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探討MEMS晶振第一和附加工藝的關鍵方面

來源:http://www.jjahid.co 作者:康比電子 2019年06月24
    MEMS First和EpiSeal是SiTime用來制造非常小的硅諧振器芯片的專有工藝,這些芯片完全封裝在硅中,非常穩定,非常耐用.因為這些工藝使用標準的互補金屬氧化物半導體鑄造工具和材料,所以它們生產的產品具有高質量和高可靠性.此外,大晶片形式的生產導致高體積和快速體積斜坡.以下部分將更詳細地探討微機電系統第一和附加工藝的關鍵方面.
1.1封裝
    在發展微機電系統第一工藝之前,封裝是首要的限制問題
    MEMS晶振的商業化.微機電系統第一工藝通過生產帶有封裝在單個微真空室中的諧振器的成品晶片來消除這一限制.這些晶片看起來像標準的互補金屬氧化物半導體晶片,可以用工業標準的集成電路封裝工藝進行封裝,例如塑料模制,倒裝芯片,芯片堆疊和芯片級封裝.
1.2穩定性
    微機電系統第一工藝的氣密密封特征稱為密封,是在清潔的真空環境中在非常高的溫度下完成的.這導致諧振器的高穩定性.使用陶瓷封裝或晶片鍵合的傳統低溫封裝會在封裝中留下揮發性有機物和水殘留物,這會導致諧振器的質量負載和頻率漂移.微機電系統第一與EpiSeal是唯一被證明的制造工藝,它生產的諧振器具有與石英晶體相當或超過石英晶體的穩定性.

1.3耐久性
    微機電系統第一封裝堅固耐用.諧振器被保護在硅層下,該硅層可以承受塑料模制中使用的高達100巴或1500磅/平方英寸的高壓.微機電系統第一封裝在此壓力下保持完整.
1.4尺寸
    微機電系統第一封裝與其他封裝方法如晶片鍵合相比,不需要額外的芯片面積.完成的微機電系統第一晶片可以回接地至小于100um厚.正因為如此,SiTime諧振器是世界上最小最薄的諧振器.此外,微機電系統第一封裝支持使用先進的集成電路封裝技術,從而生產出世界上最小的有源晶振.
1.5可制造性
    SiTime采用最先進的200毫米互補金屬氧化物半導體制造工具和設施,能夠使用標準供應鏈,具有調度可靠性,批量可擴展性和生產經濟性的優勢.
1.6質量
    現代互補金屬氧化物半導體晶片制造的一個突出特點是能夠精確地重復晶片間,批次間和年度間的制造步驟,并具有出色的控制能力.SiTime利用這種高度精確的重復性來生產具有最佳質量的諧振器.
2、詳細的微機電系統第一工藝流程
2.1諧振器定義
    起始材料是厚絕緣體上硅晶片.諧振器采用博世深度反應離子蝕刻(DRIE)工藝形成.
2.2氧化物填充
    通過用氧化物填充溝槽來平坦化晶片表面,并且氧化物被圖案化以形成接觸孔.接觸孔被蝕刻以實現與石英晶振諧振器和電極的電連接.氧化物也從諧振器周圍的場區去除.
2.3通風口的形成
    薄硅層生長在氧化物的頂部,精細的通風口穿過這些層形成圖案.通風口能夠去除諧振器周圍的氧化物,并位于諧振器上方,諧振器必須能夠自由振動.
2.4諧振器釋放
    用氫氟酸蒸汽去除共振結構周圍的氧化物.該步驟限定了諧振器工作的封閉真空腔的容積.諧振器和電極固定在襯底上時,氧化物不會被去除.
2.5外殼諧振器封裝
    密封工藝是形成穩定諧振器的關鍵,當封裝部件焊接到印刷電路板上時,諧振器的頻率不會隨時間漂移或偏移.SiTime的EpiSeal工藝清潔諧振器和真空腔,然后密封高溫外延反應器中關閉的排氣口.熱氫氣和氯氣清潔諧振器,同時含硅氣體將多晶硅沉積在通風口中,以密封超清潔的腔體.密封后,生長出厚的耐用封裝層.貼片晶振諧振器周圍的腔室保持超干凈的真空.
2.6過孔形成
    諧振器和電極之間有電通路.蝕刻和填充溝槽,形成與電極和諧振器的接觸.
2.7金屬化
    電互連由鋁跡線和接合焊盤制成,并且該過程由跡線上的氧化硅和氮化物刮痕掩模完成.
3、微機電系統第一工藝的特點和優勢
4、結論
    SiTime的微機電系統第一次與EpiSeal工藝是使SiTime能夠生產世界上最先進,最穩定和最可靠的MEMS晶振的關鍵技術之一.這種獨特的專利工藝只能從SiTime獲得.
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