CN107389050B - 内外电极间隙精确控制的微半球谐振陀螺仪及其加工方法 - Google Patents

内外电极间隙精确控制的微半球谐振陀螺仪及其加工方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107389050B
CN107389050B CN201710536434.7A CN201710536434A CN107389050B CN 107389050 B CN107389050 B CN 107389050B CN 201710536434 A CN201710536434 A CN 201710536434A CN 107389050 B CN107389050 B CN 107389050B
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrode
hemispherical
micro
photoresist
electrodes
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710536434.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107389050A (zh
Inventor
夏敦柱
黄泠潮
徐磊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southeast University
Original Assignee
Southeast University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southeast University filed Critical Southeast University
Priority to CN201710536434.7A priority Critical patent/CN107389050B/zh
Publication of CN107389050A publication Critical patent/CN107389050A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107389050B publication Critical patent/CN107389050B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C25/00—Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices referred to in the other groups of this subclass

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)

Abstract

本发明公开一种内外电极间隙精确控制的微半球谐振陀螺仪，包括玻璃衬底、玻璃盖帽、密封墙、多晶硅微半球谐振子、基准电极、八个悬空的内电极、八个第一支撑柄、八个支撑柱、十六个外电极、环形电极、第一电极孔、八个第二电极孔、十六个第三电极孔和第四电极孔。本发明采用内、外电极以及环形电极结合，适用于全角模式的控制电路，可以提高陀螺测量的精度和范围。本发明通过精细电极的加工工艺实现了对电极间隙的精确控制，同时增大了电极的电容，提高了驱动的效率和测量的灵敏度。本发明实现了陀螺仪的晶圆级真空封装，性能优良，在高精度的姿态角测量上有较大的应用潜力。

Description

内外电极间隙精确控制的微半球谐振陀螺仪及其加工方法
技术领域
本发明涉及微机电和惯性导航领域，具体涉及一种内外电极间隙精确控制的微半球谐振陀螺仪及其加工方法。
背景技术
