CN114389560A - 制造具特定共振频率的薄膜体声波共振装置的方法 - Google Patents

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Abstract

一种制造具特定共振频率的薄膜体声波共振装置的方法，包含：提供上电极；提供下电极；设置第一压电材料层于所述上电极及所述下电极之间；设置共振频率决定金属层于所述上电极上，其中所述共振频率决定金属层具有厚度，而使所述薄膜体声波共振装置的共振频率与所述厚度形成曲线；以及当所述曲线上的所述厚度线性变化时，使所述共振频率非线性变化。

Description

制造具特定共振频率的薄膜体声波共振装置的方法
技术领域
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
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。
如何精进现存的FBAR技术，以使其具有优选的效率及/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。
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的薄膜体声波共振装置的方法」。
发明内容
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，包含：提供上电极；提供下电极；设置第一压电材料层于所述上电极及所述下电极之间；设置共振频率决定金属层于所述上电极上，其中所述共振频率决定金属层具有厚度，而使所述薄膜体声波共振装置的共振频率与所述厚度形成曲线；以及当所述曲线上的所述厚度线性变化时，使所述共振频率非线性变化。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厚度的共振频率决定金属层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。
本案的又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，包含：提供上电极；提供下电极；设置第一压电材料层于所述上电极及所述下电极的间；设置共振频率决定金属层于所述上电极上，其中所述共振频率决定金属层具有厚度，而使所述薄膜体声波共振装置的共振频率与所述厚度形成曲线；以及当所述曲线上的所述厚度线性变化时，使所述共振频率非线性变化。
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：提供上电极；提供下电极；设置一第一压电材料层于所述上电极及所述下电极之间以构成所述薄膜体声波共振装置的核心结构；设置共振频率决定金属层于所述上电极上，其中所述共振频率决定金属层具有厚度，而使所述薄膜体声波共振装置的共振频率与所述厚度形成曲线，其中当所述厚度位于第一范围时，所述曲线定义为第一曲线线段、当所述厚度位于第二范围时，所述曲线定义为第二曲线线段、且所述第一曲线线段的第一斜率大于所述第二曲线线段的第二斜率；以及视所述特定共振频率所对应的所述厚度处于所述第一或所述第二范围，而选用特定厚度来制造所述薄膜体声波共振装置。
附图说明
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。
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共振频率决定金属层的金的厚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
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、第二压电材料层14、下电极15、第一压电材料层(其为压电材料膜)16、上电极17与共振频率决定金属层18，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，所述第二压电材料层14设置于所述第二绝缘层13上，所述下电极15设置于所述第二压电材料层14上，所述第一压电材料层16设置于所述下电极15上，所述上电极17设置于所述第一压电材料层16上，而所述共振频率决定金属层18设置于所述上电极17上，且连接于感测材料，所述感测材料用于感测所述薄膜体声波共振装置1的共振频率。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。
如图1所示，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)，所述第二压电材料层14与所述第一压电材料层16包括氮化铝(AlN)或锆钛酸铅(PZT)，且所述共振频率决定金属层18包括金(Au)。
在图1中，所述共振频率决定金属层18的厚度最小为0.05μm，最大为0.15μm，例如：所述厚度可为0.05μm(第一优选实施例)、0.1μm(第二优选实施例)或0.15μm(第三优选实施例)；所述气隙11的深度(高度)为3μm，所述第一绝缘层12、所述第二绝缘层13、所述第二压电材料层14、所述上电极17与所述下电极15的一厚度均为0.2μm，且所述第一压电材料层16的厚度为1μm。
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、所述第二压电材料层14、所述下电极15与所述第一压电材料层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。所述共振频率决定金属层18与所述上电极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。
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的共振频率决定金属层的金的厚度与所述薄膜体声波共振装置的共振频率的波形图。
如图2所示，当所述共振频率决定金属层18包括金(Au)，且所述金的厚度是自0.1μm增加至0.15μm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21KHz，而当所述共振频率决定金属层的所述金的厚度是自0.05μm增加至0.1μm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0.48GHz。亦即，由图2可知，当所述共振频率决定金属层18的所述金的厚度在进行线性的变化(例如：所述共振频率决定金属层18的所述金的厚度由0.1μm增加至0.15μm或由0.05μm增加至0.1μm)时，所述薄膜体声波共振装置1的所述共振频率则是呈现一非线性的变化(例如：当所述金的厚度由0.1μm增加至0.15μm，所述薄膜体声波共振装置1的所述共振频率所增加的所述第一差值约为21KHz，或当所述金的厚度由0.05μm增加至0.1μm，所述共振频率所增加的所述第二差值约为0.48GHz)。
依据本发明构想的第四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，包含：提供上电极17；提供下电极15；设置第一压电材料层16于所述上电极17及所述下电极15的间；设置共振频率决定金属层18于所述上电极17上，其中所述共振频率决定金属层18具有厚度，而使所述薄膜体声波共振装置1的共振频率与所述厚度形成曲线；以及当所述曲线上的所述厚度线性变化时，使所述共振频率非线性变化。
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：当所述厚度位于第一范围时，定义所述曲线为第一曲线线段，当所述厚度位于第二范围时，定义所述曲线为第二曲线线段，且使所述第一曲线线段的第一斜率大于所述第二曲线线段的第二斜率；以及视所述特定共振频率所对应的所述厚度处于所述第一或所述第二范围，而选用特定厚度来制造所述薄膜体声波共振装置1。
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：提供上电极17；提供下电极15；设置第一压电材料层16于所述上电极17及所述下电极15的间以构成所述薄膜体声波共振装置的核心结构(15+16+17)；设置共振频率决定金属层18于所述上电极17上，其中所述共振频率决定金属层18具有厚度，而使所述薄膜体声波共振装置1的共振频率与所述厚度形成曲线，其中当所述厚度位于第一范围时，所述曲线定义为第一曲线线段、当所述厚度位于第二范围时，所述曲线定义为第二曲线线段、且所述第一曲线线段的第一斜率大于所述第二曲线线段的第二斜率；以及视所述特定共振频率所对应的所述厚度处于所述第一或所述第二范围，而选用特定厚度来制造所述薄膜体声波共振装置1。
在制造根据本发明构想所提出的薄膜体声波共振装置时，同一晶圆中可包括复数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。例如：在同一晶圆中可包括一万个具有金属层厚度为0.05μm的共振频率决定金属层的薄膜体声波共振装置的组件(die)、一万个具有金属层厚度为0.1μm的此一组件与一万个具有金属层厚度为0.15μm的此一组件，这三万个组件除了共振频率决定金属层的厚度不同外，其余结构均相同。因此，除了共振频率决定金属层以外的制程均相同，而可以同一制程同时制造。而当制造共振频率决定金属层时，再分别调适成可分别制造三种厚度的共振频率决定金属层的制程，但是仍在同一晶圆上同时制造。因此，其制造成本相对于在三个不同晶圆上分别制造三种不同厚度的上述组件是较低的。
综上所述，本发明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，包含：提供上电极；提供下电极；设置第一压电材料层于所述上电极及所述下电极的间；设置共振频率决定金属层于所述上电极上，其中所述共振频率决定金属层具有厚度，而使所述薄膜体声波共振装置的共振频率与所述厚度形成曲线；以及当所述曲线上的所述厚度线性变化时，使所述共振频率非线性变化。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厚度的共振频率决定金属层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，故其确实具有新颖性与进步性。
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。
符号说明
1：依据本发明构想的优选实施例的薄膜体声波共振装置
10：基板 11：气隙
12：第一绝缘层 13：第二绝缘层
14：第二压电材料层 15：下电极
16：第一压电材料层 17：上电极
18：共振频率决定金属层。

Claims (10)

1.一种制造具特定共振频率的薄膜体声波共振装置的方法，包含：
提供上电极；
提供下电极；
设置第一压电材料层于所述上电极及所述下电极之间；
设置共振频率决定金属层于所述上电极上，其中所述共振频率决定金属层具有厚度，而使所述薄膜体声波共振装置的共振频率与所述厚度形成曲线；以及
当所述曲线上的所述厚度线性变化时，使所述共振频率非线性变化。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述薄膜体声波共振装置更包括基板、第一绝缘层、第二绝缘层与第二压电材料层，所述第一绝缘层设置于所述基板上，所述第二绝缘层设置于所述第一绝缘层上，所述第二压电材料层设置于所述第二绝缘层上，所述下电极设置于所述第二压电材料层上，所述第一绝缘层与所述基板间具有气隙，且所述气隙内部呈现真空状态。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述基板包括硅，所述第一绝缘层包括氮化硅，所述第二绝缘层包括二氧化硅，所述上电极与所述下电极包括钼，所述第一压电材料层与所述第二压电材料层包括氮化铝或锆钛酸铅，且所述共振频率决定金属层包括金(Au)。
4.根据权利要求2所述的方法，其中所述厚度最小为0.05μm，最大为0.15μm，所述气隙的深度为3μm，所述第一绝缘层、所述第二绝缘层、所述第二压电材料层、所述上电极与所述下电极的厚度均为0.2μm，且所述第一压电材料层的厚度为1μm。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述基板、所述第一绝缘层、所述第二绝缘层、所述第二压电材料层、所述下电极与所述第一压电材料层形成第一圆柱体，所述第一圆柱体的第一直径为200μm，所述气隙形成第二圆柱体，所述第二圆柱体的第二直径为140μm，所述共振频率决定金属层与所述上电极形成第三圆柱体，且所述第三圆柱体的第三直径为100μm。
6.根据权利要求4所述的方法，其中当所述共振频率决定金属层的所述厚度自0.1μm增加至0.15μm时，所述薄膜体声波共振装置的共振频率所增加的第一差值为21KHz，而当所述共振频率决定金属层的所述厚度是自0.05μm增加至0.1μm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差值为0.48GHz，所述共振频率决定金属层连接于感测材料，且所述感测材料用于感测所述共振频率。
7.根据权利要求4所述的方法，更包括：
当所述厚度位于第一范围时，定义所述曲线为第一曲线线段，当所述厚度位于第二范围时，定义所述曲线为第二曲线线段，且使所述第一曲线线段的第一斜率大于所述第二曲线线段的第二斜率；以及
视所述特定共振频率所对应的所述厚度处于所述第一或所述第二范围，而选用特定厚度来制造所述薄膜体声波共振装置。
8.一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：
提供上电极；
提供下电极；
设置第一压电材料层于所述上电极及所述下电极之间；
设置共振频率决定金属层于所述上电极上，其中所述共振频率决定金属层具有厚度，而使所述薄膜体声波共振装置的共振频率与所述厚度形成曲线，其中当所述厚度位于第一范围时，所述曲线定义为第一曲线线段、当所述厚度位于第二范围时，所述曲线定义为第二曲线线段、且所述第一曲线线段的第一斜率大于所述第二曲线线段的第二斜率；以及
视所述特定共振频率所对应的所述厚度处于所述第一或所述第二范围，而选用特定厚度来制造所述薄膜体声波共振装置。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述共振频率决定金属层的厚度最小为0.05μm，最大为0.15μm，所述薄膜体声波共振装置更包括基板、第一绝缘层、第二绝缘层与第二压电材料层，所述第一绝缘层设置于所述基板上，所述第二绝缘层设置于所述第一绝缘层上，所述第二压电材料层设置于所述第二绝缘层上，所述下电极设置于所述第二压电材料层上，所述第一绝缘层与所述基板间具有气隙，且所述气隙内部呈现真空状态。
10.根据请求项9所述的方法，其中所述基板包括硅，所述第一绝缘层包括氮化硅，所述第二绝缘层包括二氧化硅，所述上电极与所述下电极包括钼，所述第一压电材料层与所述第二压电材料层包括氮化铝或锆钛酸铅，且所述共振频率决定金属层包括金(Au)。
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