一种具有多级减振外框的体声波谐振器及其加工方法技术

本发明专利技术公开了一种具有多级减振外框的体声波谐振器及其加工方法，所述具有多级减振外框的体声波谐振器，包括支撑台，以及位于支撑台顶端的谐振体、外接输入电极、外接输出电极、外接地电极以及多级减振外框；外接输入电极和外接输出电极对称设置在支撑台顶端的两侧，且外接输入电极和外接输出电极的两侧均对称设置有外接地电极；谐振体设置在支撑台顶端的中心处，且其两侧分别通过对应的金属导线与外接输入电极和外接输出电极电性连接；多级减振外框围绕中心的谐振体均匀设置；本发明专利技术解决了现有技术存在的锚点损耗较大、品质因数难以提高以及可靠性低的问题。

A Bulk Acoustic Wave Resonator with Multi-stage Vibration Absorbing Frame and Its Processing Method

The invention discloses a bulk acoustic wave resonator with a multi-stage damping outer frame and its processing method. The bulk acoustic wave resonator with a multi-stage damping outer frame includes a support platform, a resonator at the top of the support platform, an external input electrode, an external output electrode, an external grounding electrode and a multi-stage damping outer frame. The external input electrode and an external output electrode are symmetrically arranged on the support. The external grounding electrodes are symmetrically arranged on both sides of the top of the platform, and the external input electrodes and the external output electrodes; the resonators are located at the center of the top of the support platform, and the two sides are electrically connected with the external input electrodes and the external output electrodes through corresponding metal wires; the multi-stage vibration absorption outer frame is uniformly arranged around the central resonator; the invention solves the existing technical storage. It is difficult to improve the quality factor and low reliability of anchor.

