硅微諧振式加速度計(jì)的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種硅微諧振式加速度計(jì)的制備方法，包括：在一玻璃基底表面形成多個(gè)金屬導(dǎo)線；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；刻蝕所述硅片的第一表面，形成一凹槽；去除所述第二掩膜并繼續(xù)刻蝕所述硅片的第一表面以及凹槽；去除所述第一掩膜，將第一表面鍵合于所述玻璃基底表面；刻蝕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，包括第一長條結(jié)構(gòu)；形成一第四掩膜，所述第四掩膜包括一第二長條結(jié)構(gòu)；刻蝕所述硅片的第二表面，得到第二振梁及并使得第二振梁懸浮于所述玻璃基底表面；繼續(xù)刻蝕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離所述玻璃基底的高度；去除第三掩膜。
【專利說明】硅微諧振式加速度計(jì)的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微電子機(jī)械系統(tǒng)的微慣性測量領(lǐng)域，具體涉及一種基于不等高振梁的測量Z軸加速度的硅微諧振式加速度計(jì)的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著微機(jī)械加工技術(shù)的深入發(fā)展，微機(jī)械慣性傳感器在導(dǎo)航領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。目前在中低性能的應(yīng)用領(lǐng)域正逐步取代石英撓性加速度計(jì)等傳統(tǒng)慣性儀表。國際上MEMS加速度計(jì)已開始在導(dǎo)航和戰(zhàn)術(shù)武器領(lǐng)域應(yīng)用。同時(shí)部分高精度領(lǐng)域也將被微機(jī)電加速度計(jì)替代。
[0003]目前各研究機(jī)構(gòu)已有的加速度計(jì)的制備方法主要集中于平面內(nèi)X、Y軸的集成設(shè)計(jì)，而關(guān)于Z軸加速度計(jì)的設(shè)計(jì)較少，一般采用靜電剛度式硅微諧振式加速度計(jì)設(shè)計(jì)。
[0004]然而，現(xiàn)有的Z軸加速度計(jì)設(shè)計(jì)中的加工工藝兼容性差、加工精度低、檢測激勵(lì)方式復(fù)雜，限制了 Z軸硅微諧振式加速度計(jì)的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]綜上所述，確有必要提供一種能夠克服上述問題的Z軸硅微諧振式加速度計(jì)的制備方法。
[0006]—種娃微諧振式加速度計(jì)的制備方法，包括:S11,在一玻璃基底表面形成多個(gè)金屬導(dǎo)線作為引線電極；S12,提供一娃片,所述娃片具有一第一表面及相對的第二表面,在所述硅片的第一表面形成一第一掩膜，所述第一掩模包括兩個(gè)并排且間隔設(shè)置的第一條形結(jié)構(gòu)，兩個(gè)并排且間隔設(shè)置的第二條形結(jié)構(gòu)，所述兩個(gè)第一條形結(jié)構(gòu)與所述兩個(gè)第二條形結(jié)構(gòu)沿第一方向延伸，且關(guān)于沿第一方向上的一對稱軸呈鏡像對稱設(shè)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，所述第二掩模覆蓋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，所述通孔位于兩個(gè)間隔設(shè)置的第二條形結(jié)構(gòu)之間，對應(yīng)于通孔位置處的硅片暴露出來；S14，在第二掩膜的作用下，刻蝕所述硅片的第一表面，對應(yīng)于凹槽位置處的硅片的表面形成一凹槽；S15，去除所述第二掩膜，并繼續(xù)刻蝕所述硅片的第一表面以及凹槽，對應(yīng)于所述第一條形結(jié)構(gòu)及第二條形結(jié)構(gòu)位置處的硅片表面形成多個(gè)鍵合臺，并進(jìn)一步減小凹槽位置處的硅片厚度；S16，去除所述第一掩膜，使所述硅片的第一表面形成一圖案化的表面，并將所述圖案化的第一表面鍵合于所述玻璃基底表面；S17，處理所述硅片的第二表面以減小所述硅片的厚度，使凹槽位置處的硅片的厚度等于所述硅微諧振式加速度計(jì)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，所述第三掩膜包括兩個(gè)間隔且對稱設(shè)置的凹字形結(jié)構(gòu)、與所述兩個(gè)凹字形結(jié)構(gòu)連接的第二長條結(jié)構(gòu)、以及對稱設(shè)置與第二長條結(jié)構(gòu)兩側(cè)的第二梳齒狀結(jié)構(gòu)，所述凹字形結(jié)構(gòu)的凹口相對設(shè)置，第二長條結(jié)構(gòu)設(shè)置于凹口之間，對應(yīng)凹字形結(jié)構(gòu)、第一長條結(jié)構(gòu)及第二梳齒狀結(jié)構(gòu)位置處的第二表面被所述第三掩膜覆蓋；S19，形成一第四掩膜覆蓋所述第三掩膜，且所述第四掩膜包括一第一長條結(jié)構(gòu)，所述第一長條結(jié)構(gòu)沿所述第一條形結(jié)構(gòu)及第二條形結(jié)構(gòu)之間的對稱軸延伸，且與所述第二長條結(jié)構(gòu)長度相同、平