CN107785278A - 一种晶圆级真空封装的mems晶振及制备方法 - Google Patents
一种晶圆级真空封装的mems晶振及制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107785278A CN107785278A CN201610743956.XA CN201610743956A CN107785278A CN 107785278 A CN107785278 A CN 107785278A CN 201610743956 A CN201610743956 A CN 201610743956A CN 107785278 A CN107785278 A CN 107785278A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- silicon
- etching hole
- wafer
- silicon etching
- cover plate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims abstract description 216
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 46
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 153
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 90
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 44
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 30
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 30
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 152
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 152
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 152
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 76
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 42
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 42
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims description 15
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims description 15
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 12
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 11
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 7
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 11
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 8
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 abstract description 8
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 3
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 12
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 10
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 6
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 5
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 3
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 3
- 229910003978 SiClx Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- 208000032170 Congenital Abnormalities Diseases 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007698 birth defect Effects 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 208000002925 dental caries Diseases 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000002459 sustained effect Effects 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/50—Assembly of semiconductor devices using processes or apparatus not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326, e.g. sealing of a cap to a base of a container
- H01L21/56—Encapsulations, e.g. encapsulation layers, coatings
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
- B81B7/02—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems containing distinct electrical or optical devices of particular relevance for their function, e.g. microelectro-mechanical systems [MEMS]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/50—Assembly of semiconductor devices using processes or apparatus not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326, e.g. sealing of a cap to a base of a container
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/02—Containers; Seals
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
- H01L23/31—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
- Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)
Abstract
本发明公开了本发明实施例涉及半导体集成电路技术领域,尤其涉及一种晶圆级真空封装的MEMS晶振及制备方法。其中,包括:提供一具有谐振器的晶振本体和单晶硅晶圆;于单晶硅晶圆上蚀刻第一类空腔和第二类空腔以形成盖板;键合晶振本体和盖板,以使晶振本体与盖板形成一密封谐振空腔;减薄盖板,以使与第二类空腔匹配的晶振本体表面显露;于显露的晶振本体设置金属电极。本发明通过将设置有第一类空腔、第二类空腔的盖板键合至晶振本体表面,以使晶振本体与盖板形成一真空密封谐振空腔。解决了通过生长多晶硅外延形成封装外壳以实现密封而导致成品率低的技术问题,达到了提高生产的成品率、同时减少工艺难度。
Description
技术领域
本发明实施例涉及半导体集成电路技术领域,尤其涉及一种晶圆级真空封装的MEMS晶振及制备方法。
背景技术
传统石英晶振是利用石英晶体的压电效应制成的一种谐振器件,其基本构成大致是:从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片,在它的两个对应面上涂敷银浆层作为电极,在每个电极上焊接引线接出到管脚,再封装上外壳就构成了石英晶振。但由于其受到传统制造工艺的限制以及上游原材料市场的垄断,因此性价比无法进一步提升。不仅如此,石英产品在抗震性、、体积等方面的制约,也越来越不能适应现在的高精度产品。
MEMS晶振,则采用自然界最普通的硅作为原材料和全自动化的半导体IC技术的制作工艺,在性能方面弥补了石英振荡器的先天缺陷,同时降低了生产成本。随着MEMS技术的发展,其作为传统石英晶振的升级产品得到越来越广泛的应用。MEMS晶振,具有更小的尺寸,更好的可靠性和更低的成本等优点,符合现代电子发展方向。
在封装方面,作为传统石英晶振的替代者,一般MEMS晶振采用与传统石英晶振相同的焊接管脚排列和封装,与传统石英晶振完全兼容,便于使用者直接替代而无须更改任何设计;同时,为了满足精度和长期可靠性,较少空气阻尼的影响,较少在后道组装和切割工艺中受到损伤,MEMS晶振需要真空封装。
为了满足以上两个要求,业界主流的解决方案为先对MEMS晶振进行晶圆级真空封装,再将其切割成单颗芯片,最后采用与替代目标传统石英晶振相同的封装形式进行封装。现有的MEMS晶振进行晶圆级真空封装均是通过采用生长多晶硅外延的办法形成封装外壳,但是外延多晶硅的应力较难控制,外延多晶硅的应力不当,其MEMS晶振的机械强度较低,降低了MEMS晶振的抗震能力。因而真空封装工艺中,外延多晶硅制备难度相对较高,进而使得MEMS晶振成品率较低。
发明内容
本发明提供一种晶圆级真空封装的MEMS晶振及制备方法,克服现有技术中采用多晶硅外延可靠性低的问题,采用单晶硅晶圆作为谐振器的真空密封外壳,提高产品的成本率,同时提高MEMS晶振的机械强度。
第一方面,本发明提供一种晶圆级真空封装的MEMS晶振的制备方法,其中,包括:
提供一具有谐振器的晶振本体和单晶硅晶圆;
于所述单晶硅晶圆上蚀刻第一类空腔和第二类空腔以形成盖板;其中所述第一类空腔的深度小于所述第二类空腔的深度;
键合所述晶振本体和所述盖板,以使所述晶振本体与所述盖板形成一密封谐振空腔;
减薄所述盖板,以使与所述第二类空腔匹配的所述晶振本体表面显露;
于显露的所述晶振本体设置金属电极。
优选地,上述的晶圆级真空封装的MEMS晶振的制备方法,其中,提供一具有谐振器的晶振本体,包括
提供第一晶圆,所述第一晶圆包括第一单晶硅层、第二单晶硅层以及设置于所述第一单晶硅与所述第二单晶硅之间的第一氧化硅层;
