CN102148613A - 一种固体介质层谐振器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固体介质层谐振器及其制备方法，该固体介质层谐振器的驱动电极和传感电极的极板为梳齿状结构，内嵌在谐振体结构中，谐振体与极板通过固体绝缘介质层隔离。该谐振器的制备基于微机械加工工艺，与IC工艺兼容；梳齿状的极板结构增大了传感和驱动电极的面积，从而减小了其输入输出阻抗，增加了器件的匹配能力和信噪比；固体介质层的应用使电容极板间隙宽度容易控制，避免了空气介质造成的阻尼；本发明的固体介质层谐振器工作在体模态，在空气中即可高频、高Q值工作。

Description

一种固体介质层谐振器及其制备方法

技术领域

本发明涉及微机电系统谐振器，特别涉及一种固体介质层谐振器及其制备方法。

背景技术

采用微机械加工技术制作的MEMS谐振器由于具有低功耗、高Q值、宽频带、体积小、以及能与CMOS工艺兼容等优点，因此人们正逐步采用MEMS谐振器代替传统的片下、大体积频率选择器件，以满足低功耗、低成本、高性能、高集成度无线通讯技术的需求。另一方面，由于谐振器的谐振频率对环境参数具有非常高的灵敏度，所以MEMS谐振器在高灵敏度谐振传感检测方面也极具潜力，如生化传感器、压力传感器、加速度计、陀螺等器件均可采用谐振方式检测信号。目前，具有无线通讯功能的集成单芯片最大障碍是需要在RF滤波和储能电路中配置高Q值的谐振器，而谐振传感检测方面需要有效提高其谐振频率和Q值，以改善传感器的灵敏度和分辨率，因此提高MEMS谐振器的动态特性是目前研究的关键。

目前，微机械谐振器主要有梳状结构谐振器、悬臂梁谐振器、表面和体声波谐振器等。表面和体声波谐振器技术在通信系统中已有实际应用，但这类器件的功耗和体积比较大，并受集成电路制造工艺兼容性限制，不能实现与IC集成；梳状结构和悬臂梁式谐振器采用多晶硅或单晶硅材料，利用牺牲层工艺或体硅工艺制造，提高其谐振频率的一种手段是减小几何尺寸。悬臂梁谐振器的应用研究目前主要集中在谐振传感检测，在真空环境下，动态模式工作的纳机械悬臂梁传感器的质量灵敏度达到10^-18g/Hz，Q值可以达到4500，但在大气环境下，工作在10kHz-1MHz频率范围内谐振器的Q值仅介于50-200之间。在液态环境下，由于受到巨大粘滞阻尼的作用，悬臂梁传感器的质量探测灵敏度降低了几个数量级，典型Q值仅为2-5。谐振损耗限制了挠性纳机械谐振器Q值的提高，而制备工艺、制备成本等问题限制了其广泛应用。

利用电容驱动和传感的换能方式工作的纳隙电容式谐振器[Siavash Pourkamali，High-Q crystal silicon HARPSS capacitive beam resonators with self-alighed sub-100nmtransduction gaps，J.Microelectromechanical Syatem，Vol.12，No.4，2003，pp.487-496.；SiavashPourkamali，VHF single-crystal silicon resonators capacitive elliptic bulk-mode disk resonators-part II：implementation and characterization，J.Microelectromechanical Syatem，Vol.13， No.6，2004，pp.1054-1062.]，驱动电极加交流信号，在谐振体上加直流偏置，则传感电极输出一个交流电流信号。在交流信号和直流偏置的共同作用下，传感和驱动电极信号通过电容耦合到谐振体，在谐振体上施加静电力，当输入信号频率与谐振频率一致时发生共振。谐振信号通过谐振子和多晶硅输出电极间的电容耦合到输出电极上，驱动力和输出电流信号可分别表示为：

$F_{\mathrm{Drive}}=\frac{1}{2}{(V_{\mathrm{DC}}-v_{\mathrm{ac}})}^2\frac{\∂C}{\∂x}---\left(1\right)$

$i_{\mathrm{out}}=V_{\mathrm{DC}}\frac{\∂C}{\∂x}\frac{\∂x}{\∂t}---\left(2\right)$