行且間隔設(shè)置，所述第四掩膜在第一長條結(jié)構(gòu)兩側(cè)具有第一梳齒狀結(jié)構(gòu)，對應(yīng)于第一梳齒狀結(jié)構(gòu)位置處的娃片的第二表面被覆蓋；S20，在第四掩膜的作用下刻蝕所述硅片的第二表面，以減小未被第四掩膜覆蓋的硅片厚度，得到第二振梁及對稱分布于第二振梁兩側(cè)的第二驅(qū)動定梳齒及第二檢測定梳齒，并使得第二振梁懸浮于所述玻璃基底表面，通過第二振梁的兩端支撐；S21，去除第四掩膜，并在所述第三掩膜的作用下繼續(xù)刻蝕所述硅片的第二表面，形成所述第一振梁及對稱分布于于第一振梁兩側(cè)的第一驅(qū)動定梳齒及第二驅(qū)動定梳齒，且所述第一振梁距離所述玻璃基底的高度不同于所述第二振梁距離所述玻璃基底的高度；S22，去除殘余的第三掩膜，形成所述硅微諧振式加速度計(jì)。
[0007]本發(fā)明提供的硅微諧振式加速度計(jì)的制備方法，通過采用硅材料加工整體結(jié)構(gòu)，并且利用多層掩膜刻蝕工藝形成精細(xì)梳齒以及不等高振梁結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有的SOG工藝兼容，便于實(shí)現(xiàn)多軸集成，提高了所述硅微諧振式加速度計(jì)的加工精度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的Z軸硅微諧振式加速度計(jì)的三維等軸側(cè)視圖。
[0009]圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的不等高振梁局部三維等軸側(cè)視圖。
[0010]圖3a_31是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的不等高振梁Z軸硅微諧振式加速度計(jì)制備方法的流程圖。
[0011]主要元件符號 說明
[0012]玻璃基底12
[0013]質(zhì)量塊la、Ib
[0014]第一振梁2a
[0015]第二振梁2b
[0016]第三振梁2c
[0017]第四振梁2d
[0018]第一驅(qū)動定梳齒3a
[0019]第二驅(qū)動定梳齒3b
[0020]第一檢測定梳齒4a
[0021]第二檢測定梳齒4b
[0022]中央支撐錨區(qū)5
[0023]第一鍵合臺5a、5b、5c、5d
[0024]第二鍵合臺6a、6b
[0025]第一支撐梁7a、8a
[0026]第二支撐梁7b、8b
[0027]引線電極9a、9b、9c、9d、10
[0028]外圍鍵合區(qū)11
[0029]第一掩模100
[0030]第二掩模110
[0031]第三掩模120[0032]第四掩模140
[0033]第一條形結(jié)構(gòu)IOlaUOlb
[0034]第二條形結(jié)構(gòu)102a、102b
[0035]鍵合區(qū)103
[0036]通孔112a
[0037]凹槽112b
[0038]鍵合臺131a、131b、131c、131d
[0039]凹字形結(jié)構(gòu)121e、121f、141e、141f
[0040]第二長條結(jié)構(gòu)121
[0041]第二梳齒狀結(jié)構(gòu)121c、121d、141c、141d
[0042]第一短條結(jié)構(gòu)121a、121b
[0043]第一長條結(jié)構(gòu)142
[0044]第一梳齒狀結(jié)構(gòu)141a、141b
[0045]如下具體實(shí)施例將結(jié)合上述附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。
【具體實(shí)施方式】
[0046]以下將結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明提供的硅微諧振式加速度計(jì)的制備方法，為方便描述，本發(fā)明先對所述硅微諧振式加速度計(jì)進(jìn)行描述。
[0047]本發(fā)明提供一種Z軸硅諧振式加速度計(jì)，所述Z軸硅諧振式加速度計(jì)包括一玻璃基底、一娃微機(jī)械可動結(jié)構(gòu)及一外圍鍵合區(qū)。所述娃機(jī)械可動結(jié)構(gòu)及所述外圍鍵合區(qū)設(shè)置于所述玻璃基底表面。所述硅微機(jī)械可動結(jié)構(gòu)設(shè)置于外圍鍵合區(qū)內(nèi)，并通過鍵合臺鍵合在玻璃基底一表面上，以感測垂直于玻璃基底表面Z軸方向的加速度。
[0048]所述硅微機(jī)械可動結(jié)構(gòu)包括一扭擺質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)，至少兩根支撐梁以及一與所述扭擺質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)不等厚度的至少兩根振梁組成。所述扭擺質(zhì)量塊通過支撐梁懸浮設(shè)置在玻璃基底上，在受到Z軸方向的加速度影響時(shí)產(chǎn)生扭動。所述兩根振梁位于Z軸方向的不同高度。優(yōu)選的，所述扭擺質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)為雙偏心質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)，從而增大靈敏度。所述扭擺質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)包括一第一質(zhì)量塊及第二質(zhì)量塊在平面內(nèi)沿一對稱軸呈鏡像分布且間隔設(shè)置，并且所述第一質(zhì)量塊的偏心方向與所述第二質(zhì)量塊的偏心方向呈鏡像分布。所述第一質(zhì)量塊與第二質(zhì)量塊通過設(shè)置于兩者之間的第一振梁及第二振梁相連。
