MEMS谐振器及制造方法技术

一种MEMS(微机电系统)谐振器包括第一单晶硅层(L1)、第二单晶硅层(L3)、以及在所述第一单晶硅层和所述第二单晶硅层之间的压电层(L2)。MEMS谐振器的制造方法包括通过晶片键合制造在单晶硅层与压电层之间的界面中的至少一者。一者。一者。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】MEMS谐振器及制造方法


[0001]本专利技术总体涉及微机电系统、MEMS以及谐振器。

技术介绍

[0002]本节说明了有用的背景信息，但不承认本文中所描述的任何技术代表现有技术。
[0003]正在研发微机电系统(MEMS)谐振器，以提供与石英谐振器相同的功能性，其具有诸如更小的芯片尺寸，降低的成本和增强的抗冲击和抗振动的鲁棒性的益处。
[0004]MEMS谐振器(诸如用于频率参考应用的硅MEMS谐振器)的关键性能参数是等效串联电阻(ESR)。ESR与谐振器的品质因数Q成反比，因此通常希望该参数最大化。其它重要特征包括谐振频率在温度范围上的低变化和谐振频率的良好长期稳定性(抗老化)。

技术实现思路

[0005]本专利技术的某些实施例的目的是提供优化的MEMS谐振器或至少提供现有技术的替代方案。
[0006]根据本专利技术的第一示例方面，提供了一种MEMS(微机电)谐振器，包括：
[0007]第一单晶硅层，
[0008]第二单晶硅层，以及
[0009]在所述第一单晶硅层和所述第二单晶硅层之间的压电层。
[0010]在某些实施例中，第一单晶硅层是所提及的三层中的最上层，并且用作MEMS谐振器的电极。
[0011]在某些实施例中，MEMS谐振器包括作为MEMS谐振器的顶部电极的第一单晶硅层和作为MEMS谐振器的底部电极的第二单晶硅层。
[0012]在某些实施例中，第一单晶硅层的厚度在从2μm到20μm的范围内。在某些实施例中，第二单晶硅层的厚度在从2μm到20μm的范围内。在某些实施例中，压电层的厚度在从0.3μm至5μm的范围内。在某些实施例中，第一单晶硅层具有相等的厚度且第二单晶硅层具有相等的厚度(根据实施例，第一层和第二层的厚度可以相同或不同)。
[0013]在某些实施例中，第一单晶硅层或第二单晶硅层或第一单晶硅层和第二单晶硅层两者的平均杂质掺杂是2*10
19
cm
‑3或更大。
[0014]在某些实施例中，第一单晶硅层中的<100>晶向在第一单晶硅层的平面中(或从其偏离小于10度)，并且第二单晶硅层中的<100>晶向在第二单晶硅层的平面中(或从其偏离小于10度)。在第一单晶硅层的平面中的<100>晶向可以是例如[100]或[010]方向。类似地，在第二单晶硅层的平面中的<100>晶向可以是例如[100]或[010]方向。
[0015]在某些实施例中，第一单晶硅层中的<100>晶向与第二单晶硅层中的<100>晶向平行(或偏离小于10度)。
[0016]本文中，在某些实施例中，第一单晶硅层中的<100>晶向是与第二单晶硅层中的<100>晶向相同的<100>晶向。在其它实施例中，第一单晶硅层中的<100>晶向是与第二单晶
硅层中的<100>晶向不同的<100>晶向。
[0017]在某些实施例中，第一单晶硅层中的晶向与第二单晶硅层中的晶向平行或偏离至多10度。
[0018]在某些实施例中，第一单晶硅层或第二单晶硅层的谐振频率的温度系数是正的。
[0019]在某些实施例中，压电层的晶体c轴平行于与晶片平面(或由压电层限定的平面)正交的方向，或相对于与晶片平面正交的方向成大于零且小于90度的角度。
[0020]在某些实施例中，MEMS谐振器的谐振模式是平面内谐振模式。在某些实施例中，MEMS谐振器的谐振模式是长度延伸谐振模式。
[0021]在某些实施例中，MEMS谐振器的谐振模式是平面内谐振模式，并且第一单晶硅层的厚度和第二单晶硅层的厚度在20％或更小的范围内相等。
[0022]在某些实施例中，MEMS谐振器的谐振模式是平面外弯曲模式，并且第一单晶硅层的厚度基本上与第二单晶硅层的厚度不同，例如相差至少20％或至少50％。
