[发明专利]晶振及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件制造领域，特别涉及一种基于CMOS工艺的晶振及其制作方法。

背景技术

晶体振荡器，简称晶振，是集成电路中的重要元器件。晶振器主要通过有源激励或者无缘电抗网络在晶体材料(常见的材料包括石英、锗金属等)中产生有规律的振荡，所述振荡的频率通常具有极高的准确度，能够作为基本的时钟信号，所述时钟信号再经由频率发生器的倍频或者分频后，就可以进一步得到电路中所常用的计数脉冲、时钟周期等。

图1为一种现有晶振器件的结构示意图，具体包括，绝缘壳体2，由绝缘壳体2包围而形成的密闭空腔；振动晶体1，位于密闭空腔内，且相对两端由支撑柱支撑，使振动晶体1悬浮于密闭空腔内；用于支撑振动晶体1支撑柱可以是连接振动晶体1的正极和负极；在所述空腔内振动晶体1一侧还设置有激励板3，用于诱发振动晶体产生振荡。在使用时，首先通过正、负极向振动晶体1通电，然后通过向激励板3通电在空腔内形成电场，振动晶体1即可以在上述电场的影响下，产生规律性的振动，并通过正负极向外输出具有固定频率的时钟信号。

现有的晶振，通常封装制作成分立器件，以外置的形式独立于半导体芯片，并不利于集成电路的微缩。然而，随着电路元器件密度的提高以及电路面积的限制，对于晶振的尺寸也要求越来越高。虽然近年微机械机电系统(Micro-Electro-Mechanial Systems，MEMS)技术的发展，已经可以制造出微米甚至纳米级的机械电子器件。但现有的半导体芯片制造技术普遍基于CMOS工艺；而仅仅依靠MEMS技术还难以将晶振与芯片的制造相统一。因此迫切需要开发一种基于CMOS工艺的晶振及其制作方法。

发明内容

本发明解决的问题是提供了一种晶振及其制作方法，与CMOS工艺相兼容，易于集成于半导体芯片中。

本发明所述的晶振制作方法，其特征在于，包括：

提供半导体衬底，在半导体衬底表面形成层间介质层，所述层间介质层内形成有激励板、正极插塞以及负极插塞，所述正极插塞和负极插塞贯穿层间介质层厚度；

刻蚀位于正极插塞与负极插塞之间、激励板上方的层间介质层，形成凹槽，并在所述凹槽内填充形成第一牺牲层；

在层间介质层以及第一牺牲层的表面形成振动晶体，所述振动晶体横跨凹槽，所述振动晶体两侧分别与正极插塞以及负极插塞连接，所述振动晶体的另两侧暴露出第一牺牲层；

在所述振动晶体的表面形成第二牺牲层，所述第一牺牲层与第二牺牲层相连接；在所述第二牺牲介质层的表面形成隔离层；刻蚀所述隔离层形成通孔，所述通孔露出第二牺牲层表面；通过所述通孔去除第二牺牲层以及第一牺牲层；在所述隔离层的表面形成覆盖层，且所述覆盖层覆盖通孔。

可选的，所述凹槽的底部与激励板之间通过部分层间介质层相间隔。所述凹槽的侧壁与正极插塞以及负极插塞之间均通过部分层间介质层相间隔。所述凹槽的槽深为0.5μm～4μm，槽宽为5μm～50μm。

可选的，所述振动晶体的材质为锗化硅。所述振动晶体的厚度为3μm～15μm。

所述第二牺牲层的厚度为2μm～20μm。所述第一牺牲层以及第二牺牲层的材料均为活性碳。

可选的，所述去除第一牺牲层以及第二牺牲层的方法包括：在高温下，向通孔内通入氧气，将所述活性碳氧化成气态的氧化物。所述高温氧化的温度为350℃～450℃。

本发明提供的晶振，包括：

半导体衬底；位于半导体衬底表面的层间介质层，所述层间介质层内形成有激励板以及位于所述激励板两侧的正极插塞、负极插塞；

位于正极插塞与负极插塞之间、激励板上方的下空腔；

位于层间介质层表面，横跨所述下空腔，并与正极插塞、负极插塞连接的振动晶体，所述振动晶体与其两侧的正极插塞以及负极插塞连接，除此之外，其余两侧为自由端，不与周围物体相接触；

位于层间介质层上的隔离层，所述隔离层与振动晶体之间具有间隙，构成上空腔；形成于所述隔离层表面的覆盖层。

可选的，所述下空腔的底部与激励板之间通过部分层间介质层相间隔。述下空腔的侧壁与正极插塞以及负极插塞之间均通过部分层间介质层相间所述下空腔的深度为0.5μm～4μm，宽度为5μm～50μm。

可选的，所述振动晶体的材质为锗化硅。所述振动晶体厚度为3μm～15μm。所述隔离层与振动晶体的间隙为2μm～20μm。

本发明所述的晶振制作方法与CMOS工艺相兼容，形成的晶振尺寸较小，适于器件微缩，且结构简单，易于生产制造并集成于半导体芯片中。