[0049]一相對設(shè)置的驅(qū)動定梳齒與檢測定梳齒分別設(shè)置于第一振梁及第二振梁兩側(cè)，以將加速度傳遞給所述驅(qū)動定梳齒與檢測定梳齒，并轉(zhuǎn)化為電信號輸出。當(dāng)Z軸有加速度輸入時(shí)，所述扭擺質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)繞支撐梁扭轉(zhuǎn)，與扭擺質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)相連的振梁受到質(zhì)量塊扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的拉力或者壓力而產(chǎn)生固有頻率變化，將Z向慣性力轉(zhuǎn)變?yōu)檎窳狠S向力，并通過電信號隨諧振頻率的 變化傳遞給檢測定梳齒進(jìn)行檢測。
[0050]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軸方向)小于所述質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)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內(nèi)。
[0051]所述第一振梁兩側(cè)設(shè)置有驅(qū)動定梳齒及檢測定梳齒，分別用來加載驅(qū)動力和檢測諧振頻率變化；同樣，所述第二振梁兩側(cè)設(shè)置有驅(qū)動定梳齒及檢測定梳齒，分別用來加載驅(qū)動力和檢測諧振頻率變化。所述驅(qū)動定梳齒及檢測定梳齒通過鍵合臺鍵合在玻璃基底上，通過金屬導(dǎo)線與輸出電極點(diǎn)相連。位于第一諧振梁兩側(cè)的驅(qū)動定梳齒及檢測定梳齒高度與第一諧振梁高度相同。位于第二諧振梁兩側(cè)的驅(qū)動定梳齒及檢測定梳齒高度與第二諧振梁高度相同。
[0052]當(dāng)Z軸加速度輸入時(shí)，所述第一質(zhì)量塊及第二質(zhì)量塊敏感加速度發(fā)生相反方向的偏轉(zhuǎn)，使與第一質(zhì)量塊及第二質(zhì)量塊相連的位于不同高度的第一振梁及第二振梁分別受到拉力和壓力。由于第一振梁及第二振梁上的軸向力發(fā)生變化，第一振梁及第二振梁的諧振頻率變化。受拉的振梁諧振頻率增加，受壓的振梁諧振頻率減小。所述驅(qū)動定梳齒及檢測定梳齒輸出差分頻率檢測Z軸輸入的加速度。
[0053]以下將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明提供的硅微諧振式加速度計(jì)。
[0054]請一并參閱圖1至圖2，本發(fā)明第一實(shí)施例提供一種Z軸硅諧振式加速度計(jì)，所述硅諧振式加速度計(jì)包括硅微機(jī)械可動結(jié)構(gòu)、外圍鍵合區(qū)(11)設(shè)置于玻璃基底(12)表面。所述娃微機(jī)械可動結(jié)構(gòu)包括一第一質(zhì)量塊(la)、一第二質(zhì)量塊(lb)、一第一振梁(2a)、一第二振梁(2b)、第一驅(qū)動定梳齒(3a)、第一檢測定梳齒(4a)、第二驅(qū)動定梳齒(3b)、第二檢測定梳齒(4b)、兩根第一支撐梁(7&、713)、兩根第二支撐梁(8&、813)、兩個(gè)第一鍵合臺(5a、5b)、兩個(gè)第二鍵合臺(6a、6b)、六個(gè)引線電極(9a、9b、9c、10a、10b、IOc)。所述外圍鍵合區(qū)
(11)圍繞所述硅微機(jī)械可動結(jié)構(gòu)?？梢岳斫猓鐾鈬I合區(qū)(11)為一可選結(jié)構(gòu)。所述外圍鍵合區(qū)(11)具有一開口，暴露出所述玻璃基底(12)的表面,所述娃微機(jī)械可動結(jié)構(gòu)設(shè)置于所述開口內(nèi)的玻璃基底(12)表面。
[0055]所述第一質(zhì)量塊(Ia)及第二質(zhì)量塊(Ib)呈鏡像對稱分布，且相互間隔設(shè)置。所述第一質(zhì)量塊(Ia)及第二質(zhì)量塊(Ib)的形狀均為凹字形，分別具有一凹口及位于凹口兩側(cè)的凸棱，所述第一質(zhì)量塊(Ia)及第二質(zhì)量塊(Ib)的凹口相對設(shè)置。所述第一質(zhì)量塊(Ia)及第二質(zhì)量塊(Ib)本身均為一對稱結(jié)構(gòu)，均有沿一第一方向(如X軸方向)的對稱軸；所述第一質(zhì)量塊(Ia)和第二質(zhì)量塊(Ib)關(guān)于一第二方向(如Y軸方向)鏡像對稱設(shè)置。所述第一質(zhì)量塊(Ia)及第二質(zhì)量塊(Ib)在垂直于所述玻璃基底(12)方向(即Z軸)上的厚度可為30微米至100微米。本實(shí)施例中，所述第一質(zhì)量塊(Ia)及第二質(zhì)量塊(Ib)的厚度為30微米。
[0056]所述第一質(zhì)量塊(Ia)通過對稱設(shè)置的兩個(gè)第一支撐梁(7a、8a)支撐，懸浮于所述玻璃基底(12)表面，即所述第一質(zhì)量塊(Ia)相對與所述玻璃基底(12)表面間隔設(shè)置。所述兩個(gè)第一支撐梁(7a、8a)對稱分布于所述第一質(zhì)量塊(la)在垂直于第一方向的第二方向上的邊緣，并支撐所述第一質(zhì)量塊(la)。所述第一支撐梁(7a、8a)靠近所述第一質(zhì)量塊(Ia)與第二質(zhì)量塊(2a)之間的對稱軸設(shè)置,從而使所述第一質(zhì)量塊(Ia)為右偏心結(jié)構(gòu)。所述第一支撐梁(7a)的一端與所述第一質(zhì)量塊(Ia)連接，另一端與設(shè)置于所述玻璃基底
