專利名稱：一種平面電容諧振器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種平面電容諧振器及其制備方法。
技術(shù)背景采用微機(jī)械加工技術(shù)制作的MEMS諧振器由于具有低功耗、高Q值、寬頻帶、 體積小、以及能與CMOS工藝兼容等優(yōu)點(diǎn)，因此人們正逐步采用MEMS諧振器代替 傳統(tǒng)的片下、大體積頻率選擇器件，以滿足低功耗、低成本、高性能、高集成度無線 通訊技術(shù)的需求。另一方面，由于諧振器的諧振頻率對(duì)環(huán)境參數(shù)具有非常高的靈敏度， 所以MEMS諧振器在高靈敏度諧振傳感檢測(cè)方面也極具潛力，如生化傳感器、壓力傳 感器、加速度計(jì)、陀螺等器件均可采用諧振方式檢測(cè)信號(hào)。目前，具有無線通訊功能 的集成單芯片最大障礙是需要在RF濾波和儲(chǔ)能電路中配置高Q值的諧振器，而諧振 傳感檢測(cè)方面需要有效提高其諧振頻率和Q值，以改善傳感器的靈敏度和分辨率，因 此提高M(jìn)EMS諧振器的動(dòng)態(tài)特性是目前研究的關(guān)鍵。微機(jī)械諧振器主要有梳狀結(jié)構(gòu)諧振器、懸臂梁諧振器、表面和體聲波諧振器等。 表面和體聲波諧振器技術(shù)在通信系統(tǒng)中已有實(shí)際應(yīng)用，但這類器件的功耗和體積比較大，并受集成電路制造工藝兼容性限制，不能實(shí)現(xiàn)與IC集成；梳狀結(jié)構(gòu)和懸臂梁式 諧振器采用多晶硅或單晶硅材料，利用犧牲層工藝或體硅工藝制造，提高其諧振頻率 的一種手段是減小幾何尺寸。懸臂梁諧振器的應(yīng)用研究目前主要集中在諧振傳感檢 測(cè)，在真空環(huán)境下，動(dòng)態(tài)模式工作的納機(jī)械懸臂梁傳感器的質(zhì)量靈敏度達(dá)到10—18g/Hz， Q值可以達(dá)到4500，但在大氣環(huán)境下，工作在lOkHz- lMHz頻率范圍內(nèi)諧振器的Q 值僅介于50-200之間。在液態(tài)環(huán)境下，由于受到巨大粘滯阻尼的作用，懸臂梁傳感器 的質(zhì)量探測(cè)靈敏度降低了幾個(gè)數(shù)量級(jí)，典型Q值僅為2-5。諧振損耗限制了撓性納機(jī) 械諧振器Q值的提高，而制備工藝、制備成本等問題限制了其廣泛應(yīng)用。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種平面電容諧振器及其制備方法。本發(fā)明所提供的平面電容諧振器，包括諧振體、傳感電極、驅(qū)動(dòng)電極以及支撐它 們的襯底，諧振體是懸空的結(jié)構(gòu)，通過錨點(diǎn)固支在襯底上；傳感電極和驅(qū)動(dòng)電極均由 極板和焊盤組成，傳感電極和驅(qū)動(dòng)電極的極板分別設(shè)置在諧振體的兩側(cè)，與諧振體之
間保持有一定的間隙，兩兩之間的間隙作為中間介質(zhì)形成電容結(jié)構(gòu)；傳感電極和驅(qū)動(dòng) 電極的焊盤固定在絕緣介質(zhì)層上，焊盤上均設(shè)置有金屬電極；絕緣介質(zhì)層固定在襯底 上。常見的，諧振體包括雙支梁和圓盤形兩種結(jié)構(gòu)。雙支梁諧振體的梁長(zhǎng)介于幾十微 米到1毫米，寬度為幾微米；圓盤形諧振體的半徑為十幾微米到幾百微米；諧振體厚 度為幾微米至幾十微米。