一种MEMS谐振器件的封装结构及封装结构制造方法与流程

一种mems谐振器件的封装结构及封装结构制造方法
技术领域
1.本发明涉及mems技术领域，尤其涉及一种mems谐振器件的封装结构及封装结构制造方法。


背景技术：

2.随着微电子技术的发展，mems微机电系统的使用越来越广泛，微电机系统具有可动结构，非常脆弱，通常需要真空封装的方法进行保护。真空封装不仅仅对mems谐振器件有保护作用，而且是mems谐振器件在谐振状态下正常工作的必要条件。
3.真空封装可分为两大类：一种是器件级真空封装，另一种是晶圆级真空封装。器件级真空封装作为一种传统的封装方法，是指将成品晶圆切割成单个芯片，在真空环境下进行粘合封装，通常采用陶瓷管壳、金属管壳，预成型塑料管壳等进行空腔封装，在封装过程中mems可动结构容易受到损伤和污染。晶圆级真空封装是在芯片还在晶圆上的时候就对芯片进行真空封装，最后将封装好的整个晶圆切割成单个芯片。常见的晶圆级真空封装多采用tsv(trough silicon vias)，tgv(trough glass vias)等工艺技术，tsv与tgv这两种工艺技术利用三维堆叠式制造形成密闭腔室，通过腔室制备吸气剂的方案保证腔室的真空度。tgv技术由于引入了玻璃材料，玻璃与硅材料的热膨胀系数不一致，因而导致器件热适配性差。现有的tsv工艺技术实现晶圆级真空封装时技术成本高、技术难度大、加工周期长。tsv和tgv工艺常常采用金属材料，如cu、au等进行填孔，金属材料与硅和玻璃材料热膨胀系数不同，芯片封装应力大，影响性能。同时，由于受tsv和tgv工艺加工精度的影响，通孔电极的大小及分布受到局限，器件设计的灵活度差，特别是小尺寸多电极连线的mems谐振器。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种mems谐振器件的封装结构及封装结构制造方法。
5.一种mems谐振器件的封装结构制造方法，，包括以下步骤：
6.获取第一硅片层作为衬底层；
7.获取第二硅片层作为mems谐振器件，将所述mems谐振器件的第一表面与所述衬底层的上表面键合；其中，所述mems谐振器件与所述衬底层相接触的面为第一表面，相对第一表面的另一面为第二表面；
8.获取第三硅片层作为盖板层，将所述盖板层的第一表面与所述mems谐振器件的第二表面键合；其中，所述盖板层与所述mems谐振器件相接触的面为第一表面，相对第一表面的另一面为第二表面；
9.获取第四硅片层，对所述第四硅片层进行沉积操作，得到引线层，将所述引线层的第一表面与所述盖板层的第二表面连接，得到mems谐振器件的封装结构；其中，所示引线层与所述盖板层连接的面为第一表面，相对第一表面的另一面为第二表面。
10.在其中一个实施例中，获取第一硅片层作为衬底层包括：
11.对所述第一硅片层进行沉积操作，作为第一绝缘层，所述第一绝缘层为所述衬底层的上表面，所述第一硅片层为所述衬底层的下表面。
12.在其中一个实施例中，
13.获取第二硅片层作为mems谐振器件，将所述mems谐振器件的第一表面与所述衬底层的上表面键合包括：
14.获取第二硅片层作为mems谐振器件，将所述第二硅片层的第一表面与衬底层的上表面键合；在将所述第二硅片层与mems谐振器件键合之前，对所述第二硅片层的第一表面进行刻蚀，以形成第一凹槽、以及第一宽槽；其中，所述第一宽槽包括：锚点支撑柱、电极支撑柱、以及外围保护区。
15.在其中一个实施例中，将所述第二硅片层的第一表面与衬底层的上表面键合，之后还包括：
16.对所述第二硅片层的第二表面进行减薄处理，以形成谐振结构层；
17.对所述谐振结构层进行刻蚀，以形成谐振结构、第二凹槽、以及第二宽槽；所述第二凹槽与所述第二宽槽构成用于设置谐振结构的空间；
18.其中，第二宽槽包括：第一电极块、第二电极块、以及锚点连接结构；
19.所述第一电极块位于所述mems谐振器件的左右两端；
20.所述第二电极块位于所述第二凹槽之间；
21.所述锚点连接结构位于所述mems谐振器件的中心位置。
22.在其中一个实施例中，获取第三硅片层作为盖板层，将所述盖板层的第一表面与所述mems谐振器件的第二表面键合包括：
23.获取第三硅片层作为盖板层，将所述第三硅片层的第一表面与所述mems谐振器件的第二表面键合；在将所述第三硅片层与mems谐振器件键合之前，对所述第三硅片层的第一表面进行刻蚀，形成第三凹槽、以及第三宽槽；所述第三凹槽的位置与第二硅片层中第二凹槽位置相对应，所述第二凹槽和所述第三凹槽形成用于放置谐振结构的空腔结构；
24.其中，所述第三宽槽包括：锚点键合面、电极键合面、以及外围保护区键合面；所述锚点键合面和所述锚点连接结构连接；所述电极键合面和所述第二电极块连接；所述外围保护区键合面和所示第一电极块连接。
25.在其中一个实施例中，将所述第三硅片层的第一表面与所述mems谐振器件的第二表面键合，之后还包括：
26.对所述第三硅片层的第二表面进行减薄处理，形成盖板底层；
