具有至少一种谐振腔模式形状的mems谐振器的制作方法

专利名称：具有至少一种谐振腔模式形状的mems谐振器的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有至少一种谐振腔模式形状的MEMS谐振器，所述 MEMS谐振器包括具有表面的衬底和谐振器结构。本发明还涉及制造 这种MEMS谐振器的方法。本发明还涉及包括这种MEMS谐振器的 MEMS振荡器。本发明也涉及包括这种MEMS谐振器的MEMS滤波器。
背景技术：
为了代替在振荡器(或滤波器)中使用的大体积的石英晶体，在 文献中报道了各种MEMS谐振器几何结构和制造工艺。半导体工艺中 的集成允许极大地降低尺寸和成本。MEMS谐振器由多晶硅或单晶硅制成。与多晶硅相比，由于单晶 硅的低的内部摩擦以及由此而来的较高的机械品质因子、低的内部应 力和对各种工艺参数的独立性，单晶硅是更有吸引力的材料。然而， 单晶硅的显微机械加工不仅需要诸如绝缘体上的硅(SOI)之类的特 殊硅晶片(这增加了成本，并且限制了进一步集成)，或者需要使用诸 如HARPSS或BOSCH工艺之类的特殊工艺，这也限制了与MOS或无源 工艺的兼容性，因此，导致了谐振器厚度的限制。使用不同概念制造 MEMS谐振器细束、盘或膜(通常，厚度小于6微米)的弯曲模式， 和相对较厚的束、板或盘(通常，厚度小于18微米)的体声模式。弯 曲模式谐振器的主要的缺点是低的功率处理，这是由于在10MHz以上 的频率下其低质量导致的。当谐振器通过HARPSS或BOSCH工艺制造 时尤其如此，因为它一旦侧向限定，向下切割(undeinmtting)宽的机 械结构成为问题。就功率处理来说，基于延伸模式的盘是有希望的。US6，856，2i7Bl公开了一种微机械谐振器装置，所述谐振器装置基 于径向或侧向振动的盘结构，并且能够在远大于100MHz的频率处振 动。盘的中心为节点，所以当盘谐振器在其中心受到支镎时，到衬底
的锚耗散减至最小，允许这种设计在高频处保持高Q值。此外，这种 设计在高频处保持高的硬度，因此最大化了动态范围。此外，该盘谐 振器的侧壁表面面积通常比先前的弯曲模式谐振器设计中可得到的更 大。当在给定的频率下使用电容(或静电)转换时，允许该盘设计以 获得比其对应部分小的串联动态电阻。这种谐振器获得的频率和动态 范围使得其适用于各种通信系统中的高Q值RF滤波和振荡器应用。其 尺寸也使得它特别适用于便携式、无线应用，其中如果大量使用，这 种谐振器能极大地降低功耗、增加鲁棒性、并且延伸高性能无线收发 机的应用范围。US6，856，217B1没有公开单晶硅MEMS谐振器。现有的MEMS谐振器的一个缺点是当在廉价的体衬底制造时，该 MEMS谐振器不适用于10-50MHz范围内的频率。为获得在10-50MHz 范围内的频率，需要非常大的盘谐振器面积。于是，不能再使用类似 HARPPS或BOSCH的用于制造MEMS谐振器的工艺。下述公开物公开 了HARPSS工艺Siavash Pourk咖ali, et.al.'7/妙-0 SVwgfe歸-腳-鹏2)ww由cft'ow (7a戸"，Journal of Microelectromechanical Systems, VoU2， No.4, Aug.2003, p.487-496。发明内容本发明的--个目的是提供一种改进的MEMS谐振器和制造这种 MEMS谐振器的改进方法。本发明通过独立权利要求限定。从属权利要求限定有益的实施例。 实现本发明的目的在于谐振器结构为衬底的一部分，并且本发明 的又一特征在于谐振器由第一闭合沟槽和第二闭合沟槽限定，第一沟 槽位于第二沟槽内，以便在衬底内形成管状结构，并且仅沿与表面平 行的方向从所述衬底释放谐振器结构。根据本发明的MEMS谐振器通 过两个闭合沟槽形成，因此提供在非常廉价的衬底内制造的非常简单 的结构。在谐振器结构下不再如绝缘体上硅中的情况那样需要任何牺 牲层，这意味着能在体衬底中制造MEMS谐振器。需要的仅是形成两 个闭合沟槽， 一个沟槽在另一沟槽内，这导致管状结构。另外，管状
结构导致比盘结构低的硬度，这导致减小了用于给定频率的尺寸。根据本发明的MEMS谐振器提供额外的益处。首先，管状结构以 更好的方式提供调整谐振器的电特性的机会。与具有依赖于厚度、长 度和半径的频率的束和盘谐振器相比，管频率可以通过改变管的长度、 尺寸(外部沟槽的半径/宽度)或厚度(外部沟槽和内部沟槽之间的距 离)调整。此外，管可设计为具有任何希望的长度。因此，管的侧壁面积可 以设计为在与在SOI晶片中制造的等效盘相同或更大的范围内。另外， 由于谐振器的闭合形状，使得其更刚硬，管的侧壁面积比制造在SOI 晶片中或使用HARPSS或BOSCH工艺制造的等效束谐振器的侧壁面 积大得多。这样的结泉是驱动器电极也可具有更大的面积，这导致装 置的较低的动态电阻。制造根据本发明的MEMS谐振器的方法与类似PICS工艺的多种 常规工艺兼容。相反，US6，856，217B1公开了一种制造MEMS谐振器的 复杂方法，该方法包括在衬底上的层沉积步骤、图形化层步骤和选择 去除步骤的组合，以产生用于MEMS谐振器的可移动元件。这种工艺 与类似P!CS工艺的大多数常规工艺不兼容。根据本发明的MEMS谐振器的有益实施例的特征在于衬底为单晶 硅衬底。与多晶硅相比，由于其低的内部摩擦和由此而来的较高的机 械品质因子、低的内部应力和对各种工艺参数独立性，单晶硅为更有 吸引力的材料。因此，可以实现MEMS谐振器的改迸性能。根据本发明的MEMS谐振器的又一实施例的特征在于第一闭合沟 槽和第二闭合沟槽具有环形形状，以便形成环形管状结构。盘和由此 形成的环形管状结构提供了MEMS谐振器的良好的功率处理。此外， 在多数工艺中，环形形状容易制造。在根据本发與的MEMS谐振器的最后提及的实施例的改进中，第 一闭合沟槽和第二闭合沟槽彼此之间同心地设置，以便按照以下方式 形成所述管状结构，使得在所有与表面平行的半径方向中具有恒定厚 度管状结构。在该实施例中，管的所有直径方向中的厚度为恒定值， 作为这样的结果，在沿那些方向衬底的杨氏模量(Young's modulus)
相同的情况下，该实施例对于制造窄频带谐振器(通常，使用在谐振 器中)是有益的。优选地，管状结构的高度(所述高度由所述第一和第二闭合沟槽 的深度限定)是管状结构的厚度的两倍多。在该实施例中，谐振频率落入某些无幾应用(例如，10MHz至50MHz)需要的频率。高度与厚 度的比率越大，谐振频率越低。此处应指出，制造现有的盘谐振器， 使得其在那些频率谐振不是很有吸引力的。这种盘谐振器的面积将变 得太大。根据本发明的MBMS谐振器的替代实施例的特征在于第一和第二 闭合沟道为非环形的，以便形成具有在与表面平行的半径方向的变化 厚度的管状结构，该结构用于补偿沿所述方向上衬底材料的杨氏模量 中的差异。在该实施例中，与表面平行的径向方向的厚度变化可用于 补偿那些方向中衬底的杨氏模量变化。作为替代，这种变化可用于产 生用在MEMS滤波器中的谐振频率带。在根据本发明的MEMS谐振器的又一实施例中，驱动器电极位于 所述闭合沟槽之一的侧壁上，所述驱动器电极配置用于驱动谐振器。 有利地，所述驱动器电极用于驱动MEMS谐振器的模式形状。众所周 知，这种结构公知为单端微机械谐振器。 '在所述实施例的有益改进中，驱动电极沿所述闭合沟槽的全部长 度配置。在该实施例中，振动模式是这样的所述管在整个周长同时 地膨胀和收縮。这种模式形状也称为径向模式。在MEMS谐振器的一些实施例中，所述驱动器电极也配置用于感 测所述谐振器的运动。有利地，这些实施例节约面积，因为不需要分 离的感测电极。作为替代，在再一实施例中，感测电极位于所述闭合沟槽的另一 个的侧壁上。众所周知，这种配置作为双端微机械谐振器。由于偏置 电压可以直接施加到谐振器本身，该实施例不需要不复杂的调整电子 设备。双端结构的又一益处是电极到谐振器的电容不再将输入连接到 输出，以这种方式，较好地将输入与输出绝缘。本发明还涉及制造MBMS谐振器的方法，根据本发明的方法包括
以下步骤配置具有表面的衬底 在衬底中形成第一闭合沟槽；在衬底中形成第二闭合沟槽，第二闭合沟槽包围第一闭合沟槽， 以便形成管状结构；将掺杂剂原子注入到衬底中，用于使谐振器结构导电，并且用于 限定电极；在衬底上和所述沟槽的所有侧壁上的配置电介质层； 在衬底上和所述沟槽中配置导电层；图形化所述导电层，使得在局部暴露电介质层的管状结构处形成 开口，图形化进一步使得形成第一沟槽内的分离内电极和第二沟槽内 的分离外电极；选择性地从开口部分地去除电介质层以形成所述内电极和管状结 构之间的第一间隙，并且形成所述外电极和管状结构之间的第二间隙。根据本发明的制造方法提供了形成具有管状结构的MEMS谐振器 的便利方法。本发明还涉及包括根据本发明的MEMS谐振器的MEMS振荡器。 这种MEMS振荡器的益处是它具有低的相位噪声，并且提供了由于其 低成本和减小的尺寸导致的高集成度。本发明还涉及包括这种MEMS振荡器的集成电路。这种集成电路的益处是振荡器可与无源和/或有源组件同时制造，而不需要昂贵的衬 底或昂贵的额外制造步骤。因此，根据本发明的MEMS谐振器允许单片集成MEMS谐振器相对直接的集成。本发明还涉及包括单个MEMS谐振器的MEMS滤波器。因为已经 反映用于形成频率带滤波器的分离的MEMS谐振器的连接过多，这种 MEMS滤波器不比已知的MEMS滤波器更复杂。因此，使用单个MEMS 谐振器节约了成本。作为替代，本发明涉及包括多个MEMS谐振器的MEMS滤波器， 其中MEMS谐振器导电地或机械地连接。
任何额外的特征可以组合一起，并且可以与任何方面相组合。其 它益处对于本领域技术人员是显而易见的。在不偏离本发明的权利要 求的情况下，可以做出大量的变型和改进。因此，应清楚理解本说明 仅为示意性的，并非限制本发明的范围。


现在参考附图作为示例说明如何实施本发明，其中图la-le示出了根据本发明的一 个实施例制造MEMS谐振器的 方法的不同阶段；图2a和2b示出了处于振荡中的管状MEMS谐振器的第一实施例 的仿真状态；图3a和3b示出了将分离MEMS谐振器耦合在一起的两种不同方式；图4a和4b示出了处于振荡中的管状MEMS谐振器的第二实施例的仿真状态；以及图5a和5b示出了处于振荡中的管状MEMS谐振器的第三实施例的仿真状态。
具体实施方式
参考某些附图和根据特定实施例说明本发明，但本发明并不由此 限制，而是仅限于权利要求。不应认为权利要求中的任何参考标记限 制范围。描述的附图仅为示意性的，而不是限制性的，在附图中，为 了示例的目的，夸大了某些元件的尺寸，并且并非等比例绘制。在本 发明的说明书和权利要求中使用术语"包括"的地方，并不排除其它 元件或步骤。在其中使用不确定或确定的条款的地方，当指单个名词 (例如，"一个"，"这"〉时，除非另有说明，这包括多个该名词。此外，说明书和权利要求中的术语第一、第二、第三和类似词语 用作在类似元件之间区分，并不必用于说明次序或时序。应当理解， 在适当的条件下这样使用的术语可以互换，此处说明的实施例可以以 其它次序(并非此处说明的次序)操作。 图la-le示出了制造根据本发明的MEMS谐振器的方法的有益实 施例，每幅图示出了三个不同视图的不同阶段，分别为平面截面图 A-A、垂直截面图B-B和顶视图。这些图中所示方法具有以西安主要益 处不仅提供了非常简单的MEMS谐振器结构，并且与已知的工艺(所 谓的PICS工艺)完全兼容。能够在具有对工艺很小改进的PICS工艺中 制造MEMS谐振器，比如选择性地部分去除用于形成谐振器和电极之 间的间隙的电介质层。PICS工艺对于本领域的技术人员是众所周知 的，也可参考F.Roozeboom， et" "M re Aa" 'M ore',' p鹏z.ve piw/SjK"effi-zw-尸acfeigez'"tegraft'ow "， Electrochem.Soc.Symp.Proc，Vol.2005-8 ， June 2， p. 16-31。应指出，本发明不限于图la-le所示的方法的实施例。多种变型是 可能的。图la示出了根据本发明的方法的实施例的一个阶段。在该阶段中， 谐振器结构1垂直地限定在具有顶部表面12的单晶硅衬底2中。这借助 刻蚀两个闭合沟槽3的方式实现,其中一个闭合沟槽在另一个闭合沟槽 的旁边。在该特定实例中，沟槽都是环形，并且彼此之间同心地设置， 但也可能是其它形状和非同心设置。衬底不需要是单晶硅衬底。然而， 单晶硅衬底提供比多晶硅硅衬底低的内部摩擦和高的机械品质因子。 作为本发明最大的益处是能够使用任何类型的衬底。甚至能够使用超 廉价的体衬底。在该说明书中，将体衬底限定为不具有任何不同材料 (例如，氧化层)层的衬底和具有不同材料层(例如，图形化的或未 图形化的)、具有不同结构(例如，外延层)层或具有不同掺杂(例如， 阱区域)层的衬底。图lb示出了根据本发明的方法的实施例的另一阶段。在该阶段中， 掺杂硅衬底2以在谐振器结构1上形成导电层4，所述导电层4限定MEMS谐振器结构的电极。可以如此选择掺杂，使得形成(重掺杂)n 型导电层4。为此目的，可以使用硼原子。显然，也能够使用类似磷和 砷的p型掺杂剂，这最终导致p型导电层4。图lc示出了根据本发明的方法的实施例的又一阶段。在该阶段中， 用薄电介廣膜5和多晶硅层6填充沟槽3。然后，图形化多晶硅层6，用 于限定驱动和感测电极8，从而形成暴露下面电介质层5的环形开口7。 电介质层5可包括类似氧化硅、氮化硅、聚酰胺和其它聚合物的材料。 电介质层5甚至可包括不同材料的叠层，例如，与PICS工艺完全兼容 的氧化硅/氮化硅/氧化硅叠层。多晶硅层6可为掺杂的多晶硅层(n型 或p型)。多晶硅层可由多晶硅锗层或金属层代替。图ld示出了根据本发明的方法的实施例的再一阶段。在该阶段中， 在驱动和感测电极8上形成接触9。而且形成到导电层4的接触10。在形 成该接触10之前，局部去除薄电介质膜5，以便实现接触10和导电层4 之间的电接触。接触可包括不同材料，例如，铝、钨、金、铜、重掺 杂多晶硅或多晶硅锗。图le示出了根据本发明的方法的实施例的又一阶段。在该阶段中， 在所述结构上配置掩模(图中未示出)并且图形化掩模，使得覆盖至 少包围电极8外部的薄电介质膜5。接下来，通过多晶硅层6中的开口7 选择性地去除部分薄电介质膜5。应在这段时间期间执行选择性的去 除，所述这段时间为从至少向下到沟槽3的底部的管状谐振器结构的一 边上去除薄电介质膜5的时间段。因此，在该选择性去除期间，(在管 状谐振器结构1的两边形成环形)空气间隙U，作为它的结果，在沿与 起始顶部表面12平行的方向上释放结构。最终，在该阶段的结尾去除掩模o如果去除花费多一 点时间以便去除更多的电介质膜5的是没有关 系的,因为这仅意味着接近沟槽底部的电极的那部分将在其两边释放。选择性(部分)地去除层对于技术人员是众所周知的技术，并且 例如可以使用类似湿法刻蚀步骤执行。然而，其它技术也是可能的。制造图la4e所示的MEMS谐振器的方法仅作为根据本发明的方 法的一个实施例。所示的工艺与PICS工艺兼容，但本发明的范围内的 多个变形是可能的(显而易见，使工艺与PICS工艺较不兼容)。例如， 沟槽3的可能是不同的形状，例如，椭圆、正方形、三角形、矩形和其 它形状。沟槽3的这些不同形状将导致谐振器结构的不同形状。可利用 谐振器结构l的这些不同形状来补偿材料的杨氏模量中的差异(沿不同 方向),或产生其中MEMS谐振器能用作滤波器的频率带。这是可能的, 甚至不需要改变PICS工艺。在该特定实例中，外部电极为输入/驱动电极IN,并且内部电极为 输出/感测电极OUT。与导电层4连接的第三电极为偏置电极VBIAS。 M3EMS谐振器的支撑结构(也称为锚)由管状结构的底部限定，所述 管状结构附加到衬底2。借助仿真，使用计算和模式分析已经证明管状MEMS谐振器的可 行性。建模和仿真的谐振器包括固定在其底部的谐振器结构l、包围谐 振器结构1的外部表面的电极8和可能的面向谐振器结构1的内部表面 的另一电极8。在该特定应用中，管状结构l的规格选择如下.-管状结构的高度-30jim;管状结构的厚度=40| 11;管状结构的平均半径-55pm;以及空气间隙厚度(在每个电极和管状结构之间)=35mn。管状结构1的厚度限定在沿着与图U中的表面12平行的所有径向 方向上。换言之，与表面12平行和与管状结构1垂直的方向。管状MEMS谐振器工作如下。当在管状结构1的外部电极IN和电极 VBIAS之间施加电压时，在管状结构l的外部表面上产生径向力，所述 力趋向于沿所有径向方向延伸管状结构l。因此，我们驱动的振动模式 是所述管上部分的膨胀和收缩。可使用另一电极(OUT)来感测振荡 结构1的运动。应指出，模式形状为与所述管平行的方向的轴的函数。在邻近谐 振器结构1的底部(也称为锚13)，延伸/收縮为最小(在锚13处接近零)，而在邻近谐振器结构l的顶部处，延伸/收缩为最大。实际上，管状谐 振器结构l的这种模形式可看作谐振器结构l的延伸的、径向的(在平 行于表面12的平面上)、弯曲的模式形状(？)的组合。在电极不完全 包围谐振器结构的情况下，甚至谐振器结构的轮廓修改也是可行的。 在下面的参考文献中可找到关于谐振器的轮廓修改的更多信息Zhili Hao， etal."附F S细gZe-Oy加/猫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。
为了示范谐振器的可行性，已经使用FEA软件工具"ANSYS"。构 造的模型基于下面的常量/参数表l:用于仿真和计算的常量/参数常量/参数符号值杨氏模量E150GPa次泊松比V0.3密度P2330 kg/m3自由空间介电常数8.854e"2 F/m相对介电常数&1管高度30拜管厚度T10拜管平均半径R55pm空气间隙厚度d35nni平均管半径定义为管状结构的内部半径(该实例中为50jim)和外 部半径(该实例中为60pm)的平均值。模式分析显示出用于考虑的尺寸和振动模式的频率为26.5MHz。 图2a和2b示出了振荡中的该管状MEMS谐振器的仿真状态。图中没有 示出电极。理论和ANSYS仿真显示出当管的高度或其半径增长时，MEMS谐 振器的谐振频率减小，但是它随着管的宽度增长而增长。因此，可以 通过改变尺寸调节谐振。然而，高度为宽度的至少两倍至三倍是必需 的。对于这种类型的MEMS谐振器，可推导功率处理和动态电阻。功 率处理PmJt导如下-其中,、kr、 Xmax、和Q分别为角谐振频率、相对硬度、最大振幅和品质因子。使用该公式，可以如下估计功率处理。相对最大振幅Xm^固定为 7 =lOiim,品质因子Q固定为4000。将这些数字代入公式，得出功率处理 Pmax-20pW。该值作为迄今为止文献中找到振幅的相同数量级中的最 好结果。动态电阻l推导如下-「其中mr和i!分别为相对质量和机电耦合系数。 机电耦合系数等于-其中F, ￡。， ^， L， T, R, d分别为极化电压、自由空间介电常数、相对介电常数、管高度、管厚度、管平均半径和空气间隙厚度。 结构质量根据下述公式估计-其中p, L， T， R分别为密度、管高度、管厚度、管平均半径。 极化电压Vp估计为l伏特。将这些数字代入用于计算动态电阻Rx的公式中，得出其值为i.ska。该值作为迄今为止文献中找到振幅的相同数量级中的最好结果。本领域的技术人员可以通过调节管半径R、管厚度T及其高度L优化动态电阻l和功率处理Pmax。图3a和3b示出了机械互相耦合两个谐振器的两种不同方式的示意 性顶视图。耦合多个谐振器通常用来产生滤波器。在这种情况下，将 每个谐振器滤波器设计为滤波其自己的频率或频率带。图3a和3b中仅 示出(示意性)了谐振器结构。在图3a中提供了互相贴近的第一谐振 器结构l和第二谐振器结构l'，其中机械连接装置15连接这两个结构。 在图3a中，谐振器结构绘制为具有相同尺寸，但这非必须的。实际上，第二谐振器结构r的所有参数可与第一谐振器结构l不同，以便确认第二谐振器结构在不同的频率处振荡/滤波。在图3b中，第一谐振器结构 1和第二谐振器结构1'的一个配置在另一个里面，并且通过机械连接装 置15互相连接。
作为机械连接的替代，已实现了多个谐振器的电连接。机械连接和电连接均为本领域技术人员众所周知，参见SiavashPourkamali,etal. "五/ec的W欲/ca//， ccw/ fed附/cro鹏efem/cfl/僻era"， Micro 17 th IEEE International Conference on Electro Mechanical Systems, 2004， p.584-587,和Frank D.Bannon, III， etal."历gA-0 Mc"oe/ecftro附ecfewnW jFV/fers ", IEEE Journal of Solid-State Circuits ， Vol.35, No.4, April2000, p.512-526。图4a和4b示出了振荡中的管状MEMS谐振器的第二实施例的仿真 的状态。在该实施例中，谐振器以与另一本征模式对应的另一模式形 状操作。作为实例，对该模式形状的谐振器敏感度可以通过设计电极 (未示出)使得其不完全包围结构来驱动。作为替代，所述电极分开， 并且配置在管状结构的两个相对边上。沿一个方向(例如，图4a中的 X方向)，管状结构膨胀，而沿另一方向(例如，图4a中的Y方向)管 状结构收縮，形成图4a所示的椭圆模式形状。然后，管状结构将沿一 个方向(图4b中的X方向)收缩，并且沿另一反方向(图4b中的Y方向) 膨胀，形成图4b中所示的反椭圆模式形状。图5a和5b示出了振翕中的管状MEMS谐振器的第三实施例的仿真 状态。在该实施例中，谐振器以与另一本征模式对应的另一模式形状 操作。作为实例，对该模式形状的谐振器敏感度可以通过设计电极(未 示出)使得其不完全包围结构驱动。作为替代，配置三个驱动电极， 以便分布在管状结构周围相等的距离处。在一个状态中(参考图5a)， 沿电极配置处的方向管状结构膨胀，而沿另一方向(在这些电极之间) 管状结构收缩。在另一状态中(参考图5b)，管状结构的膨胀和收縮正 好相反。因此，本发明提供了一种有吸引力的MEMS谐振器，所述MEMS 谐振器具有(在功率处理和动态电阻方面)与文献中报导的最好数值 相当的性能。当MEMS谐振器制造在体衬底中时，根据本发明的MEMS谐振器 的一些实施例特别皿用于10-50MHz范围内的频率。同时，这些实施 例维持好的性能(高的功率处理和低的动态电阻)。
本发明还提供了一种制造这种MEMS谐振器的方法，所述方法能 容易地与类似PICS的工艺工艺兼容。虽然在权利要求中使用术语MEMS谐振器装置，本发明并不是仅 限于谐振器和振荡器。谐振器装置也能应用在MEMS滤波器装置中。
权利要求
1、一种具有至少一种谐振器模式形状的MEMS谐振器，所述MEMS谐振器包括具有表面(12)的衬底(2)和谐振器结构(1)，其特征在于，所述谐振器结构(1)为衬底(2)的一部分，并且其特征还在于所述谐振器结构(1)由第一闭合沟槽(3)和第二闭合沟槽(3)限定，所述第一沟槽(3)位于所述第二沟槽(3)内，以便在所述衬底(2)内形成管状结构(1)，并且仅沿与表面(12)平行的方向从所述衬底(2)释放所述谐振器结构(1)。
2、 根据权利要求1所述的MEMS谐振器，其特征在于，所述第 一闭合沟槽(3)和所述第二闭合沟槽(3)具有环形形状，以便形成 环形管状结构(1〉。
3、 根据权利要求2所述的谐振器，其特征在于，所述第一闭合沟 槽(3)和所述第二闭合沟槽(3)彼此之间同心设置，以便按照以下 方式形成管状结构(1),使得所述管状结构(1)在沿与所述表面(12) 平行的所有径向方向上具有恒定的厚度。
4、 根据前述权利要求中任一项所述的MEMS谐振器，其特征在 于，所述管状结构(1)的高度大于管状结构(O厚度的两倍，所述 髙度由所述第一和第二闭合沟槽(3)的深度限定。
5、 根据权利要求1所述的MEMS谐猴器，其特征在于，所述第 一和第二闭合沟槽(3)为非环形，以便形成具有在沿与表面(12)平 行的径向方向上变化的厚度的管状结构")，用于补偿沿所述方向所 述衬底材料的杨氏模量中的差异。
6、 根据前述权利要求中任一项所述的MEMS谐振器，其特征在 于，驱动电极(8， IN)位于所述闭合沟槽(3)之一的侧壁上，所述 驱动电极(8， IN)配置用于驱动所述谐振器。
7、 根据权利要求6所述的MEMS谐振器，其特征在于，沿所述 闭合沟槽(3)的整个长度配置驱动电极(8， IN)。
8、 根据权利要求6或7所述的MEMS谐振器，其特征在于，还 将驱动电极(8， IN)配置用于感测所述谐振器的运动。
9、 根据权利要求6或7所述的MEMS谐振器，其特征在于，感 测电极(8， OUT)位于所述闭合沟槽(3)中的另一个的侧壁上。
10、 一种制造具有至少一种模式形状的MEMS谐振器的方法，所 述方法包括以下步骤-配置具有表面(12)的衬底(2); 在衬底(2)中形成第一闭合沟槽(3);在衬底(2)中形成第二闭合沟槽(3)，所述第二闭合沟槽(3) 包围所述第一闭合沟槽(3)以便形成管状结构(1);将掺杂剂原子注入到衬底(2)中，用于使谐振器结构(3)导电， 并且用于限定电极(VBIAS);在衬底(2)上和所述沟槽(3)的所有侧壁上配置电介质层(5);在衬底(2)上和所述沟槽(3)中配置导电层(6);图形化所述导电层(6)，使得开口 (7)形成在局部暴露所述电介 质层(5)的管状结构(1)的位置处，图形化进一步使得形成第一沟 槽(3)内的分离内电极(8， OUT)和第二沟槽(3)内的分离外电 极(8， IN):从开口 (6)选.择性地部分去除电介质层(5)，用于形成所述内电 极(8, OUT)和管状结构(1)之间的第一间隙(11)，并且形成所 述外电极(8, IN)和管状结构U)之间的第二间隙UU。
11、 一种MEMS振荡器，包括权利要求1至9中任一项所述的MEMS谐振器。
12、 一种MEMS滤波器，包括权利要求l至9中任一项所述的单个 MEMS谐振器。
全文摘要
本发明涉及具有至少一种谐振器模式形状的MEMS谐振器，所述MEMS谐振器包括具有表面(12)的衬底(2)和谐振器结构(1)，其中，谐振器结构(1)为衬底(2)的一部分，其特征在于谐振器结构(1)由第一闭合沟槽(3)和第二闭合沟槽(3)限定，第一沟槽(3)位于第二沟槽(3)内，以便在衬底(2)内形成管状结构(1)，并且仅沿与表面(12)平行的方向从衬底(2)释放谐振器结构(1)。本发明还涉及制造这种MEMS谐振器的方法。
文档编号H03H9/02GK101401303SQ200780008457
公开日2009年4月1日 申请日期2007年3月8日 优先权日2006年3月9日
发明者帕斯卡·菲利普, 帕特里·加芒, 马克·斯沃洛斯基 申请人:Nxp股份有限公司