一种石英盘式谐振微机械陀螺谐振子的制造方法与流程

文档序号:15631521发布日期:2018-10-12 20:43

本发明涉及一种石英盘式谐振微机械陀螺谐振子的制造方法,属于MEMS固体振动陀螺制造技术领域。



背景技术:

盘式谐振微机械陀螺是基于科里奥利效应的一种角速率传感器,其盘式谐振子被驱动后在一定的驱动模态下工作,当外界有角运动输入时,产生的科里奥利力将能量耦合到谐振子模态中,从而出现幅值与角速度输入成正比的响应振动模式,通过电极检测该振动幅值的变化,经解调计算后可得到真实的角运动量。

谐振子的性能是影响盘式谐振微机械陀螺性能的首要因素。谐振子的性能主要通过品质因子、谐振频率、角度增益、机械灵敏度等主要参数表征。而这些参数主要取决于谐振子的材料属性、结构尺寸、以及约束形式等。通常,基于成熟的硅微加工技术,盘式谐振微机械陀螺谐振子一般采用单晶硅材料。但是由于单晶硅材料存在各向异性,会对谐振子的性能产生不利影响。单从材料属性方面考虑,石英玻璃是一种制作盘式谐振微机械陀螺谐振子的理想材料,但是相对于硅微结构加工,石英盘式微结构的制造工艺难度要大得多。



技术实现要素:

本发明的目的在于:克服现有技术的不足,提供一种石英盘式谐振微机械陀螺谐振子的制造方法,解决了石英盘式微结构制造工艺难度大的问题,实现了石英盘式谐振微机械陀螺谐振子的高精度批量制造。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的:

一种石英盘式谐振微机械陀螺谐振子的制造方法,包括如下步骤:

(1)刻蚀碳化硅晶圆,制作与盘式谐振子微结构相对应的刻蚀槽;

(2)将石英玻璃与刻蚀完成的碳化硅晶圆进行键合,形成晶圆键合结构;

(3)对晶圆键合结构进行加热,直至石英玻璃均匀灌入碳化硅晶圆的刻蚀槽内,停止加热;

(4)对灌入石英玻璃的碳化硅晶圆进行减薄抛光,去除刻蚀槽以外石英玻璃;

(5)去除碳化硅,完成石英盘式谐振子结构释放。

所述步骤(1)中刻蚀碳化硅晶圆,采用干法刻蚀工艺刻蚀碳化硅晶圆制作刻蚀槽。

所述刻蚀槽的深度对应谐振子微结构的设计厚度。

碳化硅晶圆和石英玻璃在真空状态通过低温键合工艺进行键合。

所述步骤(3)对晶圆键合结构进行加热以高于石英玻璃软化点的温度进行。

所述温度采用1800℃。

所述步骤(5)去除碳化硅采用干法刻蚀工艺,具体为:将完成减薄抛光的晶圆从正面粘贴石英玻璃片进行保护,采用干法刻蚀工艺从背面去除碳化硅。

本发明与现有技术相比的有益效果是:

(1)本发明借助碳化硅材料作为模具,提出了一种石英盘式谐振微机械陀螺谐振子的高精度批量制造方法,对设备和操作不存在苛刻要求。

(2)本发明采用干法刻蚀工艺刻蚀碳化硅晶圆制作刻蚀槽,保证了高的加工精度。

(3)本发明选用的碳化硅材料的熔点高于石英玻璃熔融的工艺温度,不会对石英玻璃均匀灌入碳化硅晶圆产生不利影响。

(4)本发明方法实现简单,能够降低能耗、节约时间,利于技术人员进行改进提高。

附图说明

图1为本发明的流程图

图2为本发明的晶圆结构图

图3为本发明的石英盘式谐振子结构图

具体实施方式

为使本发明的技术方案更加明了,下面结合附图说明和具体实施例对本发明作进一步描述:

如图1~3所示,本发明提出的一种石英盘式谐振微机械陀螺谐振子的制造方法,包括如下步骤:

第一步:刻蚀碳化硅晶圆1,制作与盘式谐振子微结构相对应的刻蚀槽2;

第二步:对刻蚀完成的碳化硅晶圆和石英晶圆(石英玻璃)3进行键合,形成晶圆键合结构;

第三步:以高于石英玻璃软化点的温度对晶圆键合结构进行加热,直至石英玻璃均匀灌入碳化硅晶圆的刻蚀槽2内,停止加热;

第四步:对灌入石英玻璃的碳化硅晶圆4进行减薄抛光,去除刻蚀槽以外石英玻璃;

第五步:采用干法刻蚀工艺去除碳化硅,完成石英盘式谐振子结构5释放,具体为:将完成减薄抛光的晶圆从正面粘贴石英玻璃片进行保护,采用干法刻蚀工艺从背面去除碳化硅,完成石英盘式谐振子结构释放。

优选的,第一步中,采用干法刻蚀工艺刻蚀碳化硅晶圆制作刻蚀槽。

优选的,第一步中,碳化硅晶圆刻蚀槽的深度对应谐振子微结构的设计厚度。

优选的,第二步中,利用阳极键合机的预对准工装将碳化硅晶圆和石英玻璃组装在一起,在真空状态通过低温键合工艺进行键合,形成碳化硅晶圆刻蚀槽的密封。

将晶圆键合结构加热至1800℃,石英玻璃熔融后均匀灌入碳化硅晶圆的刻蚀槽内,停止加热。

对灌入石英玻璃的碳化硅晶圆进行减薄抛光处理,去除刻蚀槽以外的石英玻璃。

下面给出一个实施例:

首先在厚度为150μm的4英寸碳化硅晶圆1表面采用化学气相沉积工艺生长1.5μm厚的SiO2,然后利用光刻工艺对SiO2图形化作为刻蚀碳化硅的掩膜。

采用干法刻蚀工艺刻蚀碳化硅晶圆,刻蚀深度为100μm,制作刻蚀槽2。刻蚀槽为同心圆环结构,圆环之间的由宽度为30μm的连接槽连通。

刻蚀完成后采用HF去除晶圆表面的SiO2,并进行晶圆清洗烘干。

利用阳极键合机的预对准工装将碳化硅晶圆和石英玻璃组装在一起,在真空状态进行低温键合,形成碳化硅和石英玻璃的键合晶圆片。

将晶圆键合结构加热至1800℃,石英玻璃熔融后均匀灌入碳化硅晶圆的刻蚀槽内,在1800℃保持10分钟后停止加热,降至室温。

对灌入石英玻璃的碳化硅晶圆4表面进行减薄抛光处理,去除刻蚀槽以外的石英玻璃。

将完成减薄抛光的晶圆从正面粘贴石英玻璃片进行保护,采用干法刻蚀工艺从背面去除碳化硅,完成石英盘式谐振子结构释放。

利用本实施例所述方法,借助干法刻蚀工艺制作的碳化硅模具,在解决了石英盘式微结构直接制造工艺难度大的问题的同时,保证了高的加工精度,可以实现石英盘式谐振微机械陀螺谐振子的高精度批量制造,并且对设备和操作不存在苛刻要求。

以上所述,仅为本发明一个具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知技术。

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