制造具特定共振频率的薄膜体声波共振装置的方法与流程

1.本发明涉及用于微机电系统(mems)的半导体技术，特别是用于传感器和与能源相关装置的mems。


背景技术：

2.现有的传感器技术包括纯粹的机械类型传感器、互补式金属氧化物半导体(cmos)传感器和mems传感器等。然而上述传感器的灵敏度无法满足诸如藉由便携设备，例如手机，以侦测人类的挥发性有机物(voc)气体的需求。而具有锆钛酸铅(pzt)的薄膜体声波共振装置(fbar)技术则可做到。
3.如何精进现存的fbar技术，以使其具有较佳的效率及/或较简单的结构，抑或者是较低的制造成本，是一值得深思的问题。
4.职是之故，发明人鉴于习知技术的缺失，乃思及改良发明的意念，终能发明出本案的「制造具特定共振频率之薄膜体声波共振装置的方法」。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的在于提供一种制造具特定共振频率的薄膜体声波共振装置的方法，包括：提供基板，所述基板具凹部，其中所述凹部具有高度；设置第一压电材料层于所述基板上，而使所述凹部形成气隙；设置下电极于所述第一压电材料层上；当所述高度位于第一范围时，使所述薄膜体声波共振装置的共振频率相对于所述高度具有第一斜率；当所述高度位于第二范围时，使所述共振频率相对于所述高度具有第二斜率：以及使所述第一斜率小于所述第二斜率。经由所述方法所制造的具有不同高度的气隙的薄膜体声波共振装置各自产生不同的共振频率；可藉由多频控制以使用多个具有不同高度的气隙的薄膜体声波共振装置来同时侦测多种的挥发性有机物气体；同一晶圆中可包括复数个具有不同厚度的共振频率决定金属层的薄膜体声波共振装置，以降低制造成本。
6.本案的又主要目的在于提供一种制造具特定共振频率的薄膜体声波共振装置的方法，包括：提供基板，所述基板具凹部，其中所述凹部具有高度；设置第一压电材料层于所述基板上，而使所述凹部形成气隙；设置下电极于所述第一压电材料层上；当所述高度位于第一范围时，使所述薄膜体声波共振装置的共振频率相对于所述高度具有第一斜率；当所述高度位于第二范围时，使所述共振频率相对于所述高度具有第二斜率：以及使所述第一斜率小于所述第二斜率。
7.本案的下一主要目的在于提供一种制造具特定共振频率的薄膜体声波共振装置的方法，包括：提供基板，所述基板具凹部，其中所述凹部具有高度；设置第一压电材料层于所述基板上，而使所述凹部形成气隙；设置下电极于所述第一压电材料层上，以与所述基板及所述第一压电材料层共同形成所述薄膜体声波共振装置的共振频率决定结构，而使所述薄膜体声波共振装置的共振频率对应于所述高度形成函数关系，其中当所述高度位于第一范围时，所述函数关系表达为第一斜率、当所述高度位于第二范围时，所述函数关系表达为
第二斜率、且所述第二斜率大于所述第一斜率；以及视所述特定共振频率所对应的高度处于所述第一或所述第二范围，而选用特定高度来制造所述薄膜体声波共振装置。
附图说明
8.图1：其系显示依据本发明构想的优选实施例的薄膜体声波共振装置的剖面图。
9.图2：其系显示依据本发明构想的优选实施例的薄膜体声波共振装置所具有的气隙深度与所述薄膜体声波共振装置的共振频率的波形图。
具体实施方式
10.图1是显示依据本发明构想的优选实施例的薄膜体声波共振装置的剖面图。在图1中，薄膜体声波共振装置1包括基板10、第一绝缘层12、第二绝缘层13、第一压电材料层14、下电极15、第二压电材料层(其为压电材料膜)16与上电极17，其中所述第一绝缘层12设置于所述基板10上，所述第二绝缘层13设置于所述第一绝缘层12上，所述第一压电材料层14设置于所述第二绝缘层13上，所述下电极15设置于所述第一压电材料层14上，所述第二压电材料层16设置于所述下电极15上，而所述上电极17设置于所述第二压电材料层16上。此外，所述第一绝缘层12与所述基板10间具有气隙11，且所述气隙11内部呈现真空状态。
11.其中所述基板10包括硅，所述第一绝缘层12包括氮化硅(sin)，所述第二绝缘层13包括二氧化硅(sio2)，所述上电极17与所述下电极15包括钼(mo)，且所述第一压电材料层14与所述第二压电材料层16包括氮化铝(aln)或锆钛酸铅(pzt)。
12.在图1中，所述气隙11的深度(高度)为，例如：1μm(第一优选实施例)、3μm(第二优选实施例)或5μm(第三优选实施例)；所述第一绝缘层12、所述第二绝缘层13、所述第一压电材料层14、所述上电极17与所述下电极15的厚度均为0.2μm，且所述第二压电材料层16的厚度为1μm。
13.如图1所示，所述基板10、所述第一绝缘层12、所述第二绝缘层13、所述第一压电材料层14、所述下电极15与所述第二压电材料层16形成第一圆柱体，且所述第一圆柱体的第一直径为，例如：200μm。所述气隙11形成第二圆柱体，且所述第二圆柱体的第二直径为，例如：140μm。所述上电极17形成第三圆柱体，且所述第三圆柱体的第三直径为，例如：100μm。
