具有質(zhì)量偏置裝置的集成壓電諧振器的制造方法
【專利摘要】一種集成諧振器設(shè)備(100)，包括壓電諧振器(120、124、128)和鄰近壓電諧振器形成的聲學(xué)布拉格反射器(149)。集成諧振器設(shè)備還包括形成在布拉格反射器(149)上方的質(zhì)量偏置裝置(170)。
【專利說明】 具有質(zhì)量偏置裝置的集成壓電諧振器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及用于集成壓電諧振器的設(shè)備和方法。

【背景技術(shù)】
[0002]時序解決方案在現(xiàn)代電子裝置中很重要。在幾乎所有的商業(yè)和消費設(shè)備中使用的計時裝置提供頻率控制和用于許多應(yīng)用的時序。晶體振蕩器作為主要類型的頻率發(fā)生器已經(jīng)持續(xù)了幾十年。與晶體振蕩器可用于控制的集成電路相比，晶體振蕩器通常使用造成相當(dāng)大的裝置的石英。期望振蕩器頻率穩(wěn)定且不漂移。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]公開了包括在諧振器頂部上并在塑料封裝件內(nèi)的質(zhì)量偏置裝置的集成諧振器。所增加的質(zhì)量用以防止或至少減小諧振器裝置隨著時間變化的頻率漂移。
[0004]在一些實施例中，集成諧振器設(shè)備包括:壓電諧振器和與鄰近壓電諧振器形成的聲學(xué)布拉格反射器。集成諧振器設(shè)備還包括質(zhì)量偏置裝置，其形成在與壓電諧振器相對的一側(cè)上的布拉格反射器上方。
[0005]其它實施例涉及在襯底上方沉積較低和較高聲學(xué)阻抗材料的交替介電層。該方法進一步包括在交替介電層上方沉積第一諧振器電極，在第一諧振器電極上方沉積壓電層，以及在壓電層上方沉積第二諧振器電極。然后質(zhì)量偏置裝置沉積在諧振器上方。該方法還包括利用塑料封裝質(zhì)量偏置裝置、第一和第二電極、壓電層，以及交替介電層。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1示出根據(jù)本發(fā)明各種實施例的具有質(zhì)量偏置裝置的集成壓電諧振器的橫截面圖；以及
[0007]圖2示出根據(jù)各種實施例的集成壓電諧振器的制造方法。

【具體實施方式】
[0008]圖1示出包括合適襯底(諸如，單晶硅晶片102)的溫度受控集成壓電諧振器裝置100。在襯底上,聲學(xué)反射器104(諸如聲學(xué)布拉格反射器)優(yōu)選形成。聲學(xué)布拉格反射器104可包括較高聲學(xué)阻抗和較低聲學(xué)阻抗的交替層。
[0009]在圖1的示例中，在低聲學(xué)阻抗材料的后續(xù)層108之后，高聲學(xué)阻抗材料的第一層106被沉積。高和低聲學(xué)阻抗材料的附加層110和112也被分別沉積。因此，層106和110是高聲學(xué)阻抗材料，并且優(yōu)選是相同的材料。類似地，層108和112是低聲學(xué)阻抗材料，并且優(yōu)選是相同的材料。
[0010]在一個示例中，較低聲學(xué)阻抗材料可以是電介質(zhì)，諸如納米多孔氫倍半硅氧烷(HSQ)或納米多孔甲基倍半娃氧燒(MSQ)的納米多孔旋涂玻璃(spin-on-glasses),所述電介質(zhì)可以利用后續(xù)的固化步驟沉積在旋涂機中。
[0011]較高聲學(xué)阻抗材料可以是如包括碳化硅(SiC)的電介質(zhì)。如果SiC用作較高阻抗材料，在一個實例中，可使用諸如甲烷(CH4)和硅烷的混合物的源氣體將SiC沉積在離子化學(xué)蒸汽沉積(CVD)的沉積室中。如果使用金剛類碳(DLC)或S1-DLC代替SiC，則利用修改的沉積室。DLC沉積在，例如，150mm平行板反應(yīng)器RFCVD室中，其中上部板是氣體分布源，而下部板是襯底位于其上的陰極。在該結(jié)構(gòu)中，上部板是正的而陰極是負(fù)的(接地)。RF源(例如13.56MHz)可通過陰極直接耦合到襯底。在腔室抽真空之后，如果需要摻雜硅(例如四甲基二硅氧烷(4MS))，則任何烴類氣體(諸如CH4和/或形成氣體的硅包含烴)被引入到腔室中，直到實現(xiàn)所需壓力并且流量穩(wěn)定。除了形成氣體的烴類之外，能夠使用諸如氬氣(Ar)和氫氣(H2)的其它氣體控制最終DLC膜的化學(xué)組合物。在該點處，電力被傳遞給陰極以擊發(fā)等離子體，并且DLC沉積固定時間量，直到達(dá)到所需厚度。接著電力關(guān)閉并且腔室使用惰性氣體(Ar、N2等)通風(fēng)，直到達(dá)到環(huán)境壓力，并去除DLC沉積的襯底。影響DLC物理性質(zhì)的變量可包括:RF功率、壓力、總氣體流量、不同氣體比率和陰極到上部板間距。在DLC沉積之前，氬等離子體可用于預(yù)調(diào)節(jié)襯底表面以沉積1-2分鐘。DLC沉積可在環(huán)境溫度下進行。DLC厚度和折射率能夠使用例如預(yù)校準(zhǔn)橢偏儀直接測量。
[0012]在其中一個示例中，聲學(xué)布拉格反射器104的各層厚度被選擇等于裝置諧振頻率的四分之一波長。一旦聲學(xué)布拉格反射器104完成，則下一個步驟是沉積第一諧振器電極120。在其中一個實施例中，諧振器電極120被濺射沉積，并且用于電極的材料是鑰(Mo)，盡管諸如鈦(Ti)、鎢(W)、金(Au)、鉬(Pt)或鋁(Al)的其它材料也是可能的。在其中一個示例中，用于諧振器電極的材料可具有低的熱彈性損失，并且可具有小于約1000A的厚度，以便保持光滑表面。
[0013]在第一諧振器電極120已經(jīng)沉積之后，沉積壓電層124。用于壓電層124的合適材料能夠是氮化鋁(AlN)，盡管諸如氧化鋅(ZnO)和鋯鈦酸鉛的其它材料也是可能的。在其中一個示例中，使用產(chǎn)生低應(yīng)力、具有c軸線取向的致密層的優(yōu)化工藝，利用氮氣反應(yīng)性濺射沉積AlN層。壓電層124的厚度可以處于約0.1到約10微米的范圍中。
[0014]上部電極128被沉積以完成諧振器。此外頂部電極可以是Mo的濺射沉積層。頂部布拉格反射器149也被包括并且在結(jié)構(gòu)上與下部布拉格反射器104相同或類似。接觸墊160和162被提供用于到裝置的外部連接。接觸墊160提供到上部電極128的電氣接觸，而接觸墊162提供到下部電極128的電氣接觸。裝置100可具有諸如氮化硅或氧化硅的保護性罩層154。
[0015]也包括質(zhì)量偏置裝置170，其形成在上部布拉格反射器149上方，并且在壓電層124相對的上部反射器相對的一側(cè)上。然后形成塑料模塑填充件180，從而封裝質(zhì)量偏置裝置170、聲學(xué)布拉格反射器和壓電諧振器。質(zhì)量偏置裝置用于防止或至少減小諧振器裝置隨著時間的頻率漂移。在沒有質(zhì)量偏置裝置170的情況下，由于質(zhì)量在壓電諧振器頂部上隨著時間而積累(例如除氣材料、顆粒等)，裝置頻率可隨著時間而漂移。通過采用已知質(zhì)量(質(zhì)量偏置裝置10)預(yù)加載諧振器，并利用在時間零處已經(jīng)位于諧振器頂部上的該質(zhì)量調(diào)整頻率，將衰減因現(xiàn)場中的額外新的質(zhì)量積累導(dǎo)致的任何漂移。因此，諧振器被設(shè)計用于假定質(zhì)量偏置裝置在原位的具體頻率。在沒有質(zhì)量偏置裝置的情況下，頻率將不同(例如更高)。
[0016]在至少一些實施例中，質(zhì)量偏置裝置170沉積，同時形成接觸點160和162，因此質(zhì)量偏置裝置170由與接觸點160和162相同的材料形成。在接觸點由鋁銅(AlCu)形成的實施例中，質(zhì)量偏置裝置170由AlCu形成。質(zhì)量偏置裝置170可大約為I微米厚。
[0017]如上所述，裝置100優(yōu)選包括襯底102、聲學(xué)布拉格反射器104、諧振器(包括在壓電層124相對兩側(cè)上的電極120和128)以及質(zhì)量偏置裝置。
[0018]裝置100也可包括溫度受控特征。在圖1的實施例中，也提供有源加熱器層150。有源加熱器層150優(yōu)選包括鉭鋁合金薄膜或其它合適材料。層150可具有約1000的厚度。在該厚度處，加熱器的薄層電阻大約是30歐姆/平方。加熱器層中鉭與鋁的比率可以大約是 50:50。
[0019]有源加熱器層150集成到裝置100中，并處于上部電極128的頂部上且圍繞一些或全部上部電極128，并且因此一般在諧振器的頂部上并圍繞一些或全部諧振器。經(jīng)由觸點(未示出)能夠?qū)㈦娏魈峁┙o有源加熱器層150。有源加熱器層產(chǎn)生的熱量通過提供給加熱器層的電流量可控制-更高的電流水平使加熱器層150生成更高的熱量水平。這種加熱器層提供一種整體加熱(oven)受控的諧振器，其將裝置100的溫度升高到裝置的最高環(huán)境溫度規(guī)格以上。通過迫使溫度達(dá)到已知和穩(wěn)定水平，溫度變化被最小化或消除，并且因此裝置的頻率的溫度引起的變化被避免或至少減小。
[0020]圖2示出根據(jù)各種實施例的制造例如溫度受控集成壓電諧振器裝置100或具有所有介電布拉格反應(yīng)器的其它類型基于壓電的諧振器的方法200。方法200的步驟可以以示出的順序執(zhí)行或以不同的順序執(zhí)行。此外，兩個或更多步驟可并行而不是順序執(zhí)行。
[0021]在202處，該方法包括在襯底(例如襯底102)上方沉積較低和較高聲學(xué)阻抗的交替介電層。襯底可由硅(諸如單晶硅晶片)、GaAs、AlAs等形成。較低和較高聲學(xué)阻抗層可由諸如上述材料的材料形成。
[0022]在布拉格反射器的各層形成之后，在204處，下部諧振器電極120在布拉格反射器上方形成。在一個示例中，選擇用于下部諧振器電極的材料具有低的熱彈性損耗，并且優(yōu)選具有小于1000A的厚度，從而保持光滑的諧振器電極表面。上部電極可以使用諸如鑰、鈦、鶴、金、鉬、招等的材料灘射沉積。
[0023]在206處，壓電層接著沉積在下部電極上方。壓電層可由諸如氮化鋁、氧化鋅、鋯鈦酸鉛、石英、鈦酸鋇等的任何合適材料形成。使用產(chǎn)生低應(yīng)力、采用c軸線取向的致密層的優(yōu)化工藝、利用氮氣，能夠反應(yīng)性濺射沉積氮化鋁層。
[0024]然后沉積上部電極，如在圖2的208處示出。上部電極也能夠是鑰的濺射沉積層。上部布拉格反射器149也可被包括。
[0025]加熱器層沉積在壓電諧振器上方，如在210處所示。加熱器層可包括鉭鋁合金薄膜并且通過后續(xù)將薄膜圖案化的半導(dǎo)體沉積/光刻/干蝕刻工藝形成。
[0026]在212處，質(zhì)量偏置裝置170和接觸墊160、162被沉積，如上所解釋的。最終，利用塑料模具填充件封裝裝置。
[0027]本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，在所要求保護的本發(fā)明的范圍內(nèi)，可對所述實施例進行修改，并且許多其他實施例也是可能的。
【權(quán)利要求】
1.一種集成諧振器設(shè)備，其包括: 壓電諧振器； 聲學(xué)布拉格反射器，其鄰近所述壓電諧振器形成；和 質(zhì)量偏置裝置，其形成在與所述壓電諧振器相對的所述壓電諧振器的一側(cè)上的布拉格反射器上方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成諧振器設(shè)備，其中所述質(zhì)量偏置裝置包括鋁銅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成諧振器設(shè)備，進一步包括用于電氣接觸所述壓電諧振器并由材料形成的多個電氣接觸墊，并且其中所述質(zhì)量偏置裝置由與所述接觸墊相同的材料形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成諧振器設(shè)備，進一步包括封裝所述質(zhì)量偏置裝置、聲學(xué)布拉格反射器和壓電諧振器的塑料模具填充件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成諧振器設(shè)備，其中所述質(zhì)量偏置裝置約為I微米厚。
6.一種形成具有布拉格反射器的壓電諧振器的方法，其包括: 在襯底上方沉積較低和較高聲學(xué)阻抗材料的交替介電層； 在所述交替介電層上方沉積第一諧振器電極； 在所述第一諧振器電極上方沉積壓電層； 在所述壓電層上方沉積第二諧振器電極； 在所述諧振器上方沉積質(zhì)量偏置裝置；以及 利用塑料封裝所述質(zhì)量偏置裝置、第一和第二電極、壓電層，和交替介電層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，進一步包括將較低和較高聲學(xué)阻抗的第二組交替介電層沉積在所述第二諧振器電極和所述質(zhì)量偏置裝置之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，進一步包括當(dāng)所述質(zhì)量偏置裝置被沉積時，沉積與所述質(zhì)量偏置裝置相同的材料的電氣接觸墊。
【文檔編號】H03H9/13GK104321892SQ201380025921
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2013年5月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月31日
【發(fā)明者】B·N·伯吉斯, W·R·克萊尼克, S·M·雅各布森 申請人:德克薩斯儀器股份有限公司