一種基于硅層轉(zhuǎn)移技術(shù)（solt）的高精度加速度計(jì)的加工方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于硅層轉(zhuǎn)移技術(shù)(SOLT)的高精度加速度計(jì)的加工方法。加速度計(jì)包括自上而下依次連接的上電極板，可動(dòng)硅敏感結(jié)構(gòu)件，下電極板，該方法包括：采用玻璃片或單晶硅圓片為基片加工上電極板和下電極板；以單器件層SOI片為基片加工可動(dòng)硅敏感結(jié)構(gòu)件并與下電極板基于鍵合方式連接；去除SOI片的襯底層和埋氧層；在原SOI片器件層刻蝕釋放可動(dòng)硅敏感結(jié)構(gòu)件并與上電極板基于鍵合方式連接。本發(fā)明通過(guò)硅器件層轉(zhuǎn)移和鍵合方法加工出三明治結(jié)構(gòu)的差動(dòng)電容敏感元件，實(shí)現(xiàn)敏感結(jié)構(gòu)件的雙面加工與結(jié)構(gòu)釋放，克服了犧牲層釋放技術(shù)的固支結(jié)構(gòu)尺寸難以精確控制的缺點(diǎn)，降低了工藝難度和制造成本。并且，所制備的彈性梁-質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)具有通用性。
【專利說(shuō)明】—種基于硅層轉(zhuǎn)移技術(shù)(SOLT)的高精度加速度計(jì)的加工方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微電子機(jī)械加工領(lǐng)域，尤其涉及一種基于硅層轉(zhuǎn)移技術(shù)的高精度加速度計(jì)的加工方法。

【背景技術(shù)】
[0002]高靈敏度低噪聲微加速度計(jì)在慣性導(dǎo)航、地質(zhì)監(jiān)測(cè)、空間微重力測(cè)量等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。MEMS加速度計(jì)由于采用了硅微機(jī)械加工技術(shù)，具有成本低、體積小、便于批量制造等優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)在低精度以及中等精度加速度計(jì)應(yīng)用領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位。但是隨著MEMS加速度體積的縮小，在傳統(tǒng)加速度計(jì)中并不顯著的熱噪聲問(wèn)題、應(yīng)力問(wèn)題、壓膜阻尼問(wèn)題等問(wèn)題，由于尺寸效應(yīng)而變得顯著。
[0003]為了提高M(jìn)EMS加速度計(jì)的信噪比，即提高檢測(cè)靈敏度，國(guó)內(nèi)外的高等院校以及公司進(jìn)行了有益的探索。具體包括:通過(guò)增大敏感電容基板面積、提聞梳齒電容的深寬比等手段增大敏感電容的初始值；通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在加速度計(jì)中形成可差分變化的敏感電容對(duì)，以提高加速度計(jì)的電容敏感度，并抑制共模噪聲；以及，采用真空封裝調(diào)節(jié)壓膜阻尼并降低MEMS加速度計(jì)的熱噪聲。
[0004]1992年，Eric Peeters等人研制出第一種全對(duì)稱差分電容式微加速度計(jì)。此MEMS加速度計(jì)具有較大的初始電容并可實(shí)現(xiàn)差分檢測(cè)，其特點(diǎn)在于第一次采用梁結(jié)構(gòu)從上下兩側(cè)懸掛質(zhì)量塊的方式，成功的抑制了交叉軸靈敏度，使得加速度計(jì)單軸靈敏度提高，從而降低稱合噪聲，提高檢測(cè)精度。然而在加工工藝方面，Eric Peeters等采用普通單晶娃圓片，通過(guò)濃硼擴(kuò)散自停止腐蝕控制梁結(jié)構(gòu)的厚度，從而引入了較大的應(yīng)力，造成加速度計(jì)的溫度特性等性能下降；此外，此加速度計(jì)的加工工藝中有脆弱硅片的鍵合操作，從而影響了此加速度計(jì)的成品率。
