一种基于GIS盖板的三明治加速度计制备方法技术

本发明专利技术提供一种基于GIS盖板的三明治加速度计制备方法，包括上盖板、下盖板和中间层敏感结构，上盖板包括硅

【技术实现步骤摘要】
一种基于GIS盖板的三明治加速度计制备方法


[0001]本专利技术涉及测量测试
，具体涉及一种基于GIS盖板的三明治加速度计制备方法。

技术介绍

[0002]基于MEMS技术的不断发展和推进，MEMS加速度计具有体积小、功耗低、交叉灵敏度低、可批量化生产等优势，并快速占领了石油勘探、消费电子、航空航天、汽车工业等领域。一般的MEMS加速度计分为电容式、谐振式、热对流式、光电式等检测原理，其中电容式检测原理具有梳齿式、三明治式和跷跷板式三种结构形式，梳齿式和跷跷板式结构复杂，制备难度大；三明治结构相对以上两者结构简单易制备，可以通过外围结构实现过阻尼控制，同时基于其结构形式的优势易实现大灵敏度。
[0003]三明治MEMS加速度计通常采用硅
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硅
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硅三层或硅
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玻璃
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硅
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玻璃
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硅五层结构。其中硅
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硅
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硅三层结构以法国Colibrys公司为代表，位于中间的硅质量块结构层与上下硅盖板层采用亲水键合技术实现高强度连接及气密封装，为了保证层间绝缘采用氧化硅作为介质层，通常氧化硅采用热氧化或化学气相沉积制备，氧化层厚度通常在5μm以内，且本身介电常数很大，因此在密封环区域会产生较大的寄生电容，通常寄生电容占到敏感芯片基础电容的一半以上，导致了较大的测量系统误差，但是该方案易于在晶片表面制备电极，可实现晶圆级批量筛选测试；而硅
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玻璃
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硅
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玻璃
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硅五层结构以日本村田公司为代表，位于中间的硅质量块结构层与上下盖板层采用阳极键合技术实现高强度连接及气密封装，上下盖板为硅
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玻璃双层复合结构，玻璃作为连接和密封的介质层，厚度通常可以达到100μm以上，因此密封环区域寄生电容明显降低，但是基于该工艺方案的敏感芯片电极是在划片完成之后在侧面制备的，该工艺通用性差，且敏感芯片无法在晶圆级阶段实现批量筛选测试，降低了研发和生产效率。

