[發明專利]一種聲表面波傳感器及其制備方法

在審

• 申請號: 202210008827.1
• 申請日: 2022-01-06
• 公開（公告）號: CN114335319A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 林炳輝;劉炎;蔡耀;詹道棟;孫成亮;孫博文
• 申請（專利權）人: 武漢敏聲新技術有限公司
• 主分類號: H01L41/047
• 分類號: H01L41/047;H01L41/113;H01L41/29;H01L41/312;H03H3/08;H03H9/25
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 崔熠

本發明公開了一種聲表面波傳感器及其制備方法，涉及傳感器技術領域，本發明的聲表面波傳感器及其制備方法,包括在硅襯底上依次鋪設的鍵合層、金屬層和單晶壓電薄膜層，單晶壓電薄膜層上設置有叉指電極。本發明提供的聲表面波傳感器及其制備方法，能夠提高聲表面波傳感器的靈敏度、增強機電耦合效應。

技術領域

本申請涉及傳感器技術領域，具體而言，涉及一種聲表面波傳感器及其制備方法。

背景技術

聲表面波器件是由壓電材料基片和沉淀在基片上不同功能的叉指換能器組成。叉指換能器是金屬電極，其形狀如手指交叉，故稱叉指換能器。聲表面波(SAW)傳感器的壓電轉換元件具有自發和可逆兩種重要性能，即壓電效應。壓電效應的原理是，如果對壓電材料施加壓力，它便會產生電位差(稱之為正壓電效應)，反之施加電壓，則產生機械應力(稱為逆壓電效應)。如果壓力是一種高頻震動，則產生的就是高頻電流。而高頻電信號加在壓電陶瓷上時，則產生高頻聲信號(機械震動)，即我們平常所說的超聲波信號。聲表面波(SAW)傳感器傳感器因其具有體積小、重量輕、結構簡單、工作可靠、固有頻率高、靈敏度和信噪比高、可遠距離探測等優點，具有廣泛應用前景，并朝著便攜式、多參數測量和高靈敏度的趨勢發展。

而現有技術中的聲表面波傳感器一般沒有下電極，使得聲表面波傳感器的性能沒有達到最佳，即便想要制造具有下電極的聲表面波諧振器，如果直接在硅襯底上依次沉積下電極和壓電薄膜，所制得的壓電薄膜并不是單晶的，即會導致聲表面波傳感器性能較差，因此聲表面波諧振器的性能沒有達到最優。

發明內容

本申請的目的在于提供一種聲表面波傳感器及其制備方法，能夠提高聲表面波傳感器的靈敏度、增強機電耦合效應。

本申請的實施例一方面提供了一種聲表面波傳感器，包括在硅襯底上依次鋪設的鍵合層、金屬層和單晶壓電薄膜層，單晶壓電薄膜層上設置有叉指電極。

作為一種可實施的方式，沿叉指電極的叉指排列方向的兩側分別設置有反射柵，反射柵與叉指電極同層設置。

作為一種可實施的方式，單晶壓電薄膜層上開設第一條形通槽，第一條形通槽圍成具有自由端和固定端的工作區域，金屬層上對應第一條形通槽位置開設第二條形通槽，鍵合層上對應第二條形通槽開設有第三條形通槽，第一條形通槽位于反射柵和叉指電極的外側，硅襯底上設置有凹槽，第三條形通槽與凹槽連通，凹槽的截面積大于所述工作區域。

作為一種可實施的方式，第一條形通通槽包括三個，三個第一條形通槽相互垂直且首尾相連，三個第一條形通槽的端點的連線圍合成長方形，三個第一條形通槽的投影落入凹槽的投影范圍內，以使工作區域與硅襯底形成懸臂梁結構。

作為一種可實施的方式，第一條形通槽包括三個，三個第一條形通槽首尾相連且三個第一條形通槽的端點連線圍合成梯形，且梯形的底邊為工作區域的自由端。

作為一種可實施的方式，凹槽與工作區域對應設置，三個第一條形通槽的投影與凹槽的投影的三個邊緣重合。

作為一種可實施的方式，單晶壓電薄膜層為A l N層或者ScA l N層。

一種聲表面波傳感器的制備方法，包括：提供器件晶圓，器件晶圓包括單晶襯底以及在單晶襯底上依次層疊設置的單晶壓電薄膜層、金屬層和第一鍵合層；提供蓋帽晶圓，蓋帽晶圓包括硅襯底以及在硅襯底上設置的第二鍵合層；器件晶圓與蓋帽晶圓通過第一鍵合層和第二鍵合層鍵合；去除器件晶圓的單晶襯底；在單晶壓電薄膜層上制備叉指電極和反射柵。

作為一種可實施的方式，在單晶壓電薄膜層上制備叉指電極和反射柵之后，聲表面波傳感器的制備方法還包括：刻蝕硅襯底，在硅襯底遠離第二鍵合層的側面的中心位置處形成方槽；刻蝕器件晶圓和第二鍵合層，在器件晶圓上形成第四條形通槽，在第二鍵合層上對應第四條形通槽形成第五條形通槽，第四條形通槽包括三個，三個第四條形通槽相互垂直且首尾相連，三個第四條形通槽的投影與方槽的投影的邊緣重合。