【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微机电传感器，涉及一种mems熔融石英谐振式传感器的加工方法，具体涉及一种电磁驱动的高品质因数mems熔融石英谐振式传感器加工方法
技术介绍
1、基于微机电系统(mems)技术的传感器具有体积小、功耗低、寿命长、可批量生产、价格便宜等特点。其中，谐振式传感器作为传感器的一类，广泛用于多种物理参数测量，包括温度、压力、应力、角速度以及加速度等，具有极其广阔的市场前景。
2、品质因数是谐振器最重要的指标参数，可以反应谐振器在振动中的阻尼比以及能量耗散情况，是每个振动周期内谐振器总能量相对于耗散能量的比值，可以直观的表示机械放大因数以及传感器的灵敏度。品质因数越高谐振器的机械热噪声越小，传感器对待测参数的敏感程度越高，响应速度越快。
3、目前，大部分的平面化谐振器基于硅基材料制作。硅基材料受热弹阻尼影响达到了性能瓶颈，致使传感器的性能难以得到显著的提升。熔融石英热膨胀系数小，是制备高q值陀螺理想化的材料，如三维壳体结构谐振器中半球谐振陀螺仪以及音叉等，均采用熔融石英制作，获得了千万级别的品质因数。相对于高品质因数的三维壳体结构谐振器需要单独加工，基于mems工艺的二维平面化加工更具有成本优势，可以实现批量化制作，具有高的体积与成本优势。
4、由于熔融石英不具备导电性，需要在表面金属化制作电极，并通过静电、电磁或者压电方式实现驱动与信号检测。静电驱动力受电极间距影响较大，对加工装配误差要求严格，电极间距大则静电力较小驱动力不足，电极间距过小则容易受静电非线性影响会影响传感器的性能。压电驱
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种可明显提高传感器品质因数的mems熔融石英谐振式传感器的加工方法。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案。
3、一种mems熔融石英谐振式传感器的加工方法，包括以下步骤：
4、(1)将熔融石英晶圆进行清洗，去除表面的附着污染；
5、(2)采用圆偏振飞秒贝塞尔激光诱导在熔融石英晶圆表面沿所需加工轨迹钻孔，加工出待释放结构；
6、(3)将步骤(2)所得熔融石英进行湿法腐蚀，释放出钻孔闭合区域，保留所需传感器结构；
7、(4)采用高温火焰喷烧对传感器结构的表面与侧壁进行抛光；
8、(5)进行高温精密退火；
9、(6)采用磁控溅射在结构表面先后沉积铬层与金层；
10、(7)在镀金属面喷涂负性光刻胶；
11、(8)负性光刻胶套刻电极图层；
12、(9)光刻胶显影；
13、(10)金层、铬层腐蚀图形化；
14、(11)清洗去除表面残余光刻胶；
15、(12)采用碱性溶液活化传感器晶圆表面；
16、(13)采用氢氟酸溶液或氢氧化钾溶液腐蚀预处理石英基座，进行清洗；
17、(14)使用高温胶粘接石英基座与下磁帽；
18、(15)采用碱性溶液浸泡，实现石英基座表面活化；
19、(16)将石英基座与传感器晶圆对准贴合，并真空静压；
20、(17)通过真空高温氢氛围退火；
21、(18)组装磁芯与上磁帽。
22、上述的mems熔融石英谐振式传感器的加工方法，优选的，步骤(4)中，所述高温火焰喷烧采用的火焰类型为丙烷与氧气的混合气体，丙烷的流量为1.2l/min～3l/min，氧气的流量为1l/min～8l/min，高温火焰的温度为1300℃～1700℃。
23、上述的mems熔融石英谐振式传感器的加工方法，优选的，步骤(5)中，所述高温精密退火的工艺过程为：以500℃/min～800℃/min的速率升温至1000℃～1150℃，恒温6h～12h后以1℃/min～3℃/min的速率下降到800℃并保温1h～6h，最后随炉冷却。
24、上述的mems熔融石英谐振式传感器的加工方法，优选的，步骤(2)中，所述圆偏振飞秒贝塞尔激光诱导的工艺条件为：激光波长为800nm，脉宽为200fs～6000fs，单脉冲能量为40μj～250μj，脉冲打孔间距为1μm～7μm。
25、上述的mems熔融石英谐振式传感器的加工方法，优选的，步骤(3)中，所述湿法腐蚀采用5％～30％质量分数的氢氟酸溶液或者8mol/l～10mol/l的氢氧化钾溶液，20℃～80℃水浴加热并铺以超声振荡，超声功率为0～800w超声湿法腐蚀。
26、上述的mems熔融石英谐振式传感器的加工方法，优选的，步骤(6)中，所述铬层的厚度为5nm～30nm，所述金层的厚度为50nm～500nm；步骤(7)中，所述负性光刻胶的喷涂厚度为3μm～15μm。
27、上述的mems熔融石英谐振式传感器的加工方法，优选的，步骤(11)中，采用食人鱼溶液或丙酮清洗去除表面残余光刻胶。
28、上述的mems熔融石英谐振式传感器的加工方法，优选的，步骤(12)中，所述碱性溶液为氨水溶液、tmah(四甲基氨基氢氧化物)溶液、koh溶液或naoh溶液，所述碱性溶液为低浓度碱性溶液，所述碱性溶液的质量分数为1％～12％。
29、上述的mems熔融石英谐振式传感器的加工方法，优选的，步骤(15)中，所述碱性溶液为氨水溶液、tmah(四甲基氨基氢氧化物)溶液、koh溶液或naoh溶液，所述碱性溶液为低浓度碱性溶液，所述碱性溶液的质量分数为1％～12％。
