一种基于SOI-MEMS的温控隔振平台加工方法技术

本发明专利技术属于温控隔振结构制备工艺领域，并具体公开了一种基于SOI‑MEMS的温控隔振平台加工方法，其包括如下步骤：选取SOI硅片，使其顶硅层进行外延生长，形成与顶硅层晶体结构相同的硅外延生长层，在硅外延生长层的表面形成第一绝缘层；在第一绝缘层的表面制备加热单元、第一焊盘、温度传感单元、第二焊盘和互连导线；在第一绝缘层上制备第二绝缘层，然后制备MEMS振荡器结合焊盘、第三焊盘和输出互连导线；刻蚀第二绝缘层和第一绝缘层形成沟槽，并刻蚀基底层以获得所需的锚定结构，然后刻蚀硅外延生长层使其与沟槽导通，最后刻蚀二氧化硅埋氧层以此制备获得所需的温控隔振平台。本发明专利技术具有制备工艺简单、可操作性强等优点。

A Processing Method of Temperature-controlled Vibration Isolation Platform Based on SOI-MEMS

【技术实现步骤摘要】
一种基于SOI-MEMS的温控隔振平台加工方法
本专利技术属于温控隔振结构制备工艺领域，更具体地，涉及一种基于SOI-MEMS的温控隔振平台加工方法。
技术介绍
基准频率是所有现代电子设备的核心，并为数字设备提供脉冲。目前，石英晶体用于大多数定时源，以提供稳定的信号，确保高性能和可靠性。由于石英晶体加工与半导体加工工艺的不兼容，振荡器行业一直无法受益于硅基电子技术的指数发展。由于MEMS谐振器/振荡器只有约几百微米，可以以兆赫兹频率振动，其制造可与半导体器件制造兼容，从而便于实现振荡器的小型化和与集成电路一体化。因此，基于微机电系统(MEMS)技术的振荡器正在定时应用中逐步替代石英振荡器。石英晶体的性能易受温度变化的影响。为了在高精度基准频率应用中使用振荡器，需要某种形式的温度补偿。振荡器是高空和空间高速飞行器中不可缺少的高稳定频率基准，无论是石英晶体振荡器还是MEMS振荡器，由于其机械结构的本质，都不可避免外界振动和冲击对其的影响。外界振动和冲击导致的频率漂移和相位噪声将可能严重影响其精度和可靠性，进而导致整个系统的失效，甚至产生灾难性的后果。例如，使用低噪声晶振的雷达处于飞机或导弹上时，受随机振动的影响其相位噪声变差。因此，为了提高系统精度和可靠性，必须对振荡器采取隔振措施，以提高其适应各种恶劣环境条件下工作的能力。传统的振荡器隔振是通过特殊设计的PCB结构或外置的机械结构，存在尺寸较大、能耗高的缺陷。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于SOI-MEMS的温控隔振平台加工方法，其中结合MEMS振荡器的应用特点，相应设计了适用于MEMS振荡器的温控隔振平台的加工方法，其通过对温控隔振平台各层的具体加工工艺的研究和设计，可制备获得温度恒定、可隔离外界振动、能耗低的温控隔振平台，该温控隔振平台适用于MEMS振荡器等器件的温度控制与隔振，具有整体体积小、功耗小、结构简单、适用性强等优点。为实现上述目的，本专利技术提出了一种基于SOI-MEMS的温控隔振平台加工方法，其包括如下步骤：(1)选取SOI硅片，该SOI硅片上部的顶硅层用于加工隔振悬臂结构，下部的基底层用于加工锚定结构，中部的二氧化硅埋氧层用于实现顶硅层和基底层的隔离；使所述顶硅层进行外延生长，形成与顶硅层晶体结构相同的硅外延生长层，在所述硅外延生长层的表面形成第一绝缘层；(2)在所述第一绝缘层的表面制备加热单元、第一焊盘、温度传感单元、第二焊盘、所述加热单元与第一焊盘之间的第一互连导线以及所述温度传感单元与第二焊盘之间的第二互连导线；(3)在已制备加热单元、第一焊盘、温度传感单元、第二焊盘、第一互连导线和第二互连导线的所述第一绝缘层上制备第二绝缘层，然后在该第二绝缘层上制备MEMS振荡器结合焊盘、第三焊盘以及所述MEMS振荡器结合焊盘与第三焊盘之间的输出互连导线；(4)根据隔振悬臂结构的加工图案刻蚀第二绝缘层和第一绝缘层以形成沟槽，并根据锚定结构的加工图案刻蚀所述基底层以获得所需的锚定结构，然后刻蚀硅外延生长层使其与所述沟槽导通，最后刻蚀二氧化硅埋氧层，以此制备获得所需的温控隔振平台。