压电MEMS硅谐振器及其形成方法、电子设备.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113472307A(43)申请公布日2021.10.01(21)申请号202110475600.3(22)申请日2021.04.29(71)申请人天津大学地址300072天津市南开区卫津路92号(72)发明人张孟伦杨清瑞宫少波(74)专利代理机构北京汉智嘉成知识产权代理有限公司11682代理人姜劲谷惠敏(51)Int.Cl.H03H9/02(2006.01)H03H3/02(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图5页(54)发明名称压电MEMS硅谐振器及其形成方法、电子设备(57)摘要本发明公开了一种压电MEMS硅谐振器及其形成方法，以及电子设备。该压电MEMS硅谐振器包括：硅基底；下空腔，下空腔的顶平面高于或者低于基底的顶平面；位于下空腔之上的保留硅层；位于保留硅层之上的压电层和上电极。形成方法包括：提供硅基底；在硅基底之上依次形成牺牲硅层、保留硅层、压电层和上电极；开刻蚀窗，去除牺牲硅层以形成下空腔，其中，牺牲硅层为第二掺杂浓度P型掺杂的情况下，硅基底与保留硅层二者中之一为普通N型掺杂，二者中另一为第一掺杂浓度P型掺杂，或者，牺牲硅层为第二掺杂浓度N型掺杂的情况下，硅基底与保留硅层二者中之一为普通P型掺杂，二者中另一为第一掺杂浓度N型掺杂，所述第一掺杂浓度大于所述第二掺杂浓度。CN113472307ACN113472307A权利要求书1/2页1.一种压电MEMS硅谐振器，其特征在于，包括：硅基底；位于所述硅基底之上的下空腔，所述下空腔的顶平面高于或者低于所述基底的顶平面；位于所述下空腔之上的保留硅层；位于所述保留硅层之上的依次堆叠的压电层和上电极。2.根据权利要求1所述的压电MEMS硅谐振器，其特征在于，所述保留硅层为单晶硅。3.根据权利要求2所述的压电MEMS硅谐振器，其特征在于，所述硅基底与所述保留硅层二者中之一为普通N型掺杂，二者中另一为第一掺杂浓度P型掺杂；或者，所述硅基底与所述保留硅层二者中之一为普通P型掺杂，二者中另一为第一掺杂浓度N型掺杂。4.根据权利要求3所述的压电MEMS硅谐振器，其特征在于，所述第一掺杂浓度为1019至9×1020cm‑3。5.根据权利要求1所述的压电MEMS硅谐振器，其特征在于，还包括：位于所述保留硅层与所述压电层之间的下电极。6.根据权利要求1至5中任一项所述的压电MEMS硅谐振器，其特征在于，所述压电MEMS硅谐振器为如下之一种：悬臂梁式、延伸振动模式、厚度纵向振动模式、兰姆波振动模式、面内弯曲振动模式、声表面波振动模式。7.一种压电MEMS硅谐振器的形成方法，其特征在于，包括：提供硅基底；在所述硅基底之上形成牺牲硅层；在所述牺牲硅层之上形成保留硅层；在所述保留硅层之上依次形成压电层和上电极；开刻蚀窗，然后选择性地去除所述牺牲硅层以形成下空腔，其中，所述牺牲硅层为第二掺杂浓度P型掺杂的情况下，所述硅基底与所述保留硅层二者中之一为普通N型掺杂，二者中另一为第一掺杂浓度P型掺杂，或者，所述牺牲硅层为第二掺杂浓度N型掺杂的情况下，所述硅基底与所述保留硅层二者中之一为普通P型掺杂，二者中另一为第一掺杂浓度N型掺杂。8.根据权利要求7所述的形成方法，其特征在于，所述第一掺杂浓度大于所述第二掺杂浓度。9.根据权利要求8所述的形成方法，其特征在于，所述第一掺杂浓度为1019至9×1020cm‑3，所述第二掺杂浓度为1013至9×1018cm‑3。10.根据权利要求7所述的形成方法，其特征在于，所述在所述硅基底之上形成牺牲硅层的步骤包括：在所述硅基底之上使用外延方式形成所述牺牲硅层。11.根据权利要求7所述的形成方法，其特征在于，所述在所述牺牲硅层之上形成保留硅层的步骤包括：在所述牺牲硅层之上使用外延方式形成所述保留硅层。12.根据权利要求7所述的形成方法，其特征在于，还包括：在所述保留硅层与所述压电层之间形成下电极。13.根据权利要求7所述的形成方法，其特征在于，所述牺牲硅层的底平面低于所述硅基底的顶平面，并且所述牺牲硅层的顶平面高于所2CN113472307A权利要求书2/2页述硅基底的顶平面；或者，所述牺牲硅层的底平面低于所述硅基底的顶平面，并且所述牺牲硅层的顶平面等于所述硅基底的顶平面；或者，所述牺牲硅层的底平面等于所述硅基底的顶平面，并且所述牺牲硅层的顶平面高于所述硅基底的顶平面；或者，所述牺牲硅层的底平面低于所述硅基底的顶平面，并且所述牺牲硅层的顶平面低于所述硅基底的顶平面。14.根据权利要求7至13中任一项所述的形成方法，其特征在于，所述压电MEMS硅谐振器为悬臂梁式、延伸振动模式、厚度纵向振动模式、兰姆波振动模式、面内弯曲振动模式或者声表面波振动模式。15.一种压电MEMS硅谐振器，其特征在于，通