻璃圆片5，形成键合圆片；其中，玻璃圆片厚度不小于步骤一中硅圆片的刻蚀深度，玻璃圆片5可用与硅热膨胀系数接近的玻璃，如康宁Pyrex 7740玻璃，但不仅限于此玻璃；硅模具圆片1与玻璃原片5键合为阳极键合。
步骤三，参阅图1c，将步骤二得到的键合圆片置于高温加热炉中均匀加热，加热温度高于玻璃的软化点，发泡剂2在高温下分解，产生气体，圆柱形空腔3中的气压急剧增加，熔融玻璃在气压差和表面张力的驱动下形成玻璃半球壳6，所述硅圆柱4处玻璃形成自对准柱子7及柱子空心处8，然后快速冷却至室温；其中，加热温度高于步骤二中玻璃的软化点，如对于康宁7740玻璃加温温度可设置为820-900℃；玻璃半球壳直径大于1mm，一般为1-10mm；
步骤四，参阅图1d，将上述步骤三得到的带有玻璃半球壳6和自对准柱子7的键合圆片表面均匀涂层有机物9；其中，有机物9采用镶嵌料或石蜡，涂层厚度高于步骤三所述玻璃半球壳顶部；
步骤五，参阅图1e，将上述步骤四得到的上表面均匀涂有镶嵌料或石蜡层9的带有玻璃半球壳6和自对准柱子7的键合圆片采用研磨和化学机械抛光，去掉键合圆片平面部分5，保留玻璃半球壳6和自对准柱子7；
步骤六，参阅图1f，将上述步骤五得到的保留的玻璃半球壳6和自对准柱子7上均匀涂层金属导电层10；其中，金属导电层10所用的金属可用Cr、Au或Cr/Au复合层，但不仅限于Cr或Au。
热回流工艺圆片制备玻璃式硅非平面电极，包括以下步骤：
步骤七，参阅图2a，干法刻蚀高参杂硅圆片形成硅圆片E1，使硅圆片E1内包含内含硅柱的圆柱形空腔，硅柱作为硅非平面电极E2和硅引出通道E3；其中，高参杂硅圆片厚度不小于300um；干法刻蚀为深反应离子刻蚀，刻蚀深度小于高掺杂硅圆片厚度100um以上；硅非平面电极为扇形圆环，中心对称；硅引出通道可为硅圆柱，但不仅限于硅圆柱。
步骤八，参阅图2b，在硅圆片E1上表面以及所述圆柱形空腔中的所述硅柱上表面在真空条件下键合上玻璃片E5，形成键合圆片；其中，玻璃片与步骤二的玻璃圆片一致；
步骤九，参阅图2c，将所述键合圆片放置在加热炉中加热，加热温度高于玻璃的软化点温度，并保温，直至熔融玻璃填充满所述圆柱形空腔形成E6，冷却至常温，形成上部全玻璃结构层E7、中间嵌入硅非平面电极E2和硅引出通道E3的复合结构层E8、底部全硅衬底结构层E9的三层结构的回流圆片；其中，本步骤中，加温条件与步骤三的加热条件一致；
步骤十，参阅图2d，将所述回流圆片进行研磨和化学机械抛光，去除上部全玻璃结构层E7和底部全硅衬底结构层E9，留下中间嵌入硅非平面电极E2和硅引出通道E3的复合结构层E8；
步骤十一，参阅图2e，将所述复合结构层下表面布有金属引线E12和E13，上表面涂层牺牲层E11，并在硅引出通道E3上布有金属层E10；其中，金属引线的材质为Au、Ti、Cr或Cr/Au复合层，但不仅限于Cr、Ti、或Au；牺牲层可用光刻胶，厚度为1-15um，但不仅限于光刻胶；硅引出通道上布有的金属层可用Ir，但不仅限于Ir。
组装玻璃半球谐振子和玻璃式硅非平面电极，包括以下步骤：
步骤十二，参阅图3a，将所述布有金属引线E12和E13和上表面涂层牺牲层E11、并在硅引出通道E3上布有金属层E10的复合结构层与所述均匀涂层金属导电层10的玻璃半球壳6和自对准柱子7键合，形成整体结构；
步骤十三，参阅图3b，去掉所述整体结构中的镶嵌料或石蜡9、上表面牺牲层E11，得到微玻璃半球谐振子陀螺。
真空封装，包括以下步骤：
步骤十四，利用类似制备微玻璃半球谐振子的热发泡工艺制备封装玻璃壳盖13；
步骤十五，将带有封装玻璃壳盖13的玻璃面12与步骤(3)得到的微玻璃半球谐振子陀螺中的复合结构基底E8进行键合以实现真空封装；
