一种四质量块硅微机电陀螺结构的加工方法

摘要

本发明涉及加工方法，特别是具有不等高梳齿结构和需圆片级封装的硅微机电陀螺结构的加工方法。它包括步骤一：加工下封帽；步骤二：下封帽与敏感结构键合，敏感结构上表面结构加工；下封帽与敏感结构键合；步骤三：加工敏感结构，敏感结构支撑层与绝缘层的去除；氮化硅掩膜图形化；生长二氧化硅；敏感结构掩膜图形化；刻蚀定齿结构；刻蚀动齿结构；步骤四：加工上封帽，上封帽引线孔加工；上封帽质量块加工；步骤五：敏感结构与上封帽键合；步骤六：金属化。本发明的效果是：有利于保证线条质量，提高梳齿结构的侧壁垂直度；解决了不同材料的热膨胀系数不同所引起的残余应力等问题，提高了工艺兼容性；减少了加工工序，降低了工艺成本。

主权项

一种四质量块硅微机电陀螺结构的加工方法，其特征在于，包括下述步骤：步骤一：加工下封帽步骤1.2：下封帽基片加工对清洗完成的基片进行光刻工艺，形成掩膜图形，再进行深反应离子刻蚀深硅刻蚀，刻蚀深度为SOI基片下封帽器件层的厚度，形成下封帽的边框结构、下极板质量块、下极板连接结构和下极板中心支撑点，最后利用5％的NaOH溶液去除光刻胶，步骤二：下封帽与敏感结构键合步骤2.2：敏感结构上表面结构加工对清洗好的敏感结构基片进行光刻形成掩膜图形，最后进行深反应离子刻蚀，对无掩膜覆盖的硅材料进行刻蚀，形成浅槽结构，刻蚀深度为动齿与定齿的高度差△T2，为2～3μm，并用5％的NaOH溶液去除光刻胶掩膜，步骤2.3：下封帽与敏感结构键合将敏感结构和下封帽进行对准，然后在键合机进行硅直接键合，键合完成后在高温退火炉中进行退火，退火温度为1000℃，退火时间4小时，键合区域为敏感结构边框结构和下封帽边框结构、中心支撑点和下极板中心支撑点、敏感结构连接结构和下极板连接结构，步骤三：加工敏感结构步骤3.1：敏感结构支撑层与绝缘层的去除敏感结构支撑层通过机械研磨或湿法腐蚀的方法进行去除，湿法腐蚀采用KOH溶液进行腐蚀，KOH浓度为40％，质量浓度，腐蚀温度为80℃，腐蚀时间约10小时，敏感结构绝缘层采用缓冲HF，HF：NH₄F＝1：5，体积比，进行腐蚀去除，去除敏感结构基片的敏感结构支撑层和敏感结构绝缘层的结构，利用本步骤提供的KOH浓度，腐蚀温度和腐蚀时间可以完成敏感结构支撑层的腐蚀过程，同时利用本步骤提供的缓冲HF完成敏感结构绝缘层腐蚀去除，步骤3.2：氮化硅掩膜图形化首先在上步去除敏感结构支撑层和敏感结构绝缘层后的表面沉积Si₃N₄掩膜，沉积方式为增强型等离子PECVD，薄膜厚度为400～500nm，然后通过光刻和RIE刻蚀Si₃N₄掩膜图形，步骤3.3：生长二氧化硅采用热氧化方法制备SiO₂掩膜，上步去除Si₃N₄掩膜后的Si片表面生长SiO₂，形成掩膜图形，SiO₂掩膜厚度为400～500nm，步骤3.4：敏感结构掩膜图形化光刻敏感结构图形，再对无光刻胶覆盖的氮化硅掩膜和氧化硅掩膜进行RIE刻蚀，形成动齿掩膜图形和定齿掩膜图形，步骤3.5：刻蚀定齿结构对无掩膜覆盖的敏感结构器件层进行深反应离子刻蚀，形成敏感结构连接结构、中心支撑点和敏感结构边框结构，刻蚀深度为敏感结构器件层的厚度，为60～80μm，步骤3.6：刻蚀动齿结构首先去除光刻胶，再湿法腐蚀Si₃N₄掩膜，Si₃N₄掩膜腐蚀液为80％的磷酸，H₃PO₄，腐蚀温度为160℃～180℃，腐蚀时间为30～40min，最后对没有Si₃N₄掩膜覆盖的敏感结构器件层进行深反应离子刻蚀，形成质量块结构，刻蚀深度为动齿与定齿的高度差△T2，为2～3μm，步骤四：加工上封帽步骤4.2：上封帽引线孔加工将SOI基片上、下表面同时制备掩膜，先制备SiO₂掩膜，再在SiO₂掩膜上制备Si₃N₄掩膜，其中SiO₂掩膜采用热氧化方式制备，厚度为100nm～150nm，Si₃N₄掩膜采用低压化学气相沉积，LPCVD，方式制备，厚度为400～500nm，然后在上封帽支撑层上光刻引线孔图形，再利用RIE刻蚀掩膜图形，下一步湿法腐蚀引线孔，腐蚀液为40％，质量百分比，的KOH溶液，腐蚀温度为60℃，腐蚀时间为8～10h，腐蚀深度为支撑层厚度，最后腐蚀去除掩膜，Si₃N₄掩膜腐蚀液为80％，质量百分比，的磷酸，H₃PO₄，腐蚀温度为160℃～180℃，腐蚀时间为30～40min，SiO₂掩膜腐蚀液为缓冲HF，HF：NH₄F＝1：5，体积比，腐蚀温度为50～60℃，步骤4.3：上封帽质量块加工加工方法与步骤1.2中的下封帽器件层的加工方法相同，通过光刻形成掩膜图形，最后利用深反应离子刻蚀进行深硅刻蚀形成上封帽器件层结构，并去除剩余光刻胶掩膜，步骤五：敏感结构与上封帽键合键合工艺过程与步骤2.3键合工艺相同，键合区域为敏感结构边框结构和上封帽边框结构、中心支撑点和上极板中心支撑点、敏感结构连接结构和上封帽连接结构，至此加工好的产品可以称为微机电陀螺，步骤六：金属化键合完成后，将微机电陀螺与金属遮挡板对准并进行有效固定，再采用热蒸发方式向引线孔内镀制金属薄膜，使金属薄膜与上封帽器件层形成良好欧姆结构，其中金属薄膜的材料为Al或Ti/Pt/Au，Al薄膜厚度为800～1000nm，Ti/Pt/Au薄膜的厚度分别为20nm/50nm/200nm，镀膜结束后，将金属遮挡板与微机电陀螺分离，最后，将引线与金属薄膜进行引线键合，以实现信号的输入和输出。