半球谐振陀螺仪是利用半球谐振子唇缘驻波进动效应来感测基座旋转的一种陀螺仪，由半球壳谐振子构成的半球谐振陀螺仪无高速旋转的部件，加之材料的稳定性和结构的对称性，使其具有许多突出的优点，是目前精度最高的哥氏振动陀螺仪。
当前，MEMS(微机电系统)陀螺仪的性能制约了其在一些精度要求较高的场合的应用，因此，利用半球谐振陀螺仪的优点和MEMS加工技术结合，设计出的微半球谐振陀螺仪受到了许多研究人员的关注。
目前，对于微半球陀螺仪的加工分为两种，即整体式和组装式。整体式加工即微半球壳谐振子和电极在同一块硅晶圆上加工而成，一体成形，精度高，避免组装误差，但是工艺较为复杂；组装式加工方案即微半球谐振子和电极在分别加工，然后将二者组装成一体，工艺流程相对简化，但是存在组装误差。
此外，微半球陀螺仪的控制电路有两种，一种为力平衡模式，该模式所需电极数量少，控制算法相对简单，但是测量所得为角速度，积分后得到姿态角，存在累计误差；另一种是全角模式，该模式需要内外电极和环形电极，控制算法相对复杂，但是直接检测姿态角，避免了积分引入的累计误差。
发明内容
发明目的：为克服现有技术不足，本发明旨于提供一种实现半球谐振子、内电极和外电极整体加工，可以精确控制电极间隙，为采用全角模式控制的微半球陀螺仪结构设计提供一种新思路的内外电极间隙精确控制的微半球谐振陀螺仪及其加工方法。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种内外电极间隙精确控制的微半球谐振陀螺仪，包括玻璃衬底、玻璃盖帽、密封墙、多晶硅微半球谐振子、基准电极、八个悬空的内电极、八个第一支撑柄、八个支撑柱、十六个外电极、环形电极、第一电极孔、八个第二电极孔、十六个第三电极孔和第四电极孔；玻璃衬底、玻璃盖帽和密封墙组成密封空腔结构，多晶硅微半球谐振子球面向下设在空腔结构内，八个悬空的内电极呈半球形均匀分布在多晶硅微半球谐振子内，八个支撑柱均匀分布在多晶硅微半球谐振子外周，八个内电极和八个支撑柱一一对应，且每组内电极和支撑柱顶端均通过一个第一支撑柄连接；基准电极顶端与多晶硅微半球谐振子底面相接，底端与玻璃衬底相接；环形电极设在玻璃盖帽下表面中心位置，环形电极通过金硅键合与盖帽连接；十六个外电极设在多晶硅微半球谐振子和支撑柱之间，且呈半球形均匀分布在多晶硅微半球谐振子外周；第一电极孔设在环玻璃盖帽上表面，且与环形电极相连；第二电极孔、第三电极孔、第四电极孔均设在玻璃衬底上，八个第二电极孔分别与八个内电极位置对应且一一相连；十六个第三电极孔分别与十六个外电极位置对应且一一相连；第四电极孔与基准电极相连且位置对应。
上述基准电极、外电极、支撑柱、密封墙的材料为导电硅，可以实现电信号的传输。
上述第一电极孔用于提供环形电极的驱动电压；第四电极孔在基准电极的下方，用于给半球谐振子提供基准电压，十六个第三电极孔分别位于十六个外电极的正下方，实现为内电极提供驱动电压并输出驱动端电容变化的功能；八个第二电极孔分别位于八个支撑柱的正下方，用于传出内电极检测信号的输出。
工作原理：本发明采用内、外电极以及环形电极结合，适用于全角模式的控制电路，提高陀螺仪测量的精度和范围；微半球谐振陀螺仪工作在全角模式或力平衡模式下，外电极孔施加交流驱动信号，在基准电极上施加基准电压，外电极通过静电力使多晶硅微半球谐振子工作在驱动模态，内电极检测敏感模态的角度，从而调整驱动电极的工作状态并检测姿态角。
优选，所述半球谐振子由LPCVD低压力化学气相沉积法沉积多晶硅得到。
优选，还包括第二支撑柄，多晶硅微半球谐振子通过第二支撑柄与基准电极连接。
优选，所述基准电极、外电极、支撑柱和密封墙结构在同一块硅片上加工得到。
优选，所述八个内电极构成的结构和十六个外电极构成的结构均与多晶硅微半球谐振子共形，内，外电极各自构成的球面与多晶硅微半球谐振子半球结构共球心。
优选，所述玻璃盖帽上第一电极孔和玻璃衬底上的第二电极孔、第三电极孔、第四电极孔分别与多晶硅微半球谐振子实现电信号传输。
所述玻璃盖帽下表面设有有八个凹槽，八个第一支撑柄分别对应设在凹槽内；凹槽用于提供八个第一支撑柄的空间，避免玻璃盖帽与密封墙键合后对第一支撑柄造成破坏。
