CN112607703B - 用于提升驱动增益的石英音叉敏感结构的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于提升驱动增益的石英音叉敏感结构的制备方法，该制备方法包括：步骤一，根据音叉驱动梁结构设计上下表面具有凹槽结构的音叉敏感结构减薄光刻版图；步骤二，在石英晶片的正反两面均形成Cr/Au/Cr/Au掩膜；步骤三，形成音叉整体结构的Cr/Au/Cr/Au掩膜图形和挠性支撑的Cr/Au掩膜图形；步骤四，形成镂空的音叉结构及挠性支撑石英结构；步骤五，根据音叉敏感结构减薄光刻版图设计具有镂空区域的音叉敏感结构侧面电极加工用遮挡板；步骤六，制备音叉敏感结构的侧面电极和挠性支撑的表面电极引线。应用本发明的技术方案，能够解决现有技术中石英音叉的制备方法无法有效增加石英音叉敏感结构驱动端三维电极有效面积，导致无法有效提升驱动增益的技术问题。

Description

用于提升驱动增益的石英音叉敏感结构的制备方法
技术领域
本发明涉及石英音叉制备技术领域，尤其涉及一种用于提升驱动增益的石英音叉敏感结构的制备方法。
背景技术
石英音叉陀螺作为一种微机械陀螺，具有体积小、成本低、功耗低、可靠性高、抗环境干扰能力强等优点，其性能能够满足稳定、制导与控制等大量战术武器的要求，也能广泛用于汽车电子、机械仪表等多种民用领域。
石英音叉作为石英陀螺的敏感元件，一般采用H型音叉，如图8所示，其加工制作的技术水平直接影响石英音叉陀螺的性能指标。石英音叉的微加工工艺流程主要包括基片清洗、掩膜沉积、光刻图形化(结构光刻、减薄光刻、电镀光刻和电极光刻)、腐蚀(结构腐蚀和减薄腐蚀)、侧电极金属化等，最终形成石英音叉敏感结构，例如专利CN201010540092.4和CN201010539409.2)。其中，驱动增益的大小是评价石英音叉敏感结构加工质量的重要指标，为了提升石英音叉传感器的驱动效率，如何提升敏感结构本身的驱动增益是难点。
石英音叉敏感结构的驱动增益大小，主要与驱动梁三维电极(表面电极和侧面电极)面积的大小直接相关，驱动梁三维电极面积越大，敏感结构驱动增益对应越大。所以，现有技术中传统提高驱动增益的方法，主要是通过在石英音叉表面电极和侧面电极制备工艺过程，为了增大三维电极面积，需要尽可能的减少表面电极和侧面电极之间间隙，以实现增大表面电极和侧面电极两者有效面积的目的。但是，上述方法存在以下局限性：第一，对于外形尺寸固定的同一款结构而言，由于敏感结构表面和侧壁的最大面积固定，通过缩小侧面电极与表面电极间隙的方法，对增大三维电极有效面积的作用十分有限；第二，根据石英音叉工作原理，其驱动梁表面电极和侧面电极必须保留一定间隙，一般要求间隙不小于5μm，以避免两者间出现短路。因为由于侧面电极通过遮挡镀膜方式加工，其加工精度远低于通过平面光刻方式加工的表面电极精度，当侧面电极与表面电极之间的间隙小于5μm时，很容易导致侧面电极与表面电极间发生短路现象，直接影响敏感结构加工的成品率。
因此，需要寻找一种更为有效提升石英敏感结构驱动端三维电极有效面积的方法，从根本上解决驱动增益提升难题。
发明内容
本发明提供了一种用于提升驱动增益的石英音叉敏感结构的制备方法，能够解决现有技术中石英音叉的制备方法无法有效增加石英音叉敏感结构驱动端三维电极有效面积，导致无法有效提升驱动增益的技术问题。
