差分式高精度加速度計的加工方法

2023-05-04 00:40:41 2

專利名稱：差分式高精度加速度計的加工方法
技術領域：
本發明涉及微電子機械加工領域，尤其涉及一種差分式高精度加速度計的加工方法。
背景技術：
高靈敏度低噪聲微加速度計在慣性導航、地質監測、空間微重力測量等領域都有 廣泛的應用。MEMS加速度計由於採用了矽微機械加工技術，具有成本低、體積小、便於批量 自造等優勢，已經在低精度以及中等精度加速度計應用領域佔據主導地位。但是隨著MEMS 加速度體積的縮小，在傳統加速度計中並不顯著的熱噪聲問題、應力問題、壓膜阻尼問題等 問題，由於尺寸效應而變得顯著。 為了提高MEMS加速度計的信噪比，即提高檢測靈敏度，國內外的高等院校以及公 司進行了有益的探索。具體包括通過增大敏感電容基板面積、提高梳齒電容的深寬比等 手段增大敏感電容的初始值；通過結構設計在加速度計中形成可差分變化的敏感電容對， 以提高加速度計的電容敏感度，並抑制共模噪聲；以及，採用真空封裝調節壓膜阻尼並降低 MEMS加速度計的熱噪聲。 1992年，Eric Peeters等人研製出第一種全對稱差分電容式微加速度計。此MEMS 加速度計具有較大的初始電容並可實現差分檢測，其特點在於第一次採用梁結構從上下兩 側懸掛質量塊的方式，成功的抑制了交叉軸靈敏度，使得加速度計單軸靈敏度提高，從而降 低耦合噪聲，提高檢測精度。然而在加工工藝方面，Eric Peeters等採用普通單晶矽圓片， 通過濃硼擴散自停止腐蝕控制梁結構的厚度，從而引入了較大的應力，造成加速度計的溫 度特性等性能下降；此外，此加速度計的加工工藝中有脆弱矽片的鍵合操作，從而影響了此 加速度計的成品率。 2000年，美國密西根大學的Najafi研究組採用單片單晶矽圓片製成了全矽高精
度電容加速度計，這種加速度計同樣採用了雙層梁結構，具有全對稱結構，實現了微g量級
的加速度檢測，但是此加速度計採用濃硼擴散自停止腐蝕工藝製作梁結構，從而引入了較
大的應力；並且此加速度計結構脆弱，難於實現劃片封裝，實用性較差。 2007年，喬治亞理工大學Reza等人採用SOI單晶矽圓片製成了一種梳齒結構差
分電容式加速度計。此加速度計採用器件層深刻蝕結合多晶矽溝槽回填技術形成並縮小梳
齒間電容間隙從而提高初始電容值，並利用SOI片的襯底(handle layer)形成附加質量
塊，以提高加速度計的敏感度。但是此結構中附加質量塊僅分布於梳齒結構的一側，因此
梁-質量塊結構的重心和和梁的支撐力作用中心不重合，因此，加速度計非敏感軸向的加
速度對敏感軸向偶合嚴重。 美國I/O Sensors公司申請的系列專利U. S. Pat. No. 5484073 ;U. S. Pat. No. 5652384 ;U. S. Pat. No. 5852242 ;U. S. Pat. No.是高精度微機械加速度計的成功方案，但 是此方案採用深腐蝕後的兩片SOI片進行矽-矽鍵合，存在鍵合風險高，鍵合成功率較低的 問題，以及加工過程中片間的工藝結果不均勻性導致的敏感結構對稱性降低的問題，此外，此方案較難實現非敏感軸向的有效過載保護。

發明內容
本發明的目的在於，提供一種差分式高精度加速度計的加工方法，以至少解決上 述技術問題之一。 本發明一種差分式高精度加速度計的加工方法，所述加速度計包括自上而下依次 連接的電極蓋板、梁-質量塊結構的可動矽結構組件、下電極蓋板，所述方法包括如下步 驟電極板加工步驟，採用玻璃片或單晶矽圓片作為基片，加工所述上電極板和下電極板；
可動矽結構組件加工步驟，以雙器件層soi單晶矽圓片作為基片，加工所述梁-質量塊結構
