微机械陀螺DRIE刻蚀过程中的局域掩膜效应.pdf

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1、第23卷第8期传感技术学报Vo1．23No．8CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSAug．20102010年8月LocalMaskPatternEfectontheSiDRIEforMicro-MachinedGyroscopeLENGYue，JIAOJiwei，ZHANGYing，GUJiaye，YANPeili，MIBinwei／l，．SctatneKPeyAcLⅡaboratorysofenMnmdShⅡerngThechn2o0l0og0y50，Shang

2、hailnstituteofMicr0systemsandInformationTechnology，、，c胁M；l2．GraduateSchoolofChineseAcademyofSciences，Beijing100039，ChinaAbstract：Deepreactiveionetching(DRIE)isanimportantissueinthefieldofthefabricationofMicro—Electro—MechanicalSystem(MEMS)．Amode—match

3、edgyroscopewithidenticalspringsforbothdriveandsensestructureswasdesignedandfabricated，basedonwhichweinvestigatedtheimpactoflocalmaskpatternsontheSiDRIE．Themeasurementoffrequencyresponsegaveasignificantmismatchbetweendriveandsensemodes，whichwasmainlyca

4、usedbythedeviationbetweenthewidthsofspringsofbothstructuresotherthanairdamping．BasedOiltheanaly—sisandcalculation，webelievethatitistheimpactoflocalmaskpatternsthatcontributestothisdeviationbesidesthetypicalerrorssuchasLagEffectofDRIE．Ahypothesisisprop

5、osedthatalocalnon—uniformityofetchantdistil—butioncanbeinducedbytheasymmetricalmaskpatternsclosetothesprings，whichsequentlystrengthensthean—dercuttingeffect．Keywords：MEMSgyroscope；DeepReactiveIonEtching(DRIE)；asymmetricalstructures；localmaskeffect；mod

6、emismatchEEACC：7230：7230Mdoi：10．3969／j．issn．1004—1699．2010．08．005微机械陀螺DRIE刻蚀过程中的局域掩膜效应术冷悦，焦继伟，张颖，顾佳烨，颜培力，宓斌玮＼2．中蓦国科学霪院研究鍪生院薯，北京1息00技03棚9究所传感技术联合醵鼷验室)／摘要：在微机电系统(MEMS)制造中，深反应离子刻蚀(DRIE)过程的精度是影响器件特性的重要因素之一。本文设计了一种完全对称弹性梁结构的模态匹配式陀螺的原型器件，以此为对象研究了局域掩膜图形对于DRI

7、E刻蚀过程的影响。器件的测试结果表明驱动和检测模态有明显的失配，该失配的发生原因除了气体阻尼，更主要来源于驱动和检测结构弹性梁尺寸的工艺偏差。在分析了实验过程及结果的基础上可以认为，除了典型的DRIE滞后效应等因素外，器件结构的局域掩膜效应加剧了工艺偏差：对称弹性梁结构周边的非对称掩膜图形导致了刻蚀气体分布的局部不均匀，增加了DRIE刻蚀的侧蚀偏差。关键词：MEMS陀螺；深反应离子刻蚀；非对称结构；局域掩膜效应；模态失配中图分类号：TP212．1文献标识码：A文章编号：1004—1699(2010

8、)08—1070-05深反应离子刻蚀(DRIE)作为一种高深宽比刻够提供更高的灵敏度和分辨率，然而在实际制造的蚀技术，在微机电系统(MEMS)制造中有着十分重器件中，驱动和检测模态的谐振频率大多存在或多要和广泛的应用。在振动式微机械陀螺的制造中，或少的偏差，而较大的偏差将造成模态的失配。DRIE常常用于可动结构的释放，相应的，其刻蚀精除了温度漂移的因素之外，过去的研究大多将度也就成为了影响陀螺器件性能的重要因素之一。频率偏差归因于制造过程的工艺误差J。用于可振动式微机械陀螺通常工作