电磁式加速度计的工艺流程

    电磁式加速度计的制作主要分为三部分:悬臂梁及质量块制作、高密度小尺寸电磁线圈的制作、陶瓷基板的组装。

    其中涉及的MEMS微加工工艺主要包括:光刻、刻蚀、沉积、溅射、研磨、抛光及键合等。

    高密度Al线圈沉积刻蚀、深硅刻蚀、C键合是加工过程中的关键u/Sn工艺，均匀、高密度、小尺寸线圈的制作直接影响加速度计的输出电压幅值。悬臂梁宽(30μm)较窄,在加工过程中易产生误差,而悬臂梁长的误差较小。由于梁宽及梁厚的误差很大程度上决定了器件的真实谐振频率,进而决定了器件的灵敏度,因此刻蚀精度在器件加工过程中至关重要。

    MEMS电磁式加速度计的制作工艺流程:首先清洗硅片,去除表面的杂质，然后利用等离子体化学气相沉积(PECVSiOD)设备在硅片正面沉积一层2 μm厚的AI层作为绝缘层,并通过磁控溅射沉积2μm厚的Al层,随后使用金属干法刻蚀形成电磁线圈;通过磁控溅射设备沉积200nm厚的AI层并使用金属干法刻蚀后作为中间引线;通过电子束蒸发设备镀2μm厚的Cu膜和20nm的Ti膜,剥离形成键合凸点;对硅器件层进行深反应离子刻(D蚀RIE)形成正面结构;之后进行背部释放;对嵌有永磁体的陶瓷基板进行清洗后,进行研磨抛光;通过电子束蒸发设备在陶瓷基板上镀2μm厚的Cu膜和1.5μm厚的Sn膜,然后剥离形成键合凸点;最后对上、下待键合的样品进行对准键最终的器件。

    器件的微观结构可以看到质量块通过两端的悬臂梁与外框连接在一起。悬臂梁宽测量可以看到梁宽约为30.48μm,与设计的30μm有所差距,这是由加工误差导致的,难以避免。敏感结构的加工误差会导致谐振频率发生变化。