其中V_DC、v_ac分别为直流偏压和交流电压信号，C为电容。显然，增加直流偏压、减小交流电压信号是得到较大驱动力和输出电流信号的必要条件。

对于方形谐振器，工作在体模态，其谐振频率表示为：

$f_0=\frac{1}{L}\sqrt{\frac{E}{4\mathrm{\ρ}(1+v)}}---\left(3\right)$

对于圆盘谐振器，也工作在体模态，其谐振频率表示为：

$f_0=\frac{k}{2\mathrm{\πR}}\sqrt{\frac{E}{\mathrm{\ρ}(1-v^2)}}---\left(4\right)$

其中L是方形谐振器边长，R是圆盘谐振器的半径，k是频率常数，对<110>晶向的单晶硅为1.6002，E、ρ、v分别是材料的杨式模量、密度和泊松比。边长和半径在几十微米的谐振器，其谐振频率在几百MHz。

这种谐振器的驱动/传感电极与谐振体间的间隙为空气层，受空气阻尼的影响，在大气环境下Q值不易提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种固体介质层谐振器及其制备方法，该谐振器工作在体模态，制备工艺与IC工艺兼容，并且可工作于大气环境中，具有高谐振频率、高Q值的动态特性。

本发明的技术方案如下：

一种固体介质层谐振器，包括谐振体、驱动电极、传感电极、偏置电极和相应的支撑 锚点和硅衬底，所述谐振体、驱动电极、传感电极、偏置电极通过锚点支撑于硅衬底上，其中：谐振体是悬空的结构；驱动电极和传感电极均由极板、焊盘和连接极板与焊盘的连接线(导电通路)构成，所述极板为梳齿状结构，内嵌在谐振体结构中，谐振体与极板通过固体绝缘介质层隔离，所述焊盘位于谐振体外，焊盘上设有金属电极；偏置电极一端与谐振体电连接，另一端为焊盘，焊盘上设有金属电极。

通常的，谐振体材料为多晶硅、SiGe或SiC；传感电极和驱动电极材料为多晶硅、SiGe或SiC；固体绝缘介质层材料为氮化硅，其厚度定义了电极与谐振体的间距，一般要求其厚度在200nm以下，优选20-200nm。

上述驱动电极和传感电极的数目通常是相等的，可以是一个或多个。对于有多个驱动电极和多个传感电极的情况，优选的，各驱动电极(或传感电极)极板呈中心对称分布在谐振体中，驱动电极极板和传感电极极板沿以谐振体中心为圆心的圆周相间排列。

在本发明的一些具体实施方式中，谐振体为方形，其边长从20微米到1毫米，厚度为2-10微米。该谐振体在方形的四个角处连接支撑锚点，谐振体沿中位线方向进行体模式振动，四个角就是该谐振体的震动节点。在谐振体中分布有两个驱动和两个传感电极极板，这四个极板结构相同。如果以谐振体的中心为原点，X轴和Y轴分别平行于方形的两条相邻边的话，我们可以将谐振体分为四个象限，则上述的四个极板分别内嵌在这四个象限中，且驱动电极极板和传感电极极板相间排列，每个极板的梳齿方向平行于谐振体的一条边而垂直于相邻极板的梳齿方向，梳齿极板末端由连接线引出谐振体。极板的厚度与谐振体一致，为2-10微米。在极板与谐振体间填充固体绝缘物质，形成固体绝缘介质层，使谐振体与极板间直流隔离。

在本发明的另一些具体实施方式中，谐振体为圆盘形，直径从20微米到1mm，厚度为2-10微米，在谐振体中均匀分布有四个相同的梳齿状电极极板，其中两个为驱动电极极板，另两个为传感电极极板。在谐振体的圆周上等间距设四个支撑锚点，这四个支撑锚点与圆心的连线将该谐振体分为四个象限，上述四个极板分别内嵌在四个象限中(即在四分之一个谐振体的扇形区域中)，且驱动电极极板和传感电极极板相间排列。各极板的梳齿形状优选为弧形，各极板梳齿的方向均为顺时针(或逆时针)方向，也就是说，各极板由若干个圆心角为90°的同心圆弧组成。这样，该圆盘形谐振体的支撑锚点就位于震动节点处，使能量损失最小。(参见图4-6)电极极板与谐振体厚度一致，为2-10微米，极板与谐振体间填充固态绝缘物质，厚度在200nm以下，该厚度定义电极与谐振体间距。

