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SiTime MEMS First 工艺
目录
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引言........................................................................................................................................................................1
1.1 封装...............................................................................................................................................................1
1.2 稳定性...........................................................................................................................................................2
1.3 耐久性...........................................................................................................................................................2
1.4 尺寸...............................................................................................................................................................2
1.5 可制造性......................................................................................................................................................2
1.6 质量...............................................................................................................................................................2
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MEMS FirstTM 工艺流程详解........................................................................................................................3
.1 谐振器定义..................................................................................................................................................3
.2 氧化物填充..................................................................................................................................................3
.3 通气孔的形成 .............................................................................................................................................4
.4 谐振器结构释放.........................................................................................................................................4
.5 谐振器密封..................................................................................................................................................5
.6 电气通孔的形成.........................................................................................................................................5
.7 金属导线层..................................................................................................................................................6
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MEMS First 工艺的特性与优势 .................................................................................................................6
结论........................................................................................................................................................................6
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引言
MEMS FirstTM 是 SiTime 用于制造硅谐振器晶片的工艺。它可生产完全封装在硅材料中的、极
其稳定且高持久性的超小型谐振器。由于该工艺采用标准 CMOS 晶圆代工厂工具及材料，因而其
产品不仅很容易制造，而且还具有优异的质量和可靠性。此外，以大型晶圆形式生产，还可实现
大批量快速量产。以下章节将更加详细地介绍 MEMS FirstTM 工艺的各个重要方面。
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.1 封装
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在开发出 MEMS First
工艺之前，封装是阻碍 MEMS 谐振器实现商业化的最大问题。
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MEMS First 工艺能生产出在单独超净真空腔中密封的谐振器的成品晶圆，从而消除这一制约。
这些晶圆不仅看上去很像标准 CMOS 晶圆，而且还可采用塑封铸模 (plastic molding)、倒装芯
片（Flip Chip）以及芯片堆叠等业界标准 IC 封装工艺进行封装。
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.2 稳定性
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MEMS First 工艺的气密封装特性称为 Epi-Seal ，该特性是在清洁真空环境中以极高温度实现
的。这有利于谐振器的高稳定性。使用陶瓷封装或晶圆键合 (wafer bonding) 的常规低温封装会
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在封装中残留挥发性有机物和水，导致谐振器的质量负载和频率漂移。支持
Epi-Seal
的
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MEMS First 是唯一经过验证的制造工艺，能生产出稳定性达到甚至超过石英晶振的谐振器。
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.3 耐久性
MEMS First 封装包络强度高且高度经久耐用。谐振器在外一层硅材料的保护下，能承受高达 100
bar 或 1500 PSI 的塑封铸模高压。MEMS First 封装可在这种压力下保持完好无损。
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.4 尺寸
与晶圆片键合等其它封装方法相比，MEMS First 封装无需额外的芯片面积。MEMS First 成品晶
圆底衬厚度不足 100 um。因此 SiTime 谐振器和振荡器堪称是世界上最纤小、最薄的产品。
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.5 可制造性
SiTime 使用业界一流的 200 毫米 CMOS 制造工具及设施，从而可采用标准供应链获得调度稳定
性、产量可扩展性以及生产经济性的所有优势。
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.6 质量
现代 CMOS 晶圆厂的显著特点是：他们能够在最佳控制情况下，精确地重复晶圆之间、批次之间
以及年与年之间的各个制造步骤。SiTime 利用这种高度精确的重复性生产出具备优异质量的谐振
器。
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.5 谐振器密封
谐振器真空腔体密封的工艺是形成稳
定谐振器的关键，使其频率不会随时
间飘移，也不会在器件焊接在印刷电
路板 (PCB) 上时发生变化。SiTime 的
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Epi-Seal
工艺先清洁谐振器和真空
腔，然后在高温外延晶体生长反应炉中
封闭先前的通气孔。热氢气和氯气可清
洁谐振器，而含硅气体的化学反应可在
通气孔中沉淀多晶硅，封闭超级纯净的
微型空腔。在薄层密闭之后，继续用
外延生长方式形成厚的耐久硅封装层。谐振器周围的腔体可保持超净真空。
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.6 电气通孔的形成
谐振器和电极的连接需要电气通孔。
先蚀刻沟槽再填充导体材料，让电极
和谐振器之间形成电气连接。
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.7 金属导线层
谐振器与外界的电气互联是通过铝金
属层导线和接合焊盘实现的，该工艺
最后还在金属导线层上覆盖氧化硅及
氮化硅的防刮硬膜层。
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MEMS First 工艺的特性与优势
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表 1: MEMS First 工艺的特性与优势
特性
优势
标准流程与材料
利用现有供应链来降低成本
业界标准工艺控制与 6 西格玛理念
高温工艺过程中完成封装保护的 MEMS 结构
标准的 IC 后端工艺（封装与测试）
更高的良率、质量及可靠性
更小的尺寸、更高的稳定性、可靠性和质量
利用现有供应链降低成本
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结论
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表 2: 修订记录
Version
Release Date
03/15/2018
09/14/2018
Change Summary
1
.0
.8
Original doc
Document was re-structured
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理，而且 SiTime 无法在正常测试条件下对相关修改或修理进行测试；或 (iv) 错误的安装、存储、处理、仓储或运输，或 (v) 将产品
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型应用领域。
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