优选，所述外电极通过LPCVD沉积多晶硅得到，每个外电极上均设有多晶硅柄结构，外电极通过多晶硅柄结构与支撑柱连接。
上述内外电极间隙精确控制的微半球谐振陀螺仪的加工方法，包括以下步骤：
(1)清洗晶圆，在硅片表面热生长一层二氧化硅，旋涂光刻胶，使用第一块掩膜板光刻，定义半球位置，使用KOH氢氧化钾溶液刻蚀二氧化硅，得出圆形开口，使用六氟化硫SF6离子体各向同性刻蚀，形成半球坑，去除光刻胶和二氧化硅；
(2)在步骤(1)加工得到的半球坑所在面热生长一层二氧化硅牺牲层，喷涂光刻胶，用第二块掩膜板光刻，在半球中心定义出支撑柄位置，刻蚀二氧化硅得到支撑柄模子，去除光刻胶；
(3)喷涂光刻胶，用第一块掩膜版光刻，将半球坑外的其他位置用光刻胶覆盖，LPCVD多晶硅，得到多晶硅半球谐振子及其支撑柄，去除多余光刻胶；
(4)在球壳表面LPCVD二氧化硅牺牲层，喷涂光刻胶，用第三块掩膜版光刻，定义密封墙和内电极支撑柱的位置，用KOH溶液刻蚀暴露的二氧化硅牺牲层，洗去多余光刻胶；
(5)喷涂光刻胶，通过第四块掩膜版光刻，定义内电极及其支撑柄的形状和位置，LPCVD得到八个内电极和相应的第一支撑柄；
(6)使用丙酮溶液洗去残留光刻胶，使用KOH氢氧化钾溶液湿法刻蚀，去除在步骤(4)中得到的牺牲氧化层，释放内电极和第一支撑柄结构；
(7)在玻璃盖帽上表面旋涂光刻胶，使用第五块掩膜版光刻，定义腔体和内电极支撑柄的对应位置，用湿法刻蚀，得到盖帽上的空腔和内电极支撑柄的通道，洗去残留光刻胶；
(8)在玻璃盖帽上表面喷涂光刻胶，使用第六块掩膜版光刻，定义金属键合点位置，使用沉积剥离工艺，制作金属键合点，将制作环形电极的硅片与盖帽通过金-硅键合工艺实现连接；
(9)在玻璃盖帽上键合的硅片表面旋涂光刻胶，使用第七块掩膜版光刻，定义环形电极形状，使用DRIE深硅刻蚀工艺，释放得到环形电极；
(10)将玻璃盖帽与步骤(6)加工得到的结构对准后，利用阳极键合实现连接；
(11)在步骤(6)所加工的结构背面旋涂光刻胶，使用第八块掩膜版定义基准电极、外电极、内电极支撑柱和密封墙的位置，利用深硅刻蚀工艺，释放结构，使用KOH氢氧化钾溶液湿法刻蚀，去除步骤(2)得到的二氧化硅层；
(12)利用阳极键合将结构体与玻璃衬底连接，在衬底旋涂光刻胶，利用第九块掩膜版定义基准电极、内电极和外电极对应的电极孔位置，使用KOH氢氧化钾溶液湿法刻蚀得到衬底电极孔，利用沉积剥离工艺在孔内镀金属，洗去光刻胶，在盖帽上利用第十块掩膜版，采用相同流程加工出环形电极对应的电极孔，制作完成微半球陀螺仪并完成封装。
本发明通过精细电极的加工工艺实现了对电极间隙的精确控制，同时增大了电极的电容，提高了驱动的效率和测量的灵敏度。
优选，所述外电极和内电极所在的球面与半球壳共球心，内、外电极与半球壳之间的间隙分别通过控制步骤(4)和步骤(2)的二氧化硅牺牲层的厚度实现精确加工，间隙控制在100nm以下。
本发明未提及的技术均为现有技术。
有益效果：本发明的内、外电极与多晶硅微半球谐振子的间隙可以精确控制，能降低由于电极加工误差引起的测量误差；八个内电极和十六个外电极分别处于两个球面，且两个球面与半球谐振子共球心，能提高电极的对称性，同时，增大了电极的有效面积，有利于提高驱动的效率和检测的灵敏度；内、外电极布局可以实现全角模式的控制方案，有利于提高测量的精度。
附图说明
图1为本发明内外电极间隙精确控制的微半球谐振陀螺仪结构示意图；
图2为图1的沿A-A面的剖视图；
图3为本发明密封墙内主体结构示意图；
图4为本发明玻璃衬底结构示意图；
图5为本发明盖帽结构示意图；
图6为本发明的加工工艺流程图；
图中：1是多晶硅微半球谐振子，2是基准电极，3是外电极，4是内电极，5是第一支撑柄，6是支撑柱，7是密封墙，8是玻璃盖帽，9是环形电极，10是第一电极孔，11是凹槽，12是玻璃衬底，13是第二电极孔，14与第三电极孔，15与第四电极孔。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
