压阻式恒温控制振荡器及其制备方法与流程

文档序号:12489474
压阻式恒温控制振荡器及其制备方法与流程

本发明涉及传感器领域,特别是涉及一种压阻式恒温控制振荡器及其制备方法。



背景技术:

振荡器是提供时钟频率的基本电子元件,在几乎所有数字电路系统中均需使用。在现代通讯系统中,振荡器为系统提供频率基准和同步信号。由于频率资源有限而用户众多,对振荡器的稳定性有极高要求。GSM手机要求振荡器的全温区频率稳定性在±2.5ppm以内,而移动基站要求振荡器的稳定性在±0.05ppm以内。

长期以来,石英晶体谐振器一直是电子系统中提供时钟频率信号的主要元件,其性能稳定,温度特性好。但是,石英振荡器难以集成,受机械加工手段限制难以制作高频振荡器,并且抗震性能较差,难以满足未来移动智能设备的需求。

采用微机电技术(MEMS)技术制作的硅基振荡器谐便于与集成电路集成,振特性优异,可实现GHz量级的振荡频率输出,并且可耐受高冲击环境,是新一代振荡器。

硅基振荡器的一个主要问题在于,单晶硅扬氏模量的温度系数高达-56ppm/℃,引起的频率温度系数高达-30ppm/℃。作为比较,未补偿的AC-cut石英谐振结构在-40~85℃范围内频率温度系数在26ppm左右。硅的全温区频率温度系数比石英大两个数量级以上。高达-30ppm/℃的频率温度系数极大增加了温度补偿的难度。

利用恒温控制技术有望实现高温度稳定性的MEMS振荡器。利用MEMS谐振结构热容量低的特点,只需要mW量级的功耗即可将谐振结构恒温在90℃,可实现低功耗的温度补偿。但是,由于硅频率温度系数高达-30ppm/℃,为了实现1ppm的温度稳定性(3E级钟),必须保证全温区内谐振结构恒定温度波动小于0.033℃,其实现难度较高。

实验表明,沿<100>晶向的N型重掺杂结构的频率温度系数存在过零点,频率温度系数过零点的温度由掺杂浓度决定。我们的实验也表明,通过调整N型掺杂浓度,可以使<100>晶向谐振频率温度系数过零点略高于振荡器工作温区的上限。

高性能的恒温控制振荡器难以采用压阻检测是该类振荡器结构的共性问题,原因在于高性能恒温控制与压阻检测对结构的要求存在矛盾:一方面高性能恒温控制振荡器要求核心谐振结构的温度均匀一致,加热电阻必须采用贯穿核心谐振结构的单梁形式,另一方面压阻检测要求电流从核心谐振结构中应力大的区域流过。为了兼顾绝热和抗冲击的需求,核心谐振结构和加热梁的尺寸小,难以同时满足高性能恒温控制与压阻检测的需求。



技术实现要素:

鉴于以上所述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种压阻式恒温控制振荡器及其制备方法,用于解决现有技术中由于硅基振荡器具有高达-30ppm/℃的频率温度系数而导致的频率的温度补偿比较困难的问题,以及高性能的恒温控制振荡器难以采用压阻检测的问题。

为实现上述目的及其他相关目的,本发明提供一种压阻式恒温控制振荡器,所述压阻式恒温控制振荡器包括:谐振结构、加热梁、多晶硅高阻层、第一绝缘层及加热电阻;

所述谐振结构包括纵向振动梁及第一电极;所述纵向振动梁的数量为两根,所述两根纵向振动梁平行间隔排布;所述第一电极位于所述两根纵向振动梁的两端,并将所述两根纵向振动梁相连接;所述纵向振动梁及所述第一电极均沿单晶硅<100>晶向族方向分布;

所述加热梁贯穿所述两根纵向振动梁;

所述多晶硅高阻层位于所述两根纵向振动梁之间,且将所述加热梁隔断为两部分;

所述第一绝缘层及所述加热电阻由下至上依次覆盖于所述加热梁的上表面。

作为本发明的压阻式恒温控制振荡器的一种优选方案,所述加热梁的中点与所述谐振结构的中点相重合。

作为本发明的压阻式恒温控制振荡器的一种优选方案,所述压阻式恒温控制振荡器还包括锚点、温度传感器及第二电极;

