具有至少一種諧振腔模式形狀的mems諧振器的製作方法

2023-06-09 20:42:26 3

專利名稱：具有至少一種諧振腔模式形狀的mems諧振器的製作方法
技術領域：
本發明涉及具有至少一種諧振腔模式形狀的MEMS諧振器，所述 MEMS諧振器包括具有表面的襯底和諧振器結構。本發明還涉及製造 這種MEMS諧振器的方法。本發明還涉及包括這種MEMS諧振器的 MEMS振蕩器。本發明也涉及包括這種MEMS諧振器的MEMS濾波器。
背景技術：
為了代替在振蕩器(或濾波器)中使用的大體積的石英晶體，在 文獻中報導了各種MEMS諧振器幾何結構和製造工藝。半導體工藝中 的集成允許極大地降低尺寸和成本。MEMS諧振器由多晶矽或單晶矽製成。與多晶矽相比，由於單晶 矽的低的內部摩擦以及由此而來的較高的機械品質因子、低的內部應 力和對各種工藝參數的獨立性，單晶矽是更有吸引力的材料。然而， 單晶矽的顯微機械加工不僅需要諸如絕緣體上的矽(SOI)之類的特 殊矽晶片(這增加了成本，並且限制了進一步集成)，或者需要使用諸 如HARPSS或BOSCH工藝之類的特殊工藝，這也限制了與MOS或無源 工藝的兼容性，因此，導致了諧振器厚度的限制。使用不同概念製造 MEMS諧振器細束、盤或膜(通常，厚度小於6微米)的彎曲模式， 和相對較厚的束、板或盤(通常，厚度小於18微米)的體聲模式。彎 曲模式諧振器的主要的缺點是低的功率處理，這是由於在10MHz以上 的頻率下其低質量導致的。當諧振器通過HARPSS或BOSCH工藝製造 時尤其如此，因為它一旦側向限定，向下切割(undeinmtting)寬的機 械結構成為問題。就功率處理來說，基於延伸模式的盤是有希望的。US6，856，2i7Bl公開了一種微機械諧振器裝置，所述諧振器裝置基 於徑向或側向振動的盤結構，並且能夠在遠大於100MHz的頻率處振 動。盤的中心為節點，所以當盤諧振器在其中心受到支錼時，到襯底
的錨耗散減至最小，允許這種設計在高頻處保持高Q值。此外，這種 設計在高頻處保持高的硬度，因此最大化了動態範圍。此外，該盤諧 振器的側壁表面面積通常比先前的彎曲模式諧振器設計中可得到的更 大。當在給定的頻率下使用電容(或靜電)轉換時，允許該盤設計以 獲得比其對應部分小的串聯動態電阻。這種諧振器獲得的頻率和動態 範圍使得其適用於各種通信系統中的高Q值RF濾波和振蕩器應用。其 尺寸也使得它特別適用於可攜式、無線應用，其中如果大量使用，這 種諧振器能極大地降低功耗、增加魯棒性、並且延伸高性能無線收發 機的應用範圍。US6，856，217B1沒有公開單晶矽MEMS諧振器。現有的MEMS諧振器的一個缺點是當在廉價的體襯底製造時，該 MEMS諧振器不適用於10-50MHz範圍內的頻率。為獲得在10-50MHz 範圍內的頻率，需要非常大的盤諧振器面積。於是，不能再使用類似 HARPPS或BOSCH的用於製造MEMS諧振器的工藝。下述公開物公開 了HARPSS工藝Siavash Pourk咖ali, et.al.'7/妙-0 SVwgfe歸-腳-鵬2)ww由cft'ow (7a戸"，Journal of Microelectromechanical Systems, VoU2， No.4, Aug.2003, p.487-496。發明內容本發明的--個目的是提供一種改進的MEMS諧振器和製造這種 MEMS諧振器的改進方法。