的可動矽結構組件；連接步驟，將基片加工的上、下電極板與所述可動矽結構組件基於鍵和 方式連接。 上述加速度計的加工方法，優選所述可動矽結構組件加工步驟包括初始電容間 距及鍵合區域獲取步驟，在所述單晶矽圓片的正反兩個拋光面上腐蝕出凹槽，得到敏感電 容的初始電容間距並同時得到鍵合區域；器件層結構獲取步驟，在單晶矽圓片正、反兩面 同時利用矽腐蝕劑進行每面兩次矽腐蝕，形成器件層上的結構，包括多個彈性支撐梁、質量 塊、以及固支框架；可動電極金屬層獲取步驟，對所述單晶矽圓片進行熱氧化，生成二氧化 矽；並在熱氧化後的單晶矽圓片正、反面進行二氧化矽圖形化以形成金-矽接觸窗口，對所 述接觸窗口矽表面進行摻雜，摻雜類型與所述單晶矽圓片本身摻雜類型相同；在摻雜後的 單晶矽圓片正面和反面分別進行金屬濺射，並且在矽片正、反面分別進行光刻並通過金屬 的腐蝕形成電極圖形；垂直深刻蝕步驟，分別圖形化位於單晶矽圓片正、反面的埋氧層，並 分別從單晶矽圓片正、反面進行單晶矽圓片的垂直深刻蝕；梁-質量塊結構釋放步驟，腐 蝕穿通深刻蝕後的單晶矽圓片，以釋放梁-質量塊結構；彈性支撐梁獲取步驟，去除釋放 梁-質量塊結構後的單晶矽圓片上的二氧化矽，以得到單晶矽材料的多個彈性支撐梁。
上述加速度計的加工方法，優選器件層結構獲取步驟中，所述矽腐蝕劑為四甲基 氫氧化銨溶液。 上述加速度計的加工方法，優選所述可動電極金屬層獲取步驟中，所述圖形化金 屬層完全覆蓋所述金_矽接觸窗口 。 上述加速度計的加工方法，優選所述垂直深刻蝕步驟中，所述垂直深刻蝕為電感 耦合等離子體刻蝕。 上述加速度計的加工方法，優選所述梁-質量塊結構釋放步驟中，所述穿通腐蝕 方法為單晶矽各向異性腐蝕。 上述加速度計的加工方法，優選當採用玻璃片作為基片時，所述上、下電極板與所 述可動矽結構組件基於陽極鍵和方式連接；所述電極板加工步驟包括第一腐蝕步驟，腐 蝕玻璃基片，得到的玻璃突起點作為加速度計非敏感軸向的加速度過載保護結構；金屬濺 射步驟，通過金屬濺射在玻璃基片上形成金屬層；二氧化矽、氮化矽生長步驟，層通過等離 子體增強型化學氣相澱積在所述金屬層上生長二氧化矽層；之後，同樣通過等離子體增強 型化學氣相澱積在二氧化矽層上生長氮化矽層；第二腐蝕步驟，將氮化矽層以及二氧化矽 層作為腐蝕停止層，腐蝕穿通所述氮化矽層以及二氧化矽層，得到二氧化矽及氮化矽材料 的突起點，所述突起點為所述加速度計敏感軸向的加速度過載保護結構；第三腐蝕步驟，腐蝕所述金屬層，形成所述電極板的檢測-驅動電極、電信號引出線以及壓焊電極。 上述加速度計的加工方法，優選所述第二腐蝕步驟中，所述穿通腐蝕方法為單晶
矽各向異性腐蝕。 上述加速度計的加工方法，優選當採用單晶矽圓片作為基片時，所述上、下電極板 與所述可動矽結構組件基於矽-矽鍵和方式連接；，所述電極板加工步驟包括第一腐蝕 步驟，腐蝕單晶矽圓片，得到的單晶矽突起點作為加速度計非敏感軸向的加速度過載保護 結構；圖形氧化層獲取步驟，對單晶矽圓片進行熱氧化，並通過光刻、腐蝕工藝圖形化氧化 層；濺射步驟，通過金屬濺射在單晶矽圓片上濺射形成金屬層，並通過光刻、腐蝕圖形化金 屬層，形成檢測-驅動電極、電信號引出線，以及壓焊電極；二氧化矽、氮化矽生長步驟，通 過等離子體增強型化學氣相澱積在所述金屬層上生長二氧化矽，之後，同樣通過等離子體 增強型化學氣相澱積在二氧化矽層上生長氮化矽層；第二腐蝕步驟，通過光刻、腐蝕氮化矽 層以及二氧化矽層，得到的二氧化矽及氮化矽材料的突起點，所述突起點為加速度計敏感