于所述第二单晶硅层的第一预定位置和第二预定位置蚀刻形成以使所述第一氧化硅层显露的第一硅刻蚀孔和第二硅刻蚀孔;所述第一硅刻蚀孔和第二硅刻蚀孔结合所述第二单晶硅层形成所述谐振器;
于所述第二单晶硅层表面及所述第一硅刻蚀孔和所述第二硅刻蚀孔内填充第二氧化硅以真空密封所述第一硅刻蚀孔和所述第二硅刻蚀孔;
蚀刻所述第二硅刻蚀孔、部分所述第二氧化硅层和部分所述第一氧化硅层以释放所述谐振器。
优选地,上述的晶圆级真空封装的MEMS晶振的制备方法,其中,于所述第二单晶硅层表面及所述第一硅刻蚀孔和所述第二硅刻蚀孔内填充第二氧化硅层以真空密封所述第一硅刻蚀孔和所述第二硅刻蚀孔,包括
采用热氧工艺或沉积工艺于所述第二单晶硅层表面及所述第一硅刻蚀孔和所述第二硅刻蚀孔内填充第二氧化硅层以真空密封所述第一硅刻蚀孔和所述第二硅刻蚀孔。
优选地,上述的晶圆级真空封装的MEMS晶振的制备方法,其中,所述蚀刻为湿法腐蚀工艺或干法腐蚀工艺。
第二方面,本发明提供一种晶圆级真空封装的MEMS晶振的制备方法,其中,包括:
提供一具有谐振器的晶振本体和单晶硅晶圆;
于所述单晶硅晶圆上刻蚀第一类空腔和第二类空腔以形成盖板;其中所述第一类空腔的深度等于所述第二类空腔的深度;
键合所述晶振本体和所述盖板,以使所述晶振本体与所述盖板形成一密封谐振空腔;
减薄所述盖板于预定厚度;
图案化并刻蚀所述盖板以使与所述第二类空腔匹配的所述晶振本体显露;
于显露的所述晶振本体表面设置金属电极。
优选地,上述的晶圆级真空封装的MEMS晶振的制备方法,其中,提供一具有谐振器的晶振本体,包括
提供第一晶圆,所述第一晶圆包括第一单晶硅层和第二单晶硅层以及设置于所述第一单晶硅与所述第二单晶硅之间的第一氧化硅层;
于所述第二单晶硅层的第一预定位置、第二预定位置蚀刻形成以使所述第一氧化硅层显露的第一硅刻蚀孔和第二硅刻蚀孔;所述第一硅刻蚀孔和第二硅刻蚀孔结合所述第二单晶硅层形成所述谐振器;
于所述第二单晶硅层表面及所述第一硅刻蚀孔和所述第二硅刻蚀孔内填充第二氧化硅以真空密封所述第一硅刻蚀孔和所述第二硅刻蚀孔;
蚀刻所述第二硅刻蚀孔和部分所述第二氧化硅层和部分所述第一氧化硅层以释放所述谐振器。
优选地,上述的晶圆级真空封装的MEMS晶振的制备方法,其中,于所述第二单晶硅层表面及所述第一硅刻蚀孔和所述第二硅刻蚀孔内填充第二氧化硅层以真空密封所述第一硅刻蚀孔和所述第二硅刻蚀孔,包括
采用热氧工艺或沉积工艺于所述第二单晶硅层表面及所述第一硅刻蚀孔和所述第二硅刻蚀孔内填充第二氧化硅层以真空密封所述第一硅刻蚀孔和所述第二硅刻蚀孔。
优选地,上述的晶圆级真空封装的MEMS晶振的制备方法,其中,所述蚀刻为湿法腐蚀工艺或干法腐蚀工艺。
第三方面,本发明再提供一种晶圆级真空封装的MEMS晶振的制备方法,其中,包括:
提供一具有谐振器的晶振本体和单晶硅晶圆;
于所述单晶硅晶圆上蚀刻第一类空腔以形成盖板;
键合所述MEMS晶振本体和所述盖板,以使所述MEMS晶振本体与所述盖板形成一密封谐振空腔;
减薄所述盖板至预定厚度;
于所述盖板的预定位置刻蚀所述盖板以显露的所述晶振本体;
于显露的所述晶振本体表面填充金属一形成金属电极。
优选地,上述的晶圆级真空封装的MEMS晶振的制备方法,其中,提供一具有谐振器的晶振本体,包括
提供第一晶圆,所述第一晶圆包括第一单晶硅层和第二单晶硅层以及设置于所述第一单晶硅与所述第二单晶硅之间的第一氧化硅层;
于所述第二单晶硅层的第一预定位置和第二预定位置蚀刻形成以使所述第一氧化硅层显露的第一硅刻蚀孔和第二硅刻蚀孔;所述第一硅刻蚀孔、第二硅刻蚀孔结合所述第二单晶硅层形成所述谐振器;
于所述第二单晶硅层表面及所述第一硅刻蚀孔和所述第二硅刻蚀孔内填充第二氧化硅以真空密封所述第一硅刻蚀孔和所述第二硅刻蚀孔;
蚀刻所述第二硅刻蚀孔和部分所述第二氧化硅层和部分所述第一氧化硅层以释放所述谐振器。
优选地,上述的晶圆级真空封装的MEMS晶振的制备方法,其中,于所述第二单晶硅层表面及所述第一硅刻蚀孔和所述第二硅刻蚀孔内填充第二氧化硅层以真空密封所述第一硅刻蚀孔和所述第二硅刻蚀孔,包括
采用热氧工艺或沉积工艺于所述第二单晶硅层表面及所述第一硅刻蚀孔和所述第二硅刻蚀孔内填充第二氧化硅层以真空密封所述第一硅刻蚀孔和所述第二硅刻蚀孔。
优选地,上述的晶圆级真空封装的MEMS晶振的制备方法,其中,所述蚀刻为湿法腐蚀工艺或干法腐蚀工艺。
优选地,上述的晶圆级真空封装的MEMS晶振的制备方法,其中,于显露的所述晶振本体表面填充金属一形成金属电极,包括:
采用穿硅通孔工艺于显露的所述晶振本体表面填充金属形成所述金属电极。
第四方面,本发明再提供一种晶圆级真空封装的MEMS晶振,其中,包括
应用上述的晶圆级真空封装的MEMS晶振的制备方法形成的盖板;
具有谐振器的晶振本体,其中,所述盖板覆盖所述晶振本体;
所述盖板具有第一类空腔和第二类空腔,所述第一类空腔结合所述谐振器形成一密封谐振空腔,
设置于与所述第二类空腔匹配的所述晶振本体表面的金属电极。
优选地,上述的一种晶圆级真空封装的MEMS晶振,其中,所述第二类空腔为梯形空腔或矩形空腔。
本发明通过将设置有第一类空腔、第二类空腔的盖板键合至所述晶振本体表面,以使所述晶振本体与所述盖板形成一真空密封谐振空腔。解决了通过生长多晶硅外延形成封装外壳以实现密封而导致成品率低的技术问题,达到了提高生产的成品率、同时减少工艺难度。同时采用单晶硅晶圆形成盖板制成的MEMS晶振,因单晶硅的机械强度较高,进而其MEMS的机械强度较高,提高了MEMS晶振的抗震能力,使用过程中的残余应力小,MEMS晶振的稳定性相对提高。
附图说明
图1是本发明实施例一中一种晶圆级真空封装的MEMS晶振的制备方法的流程图;
图2是本发明实施例一中一种晶圆级真空封装的MEMS晶振的制备方法的流程图;
图3是本发明实施例二中的一种晶圆级真空封装的MEMS晶振的制备方法的流程图;
