《硅微谐振式加速度计的制备方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《硅微谐振式加速度计的制备方法.pdf（24页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 103913596 A (43)申请公布日 2014.07.09 CN 103913596 A (21)申请号 201410132108.6 (22)申请日 2014.04.02 G01P 15/097(2006.01) B81C 1/00(2006.01) (71)申请人 清华大学 地址 100084 北京市海淀区北京 100084-82 信箱 (72)发明人 董景新 赵淑明 刘云峰 闫桂珍 (74)专利代理机构 深圳市鼎言知识产权代理有 限公司 44311 代理人 哈达 (54) 发明名称 硅微谐振式加速度计的制备方法 (57) 摘要 本发明提供一种硅微谐振式加速。
2、度计的制 备方法， 包括 ： 在一玻璃基底表面形成多个金属 导线 ； 在一硅片的第一表面形成一第一掩膜 ； 在 第一表面形成第二掩膜 ； 刻蚀所述硅片的第一表 面， 形成一凹槽 ； 去除所述第二掩膜并继续刻蚀 所述硅片的第一表面以及凹槽 ； 去除所述第一 掩膜， 将第一表面键合于所述玻璃基底表面 ； 刻 蚀所述硅片的第二表面 ； 在所述硅片的第二表面 形成一第三掩膜， 包括第一长条结构 ； 形成一第 四掩膜， 所述第四掩膜包括一第二长条结构 ； 刻 蚀所述硅片的第二表面， 得到第二振梁及并使得 第二振梁悬浮于所述玻璃基底表面 ； 继续刻蚀所 述硅片的第二表面， 得到第一振梁且不同于所述 第二振。
3、梁距离所述玻璃基底的高度 ； 去除第三掩 膜。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 9 页 附图 12 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书9页 附图12页 (10)申请公布号 CN 103913596 A CN 103913596 A 1/2 页 2 1. 一种硅微谐振式加速度计的制备方法， 包括 ： S11， 在一玻璃基底表面形成多个金属导线作为引线电极 ； S12， 提供一硅片， 所述硅片具有一第一表面及相对的第二表面， 在所述硅片的第一表 面形成一第一掩膜， 所述第一掩模包括两个并排且间隔设置的第一条形结构， 两个并排且。
4、 间隔设置的第二条形结构， 所述两个第一条形结构与所述两个第二条形结构沿第一方向延 伸， 且关于沿第一方向上的一对称轴呈镜像对称设置 ； S13， 在形成有所述第一掩膜的硅片的第一表面形成第二掩膜， 所述第二掩模覆盖所述 第一掩模及硅片， 所述第二掩模具有一通孔， 所述通孔沿第一方向延伸， 所述通孔位于两个 间隔设置的第二条形结构之间， 对应于通孔位置处的硅片暴露出来 ； S14， 在第二掩膜的作用下， 刻蚀所述硅片的第一表面， 对应于凹槽位置处的硅片的表 面形成一凹槽 ； S15， 去除所述第二掩膜， 并继续刻蚀所述硅片的第一表面以及凹槽， 对应于所述第一 条形结构及第二条形结构位置处的硅片。
5、表面形成多个键合台， 并进一步减小凹槽位置处的 硅片厚度 ； S16， 去除所述第一掩膜， 使所述硅片的第一表面形成一图案化的表面， 并将所述图案 化的第一表面键合于所述玻璃基底表面， 使得所述多个键合台与所述引线电极电连接 ； S17， 处理所述硅片的第二表面以减小所述硅片的厚度， 使凹槽位置处的硅片的厚度等 于所述硅微谐振式加速度计中第二振梁的厚度 ； S18， 在所述硅片的第二表面形成一第三掩膜， 所述第三掩膜包括两个间隔且对称设置 的凹字形结构、 与所述两个凹字形结构连接的第二长条结构、 以及对称设置与第二长条结 构两侧的第二梳齿状结构， 所述凹字形结构的凹口相对设置， 第二长条结构设。
6、置于凹口之 间， 对应凹字形结构、 第一长条结构及第二梳齿状结构位置处的第二表面被所述第三掩膜 覆盖 ； S19， 形成一第四掩膜覆盖所述第三掩膜， 且所述第四掩膜包括一第一长条结构， 所述 第一长条结构沿所述第一条形结构及第二条形结构之间的对称轴延伸， 且与所述第二长条 结构长度相同、 平行且间隔设置， 所述第四掩膜在第一长条结构两侧具有第一梳齿状结构， 对应于第一梳齿状结构位置处的硅片的第二表面被覆盖 ； S20， 在第四掩膜的作用下刻蚀所述硅片的第二表面， 以减小未被第四掩膜覆盖的硅片 厚度， 得到第二振梁及对称分布于第二振梁两侧的第二驱动定梳齿及第二检测定梳齿， 并 使得第二振梁悬浮于。
7、所述玻璃基底表面， 通过第二振梁的两端支撑 ； S21， 去除第四掩膜， 并在所述第三掩膜的作用下继续刻蚀所述硅片的第二表面， 形成 所述第一振梁及对称分布于于第一振梁两侧的第一驱动定梳齿及第二驱动定梳齿， 且所述 第一振梁距离所述玻璃基底的高度不同于所述第二振梁距离所述玻璃基底的高度 ； S22， 去除残余的第三掩膜， 形成所述硅微谐振式加速度计。 2. 如权利要求 1 所述的硅微谐振式加速度计的制备方法， 其特征在于， 所述第一掩膜 通过高温氧化所述硅片第一表面的方式形成。 3. 如权利要求 1 所述的硅微谐振式加速度计的制备方法， 其特征在于， 在步骤 S15 中， 所述凹槽的深度刻蚀到。
8、所需的第二振梁距离所述玻璃基底表面的高度。 4. 如权利要求 3 所述的硅微谐振式加速度计的制备方法， 其特征在于， 所述凹槽的底 权 利 要 求 书 CN 103913596 A 2 2/2 页 3 面与第一表面其他被刻蚀的部分的高度差为 10 微米。 5. 如权利要求 1 所述的硅微谐振式加速度计的制备方法， 其特征在于， 所述硅片的第 一表面通过高温高压键合的方式贴附在所述玻璃基底的表面。 6. 如权利要求 5 所述的硅微谐振式加速度计的制备方法， 其特征在于， 在高温高压键 合之前， 进一步包括一对所述图案化的表面进行硼掺杂的步骤。 7. 如权利要求 1 所述的硅微谐振式加速度计的制备。
9、方法， 其特征在于， 所述第三掩膜 的材料为二氧化硅， 通过等离子化学气相淀积的方式形成在所述第二表面。 8. 如权利要求 7 所述的硅微谐振式加速度计的制备方法， 其特征在于， 所述第四掩膜 的材料为光刻胶且覆盖所述第三掩膜。 9. 如权利要求 1 所述的硅微谐振式加速度计的制备方法， 其特征在于， 在步骤 S21 中， 所述第一振梁在垂直于玻璃基底方向上的厚度等于第二振梁的厚度。 10. 一种硅微谐振式加速度计的制备方法， 包括 ： 在一玻璃基底表面形成多个金属导线作为引线电极 ； 提供一硅片， 所述硅片具有一第一表面及相对的第二表面， 在所述硅片的第一表面形 成一第一掩膜 ； 在形成有所。
10、述第一掩膜的硅片的第一表面形成第二掩膜， 所述第二掩模覆盖所述第一 掩模及硅片， 所述第二掩模具有一通孔， 所述通孔沿第一方向延伸， 对应于通孔位置处的硅 片暴露出来 ； 在第二掩膜的作用下， 刻蚀所述硅片的第一表面， 对应于凹槽位置处的硅片的表面形 成一凹槽 ； 去除所述第二掩膜， 并继续刻蚀所述硅片的第一表面以及凹槽 ； 去除所述第一掩膜， 使所述硅片的第一表面形成一图案化的表面， 并将所述图案化的 第一表面键合于所述玻璃基底表面 ； 在所述硅片的第二表面形成一第三掩膜， 所述第三掩膜包括一第二长条结构、 以及对 称设置与第二长条结构两侧的第二梳齿状结构， 所述凹字形结构的凹口相对设置， 。
11、第二长 条结构设置于凹口之间， 对应凹字形结构、 第一长条结构及第二梳齿状结构位置处的第二 表面被所述第三掩膜覆盖 ； 形成一第四掩膜覆盖所述第三掩膜， 且所述第四掩膜包括一第一长条结构， 所述第一 长条结构沿所述第一条形结构及第二条形结构之间的对称轴延伸， 且与所述第二长条结构 长度相同、 平行且间隔设置 ； 在第四掩膜的作用下刻蚀所述硅片的第二表面， 以减小未被第四掩膜覆盖的硅片厚 度， 得到第二振梁， 所述第二振梁悬浮于所述玻璃基底表面， 通过第二振梁的两端支撑 ； 去除第四掩膜， 并在所述第三掩膜的作用下继续刻蚀所述硅片的第二表面， 形成所述 第一振梁， 且所述第一振梁距离所述玻璃基底。
12、的高度不同于所述第二振梁距离所述玻璃基 底的高度 ； 去除残余的第三掩膜， 形成所述硅微谐振式加速度计。 权 利 要 求 书 CN 103913596 A 3 1/9 页 4 硅微谐振式加速度计的制备方法 技术领域 0001 本发明属于微电子机械系统的微惯性测量领域， 具体涉及一种基于不等高振梁的 测量 Z 轴加速度的硅微谐振式加速度计的制备方法。 背景技术 0002 随着微机械加工技术的深入发展， 微机械惯性传感器在导航领域发挥着越来越重 要的作用。目前在中低性能的应用领域正逐步取代石英挠性加速度计等传统惯性仪表。国 际上 MEMS 加速度计已开始在导航和战术武器领域应用。同时部分高精度领域。
13、也将被微机 电加速度计替代。 0003 目前各研究机构已有的加速度计的制备方法主要集中于平面内 X、 Y 轴的集成设 计， 而关于 Z 轴加速度计的设计较少， 一般采用静电刚度式硅微谐振式加速度计设计。 0004 然而， 现有的 Z 轴加速度计设计中的加工工艺兼容性差、 加工精度低、 检测激励方 式复杂， 限制了 Z 轴硅微谐振式加速度计的发展。 发明内容 0005 综上所述， 确有必要提供一种能够克服上述问题的 Z 轴硅微谐振式加速度计的制 备方法。 0006 一种硅微谐振式加速度计的制备方法， 包括 ： S11， 在一玻璃基底表面形成多个金 属导线作为引线电极 ； S12， 提供一硅片， 。
14、所述硅片具有一第一表面及相对的第二表面， 在所 述硅片的第一表面形成一第一掩膜， 所述第一掩模包括两个并排且间隔设置的第一条形结 构， 两个并排且间隔设置的第二条形结构， 所述两个第一条形结构与所述两个第二条形结 构沿第一方向延伸， 且关于沿第一方向上的一对称轴呈镜像对称设置 ； S13， 在形成有所述 第一掩膜的硅片的第一表面形成第二掩膜， 所述第二掩模覆盖所述第一掩模及硅片， 所述 第二掩模具有一通孔， 所述通孔沿第一方向延伸， 所述通孔位于两个间隔设置的第二条形 结构之间， 对应于通孔位置处的硅片暴露出来 ； S14， 在第二掩膜的作用下， 刻蚀所述硅片的 第一表面， 对应于凹槽位置处的。
15、硅片的表面形成一凹槽 ； S15， 去除所述第二掩膜， 并继续刻 蚀所述硅片的第一表面以及凹槽， 对应于所述第一条形结构及第二条形结构位置处的硅片 表面形成多个键合台， 并进一步减小凹槽位置处的硅片厚度 ； S16， 去除所述第一掩膜， 使 所述硅片的第一表面形成一图案化的表面， 并将所述图案化的第一表面键合于所述玻璃基 底表面 ； S17， 处理所述硅片的第二表面以减小所述硅片的厚度， 使凹槽位置处的硅片的厚 度等于所述硅微谐振式加速度计中第二振梁的厚度 ； S18， 在所述硅片的第二表面形成一第 三掩膜， 所述第三掩膜包括两个间隔且对称设置的凹字形结构、 与所述两个凹字形结构连 接的第二长。
16、条结构、 以及对称设置与第二长条结构两侧的第二梳齿状结构， 所述凹字形结 构的凹口相对设置， 第二长条结构设置于凹口之间， 对应凹字形结构、 第一长条结构及第二 梳齿状结构位置处的第二表面被所述第三掩膜覆盖 ； S19， 形成一第四掩膜覆盖所述第三掩 膜， 且所述第四掩膜包括一第一长条结构， 所述第一长条结构沿所述第一条形结构及第二 说 明 书 CN 103913596 A 4 2/9 页 5 条形结构之间的对称轴延伸， 且与所述第二长条结构长度相同、 平行且间隔设置， 所述第四 掩膜在第一长条结构两侧具有第一梳齿状结构， 对应于第一梳齿状结构位置处的硅片的第 二表面被覆盖 ； S20， 在第。
17、四掩膜的作用下刻蚀所述硅片的第二表面， 以减小未被第四掩膜 覆盖的硅片厚度， 得到第二振梁及对称分布于第二振梁两侧的第二驱动定梳齿及第二检测 定梳齿， 并使得第二振梁悬浮于所述玻璃基底表面， 通过第二振梁的两端支撑 ； S21， 去除第 四掩膜， 并在所述第三掩膜的作用下继续刻蚀所述硅片的第二表面， 形成所述第一振梁及 对称分布于于第一振梁两侧的第一驱动定梳齿及第二驱动定梳齿， 且所述第一振梁距离所 述玻璃基底的高度不同于所述第二振梁距离所述玻璃基底的高度 ； S22， 去除残余的第三掩 膜， 形成所述硅微谐振式加速度计。 0007 本发明提供的硅微谐振式加速度计的制备方法， 通过采用硅材料加。
18、工整体结构， 并且利用多层掩膜刻蚀工艺形成精细梳齿以及不等高振梁结构， 与现有的 SOG 工艺兼容， 便于实现多轴集成， 提高了所述硅微谐振式加速度计的加工精度。 附图说明 0008 图 1 是本发明第一实施例提供的 Z 轴硅微谐振式加速度计的三维等轴侧视图。 0009 图 2 是本发明第一实施例提供的不等高振梁局部三维等轴侧视图。 0010 图3a-3l是本发明第一实施例提供的不等高振梁Z轴硅微谐振式加速度计制备方 法的流程图。 0011 主要元件符号说明 0012 玻璃基底 12 0013 质量块 1a、 1b 0014 第一振梁 2a 0015 第二振梁 2b 0016 第三振梁 2c 。
19、0017 第四振梁 2d 0018 第一驱动定梳齿 3a 0019 第二驱动定梳齿 3b 0020 第一检测定梳齿 4a 0021 第二检测定梳齿 4b 0022 中央支撑锚区 5 0023 第一键合台 5a、 5b、 5c、 5d 0024 第二键合台 6a、 6b 0025 第一支撑梁 7a、 8a 0026 第二支撑梁 7b、 8b 0027 引线电极 9a、 9b、 9c、 9d、 10 0028 外围键合区 11 0029 第一掩模 100 0030 第二掩模 110 0031 第三掩模 120 说 明 书 CN 103913596 A 5 3/9 页 6 0032 第四掩模 140。
20、 0033 第一条形结构 101a、 101b 0034 第二条形结构 102a、 102b 0035 键合区 103 0036 通孔 112a 0037 凹槽 112b 0038 键合台 131a、 131b、 131c、 131d 0039 凹字形结构 121e、 121f、 141e、 141f 0040 第二长条结构 121 0041 第二梳齿状结构 121c、 121d、 141c、 141d 0042 第一短条结构 121a、 121b 0043 第一长条结构 142 0044 第一梳齿状结构 141a、 141b 0045 如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本发明。 具体实施。
21、方式 0046 以下将结合附图详细说明本发明提供的硅微谐振式加速度计的制备方法， 为方便 描述， 本发明先对所述硅微谐振式加速度计进行描述。 0047 本发明提供一种 Z 轴硅谐振式加速度计， 所述 Z 轴硅谐振式加速度计包括一玻璃 基底、 一硅微机械可动结构及一外围键合区。所述硅机械可动结构及所述外围键合区设置 于所述玻璃基底表面。所述硅微机械可动结构设置于外围键合区内， 并通过键合台键合在 玻璃基底一表面上， 以感测垂直于玻璃基底表面 Z 轴方向的加速度。 0048 所述硅微机械可动结构包括一扭摆质量块结构， 至少两根支撑梁以及一与所述扭 摆质量块结构不等厚度的至少两根振梁组成。 所述扭摆。
22、质量块通过支撑梁悬浮设置在玻璃 基底上， 在受到 Z 轴方向的加速度影响时产生扭动。所述两根振梁位于 Z 轴方向的不同高 度。优选的， 所述扭摆质量块结构为双偏心质量块结构， 从而增大灵敏度。所述扭摆质量块 结构包括一第一质量块及第二质量块在平面内沿一对称轴呈镜像分布且间隔设置， 并且所 述第一质量块的偏心方向与所述第二质量块的偏心方向呈镜像分布。 所述第一质量块与第 二质量块通过设置于两者之间的第一振梁及第二振梁相连。 0049 一相对设置的驱动定梳齿与检测定梳齿分别设置于第一振梁及第二振梁两侧， 以 将加速度传递给所述驱动定梳齿与检测定梳齿， 并转化为电信号输出。当 Z 轴有加速度输 入时。
23、， 所述扭摆质量块结构绕支撑梁扭转， 与扭摆质量块结构相连的振梁受到质量块扭转 产生的拉力或者压力而产生固有频率变化， 将 Z 向惯性力转变为振梁轴向力， 并通过电信 号随谐振频率的变化传递给检测定梳齿进行检测。 0050 所述第一振梁及第二振梁的厚度 （垂直于玻璃基底表面的方向， 即 Z 轴方向） 小于 所述质量块结构厚度不同， 并且所述第一振梁及第二振梁位于垂直于玻璃基底表面方向上 的不同平面内。 0051 所述第一振梁两侧设置有驱动定梳齿及检测定梳齿， 分别用来加载驱动力和检测 谐振频率变化 ； 同样， 所述第二振梁两侧设置有驱动定梳齿及检测定梳齿， 分别用来加载驱 说 明 书 CN 1。
24、03913596 A 6 4/9 页 7 动力和检测谐振频率变化。所述驱动定梳齿及检测定梳齿通过键合台键合在玻璃基底上， 通过金属导线与输出电极点相连。 位于第一谐振梁两侧的驱动定梳齿及检测定梳齿高度与 第一谐振梁高度相同。 位于第二谐振梁两侧的驱动定梳齿及检测定梳齿高度与第二谐振梁 高度相同。 0052 当 Z 轴加速度输入时， 所述第一质量块及第二质量块敏感加速度发生相反方向的 偏转， 使与第一质量块及第二质量块相连的位于不同高度的第一振梁及第二振梁分别受到 拉力和压力。由于第一振梁及第二振梁上的轴向力发生变化， 第一振梁及第二振梁的谐振 频率变化。受拉的振梁谐振频率增加， 受压的振梁谐振。
25、频率减小。所述驱动定梳齿及检测 定梳齿输出差分频率检测 Z 轴输入的加速度。 0053 以下将结合附图及具体实施例详细说明本发明提供的硅微谐振式加速度计。 0054 请一并参阅图 1 至图 2， 本发明第一实施例提供一种 Z 轴硅谐振式加速度计， 所述 硅谐振式加速度计包括硅微机械可动结构、 外围键合区 （11） 设置于玻璃基底 （12） 表面。 所述硅微机械可动结构包括一第一质量块 (1a)、 一第二质量块 (1b)、 一第一振梁 (2a)、 一 第二振梁 (2b)、 第一驱动定梳齿 (3a)、 第一检测定梳齿 （4a） 、 第二驱动定梳齿 （3b)、 第二检 测定梳齿 (4b)、 两根第一。
26、支撑梁 (7a、 7b)、 两根第二支撑梁 （8a、 8b)、 两个第一键合台 (5a、 5b)、 两个第二键合台 （6a、 6b)、 六个引线电极 (9a、 9b、 9c、 10a、 10b、 10c)。所述外围键合区 （11） 围绕所述硅微机械可动结构。可以理解， 所述外围键合区 （11） 为一可选结构。所述外 围键合区 （11） 具有一开口， 暴露出所述玻璃基底 （12） 的表面， 所述硅微机械可动结构设置 于所述开口内的玻璃基底 （12） 表面。 0055 所述第一质量块 （1a） 及第二质量块 （1b） 呈镜像对称分布， 且相互间隔设置。所述 第一质量块 （1a） 及第二质量块 （1。
27、b） 的形状均为凹字形， 分别具有一凹口及位于凹口两侧 的凸棱， 所述第一质量块 （1a） 及第二质量块 （1b） 的凹口相对设置。所述第一质量块 （1a） 及第二质量块 （1b） 本身均为一对称结构， 均有沿一第一方向 （如 X 轴方向） 的对称轴 ； 所述 第一质量块 （1a） 和第二质量块 （1b） 关于一第二方向 （如 Y 轴方向） 镜像对称设置。所述第 一质量块 （1a） 及第二质量块 （1b） 在垂直于所述玻璃基底 （12） 方向 （即 Z 轴） 上的厚度可 为 30 微米至 100 微米。本实施例中， 所述第一质量块 （1a） 及第二质量块 （1b） 的厚度为 30 微米。 00。
28、56 所述第一质量块 （1a） 通过对称设置的两个第一支撑梁 （7a、 8a） 支撑， 悬浮于所述 玻璃基底 （12） 表面， 即所述第一质量块 （1a） 相对与所述玻璃基底 （12） 表面间隔设置。所 述两个第一支撑梁 （7a、 8a） 对称分布于所述第一质量块 （1a） 在垂直于第一方向的第二方 向上的边缘， 并支撑所述第一质量块 （1a） 。所述第一支撑梁 （7a、 8a） 靠近所述第一质量块 （1a） 与第二质量块 （2a） 之间的对称轴设置， 从而使所述第一质量块 （1a） 为右偏心结构。 所述第一支撑梁 （7a） 的一端与所述第一质量块 （1a） 连接， 另一端与设置于所述玻璃基底。
29、 （12） 上的一第一键合台 （5a） 连接 ； 所述第一支撑梁 （8a） 的一端与所述第一质量块 （1a） 相 连， 另一端与设置于所述玻璃基底 （12） 上的第一键合台 （6a） 连接。所述第一键合台 （5a） 及第一键合台 （6a） 均设置于所述玻璃基底 （12） 的边缘位置， 且对称分布于所述第一质量 块 （1a） 在 X 方向上的对称轴两侧。 0057 同样的， 所述第二质量块 （1b） 通过对称设置的第二支撑梁 （7b、 8b） 支撑， 悬浮于 所述玻璃基底 （12） 表面。所述两根第二支撑梁 （7b、 8b） 对称分布于所述第二质量块 （1b） 说 明 书 CN 10391359。
30、6 A 7 5/9 页 8 在第一方向上的边缘， 并支撑所述第二质量块 （1b） 。所述两根第二支撑梁 （7b、 8b） 靠近所 述第一质量块 （1a） 及第二质量块 （1b） 之间的对称轴设置， 从而使得所述第二质量块 （1b） 为一左偏心结构。所述第二支撑梁 （7b） 一端与第二质量块 （1b） 连接， 另一端与第二键合台 （5b） 连接 ； 所述第二支撑梁 （8b） 一端与第二质量块 （1b） 连接， 另一端与第二键合台 （6b） 连接。进一步， 所述第一支撑梁 （7a、 8a） 与第二支撑梁 （7b、 8b） 相对于所述第一质量块 （1a） 与第二质量块 （2a） 之间的对称轴呈镜像对。
31、称设置。 0058 所述第一振梁 （2a） 及第二振梁 （2b） 沿X方向延伸， 并且连接所述第一质量块(1a) 和第二质量块 (1b)， 所述第一振梁 （2a） 及第二振梁 （2b） 关于第一质量块 （1a） 及第二质量 块 （1b） 在 X 方向的对称轴对称设置。具体的， 所述第一振梁 （2a） 及第二振梁 （2b） 平行且 间隔设置于所述第一质量块 （1a） 及第二质量块 （1b） 的凹口中， 所述第一振梁 （2a） 与第二 振梁 （2b） 的两端分别连接所述第一质量块 （1a） 及第二质量块 （1b） 。所述第一振梁 （2a） 及 第二振梁 （2b） 的长度可为 500 微米至 200。
32、0 微米， 本实施例中， 所述长度均为 1000 微米。所 述第一振梁 （2a） 及第二振梁 （2b） 在 Z 轴方向 （垂直于 X、 Y 的方向） 的厚度相同， 但小于所 述第一质量块 （1a） 及第二质量块 （1b） 的厚度， 可均为 20 微米。所述第一振梁 （2a） 及第二 振梁 （2b） 可悬浮于所述玻璃基底 （12） 的表面， 并与所述玻璃基底 （12） 的表面间隔设置。 0059 进一步， 所述第一振梁 （2a） 与第二振梁 （2b） 位于 Z 轴方向上的不同高度。本实施 例中， 所述第一振梁 （2a） 靠近所述玻璃基底 （12） 设置， 并与所述第一质量块 （1a） 及第二质 。
33、量块 （1b） 连接 ； 所述第一振梁 （2a） 靠近所述玻璃基底 （12） 的表面与所述第一质量块 （1a） 靠近所述玻璃基底 （12） 的表面共面。相对的， 所述第二振梁 （2b） 相对远离所述玻璃基底 （12） 设置， 所述第二振梁 （2b） 远离所述玻璃基底 （12） 的表面与所述第一质量块 （1a） 远离 所述玻璃基底 （12） 的表面共面。 0060 所述第一驱动定梳齿 （3a） 及第一检测定梳齿 （4a） 以梳齿相对的方式相对设置于 所述第一振梁 （2a） 沿 Y 方向的两侧， 分别用于加载驱动力和检测谐振频率的变化， 实现静 电激励及电容检测。所述第一驱动定梳齿 （3a） 及第。
34、一检测定梳齿 （4a） 可通过金属线连接 至设置于玻璃基底 （12） 上的引线电极 （9a、 9c） 。 0061 类似的， 所述第二驱动定梳齿 （3b） 及第二检测定梳齿 （4b） 以梳齿相对的方式相 对设置于所述第二振梁 （2b） 两侧， 分别用于加载驱动力和检测谐振频率的变化， 实现静电 激励及电容检测。所述第二驱动定梳齿 （3b） 及第二检测定梳齿 （4b） 可通过金属线连接至 设置于玻璃基底 （12） 上的电极点 （10a、 10c） 。进一步， 所述第一驱动定梳齿 （3a） 、 第一检测 定梳齿 （4a） 、 第二驱动定梳齿 （3b） 及第二检测定梳齿 （4b） 均沿所述第一质量块。
35、 （1a） 及第 二质量块 （1b） 之间的对称轴分布。 0062 请一并参阅图 3a-3l， 本发明提供的 Z 轴硅谐振式加速度计的制备方法包括如下 步骤 ： 0063 步骤 S11， 在一玻璃基底 （12） 表面形成多个金属导线作为引线电极 ； 0064 步骤 S12， 提供一硅片 （13） ， 所述硅片 （13） 具有一第一表面及相对的第二表面， 在 所述硅片 （13） 的第一表面形成一第一掩膜 （110） ； 0065 步骤 S13， 在形成有所述第一掩膜 （110） 的硅片的第一表面形成第二掩膜 （120） ； 0066 步骤 S14， 在第二掩膜 （120） 的作用下， 刻蚀所述硅。
36、片 （13） 的第一表面， 形成一凹 槽 （112b） ； 说 明 书 CN 103913596 A 8 6/9 页 9 0067 步骤 S15， 去除所述第二掩膜 （120） ， 并继续刻蚀所述硅片的第一表面以及凹槽 （112b） ， 形成多个键合台 （131a、 131b、 131c、 131d） ； 0068 步骤 S16， 去除所述第一掩膜 （110） ， 使所述硅片 （13） 的第一表面形成一图案化的 表面， 并将所述图案化的第一表面键合于所述玻璃基底 （12） 表面 ； 0069 步骤 S17， 处理所述硅片 （13） 的第二表面以减小所述硅片 （13） 的厚度 ； 0070 步骤。
37、 S18， 在所述硅片 （13） 的第二表面形成一第三掩膜 （120） ； 0071 步骤 S19， 在覆盖有所述第三掩膜 （120） 的表面形成一第四掩膜 （140） ； 0072 步骤 S20， 在第四掩膜 （140） 的作用下刻蚀所述硅片的第二表面 ； 0073 步骤 S21， 去除第四掩膜 （140） ， 并在所述第三掩膜 （120） 的作用下继续刻蚀所述 硅片 （13） 的第二表面 ； 0074 步骤 S22， 去除残余的第三掩膜， 形成所述 Z 轴硅微谐振式加速度计。 0075 在步骤 S11 中， 请一并参阅图 3a， 所述玻璃基底可为 Pyrex7740# 玻璃。所述金属 导线。
38、可通过溅射的方式形成在所述玻璃基底的表面。 所述金属导线的位置可根据实际需要 进行选择， 作为所述 Z 轴硅微谐振式加速度计的引线电极 （9a、 9b、 9c、 10a、 10b、 10c） 。 0076 在步骤 S12 中， 请一并参阅图 3b， 所述第一掩膜 （100） 的材料可为二氧化硅。所 述第一掩膜 （100） 可通过高温氧化所述硅片 （13） 第一表面的方式形成， 所述二氧化硅也可 通过化学沉淀等方式形成在所述硅片的第一表面。 所述二氧化硅掩膜可包括多个条形结构 部分掩盖所述第一表面， 并暴露出所述第一表面的其他部分表面。本实施例中， 所述二氧 化硅掩膜包括包括间隔设置的两个第一条。
39、形结构 （101a、 101b） 、 两个第二条形结构 （102a、 102b） ， 对应第一条形结构 （101a、 101b） 及第二条形结构 （102a、 102b） 位置处的第一表面被 所述二氧化硅掩膜覆盖， 从而避免被刻蚀。 0077 所述第一条形结构 （101a、 101b） 及第二条形结构 （102a、 102b） 均沿一第一方向 （如 X 方向） 延伸， 所述两个第一条形结构 （101a、 101b） 和所述两个第二条形结构 （102a、 102b） 沿一第一对称轴 Y0 排列成一排且相互间隔设置， 该第一对称轴 Y0 沿一第二方向 （如 Y 方向） 延伸。每个所述第一条形结构 。
40、（101a、 101b） 和第二条形结构 （102a、 102b） 相对于该 第一对称轴 Y0 为轴对称结构。所述两个第一条形结构 （101a、 101b） 与所述两个第二条形 结构 （102a、 102b） 呈镜像对称分布于 X 方向上的一第二对称轴 X0 两侧。所述第一方向与 所述第二方向相互垂直。 0078 进一步， 所述第一掩膜 （100） 还包括一键合区 （103） ， 所述键合区 （103） 设置于所 述硅片 （13） 的边缘， 所述键合区 （103） 围绕所述第一条形结构 （101a、 101b） 及第二条形结 构 （102a、 102b） 且与所述第一条形结构 （101a、 1。
41、01b） 及第二条形结构 （102a、 102b） 间隔设 置。所述键合区 （103） 用以形成外围键合区 （11） 。 0079 在步骤 S13 中， 请一并参阅图 3c， 所述第二掩膜 （110） 覆盖所述第一掩膜 （100） 及 所述第一表面， 进一步， 所述第二掩膜 （110） 具有一通孔 （112a） ， 所述通孔 （112a） 设置于所 述第一掩膜 （100） 的条形结构之间， 所述硅片 （13） 的第一表面的部分表面通过所述通孔暴 露出来， 所述通孔 （112a） 的形状可为长方形或其他形状， 可根据实际需要进行选择。所述 第二掩膜 （110） 的材料可根据第一掩膜 （100） 。
42、及硅片的材料进行选择。本实施例中， 所述第 二掩膜 （110） 为光刻胶。所述通孔 （112a） 相对于第一对称轴 Y0 为轴对称结构 0080 本实施例中， 所述第二掩模 （110） 覆盖所述第一掩模 （100） 及所述硅片 （13） ， 而对 说 明 书 CN 103913596 A 9 7/9 页 10 应通孔 （112a） 位置处的硅片 （13） 的表面暴露出来。所述通孔 （112a） 为方形， 设置于两个 间隔设置的第二条形结构 （102a、 102b） 之间， 使得第二条形结构 （102a、 102b） 之间的硅片 的表面暴露出来。所述通孔 （112a） 与所述第二条形结构 （10。
43、2a、 102b） 的延伸方向相同。所 述通孔 （102a） 在延伸方向上的长度大于所述第二条形结构 （102a、 102b） 的长度。所述通 孔 （112a） 的宽度可根据需要进行选择， 但小于所述两个间隔设置的第二条形结构 （102a、 102b） 之间的间隔距离。 0081 在步骤 S14 中， 请一并参阅图 3d， 由于受到第二掩膜 （110）的保护， 所述通孔 （112a） 位置处的第一表面被刻蚀， 形成一凹槽 112b。而其他位置处的第一表面以及第一掩 膜 （100） 基本不会受到影响。所述凹槽 （112b） 的深度可根据所述 Z 轴硅微谐振式加速度计 中所需第二振梁、 第二驱动定。