27.在所述盖板底层的第二表面和所述第三凹槽之间进行刻蚀，形成第一电隔离通槽，所述第一电隔离通槽用于隔绝电极信号；其中，所述盖板底层与所述mems谐振器件相接触的面为第一表面，相对第一表面的另一面为第二表面。
28.在其中一个实施例中，获取第四硅片层，对所述第四硅片层进行沉积操作，得到引线层，将所述引线层的第一表面与所述盖板层的第二表面连接包括：
29.获取第四片硅片层，对所述第四片硅片层进行沉积操作，以形成电绝缘层，将所述电绝缘层和所述盖板层的第二表面连接，覆盖所述盖板层的第二表面，对所述电绝缘层进行刻蚀，形成第三凹槽、第三宽槽、以及第二电隔离通槽；所述第三宽槽用于绝缘；所述第三凹槽用于导电；所述第一电隔离通槽和所述第二电隔离通槽连通，用于控制所述空腔结构
内的气压；
30.在所述第三凹槽和所述第三宽槽上进行沉积操作，以形成金属层，对所述金属层进行刻蚀，得到第四宽槽，所述第四宽槽用于导电。
31.在其中一个实施例中，第四宽槽包括：第一金属段、第二金属段、以及第三金属段；
32.所述第一金属段和所述外围保护区键合面连接，用于导出第一电极块的电信号；
33.所述第二金属段和所述电极键合面连接，用于导出第二电极块的电信号；
34.所述第三金属段和所述锚点键合面连接，用于导出锚点连接结构的电信号。
35.一种mems谐振器件的封装结构，，由如上所述的一种mems谐振器件的封装结构制造方法制成，包括：衬底层、mems谐振器件、盖板层、以及引线层；
36.获取第一硅片层作为衬底层；
37.获取第二硅片层作为mems谐振器件，将所述mems谐振器件的第一表面与所述衬底层的上表面键合；其中，所述第二硅片层与所述衬底层相接触的面为第一表面，相对第一表面的另一面为第二表面；
38.获取第三硅片层作为盖板层，将所述盖板层的第一表面与所述mems谐振器件的第二表面键合；其中，所述第三硅片层与所述mems谐振器件相接触的面为第一表面，相对第一表面的另一面为第二表面；
39.获取第四硅片层，对所述第四硅片层进行沉积操作，得到引线层，将所述引线层的第一表面与所述盖板层的第二表面连接，得到mems谐振器件的封装结构。
40.在一个实施例中，一种mems谐振器件的封装结构，还包括：
41.所述衬底层包括：第一绝缘层、以及第一硅片层；
42.所述引线层包括：金属层、以及电绝缘层。
43.相比于现有技术，本发明的优点及有益效果在于：本发明提供了一种mems谐振器件的封装结构及封装结构制造方法，采用全硅基三明治结构，盖板层、mems谐振器件以及衬底层都为相同的硅基材料，整个结构热适配性优，避免mems谐振器件的热失配，提高了性能稳定性；在盖板层中形成t型电极，增加了电极面积，同时提高了电极再分布的灵活性，避免了顶层电极面积受mems谐振器件振动结构及键合面积的影响，使得小间隙的振动结构器件也可以采用该方式封装，提高了设计的灵活性及可靠性；盖板层至少有一个凹槽，保证谐振结构可以自由活动，盖板层与外界接触，谐振结构被盖板层保护，避免了谐振结构在封装过程中受到损伤。引线层通过盖板层与mems谐振器件垂直互联，将谐振器件的电信号导出，垂直互联的连接方式节省了整个芯片的面积，提高了布线灵活性。电极连接通过三维垂直互联，减小了芯片的面积，提高了布线灵活性；同时，在盖板层可根据需要留有通气孔，起到导通空腔结构内部气体环境与外界气体环境的作用，如引入惰性气体或在器件级真空封装中可起到排气效果，该工艺适用于不同种类型如晶圆级、器件级的mems器件的封装，工艺适配性、灵活性高，并且降低了工艺技术难度；同时，盖板层与外界接触，mems谐振器件被盖板层保护，避免了mems谐振器件在后续器件级封装过程中受到损伤。
附图说明
44.图1为一个实施例中一种mems谐振器件的封装结构制造方法的流程示意图；
45.图2为一个实施例中衬底层结构示意图；
46.图3为一个实施例中第二硅片层的第一表面的刻蚀示意图；
47.图4为一个实施例中第一宽槽结构示意图；
48.图5为一个实施例中mems谐振器件与衬底层的键合示意图；
49.图6为一个实施例中第二硅片层的减薄示意图；
50.图7为一个实施例中谐振结构层的刻蚀示意图；
51.图8为一个实施例中第二宽槽结构示意图；
52.图9为一个实施例中第三硅片层的第一表面的刻蚀示意图；
53.图10为一个实施例中第三宽槽结构示意图；
54.图11为一个实施例中盖板层与mems谐振器件的键合示意图；
55.图12为一个实施例中第三硅片层的减薄示意图；
56.图13为一个实施例中盖板底层的第二表面的刻蚀示意图；
57.图14为一个实施例中电绝缘层结构示意图；
58.图15为一个实施例中电绝缘层的刻蚀第一示意图；
59.图16为一个实施例中电绝缘层的刻蚀第二示意图；
60.图17为一个实施例中金属层结构示意图；
61.图18为一个实施例中金属层的刻蚀示意图；
62.图19为一个实施例中第四宽槽结构示意图；
63.图20为一个实施例中一种mems谐振器件的封装结构示意图；
64.图21为一个实施例中一种mems谐振器件的封装结构构成示意图。