諧振體的錨點(diǎn)包括2—4個(gè)，用于固定諧振體于襯底上，錨 點(diǎn)設(shè)計(jì)位于諧振體的振動(dòng)節(jié)點(diǎn)處，即震動(dòng)幅度最小處，以減小能量損失；傳感電極和 驅(qū)動(dòng)電極的極板垂直于襯底，并位于諧振體的反節(jié)點(diǎn)位置，即震動(dòng)幅度最大處，以增 加驅(qū)動(dòng)力和輸出信號(hào)幅度。傳感電極和驅(qū)動(dòng)電極的極板縱向深度與諧振體的厚度相一 致，介于5—30微米，傳感電極和驅(qū)動(dòng)電極的極板與諧振體的間隙小于200nm。常見的，襯底為SOI硅片；諧振體材料為單晶硅、多晶硅、SiGe或SiC;傳感電 極和驅(qū)動(dòng)電極材料為多晶硅、SiGe或SiC;絕緣介質(zhì)層為氮化硅層。為了能夠?qū)⒈景l(fā)明諧振器應(yīng)用于生化傳感檢測(cè)，在諧振體表面設(shè)置有生化敏感 層，例如，在諧振體表面淀積并定義幾十納米的金薄膜，用于修飾傳感器表面，以組 裝生物分子。本發(fā)明平面電容諧振器的制備方法，包括如下步驟1) 采用SOI硅片作為加工基片，在SOI硅片表面LPCVD —層SiNx，進(jìn)行第一 次光刻，并在反應(yīng)離子刻蝕系統(tǒng)中(RIE)干法刻蝕SiNx，形成SiNx絕緣層，該SiNx 絕緣層用于隔離多晶硅焊盤與襯底；2) 第二次光刻，并以該光刻膠作為硅深槽刻蝕的掩膜，在感應(yīng)耦合等離子體(ICP) 系統(tǒng)中干法刻蝕硅器件層至埋氧層，再在氧等離子刻蝕(AOE)系統(tǒng)中干法刻蝕埋氧 層至襯底硅，形成兩個(gè)深槽；3) LPCVD淀積Si02層，RIE干法刻蝕硅片表面的Si02M，保留深槽側(cè)壁的Si02層；4) 在深槽中LPCVD摻雜的多晶硅，形成傳感電極和驅(qū)動(dòng)電極的多晶硅極板；進(jìn) 行第三次光刻，并ICP刻蝕多晶硅，形成傳感電極和驅(qū)動(dòng)電極的多晶硅焊盤；5) 濺射鉻/金，第四次光刻，并腐蝕鉻/金，在傳感電極和驅(qū)動(dòng)電極的多晶硅焊盤 上形成金屬電極；6) 以光刻膠作為掩膜進(jìn)行第五次光刻，光刻后劃片；ICP刻蝕硅至埋氧層，HF 腐蝕Si02直到諧振體結(jié)構(gòu)釋放，得到所述平面電容諧振傳感器。為了平坦化諧振體結(jié)構(gòu)表面，減小表面效應(yīng)引起的能量損耗，在步驟2)之后，
還進(jìn)行如下操作對(duì)刻蝕后的硅片先進(jìn)行氧化，然后，再濕法腐蝕掉氧化層。本發(fā)明由于釆取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)1、 相比體、表面聲波、壓電等類型的諧振器，本發(fā)明硅基MEMS諧振器具有易于與IC實(shí)現(xiàn)單片集成的優(yōu)點(diǎn)，集成的諧振、傳感系統(tǒng)可減小電路及器件的寄生效應(yīng)、功耗和體積，提高探測(cè)靈敏度，尤其適合于廣泛應(yīng)用。2、 本發(fā)明采用硅等其它高的楊式模量和屈服應(yīng)力的材料制備諧振器結(jié)構(gòu)，所以 使諧振器具有很高的諧振頻率和Q因子。在傳感器應(yīng)用中，高諧振頻率和Q因子意味 著高的靈敏度和分辨率，而在無線通訊技術(shù)領(lǐng)域，好的動(dòng)態(tài)特性即為好的頻率選擇性。3、 本發(fā)明平面電容諧振器由于極板設(shè)置在諧振體兩側(cè)，所以諧振體發(fā)生平面振 動(dòng)。與垂直模式振動(dòng)的諧振器相比，首先由于電極設(shè)計(jì)在縱向，可以減小器件的面積； 其次，這種設(shè)計(jì)可提供比較大的極板面積，從而提高驅(qū)動(dòng)和輸出信號(hào)的強(qiáng)度。