图4是本发明实施例三中的一种晶圆级真空封装的MEMS晶振的制备方法的流程图;
图5是本发明实施例四中的一种晶圆级真空封装的MEMS晶振的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明,而非对本发明的限定。另外还需要说明的是,为了便于描述,附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的一种晶圆级真空封装的MEMS晶振的制备方法的流程图,本实施例可适用于MEMS晶振的制造,具体包括如下步骤:
步骤S110、提供一具有谐振器的晶振本体、单晶硅晶圆;
步骤S120、如图1a所示,于所述单晶硅晶圆上蚀刻第一类空腔21、第二类空腔22以形成盖板2;其中所述第一类空腔21的深度小于所述第二类空腔22的深度;
步骤S130、如图1b所示,键合所述晶振本体1、所述盖板2,以使所述晶振本体1与所述盖板2形成一密封谐振空腔3;
步骤S140、如图1c所示,减薄所述盖板2,以使与所述第二类空腔22匹配的所述晶振本体1表面显露;
步骤S150、如图1d所示,于显露的所述晶振本体设置金属电极5。
该晶圆级真空封装的MEMS晶振的制备方法的工作原理:
首先于所述单晶硅晶圆上蚀刻第一类空腔、第二类空腔以形成盖板;其中所述第一类空腔的深度小于所述第二类空腔的深度,键合所述晶振本体、所述盖板,以使所述晶振本体与所述盖板形成一密封谐振空腔,减薄所述盖板,以使与所述第二类空腔匹配的所述晶振本体表面显露;于显露的所述晶振本体设置金属电极以完成MEMS晶振的制造。
本实施例的技术方案,通过将设置有第一类空腔、第二类空腔的盖板键合至所述晶振本体表面,其中第一类空腔的深度小于第二类空腔的深度,在对所述盖板做减薄操作时,可以做到第二类空腔被贯通的状态下,第一类空腔仍可以与所述晶振本体形成一真空密封谐振空腔。解决了通过生长多晶硅外延形成封装外壳以实现密封而导致成品率低的技术问题,达到了提高生产的成品率、同时减少工艺难度。同时采用单晶硅晶圆形成盖板制成的MEMS晶振,因单晶硅的机械强度较高,进而其MEMS的机械强度较高,提高了MEMS晶振的抗震能力,使用过程中的残余应力小,MEMS晶振的稳定性相对提高。
在上述技术方案的基础上,如图2所示,上述的晶圆级真空封装的MEMS晶振的制备方法流程示意图,其中,提供一具有谐振器的晶振本体,包括
步骤S1101、如图2a所示,提供第一晶圆,所述第一晶圆包括第一单晶硅层11、第二单晶硅层12以及设置于所述第一单晶硅与所述第二单晶硅之间的第一氧化硅层13;
步骤S1102、如图2b所示,于所述第二单晶硅层12的第一预定位置和第二预定位置湿法腐蚀工艺或干法腐蚀形成以使所述第一氧化硅层13显露的第一硅刻蚀孔121和第二硅刻蚀孔122;所述第一硅刻蚀孔121和第二硅刻蚀孔122结合所述第二单晶硅层12形成所述谐振器14;进一步地,采用热氧工艺或沉积工艺于所述第二单晶硅层12表面及所述第一硅刻蚀孔121和所述第二硅刻蚀孔122内填充第二氧化硅层以真空密封所述第一硅刻蚀孔121和所述第二硅刻蚀孔122。
步骤S1103、如图2c所示,于所述第二单晶硅层12表面及所述第一硅刻蚀孔121和所述第二硅刻蚀孔122内填充第二氧化硅15以真空密封所述第一硅刻蚀孔121和所述第二硅刻蚀孔122;
步骤S1104、如图2d所示,湿法腐蚀工艺或干法腐蚀所述第二硅刻蚀孔122和部分所述第二氧化硅层和部分所述第一氧化硅层13以释放所述谐振器14。
实施例二
图3为本发明实施例二提供的一种晶圆级真空封装的MEMS晶振的制备方法工艺流程图,本实施例可适用于MEMS晶振的制造,具体包括如下步骤:
步骤S210、提供一具有谐振器的晶振本体和单晶硅晶圆;
步骤S220、如图3a所示,于所述单晶硅晶圆上刻蚀第一类空腔41和第二类空腔42以形成盖板4;其中所述第一类空腔41的深度等于所述第二类空腔42的深度;
步骤S230、如图3b所示,键合所述晶振本体1和所述盖板4,以使所述晶振本体1与所述盖板4形成一密封谐振空腔3;
步骤S240、如图3c所示,减薄所述盖板4于预定厚度;
步骤S250、如图3d所示,图案化并刻蚀所述盖板4以使与所述第二类空腔42匹配的所述晶振本体1显露;进一步地,采用光刻胶图案化并刻蚀所述盖板4。
步骤S260、如图3e所示,于显露的所述晶振本体1表面设置金属电极5。
上述实施例的工作原理是:
首先,于所述单晶硅晶圆上刻蚀第一类空腔41和第二类空腔42以形成盖板4;其中所述第一类空腔41的深度等于所述第二类空腔42的深度,然后键合所述晶振本体1和所述盖板4,以使所述晶振本体1与所述盖板4形成一密封谐振空腔3,接着减薄所述盖板4于预定厚度;图案化并刻蚀所述盖板4以使与所述第二类空腔42匹配的所述晶振本体1显露;最后于显露的所述晶振本体1表面设置金属电极5。
本实施例的技术方案,通过将设置有第一类空腔41、第二类空腔42的盖板4键合至所述晶振本体1表面,其中第一类宫腔的深度等于第二类空腔42的深度,在对所述盖板4做减薄操作时,第一类空腔41与所述晶振本体1形成一真空密封谐振空腔3,第二类空腔42继续处于密封状态,通过图案化并刻蚀所述盖板4以使与所述第二类空腔42匹配的所述晶振本体1显露,将所述第二类空腔42贯通。解决了通过生长多晶硅外延形成封装外壳以实现密封而导致成品率低的技术问题,达到了提高生产的成品率、同时减少工艺难度。同时采用单晶硅晶圆形成盖板4制成的MEMS晶振,因单晶硅的机械强度较高,进而其MEMS的机械强度较高,提高了MEMS晶振的抗震能力,使用过程中的残余应力小,MEMS晶振的稳定性相对提高。
在上述技术方案的基础上,上述的晶圆级真空封装的MEMS晶振的制备方法,其中,提供一具有谐振器的晶振本体1,包括
步骤S2101、提供第一晶圆,所述第一晶圆包括第一单晶硅层、第二单晶硅层以及设置于所述第一单晶硅与所述第二单晶硅之间的第一氧化硅层;