(12)上的一第一鍵合臺(5a)連接；所述第一支撐梁(8a)的一端與所述第一質(zhì)量塊(Ia)相連，另一端與設(shè)置于所述玻璃基底(12)上的第一鍵合臺(6a)連接。所述第一鍵合臺(5a)及第一鍵合臺(6a)均設(shè)置于所述玻璃基底(12)的邊緣位置，且對稱分布于所述第一質(zhì)量塊(Ia)在X方向上的對稱軸兩側(cè)。
[0057]同樣的，所述第二質(zhì)量塊(Ib)通過對稱設(shè)置的第二支撐梁(7b、8b)支撐，懸浮于所述玻璃基底(12)表面。所述兩根第二支撐梁(7b、8b)對稱分布于所述第二質(zhì)量塊(Ib)在第一方向上的邊緣，并支撐所述第二質(zhì)量塊(lb)。所述兩根第二支撐梁(7b、8b)靠近所述第一質(zhì)量塊(Ia)及第二質(zhì)量塊(Ib)之間的對稱軸設(shè)置，從而使得所述第二質(zhì)量塊(Ib)為一左偏心結(jié)構(gòu)。所述第二支撐梁(7b)—端與第二質(zhì)量塊(Ib)連接，另一端與第二鍵合臺(5b)連接；所述第二支撐梁(Sb)—端與第二質(zhì)量塊(Ib)連接，另一端與第二鍵合臺(6b)連接。進(jìn)一步，所述第一支撐梁(7a、8a)與第二支撐梁(7b、8b)相對于所述第一質(zhì)量塊(Ia)與第二質(zhì)量塊(2a)之間的對稱軸呈鏡像對稱設(shè)置。
[0058]所述第一振梁(2a)及第二振梁(2b)沿X方向延伸，并且連接所述第一質(zhì)量塊(Ia)和第二質(zhì)量塊(Ib)，所述第一振梁(2a)及第二振梁(2b)關(guān)于第一質(zhì)量塊(Ia)及第二質(zhì)量塊(Ib)在X方向的對稱軸對稱設(shè)置。具體的，所述第一振梁(2a)及第二振梁(2b)平行且間隔設(shè)置于所述第一質(zhì)量塊(Ia)及第二質(zhì)量塊(Ib)的凹口中，所述第一振梁(2a)與第二振梁(2b)的兩端分別連接所述第一質(zhì)量塊(Ia)及第二質(zhì)量塊(lb)。所述第一振梁(2a)及第二振梁(2b)的長度可為500微米至2000微米，本實(shí)施例中，所述長度均為1000微米。所述第一振梁(2a)及第二振梁(2b)在Z軸方向(垂直于X、Y的方向)的厚度相同，但小于所述第一質(zhì)量塊(Ia)及第二質(zhì)量塊(Ib)的厚度，可均為20微米。所述第一振梁(2a)及第二振梁(2b)可懸浮于所述玻璃基底(12)的表面，并與所述玻璃基底(12)的表面間隔設(shè)置。
[0059]進(jìn)一步，所述第一振梁(2a)與第二振梁(2b)位于Z軸方向上的不同高度。本實(shí)施例中，所述第一振梁(2a)靠近所述玻璃基底(12 )設(shè)置，并與所述第一質(zhì)量塊(Ia)及第二質(zhì)量塊(Ib)連接；所述第一振梁(2a)靠近所述玻璃基底(12)的表面與所述第一質(zhì)量塊(Ia)靠近所述玻璃基底(12)的表面共面。相對的，所述第二振梁(2b)相對遠(yuǎn)離所述玻璃基底
(12)設(shè)置，所述第二振梁(2b)遠(yuǎn)離所述玻璃基底(12)的表面與所述第一質(zhì)量塊(Ia)遠(yuǎn)離所述玻璃基底(12)的表面共面。
[0060]所述第一驅(qū)動定梳齒(3a)及第一檢測定梳齒(4a)以梳齒相對的方式相對設(shè)置于所述第一振梁(2a)沿Y方向的兩側(cè)，分別用于加載驅(qū)動力和檢測諧振頻率的變化，實(shí)現(xiàn)靜電激勵(lì)及電容檢測。所述第一驅(qū)動定梳齒(3a)及第一檢測定梳齒(4a)可通過金屬線連接至設(shè)置于玻璃基底(12)上的引線電極(9a、9c)。
[0061]類似的，所述第二驅(qū)動定梳齒(3b)及第二檢測定梳齒(4b)以梳齒相對的方式相對設(shè)置于所述第二振梁(2b)兩側(cè)，分別用于加載驅(qū)動力和檢測諧振頻率的變化，實(shí)現(xiàn)靜電激勵(lì)及電容檢測。所述第二驅(qū)動定梳齒(3b)及第二檢測定梳齒(4b)可通過金屬線連接至設(shè)置于玻璃基底(12)上的電極點(diǎn)(10a、10c)。進(jìn)一步,所述第一驅(qū)動定梳齒(3a)、第一檢測定梳齒(4a)、第二驅(qū)動定梳齒(3b)及第二檢測定梳齒(4b)均沿所述第一質(zhì)量塊(Ia)及第二質(zhì)量塊(Ib )之間的對稱軸分布。
[0062]請一并參閱圖3a_31，本發(fā)明提供的Z軸硅諧振式加速度計(jì)的制備方法包括如下步驟:
[0063]步驟S11，在一玻璃基底(12)表面形成多個(gè)金屬導(dǎo)線作為引線電極；
[0064]步驟S12,提供一娃片(13),所述娃片(13)具有一第一表面及相對的第二表面,在所述娃片(13)的第一表面形成一第一掩膜(110)；
[0065]步驟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)；
[0066]步驟S14，在第二掩膜(120)的作用下，刻蝕所述硅片(13)的第一表面，形成一凹槽(112b)；[0067]步驟S15，去除所述第二掩膜(120)，并繼續(xù)刻蝕所述硅片的第一表面以及凹槽(112b)，形成多個(gè)鍵合臺(131a、131b、131c、131d)；
[0068]步驟S16，去除所述第一掩膜(110)，使所述硅片(13)的第一表面形成一圖案化的表面，并將所述圖案化的第一表面鍵合于所述玻璃基底(12)表面；
