晶体谐振器与控制电路的集成结构及其集成方法技术

本发明专利技术提供了一种晶体谐振器与控制电路的集成结构及其集成方法。通过在形成有控制电路的器件晶圆中形成下空腔，并使下空腔从器件晶圆的背面暴露出，以及在基板中形成位置对应的上空腔，从而在将基板键合至器件晶圆的背面上时，可使夹持在器件晶圆和基板之间的压电谐振片其两侧分别对应上空腔和下空腔以构成晶体谐振器，并实现晶体谐振器和控制电路的集成设置。相比于传统的晶体谐振器，本发明专利技术中的晶体谐振器具备更小的尺寸，有利于降低晶体谐振器的功耗，并且本发明专利技术中的晶体谐振器更也易于与其他半导体元器件集成，从而能够提高器件的集成度。

【技术实现步骤摘要】
晶体谐振器与控制电路的集成结构及其集成方法
本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种晶体谐振器与控制电路的集成结构及其集成方法。
技术介绍
晶体谐振器是利用压电晶体的逆压电效应制成的谐振器件，是晶体振荡器和滤波器的关键元件，被广泛应用于高频电子信号，实现精确计时、频率标准和滤波等测量和信号处理系统中必不可少的频率控制功能。随着半导体技术的不断发展，以及集成电路的普及，各种元器件的尺寸也趋于小型化。然而，目前的晶体谐振器不仅难以与其他半导体元器件集成，并且晶体谐振器的尺寸也较大。例如，目前常见的晶体谐振器包括表面贴装型晶体谐振器，其具体是将基座和上盖通过金属焊接(或者，粘接胶)粘合在一起，以形成密闭腔室，晶体谐振器的压电谐振片位于所述密闭腔室中，并且使压电谐振片的电极通过焊盘或者引线与相应的电路电性连接。基于如上所述的晶体谐振器，其器件尺寸很难进一步缩减，并且所形成的晶体谐振器还需要通过焊接或者粘合的方式与对应的集成电路电性连接，从而进一步限制了所述晶体谐振器的尺寸。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种晶体谐振器与控制电路的集成方法，以解决现有的晶体谐振器其尺寸较大且不易于集成的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种晶体谐振器与控制电路的集成方法，包括：提供器件晶圆，所述器件晶圆中形成有控制电路；在所述器件晶圆中形成下空腔，所述下空腔具有位于所述器件晶圆背面的开口；提供基板，并刻蚀所述基板以形成所述晶体谐振器的上空腔，所述上空腔和所述下空腔对应设置；形成包括上电极、压电晶片和下电极的压电谐振片，所述上电极、所述压电晶片和所述下电极形成在所述的器件晶圆的背面上或所述基板上；在所述器件晶圆或所述基板上形成连接结构；以及，在所述器件晶圆的背面上键合所述基板，以使所述压电谐振片位于所述器件晶圆和所述基板之间，以及使所述上空腔和所述下空腔分别位于所述压电谐振片的两侧，并通过所述连接结构使所述压电谐振片的上电极和下电极均与所述控制电路电性连接。本专利技术的又一目的在于提供一种晶体谐振器与控制电路的集成结构，包括：器件晶圆，所述器件晶圆中形成有控制电路，以及在所述器件晶圆中还形成有下空腔，所述下空腔贯穿所述器件晶圆；基板，所述基板从所述器件晶圆的背面键合于所述器件晶圆上，以及所述基板中形成有上空腔，所述上空腔的开口和所述下空腔的开口相对设置；压电谐振片，包括下电极、压电晶片和上电极，所述压电谐振片位于所述器件晶圆和所述基板之间，并且所述压电谐振片的两侧分别对应所述下空腔和所述上空腔；以及，连接结构，用于使所述压电谐振片的下电极和上电极均与所述控制电路电性连接。在本专利技术提供的晶体谐振器与控制电路的集成方法中，基于形成有控制电路的器件晶圆，通过半导体平面工艺形成下空腔，并使下空腔从器件晶圆的背面暴露出，接着再将基板键合在器件晶圆的背面上，如此即实现了控制电路和晶体谐振器能够集成在同一半导体晶圆上。可见，本专利技术所提供的集成方法，不仅使晶体谐振器能够与其他半导体元器集成，提高器件的集成度；并且，相比于传统的晶体谐振器(例如，表面贴装型晶体谐振器)，通过本专利技术提供的形成方法所形成的晶体谐振器的尺寸更小，能够实现晶体谐振器的小型化，有利于减少制备成本和降低晶体谐振器的功耗。附图说明图1为本专利技术实施例一中的晶体谐振器与控制电路的集成方法的流程示意图；图2a～图2j为本专利技术实施例一中的晶体谐振器与控制电路的集成方法在其制备过程中的结构示意图；图3a～图3d为本专利技术实施例三中的晶体谐振器与控制电路的集成方法在其制备过程中的结构示意图；图4为本专利技术一实施例中的晶体谐振器与控制电路的集成结构的示意图。其中，附图标记如下：100-器件晶圆；AA-器件区；100U-正面；100D-背面；100A-基底晶圆；100B-介质层；101-底衬层；102-掩埋氧化层；103-顶硅层；110-控制电路；111-第一电路；111T-第一晶体管；111C-第一互连结构；112-第二电路；112T-第一晶体管；112C-第一互连结构；120-下空腔；211-第一连接线；212-第二连接线；221-第一导电插塞；222-第二导电插塞；300-平坦化层；400-支撑晶圆；500-压电谐振片；510-下电极；520-压电晶片；530-上电极；600-基板；610-上空腔；700-第三导电插塞；710-第一塑封层；720-第二塑封层。具体实施方式本专利技术的核心思想在于提供了一种晶体谐振器与控制电路的集成方法及其集成结构，通过半导体平面工艺将压电谐振片集成在形成有控制电路的晶圆上。一方面，可以进一步缩减所形成的晶体谐振器的器件尺寸，另一方面，还可使所述晶体谐振器能够与其他半导体元器件集成，提高器件的集成度。以下结合附图和具体实施例对本专利技术提出的晶体谐振器与控制电路的集成方法及其集成结构作进一步详细说明。根据下面说明，本专利技术的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术实施例的目的。图1为本专利技术一实施例中的晶体谐振器与控制电路的集成方法的流程示意图，图2a～图2j为本专利技术一实施例中的晶体谐振器与控制电路的集成方法在其制备过程中的结构示意图。以下结合附图对本实施例中形成晶体谐振器的各个步骤进行详细说明。在步骤S100中，具体参考图2a所示，提供器件晶圆100，所述器件晶圆100具有相对的正面100U和背面100D，以及在所述器件晶圆100中形成有控制电路110。本实施例中，所述控制电路110的至少部分互连结构延伸至所述器件晶圆的正面100U。可以认为，所述控制电路110的至少部分互连结构从所述器件晶圆100的所述正面100U暴露出。如此，即可使所述控制电路110能够与后续所形成的压电谐振片电性连接，以进一步对所述压电谐振片施加电信号。进一步的，可以在同一器件晶圆100上同时制备多个晶体谐振器，因此在所述器件晶圆100上对应定义有多个器件区AA，每一所述器件区AA中对应形成一个晶体谐振器。具体的，所述控制电路110包括第一电路111和第二电路112，所述第一电路111和第二电路112用于与后续所形成的压电谐振片的上电极和下电极电性连接。继续参考图2a所示，所述第一电路111包括第一晶体管111T和第一互连结构111C，所述第一晶体管111T掩埋在所述器件晶圆100中，所述第一互连结构111C与所述第一晶体管111T连接并延伸至所述器件晶圆100的正面100U。其中，所述第一互连结构111C包括分别与所述第一晶体管111T的栅极、源极和漏极电性连接的导电插塞。类似的，所述第二电路112包括第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种晶体谐振器与控制电路的集成方法，其特征在于，包括：/n提供器件晶圆，所述器件晶圆中形成有控制电路；/n在所述器件晶圆中形成下空腔，所述下空腔具有位于所述器件晶圆背面的开口；/n提供基板，并刻蚀所述基板以形成所述晶体谐振器的上空腔，所述上空腔和所述下空腔对应设置；/n形成包括上电极、压电晶片和下电极的压电谐振片，所述上电极、所述压电晶片和所述下电极形成在所述的器件晶圆的背面和所述基板其中之一上；/n在所述器件晶圆或所述基板上形成连接结构；以及，/n在所述器件晶圆的背面上键合所述基板，以使所述压电谐振片位于所述器件晶圆和所述基板之间，以及使所述上空腔和所述下空腔分别位于所述压电谐振片的两侧，并通过所述连接结构使所述压电谐振片的上电极和下电极均与所述控制电路电性连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种晶体谐振器与控制电路的集成方法，其特征在于，包括：
提供器件晶圆，所述器件晶圆中形成有控制电路；
在所述器件晶圆中形成下空腔，所述下空腔具有位于所述器件晶圆背面的开口；
提供基板，并刻蚀所述基板以形成所述晶体谐振器的上空腔，所述上空腔和所述下空腔对应设置；
形成包括上电极、压电晶片和下电极的压电谐振片，所述上电极、所述压电晶片和所述下电极形成在所述的器件晶圆的背面和所述基板其中之一上；
在所述器件晶圆或所述基板上形成连接结构；以及，
在所述器件晶圆的背面上键合所述基板，以使所述压电谐振片位于所述器件晶圆和所述基板之间，以及使所述上空腔和所述下空腔分别位于所述压电谐振片的两侧，并通过所述连接结构使所述压电谐振片的上电极和下电极均与所述控制电路电性连接。


2.如权利要求1所述的晶体谐振器与控制电路的集成方法，其特征在于，所述压电谐振片形成在所述器件晶圆的背面上或所述基板上；或者，所述压电谐振片的下电极形成在所述器件晶圆的背面上，所述压电谐振片的上电极和压电晶片依次形成在所述基板上；或者，所述压电谐振片的下电极和压电晶片依次形成在所述器件晶圆的背面上，所述压电谐振片的上电极形成在所述基板上。


3.如权利要求1所述的晶体谐振器与控制电路的集成方法，其特征在于，所述上空腔的尺寸大于所述压电晶片的尺寸，所述器件晶圆和所述基板键合后，所述压电晶片至少部分位于所述上空腔内；或者，
所述上空腔的尺寸小于所述压电晶片的尺寸，所述器件晶圆和所述衬底键合后，所述压电晶片的边缘搭载于所述基板的表面上并封盖所述上空腔的开口。


4.如权利要求2所述的晶体谐振器与控制电路的集成方法，其特征在于，所述压电谐振片形成在所述器件晶圆上的方法包括：
在所述器件晶圆的背面的设定位置上形成下电极；
键合压电晶片至所述下电极；
在所述压电晶片上形成所述上电极；或者，
所述压电谐振片的上电极和下电极形成在压电晶片上，三者作为整体键合至所述器件晶圆的背面上。


5.如权利要求2所述的晶体谐振器与控制电路的集成方法，其特征在于，所述压电谐振片形成在所述基板上的方法包括；
在所述基板表面的设定位置上形成上电极；
键合压电晶片至所述上电极；
在所述压电晶片上形成所述下电极；或者，
所述压电谐振片的上电极和下电极形成在压电晶片上，三者作为整体键合至所述基板上。


6.如权利要求5或6所述的晶体谐振器与控制电路的集成方法，其特征在于，形成所述下电极的方法包括蒸镀工艺或薄膜沉积工艺；以及，形成所述上电极的方法包括蒸镀工艺或薄膜沉积工艺。


7.如权利要求2所述的晶体谐振器与控制电路的集成方法，其特征在于，所述上电极形成在所述基板上，所述下电极形成在所述器件晶圆上；其中，所述上电极和所述下电极利用蒸镀工艺或者薄膜沉积工艺形成，以及所述压电晶片键合至所述上电极或者所述下电极。


8.如权利要求1所述的晶体谐振器与控制电路的集成方法，其特征在于，所述控制电路包括第一互连结构和第二互连结构，所述连接结构包括第一连接件和第二连接件；
其中，所述第一连接件连接所述第一互连结构和所述压电谐振片的下电极，所述第二连接件连接所述第二互连结构和所述压电谐振片的上电极。


9.如权利要求8所述的晶体谐振器与控制电路的集成方法，其特征在于，所述第一连接件包括位于所述器件晶圆中的第一导电插塞，所述第一导电插塞的两端分别用于与所述第一互连结构和所述下电极电连接；
或者，所述第一连接件包括位于所述器件晶圆中的第一导电插塞以及位于所述器件晶圆背面且与所述第一导电插塞的一端电连接的第一连接线，所述第一导电插塞的另一端与所述第一互连结构电连接，所述第一连接线与所述下电极电连接；
或者，所述第一连接件包括位于所述器件晶圆中的第一导电插塞以及位于所述器件晶圆正面且与所述第一导电插塞的一端电连接的第一连接线，所述第一导电插塞的另一端与下电极电连接，所述第一连接线与所述第一互连结构电连接。


10.如权利要求9所述的晶体谐振器与控制电路的集成方法，其特征在于，形成具有所述第一导电插塞和位于器件晶圆正面的第一连接线的第一连接件的方法包括：
从所述器件晶圆的正面刻蚀所述器件晶圆以形成第一连接孔；
在所述第一连接孔中填充导电材料，以形成第一导电插塞；
在所述器件晶圆的正面上形成第一连接线，所述第一连接线连接所述第一导电插塞和所述第一互连结构；
从所述器件晶圆的背面减薄所述器件晶圆，暴露出所述第一导电插塞，以用于与所述压电谐振片的下电极电连接；
或者，形成具有所述第一导电插塞和位于器件晶圆正面的第一连接线的第一连接件的方法包括：
在所述器件晶圆的正面上形成第一连接线，所述第一连接线电连接所述第一互连结构；
从所述器件晶圆的背面减薄所述器件晶圆，并从所述器件晶圆的背面刻蚀所述器件晶圆以形成第一连接孔，所述第一连接孔贯穿所述器件晶圆，以暴露出所述第一连接线；以及，
在所述第一连接孔中填充导电材料，以形成第一导电插塞，所述第一导电插塞的一端与第一连接线连接，所述第一导电插塞的另一端用于与所述压电谐振片的下电极电连接。


11.如权利要求9所述的晶体谐振器与控制电路的集成方法，其特征在于，形成具有所述第一导电插塞和位于器件晶圆背面的第一连接线的第一连接件的方法包括：
从所述器件晶圆的正面刻蚀所述器件晶圆以形成第一连接孔；
在所述第一连接孔中填充导电材料，以形成第一导电插塞，所述第一导电插塞与所述第一互连结构电连接；
从所述器件晶圆的背面减薄所述器件晶圆，暴露出所述第一导电插塞；
在所述器件晶圆的背面上形成第一连接线，所述第一连接线的一端连接所述第一导电插塞，所述第一连接线的另一端用于电连接所述下电极；
或者，形成具有所述第一导电插塞和位于器件晶圆背面的第一连接线的第一连接件的方法包括：
从所述器件晶圆的背面减薄所述器件晶圆，并从所述器件晶圆的背面刻蚀所述器件晶圆以形成第一连接孔；
在所述第一连接孔中填充导电材料，以形成第一导电插塞，所述第一导电插塞的一端与所述第一互连结构电连接；
在所述器件晶圆的背面上形成第一连接线，所述第一连接线的一端连接所述第一导电插塞的另一端，所述第一连接线的另一端用于电连接所述下电极。


12.如权利要求9所述的晶体谐振器与控制电路的集成方法，其特征在于，在键合所述器件晶圆和所述基板之后，所述下电极位于所述器件晶圆的背面上，并且所述下电极还从所述压电晶片延伸出以和所述第一导电插塞电性连接。


13.如权利要求8所述的晶体谐振器与控制电路的集成方法，其特征在于，在形成所述上电极之前，形成所述第二连接件；其中，
所述第二连接件包括位于所述器件晶圆中的第二导电插塞，所述第二导电插塞的两端分别用于与所述第二互连结构和所述上电极电连接；
或者，所述第二连接件包括位于所述器件晶圆中的第二导电插塞以及位于所述器件晶圆背面且与所述第二导电插塞的一端电连接的第二连接线，所述第二导电插塞的另一端与所述第二互连结构电连接，所述第二连接线与所述上电极电连接；
或者，所述第二连接件包括位于所述器件晶圆中的第二导电插塞以及位于所述器件晶圆正面且与所述第二导电插塞的一端电连接的第二连接线，所述第二导电插塞的另一端与上电极电连接，所述第二连接线与所述第二互连结构电连接。


14.如权利要求13所述的晶体谐振器与控制电路的集成方法，其特征在于，形成具有所述第二导电插塞和位于器件晶圆正面的第二连接线的第二连接件的方法包括：
从所述器件晶圆的正面刻蚀所述器件晶圆以形成第二连接孔；
在所述第二连接孔中填充导电材料，以形成第二导电插塞；
在所述器件晶圆的正面上形成第二连接线，所述第二连接线连接所述第二导电插塞和所述第二互连结构；
从所述器件晶圆的背面减薄所述器件晶圆，暴露出所述第二导电插塞，以用于与所述压电谐振片的上电极电连接；
或者，形成具有所述第二导电插塞和位于器件晶圆正面的第二连接线的第一连接件的方法包括：
在所述器件晶圆的正面上形成第二连接线，所述第二连接线电连接所述第二互连结构；
从所述器件晶圆的背面减薄所述器件晶圆，并从所述器件晶圆的背面刻蚀所述器件晶圆以形成第二连接孔，所述第二连接孔贯穿所述器件晶圆，以暴露出所述第二连接线；以及，
在所述第二连接孔中填充导电材料，以形成第二导电插塞，所述第二导电插塞的一端与第二连接线连接，所述第二导电插塞的另一端用于与所述压电谐振片的上电极电连接。


15.如权利要求13所述的晶体谐振器与控制电路的集成方法，其特征在于，形成具有所述第二导电插塞和位于器件晶圆背面的第二连接线的第二连接件的方法包括：
从所述器件晶圆的正面刻蚀所述器件晶圆以形成第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦晓珊，
申请(专利权)人：中芯集成电路宁波有限公司上海分公司，
类型：发明
国别省市：上海;31