[發(fā)明專利]MEMS諧振器及其制造方法，以及MEMS振蕩器

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200680048256.3
• 申請(qǐng)日: 2006-12-18
• 公開（公告）號(hào): CN101395795A
• 公開（公告）日: 2009-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 約瑟夫·T·M·范貝克;巴爾特·范費(fèi)爾岑
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: NXP股份有限公司
• 主分類號(hào): H03H9/02
• 分類號(hào): H03H9/02;H03H3/007
• 代理公司: 北京天昊聯(lián)合知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 陳 源;張?zhí)焓?/td>

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種MEMS諧振器，其包括第一電極和包括第二電極的可移動(dòng)元件，可移動(dòng)元件至少朝向第一電極是可移動(dòng)的，第一電極和可移動(dòng)元件被具有側(cè)壁的間隔分開。

本發(fā)明還涉及一種制造這種MEMS諧振器的方法。

本發(fā)明還涉及一種包括MEMS諧振器的MEMS振蕩器，以及涉及一種包括這種MEMS振蕩器的集成電路。

背景技術(shù)

從WO?2004/027796A2已知一種MEMS諧振器。該文獻(xiàn)公開了一種平面兩端固支梁諧振器。該兩端固支梁諧振器包括單晶硅(SCS)梁，其被布置在兩個(gè)固支區(qū)域之間。SCS梁具有定義的寬度和高度，并且用作兩端固支梁諧振器200的諧振元件。驅(qū)動(dòng)電極和感測(cè)應(yīng)電極彼此相對(duì)，通過亞微米間隔與SCS梁分開。電極優(yōu)選地包括多晶硅。因此，兩端固支梁諧振器基本上或完全是由硅組成的。

已知的MEMS諧振器的缺點(diǎn)是難以制造。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種在首段中提出的MEMS諧振器種類的可替換的MEMS諧振器，該諧振器相對(duì)地易于制造。獨(dú)立權(quán)利要求對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了限定。附屬權(quán)利要求限定了有利實(shí)施例。

根據(jù)本發(fā)明，通過在至少一個(gè)側(cè)壁上給間隔提供電介質(zhì)層可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的。采用電容轉(zhuǎn)換對(duì)硅MEMS諧振器進(jìn)行激勵(lì)和感測(cè)。這種轉(zhuǎn)換的效率很大程度上取決于諧振器和它的激勵(lì)和/或感測(cè)電極之間的距離(間隔寬度)。通常，在諸如振蕩器和加速度計(jì)之類的大多數(shù)應(yīng)用中，要求該距離遠(yuǎn)小于1μm。采用傳統(tǒng)的光刻技術(shù)不能制造這些狹窄的間隔。對(duì)于WO?2004/027796A2中的器件，需要很多處理步驟，其中包括采用犧牲層和附加刻蝕步驟。然而，本發(fā)明能以簡單的方式減小間隔寬度，即通過僅采用一個(gè)附加處理步驟。

本發(fā)明還基于以下認(rèn)識(shí)：在側(cè)壁上提供的電介質(zhì)材料的介電常數(shù)大于1，以及該事實(shí)可被利用。由于介電常數(shù)大于1，所以有效間隔寬度小于電極之間的距離，這已經(jīng)成為發(fā)明者的認(rèn)識(shí)。在該說明書的附圖描述中對(duì)術(shù)語“有效間隔寬度”做了進(jìn)一步的解釋。

在根據(jù)本發(fā)明的MEMS諧振器的有利實(shí)施例中，在至少兩個(gè)側(cè)壁上提供電介質(zhì)層。該措施的優(yōu)點(diǎn)是可進(jìn)一步減小物理間隔寬度和有效間隔寬度。

在根據(jù)本發(fā)明的MEMS諧振器的另一實(shí)施例中，MEMS諧振器還包括另一電極，移動(dòng)元件朝向另一電極是可移動(dòng)的，另一電極和可移動(dòng)元件是被具有另外側(cè)壁的另一間隔分開的，所述另一間隔在至少一個(gè)另外側(cè)壁上被提供了另一電介質(zhì)層。附加電極使得設(shè)計(jì)者例如能將第一電極實(shí)現(xiàn)為激勵(lì)電極(例如，用于電容激勵(lì)可移動(dòng)元件)，以及將第二電極實(shí)現(xiàn)為感測(cè)電極(例如，用于測(cè)量由于另一間隔的變化寬度而產(chǎn)生的電容調(diào)制)。

有利的是，在至少兩個(gè)另外側(cè)壁上提供另一電介質(zhì)層。

優(yōu)選地，電介質(zhì)或另外電介質(zhì)包括下列材料中的至少一種：二氧化硅、氮化硅或諸如PZT或PLZT之類的鐵電材料。電介質(zhì)的介電常數(shù)越大，有效間隔寬度被減小的越多。

本發(fā)明還涉及一種制造MEMS諧振器的方法。根據(jù)本發(fā)明的方法包括以下步驟：

提供半導(dǎo)體主體，其包括襯底層、在襯底層上所提供的犧牲層和在犧牲層上所提供的頂層；

形成頂層圖案，用來形成間隔，該間隔局部地暴露犧牲層，該間隔進(jìn)一步用于限定可移動(dòng)元件；

選擇性地去除犧牲層，用來將可移動(dòng)元件從襯底層部分地釋放；以及

在與可移動(dòng)元件周圍的頂層相關(guān)的間隔的至少一個(gè)側(cè)壁上提供電介質(zhì)層。

WO?2004/027796A2公開了一種形成間隔的方法，該間隔寬度小于用光刻技術(shù)可以獲得的寬度。在該方法中，在緊鄰諧振器的間隔中沉積附加的犧牲氧化層，隨后立即部分地去除該犧牲層，以便在諧振器上保留納米級(jí)的氧化層。然后用多晶硅填充剩余間隔，以形成電極。釋放諧振器結(jié)構(gòu)被作為該方法的最后一個(gè)步驟來完成，其中選擇性地刻蝕掉薄的犧牲氧化層和氧化層。因此，該文獻(xiàn)公開了一種相當(dāng)復(fù)雜的形成間隔的方法，該間隔寬度小于用光刻技術(shù)可以獲得的寬度。

根據(jù)本發(fā)明的方法明顯地不同于上述方法。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，在至少一個(gè)側(cè)壁上提供電介質(zhì)層之前，釋放可移動(dòng)元件。而且，不去除該電介質(zhì)，這與發(fā)明者的較早所述的理解一致。因此，在根據(jù)本發(fā)明的方法中需要較少的工藝步驟。