如图1-6所示，一种内外电极间隙精确控制的微半球谐振陀螺仪，包括玻璃衬底、玻璃盖帽、密封墙、多晶硅微半球谐振子、基准电极、八个悬空的内电极、八个第一支撑柄、八个支撑柱、十六个外电极、环形电极、第一电极孔、八个第二电极孔、十六个第三电极孔和第四电极孔；玻璃衬底、玻璃盖帽和密封墙组成密封空腔结构，多晶硅微半球谐振子球面向下设在空腔结构内，八个悬空的内电极呈半球形均匀分布在多晶硅微半球谐振子内，八个支撑柱均匀分布在多晶硅微半球谐振子外周，八个内电极和八个支撑柱一一对应，且每组内电极和支撑柱顶端均通过一个第一支撑柄连接；基准电极顶端与多晶硅微半球谐振子底面相接，底端与玻璃衬底相接；环形电极设在玻璃盖帽下表面中心位置，环形电极通过金硅键合与盖帽连接；十六个外电极设在多晶硅微半球谐振子和支撑柱之间，且呈半球形均匀分布在多晶硅微半球谐振子外周；第一电极孔设在环玻璃盖帽上表面，且与环形电极相连；第二电极孔、第三电极孔、第四电极孔均设在玻璃衬底上，八个第二电极孔分别与八个内电极位置对应且一一相连；十六个第三电极孔分别与十六个外电极位置对应且一一相连；第四电极孔与基准电极相连且位置对应；半球谐振子由LPCVD低压力化学气相沉积法沉积多晶硅得到；还包括第二支撑柄，多晶硅微半球谐振子通过第二支撑柄与基准电极连接；基准电极、外电极、支撑柱和密封墙结构在同一块硅片上加工得到；八个内电极构成的结构和十六个外电极构成的结构均与多晶硅微半球谐振子共形，内，外电极各自构成的球面与多晶硅微半球谐振子半球结构共球心；玻璃盖帽上第一电极孔和玻璃衬底上的第二电极孔、第三电极孔、第四电极孔分别与多晶硅微半球谐振子实现电信号传输；玻璃盖帽下表面设有有八个凹槽，八个第一支撑柄分别对应设在凹槽内；外电极通过LPCVD沉积多晶硅得到，每个外电极上均设有多晶硅柄结构，外电极通过多晶硅柄结构与支撑柱连接。
上述内外电极间隙精确控制的微半球谐振陀螺仪的加工方法，包括以下步骤：
(1)清洗晶圆，在硅片表面热生长一层二氧化硅，旋涂光刻胶，使用第一块掩膜板光刻，定义半球位置，使用KOH氢氧化钾溶液刻蚀二氧化硅，得出圆形开口，使用六氟化硫SF6离子体各向同性刻蚀，形成半球坑，去除光刻胶和二氧化硅；
(2)在步骤(1)加工得到的半球坑所在面热生长一层二氧化硅牺牲层，喷涂光刻胶，用第二块掩膜板光刻，在半球中心定义出支撑柄位置，刻蚀二氧化硅得到支撑柄模子，去除光刻胶；
(3)喷涂光刻胶，用第一块掩膜版光刻，将半球坑外的其他位置用光刻胶覆盖，LPCVD多晶硅，得到多晶硅半球谐振子及其支撑柄，去除多余光刻胶；
(4)在球壳表面LPCVD二氧化硅牺牲层，喷涂光刻胶，用第三块掩膜版光刻，定义密封墙和内电极支撑柱的位置，用KOH溶液刻蚀暴露的二氧化硅牺牲层，洗去多余光刻胶；
(5)喷涂光刻胶，通过第四块掩膜版光刻，定义内电极及其支撑柄的形状和位置，LPCVD得到八个内电极和相应的第一支撑柄；
(6)使用丙酮溶液洗去残留光刻胶，使用KOH氢氧化钾溶液湿法刻蚀，去除在步骤(4)中得到的牺牲氧化层，释放内电极和第一支撑柄结构；
(7)在玻璃盖帽上表面旋涂光刻胶，使用第五块掩膜版光刻，定义腔体和内电极支撑柄的对应位置，用湿法刻蚀，得到盖帽上的空腔和内电极支撑柄的通道，洗去残留光刻胶；
(8)在玻璃盖帽上表面喷涂光刻胶，使用第六块掩膜版光刻，定义金属键合点位置，使用沉积剥离工艺，制作金属键合点，将制作环形电极的硅片与盖帽通过金-硅键合工艺实现连接；
(9)在玻璃盖帽上键合的硅片表面旋涂光刻胶，使用第七块掩膜版光刻，定义环形电极形状，使用DRIE深硅刻蚀工艺，释放得到环形电极；
(10)将玻璃盖帽与步骤(6)加工得到的结构对准后，利用阳极键合实现连接；
(11)在步骤(6)所加工的结构背面旋涂光刻胶，使用第八块掩膜版定义基准电极、外电极、内电极支撑柱和密封墙的位置，利用深硅刻蚀工艺，释放结构，使用KOH氢氧化钾溶液湿法刻蚀，去除步骤(2)得到的二氧化硅层；
