[发明专利]微机械硅谐振器的温度补偿结构及制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及微机电系统、微谐振器领域，特别是针对微机械硅谐振器的温度补偿结构及其制作方法。

背景技术

微机械谐振器是微机电领域非常常见的一种器件。其优点囊括：易于批量制造，小型化，易于集成，等等。目前的研究，显示其可以用作包括，生物，化学，气体，应力在传感器，也可以用作电子器件中的时钟或频率基准，以及射频滤波器在内的各种器件。不同的应用，对于微机械谐振器有着不同的参数要求。如，对于传感器应用，其要求谐振器对于质量有较高的灵敏度；对于时钟应用，其要求谐振器具有很高的品质因数；而对于滤波器应用，其要求谐振器不单要具有高的品质因数，还要具有低的插入损耗。但，这些应用对于谐振器具有一个共同的要求，那就是具有低的温度漂移系数。

对于谐振器来讲，其温度漂移主要是由构成谐振器材料弹性模量随着温度的漂移造成的。例如，对于硅来讲，其弹性模量的典型温漂值为63ppm/C°，由硅构成的微谐振器的温漂值则在30ppm/C°左右。典型的针对谐振器的温度补偿方法，包括加温恒热法，即通过将谐振器进行加热，使其稳定在某个温度值，来减少环境温度变化对其影响，另一种比较常见的方法是，通过PLL电路中的分频器来对整个由谐振器构成的电子器件进行频率调整，以使最终的输出频率不受温度变化的影响。以上的这两种方法都要求昂贵并且复杂的温度补偿电路来时谐振器达到所需性能，主要的原因是这些方法并没有触及到问题的根本—构成谐振器材料的弹性模量有着一定的温度漂移。

因此，亟需一种能够改善上述问题的方法来对谐振器材料的弹性模量进行温度补偿。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种微机械硅谐振器的温度补偿结构及其制作方法。用于解决现有微机械硅谐振器温度补偿电路复杂，成本高等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种微机械谐振器温度补偿结构的制作方法，所述制作方法至少包括如下步骤：

提供一具有三层复合结构的基底，其包括底层基底、位于该底层基底上的绝缘层以及位于顶层的具有第一温度系数的结构层，所述结构层上具有周期分布的凹槽；

沉积具有第二温度系数的补偿材料层，并覆盖所述结构层以及所述凹槽；

对所述补偿材料层进行研磨抛光后去除多余的补偿材料，保留所述凹槽中的补偿材料；

刻蚀所述结构层，形成微机械谐振器结构；

刻蚀底层基底，在其背部形成空腔结构；

自所述空腔结构内刻蚀绝缘层完成对微机械谐振器的释放；

所述第一温度系数和所述第二温度系数相反。

优选的，所述第一温度系数为正温度系数；所述第二温度系数为负温度系数。

优选的，所述第一温度系数为负温度系数；所述第二温度系数为正温度系数。

本发明还提供一种微机械谐振器温度补偿结构，该微机械谐振器温度补偿结构包括微机械谐振器结构；

设有空腔并用于支撑所述微机械谐振器结构的底层基底以及位于所述微机械谐振器结构与所述底层基底之间的绝缘层；

所述微机械谐振器结构包括具有第一温度系数的结构层，所述结构层上具有周期分布的凹槽；

填充满所述凹槽的具有第二温度系数的补偿材料；

所述填充补偿材料的结构层通过结构定义孔悬空于所述空腔上方，所述第一温度系数和所述第二温度系数相反。

优选的，具有周期分布的凹槽未贯通所述结构层。

优选的，所述凹槽的横截面为倒梯形。

优选的，所述补偿材料以几何结构均匀分布在所述结构层中。

本发明的针对微机械谐振器的温度补偿结构及其制作方法，具有以下有益效果：本发明通过在结构材料中引入弹性模量温度系数相反的补偿材料，能够有效控制谐振器振动频率随着温度的漂移；采用该温度补偿结构的微机械谐振器，可以增加其温度稳定性，从而减少外围温度补偿电路的复杂性。

附图说明

图1显示了本发明实施例温度补偿结构的俯视示意图；

图2至图7显示为本发明实施例温度补偿结构的制作流程图；

其中，图2显示为在绝缘体上硅的顶层结构上刻蚀凹槽的示意图；

图3显示为在结构层上沉积一层补偿材料层，覆盖并填满所述凹槽的示意图；

图4显示为通过CMP的方法，将结构层上的补偿材料磨平，只保留凹槽内的材料的示意图；

图5显示为利用结构定义孔刻蚀结构层，形成所需谐振器结构示意图；

图6显示为刻蚀底层基底，形成空腔示意图；