本發明通過獨立權利要求限定。從屬權利要求限定有益的實施例。 實現本發明的目的在於諧振器結構為襯底的一部分，並且本發明 的又一特徵在於諧振器由第一閉合溝槽和第二閉合溝槽限定，第一溝 槽位於第二溝槽內，以便在襯底內形成管狀結構，並且僅沿與表面平 行的方向從所述襯底釋放諧振器結構。根據本發明的MEMS諧振器通 過兩個閉合溝槽形成，因此提供在非常廉價的襯底內製造的非常簡單 的結構。在諧振器結構下不再如絕緣體上矽中的情況那樣需要任何犧 牲層，這意味著能在體襯底中製造MEMS諧振器。需要的僅是形成兩 個閉合溝槽， 一個溝槽在另一溝槽內，這導致管狀結構。另外，管狀
結構導致比盤結構低的硬度，這導致減小了用於給定頻率的尺寸。根據本發明的MEMS諧振器提供額外的益處。首先，管狀結構以 更好的方式提供調整諧振器的電特性的機會。與具有依賴於厚度、長 度和半徑的頻率的束和盤諧振器相比，管頻率可以通過改變管的長度、 尺寸(外部溝槽的半徑/寬度)或厚度(外部溝槽和內部溝槽之間的距 離)調整。此外，管可設計為具有任何希望的長度。因此，管的側壁面積可 以設計為在與在SOI晶片中製造的等效盤相同或更大的範圍內。另外， 由於諧振器的閉合形狀，使得其更剛硬，管的側壁面積比製造在SOI 晶片中或使用HARPSS或BOSCH工藝製造的等效束諧振器的側壁面 積大得多。這樣的結泉是驅動器電極也可具有更大的面積，這導致裝 置的較低的動態電阻。製造根據本發明的MEMS諧振器的方法與類似PICS工藝的多種 常規工藝兼容。相反，US6，856，217B1公開了一種製造MEMS諧振器的 複雜方法，該方法包括在襯底上的層沉積步驟、圖形化層步驟和選擇 去除步驟的組合，以產生用於MEMS諧振器的可移動元件。這種工藝 與類似P!CS工藝的大多數常規工藝不兼容。根據本發明的MEMS諧振器的有益實施例的特徵在於襯底為單晶 矽襯底。與多晶矽相比，由於其低的內部摩擦和由此而來的較高的機 械品質因子、低的內部應力和對各種工藝參數獨立性，單晶矽為更有 吸引力的材料。因此，可以實現MEMS諧振器的改迸性能。根據本發明的MEMS諧振器的又一實施例的特徵在於第一閉合溝 槽和第二閉合溝槽具有環形形狀，以便形成環形管狀結構。盤和由此 形成的環形管狀結構提供了MEMS諧振器的良好的功率處理。此外， 在多數工藝中，環形形狀容易製造。在根據本發與的MEMS諧振器的最後提及的實施例的改進中，第 一閉合溝槽和第二閉合溝槽彼此之間同心地設置，以便按照以下方式 形成所述管狀結構，使得在所有與表面平行的半徑方向中具有恆定厚 度管狀結構。在該實施例中，管的所有直徑方向中的厚度為恆定值， 作為這樣的結果，在沿那些方向襯底的楊氏模量(Young's modulus)
相同的情況下，該實施例對於製造窄頻帶諧振器(通常，使用在諧振 器中)是有益的。優選地，管狀結構的高度(所述高度由所述第一和第二閉合溝槽 的深度限定)是管狀結構的厚度的兩倍多。在該實施例中，諧振頻率落入某些無幾應用(例如，10MHz至50MHz)需要的頻率。高度與厚 度的比率越大，諧振頻率越低。此處應指出，製造現有的盤諧振器， 使得其在那些頻率諧振不是很有吸引力的。這種盤諧振器的面積將變 得太大。根據本發明的MBMS諧振器的替代實施例的特徵在於第一和第二 閉合溝道為非環形的，以便形成具有在與表面平行的半徑方向的變化 厚度的管狀結構，該結構用於補償沿所述方向上襯底材料的楊氏模量 中的差異。