(12)利用阳极键合将结构体与玻璃衬底连接，在衬底旋涂光刻胶，利用第九块掩膜版定义基准电极、内电极和外电极对应的电极孔位置，使用KOH氢氧化钾溶液湿法刻蚀得到衬底电极孔，利用沉积剥离工艺在孔内镀金属，洗去光刻胶，在盖帽上利用第十块掩膜版，采用相同流程加工出环形电极对应的电极孔，制作完成微半球陀螺仪并完成封装。
外电极和内电极所在的球面与半球壳共球心，内、外电极与半球壳之间的间隙分别通过控制步骤(4)和步骤(2)的二氧化硅牺牲层的厚度实现精确加工，间隙控制在100nm以下。
本发明采用内、外电极以及环形电极结合，适用于全角模式的控制电路，提高陀螺仪测量的精度和范围；微半球谐振陀螺仪工作在全角模式或力平衡模式下，外电极孔施加交流驱动信号，在基准电极上施加基准电压，外电极通过静电力使多晶硅微半球谐振子工作在驱动模态，内电极检测敏感模态的角度，从而调整驱动电极的工作状态并检测姿态角。
本发明通过精细电极的加工工艺实现了对电极间隙的精确控制，同时增大了电极的电容，提高了驱动的效率和测量的灵敏度。
本发明的内、外电极与多晶硅微半球谐振子的间隙可以精确控制，能降低由于电极加工误差引起的测量误差；八个内电极和十六个外电极分别处于两个球面，且两个球面与半球谐振子共球心，能提高电极的对称性，同时，增大了电极的有效面积，有利于提高驱动的效率和检测的灵敏度；内、外电极布局可以实现全角模式的控制方案，有利于提高测量的精度。
本发明中陀螺仪的制作结合了MEMS体硅加工工艺、表面微加工工艺和键合工艺。
以上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，还可以对各设施位置进行调整，这些调整也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种内外电极间隙精确控制的微半球谐振陀螺仪，其特征在于：包括玻璃衬底、玻璃盖帽、密封墙、多晶硅微半球谐振子、基准电极、八个悬空的内电极、八个第一支撑柄、八个支撑柱、十六个外电极、环形电极、第一电极孔、八个第二电极孔、十六个第三电极孔和第四电极孔；玻璃衬底、玻璃盖帽和密封墙组成密封空腔结构，多晶硅微半球谐振子球面向下设在空腔结构内，八个悬空的内电极呈半球形均匀分布在多晶硅微半球谐振子内，八个支撑柱均匀分布在多晶硅微半球谐振子外周，八个内电极和八个支撑柱一一对应，且每组内电极和支撑柱顶端均通过一个第一支撑柄连接；基准电极顶端与多晶硅微半球谐振子底面相接，底端与玻璃衬底相接；环形电极设在玻璃盖帽下表面中心位置，环形电极通过金硅键合与盖帽连接；十六个外电极设在多晶硅微半球谐振子和支撑柱之间，且呈半球形均匀分布在多晶硅微半球谐振子外周；第一电极孔设在环玻璃盖帽上表面，且与环形电极相连；第二电极孔、第三电极孔、第四电极孔均设在玻璃衬底上，八个第二电极孔分别与八个内电极位置对应且一一相连；十六个第三电极孔分别与十六个外电极位置对应且一一相连；第四电极孔与基准电极相连且位置对应；
还包括第二支撑柄，多晶硅微半球谐振子通过第二支撑柄与基准电极连接；
所述八个内电极构成的结构和十六个外电极构成的结构均与多晶硅微半球谐振子共形，内，外电极各自构成的球面与多晶硅微半球谐振子半球结构共球心；
所述玻璃盖帽上第一电极孔和玻璃衬底上的第二电极孔、第三电极孔、第四电极孔分别与多晶硅微半球谐振子实现电信号传输；
所述玻璃盖帽下表面设有八个凹槽，八个第一支撑柄分别对应设在凹槽内；
所述外电极通过LPCVD沉积多晶硅得到，每个外电极上均设有多晶硅柄结构，外电极通过多晶硅柄结构与支撑柱连接。
2.一种如权利要求1所述的内外电极间隙精确控制的微半球谐振陀螺仪的加工方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)清洗晶圆，在硅片表面热生长一层二氧化硅，旋涂光刻胶，使用第一块掩膜板光刻，定义半球位置，使用KOH氢氧化钾溶液刻蚀二氧化硅，得出圆形开口，使用六氟化硫SF6离子体各向同性刻蚀，形成半球坑，去除光刻胶和二氧化硅；
