半球諧振式微機(jī)械陀螺儀及其加工工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種半球諧振式微機(jī)械陀螺儀，其包括諧振層，諧振層包括半球球殼，半球球殼具有內(nèi)凹的內(nèi)表面及與內(nèi)表面相對(duì)的外表面，半球球殼的頂點(diǎn)為其錨點(diǎn)，環(huán)繞半球球殼設(shè)置有多個(gè)硅球面電極，硅球面電極包括驅(qū)動(dòng)電極、力平衡電極、信號(hào)檢測(cè)電極、屏蔽電極，屏蔽電極將驅(qū)動(dòng)電極、力平衡電極與信號(hào)檢測(cè)電極分隔開，半球球殼與環(huán)繞其的多個(gè)硅球面電極形成多個(gè)電容；諧振層采用多晶硅或二氧化硅或氮化硅或金剛石材質(zhì)。該半球諧振式微機(jī)械陀螺儀采用基于硅微細(xì)加工的工藝，其尺寸較小，生產(chǎn)成本較低，具有批量生產(chǎn)能力同時(shí)，其靈敏度不取決于其振幅，其驅(qū)動(dòng)電壓較低，可大大減小輸出噪聲，其精度可比現(xiàn)有的陀螺儀產(chǎn)品高。
【專利說明】半球諧振式微機(jī)械陀螺儀及其加工エ藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及ー種半球諧振微機(jī)械陀螺儀及其采用的基于硅微細(xì)加工的加工エ藝?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]硅微機(jī)械陀螺儀由于具有體積小、成本低、功耗低、抗沖擊、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，在慣性測(cè)量領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。然而目前MEMS陀螺產(chǎn)品的精度遠(yuǎn)低于光纖陀螺和激光陀螺，主要是因?yàn)榇蠖鄶?shù)MEMS諧振式陀螺的靈敏度取決于其振幅的大小，而噪聲信號(hào)隨振幅増加而變大，這就限制了信噪比的改善。由于靈敏度低，因此大大限制了其應(yīng)用領(lǐng)域。
[0003]傳統(tǒng)的半球諧振陀螺儀是由石英加工而成，其工作原理是根據(jù)一百多年前劍橋大學(xué)布瑞安教授關(guān)于杯體振動(dòng)理論研制成功的。該理論指出半球型的杯體繞著杯的中心線旋轉(zhuǎn)時(shí)，其四波腹振動(dòng)圖案將發(fā)生偏轉(zhuǎn)。通過對(duì)偏轉(zhuǎn)振動(dòng)圖樣的相位變化的檢測(cè)從而得到角加速度的信號(hào)。半球諧振子陀螺儀具有很精確的比例因子和令人滿意的隨機(jī)漂移及偏置穩(wěn)定性，陀螺的増益和比例因子與材料無關(guān)，而僅僅是薄殼體上產(chǎn)生的應(yīng)カ波振蕩模的函數(shù)，對(duì)外界環(huán)境(加速度、振動(dòng)、溫度等)不敏感，甚至不用溫度補(bǔ)償，所以半球諧振陀螺被慣性技術(shù)界公認(rèn)的目前性能最好的陀螺產(chǎn)品之一，其精度比光纖陀螺和激光陀螺還要高，此外其還有分辨率高，測(cè)量范圍寬，抗過載，抗輻射，抗干擾等優(yōu)點(diǎn)。