技术实现思路

[0004]本专利技术是为了解决寄生电容的问题，提供一种基于GIS盖板的三明治加速度计制备方法，加速度计包括上盖板、下盖板和中间层敏感结构，上光刻腐蚀出多个单元图形，与玻璃片进行键合，通过回流、研磨、抛光等工序实现GIS结构；结构硅晶片双面光刻湿法腐蚀出结构图形；将结构硅晶片中的结构图形、上下盖板硅晶片中与结构硅中结构图形对应的单元图形在设定气压、设定温度的键合设备内进行键合。本专利技术继承经典硅
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玻璃
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硅
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玻璃
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硅五层结构低寄生电容优势，同时实现了表面电极制备，使用基于与硅热膨胀系数更为接近的SD
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2玻璃和Ti金属电极，制造出寄生电容小、低应力的敏感芯片，同时实现晶圆级批量化性能测试。
[0005]本专利技术提供一种基于GIS盖板的三明治加速度计制备方法，包括以下步骤；
[0006]S1、制备上盖板：使用热氧化工艺，在上盖板硅晶圆的表面生长二氧化硅绝缘层并单面光刻腐蚀出结构单元，采用玻璃回流填充和研磨抛光工艺得到上盖板玻璃层，使用单
面光刻干法在上盖板玻璃层的上表面刻蚀出上盖板外电极极板，在上盖板外电极极板的上表面镀金属得到上盖板内电极，上盖板制备完成，上盖板玻璃层的材质为BF33/SD
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2玻璃，上盖板内电极的材料为钛；
[0007]S2、制备敏感层：在敏感层硅晶圆表面生长二氧化硅和氮化硅绝缘层，双面光刻腐蚀出结构单元并形成摆锤间隙结构，敏感层制备完成；
[0008]S3、制备下盖板：使用热氧化工艺，在下盖板硅晶圆的表面生长二氧化硅绝缘层并单面光刻腐蚀出结构单元，采用玻璃回流填充和研磨抛光工艺得到下盖板玻璃层，使用单面光刻干法在下盖板玻璃层的上表面刻蚀出下盖板外电极极板，在下盖板外电极极板的上表面镀金属得到下盖板内电极，下盖板制备完成，上盖板玻璃层的材质为BF33/SD
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2玻璃，下盖板内电极的材料为钛；
[0009]S4、键合：将上盖板和下盖板中的结构图形与敏感层的结构图形对正后在真空或惰性气体环境下进行阳极键合，得到加速度计。
[0010]本专利技术所述的一种基于GIS盖板的三明治加速度计制备方法，作为优选方式，步骤S1包括：
[0011]S11、对上盖板硅晶圆本体进行标清清洗，使用热氧化工艺对上盖板硅晶圆本体双面镀氧化硅掩膜得到氧化硅掩膜层，然后进行匀胶光刻，将光刻胶未保护的氧化硅掩膜层去除；
[0012]S12、放入KOH溶液进行双面腐蚀，得到上盖板凸台结构；放入BOE溶液中去除氧化硅掩膜层；
[0013]S13、对上盖板玻璃层和上盖板硅晶圆进行标清清洗，将上盖板玻璃层和腐蚀出单元图形的上盖板硅晶圆进行阳极键合，键合完成之后进行化学清洗；将键合完成之后的复合片放入管式炉之后进行高温回流填充，然后进行研磨抛光；
[0014]S14、对复合片进行化学清洗和行匀胶光刻，采用ICP设备对玻璃和硅进行干法刻蚀，得到上盖板外电极极板；
[0015]S15、使用lift off方式镀上盖板内电极；
[0016]S16、使用硬掩膜镀铝外电极，上盖板制备完成。
[0017]本专利技术所述的一种基于GIS盖板的三明治加速度计制备方法，作为优选方式，步骤S12中，腐蚀温度为70℃
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80℃，z向腐蚀速率为50
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60μm/h。
[0018]本专利技术所述的一种基于GIS盖板的三明治加速度计制备方法，作为优选方式，上盖板包括依次设置的上盖板硅晶圆、上盖板玻璃层、上盖板外电极极板和上盖板内电极，上盖板内电极面向敏感层，上盖板为GIS盖板；
[0019]上盖板硅晶圆包括上盖板硅晶圆本体和设置在上盖板硅晶圆本体表面的上盖板凸台结构。
[0020]本专利技术所述的一种基于GIS盖板的三明治加速度计制备方法，作为优选方式，步骤S2包括：
[0021]S21、将敏感层硅晶圆本体进行标清清洗，使用热氧化工艺在敏感层硅晶圆本体双面镀氧化硅掩膜得到氧化硅掩膜层；
