一种单面凹坑结构石英晶片制造方法及石英晶片与流程

本发明涉及石英晶片制造，尤其涉及到一种单面凹坑结构石英晶片制造方法及石英晶片。

背景技术：

1、在信息技术及通信技术持续发展的推动下，石英晶体器件正加速向小型化和高频化方向演进。传统机械切削、研磨及抛光工艺受加工尺度、厚度均匀性和薄片搬运能力等因素限制，越来越难以满足高频石英晶片对尺寸一致性、频率一致性及批量加工能力的要求。为提高加工精度并适配高频产品，类半导体光刻和刻蚀工艺逐步被引入石英晶片制造。

2、现有石英晶片光刻工艺为适配晶圆传输机制和设备规范，通常采用方形、3英寸或4英寸石英晶圆，其主体框架厚度一般控制在50-120μm范围。随着高频石英器件需求增加，采用6英寸、8英寸或更大面积的板级加工方式有利于提高单位批次产能；然而，石英晶圆内部通常包含用于形成晶片轮廓或振动结构的镂空区域，大尺寸石英晶圆为满足加工过程中的结构刚性及设备承载要求，主体框架往往需要增厚至200-500μm以上，导致石英材料利用率显著下降并增加制造成本。

3、另一方面，高频石英晶片的振动区域厚度较薄，并且其厚度变化直接影响谐振频率。对于高频产品，振动区域的厚度控制通常需要达到几十纳米量级，常规整体减薄或单片加工方式存在加工效率低、工艺窗口受限以及批次一致性难以兼顾等问题。随着晶片尺寸进一步缩小、单位面积排布密度提高，如何在保证整体加工刚性和搬运可靠性的同时，对局部高频振动区域实施高精度厚度控制，成为需要解决的工艺问题。

4、因此，有必要提供一种新的石英晶片制造方案，使小尺寸石英材料能够与大面积半导体或mems工艺平台兼容，在不依赖厚重大尺寸石英主体框架的条件下实现板级批量加工，并通过局部凹坑结构形成高频薄型振动区域，以兼顾成本、加工效率和频率一致性。

技术实现思路

1、本发明提供一种单面凹坑结构石英晶片制造方法及石英晶片，以至少解决现有大尺寸石英晶圆原材料利用率低、制造成本高、板级批量加工适配困难以及高频薄型振动区域厚度一致性控制难度较大的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种单面凹坑结构石英晶片制造方法，包括以下步骤：

3、提供衬底基片，将若干个石英基片键合于衬底基片一侧，形成石英层；

4、在所述衬底基片远离所述石英层一侧和所述石英层远离所述衬底基片一侧沉积获得第一耐腐蚀膜；

5、对所述石英层进行经光刻胶和第一耐腐蚀膜的石英结构图形光刻与刻蚀以及石英凹坑区域图形光刻与刻蚀；其中，所述石英结构图形光刻与刻蚀被配置为通过光刻胶和第一耐腐蚀膜在石英层上形成石英晶片的外部区域与中部镂空连接区域，所述石英凹坑区域图形光刻与刻蚀被配置为通过光刻胶和第一耐腐蚀膜在石英晶片形成单面的凹坑结构区域；

6、去除剩余的第一耐腐蚀膜并沉积获得第二耐腐蚀膜；

7、对所述衬底基片远离所述石英层一侧进行背面释放图形光刻，并在形成背面释放图形后对所述衬底基片进行背面释放图形刻蚀，以将石英晶片对应区域的衬底材料去除；

8、去除第二耐腐蚀膜，形成石英晶片层的表面金属电极；

9、对石英晶片层进行分割，获得石英晶片层中每个石英晶片内的若干个成品石英晶片。

10、在一优选的实施例中，若干个石英基片所具有的第一尺寸被配置为小于所述衬底基片的第二尺寸。

11、在一优选的实施例中，若干个石英基片采用chip to wafer工艺并通过sab室温键合或pab亲水键合的方式键合于所述衬底基片一侧，形成石英层。

12、在一优选的实施例中，所述方法还包括：对石英层进行减薄磨削、研磨、抛光以及厚度修型，以使石英层满足厚度减低至20um，表面sa<10nm，ttv<10nm。

13、在一优选的实施例中，所述第一耐腐蚀膜和所述第二耐腐蚀膜采用耐hf腐蚀材料。

14、在一优选的实施例中，对所述石英层进行经光刻胶和第一耐腐蚀膜的石英结构图形光刻与刻蚀以及石英凹坑区域图形光刻与刻蚀，具体包括：

15、对所述石英层上的第一耐腐蚀膜涂覆光刻胶并进行石英结构图形光刻，在形成石英晶片结构图形后对所述石英层进行石英结构图形刻蚀，以形成石英晶片的外部区域与中部镂空连接区域；

16、对所述石英层进行光刻胶喷涂，在所述光刻胶上进行石英凹坑区域图形光刻，并在形成石英晶片凹坑区域图形后对所述石英层进行石英凹坑区域图形刻蚀，以在石英晶片单面形成凹坑结构区域。

17、在一优选的实施例中，所述凹坑结构区域包括凹坑底部的高频振动区域，所述高频振动区域与外部区域通过中部镂空连接区域连接，所述中部镂空连接区域被配置为具有若干个用于连接高频振动区域与外部区域的连接点构成的多点连接结构。

18、在一优选的实施例中，所述石英凹坑区域图形刻蚀的腐蚀厚度被配置为5-19.5um，所述凹坑底部的高频振动区域厚度为0.5-15μm。

19、在一优选的实施例中，形成石英晶片层的表面金属电极，包括：

20、对石英晶片层双面镀金属电极膜；

21、对所述金属电极膜执行光刻、金属刻蚀去胶工艺，以形成所述石英晶片层的表面金属电极。

22、此外，为了实现上述目的，本发明还提供了一种石英晶片，被配置为采用如上任意一项所述的单面凹坑结构石英晶片制造方法制备获得。

23、本发明的有益效果在于：

24、通过在石英层主体厚度已经完成高精度减薄和厚度修型的基础上，再采用局部凹坑刻蚀形成0.5-15μm的高频振动区域，可以缩短局部薄化所需的刻蚀时间，并利用刻蚀设备的浓度、温度或等离子体均匀性控制凹坑区域的厚度散差，有利于提高高频产品的频率一致性和成品良率。

25、通过在高频振动区域和外部区域之间设置由多个连接点构成的中部镂空连接区域，可以在保持外部区域用于固定、点胶和封装支撑的同时，降低振动区域与外部区域之间的机械耦合阻抗；连接点数量和尺寸还可以根据阻抗与抗振性能需求进行平衡设计。

26、通过将多个小尺寸石英基片键合于大面积衬底基片，使衬底基片承担板级加工所需的结构支撑和设备传输功能，无需直接采用厚度较大的大尺寸石英晶圆作为主体框架，能够提高石英材料利用率并降低原材料和加工成本。

27、小尺寸石英基片经chip to wafer方式集成后可以适配6英寸、8英寸或更大面积的半导体及mems工艺平台，将传统单片或小批次加工转化为大面积并行加工，有利于提高单位批次产出和设备利用效率。

1.一种单面凹坑结构石英晶片制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的单面凹坑结构石英晶片制造方法，其特征在于，若干个石英基片所具有的第一尺寸被配置为小于所述衬底基片的第二尺寸。

3.如权利要求1所述的单面凹坑结构石英晶片制造方法，其特征在于，若干个石英基片采用chip to wafer工艺并通过sab室温键合或pab亲水键合的方式键合于所述衬底基片一侧，形成石英层。

4.如权利要求1所述的单面凹坑结构石英晶片制造方法，其特征在于，所述方法还包括：对石英层进行减薄磨削、研磨、抛光以及厚度修型，以使石英层满足厚度减低至20um，表面sa<10nm，ttv<10nm。

5.如权利要求1所述的单面凹坑结构石英晶片制造方法，其特征在于，所述第一耐腐蚀膜和所述第二耐腐蚀膜采用耐hf腐蚀材料。

6.如权利要求1所述的单面凹坑结构石英晶片制造方法，其特征在于，对所述石英层进行经光刻胶和第一耐腐蚀膜的石英结构图形光刻与刻蚀以及石英凹坑区域图形光刻与刻蚀，具体包括：

7.如权利要求6所述的单面凹坑结构石英晶片制造方法，其特征在于，所述凹坑结构区域包括凹坑底部的高频振动区域，所述高频振动区域与外部区域通过中部镂空连接区域连接，所述中部镂空连接区域被配置为具有若干个用于连接高频振动区域与外部区域的连接点构成的多点连接结构。

8.如权利要求7所述的单面凹坑结构石英晶片制造方法，其特征在于，所述石英凹坑区域图形刻蚀的腐蚀厚度被配置为5-19.5um，所述凹坑底部的高频振动区域厚度为0.5-15μm。

9.如权利要求1所述的单面凹坑结构石英晶片制造方法，其特征在于，形成石英晶片层的表面金属电极，包括：

10.一种石英晶片，其特征在于，被配置为采用如权利要求1-9任意一项所述的单面凹坑结构石英晶片制造方法制备获得。