[0004]然而，傳統(tǒng)的半球諧振陀螺是由融熔石英加工而成，加工難度大，成本高，價(jià)格高達(dá)幾十萬(wàn)到一百萬(wàn)美元，因此無法得到廣泛的應(yīng)用。另外其體積也較大，目前最小尺寸直徑也達(dá)到20毫米。因此，研制新一代微型低成本半球諧振陀螺自然成為慣性技術(shù)界的新的目標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供ー種精度高、體積小、成本低的基于相位檢測(cè)原理的新型MEMS半球諧振式陀螺儀及其采用的基于硅微細(xì)加工的加工エ藝。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0007]—種半球諧振式微機(jī)械陀螺儀，其包括諧振層，所述的諧振層包括半球球殼、環(huán)繞所述的半球球殼設(shè)置的多個(gè)硅球面電極，所述的硅球面電極包括驅(qū)動(dòng)電極、力平衡電極、信號(hào)檢測(cè)電極、屏蔽電極，所述的屏蔽電極將所述的驅(qū)動(dòng)電極、所述的カ平衡電極與所述的信號(hào)檢測(cè)電極分隔開，所述的屏蔽電極交匯于一點(diǎn)且該交匯點(diǎn)即為所述的半球球殼的錨點(diǎn)，所述的半球球殼與環(huán)繞其的多個(gè)所述的硅球面電極形成多個(gè)電容；所述的半球球殼采用多晶硅或ニ氧化硅或氮化硅或金剛石材質(zhì)。
[0008]優(yōu)選的，所述的硅球面電極為20個(gè)或24個(gè)，其包括8個(gè)所述的屏蔽電極，所述的屏蔽電極在所述的半球球殼的周向上均勻分布。
[0009]優(yōu)選的，所述的半球球殼的半徑為600-1800 u m,優(yōu)選值為800-1200 u m ;所述的半球球殼的厚度為0.5-2.5 um,優(yōu)選值為1.5-2.0um0
[0010]優(yōu)選的，所述的半球球殼的工作諧振模態(tài)，即最低諧振模態(tài)為四波腹模態(tài)，其諧振頻率為 2000-15000Hz，優(yōu)選值為 6000-8000Hz。
[0011]優(yōu)選的，所述的諧振層的靠近所述的半球球殼的ー側(cè)鍵合有第一封蓋層，所述的諧振層的靠近所述的硅球面電極的一側(cè)鍵合有第二封蓋層；所述的第一封蓋層為玻璃片或長(zhǎng)有ニ氧化硅層的硅片，所述的第二封蓋層采用含有通孔玻璃的玻璃材質(zhì)或含有通孔硅的硅材質(zhì)，所述的通孔玻璃或所述的通孔硅將所述的硅球面電極引到所述的半球諧振式微機(jī)械陀螺儀的表面。
[0012]ー種上述半球諧振式微機(jī)械陀螺儀的加工エ藝，其包括如下步驟:
[0013](I)在硅晶圓的一面腐蝕ー個(gè)半球坑；
[0014](2)在所述的半球坑的內(nèi)表面的生長(zhǎng)ー層ニ氧化硅形成熱氧化層，再在所述的熱氧化層外側(cè)淀積ー層半球球殼層；所述的半球球殼層為多晶娃層或ニ氧化娃層或氮化娃層或金剛石薄膜；
[0015](3)去除所述的半球坑的內(nèi)表面以外部分具有的所述的熱氧化層及所述的半球球
殼層;
[0016](4)在所述的硅晶圓的另一面刻蝕出環(huán)繞所述的半球球殼層的所述的硅球面電極，所述的熱氧化層作為刻蝕時(shí)的阻擋層；刻蝕后腐蝕掉所述的熱氧化層，所述的半球球殼層形成所述的半球球殼懸于所述的錨點(diǎn)上，所述的半球球殼與環(huán)繞其的多個(gè)所述的硅球面電極形成多個(gè)電容；
[0017](5)在所述的硅晶圓的表面淀積金屬井光刻完成金屬化，最終加工形成所述的諧振層。
[0018]優(yōu)選的，所述的步驟(4)中，在所述硅晶圓上通過光刻及DRIE深度刻蝕法刻蝕出深槽形成所述的硅球面電極，刻蝕時(shí)采用V形槽光刻板圖，所述的深槽的寬度與所述的硅晶圓的厚度呈正比。
