[发明专利]一种双片集成式硅基超薄微半球谐振陀螺仪及其制备方法

权利要求书

1. 一种双片集成式硅基超薄微半球谐振陀螺仪，其特征在于：包括第一硅片、第二硅片、微半球壳、驱动电极和检测电极，所述微半球壳设在第一硅片和第二硅片之间，微半球壳壳底与第二硅片固定连接，微半球壳上边缘与第一硅片的下表面接触；所述驱动电极设在第一硅片和第二硅片之间、微半球壳的外围，驱动电极一端与第二硅片固定连接，另一端与第一硅片活动连接；所述检测电极一端与第一硅片固定连接，另一端与微半球壳内壁活动连接。

2.如权利要求1所述的双片集成式硅基超薄微半球谐振陀螺仪，其特征在于：所述微半球壳直径为1-3毫米，厚度为5-15微米。

3.如权利要求1所述的双片集成式硅基超薄微半球谐振陀螺仪，其特征在于：所述第一硅片上设有与驱动电极对应的插孔。

4.如权利要求1所述的双片集成式硅基超薄微半球谐振陀螺仪，其特征在于：所述驱动电极为4n个，其中n为大于或等于1的整数。

5.如权利要求1-4任意一项所述的双片集成式硅基超薄微半球谐振陀螺仪，其特征在于：第一硅片上、且与第二硅片相对一面设有纳米吸气剂。

6.如权利要求1-4任意一项所述的双片集成式硅基超薄微半球谐振陀螺仪，其特征在于：所述微半球壳材料为金属或二氧化硅，当微半球壳材料为金属时，保护多晶硅电极的材料为二氧化硅；当微半球壳材料为二氧化硅时，保护多晶硅电极的材料为氮化硅，并且在释放微半球壳后对其进行金属化处理。

7.如权利要求1-6所述的双片集成式硅基超薄微半球谐振陀螺仪的加工方法，其特征在于：主要包括以下步骤：

（1）在第二硅片上淀积出二氧化硅的掩模，并在中间开口以刻蚀微半球模子，在四周开口以刻蚀驱动电极；

（2）将中间开口用光刻胶封住，在四周开口上用DRIE技术刻蚀八个深槽；

（3）去除二氧化硅掩模，并将硅整体刻下3-7微米；

（4）在深槽中通过高温氧化生长二氧化硅，接着利用低压化学气相淀积多晶硅，将深槽填满，然后以硼掺杂多晶硅并高温扩散得到高导电性的驱动电极并氧化驱动电极；

（5）用SF₆ 各向同性刻蚀微半球模子，并通入氢气在高温下退火；

（6）通过溅射、淀积或热氧化的方法制备微半球结构，化学机械研磨去除上表面淀积或溅射得到的结构材料，将单晶硅暴露在外；

（7）选择SF6、XeF2、TMAH或KOH ，释放球壳结构，然后用氢氟酸或BOE 去除驱动电极表面的二氧化硅；

（8）在第一硅片上加工检测电极，检测电极的加工利用改进的Glass reflow 工艺，其具体步骤为：第一，在高度掺杂的硅片上刻蚀出直立长50微米的柱子；第二，利用阳极键合技术，在280-320摄氏度的真空中将一个厚度500微米的硼硅酸盐玻璃片与刻蚀完成的硅片键合一起，硅片上被刻蚀的一面朝向玻璃；第三，将键合好的硅片在高温炉中加热到700-800摄氏度，真空使得玻璃在融化的状态下被真空吸入刻蚀出的槽中；第四，化学机械研磨将玻璃片磨平，并且使得硅暴露；第五，进行一次背面对准的光刻，将作为检测电极的柱子刻蚀出来，从而得到检测电极结构；

（9）将集成了检测电极的第一硅片与集成了微半球壳和驱动电极的第二硅片进行键合组装，并进行真空封装。

8.如权利要求7所述的加工方法，其特征在于：所述步骤（2）中，八个深槽的深度为180-220 微米、宽为8-12 微米。

9.如权利要求7所述的加工方法，其特征在于：所述步骤（4）中，在淀积多晶硅前，对已氧化的二氧化硅进行掺杂使得硼附着在二氧化硅表面。

10.如权利要求7所述的加工方法，其特征在于：所述步骤（8）得到检测电极后，在第一硅片上、且与第二硅片相对一面增设纳米吸气剂。