在該實施例中，與表面平行的徑向方向的厚度變化可用於 補償那些方向中襯底的楊氏模量變化。作為替代，這種變化可用於產 生用在MEMS濾波器中的諧振頻率帶。在根據本發明的MEMS諧振器的又一實施例中，驅動器電極位於 所述閉合溝槽之一的側壁上，所述驅動器電極配置用於驅動諧振器。 有利地，所述驅動器電極用於驅動MEMS諧振器的模式形狀。眾所周 知，這種結構公知為單端微機械諧振器。 '在所述實施例的有益改進中，驅動電極沿所述閉合溝槽的全部長 度配置。在該實施例中，振動模式是這樣的所述管在整個周長同時 地膨脹和收縮。這種模式形狀也稱為徑向模式。在MEMS諧振器的一些實施例中，所述驅動器電極也配置用於感 測所述諧振器的運動。有利地，這些實施例節約面積，因為不需要分 離的感測電極。作為替代，在再一實施例中，感測電極位於所述閉合溝槽的另一 個的側壁上。眾所周知，這種配置作為雙端微機械諧振器。由於偏置 電壓可以直接施加到諧振器本身，該實施例不需要不複雜的調整電子 設備。雙端結構的又一益處是電極到諧振器的電容不再將輸入連接到 輸出，以這種方式，較好地將輸入與輸出絕緣。本發明還涉及製造MBMS諧振器的方法，根據本發明的方法包括
以下步驟配置具有表面的襯底 在襯底中形成第一閉合溝槽；在襯底中形成第二閉合溝槽，第二閉合溝槽包圍第一閉合溝槽， 以便形成管狀結構；將摻雜劑原子注入到襯底中，用於使諧振器結構導電，並且用於 限定電極；在襯底上和所述溝槽的所有側壁上的配置電介質層； 在襯底上和所述溝槽中配置導電層；圖形化所述導電層，使得在局部暴露電介質層的管狀結構處形成 開口，圖形化進一步使得形成第一溝槽內的分離內電極和第二溝槽內 的分離外電極；選擇性地從開口部分地去除電介質層以形成所述內電極和管狀結 構之間的第一間隙，並且形成所述外電極和管狀結構之間的第二間隙。根據本發明的製造方法提供了形成具有管狀結構的MEMS諧振器 的便利方法。本發明還涉及包括根據本發明的MEMS諧振器的MEMS振蕩器。 這種MEMS振蕩器的益處是它具有低的相位噪聲，並且提供了由於其 低成本和減小的尺寸導致的高集成度。本發明還涉及包括這種MEMS振蕩器的集成電路。這種集成電路的益處是振蕩器可與無源和/或有源組件同時製造，而不需要昂貴的襯 底或昂貴的額外製造步驟。因此，根據本發明的MEMS諧振器允許單片集成MEMS諧振器相對直接的集成。本發明還涉及包括單個MEMS諧振器的MEMS濾波器。因為已經 反映用於形成頻率帶濾波器的分離的MEMS諧振器的連接過多，這種 MEMS濾波器不比已知的MEMS濾波器更複雜。因此，使用單個MEMS 諧振器節約了成本。作為替代，本發明涉及包括多個MEMS諧振器的MEMS濾波器， 其中MEMS諧振器導電地或機械地連接。
任何額外的特徵可以組合一起，並且可以與任何方面相組合。其 它益處對於本領域技術人員是顯而易見的。在不偏離本發明的權利要 求的情況下，可以做出大量的變型和改進。因此，應清楚理解本說明 僅為示意性的，並非限制本發明的範圍。


現在參考附圖作為示例說明如何實施本發明，其中圖la-le示出了根據本發明的一 個實施例製造MEMS諧振器的 方法的不同階段；圖2a和2b示出了處于振蕩中的管狀MEMS諧振器的第一實施例 的仿真狀態；圖3a和3b示出了將分離MEMS諧振器耦合在一起的兩種不同方式；圖4a和4b示出了處于振蕩中的管狀MEMS諧振器的第二實施例的仿真狀態；以及圖5a和5b示出了處于振蕩中的管狀MEMS諧振器的第三實施例的仿真狀態。
