CN113452335A - 一种石英晶体谐振器的加工方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种石英晶体谐振器的加工方法，包括：S1，在石英晶片的第一表面和第二表面依次沉积多层金属并在最外侧表面涂覆光刻胶，其中，第一表面和第二表面为石英晶片上相对的两表面；S2，对步骤S1得到的第一表面和第二表面进行光刻，以形成第一表面电极和第二表面电极的光刻胶图形；S3，刻蚀第一表面和第二表面的金属层，生成第一表面电极和第二表面电极；S4，激光切割步骤S3得到的结构，以得到至少一个初级石英晶体谐振器；S5，蒸镀初级石英晶体谐振器的其他两表面，以生成石英晶体谐振器的侧壁电极。解决了湿法刻蚀加工石英晶片所带来的横向刻蚀、侧壁垂直度及粗糙度较差等问题，提高了加工精度、降低了加工成本。
Description
技术领域
本公开涉及石英晶体谐振器加工领域，尤其涉及一种石英晶体谐振器的加工方法及装置。
背景技术
石英谐振器是利用电信号频率等于石英晶片固有频率时晶片因压电效应而产生谐振现象而制成的器件。是晶体振荡器和窄带滤波器等的关键元件。石英谐振器种类有很多，例如音叉型石英谐振器、单臂型石英谐振器、石英伸缩谐振器(LER)、惯性谐振器等。石英谐振器结构通常采用基于微电子工艺的光刻、湿法刻蚀、薄膜沉积等工艺制成。一常见工艺为先通过光刻及湿法刻蚀工艺进行石英晶片图形化，之后通过硬掩膜遮挡进行镀膜形成石英谐振器正反面电极或者是镀膜后通过光刻-刻蚀的方法形成正反面电极。另一常见的工艺为在湿法刻蚀进行石英晶片图形化之前，进行正反面电极的光刻加工，石英晶片图形化之后，再对金属进行刻蚀，形成正反面电极。
发明内容
(一)要解决的技术问题
常用工艺中，常出现以下技术问题：
通过硬掩膜遮挡进行镀膜形成石英谐振器正反面电极的方法工艺虽然简单，但正反面电极与石英晶片的对准精度较低，很难控制在1微米之内，容易出现错位问题。
镀膜后通过光刻-刻蚀的方法形成石英谐振器正反面电极的方法虽提高了对准精度，但是被图形化后的石英晶片由于光刻胶难以均匀涂敷且容易碎裂，大大降低正反面电极图形的精度并且会显著提升光刻以及刻蚀的难度。
在湿法刻蚀进行石英晶片图形化之前，进行正反面电极的光刻加工的方法，光刻胶需经过特殊处理，且经过特殊处理后也很难完全抵挡化学溶液的腐蚀，出现脱落、产生气泡等问题。
经过特殊处理的光刻胶也会出现形变等问题，这些都会使刻蚀出来的电极图形产生偏差。由于光刻胶需特殊处理，之后的剥离也会产生很大困难。除此之外，正反面的金属层即作为石英谐振器的表面电极，同时又作为湿法刻蚀石英晶片的掩膜，因此对其厚度有一定要求。
采用湿法刻蚀方法进行石英晶片的图形化时，石英晶体材料为各向异性，刻蚀到一定程度后，由于晶向改变，会使刻蚀速率减慢，导致刻蚀出来的侧壁垂直度较差。加长刻蚀时间可以提高侧壁的垂直度，但同时会增加横向刻蚀的宽度，影响尺寸精度。
另外，湿法刻蚀石英晶体时间较长，并且需要进行多次实验，找到合理的工艺参数，提高侧壁品质，因此会导致成本提高，周期加长。湿法刻蚀所用的溶液也具有很高的危险性，使用后的废液处理不当也会对环境产生污染。
(二)技术方案
本公开提供了一种石英晶体谐振器的加工方法，包括：S1，在石英晶片的第一表面和第二表面依次沉积多层金属并在最外侧表面涂覆光刻胶，其中，第一表面和第二表面为石英晶片上相对的两表面；S2，对步骤S1得到的第一表面和第二表面进行光刻，以形成第一表面电极和第二表面电极的光刻胶图形；S3，刻蚀第一表面和第二表面的金属层，生成第一表面电极和第二表面电极；S4，激光切割步骤S3得到的结构，以得到至少一个初级石英晶体谐振器；S5，蒸镀初级石英晶体谐振器的其他两表面，以生成石英晶体谐振器的侧壁电极。
可选地，步骤S1中多层金属依次为Cr、Au金属层。
可选地，Cr金属层的厚度为20～30nm，Au金属层的厚度为150～200nm。
可选地，步骤S3中采用湿法刻蚀第一表面和第二表面的金属层。
可选地，刻蚀Cr金属层所用溶液为硝酸铈铵和醋酸的混合溶液，刻蚀所述Au金属层所用溶液为碘和碘化钾的混合溶液。
可选地，激光切割至少包括激光隐形切割或激光表面烧蚀切割中的一种。
