[发明专利]一种石英梳齿电容式加速度计的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石英梳齿电容式加速度计的制备方法，属于传感技术、微电子机械(MEMS)技术领域。

背景技术

微机械加速度计是基于微电子机械系统(MEMS)加工技术制作而成的一种力学量传感器，可以用于惯性力、倾斜角、振动及冲击等惯性参数的测量。微机械加速度计具有体积小、功耗低、成本少、可靠性高及易于批量生产等优点，已在交通运输、工业控制、惯性导航、医学、仪器检测、军事等很多领域得到了广泛的应用。在各类微机械加速度传感器中，梳齿电容式加速度计由于可增大检测电容，阻尼系数容易控制，因而应用广泛。梳齿电容式加速度计可以通过表面微加工和体微加工实现，由于采用表面微机械工艺制作的传感器敏感质量较小，热机械噪声大，分辨率不高，不能用在惯性导航等领域。而用体微机械工艺可以制作高深宽比的梳齿电容式传感器，因此相比表面微加工工艺制作的传感器具有更高的灵敏度和分辨率。

通常梳齿电容式加速度计采用硅作为结构材料，高深宽比硅结构的体微加工通常需要采用RIE或ICP等刻蚀设备，成本较高，且硅材料作为一种半导体材料，其电学性能易受温度、辐射等多种环境因素的影响。石英晶体是一种高稳定性的绝缘材料，多年来已广泛应用于通信、GPS、传感器等领域，但采用目前的方法石英材料很难获得深宽比大的梳齿结构，因而无法获得较大的敏感电容，传感器的量程非常小。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种石英梳齿电容式加速度计的制备方法，该方法制备得到的加速度计能够得到大的敏感质量块及初始电容值，可以明显提高传感器的灵敏度与分辨率，且可以得到大阻尼比值的加速度计，使传感器工作在过阻尼状态，适用于振动环境下对低频加速度信号的测量。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

一种石英梳齿电容式加速度计的制备方法，加速度计包括上盖板、下盖板和敏感部件，其中敏感部件包括支撑框架、敏感质量块、敏感电极对、悬臂梁、止挡块，其中上盖板和下盖板上均开有凹槽，敏感部件位于上盖板和下盖板之间，敏感质量块两侧设置有可动梳齿，支撑框架两侧设置固定梳齿，所述可动梳齿与固定梳齿配合形成敏感电极对，敏感质量块两端通过悬臂梁与支撑框架连接，具体制备过程如下：

步骤(一)、敏感部件的制备过程如下：

(1)、将石英晶片的正反两面均依次镀铬膜和金膜，形成铬金掩蔽膜层；

(2)、采用光刻的方法形成敏感部件的图形，去除掉没有光刻胶保护的铬膜和金膜；

(3)、去除敏感部件图形上的光刻胶，进行二次光刻，形成敏感部件表面上的连接电极的图形，作为敏感部件的引线电极；

(4)、把光刻有连接电极的石英晶片放入HF与NH4F混合液中，进行高温快速腐蚀，此时连接电极上有光刻胶保护；当可动梳齿与固定梳齿结构分离，且敏感质量块与止挡块结构分离后，停止腐蚀，之后去除连接电极外的铬金膜层，最后去除连接电极上的光刻胶；

(5)、在可动梳齿与固定梳齿的表面蒸镀金属层，形成敏感电极对，并实现敏感电极对与连接电极的连接，完成敏感部件的制备；

步骤(二)、上盖板或下盖板的制备过程如下：

(1)、将石英晶片的正反两面均依次镀铬膜和金膜，形成铬金掩蔽膜层；

(2)、采用光刻的方法形成上盖板或下盖板的图形，去除掉没有光刻胶保护的铬膜和金膜；

(3)、去除上盖板或下盖板图形上的光刻胶，进行二次光刻，形成凹槽的图形；

(4)、把光刻后的上盖板或下盖板放入HF与NH4F混合液中进行腐蚀，得到上盖板或下盖板的图形；

(5)、去除凹槽上的铬膜和金膜，再次进行凹槽低温腐蚀，去除光刻胶，完成上盖板或下盖板的制备。

步骤(三)、将敏感部件放置在上盖板与下盖板之间并对准，通过键合完成加速度计的制备。

在上述石英梳齿电容式加速度计的制备方法中，步骤(一)的(4)中高温快速腐蚀的温度为80℃-90℃，腐蚀速率为2-3μm/s。

在上述石英梳齿电容式加速度计的制备方法中，步骤(一)的(5)中通过金属掩膜蒸发镀膜的方式在可动梳齿与固定梳齿的表面蒸镀金属层。

在上述石英梳齿电容式加速度计的制备方法中，步骤(二)的(5)中低温腐蚀的温度为50℃-60℃。

在上述石英梳齿电容式加速度计的制备方法中，步骤(三)中的敏感部件与上盖板、下盖板采用Au-Au或者石英与石英直接键合实现无缝连接。

在上述石英梳齿电容式加速度计的制备方法中，上盖板和下盖板上开设的凹槽的深度为2-10μm。