本发明提供了一种用于提升驱动增益的石英音叉敏感结构的制备方法，该制备方法包括：步骤一，根据音叉驱动梁结构设计上下表面具有凹槽结构的音叉敏感结构减薄光刻版图；步骤二，在石英晶片的正反两面均依次镀上铬膜、金膜、铬膜和金膜，以在正反两面均形成Cr/Au/Cr/Au掩膜；步骤三，利用音叉敏感结构减薄光刻版图采用光刻方法形成音叉整体结构的Cr/Au/Cr/Au掩膜图形和挠性支撑的Cr/Au/Cr/Au掩膜图形；采用光刻方法形成光刻胶掩膜以保护音叉整体结构的Cr/Au/Cr/Au掩膜图形，然后依次腐蚀挠性支撑的Cr/Au/Cr/Au掩膜图形中的Au膜和Cr膜，形成挠性支撑的Cr/Au掩膜图形；步骤四，利用音叉敏感结构减薄光刻版图采用湿法腐蚀形成镂空的音叉结构及挠性支撑石英结构；步骤五，根据音叉敏感结构减薄光刻版图设计具有镂空区域的音叉敏感结构侧面电极加工用遮挡板；步骤六，利用音叉敏感结构侧面电极加工用遮挡板分别在镂空的音叉结构、挠性支撑石英结构、石英音叉敏感结构的凹槽结构底部和凹槽侧壁的表面上制备音叉敏感结构的侧面电极和挠性支撑的表面电极引线以完成石英音叉敏感结构的制备。
进一步地，在步骤一中，音叉敏感结构减薄光刻版图的凹槽结构的中心位置与音叉驱动梁结构的中心位置保持一致。
进一步地，在步骤一中，音叉敏感结构减薄光刻版图的凹槽结构在X向的最小宽度为20μm，最大宽度比对应的音叉驱动梁结构的宽度小至少5μm。
进一步地，步骤四具体包括：4.1)结构腐蚀：以音叉整体结构的Cr/Au/Cr/Au掩膜图形和挠性支撑的Cr/Au掩膜图形为掩膜，在氢氟酸溶液浓度为40％，氟化铵溶液浓度为50％，且体积比为HF:NH4F＝2:3的石英腐蚀液配中，腐蚀温度为80℃的条件下，腐蚀25小时，获得镂空的音叉结构和挠性支撑石英结构；4.2)减薄腐蚀：利用音叉敏感结构减薄光刻版图为掩膜，在氢氟酸溶液浓度为40％，氟化铵溶液浓度为50％，且体积比为HF:NH4F＝1:3～10的石英腐蚀液配中，腐蚀温度为40～90℃的条件下，腐蚀3～20小时，以获得减薄后的镂空的音叉结构及挠性支撑石英结构。
进一步地，在步骤五中，音叉敏感结构侧面电极加工用遮挡板的镂空区域的中心位置与音叉敏感结构减薄光刻版图的凹槽结构的中心位置保持一致。
进一步地，步骤六具体包括：利用音叉敏感结构侧面电极加工用遮挡板，采用热蒸发镀膜方式在镂空的音叉结构的侧面、挠性支撑石英结构的表面、石英音叉敏感结构的凹槽结构底部和凹槽侧壁的表面上依次镀Cr膜和Au膜以形成侧面电极和挠性支撑的表面电极引线。
应用本发明的技术方案，提供了一种用于提升驱动增益的石英音叉敏感结构的制备方法，该制备通过设计具有凹槽结构的音叉敏感结构减薄光刻版图，并将该减薄光刻版图应用在石英音叉敏感结构的减薄处理中，能够将设计的凹槽结构图形转移到石英音叉驱动梁上下表面，有效提升驱动梁三维电极的有效面积，进而提升敏感结构的驱动增益。与现有技术相比，本发明的技术方案能够解决现有技术中石英音叉的制备方法无法有效增加石英音叉敏感结构驱动端三维电极有效面积，导致无法有效提升驱动增益的技术问题。
附图说明
所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了根据本发明的具体实施例提供的用于提升驱动增益的石英音叉敏感结构的制备方法的流程图；
图2示出了根据本发明的具体实施例提供的开槽前后的音叉敏感结构减薄光刻版图的结构对比示意图；
图3示出了根据本发明的具体实施例提供的Cr/Au/Cr/Au掩膜结构示意图；
图4示出了根据本发明的具体实施例提供的光刻图形化后的音叉驱动梁的结构示意图；
图5示出了根据本发明的具体实施例提供的镂空的音叉结构示意图；
图6示出了根据本发明的具体实施例提供的音叉敏感结构上下表面形成凹槽结构的前后三维对比示意图；
图7示出了根据本发明的具体实施例提供的带有凹槽结构的音叉敏感结构三维电极结构示意图；
图8示出了现有技术中的H型音叉结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、音叉敏感结构减薄光刻版图；10a、减薄光刻版图的凹槽结构；20、石英晶片；30、Cr/Au/Cr/Au掩膜；31、Cr掩膜；32、Au掩膜；40、石英音叉敏感结构；40a、石英音叉敏感结构的凹槽结构。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
如图1至图7所示，根据本发明的具体实施例提供了一种用于提升驱动增益的石英音叉敏感结构40的制备方法，该制备方法包括：步骤一，根据音叉驱动梁结构设计上下表面具有凹槽结构的音叉敏感结构减薄光刻版图10；步骤二，在石英晶片20的正反两面均依次镀上铬膜、金膜、铬膜和金膜，以在正反两面均形成Cr/Au/Cr/Au掩膜30；步骤三，利用音叉敏感结构减薄光刻版图10采用光刻方法形成音叉整体结构的Cr/Au/Cr/Au掩膜图形和挠性支撑的Cr/Au/Cr/Au掩膜图形；采用光刻方法形成光刻胶掩膜以保护音叉整体结构的Cr/Au/Cr/Au掩膜图形，然后依次腐蚀挠性支撑的Cr/Au/Cr/Au掩膜图形中的Au膜和Cr膜，形成挠性支撑的Cr/Au掩膜图形；步骤四，利用音叉敏感结构减薄光刻版图10采用湿法腐蚀形成镂空的音叉结构及挠性支撑石英结构；步骤五，根据音叉敏感结构减薄光刻版图10设计具有镂空区域的石英音叉敏感结构侧面电极加工用遮挡板；步骤六，利用石英音叉敏感结构侧面电极加工用遮挡板分别在镂空的音叉结构、挠性支撑石英结构、石英音叉敏感结构的凹槽结构底部和凹槽侧壁的表面上制备音叉敏感结构的侧面电极和挠性支撑的表面电极引线以完成石英音叉敏感结构40的制备。
应用此种配置方式，提供了一种用于提升驱动增益的石英音叉敏感结构的制备方法，该制备通过设计具有凹槽结构的音叉敏感结构减薄光刻版图，并将该减薄光刻版图应用在石英音叉敏感结构的减薄处理中，能够将设计的凹槽结构图形转移到石英音叉驱动梁上下表面，有效提升驱动梁三维电极的有效面积，进而提升敏感结构的驱动增益。与现有技术相比，本发明的技术方案能够解决现有技术中石英音叉的制备方法无法有效增加石英音叉敏感结构驱动端三维电极有效面积，导致无法有效提升驱动增益的技术问题。
进一步地，在本发明中，为了实现石英音叉敏感结构40的制备，首先根据音叉驱动梁结构设计上下表面具有凹槽结构的音叉敏感结构减薄光刻版图10。在石英音叉敏感结构版图设计阶段，其他版图不变，在音叉驱动梁原减薄版图上，设计增加上下表面的凹槽结构10a，形成带凹槽结构10a的减薄光刻版图。在音叉驱动梁上开槽前后的音叉敏感结构减薄光刻版图10对比如图2所示。
