Технология обработки с помощью MEMS-гироскопов - это разновидность технологии микрообработки конструкций в масштабе от нанометра до миллиметра. Технология обработки MEMS в широком смысле включает в себя большую часть современных технологий обработки, которые, в соответствии с различными техническими подходами, можно условно разделить на три вида: первый - технология обработки полупроводниковых интегральных схем на основе кремниевой технологии обработки MEMS; второй - технология LIGA; Третий - технология чистой прецизионной обработки.
В этой статье представлен гироскоп MEMS, изготовленный по технологии "Кремний на изоляторе" (SOI). "Кремний на изоляторе" представляет собой трехслойную многослойную структуру, в которой структурный слой и базовый слой состоят из кремния, а скрытый слой - из диоксида кремния. Поскольку толщина и электропроводность каждого слоя кремниевой пластины SOI может быть изменена индивидуально, а технические нагрузки на структурный слой и базовый слой невелики, в последние годы она быстро развивается и стала основным материалом для обработки и изготовления MEMS-гироскопов. В то же время процесс SOI также стал наиболее распространенной технологией обработки MEMS.
Процесс обработки MEMS-гироскопа
Ниже приведены этапы проектирования и реализации процесса обработки MEMS-гироскопом, описанные в данной статье. Весь процесс обработки делится на две части: первая часть - обработка стеклянной подложки, в ходе которой обрабатываются стеклянная подложка гироскопа и структуры металлических электродов; вторая часть - обработка кремниевой структуры SOI, в ходе которой обрабатывается структура, чувствительная к гироскопу.
Технологический процесс обработки стеклянной подложки показан на рисунке 1:
Рис. 1. Схема процесса обработки стеклянной подложки
а) Подготовка листового стекла
- Однократная ультразвуковая очистка ацетоном и этанолом и промывка деионизированной водой
- Очистка серной кислотой: перекись водорода, 5 минут
- Промыть деионизированной водой
b) Литография на стекле
- Литография на стекле, толщина клея ≥2 микрон
- Твердая пленка: 120℃, 15 минут
c) Сплошная коррозия стеклянных листов с образованием точек крепления
Коррозия BHF, рабочая температура 45℃, глубина коррозии 100 нм
SiO2+6HF=H2SiOF6
d) Металлизация листового стекла
- Напыление: Ti/Pu/Au
- Толщина: 50 нм/50 нм/100 нм
e) Зачистите стекло, чтобы сформировать металлическую проводку и прокладку
- Очистите ультразвуком с помощью ацетона и этанола
- Очистите деионизированной водой
Технологическая схема обработки кремниевой структуры SOI показана на рисунке 2:
Рисунок 2. Технологическая схема процесса обработки кремниевой структуры SOI
- Размер пластины SOI составляет 4 дюйма, толщина структурного слоя - 70 микрон, толщина оксидного слоя - 3 микрона, а толщина подложки - 500 микрон.
- Ультразвуковая очистка ацетоном и этанолом по одному разу, промывка деионизированной водой;
- Серная кислота: минимальная очистка перекисью водорода;
- Промойте деионизированной водой;
а) Литография кремниевой структуры
Литография на пластинах (поверхность без нумерации), толщина клея ≥2 мкм
б) Сухое травление структуры кремния
1.ICP-травление кремния
2.Глубина травления 35 мкм
c) Склеивание
- Склеивание кремниевой и стеклянной подложек
- Напряжение: 600 В; Температура: 300 ℃; Давление: 300 мбар
d) Коррозия
- Агрессивная жидкость: 40%КОН температура: 80℃
- Коррозия до образования оксидного слоя
e) литография в оксидном слое
Литография в оксидном слое, толщина клея ≥2 мкм, выравнивание с обратной стороны
f) Травление
1.Нанесение оксидного слоя, глубина травления 500 нм (около 10 минут)
2.Удаление фоторезиста
g)Сквозное ICP-травление, высвобождение структуры, глубина травления около 55 мкм
Несмотря на то, что технология SOI, обладающая многими преимуществами, в настоящее время является основным направлением технологии обработки MEMS-гироскопов, в технологии SOI-обработки все еще существует множество недостатков и ошибок обработки, которые легко могут привести к ухудшению характеристик гироскопа.
Среди них ключевыми процессами, влияющими на точность передачи изображений, являются литография и лазерное травление. При ICP-травлении возникает боковое перерастяжение (детерминированная технологическая ошибка) и случайная технологическая ошибка из-за плоскостности пластины, степени деформации, изгиба, неравномерности экспозиции фоторезиста и так далее. Эти технологические проблемы могут привести к конструктивным ошибкам, таким как неравномерное расположение зубьев гребенки, неравномерное расстояние между боковыми стенками балки и блоком тестовой массы, неравномерная ширина балки и отклонение центроида.
Во время процесса травления RIE активные ионы будут накапливаться на поверхности кремнезема из-за эффекта запаздывания. Когда количество активных ионов достигает насыщения, то есть когда на поверхности диоксида кремния достигается состояние электрического равновесия, активные ионы, которые продолжают достигать поверхности диоксида кремния, отклоняются электростатической силой и перемещаются к нижним стенкам желоба, образуя корневой срез. Для одиночного гироскопа угловая касательная приведет к отклонению центроида чувствительной структуры и резонансной частоты гироскопа. Для гироскопов, обработанных на одной и той же партии пластин, резонансная частота каждого гироскопа будет сильно отличаться, что повлияет на согласованность рабочих параметров гироскопа. Кроме того, потеря массы в процессе истончения и остаточное напряжение при склеивании будут влиять на конструктивные характеристики MEMS-гироскопа.
Вывод
В этой статье рассказывается о технологии обработки и работе MEMS-гироскопа. Ericco является производителем MEMS-гироскопов, и вы можете сосредоточиться на двух MEMS-гироскопах навигационного уровня - ER-MG2-50/100 и ER-MG2-300/400, которые являются гироскопами для определения местоположения на севере и навигационными гироскопами. ER-MG2-50/100 имеет нестабильность смещения от 0,01 до 0,02°/час, в то время как ER-MG2-300/400 имеет нулевую нестабильность смещения от 0,03 до 0,05°/час.
Если вы хотите узнать больше о MEMS-гироскопе, пожалуйста, свяжитесь с нами.