步骤S2102、于所述第二单晶硅层的第一预定位置和第二预定位置湿法腐蚀工艺或干法腐蚀形成以使所述第一氧化硅层显露的第一硅刻蚀孔和第二硅刻蚀孔;所述第一硅刻蚀孔和第二硅刻蚀孔结合所述第二单晶硅层形成所述谐振器;进一步地,采用热氧工艺或沉积工艺于所述第二单晶硅层表面及所述第一硅刻蚀孔和所述第二硅刻蚀孔内填充第二氧化硅层以真空密封所述第一硅刻蚀孔和所述第二硅刻蚀孔。
步骤S2103、于所述第二单晶硅层表面及所述第一硅刻蚀孔和所述第二硅刻蚀孔内填充第二氧化硅以真空密封所述第一硅刻蚀孔和所述第二硅刻蚀孔;
步骤S2104、湿法腐蚀工艺或干法腐蚀所述第二硅刻蚀孔和部分所述第二氧化硅层和部分所述第一氧化硅层以释放所述谐振器。
实施例三
图4为本发明实施例二提供的一种晶圆级真空封装的MEMS晶振的制备方法工艺流程图,本实施例可适用于MEMS晶振的制造,具体包括如下步骤:
步骤S310、提供一具有谐振器的晶振本体和单晶硅晶圆;
步骤S320、如图4a所示,于所述单晶硅晶圆上蚀刻第一类空腔以形成盖板;
步骤S330、如图4b所示,键合所述MEMS晶振本体和所述盖板,以使所述MEMS晶振本体与所述盖板形成一密封谐振空腔;
步骤S340、如图4c所示,减薄所述盖板至预定厚度;
步骤S350、如图4d所示,于所述盖板的预定位置刻蚀所述盖板以显露的所述晶振本体;并于显露的所述晶振本体表面填充金属一形成金属电极。
上述实施例的工作原理是:
首先,于所述单晶硅晶圆上刻蚀第一类空腔以形成盖板;然后键合所述晶振本体和所述盖板,以使所述晶振本体与所述盖板形成一密封谐振空腔,接着减薄所述盖板于预定厚度;于所述盖板的预定位置刻蚀所述盖板以显露的所述晶振本体;于显露的所述晶振本体表面填充金属以形成金属电极。
本实施例的技术方案,通过将设置有第一类空腔盖板键合至所述晶振本体表面,在对所述盖板做减薄操作时,第一类空腔与所述晶振本体形成一真空密封谐振空腔,采用穿硅通孔工艺于显露的所述晶振本体表面填充金属形成所述金属电极。解决了通过生长多晶硅外延形成封装外壳以实现密封而导致成品率低的技术问题,达到了提高生产的成品率、同时减少工艺难度。同时采用单晶硅晶圆形成盖板制成的MEMS晶振,因单晶硅的机械强度较高,进而其MEMS的机械强度较高,提高了MEMS晶振的抗震能力,使用过程中的残余应力小,MEMS晶振的稳定性相对提高。
在上述技术方案的基础上,上述的晶圆级真空封装的MEMS晶振的制备方法,其中,提供一具有谐振器的晶振本体,包括
步骤S3101、提供第一晶圆,所述第一晶圆包括第一单晶硅层、第二单晶硅层以及设置于所述第一单晶硅与所述第二单晶硅之间的第一氧化硅层;
步骤S3102、于所述第二单晶硅层的第一预定位置和第二预定位置湿法腐蚀工艺或干法腐蚀形成以使所述第一氧化硅层显露的第一硅刻蚀孔和第二硅刻蚀孔;所述第一硅刻蚀孔和第二硅刻蚀孔结合所述第二单晶硅层形成所述谐振器;进一步地,采用热氧工艺或沉积工艺于所述第二单晶硅层表面及所述第一硅刻蚀孔和所述第二硅刻蚀孔内填充第二氧化硅层以真空密封所述第一硅刻蚀孔和所述第二硅刻蚀孔。
步骤S3103、于所述第二单晶硅层表面及所述第一硅刻蚀孔和所述第二硅刻蚀孔内填充第二氧化硅以真空密封所述第一硅刻蚀孔和所述第二硅刻蚀孔;
步骤S3104、湿法腐蚀工艺或干法腐蚀所述第二硅刻蚀孔和部分所述第二氧化硅层和部分所述第一氧化硅层以释放所述谐振器。
实施例四
图5为本发明实施例四提供的晶圆级真空封装的MEMS晶振的结构示意图,包括应用上述的晶圆级真空封装的MEMS晶振的制备方法形成的盖板;
具有谐振器的晶振本体7,其中,所述盖板8覆盖所述晶振本体7;
所述盖板8具有第一类空腔81和第二类空腔82,所述第一类空腔81结合所述谐振器形成一密封谐振空腔78,
设置于与所述第二类空腔匹配的所述晶振本体7表面的金属电极9。
作为进一步优选实施方案,上述的一种晶圆级真空封装的MEMS晶振,其中,所述第二类空腔82为梯形空腔或矩形空腔。
本实施例的晶圆级真空封装的MEMS晶振为上述晶圆级真空封装的MEMS晶振制备方法形成的MEMS晶振,具有上述晶圆级真空封装的MEMS晶振同样的技术效果。此处不做赘述。
如果期望的话,这里所讨论的不同功能可以以不同顺序执行和/或彼此同时执行。此外,如果期望的话,以上所描述的一个或多个功能可以是可选的或者可以进行组合。
如果期望的话,上文所讨论的各步骤并不限于各实施例中的执行顺序,不同步骤可以以不同顺序执行和/或彼此同时执行。此外,在其他实施例中,以上所描述的一个或多个步骤可以是可选的或者可以进行组合。
虽然本发明的各个方面在独立权利要求中给出,但是本发明的其它方面包括来自所描述实施方式的特征和/或具有独立权利要求的特征的从属权利要求的组合,而并非仅是权利要求中所明确给出的组合。
这里所要注意的是,虽然以上描述了本发明的示例实施方式,但是这些描述并不应当以限制的含义进行理解。相反,可以进行若干种变化和修改而并不背离如所附权利要求中所限定的本发明的范围。
注意,上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解,本发明不限于这里所述的特定实施例,对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此,虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明,但是本发明不仅仅限于以上实施例,在不脱离本发明构思的情况下,还可以包括更多其他等效实施例,而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (15)
1.一种晶圆级真空封装的MEMS晶振的制备方法,其特征在于,包括:
提供一具有谐振器的晶振本体和单晶硅晶圆;
于所述单晶硅晶圆上蚀刻第一类空腔和第二类空腔以形成盖板;其中所述第一类空腔的深度小于所述第二类空腔的深度;