另一方 面，這種設(shè)計(jì)易于實(shí)現(xiàn)單晶硅諧振器的制備。4、 本發(fā)明平面電容諧振器采用自對(duì)準(zhǔn)技術(shù)控制諧振器的極板，使得諧振體與電 極極板距離d小于100nm，而諧振器的等效運(yùn)動(dòng)阻抗正比于d4，所以該發(fā)明可顯著減 小諧振器的等效運(yùn)動(dòng)阻抗，提高信噪比。5、 圓盤型諧振器以膨脹/收縮的工作模式代替撓性形變，具有更高的動(dòng)態(tài)特性， 其諧振頻率可超過百M(fèi)Hz，而Q因子可達(dá)到105。6、 本發(fā)明提出的表面平坦化技術(shù)可有效減小由于表面效應(yīng)而引起的諧振器物理 損耗，提高Q因子。本發(fā)明提出一種可高頻、高Q值工作的單晶硅平面電容式諧振傳感器及其制備方 法相比懸臂梁式傳感器，首先，平面電容諧振器具有極高的動(dòng)態(tài)特性，從而使諧振式 傳感器具有很高的靈敏度和分辨率；其次，平面電容諧振器具有較大面積傳感和驅(qū)動(dòng) 電極，從而減小其運(yùn)動(dòng)阻抗，增加器件的匹配能力和信噪比；第三，平面電容諧振器 在很低的驅(qū)動(dòng)功率下可以保持很好的機(jī)械性質(zhì)；第四，平面電容式諧振傳感器具有較 大的表面積，其可探測(cè)質(zhì)量載荷量比撓性納機(jī)械梁高幾個(gè)量級(jí)；最后，平面電容式諧 振器的振動(dòng)模態(tài)平行于表面，因此可提供液態(tài)分子在傳感器表面的粘滯彈性信息，應(yīng) 用范圍更加廣泛。


圖1是本發(fā)明雙支梁諧振器立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明雙支梁諧振器俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明圓盤式諧振器立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明圓盤式諧振器俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖5a 5h是本發(fā)明制備平面電容諧振傳感器的工藝流程示意圖。圖6為制備完成的雙支梁式平面電容諧振器掃描電鏡照片。
具體實(shí)施方式
如圖1一4所示，本發(fā)明平面電容諧振器，包括諧振體2、傳感電極3、驅(qū)動(dòng)電極 4以及支撐它們的襯底1;其中，諧振體2是懸空的結(jié)構(gòu)，通過錨點(diǎn)5固支在襯底上； 傳感電極3由極板31和焊盤13組成，驅(qū)動(dòng)電極4由極板41和悍盤13'組成；極板31 和極板41分別設(shè)置在諧振體2的兩側(cè)，并與諧振體2之間保持有一定的間隙，極板 31、極板41和諧振體2作為電容極板，兩兩之間的間隙作為中間介質(zhì)形成電容結(jié)構(gòu)； 焊盤13和焊盤13'通過絕緣介質(zhì)膜6與襯底1錨定，其上的金屬電極7用于將諧振器 與外部驅(qū)動(dòng)電源、檢測(cè)系統(tǒng)互連。諧振體的形狀可以選擇各種適用的形狀，如雙支梁式或者圓盤式等，其厚度為幾 微米到幾十微米。例如，雙支梁式諧振器的梁長(zhǎng)介于幾十微米到1毫米，寬度為幾微 米；盤式平面電容諧振器的半徑為十幾微米到幾百微米。由于諧振體厚度遠(yuǎn)大于諧振 體寬度，所以雙支梁諧振器在橫向發(fā)生撓性振動(dòng)，而圓盤型諧振器沿徑向進(jìn)行體模式 振動(dòng)，振動(dòng)方向設(shè)計(jì)沿<110>晶向，從而獲得最大的諧振頻率。