[0005]2000年，美國(guó)密歇根大學(xué)的Najafi研究組采用單片單晶硅圓片制成了全硅高精度電容加速度計(jì)，這種加速度計(jì)同樣采用了雙層梁結(jié)構(gòu)，具有全對(duì)稱結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了微g量級(jí)的加速度檢測(cè)，但是此加速度計(jì)采用濃硼擴(kuò)散自停止腐蝕工藝制作梁結(jié)構(gòu)，從而引入了較大的應(yīng)力；并且此加速度計(jì)結(jié)構(gòu)脆弱，難于實(shí)現(xiàn)劃片封裝，實(shí)用性較差。
[0006]2007年，佐治亞理工大學(xué)Reza等人采用SOI單晶硅圓片制成了一種梳齒結(jié)構(gòu)差分電容式加速度計(jì)。此加速度計(jì)采用器件層深刻蝕結(jié)合多晶硅溝槽回填技術(shù)形成并縮小梳齒間電容間隙從而提高初始電容值，并利用SOI片的襯底(handle layer)形成附加質(zhì)量塊，以提高加速度計(jì)的敏感度。但是此結(jié)構(gòu)中附加質(zhì)量塊僅分布于梳齒結(jié)構(gòu)的一側(cè)，因此梁一質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)的重心和和梁的支撐力作用中心不重合，因此，加速度計(jì)非敏感軸向的加速度對(duì)敏感軸向偶合嚴(yán)重。
[0007]美國(guó)1/0 Sensors 公司申請(qǐng)的系列專利 U.S.Pat.N0.5484073 ；U.S.Pat.N0.5652384 ；U.S.Pat.N0.5852242 ；U.S.Pat.N0.是高精度微機(jī)械加速度計(jì)的成功方案，但是此方案采用深腐蝕后的兩片SOI片進(jìn)行硅一硅鍵合，存在鍵合風(fēng)險(xiǎn)高，鍵合成功率較低的問(wèn)題，以及加工過(guò)程中片間的工藝結(jié)果不均勻性導(dǎo)致的敏感結(jié)構(gòu)對(duì)稱性降低的問(wèn)題，此外，此方案較難實(shí)現(xiàn)非敏感軸向的有效過(guò)載保護(hù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于，提供一種基于硅層轉(zhuǎn)移技術(shù)(SOLT)的高精度加速度計(jì)的加工方法，以至少解決上述技術(shù)問(wèn)題之一。
[0009]本發(fā)明提供了一種基于硅層轉(zhuǎn)移技術(shù)的高精度加速度計(jì)的加工方法，所述加速度計(jì)包括至上而下連接的上電極板，彈性梁-質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)的可動(dòng)硅結(jié)構(gòu)組件，下電極板。所述方法包括如下步驟:電極板加工步驟，采用玻璃片或單晶硅圓片作為基片，加工所述上電極板和下電極板；硅器件層轉(zhuǎn)移步驟:以單器件層SOI單晶硅圓片作為基片，在器件層加工表面電極和電容間隙；所述SOI單晶硅圓片與所述下電極板基于鍵合方式連接；去除SOI單晶硅圓片的襯底層和埋氧層；可動(dòng)硅敏感結(jié)構(gòu)件加工步驟:在原SOI單晶硅圓片器件層背面加工表面電極和電容間隙；刻蝕形成所述彈性梁-質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)的可動(dòng)硅結(jié)構(gòu)組件；鍵合步驟:將所述與可動(dòng)硅結(jié)構(gòu)組件鍵合的下電極板與所述上電極板基于鍵合方式連接。
[0010]上述加速度計(jì)的加工方法，優(yōu)選所述硅器件層轉(zhuǎn)移步驟包括:器件層表面摻雜步驟:在器件層表面摻雜并激活，摻雜類型與在所述SOI單晶硅圓片器件層摻雜類型相同；初始電容間距及鍵合區(qū)域獲取步驟，在所述單器件層SOI單晶硅圓片的器件層拋光面上用硅腐蝕劑腐蝕出凹槽，得到敏感電容的初始電容間距并同時(shí)得到鍵合區(qū)域；金屬層生長(zhǎng)步驟:在器件層表面摻雜，摻雜類型與在所述SOI單晶硅圓片器件層摻雜類型相同；在摻雜后的器件層生長(zhǎng)金屬，并光刻圖形化形成電極圖形；金屬層圖形化步驟:圖形化所述金屬層，形成電極圖形。；器件層轉(zhuǎn)移步驟:將所述形成電極圖形的SOI單晶硅圓片與上電極板以鍵合方式連接；去除襯底步驟:從背面腐蝕所述已與上電極板連接的SOI單晶硅圓片，去除襯底層；