键合所述晶振本体和所述盖板,以使所述晶振本体与所述盖板形成一密封谐振空腔;
减薄所述盖板,以使与所述第二类空腔匹配的所述晶振本体表面显露;
于显露的所述晶振本体设置金属电极。
2.根据权利要求1所述的晶圆级真空封装的MEMS晶振的制备方法,其特征在于,提供一具有谐振器的晶振本体,包括
提供第一晶圆,所述第一晶圆包括第一单晶硅层、第二单晶硅层以及设置于所述第一单晶硅与所述第二单晶硅之间的第一氧化硅层;
于所述第二单晶硅层的第一预定位置和第二预定位置蚀刻形成以使所述第一氧化硅层显露的第一硅刻蚀孔和第二硅刻蚀孔;所述第一硅刻蚀孔和第二硅刻蚀孔结合所述第二单晶硅层形成所述谐振器;
于所述第二单晶硅层表面及所述第一硅刻蚀孔和所述第二硅刻蚀孔内填充第二氧化硅以真空密封所述第一硅刻蚀孔和所述第二硅刻蚀孔;
蚀刻所述第二硅刻蚀孔、部分所述第二氧化硅层和部分所述第一氧化硅层以释放所述谐振器。
3.根据权利要求2所述的晶圆级真空封装的MEMS晶振的制备方法,其特征在于,于所述第二单晶硅层表面及所述第一硅刻蚀孔和所述第二硅刻蚀孔内填充第二氧化硅层以真空密封所述第一硅刻蚀孔和所述第二硅刻蚀孔,包括
采用热氧工艺或沉积工艺于所述第二单晶硅层表面及所述第一硅刻蚀孔和所述第二硅刻蚀孔内填充第二氧化硅层以真空密封所述第一硅刻蚀孔和所述第二硅刻蚀孔。
4.根据权利要求1或2所述的晶圆级真空封装的MEMS晶振的制备方法,其特征在于,所述蚀刻为湿法腐蚀工艺或干法腐蚀工艺。
5.一种晶圆级真空封装的MEMS晶振的制备方法,其特征在于,包括:
提供一具有谐振器的晶振本体和单晶硅晶圆;
于所述单晶硅晶圆上刻蚀第一类空腔和第二类空腔以形成盖板;其中所述第一类空腔的深度等于所述第二类空腔的深度;
键合所述晶振本体和所述盖板,以使所述晶振本体与所述盖板形成一密封谐振空腔;
减薄所述盖板于预定厚度;
图案化并刻蚀所述盖板以使与所述第二类空腔匹配的所述晶振本体显露;
于显露的所述晶振本体表面设置金属电极。
6.根据权利要求5所述的晶圆级真空封装的MEMS晶振的制备方法,其特征在于,提供一具有谐振器的晶振本体,包括
提供第一晶圆,所述第一晶圆包括第一单晶硅层和第二单晶硅层以及设置于所述第一单晶硅与所述第二单晶硅之间的第一氧化硅层;
于所述第二单晶硅层的第一预定位置、第二预定位置蚀刻形成以使所述第一氧化硅层显露的第一硅刻蚀孔和第二硅刻蚀孔;所述第一硅刻蚀孔和第二硅刻蚀孔结合所述第二单晶硅层形成所述谐振器;
于所述第二单晶硅层表面及所述第一硅刻蚀孔和所述第二硅刻蚀孔内填充第二氧化硅以真空密封所述第一硅刻蚀孔和所述第二硅刻蚀孔;
蚀刻所述第二硅刻蚀孔和部分所述第二氧化硅层和部分所述第一氧化硅层以释放所述谐振器。
7.根据权利要求6所述的晶圆级真空封装的MEMS晶振的制备方法,其特征在于,于所述第二单晶硅层表面及所述第一硅刻蚀孔和所述第二硅刻蚀孔内填充第二氧化硅层以真空密封所述第一硅刻蚀孔和所述第二硅刻蚀孔,包括
采用热氧工艺或沉积工艺于所述第二单晶硅层表面及所述第一硅刻蚀孔和所述第二硅刻蚀孔内填充第二氧化硅层以真空密封所述第一硅刻蚀孔和所述第二硅刻蚀孔。
8.根据权利要求5或6所述的晶圆级真空封装的MEMS晶振的制备方法,其特征在于,所述蚀刻为湿法腐蚀工艺或干法腐蚀工艺。
9.一种晶圆级真空封装的MEMS晶振的制备方法,其特征在于,包括:
提供一具有谐振器的晶振本体和单晶硅晶圆;
于所述单晶硅晶圆上蚀刻第一类空腔以形成盖板;
键合所述MEMS晶振本体和所述盖板,以使所述MEMS晶振本体与所述盖板形成一密封谐振空腔;
减薄所述盖板至预定厚度;
于所述盖板的预定位置刻蚀所述盖板以显露的所述晶振本体;
于显露的所述晶振本体表面填充金属一形成金属电极。
10.根据权利要求9所述的晶圆级真空封装的MEMS晶振的制备方法,其特征在于,提供一具有谐振器的晶振本体,包括
提供第一晶圆,所述第一晶圆包括第一单晶硅层和第二单晶硅层以及设置于所述第一单晶硅与所述第二单晶硅之间的第一氧化硅层;
于所述第二单晶硅层的第一预定位置和第二预定位置蚀刻形成以使所述第一氧化硅层显露的第一硅刻蚀孔和第二硅刻蚀孔;所述第一硅刻蚀孔、第二硅刻蚀孔结合所述第二单晶硅层形成所述谐振器;
于所述第二单晶硅层表面及所述第一硅刻蚀孔和所述第二硅刻蚀孔内填充第二氧化硅以真空密封所述第一硅刻蚀孔和所述第二硅刻蚀孔;
蚀刻所述第二硅刻蚀孔和部分所述第二氧化硅层和部分所述第一氧化硅层以释放所述谐振器。
11.根据权利要求10所述的晶圆级真空封装的MEMS晶振的制备方法,其特征在于,于所述第二单晶硅层表面及所述第一硅刻蚀孔和所述第二硅刻蚀孔内填充第二氧化硅层以真空密封所述第一硅刻蚀孔和所述第二硅刻蚀孔,包括
采用热氧工艺或沉积工艺于所述第二单晶硅层表面及所述第一硅刻蚀孔和所述第二硅刻蚀孔内填充第二氧化硅层以真空密封所述第一硅刻蚀孔和所述第二硅刻蚀孔。
12.根据权利要求9或10所述的晶圆级真空封装的MEMS晶振的制备方法,其特征在于,所述蚀刻为湿法腐蚀工艺或干法腐蚀工艺。
13.根据权利要求9或10所述的晶圆级真空封装的MEMS晶振的制备方法,其特征在于,于显露的所述晶振本体表面填充金属一形成金属电极包括,
采用穿硅通孔工艺于显露的所述晶振本体表面填充金属形成所述金属电极。
14.一种晶圆级真空封装的MEMS晶振,其特征在于,包括
应用权利要求1、或5、或9所述的晶圆级真空封装的MEMS晶振的制备方法形成的盖板;
具有谐振器的晶振本体,其中,所述盖板覆盖所述晶振本体;
所述盖板具有第一类空腔和第二类空腔,所述第一类空腔结合所述谐振器形成一密封谐振空腔,
设置于与所述第二类空腔匹配的所述晶振本体表面的金属电极。