(2)在步骤(1)加工得到的半球坑所在面热生长一层二氧化硅牺牲层，喷涂光刻胶，用第二块掩膜板光刻，在半球中心定义出支撑柄位置，刻蚀二氧化硅得到支撑柄模子，去除光刻胶；
(3)喷涂光刻胶，用第一块掩膜板光刻，将半球坑外的其他位置用光刻胶覆盖，LPCVD多晶硅，得到多晶硅半球谐振子及其支撑柄，去除多余光刻胶；
(4)在球壳表面LPCVD二氧化硅牺牲层，喷涂光刻胶，用第三块掩膜板光刻，定义密封墙和内电极支撑柱的位置，用KOH溶液刻蚀暴露的二氧化硅牺牲层，洗去多余光刻胶；
(5)喷涂光刻胶，通过第四块掩膜板光刻，定义内电极及其支撑柄的形状和位置，LPCVD得到八个内电极和相应的第一支撑柄；
(6)使用丙酮溶液洗去残留光刻胶，使用KOH氢氧化钾溶液湿法刻蚀，去除在步骤(4)中得到的牺牲氧化层，释放内电极和第一支撑柄结构；
(7)在玻璃盖帽上表面旋涂光刻胶，使用第五块掩膜板光刻，定义腔体和内电极支撑柄的对应位置，用湿法刻蚀，得到盖帽上的空腔和内电极支撑柄的通道，洗去残留光刻胶；
(8)在玻璃盖帽上表面喷涂光刻胶，使用第六块掩膜板光刻，定义金属键合点位置，使用沉积剥离工艺，制作金属键合点，将制作环形电极的硅片与盖帽通过金-硅键合工艺实现连接；
(9)在玻璃盖帽上键合的硅片表面旋涂光刻胶，使用第七块掩膜板光刻，定义环形电极形状，使用DRIE深硅刻蚀工艺，释放得到环形电极；
(10)将玻璃盖帽与步骤(6)加工得到的结构对准后，利用阳极键合实现连接；
(11)在步骤(6)所加工的结构背面旋涂光刻胶，使用第八块掩膜板定义基准电极、外电极、内电极支撑柱和密封墙的位置，利用深硅刻蚀工艺，释放结构，使用KOH氢氧化钾溶液湿法刻蚀，去除步骤(2)得到的二氧化硅层；
(12)利用阳极键合将结构体与玻璃衬底连接，在衬底旋涂光刻胶，利用第九块掩膜板定义基准电极、内电极和外电极对应的电极孔位置，使用KOH氢氧化钾溶液湿法刻蚀得到衬底电极孔，利用沉积剥离工艺在孔内镀金属，洗去光刻胶，在盖帽上利用第十块掩膜板，采用相同流程加工出环形电极对应的电极孔，制作完成微半球陀螺仪并完成封装。
3.根据权利要求2所述的内外电极间隙精确控制的微半球谐振陀螺仪的加工方法，其特征在于：所述外电极和内电极所在的球面与半球壳共球心，内、外电极与半球壳之间的间隙分别通过控制步骤(4)和步骤(2)的二氧化硅牺牲层的厚度实现精确加工，间隙控制在100nm以下。
CN201710536434.7A 2017-07-04 2017-07-04 内外电极间隙精确控制的微半球谐振陀螺仪及其加工方法 Active CN107389050B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710536434.7A CN107389050B (zh) 2017-07-04 2017-07-04 内外电极间隙精确控制的微半球谐振陀螺仪及其加工方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710536434.7A CN107389050B (zh) 2017-07-04 2017-07-04 内外电极间隙精确控制的微半球谐振陀螺仪及其加工方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107389050A CN107389050A (zh) 2017-11-24
CN107389050B true CN107389050B (zh) 2020-07-31

Family

ID=60334813

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710536434.7A Active CN107389050B (zh) 2017-07-04 2017-07-04 内外电极间隙精确控制的微半球谐振陀螺仪及其加工方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107389050B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109115243B (zh) * 2018-09-20 2021-06-25 北方电子研究院安徽有限公司 基于离子注入的球面电极微半球谐振陀螺仪的制备方法
