用于MEMS振荡器的方法及设备技术

本发明专利技术涉及用于ＭＥＭＳ振荡器的方法及设备。一种谐振器包括ＣＭＯＳ基底，其包括第一电极及第二电极。所述ＣＭＯＳ基底设置成向所述第一电极提供一个或更多控制信号。所述谐振器还包括谐振器结构，其包括硅材料层。所述谐振器结构连接至所述ＣＭＯＳ基底并设置成响应于所述一个或更多控制信号而发生谐振。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术大致涉及振荡器及谐振器。具体而言，本专利技术提供了用于制造 及操作连接至CMOS基底的谐振器的方法及设备。具体而言，在实施例中 由CMOS基底来控制一个或更多个单晶硅振荡器结构。在具体实施例中， 谐振器结构的至少一部分通过晶片级的层转移处理(layer transfer process)而由连接至CMOS基底的单晶层制造。本专利技术的其他实施例具有 更广的应用范围。
技术介绍
已经使用了石英谐振器作为振荡器及/或感应器件。例如，石英谐振器 被广泛地应用在手表中的谐振器及其他应用领域中，由此有利于实现较小 的尺寸、较低的成本、以及较高的强度。石英谐振器通过响应于激励而谐 振从而工作，该激励可以是物理事件，例如加速度、力、或压力。或者， 石英谐振器也可响应于电信号而产生谐振，从而起频率源的作用。除了石英谐振器之外，微机电系统(MEMS)己经被用于制造实现谐 振器设计的结构。例如，已经在各种MEMS谐振器中使用了具有极佳机械 强度及较高材料品质的硅材料。因为硅的优良材料特性以及通过影响现有 的半导体处理技术，硅是用于MEMS谐振器的有吸引力的材料。基于集成 电路产业发展出的处理技术，用于硅基MEMS谐振器的制造处理得到了很 好的发展。尽管在MEMS谐振器领域中有一些发展，但业界还需要用于硅基谐振 器及振荡器的改进的方法及系统。
技术实现思路
根据本专利技术，提供了用于振荡器及谐振器的技术。具体而言，本专利技术提供了用于制造连接至CMOS基底的硅基谐振器并使其工作的方法及设备。具体而言，在一种实施例中由CMOS基底来控制一个或更多个单晶硅谐振器结构。在一种具体实施例中，通过晶片级层转移处理来由接合至CMOS基底的单晶硅层来制造谐振器结构的至少一部分。本专利技术的其他实 施例具有更广泛的可应用范围。根据本专利技术的实施例，提供了一种谐振器。该谐振器包括CMOS基 底，其包括第一电极及第二电极。所述CMOS基底设置成向第一电极提供 一个或更多个控制信号。所述谐振器还包括谐振器结构，谐振器结构包括 硅材料层。所述谐振器结构连接至CMOS基底并设置成响应于所述一个或 更多个控制信号而发生谐振。根据另一实施例，提供了一种谐振器系统。该谐振器系统包括CMOS 基底，该基底包括适于提供驱动信号的第一 电极以及适于提供感应信号的 第二电极。该谐振器系统还包括谐振器结构，谐振器结构连接至所述 CMOS基底。所述谐振器结构包括机械地连接至CMOS基底的铰链以及具 有单晶硅层的硅谐振器。硅谐振器机械地连接至所述铰链。在一种具体实 施例中，铰链包括所述单晶硅层。根据本专利技术的另一实施例，提供了一种制造谐振器装置的方法。该方 法包括提供包括至少一个电极的CMOS基底并将谐振器基底接合至所述 CMOS基底。该方法还包括去除一部分谐振器基底以提供谐振器层，并且 随后将谐振器层图案化以形成谐振器。在一种具体实施例中，所述的方法 还包括将介电层沉积在CMOS基底上，并且在将谐振器基底接合至CMOS 基底之前执行CMP处理以形成键合表面。利用本专利技术可实现优于常规技术的多项优点。 一些实施例提供的方法 和系统包括具有较长使用寿命及较高可靠性的一个或更多谐振器。其他实 施例提供了具有较高精度水平的振荡器系统。在一种具体实施例中，利用 晶片级层转移处理在单晶硅层中制造谐振器结构。取决于具体实施例，可 实现一项或更多项优点。在本说明书中通篇特别是以下描述了上述及其他 优点。参考以下详细描述及附图可更好地理解本专利技术的各个其他目的、特 征及优点。附图说明图1是根据本专利技术的实施例的MEMS谐振器的一部分的简化立体视图2是根据本专利技术的实施例的硅梁谐振器的简化立体视图3A是在横向谐振模式下工作的图2中所示的硅梁谐振器的一部分 的简化视图3B是在垂直谐振模式下工作的图2中所示的硅梁谐振器的一部分 的简化视图3C是在旋转谐振模式下工作的图2中所示的硅梁谐振器的一部分 的简化视图4A-4L示出了用于制造根据本专利技术的实施例的MEMS谐振器的简 化处理流程；图5是根据本专利技术的实施例的MEMS振荡器的简化视图；而图6是用于制造根据本专利技术的实施例的MEMS谐振器的简化处理流程。具体实施例方式本专利技术的实施例提供了用于定时装置领域的MEMS结构。通过将 MEMS技术与CMOS电路相结合，能够制造出可广泛应用于各种领域的 振荡器及谐振器。这里所描述的示例仅用于说明目的，不应对本专利技术的实 施例构成限制。图1是示出根据本专利技术的实施例的MEMS谐振器的一部分的简化立体 图。MEMS谐振器100包括机械地连接至一个或更多个柔性构件112的可 运动结构110。可运动结构110对利用驱动电极120提供的电信号产生机 械响应。相反，感应电极122对可运动结构110的机械振动产生电气响 应。尽管在图1中未示出，但CMOS基底为谐振器结构120提供了机械支 撑。此外，CMOS基底向谐振器结构提供电输入，并接收来自谐振器结构 的电输出。在说明书中，特别是在以下部分将对CMOS基底进行更详细的描述。尽管示出可运动结构110及柔性构件112的厚度小于图1中电极 120/122的厚度，但这并非本专利技术的实施例所必需。在这里讨论的具体实 施例中，由单一层来制造可运动结构110、柔性构件112以及电极 120/122，由此提供了具有相同厚度的结构。在其他实施例中，沉积或以其 他方式形成的其他层使得根据特定应用领域而形成具有不同厚度的结构。 可运动板的形状示例性地示出为圆形。在其他实施例中，对特定的振荡器 应用领域采用其他合适的形状。本领域的技术人员可实现各种变化、改变 及替代示例。图2是根据本专利技术的实施例的硅梁谐振器的简化立体图。参考图2， 在一个或更多材料层205中制造多个谐振器结构210。在图2所示的实施 例中，谐振器结构210由硅材料(例如，单晶硅)制成， 一个或更多导电 层沉积在硅材料上。取决于具体应用领域，对谐振器结构的形状及尺寸以 及谐振器结构与设置在层205中或层205上的其他部件之间的距离进行选 择，以提供预定频率范围内的振荡。利用高度发达的半导体处理技术，在 本专利技术的各个实施例中可方便地对上述结构及尺寸进行高水平控制。尽管 图2中未示出驱动及感应电极，但上述电极设置在层205中或层205上以 备谐振器结构210之间的相互作用。图3A是在横向谐振模式下工作的图2所示硅梁谐振器的一部分的简 化示图。如图3A所示，可运动构件在形成第一电极220、第二电极222及 硅梁谐振器结构210的层所处的平面中振荡。在硅梁谐振器与第二电极 222之间由水平箭头示出该平面内的运动。可被驱动的电极220及222以 及感应电极分别与硅梁谐振器210电隔离。在本专利技术的示例性实施例中，硅谐振器结构的厚度约为0.2/xm，取决 于具体应用领域，其他实施例可使用更厚或更薄的层。在具体实施例中， 硅谐振器由单晶硅层制成，这将在以下详细描述。取决于应用领域，对支 撑在CMOS基底201上方的单晶硅梁的尺寸及形状以及各个部件之间的间 隙进行选择，以实现预定的振荡特性。图2， 3A， 3B及3C中所示的形状 仅是可行结构的示例，其并不意在对本专利技术的实施例的范围构成限制。图3B是在垂直谐振模式下工作的图2所示的硅梁谐振器的一部分的简化示图。在图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种谐振器，包括：　ＣＭＯＳ基底，其包括第一电极及第二电极，其中，所述ＣＭＯＳ基底设置成向所述第一电极提供一个或更多个控制信号；以及　谐振器结构，其包括硅材料层，所述谐振器结构连接至所述ＣＭＯＳ基底，并设置成响应于所述一个或更多 个控制信号而发生谐振。

【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：杨晓，陈东敏，王叶，贾斯廷佩恩，王宇翔，乌克吉，
申请(专利权)人：明锐有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]