作为进一步优选的，所述步骤(2)优选包括如下子步骤：(21)在所述第一绝缘层的上表面制备第一光刻胶层，根据所述加热单元和温度传感单元的图案刻蚀所述第一光刻胶层形成光刻胶沟槽，在所述第一光刻胶层上制备第一金属薄膜层，然后剥离所述第一光刻胶层及其上的第一金属薄膜层，保留填充在所述光刻胶沟槽中的第一金属薄膜层，以制备获得加热单元和温度传感单元；(22)在所述第一绝缘层的上表面制备第二光刻胶层，根据所述第一焊盘、第二焊盘、所述加热单元与第一焊盘之间的第一互连导线以及所述温度传感单元与第二焊盘之间的第二互连导线的图案刻蚀所述第二光刻胶层形成光刻胶沟槽，在所述第二光刻胶层上制备第二金属薄膜层，然后剥离所述第二光刻胶层及其上的第二金属薄膜层，保留填充在光刻胶沟槽中的第二金属薄膜层，以制备获得第一焊盘、第二焊盘、第一互连导线和第二互连导线。作为进一步优选的，所述步骤(3)优选包括如下子步骤：(31)在已制备加热单元、第一焊盘、温度传感单元、第二焊盘、第一互连导线和第二互连导线的所述第一绝缘层上制备第二绝缘层；(32)在所述第二绝缘层的上表面制备第三光刻胶层，根据所述MEMS振荡器结合焊盘、第三焊盘以及两者之间的输出互连导线的图案刻蚀所述第三光刻胶层以形成光刻胶沟槽，在所述第三光刻胶层上制备第三金属薄膜层，然后剥离所述第三光刻胶层及其上的第三金属薄膜层，保留填充在光刻胶沟槽中的第三金属薄膜层，以制备获得MEMS振荡器结合焊盘、第三焊盘以及两者之间的输出互连导线。作为进一步优选的，所述第一金属薄膜层优选为铂金薄膜层，所述第二金属薄膜层和第三金属薄膜层优选为黄金薄膜层。作为进一步优选的，所述光刻胶沟槽优选为顶部开口尺寸小于底部尺寸的凹槽。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：1.本专利技术对温控隔振平台的具体制备工艺进行了研究与设计，利用MEMS加工工艺加工的硅基悬臂结构可有效将MEMS振荡器与外部振动隔离，降低外界震动对振荡器的频率稳定性和相位噪声的影响，本专利技术研究设计的制备工艺可有效减小温控隔振器件的整体尺寸，使得温控隔振器件小型化，并使温控MEMS振荡器在保持温控晶体振荡器同等输出性能的条件下，加工工艺与半导体工艺兼容，功耗降低。2.本专利技术制备的温控隔振平台从下至上依次设置有锚定结构层、隔振悬臂结构层、温控平台层和MEMS振荡器连接层，通过锚定结构层提供对隔振悬臂的支撑，通过隔振悬臂结构层实现MEMS振荡器的隔振，通过位于温控平台层的温控单元实现平台的温度测量与控制，通过MEMS振荡器连接层用于安置MEMS振荡器/谐振子晶粒，并为之提供电源与频率输出通路，本专利技术具有结构简单、适用性强等优点。3.本专利技术通过将MEMS振荡器置于小型化的温控传感和加热单元中，可使MEMS振荡器保持温度恒定，可将由周围温度变化引起的输出频率漂移量削减到最小，平台及器件的小型化有助于降低整个温控振荡器能耗，通过悬臂结构的隔离作用，进一步降低器件平台与锚定结构间的热传导，减少器件使用过程中的热损耗。4.本专利技术制备的温控隔振平台为小型化振荡器隔振结构，确切的说直接制备了基于SOI的温控隔振MEMS振动器结构，而现有的产品只有MEMS振荡器和温控晶体振荡器，并没有温控隔振MEMS振动器，且传统的温控振荡器隔振结构是在其外部附加机械隔振结构或在PCB板电路设计时保留部分空隙，通过切除电路空隙材料实现隔振结构，这些设计均是基于传统的材料去除方法，无法实现隔振结构的小型化。本专利技术则结合小型化的MEMS振荡器或直接利用谐振子晶粒，利用MEMS加工工艺，加工小型化的隔振平台，实现隔振结构的小型化，减少外界振动引起的相位噪声。