可选地，采用电子束蒸镀初级石英晶体谐振器的其他两表面，以生成石英晶体谐振器的侧壁电极。
可选地，步骤S5之前还包括采用硬掩膜遮挡不需蒸镀的表面。
可选地，采用初级石英晶体谐振器倾斜45°的方式进行蒸镀初级石英晶体谐振器。
本公开还提供了一种石英晶体谐振器的加工装置，包括：沉积单元，用于在石英晶片的第一表面和第二表面依次沉积多层金属并在最外侧表面涂覆光刻胶，其中，第一表面和第二表面为石英晶片上相对的两表面；光刻单元，用于对沉积单元的第一表面和第二表面进行光刻，以形成第一表面电极和第二表面电极的光刻胶图形；刻蚀单元，用于刻蚀第一表面和第二表面的金属层，生成第一表面电极和第二表面电极；切割单元，用于采用激光切割刻蚀单元得到的结构，以得到至少一个初级石英晶体谐振器；蒸镀单元，用于蒸镀初级石英晶体谐振器的其他两表面，以生成石英晶体谐振器的侧壁电极。
(三)有益效果
本发明通过激光加工实现石英晶片的图形化，解决了湿法刻蚀加工石英晶片所带来的横向刻蚀、侧壁垂直度及粗糙度较差等问题，提高了侧壁品质、正反面电极的图形精度以及对准精度。除此之外，该方法相对于湿法刻蚀实现晶圆图形化的方法加工时间更短、危险性更低、对环境污染更小，降低了工艺风险。
不需要采用湿法刻蚀的方式对石英晶片进行加工，因此在采用光刻-刻蚀的方法形成音叉整反面电极时避免了腐蚀溶液以及特殊处理后对光刻胶的影响，提高了正反面电极图形的加工精度。同时避免了采用硬掩膜遮挡蒸镀正反面电极所带来的错位问题，实现了高精度的复杂电极图形的加工，降低了工艺的复杂程度。
附图说明
图1示意性示出了本公开实施例中石英晶体谐振器的加工方法步骤图；
图2A示意性示出了本公开实施例中石英晶片的结构图；
图2B示意性示出了本公开实施例中石英晶片沉积多层金属层和光刻胶后的结构示意图；
图2C示意性示出了本公开实施例中光刻形成的第一表面和第二表面电极光刻胶图形的结构示意图；
图2D示意性示出了本公开实施例中湿法刻蚀图2C中金属层后的结构示意图；
图2E示意性示出了本公开实施例中图2D所示去除光刻胶后的结构示意图；
图2F示意性示出了本公开实施例中激光切割图2E中结构所得初级石英晶体谐振器结构；
图2G示意性示出了本公开实施例中石英晶体谐振器的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种石英晶体谐振器的加工方法，如图1所示，包括：S1，在石英晶片的第一表面和第二表面依次沉积多层金属并在最外侧表面涂覆光刻胶，其中，第一表面和第二表面为石英晶片上相对的两表面；S2，对步骤S1得到的第一表面和第二表面进行光刻，以形成第一表面电极和第二表面电极的光刻胶图形；S3，刻蚀第一表面和第二表面的金属层，生成第一表面电极和第二表面电极；S4，激光切割步骤S3得到的结构，以得到至少一个初级石英晶体谐振器；S5，蒸镀初级石英晶体谐振器的其他两表面，以生成石英晶体谐振器的侧壁电极。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
S1，在石英晶片的第一表面和第二表面依次沉积多层金属并在最外侧表面涂覆光刻胶，其中，第一表面和第二表面为石英晶片上相对的两表面。
清洗图2A所示的石英晶片。在石英晶片的第一表面和第二表面依次沉积多层金属，如图2B所示，第一表面可以为图2B所示方向的上表面，第二表面可以为图2B所示方向的下表面。
依次沉积的金属可以为Cr和Au，以用于后续形成第一表面电极和第二表面电极。Cr金属层的厚度优选为20～30nm，Au金属层的厚度优选为150～200nm。
在最外侧金属层的表面均匀涂覆一层光刻胶。
S2，对步骤S1得到的第一表面和第二表面进行光刻，以形成第一表面电极和第二表面电极的光刻胶图形。
对步骤S1得到的第一表面进行曝光、显影，对步骤S1得到的第二表面进行套刻、显影，然后进行后烘，形成第一表面电极和第二表面电极的光刻胶图形，如图2C所示。
S3，刻蚀第一表面和第二表面的金属层，生成第一表面电极和第二表面电极。
可以采用湿法刻蚀第一表面和第二表面的金属层，如图2D所示。刻蚀Cr金属层所用溶液可以为硝酸铈铵和醋酸的混合溶液，刻蚀Au金属层所用溶液可以为碘和碘化钾的混合溶液。去除光刻胶，得到第一表面电极和第二表面电极，如图2E所示。