軸向的加速度過載保護結構。 相對於現有技術中，本發明具有如下優點 第一、本發明採用一片雙器件層SOI單晶矽即完成了可動矽結構組件的加工，避 免了通常採用的高溫矽_矽鍵合工藝製備可動矽結構組件，降低了工藝難度，降低了最高 工藝溫度，消除了矽_矽鍵合弓I入的鍵合應力問題。 第二、本發明採用的SOI類型單晶矽圓片作為可動矽結構組件的加工的基片，實 現了梁結構厚度的精確控制。相對於通常採用的濃硼擴散自停止腐蝕製備梁結構的方法， 此方案能夠在不引入應力的前提下，得到厚度精確的梁結構，提高了梁-質量塊結構的可 動矽結構組件的對稱性。 第三、MEMS工藝中常採用ICP刻蝕(感應耦合等離子體刻蝕)工藝製備加速度計 的梁結構，並存在刻蝕側壁殘餘鈍化物，因此在結構中引入的問題。本發明中採用TMAH溼 法腐蝕工藝得到器件層上的矽結構，包括多根梁結構和質量塊結構，得到了潔淨的單晶矽 懸臂梁，進一步降低了應力的影響。 第四、本發明中梁-質量塊結構可動矽結構組件具有通用性，即可採用玻璃電極 蓋板，也可以採用單晶矽電極蓋板。


圖1為本發明所加工的具有對稱結構的微機械差分電容加速度計的結構示意圖；
圖2為本發明所加工的具有對稱結構的微機械差分電容加速度計中，梁-質量塊 結構的可動矽結構組件結構示意圖； 圖3A為本發明所述一種具有對稱結構的微機械差分電容加速度計的梁_質量塊
結構可動矽結構組件加工基片，該加工基片為雙器件層SOI單晶矽圓片； 圖3B為圖3A中所述雙器件層SOI單晶矽圓片的A_A向剖面視圖； 圖4為本發明一種差分式高精度加速度計的加工方法的步驟流程圖； 圖5(a) 圖5(h)為本發明中，梁_質量塊結構的可動矽結構組件主要製備過程
示意圖； 圖6本發明所加工的玻璃上電極蓋板100Ga ;
6
圖7(a) 圖7(g)為圖6所示的玻璃電極蓋板的主要製備過程；
圖8所示為單晶矽上蓋板200Ga正面以及背面的正等側視圖；
圖9(a) 圖9(i)為單晶矽電極蓋板的主要製備過程示意圖。
具體實施例方式
為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實 施方式對本發明作進一步詳細的說明。 如圖1 3B為一種具有對稱結構的微機械差分電容加速度計的結構圖，以及本發 明所述加速度計的可動矽結構組件(梁-質量塊結構)的製備方法。圖l所示為本發明所 述加速度計(玻璃電極蓋板方案)的結構示意圖。如圖i所示，加速度計ioo具有一個玻 璃上電極蓋板100Ga，一個玻璃下電極蓋板100Gb，一個可動矽結構組件100S。
圖2所示為可動矽結構組件100S的結構示意圖，其中，8a、8b、8c、8d為彈性支撐 梁，5、5'為二氧化矽絕緣層，也叫埋氧層，6、6'為電極信號引出層，7為單晶矽框架，10為導 流凹槽，11為可動電極金屬層，12為電極引線凹槽，13為體矽電信號引出電極，14為金屬電 極，16為單晶矽配重質量塊。 圖3A為加工可動矽結構組件100S的加工基片雙器件層SOI單晶矽圓片的三維視 圖，圖3B為圖3A其剖面視圖，如圖3B所示雙器件層單晶矽圓片具有5層結構。用於加工 矽結構組件100S的基材l，此種SOI片具有一個單晶矽襯片4，單晶矽襯片4的正反面分別 有厚度相等的二氧化矽絕緣層3及3'，在二氧化矽絕緣層3及二氧化矽絕緣層3'上分別有 厚度相等的單晶矽層器件層2及單晶矽層器件層2'，圖3是如圖2所示雙器件層SOI單晶 矽圓片沿著3-3剖線得到的剖面視圖，此種SOI片在如圖所示的Z軸向由單晶矽層器件層 2、二氧化矽絕緣層3、單晶矽襯片4、二氧化矽絕緣層3'、單晶矽層器件層2'各層構成。這 種SOI片也可以由7層結構構成，即在單晶矽襯片4中加入一層二氧化矽絕緣層，從而單晶 矽襯片4結構變為由兩層單晶矽層中間夾一層二氧化矽層的"三明治"結構。