[0069]步驟S17，處理所述硅片(13)的第二表面以減小所述硅片(13)的厚度；
[0070]步驟S18，在所述硅片(13)的第二表面形成一第三掩膜(120)；
[0071]步驟S19，在覆蓋有所述第三掩膜(120)的表面形成一第四掩膜(140)；
[0072]步驟S20，在第四掩膜(140)的作用下刻蝕所述硅片的第二表面；
[0073]步驟S21，去除第四掩膜(140)，并在所述第三掩膜(120)的作用下繼續(xù)刻蝕所述硅片(13)的第二表面；
[0074]步驟S22，去除殘余的第三掩膜，形成所述Z軸硅微諧振式加速度計(jì)。
[0075]在步驟Sll中，請一并參閱圖3a，所述玻璃基底可為Pyrex7740#玻璃。所述金屬導(dǎo)線可通過濺射的方式形成在所述玻璃基底的表面。所述金屬導(dǎo)線的位置可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，作為所述Z軸娃微諧振式加速度計(jì)的引線電極(9a、9b、9c、10a、10b、10c)。
[0076]在步驟S12中，請一并參閱圖3b，所述第一掩膜(100)的材料可為二氧化硅。所述第一掩膜(100)可通過高溫氧化所述硅片(13)第一表面的方式形成，所述二氧化硅也可通過化學(xué)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個(gè)條形結(jié)構(gòu)部分掩蓋所述第一表面，并暴露出所述第一表面的其他部分表面。本實(shí)施例中，所述二氧化硅掩膜包括包括間隔設(shè)置的兩個(gè)第一條形結(jié)構(gòu)(101a、101b)、兩個(gè)第二條形結(jié)構(gòu)(102a、102b),對應(yīng)第一條形結(jié)構(gòu)(101a、IOlb)及第二條形結(jié)構(gòu)(102a、102b)位置處的第一表面被所述二氧化硅掩膜覆蓋，從而避免被刻蝕。
[0077]所述第一條形結(jié)構(gòu)(IOlaUOlb)及第二條形結(jié)構(gòu)(102a、102b)均沿一第一方向(如X方向)延伸，所述兩個(gè)第一條形結(jié)構(gòu)(IOlaUOlb)和所述兩個(gè)第二條形結(jié)構(gòu)(102a、102b)沿一第一對稱軸YO排列成一排且相互間隔設(shè)置，該第一對稱軸YO沿一第二方向(如Y方向)延伸。每個(gè)所述第一條形結(jié)構(gòu)(101a、101b)和第二條形結(jié)構(gòu)(102a、102b)相對于該第一對稱軸YO為軸對稱結(jié)構(gòu)。所述兩個(gè)第一條形結(jié)構(gòu)(IOlaUOlb)與所述兩個(gè)第二條形結(jié)構(gòu)(102a、102b)呈鏡像對稱分布于X方向上的一第二對稱軸XO兩側(cè)。所述第一方向與所述第二方向相互垂直。
[0078]進(jìn)一步，所述第一掩膜(100)還包括一鍵合區(qū)(103)，所述鍵合區(qū)(103)設(shè)置于所述硅片(13)的邊緣，所述鍵合區(qū)(103)圍繞所述第一條形結(jié)構(gòu)(101a、101b)及第二條形結(jié)構(gòu)(102a、102b)且與所述第一條形結(jié)構(gòu)(101a、101b)及第二條形結(jié)構(gòu)(102a、102b)間隔設(shè)置。所述鍵合區(qū)(103)用以形成外圍鍵合區(qū)(11)。
[0079]在步驟S13中，請一并參閱圖3c，所述第二掩膜(110)覆蓋所述第一掩膜(100 )及所述第一表面，進(jìn)一步，所述第二掩膜(110)具有一通孔(112a)，所述通孔(112a)設(shè)置于所述第一掩膜(100)的條形結(jié)構(gòu)之間，所述硅片(13)的第一表面的部分表面通過所述通孔暴露出來，所述通孔(112a)的形狀可為長方形或其他形狀，可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇。所述第二掩膜(110)的材料可根據(jù)第一掩膜(100 )及硅片的材料進(jìn)行選擇。本實(shí)施例中，所述第二掩膜(I 10)為光刻膠。所述通孔(I 12a)相對于第一對稱軸YO為軸對稱結(jié)構(gòu)
[0080]本實(shí)施例中，所述第二掩模(110)覆蓋所述第一掩模(100)及所述硅片(13)，而對應(yīng)通孔(112a)位置處的硅片(13)的表面暴露出來。所述通孔(112a)為方形，設(shè)置于兩個(gè)間隔設(shè)置的第二條形結(jié)構(gòu)(102a、102b)之間，使得第二條形結(jié)構(gòu)(102a、102b)之間的硅片的表面暴露出來。所述通孔(112a)與所述第二條形結(jié)構(gòu)(102a、102b)的延伸方向相同。所述通孔(102a)在延伸方向上的長度大于所述第二條形結(jié)構(gòu)(102a、102b)的長度。所述通孔(112a)的寬度可根據(jù)需要進(jìn)行選擇，但小于所述兩個(gè)間隔設(shè)置的第二條形結(jié)構(gòu)(102a、102b)之間的間隔距離。
[0081]在步驟S14中，請一并參閱圖3d，由于受到第二掩膜(110)的保護(hù)，所述通孔(112a)位置處的第一表面被刻蝕，形成一凹槽112b。而其他位置處的第一表面以及第一掩膜(100)基本不會受到影響。所述凹槽(112b)的深度可根據(jù)所述Z軸硅微諧振式加速度計(jì)中所需第二振梁、第二驅(qū)動定梳齒及第二檢測定梳齒的高度進(jìn)行選擇。本實(shí)施例中，所述刻蝕的深度為10微米，即所述凹槽(112b)的底面與所述第一表面未被刻蝕的其他位置的高度差為10微米。