15.根据权利要求14所述的一种晶圆级真空封装的MEMS晶振,其特征在于,所述第二类空腔为梯形空腔或矩形空腔。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201610743956.XA CN107785278B (zh) | 2016-08-26 | 2016-08-26 | 一种晶圆级真空封装的mems晶振及制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201610743956.XA CN107785278B (zh) | 2016-08-26 | 2016-08-26 | 一种晶圆级真空封装的mems晶振及制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN107785278A true CN107785278A (zh) | 2018-03-09 |
CN107785278B CN107785278B (zh) | 2024-05-31 |
Family
ID=61440990
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201610743956.XA Active CN107785278B (zh) | 2016-08-26 | 2016-08-26 | 一种晶圆级真空封装的mems晶振及制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN107785278B (zh) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113443602A (zh) * | 2021-06-02 | 2021-09-28 | 中国科学院地质与地球物理研究所 | 微机电系统芯片晶圆级封装结构及其制造工艺 |
EP4007161A1 (en) * | 2020-11-30 | 2022-06-01 | Huawei Technologies Co., Ltd. | Clock oscillator and method for preparing clock oscillator |
CN116429300A (zh) * | 2023-06-12 | 2023-07-14 | 之江实验室 | 基于单晶硅和微流道冷却的超高温压力传感芯片及系统 |
CN117220635A (zh) * | 2023-09-26 | 2023-12-12 | 北京晨晶电子有限公司 | 一种石英表贴晶振以及封装工艺 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20130181326A1 (en) * | 2012-01-18 | 2013-07-18 | International Business Machines Corporation | Multilayer mim capacitor |
WO2015036657A1 (en) * | 2013-09-13 | 2015-03-19 | Teknologian Tutkimuskeskus Vtt | Wafer level encapsulation structure, fabrication methods and viable engineered substrate concept |
JP2015153834A (ja) * | 2014-02-12 | 2015-08-24 | セイコーインスツル株式会社 | 電子部品 |
CN104900540A (zh) * | 2015-06-17 | 2015-09-09 | 上海集成电路研发中心有限公司 | 一种晶圆级真空封装的mems晶振及其制备方法 |
CN105293428A (zh) * | 2015-10-19 | 2016-02-03 | 北京航天控制仪器研究所 | 一种mems器件的全硅化圆片级真空封装方法及封装器件 |
CN206179827U (zh) * | 2016-08-26 | 2017-05-17 | 上海微联传感科技有限公司 | 一种晶圆级真空封装的mems晶振 |
-
2016
- 2016-08-26 CN CN201610743956.XA patent/CN107785278B/zh active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20130181326A1 (en) * | 2012-01-18 | 2013-07-18 | International Business Machines Corporation | Multilayer mim capacitor |
WO2015036657A1 (en) * | 2013-09-13 | 2015-03-19 | Teknologian Tutkimuskeskus Vtt | Wafer level encapsulation structure, fabrication methods and viable engineered substrate concept |
JP2015153834A (ja) * | 2014-02-12 | 2015-08-24 | セイコーインスツル株式会社 | 電子部品 |
CN104900540A (zh) * | 2015-06-17 | 2015-09-09 | 上海集成电路研发中心有限公司 | 一种晶圆级真空封装的mems晶振及其制备方法 |
CN105293428A (zh) * | 2015-10-19 | 2016-02-03 | 北京航天控制仪器研究所 | 一种mems器件的全硅化圆片级真空封装方法及封装器件 |