傳感電極和驅(qū)動(dòng)電極的極板是通過在器件層上刻蝕深槽，再LPCVD多晶硅回填 到深槽內(nèi)形成的，所以平面電容諧振器的傳感電極和驅(qū)動(dòng)電極極板垂直于襯底，并位 于諧振體的反節(jié)點(diǎn)位置，此位置諧振器的振動(dòng)幅度最大。對(duì)淀積的多晶硅需進(jìn)行慘雜， 以保證良好的導(dǎo)電特性，摻雜包括在位摻雜和擴(kuò)散兩種方式，如果選擇擴(kuò)散摻雜，在 LPCVD多晶硅部分完成時(shí)進(jìn)行擴(kuò)散，再接著淀積多晶硅。多晶硅淀積完成后高溫退 火，以激活摻入的離子。諧振器可利用MEMS技術(shù)以及高深寬比多晶硅/單晶硅組合工藝(HARPSS)制 備，主要步驟包括硅深槽刻蝕、LPCVD生長(zhǎng)Si02犧牲層、多晶硅回填深槽形成多晶 硅電極、體硅深刻蝕定義諧振器結(jié)構(gòu)、腐蝕Si02犧牲層使諧振結(jié)構(gòu)懸空。在高深寬 比深槽的刻蝕技術(shù)中采用感應(yīng)耦合等離子體(ICP)深刻蝕技術(shù)，通過控制刻蝕與鈍 化時(shí)間比為2: 1 — 10: 1，使刻蝕的側(cè)壁盡可能平整，并減小橫向鉆蝕。深槽刻蝕完 成后，氧化器件表面再濕法腐蝕氧化層，氧化層厚度控制在500nm—lpm，從而平坦
化諧振體結(jié)構(gòu)表面，減小表面效應(yīng)引起的能量損耗。平坦化完成后，再采用LPCVD 技術(shù)淀積50—200mn的SiO2氧化層，在諧振體側(cè)壁形成一層Si02薄膜，該薄膜作為 犧牲層，在諧振體結(jié)構(gòu)制備完成后通過濕法腐蝕該薄膜，從而釋放諧振體。該Si02 薄膜的厚度決定了諧振體與傳感電極和驅(qū)動(dòng)電極的極板之間的電容極板間隙，而電容 極板間隙大小直接影響諧振器的等效運(yùn)動(dòng)阻抗，所以應(yīng)盡可能小。采用LPCVD技術(shù) 在深槽內(nèi)淀積多晶硅，多晶硅厚度由槽寬度決定，介于4 —8jim之間，該多晶硅即為 傳感電極和驅(qū)動(dòng)電極的極板。進(jìn)一步的，制作出傳感電極和驅(qū)動(dòng)電極的多晶硅焊盤， 即形成傳感電極和驅(qū)動(dòng)電極?；ミB用金屬電極制備完成后，進(jìn)行另外一次體硅深刻蝕， 一是進(jìn)一步定義諧振體形狀，另一方面為了釋放結(jié)構(gòu)。體硅深刻蝕完成后，通過濕法 腐蝕Si02犧牲層，釋放出諧振體結(jié)構(gòu)，從而形成本發(fā)明諧振器。如應(yīng)用于生化傳感檢測(cè)，需在諧振體表面淀積50nm左右的金薄膜，根據(jù)待測(cè)生 化分子的類型，組裝對(duì)應(yīng)的生化敏感層。諧振器在結(jié)構(gòu)釋放完成后可通過硅/玻璃陽極鍵合技術(shù)對(duì)諧振器進(jìn)行真空封裝，以 減小諧振損耗。本發(fā)明諧振器利用電容驅(qū)動(dòng)和傳感的換能方式工作，驅(qū)動(dòng)電極加交流信號(hào)，在諧 振體上加直流偏置，則傳感電極輸出一個(gè)交流電流信號(hào)。在交流信號(hào)和直流偏置的共 同作用下，傳感和驅(qū)動(dòng)電極信號(hào)通過電容耦合到諧振體，在諧振體上施加靜電力，當(dāng) 輸入信號(hào)頻率與諧振頻率一致時(shí)發(fā)生共振。諧振信號(hào)通過諧振子和多晶硅輸出電極間 的電容耦合到輸出電極上，驅(qū)動(dòng)力和輸出電流信號(hào)可分別表示為<formula>formula see original document page 8</formula>其中Kzx:、 v。c分別為直流偏壓和交流電壓信號(hào)，C為電容。