[发明专利]一种微机械谐振器、其制备及频率微调校正方法

权利要求书

1.一种微机械压电谐振器，其特征在于：

包含衬底硅片、谐振振子、调频层、金属焊盘和薄膜封装层；

所述谐振振子从下到上依次由结构硅层、氧化硅层、底电极层、压电层和顶电极层堆叠而成；

所述调频层悬空于谐振振子上方或者侧上方；

所述谐振振子含有辅助调频结构，其结构为方形板或者圆形板结构，并通过梁与谐振振子连接；所述调频层还 位于悬空在辅助调频结构上方或位于辅助调频结构部分表面；调频层的结构包括平板、折叠梁和蛇形梁；

所述薄膜封装层由支撑层和封装层组成，位于调频层上方，并与衬底硅片形成真空腔室，将谐振振子、调频层密封在真空腔室中；

所述底电极层、顶电极层和调频层通过电学布线连接到金属焊盘实现电学互连。

2.根据权利要求1所述的微机械压电谐振器，其特征在于：所述底电极层、顶电极层和调频层的材料选自半导体或导体材料；所述导体材料为铝（Al）、金（Au）、铂（Pt）或钼（Mo）；所述半导体材料为掺杂的多晶硅；所述压电层选自氮化铝（AlN）、氧化锌（ZnO）或者锆钛酸铅（PZT）；所述支撑层、封装层均由薄膜材料制成，其材料选自非晶硅、多晶硅、氮化硅或氮化铝。

3.根据权利要求1所述的微机械压电谐振器，其特征在于，所述谐振振子的结构选自长方体、圆盘、圆环、悬臂梁、固支梁或音叉结构。

4.一种权利要求1-3任一项所述的谐振器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）采用热氧化或者化学气相沉积的方法在带空腔的绝缘衬底硅片（Cavity-Silicon-on-insulator，CSOI）上表面制备一层氧化硅；

（2）在氧化硅表面沉积底电极层，并进行图案化光刻和刻蚀，保留对应预制备谐振振子区域和电学互连区域；

（3）在底电极层表面制备压电层；

（4）在压电层上制备顶电极层；

（5）在顶电极层上沉积第一牺牲层，在所述牺牲层上刻蚀出连接其下方顶电极的接触孔；

（6）在第一牺牲层上沉积一层调频层，并对调频层进行图案化及刻蚀；

（7）在调频层上表面制备第二牺牲层；首先在第二牺牲层表面图刻蚀出凹槽至压电层上表面，之后采用图案化光刻和刻蚀技术从第二牺牲层表面刻蚀出通槽通至衬底硅的空腔，刻蚀出谐振振子结；

（8）在第二牺牲层表面制备一层整面覆盖的支撑层，并在支撑层上刻蚀出若干释放孔，然后利用气相化学腐蚀介质腐蚀掉谐振空腔区域中所有牺牲层形成谐振腔，并释放谐振振子和调频层；

（9）在支撑层上表面沉积一层封装层，然后在封装层表面电学连接区域刻蚀接触孔，露出与外界电学互联的金属焊盘，即完成微机械压电谐振器。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述压电层选自氮化铝（AlN）、氧化锌（ZnO）或者锆钛酸铅（PZT）；底电极层、顶电极层和调频层的材料选自半导体或导体材料；所述导体材料为铝（Al）、金（Au）、铂（Pt）或钼（Mo）；所述半导体材料为掺杂的多晶硅；所述第一牺牲层、第二牺牲层选自氧化硅；所述支撑层、封装层均由薄膜材料制成，其材料选自非晶硅、多晶硅、氮化硅或氮化铝。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述步骤（1）、（2）氧化硅层和底电极金属层的制备还可以采用离子注入或扩散的方法对CSOI顶层硅进行重掺杂，利用重掺杂的硅作为压电谐振器的底电极。

7.根据权利要求4所述方法，其特征在于，步骤（8）、（9）所述薄膜封装采用分子束外延生长、低压化学气相沉积或等离子体增强化学气相沉积法以沉积支撑层和封装层。