[0022]S22、进行匀胶光刻，放入BOE溶液中去除光刻胶暴露出的氧化硅掩膜层；放入KOH溶液进行双面腐蚀，腐蚀出浅槽结构；
[0023]S23、去除全部氧化硅掩膜层，化学清洗之后在敏感层硅晶圆本体的两面均分别镀氧化硅得到氧化硅掩膜层、镀氮化硅得到氮化硅掩膜层，氧化硅掩膜层和氮化硅掩膜层形成掩膜层；进行二次光刻形成敏感层的图形，刻蚀掉光刻胶暴露出的氮化硅掩膜层和氧化硅掩膜层；
[0024]S24、去除敏感层硅晶圆本体上的光刻胶，再次匀胶光刻，刻蚀掉光刻胶暴露出的氮化硅掩膜层；
[0025]S25、去除光刻胶，将带有掩膜层的敏感层硅晶圆本体放入KOH溶液中双面腐蚀得到摆锤间隙初始结构；
[0026]S26、放本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于GIS盖板的三明治加速度计制备方法，其特征在于：包括以下步骤；S1、制备上盖板：使用热氧化工艺，在上盖板硅晶圆(11)的表面生长二氧化硅绝缘层并单面光刻腐蚀出结构单元，采用玻璃回流填充和研磨抛光工艺得到上盖板玻璃层(12)，使用单面光刻干法在所述上盖板玻璃层(12)的上表面刻蚀出上盖板外电极极板(13)，在所述上盖板外电极极板(13)的上表面镀金属得到上盖板内电极(14)，上盖板(1)制备完成，所述上盖板玻璃层(12)的材质为BF33/SD
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2玻璃，所述上盖板内电极(14)的材料为钛；S2、制备敏感层：在敏感层硅晶圆(21)表面生长二氧化硅和氮化硅绝缘层，双面光刻腐蚀出结构单元并形成摆锤间隙结构(22)，敏感层(2)制备完成；S3、制备下盖板：使用热氧化工艺，在下盖板硅晶圆(31)的表面生长二氧化硅绝缘层并单面光刻腐蚀出结构单元，采用玻璃回流填充和研磨抛光工艺得到下盖板玻璃层(32)，使用单面光刻干法在所述下盖板玻璃层(32)的上表面刻蚀出下盖板外电极极板(33)，在所述下盖板外电极极板(33)的上表面镀金属得到下盖板内电极(34)，下盖板(3)制备完成，所述上盖板玻璃层(32)的材质为BF33/SD
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2玻璃，所述下盖板内电极(34)的材料为钛；S4、键合：将所述上盖板(1)和所述下盖板(3)中的结构图形与所述敏感层(2)的结构图形对正后在真空或惰性气体环境下进行阳极键合，得到加速度计。2.根据权利要求1所述的一种基于GIS盖板的三明治加速度计制备方法，其特征在于：步骤S1包括：S11、对上盖板硅晶圆本体(111)进行标清清洗，使用热氧化工艺对所述上盖板硅晶圆本体(111)双面镀氧化硅掩膜得到氧化硅掩膜层(A)，然后进行匀胶光刻，将光刻胶(B)未保护的氧化硅掩膜层(A)去除；S12、放入KOH溶液进行双面腐蚀，得到上盖板凸台结构(112)；放入BOE溶液中去除所述氧化硅掩膜层(A)；S13、对所述上盖板玻璃层(12)和所述上盖板硅晶圆(11)进行标清清洗，将所述上盖板玻璃层(12)和腐蚀出单元图形的所述上盖板硅晶圆(11)进行阳极键合，键合完成之后进行化学清洗；将键合完成之后的复合片放入管式炉之后进行高温回流填充，然后进行研磨抛光；S14、对所述复合片进行化学清洗和行匀胶光刻，采用ICP设备对玻璃和硅进行干法刻蚀，得到所述上盖板外电极极板(13)；S15、使用lift off方式镀所述上盖板内电极(14)；S16、使用硬掩膜镀铝外电极，所述上盖板(1)制备完成。3.根据权利要求2所述的一种基于GIS盖板的三明治加速度计制备方法，其特征在于：步骤S12中，腐蚀温度为70℃
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80℃，z向腐蚀速率为50
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60μm/h。4.根据权利要求2所述的一种基于GIS盖板的三明治加速度计制备方法，其特征在于：所述上盖板(1)包括依次设置的所述上盖板硅晶圆(11)、所述上盖板玻璃层(12)、所述上盖板外电极极板(13)和所述上盖板内电极(14)，所述上盖板内电极(14)面向所述敏感层(2)，所述上盖板(1)为GIS盖板；所述上盖板硅晶圆(11)包括上盖板硅晶圆本体(111)和设置在所述上盖板硅晶圆本体(111)表面的上盖板凸台结构(112)。5.根据权利要求1所述的一种基于GIS盖板的三明治加速度计制备方法，其特征在于：
步骤S2包括：S21、将敏感层硅晶圆本体(21)进行标清清洗，使用热氧化工艺在所述敏感层硅晶圆本体(21)双面镀氧化硅掩膜得到氧化硅掩膜层(A)；S22、进行匀胶光刻，放入BOE溶液中去除光刻胶(B...

【专利技术属性】
技术研发人员：高旗，郝玉涛，杨挺，杨贵玉，路文一，尹玉刚，陈青松，彭泳卿，
申请(专利权)人：航天长征火箭技术有限公司，
类型：发明
国别省市：