[發明專利]一種石英晶體諧振器的加工方法及裝置

在審

• 申請號: 202010224337.6
• 申請日: 2020-03-26
• 公開（公告）號: CN113452335A
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 李磊;劉濤;張明燁;王玥;冷興龍;張凌云;李楠;趙麗莉;何萌;夏洋
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H03H3/007
• 分類號: H03H3/007
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周天宇

本公開提供了一種石英晶體諧振器的加工方法，包括：S1，在石英晶片的第一表面和第二表面依次沉積多層金屬并在最外側表面涂覆光刻膠，其中，第一表面和第二表面為石英晶片上相對的兩表面；S2，對步驟S1得到的第一表面和第二表面進行光刻，以形成第一表面電極和第二表面電極的光刻膠圖形；S3，刻蝕第一表面和第二表面的金屬層，生成第一表面電極和第二表面電極；S4，激光切割步驟S3得到的結構，以得到至少一個初級石英晶體諧振器；S5，蒸鍍初級石英晶體諧振器的其他兩表面，以生成石英晶體諧振器的側壁電極。解決了濕法刻蝕加工石英晶片所帶來的橫向刻蝕、側壁垂直度及粗糙度較差等問題，提高了加工精度、降低了加工成本。

技術領域

本公開涉及石英晶體諧振器加工領域，尤其涉及一種石英晶體諧振器的加工方法及裝置。

背景技術

石英諧振器是利用電信號頻率等于石英晶片固有頻率時晶片因壓電效應而產生諧振現象而制成的器件。是晶體振蕩器和窄帶濾波器等的關鍵元件。石英諧振器種類有很多，例如音叉型石英諧振器、單臂型石英諧振器、石英伸縮諧振器(LER)、慣性諧振器等。石英諧振器結構通常采用基于微電子工藝的光刻、濕法刻蝕、薄膜沉積等工藝制成。一常見工藝為先通過光刻及濕法刻蝕工藝進行石英晶片圖形化，之后通過硬掩膜遮擋進行鍍膜形成石英諧振器正反面電極或者是鍍膜后通過光刻-刻蝕的方法形成正反面電極。另一常見的工藝為在濕法刻蝕進行石英晶片圖形化之前，進行正反面電極的光刻加工，石英晶片圖形化之后，再對金屬進行刻蝕，形成正反面電極。

發明內容

(一)要解決的技術問題

常用工藝中，常出現以下技術問題：

通過硬掩膜遮擋進行鍍膜形成石英諧振器正反面電極的方法工藝雖然簡單，但正反面電極與石英晶片的對準精度較低，很難控制在1微米之內，容易出現錯位問題。

鍍膜后通過光刻-刻蝕的方法形成石英諧振器正反面電極的方法雖提高了對準精度，但是被圖形化后的石英晶片由于光刻膠難以均勻涂敷且容易碎裂，大大降低正反面電極圖形的精度并且會顯著提升光刻以及刻蝕的難度。

在濕法刻蝕進行石英晶片圖形化之前，進行正反面電極的光刻加工的方法，光刻膠需經過特殊處理，且經過特殊處理后也很難完全抵擋化學溶液的腐蝕，出現脫落、產生氣泡等問題。

經過特殊處理的光刻膠也會出現形變等問題，這些都會使刻蝕出來的電極圖形產生偏差。由于光刻膠需特殊處理，之后的剝離也會產生很大困難。除此之外，正反面的金屬層即作為石英諧振器的表面電極，同時又作為濕法刻蝕石英晶片的掩膜，因此對其厚度有一定要求。

采用濕法刻蝕方法進行石英晶片的圖形化時，石英晶體材料為各向異性，刻蝕到一定程度后，由于晶向改變，會使刻蝕速率減慢，導致刻蝕出來的側壁垂直度較差。加長刻蝕時間可以提高側壁的垂直度，但同時會增加橫向刻蝕的寬度，影響尺寸精度。

另外，濕法刻蝕石英晶體時間較長，并且需要進行多次實驗，找到合理的工藝參數，提高側壁品質，因此會導致成本提高，周期加長。濕法刻蝕所用的溶液也具有很高的危險性，使用后的廢液處理不當也會對環境產生污染。

(二)技術方案

本公開提供了一種石英晶體諧振器的加工方法，包括：S1，在石英晶片的第一表面和第二表面依次沉積多層金屬并在最外側表面涂覆光刻膠，其中，第一表面和第二表面為石英晶片上相對的兩表面；S2，對步驟S1得到的第一表面和第二表面進行光刻，以形成第一表面電極和第二表面電極的光刻膠圖形；S3，刻蝕第一表面和第二表面的金屬層，生成第一表面電極和第二表面電極；S4，激光切割步驟S3得到的結構，以得到至少一個初級石英晶體諧振器；S5，蒸鍍初級石英晶體諧振器的其他兩表面，以生成石英晶體諧振器的側壁電極。

可選地，步驟S1中多層金屬依次為Cr、Au金屬層。

可選地，Cr金屬層的厚度為20～30nm，Au金屬層的厚度為150～200nm。