SiC的莫氏硬度為9,化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，一般不與酸或堿反應(yīng)，只有熔融的（大于 600°C)堿金屬氫氧化物可以腐蝕它?？涛gSiC的方法包括熔鹽沖刷、高溫氣體、電化學(xué)工藝 以及等離子刻蝕。利用熔鹽腐蝕對設(shè)備與掩膜要求很高，即使利用Pt制作掩膜，仍會因濕 法刻蝕各向同性的因素形成鉆蝕。光電化學(xué)刻蝕基于高能光子照射改變?nèi)芙馑俣鹊臋C(jī)理， 也能夠進(jìn)行Sic的刻蝕。其工藝技術(shù)的缺點包括表面形貌粗糙、不能圖形化小尺寸的結(jié)構(gòu)、 刻蝕速率不均勻等。
[0145] 干法刻蝕方面激光刻蝕基于強激光光源加熱樣品使樣品快速升溫氣化制作圖形 的方式也可以加工出通孔等結(jié)構(gòu)，但表面光滑度較差、加工深度較小。等離子體刻蝕利用高 能粒子轟擊晶體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的方式形成刻蝕。綜合來說，等離子體刻蝕在刻蝕速度、刻蝕 各向異性、刻蝕表面光滑度等方面具有優(yōu)勢，研究成果最多，是最適合本結(jié)構(gòu)的加工方式。
[0146] 本發(fā)明中采用的SiC基回旋形懸臂梁-質(zhì)量塊傳感結(jié)構(gòu)的微加工制作工藝如圖15 所示，采用如下步驟實現(xiàn)：
[0147] 第一步，SiC晶圓減薄?？紤]到降低干法刻蝕難度，晶圓厚度從330ym減薄到 60ym。晶片減薄采用ICP深刻蝕工藝，設(shè)定反應(yīng)室氣體壓力等參數(shù)使刻蝕速率超過1ym/ min，刻蝕時間約270min，晶片邊緣夾持區(qū)域（1~2mm)無法進(jìn)行刻蝕。
[0148] 第二步，SiC基底片預(yù)處理。包括清洗、干燥、表面成膜等，SiC片清洗使用丙酮和 乙醇。
[0149] 第三步，濺射A1203增透膜。在SiC基底片正面濺射A1 203增透膜，厚度為100nm。
[0150] 第四步，涂光刻膠，涂膠機(jī)涂膠。
[0151] 第五步，光刻膠圖形化。曝光光刻膠表面指定區(qū)域，再經(jīng)顯影實現(xiàn)光刻膠圖形化。
[0152] 第六步，腐蝕A1203。圖形化A1203增透膜層。
[0153] 第七步，去膠。
[0154] 第八步，涂光刻膠，涂膠機(jī)涂膠。
[0155] 第九步，光刻膠圖形化。曝光光刻膠表面指定區(qū)域，再經(jīng)顯影實現(xiàn)光刻膠圖形化。
[0156] 第十步，ICP干法刻蝕。反應(yīng)氣體SF6+02，刻蝕指定區(qū)域，深度10ym，刻蝕速率約 1ym/min，〇
[0157] 第^^一步，去膠。
[0158] 第十二步，SiC基底片背面涂光刻膠掩膜，涂膠機(jī)涂膠，厚度要足夠厚，滿足深刻蝕 要求。
[0159] 第十三步，光刻膠圖形化。紫外曝光，顯影。
[0160] 第十四步，ICP干法刻蝕。反應(yīng)氣體SF6+02，刻蝕指定區(qū)域，深度50ym，刻蝕速率 約1ym/min，形成懸臂梁-質(zhì)量塊傳感結(jié)構(gòu)。
[0161] 第十五步，去膠，此步之后基片上只剩下耐高溫的A1203增透膜和SiC回旋形懸臂 梁-質(zhì)量塊傳感結(jié)構(gòu)。
[0162]第十六步，圖形檢查。利用顯微鏡或掃描式電子顯微鏡檢查器件結(jié)構(gòu)，與設(shè)計值進(jìn) 行比較，滿足即完成。
【主權(quán)項】
