本實(shí)用新型實(shí)施例涉及半導(dǎo)體集成電路技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種晶圓級真空封裝的MEMS晶振。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)石英晶振是利用石英晶體的壓電效應(yīng)制成的一種諧振器件，其基本構(gòu)成大致是：從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片，在它的兩個(gè)對應(yīng)面上涂敷銀漿層作為電極，在每個(gè)電極上焊接引線接出到管腳，再封裝上外殼就構(gòu)成了石英晶振。但由于其受到傳統(tǒng)制造工藝的限制以及下游原材料市場的壟斷，因此性價(jià)比無法進(jìn)一步提升。不僅如此，石英產(chǎn)品在溫漂、老化、抗震性、穩(wěn)定性、體積等方面的制約，也越來越不能適應(yīng)現(xiàn)在的高精度產(chǎn)品。

MEMS晶振，則采用自然界最普通的硅作為原材料和全自動化的半導(dǎo)體IC技術(shù)的制作工藝，在性能方面彌補(bǔ)了石英振蕩器的先天缺陷，同時(shí)降低了生產(chǎn)成本。隨著MEMS技術(shù)的發(fā)展，其作為傳統(tǒng)石英晶振的升級產(chǎn)品得到越來越廣泛的應(yīng)用。MEMS晶振，具有更小的尺寸，無溫漂，更好的可靠性和更低的成本等優(yōu)點(diǎn)，符合現(xiàn)代電子發(fā)展方向。

在封裝方面，作為傳統(tǒng)石英晶振的替代者，一般MEMS晶振采用與傳統(tǒng)石英晶振相同的焊接管腳排列和封裝，與傳統(tǒng)石英晶振完全兼容，便于使用者直接替代而無須更改任何設(shè)計(jì)；同時(shí)，為了滿足精度和長期可靠性，較少空氣阻尼的影響，較少在后道組裝和切割工藝中受到損傷，MEMS晶振需要真空封裝。

為了滿足以上兩個(gè)要求，業(yè)界主流的解決方案為先對MEMS晶振進(jìn)行晶圓級真空封裝，再將其切割成單顆芯片，最后采用與替代目標(biāo)傳統(tǒng)石英晶振相同的封裝形式進(jìn)行封裝。現(xiàn)有的MEMS晶振進(jìn)行晶圓級真空封裝均是通過采用生長單晶硅外延的辦法形成封裝外殼，但是外延單晶硅的應(yīng)力較難控制，外延單晶硅的應(yīng)力不當(dāng)，其MEMS晶振的機(jī)械強(qiáng)度較低，降低了MEMS晶振的抗震能力。因而真空封裝工藝中，外延單晶硅制備難度相對較高，進(jìn)而使得MEMS晶振成品率較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型提供一種晶圓級真空封裝的MEMS晶振，克服現(xiàn)有技術(shù)中采用單晶硅外延可靠性低的問題，采用單晶硅晶圓作為諧振器的真空密封外殼，提高產(chǎn)品的成本率，同時(shí)提高M(jìn)EMS晶振的機(jī)械強(qiáng)度。

第一方面，本實(shí)用新型提供一種晶圓級真空封裝的MEMS晶振，其中，包括

一蓋板；

具有諧振器的晶振本體，其中，所述蓋板覆蓋所述晶振本體；

所述蓋板具有第一類空腔和第二類空腔，所述第一類空腔結(jié)合所述諧振器形成一密封諧振空腔，

設(shè)置于與所述第二類空腔匹配的所述晶振本體表面的金屬電極。

優(yōu)選地，上述的一種晶圓級真空封裝的MEMS晶振，其中，所述第二類空腔為梯形空腔。

優(yōu)選地，上述的一種晶圓級真空封裝的MEMS晶振，其中，所述第二類空腔為矩形空腔。

優(yōu)選地，上述的一種晶圓級真空封裝的MEMS晶振，其中，所述金屬電極的高度完全匹配所述第二類空腔。

優(yōu)選地，上述的一種晶圓級真空封裝的MEMS晶振，其中，所述金屬電極的高度大于所述第二類空腔，以使所述金屬電極延伸至所述蓋板表面。

優(yōu)選地，上述的一種晶圓級真空封裝的MEMS晶振，其中，所述蓋板由單晶硅晶圓形成。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是：

本實(shí)用新型通過將設(shè)置有第一類空腔、第二類空腔的蓋板鍵合至所述晶振本體表面，以使所述晶振本體與所述蓋板形成一真空密封諧振空腔。解決了通過生長單晶硅外延形成封裝外殼以實(shí)現(xiàn)密封而導(dǎo)致成品率低的技術(shù)問題，達(dá)到了提高生產(chǎn)的成品率、同時(shí)減少工藝難度。同時(shí)采用單晶硅晶圓形成蓋板制成的MEMS晶振，因單晶硅的機(jī)械強(qiáng)度較高，進(jìn)而其MEMS的機(jī)械強(qiáng)度較高，提高了MEMS晶振的抗震能力，使用過程中的殘余應(yīng)力小，MEMS晶振的穩(wěn)定性相對提高。

附圖說明

圖1a～1d是本實(shí)用新型實(shí)施例一中一種晶圓級真空封裝的MEMS晶振的制備方法的流程圖；

圖2a～2d是本實(shí)用新型實(shí)施例一中一種晶圓級真空封裝的MEMS晶振的制備方法的流程圖；

圖3a～3e是本實(shí)用新型實(shí)施例二中一種晶圓級真空封裝的MEMS晶振的制備方法的流程圖；

圖4a～4d是本實(shí)用新型實(shí)施例三中一種晶圓級真空封裝的MEMS晶振的制備方法的流程圖；

圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例四中一種晶圓級真空封裝的MEMS晶振的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明?？梢岳斫獾氖牵颂幩枋龅木唧w實(shí)施例僅僅用于解釋本實(shí)用新型，而非對本實(shí)用新型的限定。另外還需要說明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本實(shí)用新型相關(guān)的部分而非全部結(jié)構(gòu)。

實(shí)施例一

本實(shí)用新型實(shí)施例一提供的一種晶圓級真空封裝的MEMS晶振的制備方法的流程圖，本實(shí)施例可適用于MEMS晶振的制造，具體包括如下步驟：

步驟S110、提供一具有諧振器的晶振本體、單晶硅晶圓；

步驟S120、如圖1a所示，于所述單晶硅晶圓上蝕刻第一類空腔21、第二類空腔22以形成蓋板2；其中所述第一類空腔21的深度小于所述第二類空腔22的深度；

步驟S130、如圖1b所示，鍵合所述晶振本體1、所述蓋板2，以使所述晶振本體1與所述蓋板2形成一密封諧振空腔3；

步驟S140、如圖1c所示，減薄所述蓋板2，以使與所述第二類空腔22匹配的所述晶振本體1表面顯露；

步驟S150、如圖1d所示，于顯露的所述晶振本體設(shè)置金屬電極5。

該晶圓級真空封裝的MEMS晶振的制備方法的工作原理：

首先于所述單晶硅晶圓上蝕刻第一類空腔、第二類空腔以形成蓋板；其中所述第一類空腔的深度小于所述第二類空腔的深度，鍵合所述晶振本體、所述蓋板，以使所述晶振本體與所述蓋板形成一密封諧振空腔，減薄所述蓋板，以使與所述第二類空腔匹配的所述晶振本體表面顯露；于顯露的所述晶振本體設(shè)置金屬電極以完成MEMS晶振的制造。

本實(shí)施例的技術(shù)方案，通過將設(shè)置有第一類空腔、第二類空腔的蓋板鍵合至所述晶振本體表面，其中第一類宮腔的深度小于第二類空腔的深度，在對所述蓋板做減薄操作時(shí)，可以做到第二類空腔被貫通的狀態(tài)下，第一類空腔仍可以與所述晶振本體形成一真空密封諧振空腔。解決了通過生長單晶硅外延形成封裝外殼以實(shí)現(xiàn)密封而導(dǎo)致成品率低的技術(shù)問題，達(dá)到了提高生產(chǎn)的成品率、同時(shí)減少工藝難度。同時(shí)采用單晶硅晶圓形成蓋板制成的MEMS晶振，因單晶硅的機(jī)械強(qiáng)度較高，進(jìn)而其MEMS的機(jī)械強(qiáng)度較高，提高了MEMS晶振的抗震能力，使用過程中的殘余應(yīng)力小，MEMS晶振的穩(wěn)定性相對提高。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，上述的晶圓級真空封裝的MEMS晶振的制備方法流程示意圖，其中，提供一具有諧振器的晶振本體，包括

步驟S1101、如圖2a所示，提供第一晶圓，所述第一晶圓包括第一單晶硅層11、第二單晶硅層12以及設(shè)置于所述第一單晶硅與所述第二單晶硅之間的第一氧化硅層13；

步驟S1102、如圖2b所示，于所述第二單晶硅層12的第一預(yù)定位置和第二預(yù)定位置濕法腐蝕工藝或干法腐蝕形成以使所述第一氧化硅層13顯露的第一硅刻蝕孔121和第二硅刻蝕孔122；所述第一硅刻蝕孔121和第二硅刻蝕孔122結(jié)合所述第二單晶硅層12形成所述諧振器14；進(jìn)一步地，采用熱氧工藝或沉積工藝于所述第二單晶硅層12表面及所述第一硅刻蝕孔121和所述第二硅刻蝕孔122內(nèi)填充第二氧化硅層以真空密封所述第一硅刻蝕孔121和所述第二硅刻蝕孔122。

步驟S1103、如圖2c所示，于所述第二單晶硅層12表面及所述第一硅刻蝕孔121和所述第二硅刻蝕孔122內(nèi)填充第二氧化硅15以真空密封所述第一硅刻蝕孔121和所述第二硅刻蝕孔122；

步驟S1104、如圖2d所示，濕法腐蝕工藝或干法腐蝕所述第二硅刻蝕孔122和部分所述第二氧化硅層和部分所述第一氧化硅層13以釋放所述諧振器14。

實(shí)施例二

本實(shí)用新型實(shí)施例二提供的一種晶圓級真空封裝的MEMS晶振的制備方法工藝流程圖，本實(shí)施例可適用于MEMS晶振的制造，具體包括如下步驟：

步驟S210、提供一具有諧振器的晶振本體和單晶硅晶圓；

步驟S220、如圖3a所示，于所述單晶硅晶圓上刻蝕第一類空腔41和第二類空腔42以形成蓋板4；其中所述第一類空腔41的深度等于所述第二類空腔42的深度；

步驟S230、如圖3b所示，鍵合所述晶振本體1和所述蓋板4，以使所述晶振本體1與所述蓋板4形成一密封諧振空腔3；

步驟S240、如圖3c所示，減薄所述蓋板4于預(yù)定厚度；

步驟S250、如圖3d所示,圖案化并刻蝕所述蓋板4以使與所述第二類空腔42匹配的所述晶振本體1顯露；進(jìn)一步地，采用光刻膠圖案化并刻蝕所述蓋板4。

步驟S260、如圖3e所示,于顯露的所述晶振本體1表面設(shè)置金屬電極5。

上述實(shí)施例的工作原理是：

首先，于所述單晶硅晶圓上刻蝕第一類空腔41和第二類空腔42以形成蓋板4；其中所述第一類空腔41的深度等于所述第二類空腔42的深度，然后鍵合所述晶振本體1和所述蓋板4，以使所述晶振本體1與所述蓋板4形成一密封諧振空腔3，接著減薄所述蓋板4于預(yù)定厚度；圖案化并刻蝕所述蓋板4以使與所述第二類空腔42匹配的所述晶振本體1顯露；最后于顯露的所述晶振本體1表面設(shè)置金屬電極5。

本實(shí)施例的技術(shù)方案，通過將設(shè)置有第一類空腔41、第二類空腔42的蓋板4鍵合至所述晶振本體1表面，其中第一類宮腔的深度等于第二類空腔42的深度，在對所述蓋板4做減薄操作時(shí)，第一類空腔41與所述晶振本體1形成一真空密封諧振空腔3，第二類空腔42繼續(xù)處于密封狀態(tài)，通過圖案化并刻蝕所述蓋板4以使與所述第二類空腔42匹配的所述晶振本體1顯露，將所述第二類空腔42貫通。解決了通過生長單晶硅外延形成封裝外殼以實(shí)現(xiàn)密封而導(dǎo)致成品率低的技術(shù)問題，達(dá)到了提高生產(chǎn)的成品率、同時(shí)減少工藝難度。同時(shí)采用單晶硅晶圓形成蓋板4制成的MEMS晶振，因單晶硅的機(jī)械強(qiáng)度較高，進(jìn)而其MEMS的機(jī)械強(qiáng)度較高，提高了MEMS晶振的抗震能力，使用過程中的殘余應(yīng)力小，MEMS晶振的穩(wěn)定性相對提高。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，上述的晶圓級真空封裝的MEMS晶振的制備方法，其中，提供一具有諧振器的晶振本體1，包括

