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)

松下與比利時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現(xiàn)小型化的特點，但卻存 在表示振動穩(wěn)定性的Q值小、驅(qū)動電壓較高等課題。而采用此次松下與IMEC共同開發(fā)的技術(shù)，可實現(xiàn)共振頻率為20MHz時Q值為22萬、驅(qū)動電壓為 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，是固定振動部的兩端使中央部分扭轉(zhuǎn)而振動。由于振動能量集中在中央部分，兩端的振動能量損耗較小，因此易于提高Q值。 此次，通過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100μm的三角柱狀振動部。沿著該振動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，為使扭矩最大，將電極的高度設(shè)定為振動部高度的1/2。另外，通過將振動部與電極的間隔設(shè)置為 130nm，實現(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)實現(xiàn)穩(wěn)定的共振 器特性。（記者：長廣 恭明）