[0023]在某些实施例中，MEMS谐振器包括细长谐振元件，例如梁(beam)。在某些实施例中，细长谐振元件的纵向与第一单晶硅层的<100>晶向平行(或偏离小于10度)，而细长谐振元件的纵向与第二单晶硅层的<100>晶向平行(或偏离小于10度)。
[0024]在某些实施例中，MEMS谐振器包括正方形形式的谐振元件。在某些实施例中，正方形的所有边与第一单晶硅层的<100>晶向平行(或偏离小于10度)，并且正方形的所有边与第二单晶硅层的<100>晶向平行(或偏离小于10度)。
[0025]在某些实施例中，MEMS谐振器包括释放沟槽，该释放沟槽围绕谐振器并且延伸穿过谐振器的所有材料层。
[0026]在某些实施例中，谐振器布局具有矩形形状。
[0027]在某些实施例中，MEMS谐振器包括互连件，该互连件提供通过第一单晶硅层和压电层中的开口到第二单晶硅层的电路径。
[0028]在某些实施例中，MEMS谐振器包括在第一单晶硅层和压电层之间或在第二单晶硅层和压电层之间的中间材料层。
[0029]在某些实施例中，中间材料层用于将相应的单晶硅层和压电层键合。
[0030]在某些实施例中，在第一单晶硅层和压电层之间以及在第二单晶硅层和压电层之间存在中间材料层。
[0031]在某些实施例中，MEMS谐振器包括在第二单晶硅层的底表面上的附加材料层，所述附加材料层面向将MEMS谐振器与衬底分离的腔。
[0032]在某些实施例中，MEMS谐振器被机械地悬置到锚定区域。
[0033]在某些实施例中，MEMS谐振器包括从第一单晶硅层的一端到另一端(水平地或横向地)延伸并垂直地穿过整个第一单晶硅层的垂直沟槽，所述垂直沟槽将第一单晶硅层的两个区域电隔离。
[0034]在某些实施例中，所形成的两个区域用作两个电隔离的顶部电极。
[0035]在某些实施例中，MEMS谐振器包括在第一单晶硅层的顶部上用于微调谐振器频率的细调材料层。
[0036]在某些实施例中，MEMS谐振器具有反射对称性。在某些实施例中，MEMS谐振器具有镜像对称性。在某些实施例中，镜像对称性是关于x轴和/或y轴的。
[0037]在某些实施例中，MEMS谐振器被制造在硅衬底或晶片上。在某些实施例中，MEMS谐振器组装件被制造在硅
‑
绝缘体
‑
硅衬底(或晶片，例如晶片、C
‑
SOI、腔
‑
SOI或晶片、SOI、绝缘体上的硅)上。
[0038]根据本专利技术的第二示例方面，提供了一种制造前述权利要求本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种MEMS(微机电系统)谐振器，包括：第一单晶硅层；第二单晶硅层；以及在所述第一单晶硅层和所述第二单晶硅层之间的压电层。2.根据权利要求1所述的MEMS谐振器，其中所述第一单晶硅层是所提及的三层中的最上层，并且被用作所述MEMS谐振器的电极。3.根据权利要求1或2所述的MEMS谐振器，其中所述第一单晶硅层或所述第二单晶硅层或所述第一单晶硅层和所述第二单晶硅层两者的平均杂质掺杂为2*10
19
cm
‑3或更大。4.根据前述权利要求中任一项所述的MEMS谐振器，其中所述第一单晶硅层中的<100>晶向在所述第一单晶硅层的平面中，或者与其偏离小于10度，并且所述第二单晶硅层中的<100>晶向在所述第二单晶硅层(L3)的平面中，或与其偏离小于10度。5.根据前述权利要求中任一项所述的MEMS谐振器，其中所述第一单晶硅层中的<100>晶向与所述第二单晶硅层中的<100>晶向平行或偏离小于10度。6.根据前述权利要求中任一项所述的MEMS谐振器，其中所述第一单晶硅层中的晶向和所述第二单晶硅层中的晶向平行或偏离至多10度。7.根据前述权利要求中任一项所述的MEMS谐振器，其中所述第一单晶硅层或所述第二单晶硅层的谐振频率的温度系数为正。8.根据前述权利要求中任一项所述的MEMS谐振器，其中所述压电层的晶体c轴平行于与由所述压电层限定的平面正交的方向，或者相对于与所述平面正交的方向成大于零且小于90度的角度。9.根据前述权利要求中任一项所述的MEMS谐振器，其中所述MEMS谐振器的谐振模式是平面内谐振模式，并且所述第一单晶硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：京瓷帝基廷公司，
类型：发明
国别省市：