[发明专利]一种基于GIS盖板的三明治加速度计制备方法

说明书

本发明提供一种基于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‑玻璃，下盖板包括硅‑玻璃，该方法包括以下步骤：在上下盖板硅晶片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。本发明继承经典硅‑玻璃‑硅‑玻璃‑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‑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。

技术领域

本发明涉及测量测试技术领域，具体涉及一种基于GIS盖板的三明治加速度计制备方法。

背景技术

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。

三明治MEMS加速度计通常采用硅-硅-硅三层或硅-玻璃-硅-玻璃-硅五层结构。其中硅-硅-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-玻璃-硅-玻璃-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-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。

发明内容

本发明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。本发明继承经典硅-玻璃-硅-玻璃-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-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。

本发明提供一种基于GIS盖板的三明治加速度计制备方法，包括以下步骤；

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-2玻璃，上盖板内电极的材料为钛；

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；