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首頁技術(shù)支持 SiTime 的 MEMS First 和 EpiSeal 工藝

SiTime 的 MEMS First 和 EpiSeal 工藝

來源:http://m.sdyoujian.cn 作者:億金電子 2024年12月17
MEMS First™ 和 EpiSeal™ 是 SiTime晶振用于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(wěn)定且非常耐用。由于這些工藝使用標(biāo)準(zhǔn)的 CMOS 代工工具和材料,因此它們生產(chǎn)的產(chǎn)品具有高度可制造性、卓越的質(zhì)量和可靠性。此外,大硅片規(guī)格的生產(chǎn)可實(shí)現(xiàn)大批量和快速的產(chǎn)量增加。以下部分更詳細(xì)地探討了 MEMS First 和 EpiSeal 工藝的關(guān)鍵方面。
 
1.1 封裝
在開發(fā) MEMS First 工藝之前,封裝是制約 MEMS 諧振器商業(yè)化的首要問題。MEMS First 工藝通過生產(chǎn)帶有封閉在單個(gè)微真空室內(nèi)的諧振器的成品晶圓來消除這一限制。這些晶圓看起來像標(biāo)準(zhǔn) CMOS 晶圓,可以使用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 IC 封裝工藝進(jìn)行封裝,例如塑料成型、倒裝芯片、芯片堆棧和芯片級封裝。
 
1.2 穩(wěn)定性
MEMS First 工藝的氣密密封功能稱為 EpiSeal,是在非常高的溫度下在干凈的真空環(huán)境中完成的。這導(dǎo)致了諧振器的高穩(wěn)定性。傳統(tǒng)的低溫封裝使用陶瓷封裝或晶圓鍵合,會在封裝中留下?lián)]發(fā)性有機(jī)物和水殘留物,從而導(dǎo)致諧振器的質(zhì)量負(fù)載和頻率漂移。采用 EpiSeal 的 MEMS First 是唯一一種經(jīng)驗(yàn)證的制造工藝,其生產(chǎn)的諧振器的穩(wěn)定性可與石英晶體相媲美或超過石英晶體。
 
1.3 耐用性
MEMS First 封裝堅(jiān)固耐用。諧振器受到一層硅層保護(hù),該硅層可以承受塑料成型中使用的高壓,最高可達(dá) 100 bar 或 1500 PSI。MEMS First 封裝在此壓力下保持完整。
 
1.4 規(guī)格
與晶圓鍵合等其他封裝方法相比,MEMS First 封裝不需要額外的芯片面積。成品 MEMS First 晶圓可以背接地至小于 100 um 的厚度。正因?yàn)槿绱耍琒iTime 諧振器是世界上最小、最薄的。此外,MEMS First 封裝支持使用先進(jìn)的 IC 封裝技術(shù),從而制造出世界上最小的振蕩器。
 
1.5 可制造性
SiTime 使用最先進(jìn)的 200 毫米 CMOS 制造工具和設(shè)施,支持使用標(biāo)準(zhǔn)供應(yīng)鏈,具有調(diào)度可靠性、產(chǎn)量可擴(kuò)展性和生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)勢。
 
1.6 質(zhì)量
現(xiàn)代 CMOS 晶圓制造的一個(gè)突出特點(diǎn)是能夠以出色的控制方式,精確地重復(fù)晶圓與晶圓之間、批次與批次之間、年復(fù)一年的制造步驟。SiTime 利用這種高精度的可重復(fù)性來生產(chǎn)質(zhì)量優(yōu)化的諧振器。
 
 
2. 詳細(xì)的 MEMS First 工藝流程
2.1 Resonator 定義
起始材料是厚絕緣體上硅 (SOI) 晶圓。諧振器采用 Bosch 深反應(yīng)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,并將氧化物圖案化以形成接觸孔。接觸孔經(jīng)過蝕刻,以便與諧振器和電極進(jìn)行電氣連接。氧化物也從諧振器周圍的磁場區(qū)域去除。
 
2.3 通風(fēng)口形成
薄硅層生長在氧化物的頂部,并在這些層中形成精細(xì)的通風(fēng)口圖案。通風(fēng)口可以去除諧振器周圍的氧化物,并位于諧振器上方,它們必須能夠自由振動。
 
2.4 Resonator 釋放
用氫氟酸 (HF) 蒸氣去除諧振結(jié)構(gòu)周圍的氧化物。此步驟定義了諧振器在其中工作的封閉真空腔的體積。在諧振器和電極錨定到襯底的地方,氧化物不會被去除。
 
2.5 EpiSeal 諧振器封裝
EpiSeal 密封工藝是形成穩(wěn)定諧振器的關(guān)鍵,當(dāng)封裝部件焊接到印刷電路板 (PCB) 上時(shí),其頻率不會隨時(shí)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(yīng)器中關(guān)閉的通風(fēng)口。熱氫氣和氯氣清潔諧振器,而含硅氣體將多晶硅沉積在通風(fēng)口中以密封超潔凈腔。密封后,長出厚實(shí)耐用的封裝層。諧振器周圍的腔室保持超潔凈的真空。
 
2.6 過孔形成
對諧振器和電極進(jìn)行電氣通孔。溝槽被蝕刻和填充,形成與電極和諧振器的接觸。
 
2.7 金屬化
電氣互連由鋁走線和焊盤制成,該過程在走線上涂上氧化硅和氮化物劃痕掩模。
 
3. MEMS First 工藝的特點(diǎn)和優(yōu)勢
特征
標(biāo)準(zhǔn)工藝和材料
行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的過程控制和 6 西格瑪理念
高溫在線封裝以保護(hù) MEMS 結(jié)構(gòu)
標(biāo)準(zhǔn) IC 后端(封裝和測試)
 
好處
利用現(xiàn)有供應(yīng)鏈降低成本
更高的產(chǎn)量、質(zhì)量和可靠性
體積更小,穩(wěn)定性、可靠性和質(zhì)量更高
利用現(xiàn)有供應(yīng)鏈降低成本
 
4. 結(jié)論
SiTime 的 MEMS First 工藝采用 EpiSeal 技術(shù),是使 SiTime 能夠生產(chǎn)世界上最先進(jìn)、最穩(wěn)定、最可靠的 MEMS 諧振器的關(guān)鍵技術(shù)之一。這種獨(dú)特的專利工藝僅可從 SiTime 獲得。


 
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