65.图中，1表示衬底层，101表示第一绝缘层，102表示第一硅片层，2表示mems谐振器件，20表示第二硅片层，201表示第二硅片层的第一表面，202表示第二硅片层的第二表面，203表示第一凹槽，204表示第一宽槽，2041表示锚点支撑柱，2042表示电极支撑柱，2043表示外围保护区，21表示谐振结构层，211表示谐振结构，212表示第二凹槽，213表示第二宽槽，2131表示第一电极块，2132表示第二电极块，2133表示锚点连接结构，3表示盖板层，30表示第三硅片层，301表示第三硅片层的第一表面，302表示第三硅片层的第二表面，303表示第三凹槽，304表示第三宽槽，3041表示锚点键合面、3042表示电极键合面、3043表示外围保护区键合面，31表示盖板底层，311表示盖板底层的第一表面，312表示盖板底层的第二表面，313表示第一电隔离通槽，4表示引线层，40表示电绝缘层，401表示第三凹槽，402表示第三宽槽，403表示第二电隔离通槽，41表示金属层，411表示第四宽槽，4111表示第一金属段，4112表示第二金属段，4113表示第三金属段。
具体实施方式
66.在进行本发明具体实施方式说明之前，先对本发明的整体构思进行如下说明：
67.本发明主要是mems谐振器件封装过程研发的，目前真空封装可分为两大类：一种是器件级真空封装，另一种是晶圆级真空封装。器件级真空封装作为一种传统的封装方法，是指将成品晶圆切割成单个芯片，在真空环境下进行粘合封装，通常采用陶瓷管壳、金属管壳，预成型塑料管壳等进行空腔封装，在封装过程中mems可动结构容易受到损伤和污染。晶圆级真空封装是在芯片还在晶圆上的时候就对芯片进行真空封装，最后将封装好的整个晶圆切割成单个芯片。常见的晶圆级真空封装多采用tsv(trough silicon vias)，tgv
(trough glass vias)等工艺技术，tsv与tgv这两种工艺技术利用三维堆叠式制造形成密闭腔室，通过腔室制备吸气剂的方案保证腔室的真空度。tgv技术由于引入了玻璃材料，玻璃与硅材料的热膨胀系数不一致，因而导致器件热适配性差。现有的tsv工艺技术实现晶圆级真空封装时技术成本高、技术难度大、加工周期长。
68.发明人经过分析发现，出现上面的这些问题的主要原因一是由于tsv和tgv工艺常常采用金属材料，如cu、au等进行填孔，金属材料与硅和玻璃材料热膨胀系数不同，芯片封装应力大，影响性能，二是受tsv和tgv工艺加工精度的影响，通孔电极的大小及分布受到局限，器件设计的灵活度差，特别是小尺寸多电极连线的mems谐振器。因此，优化封装结构就可以避免前述问题了。本发明提出了一种mems谐振器件的封装结构及封装结构制造方法，由底板层、器件层(mems谐振器件)、盖板层、以及引线层组成。衬底层对mems谐振器件起到支撑的作用，器件层是mems谐振器件结构，具有可动的悬空谐振结构，电极块，锚点连接结构等。盖板至少有一个上凹腔结构的第二凹槽，保证谐振结构可以自由活动，盖板层与外界接触，可动的悬空谐振结构被盖板层保护，避免了可动的悬空谐振结构在封装过程中受到损伤。衬底层，mems谐振器件和盖板层均为单晶硅材料，整个结构热适配性优。引线层材料为导电金属，通过盖板层与mems谐振器件垂直互联，将谐振器件的电信号导出，垂直互联的连接方式节省了整个mems谐振器件的封装结构的面积，提高了布线灵活性。
69.介绍完本发明的整体构思后，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面通过具体实施方式结合附图对本发明做进一步详细说明。
70.需要说明的是，除非另外定义，本说明书一个或多个实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书一个或多个实施中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
71.为了方便理解，下面对本发明实施例中涉及的名词进行解释：
72.mems：微机电系统(micro-electro-mechanical system)，也叫做微电子机械系统、微系统、微机械等，指尺寸在几毫米乃至更小的高科技装置。
73.tsv：硅通孔技术(through silicon via)，是一项高密度封装技术，通过铜、钨、多晶硅等导电物质的填充，实现硅通孔的垂直电气互连。
74.tgv：玻璃通孔技术(through glass via)，一种应用于晶圆级封装领域的新兴纵向互连技术，为实现芯片-芯片之间距离最短、间距最小的互联提供了一种新型技术途径。
75.在一个实施例中，如图1所示，提供了一种mems谐振器件的封装结构制造方法，包括以下步骤：
76.步骤s101，获取第一硅片层作为衬底层。
77.具体地，采用重掺杂低阻硅片作为第一硅片，由第一硅片制成衬底层的。
78.在本实施例中，采用重掺杂低阻硅片作为基础材料，能够提供更好的电学性能，在高温、高压等环境下仍然保持良好的性能。
79.在此基础上，获取第一硅片层作为衬底层包括：
80.对所述第一硅片层进行沉积操作，作为第一绝缘层，所述第一绝缘层为所述衬底层的上表面，所述第一硅片层为所述衬底层的下表面。
