專利名稱：慣性傳感器性能調整裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種慣性傳感器性能調整裝置，特別是一種通過微電鍍工藝于懸浮結構上成型慣性質量塊的調整裝置。
背景技術：
目前應用在微機電系統(tǒng)中的慣性傳感器制造技術可概分為四類，分別為硅基材的面型加工機制、硅基材的體型加工機制、LIGA(深刻電鑄模造)技術及其他各種微機械加工技術。
其中，所謂硅基面型加工法，是指利用半導體工藝的薄膜沉積在芯片表面上并利用蝕刻技術制作微機械組件，如圖1所示，為硅基面型加工工藝技術制作懸浮結構(a)于硅晶片1表面沉積隔絕層2。
(b)于隔絕層2上沉積犧牲層3。
(c)利用微影蝕刻技術蝕刻犧牲層3。
(d)于犧牲層3上沉積一懸浮結構層4。
(e)利用微影蝕刻技術去除犧牲層3以產生懸浮結構層4。
上面所述“犧牲層”，是本技術加工領域常使用的、以磷硅玻璃(PSG)或硼磷硅玻璃(BPSG)為材料的輔助涂層，該微機制加工結束，元件制成后，利用緩沖氧化硅蝕刻液再將其去掉。
所謂硅基體型加工法，是指利用非等向性蝕刻、蝕刻終止與蝕刻屏蔽等技術蝕刻單晶硅本身，制作微機械組件，如圖2所示，硅基體型加工工藝(a)于硅晶片1表面沉積薄膜層2(b)以微影蝕刻技術蝕刻薄膜層2。
(c)以微加工蝕刻技術蝕刻硅晶片1以產生懸浮結構層21。
而LIGA技術是結合X-ray光蝕刻、微電鍍、射出成型等方式來制作深寬比高(High Aspect-Ratio)的微結構；微機械加工則利用切削加工、放電加工或射出成型等方法來制作微機械組件。
通過上述四種傳統(tǒng)微機電加工技術，于設計慣性感測組件時所面臨的瓶頸有二，一為深寬比高的微小結構，另一為需要透過結構中微小的間距以達到側向感測或驅動訊號設置的目的，目前慣性傳感器設計中所廣泛使用的工藝都是選用硅基材體型加工方式較多，但是如此的設計方式經常會碰到的問題，是在單晶硅基材晶格方向的對準問題精度與蝕刻寬度上面的限制，此外，若有側向感測或驅動訊號設置的需求時，側面電極的安置又是一項令人頭疼的問題。
再比較已有蝕刻方式，有深反應式離子蝕刻、硅基材體型非等向性蝕刻、激光深刻電鑄模造技術LIGA等不同工藝，其中一、對深反應式離子蝕刻而言，其是通過兩種主要氣體做一邊保護側壁一邊蝕刻的動作，以達到對材料垂直性蝕刻的目的，但是這樣的工藝方式有其先天上的限制，首先所要被蝕刻的材料必須是以硅為成分的材料，才能夠達到側壁保護的目的。倘若在等待蝕刻的區(qū)域大小差距過大時，其所蝕刻的深度也會產生很大差異，無法達到等深度蝕刻，此外，該蝕刻工藝雖可以滿足微小間距的蝕刻目標，但是卻無法透過其它方式達到側面的電極制作；二、以硅基材體型非等向性蝕刻而言，由于一般硅基材體型非等向性蝕刻都是利用單晶硅基材的晶格方向，通過晶格上對于蝕刻液蝕刻速度的不同，以達到非等向性蝕刻的目的，因此在蝕刻前所定義的蝕刻與非蝕刻區(qū)域，在原先單晶硅基材晶格上的對準問題成了很大的關鍵，并且對于整面晶圓上的蝕刻均勻度控制也是一大問題；三、以激光深刻電鑄模造技術LIGA而言，本項工藝整合深光刻術、微電鑄及微模造成形三種制造技術，可用以制作高精度及深寬比高的微結構，標準的LIGA工藝使用同步輻射X光為光刻源，其制作的微結構精度可達次微米級，但因其工藝成本高且程序復雜，使得以紫外光、激光或等離子體作為光源的類LIGA工藝成為發(fā)展趨勢，UV微影工藝配合厚膜光致抗蝕劑技術，可實現(xiàn)低成本的UV-LIGA工藝，故又稱為窮人的LIGA(poor-man LIGA)技術。