[0019]優(yōu)選的，所述的步驟(I)中，采用各向同性腐蝕法腐蝕出所述的半球坑，所述的各向同性腐蝕法包括干法腐蝕和濕法腐蝕；
[0020]所述的步驟(3)中，采用機(jī)械拋光法去除所述的熱氧化層及所述的多晶硅層；
[0021]所述的步驟(4)中，采用氣態(tài)氫氟酸腐蝕掉所述的熱氧化層。
[0022]優(yōu)選的，所述的熱氧化層的厚度為1-2 U m。
[0023]優(yōu)選的，所述的步驟(3)中，去除所述的熱氧化層及所述的半球球殼層后，在所述的硅晶圓的靠近所述的半球球殼的ー側(cè)鍵合所述的第一封蓋層；
[0024]所述的步驟(5)中，在所述的硅晶圓的靠近所述的硅球面電極的一側(cè)鍵合所述的第二封蓋層；當(dāng)所述的第二封蓋層采用所述的玻璃材質(zhì)時(shí)，采用陽(yáng)極氧化硅-玻鍵合方式，在所述的第二封蓋層的與所述的諧振層相鍵合的表面開設(shè)淺槽，并在所述的淺槽中淀積ー層吸氣劑膜層，再進(jìn)行鍵合；當(dāng)所述的第二封蓋層采用所述的硅材質(zhì)時(shí)，采用硅-硅直接鍵合方式。
[0025]由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn):
[0026]1、本發(fā)明的半球諧振式微機(jī)械陀螺儀的靈敏度不取決于其振幅，其驅(qū)動(dòng)電壓較低，可大大減小輸出噪聲，其精度可比現(xiàn)有的陀螺儀產(chǎn)品高；
[0027]2、本發(fā)明的半球諧振式微機(jī)械陀螺儀采用基于硅微細(xì)加工的エ藝，使其尺寸較小，可以降低生產(chǎn)成本，具有批量生產(chǎn)能力?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0028]附圖1為本發(fā)明的半球諧振式微機(jī)械陀螺儀的硅球面電極的分布示意圖。
[0029]附圖2為本發(fā)明的半球諧振式微機(jī)械陀螺儀的屏蔽電極支撐半球球殼的示意圖。
[0030]附圖3為本發(fā)明的半球諧振式微機(jī)械陀螺儀的加工エ藝流程圖。
[0031]附圖4為本發(fā)明的半球諧振式微機(jī)械陀螺儀通過刻蝕深槽形成硅球面電極的窗ロ圖。
[0032]附圖5為本發(fā)明的半球諧振式微機(jī)械陀螺儀的硅晶圓的截面示意圖。
[0033]附圖6為本發(fā)明的半球諧振式微機(jī)械陀螺儀在未鍵合第二封蓋層時(shí)的示意圖。
[0034]附圖7為本發(fā)明的半球諧振式微機(jī)械陀螺儀的工作原理圖。
[0035]附圖8為本發(fā)明的半球諧振式微機(jī)械陀螺儀的四波腹模態(tài)分析圖。
[0036]附圖9為本發(fā)明的半球諧振式微機(jī)械陀螺儀的三波腹模態(tài)分析圖。
[0037]附圖10為本發(fā)明的半球諧振式微機(jī)械陀螺儀的五波腹模態(tài)分析圖。
[0038]附圖11為本發(fā)明的半球諧振式微機(jī)械陀螺儀的擺式諧振模態(tài)分析圖。
[0039]以上附圖中:1、諧振層；2、半球球殼；3、深槽；4、驅(qū)動(dòng)電極；5、力平衡電極；6、信號(hào)檢測(cè)電極；7、屏蔽電極；8、熱氧化層；9、第一封蓋層；10、半球坑。
【具體實(shí)施方式】
[0040]下面結(jié)合附圖所示的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步描述。