作为本发明的一个具体实施例，只需改变减薄光刻版图，设计的凹槽结构10a图形的中心位置与音叉驱动梁结构的中心位置保持一致，即凹槽结构10a在驱动梁的Z向上下表面对称、在X向居中且在Y向居中，从而实现不改变驱动梁的对称性。此外，为了确保减薄腐蚀后形成规则的凹槽底部表面，设计的凹槽10a图形结构在X向最小宽度为20μm，一般可设计凹槽10a的X向宽度为40～270μm，Y向长度为40～3900μm。为了确保驱动梁表面电极和侧面电极不发生短路现象，设计的凹槽10a图形结构在X向最大宽度应比对应的驱动梁宽度小至少5μm。
此外，在本发明中，如图3所示，在完成具有凹槽结构10a的音叉敏感结构减薄光刻版图10的设计之后，在石英晶片20的正反两面均依次镀上Cr掩膜31、Au掩膜32、Cr掩膜31和Au掩膜32，以在正反两面均形成Cr/Au/Cr/Au掩膜30。作为本发明的一个具体实施例，该步骤中的掩膜制备工艺可采用常规石英音叉敏感结构微加工艺相同的对应工序过程，无需增加额外工序。
进一步地，在本发明中，在形成Cr/Au/Cr/Au掩膜30之后，利用音叉敏感结构减薄光刻版图10采用光刻方法形成音叉整体结构的Cr/Au/Cr/Au掩膜图形和挠性支撑的Cr/Au/Cr/Au掩膜图形；采用光刻方法形成光刻胶掩膜以保护音叉整体结构的Cr/Au/Cr/Au掩膜图形，然后依次腐蚀挠性支撑的Cr/Au/Cr/Au掩膜图形中的Au膜和Cr膜，形成挠性支撑的Cr/Au掩膜图形。利用音叉敏感结构减薄光刻版图10采用原石英音叉光刻工艺的减薄光刻图形化工艺，可将设计的凹槽结构10a的图形一并转移至音叉驱动梁上下表面，如图4所示。作为本发明的一个具体实施例，光刻参数与原工艺保持一致即可。一般可设计Cr膜的厚度为20～30nm，Au膜的厚度为200～300nm。
此外，在本发明中，在形成挠性支撑的Cr/Au掩膜图形之后，利用音叉敏感结构减薄光刻版图10采用湿法腐蚀形成镂空的音叉结构及挠性支撑石英结构。
作为本发明的一个具体实施例，该湿法腐蚀工艺包括结构腐蚀和减薄腐蚀两步。利用挠性支撑石英结构的形成工艺，即石英音叉湿法腐蚀工艺中的减薄腐蚀工艺，如图5所示，将设计的凹槽结构10a的图形转移至敏感结构驱动梁上下表面，实现凹槽解耦股的三维加工。结构腐蚀工艺参数完全不变，只需在减薄腐蚀时，为了在敏感结构驱动梁上下表面获得较规则的凹槽结构侧壁和底部表面，腐蚀条件一般采用较高温度腐蚀，并适当增加缓冲剂NH4F的比例，从而保证一定腐蚀速率的同时，获得高平整度的石英腐蚀表面，从而实现石英音叉敏感结构的凹槽结构40a的三维加工的同时，不改变驱动梁整体对称性。石英音叉敏感结构40上下表面形成凹槽结构40a的前后三维对比图如图6所示。
在该实施例中，结构腐蚀具体步骤如下：以音叉整体结构的Cr/Au/Cr/Au掩膜图形和挠性支撑的Cr/Au掩膜图形为掩膜，在氢氟酸溶液浓度为40％，氟化铵溶液浓度为50％，且体积比为HF:NH4F＝2:3的石英腐蚀液配中，腐蚀温度为80℃的条件下，腐蚀25小时，获得镂空的音叉结构和挠性支撑石英结构。
减薄腐蚀具体步骤如下：利用音叉敏感结构减薄光刻版图10为掩膜，在氢氟酸溶液浓度为40％，氟化铵溶液浓度为50％，且体积比为HF:NH4F＝1:3～10的石英腐蚀液配中，腐蚀温度为40～90℃的条件下，腐蚀3～20小时，以获得减薄后的镂空的音叉结构及挠性支撑石英结构。具体石英音叉敏感结构的凹槽结构40a的深度与减薄腐蚀的工艺参数和腐蚀时间相关，凹槽结构40a的深度与石英音叉减薄梁的减薄深度保持一致，一般控制在50～200μm。