一般微機電工藝所制作的微慣性感測系統(tǒng)，其設計結構主要包含驅動、感測、質量塊等三部分，就目前的微機電系統(tǒng)的制作，仍偏向采用IC薄膜工藝，但因IC薄膜工藝產生的微機電組件，其能夠承受的機械應力極其有限，因此僅能發(fā)展不受力或承受微小應力的靜態(tài)產品，如加速規(guī)、力量傳感器、物理量傳感器與結合生物的生物醫(yī)學感測芯片；未來微機電系統(tǒng)在邁入真正的動態(tài)系統(tǒng)過程中，如何提高感測訊號的強度與改變不同感測等級的操控都是一個頗為困難的問題，如何開發(fā)一種可以達到深寬比高的結構、在懸浮結構層上增加質量、側面電極設置的工藝，是為微慣性感測組件中相當重要的一環(huán)。
如圖3及圖4所示，以微機電工藝所制作的微慣性感測系統(tǒng)的兩種態(tài)樣，其工藝設計為利用體型加工技術形成一懸浮結構層21a、21b與慣性質量塊22a、22b，慣性質量塊22a、22b設置于懸浮結構層21a、21b下方，由于慣性質量塊22a、22b是單晶材料，且為不導電材料，因此懸浮結構層21a、21b與慣性質量塊22a、22b僅能做上下往復運動，無法用于側向感測與驅動或驅動訊號的設置。

發(fā)明內容
本發(fā)明的主要目的是提供一種慣性傳感器性能調整裝置，藉由微電鍍工藝在懸浮結構上成型慣性質量塊，并可改變慣性質量塊大小，以適用于不同等級的感測，并且利用工藝上所選用材料為金屬的優(yōu)點來達到深寬比高的微小結構中，側向感測或驅動訊號設置的功效。
所述慣性質量塊為金屬材料，例如鋁、鎳、金、銅等。
本發(fā)明的次要目的是提供一種慣性傳感器性能調整裝置，可實現(xiàn)深寬比高的結構設計目標，其成本較其它深寬比高的工藝低。
本發(fā)明的另一目的是提供慣性傳感器性能調整裝置，其懸浮結構體具有導電性，可達到側面驅動或感測。
本發(fā)明的又一目的是提供一種慣性傳感器性能調整裝置的制備方法，其工藝溫度低，與其它工藝的兼容性高，且可結合MOS(金屬氧化物半導體晶體)硅晶片達到系統(tǒng)整合。
本發(fā)明的再一目的是提供一種慣性傳感器性能調整裝置，一方面對懸浮結構體具有補強結構，另一方面亦可抑制或改變振動時的模態(tài)。
本發(fā)明的是這樣實現(xiàn)的一種慣性傳感器性能調整裝置，包括一懸浮結構，其一端固設于一支撐件上，使該懸浮結構的另一端呈懸浮狀態(tài)；以及一微電鍍結構，由微電鍍工藝成型于懸浮結構的呈懸浮狀態(tài)的一端，其具有一高度。
其中，該懸浮結構還包含一懸臂，其一端固設于一支撐件上，使該懸臂的另一端呈懸浮狀態(tài)；以及一平臺，設置于懸臂的呈懸浮狀態(tài)的一端，該平臺以該懸臂為中心分向兩側水平延伸一長度而成，于該平臺頂部的兩端各設有一微電鍍結構。
其中，該懸浮結構設有補強結構，該補強結構包含內側補強結構，設置于懸臂頂部兩側并延伸于平臺內側，再與微電鍍結構連接；以及外側補強結構，設置于平臺外側且不與微電鍍結構連接。
其中，該懸浮結構為慣性傳感器上的震動結構。