附图说明图1是本专利技术实施例的SOI晶圆结构示意图；图2是本专利技术实施例制备的硅外延生长层结构示意图；图3是本专利技术实施例制备的第一绝缘层的结构示意图；图4是本专利技术实施例的加热单元、温度传感单元、互连导线与焊盘的结构示意图；图5是本专利技术实施例的加热单元和温度传感单元的掩膜图案；图6是本专利技术实施例的互连导线及焊盘的掩膜图案；图7(a)和(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于SOI‑MEMS的温控隔振平台加工方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)选取SOI硅片，该SOI硅片上部的顶硅层(101)用于加工隔振悬臂结构，下部的基底层(103)用于加工锚定结构，中部的二氧化硅埋氧层(102)用于实现顶硅层和基底层的隔离；使所述顶硅层进行外延生长，形成与顶硅层晶体结构相同的硅外延生长层(104)，在所述硅外延生长层的表面形成第一绝缘层(105)；(2)在所述第一绝缘层(105)的表面制备加热单元(21)、第一焊盘(23)、温度传感单元(24)、第二焊盘(26)、所述加热单元(21)与第一焊盘(23)之间的第一互连导线(22)以及所述温度传感单元(24)与第二焊盘(26)之间的第二互连导线(25)；(3)在已制备加热单元(21)、第一焊盘(23)、温度传感单元(24)、第二焊盘(26)、第一互连导线(22)和第二互连导线(25)的所述第一绝缘层(105)上制备第二绝缘层(115)，然后在该第二绝缘层(115)上制备MEMS振荡器结合焊盘(31)、第三焊盘(33)以及所述MEMS振荡器结合焊盘(31)与第三焊盘(33)之间的输出互连导线(32)；(4)根据隔振悬臂结构的加工图案刻蚀第二绝缘层(115)和第一绝缘层(105)以形成沟槽(117)，并根据锚定结构的加工图案刻蚀所述基底层(103)以获得所需的锚定结构，然后刻蚀硅外延生长层(104)使其与所述沟槽(117)导通，最后刻蚀二氧化硅埋氧层(102)，以此制备获得所需的温控隔振平台。...

【技术特征摘要】
1.一种基于SOI-MEMS的温控隔振平台加工方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)选取SOI硅片，该SOI硅片上部的顶硅层(101)用于加工隔振悬臂结构，下部的基底层(103)用于加工锚定结构，中部的二氧化硅埋氧层(102)用于实现顶硅层和基底层的隔离；使所述顶硅层进行外延生长，形成与顶硅层晶体结构相同的硅外延生长层(104)，在所述硅外延生长层的表面形成第一绝缘层(105)；(2)在所述第一绝缘层(105)的表面制备加热单元(21)、第一焊盘(23)、温度传感单元(24)、第二焊盘(26)、所述加热单元(21)与第一焊盘(23)之间的第一互连导线(22)以及所述温度传感单元(24)与第二焊盘(26)之间的第二互连导线(25)；(3)在已制备加热单元(21)、第一焊盘(23)、温度传感单元(24)、第二焊盘(26)、第一互连导线(22)和第二互连导线(25)的所述第一绝缘层(105)上制备第二绝缘层(115)，然后在该第二绝缘层(115)上制备MEMS振荡器结合焊盘(31)、第三焊盘(33)以及所述MEMS振荡器结合焊盘(31)与第三焊盘(33)之间的输出互连导线(32)；(4)根据隔振悬臂结构的加工图案刻蚀第二绝缘层(115)和第一绝缘层(105)以形成沟槽(117)，并根据锚定结构的加工图案刻蚀所述基底层(103)以获得所需的锚定结构，然后刻蚀硅外延生长层(104)使其与所述沟槽(117)导通，最后刻蚀二氧化硅埋氧层(102)，以此制备获得所需的温控隔振平台。2.如权利要求1所述的基于SOI-MEMS的温控隔振平台加工方法，其特征在于，所述步骤(2)包括如下子步骤：(21)在所述第一绝缘层(105)的上表面制备第一光刻胶层(106)，根据所述加热单元(21)和温度传感单元(24)的图案刻蚀所述第一光刻胶层(106)形成光刻胶沟槽，在所述第一光刻胶层(106)上制备第一金属薄膜层，然后剥离所述第一光刻胶层(106)及其上...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘炎，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42