[发明专利]一种四质量块硅微机电陀螺结构的加工方法

权利要求书

1.一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SOI基片下封帽器件层30a的厚度，形成下封帽的边框结构53、下极板质量块31、下极板连接结构36和下极板中心支撑点37，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61，刻蚀深度为动齿与定齿的高度差ΔT2，一般为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10和下封帽30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51和下封帽边框结构53、中心支撑点17和下极板中心支撑点37、敏感结构连接结构16和下极板连接结构36，

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10c通过机械研磨或湿法腐蚀的方法进行去除，湿法腐蚀可采用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10b可采用缓冲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10c和敏感结构绝缘层10b的结构如图9所示，本领域的技术人员利用本步骤提供的KOH浓度，腐蚀温度和腐蚀时间可以完成敏感结构支撑层10c的腐蚀过程，同时利用本步骤提供的缓冲HF可以完成敏感结构绝缘层10b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10c和敏感结构绝缘层10b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101，

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102，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103覆盖的氮化硅掩膜101和氧化硅掩膜102进行RIE刻蚀，形成动齿掩膜图形104和定齿掩膜图形105，

步骤3.5：刻蚀定齿结构

对无掩膜覆盖的敏感结构器件层10a进行深反应离子刻蚀，形成 敏感结构连接结构16、中心支撑点17和敏感结构边框结构51，刻蚀深度为敏感结构器件层10a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10a进行深反应离子刻蚀，形成质量块结构11，刻蚀深度为动齿与定齿的高度差ΔT2，一般为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20c上光刻引线孔22图形，再利用RIE刻蚀掩膜图形，下一步湿法腐蚀引线孔22，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20c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30a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20a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51和上封帽边框结构52、中心支撑点17和上极板中心支撑点27、敏感结构连接结构16和上封帽连接结构26，

至此加工好的产品可以称为微机电陀螺100，

步骤六：金属化

键合完成后，将微机电陀螺100与金属遮挡板50对准并进行有效固定，再采用热蒸发方式向引线孔22内镀制金属薄膜41，使金属薄膜41与上封帽器件层20a形成良好欧姆结构，其中金属薄膜41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50与微机电陀螺100分离，最后，将引线40与金属薄膜41进行引线键合，以实现信号的输入和输出。