【技术实现步骤摘要】
一种具有多级减振外框的体声波谐振器及其加工方法
本专利技术属于射频微机电系统
，具体涉及一种具有多级减振外框的体声波谐振器及其加工方法。
技术介绍
射频微机电系统(MEMS)技术是一种新兴的快速发展的技术，它广泛地应用于提高无线通信系统的性能和集成度。对于无线通信系统而言，其前端即发射通路和接收通路处理的是射频信号，其电路尺寸必须与信号的波长相当。为了使射频前端小型化，近年来广泛地采用了基于射频RF-MEMS工艺的声学器件。其工作原理是将电磁波信号转换为机械波信号，由于机械波在固体中的传播速度(例如：单晶硅中波速为8,500m/s)比电磁波(例如：光速为299,792,458m/s)速度小5个数量级，对于相同频率的射频信号，声学器件的体积就可以远小于传统射频器件。目前研究较多的声学器件主要分为声表面波SAW(SurfaceAcousticWave)器件和体声波BAW(BulkAcousticWave)器件两大类。SAW的主要优点有：加工工艺相对简单且成熟，机电耦合系数较强，可以在单片上实现多种频率(multi-frequency)等，缺点就是功率容量低，较难与互补金属氧化物半导体(CMOS)电路在单片上集成。体波器件是另一种广泛使用的声学器件，体波与声表面波最大的不同是它在器件的内部传播而不是表面。由于体波的能量被限制在压电层附近且与外界保持声学隔离，所以通常体波器件的品质因数(Q)会优于声表面波器件。又因为体波器件具有一整块电极，在器件工作过程中振动对体波电极的影响远小于声表面波器件中振动对指条的影响，所以体波器件通常具有更高的功率容量。现有谐振器在进行机械振动时，会有很多的声波能量在锚点处通过支撑梁耗散到支撑台上去，使得现有谐振器的锚点损耗较大，从而严重限制了现有谐振器品质因数的提高，导致可靠性低。
技术实现思路
针对现有技术中的上述不足，本专利技术提出一种具有多级减振外框的体声波谐振器及其加工方法，有效降低体声波谐振器的锚点损耗，提高器件的品质因数和可靠性，用于解决现有技术存在的锚点损耗较大、品质因数难以提高以及可靠性低的问题。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种具有多级减振外框的体声波谐振器，包括支撑台，以及位于支撑台顶端的谐振体、外接输入电极、外接输出电极、外接地电极以及多级减振外框；外接输入电极和外接输出电极对称设置在支撑台顶端的两侧，且外接输入电极和外接输出电极的两侧均对称设置有外接地电极；谐振体设置在支撑台顶端的中心处，且其两侧分别通过对应的金属导线与外接输入电极和外接输出电极电性连接，金属导线设置于支撑梁顶端；多级减振外框围绕中心的谐振体均匀设置。进一步地，支撑台包括从上至下依次设置的硅基底、第一埋氧化层以及背衬底硅，谐振体、外接输入电极、外接输出电极、外接地电极以及多级减振外框设置于硅基底顶端。进一步地，外接输入电极和外接输出电极与硅基底的接触部分，均设置有第二埋氧化层。进一步地，谐振体包括输入金属电极薄膜、输出金属电极薄膜以及压电薄膜，输入金属电极薄膜通过金属导线与外接输入电极电性连接，输出金属电极薄膜通过金属导线与外接输出电极电性连接，输入金属电极薄膜和输出金属电极薄膜与硅基底的接触部分均设置有压电薄膜。进一步地，背衬底硅的材质为硅，其厚度为400μm，硅基底的材质为p型掺杂低阻硅，其厚度为10μm；第一埋氧化层和第二埋氧化层的材质均为二氧化硅，且其厚度均为1μm；输入金属电极薄膜和输出金属电极薄膜的材质均为铝和铬掺杂材质，包括依次设置的金属铝薄膜层和金属铬薄膜层，金属铝薄膜层的厚度为1μm，金属铬薄膜层的厚度为0.02μm；压电薄膜的材质为氮化铝，且其厚度为0.5μm。一种基于述体声波谐振器的加工方法，包括如下步骤：S1：加工支撑台，即依次设置背衬底硅、第一埋氧化层以及硅基底；S2：将硅基底的顶端两侧对称位置掺杂磷形成导电层，获取四个外接地电极；S3：对硅基底的顶端两侧的外接地电极的中间位置进行热氧化和光刻加热，获取第二埋氧化层；S4：在硅基底的中心位置设置压电薄膜，进行沉积，获取输入金属电极薄膜和输出金属电极薄膜，并进行光刻，获取对应的金属导线、换能电极和焊盘；S5：在硅基底顶端的谐振体四周进行刻蚀，获取多级减振外框结构；S6：在硅基底顶端设置保护层；S7：进行支撑台的刻蚀操作，获取悬空的具有多级减振外框的谐振器结构；S8：释放保护层并去除表面氧化硅层，加工得到具有多级减振外框的体声波谐振器。进一步地，步骤S4中，换能电极包括位于两侧的第二埋氧化层顶端的外接输入电极和外接输出电极；对应的金属导线为谐振体与对应的换能电极的连接导线，金属导线设置于支撑梁顶端。进一步地，步骤S5中，进行刻蚀的具体方法为：使用DRIE刻蚀方法刻蚀硅基底，并使用RIE刻蚀方法刻蚀硅基底底部的第一埋氧化层，形成多级减振外框结构。进一步地，步骤S6中，保护层为聚酰亚胺层，作为底部沟槽刻蚀时的前端保护层，用于保护位于支撑台顶端的谐振体、外接输入电极、外接输出电极、外接地电极以及多级减振外框结构。进一步地，步骤S7中，进行支撑台的刻蚀操作的具体方法为：根据多级减振外框结构，使用DRIE刻蚀方法深度刻蚀支撑台形成沟槽，并使用RIE刻蚀方法深度刻蚀硅基底底部的第一埋氧化层，获取悬空的具有多级减振外框的谐振器结构。本方案的有益效果为：(1)本专利技术提供的具有多级减振外框的体声波谐振器，在支撑梁上增加了多级外框结构，可以有效地存储耗散出来的声波能量，使外围基底上的位移显著减少，甚至消失，从而可以极大地减少谐振器的锚点损耗，提高它的品质因数；(2)避免了现有技术中为了减少传统谐振器的锚点损耗，支撑梁的宽度设置的比较小，使谐振器的可靠性会显著下降，容易损坏的问题；本专利技术采用了多级减振外框结构，支撑梁的宽度可以增加几倍，提高了谐振器的可靠性。附图说明图1为体声波谐振器结构示意图；图2为支撑台结构示意图；图3为电极结构示意图；图4为谐振体结构示意图；图5为传统结构体声波谐振器的机械等效模型图；图6为具有多级减振外框的体声波谐振器机械等效模型图；图7为加工方法流程图。其中，1、支撑台；11、硅基底；12、第一埋氧化层；13、背衬底硅；2、谐振体；21、输入金属电极薄膜；22、输出金属电极薄膜；23、压电薄膜；3、外接输入电极；31、第二埋氧化层；4、外接输出电极；5、外接地电极；6、多级减振外框。具体实施方式下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本专利技术构思的专利技术创造均在保护之列。如图1所示，一种具有多级减振外框的体声波谐振器，包括支撑台1，以及位于支撑台1顶端的谐振体2、外接输入电极3、外接输出电极4、外接地电极5以及多级减振外框6；外接输入电极3和外接输出电极4对称设置在支撑台1顶端的两侧，且外接输入电极3和外接输出电极4的两侧均对称设置有外接地电极5；谐振体2设置在支撑台1顶端的中心处，且其两侧分别通过对应的金属导线与外接输入电极3和外接输出电极4电性连接，金属导线设置于支撑梁顶端；多级减振外框6围绕本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有多级减振外框的体声波谐振器，其特征在于，包括支撑台(1)，以及位于支撑台(1)顶端的谐振体(2)、外接输入电极(3)、外接输出电极(4)、外接地电极(5)以及多级减振外框(6)；所述外接输入电极(3)和外接输出电极(4)对称设置在支撑台(1)顶端的两侧，且外接输入电极(3)和外接输出电极(4)的两侧均对称设置有外接地电极(5)；所述谐振体(2)设置在支撑台(1)顶端的中心处，且其两侧分别通过对应的金属导线与外接输入电极(3)和外接输出电极(4)电性连接，所述金属导线设置于支撑梁顶端；所述多级减振外框(6)围绕中心的谐振体(2)均匀设置。

【技术特征摘要】
1.一种具有多级减振外框的体声波谐振器，其特征在于，包括支撑台(1)，以及位于支撑台(1)顶端的谐振体(2)、外接输入电极(3)、外接输出电极(4)、外接地电极(5)以及多级减振外框(6)；所述外接输入电极(3)和外接输出电极(4)对称设置在支撑台(1)顶端的两侧，且外接输入电极(3)和外接输出电极(4)的两侧均对称设置有外接地电极(5)；所述谐振体(2)设置在支撑台(1)顶端的中心处，且其两侧分别通过对应的金属导线与外接输入电极(3)和外接输出电极(4)电性连接，所述金属导线设置于支撑梁顶端；所述多级减振外框(6)围绕中心的谐振体(2)均匀设置。2.根据权利要求1所述的具有多级减振外框的体声波谐振器，其特征在于，所述支撑台(1)包括从上至下依次设置的硅基底(11)、第一埋氧化层(12)以及背衬底硅(13)，所述谐振体(2)、外接输入电极(3)、外接输出电极(4)、外接地电极(5)以及多级减振外框(6)设置于硅基底(11)顶端。3.根据权利要求2所述的具有多级减振外框的体声波谐振器，其特征在于，所述外接输入电极(3)和外接输出电极(4)与硅基底(11)的接触部分，均设置有第二埋氧化层(31)。4.根据权利要求3所述的具有多级减振外框的体声波谐振器，其特征在于，所述谐振体(2)包括输入金属电极薄膜(21)、输出金属电极薄膜(22)以及压电薄膜(23)，所述输入金属电极薄膜(21)通过金属导线与外接输入电极(3)电性连接，所述输出金属电极薄膜(22)通过金属导线与外接输出电极(4)电性连接，输入金属电极薄膜(21)和输出金属电极薄膜(22)与硅基底(11)的接触部分均设置有压电薄膜(23)。5.根据权利要求4所述的具有多级减振外框的体声波谐振器，其特征在于，所述背衬底硅(13)的材质为硅，其厚度为400μm，所述硅基底(11)的材质为p型掺杂低阻硅，其厚度为10μm；所述第一埋氧化层(12)和第二埋氧化层(31)的材质均为二氧化硅，且其厚度均为1μm；所述输入金属电极薄膜(21)和输出金属电极薄膜(22)的材...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍焦隆，李泽民，鲍景富，鲍飞鸿，李中豪，骆晓宝，苏应兵，欧阳添倍，
申请(专利权)人：浙江铭道通信技术有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33