[0011]上述加速度計(jì)的加工方法的硅器件層轉(zhuǎn)移步驟，優(yōu)選初始電容間距及鍵合區(qū)域獲取步驟中，所述硅腐蝕劑為四甲基氫氧化銨溶液。
[0012]上述加速度計(jì)的加工方法的硅器件層轉(zhuǎn)移步驟，優(yōu)選金屬層生長(zhǎng)步驟中，所述金屬層成分為鉻層與金層，生長(zhǎng)方法為濺射；
[0013]上述加速度計(jì)的加工方法的硅器件層轉(zhuǎn)移步驟，優(yōu)選金屬層圖形化步驟中，所述金屬層圖形化方法為剝離工藝。
[0014]上述加速度計(jì)的加工方法，優(yōu)選所述可動(dòng)硅敏感結(jié)構(gòu)件加工步驟包括:背面電容間距及鍵合區(qū)域獲取步驟:在所述SOI單晶硅圓片器件層背面腐蝕出凹槽，得到敏感電容的初始電容間距并同時(shí)得到鍵合區(qū)域；可動(dòng)電極金屬層生長(zhǎng)步驟:在器件層表面生長(zhǎng)金屬層；金屬層圖形化步驟:圖形化所述金屬層，形成電極圖形；彈性梁-質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)釋放步驟:從所述SOI單晶硅圓片器件層背面進(jìn)行垂直深刻蝕，穿通器件層，得到彈性梁與質(zhì)量塊；釋放彈性梁-質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)，得到所述所述彈性梁-質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)的可動(dòng)硅結(jié)構(gòu)組件；
[0015]上述加速度計(jì)的加工方法的可動(dòng)硅敏感結(jié)構(gòu)件加工步驟，優(yōu)選初始電容間距及鍵合區(qū)域獲取步驟中，所述硅腐蝕劑為四甲基氫氧化銨溶液。
[0016]上述加速度計(jì)的加工方法的可動(dòng)硅敏感結(jié)構(gòu)件加工步驟，優(yōu)選金屬層生長(zhǎng)步驟中，所述金屬層成分為鉻層與金層，生長(zhǎng)方法為濺射；
[0017]上述加速度計(jì)的加工方法的可動(dòng)娃敏感結(jié)構(gòu)件加工步驟,優(yōu)選金屬層圖形化步驟中，所述金屬層圖形化方法為剝離工藝。
[0018]上述加速度計(jì)的加工方法，優(yōu)選所述垂直深刻蝕步驟中，所述垂直深刻蝕為電感耦合等離子體刻蝕。
[0019]上述加速度計(jì)的加工方法，優(yōu)選當(dāng)采用玻璃片作為基片時(shí)，所述上，下電極板與所述可動(dòng)硅結(jié)構(gòu)組件基于陽(yáng)極鍵合方式連接；所述電極板加工步驟包括:金屬層生長(zhǎng)步驟，形成金屬層；金屬層圖形化步驟:光刻并圖形化所述金屬層，形成所述電極板的檢測(cè)-驅(qū)動(dòng)電極，電信號(hào)引出線，垂直深刻蝕保護(hù)電極以及壓焊電極。
[0020]上述加速度計(jì)的加工方法的電極板加工步驟，優(yōu)選金屬層生長(zhǎng)步驟中，所述金屬層成分為鉻層與金層，生長(zhǎng)方法為濺射；
[0021]上述加速度計(jì)的加工方法的電極板加工步驟，優(yōu)選金屬層圖形化步驟中，所述金屬層圖形化方法為腐蝕工藝。
[0022]上述加速度計(jì)的加工方法，優(yōu)選當(dāng)采用單晶硅圓片作為基片時(shí)，所述上下電極板與所述可動(dòng)硅結(jié)構(gòu)組件基于硅-硅鍵合方式連接；所述電極板加工步驟包括:熱氧化生長(zhǎng)步驟，通過(guò)熱氧化在單晶硅基片上形成氧化絕緣層；金屬層生長(zhǎng)步驟，在單晶硅圓片上形成金屬層；金屬層圖形化步驟:光刻并圖形化所述金屬層，形成所述電極板的檢測(cè)-驅(qū)動(dòng)電極，電信號(hào)引出線，垂直深刻蝕保護(hù)電極以及壓焊電極。氧化絕緣層圖形化步驟，光刻并圖形化所述氧化絕緣層，形成鍵合用硅表面。