圖4為本發明一種差分式高精度加速度計的加工方法的步驟流程圖，其中，所述 加速度計包括自上而下依次連接的電極蓋板、梁-質量塊結構的可動矽結構組件、下電極 蓋板，所述方法包括電極板加工步驟410，採用玻璃片或單晶矽圓片作為基片，加工所述 上電極板和下電極板；可動矽結構組件加工步驟420，以雙器件層SOI單晶矽圓片作為基 片，加工所述梁_質量塊結構的可動矽結構組件；連接步驟430，將玻璃片作為基片加工的 上、下電極板與所述可動矽結構組件基於陽極鍵和方式連接；或者，單晶矽圓片作為基片加 工的上、下電極板與所述可動矽結構組件基於矽_矽鍵合方式連接。 圖5為本發明所述一種具有對稱結構的微機械差分電容加速度計的梁-質量塊結 構可動矽結構組件100S的主要製備過程。 梁-質量塊結構可動矽結構組件100S採用在圓片厚度方向上具有完全對稱性的 雙器件層SOI單晶矽圓片作為梁-質量塊結構加工基片。為得到高度對稱的梁-質量塊結 構，在其製備過程中大量採用雙面加工工藝，以保證作為加工基片的雙器件層SOI單晶矽 圓片的正反兩個工藝面上經歷同樣的工藝過程，並得到對稱的工藝結果。在加工過程中，採
用兩次單晶矽各向異性腐蝕在雙器件層SOI單晶矽圓片的正面得到梁-質量塊結構的多根
支撐梁，以及質量塊便面的氣體導流凹槽；在第二次各向異性腐蝕工藝中，雙器件層SOI單晶矽圓片的埋氧層(BOX:Buried Oxides)作為矽各向異性腐蝕自停止層，因此梁的厚度可 以精確控制。 下面結合圖5 (a)至圖5 (h)具體進行說明 圖5 (a)所示為製備100S的基片雙器件層SOI單晶矽圓片1 ;雙器件層SOI單晶矽 圓片l經過熱氧化生長得到二氧化矽層，並經過光刻、刻蝕(腐蝕)工藝進行圖形化後，在 雙器件層SOI單晶矽圓片的正反面分別得到的如圖5(b)所示二氧化矽掩模50和50'。以 如圖5(b)所示50和50'為腐蝕掩模在TMAH溶液中進行矽腐蝕，得到本專利所述電容加速 度計的初始電容間隙51和51'。 在得到51和51'以後，去除二氧化矽腐蝕掩模50及50'。並進行第二次熱氧化，在 基片的正反面得到二氧化矽層，並經過光刻、刻蝕(腐蝕)工藝進行圖形化後，在雙器件層 SOI單晶矽圓片的正反面分別得到的如圖5(c)所示二氧化矽掩模52和52'。以52和52'為 腐蝕掩模在基片正反面表面進行矽腐蝕，採用的矽腐蝕劑為TMAH(tetramethyl ammonium hydroxide :四甲基氫氧化銨)溶液，腐蝕得到第一階段梁結構54和54'，以及第一階段質 量土央結構55和55'。 在得到54和54'以及55和55'以後，去除二氧化矽腐蝕掩模52及52'。並進行第三 次熱氧化，在基片的正反面得到二氧化矽層，並經過光刻、刻蝕(腐蝕)工藝進行圖形化後， 在雙器件層S0I單晶矽圓片的正反面分別得到的如圖5(d)所示二氧化矽掩模56和56'。以 52和52'為腐蝕掩模在基片正反面表面進行矽腐蝕，採用的矽腐蝕劑為TMAH(tetramethyl ammonium hydroxide :四甲基氫氧化銨)溶液，腐蝕得到梁結構8 (a-d)和8' (a-d)，以及 質量塊結構55和55'。以及質量塊上導流凹槽10和10'。在腐蝕過程中雙器件層SOI單 晶矽圓片的兩個二氧化矽絕緣層(埋氧層)起到腐蝕停層的作用，使得梁結構8(a-d)和 8' (a-d)的厚度精確可控。 在得到如圖5(d)所示結構以後，去除腐蝕二氧化矽腐蝕掩模56及56'。