所述锚点位于所述谐振结构的两侧,且所述加热梁的两端分别与所述锚点相连接,所述第一绝缘层及所述加热电阻的两端均位于所述锚点的上表面;

所述温度传感器位于所述锚点的上表面;

所述第二电极位于所述加热电阻两端的表面。

作为本发明的压阻式恒温控制振荡器的一种优选方案,所述谐振结构、所述加热梁及所述锚点的材料均为N型重掺杂单晶硅,且所述谐振结构、所述加热梁及所述锚点为一体化结构;所述多晶硅高阻层的材料为未掺杂的低应力多晶硅。

作为本发明的压阻式恒温控制振荡器的一种优选方案,所述N型重掺杂单晶硅中N型重掺杂的浓度大于1019/cm3

作为本发明的压阻式恒温控制振荡器的一种优选方案,所述压阻式恒温控制振荡器还包括第三电极,所述第三电极位于所述锚点的上表面,所述谐振结构通过所述第三电极实现电学引出。

作为本发明的压阻式恒温控制振荡器的一种优选方案,所述温度传感器包括温度敏感电阻、第四电极及第二绝缘层;所述温度敏感电阻通过所述第二绝缘层与所述锚点固连,且通过所述第四电极实现电学引出。

作为本发明的压阻式恒温控制振荡器的一种优选方案,所述温度传感器包括温敏二极管。

作为本发明的压阻式恒温控制振荡器的一种优选方案,所述压阻式恒温控制振荡器还包括衬底及第三绝缘层,所述第三绝缘层位于所述锚点的下表面,所述锚点通过所述第三绝缘层固连于所述衬底的表面上;所述衬底的表面与所述谐振结构及所述加热梁的下表面具有一定的间距。

作为本发明的压阻式恒温控制振荡器的一种优选方案,所述压阻式恒温控制振荡器封装于真空环境中。

本发明还提供一种压阻式恒温控制振荡器的制备方法,所述制备方法包括:

1)提供SOI硅片,所述SOI硅片由下至上依次包括硅衬底、埋氧层及顶层硅;

2)在所述顶层硅表面形成第一绝缘隔离层;

3)刻蚀所述第一绝缘隔离层及所述顶层硅,形成贯穿所述第一绝缘隔离层及所述顶层硅的深槽;

4)在所述第一绝缘隔离层表面及所述深槽内形成低应力多晶硅层,所述低应力多晶硅层覆盖所述第一绝缘隔离层表面并填满所述深槽;

5)依次去除所述深槽外围的低应力多晶硅层及所述第一绝缘隔离层;

6)在所述顶层硅表面依次形成第二绝缘隔离层及电阻层,定义加热电阻图形及温度传感器图形,刻蚀去除所述加热电阻图形及所述温度传感器图形区域外的所述第二绝缘隔离层及所述电阻层,以形成温度敏感电阻、加热电阻、位于所述温度敏感电阻及所述加热电阻下方的绝缘层;

7)在所述温度敏感电阻的两端、所述加热电阻的两端及后续要形成锚点的所述顶层硅表面形成金属电极;

8)光刻、深反应离子刻蚀所述顶层硅,形成锚点、加热梁及谐振结构,所述谐振结构包括两根纵向振动梁及位于所述纵向振动梁两端且与所述纵向振动梁垂直连接的第一电极;

9)去除所述锚点对应区域之外的所述埋氧层。

作为本发明的压阻式恒温控制振荡器的制备方法的一种优选方案,步骤4)中,所述深槽的宽度小于或等于所述低应力多晶硅层厚度的两倍;所述深槽的长度大于步骤8)中形成的所述加热梁的宽度与两倍的光刻对准偏差之和。

如上所述,本发明的压阻式恒温控制振荡器及其制备方法,具有以下有益效果:沿<100>晶向族的N型重掺杂结构的频率温度系数存在过零点,频率温度系数过零点的温度由掺杂浓度决定;通过调整N型掺杂浓度,可以使<100>晶向族谐振频率温度系数过零点略高于振荡器工作温区的上限;设置贯穿谐振结构的加热梁,在所述加热梁上通电流即可实现恒温控制, 使得所述压阻式恒温控制振荡器具有较好的性能稳定性及较好温度特性;在所述两根纵向振动梁之间制作所述多晶硅高阻层,可以实现对所述振荡器进行压阻检测;同时,所述多晶硅高阻层将位于其两侧的所述加热梁连接成完整对称的双端固支梁,可对所述谐振结构提供良好的支撑,可显著减小所述加热梁变形对所述谐振结构的影响。

附图说明

图1显示为本发明实施例一中提供的压阻式恒温控制振荡器的立体结构示意图。

图2显示为本发明实施例一中提供的压阻式恒温控制振荡器的分解结构示意图。

图3显示为本发明实施例一中提供的压阻式恒温控制振荡器进行压阻检测时的电流流向示意图。

图4显示图3的等效电路图。

图5显示为本发明实施例二中提供的压阻式恒温控制振荡器的制备方法的流程示意图。

图6至图15为本发明实施例二中提供的压阻式恒温控制振荡器的制备方法在各步骤中的结构示意图。

元件标号说明

10 谐振结构

101 纵向振动梁

102 第一电极

111 加热梁

112 第一绝缘层

113 加热电阻

114 多晶硅高阻层

12 锚点

13 温度传感器

131 温度敏感电阻

132 第四电极

133 第三绝缘层

14 第二电极

15 第三电极

16 衬底

17 第二绝缘层

20 SOI硅片

201 硅衬底

202 埋氧层

203 顶层硅

21 第一绝缘隔离层

22 深槽

23 低应力多晶硅层

S1~S9 步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图15需要说明的是,本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想,虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制,其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变,且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

请参阅图1至图2,本发明提供一种压阻式恒温控制振荡器,所述压阻式恒温控制振荡器包括:谐振结构10、加热梁111、多晶硅高阻层114、第一绝缘层112及加热电阻113;所述谐振结构10包括纵向振动梁101及第一电极102;所述纵向振动梁101的数量为两根,所述两根纵向振动梁101平行间隔排布;所述第一电极102位于所述两根纵向振动梁101的两端,并将所述两根纵向振动梁101相连接;所述纵向振动梁101及所述第一电极102均沿单晶硅<100>晶向族方向分布;所述加热梁111贯穿所述两根纵向振动梁101;所述多晶硅高阻层114位于所述两根纵向振动梁101之间,且将所述加热梁111隔断为两部分;所述第一绝缘层112及所述加热电阻113由下至上依次覆盖于所述加热梁111的上表面。

作为示例,所述纵向振动梁101及所述第一电极102均沿单晶硅<100>晶向族方向分布具体可为:所述谐振结构10可以采用(100)硅片制作,所述纵向振动梁101可以沿(001)晶面上[100]晶向,而所述第一电极102可以沿(100)晶面上[010]晶向。沿<100>晶向族的N 型重掺杂结构的频率温度系数存在过零点,频率温度系数过零点的温度由掺杂浓度决定;通过调整N型掺杂浓度,可以使<100>晶向谐振频率温度系数过零点略高于振荡器工作温区的上限。

作为示例,所述多晶硅高阻层114位于所述两根纵向振动梁101之间,且将所述加热梁111隔断为两部分具体为:所述多晶硅高阻层114位于所述两根纵向振动梁101之间的所述加热梁111内,且所述多晶硅高阻层114的厚度等于所述加热梁111的厚度,所述多晶硅高阻层114的长度等于所述加热梁111的宽度,以确保所述多晶硅高阻层114能将位于其两侧的所述加热梁111完全隔离。所述多晶硅高阻层114可以位于所述两根纵向振动梁101之间的所述加热梁111的任意位置处,优选地,本实施例中,所述多晶硅高阻层114位于所述加热梁111的中点处,即所述多晶硅高阻层114的中点与所述加热梁111的中点相重合。

作为示例,所述加热梁111的中点与所述谐振结构10的中点相重合,即所述加热梁111与所述纵向振动梁101的连接点为所述纵向振动梁101的中点,以图1至图2为示例,此时所述加热梁111的中心位于所述两根纵向振动梁101的中点之间的中心处。所述加热梁111与所述纵向振动梁101的连接点位于所述纵向振动梁101的纵向拉伸模态位移最小的点,即位于所述纵向振动梁101的中点处,使得因此所述加热梁111对所述谐振结构10工作振型的影响最小。