其中，該懸浮結構包含支撐結構、訊號連結路徑、電訊號隔絕層。
其中，該懸浮結構是由犧牲層技術的微面型加工技術，或微體型加工技術配上薄膜工藝制作而成。
本文中所謂“微面型加工技術”、“微體型加工技術”、“犧牲層”的定義見前面背景技術一節(jié)中所述有關定義。
其中，該懸浮結構的制作步驟如下(a)備置一硅晶片，選用金屬材料作為驅動和訊號的電極，再于硅晶片表面沉積Si3N4作為隔絕層；(b)通過LPCVD(低壓化學氣相沉積)方式于隔絕層上沉積犧牲層；(c)按照所需的懸浮結構形狀定義出要蝕刻的區(qū)域，以微影技術蝕刻犧牲層，得到所需微影蝕刻工件；(d)通過LPCVD(低壓化學氣相沉積)方式于犧牲層上沉積Polysilicon(聚硅)形成一懸浮結構層；制成懸浮基礎結構后，再進行微電鍍結構工藝，該微電鍍工藝包括下列步驟(a)將上面制成的懸浮結構用作基礎結構；(b)于懸浮基礎結構上電鍍一電鍍起始層；(c)于該電鍍起始層上，利用蝕刻技術，形成具有絕緣性的、不完全覆蓋的光致抗蝕劑厚膜，其未覆蓋的區(qū)域，是根據(jù)所要制成的微電鍍結構形狀(例如圖5中的32)利用微影蝕刻技術形成的；(d)將其上未覆蓋光致抗蝕劑厚膜的區(qū)域電鍍，形成一定厚度的電鍍金屬層；(e)去除光致抗蝕劑厚膜；(f)去除電鍍起始層；以及(g)去除犧牲層，由懸浮結構層與電鍍金屬層構成一懸浮結構。
上面所用光致抗蝕劑是本領域常用的光致抗蝕劑；而去掉該光致抗蝕劑一般用丙酮或氧等離子體等。
為了便于進一步了解本發(fā)明的特征、目的及功能，下面結合附圖以具體實例對本發(fā)明進行詳細說明。


圖1是現(xiàn)有技術硅基面型加工工藝步驟圖；圖2是現(xiàn)有技術硅基體型加工工藝步驟圖；圖3及圖4是現(xiàn)有技術以微機電工藝所制作的微慣性感測系統(tǒng)的兩種結構示意圖；圖5是本發(fā)明的一較佳實施例立體圖；圖6是本發(fā)明另一較佳實施例立體圖；圖7是本發(fā)明的懸浮基礎結構的工藝步驟圖；圖8A及圖8B是本發(fā)明的微電鍍結構工藝步驟圖。
附圖標記說明1硅晶片；2隔絕層；3犧牲層；4懸浮結構層；5電鍍起始層；6光致抗蝕劑厚膜；7電鍍金屬層；10懸浮基礎結構；21a、21b懸浮結構層；22a、22b慣性質量塊；30調整裝置；31懸浮結構；311懸臂；312平臺；32微電鍍結構；33支撐件；40調整裝置；41懸浮結構；411懸臂；412平臺；42微電鍍結構；43支撐件；44、45補強結構。
具體實施例方式
圖5是為本發(fā)明的慣性傳感器性能調整裝置的一具體實施例。如圖所示，該調整裝置30由一懸浮結構31以及微電鍍結構32構成，該懸浮結構31具有一懸臂311，該懸臂311的一端3111連設于一支撐件33上，使該懸臂311的另一端3112呈懸浮狀態(tài)，該懸臂311的另一端3112以該懸臂311為中心分向兩側水平延伸形成一平臺312，于平臺312頂部的兩端各設有一微電鍍結構32。
再請參閱圖6所示的本發(fā)明慣性傳感器性能調整裝置另一具體實施例，該調整裝置40由一懸浮結構41以及微電鍍結構42構成，該懸浮結構41具有一懸臂411，該懸臂411的一端4111連設于一支撐件43上，使該懸臂411的另一端4112呈懸浮狀態(tài)，該懸臂411的另一端4112以該懸臂411為中心分向兩側水平延伸形成一平臺412，于平臺412頂部的兩端各設有一微電鍍結構42，本實施例的特點在于該平臺412及懸臂411的頂部周緣設有凸伸的補強結構44、45，其中，該補強結構44位于懸臂41頂部兩側并延伸于平臺412內側，再與微電鍍結構42連接，該補強結構44為導電材質，不但具有補強作用，同時可增加感測面積，而位于平臺412外側的補強結構45因純粹為補強作用，故其材質不限，但必須注意的是，該補強結構45不與微電鍍結構42連接。
有關于本發(fā)明的慣性傳感器性能調整裝置的工藝，可藉由以下詳述的工藝步驟具體揭露其技術手段。
請先參閱圖7，本發(fā)明必須備置一懸浮基礎結構10，其工藝步驟包括(a)備置一硅晶片1，該硅晶片1表面具有SiO2、Si3N4等作為防止對硅基材漏電流的薄膜層(圖中未示出)，接著選用金屬材料作為驅動和訊號的電極23，再于硅晶片1表面沉積Si3N4作為電性隔絕的隔絕層2，并于隔絕層2上開動作為訊號連結的路徑。
(b)通過LPCVD(低壓化學氣相沉積)方式于隔絕層2上沉積犧牲層3。
(c)根據(jù)該懸浮結構形狀，定義蝕刻區(qū)域，以微影技術蝕刻犧牲層3，得到所需的微影蝕刻工藝件。
(d)通過LPCVD(低壓化學氣相沉積)方式于犧牲層3上沉積Polysilicon(聚硅)形成一懸浮結構層4。
藉由上述步驟制成懸浮基礎結構10后，再進行微電鍍結構工藝，請參閱圖8A及圖8B，其步驟包括(a)于懸浮基礎結構10上微影電鍍一層電鍍起始層5，該電鍍起始層5的材質可為鋁(Al)或鉻(Cr)。
(b)于電鍍起始層5上，根據(jù)所要制成的微電鍍結構(例如圖5中的32)以微影工藝覆蓋上一層厚膜光致抗蝕劑6，作為后段電鍍阻擋層。
(c)于厚膜光致抗蝕劑6間(即未覆蓋光致抗蝕劑的區(qū)域)利用微電鍍形成一定厚度的電鍍金屬層7，該電鍍金屬層7的材質可為鋁(Al)或鉻(Cr)，電鍍金屬層7，以采用與電鍍起始層5相同材質為宜。
(d)以微影蝕刻法去除厚膜光致抗蝕劑6。
(e)以微影蝕刻法去除電鍍起始層5，必須說明的是，位于電鍍金屬層7底部的電鍍起始層5可于電鍍該電鍍金屬層7時與電鍍金屬層7結合為一體，因此，此處不再呈現(xiàn)該電鍍起始層5。
(f)最后以微影蝕刻法去除犧牲層3，由懸浮結構層4與電鍍金屬層7構成一懸浮結構體20，對照圖8B(f)及圖5，該電鍍金屬層7相當于圖5中微電鍍結構32，懸浮結構層4相當于懸臂311。
綜上所述，本發(fā)明具有以下優(yōu)點一、透過電鍍金屬層厚度改變傳感器的慣性質量大小，以適用于不同等級的感測。
二、可實現(xiàn)深寬比高結構的設計目標，其成本低。
三、懸浮結構體具有導電性，可達到側面驅動或感測。
四、工藝溫度低，與其它工藝的兼容性高，且可結合MOS硅晶片達到系統(tǒng)整合。
五、在懸浮結構體上可同時制作補強結構，一方面達到補強效果，一方面可抑制或改變振動模態(tài)。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，不能以此限制本發(fā)明的范圍，該懸浮結構可由犧牲層技術的微面型加工技術，或微體型加工技術配上薄膜工藝制作而成，因此凡依本發(fā)明權利要求所做的均等變化及修飾，仍將不失本發(fā)明的要義所在，亦不脫離本發(fā)明的精神和范圍的，都應視為本發(fā)明的進一步實踐。
權利要求
1.一種慣性傳感器性能調整裝置，包括一懸浮結構，其一端固設于一支撐件上，使該懸浮結構的另一端呈懸浮狀態(tài)；以及一微電鍍結構，由微電鍍工藝成型于懸浮結構的呈懸浮狀態(tài)的一端，其具有一高度。
2.如權利要求1所述的慣性傳感器性能調整裝置，其中，該懸浮結構還包含一懸臂，其一端固設于一支撐件上，使該懸臂的另一端呈懸浮狀態(tài)；以及一平臺，設置于懸臂的呈懸浮狀態(tài)的一端，該平臺以該懸臂為中心分別向兩側水平延伸一長度而成，于該平臺頂部的兩端各設有一微電鍍結構。
3.如權利要求2所述的慣性傳感器性能調整裝置，其中，該懸浮結構設有補強結構，該補強結構包含內側補強結構，設置于懸臂頂部兩側并延伸于平臺內側，再與微電鍍結構連接；以及外側補強結構，設置于平臺外側且不與微電鍍結構連接。
4.如權利要求1所述的慣性傳感器性能調整裝置，其中，該懸浮結構為慣性傳感器上的震動結構。
5.如權利要求1所述的慣性傳感器性能調整裝置，其中，該懸浮結構是由犧牲層技術的微面型加工技術，或微體型加工技術配上薄膜工藝制作而成。
6.如權利要求1所述的慣性傳感器性能調整裝置，其中，該懸浮結構包含支撐結構、訊號連結路徑、電訊號隔絕層。
7.一種慣性傳感器性能調整裝置的制造方法，其中，包括先備置一懸浮基礎結構(a)備置一硅晶片，選用金屬材料作為驅動和訊號的電極，再于硅晶片表面沉積Si3N4作為隔絕層；(b)通過LPCVD(低壓化學氣相沉積)方式于隔絕層上沉積犧牲層；(c)按照所需的懸浮結構形狀定義出要蝕刻的區(qū)域，以微影技術蝕刻犧牲層，得到所需微影蝕刻件；(d)通過LPCVD(低壓化學氣相沉積)方式于犧牲層上沉積Polysilicon(聚硅)形成一懸浮結構層；制成懸浮基礎結構后，再進行微電鍍結構工藝，該微電鍍工藝包括下列步驟(a)于懸浮基礎結構上電鍍一電鍍起始層；(b)于該電鍍起始層上，利用蝕刻技術，形成具有絕緣性的、不完全覆蓋的光致抗蝕劑厚膜，其未覆蓋的區(qū)域，是根據(jù)所要制成的微電鍍結構形狀利用微影蝕刻技術形成的；(c)將其上未覆蓋光致抗蝕劑厚膜的區(qū)域電鍍，形成一定厚度的電鍍金屬層；(d)去除厚膜光致抗蝕劑；(e)去除電鍍起始層；以及(f)去除犧牲層，由懸浮結構層與電鍍金屬層構成該懸浮結構。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種慣性傳感器性能調整裝置，由懸浮結構與微電鍍結構組成，該懸浮結構可利用犧牲層技術的微面型加工技術，或微體型加工技術配上薄膜工藝制作而成，該懸浮結構的一端固設于一支撐件上，使該懸浮結構的另一端呈懸浮狀態(tài)，通過微電鍍工藝于懸浮結構的呈懸浮狀態(tài)的一端成型微電鍍結構，作為慣性傳感器的慣性質量塊，通過微電鍍工藝可改變微電鍍結構大小，使慣性傳感器適用于不同等級的感測，并且利用工藝上所選用材料為金屬的優(yōu)點，來實現(xiàn)深寬比高(High Aspect－Ratio)的微小結構中側向感測或驅動訊號設置的功效。
文檔編號G01D5/12GK1598595SQ03156959
公開日2005年3月23日 申請日期2003年9月16日 優(yōu)先權日2003年9月16日
發(fā)明者陳怡如, 張凱程, 范光錢, 許銘修, 梁佩芳 申請人:財團法人工業(yè)技術研究院