81.具体的，衬底层具体结构如图2所示，其中，1表示衬底层，101表示第一绝缘层，102表示第一硅片层，选用重掺杂低阻硅片作为衬底第一硅片层102，通过热氧化或者化学沉积的方法沉积一层二氧化硅，作为第一绝缘层101，第一绝缘层101和第一硅片层102共同构成衬底层。其中，第一绝缘层101的一面为衬底层的上表面，第一硅片层102的一面为衬底层的下表面。
82.步骤s102，获取第二硅片层作为mems谐振器件，将所述mems谐振器件的第一表面与所述衬底层的上表面键合；其中，所述mems谐振器件与所述衬底层相接触的面为第一表面，相对第一表面的另一面为第二表面。
83.具体地，第二硅片层选用重掺杂低阻硅片，第二硅片层作为mems谐振器件，将mems谐振器件的第一表面与衬底层的上表面对准，mems谐振器件重掺杂低阻硅片与衬底层重掺杂低阻硅片通过硅～二氧化硅键合的方式连接。
84.在此基础上，获取第二硅片层作为mems谐振器件，将所述mems谐振器件的第一表面与所述衬底层的上表面键合包括：
85.获取第二硅片层作为mems谐振器件，将所述第二硅片层的第一表面与衬底层的上表面键合；在将所述第二硅片层与mems谐振器件键合之前，对所述第二硅片层的第一表面进行刻蚀，以形成第一凹槽、以及第一宽槽；其中，所述第一宽槽包括：锚点支撑柱、电极支撑柱、以及外围保护区。
86.具体的，根据图3所示，第二硅片层选用重掺杂低阻硅片，对第二硅片层的第一表面201进行涂胶、曝光、显影、刻蚀si、去胶、清洗、烘干等加工工序，刻蚀出上凹腔，以形成第一凹槽203。具体的第一凹槽203可以有不同的宽度，多个第一凹槽宽度可以不相同。其中，201表示第二硅片层的第一表面，202表示第二硅片层的第二表面，203表示第一凹槽，204表示第一宽槽。
87.根据图4所示，第一宽槽204包括：锚点支撑柱2041、电极支撑柱2042、以及外围保护区2043。
88.在此基础上，将所述第二硅片层的第一表面与衬底层的上表面键合，之后还包括：
89.对所述第二硅片层的第二表面进行减薄处理，以形成谐振结构层；
90.对所述谐振结构层进行刻蚀，以形成谐振结构、第二凹槽、以及第二宽槽；所述第二凹槽与所述第二宽槽构成用于设置谐振结构的空间。
91.具体的，如图5所示，将第二硅片层的第一表面201与所述衬底层的上表面键合，其中，1表示衬底层，20表示第二硅片层，201表示第二硅片层的第一表面。然后根据图6所示，将第三硅片层的第二表面进行减薄处理，形成谐振结构层21，根据图7所示，对谐振结构层21进行刻蚀，以形成谐振结构211、第二凹槽212、以及第二宽槽213；所述第二凹槽212与所述第二宽槽213构成用于设置谐振结构211的空间。具体的第二凹槽212可以有不同的宽度，多个第二凹槽212宽度可以不相同。其中，1表示衬底层，2表示mems谐振器件，211表示谐振结构，212表示第二凹槽，213表示第二宽槽。
92.在此基础上，第二宽槽包括：第一电极块、第二电极块、以及锚点连接结构；
93.所述第一电极块位于所述mems谐振器件的左右两端；
94.所述第二电极块位于所述第二凹槽之间；
95.所述锚点连接结构位于所述mems谐振器件的中心位置。
96.具体的，如图8所示，第二宽槽213包括第一电极块2131、第二电极块2132、以及锚点连接结构2133，第一电极块位2131于mems谐振器件的左右两端，第二电极块2132位于所述若干第二凹槽之间，锚点连接结构2133位于mems谐振器件的中心位置。
97.步骤s103，获取第三硅片层作为盖板层，将所述盖板层的第一表面与所述mems谐振器件的第二表面键合；其中，所述盖板层与所述mems谐振器件相接触的面为第一表面，相对第一表面的另一面为第二表面。
98.具体地，第三硅片层选用重掺杂低阻硅片，第三硅片层作为盖板层，将盖板层的第一表面与mems谐振器件的第二表面对准，盖板层重掺杂低阻硅片与mems谐振器件重掺杂低阻硅片通过硅～二氧化硅键合的方式连接。
99.在此基础上，获取第三硅片层作为盖板层，将所述盖板层的第一表面与所述mems谐振器件的第二表面键合包括：
100.获取第三硅片层作为盖板层，将所述第三硅片层的第一表面与所述mems谐振器件的第二表面键合；在将所述第三硅片层与mems谐振器件键合之前，对所述第三硅片层的第一表面进行刻蚀，形成第三凹槽、以及第三宽槽；所述第三凹槽的位置与第二硅片层中第二凹槽位置相对应，所述第二凹槽和所述第三凹槽形成用于放置谐振结构的空腔结构；
101.其中，所述第三宽槽包括：锚点键合面、电极键合面、以及外围保护区键合面；所述锚点键合面和所述锚点连接结构连接；所述电极键合面和所述第二电极块连接；所述外围保护区键合面和所述第一电极块连接。
102.具体的，将第三硅片的第一表面301与mems谐振器件的第二表面键合，在此之前，根据图9所示，对第三硅片层30的第一表面301进行刻蚀，形成第三凹槽303、以及第三宽槽304。其中，30表示第三硅片层，301表示第三硅片层30的第一表面，302表示第三硅片层30的第二表面，303表示第三凹槽，304表示第三宽槽。第三凹槽303的位置与第二硅片层中第二凹槽212位置相对应，第二凹槽212和所述第三凹槽303形成用于放置谐振结构211的空腔结构。具体的第三凹槽303可以有不同的宽度，多个第三凹槽303宽度可以不相同。
