MEMS First和EpiSeal是SiTime用来制造非常小的硅谐振器芯片的专有工艺,这些芯片完全封装在硅中,非常稳定,非常耐用.因为这些工艺使用标准的互补金属氧化物半导体铸造工具和材料,所以它们生产的产品具有高质量和高可靠性.此外,大晶片形式的生产导致高体积和快速体积斜坡.以下部分将更详细地探讨微机电系统第一和附加工艺的关键方面.
1.1封装
在发展微机电系统第一工艺之前,封装是首要的限制问题
MEMS晶振的商业化.微机电系统第一工艺通过生产带有封装在单个微真空室中的谐振器的成品晶片来消除这一限制.这些晶片看起来像标准的互补金属氧化物半导体晶片,可以用工业标准的集成电路封装工艺进行封装,例如塑料模制,倒装芯片,芯片堆叠和芯片级封装.
1.2稳定性
微机电系统第一工艺的气密密封特征称为密封,是在清洁的真空环境中在非常高的温度下完成的.这导致谐振器的高稳定性.使用陶瓷封装或晶片键合的传统低温封装会在封装中留下挥发性有机物和水残留物,这会导致谐振器的质量负载和频率漂移.微机电系统第一与EpiSeal是唯一被证明的制造工艺,它生产的谐振器具有与石英晶体相当或超过石英晶体的稳定性.

1.3耐久性
微机电系统第一封装坚固耐用.谐振器被保护在硅层下,该硅层可以承受塑料模制中使用的高达100巴或1500磅/平方英寸的高压.微机电系统第一封装在此压力下保持完整.
1.4尺寸
微机电系统第一封装与其他封装方法如晶片键合相比,不需要额外的芯片面积.完成的微机电系统第一晶片可以回接地至小于100um厚.正因为如此,SiTime谐振器是世界上最小最薄的谐振器.此外,微机电系统第一封装支持使用先进的集成电路封装技术,从而生产出世界上最小的有源晶振.
1.5可制造性
SiTime采用最先进的200毫米互补金属氧化物半导体制造工具和设施,能够使用标准供应链,具有调度可靠性,批量可扩展性和生产经济性的优势.
1.6质量
现代互补金属氧化物半导体晶片制造的一个突出特点是能够精确地重复晶片间,批次间和年度间的制造步骤,并具有出色的控制能力.SiTime利用这种高度精确的重复性来生产具有最佳质量的谐振器.
2、详细的微机电系统第一工艺流程
2.1谐振器定义

起始材料是厚绝缘体上硅晶片.谐振器采用博世深度反应离子蚀刻(DRIE)工艺形成.
2.2氧化物填充

通过用氧化物填充沟槽来平坦化晶片表面,并且氧化物被图案化以形成接触孔.接触孔被蚀刻以实现与石英晶振谐振器和电极的电连接.氧化物也从谐振器周围的场区去除.
2.3通风口的形成

薄硅层生长在氧化物的顶部,精细的通风口穿过这些层形成图案.通风口能够去除谐振器周围的氧化物,并位于谐振器上方,谐振器必须能够自由振动.
2.4谐振器释放

用氢氟酸蒸汽去除共振结构周围的氧化物.该步骤限定了谐振器工作的封闭真空腔的容积.谐振器和电极固定在衬底上时,氧化物不会被去除.
2.5外壳谐振器封装

密封工艺是形成稳定谐振器的关键,当封装部件焊接到印刷电路板上时,谐振器的频率不会随时间漂移或偏移.SiTime的EpiSeal工艺清洁谐振器和真空腔,然后密封高温外延反应器中关闭的排气口.热氢气和氯气清洁谐振器,同时含硅气体将多晶硅沉积在通风口中,以密封超清洁的腔体.密封后,生长出厚的耐用封装层.贴片晶振谐振器周围的腔室保持超干净的真空.
2.6过孔形成

谐振器和电极之间有电通路.蚀刻和填充沟槽,形成与电极和谐振器的接触.
2.7金属化

电互连由铝迹线和接合焊盘制成,并且该过程由迹线上的氧化硅和氮化物刮痕掩模完成.
3、微机电系统第一工艺的特点和优势

4、结论
SiTime的微机电系统第一次与EpiSeal工艺是使SiTime能够生产世界上最先进,最稳定和最可靠的MEMS晶振的关键技术之一.这种独特的专利工艺只能从SiTime获得.

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