44、梳齿及第二检测定梳齿的高度进行选择。 本实施例中， 所述刻 蚀的深度为 10 微米， 即所述凹槽 （112b） 的底面与所述第一表面未被刻蚀的其他位置的高 度差为 10 微米。 0082 在步骤 S15 中， 请一并参阅图 3e， 所述第二掩膜 （110） 去除之后， 暴露出所述第一 掩膜 （100） 。在刻蚀过程中， 对应第一条形结构 （101a、 101b） 及第二条形结构 （102a、 102b） 位置处的硅片 （13） 的第一表面不会被刻蚀气体刻蚀， 而其他位置处的第一表面均被刻蚀， 形成多个键合台 （131a、 131b、 131c、 131d） 。所述键合台 （131a、 131b。
45、、 131c、 131d）与所述 第一条形结构 （101a、 101b） 及第二条形结构 （102a、 102b） 的位置一一对应。所述键合台 （131a、 131b、 131c、 131d） 的高度可根据实际需要进行选择， 本实施例中， 所述键合台的高度 为 20 微米。同时， 凹槽 （112b） 也会被所述刻蚀气体继续刻蚀， 使得凹槽 （112b） 的深度继续 加深， 但与其他被刻蚀的第一表面的高度差保持不变。最终凹槽 （112b） 的深度等于所需的 第二振梁 2b 距离所述玻璃基底表面的高度。本实施例中， 所述凹槽 （112b） 的底面与第一 表面其他被刻蚀的部分的高度差保持在 10 微。
46、米。 0083 在步骤 S16 中， 请一并参阅图 3f， 所述第一掩膜 （100） 可通过化学方法去除， 并且 在去除的过程中， 基本不会影响所述硅片 （13） 的表面结构， 从而使得所述第一表面形成一 图案化的表面。所述第一表面可通过高温高压键合的方式贴附在所述玻璃基底 （12） 的表 面。进一步， 所述键合台 （131a、 131b、 131c、 131d） 设置于玻璃基基底 （12） 上的引线电极 （9a、 9b、 9c、 10a、 10b、 10c） 电连接。另外， 在键合之前， 可对所述图案化的表面进行硼掺杂， 然后再与所述玻璃基底 （12） 进行键合， 提高硅片的导电率。 008。
47、4 在步骤 S17 中， 请一并参阅图 3g， 对所述硅片 （13） 的第二表面进行磨抛或化学腐 蚀， 从而减小硅片 （13） 的整体厚度。硅片 （13） 减薄方法根据工艺设置采取不同方法， 本实 施例中采用化学腐蚀法进行硅片 （13） 减薄。所述硅片 （13） 厚度减小后， 使得对应所述凹槽 （112b） 位置处的硅片 （13） 的厚度等于第二振梁 2b 的厚度。本实施例中， 经过减薄之后， 所 述硅片 （13） 整体的厚度减薄至 50 微米， 所述凹槽 （112b） 位置处的硅片 （13） 的厚度为 20 微米。 0085 在步骤 S18 中， 请一并参阅图 3h， 所述第三掩膜 （120。
48、） 的材料可为二氧化硅， 所述 第三掩膜 （120） 可通过等离子化学气相淀积 （PECVD） 的方法形成在所述硅片 （13） 的第二表 面。 所述第三掩膜 （120） 包括两个间隔且相对于所述第一对称轴Y0对称设置的凹字形结构 （121e、 121f） ， 且凹口相对设置。对应凹字形结构 （121e、 121f） 位置处的第二表面被所述第 三掩膜 （120） 覆盖。进一步， 所述第三掩膜 （120） 包括一连接所述两个凹字形结构 （121e、 说 明 书 CN 103913596 A 10 8/9 页 11 121f） 的第二长条结构 （121） ， 所述第二长条结构 （121） 位于所述相。
49、对设置的凹口之间。并 且所述第二长条结构 （121） 沿 X 方向延伸。 0086 所述第三掩膜 （120） 在所述第二长条结构 （121） 两侧对称设置有第二梳齿状结构 （121c、 121d） ， 所述第二梳齿状结构 （121c、 121d） 的位置与所述第二条形结构 （102a、 102b） 在 Z 方向 （垂直于 X、 Y 方向） 上一一对应设置， 分别用以形成所述第二振梁 2b、 第二驱动定 梳齿 （4a） 及第二检测定梳齿 （4b） 。该位置处的硅片 （13） 的表面在后续刻蚀过程中， 不会 被刻蚀气体所刻蚀。 0087 进一步， 所述第三掩膜 （120） 还包括与所述两条第二短条结构平行且间隔的两条 第一短条结构 （121a、 121b） ， 所述两条第一短条结构 （121a、 121b）。