CN104860260A - Mems圆片级封装的划片方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种MEMS圆片级封装的划片方法，涉及微电子机械加工方法技术领域。所述方法包括如下步骤：在第一晶圆的背面制备划片标记，正面进行常规的MEMS加工工艺，完成圆片级MEMS结构阵列的制备；将上述圆片级MEMS结构阵列与载有相应微腔结构的第二晶圆进行对准键合，从而进行圆片级封装；通过DRIE刻蚀工艺完成MEMS芯片的输入输出端口的制备，刻蚀的同时完成切割槽的制备；沿第一晶圆背面的划片标记进行划片。所述划片方法具有工艺简单、成本低、效率高的特点。
Description
技术领域
本发明涉及微电子机械加工方法技术领域，尤其涉及一种MEMS圆片级封装的划片方法。
背景技术
键合是MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems,微电子机械系统技术)中一项重要的加工方法，利用键合技术可以降低单个硅片加工的复杂程度，并实现复杂的沟道、腔体以及SOI，同时也是重要的封装方法。MEMS键合封装晶圆具有多层结构、厚度较大、多数还要进行表面加工工艺等特点，如何运用MEMS芯片加工技术实现其低成本、高效率的划片，是个难题。
目前在MEMS晶圆划片领域，主要有砂轮划片和激光划片。激光划片设备价格昂贵，还未能规模化应用，且由于多层键合圆片厚度较大，激光加工的效率较低，优势不明显。砂轮切割是目前应用最为广泛的切割技术，其机理是机械磨削。但砂轮切割过程中由于存在机械接触，MEMS芯片边缘非常容易发生崩边，尤其是芯片背面崩边；且MEMS多层封装圆片通常要进行表面加工工艺，如TSV通孔制备、金属引线Pad制备等，砂轮切割过程中这些结构非常容易因暴露而粘污—主要是硅碎屑的粘污，降低产品良率；而晶圆厚度较大时砂轮切割对金刚石刀片的损伤较大，因此需频繁更换刀片，成本较高。
MEMS器件加工材料及加工工艺的多样化发展，为MEMS晶圆的划片方法提供了进一步发展的空间，使得MEMS晶圆划片在现有MEMS工艺条件的基础上能够更好的实现。DRIE刻蚀工艺作为MEMS加工的关键工艺，其与晶圆键合工艺结合是高效率制作MEMS器件极为重要的方法。利用DRIE刻蚀工艺，可以实现高深宽比深槽的制备，使用STS的ICP刻蚀设备，已经能够完成深度12~18μm，深度500μm左右的深槽刻蚀。但由于工艺技术原因及相关设备研发难度较大，目前DRIE工艺并没有直接地独自实现MEMS晶圆划片工艺。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种MEMS圆片级封装的划片方法，所述划片方法具有工艺简单、成本低、效率高的特点。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种MEMS圆片级封装的划片方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：
1）在第一晶圆的背面制备划片标记，正面进行常规的MEMS加工工艺，完成圆片级MEMS结构阵列的制备；
2）将上述圆片级MEMS结构阵列与载有相应微腔结构的第二晶圆进行对准键合，从而进行圆片级封装；
3）通过DRIE刻蚀工艺完成MEMS芯片的输入输出端口的制备，刻蚀的同时完成切割槽的制备，所述切割槽与划片标记相对设置；
4）沿第一晶圆背面的划片标记进行划片。
进一步优选的技术方案在于：所述步骤1）中采用RIE刻蚀工艺或硅湿法腐蚀工艺制备第一晶圆背面的划片标记。
进一步优选的技术方案在于：所述步骤1）中第一晶圆的正面及背面图形的对位是通过双面光刻的方法实现的。
进一步优选的技术方案在于：所述步骤2）中所述对准键合为共晶键合。
进一步优选的技术方案在于：所述步骤3）中的切割槽的宽度大于划片刀的刀刃宽度，切割槽深度由输入输出端口的刻蚀时间决定，深度不超过第二晶圆的厚度。
进一步优选的技术方案在于：所述步骤4）中采用砂轮切割的方法沿第一晶圆背面的划片标记进行划片。
进一步优选的技术方案在于：所述第一晶圆的厚度大于300μm。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：（1）有机的融合DRIE刻蚀工艺及砂轮切割工艺，实现MEMS封装圆片的划片，芯片无崩边、腔体无污染、成品率高；（2）无需昂贵的激光划片设备，在现有MEMS工艺设备基础上即可完成；（3）通过DRIE刻蚀切割槽，减小切割深度，提高切割效率，同时降低金刚石刀片的伤损，延长其使用寿命，降低生产成品；（4）芯片无崩边，有利于提高其机械强度，从而提高产品可靠性；（5）避免了砂轮切割过程中对功能单元污染；综上，所述划片方法具有工艺简单、成本低、效率高的特点。
附图说明
图1是带有MEMS结构阵列的晶圆截面示意图；
图2是MEMS封装圆片的截面示意图；
图3是DRIE刻蚀封装圆片后的截面示意图；
图4是MEMS圆片级封装的划片示意图；