具體實施方式
參考某些附圖和根據特定實施例說明本發明，但本發明並不由此 限制，而是僅限於權利要求。不應認為權利要求中的任何參考標記限 制範圍。描述的附圖僅為示意性的，而不是限制性的，在附圖中，為 了示例的目的，誇大了某些元件的尺寸，並且並非等比例繪製。在本 發明的說明書和權利要求中使用術語"包括"的地方，並不排除其它 元件或步驟。在其中使用不確定或確定的條款的地方，當指單個名詞 (例如，"一個"，"這"〉時，除非另有說明，這包括多個該名詞。此外，說明書和權利要求中的術語第一、第二、第三和類似詞語 用作在類似元件之間區分，並不必用於說明次序或時序。應當理解， 在適當的條件下這樣使用的術語可以互換，此處說明的實施例可以以 其它次序(並非此處說明的次序)操作。 圖la-le示出了製造根據本發明的MEMS諧振器的方法的有益實 施例，每幅圖示出了三個不同視圖的不同階段，分別為平面截面圖 A-A、垂直截面圖B-B和頂視圖。這些圖中所示方法具有以西安主要益 處不僅提供了非常簡單的MEMS諧振器結構，並且與已知的工藝(所 謂的PICS工藝)完全兼容。能夠在具有對工藝很小改進的PICS工藝中 製造MEMS諧振器，比如選擇性地部分去除用於形成諧振器和電極之 間的間隙的電介質層。PICS工藝對於本領域的技術人員是眾所周知 的，也可參考F.Roozeboom， et" "M re Aa" 'M ore',' p鵬z.ve piw/SjK"effi-zw-屍acfeigez'"tegraft'ow "， Electrochem.Soc.Symp.Proc，Vol.2005-8 ， June 2， p. 16-31。應指出，本發明不限於圖la-le所示的方法的實施例。多種變型是 可能的。圖la示出了根據本發明的方法的實施例的一個階段。在該階段中， 諧振器結構1垂直地限定在具有頂部表面12的單晶矽襯底2中。這藉助 刻蝕兩個閉合溝槽3的方式實現,其中一個閉合溝槽在另一個閉合溝槽 的旁邊。在該特定實例中，溝槽都是環形，並且彼此之間同心地設置， 但也可能是其它形狀和非同心設置。襯底不需要是單晶矽襯底。然而， 單晶矽襯底提供比多晶矽矽襯底低的內部摩擦和高的機械品質因子。 作為本發明最大的益處是能夠使用任何類型的襯底。甚至能夠使用超 廉價的體襯底。在該說明書中，將體襯底限定為不具有任何不同材料 (例如，氧化層)層的襯底和具有不同材料層(例如，圖形化的或未 圖形化的)、具有不同結構(例如，外延層)層或具有不同摻雜(例如， 阱區域)層的襯底。圖lb示出了根據本發明的方法的實施例的另一階段。在該階段中， 摻雜矽襯底2以在諧振器結構1上形成導電層4，所述導電層4限定MEMS諧振器結構的電極。可以如此選擇摻雜，使得形成(重摻雜)n 型導電層4。為此目的，可以使用硼原子。顯然，也能夠使用類似磷和 砷的p型摻雜劑，這最終導致p型導電層4。圖lc示出了根據本發明的方法的實施例的又一階段。在該階段中， 用薄電介廣膜5和多晶矽層6填充溝槽3。然後，圖形化多晶矽層6，用 於限定驅動和感測電極8，從而形成暴露下面電介質層5的環形開口7。 電介質層5可包括類似氧化矽、氮化矽、聚醯胺和其它聚合物的材料。 