如图4-图7d为上述方法制备得到的微玻璃半球谐振陀螺，包括：复合结构基底；玻璃半球谐振子；嵌入复合结构基底的硅非平面电极；封装玻璃壳盖；其中，玻璃半球谐振子由半球壳6和位于半球壳6内部中心的自对准柱子7组成，自对准柱子7上有自对准柱子空心处8，半球壳6的内表面和自对准柱子7的表面涂有一层金属导电10，并且在半球壳6的底部也涂有圆周处导电金属层11，金属导电10通过另一层金属层E10与硅引出通道E3连接引出；复合结构基底包括硅非平面电极外围玻璃E6.1、硅非平面电极间的玻璃E6.2、硅非平面电极内围玻璃E6.3、硅分离块E4，复合结构基底嵌入有硅非平面电极，其中包含驱动电极和检测电极；硅引出通道E3和硅非平面电极在复合结构基底背面通过金属引线引出，金属引线由第一金属引线E12和第二金属引线E13组成；封装玻璃壳盖与基底直接键合实现真空封装。
硅非平面电极可以有多种设计方案，图7a-图7d所示，如图7a为八个电极的第一种设计方案，实物参照图11a；图7b为八个电极的第二种设计方案，实物参照图11b；图7a中的硅引出通道E3位于复合结构基底的中心，八个硅非平面电极E2.1-E2.8均为扇形圆环，并中心对称；图7b中的硅引出通道E3延伸至相邻的硅非平面电极E2的中间；图7c为十六个电极E2.1-E2.16的一种设计方案，实物参照图11c；图7d为二十四个电极E2.1-E2.24的一种设计方案，这两种设计方案中，硅引出通道E3的设置同图7a。
图6a-图6c表明复合结构基底的结构可实现两种不同封装方式的不带缘边的微玻璃半球谐陀螺，同样也可实现两种不同封装方式的带缘边的微玻璃半球谐陀螺。
图10的测试结果表明Ra为0.33nm，半球壳具有埃米级的超低表面粗糙度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种微玻璃半球谐振陀螺，其特征在于：包括：
复合结构基底；
玻璃半球谐振子；
嵌入复合结构基底的硅非平面电极；
封装玻璃壳盖；
其中，所述玻璃半球谐振子由半球壳和位于半球壳内部中心的自对准柱子组成，半球壳的内表面和自对准柱子的表面涂有一层金属导电层，通过另一层金属层与硅引出通道连接引出；所述复合结构基底嵌入有硅非平面电极，嵌入复合结构基底的硅非平面电极的电极数量是四的倍数，其中包含驱动电极和检测电极；所述硅引出通道和硅非平面电极在复合结构基底背面通过金属引线引出；所述封装玻璃壳盖与复合结构基底通过直接键合的方式真空封装。
2.如权利要求1所述的微玻璃半球谐振陀螺，其特征在于：
所述复合结构基底由玻璃和硅组成，组成方式包括硅-玻璃-硅分离块-玻璃-硅非平面电极-玻璃-硅引出通道、硅-玻璃--硅非平面电极-玻璃-硅引出通道；
所述硅非平面电极为高掺杂硅非平面电极；
所述硅非平面电极和硅引出通道嵌入在玻璃中间，硅非平面电极形状为扇形圆环，所述硅引出通道为硅柱，形状包括硅圆柱、硅长方柱或带扇形柱的硅圆柱。
3.如权利要求1所述的微玻璃半球谐振陀螺，其特征在于：
所述玻璃半球谐振子的直径在1-10mm之间，半球壳的厚度在十微米到五百微米之间；
所述半球壳有缘边，缘边长度在十微米到八百微米之间；半球壳及缘边下面的金属层的总厚度在一个纳米到一百个纳米的范围内；
所述半球壳的圆周处及缘边在复合结构基底的投影小于硅非平面电极。
4.一种微玻璃半球谐振陀螺的圆片级制备方法，其特征在于：其步骤如下：(1)通过热发泡工艺圆片级制备微玻璃半球谐振子，包括以下步骤：
步骤一，通过干法刻蚀高掺杂硅圆片形成硅模具圆片，使硅模具圆片内形成内含硅圆柱的圆柱形空腔，将发泡剂加入圆柱形空腔中；
步骤二，在上述干法刻蚀硅圆片形成硅模具圆片上表面以及所述圆柱形空腔中的硅圆柱上表面键合上玻璃圆片，形成键合圆片；