CN112414388B (zh) * 2020-11-20 2023-03-07 中国电子科技集团公司第二十六研究所 用于角参量检测的半球谐振陀螺电容结构及加工方法
CN117367397B (zh) * 2023-12-07 2024-02-13 湖南二零八先进科技有限公司 一种半球谐振子的制备方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4951508A (en) * 1983-10-31 1990-08-28 General Motors Corporation Vibratory rotation sensor
CN1193730A (zh) * 1997-02-18 1998-09-23 利顿系统有限公司 施加交流作用力电压的振动旋转传感器
CN103322994A (zh) * 2013-08-01 2013-09-25 东南大学 一种双片集成式硅基超薄微半球谐振陀螺仪及其制备方法
CN103528576A (zh) * 2012-07-05 2014-01-22 苏州文智芯微系统技术有限公司 半球谐振式微机械陀螺仪及其加工工艺
CN104165623A (zh) * 2014-08-08 2014-11-26 上海交通大学 一种内外双电极式微型半球谐振陀螺仪及其制备方法
CN104197917A (zh) * 2014-08-08 2014-12-10 上海交通大学 一种压电驱动和检测的微型半球谐振陀螺仪及其制备方法
CN104197915A (zh) * 2014-08-08 2014-12-10 上海交通大学 外套电极的半球谐振陀螺
CN106153028A (zh) * 2016-08-04 2016-11-23 上海交通大学 内外分立的双电极分布式微陀螺仪及其制备方法
CN106289216A (zh) * 2016-08-04 2017-01-04 上海交通大学 内环形外分立的双电极分布式微陀螺仪及其制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8567247B2 (en) * 2009-10-12 2013-10-29 The Regents Of The University Of California Three-dimensional wafer-scale batch-micromachined sensor and method of fabrication for the same

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4951508A (en) * 1983-10-31 1990-08-28 General Motors Corporation Vibratory rotation sensor
CN1193730A (zh) * 1997-02-18 1998-09-23 利顿系统有限公司 施加交流作用力电压的振动旋转传感器
CN103528576A (zh) * 2012-07-05 2014-01-22 苏州文智芯微系统技术有限公司 半球谐振式微机械陀螺仪及其加工工艺
CN103322994A (zh) * 2013-08-01 2013-09-25 东南大学 一种双片集成式硅基超薄微半球谐振陀螺仪及其制备方法
CN104165623A (zh) * 2014-08-08 2014-11-26 上海交通大学 一种内外双电极式微型半球谐振陀螺仪及其制备方法