103.如图10所示，第三宽槽304包括：锚点键合面3041、电极键合面3042、以及外围保护区键合面3043；所述锚点键合面3041和锚点连接结构2133连接；电极键合面3042和所述第二电极块2132连接；所述外围保护区键合面3043和所示第一电极块2131连接。
104.在本实施例中，采用全硅基三明治结构，盖板层、mems谐振器件以及衬底层都为相同的硅基材料，避免mems谐振器件的热失配，提高了性能稳定性。
105.在此基础上，将所述第三硅片层的第一表面与所述mems谐振器件的第二表面键合，之后还包括：
106.对所述第三硅片层的第二表面进行减薄处理，形成盖板底层；
107.在所述盖板底层的第二表面和所述第三凹槽的上表面之间进行刻蚀，形成第一电隔离通槽，所述第一电隔离通槽用于隔绝电极信号；其中，所述盖板底层与所述mems谐振器件相接触的面为第一表面，相对第一表面的另一面为第二表面。
108.具体的，根据图11所示，将第三硅片层的第一表面与mems谐振器件的第二表面键
合，其中，1表示衬底层，2表示mems谐振器件，30表示第三硅片层，301表示第三硅片层的第一表面，302表示第三硅片层的第二表面。
109.然后根据图12所示，对第三硅片层的第二表面301进行减薄处理，形成盖板底层31，其中，1表示衬底层，2表示mems谐振器件，31表示盖板底层，311表示盖板底层的第一表面，312表示盖板底层的第二表面。
110.然后根据图13所示，在所述盖板底层31的第二表面312和所述第三凹槽303之间进行刻蚀，形成第一电隔离通槽313，所述第一电隔离通槽313用于隔绝电极信号。其中，1表示衬底层，2表示mems谐振器件，3表示盖板层，313表示第一电隔离通槽。
111.在本实施例中，在盖板层中形成t型电极，增加了电极面积，同时提高了电极再分布的灵活性，避免了顶层电极面积受mems谐振器件振动结构及键合面积的影响，使得小间隙的振动结构器件也可以采用该方式封装，提高了设计的灵活性及可靠性。
112.步骤s104，获取第四硅片层，对所述第四硅片层进行沉积操作，得到引线层，将所述引线层的第一表面与所述盖板层的第二表面连接，得到mems谐振器件的封装结构；其中，所示引线层与所述盖板层连接的面为第一表面，相对第一表面的另一面为第二表面。
113.具体的，通过化学气相沉积的方式得到引线层，将引线层的第一表面与所述盖板层的第二表面连接，得到mems谐振器件的封装结构。
114.在此基础上，获取第四硅片层，对所述第四硅片层进行沉积操作，得到引线层，将所述引线层的第一表面与所述盖板层的第二表面连接包括：
115.获取第四片硅片层，对所述第四片硅片层进行沉积操作，以形成电绝缘层，将所述电绝缘层和所述盖板层的第二表面连接，覆盖所述盖板层的第二表面，对所述电绝缘层进行刻蚀，形成第三凹槽、第三宽槽、以及第二电隔离通槽；所述第三宽槽用于绝缘；所述第三凹槽用于导电；所述第一电隔离通槽和所述第二电隔离通槽连通，用于控制所述空腔结构内的气压；
116.在所述第三凹槽和所述第三宽槽上进行沉积操作，以形成金属层，对所述金属层进行刻蚀，以形成第四宽槽，所述第四宽槽用于导电。
117.具体的，如图14所示，通过化学气相沉积的方式沉积sio2电绝缘层40，使sio2覆盖住第一电隔离通槽313，如图15和图16所示，刻蚀sio2电绝缘层40，形成第三凹槽401、第三宽槽402、以及第二电隔离通槽403，露出电信号能够导出的位置，未被刻蚀的部分起到绝缘的作用，避免信号之间短路。第二电隔离通槽403使谐振结构内部空腔结构内气体环境与外界气体环境相通，以便后续器件级封装内部空腔结构内气压的控制。
118.如图17所示，沉积一层金属层作为金属层41，如图18所示刻蚀金属层41，刻蚀得到第四宽槽411，通过引线层4与盖板层3的硅片连接到mems谐振器件硅片，将内部信号导出，垂直互联进行电信号传输，信号与外部电路处理模块通过第四宽槽411进行连接。
119.在此基础上，第四宽槽包括：第一金属段、第二金属段、以及第三金属段；
120.所述第一金属段和所述外围保护区键合面连接，用于导出第一电极块的电信号；
121.所述第二金属段和所述电极键合面连接，用于导出第二电极块的电信号；
122.所述第三金属段和所述锚点键合面连接，用于导出锚点连接结构的电信号。
123.具体的，如图19所示，第四宽槽411包括：第一金属段4111、第二金属段4112、以及第三金属段4113，第一金属段4111和外围保护区键合面3043连接，用于导出第一电极块的
电信号；第二金属段4112和电极键合面3042连接，用于导出第二电极块的电信号；第三金属段4113和所述锚点键合面3041连接，用于导出锚点连接结构的电信号。
