[发明专利]内外电极间隙精确控制的微半球谐振陀螺仪及其加工方法

权利要求书

1.一种内外电极间隙精确控制的微半球谐振陀螺仪，其特征在于：包括玻璃衬底、玻璃盖帽、密封墙、多晶硅微半球谐振子、基准电极、八个悬空的内电极、八个第一支撑柄、八个支撑柱、十六个外电极、环形电极、第一电极孔、八个第二电极孔、十六个第三电极孔和第四电极孔；玻璃衬底、玻璃盖帽和密封墙组成密封空腔结构，多晶硅微半球谐振子球面向下设在空腔结构内，八个悬空的内电极呈半球形均匀分布在多晶硅微半球谐振子内，八个支撑柱均匀分布在多晶硅微半球谐振子外周，八个内电极和八个支撑柱一一对应，且每组内电极和支撑柱顶端均通过一个第一支撑柄连接；基准电极顶端与多晶硅微半球谐振子底面相接，底端与玻璃衬底相接；环形电极设在玻璃盖帽下表面中心位置，环形电极通过金硅键合与盖帽连接；十六个外电极设在多晶硅微半球谐振子和支撑柱之间，且呈半球形均匀分布在多晶硅微半球谐振子外周；第一电极孔设在环玻璃盖帽上表面，且与环形电极相连；第二电极孔、第三电极孔、第四电极孔均设在玻璃衬底上，八个第二电极孔分别与八个内电极位置对应且一一相连；十六个第三电极孔分别与十六个外电极位置对应且一一相连；第四电极孔与基准电极相连且位置对应；

还包括第二支撑柄，多晶硅微半球谐振子通过第二支撑柄与基准电极连接；

所述八个内电极构成的结构和十六个外电极构成的结构均与多晶硅微半球谐振子共形，内，外电极各自构成的球面与多晶硅微半球谐振子半球结构共球心；

所述玻璃盖帽上第一电极孔和玻璃衬底上的第二电极孔、第三电极孔、第四电极孔分别与多晶硅微半球谐振子实现电信号传输；

所述玻璃盖帽下表面设有八个凹槽，八个第一支撑柄分别对应设在凹槽内；

所述外电极通过LPCVD沉积多晶硅得到，每个外电极上均设有多晶硅柄结构，外电极通过多晶硅柄结构与支撑柱连接。

2.一种如权利要求1所述的内外电极间隙精确控制的微半球谐振陀螺仪的加工方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)清洗晶圆，在硅片表面热生长一层二氧化硅，旋涂光刻胶，使用第一块掩膜板光刻，定义半球位置，使用KOH氢氧化钾溶液刻蚀二氧化硅，得出圆形开口，使用六氟化硫SF₆离子体各向同性刻蚀，形成半球坑，去除光刻胶和二氧化硅；

(2)在步骤(1)加工得到的半球坑所在面热生长一层二氧化硅牺牲层，喷涂光刻胶，用第二块掩膜板光刻，在半球中心定义出支撑柄位置，刻蚀二氧化硅得到支撑柄模子，去除光刻胶；

(3)喷涂光刻胶，用第一块掩膜板光刻，将半球坑外的其他位置用光刻胶覆盖，LPCVD多晶硅，得到多晶硅半球谐振子及其支撑柄，去除多余光刻胶；

(4)在球壳表面LPCVD二氧化硅牺牲层，喷涂光刻胶，用第三块掩膜板光刻，定义密封墙和内电极支撑柱的位置，用KOH溶液刻蚀暴露的二氧化硅牺牲层，洗去多余光刻胶；

(5)喷涂光刻胶，通过第四块掩膜板光刻，定义内电极及其支撑柄的形状和位置，LPCVD得到八个内电极和相应的第一支撑柄；

(6)使用丙酮溶液洗去残留光刻胶，使用KOH氢氧化钾溶液湿法刻蚀，去除在步骤(4)中得到的牺牲氧化层，释放内电极和第一支撑柄结构；

(7)在玻璃盖帽上表面旋涂光刻胶，使用第五块掩膜板光刻，定义腔体和内电极支撑柄的对应位置，用湿法刻蚀，得到盖帽上的空腔和内电极支撑柄的通道，洗去残留光刻胶；

(8)在玻璃盖帽上表面喷涂光刻胶，使用第六块掩膜板光刻，定义金属键合点位置，使用沉积剥离工艺，制作金属键合点，将制作环形电极的硅片与盖帽通过金-硅键合工艺实现连接；

(9)在玻璃盖帽上键合的硅片表面旋涂光刻胶，使用第七块掩膜板光刻，定义环形电极形状，使用DRIE深硅刻蚀工艺，释放得到环形电极；

(10)将玻璃盖帽与步骤(6)加工得到的结构对准后，利用阳极键合实现连接；

(11)在步骤(6)所加工的结构背面旋涂光刻胶，使用第八块掩膜板定义基准电极、外电极、内电极支撑柱和密封墙的位置，利用深硅刻蚀工艺，释放结构，使用KOH氢氧化钾溶液湿法刻蚀，去除步骤(2)得到的二氧化硅层；

(12)利用阳极键合将结构体与玻璃衬底连接，在衬底旋涂光刻胶，利用第九块掩膜板定义基准电极、内电极和外电极对应的电极孔位置，使用KOH氢氧化钾溶液湿法刻蚀得到衬底电极孔，利用沉积剥离工艺在孔内镀金属，洗去光刻胶，在盖帽上利用第十块掩膜板，采用相同流程加工出环形电极对应的电极孔，制作完成微半球陀螺仪并完成封装。

3.根据权利要求2所述的内外电极间隙精确控制的微半球谐振陀螺仪的加工方法，其特征在于：所述外电极和内电极所在的球面与半球壳共球心，内、外电极与半球壳之间的间隙分别通过控制步骤(4)和步骤(2)的二氧化硅牺牲层的厚度实现精确加工，间隙控制在100nm以下。