本發明專利技術公開了一種基于硅層轉移技術(SOLT)的高精度加速度計的加工方法。加速度計包括自上而下依次連接的上電極板，可動硅敏感結構件，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片為基片加工可動硅敏感結構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硅敏感結構件并與上電極板基于鍵合方式連接。本發明專利技術通過硅器件層轉移和鍵合方法加工出三明治結構的差動電容敏感元件，實現敏感結構件的雙面加工與結構釋放，克服了犧牲層釋放技術的固支結構尺寸難以精確控制的缺點，降低了工藝難度和制造成本。并且，所制備的彈性梁-質量塊結構具有通用性。
【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術公開了一種基于硅層轉移技術(SOLT)的高精度加速度計的加工方法。加速度計包括自上而下依次連接的上電極板，可動硅敏感結構件，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片為基片加工可動硅敏感結構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硅敏感結構件并與上電極板基于鍵合方式連接。本專利技術通過硅器件層轉移和鍵合方法加工出三明治結構的差動電容敏感元件，實現敏感結構件的雙面加工與結構釋放，克服了犧牲層釋放技術的固支結構尺寸難以精確控制的缺點，降低了工藝難度和制造成本。并且，所制備的彈性梁-質量塊結構具有通用性。【專利說明】—種基于硅層轉移技術(SOLT)的高精度加速度計的加工方法
本專利技術涉及微電子機械加工領域，尤其涉及一種基于硅層轉移技術的高精度加速度計的加工方法。
技術介紹
高靈敏度低噪聲微加速度計在慣性導航、地質監測、空間微重力測量等領域都有廣泛的應用。MEMS加速度計由于采用了硅微機械加工技術，具有成本低、體積小、便于批量制造等優勢，已經在低精度以及中等精度加速度計應用領域占據主導地位。但是隨著MEMS加速度體積的縮小，在傳統加速度計中并不顯著的熱噪聲問題、應力問題、壓膜阻尼問題等問題，由于尺寸效應而變得顯著。 為了提高MEMS加速度計的信噪比，即提高檢測靈敏度，國內外的高等院校以及公司進行了有益的探索。具體包括:通過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；通過結構設計在加速度計中形成可差分變化的敏感電容對，以提高加速度計的電容敏感度，并抑制共模噪聲；以及，采用真空封裝調節壓膜阻尼并降低MEMS加速度計的熱噪聲。 1992年，Eric Peeters等人研制出第一種全對稱差分電容式微加速度計。此MEMS加速度計具有較大的初始電容并可實現差分檢測，其特點在于第一次采用梁結構從上下兩側懸掛質量塊的方式，成功的抑制了交叉軸靈敏度，使得加速度計單軸靈敏度提高，從而降低稱合噪聲，提高檢測精度。然而在加工工藝方面，Eric Peeters等采用普通單晶娃圓片，通過濃硼擴散自停止腐蝕控制梁結構的厚度，從而引入了較大的應力，造成加速度計的溫度特性等性能下降；此外，此加速度計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的成品率。 2000年，美國密歇根大學的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，這種加速度計同樣采用了雙層梁結構，具有全對稱結構，實現了微g量級的加速度檢測，但是此加速度計采用濃硼擴散自停止腐蝕工藝制作梁結構，從而引入了較大的應力；并且此加速度計結構脆弱，難于實現劃片封裝，實用性較差。 2007年，佐治亞理工大學Reza等人采用SOI單晶硅圓片制成了一種梳齒結構差分電容式加速度計。此加速度計采用器件層深刻蝕結合多晶硅溝槽回填技術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)形成附加質量塊，以提高加速度計的敏感度。但是此結構中附加質量塊僅分布于梳齒結構的一側，因此梁一質量塊結構的重心和和梁的支撐力作用中心不重合，因此，加速度計非敏感軸向的加速度對敏感軸向偶合嚴重。 美國1/0 Sensors 公司申請的系列專利 U.S.Pat.N0.5484073 ；U.S.Pat.N0.5652384 ；U.S.Pat.N0.5852242 ；U.S.Pat.N0.是高精度微機械加速度計的成功方案，但是此方案采用深腐蝕后的兩片SOI片進行硅一硅鍵合，存在鍵合風險高，鍵合成功率較低的問題，以及加工過程中片間的工藝結果不均勻性導致的敏感結構對稱性降低的問題，此外，此方案較難實現非敏感軸向的有效過載保護。
技術實現思路
本專利技術的目的在于，提供一種基于硅層轉移技術(SOLT)的高精度加速度計的加工方法，以至少解決上述技術問題之一。 本專利技術提供了一種基于硅層轉移技術的高精度加速度計的加工方法，所述加速度計包括至上而下連接的上電極板，彈性梁-質量塊結構的可動硅結構組件，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；可動硅敏感結構件加工步驟: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-質量塊結構的可動硅結構組件；鍵合步驟:將所述與可動硅結構組件鍵合的下電極板與所述上電極板基于鍵合方式連接。 上述加速度計的加工方法，優選所述硅器件層轉移步驟包括: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得到鍵合區域；金屬層生長步驟: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； 上述加速度計的加工方法的硅器件層轉移步驟，優選初始電容間距及鍵合區域獲取步驟中，所述硅腐蝕劑為四甲基氫氧化銨溶液。 上述加速度計的加工方法的硅器件層轉移步驟，優選金屬層生長步驟中，所述金屬層成分為鉻層與金層，生長方法為濺射； 上述加速度計的加工方法的硅器件層轉移步驟，優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。 上述加速度計的加工方法，優選所述可動硅敏感結構件加工步驟包括:背面電容間距及鍵合區域獲取步驟: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得到鍵合區域；可動電極金屬層生長步驟:在器件層表面生長金屬層；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-質量塊結構釋放步驟:從所述SOI單晶硅圓片器件層背面進行垂直深刻蝕，穿通器件層，得到彈性梁與質量塊；釋放彈性梁-質量塊結構，得到所述所述彈性梁-質量塊結構的可動硅結構組件； 上述加速度計的加工方法的可動硅敏感結構件加工步驟，優選初始電容間距及鍵合區域獲取步驟中，所述硅腐蝕劑為四甲基氫氧化銨溶液。 上述加速度計的加工方法的可動硅敏感結構件加工步驟，優選金屬層生長步驟中，所述金屬層成分為鉻層與金層，生長方法為濺射； 上述加速度計的加工方法的可動娃敏感結構件加工步驟,優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。 上述加速度計的加工方法，優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。 上述加速度計的加工方法，優選當采用玻璃片作為基片時，所述上，下電極板與所述可動硅結構組件基于陽極鍵合方式連接；所述電極板加工步驟包括:金屬層生長步驟，形成本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種基于硅層轉移技術(SOLT)的高精度加速度計的加工方法，加速度計包括自上而下依次連接的上電極板，彈性梁?質量塊結構的可動硅敏感結構件，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；可動硅敏感結構件加工步驟：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?質量塊結構的可動硅敏感結構件；鍵合步驟：將所述與可動硅結構組件鍵合的下電極板與所述上電極板基于鍵合方式連接。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：張揚熙，高成臣，郝一龍，
申請(專利權)人：北京大學，
類型：發明
國別省市：北京;11
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