電介質層5甚至可包括不同材料的疊層，例如，與PICS工藝完全兼容 的氧化矽/氮化矽/氧化矽疊層。多晶矽層6可為摻雜的多晶矽層(n型 或p型)。多晶矽層可由多晶矽鍺層或金屬層代替。圖ld示出了根據本發明的方法的實施例的再一階段。在該階段中， 在驅動和感測電極8上形成接觸9。而且形成到導電層4的接觸10。在形 成該接觸10之前，局部去除薄電介質膜5，以便實現接觸10和導電層4 之間的電接觸。接觸可包括不同材料，例如，鋁、鎢、金、銅、重摻 雜多晶矽或多晶矽鍺。圖le示出了根據本發明的方法的實施例的又一階段。在該階段中， 在所述結構上配置掩模(圖中未示出)並且圖形化掩模，使得覆蓋至 少包圍電極8外部的薄電介質膜5。接下來，通過多晶矽層6中的開口7 選擇性地去除部分薄電介質膜5。應在這段時間期間執行選擇性的去 除，所述這段時間為從至少向下到溝槽3的底部的管狀諧振器結構的一 邊上去除薄電介質膜5的時間段。因此，在該選擇性去除期間，(在管 狀諧振器結構1的兩邊形成環形)空氣間隙U，作為它的結果，在沿與 起始頂部表面12平行的方向上釋放結構。最終，在該階段的結尾去除掩模o如果去除花費多一 點時間以便去除更多的電介質膜5的是沒有關 系的,因為這僅意味著接近溝槽底部的電極的那部分將在其兩邊釋放。選擇性(部分)地去除層對於技術人員是眾所周知的技術，並且 例如可以使用類似溼法刻蝕步驟執行。然而，其它技術也是可能的。製造圖la4e所示的MEMS諧振器的方法僅作為根據本發明的方 法的一個實施例。所示的工藝與PICS工藝兼容，但本發明的範圍內的 多個變形是可能的(顯而易見，使工藝與PICS工藝較不兼容)。例如， 溝槽3的可能是不同的形狀，例如，橢圓、正方形、三角形、矩形和其 它形狀。溝槽3的這些不同形狀將導致諧振器結構的不同形狀。可利用 諧振器結構l的這些不同形狀來補償材料的楊氏模量中的差異(沿不同 方向),或產生其中MEMS諧振器能用作濾波器的頻率帶。這是可能的, 甚至不需要改變PICS工藝。在該特定實例中，外部電極為輸入/驅動電極IN,並且內部電極為 輸出/感測電極OUT。與導電層4連接的第三電極為偏置電極VBIAS。 M3EMS諧振器的支撐結構(也稱為錨)由管狀結構的底部限定，所述 管狀結構附加到襯底2。藉助仿真，使用計算和模式分析已經證明管狀MEMS諧振器的可 行性。建模和仿真的諧振器包括固定在其底部的諧振器結構l、包圍諧 振器結構1的外部表面的電極8和可能的面向諧振器結構1的內部表面 的另一電極8。在該特定應用中，管狀結構l的規格選擇如下.-管狀結構的高度-30jim;管狀結構的厚度=40| 11;管狀結構的平均半徑-55pm;以及空氣間隙厚度(在每個電極和管狀結構之間)=35mn。管狀結構1的厚度限定在沿著與圖U中的表面12平行的所有徑向 方向上。換言之，與表面12平行和與管狀結構1垂直的方向。管狀MEMS諧振器工作如下。當在管狀結構1的外部電極IN和電極 VBIAS之間施加電壓時，在管狀結構l的外部表面上產生徑向力，所述 力趨向於沿所有徑向方向延伸管狀結構l。因此，我們驅動的振動模式 是所述管上部分的膨脹和收縮。可使用另一電極(OUT)來感測振蕩 結構1的運動。應指出，模式形狀為與所述管平行的方向的軸的函數。在鄰近諧 振器結構1的底部(也稱為錨13)，延伸/收縮為最小(在錨13處接近零)，而在鄰近諧振器結構l的頂部處，延伸/收縮為最大。