一种一体式的谐振式石英加速度计的制造方法与流程

本发明涉及半导体传感器制造，具体是一种一体式的谐振式石英加速度计的制造方法。

背景技术：

1、石英加速度计的灵敏度收到其悬臂梁的宽度影响，悬臂梁的宽度较小，其灵敏度较高。现有石英加速度计的制造工艺往往很难实现制造出宽度较小的悬臂梁，一般仅能够达到70 μm宽的悬臂梁。此外，现有的制造工艺，也存在制造出的加速度计的机械稳定性不够，以及对悬臂梁往往在其表面刻蚀出电极化图案，而无法在悬臂梁的侧壁表面实现刻蚀电极化图案。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种一体式的谐振式石英加速度计的制造方法，其能够解决背景技术描述的问题。

2、实现本发明的目的的技术方案为：一种一体式的谐振式石英加速度计的制造方法，包括以下步骤：

3、步骤1：选用石英片，对石英片依次进行酸洗、碱洗和di水冲洗，得到处理后的石英片；

4、步骤2：在处理后的石英片的厚度方向的上下表面进行镀膜，形成预设厚度的膜层；

5、步骤3：形成带有加速度计结构图案的金属硬掩模的石英片；

6、步骤4：将带有所述金属硬掩模的石英片放入第一种有机刻蚀溶液进行湿法刻蚀，得到包含初步加速度计结构的石英片；

7、步骤5：对包含初步加速度计结构的石英片上的侧壁进行消棱；

8、步骤6：石英片的铰链厚度方向的下表面形成金属硬掩模和悬臂梁厚度方向的上表面形成金属硬掩模，然后将石英片放入第二种有机刻蚀溶液进行刻蚀，以得到悬臂梁和铰链；

9、步骤7：去除石英片的表面膜层；

10、步骤8，对石英加速度计的悬臂梁的表面进行制作电极，得到最终的石英加速度计。

11、进一步地，在步骤2中，采用磁控溅射方式进行镀膜，形成的膜层包括远离石英片方向依次形成的铬膜层和金膜层。

12、进一步地，所述形成带有加速度计结构图案的金属硬掩模的石英片，其具体实现过程，包括以下步骤：

13、在镀膜后的石英片的厚度方向的上下表面旋涂预设厚度的正性光刻胶，预设厚度可为2-5 μm，然后，旋涂光刻胶后的石英片依次经曝光机双面对准曝光、在温度为100 ℃的热板上进行前烘、显影、温度为107℃的热板上进行后烘，并将显影处理后无光刻胶所在的镀膜采用刻蚀液进行刻蚀掉，刻蚀液选用金、铬刻蚀液，以刻蚀掉相应位置上的金膜层和铬膜层，从而在石英片厚度方向的上下表面形成带有加速度计图案的金属硬掩模，

14、然后，将金属硬掩模上的加速度计图案转移到已固化的光刻胶上，得到带有加速度计结构图案的石英片。

15、进一步地，金刻蚀液采用碘化钾和碘离子化合物组成的溶液，采用金刻蚀液的刻蚀时长为30 s，铬刻蚀液采用硝酸铈铵混合溶液，刻蚀时长为60 s。

16、进一步地，在刻蚀过程中，采用晶舟装载石英片并静止防止在22 ℃的金刻蚀液和铬刻蚀液中，以对未被光刻胶覆盖区域的镀膜进行去除，并且根据刻蚀液浓度大小设置间隔时间，每隔该间隔时间，上下拉动石英片，刻蚀后，将晾干后的石英片放入n-甲基吡咯烷酮溶液浸泡并维持第一预设时长，然后再放入ipa溶液浸泡并维持第二预设时长，以去掉表面固化正性光刻胶，然后，再将石英片放入流动的di水中进行清洗，

17、将去除正性光刻胶后的石英片放入第一刻蚀液进行刻蚀，第一刻蚀液选用40%浓度的hf、45%浓度的nh4f的混合溶液，按质量比，两者的溶液配比为3:2，在30 ℃恒温下刻蚀40 h，然后取出并依次经di水清洗、烘干，得到的包含初步加速度计结构的石英片，

18、然后，对石英片进行二次光刻：在80 ℃的封闭腔室内对石英片的表面进行喷涂光刻胶，形成的光刻胶的厚度为5 μm，喷涂光刻胶后，将石英片放入温度为110 ℃的热板上进行热烘，并持续90 s，热烘完后，采用曝光机对石英片进行双面曝光，曝光后，将石英片静置在显影液中进行显影处理，然后将掩膜版上的图案转移到已固化的光刻胶的表面。

19、进一步地，在步骤4中，第一种有机刻蚀溶液为40%浓度的hf、45%浓度的nh4f、30%浓度kf的混合溶液，按质量比，三者的溶液配比为 1：2：1，并在23 ℃恒定温度下进行刻蚀2h，每隔半小时，将石英片上下提拉一分钟，然后，放入低浓度koh溶液中进行浸泡。

20、进一步地，在步骤6中，第二种有机刻蚀溶液为boe、45%浓度的nh4f组成的混合溶液，按质量比，溶液的配比为1:1。

21、进一步地，制作电极的具体实现过程，包括以下步骤：

22、步骤81：在悬臂梁进行镀膜，以形成膜层，膜层包括金膜层和铬膜层，膜层包括沿着远离悬臂梁方向依次形成的铬膜层和金膜层，

23、在对形成膜层后的悬臂梁上下表面喷涂5 μm厚的正性光刻胶，并进行双面光刻，经过金刻蚀液、铬刻蚀液后，在悬臂梁的上下表面形成金属硬掩模；

24、步骤82：将形成悬臂梁的金属硬掩模的石英片放入第一种有机刻蚀溶液进行刻蚀，以得到对称槽型结构；

25、步骤83：重复执行步骤81，以通过不同的金属掩膜版的设计，以在悬臂梁对应位置得到新的金属硬掩模图案；

26、步骤84：将带有新的金属硬掩模图案的石英片再次放入第一种有机刻蚀溶液中，将没有金属硬掩膜部分刻穿；

27、步骤85：再次执行步骤81，得到新的金属硬掩模时，对悬臂梁12的侧壁进行沉积金属；

28、步骤86：对悬臂梁采用干法刻蚀和湿法刻蚀相结合，对悬臂梁进行修棱；

29、步骤87：在悬臂梁厚度方向的上下表面喷涂5 μm厚的正性光刻胶，经过双面光刻后，采用金刻蚀液和铬刻蚀液进行刻蚀，以去除多余的金属硬掩膜，从而在悬臂梁厚度方向的上下表面形成电极。

30、进一步地，悬臂梁包括6个电极，分别记为第一电极、第二电极、第三电极、第四电极、第五电极和第六电极，第一电极、第三电极、第五电极的极性相同，第二电极、第四电极和第六电极的极性相同，第一电极和第二电极的极性相反，第一电极、第二电极、第三电极和第四电极的长度为第五电极、第六电极的一半，且均位于悬臂梁的上侧，第五电极和第六电极位于悬臂梁的下侧，第一电极和第三电极电性连接，第三电极和第四电极电性连接，第四电极分别与第二电极、第五电极电性连接，第二电极和第六电极电性连接。

31、进一步地，在步骤1中，选用厚度为120 μm的石英片，在步骤2中，金膜层的厚度为1000 a，铬膜层的厚度为400 a，在步骤81中，金膜层的厚度为2000 a，铬膜层的厚度为500a。

32、本发明的有益效果：本发明能够制造出所述加速度计，采用侧壁电极图案化工艺，使得电极图案不用在石英片上表面，取而代之在悬臂梁侧壁处，从而使得加速度计的悬臂梁的宽度能够达到30 微米左右，相比于传统的70 μm宽的加速度计，其灵敏度可提高约4倍，以及通过制造出的石英加速度计的对应结构，保证了适应加速度计的机械稳定性。此外，并且悬臂梁在面内模式下保持横向振动，悬臂梁侧面的电极图案与振动方向垂直，从而大幅增加机电耦合系数。