並進行 第四次熱氧化，在基片的正反面得到二氧化矽層，並經過光刻、刻蝕(腐蝕)工藝進行圖形 化後，在雙器件層SOI單晶矽圓片的正反面分別得到的如圖5(e)所示二氧化矽窗口 59和 59' 。 二氧化矽窗口 59和59'為離子注入窗口或擴散窗口 ，進行了離子注入或表面預擴散是 為提高59和59'窗口內的矽表摻雜濃度以達到和金屬能夠形成歐姆接觸的摻雜量級。圖 形化基片的正反面的二氧化矽層同時得到二氧化矽材料的保護層如圖5(e)中58及58'所 示，58和58'的厚度需要耐受TMAH腐蝕液長時間腐蝕，具體所需厚度由釋放梁_質量塊結 構100S需要進行矽腐蝕的時間決定。 在基片的正反面分別濺射並圖形化金屬層形成質量塊上的可動電極金屬層，如圖 5(f)ll及ll'所示。金屬層必須能夠經受鹼性腐蝕液，如TMAH溶液或氫氧化鉀(KOH)溶解 中的長時間浸泡，一般採用鉻(Cr)和金(Au)兩種金屬依次濺射形成。在基片的正反面依 次進行矽垂直刻蝕，形成如圖5(f)所示的60及60'深槽。 將經過垂直刻蝕的基片在TMAH溶液中進行腐蝕。直到如圖5 (g)梁8 (a-d)及梁 8' (a-d)下方的矽被腐蝕去除乾淨，使得梁-質量塊結構100S得到釋放，即得到可動的質
量塊101。將釋放後的梁-質量塊結構ioos在氫氟酸中浸泡，氫氟酸腐蝕去除二氧化矽材
料的保護層58和58'如圖5(h)所示。 在梁-質量塊結構100S得到釋放以後，通過氫氟酸腐蝕去除梁8(a-d)及梁
88' (a-d)四周，以及可動矽結構組件(梁-質量塊結構)100S正面及反面的二氧化矽。得到多根單晶矽支撐梁8(a-d)及梁8' (a-d)。 參照圖6，圖6為玻璃電極蓋板lOOGa的結構示意圖。其中，30為基板，31a、31b、31c和31d為玻璃橫向扛過載結構，32為基板上凹槽，33為金屬驅動電極，34a、34b、34c和34d為絕緣阻擋塊，36為電極引線，37為壓焊電極。 圖7(a) (g)為製備玻璃電極蓋板100Ga(100Gb)的主要工藝步驟。圖7 (a)所示為製備玻璃電極蓋板的基材，拋光玻璃片。其特點在於，此玻璃片的熱膨脹曲線和單晶矽的熱膨脹曲線接近，以降低鍵合應力對器件造成的不良影響。 如圖7(b)所示，通過腐蝕玻璃基片得到加速度計橫向抗過載結構31b(31c)和31a(31d)，採用的腐蝕液為氫氟酸；如圖7(c)所示在玻璃基片上繼續進行氫氟酸得到金屬電極凹槽61 ;如圖7 (d)所示，濺射金屬層62覆蓋玻璃基片正面，金屬層62 —般採用鉻(Cr)和金(Au)兩種金屬依次濺射形成；如圖7(e)所示，在金屬層62上通過PECVD(等離子體化學氣相沉積)分別依次生長二氧化矽和氮化矽層63;如圖7(f)所示，通過光刻和氫氟酸(HF)腐蝕圖形化氮化矽和二氧化矽層63，形成絕緣阻擋塊34a(d)和34b (c)作為加速度計敏感軸向的抗過載結構，金屬層62在氫氟酸腐蝕過程中充當腐蝕自停層；如圖7(g)所示，通過光刻和金屬腐蝕工藝圖形化金屬層62，形成金屬驅動電極33，壓焊電極37等金屬圖形。 梁-質量塊結構的可動矽結構組件、玻璃上電極蓋板100Ga和玻璃下電極蓋板100Gb依次通過陽極鍵合方式相連接。 圖8所示為左圖為單晶矽電極蓋板200Ga的正面和右圖為單晶矽電極蓋板200Ga的背面。其中，40為單晶矽基板，41a、41b、41c、41d為單晶矽橫向扛過載結構，42為單晶矽凹槽，43為單晶矽蓋板金屬驅動電極，44a、44b、44c、44d為單晶矽蓋板絕緣阻擋塊，45為單晶矽蓋板絕緣環，46為單晶矽蓋板電極引線，47為單晶矽蓋板壓焊電極，48蓋板背電極，49為電極絕緣層。 