實際上，管狀諧 振器結構l的這種模形式可看作諧振器結構l的延伸的、徑向的(在平 行於表面12的平面上)、彎曲的模式形狀(？)的組合。在電極不完全 包圍諧振器結構的情況下，甚至諧振器結構的輪廓修改也是可行的。 在下面的參考文獻中可找到關於諧振器的輪廓修改的更多信息Zhili Hao， etal."附F S細gZe-Oy加/貓cow五鄉rtd5w汰-Mocfe Ca戸湖ve D&c 及esoRators—i^rf JD柳gw 朋d Mo敲"g"， Journal of Microelectromechanical Systems, Vol.13, No.6, Dec.2004, p. 1043-1053。
為了示範諧振器的可行性，已經使用FEA軟體工具"ANSYS"。構 造的模型基於下面的常量/參數表l:用於仿真和計算的常量/參數常量/參數符號值楊氏模量E150GPa次泊松比V0.3密度P2330 kg/m3自由空間介電常數8.854e"2 F/m相對介電常數&1管高度30拜管厚度T10拜管平均半徑R55pm空氣間隙厚度d35nni平均管半徑定義為管狀結構的內部半徑(該實例中為50jim)和外 部半徑(該實例中為60pm)的平均值。模式分析顯示出用於考慮的尺寸和振動模式的頻率為26.5MHz。 圖2a和2b示出了振蕩中的該管狀MEMS諧振器的仿真狀態。圖中沒有 示出電極。理論和ANSYS仿真顯示出當管的高度或其半徑增長時，MEMS諧 振器的諧振頻率減小，但是它隨著管的寬度增長而增長。因此，可以 通過改變尺寸調節諧振。然而，高度為寬度的至少兩倍至三倍是必需 的。對於這種類型的MEMS諧振器，可推導功率處理和動態電阻。功 率處理PmJt導如下-其中,、kr、 Xmax、和Q分別為角諧振頻率、相對硬度、最大振幅和品質因子。使用該公式，可以如下估計功率處理。相對最大振幅Xm^固定為 7 =lOiim,品質因子Q固定為4000。將這些數字代入公式，得出功率處理 Pmax-20pW。該值作為迄今為止文獻中找到振幅的相同數量級中的最 好結果。動態電阻l推導如下-「其中mr和i!分別為相對質量和機電耦合係數。 機電耦合係數等於-其中F, ￡。， ^， L， T, R, d分別為極化電壓、自由空間介電常數、相對介電常數、管高度、管厚度、管平均半徑和空氣間隙厚度。 結構質量根據下述公式估計-其中p, L， T， R分別為密度、管高度、管厚度、管平均半徑。 極化電壓Vp估計為l伏特。將這些數字代入用於計算動態電阻Rx的公式中，得出其值為i.ska。該值作為迄今為止文獻中找到振幅的相同數量級中的最好結果。本領域的技術人員可以通過調節管半徑R、管厚度T及其高度L優化動態電阻l和功率處理Pmax。圖3a和3b示出了機械互相耦合兩個諧振器的兩種不同方式的示意 性頂視圖。耦合多個諧振器通常用來產生濾波器。在這種情況下，將 每個諧振器濾波器設計為濾波其自己的頻率或頻率帶。圖3a和3b中僅 示出(示意性)了諧振器結構。在圖3a中提供了互相貼近的第一諧振 器結構l和第二諧振器結構l'，其中機械連接裝置15連接這兩個結構。 在圖3a中，諧振器結構繪製為具有相同尺寸，但這非必須的。實際上，第二諧振器結構r的所有參數可與第一諧振器結構l不同，以便確認第二諧振器結構在不同的頻率處振蕩/濾波。在圖3b中，第一諧振器結構 1和第二諧振器結構1'的一個配置在另一個裡面，並且通過機械連接裝 置15互相連接。