[0023]上述加速度計(jì)的加工方法的電極板加工步驟，優(yōu)選金屬層生長(zhǎng)步驟中，所述金屬層成分為鉻層與金層，生長(zhǎng)方法為濺射；
[0024]上述加速度計(jì)的加工方法的電極板加工步驟，優(yōu)選金屬層圖形化步驟中，所述金屬層圖形化方法為腐蝕工藝。
[0025]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0026]第一，本發(fā)明采用單器件層SOI單晶硅圓片通過(guò)硅器件層轉(zhuǎn)移方法制備可動(dòng)硅敏感結(jié)構(gòu)件。該方法克服了采用犧牲層釋放技術(shù)帶來(lái)的固支結(jié)構(gòu)尺寸難以精確控制的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了敏感結(jié)構(gòu)的精密控制。相對(duì)于通常采用的濃硼擴(kuò)散自停止腐蝕制備梁結(jié)構(gòu)的方法，該方法能夠在不引入應(yīng)力的前提下，得到厚度精確的梁結(jié)構(gòu)，提高了彈性梁-質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)的可動(dòng)硅結(jié)構(gòu)組件的對(duì)稱性。
[0027]第二，本發(fā)明采用一片單器件層SOI單晶硅圓片完成可動(dòng)硅結(jié)構(gòu)組件的加工，避免了采用的高溫硅-硅鍵合工藝制備可動(dòng)硅敏感結(jié)構(gòu)件，降低了工藝難度，降低了最高工藝溫度，消除了硅-硅鍵合引入的鍵合應(yīng)力問(wèn)題。與采用雙器件層SOI單晶硅圓片工藝相t匕，具有節(jié)省成本，降低工藝難度的特點(diǎn)。
[0028]第三，本發(fā)明中彈性梁-質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)可動(dòng)硅敏感結(jié)構(gòu)件具有通用性，既可采用玻璃電極蓋板，也可采用單晶硅電極蓋板。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
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[0029]【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0030]圖1為本發(fā)明所加工的具有對(duì)稱結(jié)構(gòu)的基于硅層轉(zhuǎn)移技術(shù)的高精度加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖2為本發(fā)明所加工的具有對(duì)稱結(jié)構(gòu)的基于硅層轉(zhuǎn)移技術(shù)的高精度加速度計(jì)中，梁?質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)的可動(dòng)硅敏感結(jié)構(gòu)件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖3A為本發(fā)明所述一種具有對(duì)稱結(jié)構(gòu)的基于硅層轉(zhuǎn)移技術(shù)的高精度加速度計(jì)的梁一質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)可動(dòng)硅敏感結(jié)構(gòu)件加工基片，該加工基片為單器件層SOI單晶硅圓片；
[0033]圖3B為圖3A中所述單器件層SOI單晶硅圓片的A-A向剖面視圖；
[0034]圖4為本發(fā)明所加工的具有對(duì)稱結(jié)構(gòu)的基于硅層轉(zhuǎn)移技術(shù)的高精度加速度計(jì)的加工方法的步驟流程圖；
[0035]圖5(a)?圖5(1)為本發(fā)明中，梁一質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)的可動(dòng)硅敏感結(jié)構(gòu)件主要制備過(guò)程不意圖；
