[发明专利]硅衬底结构和氮化铝压电谐振器件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氮化铝压电谐振器件及其硅衬底结构的制备方法及氮化铝压电谐振器件及其硅衬底结构，硅衬底结构的制备方法的步骤包括：在硅衬底的上表面刻蚀形成用于包围至少部分待释放区域的回流槽；采用高硼硅玻璃在回流槽中形成顶部与硅衬底表面平齐的释放保护层，释放保护层限定出待释放区域。氮化铝压电谐振器件的制备方法的步骤包括制备硅衬底结构；在硅衬底结构上完成压电谐振器件的结构制备；在压电层上刻蚀释放孔并对待释放区域进行释放形成释放腔。本申请的方法能够使得在温度发生变化的时候，整体器件产生的热应力较低，避免导致器件结构变形或断裂使器件性能下降，且能够将释放硅的范围限制在释放保护层内，避免硅衬底受到过度刻蚀。

技术领域

本发明涉及微机电系统谐振器件制造技术领域，尤其涉及一种硅衬底 结构和氮化铝压电谐振器件及其制备方法。

背景技术

随着5G技术的应用与进一步发展，微机电系统(MEMS)谐振器在射 频无线通信中的应用更加广泛。表面声波(SAW)谐振器和薄膜体声波谐 振器(FBAR)一直主导着射频前端部件的市场。SAW谐振器可以在芯片 上实现多频集成，而FBAR具有高频、高Q的优点，二者因为各自独特的 优势在不同的领域受到广泛的应用与研发。与此同时，科研人员不断研究尝试能够提高压电谐振器件性能的方法，其中，采用空腔型的谐振器是提 高谐振器性能的有效途径。由于氮化铝和空气之间存在较大的声学失配， 只有极少的能量传输到空气中，因此谐振器采用空腔能够使能量最大限度 的限制在谐振器件内。

目前为止，主要有两种制造方法来实现压电谐振器的悬空：第一种方 法是使用XeF₂气体通过释放孔释放硅，但各向同性刻蚀会刻蚀到其他材料， 形成凹陷区域，导致能量损失，既影响谐振器的Q值又可能导致谐振器脱 落；第二种方法对第一种方法进行了改进，使用低压化学气相沉积(LPCVD) 工艺在硅片上沉积一层二氧化硅作为释放保护层。目前，沉积一层二氧化 硅作为释放保护层仍然存在两方面的问题：一方面，使用LPCVD工艺沉积 的二氧化硅不够致密，可能导致释放多晶硅的XeF₂气体从释放保护层溢出， 从而导致器件释放失败或破裂；另一方面，二氧化硅的热膨胀系数与硅的 热膨胀系数存在一定的差异，因而在温度发生变化时会产生较大的热应力， 这将引起器件结构的变形或断裂从而导致器件性能的下降。

针对上述存在的问题和缺陷，现有的工艺并没有有效的解决途径，因 此如何实现谐振器的悬空并同时具备优异的性能是目前亟需解决的问题。

发明内容

针对现有技术的不足之处，本发明提供了一种硅衬底结构和氮化铝压 电谐振器件及其制备方法。其能够实现谐振器悬空以提高谐振器性能，同 时不会破坏器件的结构，以很好地保持谐振器的高性能。

根据本发明的一方面，提供了一种硅衬底结构制备方法，步骤包括：

在硅衬底的上表面刻蚀形成用于包围至少部分待释放区域的回流槽；

采用高硼硅玻璃在回流槽中形成顶部与硅衬底表面平齐的释放保护层， 释放保护层限定出待释放区域。

采用本申请的硅衬底结构制备方法，其通过在硅衬底上表面刻蚀形成 凹陷形的回流槽，并在回流槽中采用高硼硅玻璃形成释放保护层，使得在 温度发生变化的时候，产生的热应力较低，以避免使用硅衬底结构制备氮 化铝压电谐振器件时由于温度发生变化产生的较大热应力引起器件结构的 变形或断裂从而导致器件性能下降的情况，同时通过高硼硅玻璃形成的释 放保护层能够很好地在释放硅衬底的时候将释放范围限制在释放保护层内， 以避免硅衬底受到过度刻蚀而形成凹陷区域，导致制备出的氮化铝压电谐 振器件发生断裂或性能下降。

在一些实施方式中，采用高硼硅玻璃在回流槽中形成顶部与硅衬底表 面平齐的释放保护层，可以实现为：

将高硼硅玻璃阳极键合在硅衬底的上表面；

对高硼硅玻璃施加高温高压，使高硼硅玻璃软化并填充回流槽；