1. 一種SiC基微光學(xué)高溫加速度計，所述的微光學(xué)高溫加速度計包括LD光源、單模光 纖、禪合器、環(huán)形器A、環(huán)形器B、空屯、對準(zhǔn)套管A、空屯、對準(zhǔn)套管B、FP腔、SiC基回旋形懸臂 梁-質(zhì)量塊傳感結(jié)構(gòu)、增透膜、基底、探測器A、探測器BW及外部封裝；所述的微光學(xué)高溫 加速度計通過腔長差設(shè)計形成了錯位雙FP腔結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了交替變換的兩路返回信號線性 區(qū)域疊加的方式，提高了加速度計測量的量程；所述的微光學(xué)高溫加速度計采用質(zhì)量塊表 面鍛高溫增透膜的方式降低了噪聲干擾，從而提高了測量精度；提出了SiC基微光學(xué)高溫 加速度計傳感結(jié)構(gòu)的微加工制作工藝，輔W耐高溫的光纖與空屯、對準(zhǔn)套管組合結(jié)構(gòu)、耐高 溫封裝設(shè)計，實現(xiàn)了加速度計敏感頭的耐高溫特性； 所述LD光源與禪合器輸入端之間通過單模光纖連接，禪合器、環(huán)形器A和環(huán)形器B均 為=端口器件，環(huán)形器A的=個端口分別通過單模光纖連接有禪合器、探測器A和空屯、對準(zhǔn) 套管A，環(huán)形器B的=個端口分別通過單模光纖連接禪合器、探測器B和空屯、對準(zhǔn)套管B;所 述空屯、對準(zhǔn)套管A和空屯、對準(zhǔn)套管B固定在基底上，并且相互平行；所述空屯、對準(zhǔn)套管A和 空屯、對準(zhǔn)套管B內(nèi)的單模光纖的端面與質(zhì)量塊的反射面之間形成不同長度的兩個FP腔；所 述的環(huán)形器A與空屯、對準(zhǔn)套管A之間的光路稱為光路A，所述的環(huán)形器B與空屯、對準(zhǔn)套管B 之間的光路稱為光路B; LD光源出射的光經(jīng)過禪合器產(chǎn)生兩束光分別通過環(huán)形器A和環(huán)形器B，再分別在單模 光纖的端面產(chǎn)生反射光和透射光，透射光進(jìn)入FP腔后在質(zhì)量塊的反射面發(fā)生發(fā)射后返回 單模光纖，與單模光纖的反射光形成雙光束干設(shè)，干設(shè)光分別經(jīng)過環(huán)形器A和環(huán)形器B后， 由探測器A和探測器B檢測干設(shè)光強。當(dāng)待測加速度信號發(fā)生變化，SiC基回旋形懸臂 梁-質(zhì)量塊傳感結(jié)構(gòu)將發(fā)生位移變化，質(zhì)量塊位移變化亦即FP腔腔長變化隨之引起返回干 設(shè)光信號強度變化，通過光強檢測即可獲得待測加速度信號。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種SiC基微光學(xué)高溫加速度計，其特征在于：所述的基底、 SiC基回旋形懸臂梁-質(zhì)量塊傳感結(jié)構(gòu)和外部封裝組成敏感頭；所述的增透膜設(shè)置在質(zhì)量 塊的背面，增透膜材料為氧化侶，厚度e為e=lOOnm;所述的基底材料選取派熱克斯玻璃； 所述的外部封裝材料選取A1N。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種SiC基微光學(xué)高溫加速度計，其特征在于：所述的SiC基 回旋形懸臂梁-質(zhì)量塊傳感結(jié)構(gòu)包括回旋形懸臂梁、質(zhì)量塊和基座，所述的回旋形懸臂梁、 質(zhì)量塊和基座采用細(xì)-SiC晶片一體加工而成；質(zhì)量塊為正方形結(jié)構(gòu)，四個回旋形懸臂梁相 互正交回旋式分布在質(zhì)量塊四周，回旋形懸臂梁的短臂連接質(zhì)量塊，長臂連接基座。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種SiC基微光學(xué)高溫加速度計，其特征在于：所述的SiC基 回旋形懸臂梁-質(zhì)量塊傳感結(jié)構(gòu)的梁機(jī)械剛度通過如下方式設(shè)計：式中G為懸臂梁剪切彈性模量，E為懸臂梁彈性模量，J為扭轉(zhuǎn)系數(shù)，I為懸臂梁的截面 慣性矩，li和12分別為回旋形懸臂梁的短臂長和長臂長。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種SiC基微光學(xué)高溫加速度計，其特征在于：所述錯位雙 FP腔的腔長差通過如下方式設(shè)計： 根據(jù)雙光路波長解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計要求，應(yīng)使光路A和光路B中兩路信號的相位差相差 270。，即：(：3,> 式中A巧和A辟分別是光路A和光路B中兩次反射光之間的相位差，A1為光路A和光 路B中兩個FP腔的腔長之差，考慮到相位差變化360°對應(yīng)FP腔長的變化為A/2,設(shè)計最 終的兩個FP腔的腔長差為：(4) 其中，A為入射光的波長，N= 0, 1，2, 3...。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種SiC基微光學(xué)高溫加速度計，其特征在于：所述的SiC基 回旋形懸臂梁-質(zhì)量塊傳感結(jié)構(gòu)的微加工制作工藝包括如下步驟： 第一步，SiC晶圓減薄； 第二步，SiC基底片預(yù)處理； 第=步，瓣射Al2〇3增透膜； 第四步，涂光刻膠，涂膠機(jī)涂膠； 第五步，光刻膠圖形化；曝光光刻膠表面指定區(qū)域，再經(jīng)顯影實現(xiàn)光刻膠圖形化； 第六步，腐蝕Alz化，圖形化AI2O3增透膜層； 第屯步，去膠； 第八步，涂光刻膠，涂膠機(jī)涂膠； 第九步，光刻膠圖形化；曝光光刻膠表面指定區(qū)域，再經(jīng)顯影實現(xiàn)光刻膠圖形化； 第十步，ICP干法刻蝕； 第十一步，去膠； 第十二步，SiC基底片背面涂光刻膠掩膜，涂膠機(jī)涂膠； 第十=步，光刻膠圖形化：紫外曝光，顯影； 第十四步，ICP干法刻蝕，形成SiC回旋形懸臂梁-質(zhì)量塊傳感結(jié)構(gòu)； 第十五步，去膠，此步之后基片上只剩下耐高溫的Al2〇3增透膜和SiC回旋形懸臂 梁-質(zhì)量塊傳感結(jié)構(gòu)； 第十六步，圖形檢查，檢查器件結(jié)構(gòu)與設(shè)計值比較，滿足即完成。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種SiC基高溫微光學(xué)加速度計設(shè)計方法，屬于MOEMS技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明通過腔長差設(shè)計形成了錯位雙FP腔結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了交替變換的兩路返回信號線性區(qū)域疊加的方式，提高了加速度計測量的量程；采用質(zhì)量塊表面鍍高溫增透膜的方式降低了噪聲干擾，從而提高了測量精度；提出了SiC基微光學(xué)高溫加速度計傳感結(jié)構(gòu)的微加工制作工藝，輔以耐高溫的光纖與空心對準(zhǔn)套管組合結(jié)構(gòu)、耐高溫封裝設(shè)計，實現(xiàn)了加速度計敏感頭的耐高溫特性；通過SiC基回旋形懸臂梁-質(zhì)量塊傳感結(jié)構(gòu)設(shè)計，形成了敏感頭極佳的機(jī)械響應(yīng)特性和位移靈敏度。本發(fā)明提高了加速度計抗高溫等惡劣環(huán)境工作能力，同時在測量精度、動態(tài)測量范圍及小型化等方面性能優(yōu)異。
【IPC分類】G01P15/14
【公開號】CN105004884
【申請?zhí)枴緾N201510387731
【發(fā)明人】李慧, 馮麗爽, 黃庭峰, 張春熹
【申請人】北京航空航天大學(xué)
【公開日】2015年10月28日
【申請日】2015年7月3日