[0036]圖6所示為本發(fā)明所加工的玻璃上電極板10Ga ；
[0037]圖7(a)?圖7(c)為圖6所示的玻璃電極板的主要制備過(guò)程；
[0038]圖7(d)為玻璃電極蓋板制備的器件成品剖面示意圖
[0039]圖8所示為本發(fā)明所加工的單晶硅上電極板200Ga ；
[0040]圖9(a)?圖9(d)為單晶硅電極板的主要制備過(guò)程示意圖。
[0041]圖9(e)單晶硅電極蓋板制備的器件成品剖面示意圖【具體實(shí)施方式】:
[0042]為使本發(fā)明的上述目的，特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖及【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0043]如圖1?3B為一種基于硅層轉(zhuǎn)移技術(shù)的具有高精度加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)圖，以及本發(fā)明所述加速度計(jì)的可動(dòng)硅敏感結(jié)構(gòu)件(彈性梁-質(zhì)量塊結(jié)構(gòu))的制備方法。圖1所示為本發(fā)明所述加速度計(jì)(玻璃電極板方案)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，加速度計(jì)100具有一個(gè)玻璃上電極蓋板10Ga, —個(gè)玻璃下電極蓋板10Gb, —個(gè)可動(dòng)娃結(jié)構(gòu)組件100S。
[0044]圖2所示為可動(dòng)硅敏感結(jié)構(gòu)件100S的結(jié)構(gòu)示意圖，其中5為單晶硅框架，6為體硅電信號(hào)引出電極，7為單晶娃配重質(zhì)量塊,8a, 8b, 8c, 8d為彈性支撐梁。
[0045]圖3A為加工可動(dòng)硅敏感結(jié)構(gòu)件100S的加工基片單器件層SOI單晶硅圓片的三維視圖，圖3B為圖3A其剖面視圖，如圖3B所示單器件層單晶硅圓片具有3層結(jié)構(gòu)，此種SOI片具有一個(gè)單晶硅襯片4，單晶硅襯片4的正面有二氧化硅絕緣層3，在二氧化硅絕緣層3上有單晶硅層器件層2。
[0046]圖4為本發(fā)明一種基于硅層轉(zhuǎn)移技術(shù)的高精度加速度計(jì)的加工方法的步驟流程圖，其中，所述加速度計(jì)包括自上而下依次連接的上電極板，彈性梁-質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)的可動(dòng)硅結(jié)構(gòu)組件，下電極板，所述方法包括:電極板加工步驟410，采用玻璃片或單晶硅圓片為基片，加工所述上電極板和下電極板；硅器件層轉(zhuǎn)移步驟420:以單器件層SOI片作為基片，力口工所述包含彈性梁、質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)的可動(dòng)硅敏感結(jié)構(gòu)件，將玻璃片或單晶硅圓片作為基片的下電極板與所述加工有可動(dòng)硅敏感結(jié)構(gòu)件的基片基于鍵合方式連接，去除SOI單晶硅圓片的襯底層和埋氧層；可動(dòng)硅敏感結(jié)構(gòu)件加工步驟430，在原SOI單晶硅圓片器件層背面加工表面電極和電容間隙；刻蝕形成所述彈性梁-質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)的可動(dòng)硅敏感結(jié)構(gòu)件，釋放可動(dòng)硅敏感結(jié)構(gòu)件完成可動(dòng)硅敏感結(jié)構(gòu)件加工；連接步驟440，將玻璃片或單晶硅圓片作為基片的上電極板與所述可動(dòng)硅結(jié)構(gòu)組件基于鍵合方式連接。
[0047]圖5為本發(fā)明所述一種基于硅層轉(zhuǎn)移技術(shù)的高精度加速度計(jì)的彈性梁-質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)可動(dòng)硅結(jié)構(gòu)組件10S的主要制備過(guò)程。
[0048]梁一質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)可動(dòng)硅結(jié)構(gòu)組件100S采用在單器件層SOI單晶硅圓片作為梁一質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)加工基片。在加工過(guò)程中，采用單晶硅各向異性腐蝕在單器件層SOI單晶硅圓片的正面得到電容間隙；濺射剝離工藝制備金屬引出電極；將玻璃片作為基片的上電極板與所述加工有電容間隙和金屬引出電極的SOI單晶硅圓片基于陽(yáng)極鍵合方式連接；或者，將單晶硅圓片作為基片加工的下電極板與與所述加工有電容間隙和金屬引出電極的SOI單晶硅圓片基于硅-硅鍵合方式連接；將鍵合后的SOI單晶硅圓片的單晶硅襯底層4和二氧化硅絕緣層3以濕法腐蝕方式去除；采用單晶硅各向異性腐蝕在SOI單晶硅圓片器件層的背面得到電容間隙；濺射剝離工藝制備金屬引出電極；從背面對(duì)所述器件層進(jìn)行器件層的垂直深刻蝕穿通，釋放彈性梁-質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)，同時(shí)得到彈性支撐梁。
[0049]下面結(jié)合圖5(a)至圖5(1)具體進(jìn)行說(shuō)明。
[0050]圖5 (a)所示為制備100S的基片單器件層SOI單晶硅圓片I ;單器件層SOI單晶硅圓片I經(jīng)過(guò)熱氧化生長(zhǎng)得到二氧化硅層，并經(jīng)過(guò)光刻、刻蝕(腐蝕)工藝進(jìn)行圖形化后，在單器件層SOI單晶硅圓片的正面得到如圖5(b)所示二氧化硅掩模50。以如圖5(b)所示50為腐蝕掩模在TMAH溶液中進(jìn)行硅腐蝕，得到本專利所述電容加速度計(jì)的初始電容間隙51。
[0051]在得到51以后，去除二氧化硅腐蝕掩模50。在基片上旋涂光刻膠并光刻，形成光刻膠層。在基片的正面濺射金屬層形成引出體硅電信號(hào)引出電極金屬層，一般采用鉻(Cr)和金(Au)兩種金屬依次濺射形成。經(jīng)過(guò)剝離工藝圖形化金屬層如圖5(c)所示得到引出電極52，并去除光刻膠層。
[0052]如圖5(d)所示將玻璃片作為基片的上電極板10Ga與所述加工有電容間隙和體硅電信號(hào)引出電極的SOI單晶硅圓片基于陽(yáng)極鍵合方式連接；或者，將單晶硅圓片作為基片加工的上電極板200Ga與與所述加工有電容間隙和金屬引出電極的SOI單晶硅圓片基于硅-硅鍵合方式連接。
[0053]如圖5(e)所示，通過(guò)KOH各項(xiàng)異性腐蝕方式，去除前述鍵合后單晶硅圓片的單晶硅襯底層4;通過(guò)光刻、刻蝕(腐蝕)工藝進(jìn)行圖形化在二氧化硅絕緣層3上得到如圖5(f)所示二氧化硅掩模53。以如圖5(g)所示53為腐蝕掩模在TMAH溶液中進(jìn)行硅腐蝕，得到本專利所述電容加速度計(jì)的初始電容間隙54。
[0054]如圖5 (h)所示在得到54以后，去除二氧化硅腐蝕掩模53。在基片上旋涂光刻膠并光刻，形成光刻膠層。在基片的正面派射金屬層形成引出體娃電信號(hào)引出電極金屬層，一般采用鉻(Cr)和金(Au)兩種金屬依次濺射形成。經(jīng)過(guò)剝離工藝圖形化金屬層如圖5(i)所示，得到引出電極55，并去除光刻膠層。
[0055]如圖5(j)所示，在基片的正面旋涂光刻膠層；光刻形成垂直深刻蝕掩模56 ;以如圖5(k)所示56為垂直深刻蝕掩模在電感耦合等離子體刻蝕中刻蝕穿通，即得到可動(dòng)的質(zhì)量塊101和多根單晶硅支撐梁8 (a-d)。如圖5(1)所示去除光刻膠層56。
[0056]參照?qǐng)D6，圖6為玻璃電極板10Ga的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，30為基板，31為金屬驅(qū)動(dòng)電極，32為垂直深刻蝕保護(hù)電極，33為電極引線，34為壓焊電極。
[0057]圖7(a)?(C)為制備玻璃電極板10Ga(10Gb)的主要工藝步驟。圖7(a)所示為制備玻璃電極板的基材，拋光玻璃片。其特點(diǎn)在于，此玻璃片的熱膨脹曲線和單晶硅的熱膨脹曲線接近，以降低鍵合應(yīng)力對(duì)器件造成的不良影響。
[0058]如圖7(b)所示，濺射金屬層71覆蓋玻璃基片正面，金屬層71-般采用鉻(Cr)和金(Au)兩種金屬依次濺射形成；如圖7(c)所示，通過(guò)光刻和金屬腐蝕工藝圖形化金屬層71，形成金屬驅(qū)動(dòng)電極31，垂直深刻蝕保護(hù)電極32，電極引線33，壓焊電極34等金屬圖形。
[0059]如圖7(d)所示梁一質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)的可動(dòng)硅結(jié)構(gòu)組件、玻璃上電極板10Ga和玻璃下電極板10Gb依次通過(guò)陽(yáng)極鍵合方式相連接形成加速度計(jì)。
[0060]圖8所示為左圖為單晶硅電極板200Ga的正面和右圖為單晶硅電極板200Ga的背面。其中，40為單晶硅基板，41為單晶硅蓋板金屬驅(qū)動(dòng)電極，42為垂直深刻蝕保護(hù)電極，43為電極引線，44為單晶硅蓋板壓焊電極，45為絕緣氧化層，46為硅鍵合區(qū)域。
[0061]圖9 (a)?(d)為制備單晶硅電極板200Ga (200Gb)的主要工藝步驟。圖9 (a)所示為制備單晶硅電極蓋板的基材，拋光高阻單晶硅圓片40，并帶有絕緣氧化層45。如圖9(b)所示，濺射金屬層91覆蓋玻璃基片正面，金屬層91-般采用鉻(Cr)和金(Au)兩種金屬依次濺射形成；如圖9(c)所示，通過(guò)光刻和金屬腐蝕工藝圖形化金屬層92，形成金屬驅(qū)動(dòng)電極41，垂直深刻蝕保護(hù)電極42，電極引線43，壓焊電極44等金屬圖形。如圖9(d)所示通過(guò)光刻和金屬腐蝕工藝圖形化絕緣氧化層45，形成硅鍵合區(qū)域46。
[0062]如圖9 (e)所示梁一質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)可動(dòng)硅結(jié)構(gòu)組件、單晶硅上電極板200Ga和單晶硅下電極板200Gb依次通過(guò)低溫娃一娃鍵合技術(shù)形成加速度計(jì)。
[0063]以上對(duì)本發(fā)明所提供的一種基于硅層轉(zhuǎn)移技術(shù)的高精度加速度計(jì)的加工方法進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在【具體實(shí)施方式】及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說(shuō)明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種基于硅層轉(zhuǎn)移技術(shù)(SOLT)的高精度加速度計(jì)的加工方法，加速度計(jì)包括自上而下依次連接的上電極板，彈性梁-質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)的可動(dòng)硅敏感結(jié)構(gòu)件，下電極板，其特征在于，所述方法包括以下步驟: 電極板加工步驟:采用玻璃片或單晶硅圓片作為基片，加工所述上電極板和下電極板； 硅器件層轉(zhuǎn)移步驟:以單器件層SOI單晶硅圓片作為基片，在器件層加工表面電極和電容間隙；所述SOI單晶硅圓片與所述下電極板基于鍵合方式連接；去除SOI單晶硅圓片的襯底層和埋氧層； 可動(dòng)硅敏感結(jié)構(gòu)件加工步驟:在原SOI單晶硅圓片器件層背面加工表面電極和電容間隙；刻蝕形成所述彈性梁-質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)的可動(dòng)硅敏感結(jié)構(gòu)件； 鍵合步驟:將所述與可動(dòng)硅結(jié)構(gòu)組件鍵合的下電極板與所述上電極板基于鍵合方式連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加速度計(jì)的加工方法，其特征在于，當(dāng)采用玻璃片作為基片時(shí)，所述上下電極板與所述可動(dòng)硅敏感結(jié)構(gòu)件基于陽(yáng)極鍵合方式連接；所述電極板加工步驟包括: 