圖9(a) (i)為製備玻璃電極蓋板200Ga(200Gb)的主要工藝步驟。圖9 (a)所示為製備玻璃電極蓋板的基材，拋光單晶矽圓片。 如圖9(b)所示，通過單晶矽圓片的腐蝕(刻蝕)得到加速度計橫向抗過載結構41b(41c)和41a(41d)，可以採用矽各向異性腐蝕、矽各向同性腐蝕以及矽的幹法刻蝕工藝；如圖9(c)所示在矽基片上繼續進行腐蝕(刻蝕)得到單晶矽凹槽42 ;如圖9(d)所示，通過PECVD或者LPCVD (低壓化學氣相澱積)在單晶矽基片正面形成二氧化矽層65 ;
如圖9(e)所示，經過光刻、氫氟酸腐蝕圖形化二氧化矽層65得到單晶矽蓋板絕緣環45和電極絕緣層49，此後在基片上通過濺射形成金屬層66，在金屬層66上通過PECVD(等離子體化學氣相沉積)分別依次生長二氧化矽和氮化矽層67 ;如圖9(f)所示，通過光刻和氫氟酸(HF)腐蝕圖形化氮化矽和二氧化矽層67，形成絕緣阻擋塊44a(d)和44b(c)作為加速度計敏感軸向的抗過載結構；如圖9(g)所示，通過光刻和金屬腐蝕工藝圖形化金屬層66，形成金屬驅動電極43，壓焊電極47等金屬圖形。如圖9(h)所示，在單晶矽蓋板背面進行塗膠、光刻工藝後得到光刻膠圖形68，在單晶矽蓋板背面進行金屬濺射，得到不連續的金屬層69。之後在丙酮中進行超聲剝離，得到如圖9(i)所示的蓋板背電極48。
梁-質量塊結構可動矽結構組件、單晶矽上電極蓋板和單晶矽下電極蓋板依次通
9過低溫矽_矽鍵合技術形成加速度計。 以上對本發明所提供的一種差分式高精度加速度計的加工方法進行了詳細介紹， 本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用 於幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對於本領域的一般技術人員，依據本發明的 思想，在具體實施方式
及應用範圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為 對本發明的限制。
權利要求
一種差分式高精度加速度計的加工方法，所述加速度計包括自上而下依次連接的電極蓋板、梁-質量塊結構的可動矽結構組件、下電極蓋板，其特徵在於，所述方法包括如下步驟電極板加工步驟，採用玻璃片或單晶矽圓片作為基片，加工所述上電極板和下電極板；可動矽結構組件加工步驟，以雙器件層SOI單晶矽圓片作為基片，加工所述梁-質量塊結構的可動矽結構組件；連接步驟，將基片加工的上、下電極板與所述可動矽結構組件基於鍵和方式連接。
2. 根據權利要求1所述的加速度計的加工方法，其特徵在於，所述可動矽結構組件加工步驟包括初始電容間距及鍵合區域獲取步驟，在所述單晶矽圓片的正反兩個拋光面上腐蝕出凹槽，得到敏感電容的初始電容間距並同時得到鍵合區域；器件層結構獲取步驟，在單晶矽圓片正、反兩面同時利用矽腐蝕劑進行每面兩次矽腐蝕，形成器件層上的結構，包括多個彈性支撐梁、質量塊、以及固支框架；可動電極金屬層獲取步驟，對所述單晶矽圓片進行熱氧化，生成二氧化矽；並在熱氧化後的單晶矽圓片正、反面進行二氧化矽圖形化以形成金-矽接觸窗口，對所述接觸窗口矽表面進行摻雜，摻雜類型與所述單晶矽圓片本身摻雜類型相同；在摻雜後的單晶矽圓片正面和反面分別進行金屬濺射，並且在矽片正、反面分別進行光刻並通過金屬的腐蝕形成電極圖形；垂直深刻蝕步驟，分別圖形化位於單晶矽圓片正、反面的埋氧層，並分別從單晶矽圓片正、反面進行單晶矽圓片的垂直深刻蝕；梁-質量塊結構釋放步驟，腐蝕穿通深刻蝕後的單晶矽圓片，以釋放梁-質量塊結構；彈性支撐梁獲取步驟，去除釋放梁_質量塊結構後的單晶矽圓片上的二氧化矽，以得到單晶矽材料的多個彈性支撐梁。
