CN104108139B

CN104108139B - 一种mems晶圆的切割方法

Info

Publication number: CN104108139B
Application number: CN201310138683.2A
Authority: CN
Inventors: 肖启明; 江博渊
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority date: 2013-04-18
Filing date: 2013-04-18
Publication date: 2015-12-09
Anticipated expiration: 2033-04-18
Also published as: CN104108139A

Abstract

本发明提供一种MEMS晶圆的切割方法，包括步骤：1）切割并去除MEMS晶圆覆盖晶圆边缘的部分未键合区域，露出器件晶圆的器件图案；2）于各该MEMS腔体之间的间隔区域中沿第一方向对所述覆盖晶圆进行预切割形成多个切割道，并保留预设厚度的覆盖晶圆；3）沿与第一方向垂直的第二方向对各该MEMS腔体之间的间隔区域进行切割；4）沿第一方向对各该MEMS腔体之间的间隔区域进行切割，使各该MEMS腔体的覆盖晶圆分离。本发明解决了针对表面无图案晶圆的切割难以对准的问题，可以制造出高质量的腔体结构且得到CMOS表面PAD无污染的晶圆，并且解决了设备和刀片容易损坏的问题。本发明所采用的切割设备和切割工艺与传统工艺兼容，方法步骤简单，适用于工业生产。

Description

一种MEMS晶圆的切割方法

技术领域

本发明涉及一种半导体器件的切割工艺，特别是涉及一种MEMS晶圆的切割方法。

背景技术

微机电系统MEMS主要包括微型机构、微型传感器、微型执行器和相应的处理电路等几部分，它是在融合多种微细加工技术，并应用现代信息技术的最新成果的基础上发展起来的高科技前沿学科。

MEMS技术的发展开辟了一个全新的技术领域和产业，采用MEMS技术制作的微传感器、微执行器、微型构件、微机械光学器件、真空微电子器件、电力电子器件等在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事以及几乎人们所接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。MEMS技术正发展成为一个巨大的产业，就象近20年来微电子产业和计算机产业给人类带来的巨大变化一样，MEMS也正在孕育一场深刻的技术变革并对人类社会产生新一轮的影响。目前MEMS市场的主导产品为压力传感器、加速度计、微陀螺仪、墨水喷咀和硬盘驱动头等。

MEMS元件从开始主要应用于打印机和汽车电子等市场，到现在大量应用于智能手机等消费电子市场，MEMS产业最近5年的发展，已大幅超越过往20年潜伏期间所取得的成绩。但是MEMS元件的制造工艺不同于一般的CMOS产品，由于MEMS的结构非常复杂，从设计到完成原形构建，晶圆制造，再到后续封装工艺开发都面临不同于传统CMOS产品的新挑战。所以制造工艺的发明创造变的非常关键。

现有的MEMS晶圆切割工艺中，往往会出现切割难以对准、切割过程产生碎片过大而造成切割困难、器件结构受损、切割刀具容易毁坏等问题。本发明主要针对MEMS晶圆到晶圆键合后的腔体成型切割工艺，在利用传统切割工艺遇到困难的情况下，通过设计全新的工艺步骤，在现有设备能力的情况下，最终实现可量产的高品质切割。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种MEMS晶圆的切割方法，用于解决现有技术中MEMS晶圆切割对准难、切割过程产生碎片过大而造成切割困难、器件结构受损、切割刀具容易毁坏等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种MEMS晶圆的切割方法，所述MEMS晶圆藉由器件晶圆及覆盖晶圆形成多个MEMS腔体，相邻两MEMS腔体之间具有间隔区域，所述切割方法至少包括以下步骤：

1）提供一MEMS晶圆，切割并去除所述覆盖晶圆边缘的部分未键合区域，露出所述器件晶圆的器件图案以供对准；

2）于各该MEMS腔体之间的间隔区域中沿第一方向对所述覆盖晶圆进行预切割形成多个切割道，且使各该切割道内保留预设厚度的覆盖晶圆；

3）沿与第一方向垂直的第二方向对各该MEMS腔体之间的间隔区域进行切割，使各该MEMS腔体的覆盖晶圆沿第二方向分离；

4）沿第一方向对各该MEMS腔体之间的间隔区域进行切割，使各该MEMS腔体的覆盖晶圆沿第一方向分离。

作为本发明的MEMS晶圆的切割方法的一种优选方案，步骤3）中，首先沿第二方向对各该MEMS腔体之间的间隔区域的中部进行第一切割，然后分别对两侧的MEMS腔体键合边缘进行第二切割及第三切割，以使各该MEMS腔体的覆盖晶圆沿第二方向分离。

作为本发明的MEMS晶圆的切割方法的一种优选方案，步骤4）中，首先沿第一方向对各该MEMS腔体之间的间隔区域的中部进行第一切割，然后分别对两侧的MEMS腔体键合边缘进行第二切割及第三切割，以使各该MEMS腔体的覆盖晶圆沿第一方向分离。

作为本发明的MEMS晶圆的切割方法的一种优选方案，所述切割方法为砂轮切割法。

作为本发明的MEMS晶圆的切割方法的一种优选方案，步骤1）之前还包括将所述MEMS晶圆的器件晶圆粘附于一贴膜的步骤。

作为本发明的MEMS晶圆的切割方法的一种优选方案，步骤1）采用多步密间距切割的方法去除所述覆盖晶圆边缘的部分未键合区域。

作为本发明的MEMS晶圆的切割方法的一种优选方案，步骤1）分别去除所述覆盖晶圆的下边缘及右边缘的未键合区域。

作为本发明的MEMS晶圆的切割方法的一种优选方案，步骤2）所述的预设厚度为5～30um。

如上所述，本发明提供一种MEMS晶圆的切割方法，所述MEMS晶圆藉由器件晶圆及覆盖晶圆形成多个MEMS腔体，相邻两MEMS腔体之间具有间隔区域，所述切割方法至少包括以下步骤：1）提供一MEMS晶圆，切割并去除所述覆盖晶圆边缘的部分未键合区域，露出所述器件晶圆的器件图案以供对准；2）于各该MEMS腔体之间的间隔区域中沿第一方向对所述覆盖晶圆进行预切割形成多个切割道，且使各该切割道内保留预设厚度的覆盖晶圆；3）沿与第一方向垂直的第二方向对各该MEMS腔体之间的间隔区域进行切割，使各该MEMS腔体的覆盖晶圆沿第二方向分离；4）沿第一方向对各该MEMS腔体之间的间隔区域进行切割，使各该MEMS腔体的覆盖晶圆沿第一方向分离。本发明解决了针对表面无图案晶圆的切割难以对准的问题，可以制造出高质量的腔体结构且得到CMOS表面PAD无污染的晶圆，并且解决了设备和刀片容易损坏的问题。本发明所采用的切割设备和切割工艺与传统工艺兼容，方法步骤简单，适用于工业生产。

附图说明

图1～图4显示为本发明的MEMS晶圆的切割方法步骤1）所呈现的结构示意图。

图5～图6显示为本发明的MEMS晶圆的切割方法步骤2）所呈现的结构示意图。

图7～图8显示为本发明的MEMS晶圆的切割方法步骤3）所呈现的结构示意图。

图9～图10显示为本发明的MEMS晶圆的切割方法步骤4）所呈现的结构示意图。

元件标号说明

10MEMS晶圆

11贴膜

101器件晶圆

102覆盖晶圆

103MEMS腔体

104间隔区域

105预切割的切割道

106二方向的第一切割

107第二方向的第二切割

108第二方向的第三切割

109第一方向的第一切割

110第一方向的第二切割

111第一方向的第三切割

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1～图10。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1～图10所示，本实施例提供一种MEMS晶圆的切割方法，所述MEMS晶圆10藉由器件晶圆101及覆盖晶圆102形成多个MEMS腔体103，相邻两MEMS腔体103之间具有间隔区域104，所述切割方法至少包括以下步骤：

如图1～图4所示，首先进行步骤1），提供一MEMS晶圆10，切割并去除所述覆盖晶圆102边缘的部分未键合区域，露出所述器件晶圆101的器件图案以供对准。

作为示例，所述切割方法为砂轮切割法。

作为示例，步骤1）之前还包括将所述MEMS晶圆10的器件晶圆101粘附于一贴膜11的步骤。在本实施例中，所述贴膜11可以为蓝膜，当然，在其他的实施例中，所述贴膜11也可以是黄膜、绿膜、黑膜等。

作为示例，步骤1）采用多步密间距切割的方法去除所述覆盖晶圆102边缘的部分未键合区域。一般来说，MEMS晶圆10一般在边缘处会具有大约3mm宽度的未键合区域，而该未键合区域的器件晶圆101中同样会形成器件图案，去除了所述覆盖晶圆102边缘后，就可以露出其下方的器件晶圆101的图案，根据图案便可采用光学设备等装置进行对准，以便后续切割工艺的进行。

作为示例，分别去除所述覆盖晶圆102的下边缘及右边缘的未键合区域。当然，在其他的实施例中，只需去除未键合区域后可以露出下方的器件晶圆101图案即可，如去除上边缘及左边缘的未键合区域等。

如图5～图6所示，然后进行步骤2），于各该MEMS腔体103之间的间隔区域104中沿第一方向对所述覆盖晶圆102进行预切割形成多个切割道105，且使各该切割道105内保留预设厚度d的覆盖晶圆。

对于所述预设厚度，厚度太厚导致第二方向切割时，在预切割的切割道105处晶圆细条无法分离，而厚度太薄会导致MEMS晶圆10过早曝露在切割液和硅粉环境中，容易导致器件晶圆101表面被污染。

作为示例，步骤2）所述的预设厚度d为5～30um。当然在其他的实施例中，该厚度也可以根据需求进行调整，并不限于此处所列举的范围。

由于细长条碎屑导致机台损坏和晶圆表面受损，因此，本实施例采用第一方向预切割可以有效地控制切割废渣尺寸，使第二方向在切割时避免长条晶圆碎屑的产生。

如图7～图8所示，接着进行步骤3），沿与第一方向垂直的第二方向对各该MEMS腔体103之间的间隔区域104进行切割，使各该MEMS腔体103的覆盖晶圆102沿第二方向分离。

作为示例，首先沿第二方向对各该MEMS腔体103之间的间隔区域104的中部进行第一切割106，然后分别对两侧的MEMS腔体103键合边缘进行第二切割107及第三切割108，以使各该MEMS腔体103的覆盖晶圆102沿第二方向分离。

本步骤相对于直接于间隔区域104两个边缘进行切割的优势在于，先于间隔区域104中间进行切割，然后在两个边缘进行切割时，切割出来的晶圆细条可以往间隔区域104中间的位置掉落，而不容易造成下方器件晶圆101的损害。

如图9～图10所示，最后进行步骤4），沿第一方向对各该MEMS腔体103之间的间隔区域104进行切割，使各该MEMS腔体103的覆盖晶圆102沿第一方向分离。

作为示例，首先沿第一方向对各该MEMS腔体103之间的间隔区域104的中部进行第一切割109，然后分别对两侧的MEMS腔体103键合边缘进行第二切割110及第三切割111，以使各该MEMS腔体103的覆盖晶圆102沿第一方向分离。

本发明提供了针对无图案键合晶圆如何有效切割对准和高质量去除覆盖真空腔体外围硅材并且保护底层CMOS晶圆表面干净的解决方案。

首先，切割工艺中利用切割设备，在边缘覆盖移除之后，利用设备光学对准系统，设定切割位置。

其次，导入新程序，控制刀高，在第一方向的其中一个间隔区域104中，在主切割道上切出深切割道，为后续切割腔体成型过程中，废料移除能够尽可能小片，减少对设备和刀片的冲击，也有利于废水废渣的排泄。

最后，从未切割通道开始，采用SUB-INDEX模式，在每两排腔体之间采用三刀切割法，第一刀划透主切割道，为腔体外围碎硅片清除提供空间；第二刀，回移一定距离，切割产生第一排腔体的边界；第三刀，前进一定距离，切割产生第二排腔体的边界。如此反复，最终完成第二方向的腔体外硅材料移除。第一方向同样采用三刀切割方式，完成腔体外硅材料移除。最后得到高质量MEMS晶圆10真空腔体和底层晶圆的干净表面。

综上所述，本发明提供一种MEMS晶圆的切割方法，所述MEMS晶圆10藉由器件晶圆101及覆盖晶圆102形成多个MEMS腔体103，相邻两MEMS腔体103之间具有间隔区域104，所述切割方法至少包括以下步骤：1）提供一MEMS晶圆10，切割并去除所述覆盖晶圆102边缘的部分未键合区域，露出所述器件晶圆101的器件图案以供对准；2）于各该MEMS腔体103之间的间隔区域104中沿第一方向对所述覆盖晶圆102进行预切割形成多个切割道105，且使各该切割道内保留预设厚度的覆盖晶圆；3）沿与第一方向垂直的第二方向对各该MEMS腔体103之间的间隔区域104进行切割，使各该MEMS腔体103的覆盖晶圆102沿第二方向分离；4）沿第一方向对各该MEMS腔体103之间的间隔区域104进行切割，使各该MEMS腔体103的覆盖晶圆102沿第一方向分离。本发明解决了针对表面无图案晶圆的切割难以对准的问题，可以制造出高质量的腔体结构且得到CMOS表面PAD无污染的晶圆，并且解决了设备和刀片容易损坏的问题。本发明所采用的切割设备和切割工艺与传统工艺兼容，方法步骤简单，适用于工业生产。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种MEMS晶圆的切割方法，所述MEMS晶圆藉由器件晶圆及覆盖晶圆形成多个MEMS腔体，相邻两MEMS腔体之间具有间隔区域，其特征在于，所述切割方法至少包括以下步骤：

1)提供一MEMS晶圆，切割并去除所述覆盖晶圆边缘的部分未键合区域，露出所述器件晶圆的器件图案以供对准；

2)于各该MEMS腔体之间的间隔区域中沿第一方向对所述覆盖晶圆进行预切割形成多个切割道，且使各该切割道内保留预设厚度的覆盖晶圆；

3)沿与第一方向垂直的第二方向对各该MEMS腔体之间的间隔区域进行切割，使各该MEMS腔体的覆盖晶圆沿第二方向分离；

4)沿第一方向对各该MEMS腔体之间的间隔区域进行切割，使各该MEMS腔体的覆盖晶圆沿第一方向分离。

2.根据权利要求1所述的MEMS晶圆的切割方法，其特征在于：步骤3)中，首先沿第二方向对各该MEMS腔体之间的间隔区域的中部进行第一切割，然后对第一切割一侧的MEMS腔体键合边缘进行第二切割，并对另一侧的MEMS腔体键合边缘进行第三切割，以使各该MEMS腔体的覆盖晶圆沿第二方向分离。

3.根据权利要求1所述的MEMS晶圆的切割方法，其特征在于：步骤4)中，首先沿第一方向对各该MEMS腔体之间的间隔区域的中部进行第一切割，然后分别对两侧的MEMS腔体键合边缘进行第二切割及第三切割，以使各该MEMS腔体的覆盖晶圆沿第一方向分离。

4.根据权利要求1所述的MEMS晶圆的切割方法，其特征在于：所述切割方法为砂轮切割法。

5.根据权利要求1所述的MEMS晶圆的切割方法，其特征在于：步骤1)之前还包括将所述MEMS晶圆的器件晶圆粘附于一贴膜的步骤。

6.根据权利要求1所述的MEMS晶圆的切割方法，其特征在于：步骤1)采用多步密间距切割的方法去除所述覆盖晶圆边缘的部分未键合区域。

7.根据权利要求1所述的MEMS晶圆的切割方法，其特征在于：步骤1)分别去除所述覆盖晶圆的下边缘及右边缘的未键合区域。

8.根据权利要求1所述的MEMS晶圆的切割方法，其特征在于：步骤2)所述的预设厚度为5～30微米。