作為機械連接的替代，已實現了多個諧振器的電連接。機械連接和電連接均為本領域技術人員眾所周知，參見SiavashPourkamali,etal. "五/ec的W欲/ca//， ccw/ fed附/cro鵬efem/cfl/僻era"， Micro 17 th IEEE International Conference on Electro Mechanical Systems, 2004， p.584-587,和Frank D.Bannon, III， etal."歷gA-0 Mc"oe/ecftro附ecfewnW jFV/fers ", IEEE Journal of Solid-State Circuits ， Vol.35, No.4, April2000, p.512-526。圖4a和4b示出了振蕩中的管狀MEMS諧振器的第二實施例的仿真 的狀態。在該實施例中，諧振器以與另一本徵模式對應的另一模式形 狀操作。作為實例，對該模式形狀的諧振器敏感度可以通過設計電極 (未示出)使得其不完全包圍結構來驅動。作為替代，所述電極分開， 並且配置在管狀結構的兩個相對邊上。沿一個方向(例如，圖4a中的 X方向)，管狀結構膨脹，而沿另一方向(例如，圖4a中的Y方向)管 狀結構收縮，形成圖4a所示的橢圓模式形狀。然後，管狀結構將沿一 個方向(圖4b中的X方向)收縮，並且沿另一反方向(圖4b中的Y方向) 膨脹，形成圖4b中所示的反橢圓模式形狀。圖5a和5b示出了振翕中的管狀MEMS諧振器的第三實施例的仿真 狀態。在該實施例中，諧振器以與另一本徵模式對應的另一模式形狀 操作。作為實例，對該模式形狀的諧振器敏感度可以通過設計電極(未 示出)使得其不完全包圍結構驅動。作為替代，配置三個驅動電極， 以便分布在管狀結構周圍相等的距離處。在一個狀態中(參考圖5a)， 沿電極配置處的方向管狀結構膨脹，而沿另一方向(在這些電極之間) 管狀結構收縮。在另一狀態中(參考圖5b)，管狀結構的膨脹和收縮正 好相反。因此，本發明提供了一種有吸引力的MEMS諧振器，所述MEMS 諧振器具有(在功率處理和動態電阻方面)與文獻中報導的最好數值 相當的性能。當MEMS諧振器製造在體襯底中時，根據本發明的MEMS諧振器 的一些實施例特別皿用於10-50MHz範圍內的頻率。同時，這些實施 例維持好的性能(高的功率處理和低的動態電阻)。
本發明還提供了一種製造這種MEMS諧振器的方法，所述方法能 容易地與類似PICS的工藝工藝兼容。雖然在權利要求中使用術語MEMS諧振器裝置，本發明並不是僅 限於諧振器和振蕩器。諧振器裝置也能應用在MEMS濾波器裝置中。
權利要求
1、一種具有至少一種諧振器模式形狀的MEMS諧振器，所述MEMS諧振器包括具有表面(12)的襯底(2)和諧振器結構(1)，其特徵在於，所述諧振器結構(1)為襯底(2)的一部分，並且其特徵還在於所述諧振器結構(1)由第一閉合溝槽(3)和第二閉合溝槽(3)限定，所述第一溝槽(3)位於所述第二溝槽(3)內，以便在所述襯底(2)內形成管狀結構(1)，並且僅沿與表面(12)平行的方向從所述襯底(2)釋放所述諧振器結構(1)。
2、 根據權利要求1所述的MEMS諧振器，其特徵在於，所述第 一閉合溝槽(3)和所述第二閉合溝槽(3)具有環形形狀，以便形成 環形管狀結構(1〉。