进一步地，在本发明中，在形成镂空的音叉结构及挠性支撑石英结构之后，根据音叉敏感结构减薄光刻版图10设计具有镂空区域的石英音叉敏感结构侧面电极加工用遮挡板。在石英音叉敏感结构侧面电极金属化用专用遮挡板设计阶段，在原遮挡板上，设计增加与减薄光刻版图的凹槽结构10a位置相对应的镂空区域，形成带镂空区域的遮挡板。
作为本发明的一个具体实施例，石英音叉敏感结构侧面电极加工用遮挡板的镂空区域中心位置可与减薄光刻版图的凹槽结构10a图形的中心位置保持一致，且遮挡板镂空区域的大小略宽于减薄光刻版图的凹槽10a图形的大小，以确保石英音叉敏感结构的凹槽结构40a侧壁电极与驱动梁非凹槽区域的表面电极连接完好。
此外，在本发明中，如图7所示，在完成具有镂空区域的石英音叉敏感结构侧面电极加工用遮挡板的设计之后，利用石英音叉敏感结构侧面电极加工用遮挡板分别在镂空的音叉结构、挠性支撑石英结构、石英音叉敏感结构的凹槽结构底部和凹槽侧壁的表面上制备音叉敏感结构的侧面电极和挠性支撑的表面电极引线以完成石英音叉敏感结构40的制备。该步骤采用新设计的遮挡板，以及与常规石英音叉敏感结构微加工艺相同的工序过程，不增加额外工序。对带有凹槽结构40a的石英音叉敏感结构40进行侧面电极制备，可实现驱动梁凹槽结构的底部和侧壁电极的加工。
作为本发明的一个具体实施例，可利用石英音叉敏感结构侧面电极加工用遮挡板遮挡住石英音叉不需要镀膜的部位，采用热蒸发镀膜方式在音叉结构的侧面、挠性支撑石英结构的表面、石英音叉敏感结构的凹槽结构底部和凹槽侧壁的表面上依次镀Cr膜和Au膜，形成侧面电极及挠性支撑的表面电极引线。采用新设计的遮挡板，可同步完成石英音叉敏感结构的凹槽结构底部和侧壁电极制备，增加驱动梁有效电极面积。
本发明的用于提升驱动增益的石英音叉敏感结构40的制备方法具备以下优点：
1、在步骤一，直接在音叉驱动梁原减薄版图上，设计增加上下表面的凹槽结构10a，形成带凹槽结构10a的减薄光刻版图10，不增加新的光刻版图，其他光刻版图不变，本方法不增加光刻版图外协件成本。
2、在步骤二和步骤三，膜制备工艺完全不变，只需在光刻图形化工艺中采用带凹槽结构10a的减薄光刻版图10，在其他光刻版图和全部光刻工艺流程不变的前提下，不增加光刻工序，即可将设计的凹槽结构10a图形转移至音叉驱动梁上下表面，本方法不增加工序工时成本。
3、在步骤四，结构腐蚀工艺参数完全不变，只需在减薄腐蚀时，为了获得较规则的凹槽结构侧壁和底部表面，采用较高温度的腐蚀条件腐蚀，并适当增加缓冲剂NH4F的比例，从而保证一定腐蚀速率的同时，获得高平整度的石英腐蚀表面，从而实现凹槽结构三维加工的同时，不改变驱动梁整体对称性。
4、在步骤五，直接在原遮挡板上，设计增加与凹槽结构10a位置相对应的镂空区域，形成具有镂空区域的遮挡板，无需增加侧电极镀膜用遮挡板，本方法不增加遮挡板外协件成本。
5、在步骤六，直接采用原石英音叉微加工艺的侧面电极加工工艺，在不增加侧面电极加工工艺工序的前提下，将带有凹槽结构40a的石英音叉敏感结构40进行电极制备，实现驱动梁凹槽结构的底部和侧壁电极加工。凹槽加工前后，驱动梁Z向上下表面有效电极面积不变，增加了凹槽结构侧壁电极的面积，可以较大幅度有效提升驱动梁三维电极的有效面积，较大幅度提升敏感结构的驱动增益。
为了对本发明有进一步地了解，下面结合图1至图7对本发明的用于提升驱动增益的石英音叉敏感结构40的制备方法进行详细说明。