30、上述的mems熔融石英谐振式传感器的加工方法，优选的，步骤(13)中，所述腐蚀预处理的温度为70℃～90℃，所述腐蚀预处理的时间为30min～50min。
31、上述的mems熔融石英谐振式传感器的加工方法，优选的，步骤(14)中，所述高温胶需满足：抗受温度≥240℃。
32、上述的mems熔融石英谐振式传感器的加工方法，优选的，步骤(16)中，所述真空静压的真空度为0.1pa～20000pa，所述真空静压的时间为8h～24h。
33、上述的mems熔融石英谐振式传感器的加工方法，优选的，步骤(17)中，所述真空高温氢氛围退火的条件为：退火气氛为h2与ar的混合气氛或者h2与n本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种MEMS熔融石英谐振式传感器的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的MEMS熔融石英谐振式传感器的加工方法，其特征在于，步骤(4)中，所述高温火焰喷烧采用的火焰类型为丙烷与氧气的混合气体，丙烷的流量为1.2L/min～3L/min，氧气的流量为1L/min～8L/min，高温火焰的温度为1300℃～1700℃。
3.根据权利要求1所述的MEMS熔融石英谐振式传感器的加工方法，其特征在于，步骤(5)中，所述高温精密退火的工艺过程为：以500℃/min～800℃/min的速率升温至1000℃～1150℃，恒温6h～12h后以1℃/min～3℃/min的速率下降到800℃并保温1h～6h，最后随炉冷却。
4.根据权利要求1所述的MEMS熔融石英谐振式传感器的加工方法，其特征在于，步骤(2)中，所述圆偏振飞秒贝塞尔激光诱导的工艺条件为：激光波长为800nm，脉宽为200fs～6000fs，单脉冲能量为40μj～250μj，脉冲打孔间距为1μm～7μm。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的MEMS熔融石英谐振
6.根据权利要求1～3中任一项所述的MEMS熔融石英谐振式传感器的加工方法，其特征在于，步骤(6)中，所述铬层的厚度为5nm～30nm，所述金层的厚度为50nm～500nm；步骤(7)中，所述负性光刻胶的喷涂厚度为3μm～15μm。
7.根据权利要求1～3中任一项所述的MEMS熔融石英谐振式传感器的加工方法，其特征在于，步骤(11)中，采用食人鱼溶液或丙酮清洗去除表面残余光刻胶。
8.根据权利要求1～3中任一项所述的MEMS熔融石英谐振式传感器的加工方法，其特征在于，步骤(12)中，所述碱性溶液为氨水溶液、TMAH溶液、KOH溶液或NaOH溶液，所述碱性溶液为低浓度碱性溶液，所述碱性溶液的质量分数为1％～12％；
9.根据权利要求1～3中任一项所述的MEMS熔融石英谐振式传感器的加工方法，其特征在于，步骤(13)中，所述腐蚀预处理的温度为70℃～90℃，所述腐蚀预处理的时间为30min～50min；
10.根据权利要求1～3中任一项所述的MEMS熔融石英谐振式传感器的加工方法，其特征在于，步骤(16)中，所述真空静压的真空度为0.1Pa～20000Pa，所述真空静压的时间为8h～24h。
...【技术特征摘要】
1.一种mems熔融石英谐振式传感器的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的mems熔融石英谐振式传感器的加工方法，其特征在于，步骤(4)中，所述高温火焰喷烧采用的火焰类型为丙烷与氧气的混合气体，丙烷的流量为1.2l/min～3l/min，氧气的流量为1l/min～8l/min，高温火焰的温度为1300℃～1700℃。
3.根据权利要求1所述的mems熔融石英谐振式传感器的加工方法，其特征在于，步骤(5)中，所述高温精密退火的工艺过程为：以500℃/min～800℃/min的速率升温至1000℃～1150℃，恒温6h～12h后以1℃/min～3℃/min的速率下降到800℃并保温1h～6h，最后随炉冷却。
4.根据权利要求1所述的mems熔融石英谐振式传感器的加工方法，其特征在于，步骤(2)中，所述圆偏振飞秒贝塞尔激光诱导的工艺条件为：激光波长为800nm，脉宽为200fs～6000fs，单脉冲能量为40μj～250μj，脉冲打孔间距为1μm～7μm。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的mems熔融石英谐振式传感器的加工方法，其特征在于，步骤(3)中，所述湿法腐蚀采用5％～30％质量分数的氢氟酸溶液或者8mol/l～10mol/l的氢氧化钾溶液，2...
【专利技术属性】
技术研发人员：王呈祥，肖定邦，李青松，吴学忠，吴宇列，吴锴，席翔，张勇猛，侯占强，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
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