3、 根據權利要求2所述的諧振器，其特徵在於，所述第一閉合溝 槽(3)和所述第二閉合溝槽(3)彼此之間同心設置，以便按照以下 方式形成管狀結構(1),使得所述管狀結構(1)在沿與所述表面(12) 平行的所有徑向方向上具有恆定的厚度。
4、 根據前述權利要求中任一項所述的MEMS諧振器，其特徵在 於，所述管狀結構(1)的高度大於管狀結構(O厚度的兩倍，所述 髙度由所述第一和第二閉合溝槽(3)的深度限定。
5、 根據權利要求1所述的MEMS諧猴器，其特徵在於，所述第 一和第二閉合溝槽(3)為非環形，以便形成具有在沿與表面(12)平 行的徑向方向上變化的厚度的管狀結構")，用於補償沿所述方向所 述襯底材料的楊氏模量中的差異。
6、 根據前述權利要求中任一項所述的MEMS諧振器，其特徵在 於，驅動電極(8， IN)位於所述閉合溝槽(3)之一的側壁上，所述 驅動電極(8， IN)配置用於驅動所述諧振器。
7、 根據權利要求6所述的MEMS諧振器，其特徵在於，沿所述 閉合溝槽(3)的整個長度配置驅動電極(8， IN)。
8、 根據權利要求6或7所述的MEMS諧振器，其特徵在於，還 將驅動電極(8， IN)配置用於感測所述諧振器的運動。
9、 根據權利要求6或7所述的MEMS諧振器，其特徵在於，感 測電極(8， OUT)位於所述閉合溝槽(3)中的另一個的側壁上。
10、 一種製造具有至少一種模式形狀的MEMS諧振器的方法，所 述方法包括以下步驟-配置具有表面(12)的襯底(2); 在襯底(2)中形成第一閉合溝槽(3);在襯底(2)中形成第二閉合溝槽(3)，所述第二閉合溝槽(3) 包圍所述第一閉合溝槽(3)以便形成管狀結構(1);將摻雜劑原子注入到襯底(2)中，用於使諧振器結構(3)導電， 並且用於限定電極(VBIAS);在襯底(2)上和所述溝槽(3)的所有側壁上配置電介質層(5);在襯底(2)上和所述溝槽(3)中配置導電層(6);圖形化所述導電層(6)，使得開口 (7)形成在局部暴露所述電介 質層(5)的管狀結構(1)的位置處，圖形化進一步使得形成第一溝 槽(3)內的分離內電極(8， OUT)和第二溝槽(3)內的分離外電 極(8， IN):從開口 (6)選.擇性地部分去除電介質層(5)，用於形成所述內電 極(8, OUT)和管狀結構(1)之間的第一間隙(11)，並且形成所 述外電極(8, IN)和管狀結構U)之間的第二間隙UU。
11、 一種MEMS振蕩器，包括權利要求1至9中任一項所述的MEMS諧振器。
12、 一種MEMS濾波器，包括權利要求l至9中任一項所述的單個 MEMS諧振器。
全文摘要
本發明涉及具有至少一種諧振器模式形狀的MEMS諧振器，所述MEMS諧振器包括具有表面(12)的襯底(2)和諧振器結構(1)，其中，諧振器結構(1)為襯底(2)的一部分，其特徵在於諧振器結構(1)由第一閉合溝槽(3)和第二閉合溝槽(3)限定，第一溝槽(3)位於第二溝槽(3)內，以便在襯底(2)內形成管狀結構(1)，並且僅沿與表面(12)平行的方向從襯底(2)釋放諧振器結構(1)。本發明還涉及製造這種MEMS諧振器的方法。
文檔編號H03H9/02GK101401303SQ200780008457
公開日2009年4月1日 申請日期2007年3月8日 優先權日2006年3月9日
發明者帕斯卡·菲利普, 帕特裡·加芒, 馬克·斯沃洛斯基 申請人:Nxp股份有限公司