业界最高Q值,工作电压1.8V的MEMS共振器由松下与IMEC共同开发

松下与比利时IMEC宣布，共同开发了共振锐度Q值为“业界最高水平”（截止到2010年12月7日）的低电压驱动MEMS共振器。部分开发技术已在 “2010 IEEE International Electron Devices Meeting（IEDM 2010）”（2010年12月6～8日，美国旧金山）上公开。

很多电子产品都需要使用水晶振荡器调整电子电路的时序。MEMS共振器与水晶振荡器相比，具有与CMOS工艺的亲和性高且易实现小型化的特点，但却存 在表示振动稳定性的Q值小、驱动电压较高等课题。而采用此次松下与IMEC共同开发的技术，可实现共振频率为20MHz时Q值为22万、驱动电压为 1.8V的MEMS共振器。Q值方面，fQ乘积（频率与Q值的乘积）约为4.3×1012Hz，是松下原产品的2倍。电压是该公司原产品的1/4，而且无需原共振器所需的升压电路。且芯片面积可减小至0.4mm×0.4mm。为了实现这些性能，此次松下与IMEC共同开发出了扭振模式MEMS共振器及薄膜真空封装。

扭振模式MEMS共振器的构造，是固定振动部的两端使中央部分扭转而振动。由于振动能量集中在中央部分，两端的振动能量损耗较小，因此易于提高Q值。 此次，通过利用基于四甲基氢氧化铵（TMAH）的异向性蚀刻加工单晶硅，制成了高3μm、长100μm的三角柱状振动部。沿着该振动部的三角柱斜面配置多 晶硅的激振电极，从而构成了MEMS共振器。此时，为使扭矩最大，将电极的高度设定为振动部高度的1/2。另外，通过将振动部与电极的间隔设置为 130nm，实现了1.8V的工作电压。

薄膜真空封装是为了使封装内部实现真空以提高MEMS共振器的效率而开发的。系采用硅锗（SiGe）薄膜的晶圆级封装（WLP）技术，将工艺的温度降 到了460℃以下。具体为，利用气相氢氟酸（HF）蚀刻氧化膜牺牲层后，因用铝（Al）薄膜封装开口部，所以可使封装内部保持Al成膜时的真空度 （10Pa以下）。利用4μm厚的SiGe薄膜封装可耐10MPa的压力。真空封装的MEMS共振器可在-40～+140℃的大温度范围内实现稳定的共振 器特性。（记者：长广 恭明）