[0082]在步驟S15中，請一并參閱圖3e，所述第二掩膜(110)去除之后，暴露出所述第一掩膜(100)。在刻蝕過程中，對應(yīng)第一條形結(jié)構(gòu)(101a、101b)及第二條形結(jié)構(gòu)(102a、102b)位置處的硅片(13)的第一表面不會被刻蝕氣體刻蝕，而其他位置處的第一表面均被刻蝕，形成多個(gè)鍵合臺(131a、131b、131c、131d)。所述鍵合臺(131a、131b、131c、131d)與所述第一條形結(jié)構(gòu)(IOlaUOlb)及第二條形結(jié)構(gòu)(102a、102b)的位置——對應(yīng)。所述鍵合臺(131a、131b、131c、131d)的高度可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，本實(shí)施例中，所述鍵合臺的高度為20微米。同時(shí)，凹槽(112b)也會被所述刻蝕氣體繼續(xù)刻蝕，使得凹槽(112b)的深度繼續(xù)加深，但與其他被刻蝕的第一表面的高度差保持不變。最終凹槽(112b)的深度等于所需的第二振梁2b距離所述玻璃基底表面的高度。本實(shí)施例中，所述凹槽(112b)的底面與第一表面其他被刻蝕的部分的高度差保持在10微米。
[0083]在步驟S16中，請一并參閱圖3f，所述第一掩膜(100)可通過化學(xué)方法去除，并且在去除的過程中，基本不會影響所述硅片(13)的表面結(jié)構(gòu)，從而使得所述第一表面形成一圖案化的表面。所述第一表面可通過高溫高壓鍵合的方式貼附在所述玻璃基底(12)的表面。進(jìn)一步，所述鍵合臺(131a、131b、131c、131d)設(shè)置于玻璃基基底(12)上的引線電極(9a、9b、9c、10a、10b、10c)電連接。另外，在鍵合之前，可對所述圖案化的表面進(jìn)行硼摻雜，然后再與所述玻璃基底(12)進(jìn)行鍵合，提高硅片的導(dǎo)電率。
[0084]在步驟S17中，請一并參閱圖3g，對所述硅片(13)的第二表面進(jìn)行磨拋或化學(xué)腐蝕，從而減小硅片(13)的整體厚度。硅片(13)減薄方法根據(jù)工藝設(shè)置采取不同方法，本實(shí)施例中采用化學(xué)腐蝕法進(jìn)行硅片(13)減薄。所述硅片(13)厚度減小后，使得對應(yīng)所述凹槽(112b)位置處的硅片(13)的厚度等于第二振梁2b的厚度。本實(shí)施例中，經(jīng)過減薄之后，所述硅片(13)整體的厚度減薄至50微米，所述凹槽(112b)位置處的硅片(13)的厚度為20微米。
[0085]在步驟S18中，請一并參閱圖3h，所述第三掩膜(120)的材料可為二氧化硅，所述第三掩膜(120)可通過等離子化學(xué)氣相淀積(PECVD)的方法形成在所述硅片(13)的第二表面。所述第三掩膜(120)包括兩個(gè)間隔且相對于所述第一對稱軸YO對稱設(shè)置的凹字形結(jié)構(gòu)(121e、121f)，且凹口相對設(shè)置。對應(yīng)凹字形結(jié)構(gòu)(121e、121f)位置處的第二表面被所述第三掩膜(120)覆蓋。進(jìn)一步，所述第三掩膜(120)包括一連接所述兩個(gè)凹字形結(jié)構(gòu)(121e、121f )的第二長條結(jié)構(gòu)(121 )，所述第二長條結(jié)構(gòu)(121)位于所述相對設(shè)置的凹口之間。并且所述第二長條結(jié)構(gòu)(121)沿X方向延伸。
[0086]所述第三掩膜(120)在所述第二長條結(jié)構(gòu)(121)兩側(cè)對稱設(shè)置有第二梳齒狀結(jié)構(gòu)(121c、121d)，所述第二梳齒狀結(jié)構(gòu)(121c、121d)的位置與所述第二條形結(jié)構(gòu)(102a、102b)在Z方向(垂直于X、Y方向)上一一對應(yīng)設(shè)置，分別用以形成所述第二振梁2b、第二驅(qū)動定梳齒(4a)及第二檢測定梳齒(4b)。該位置處的硅片(13)的表面在后續(xù)刻蝕過程中，不會被刻蝕氣體所刻蝕。
[0087]進(jìn)一步，所述第三掩膜(120)還包括與所述兩條第二短條結(jié)構(gòu)平行且間隔的兩條第一短條結(jié)構(gòu)(121a、121b)，所述兩條第一短條結(jié)構(gòu)(121a、121b)對應(yīng)于所述第一條形結(jié)構(gòu)(101a、101b)設(shè)置，從而保護(hù)該位置處的硅片(13)在后續(xù)刻蝕過程中不會被刻蝕?？梢岳斫?，所述第三掩膜(120)的具體形狀、覆蓋位置，可以根據(jù)所述設(shè)計(jì)完成的Z軸硅微諧振式加速度計(jì)的第二振梁2b、第二驅(qū)動定梳齒(4a)及第二檢測定梳齒(4b)的位置進(jìn)行選擇。另外，所述第三掩模(120)還包括一外框，所述外框設(shè)置于所述硅片(13)的邊緣，圍繞所述第二長條結(jié)構(gòu)(121)、第二梳齒狀結(jié)構(gòu)(121c、121d)、第一短條結(jié)構(gòu)(121a、121b)、凹字形結(jié)構(gòu)(121e、121f)設(shè)置，用以形成外圍鍵合區(qū)(11)。