如图1至图7所示，根据本发明的具体实施例提供了一种用于提升驱动增益的石英音叉敏感结构40的制备方法，该实施例中选择的石英音叉敏感结构40为直梁H型音叉，敏感结构Z向厚度为400μm，驱动梁X向宽度为280μm，驱动梁Y向长度为4000μm，针对此敏感结构，该制备方法包括以下步骤。
第一步，设计上下表面具有凹槽结构10a的音叉敏感结构减薄光刻版图10。在本实施例的音叉结构减薄光刻版图中，增加凹槽结构10a设计，凹槽10a设计X向宽度为250μm，Y向长度为3000μm，凹槽结构10a中心位置与驱动梁中心位置一致，形成带凹槽结构10a的减薄光刻版图。
第二步，掩膜制备。在石英晶片20的正反面依次镀镀铬Cr、金Au、铬Cr、金Au膜，形成Cr/Au/Cr/Au掩膜30。所述的镀膜按照常规方法进行，Cr膜的厚度为30nm，Au膜的厚度为200nm。
第三步，石英音叉敏感结构40光刻图形化。利用原石英音叉微加工艺的减薄光刻图形化工艺，将设计的凹槽结构10a图形转移至音叉驱动梁上下表面。所述的光刻按照常规方法进行。
第四步，石英音叉敏感结构40湿法腐蚀。
结构腐蚀过程，以音叉整体结构的Cr/Au/Cr/Au掩膜图形和挠性支撑的Cr/Au掩膜图形为掩膜，在氢氟酸溶液浓度为40％，氟化铵溶液浓度为50％，且体积比为HF:NH4F＝2:3的石英腐蚀液配中，腐蚀温度为80℃的条件下，腐蚀25小时，获得镂空的音叉结构和挠性支撑石英结构，获得镂空的音叉结构和挠性支撑石英结构。
减薄腐蚀过程，利用音叉敏感结构减薄光刻版图10为掩膜，在氢氟酸溶液浓度为40％，氟化铵溶液浓度为50％，且体积比为HF:NH4F＝1:3的石英腐蚀液配中，腐蚀温度为50℃的条件下，腐蚀12小时，以获得减薄后的镂空的音叉结构及挠性支撑石英结构。具体石英音叉敏感结构的凹槽40a深度与减薄腐蚀的工艺参数和腐蚀时间相关，凹槽40a深度与石英音叉减薄梁的减薄深度保持一致，一般控制在150μm；
第五步，具有镂空区域的石英音叉敏感结构侧面电极加工用遮挡板设计。在石英音叉敏感结构侧面电极金属化用专用遮挡板中，增加凹槽结构对应镂空区域设计，凹槽结构对应镂空区域X向宽度为250μm+5μm，Y向长度为3000μm+5μm，镂空区域中心位置可与凹槽结构图形的中心位置保持一致。
第六步，音叉敏感结构的侧面电极和挠性支撑的表面电极引线制备。利用音叉敏感结构侧面电极加工用遮挡板，采用热蒸发镀膜方式在音叉结构的侧面、挠性支撑梁的表面、石英音叉敏感结构的凹槽结构底部和凹槽侧壁的表面，依次镀Cr膜和Au膜，形成侧面电极及挠性支撑的表面电极引线的同时，实现驱动梁凹槽结构的底部和侧壁电极加工，增加驱动梁有效电极面积。
在上述实施例中，通过对驱动增益进行测试，采用本发明带凹槽结构40a石英音叉敏感结构40的驱动增益较现有技术中的结构提升了约30％，较大幅度的提升了驱动增益值。
综上所述，本发明提供了一种用于提升驱动增益的石英音叉敏感结构的制备方法，该制备通过设计具有凹槽结构的音叉敏感结构减薄光刻版图，并将该减薄光刻版图应用在石英音叉敏感结构的减薄处理中，能够将设计的凹槽结构图形转移到石英音叉驱动梁上下表面，有效提升驱动梁三维电极的有效面积，进而提升敏感结构的驱动增益。与现有技术相比，本发明的技术方案能够解决现有技术中石英音叉的制备方法无法有效增加石英音叉敏感结构驱动端三维电极有效面积，导致无法有效提升驱动增益的技术问题。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于提升驱动增益的石英音叉敏感结构的制备方法，其特征在于，所述石英音叉敏感结构的制备方法包括：