S4，激光切割步骤S3得到的结构，以得到至少一个初级石英晶体谐振器。
切割前需要将激光束与石英晶圆图形化的相应位置进行对准，然后通过激光切割实现石英晶片的图形化，如图2F所示，激光切割至少包括激光隐形切割或激光表面烧蚀切割中的一种。
S5，蒸镀初级石英晶体谐振器的其他两表面，以生成石英晶体谐振器的侧壁电极。
可以采用电子束蒸镀初级石英晶体谐振器的其他两表面，以生成石英晶体谐振器的侧壁电极，如图2G所示。
采用硬掩膜遮挡不需蒸镀的表面，将硬掩膜及初级石英晶体谐振器倾斜45°固定在蒸发源上进行蒸镀，形成石英音叉一侧侧壁电极。之后将初级石英晶体谐振器旋转90°，蒸镀形成另一侧侧壁电极。其中，需根据侧壁电极尺寸、倾斜角度以及硬掩膜厚度合理设计硬掩膜尺寸，提高尺寸精度。蒸镀方式采用电子束蒸镀。
本发明提供了一种基于激光图形化的微机械石英晶体谐振器结构加工方法，解决了湿法刻蚀实现石英晶片图形化所带来的一系列问题，简化了制备工艺流程，实现了高精度石英谐振器结构加工。
本公开另一方面提供了一种石英晶体谐振器的加工装置，包括：
沉积单元，用于在石英晶片的第一表面和第二表面依次沉积多层金属并在最外侧表面涂覆光刻胶，其中，第一表面和第二表面为石英晶片上相对的两表面。
光刻单元，用于对沉积单元的第一表面和第二表面进行光刻，以形成第一表面电极和第二表面电极的光刻胶图形。
刻蚀单元，用于刻蚀第一表面和第二表面的金属层，生成第一表面电极和第二表面电极。
切割单元，用于采用激光切割刻蚀单元得到的结构，以得到至少一个初级石英晶体谐振器。
蒸镀单元，用于蒸镀初级石英晶体谐振器的其他两表面，以生成石英晶体谐振器的侧壁电极。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种石英晶体谐振器的加工方法，包括：
S1，在石英晶片的第一表面和第二表面依次沉积多层金属并在最外侧表面涂覆光刻胶，其中，第一表面和第二表面为所述石英晶片上相对的两表面；
S2，对所述步骤S1得到的第一表面和第二表面进行光刻，以形成第一表面电极和第二表面电极的光刻胶图形；
S3，刻蚀所述第一表面和第二表面的金属层，生成所述第一表面电极和第二表面电极；
S4，激光切割所述步骤S3得到的结构，以得到至少一个初级石英晶体谐振器；
S5，蒸镀所述初级石英晶体谐振器的其他两表面，以生成石英晶体谐振器的侧壁电极。
2.根据权利要求1所述的加工方法，所述步骤S1中多层金属依次为Cr、Au金属层。
3.根据权利要求1所述的加工方法，所述Cr金属层的厚度为20～30nm，Au金属层的厚度为150～200nm。
4.根据权利要求3所述的加工方法，所述步骤S3中采用湿法刻蚀所述第一表面和第二表面的金属层。
5.根据权利要求4所述的加工方法，刻蚀所述Cr金属层所用溶液为硝酸铈铵和醋酸的混合溶液，刻蚀所述Au金属层所用溶液为碘和碘化钾的混合溶液。
6.根据权利要求1所述的加工方法，所述激光切割至少包括激光隐形切割或激光表面烧蚀切割中的一种。
7.根据权利要求1所述的加工方法，采用电子束蒸镀所述初级石英晶体谐振器的其他两表面，以生成石英晶体谐振器的侧壁电极。
8.根据权利要求1所述的加工方法，所述步骤S5之前还包括采用硬掩膜遮挡不需蒸镀的表面。
9.根据权利要求1或8所述的加工方法，采用初级石英晶体谐振器倾斜45°的方式进行蒸镀所述初级石英晶体谐振器。
10.一种石英晶体谐振器的加工装置，包括：
沉积单元，用于在石英晶片的第一表面和第二表面依次沉积多层金属并在最外侧表面涂覆光刻胶，其中，第一表面和第二表面为所述石英晶片上相对的两表面；
光刻单元，用于对所述沉积单元的第一表面和第二表面进行光刻，以形成第一表面电极和第二表面电极的光刻胶图形；
刻蚀单元，用于刻蚀所述第一表面和第二表面的金属层，生成所述第一表面电极和第二表面电极；
切割单元，用于采用激光切割所述刻蚀单元得到的结构，以得到至少一个初级石英晶体谐振器；
蒸镀单元，用于蒸镀所述初级石英晶体谐振器的其他两表面，以生成石英晶体谐振器的侧壁电极。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |