[发明专利]体声波谐振器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及微机械谐振器，特别涉及体声波（BAW）谐振器及类似物。

背景技术

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，square extensional）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1a中所示）来限定。对于13MHz的板谐振器，L的典型变化可能超过1000ppm，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~300μm且操作频率在13MHz的单晶硅SE板谐振器。制作10…11μm范围内的沟槽的工艺变化（process variation）（1μm的变化）造成df~6000ppm的频率变化。所使用的1μm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1的前序的特征，并被认为是代表最接近于本发明的现有技术。

发明内容

本发明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。

本发明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。根据本发明，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发明。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（in the 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，本发明还提供了一种方法，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。根据本发明，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。