[0088]在步驟S19中，請一并參閱3i，所述第四掩膜(140)覆蓋所述第三掩膜(120)，且與所述第三掩膜(120)基本重疊設(shè)置。進(jìn)一步，所述第四掩膜(140)包括一第一長條結(jié)構(gòu)(142)及對稱分布于第一長條結(jié)構(gòu)(142)兩側(cè)的第一梳齒狀結(jié)構(gòu)(141a)及第二梳齒狀結(jié)構(gòu)(141b)。具體的，所述第一長條結(jié)構(gòu)(142)位于所述相對設(shè)置的凹口之間，且與所述第二長條結(jié)構(gòu)(121)長度相同、平行且間隔設(shè)置，所述第一梳齒狀結(jié)構(gòu)(141a)及第二梳齒狀結(jié)構(gòu)(141b)以第一長條結(jié)構(gòu)(142)為對稱軸對稱分布。所述第一長條結(jié)構(gòu)(142)覆蓋所述娃片
(13)的部分表面。所述第一長條結(jié)構(gòu)(142)沿所述第三掩膜(120)中的兩條第一短條結(jié)構(gòu)(121a、121b)之間的對稱軸延伸。所述第一長條結(jié)構(gòu)(142)用以保護(hù)該位置處的硅片(13)以形成所述第一振梁(2a)。所述第四掩膜(140)的材料可以根據(jù)第三掩膜(120)及所述硅片(13)進(jìn)行選擇，以保證覆蓋位置處的所述第三掩膜(120)及硅片(13)不被刻蝕。本實(shí)施例中，所述第四掩膜(140)為光刻膠。
[0089]在步驟S20中，請一并參閱圖3j，在刻蝕氣體的作用之下，未被所述第四掩膜(140)覆蓋的硅片(13)被刻蝕而進(jìn)一步減薄。所述刻蝕的深度可根據(jù)所需的第一振梁(2a)的厚度進(jìn)行選擇，使得暴露位置處減薄后的硅片(13)的厚度在減薄后等于所需第一振梁(2a)的厚度?？涛g之后，使得凹槽(112b)中所述第二長條結(jié)構(gòu)(121)位置處的硅片(13)懸浮，僅兩端與硅片(13)的其他部分相連，形成第二振梁(2b)，與所述玻璃基底(12)間隔設(shè)置，且僅通過第二振梁(2b)的兩端支撐。本實(shí)施例中，所述刻蝕的深度為25微米，未被第四掩膜(140)覆蓋位置處的硅片(13)的厚度為5微米。
[0090]在步驟S21中，請一并參閱圖3k，去除所述第四掩膜(140)之后，繼續(xù)在第三掩膜(120)的保護(hù)之下刻蝕所述硅片(13)，除所述第三掩模(120)覆蓋位置處之外的硅片(13)均被刻蝕而去除，從而釋放結(jié)構(gòu)并形成所述第一振梁(2a)以及第一驅(qū)動定梳齒(3a)、第一檢測定梳齒(3b)，所述第一振梁2a的厚度為20微米。
[0091 ] 在步驟S22中，請一并參閱圖31，去掉所述第三掩膜(120)后，得到所述Z軸硅微諧振式加速度計(jì)，使得所述第一振梁2a距離所述玻璃基底的高度不同于所述第二振梁2b距離所述玻璃基底的高度。
[0092]本發(fā)明提供的硅微諧振式加速度計(jì)的制備方法，通過采用硅材料加工整體結(jié)構(gòu)，并且利用多層掩膜刻蝕工藝形成精細(xì)梳齒以及不等高振梁結(jié)構(gòu)，兼容平面內(nèi)硅微諧振式加速度計(jì)的加工工藝，并且與現(xiàn)有的SOG工藝兼容，便于實(shí)現(xiàn)多軸集成，提高了所述硅微諧振式加速度計(jì)的制備精度，從而提高了所述硅微諧振式加速度計(jì)的靈敏度。
[0093]另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)作其它變化，當(dāng)然這些依據(jù)本發(fā)明精神所作的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種硅微諧振式加速度計(jì)的制備方法，包括: S11，在一玻璃基底表面形成多個(gè)金屬導(dǎo)線作為引線電極； S12,提供一娃片,所述娃片具有一第一表面及相對的第二表面,在所述娃片的第一表面形成一第一掩膜，所述第一掩模包括兩個(gè)并排且間隔設(shè)置的第一條形結(jié)構(gòu)，兩個(gè)并排且間隔設(shè)置的第二條形結(jié)構(gòu)，所述兩個(gè)第一條形結(jié)構(gòu)與所述兩個(gè)第二條形結(jié)構(gòu)沿第一方向延伸，且關(guān)于沿第一方向上的一對稱軸呈鏡像對稱設(shè)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，所述第二掩模覆蓋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，所述通孔位于兩個(gè)間隔設(shè)置的第二條形結(jié)構(gòu)之間，對應(yīng)于通孔位置處的硅片暴露出來； S14，在第二掩膜的作用下，刻蝕所述硅片的第一表面，對應(yīng)于凹槽位置處的硅片的表面形成一凹槽； S15，去除所述第二掩膜，并繼續(xù)刻蝕所述硅片的第一表面以及凹槽，對應(yīng)于所述第一條形結(jié)構(gòu)及第二條形結(jié)構(gòu)位置處的硅片表面形成多個(gè)鍵合臺，并進(jìn)一步減小凹槽位置處的娃片厚度； S16，去除所述第一掩膜，使所述硅片的第一表面形成一圖案化的表面，并將所述圖案化的第一表面鍵合于所述玻璃基底表面，使得所述多個(gè)鍵合臺與所述引線電極電連接； S17，處理所述硅片的第二表面以減小所述硅片的厚度，使凹槽位置處的硅片的厚度等于所述硅微諧振式加 