CN104197917A (zh) * 2014-08-08 2014-12-10 上海交通大学 一种压电驱动和检测的微型半球谐振陀螺仪及其制备方法
CN104197915A (zh) * 2014-08-08 2014-12-10 上海交通大学 外套电极的半球谐振陀螺
CN106153028A (zh) * 2016-08-04 2016-11-23 上海交通大学 内外分立的双电极分布式微陀螺仪及其制备方法
CN106289216A (zh) * 2016-08-04 2017-01-04 上海交通大学 内环形外分立的双电极分布式微陀螺仪及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
半球谐振陀螺研究现状与发展趋势;潘瑶 等;《导航定位与授时》;20170331;第9-13页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN107389050A (zh) 2017-11-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106959106B (zh) 一种基于soi封装的熔融石英微半球谐振陀螺仪及其加工方法
CN107063220B (zh) 一种基于soi封装的微半球谐振陀螺仪及其加工方法
EP2414775B1 (en) Environmentally robust disc resonator gyroscope
CN107389050B (zh) 内外电极间隙精确控制的微半球谐振陀螺仪及其加工方法
US9429428B2 (en) Environmentally robust micro-wineglass gyroscope
US20150318190A1 (en) BAW Gyroscope with Bottom Electrode
CN101755215A (zh) 确定线性或角向移动的位移、速度和加速度的多轴传感器
US9880000B2 (en) Manufacturing method of inertial sensor and inertial sensor
CN110631568B (zh) 一种基于二维光子晶体腔体结构的新型moems双轴陀螺仪及其加工方法
US20200309527A1 (en) Fused quartz dual shell resonator and method of fabrication
CN107063224B (zh) 一种soi微半球陀螺敏感结构
US9714165B1 (en) MEMS sensor
CN111551161A (zh) Mems振动式陀螺仪结构及其制造方法
CN104197909A (zh) 一种双半球结构微型谐振陀螺仪及其制备方法
CN106289216B (zh) 内环形外分立的双电极分布式微陀螺仪及其制备方法
CN104897146B (zh) 面外压电式半球形微陀螺仪及其制备方法
KR20180048697A (ko) 각속도 센서
CN105698780B (zh) 微壳体振动陀螺及其制备方法
US20150168146A1 (en) Planar accelerometer with internal radial sensing and actuation
CN106153028B (zh) 内外分立的双电极分布式微陀螺仪及其制备方法
CN104197918B (zh) 半环形压电谐振陀螺仪及其制备方法
JP4871065B2 (ja) 折り曲げられた円筒サスペンションを有するリング共振器ジャイロスコープ
CN104197919B (zh) 上下贯通支撑的玻璃金属半球谐振微陀螺
CN104197914B (zh) 一种微型吹塑半球谐振器陀螺及其制备方法
CN109470228A (zh) 一种基于内嵌式差分电极的mems碟形陀螺及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant