業(yè)界最高Q值,工作電壓1.8V的MEMS共振器由松下與IMEC共同開發(fā)
[導(dǎo)讀]松下與比利時(shí)IMEC宣布，共同開發(fā)了共振銳度Q值為“業(yè)界最高水平”（截止到2010年12月7日）的低電壓驅(qū)動(dòng)MEMS共振器。部分開發(fā)技術(shù)已在
“2010 IEEE International Electron Devices Meeting（IEDM
2010）”（2010年1
松下與比利時(shí)IMEC宣布，共同開發(fā)了共振銳度Q值為“業(yè)界最高水平”（截止到2010年12月7日）的低電壓驅(qū)動(dòng)MEMS共振器。部分開發(fā)技術(shù)已在
“2010 IEEE International Electron Devices Meeting（IEDM
2010）”（2010年12月6～8日，美國(guó)舊金山）上公開。
很多電子產(chǎn)品都需要使用水晶振蕩器調(diào)整電子電路的時(shí)序。MEMS共振器與水晶振蕩器相比，具有與CMOS工藝的親和性高且易實(shí)現(xiàn)小型化的特點(diǎn)，但卻存 在表示振動(dòng)穩(wěn)定性的Q值小、驅(qū)動(dòng)電壓較高等課題。而采用此次松下與IMEC共同開發(fā)的技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)共振頻率為20MHz時(shí)Q值為22萬(wàn)、驅(qū)動(dòng)電壓為 1.8V的MEMS共振器。Q值方面，fQ乘積（頻率與Q值的乘積）約為4.3×1012Hz，是松下原產(chǎn)品的2倍。電壓是該公司原產(chǎn)品的1/4，而且無(wú)需原共振器所需的升壓電路。且芯片面積可減小至0.4mm×0.4mm。為了實(shí)現(xiàn)這些性能，此次松下與IMEC共同開發(fā)出了扭振模式MEMS共振器及薄膜真空封裝。
扭振模式MEMS共振器的構(gòu)造，是固定振動(dòng)部的兩端使中央部分扭轉(zhuǎn)而振動(dòng)。由于振動(dòng)能量集中在中央部分，兩端的振動(dòng)能量損耗較小，因此易于提高Q值。 此次，通過(guò)利用基于四甲基氫氧化銨（TMAH）的異向性蝕刻加工單晶硅，制成了高3μm、長(zhǎng)100μm的三角柱狀振動(dòng)部。沿著該振動(dòng)部的三角柱斜面配置多 晶硅的激振電極，從而構(gòu)成了MEMS共振器。此時(shí)，為使扭矩最大，將電極的高度設(shè)定為振動(dòng)部高度的1/2。另外，通過(guò)將振動(dòng)部與電極的間隔設(shè)置為 130nm，實(shí)現(xiàn)了1.8V的工作電壓。
薄膜真空封裝是為了使封裝內(nèi)部實(shí)現(xiàn)真空以提高M(jìn)EMS共振器的效率而開發(fā)的。系采用硅鍺（SiGe）薄膜的晶圓級(jí)封裝（WLP）技術(shù)，將工藝的溫度降 到了460℃以下。具體為，利用氣相氫氟酸（HF）蝕刻氧化膜犧牲層后，因用鋁（Al）薄膜封裝開口部，所以可使封裝內(nèi)部保持Al成膜時(shí)的真空度 （10Pa以下）。利用4μm厚的SiGe薄膜封裝可耐10MPa的壓力。真空封裝的MEMS共振器可在-40～+140℃的大溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的共振 器特性。（記者：長(zhǎng)廣 恭明）
很多電子產(chǎn)品都需要使用水晶振蕩器調(diào)整電子電路的時(shí)序。MEMS共振器與水晶振蕩器相比，具有與CMOS工藝的親和性高且易實(shí)現(xiàn)小型化的特點(diǎn)，但卻存 在表示振動(dòng)穩(wěn)定性的Q值小、驅(qū)動(dòng)電壓較高等課題。而采用此次松下與IMEC共同開發(fā)的技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)共振頻率為20MHz時(shí)Q值為22萬(wàn)、驅(qū)動(dòng)電壓為 1.8V的MEMS共振器。Q值方面，fQ乘積（頻率與Q值的乘積）約為4.3×1012Hz，是松下原產(chǎn)品的2倍。電壓是該公司原產(chǎn)品的1/4，而且無(wú)需原共振器所需的升壓電路。且芯片面積可減小至0.4mm×0.4mm。為了實(shí)現(xiàn)這些性能，此次松下與IMEC共同開發(fā)出了扭振模式MEMS共振器及薄膜真空封裝。
扭振模式MEMS共振器的構(gòu)造，是固定振動(dòng)部的兩端使中央部分扭轉(zhuǎn)而振動(dòng)。由于振動(dòng)能量集中在中央部分，兩端的振動(dòng)能量損耗較小，因此易于提高Q值。 此次，通過(guò)利用基于四甲基氫氧化銨（TMAH）的異向性蝕刻加工單晶硅，制成了高3μm、長(zhǎng)100μm的三角柱狀振動(dòng)部。沿著該振動(dòng)部的三角柱斜面配置多 晶硅的激振電極，從而構(gòu)成了MEMS共振器。此時(shí)，為使扭矩最大，將電極的高度設(shè)定為振動(dòng)部高度的1/2。另外，通過(guò)將振動(dòng)部與電極的間隔設(shè)置為 130nm，實(shí)現(xiàn)了1.8V的工作電壓。
薄膜真空封裝是為了使封裝內(nèi)部實(shí)現(xiàn)真空以提高M(jìn)EMS共振器的效率而開發(fā)的。系采用硅鍺（SiGe）薄膜的晶圓級(jí)封裝（WLP）技術(shù)，將工藝的溫度降 到了460℃以下。具體為，利用氣相氫氟酸（HF）蝕刻氧化膜犧牲層后，因用鋁（Al）薄膜封裝開口部，所以可使封裝內(nèi)部保持Al成膜時(shí)的真空度 （10Pa以下）。利用4μm厚的SiGe薄膜封裝可耐10MPa的壓力。真空封裝的MEMS共振器可在-40～+140℃的大溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的共振 器特性。（記者：長(zhǎng)廣 恭明）
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