CN206179827U (zh) * | 2016-08-26 | 2017-05-17 | 上海微联传感科技有限公司 | 一种晶圆级真空封装的mems晶振 |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP4007161A1 (en) * | 2020-11-30 | 2022-06-01 | Huawei Technologies Co., Ltd. | Clock oscillator and method for preparing clock oscillator |
CN113443602A (zh) * | 2021-06-02 | 2021-09-28 | 中国科学院地质与地球物理研究所 | 微机电系统芯片晶圆级封装结构及其制造工艺 |
CN113443602B (zh) * | 2021-06-02 | 2023-12-08 | 中国科学院地质与地球物理研究所 | 微机电系统芯片晶圆级封装结构及其制造工艺 |
CN116429300A (zh) * | 2023-06-12 | 2023-07-14 | 之江实验室 | 基于单晶硅和微流道冷却的超高温压力传感芯片及系统 |
CN116429300B (zh) * | 2023-06-12 | 2023-09-22 | 之江实验室 | 基于单晶硅和微流道冷却的超高温压力传感芯片及系统 |
CN117220635A (zh) * | 2023-09-26 | 2023-12-12 | 北京晨晶电子有限公司 | 一种石英表贴晶振以及封装工艺 |
CN117220635B (zh) * | 2023-09-26 | 2024-10-11 | 北京晨晶电子有限公司 | 一种石英表贴晶振以及封装方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN107785278B (zh) | 2024-05-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20240002218A1 (en) | Micromechanical structure with bonded cover | |
CN107785278A (zh) | 一种晶圆级真空封装的mems晶振及制备方法 | |
US8372676B2 (en) | Integrated getter area for wafer level encapsulated microelectromechanical systems | |
TWI533438B (zh) | 半導體設備、半導體結構、以及半導體結構之形成方法 | |
US11975965B2 (en) | MEMS resonator | |
CN103818874B (zh) | Mems结构与处理电路集成系统的封装方法 | |
TWI548585B (zh) | 微機電裝置、被封裝之微機電裝置及其製造方法 | |
CN104330196B (zh) | 空腔薄膜压阻式压力传感器及其制造方法 | |
US20100258882A1 (en) | Front end micro cavity | |
TWI421955B (zh) | 具壓力感測器之微機電結構及其製法 | |
CN104692319B (zh) | 对封装应力不敏感的mems芯片的制造方法及其mems芯片 | |
CN102381680B (zh) | 一种微机械结构与集成电路单片集成的加工方法 | |
CN207689049U (zh) | Mems器件 | |
CN105293420A (zh) | 一种mems圆片级真空封装结构及其制作方法 | |
CN105600738B (zh) | 一种用于晶圆级封装的密闭结构及其制造方法 | |
CN104900540B (zh) | 一种晶圆级真空封装的mems晶振及其制备方法 | |
TW201322366A (zh) | 感測器製程 | |
CN105097809A (zh) | 半导体器件中的机械应力去耦合 | |
CN105819396B (zh) | 微调组件的方法和由该方法微调的组件 | |
CN112265956B (zh) | 一种不同真空度封装的mems圆片级真空封装方法 | |
CN206179827U (zh) | 一种晶圆级真空封装的mems晶振 | |
US20160096728A1 (en) | MEMS Chip and Manufacturing Method Thereof | |
CN104003350B (zh) | 一种体硅谐振式压力传感器的圆片级真空封装方法 | |
CN109186575B (zh) | 基于soi的双电极微柱形谐振陀螺仪的制备方法 | |
CN104058367A (zh) | Mems器件的制造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20190125 Address after: 214135 China Sensor Network International Innovation Park F2, 200 Linghu Avenue, Xinwu District, Wuxi City, Jiangsu Province Applicant after: SV SENSTECH (WUXI) CO.,LTD. Address before: 201203 2, 3 building, 439 Chunchun Road, Pudong New Area, Shanghai. Applicant before: MICROLINK SENSTECH SHANGHAI Ltd. |
|
TA01 | Transfer of patent application right | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |