[发明专利]一种混合式半球谐振微陀螺仪及其加工工艺

权利要求书

1.一种混合式半球谐振微陀螺仪的加工工艺，其特征在于：该混合式半球谐振微陀螺仪包括由上而下依次设置的上层玻璃衬底(4)、电极层(3)、硅结构层(2)和下层玻璃衬底(5)；其中，在上层玻璃衬底(4)、电极层(3)和硅结构层(2)的中心设有圆形腔体(14)，半球壳谐振子(1)设置在圆形腔体(14)中；所述的半球壳谐振子(1)通过支撑柄(8)固定在硅结构层(2)上；所述的电极层(3)包括配合使用的电极(6)和外围锚点结构(7)，在所述的上层玻璃衬底(4)设有配合电极(6)使用的电极孔和小焊盘(10)，小焊盘(10)均布在上层玻璃衬底(4)的边缘，小焊盘(10)分别通过金属引线(13)与上层玻璃衬底(4)中的电极孔相连，其中，电极(6)、小焊盘(10)和上层玻璃衬底(4)上的电极孔均分别为十六个，一一对应设置；在所述的下层玻璃衬底(5)中设有一个用来对半球壳谐振子(1)施加基准电压的电极孔，在所述的下层玻璃衬底(5)的中心设有圆形键合区(11)，该圆形键合区(11)通过金属引线(13)与下层玻璃衬底(5)中的电极孔相连，下层玻璃衬底(5)上的电极孔与大焊盘(12)相连，大焊盘(12)设置在下层玻璃衬底(5)的底面；

其工艺包括以下步骤：

1)制备半球壳谐振子模型

清洗硅晶圆片，并利用CMP将硅晶圆片减薄到指定的厚度，在硅晶圆片表面热生长SiO₂作为掩膜层，涂覆光刻胶，光刻，使用HF超临界干燥法刻蚀SiO₂，将圆形开口暴露出来得到硅片；使用SF₆等离子体各向同性刻蚀硅片，在硅片中心区域形成半球型凹槽，得到半球壳谐振子模型；

2)形成半球壳谐振子和电极层

在硅片底面光刻，利用ICP工艺刻蚀圆形中心孔，使得中心孔穿透硅片制作支撑柄；在硅片上面光刻、ICP刻蚀，形成电极槽，去除光刻胶和SiO₂；在硅片上面热生长二氧化硅，在二氧化硅上LPCVD多晶硅，掺杂，退火，形成半球壳和电极层；

3)形成电极

在多晶硅上涂光刻胶，利用ICP工艺刻蚀多晶硅，形成电极，电极层刻蚀完以后就可以得到了分离的电极，去除光刻胶；在多晶硅上热生长SiO₂作为掩膜层，涂光刻胶曝光、显影，使用HF超临界干燥法刻蚀电容间隙处的SiO₂；使用DRIE SF₆/XeF₂各向同性刻蚀，刻蚀掉电极和半球壳谐振子之间的硅，先去除光刻胶，再去除SiO₂；

4)形成圆形腔体和电极孔

在上层玻璃衬底底面溅射Cr/Au或Ti/Au或TiW/Au层作为掩膜，涂光刻胶、曝光、显影，用湿法刻蚀上层玻璃衬底底面，形成圆形凹槽，该圆形凹槽配合步骤3)刻蚀电极层和硅结构层得到的空间，组合后一起形成圆形腔体，去除光刻胶和掩膜层；在上层玻璃衬底上面溅射Cr/Au或Ti/Au或TiW/Au层作为掩膜，涂光刻胶、曝光、显影、湿法刻蚀，直到刻穿为止，形成电极孔；

5)制备焊盘，连接金属引线

在上层玻璃衬底正面涂光刻胶、曝光、显影、湿法刻蚀，形成方形焊盘槽和信号引线槽，去除光刻胶和Cr/Au掩膜层；在上层玻璃衬底上涂光刻胶、曝光、显影、溅射金属铬和金，形成小焊盘和金属引线；

在下层玻璃衬底上双面溅射Cr/Au或Ti/Au或TiW/Au层作为掩膜，涂光刻胶、曝光、显影、湿法刻蚀下层玻璃衬底正面，形成圆形键合区和引线槽；在下层玻璃衬底底面涂光刻胶、曝光、显影、湿法刻蚀，直到刻穿为止，形成电极引线孔；去除下层玻璃衬底上的光刻胶和Cr/Au掩膜，涂覆光刻胶曝光、显影、双面溅射金属铬和金，形成金属键合区、金属引线和大焊盘；

6)组合封装

将结构层硅晶圆片与金属引线的下层玻璃衬底进行硅-玻璃阳极键合；使用HF超临界干燥法刻蚀SiO₂，释放结构，以避免粘连；将结构层晶硅圆片与上层玻璃衬底进行硅-玻璃阳极键合，并进行真空封装。

2.根据权利要求1所述的一种混合式半球谐振微陀螺仪的加工工艺，其特征在于：所述的半球壳谐振子(1)的底部与支撑柄(8)相连，支撑柄(8)的底部通过硅—玻璃键合与下层玻璃衬底(5)中心处的圆形键合区(11)相连，支撑柄(8)的侧壁与硅结构层(2)底部的中心孔相连。