124.在本实施例中，在盖板层可根据需要留有第二电隔离通槽，起到导通空腔结构内部气体环境与外界气体环境的作用，如引入惰性气体或在器件级真空封装中可起到排气效果，该工艺适用于不同种类型的mems器件的封装，工艺适配性、灵活性高，并且降低了工艺技术难度。电极连接通过三维垂直互联，减小了芯片的面积，提高了布线灵活性。盖板与外界接触，mems谐振器件被盖板保护，避免了mems谐振器件在封装过程中受到损伤。
125.本发明提供了一种mems谐振器件的封装结构及封装结构制造方法，采用全硅基三明治结构，盖板层、mems谐振器件以及衬底层都为相同的硅基材料，整个结构热适配性优，避免mems谐振器件的热失配，提高了性能稳定性；在盖板层中形成t型电极，增加了电极面积，同时提高了电极再分布的灵活性，避免了顶层电极面积受mems谐振器件振动结构及键合面积的影响，使得小间隙的振动结构器件也可以采用该方式封装，提高了设计的灵活性及可靠性；盖板层至少有一个凹槽，保证谐振结构可以自由活动，盖板层与外界接触，谐振结构被盖板层保护，避免了谐振结构在封装过程中受到损伤。引线层通过盖板层与mems谐振器件垂直互联，将谐振器件的电信号导出，垂直互联的连接方式节省了整个芯片的面积，提高了布线灵活性。电极连接通过三维垂直互联，减小了芯片的面积，提高了布线灵活性；同时，在盖板层可根据需要留有通气孔，起到导通空腔结构内部气体环境与外界气体环境的作用，如引入惰性气体或在器件级真空封装中可起到排气效果，该工艺适用于不同种类型如晶圆级、器件级的mems器件的封装，工艺适配性、灵活性高，并且降低了工艺技术难度；同时，盖板层与外界接触，mems谐振器件被盖板层保护，避免了mems谐振器件在后续器件级封装过程中受到损伤。
126.需要说明的是，上述对本发明的一些实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于上述实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。
127.基于同一发明构思，与上述任意实施例方法相对应的，本发明还提供一种mems谐振器件的封装结构，如图20所示，包括：衬底层1、mems谐振器件2、盖板层3、以及引线层4；
128.获取第一硅片层作为衬底层1；
129.获取第二硅片层作为mems谐振器件2，将所述mems谐振器件2的第一表面与所述衬底层1的上表面键合；其中，所述第二硅片层与所述衬底层1相接触的面为第一表面，相对第一表面的另一面为第二表面；
130.获取第三硅片层作为盖板层3，将所述盖板层3的第一表面与所述mems谐振器件2的第二表面键合；其中，所述第三硅片层与所述mems谐振器件2相接触的面为第一表面，相对第一表面的另一面为第二表面；
131.获取第四硅片层，对所述第四硅片层进行沉积操作，得到引线层4，将所述引线层4的第一表面与所述盖板层3的第二表面连接，得到mems谐振器件的封装结构。
132.一种mems谐振器件的封装结构，还包括：
133.所述衬底层1包括：第一绝缘层101、以及第一硅片层102；
134.所述引线层4包括：金属层41、以及电绝缘层40。
135.上述实施例的一种mems谐振器件的封装结构由前述任一实施例中相应的一种mems谐振器件的封装结构制造方法制造而成，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。
136.下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
137.实施例一
138.如图21所示，一种mems谐振器件的封装结构制造方法的具体实现过程如下所示：
139.第一硅片层102为重掺杂的单晶硅晶圆，第一硅片102层作为衬底层1，衬底层1的电阻率为0.001～0.1ω*cm，厚度在300～725μm，通过热氧化或者pecvd的方式在第一硅片层102表面生长0.5～3μmsio2作为第一绝缘层101，第一绝缘层101和第一硅片层102共同构成衬底层1。
140.第二硅片层为重掺杂的单晶硅晶圆，第二硅片层作为mems谐振器件2，mems谐振器件2的电阻率为0.001～0.1ω*cm，厚度在300～725μm，对第二硅片层的第一表面进行涂胶、曝光、显影、刻蚀si、去胶、清洗、烘干等加工工序，刻蚀出上凹腔，以形成第一凹槽，其深度在5～50μm，以及第一宽槽，第一宽槽包括：锚点支撑柱、电极支撑柱、以及外围保护区。然后将第二硅片层的第一表面与衬底层的上表面键合，键合后，将第二硅片层2(除凹槽深度外)减薄至10～100μm，形成谐振结构层。刻蚀谐振结构层，使得谐振结构层分为悬浮的可动谐振结构、第二凹槽、以及第二宽槽；第二凹槽与第二宽槽构成用于设置谐振结构的空间。第二宽槽包括：第一电极块、第二电极块、以及锚点连接结构；第一电极块位于所述mems谐振器件2的左右两端；第二电极块位于所述若干第二凹槽之间；锚点连接结构位于所述mems谐振器件2的中心位置。
141.第二硅片层为重掺杂的单晶硅晶圆，第一硅片层作为盖板层3，盖板层3的电阻率为0.001～0.1ω*cm，厚度在300～725μm，对第三硅片层的第一表面进行涂胶、曝光、显影、刻蚀si、去胶、清洗、烘干等加工工序，刻蚀出上凹腔第三凹槽，其深度为2～20μm，以及第三宽槽，第三宽槽包括：锚点键合面、电极键合面、以及外围保护区键合面；锚点键合面和锚点连接结构连接；电极键合面和第二电极块连接；外围保护区键合面和第一电极块连接。第三凹槽的位置与第二硅片层中第二凹槽位置相对应，第二凹槽和第三凹槽形成用于放置谐振结构的空腔结构。将第三硅片层的第一表面与mems谐振器件2的第二表面键合，，键合后，将盖板底层(除凹槽深度外)减薄至20～40μm，刻蚀盖板底层，刻蚀出1～2μm的第一电隔离通槽，第一电隔离通槽隔绝不同电极的电信号，同时第一电隔离通槽导通空腔结构内部气体环境与外界气体环境。
142.通过化学气相沉积的方式沉积隔离通槽宽度1～2倍的sio2电绝缘层40，使sio2覆盖住第一电隔离通槽，刻蚀sio2电绝缘层40，露出电信号导出位置，形成第三凹槽；所述第三宽槽用于绝缘；所述第三凹槽用于导电；所述第一电隔离通槽和所述第二电隔离通槽连通，用于控制所述空腔结构内的气压，未被刻蚀的部分为第三宽槽起到绝缘的作用，避免信号之间短路。沉积一层1～3μm的金属作为金属层41，刻蚀金属层41，以形成第四宽槽，第四宽槽包括：第一金属段、第二金属段、以及第三金属段；第一金属段和外围保护区键合面连
接，用于导出第一电极块的电信号；第二金属段和电极键合面连接，用于导出第二电极块的电信号；第三金属段和锚点键合面连接，用于导出锚点连接结构的电信号。电绝缘层40和金属层41共同构成引线层4，通过引线层4与盖板,3的低阻硅连接到mems谐振器件2硅片，将内部信号导出，垂直互联进行电信号传输，电极与外部电路处理模块通过第四宽槽进行连接。刻蚀sio2层电隔离层40，将部分覆盖在第一电隔离通槽的sio2刻蚀，露出第二电隔离通槽，使空腔结构内部腔室气体环境与外界气体环境相通，以便后续器件级封装芯片空腔结构内部腔室气压的控制。
143.本发明提供了一种mems谐振器件的封装结构及封装结构制造方法，采用全硅基三明治结构，盖板层、mems谐振器件以及衬底层都为相同的硅基材料，整个结构热适配性优，避免mems谐振器件的热失配，提高了性能稳定性；在盖板层中形成t型电极，增加了电极面积，同时提高了电极再分布的灵活性，避免了顶层电极面积受mems谐振器件振动结构及键合面积的影响，使得小间隙的振动结构器件也可以采用该方式封装，提高了设计的灵活性及可靠性；盖板层至少有一个凹槽，保证谐振结构可以自由活动，盖板层与外界接触，谐振结构被盖板层保护，避免了谐振结构在封装过程中受到损伤。引线层通过盖板层与mems谐振器件垂直互联，将谐振器件的电信号导出，垂直互联的连接方式节省了整个芯片的面积，提高了布线灵活性。电极连接通过三维垂直互联，减小了芯片的面积，提高了布线灵活性；同时，在盖板层可根据需要留有通气孔，起到导通空腔结构内部气体环境与外界气体环境的作用，如引入惰性气体或在器件级真空封装中可起到排气效果，该工艺适用于不同种类型如晶圆级、器件级的mems器件的封装，工艺适配性、灵活性高，并且降低了工艺技术难度；同时，盖板层与外界接触，mems谐振器件被盖板层保护，避免了mems谐振器件在后续器件级封装过程中受到损伤。
144.所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
145.本发明实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种mems谐振器件的封装结构制造方法，其特征在于，包括：获取第一硅片层作为衬底层；获取第二硅片层作为mems谐振器件，将所述mems谐振器件的第一表面与所述衬底层的上表面键合；其中，所述mems谐振器件与所述衬底层相接触的面为第一表面，相对第一表面的另一面为第二表面；获取第三硅片层作为盖板层，将所述盖板层的第一表面与所述mems谐振器件的第二表面键合；其中，所述盖板层与所述mems谐振器件相接触的面为第一表面，相对第一表面的另一面为第二表面；获取第四硅片层，对所述第四硅片层进行沉积操作，得到引线层，将所述引线层的第一表面与所述盖板层的第二表面连接，得到mems谐振器件的封装结构；其中，所示引线层与所述盖板层连接的面为第一表面，相对第一表面的另一面为第二表面。2.根据权利要求1所述一种mems谐振器件的封装结构制造方法，其特征在于，所述获取第一硅片层作为衬底层包括：对所述第一硅片层进行沉积操作，作为第一绝缘层，所述第一绝缘层为所述衬底层的上表面，所述第一硅片层为所述衬底层的下表面。3.根据权利要求1所述一种mems谐振器件的封装结构制造方法，其特征在于，所述获取第二硅片层作为mems谐振器件，将所述mems谐振器件的第一表面与所述衬底层的上表面键合包括：获取第二硅片层作为mems谐振器件，将所述第二硅片层的第一表面与衬底层的上表面键合；在将所述第二硅片层与mems谐振器件键合之前，对所述第二硅片层的第一表面进行刻蚀，以形成第一凹槽、以及第一宽槽；其中，所述第一宽槽包括：锚点支撑柱、电极支撑柱、以及外围保护区。