[發明專利]硅襯底結構和氮化鋁壓電諧振器件及其制備方法

在審

• 申請號: 202111472214.5
• 申請日: 2021-12-02
• 公開（公告）號: CN114142821A
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 趙繼聰;張敖宇;孫海燕;施佺;宋晨光
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: H03H3/007
• 分類號: H03H3/007;H03H3/02;H03H3/08;H03H9/02
• 代理公司: 江蘇隆億德律師事務所 32324
• 代理人: 倪金磊

本發明公開了一種氮化鋁壓電諧振器件及其硅襯底結構的制備方法及氮化鋁壓電諧振器件及其硅襯底結構，硅襯底結構的制備方法的步驟包括：在硅襯底的上表面刻蝕形成用于包圍至少部分待釋放區域的回流槽；采用高硼硅玻璃在回流槽中形成頂部與硅襯底表面平齊的釋放保護層，釋放保護層限定出待釋放區域。氮化鋁壓電諧振器件的制備方法的步驟包括制備硅襯底結構；在硅襯底結構上完成壓電諧振器件的結構制備；在壓電層上刻蝕釋放孔并對待釋放區域進行釋放形成釋放腔。本申請的方法能夠使得在溫度發生變化的時候，整體器件產生的熱應力較低，避免導致器件結構變形或斷裂使器件性能下降，且能夠將釋放硅的范圍限制在釋放保護層內，避免硅襯底受到過度刻蝕。

技術領域

本發明涉及微機電系統諧振器件制造技術領域，尤其涉及一種硅襯底 結構和氮化鋁壓電諧振器件及其制備方法。

背景技術

隨著5G技術的應用與進一步發展，微機電系統(MEMS)諧振器在射 頻無線通信中的應用更加廣泛。表面聲波(SAW)諧振器和薄膜體聲波諧 振器(FBAR)一直主導著射頻前端部件的市場。SAW諧振器可以在芯片 上實現多頻集成，而FBAR具有高頻、高Q的優點，二者因為各自獨特的 優勢在不同的領域受到廣泛的應用與研發。與此同時，科研人員不斷研究嘗試能夠提高壓電諧振器件性能的方法，其中，采用空腔型的諧振器是提 高諧振器性能的有效途徑。由于氮化鋁和空氣之間存在較大的聲學失配， 只有極少的能量傳輸到空氣中，因此諧振器采用空腔能夠使能量最大限度 的限制在諧振器件內。

目前為止，主要有兩種制造方法來實現壓電諧振器的懸空：第一種方 法是使用XeF₂氣體通過釋放孔釋放硅，但各向同性刻蝕會刻蝕到其他材料， 形成凹陷區域，導致能量損失，既影響諧振器的Q值又可能導致諧振器脫 落；第二種方法對第一種方法進行了改進，使用低壓化學氣相沉積(LPCVD) 工藝在硅片上沉積一層二氧化硅作為釋放保護層。目前，沉積一層二氧化 硅作為釋放保護層仍然存在兩方面的問題：一方面，使用LPCVD工藝沉積 的二氧化硅不夠致密，可能導致釋放多晶硅的XeF₂氣體從釋放保護層溢出， 從而導致器件釋放失敗或破裂；另一方面，二氧化硅的熱膨脹系數與硅的 熱膨脹系數存在一定的差異，因而在溫度發生變化時會產生較大的熱應力， 這將引起器件結構的變形或斷裂從而導致器件性能的下降。

針對上述存在的問題和缺陷，現有的工藝并沒有有效的解決途徑，因 此如何實現諧振器的懸空并同時具備優異的性能是目前亟需解決的問題。

發明內容

針對現有技術的不足之處，本發明提供了一種硅襯底結構和氮化鋁壓 電諧振器件及其制備方法。其能夠實現諧振器懸空以提高諧振器性能，同 時不會破壞器件的結構，以很好地保持諧振器的高性能。

根據本發明的一方面，提供了一種硅襯底結構制備方法，步驟包括：

在硅襯底的上表面刻蝕形成用于包圍至少部分待釋放區域的回流槽；

采用高硼硅玻璃在回流槽中形成頂部與硅襯底表面平齊的釋放保護層， 釋放保護層限定出待釋放區域。

采用本申請的硅襯底結構制備方法，其通過在硅襯底上表面刻蝕形成 凹陷形的回流槽，并在回流槽中采用高硼硅玻璃形成釋放保護層，使得在 溫度發生變化的時候，產生的熱應力較低，以避免使用硅襯底結構制備氮 化鋁壓電諧振器件時由于溫度發生變化產生的較大熱應力引起器件結構的 變形或斷裂從而導致器件性能下降的情況，同時通過高硼硅玻璃形成的釋 放保護層能夠很好地在釋放硅襯底的時候將釋放范圍限制在釋放保護層內， 以避免硅襯底受到過度刻蝕而形成凹陷區域，導致制備出的氮化鋁壓電諧 振器件發生斷裂或性能下降。

在一些實施方式中，采用高硼硅玻璃在回流槽中形成頂部與硅襯底表 面平齊的釋放保護層，可以實現為：

將高硼硅玻璃陽極鍵合在硅襯底的上表面；

對高硼硅玻璃施加高溫高壓，使高硼硅玻璃軟化并填充回流槽；