专利名称：惯性传感器性能调整装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种惯性传感器性能调整装置，特别是一种通过微电镀工艺于悬浮结构上成型惯性质量块的调整装置。
背景技术：
目前应用在微机电系统中的惯性传感器制造技术可概分为四类，分别为硅基材的面型加工机制、硅基材的体型加工机制、LIGA(深刻电铸模造)技术及其他各种微机械加工技术。
其中，所谓硅基面型加工法，是指利用半导体工艺的薄膜沉积在芯片表面上并利用蚀刻技术制作微机械组件，如图1所示，为硅基面型加工工艺技术制作悬浮结构(a)于硅晶片1表面沉积隔绝层2。
(b)于隔绝层2上沉积牺牲层3。
(c)利用微影蚀刻技术蚀刻牺牲层3。
(d)于牺牲层3上沉积一悬浮结构层4。
(e)利用微影蚀刻技术去除牺牲层3以产生悬浮结构层4。
上面所述“牺牲层”，是本技术加工领域常使用的、以磷硅玻璃(PSG)或硼磷硅玻璃(BPSG)为材料的辅助涂层，该微机制加工结束，元件制成后，利用缓冲氧化硅蚀刻液再将其去掉。
所谓硅基体型加工法，是指利用非等向性蚀刻、蚀刻终止与蚀刻屏蔽等技术蚀刻单晶硅本身，制作微机械组件，如图2所示，硅基体型加工工艺(a)于硅晶片1表面沉积薄膜层2(b)以微影蚀刻技术蚀刻薄膜层2。
(c)以微加工蚀刻技术蚀刻硅晶片1以产生悬浮结构层21。
而LIGA技术是结合X-ray光蚀刻、微电镀、射出成型等方式来制作深宽比高(High Aspect-Ratio)的微结构；微机械加工则利用切削加工、放电加工或射出成型等方法来制作微机械组件。
通过上述四种传统微机电加工技术，于设计惯性感测组件时所面临的瓶颈有二，一为深宽比高的微小结构，另一为需要透过结构中微小的间距以达到侧向感测或驱动讯号设置的目的，目前惯性传感器设计中所广泛使用的工艺都是选用硅基材体型加工方式较多，但是如此的设计方式经常会碰到的问题，是在单晶硅基材晶格方向的对准问题精度与蚀刻宽度上面的限制，此外，若有侧向感测或驱动讯号设置的需求时，侧面电极的安置又是一项令人头疼的问题。
再比较已有蚀刻方式，有深反应式离子蚀刻、硅基材体型非等向性蚀刻、激光深刻电铸模造技术LIGA等不同工艺，其中一、对深反应式离子蚀刻而言，其是通过两种主要气体做一边保护侧壁一边蚀刻的动作，以达到对材料垂直性蚀刻的目的，但是这样的工艺方式有其先天上的限制，首先所要被蚀刻的材料必须是以硅为成分的材料，才能够达到侧壁保护的目的。倘若在等待蚀刻的区域大小差距过大时，其所蚀刻的深度也会产生很大差异，无法达到等深度蚀刻，此外，该蚀刻工艺虽可以满足微小间距的蚀刻目标，但是却无法透过其它方式达到侧面的电极制作；二、以硅基材体型非等向性蚀刻而言，由于一般硅基材体型非等向性蚀刻都是利用单晶硅基材的晶格方向，通过晶格上对于蚀刻液蚀刻速度的不同，以达到非等向性蚀刻的目的，因此在蚀刻前所定义的蚀刻与非蚀刻区域，在原先单晶硅基材晶格上的对准问题成了很大的关键，并且对于整面晶圆上的蚀刻均匀度控制也是一大问题；三、以激光深刻电铸模造技术LIGA而言，本项工艺整合深光刻术、微电铸及微模造成形三种制造技术，可用以制作高精度及深宽比高的微结构，标准的LIGA工艺使用同步辐射X光为光刻源，其制作的微结构精度可达次微米级，但因其工艺成本高且程序复杂，使得以紫外光、激光或等离子体作为光源的类LIGA工艺成为发展趋势，UV微影工艺配合厚膜光致抗蚀剂技术，可实现低成本的UV-LIGA工艺，故又称为穷人的LIGA(poor-man LIGA)技术。
一般微机电工艺所制作的微惯性感测系统，其设计结构主要包含驱动、感测、质量块等三部分，就目前的微机电系统的制作，仍偏向采用IC薄膜工艺，但因IC薄膜工艺产生的微机电组件，其能够承受的机械应力极其有限，因此仅能发展不受力或承受微小应力的静态产品，如加速规、力量传感器、物理量传感器与结合生物的生物医学感测芯片；未来微机电系统在迈入真正的动态系统过程中，如何提高感测讯号的强度与改变不同感测等级的操控都是一个颇为困难的问题，如何开发一种可以达到深宽比高的结构、在悬浮结构层上增加质量、侧面电极设置的工艺，是为微惯性感测组件中相当重要的一环。
如图3及图4所示，以微机电工艺所制作的微惯性感测系统的两种态样，其工艺设计为利用体型加工技术形成一悬浮结构层21a、21b与惯性质量块22a、22b，惯性质量块22a、22b设置于悬浮结构层21a、21b下方，由于惯性质量块22a、22b是单晶材料，且为不导电材料，因此悬浮结构层21a、21b与惯性质量块22a、22b仅能做上下往复运动，无法用于侧向感测与驱动或驱动讯号的设置。

发明内容
本发明的主要目的是提供一种惯性传感器性能调整装置，藉由微电镀工艺在悬浮结构上成型惯性质量块，并可改变惯性质量块大小，以适用于不同等级的感测，并且利用工艺上所选用材料为金属的优点来达到深宽比高的微小结构中，侧向感测或驱动讯号设置的功效。
所述惯性质量块为金属材料，例如铝、镍、金、铜等。
本发明的次要目的是提供一种惯性传感器性能调整装置，可实现深宽比高的结构设计目标，其成本较其它深宽比高的工艺低。
本发明的另一目的是提供惯性传感器性能调整装置，其悬浮结构体具有导电性，可达到侧面驱动或感测。
本发明的又一目的是提供一种惯性传感器性能调整装置的制备方法，其工艺温度低，与其它工艺的兼容性高，且可结合MOS(金属氧化物半导体晶体)硅晶片达到系统整合。
本发明的再一目的是提供一种惯性传感器性能调整装置，一方面对悬浮结构体具有补强结构，另一方面亦可抑制或改变振动时的模态。
本发明的是这样实现的一种惯性传感器性能调整装置，包括一悬浮结构，其一端固设于一支撑件上，使该悬浮结构的另一端呈悬浮状态；以及一微电镀结构，由微电镀工艺成型于悬浮结构的呈悬浮状态的一端，其具有一高度。
其中，该悬浮结构还包含一悬臂，其一端固设于一支撑件上，使该悬臂的另一端呈悬浮状态；以及一平台，设置于悬臂的呈悬浮状态的一端，该平台以该悬臂为中心分向两侧水平延伸一长度而成，于该平台顶部的两端各设有一微电镀结构。
其中，该悬浮结构设有补强结构，该补强结构包含内侧补强结构，设置于悬臂顶部两侧并延伸于平台内侧，再与微电镀结构连接；以及外侧补强结构，设置于平台外侧且不与微电镀结构连接。
其中，该悬浮结构为惯性传感器上的震动结构。
其中，该悬浮结构包含支撑结构、讯号连结路径、电讯号隔绝层。
其中，该悬浮结构是由牺牲层技术的微面型加工技术，或微体型加工技术配上薄膜工艺制作而成。
本文中所谓“微面型加工技术”、“微体型加工技术”、“牺牲层”的定义见前面背景技术一节中所述有关定义。
其中，该悬浮结构的制作步骤如下(a)备置一硅晶片，选用金属材料作为驱动和讯号的电极，再于硅晶片表面沉积Si3N4作为隔绝层；(b)通过LPCVD(低压化学气相沉积)方式于隔绝层上沉积牺牲层；(c)按照所需的悬浮结构形状定义出要蚀刻的区域，以微影技术蚀刻牺牲层，得到所需微影蚀刻工件；(d)通过LPCVD(低压化学气相沉积)方式于牺牲层上沉积Polysilicon(聚硅)形成一悬浮结构层；制成悬浮基础结构后，再进行微电镀结构工艺，该微电镀工艺包括下列步骤(a)将上面制成的悬浮结构用作基础结构；(b)于悬浮基础结构上电镀一电镀起始层；(c)于该电镀起始层上，利用蚀刻技术，形成具有绝缘性的、不完全覆盖的光致抗蚀剂厚膜，其未覆盖的区域，是根据所要制成的微电镀结构形状(例如图5中的32)利用微影蚀刻技术形成的；(d)将其上未覆盖光致抗蚀剂厚膜的区域电镀，形成一定厚度的电镀金属层；(e)去除光致抗蚀剂厚膜；(f)去除电镀起始层；以及(g)去除牺牲层，由悬浮结构层与电镀金属层构成一悬浮结构。
上面所用光致抗蚀剂是本领域常用的光致抗蚀剂；而去掉该光致抗蚀剂一般用丙酮或氧等离子体等。
为了便于进一步了解本发明的特征、目的及功能，下面结合附图以具体实例对本发明进行详细说明。


图1是现有技术硅基面型加工工艺步骤图；图2是现有技术硅基体型加工工艺步骤图；图3及图4是现有技术以微机电工艺所制作的微惯性感测系统的两种结构示意图；图5是本发明的一较佳实施例立体图；图6是本发明另一较佳实施例立体图；图7是本发明的悬浮基础结构的工艺步骤图；图8A及图8B是本发明的微电镀结构工艺步骤图。
附图标记说明1硅晶片；2隔绝层；3牺牲层；4悬浮结构层；5电镀起始层；6光致抗蚀剂厚膜；7电镀金属层；10悬浮基础结构；21a、21b悬浮结构层；22a、22b惯性质量块；30调整装置；31悬浮结构；311悬臂；312平台；32微电镀结构；33支撑件；40调整装置；41悬浮结构；411悬臂；412平台；42微电镀结构；43支撑件；44、45补强结构。
具体实施例方式
图5是为本发明的惯性传感器性能调整装置的一具体实施例。如图所示，该调整装置30由一悬浮结构31以及微电镀结构32构成，该悬浮结构31具有一悬臂311，该悬臂311的一端3111连设于一支撑件33上，使该悬臂311的另一端3112呈悬浮状态，该悬臂311的另一端3112以该悬臂311为中心分向两侧水平延伸形成一平台312，于平台312顶部的两端各设有一微电镀结构32。
再请参阅图6所示的本发明惯性传感器性能调整装置另一具体实施例，该调整装置40由一悬浮结构41以及微电镀结构42构成，该悬浮结构41具有一悬臂411，该悬臂411的一端4111连设于一支撑件43上，使该悬臂411的另一端4112呈悬浮状态，该悬臂411的另一端4112以该悬臂411为中心分向两侧水平延伸形成一平台412，于平台412顶部的两端各设有一微电镀结构42，本实施例的特点在于该平台412及悬臂411的顶部周缘设有凸伸的补强结构44、45，其中，该补强结构44位于悬臂41顶部两侧并延伸于平台412内侧，再与微电镀结构42连接，该补强结构44为导电材质，不但具有补强作用，同时可增加感测面积，而位于平台412外侧的补强结构45因纯粹为补强作用，故其材质不限，但必须注意的是，该补强结构45不与微电镀结构42连接。
有关于本发明的惯性传感器性能调整装置的工艺，可藉由以下详述的工艺步骤具体揭露其技术手段。
请先参阅图7，本发明必须备置一悬浮基础结构10，其工艺步骤包括(a)备置一硅晶片1，该硅晶片1表面具有SiO2、Si3N4等作为防止对硅基材漏电流的薄膜层(图中未示出)，接着选用金属材料作为驱动和讯号的电极23，再于硅晶片1表面沉积Si3N4作为电性隔绝的隔绝层2，并于隔绝层2上开动作为讯号连结的路径。
(b)通过LPCVD(低压化学气相沉积)方式于隔绝层2上沉积牺牲层3。
(c)根据该悬浮结构形状，定义蚀刻区域，以微影技术蚀刻牺牲层3，得到所需的微影蚀刻工艺件。
(d)通过LPCVD(低压化学气相沉积)方式于牺牲层3上沉积Polysilicon(聚硅)形成一悬浮结构层4。
藉由上述步骤制成悬浮基础结构10后，再进行微电镀结构工艺，请参阅图8A及图8B，其步骤包括(a)于悬浮基础结构10上微影电镀一层电镀起始层5，该电镀起始层5的材质可为铝(Al)或铬(Cr)。
(b)于电镀起始层5上，根据所要制成的微电镀结构(例如图5中的32)以微影工艺覆盖上一层厚膜光致抗蚀剂6，作为后段电镀阻挡层。
(c)于厚膜光致抗蚀剂6间(即未覆盖光致抗蚀剂的区域)利用微电镀形成一定厚度的电镀金属层7，该电镀金属层7的材质可为铝(Al)或铬(Cr)，电镀金属层7，以采用与电镀起始层5相同材质为宜。
(d)以微影蚀刻法去除厚膜光致抗蚀剂6。
(e)以微影蚀刻法去除电镀起始层5，必须说明的是，位于电镀金属层7底部的电镀起始层5可于电镀该电镀金属层7时与电镀金属层7结合为一体，因此，此处不再呈现该电镀起始层5。
(f)最后以微影蚀刻法去除牺牲层3，由悬浮结构层4与电镀金属层7构成一悬浮结构体20，对照图8B(f)及图5，该电镀金属层7相当于图5中微电镀结构32，悬浮结构层4相当于悬臂311。
综上所述，本发明具有以下优点一、透过电镀金属层厚度改变传感器的惯性质量大小，以适用于不同等级的感测。
二、可实现深宽比高结构的设计目标，其成本低。
三、悬浮结构体具有导电性，可达到侧面驱动或感测。
四、工艺温度低，与其它工艺的兼容性高，且可结合MOS硅晶片达到系统整合。
五、在悬浮结构体上可同时制作补强结构，一方面达到补强效果，一方面可抑制或改变振动模态。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，不能以此限制本发明的范围，该悬浮结构可由牺牲层技术的微面型加工技术，或微体型加工技术配上薄膜工艺制作而成，因此凡依本发明权利要求所做的均等变化及修饰，仍将不失本发明的要义所在，亦不脱离本发明的精神和范围的，都应视为本发明的进一步实践。
权利要求
1.一种惯性传感器性能调整装置，包括一悬浮结构，其一端固设于一支撑件上，使该悬浮结构的另一端呈悬浮状态；以及一微电镀结构，由微电镀工艺成型于悬浮结构的呈悬浮状态的一端，其具有一高度。
2.如权利要求1所述的惯性传感器性能调整装置，其中，该悬浮结构还包含一悬臂，其一端固设于一支撑件上，使该悬臂的另一端呈悬浮状态；以及一平台，设置于悬臂的呈悬浮状态的一端，该平台以该悬臂为中心分别向两侧水平延伸一长度而成，于该平台顶部的两端各设有一微电镀结构。
3.如权利要求2所述的惯性传感器性能调整装置，其中，该悬浮结构设有补强结构，该补强结构包含内侧补强结构，设置于悬臂顶部两侧并延伸于平台内侧，再与微电镀结构连接；以及外侧补强结构，设置于平台外侧且不与微电镀结构连接。
4.如权利要求1所述的惯性传感器性能调整装置，其中，该悬浮结构为惯性传感器上的震动结构。
5.如权利要求1所述的惯性传感器性能调整装置，其中，该悬浮结构是由牺牲层技术的微面型加工技术，或微体型加工技术配上薄膜工艺制作而成。
6.如权利要求1所述的惯性传感器性能调整装置，其中，该悬浮结构包含支撑结构、讯号连结路径、电讯号隔绝层。
7.一种惯性传感器性能调整装置的制造方法，其中，包括先备置一悬浮基础结构(a)备置一硅晶片，选用金属材料作为驱动和讯号的电极，再于硅晶片表面沉积Si3N4作为隔绝层；(b)通过LPCVD(低压化学气相沉积)方式于隔绝层上沉积牺牲层；(c)按照所需的悬浮结构形状定义出要蚀刻的区域，以微影技术蚀刻牺牲层，得到所需微影蚀刻件；(d)通过LPCVD(低压化学气相沉积)方式于牺牲层上沉积Polysilicon(聚硅)形成一悬浮结构层；制成悬浮基础结构后，再进行微电镀结构工艺，该微电镀工艺包括下列步骤(a)于悬浮基础结构上电镀一电镀起始层；(b)于该电镀起始层上，利用蚀刻技术，形成具有绝缘性的、不完全覆盖的光致抗蚀剂厚膜，其未覆盖的区域，是根据所要制成的微电镀结构形状利用微影蚀刻技术形成的；(c)将其上未覆盖光致抗蚀剂厚膜的区域电镀，形成一定厚度的电镀金属层；(d)去除厚膜光致抗蚀剂；(e)去除电镀起始层；以及(f)去除牺牲层，由悬浮结构层与电镀金属层构成该悬浮结构。
全文摘要
本发明公开了一种惯性传感器性能调整装置，由悬浮结构与微电镀结构组成，该悬浮结构可利用牺牲层技术的微面型加工技术，或微体型加工技术配上薄膜工艺制作而成，该悬浮结构的一端固设于一支撑件上，使该悬浮结构的另一端呈悬浮状态，通过微电镀工艺于悬浮结构的呈悬浮状态的一端成型微电镀结构，作为惯性传感器的惯性质量块，通过微电镀工艺可改变微电镀结构大小，使惯性传感器适用于不同等级的感测，并且利用工艺上所选用材料为金属的优点，来实现深宽比高(High Aspect－Ratio)的微小结构中侧向感测或驱动讯号设置的功效。
文档编号G01D5/12GK1598595SQ03156959
公开日2005年3月23日 申请日期2003年9月16日 优先权日2003年9月16日
发明者陈怡如, 张凯程, 范光钱, 许铭修, 梁佩芳 申请人:财团法人工业技术研究院