体声波谐振器及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种新颖的体声波（BAW）谐振器设计及其制造方法。所述体声波谐振器包括：谐振器部分，其设有至少一个空隙，所述空隙具有在所述谐振器部分上形成连续封闭路径的沟槽的形式。通过在与所述谐振器部分的外部尺寸相同的处理步骤中制造所述空隙，处理变化对谐振器的谐振频率的影响可被减小。通过本发明专利技术，BAW谐振器的精确度可被增加。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及微机械谐振器，特别涉及体声波(BAW)谐振器及类似物。
技术介绍
横向体声波模式MEMS谐振器(诸如板谐振器)的频率由该装置的(一个或多个)横向尺寸来限定。f=v/ (2L)以良好的精确度给出了按照其方形延伸(SE, squareextensional)模式操作的板谐振器的频率，其中分别地，V是声速并且L是板侧边的长度。由于制造工艺不理想，谐振器尺寸在晶片内变化并且从晶片到晶片也发生变化，这导致制造出的装置的谐振频率的变化。谐振器的横向尺寸通常用使用例如深反应离子蚀刻(DRIE)工艺步骤而产生的蚀刻沟槽(图Ia中所示)来限定。对于13MHz的板谐振器，L的典型变化可能超过lOOOppm， 这造成对于许多应用而言难以容忍的频率变化。作为示例，考虑侧边尺寸L 300 μ m且操作频率在13MHz的单晶硅SE板谐振器。制作10…11 μ m范围内的沟槽的工艺变化(process variation) (lym的变化)造成 Γ6000ρρπι的频率变化。所使用的I μ m的变化被用于说明目的，并且可能高估DRIE工艺的典型变化。以前，通过对各个组件进行修整(例如，聚焦离子束铣削)，通过预期系统工艺变化来设计处理掩模，并且通过由电子器件测量装置频率并对误差进行补偿，已克服了这个问题。先前的方法需要对制作的每个谐振器进行单独修整或测量，这需要大量的工作或者不适合于对随机变化进行补偿。因此，难以或者不可能将它们应用于大批量生产。此外，许多最近的应用需要比这些技术所能提供的精确度更好的频率精确度。US 7616077公开了一种包括多个开口的MEMS谐振器，所述多个开口有助于使谐振器对于制造中的变化稳健。US 7616077公开了权利要求I的前序的特征，并被认为是代表最接近于本专利技术的现有技术。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种新颖的体声波谐振器设计以对工艺变化的影响进行补偿。特别地，一个目的在于进一步降低由工艺变化引起的BAW谐振器的频率变化。另一目的在于实现一种比以前更简单的对工艺变化进行补偿的谐振器设计。通过独立权利要求中限定的谐振器和方法来实现所述目的。本专利技术是基于对平面谐振器结构制作至少一个空隙的构思。具体地，所述空隙设置在谐振器部分上，所述谐振器部分的尺寸限定所述谐振器的(一个或多个)谐振频率。根据本专利技术，所述空隙限定该谐振器部分的两个分离部分(通常是外部部分和所述外部部分横向包围的内部部分)之间的间隙(即，沟槽)。特别地，该沟槽可在谐振器上形成连续封闭路径。所述空隙由所述沟槽的壁限定。更具体地，在独立权利要求中限定本专利技术。有利的实施例是从属权利要求的主题。根据一个实施例，所述空隙是圆形孔，特别地，是环形(环状)孔。根据一个实施例，所述空隙是矩形孔，特别地，是方形孔。在实践中，所述空隙通常是凹槽的形式，所述凹槽通过例如蚀刻被制作到谐振器基底。所述空隙还可穿过所述谐振器的装置层延伸。根据一个实施例，所述凹糟是如上所述的沟槽的形式，使得所述谐振器在其中具有中心隆起(内部部分)。所述谐振器可以是二维平面谐振器(例如，方形延伸(SE)板谐振器或Lame谐振器)或者是一维束或杆谐振器。 根据一个实施例，所述空隙关于所述谐振器部分的至少一个横向中心轴对称定位。优选地，所述空隙关于所有的中心轴对称定位(即，在所述谐振器部分的中心)。如稍后将讨论的，可提供多个分离的空隙，其中，这些原理可被应用于所述空隙的图案。优选地，在用于限定该谐振器部分的横向尺寸的相同处理步骤中制作该一个或多个空隙。该工艺中的变化导致同时的板横向尺寸的缩小/增大以及(一个或多个)中心空隙的增大/缩小。在两种情况下，所述影响彼此起反作用，并且谐振器频率变化在一阶上(inthe first order)独立于小工艺变化。所述空隙的大小和/或形状被优选地最优化,使得两种影响彼此抵消。因此，本专利技术还提供了一种方法，所述方法包括提供基底并对所述基底进行处理，从而在所述基底上制作具有外部尺寸的谐振器部分。根据本专利技术，对所述谐振器部分制作至少一个空隙发生在用于制作所述谐振器部分的外部尺寸的相同处理步骤中。因此，如稍后将更详细解释的，对谐振器的外部尺寸产生的任何处理误差按照补偿的方式被再现给所述空隙。优选地，所述处理步骤是蚀刻步骤，诸如深反应离子蚀刻(DRIE)步骤。本专利技术提供了显著的优点。如上所述，横向体模式MEMS谐振器的频率精确度受晶片级处理不均匀性的影响。通过本专利技术，从而通过在谐振体内包括空隙或多个空隙，频率变化可减小多于两个量级。在谐振器上形成连续封闭路径的沟槽已证明提供了工艺变化对谐振频率的特别低的影响。通过本设计，还避免了对谐振器制作放置为对称图案的多个分离的孔的需求。然而，通常而言，也不排除在谐振器中提供多个沟槽的实施例。更详细地，我们的研究已示出板谐振器和盘谐振器的频率变化可被降低至200分之一。处理中的变化导致同时的谐振器横向尺寸的缩小/增大以及(一个或多个)空隙的增大/缩小。利用按照本专利技术原理的最优设计，这些影响彼此抵消，并且谐振器频率被稳定。对于许多应用，稳定的谐振器的频率精确度可处于这样的水平，以使得可避免对组件的单独休整。在实践中，本被动频率补偿使得BAW谐振器的频率精确度从IOOOppm的级别改进至IOppm以及甚至更低的级别。总之，本专利技术的主要优点包括以下方面 -工艺变化对谐振器的表现的影响按照自组织方式被显著降低。_不需要昂贵的休整设备。-不必详细了解工艺变化。-避免了对所有处理后的组件的测量，并且简化了驱动集成电路。本专利技术可被用于所有的体声波谐振器设计。体声波(BAW)在谐振器的整个容积中传播。示例为薄膜体声波(FBAR或TFBAR)。所述结构可包括绝缘体上娃(SOI)结构。例如，所述谐振器可被用作振荡器或传感器。术语谐振器部分和谐振器板被用于表示谐振器结构的波导和谐振部分，其几何形状限定谐振器的谐振频率。通常，谐振器部分是平面的。在谐振器部分的横向侧边处可定位一个或多个换能器元件。除非另有指示，否则术语椭圆形覆盖术语圆形。类似地，术语矩形覆盖术语方形。术语空隙和孔表示穿过谐振器部分的基本材料的任意结构。所述空隙或孔可以是真空的，或者填充有气体(诸如空气)或被制作到该谐振器部分的不传导声波的任何其他物质。术语沟槽和间隙表示具有特定宽度的伸长的凹槽或孔。术语横向表示沿谐振器的表面的平面的方向。接下来，参照附图更详细地讨论本专利技术的实施例及其优点。附图说明 图Ia和图Ib示意性地示出当SE板的边长L随着围绕的沟槽增大了沟槽加宽参数D而减少时的情况。谐振器频率f是D的增函数。图2a和图2b示意性地示出当仅考虑板中心中的圆形空隙的影响时的情况，谐振器频率f是D的减函数。图3a和图3b示意性地示出当组合两种影响时的情况，可使得所述两种影响在一阶彼此抵消；发生自补偿。图4a至图4k示出本专利技术的不同几何实施例。图5a和图5b示出自补偿的a)板谐振器和b)盘谐振器的扩展模式的模式形状(modeshape)。颜色编码表示总位移(蓝色小位移,红色大位移)。图6a和图6b (示例I)示出a)沿〈100〉方向对齐的320-μ m的SE板谐振器的频率变化，b)与图a相同，但是尺寸缩小至二分之一。图7a和图7b (示例2)示出a)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】...

【专利技术属性】
技术研发人员：A贾科拉，H库伊斯马，
申请(专利权)人：VTT科技研究中心，VTI技术有限公司，
类型：发明
国别省市：