步骤三，将上述步骤得到的键合圆片置于高温加热炉中均匀加热，加热温度高于玻璃的软化点，发泡剂在高温下分解，产生气体，圆柱形空腔中的气压急剧增加，熔融玻璃在气压差和表面张力的驱动下形成玻璃半球壳，所述硅圆柱处玻璃形成自对准柱子及柱子空心处，然后快速冷却至室温；
步骤四，将上述步骤得到的带有玻璃半球壳和自对准柱子的键合圆片表面均匀涂层有机物；
步骤五，将上述步骤得到的上表面均匀涂有镶嵌料或石蜡层的带有玻璃半球壳和自对准柱子的键合圆片采用研磨和化学机械抛光，去掉键合圆片平面部分，保留玻璃半球壳和自对准柱子；
步骤六，将上述步骤保留的玻璃半球壳和自对准柱子上均匀涂层金属导电层；
(2)热回流工艺圆片制备玻璃式硅非平面电极，包括以下步骤：
步骤七，通过干法刻蚀高参杂硅圆片形成硅圆片，使硅圆片内包含有内含硅柱的圆柱形空腔，硅柱作为硅非平面电极和硅引出通道；
步骤八，在硅模具圆片上表面以及所述圆柱形空腔中的硅柱上表面在真空条件下键合上玻璃片，形成键合圆片；
步骤九，将上述步骤八得到的键合圆片放置在加热炉中加热，加热温度高于玻璃的软化点温度，并保温，直至熔融玻璃填充满所述圆柱形空腔形成，冷却至常温，形成上部全玻璃结构层、中间嵌入硅非平面电极和硅引出通道的复合结构层、底部全硅衬底结构层的三层结构的回流圆片；
步骤十，将所述回流圆片进行研磨和化学机械抛光，去除上部全玻璃结构层和底部全硅衬底结构层，留下中间嵌入硅非平面电极和硅引出通道的复合结构层；
步骤十一，将所述复合结构层下表面布有金属引线，上表面涂层牺牲层，并在硅引出通道上布有金属层；
(3)组装玻璃半球谐振子和玻璃式硅非平面电极，包括以下步骤：
步骤十二，将步骤(2)得到的布有金属引线和上表面涂层牺牲层、并在硅引出通道上布有金属层的复合结构层与步骤(1)得到的均匀涂层金属导电层的玻璃半球壳和自对准柱子键合，形成整体结构；
步骤十三，去掉上述整体结构中的镶嵌料或石蜡、上表面牺牲层，得到微玻璃半球谐振子陀螺；
(4)真空封装，包括以下步骤：
步骤十四，利用热发泡工艺制备封装玻璃壳盖；
步骤十五，将封装玻璃壳盖与步骤(3)得到的微玻璃半球谐振子陀螺中的复合结构基底进行键合以实现真空封装。
5.如权利要求4所述的微玻璃半球谐振陀螺的圆片级制备方法，其特征在于：步骤一中，所述硅圆片的厚度不小于300um；所述干法刻蚀为深反应离子刻蚀，刻蚀深度小于硅圆片厚度100um以上；所述发泡剂为能在高温释放气体的物质；
步骤二中，所述玻璃圆片的厚度不小于步骤一中硅圆片的刻蚀深度，所述玻璃圆片采用与硅热膨胀系数接近的玻璃；所述硅圆片与玻璃圆片键合为阳极键合；
步骤八中，所述玻璃片与步骤二所述玻璃圆片的要求一致。
6.如权利要求4所述的微玻璃半球谐振陀螺的圆片级制备方法，其特征在于：步骤三中，所述玻璃半球壳直径大于1mm；步骤九所述加温条件与步骤三所述加热条件一致。
7.如权利要求4所述的微玻璃半球谐振陀螺的圆片级制备方法，其特征在于：步骤四中，所述键合圆片表面均匀涂层材料为镶嵌料或石蜡，涂层厚度高于步骤三所述玻璃半球壳顶部。
8.如权利要求4所述的微玻璃半球谐振陀螺的圆片级制备方法，其特征在于：步骤六中，均匀涂层金属导电层金属采用Cr、Au或Cr/Au复合层。
9.如权利要求4所述的微玻璃半球谐振陀螺的圆片级制备方法，其特征在于：步骤七中，所述高参杂硅圆片厚度不小于300um；所述干法刻蚀为深反应离子刻蚀，刻蚀深度小于高掺杂硅圆片厚度100um以上。
10.如权利要求4所述的微玻璃半球谐振陀螺的圆片级制备方法，其特征在于：步骤十一中，所述金属引线为Au、Ti、Cr或Cr/Au复合层；所述牺牲层采用光刻胶，厚度为1-15um；所述硅引出通道上布有的金属层采用Ir。
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