3. 根據權利要求2所述的加速度計的加工方法，其特徵在於，所述器件層結構獲取步驟中，所述矽腐蝕劑為四甲基氫氧化銨溶液。
4. 根據權利要求2所述的加速度計的加工方法，其特徵在於，所述可動電極金屬層獲取步驟中，所述圖形化金屬層完全覆蓋所述金_矽接觸窗口 。
5. 根據權利要求2所述的加速度計的加工方法，其特徵在於，所述垂直深刻蝕步驟中，所述垂直深刻蝕為電感耦合等離子體刻蝕。
6. 根據權利要求5所述的加速度計的加工方法，其特徵在於，所述梁-質量塊結構釋放步驟中，所述穿通腐蝕方法為單晶矽各向異性腐蝕。
7. 根據權利要求1所述的加速度計的加工方法，其特徵在於，當採用玻璃片作為基片時，所述上、下電極板與所述可動矽結構組件基於陽極鍵和方式連接；所述電極板加工步驟包括第一腐蝕步驟，腐蝕玻璃基片，得到的玻璃突起點作為加速度計非敏感軸向的加速度過載保護結構；金屬濺射步驟，通過金屬濺射在玻璃基片上形成金屬層；二氧化矽、氮化矽生長步驟，層通過等離子體增強型化學氣相澱積在所述金屬層上生長二氧化矽層；之後，同樣通過等離子體增強型化學氣相澱積在二氧化矽層上生長氮化矽 層；第二腐蝕步驟，將氮化矽層以及二氧化矽層作為腐蝕停止層，腐蝕穿通所述氮化矽層 以及二氧化矽層，得到二氧化矽及氮化矽材料的突起點，所述突起點為所述加速度計敏感 軸向的加速度過載保護結構；第三腐蝕步驟，腐蝕所述金屬層，形成所述電極板的檢測_驅動電極、電信號引出線以 及壓焊電極。
8. 根據權利要求7所述的加速度計的加工方法，其特徵在於，所述第二腐蝕步驟中，所 述穿通腐蝕方法為單晶矽各向異性腐蝕。
9. 根據權利要求l所述的加速度計的加工方法，其特徵在於，當採用單晶矽圓片作為 基片時，所述上、下電極板與所述可動矽結構組件基於矽-矽鍵和方式連接；所述電極板加 工步驟包括第一腐蝕步驟，腐蝕單晶矽圓片，得到的單晶矽突起點作為加速度計非敏感軸向的加 速度過載保護結構；圖形氧化層獲取步驟，對單晶矽圓片進行熱氧化，並通過光刻、腐蝕工藝圖形化氧化層；濺射步驟，通過金屬濺射在單晶矽圓片上濺射形成金屬層，並通過光刻、腐蝕圖形化金 屬層，形成檢測_驅動電極、電信號弓I出線，以及壓焊電極；二氧化矽、氮化矽生長步驟，通過等離子體增強型化學氣相澱積在所述金屬層上生長 二氧化矽，之後，同樣通過等離子體增強型化學氣相澱積在二氧化矽層上生長氮化矽層；第二腐蝕步驟，通過光刻、腐蝕氮化矽層以及二氧化矽層，得到的二氧化矽及氮化矽材 料的突起點，所述突起點為加速度計敏感軸向的加速度過載保護結構。
全文摘要
本發明公開了一種差分式高精度加速度計的加工方法，加速度計包括自上而下依次連接的電極蓋板、梁-質量塊結構的可動矽結構組件、下電極蓋板，該方法包括採用玻璃片或單晶矽圓片作為基片，加工所述上電極板和下電極板；以雙器件層SOI單晶矽圓片作為基片，加工所述梁-質量塊結構的可動矽結構組件；將基片加工的上、下電極板與所述可動矽結構組件基於鍵和方式連接。本發明採用一片單晶矽即完成了可動矽結構組件的加工，避免了通常採用的高溫矽-矽鍵合工藝製備可動矽結構組件，降低了工藝難度，降低了最高工藝溫度，消除了矽-矽鍵合引入的鍵合應力問題。並且，梁-質量塊結構具有通用性。
文檔編號B81B7/02GK101786593SQ20101003434
公開日2010年7月28日 申請日期2010年1月18日 優先權日2010年1月18日
發明者胡啟方, 郝一龍, 高成臣 申請人:北京大學