4.根据权利要求3所述一种mems谐振器件的封装结构制造方法，其特征在于，所述将所述第二硅片层的第一表面与衬底层的上表面键合，之后还包括：对所述第二硅片层的第二表面进行减薄处理，以形成谐振结构层；对所述谐振结构层进行刻蚀，以形成谐振结构、第二凹槽、以及第二宽槽；所述第二凹槽与所述第二宽槽构成用于设置谐振结构的空间；其中，第二宽槽包括：第一电极块、第二电极块、以及锚点连接结构；所述第一电极块位于所述mems谐振器件的左右两端；所述第二电极块位于所述第二凹槽之间；所述锚点连接结构位于所述mems谐振器件的中心位置。5.根据权利要求4所述一种mems谐振器件的封装结构制造方法，其特征在于，所述获取第三硅片层作为盖板层，将所述盖板层的第一表面与所述mems谐振器件的第二表面键合包括：获取第三硅片层作为盖板层，将所述第三硅片层的第一表面与所述mems谐振器件的第二表面键合；在将所述第三硅片层与mems谐振器件键合之前，对所述第三硅片层的第一表面进行刻蚀，形成第三凹槽、以及第三宽槽；所述第三凹槽的位置与第二硅片层中第二凹槽位置相对应，所述第二凹槽和所述第三凹槽形成用于放置谐振结构的空腔结构；其中，所述第三宽槽包括：锚点键合面、电极键合面、以及外围保护区键合面；所述锚点
键合面和所述锚点连接结构连接；所述电极键合面和所述第二电极块连接；所述外围保护区键合面和所述第一电极块连接。6.根据权利要求5所述一种mems谐振器件的封装结构制造方法，其特征在于，所述将所述第三硅片层的第一表面与所述mems谐振器件的第二表面键合，之后还包括：对所述第三硅片层的第二表面进行减薄处理，形成盖板底层；在所述盖板底层的第二表面和所述第三凹槽之间进行刻蚀，形成第一电隔离通槽，所述第一电隔离通槽用于隔绝电极信号；其中，所述盖板底层与所述mems谐振器件相接触的面为第一表面，相对第一表面的另一面为第二表面。7.根据权利要求6所述一种mems谐振器件的封装结构制造方法，其特征在于，所述获取第四硅片层，对所述第四硅片层进行沉积操作，得到引线层，将所述引线层的第一表面与所述盖板层的第二表面连接包括：获取第四片硅片层，对所述第四片硅片层进行沉积操作，以形成电绝缘层，将所述电绝缘层和所述盖板层的第二表面连接，覆盖所述盖板层的第二表面，对所述电绝缘层进行刻蚀，形成第三凹槽、第三宽槽、以及第二电隔离通槽；所述第三宽槽用于绝缘；所述第三凹槽用于导电；所述第一电隔离通槽和所述第二电隔离通槽连通，用于控制所述空腔结构内的气压；在所述第三凹槽和所述第三宽槽上进行沉积操作，以形成金属层，对所述金属层进行刻蚀，得到第四宽槽，所述第四宽槽用于导电。8.根据权利要求7所述一种mems谐振器件的封装结构制造方法，其特征在于，所述第四宽槽包括：第一金属段、第二金属段、以及第三金属段；所述第一金属段和所述外围保护区键合面连接，用于导出第一电极块的电信号；所述第二金属段和所述电极键合面连接，用于导出第二电极块的电信号；所述第三金属段和所述锚点键合面连接，用于导出锚点连接结构的电信号。9.一种mems谐振器件的封装结构，其特征在于，由权利要求1-8所述的一种mems谐振器件的封装结构制造方法制成，包括：衬底层、mems谐振器件、盖板层、以及引线层；获取第一硅片层作为衬底层；获取第二硅片层作为mems谐振器件，将所述mems谐振器件的第一表面与所述衬底层的上表面键合；其中，所述第二硅片层与所述衬底层相接触的面为第一表面，相对第一表面的另一面为第二表面；获取第三硅片层作为盖板层，将所述盖板层的第一表面与所述mems谐振器件的第二表面键合；其中，所述第三硅片层与所述mems谐振器件相接触的面为第一表面，相对第一表面的另一面为第二表面；获取第四硅片层，对所述第四硅片层进行沉积操作，得到引线层，将所述引线层的第一表面与所述盖板层的第二表面连接，得到mems谐振器件的封装结构。10.根据权利要求9所述一种mems谐振器件的封装结构，其特征在于，还包括：所述衬底层包括：第一绝缘层、以及第一硅片层；所述引线层包括：金属层、以及电绝缘层。

技术总结
本发明提供一种MEMS谐振器件的封装结构及封装结构制造方法，本方法包括：获取第一硅片层作为衬底层；获取第二硅片层作为MEMS谐振器件，将MEMS谐振器件的第一表面与衬底层的上表面键合；获取第三硅片层作为盖板层，将盖板层的第一表面与MEMS谐振器件的第二表面键合；获取第四硅片层，对第四硅片层进行沉积操作，得到引线层，将引线层的第一表面与盖板层的第二表面连接，得到MEMS谐振器件的封装结构。本发明提供了一种MEMS谐振器件的封装结构及封装结构制造方法，包括盖板层、MEMS谐振器件以及衬底层都为相同的硅基材料，整个结构热适配性优，避免谐振器件的热失配，提高了性能稳定性，能适用于不同种类型如晶圆级、器件级的MEMS器件的封装，工艺适配性、灵活性高。灵活性高。灵活性高。


技术研发人员：林日乐 王广元 曹凯聪 张婷婷 肖凌
受保护的技术使用者：重庆天箭惯性科技股份有限公司
技术研发日：2023.07.19
技术公布日：2023/9/13