作为示例,所述压阻式恒温控制振荡器还包括锚点12、温度传感器及13第二电极14;所述锚点12位于所述谐振结构10的两侧,且所述加热梁111的两端分别与所述锚点12相连接,所述第一绝缘层112及所述加热电阻113的两端均位于所述锚点12的上表面;所述温度传感器13位于所述锚点12的上表面;所述第二电极14位于所述加热电阻113两端的表面。在所述第二电极14上施加电压,可对所述加热梁111及所述谐振结构10加热。所述加热电阻113用于所述加热梁111的恒温控制,恒温加热功率P与所述两根纵向振动梁101中点温度Tt、锚点温度Ta间满足公式:

P=β(Tt-Ta)

式中,β为加热梁尺寸和热导率的函数;当加热梁为均质矩形截面梁时,上式中的β满足公式:

β=8kbh/L

式中,k为所述加热梁111的热导率,b、h和L分别为所述加热梁111的宽度、厚度和长度。在实际结构中,β通过实际实验决定。

作为示例,所述谐振结构10、所述加热梁111及所述锚点12的材料均为N型重掺杂单晶硅,且所述谐振结构10、所述加热梁111及所述锚点12为一体化结构,即所述谐振结构 10、所述加热梁111及所述锚点12可以通过刻蚀同一单晶硅材料层而获得;所述多晶硅高阻层114的材料为未掺杂的低应力多晶硅。

作为示例,所述谐振结构10、所述加热梁111及所述锚点12中N型重掺杂的浓度可以根据实际需要进行设定,优选地,本实施例中,所述谐振结构10、所述加热梁111及所述锚点12中N型重掺杂的浓度应大于1019/cm3

作为示例,所述压阻式恒温控制振荡器还包括第三电极15,所述第三电极15的数量为两个,分别位于所述谐振结构10两侧的两个所述锚点12内,所述谐振结构10通过所述第三电极15实现电学引出。需要说明的是,所述第三电极15的结构并不仅限于图1及图2所示,可以根据实际结构需要进行设定,例如,对于电容检测式振荡器,所述两个第三电极15可以短接作为一个电极使用。

作为示例,所述温度传感器13包括温度敏感电阻131、第四电极132及第三绝缘层133;所述温度敏感电阻131通过所述第三绝缘层133与所述锚点12固连,且通过所述第四电极132实现电学引出;所述温度传感器13通过外接三个电阻(未示出)形成惠斯顿电桥即可实现对所述锚点12温度的测量。

作为示例,所述第四电极132的数量可以根据实际需要进行设定,优选地,本实施例中,所述第四电极132的数量为两个,所述两个第四电极132位于所述温度敏感电阻131上;具体的,所述两个第四电极132位于所述温度敏感电阻132的两端。

作为示例,所述温度传感器13不仅限于图1所示的结构,所述温度传感器13还可采用温敏二极管等多种方式。

作为示例,所述压阻式恒温控制振荡器还包括衬底16及第二绝缘层17,所述锚点12通过所述第二绝缘层17固连于所述衬底16的表面上;所述衬底16的表面与所述谐振结构10及所述加热梁111的下表面具有一定的间距,即所述加热梁111将所述谐振结构10支撑起来,并使得所述谐振结构10相对于所述衬底16处于悬空状态。