上述的固体介质层谐振器，两个驱动电极和两个传感电极分别相邻，驱动电极施加位 相相反的交流信号，谐振器工作在体模式下，两个传感电极输出位相相反的电流信号。

上述的固体介质层谐振器，两个驱动电极和两个传感电极分别相对，驱动电极施加位相相同的交流信号，谐振器工作在体模式下，两个传感电极输出位相相同的电流信号。

本发明还提供了一种制备上述固体介质层谐振器的方法，依次进行如下步骤：

1)在硅基片上依次形成第一氧化硅层、第一氮化硅层和第二氧化硅层，然后进行第一次光刻并湿法腐蚀第二氧化硅层，形成后续用于释放谐振体结构的氧化硅牺牲层；

2)在第一氮化硅层上和氧化硅牺牲层上淀积第一多晶硅层，并化学机械抛光使其表面平整，形成谐振体的器件层；然后进行第二次光刻，图形化出驱动电极和传感电极的形状，并以光刻胶为掩膜干法刻蚀第一多晶硅层至氧化硅牺牲层，形成一系列深槽，氧化硅牺牲层上的深槽即为驱动和传感电极极板的生长位置；

3)在第一多晶硅层和深槽上先淀积第二氮化硅层，再淀积第二多晶硅层填满深槽，然后刻蚀表面的第二多晶硅层和第二氮化硅层，至第一多晶硅层露出，从而使谐振体层的多晶硅能与外界互连，而保留在深槽侧壁中的第二氮化硅层即为驱动和传感电极与谐振体间的绝缘介质层，它定义了电容的厚度，保留在深槽中的第二多晶硅层即为驱动和传感电极；对多晶硅进行离子注入并进行退火，降低多晶硅电阻并能与金属形成欧姆接触；

4)溅射金属层，进行第三次光刻并腐蚀金属，在驱动电极、传感电极和偏置电极的焊盘部位形成金属电极；

5)进行第四次光刻图形化出整个谐振器，光刻后划片，然后以带有图形的光刻胶为掩膜刻蚀多晶硅至第一氮化硅层，湿法腐蚀氧化硅牺牲层，直到谐振体结构释放，得到所述固体介质层谐振器。

进一步的，在上述方法中，步骤1)中可以通过热氧化形成第一氧化硅层，再采用低压化学气相沉积(LPCVD)淀积第一氮化硅层，形成绝缘层，然后再LPCVD第二氧化硅层。

上述步骤2)也用LPCVD的方法淀积第一多晶硅层；以第二次光刻形成的光刻胶为掩膜干法刻蚀第一多晶硅层采用的是感应耦合等离子体(ICP)干法刻蚀。

上述步骤3)中，采用LPCVD淀积第二氮化硅层和第二多晶硅层，然后用RIE(反应离子刻蚀)刻蚀表面的第二多晶硅层和第二氮化硅层，到第一多晶硅层露出表面后停止。

上述步骤4)中所述金属层一般是铬/金复合层，先溅射一层铬，再在铬上溅射一层金。

上述步骤5)中为了在划片时保护片子表面，可以在第四次光刻后坚膜，在有光刻图 形的光刻胶上再涂另外一层光刻胶作为保护层，然后再划片，划片后去掉上层光刻胶，余下下层的有光刻图形的光刻胶作为掩膜ICP刻蚀第一多晶硅层至绝缘层(即第一氮化硅层)，随后氢氟酸腐蚀氮化硅牺牲层释放谐振体。

上述方法中，传感电极和驱动电极的极板是通过在多晶硅层上刻蚀深槽，再LPCVD多晶硅回填到深槽内形成的，所以形成的谐振器的传感电极和驱动电极极板垂直于衬底，并内嵌于谐振体。对淀积的多晶硅需进行掺杂，以保证良好的导电特性，掺杂包括在位掺杂和扩散两种方式，如果选择扩散掺杂，在LPCVD多晶硅部分完成时进行扩散，再接着淀积多晶硅。多晶硅淀积完成后高温退火，以激活掺入的离子。

在多晶硅槽刻蚀步骤中采用感应耦合等离子体(ICP)深刻蚀技术，通过控制刻蚀与钝化时间比为2∶1-10∶1，使刻蚀的侧壁尽可能平整，并减小横向钻蚀。深槽刻蚀完成后，再采用LPCVD技术淀积50-200nm厚的氮化硅层，在深槽侧壁形成一层氮化硅薄膜，该薄膜作为绝缘介质层，保证了电极与谐振体之间的直流隔离，其厚度决定了谐振体与传感电极和驱动电极的极板之间的电容极板间隙，而电容极板间隙大小直接影响谐振器的等效运动阻抗。采用LPCVD技术在深槽内淀积多晶硅，多晶硅厚度由槽宽度决定，介于1-2μm之间，该多晶硅即为传感电极和驱动电极的极板。进一步的，制作出传感电极和驱动电极的多晶硅焊盘，即形成传感电极和驱动电极。互连用金属电极制备完成后，进行另外一次多晶硅刻蚀，一是进一步定义谐振体形状，另一方面为了释放结构。多晶硅刻蚀完成后，通过湿法腐蚀氧化硅牺牲层，释放出谐振体结构，从而形成本发明谐振器。

本发明的谐振器如应用于生化传感检测，需在谐振体表面淀积50nm左右的金薄膜，根据待测生化分子的类型，组装对应的生化敏感层。

本发明的谐振器结构由于驱动/传感电极与谐振体间的绝缘介质层很薄，对谐振结构的杨氏模量等参数不会产生很大影响，整个结构可以等效成圆盘和方形结构谐振体分析。相对传统圆盘和方形结构的谐振器，由于电极采用梳齿结构，电极与谐振器间有效面积A增大了几十倍，而电容间隙d仍能保持在亚微米量级。谐振器的输出电流i_o∝A/d²，谐振器的等效运动阻抗R_m∝d⁴/A²。可见输出电流i_o可得到几十倍的增加，而等效运动阻抗R_m可降低几百倍，达到50欧姆左右。

具体而言，本发明相比于现有技术具有以下优点：

1、相比体、表面声波、压电等类型的谐振器，本发明固体介质层谐振器的制备基于 半导体加工工艺，与IC兼容，批量生产成本很低，可实现单片集成，谐振频率可由控制芯片进行编程，适合代替石英晶振广泛应用；

2、相对梁式谐振器和梳齿谐振器，本发明采用的体模式的谐振方式，具有更高的谐振频率(谐振频率可超过百MHz)，酒杯式的谐振模态使驱动和检测都可以采用差分的方式，提高信噪比；

3、本发明固体介质层谐振器由于采用固态绝缘介质作为电极与谐振体之间的填充物，避免了一般纳隙电容谐振器空气介质层所造成的阻尼，可在空气中达到很高的Q值(Q因子可达到10⁵)，避免了真空封装带来的麻烦；

4、本发明固体介质层谐振器的纳米间隙采用化学气相淀积的方式，比一般的纳隙电容采用的刻蚀和牺牲层释放的方式更容易控制间隙宽度，避免了表面张力和谐振体内部应力对间隙宽度造成影响；

5、本发明固体介质层谐振器的驱动传感电极采用梳齿结构内嵌于谐振体中，使驱动传感电极与谐振体间的电容较一般谐振器更大，输入输出阻抗更低。

综上所述，本发明提出的可在空气中达到高频、高Q值工作的固体介质层谐振器及其制备方法，相比常见的纳隙间隙电容传感器，首先，具有更大面积的传感和驱动电极，从而减小了其输入输出阻抗，增加器件的匹配能力和信噪比；其次，固态介质层相对于刻蚀的空腔更容易控制厚度，并且不会因多晶硅内应力造成电极与谐振体短路；第三，固体介质层谐振器避免了空气介质造成的阻尼，使其在空气中具有很高的Q值，避免了真空封装；最后，固体介质层谐振器的振动模态平行于表面，因此可提供液态分子在传感器表面的粘滞弹性信息，其谐振信号在液体中仍处于可检测的量级，应用范围更加广泛。

附图说明

图1是本发明实施例1方形谐振器的立体结构示意图。

图2是本发明实施例1方形谐振器谐振体结构部分的放大示意图。

图3是本发明实施例1方形谐振器的俯视结构示意图。

图4是本发明实施例2圆盘式谐振器的立体结构示意图。

图5是本发明实施例2圆盘式谐振器谐振体结构部分的放大示意图。

图6是本发明实施例2圆盘式谐振器的俯视结构示意图。

图7(a)～7(g)是本发明制备固体介质层谐振器的工艺流程示意图，其中：图7(a)在硅片上依次形成第一氧化硅层、第一氮化硅层和氮化硅牺牲层；图7(b)淀积并CMP第一多 晶硅层；图7(c)在第一多晶硅层中形成深槽；图7(d)淀积第二氮化硅层；图7(e)淀积第二多晶硅层；图7(f)刻蚀第二多晶硅层和第二氮化硅层，露出第一多晶硅层的表面；图7(g)溅射并腐蚀金属层形成金属电极，然后刻蚀第一多晶硅层并腐蚀氧化硅牺牲层获得固体介质层谐振器。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

图1-3所示的是一个谐振体为方形的固体介质层谐振器，包括谐振体1、两个传感电极2、两个驱动电极3、四个偏置电极4。其中，谐振体2是悬空的结构，四个偏置电极4连接谐振体2的导电通路构成了一个方形框架作为支撑构件，该方形框架的四个角通过锚点5固定支撑在衬底(图中未示出)上，四个偏置电极的焊盘41分别对称地位于方形框架四个角的外延方向上；传感电极2由极板21、焊盘22和它们之间的导电通路组成，驱动电极3由极板31、焊盘32和它们之间的导电通路组成；两个传感电极极板21和两个驱动电极极板31分别内嵌在谐振体的四个象限中，相对于谐振体中心对称分布，极板的梳齿方向如图2所示，每个极板的梳齿方向平行于谐振体的一条边而垂直于相邻极板的梳齿方向；极板21和31与谐振体之间填充固态绝缘材料，极板21(或31)和谐振体1作为电容极板，它们之间的固体绝缘材料作为中间介质形成电容结构；焊盘22、焊盘32和焊盘41通过绝缘介质膜与衬底锚定，其上均设置有金属电极6用于将谐振器与外部驱动电源、检测系统和偏置电源互连。

实施例2

图4-6所示的是一个谐振体为圆盘状的固体介质层谐振器，同实施例1，包括谐振体1、两个传感电极2、两个驱动电极3、四个偏置电极4。其中，谐振体2是悬空的结构，四个偏置电极4连接谐振体2的导电通路构成了一个方形框架作为支撑构件，该方形框架的四个角通过锚点5固定支撑在衬底(图中未示出)上，四个偏置电极的焊盘41分别对称地位于方形框架四个角的外延方向上；传感电极2由极板21、焊盘22和它们之间的导电通路组成，驱动电极3由极板31、焊盘32和它们之间的导电通路组成；两个传感电极极板21和两个驱动电极极板31分别内嵌在谐振体的四个象限中，相对于谐振体中心对称分布，极板的梳齿形状为圆弧形，梳齿方向为顺时针方向，如图5所示；极板21和31与 谐振体之间填充固态绝缘材料，极板21(或31)和谐振体1作为电容极板，它们之间的固体绝缘材料作为中间介质形成电容结构；焊盘22、焊盘32和焊盘41通过绝缘介质膜与衬底锚定，其上均设置有金属电极6用于将谐振器与外部驱动电源、检测系统和偏置电源互连。

本发明谐振器的谐振体形状并不限于上述的方形或者圆盘状，谐振体的形状可以选择各种适用的形状。圆盘状谐振器沿径向进行体模式振动，方形谐振器沿中位线方向进行体模式振动，其振动均为体模式的最低阶振动模态，振幅较其他模态更大。

实施例3

图7为本发明谐振器的制备流程图，具体步骤如下：

1、采用单抛硅片101作为加工基片，单抛硅片101为N型，(100)晶面，厚度为525微米；在单抛硅片101表面热氧化一层氧化硅102，LPCVD淀积一层氮化硅103，厚度为150nm，形成绝缘层；再LPCVD淀积一层氧化硅，采用用光刻胶进行第一次光刻，并用HF湿法腐蚀氧化硅，形成氧化硅牺牲层104，该氧化硅牺牲层104用于隔离多晶硅谐振体与单抛硅片101及释放谐振体结构(图7(a))；

2、LPCVD淀积一层多晶硅，在CMP(化学机械抛光)系统中去除多晶硅表面的台阶，形成谐振体的器件层105(图7(b))；

4)第二次光刻，图形化出驱动电极和传感电极的极板，并以该光刻胶作为下一步硅深刻蚀的掩膜在感应耦合等离子体(ICP)系统中干法刻蚀多晶硅层105至牺牲层104，形成的深槽106即为驱动电极和传感电极的极板的生长位置(图7(c))；

5)LPCVD淀积一层氮化硅，厚度为100nm，该氮化硅层为电极与谐振体间的绝缘介质层107，定义了电容的厚度(图7(d))；

6)在深槽106中LPCVD淀积多晶硅108，厚度约为槽宽的一半，形成驱动电极和传感电极的极板(图7(e))；

7)RIE刻蚀表面的多晶硅108，厚度约为槽宽的一半；接着RIE刻蚀氮化硅的绝缘介质层107，刻蚀厚度为100nm，使谐振体的多晶硅器件层105露出表面；对多晶硅进行磷离子注入，离子注入浓度为5×10¹⁵cm^-2，在氮气氛围1000℃条件下对多晶硅退火60分钟，以激活磷原子，保证多晶硅与金属电极间的欧姆接触(图7(f))；

8)溅射30nm厚的铬层和300nm厚的金层，第三次光刻，并腐蚀掉部分铬/金层，在 多晶硅焊盘位置上形成金属电极109，该金属电极109用于驱动电极、传感电极和偏置电极与外部驱动电源、检测系统和偏置电源的连接；

9)涂光刻胶进行第四次光刻，光刻后坚膜(在160℃下坚膜30min)，该层光刻胶作为下一步ICP刻蚀的掩膜；之后，再涂另外一层光刻胶，以便于划片时保护片子表面；划片，划片后去掉上层保护用光刻胶，余下首层有光刻图形的光刻胶作为掩膜，ICP刻蚀多晶硅器件层105至绝缘层103；HF腐蚀氧化硅牺牲层104直到谐振体结构释放，平面电容谐振器制备完成(图7(g))。

上述方法制备的实施例1所述的谐振体边长500微米、厚度3微米的方形谐振器，其一阶谐振频率为7.2MHz。采用同样的操作，可以制备出其他不同尺寸和形状的固体介质层谐振器，如圆盘式谐振器，只需要在刻蚀时先图形化出圆盘形的谐振体和相应形状的极板结构。对于谐振体厚度为3微米、半径分别为30和50微米的圆盘型谐振器，其一阶谐振频率分别为148MHz和88MHz。

以上通过详细实施例描述了本发明所提供的固体介质层谐振器。本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明实质的范围内，可以对本发明做一定的变形或修改；其制备方法也不限于实施例中所公开的内容。

Claims (10)

1.一种固体介质层谐振器，包括谐振体、驱动电极、传感电极、偏置电极，相应的支撑锚点和硅衬底，所述谐振体、驱动电极、传感电极、偏置电极通过锚点支撑于硅衬底上，其中：谐振体是悬空的结构；驱动电极和传感电极均由极板、焊盘和连接极板与焊盘的连接线构成，所述极板为梳齿状结构，内嵌在谐振体中，谐振体与极板通过固体绝缘介质层隔离，所述焊盘位于谐振体外，焊盘上设有金属电极；偏置电极一端与谐振体电连接，另一端为焊盘，焊盘上设有金属电极。

2.如权利要求1所述的谐振器，其特征在于，谐振体材料为多晶硅、SiGe或SiC；传感电极和驱动电极材料为多晶硅、SiGe或SiC；固体绝缘介质层材料为氮化硅，厚度在20-200nm。

3.如权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述驱动电极和传感电极的数目相等，为一个或多个；多个驱动电极和多个传感电极的情况下，驱动电极极板和传感电极极板相间排列在谐振体中，且呈中心对称分布。

4.如权利要求3所述的谐振器，其特征在于，所述谐振体为方形，四个角连接支撑锚点，其边长为20μm～1mm，厚度为2μm～10μm；谐振体中内嵌两个驱动电极极板和两个传感电极极板，四个极板结构相同，相间分布在谐振体的四个象限中，每个极板的梳齿方向平行于谐振体的一条边而垂直于相邻极板的梳齿方向，四个极板分别由连接线引出谐振体。

5.如权利要求3所述的谐振器，其特征在于，所述谐振体为圆盘形，直径为20μm～1mm，厚度为2μm～10μm，在谐振体的圆周上等间距设置四个支撑锚点；四个相同的梳齿状极板分别内嵌在四分之一个谐振体的扇形区域中；每个极板由若干个圆心角为90°的同心圆弧状梳齿构成，各极板的梳齿均为为顺时针或逆时针方向，其中两个极板为驱动电极极板，另两个极板为传感电极极板，四个极板分别由连接线从谐振体引出。

6.如权利要求4或5所述的谐振器，两个驱动电极和两个传感电极分别相邻，驱动电极施加相位相反的交流信号，谐振器工作在体模式下，两个传感电极输出位相相反的电流信号。

7.如权利要求4或5所述的谐振器，两个驱动电极和两个传感电极分别相对，驱动电极施加相位相同的交流信号，谐振器工作在体模式下，两个传感电极输出位相相同的电流信号。

8.一种制备权利要求1所述固体介质层谐振器的方法，依次包括下列步骤：

1)在硅基片上依次形成第一氧化硅层、第一氮化硅层和第二氧化硅层，然后进行第一次光刻并湿法腐蚀第二氧化硅层，形成后续用于释放谐振体结构的氧化硅牺牲层；

2)在第一氮化硅层上和氧化硅牺牲层上淀积第一多晶硅层，并化学机械抛光使其表面平整，然后进行第二次光刻，图形化出驱动电极和传感电极的形状，并以光刻胶为掩膜干法刻蚀第一多晶硅层至氧化硅牺牲层，形成一系列深槽，氧化硅牺牲层上的深槽即为驱动和传感电极极板的生长位置；

3)在第一多晶硅层和深槽上先淀积第二氮化硅层，再淀积第二多晶硅层填满深槽，然后刻蚀表面的第二多晶硅层和第二氮化硅层，至第一多晶硅层露出，保留在深槽侧壁的第二氮化硅层即为驱动电极和传感电极与谐振体间的绝缘介质层，保留在深槽中的第二多晶硅层即为驱动和传感电极；然后对多晶硅进行离子注入并退火；

4)溅射金属层，进行第三次光刻并腐蚀金属，在驱动电极、传感电极和偏置电极的焊盘部位形成金属电极；

5)进行第四次光刻图形化出整个谐振器，光刻后划片，然后以带有图形的光刻胶为掩膜刻蚀多晶硅至第一氮化硅层，湿法腐蚀氧化硅牺牲层，直到谐振体结构释放，得到所述固体介质层谐振器。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤1)中通过热氧化形成第一氧化硅层，采用低压化学气相沉积淀积第一氮化硅层和第二氧化硅层；步骤2)中采用低压化学气相沉积淀积第一多晶硅层，采用感应耦合等离子体干法刻蚀第一多晶硅层形成深槽；步骤3)采用低压化学气相沉积淀积第二氮化硅层和第二多晶硅层，然后反应离子刻蚀表面的第二多晶硅层和第二氮化硅层，露出第一多晶硅层后进行离子注入，并在氮气气氛中退火激活注入的离子。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤5)第四次光刻后坚膜，在有光刻图形的光刻胶上再涂另外一层光刻胶作为保护层，然后划片，划片后去掉上层光刻胶，余下下层的有光刻图形的光刻胶作为掩膜，感应耦合等离子体干法刻蚀第一多晶硅层至第一氮化硅层，随后氢氟酸腐蚀氮化硅牺牲层释放谐振体。

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