速度計(jì)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，所述第三掩膜包括兩個(gè)間隔且對稱設(shè)置的凹字形結(jié)構(gòu)、與所述兩個(gè)凹字形結(jié)構(gòu)連接的第二長條結(jié)構(gòu)、以及對稱設(shè)置與第二長條結(jié)構(gòu)兩側(cè)的第二梳齒狀結(jié)構(gòu)，所述凹字形結(jié)構(gòu)的凹口相對設(shè)置，第二長條結(jié)構(gòu)設(shè)置于凹口之間，對應(yīng)凹字形結(jié)構(gòu)、第一長條結(jié)構(gòu)及第二梳齒狀結(jié)構(gòu)位置處的第二表面被所述第三掩膜覆蓋； S19，形成一第四掩膜覆蓋所述第三掩膜，且所述第四掩膜包括一第一長條結(jié)構(gòu)，所述第一長條結(jié)構(gòu)沿所述第一條形結(jié)構(gòu)及第二條形結(jié)構(gòu)之間的對稱軸延伸，且與所述第二長條結(jié)構(gòu)長度相同、平行且間隔設(shè)置，所述第四掩膜在第一長條結(jié)構(gòu)兩側(cè)具有第一梳齒狀結(jié)構(gòu)，對應(yīng)于第一梳齒狀結(jié)構(gòu)位置處的娃片的第二表面被覆蓋； S20，在第四掩膜的作用下刻蝕所述硅片的第二表面，以減小未被第四掩膜覆蓋的硅片厚度，得到第二振梁及對稱分布于第二振梁兩側(cè)的第二驅(qū)動定梳齒及第二檢測定梳齒，并使得第二振梁懸浮于所述玻璃基底表面，通過第二振梁的兩端支撐； S21，去除第四掩膜，并在所述第三掩膜的作用下繼續(xù)刻蝕所述硅片的第二表面，形成所述第一振梁及對稱分布于于第一振梁兩側(cè)的第一驅(qū)動定梳齒及第二驅(qū)動定梳齒，且所述第一振梁距離所述玻璃基底的高度不同于所述第二振梁距離所述玻璃基底的高度； S22，去除殘余的第三掩膜，形成所述硅微諧振式加速度計(jì)。
2.如權(quán)利要求1所述的硅微諧振式加速度計(jì)的制備方法，其特征在于，所述第一掩膜通過高溫氧化所述硅片第一表面的方式形成。
3.如權(quán)利要求1所述的硅微諧振式加速度計(jì)的制備方法，其特征在于，在步驟S15中，所述凹槽的深度刻蝕到所需的第二振梁距離所述玻璃基底表面的高度。
4.如權(quán)利要求3所述的硅微諧振式加速度計(jì)的制備方法，其特征在于，所述凹槽的底面與第一表面其他被刻蝕的部分的高度差為10微米。
5.如權(quán)利要求1所述的硅微諧振式加速度計(jì)的制備方法，其特征在于，所述硅片的第一表面通過高溫高壓鍵合的方式貼附在所述玻璃基底的表面。
6.如權(quán)利要求5所述的硅微諧振式加速度計(jì)的制備方法，其特征在于，在高溫高壓鍵合之前，進(jìn)一步包括一對所述圖案化的表面進(jìn)行硼摻雜的步驟。
7.如權(quán)利要求1所述的硅微諧振式加速度計(jì)的制備方法，其特征在于，所述第三掩膜的材料為二氧化硅，通過等離子化學(xué)氣相淀積的方式形成在所述第二表面。
8.如權(quán)利要求7所述的硅微諧振式加速度計(jì)的制備方法，其特征在于，所述第四掩膜的材料為光刻膠且覆蓋所述第三掩膜。
9.如權(quán)利要求1所述的硅微諧振式加速度計(jì)的制備方法，其特征在于，在步驟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。
10.一種硅微諧振式加速度計(jì)的制備方法，包括: 在一玻璃基底表面形成多個(gè)金屬導(dǎo)線作為引線電極； 提供一娃片，所述娃片具有一第一表面及相對的第二表面，在所述娃片的第一表面形成一第一掩膜； 在形成有所述第一掩膜的硅片的第一表面形成第二掩膜，所述第二掩模覆蓋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，對應(yīng)于通孔位置處的硅片暴露出來； 在第二掩膜的作用下，刻蝕所述硅片的第一表面，對應(yīng)于凹槽位置處的硅片的表面形成一凹槽； 去除所述第二掩膜，并繼續(xù)刻蝕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圖案化的表面，并將所述圖案化的第一表面鍵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，所述第三掩膜包括一第二長條結(jié)構(gòu)、以及對稱設(shè)置與第二長條結(jié)構(gòu)兩側(cè)的第二梳齒狀結(jié)構(gòu)，所述凹字形結(jié)構(gòu)的凹口相對設(shè)置，第二長條結(jié)構(gòu)設(shè)置于凹口之間，對應(yīng)凹字形結(jié)構(gòu)、第一長條結(jié)構(gòu)及第二梳齒狀結(jié)構(gòu)位置處的第二表面被所述第三掩膜覆蓋； 形成一第四掩膜覆蓋所述第三掩膜，且所述第四掩膜包括一第一長條結(jié)構(gòu)，所述第一長條結(jié)構(gòu)沿所述第一條形結(jié)構(gòu)及第二條形結(jié)構(gòu)之間的對稱軸延伸，且與所述第二長條結(jié)構(gòu)長度相同、平行且間隔設(shè)置； 在第四掩膜的作用下刻蝕所述硅片的第二表面，以減小未被第四掩膜覆蓋的硅片厚度，得到第二振梁，所述第二振梁懸浮于所述玻璃基底表面，通過第二振梁的兩端支撐； 去除第四掩膜，并在所述第三掩膜的作用下繼續(xù)刻蝕所述硅片的第二表面，形成所述第一振梁，且所述第一振梁距離所述玻璃基底的高度不同于所述第二振梁距離所述玻璃基底的高度； 去除殘余的第三掩膜，形成所述硅微諧振式加速度計(jì)。
【文檔編號】B81C1/00GK103913596SQ201410132108
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年4月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月2日
【發(fā)明者】董景新, 趙淑明, 劉云峰, 閆桂珍 申請人:清華大學(xué)