作为示例,所述压阻式恒温控制振荡器封装于真空环境中。

压阻式恒温控制振荡器进行压阻检测时的电流流向示意图如图3所示,图中箭头的指向即为电流的流向;由图3可知,在所述第三电极15上施加功率之后,电流由所述第三电极15流经所述加热梁111,达到所述纵向振动梁101时分为3路,其中2路电流分别流经所述加热梁111两侧的所述谐振结构10后回到所述加热梁111,该两路电流用于压阻检测,另一路电流流经所述多晶硅高阻层114,该电流为寄生电流。图3的等效电路图如4所示,其中,Rs1和Rs2分别为位于所述加热梁111两侧的所述谐振结构10的电阻,该部分电阻对谐振时的应力变化敏感;图中RT为所述多晶硅高阻层114的电阻,为压阻检测的寄生电阻;图中Rp1 和Rp2为所述锚点12和所述加热梁111的寄生电阻。如前所述,由于所述谐振结构10、所述加热梁111及所述锚点12均采用N型重掺杂单晶硅制作,其电路率小于0.001Ω·cm,而所述多晶硅高阻层114采用未掺杂的低应力多晶硅制作,其电阻大于10Ω·cm,由于所述多晶硅高阻层114的电阻率为所述谐振结构10的电阻率的一万倍以上,假设所述谐振结构10中的梁的宽度和厚度与所述多晶硅高阻层114的宽度和厚度相同,即使所述谐振结构10的总长度为所述多晶硅高阻层114长度的一千倍,RT仍为Rs1和Rs2的十倍以上,对压阻检测的影响可忽略不计。

本发明中,<100>晶向族的N型重掺杂结构的频率温度系数存在过零点,频率温度系数过零点的温度由掺杂浓度决定;通过调整N型掺杂浓度,可以使<100>晶向族谐振频率温度系数过零点略高于振荡器工作温区的上限;设置贯穿谐振结构的加热梁,在所述加热梁上通电流即可实现恒温控制,使得所述压阻式恒温控制振荡器具有较好的性能稳定性及较好温度特性;在所述两根纵向振动梁之间制作所述多晶硅高阻层,可以实现对所述振荡器进行压阻检测;同时,所述多晶硅高阻层将位于其两侧的所述加热梁连接成完整对称的双端固支梁,可对所述谐振结构提供良好的支撑,可显著减小所述加热梁变形对所述谐振结构的影响。

实施例二

请参阅图5,本发明还提供一种压阻式恒温控制振荡器的制备方法,所述制备方法包括:

1)提供SOI硅片,所述SOI硅片由下至上依次包括硅衬底、埋氧层及顶层硅;

2)在所述顶层硅表面形成第一绝缘隔离层;

3)刻蚀所述第一绝缘隔离层及所述顶层硅,形成贯穿所述第一绝缘隔离层及所述顶层硅的深槽;

4)在所述第一绝缘隔离层表面及所述深槽内形成低应力多晶硅层,所述低应力多晶硅层覆盖所述第一绝缘隔离层表面并填满所述深槽;

5)依次去除所述深槽外围的低应力多晶硅层及所述第一绝缘隔离层;

6)在所述顶层硅表面依次形成第二绝缘隔离层及电阻层,定义加热电阻图形及温度传感器图形,刻蚀去除所述加热电阻图形及所述温度传感器图形区域外的所述第二绝缘隔离层及所述电阻层,以形成温度敏感电阻、加热电阻、位于所述温度敏感电阻及所述加热电阻下方的绝缘层;

7)在所述温度敏感电阻的两端、所述加热电阻的两端及后续要形成锚点的所述顶层硅表面形成金属电极;

8)光刻、深反应离子刻蚀所述顶层硅,形成锚点、加热梁及谐振结构,所述谐振结构包括两根纵向振动梁及位于所述纵向振动梁两端且与所述纵向振动梁垂直连接的第一电极;

9)去除所述锚点对应区域之外的所述埋氧层。

在步骤1)中,请参阅图5中的S1步骤及图6,提供SOI硅片20,所述SOI硅片20由下至上依次包括硅衬底201、埋氧层202及顶层硅203。

作为示例,所述SOI硅片20没有特殊要求,可以为现有半导体领域所述使用的常规SOI硅片。

在步骤2)中,请参阅图5中的S2步骤及图7,在所述顶层硅203表面形成第一绝缘隔离层21。

作为示例,可以采用热生长工艺、低压化学气相沉积工艺(LPCVD)、物理气相沉积工艺等在所述顶层硅203表面形成所述第一绝缘隔离层21,所述第一绝缘隔离层21的材料可以为二氧化硅或低应力氮化硅。