其中：1、第一晶圆 2、背面划片标记 3、引线金属Pad 4、MEMS结构5、第二晶圆 6、共晶键合 7、切割槽 8、输入输出端口 9、划片胶膜。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例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的一部分实施例，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。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
本发明公开了一种MEMS圆片级封装的划片方法，具体的本实施例公开了一种基于SOI晶圆的MEMS圆片级封装的划片方法，所述方法包括如下步骤：
第一步，制备金属引线Pad，金属引线Pad的制备采用湿法腐蚀形成，也可以采用剥离工艺，如图1所示；第二步，制备圆片级MEMS微结构，MEMS微结构的制备采用干法刻蚀及湿法腐蚀形成，如图2所示；第三步，将上述圆片级MEMS微结构与相应的封盖腔体硅晶圆进行对准，再特定的气氛下进行圆片级键合，键合可采用熔融键合、热压键合等方法，从而进行圆片级封装，特定气氛可以为真空、氮气或者氦气气氛，根据MEMS器件的封装要求选用，如图3所示；第四步，金属Pad引线孔及切割槽制备，金属引线孔的制备可以通过干法刻蚀或硅湿法腐蚀形成，切割槽的制备通过干法刻蚀的方法，如图4所示；第五步，将带有切割槽的一面贴胶膜，采用砂轮切割的方法切割封装圆片的另一面进行切割工艺。
第二步中通过DRIE刻蚀及HF腐蚀释放制备MEMS可动结构时，刻蚀结构的同时需要在SOI器件层上开腐蚀孔，腐蚀SOI晶圆的氧化层，形成MEMS可动结构，腐蚀孔的大小及位置需要根据结构设计决定。
为取得良好的键合强度，同时满足圆片封装的密封性要求，第三步所述的键合优选共晶键合，共晶键合工艺：温度380℃~410℃，压力3000N。共熔键合前进行UV处理，这更有利于增加建和强度。
第四步采用DRIE制备切割槽的工艺时间与金属Pad引线孔的刻蚀时间相同，切割槽的宽度为25μm ~100μm，切割槽深度与刻蚀时间及其宽度有关。
本实施例中，第五步划片时采用目前应用最为广泛的晶圆切割工艺—砂轮划片工艺，工艺过程中主轴转速30000rpm ~50000rpm，切割进给速度5mm/s~10mm/s。砂轮切割时金刚石刀片直接作用于晶圆表面并在晶体内部产生应力损伤，其不可避免地会对芯片造成机械损伤，尤其是切割背面，同时切割过程中会产生硅碎屑。为避免硅碎屑对金属Pad的粘污，本实施例中，划片时将带有切割槽的一面贴划片胶膜，从另一面进行切割；切割深度略大于切割道位置晶圆剩余厚度，这样不但减少了切割深度，有利于延长刀片的使用寿命，同时切割芯片边缘无机械损伤，提高了芯片的可靠性。
所述方法有机的融合DRIE刻蚀工艺及砂轮切割工艺，实现MEMS封装圆片的划片，芯片无崩边、腔体无污染、成品率高；无需昂贵的激光划片设备，在现有MEMS工艺设备基础上即可完成；通过DRIE刻蚀切割槽，减小切割深度，提高切割效率，同时降低金刚石刀片的伤损，延长其使用寿命，降低生产成品；芯片无崩边，有利于提高其机械强度，从而提高产品可靠性；避免了砂轮切割过程中对功能单元污染；综上，所述划片方法具有工艺简单、成本低、效率高的特点。
Claims (7)
1.一种MEMS圆片级封装的划片方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：
1）在第一晶圆（1）的背面制备划片标记（2），正面进行常规的MEMS加工工艺，完成圆片级MEMS结构阵列的制备；
2）将上述圆片级MEMS结构阵列与载有相应微腔结构的第二晶圆（5）进行对准键合，从而进行圆片级封装；
3）通过DRIE刻蚀工艺完成MEMS芯片的输入输出端口（8）的制备，刻蚀的同时完成切割槽（7）的制备，所述切割槽（7）与划片标记（2）相对设置；
4）沿第一晶圆（1）背面的划片标记（2）进行划片。
2.根据权利要求1所述的MEMS圆片级封装的划片方法，其特征在于：所述步骤1）中采用RIE刻蚀工艺或硅湿法腐蚀工艺制备第一晶圆（1）背面的划片标记（2）。
3.根据权利要求1所述的MEMS圆片级封装的划片方法，其特征在于：所述步骤1）中第一晶圆（1）的正面及背面图形的对位是通过双面光刻的方法实现的。
4.根据权利要求1所述的MEMS圆片级封装的划片方法，其特征在于：所述步骤2）中所述对准键合为共晶键合（6）。
5.根据权利要求1所述的MEMS圆片级封装的划片方法，其特征在于：所述步骤3）中的切割槽（7）的宽度大于划片刀的刀刃宽度，切割槽（7）深度由输入输出端口的刻蚀时间决定，深度不超过第二晶圆（5）的厚度。
6.根据权利要求1所述的MEMS圆片级封装的划片方法，其特征在于：所述步骤4）中采用砂轮切割的方法沿第一晶圆（1）背面的划片标记（2）进行划片。
7.根据权利要求1所述的MEMS圆片级封装的划片方法，其特征在于：所述第一晶圆（1）的厚度大于300μm。
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