一种晶圆级真空封装的MEMS晶振制造技术

本实用新型专利技术公开了本实用新型专利技术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。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。本实用新型专利技术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。解决了通过生长单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。

A MEMS vacuum crystal package for wafer level vacuum packaging

The utility model discloses an embodiment of the utility model, relating to the technical field of semiconductor integrated circuits, in particular to a MEMS vacuum crystal oscillator in a wafer level vacuum package. Among them, including: providing a crystal resonator body and monocrystalline silicon wafer; on monocrystalline silicon wafer etched on the first and the second cavity to form a cavity cover; bonding crystal body and cover, so that the crystal body and cover form a sealed resonant cavity; thin plate, and to make second kinds of cavity matching crystal body the surface appears; to reveal the metal electrode set crystal body. The utility model makes the crystal body and the cover plate form a vacuum sealed resonant cavity by bonding the cover plate of the first type cavity and the second type cavity to the surface of the crystal body. The utility model solves the technical problem that the finished product is formed by epitaxial growth of monocrystalline silicon to form a sealed outer shell so as to realize low sealing rate, and the yield of finished products is improved and the technical difficulty is reduced.

【技术实现步骤摘要】
一种晶圆级真空封装的MEMS晶振
本技术实施例涉及半导体集成电路
，尤其涉及一种晶圆级真空封装的MEMS晶振。
技术介绍
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下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，石英产品在温漂、老化、抗震性、稳定性、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，无温漂，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单晶硅外延的办法形成封装外壳，但是外延单晶硅的应力较难控制，外延单晶硅的应力不当，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，外延单晶硅制备难度相对较高，进而使得MEMS晶振成品率较低。
技术实现思路
本技术提供一种晶圆级真空封装的MEMS晶振，克服现有技术中采用单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，本技术提供一种晶圆级真空封装的MEMS晶振，其中，包括一盖板；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。优选地，上述的一种晶圆级真空封装的MEMS晶振，其中，所述第二类空腔为矩形空腔。优选地，上述的一种晶圆级真空封装的MEMS晶振，其中，所述金属电极的高度完全匹配所述第二类空腔。优选地，上述的一种晶圆级真空封装的MEMS晶振，其中，所述金属电极的高度大于所述第二类空腔，以使所述金属电极延伸至所述盖板表面。优选地，上述的一种晶圆级真空封装的MEMS晶振，其中，所述盖板由单晶硅晶圆形成。与现有技术相比，本技术的优点是：本技术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。解决了通过生长单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1a～1d是本技术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2a～2d是本技术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3a～3e是本技术实施例二中一种晶圆级真空封装的MEMS晶振的制备方法的流程图；图4a～4d是本技术实施例三中一种晶圆级真空封装的MEMS晶振的制备方法的流程图；图5是本技术实施例四中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技术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技术，而非对本技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本技术相关的部分而非全部结构。实施例一本技术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，其中第一类宫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。解决了通过生长单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；步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种晶圆级真空封装的MEMS晶振，其特征在于，包括一盖板；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。

【技术特征摘要】
1.一种晶圆级真空封装的MEMS晶振，其特征在于，包括一盖板；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。2.根据权利要求1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。3.根据权利要求1所述的一种晶圆级真空封装...

【专利技术属性】
技术研发人员：缪建民，宁文果，
申请(专利权)人：上海微联传感科技有限公司，
类型：新型
国别省市：上海,31