在步骤3)中,请参阅图5中的S3步骤及图8,刻蚀所述第一绝缘隔离层21及所述顶层硅203,形成贯穿所述第一绝缘隔离层21及所述顶层硅203的深槽22。

作为示例,采用光刻工艺定义所述深槽22的图形,具体方法为:在所述第一绝缘隔离层21表面涂覆光刻胶层,通过曝光、显影等工艺在所述光刻胶层内形成所述深槽22的图形。

作为示例,依据形成有所述深槽22图形的所述光刻胶层,采用腐蚀工艺去除对应于所述深槽22区域的所述第一绝缘隔离层21,采用深反应离子刻蚀工艺刻穿所述顶层硅203,以形成所述深槽22。

作为示例,形成所述深槽22之后,去除所述光刻胶层。

作为示例,所述深槽22的宽度小于或等于后续步骤4)中形成的所述低应力多晶硅层厚度的两倍;所述深槽22的长度大于后续步骤8)中形成的所述加热梁的宽度与两倍的光刻对准偏差之和。

在步骤4)中,请参阅图5中的S4步骤及图9,在所述第一绝缘隔离层21表面及所述深槽22内形成低应力多晶硅层23,所述低应力多晶硅层23覆盖所述第一绝缘隔离层21表面并填满所述深槽22。

作为示例,可以采用但不仅限于低压化学气相沉积法在所述第一绝缘隔离层21表面及所述深槽22内形成低应力多晶硅层23,所述低应力多晶硅层23为未掺杂的低应力多晶硅层。

在步骤5)中,请参阅图5中的S5步骤及图10至图11,依次去除所述深槽22外围的低应力多晶硅层23及所述第一绝缘隔离层21。

作为示例,采用反应离子刻蚀工艺或化学机械抛光工艺去除所述第一绝缘隔离层21表面的所述低应力多晶硅层23,采用腐蚀工艺去除所述第一绝缘隔离层21。

去除所述深槽22外围的低应力多晶硅层23及所述第一绝缘隔离层21之后即在所述深槽 22内形成如实施例一中所述的多晶硅高阻层114。图11为图10的俯视图,由于所述多晶硅高阻层114的尺寸是由之前形成的所述深槽22的尺寸所决定,所述多晶硅高阻层114的宽度W小于或等于步骤4)中形成的所述低应力多晶硅层23厚度的两倍,以确保所述低应力多晶硅23填满所述深槽22;所述多晶硅高阻层114的长度L大于后续步骤8)中形成的所述加热梁的宽度与两倍的光刻对准偏差之和。在MEMS中,所述低应力多晶硅层23的厚度一般小于或等于2μm,因此,所述多晶硅高阻层114的宽度一般小于4μm;在一示例中,所述光刻工艺的对准偏差为2μm,加热梁的宽度为4μm,则所述多晶硅高阻层114的长度L大于8μm。

在步骤6)中,请参阅图5中的S6步骤及图12,在所述顶层硅203表面依次形成第二绝缘隔离层(未示出)及电阻层(未示出),定义加热电阻图形及温度传感器图形,刻蚀去除所述加热电阻图形及所述温度传感器图形区域外的所述第二绝缘隔离层及所述电阻层,以形成温度敏感电阻(未示出)、加热电阻113、位于所述温度敏感电阻及所述加热电阻113下方的绝缘层。

作为示例,采用低压力化学气相沉积法在所述顶层硅203表面形成所述第二绝缘隔离层及所述电阻层,所述第二绝缘隔离层的材料可以为但不仅限于低应力氮化硅,所述电阻层的材料可以为但不仅限于重掺杂低应力多晶硅。

作为示例,形成的位于所述温度敏感电阻下方的绝缘层即为实施例一中所述的第三绝缘层133,位于所述加热电阻113下方的绝缘层即为所述第一绝缘层112。

需要说明的是,由于图12为截面结构示意图,所述敏感电阻及所述第三绝缘层并未在图中示出,具体可参阅实施例一中的相关阐述。

在步骤7)中,请参阅图5中的S7步骤及图13,在所述温度敏感电阻的两端、所述加热电阻113的两端及后续要形成锚点的所述顶层硅203表面形成金属电极。

作为示例,可以采用但不仅限于溅射工艺在所述加热电阻113及裸露的所述顶层硅203表面形成铝金属层,通过光刻、刻蚀工艺在所述温度敏感电阻的两端、所述加热电阻113的两端及后续要形成锚点的所述顶层硅203表面形成金属电极。位于所述温度敏感电阻两端的所述金属电极即为实施例一中所述的第四电极132,位于所述加热电阻113两端的所述金属电极即为实施例一中所述的第二电极14,位于后续要形成锚点的所述顶层硅203表面的所述金属电极即为实施例一中所述的第三电极15。

需要说明的是,由于图13为截面结构示意图,位于所述温度敏感电阻的两端的所述第四电极132及后续要形成锚点的所述顶层硅203表面的所述第三电极15并未在图中示出,具体可参阅实施例一中的相关阐述。

在步骤8)中,请参阅图5中的S8步骤及图14,光刻、深反应离子刻蚀所述顶层硅,形 成锚点12、加热梁111及谐振结构10,所述谐振结构10包括两根纵向振动梁101及位于所述纵向振动梁101两端且与所述纵向振动梁101垂直连接的第一电极102,具体请参阅实施例一中相关结构描述。

作为示例,光刻、深反应离子刻蚀所述顶层硅,形成锚,12、加热梁111及谐振结构10的具体方法为本领域人员所熟知,此处不再详述。

需要说明的是,由于图14为截面结构示意图,所述谐振结构10中仅显示所述第一电极102。

在步骤9)中,请参阅图5中的S9步骤及图15,去除所述锚点12对应区域之外的所述埋氧层202。

作为示例,可以采用湿法刻蚀工艺、干法刻蚀工艺或湿法与干法相结合的刻蚀工艺去除所述所述锚点12对应区域之外的所述埋氧层202,优选地,本实施例中,使用氢氟酸蒸汽腐蚀去除所述埋氧层202,以最终形成所需的振荡器结构。

该步骤后,形成的结构中,所述硅衬底201即为实施例一中的衬底16,保留的位于所述锚点12下方的所述埋氧层202即为实施例一中所述的第二绝缘层17。最终形成的所述振荡器即为实施例一中所述的压阻式恒温控制振荡器,具体可参阅实施例一,此处不再累述。

本发明所述的压阻式恒温控制振荡器的制备方法,在形成所述多晶硅高阻层之后,所述SOI硅片的顶层仍完全为硅(包括顶层硅和低应力多晶硅),与常规的硅刻蚀工艺对单晶硅和多晶硅的加工特性近似相同,后续通过一步刻即可得到锚点、加热梁及谐振结构10,加工精度较高。

综上所述,本发明提供一种压阻式恒温控制振荡器及其制备方法,所述压阻式恒温控制振荡器包括:谐振结构、加热梁、多晶硅高阻层、第一绝缘层及加热电阻;所述谐振结构包括纵向振动梁及第一电极;所述纵向振动梁的数量为两根,所述两根纵向振动梁平行间隔排布;所述第一电极位于所述两根纵向振动梁的两端,并将所述两根纵向振动梁相连接;所述纵向振动梁及所述第一电极均沿单晶硅<100>晶向族方向分布;所述加热梁贯穿所述两根纵向振动梁;所述多晶硅高阻层位于所述两根纵向振动梁之间,且将所述加热梁隔断为两部分;所述第一绝缘层及所述加热电阻由下至上依次覆盖于所述加热梁的上表面。沿<100>晶向族的N型重掺杂结构的频率温度系数存在过零点,频率温度系数过零点的温度由掺杂浓度决定;通过调整N型掺杂浓度,可以使<100>晶向族谐振频率温度系数过零点略高于振荡器工作温区的上限;设置贯穿谐振结构的加热梁,在所述加热梁上通电流即可实现恒温控制,使得所述压阻式恒温控制振荡器具有较好的性能稳定性及较好温度特性;在所述两根纵向振动梁之间制作所述多晶硅高阻层,可以实现对所述振荡器进行压阻检测;同时,所述多晶硅高阻层 将位于其两侧的所述加热梁连接成完整对称的双端固支梁,可对所述谐振结构提供良好的支撑,可显著减小所述加热梁变形对所述谐振结构的影响。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。

再多了解一些
当前第1页1 2 3 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1