顯然，增加直流偏壓、減小交流電壓信號(hào)是得到較大驅(qū)動(dòng)力和輸出電流信號(hào)的必要條件。對(duì)于雙支梁式諧振器，其諧振頻率表示為<formula>formula see original document page 8</formula>其中L諧振體長(zhǎng)度，E楊式模量，I轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，M梁的質(zhì)量，人n為與振動(dòng)模態(tài)相 關(guān)的頻率系數(shù)。對(duì)于體模式諧振器，其諧振頻率表示為_丄J 五其中R是諧振子的半徑，k是頻率常數(shù)，對(duì)<110>晶向的單晶硅為1.6002， E、 p、 v分別是材料的楊式模量、密度和泊松比。諧振器的等效運(yùn)動(dòng)阻抗RmOcdVQ，其中d電容極板間隙，Q是品質(zhì)因子。顯然諧 振器的動(dòng)態(tài)特性主要依賴于諧振器制備材料的性質(zhì)、諧振器的幾何結(jié)構(gòu)、固支方式等。 本發(fā)明由于選用了高楊式模量和低泊松比的單晶硅等材料，并盡可能減小電容極板間 隙d，并優(yōu)化了幾何尺寸，所以本發(fā)明諧振器具有很高的諧振頻率和Q因子，提高諧 振器的諧振頻率和Q因子意味著提高傳感器的靈敏度和分辨率。實(shí)施例1、圖5為本發(fā)明諧振器的制備流程圖，具體步驟如下1) 采用SOI硅片l作為加工基片，器件層8為N型，(100)晶面，器件層8的厚 度分別為10微米和20微米，中間埋氧層9厚度為3微米(圖5a);2) 在SOI硅片1器件層8表面LPCVD (低壓化學(xué)汽相沉積) 一層SiNx，厚度 為150nm，采用光刻膠進(jìn)行第一次光刻，并在反應(yīng)離子刻蝕系統(tǒng)中(RIE)干法刻蝕 SiNx，形成SiNx絕緣層6，該SiNx絕緣層6用于隔離多晶硅焊盤13與襯底l(圖5b);3) 第二次光刻，圖形化出驅(qū)動(dòng)電極3和傳感電極4的極板31、 41以及諧振體2 的位置，并以該光刻膠10作為下一步硅深刻蝕的掩膜(圖5c);4) 在感應(yīng)耦合等離子體(ICP)系統(tǒng)中干法刻蝕SOI硅片1的器件層8至埋氧層 9，再在AOE系統(tǒng)(氧等離子刻蝕)中干法刻蝕埋氧層9至襯底硅1的下器件層形成 兩個(gè)深槽ll，槽寬為4 6微米，該深槽11即為驅(qū)動(dòng)電極3和傳感電極4的極板31、 41的生長(zhǎng)位置(圖5d);5) 對(duì)刻蝕后的硅片氧化，氧化層厚度為500nm，然后濕法腐蝕掉氧化層，以平 坦化刻蝕后的硅結(jié)構(gòu)側(cè)壁，減小側(cè)壁不平滑引起的表面效應(yīng)；6) 采用LPCVD技術(shù)在硅片上淀積Si02層，厚度為100nm;再采用RIE干法刻 蝕表面Si02，但在深槽11的側(cè)壁保留Si02層12 (這是由于RIE只沿垂直方向刻蝕掉 表面和底面的SiCb,從而能夠保留側(cè)壁的Si02層)，該Si02氧化層12將作為犧牲層 來釋放諧振體2，并決定了電容極板的間隙(圖5e); 7) 在深槽ll中LPCVD淀積多晶硅，厚度約為槽寬的一半，然后在100(TC條件 下進(jìn)行磷擴(kuò)散，時(shí)間l小時(shí)；再LPCVD淀積多晶硅，厚度仍為槽寬的一半，保證填 滿刻蝕的深槽，形成驅(qū)動(dòng)電極3和傳感電極4的極板31、 41;在氮?dú)夥铡?000。