14.图2是显示依据本发明构想的优选实施例的薄膜体声波共振装置所具有之气隙的深度与所述薄膜体声波共振装置的共振频率的波形图。
15.如图2所示，当所述气隙11的所述深度是自1μm增加至3μm时，所述薄膜体声波共振装置1的共振频率所增加的第一差值约为24khz，而当所述气隙11的所述深度是自1μm增加至5μm时，所述薄膜体声波共振装置1的所述共振频率所增加的第二差值约为418khz。亦即，由第二图可知，当所述气隙11的所述深度在进行线性的变化(例如：气隙11的深度由1μm增加至3μm或由1μm增加至5μm)时，所述薄膜体声波共振装置1的所述共振频率则是呈现非线性的变化(例如：所述薄膜体声波共振装置1对应于所述气隙11的深度由1μm增加至3μm，所述共振频率所增加的第一差值约为24khz，或对应于所述气隙11的深度由1μm增加至5μm，所述共振频率所增加的第二差值约为0.418khz)。
16.依据本发明构想的第四优选实施例所提出的一种制造具一特定共振频率的薄膜体声波共振装置1的方法，包括：提供基板10，所述基板10具凹部11，其中所述凹部11具有高
度；设置第一压电材料层14于所述基板10上，而使所述凹部11形成气隙11；设置下电极15于所述第一压电材料层14上；当所述高度位于第一范围时，使所述薄膜体声波共振装置1的共振频率相对于所述高度具有第一斜率；当所述高度位于第二范围时，使所述共振频率相对于所述高度具有第二斜率：以及使所述第一斜率小于所述第二斜率。
17.依据上述本发明构想的第四优选实施例所述的方法，更包括：视所述特定共振频率所对应的高度处于所述第一或所述第二范围，而选用特定高度来制造所述薄膜体声波共振装置1，其中当所述气隙11的第一厚度改变量是自1μm增加至3μm时，所述薄膜体声波共振装置1的共振频率所增加的第一共振频率改变量为24khz，而当所述气隙的第二厚度改变量是自1μm增加至5μm时，所述薄膜体声波共振装置的所述共振频率所增加的第二共振频率改变量为0.418ghz。
18.依据本发明构想的第五优选实施例所提出的一种制造具特定共振频率的薄膜体声波共振装置1的方法，包括：提供基板10，所述基板10具凹部11，其中所述凹部11具有高度；设置第一压电材料层14于所述基板10上，而使所述凹部11形成气隙11；设置下电极15于所述第一压电材料层14上，以与所述基板10及所述第一压电材料层14共同形成所述薄膜体声波共振装置的共振频率决定结构(10 14 15)，而使所述薄膜体声波共振装置1的共振频率对应于所述高度形成函数关系，其中当所述高度位于第一范围时，所述函数关系表达为第一斜率、当所述高度位于第二范围时，所述函数关系表达为第二斜率、且所述第二斜率大于所述第一斜率；以及视所述特定共振频率所对应的高度处于所述第一或所述第二范围，而选用特定高度来制造所述薄膜体声波共振装置1。
19.综上所述，本发明提供一种制造具特定共振频率的一薄膜体声波共振装置的方法，包括：提供基板，所述基板具凹部，其中所述凹部具有高度；设置第一压电材料层于所述基板上，而使所述凹部形成气隙；设置下电极于所述第一压电材料层上；当所述高度位于第一范围时，使所述薄膜体声波共振装置的共振频率相对于所述高度具有第一斜率；当所述高度位于第二范围时，使所述共振频率相对于所述高度具有第二斜率：以及使所述第一斜率小于所述第二斜率。经由所述方法所制造的具有不同厚度的共振频率决定金属层的薄膜体声波共振装置各自产生不同的共振频率；可藉由多频控制以使用多个具有不同高度的气隙的薄膜体声波共振装置来同时侦测多种的挥发性有机物气体；同一晶圆中可包括多个具有不同高度的气隙的薄膜体声波共振装置，以降低制造成本，故其确实具有新颖性与进步性。
20.是以，纵使本案已由上述的实施例所详细叙述而可由熟悉本技艺的人士任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附权利要求书所欲保护者。
21.符号说明
22.1：依据本发明构想的优选实施例的薄膜体声波共振装置
23.10：基板
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11：凹部/气隙
24.12：第一绝缘层
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13：第二绝缘层
25.14：第一压电材料层
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15：下电极
26.16：第二压电材料层
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17：上电极