[發明專利]一種微機械壓電式圓盤諧振器及其制作方法

在審

• 申請號: 202010095279.1
• 申請日: 2020-02-16
• 公開（公告）號: CN111200411A
• 公開（公告）日: 2020-05-26
• 發明（設計）人: 趙繼聰;諸政;孫海燕;宋晨光;孫玲
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: H03H3/02
• 分類號: H03H3/02;H03H9/17
• 代理公司: 江蘇隆億德律師事務所 32324
• 代理人: 倪金磊

本發明提供一種微機械壓電式圓盤諧振器，包括壓電式器件及底部支撐結構，壓電式器件包括頂部輸入電極、底部接地電極以及設于頂部輸入電極和底部接地電極之間的壓電振動層；底部支撐結構包括基底及固定于底部接地電極底部中心位置與基底與之間的支撐錨，支撐錨為材料選自低阻硅。本發明優化了錨點設計，將傳統的側向支撐結構改為中心支撐，具有更小的錨點損耗、更高的品質因數，器件性能更加優越。基于此，本發明還提供了上述圓盤諧振器的制作方法。

技術領域

本發明涉及微機械諧振器的技術領域，更具體地涉及一種微機械壓電式圓盤諧振器及其制作方法。

背景技術

時鐘芯片作為電路系統中的時間基準源，在電路系統中有著重要的作用。傳統的時鐘芯片一般采用石英晶振作為諧振器產生信號波形，但石英晶振的體積很難減小，較大的體積阻礙了電路系統的微型化。近年來，由于微加工技術的進步，MEMS諧振器得到了很大的發展，其具有尺寸小、功耗小、成本低、與CMOSIC(互補氧金屬化物半導體集成電路)工藝相兼容等優點。其中，微機械圓盤諧振器是近幾年發展起來的一種射頻諧振器，相比其他射頻諧振器，微機械圓盤諧振器具有高的品質因子(Q)，滿足目前移動通信手機、互聯網無線接入系統、藍牙系統等提出的需求。

諧振器的品質因數(Q)是反應諧振器特性的最重要的參數之一，高的品質因數意味著器件插入損耗小、能量消耗少、相位噪聲低、帶寬窄、諧振幅度大、諧振電路選擇性好等，能夠帶來調頻范圍、功耗、線性度等性能的改善，如何獲取高Q值(10³)諧振器件長期以來一直是頻率參考元器件研究的熱點。因此，如何優化器件結構以得到高品質因數，是目前亟需解決的問題。

發明內容

針對傳統壓電式圓盤諧振器存在的問題至少之一，本發明提供一種微機械壓電式圓盤諧振器。

一方面，本發明提供一種微機械壓電式圓盤諧振器，包括：壓電式器件及底部支撐結構，

壓電式器件包括頂部輸入電極、底部接地電極以及設于頂部輸入電極和底部接地電極之間的壓電振動層；

底部支撐結構包括基底及固定于底部接地電極底部中心位置與基底與之間的支撐錨，支撐錨為材料選自低阻硅。

本發明提供的微機械壓電式圓盤諧振器結構，優化了錨點設計，將傳統的側向支撐結構改為中心支撐，相比傳統克服了傳統MEMS諧振器中存在的缺點，具有更小的錨點損耗、更高的品質因數，器件性能更加優越。并為采用SOI片制作提供基礎。

在一些實施方式中，支撐錨為圓柱體，支撐錨的半徑為3μm，支撐錨高度為1um，壓電式器件為圓盤形，壓電振動層的半徑為30um，厚度為1um，頂部輸入電極與底部接地電極的金屬電極厚度為100nm。

在一些實施方式中，頂部輸入電極材料選用金或鉬，底部接地電極材料選用金或鉬，壓電振動層的材料選用氮化鋁。

在一些實施方式中，底部支撐結構為SOI基片，SOI基片頂層為低阻硅層，中間層為氧化層，底層為高阻硅層，支撐錨為低阻硅層的部分。

另一方面，本發明提供的一種微機械壓電式圓盤諧振器的制作方法，包括如下步驟：

步驟1、干法刻蝕SOI基片頂層低阻硅中心位置周圍預設區域形成用來釋放壓電式器件的凹腔，同時形成位于基片中心的支撐錨，；

步驟2、在凹腔的表面生長第一二氧化硅犧牲層，磨平生長的第一二氧化硅犧牲層至支撐錨露出第一二氧化硅犧牲層上表面；

步驟3、在基片頂部的第一二氧化硅犧牲層上表面以支撐錨為中心淀積金屬層并圖案化制作預設形狀的底部接地電極；

步驟4、淀積氮化鋁層，干法刻蝕圖案化得到預設形狀的壓電振動層并露出底部接地電極端部的接線區域；

步驟5、在刻蝕后的頂部生長第二二氧化硅犧牲層，并磨平至壓電振動層露出上表面；