金屬層生長(zhǎng)步驟，在玻璃基片上形成金屬層； 金屬層圖形化步驟，圖 形化所述金屬層，形成所述電極板的檢測(cè)-驅(qū)動(dòng)電極，電信號(hào)引出線以及壓焊電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加速度計(jì)的加工方法，其特征在于，當(dāng)采用單晶硅基片作為基片時(shí)，所述上下電極板與所述可動(dòng)硅敏感結(jié)構(gòu)件基于硅-硅鍵合方式連接；所述電極板加工步驟包括: 熱氧化生長(zhǎng)步驟，通過(guò)熱氧化在單晶硅基片上形成氧化絕緣層； 金屬層生長(zhǎng)步驟，在所述氧化絕緣層上形成金屬層； 金屬層圖形化步驟，圖形化所述金屬層，形成所述電極板的檢測(cè)-驅(qū)動(dòng)電極，電信號(hào)引出線以及壓焊電極； 氧化絕緣層圖形化步驟，腐蝕所述氧化絕緣層，形成鍵合用裸露硅表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加速度計(jì)的加工方法，其特征在于，所述硅器件層轉(zhuǎn)移步驟:步驟包括: 器件層表面摻雜步驟:在器件層表面摻雜，摻雜類型與在所述SOI單晶硅圓片器件層摻雜類型相同； 初始電容間距及鍵合區(qū)域獲取步驟:在所述SOI單晶硅圓片器件層拋光面上腐蝕出凹槽，得到敏感電容的初始電容間距并同時(shí)得到鍵合區(qū)域； 金屬層生長(zhǎng)步驟:在器件層表面摻雜，摻雜類型與在所述SOI單晶硅圓片器件層摻雜類型相同；在摻雜后的器件層生長(zhǎng)金屬，并光刻圖形化形成電極圖形； 金屬層圖形化步驟:圖形化所述金屬層，形成電極圖形； 器件層轉(zhuǎn)移步驟:將所述形成電極圖形的SOI單晶硅圓片與上電極板以鍵合方式連接; 去除襯底步驟:從背面腐蝕所述已與上電極板連接的SOI單晶硅圓片，去除襯底層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加速度計(jì)的加工方法，其特征在于，所述可動(dòng)硅敏感結(jié)構(gòu)件加工步驟包括: 背面電容間距及鍵合區(qū)域獲取步驟:在所述SOI單晶硅圓片器件層背面腐蝕出凹槽，得到敏感電容的初始電容間距并同時(shí)得到鍵合區(qū)域； 可動(dòng)電極金屬層生長(zhǎng)步驟:在器件層表面生長(zhǎng)金屬層； 金屬層圖形化步驟:圖形化所述金屬層，形成電極圖形； 彈性梁-質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)釋放步驟:從所述SOI單晶硅圓片器件層背面進(jìn)行垂直深刻蝕，穿通器件層，釋放彈性梁-質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)，得到所述所述彈性梁-質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)的可動(dòng)硅結(jié)構(gòu)組件。
6.根據(jù)權(quán)利要求5中所述的加速度計(jì)的加工方法，其特征在于，所述彈性梁-質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)釋放步驟中，所述垂直深刻蝕為電感耦合等離子體刻蝕。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加速度計(jì)的加工方法，其特征在于，所述鍵合步驟包括: 鍵合步驟:將所 述帶有可動(dòng)硅結(jié)構(gòu)組件的上電極板與所述下電極板基于鍵合方式連接。
【文檔編號(hào)】G01P15/00GK104045049SQ201210164290
【公開(kāi)日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2013年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月12日
【發(fā)明者】張揚(yáng)熙, 高成臣, 郝一龍 申請(qǐng)人:北京大學(xué)