步驟S2101、提供第一晶圓，所述第一晶圓包括第一單晶硅層、第二單晶硅層以及設(shè)置于所述第一單晶硅與所述第二單晶硅之間的第一氧化硅層；

步驟S2102、于所述第二單晶硅層的第一預(yù)定位置和第二預(yù)定位置濕法腐蝕工藝或干法腐蝕形成以使所述第一氧化硅層顯露的第一硅刻蝕孔和第二硅刻蝕孔；所述第一硅刻蝕孔和第二硅刻蝕孔結(jié)合所述第二單晶硅層形成所述諧振器；進(jìn)一步地，采用熱氧工藝或沉積工藝于所述第二單晶硅層表面及所述第一硅刻蝕孔和所述第二硅刻蝕孔內(nèi)填充第二氧化硅層以真空密封所述第一硅刻蝕孔和所述第二硅刻蝕孔。

步驟S2103、于所述第二單晶硅層表面及所述第一硅刻蝕孔和所述第二硅刻蝕孔內(nèi)填充第二氧化硅以真空密封所述第一硅刻蝕孔和所述第二硅刻蝕孔；

步驟S2104、濕法腐蝕工藝或干法腐蝕所述第二硅刻蝕孔和部分所述第二氧化硅層和部分所述第一氧化硅層以釋放所述諧振器。

實(shí)施例三

本實(shí)用新型實(shí)施例二提供的一種晶圓級真空封裝的MEMS晶振的制備方法工藝流程圖，本實(shí)施例可適用于MEMS晶振的制造，具體包括如下步驟：

步驟S310、提供一具有諧振器的晶振本體和單晶硅晶圓；

步驟S320、如圖4a所示，于所述單晶硅晶圓上蝕刻第一類空腔以形成蓋板；

步驟S330、如圖4b所示，鍵合所述MEMS晶振本體和所述蓋板，以使所述MEMS晶振本體與所述蓋板形成一密封諧振空腔；

步驟S340、如圖4c所示，減薄所述蓋板至預(yù)定厚度；

步驟S350、如圖4d所示，于所述蓋板的預(yù)定位置刻蝕所述蓋板以顯露的所述晶振本體；并于顯露的所述晶振本體表面填充金屬一形成金屬電極。

上述實(shí)施例的工作原理是：

首先，于所述單晶硅晶圓上刻蝕第一類空腔以形成蓋板；然后鍵合所述晶振本體和所述蓋板，以使所述晶振本體與所述蓋板形成一密封諧振空腔，接著減薄所述蓋板于預(yù)定厚度；于所述蓋板的預(yù)定位置刻蝕所述蓋板以顯露的所述晶振本體；于顯露的所述晶振本體表面填充金屬一形成金屬電極。

本實(shí)施例的技術(shù)方案，通過將設(shè)置有第一類空腔蓋板鍵合至所述晶振本體表面，在對所述蓋板做減薄操作時(shí)，第一類空腔與所述晶振本體形成一真空密封諧振空腔，采用穿硅通孔工藝于顯露的所述晶振本體表面填充金屬形成所述金屬電極。解決了通過生長單晶硅外延形成封裝外殼以實(shí)現(xiàn)密封而導(dǎo)致成品率低的技術(shù)問題，達(dá)到了提高生產(chǎn)的成品率、同時(shí)減少工藝難度。同時(shí)采用單晶硅晶圓形成蓋板制成的MEMS晶振，因單晶硅的機(jī)械強(qiáng)度較高，進(jìn)而其MEMS的機(jī)械強(qiáng)度較高，提高了MEMS晶振的抗震能力，使用過程中的殘余應(yīng)力小，MEMS晶振的穩(wěn)定性相對提高。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，上述的晶圓級真空封裝的MEMS晶振的制備方法，其中，提供一具有諧振器的晶振本體，包括

步驟S3101、提供第一晶圓，所述第一晶圓包括第一單晶硅層、第二單晶硅層以及設(shè)置于所述第一單晶硅與所述第二單晶硅之間的第一氧化硅層；

步驟S3102、于所述第二單晶硅層的第一預(yù)定位置和第二預(yù)定位置濕法腐蝕工藝或干法腐蝕形成以使所述第一氧化硅層顯露的第一硅刻蝕孔和第二硅刻蝕孔；所述第一硅刻蝕孔和第二硅刻蝕孔結(jié)合所述第二單晶硅層形成所述諧振器；進(jìn)一步地，采用熱氧工藝或沉積工藝于所述第二單晶硅層表面及所述第一硅刻蝕孔和所述第二硅刻蝕孔內(nèi)填充第二氧化硅層以真空密封所述第一硅刻蝕孔和所述第二硅刻蝕孔。

步驟S3103、于所述第二單晶硅層表面及所述第一硅刻蝕孔和所述第二硅刻蝕孔內(nèi)填充第二氧化硅以真空密封所述第一硅刻蝕孔和所述第二硅刻蝕孔；

步驟S3104、濕法腐蝕工藝或干法腐蝕所述第二硅刻蝕孔和部分所述第二氧化硅層和部分所述第一氧化硅層以釋放所述諧振器。

實(shí)施例四

圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例四提供的晶圓級真空封裝的MEMS晶振的結(jié)構(gòu)示意圖，包括應(yīng)用上述的晶圓級真空封裝的MEMS晶振的制備方法形成的蓋板；

具有諧振器的晶振本體7，其中，所述蓋板8覆蓋所述晶振本體7；

所述蓋板8具有第一類空腔81和第二類空腔82，所述第一類空腔81結(jié)合所述諧振器形成一密封諧振空腔78，

設(shè)置于與所述第二類空腔82匹配的所述晶振本體7表面的金屬電極9。

作為進(jìn)一步優(yōu)選實(shí)施方案，上述的一種晶圓級真空封裝的MEMS晶振，其中，所述第二類空腔82為梯形空腔或矩形空腔。

作為進(jìn)一步優(yōu)選實(shí)施方案，上述的一種晶圓級真空封裝的MEMS晶振，其中，所述金屬電極9的高度完全匹配所述第二類空腔82。

作為進(jìn)一步優(yōu)選實(shí)施方案，上述的一種晶圓級真空封裝的MEMS晶振，其中，所述金屬電極9的高度大于所述第二類空腔82，以使所述金屬電極9延伸至所述蓋板9表面。

作為進(jìn)一步優(yōu)選實(shí)施方案，上述的一種晶圓級真空封裝的MEMS晶振，其中，所述蓋板9由單晶硅晶圓形成。

本實(shí)施例的晶圓級真空封裝的MEMS晶振為上述晶圓級真空封裝的MEMS晶振制備方法形成的MEMS晶振，具有上述晶圓級真空封裝的MEMS晶振同樣的技術(shù)效果。此處不做贅述。

如果期望的話，這里所討論的不同功能可以以不同順序執(zhí)行和/或彼此同時(shí)執(zhí)行。此外，如果期望的話，以上所描述的一個(gè)或多個(gè)功能可以是可選的或者可以進(jìn)行組合。

如果期望的話，上文所討論的各步驟并不限于各實(shí)施例中的執(zhí)行順序，不同步驟可以以不同順序執(zhí)行和/或彼此同時(shí)執(zhí)行。此外，在其他實(shí)施例中，以上所描述的一個(gè)或多個(gè)步驟可以是可選的或者可以進(jìn)行組合。

雖然本實(shí)用新型的各個(gè)方面在獨(dú)立權(quán)利要求中給出，但是本實(shí)用新型的其它方面包括來自所描述實(shí)施方式的特征和/或具有獨(dú)立權(quán)利要求的特征的從屬權(quán)利要求的組合，而并非僅是權(quán)利要求中所明確給出的組合。

這里所要注意的是，雖然以上描述了本實(shí)用新型的示例實(shí)施方式，但是這些描述并不應(yīng)當(dāng)以限制的含義進(jìn)行理解。相反，可以進(jìn)行若干種變化和修改而并不背離如所附權(quán)利要求中所限定的本實(shí)用新型的范圍。

注意，上述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例及所運(yùn)用技術(shù)原理。本領(lǐng)域技術(shù)人員會理解，本實(shí)用新型不限于這里所述的特定實(shí)施例，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說能夠進(jìn)行各種明顯的變化、重新調(diào)整和替代而不會脫離本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。因此，雖然通過以上實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行了較為詳細(xì)的說明，但是本實(shí)用新型不僅僅限于以上實(shí)施例，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的情況下，還可以包括更多其他等效實(shí)施例，而本實(shí)用新型的范圍由所附的權(quán)利要求范圍決定。