C條 件下對(duì)多晶硅退火60分鐘，以激活磷原子；需要的時(shí)侯，可以進(jìn)行CMP (化學(xué)機(jī)械 拋光)，以平整多晶硅表面；第三次光刻，并ICP刻蝕多晶硅，形成驅(qū)動(dòng)電極3和傳 感電極4的多晶硅焊盤13、 13'，從而形成傳感電極3和驅(qū)動(dòng)電極4 (圖5f);8) 濺射30/300nm鉻/金，第四次光刻，并腐蝕掉鉻/金，在多晶硅焊盤13、 13，上 形成金屬電極7 (圖5g)，該金屬電極7用于驅(qū)動(dòng)電極3和傳感電極4與外部驅(qū)動(dòng)電 源、檢測(cè)系統(tǒng)的連接；9) 第5次光刻，光刻后堅(jiān)膜(在16(TC下堅(jiān)膜30min)，該層光刻膠作為步驟10) ICP刻蝕的掩膜；之后，再涂另外一層光刻膠，以便于劃片時(shí)保護(hù)片子表面；劃片， 劃片后去掉上層保護(hù)膠，余下首層有光刻圖形的膠，作為下一步ICP刻蝕的掩膜；10) ICP刻蝕硅器件層8至埋氧層9; HF腐蝕Si02直到諧振體2結(jié)構(gòu)釋放，平 面電容諧振器制備完成(圖5h)。圖6為制備完成的雙支梁式平面電容諧振器掃描電鏡照片，該諧振器長(zhǎng)300微米、 寬6微米、厚20微米、電容極板間隙100納米，該諧振器包括兩個(gè)固支點(diǎn)，位于諧 振體的兩端。該寬度為6微米、厚度為20微米、長(zhǎng)度為300微米的雙支梁諧振器，其一階諧 振頻率為495kHz。采用同樣的操作，可以制備出其他尺寸的雙支梁諧振器寬度為6微米、厚度為20微米、長(zhǎng)度為500微米的雙支梁諧振器，其一階諧振 頻率為198kHz。圓盤型諧振器也可以采用與上相同的操作流程進(jìn)行，只需要在刻蝕時(shí)先圖形化出 圓盤形的諧振體和相應(yīng)形狀的極板結(jié)構(gòu)對(duì)于厚度為3微米、半徑分別為30和50微米的圓盤型諧振器，其一階諧振頻率 分別為148MHz和88MHz。
權(quán)利要求
1、一種平面電容諧振器，包括諧振體、傳感電極、驅(qū)動(dòng)電極以及支撐它們的襯底，所述諧振體是懸空的結(jié)構(gòu)，通過錨點(diǎn)固支在襯底上；其特征在于所述傳感電極和驅(qū)動(dòng)電極均由極板和焊盤組成，所述傳感電極和驅(qū)動(dòng)電極的極板分別設(shè)置在所述諧振體的兩側(cè)，與諧振體之間保持有一定的間隙，兩兩之間的間隙作為中間介質(zhì)形成電容結(jié)構(gòu)；所述傳感電極和驅(qū)動(dòng)電極的焊盤固定在絕緣介質(zhì)層上，所述焊盤上均設(shè)置有金屬電極；所述絕緣介質(zhì)層固定在所述襯底上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的平面電容諧振器，其特征在于所述諧振體的形狀為 雙支梁或圓盤形。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的平面電容諧振器，其特征在于所述雙支梁諧振體的 梁長(zhǎng)介于幾十微米到1毫米，寬度為幾微米；所述圓盤形諧振體的半徑為十幾微米到 幾百微米；所述諧振體厚度為幾微米至幾十微米。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的平面電容諧振器，其特征在于所述諧振體的錨點(diǎn)包 括2—4個(gè)，位于諧振體的振動(dòng)節(jié)點(diǎn)處。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的平面電容諧振器，其特征在于所述傳感電極和驅(qū)動(dòng) 電極的極板與諧振體的間隙小于200nm。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l一5任一所述的平面電容諧振器，其特征在于所述襯底為SOI 硅片；所述諧振體材料為單晶硅、多晶硅、SiGe或SiC;所述傳感電極和驅(qū)動(dòng)電極材 料為多晶硅、SiGe或SiC;所述絕緣介質(zhì)層為氮化硅層。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1一5任一所述的平面電容諧振器，其特征在于所述諧振體表 面還設(shè)置有生化敏感層。
8、 一種平面電容諧振器的制備方法，包括如下步驟1) 采用SOI硅片作為加工基片，在SOI硅片表面LPCVD —層SiNx，進(jìn)行第一 次光刻，并在反應(yīng)離子刻蝕系統(tǒng)中(RIE)干法刻蝕SiNx，形成SiNx絕緣層，該SiNx 絕緣層用于隔離多晶硅焊盤與襯底；2) 第二次光刻，并以該光刻膠作為硅深槽刻蝕的掩膜，在感應(yīng)耦合等離子體(ICP) 系統(tǒng)中干法刻蝕硅器件層至埋氧層，再在氧等離子刻蝕(AOE)系統(tǒng)中干法刻蝕埋氧 層至襯底硅，形成兩個(gè)深槽；3) LPCVD淀積Si02層，RIE干法刻蝕硅片表面的Si02層，保留深槽側(cè)壁的Si02層；4) 在深槽中LPCVD摻雜的多晶硅，形成傳感電極和驅(qū)動(dòng)電極的多晶硅極板；進(jìn)行第三次光刻，并ICP刻蝕多晶硅，形成傳感電極和驅(qū)動(dòng)電極的多晶硅焊盤；5) 濺射鉻/金，第四次光刻，并腐蝕鉻/金，在傳感電極和驅(qū)動(dòng)電極的多晶硅焊盤 上形成金屬電極；6) 以光刻膠作為掩膜進(jìn)行第五次光刻，光刻后劃片；ICP刻蝕硅至埋氧層，HF 腐蝕Si02直到諧振體結(jié)構(gòu)釋放，得到所述平面電容諧振傳感器。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于在步驟2)之后，還進(jìn)行如下 操作對(duì)刻蝕后的硅片先進(jìn)行氧化，然后，再濕法腐蝕掉氧化層。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于在諧振體表面還修飾生化敏 感層，用以檢測(cè)生化分子。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種平面電容諧振器及其制備方法。本發(fā)明所提供的平面電容諧振器，包括諧振體、傳感電極、驅(qū)動(dòng)電極以及支撐它們的襯底，諧振體是懸空的結(jié)構(gòu)，通過錨點(diǎn)固支在襯底上；傳感電極和驅(qū)動(dòng)電極均由極板和焊盤組成，傳感電極和驅(qū)動(dòng)電極的極板分別設(shè)置在諧振體的兩側(cè)，與諧振體之間保持有一定的間隙，兩兩之間的間隙作為中間介質(zhì)形成電容結(jié)構(gòu)；傳感電極和驅(qū)動(dòng)電極的焊盤固定在絕緣介質(zhì)層上，焊盤上均設(shè)置有金屬電極；絕緣介質(zhì)層固定在襯底上。本發(fā)明平面電容諧振器的電容極板間隙在亞100nm，具有極高的動(dòng)態(tài)特性，其諧振頻率可超過百M(fèi)Hz，而Q因子可達(dá)到10⁵。
文檔編號(hào)B81C1/00GK101127514SQ20071012156
公開日2008年2月20日 申請(qǐng)日期2007年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月10日
發(fā)明者于曉梅, 毅 劉, 易玉良, 湯雅權(quán), 王兆江, 馬盛林 申請(qǐng)人:北京大學(xué)