[0041]實(shí)施例一:ー種半球諧振式微機(jī)械陀螺儀，其包括諧振層1、分別鍵合于諧振層I兩側(cè)的第一封蓋層9和第二封蓋層。參見附圖1和附圖2所示。
[0042]諧振層I包括半球球殼2、環(huán)繞半球球殼2設(shè)置的多個(gè)硅球面電極。半球球殼2采用多晶硅或ニ氧化硅或氮化硅或金剛石材質(zhì)，在本實(shí)施例中，選用多晶硅。硅球面電極通過在硅晶圓上刻蝕多條深槽3形成，其材料為高摻雜單晶硅。硅球面電極的個(gè)數(shù)為20個(gè)或24個(gè),其包括驅(qū)動(dòng)電極4、力平衡電極5、信號(hào)檢測(cè)電極6、屏蔽電極7。在本實(shí)施例中，具有8個(gè)屏蔽電極7，其在環(huán)繞半球球殼2的周向上均勻分布，屏蔽電極7將驅(qū)動(dòng)電極4、力平衡電極5與信號(hào)檢測(cè)電極6分隔開，從而降低驅(qū)動(dòng)電極4與信號(hào)檢測(cè)電極6之間的耦合系數(shù)，降低了正交誤差和噪聲。屏蔽電極7相交匯于一點(diǎn)且該交匯點(diǎn)為半球球殼2的錨點(diǎn)，這樣屏蔽電極7可以起到支撐半球球殼2的作用。半球球殼2與環(huán)繞其的多個(gè)硅球面電極形成多個(gè)電容。半球球殼2的半徑為600-1800 iim，優(yōu)選值為800-1200 y m ;而半球球殼2的厚度為 0.5-2.5um,優(yōu)選值為 1.5-2.0um0
[0043]第一封蓋層9為玻璃片或長(zhǎng)有ニ氧化娃層的娃片。第二封蓋層米用含有通孔玻璃的玻璃材質(zhì)或含有通孔硅的硅材質(zhì)，通孔玻璃或通孔硅將硅球面電極引到半球諧振式微機(jī)械陀螺儀的表面。
[0044]參見附圖3所示，上述半球諧振式微機(jī)械陀螺儀采用基于硅微細(xì)加工技術(shù)的加工エ藝。該エ藝包括如下步驟:
[0045]( I)采用各向同性腐蝕方法(包括干法腐蝕和濕法腐蝕)在(111)硅晶圓片上腐蝕出ー個(gè)半徑為800-1200 u m的半球坑10，腐蝕面要光滑如鏡；
[0046](2)在半球坑10的內(nèi)表面的生長(zhǎng)ー層厚度約為的熱氧化層8，該熱氧化層8為ニ氧化硅層，再在熱氧化層8外側(cè)淀積ー層LPCVD多晶硅層，即半球球殼層；
[0047](3)采用機(jī)械拋光法去除半球坑10的內(nèi)表面以外部分具有的熱氧化層8及多晶硅層，僅在半球坑10的內(nèi)表面上保留熱氧化層8和多晶硅層；在硅晶圓的靠近多晶硅層的一側(cè)米用陽(yáng)極氧化法與ー塊玻璃片進(jìn)行娃-玻鍵合，或是與ー塊長(zhǎng)有一層ニ氧化娃層的娃片直接鍵合，即鍵合第一封蓋層9 ；
[0048](4)在硅晶圓的另ー側(cè)通過光刻及DRIE干法深度刻蝕法刻蝕出深槽3形成環(huán)繞半球球殼2的娃球面電極,并犧牲掉熱氧化層形成諧振層I。熱氧化層8作為刻蝕時(shí)的阻擋層。參見附圖4和附圖5所示，刻蝕時(shí)采用V形槽光刻板圖，深槽3的寬度與硅晶圓的厚度呈正比。由于半球坑10的存在使硅晶圓的截面厚度不均，生長(zhǎng)于其上的熱氧化層8也呈球面，在由上至下(“上”、“下”指如附圖4中所示的上、下方向)刻蝕深槽3時(shí)，刻蝕速率與深槽3的窗ロ寬度呈正比，硅晶圓較薄之處可能已經(jīng)穿透而硅晶圓較厚之處還未刻蝕結(jié)束。為了防止這種現(xiàn)象的發(fā)生，采用上述V形槽光刻板圖，即靠近錨點(diǎn)處深槽3的窗ロ寬度較窄，而靠近半球球殼2的邊緣處深槽3的窗ロ寬度較寬。這樣，在硅晶圓上呈現(xiàn)出的深槽3由錨點(diǎn)向半球球殼2的邊緣方向大致呈“V”形。在刻蝕時(shí)，靠近錨點(diǎn)位置的刻蝕速率較小，而靠近半球球殼2的邊緣處的刻蝕速率較大，這樣即可保證刻蝕到達(dá)阻擋層的時(shí)間接近一致，從而避免刻蝕尚未結(jié)束時(shí)就已在某些區(qū)域出現(xiàn)穿透的現(xiàn)象。硅球面電極刻蝕后，采用氣態(tài)氫氟酸(VAPOR HF)腐蝕掉熱氧化層8，這樣半球球殼層形成半球球殼2并懸于錨點(diǎn)上，半球球殼2與環(huán)繞其的多個(gè)硅球面電極形成多個(gè)電容。傳統(tǒng)的石英半球陀螺儀采用金屬鍍膜法，電極之間的橫向截面很小，相互之間的信號(hào)耦合系數(shù)也小。而本發(fā)明的半球諧振式微機(jī)械陀螺儀的電極采用高摻雜單晶硅球面電極，其橫向截面較大，相互之間的耦合系數(shù)也較大，容易產(chǎn)生噪聲干擾。増加可屏蔽電極7后，不僅可以支撐半球球殼2，還可把噪聲干擾降至最低；
[0049](5)在上述做完熱氧化層犧牲釋放的硅晶圓表面淀積金屬井光刻完成金屬化最終加工形成諧振層1，參見附圖6所示。在諧振層I的靠近硅球面電極的ー側(cè)真空鍵合第二封蓋層，使半球球殼2完全封閉于真空中。第二封蓋層米用玻璃或娃材質(zhì)并含有通孔玻璃或通孔硅，通孔硅或通孔玻璃將各個(gè)硅球面電極連接到陀螺儀的表面。當(dāng)?shù)诙馍w層采用玻璃材質(zhì)時(shí)，采用陽(yáng)極氧化硅-玻鍵合方式，為了盡可能提高Q值，在第二封蓋層的與諧振層I相鍵合的表面開設(shè)淺槽，并在淺槽中淀積ー層吸氣劑膜層，再進(jìn)行鍵合；當(dāng)?shù)诙馍w層采用硅材質(zhì)吋，采用硅-硅直接鍵合方式，由于是高溫鍵合，氣密性較好，因此無需淀積吸氣劑膜層。在鍵合完的第二封蓋層上光刻打孔，并濺射淀積金屬電極，切片，完成加工エ藝。
[0050]參見附圖7至附圖11所示。其工作原理為:半球球殼2作為諧振子繞中心軸旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生哥氏效應(yīng)而使其振動(dòng)波型在環(huán)向相對(duì)半球球殼2進(jìn)動(dòng)。當(dāng)半球球殼2繞中心軸轉(zhuǎn)過qp角時(shí)，振動(dòng)波型相對(duì)半球球殼2反向轉(zhuǎn)過0角，且有e = JCqp，其中K為進(jìn)動(dòng)因子。只要精確測(cè)出振動(dòng)波型相對(duì)半球球殼2轉(zhuǎn)過的角度0就可以測(cè)出半球球殼2繞中心軸轉(zhuǎn)過的角度qp，對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)角qp微分便可求得角速率Q，n= d qp/ d t。所以半球諧振式陀螺儀的測(cè)量對(duì)象實(shí)際上就是對(duì)諧振模態(tài)的相位的測(cè)量，這不同于通常通過測(cè)量振幅的硅微機(jī)械諧振式陀螺。目前絕大多數(shù)MEMS陀螺是基于測(cè)量諧振振幅大小的，其靈敏度取決于振幅的大小，而噪聲信號(hào)隨振幅増加而變大，這就限制了信噪比的改善。而半球諧振陀螺的靈敏度不取決于振幅，驅(qū)動(dòng)電壓可以很低，這樣可以大大減小輸出噪聲。硅MEMS半球諧振陀螺儀精度因此比目前的MEMS梳齒式陀螺產(chǎn)品提高一至三個(gè)數(shù)量級(jí)。
[0051]半球球殼2的諧振模態(tài)可通過有限元分析得到，附圖8至附圖11是典型的幾個(gè)諧振模態(tài)，包括四波腹諧振模態(tài)、三波腹諧振模態(tài)、五波腹諧振模態(tài)以及擺式諧振模態(tài)。上述半球球殼2的工作諧振模態(tài)，即最低諧振模態(tài)為四波腹模態(tài)，其諧振頻率為2000-15000HZ，優(yōu)選值為6000-8000HZ。低諧振模態(tài)的工作穩(wěn)定性通常比高次諧振模態(tài)更穩(wěn)定。
[0052]本發(fā)明提出硅半球諧振式陀螺儀是采用各向同性腐蝕エ藝制作，再加上三維球面光刻和體硅制作エ藝，半球球殼2的直徑在2_左右或更小，半球球殼2的厚度為1-2 u m。本發(fā)明提出硅半球諧振式陀螺儀由于采用的是MEMS微細(xì)加工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了晶圓級(jí)封裝，具有批量生產(chǎn)的能力，可以大大降低成本，并保留了半球陀螺高精度等優(yōu)點(diǎn)，其將有可能在慣性【技術(shù)領(lǐng)域】帶來的ー場(chǎng)革命，將使得未來的導(dǎo)航系統(tǒng)成為通用的、低價(jià)的導(dǎo)航系統(tǒng)。
[0053]上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.ー種半球諧振式微機(jī)械陀螺儀，其特征在于:其包括諧振層，所述的諧振層包括半球球殼、環(huán)繞所述的半球球殼設(shè)置的多個(gè)娃球面電極，所述的娃球面電極包括驅(qū)動(dòng)電極、力平衡電極、信號(hào)檢測(cè)電極、屏蔽電極，所述的屏蔽電極將所述的驅(qū)動(dòng)電極、所述的カ平衡電極與所述的信號(hào)檢測(cè)電極分隔開，所述的屏蔽電極交匯于一點(diǎn)且該交匯點(diǎn)即為所述的半球球殼的錨點(diǎn)，所述的半球球殼與環(huán)繞其的多個(gè)所述的硅球面電極形成多個(gè)電容；所述的半球球殼采用多晶硅或二氧化硅或氮化硅或金剛石材質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半球諧振式微機(jī)械陀螺儀，其特征在于:所述的硅球面電極為20個(gè)或24個(gè)，其包括8個(gè)所述的屏蔽電扱，所述的屏蔽電極在所述的半球球殼的周向上均勻分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半球諧振式微機(jī)械陀螺儀，其特征在于:所述的半球球殼的半徑為600-1800 u m,優(yōu)選值為800-1200 u m ;所述的半球球殼的厚度為0.5-2.5 u m,優(yōu)選值為1.5-2.0um0
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半球諧振式微機(jī)械陀螺儀，其特征在于:所述的半球球殼的工作諧振模態(tài)，即最低 諧振模態(tài)為四波腹模態(tài)，其諧振頻率為2000-15000HZ，優(yōu)選值為6000-8000Hz。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半球諧振式微機(jī)械陀螺儀，其特征在于:所述的諧振層的靠近所述的半球球殼的ー側(cè)鍵合有第一封蓋層，所述的諧振層的靠近所述的硅球面電極的一側(cè)鍵合有第二封蓋層；所述的第一封蓋層為玻璃片或長(zhǎng)有二氧化硅層的硅片，所述的第二封蓋層采用含有通孔玻璃的玻璃材質(zhì)或含有通孔硅的硅材質(zhì)，所述的通孔玻璃或所述的通孔硅將所述的硅球面電極引到所述的半球諧振式微機(jī)械陀螺儀的表面。
