[发明专利]一种具有特殊结构谐振振子的微机械谐振器及制备方法

说明书

本发明涉及微电子技术，具体涉及一种具有特殊结构谐振振子的微机械谐振器及制备方法，该微机械谐振器包括谐振器结构和衬底硅片，谐振器结构包含谐振振子和支撑梁；衬底硅片具有空腔结构，谐振振子悬空于衬底硅片的空腔结构的上方，谐振振子通过支撑梁与衬底硅片连接，谐振振子侧面与谐振振子下表面的夹角小于90°；支撑梁与谐振振子的边界连接。通过改变谐振器谐振振子的结构，形成谐振振子侧面与下表面小于90°夹角，改变了谐振振子在垂直方向不同区域的接触面积，使谐振器的热梯度减小，可以有效地降低谐振器的热弹性损耗，进而提高谐振器的Q值。

技术领域

本发明属于微电子技术领域，特别涉及一种具有特殊结构谐振振子的微机械谐振器及制备方法。

背景技术

微机械谐振器是一种以微机械结构为主体的器件，当谐振器受到外界物理信号的激励，驱动信号频率与系统固有频率相等时，系统的机械结构就会在其固有频率附近发生谐振，系统振幅达到最大，所产生的谐振信号再转换成其他物理信号输出。由于微机械谐振器在固有频率处的振幅最大，能量转换效率最高，微机械谐振器可以通过机械振动实现机械选频。在无线通信领域，基于微机械谐振器的振荡器、滤波器、双工器等应用广泛。

微机械谐振器主要的性能参数包括谐振频率、品质因数(Q值)、动态阻抗以及频率温度系数等。其中，Q值是用来衡量微机械谐振器能量损耗的主要性能参数，高Q值可以提高微机械谐振器的频率选择性，同时降低动态阻抗，减小系统的相位噪声，从而提高微机械谐振器的频率稳定性，是高性能微机械谐振器实用化和商业化的核心要素。

综上所述，提高微机械谐振器Q值是十分必要的。影响微机械谐振器Q值的能量损耗机制主要有四部分：空气阻尼损耗(Q_air)，热弹性损耗(Q_TED)，材料损耗(Q_material)，锚点损耗(Q_anchor)，即

其中，空气阻尼损耗可以通过圆片级或者芯片级真空封装的方法消除。采用理想的单晶硅材料，材料损耗可忽略不计。热弹性损耗是与谐振振子结构材料类型、厚度以及谐振器尺寸相关；锚点损耗与谐振器的尺寸以及支撑梁的尺寸、形状相关。目前对于减少微机械谐振器锚点损耗及热弹性损耗的研究存在很多，包括在支撑梁结构采用声子晶体、在衬底硅片采用反射腔等，但对于谐振器谐振振子的研究相对较少。

发明内容

针对背景技术存在的问题，本发明提供一种具有特殊结构谐振振子的微机械谐振器及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种具有特殊结构谐振振子的微机械谐振器，包括谐振器结构和衬底硅片，谐振器结构包含谐振振子和支撑梁；衬底硅片具有空腔结构，谐振振子悬空于衬底硅片的空腔结构的上方，谐振振子通过支撑梁与衬底硅片连接，谐振振子侧面与谐振振子下表面的夹角小于90°；支撑梁与谐振振子的边界连接。

在上述具有特殊结构谐振振子的微机械谐振器中，谐振振子下表面夹角小于90°的侧面为一个或者多个。

在上述具有特殊结构谐振振子的微机械谐振器中，谐振振子为矩形板、圆形板、椭圆形板、弓形板、多边形板中的一种或者多种的任意组合。

在上述具有特殊结构谐振振子的微机械谐振器中，微机械谐振器为压电式谐振器、电容式谐振器或压阻式谐振器。

在上述具有特殊结构谐振振子的微机械谐振器中，谐振振子为单一薄膜结构、金属-压电层-金属的复合薄膜结构、金属-压电层-单晶硅或金属-压电层-多晶硅的复合薄膜结中的一种；单一薄膜结构为单晶硅、多晶硅或者锗化硅；压电层的材料为石英、氮化铝、钪掺杂氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅中的一种。

一种具有特殊结构谐振振子的微机械谐振器的制备方法，谐振振子利用激光直写工艺或热回流工艺通过光刻工艺制成，或者利用激光或者离子束无掩膜刻蚀制成；