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。通过在器件晶圆中形成下空腔以及在基板中形成上空腔，并利用键合工艺使器件晶圆和基板键合，以将压电谐振片夹持在器件晶圆和基板之间，并使下空腔和上空腔分别对应在压电谐振片的两侧以构成晶体谐振器，同时还使晶体谐振器电连接控制电路，实现了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，晶体谐振器的压电晶片位于所述密闭腔室中，并且使压电晶片两侧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，并刻蚀所述器件晶圆以形成所述晶体谐振器的下空腔；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器件晶圆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，键合所述器件晶圆和所述基板，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；基板，所述基板和所述器件晶圆相互键合，并且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，设置在所述器件晶圆和所述基板之间，并通过所述连接结构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，通过半导体平面工艺分别在器件晶圆和基板中形成下空腔和上空腔，并利用键合工艺键合基板和器件晶圆，以将压电谐振片夹持在器件晶圆和基板之间，并使下空腔和上空腔分别对应在压电谐振片相对的两侧以构成晶体谐振器，从而实现控制电路和晶体谐振器的集成设置。如此，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2g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3e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。其中，附图标记如下：100-器件晶圆；AA-器件区；100A-基底晶圆；100B-介质层；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；210-下电极；220-压电晶片；230-上电极；300-基板；310-上空腔；410-第一塑封层；420-第二塑封层；510-互连线；520-导电插塞。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，以提高所形成的晶体谐振器的集成度并有利于缩小器件尺寸。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，如图1所示，所述晶体谐振器与控制电路的集成方法包括：步骤S100，提供器件晶圆，所述器件晶圆中形成有控制电路，并刻蚀所述器件晶圆以形成所述晶体谐振器的下空腔；步骤S200，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；步骤S300，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器件晶圆和所述基板其中之一上；步骤S400，在所述器件晶圆或所述基板上形成连接结构；步骤S500，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。即，本专利技术中，利用半导体平面工艺将晶体谐振器和控制电路集成在一起。一方面，可以进一步缩减所形成的晶体谐振器的整体器件尺寸，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。实施例一图2a～图2g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。以下结合附图对本实施例中的各个步骤进行详细说明。在步骤S100中，具体参考图2a和图2b所示，提供器件晶圆100，在所述器件晶圆100中形成有控制电路110，并刻蚀所述器件晶圆100以形成所述晶体谐振器的下空腔120。即，所述下空腔120从所述器件晶圆100的正面暴露出，以及所述控制电路110例如用于在后续所形成的压电晶片的两侧施加电信号。其中，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用于形成一个晶体谐振器，所述控制电路110形成在所述器件区AA中。进一步的，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晶片两侧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，并刻蚀所述器件晶圆以形成所述晶体谐振器的下空腔；/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器件晶圆的正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在所述器件晶圆的正面上键合所述基板，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，并刻蚀所述器件晶圆以形成所述晶体谐振器的下空腔；
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器件晶圆的正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，
在所述器件晶圆的正面上键合所述基板，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，所述器件晶圆包括基底晶圆和形成在所述基底晶圆上的介质层，所述下空腔形成在所述介质层中。


4.如权利要求3所述的晶体谐振器与控制电路的集成方法，其特征在于，所述基底晶圆为绝缘体上硅基底，包括沿着由所述背面至所述正面的方向依次层叠设置的底衬层、掩埋氧化层和顶硅层；以及，所述下空腔还从所述介质层延伸至所述掩埋氧化层。


5.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。


6.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：
在所述器件晶圆表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上。


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。


8.如权利要求6或7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。


9.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。


10.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。


11.如权利要求10所述的晶体谐振器与控制电路的集成方法，其特征在于，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表面上，并且所述下电极还从所述压电晶片的下方延伸出以和所述第一互连结构电性连接，所述下电极从所述压电晶片延伸出的部分构成所述第一连接件。


12.如权利要求10所述的晶体谐振器与控制电路的集成方法，其特征在于，在所述器件晶圆上具有所述下电极之前，在所述器件晶圆上形成所述第一连接件，所述第一连接件与所述第一互连结构电连接，以及在所述器件晶圆上具有所述下电极之后，所述第一连接件电连接所述下电极。


13.如权利要求12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重新布线层，所述重新布线层和所述第一互连结构连接；以及，在所述器件晶圆上具有所述下电极之后，所述重新布线层与所述下电极电连接。


14.如权利要求10所述的晶体谐振器与控制电路的集成方法，其特征在于，所述压电晶片形成在器件晶圆上，并在所述器件晶圆具有所述上电极之前，在所述器件晶圆上形成第二连接件，所述第二连接件与所述第二互连结构电连接；以及，在所述器件晶圆上具有所述上电极之后，所述上电极与所述第二连接件电连接。


15.如权利要求14所述的晶体谐振器与控制电路的集成方法，其特征在于，形成所述第二连接件的方法包括：
在所述器件晶圆的表面上形成塑封层；
在...

【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