步骤一，根据音叉驱动梁结构设计上下表面具有凹槽结构(10a)的音叉敏感结构减薄光刻版图(10)；
步骤二，在石英晶片(20)的正反两面均依次镀上铬膜、金膜、铬膜和金膜，以在正反两面均形成Cr/Au/Cr/Au掩膜(30)；
步骤三，利用所述音叉敏感结构减薄光刻版图(10)采用光刻方法形成音叉整体结构的Cr/Au/Cr/Au掩膜图形和挠性支撑的Cr/Au/Cr/Au掩膜图形；采用光刻方法形成光刻胶掩膜以保护所述音叉整体结构的Cr/Au/Cr/Au掩膜图形，然后依次腐蚀所述挠性支撑的Cr/Au/Cr/Au掩膜图形中的Au膜和Cr膜，形成挠性支撑的Cr/Au掩膜图形；
步骤四，利用所述音叉敏感结构减薄光刻版图(10)采用湿法腐蚀形成镂空的音叉结构及挠性支撑石英结构；
步骤五，根据所述音叉敏感结构减薄光刻版图(10)设计具有镂空区域的音叉敏感结构侧面电极加工用遮挡板；所述音叉敏感结构侧面电极加工用遮挡板的镂空区域的中心位置与所述音叉敏感结构减薄光刻版图(10)的凹槽结构(10a)的中心位置保持一致；
步骤六，利用所述音叉敏感结构侧面电极加工用遮挡板分别在所述镂空的音叉结构上、所述挠性支撑石英结构上、所述音叉敏感结构的凹槽结构底部和凹槽侧壁的表面上制备音叉敏感结构的侧面电极和挠性支撑石英结构的表面电极引线以完成所述音叉敏感结构(40)的制备。
2.根据权利要求1所述的用于提升驱动增益的石英音叉敏感结构的制备方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述音叉敏感结构减薄光刻版图(10)的凹槽结构(10a)的中心位置与所述音叉驱动梁结构的中心位置保持一致。
3.根据权利要求1或2所述的用于提升驱动增益的石英音叉敏感结构的制备方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述音叉敏感结构减薄光刻版图(10)的凹槽结构(10a)在X向的最小宽度为20μm，最大宽度比对应的所述音叉驱动梁结构的宽度小至少5μm。
4.根据权利要求1所述的用于提升驱动增益的石英音叉敏感结构的制备方法，其特征在于，所述步骤四具体包括：
4.1)结构腐蚀：以所述音叉整体结构的Cr/Au/Cr/Au掩膜图形和所述挠性支撑的Cr/Au掩膜图形为掩膜，在氢氟酸溶液浓度为40％，氟化铵溶液浓度为50％，且体积比为HF:NH4F＝2:3的石英腐蚀液配中，腐蚀温度为80℃的条件下，腐蚀25小时，获得镂空的音叉结构和挠性支撑石英结构；
4.2)减薄腐蚀：利用所述音叉敏感结构减薄光刻版图(10)为掩膜，在氢氟酸溶液浓度为40％，氟化铵溶液浓度为50％，且体积比为HF:NH4F＝1:3～10的石英腐蚀液配中，腐蚀温度为40～90℃的条件下，腐蚀3～20小时，以获得减薄后的镂空的音叉结构及挠性支撑石英结构。
5.根据权利要求1所述的用于提升驱动增益的石英音叉敏感结构的制备方法，其特征在于，所述步骤六具体包括：利用所述音叉敏感结构侧面电极加工用遮挡板，采用热蒸发镀膜方式在所述镂空的音叉结构的侧面上、所述挠性支撑石英结构的表面上、所述音叉敏感结构的凹槽结构底部和凹槽侧壁的表面上依次镀Cr膜和Au膜以形成所述侧面电极和所述挠性支撑石英结构的表面电极引线。
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