[发明专利]石英薄膜谐振器及其制造方法

说明书

本发明公开了一种石英薄膜谐振器及其制造方法。石英薄膜谐振器可以包括依次堆叠的基底、底电极、石英层、顶电极，其中，所述石英层包括位于谐振器有效区域内部的石英压电区和位于所述谐振器有效区域外的石英机械区；所述石英压电区的厚度小于所述石英机械区的厚度。本发明的石英薄膜谐振器同时包括较厚的石英机械区和较薄的石英压电区，因此既能够对外部应力、机械冲击和环境振动不敏感，有更高的可靠性和频率稳定性，又能实现目标频率。石英薄膜谐振器主要采用MEMS工艺流程和大尺寸晶圆级封装工艺，可以实现大批量、低成本的制作，且制作的器件精度高、一致性好。

技术领域

本发明涉及压电谐振器技术领域，具体涉及一种石英薄膜谐振器及其制造方法。

背景技术

石英晶体谐振器(Quartz Crystal Resonator)是一类利用石英晶体压电效应工作的电子元器件，是振荡器、滤波器等电子器件中的关键元件，在稳频，选频和精密计时方面具有突出的优势和广泛的应用。当前发展趋势要求石英谐振器拥有更高的谐振频率(如大于40MHz)以及更好的抗机械冲击稳定性和可靠性。

由于目标频率较高，则要求石英压电薄膜较薄。但是当石英薄膜较薄时，外部应力例如来自基底的应力更容易传递到石英薄膜谐振区域从而影响谐振器的频率稳定性；同时，当石英薄膜较薄时，谐振器更容易受到机械冲击和环境振动的影响，其可靠性和低频石英谐振器相比进一步恶化。急需寻找一种结构设计和制作方法，一方面能够满足石英谐振器高谐振频率的要求，同时能够满足外部应力、抗机械冲击稳定性和可靠性的要求。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种石英薄膜谐振器及其制造方法以克服现有技术中的缺陷。

本发明第一方面提出一种石英薄膜谐振器，可以包括依次堆叠的基底、底电极、石英层、顶电极，其中，所述石英层包括位于谐振器有效区域内部的石英压电区和位于所述谐振器有效区域外的石英机械区；所述石英压电区的厚度小于所述石英机械区的厚度。

可选地，所述顶电极下方具有金属刻蚀阻挡层。

可选地，所述顶电极下方具有顶电极连接结构。

可选地，所述顶电极下方具有的顶电极连接结构位于所述石英压电区内。

可选地，所述石英机械区位于所述石英压电区的双侧或单侧。

可选地，所述石英压电区的下表面具有凹槽，所述底电极和所述顶电极连接结构位于所述下表面的凹槽中；或者，所述石英压电区的上表面具有凹槽，所述顶电极、所述金属刻蚀阻挡层位于所述上表面的凹槽之中；或者，所述石英压电区的上表面和下表面均具有凹槽，所述顶电极、所述金属刻蚀阻挡层位于所述上表面的凹槽之中，所述底电极和所述顶电极连接结构位于所述下表面的凹槽之中。

可选地，所述石英压电区的上下表面具有凹陷结构和凸起结构。

可选地，所述石英压电区的厚度范围为0.1微米至50微米，所述石英机械区的厚度范围为50微米至100微米。

可选地，所述基底的材料为硅或玻璃。

可选地，所述基底与所述石英层在所述石英机械区键合。

可选地，还包括封装层，所述封装层的材料为硅或玻璃。

本发明第二方面提出一种石英薄膜谐振器的制造方法，可以包括：在石英晶体的第一侧依次形成金属刻蚀阻挡层和顶电极；将当前所得结构作第一次倒转后键合到牺牲基底之上；在所述石英晶体中形成位于谐振器有效区域内部的石英压电区和位于所述谐振器有效区域外的石英机械区，其中，所述石英压电区的厚度小于所述石英机械区的厚度；在所述石英压电区之上形成底电极；去除所述牺牲基底；将当前所得结构作第二次倒转后键合到基底上。