6.一種如權(quán)利要求1所述的半球諧振式微機(jī)械陀螺儀的加工エ藝，其特征在于:其包括如下步驟: (1)在娃晶圓的一面腐蝕ー個(gè)半球坑； (2)在所述的半球坑的內(nèi)表面的生長(zhǎng)ー層二氧化硅形成熱氧化層，再在所述的熱氧化層外側(cè)淀積ー層半球球殼層；所述的半球球殼層為多晶娃層或二氧化娃層或氮化娃層或金剛石薄膜； (3)去除所述的半球坑的內(nèi)表面以外部分具有的所述的熱氧化層及所述的半球球殼層； (4)在所述的硅晶圓的另一面刻蝕出環(huán)繞所述的半球球殼層的所述的硅球面電極，所述的熱氧化層作為刻蝕時(shí)的阻擋層；刻蝕后腐蝕掉所述的熱氧化層，所述的半球球殼層形成所述的半球球殼懸于所述的錨點(diǎn)上，所述的半球球殼與環(huán)繞其的多個(gè)所述的硅球面電極形成多個(gè)電容； (5)在所述的硅晶圓的表面淀積金屬井光刻完成金屬化，最終加工形成所述的諧振層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半球諧振式微機(jī)械陀螺儀的加工エ藝，其特征在于:所述的步驟(4)中，在所述硅晶圓上通過光刻及DRIE深度刻蝕法刻蝕出深槽形成所述的硅球面電極，刻蝕時(shí)采用V形槽光刻板圖，所述的深槽的寬度與所述的硅晶圓的厚度呈正比。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的半球諧振式微機(jī)械陀螺儀的加工エ藝，其特征在于:所述的步驟(1)中，采用各向同性腐蝕法腐蝕出所述的半球坑，所述的各向同性腐蝕法包括干法腐蝕和濕法腐蝕；所述的步驟(3)中，采用機(jī)械拋光法去除所述的熱氧化層及所述的多晶硅層； 所述的步驟(4)中，采用氣態(tài)氫氟酸腐蝕掉所述的熱氧化層。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的半球諧振式微機(jī)械陀螺儀的加工エ藝，其特征在于:所述的熱氧化層的厚度為1-2 iim。
10.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的半球諧振式微機(jī)械陀螺儀的加工エ藝，其特征在于:所述的步驟(3)中，去除所述的熱氧化層及所述的半球球殼層后，在所述的硅晶圓的靠近所述的半球球殼的ー側(cè)鍵合所述的第一封蓋層； 所述的步驟(5)中，在所述的硅晶圓的靠近所述的硅球面電極的一側(cè)鍵合所述的第二封蓋層；當(dāng)所述的第二封蓋層采用所述的玻璃材質(zhì)時(shí)，采用陽(yáng)極氧化硅-玻鍵合方式，在所述的第二封蓋層的與所述的諧振層相鍵合的表面開設(shè)淺槽，并在所述的淺槽中淀積ー層吸氣劑膜層，再進(jìn)行鍵合；當(dāng)所述的第二封蓋 層采用所述的硅材質(zhì)時(shí)，采用硅-硅直接鍵合方式。
【文檔編號(hào)】G01C25/00GK103528576SQ201210231285
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2012年7月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月15日
【發(fā)明者】郭述文 申請(qǐng)人:蘇州文智芯微系統(tǒng)技術(shù)有限公司