CN104925741B

CN104925741B - 一种mems器件切割方法

Info

Publication number: CN104925741B
Application number: CN201410105966.1A
Authority: CN
Inventors: 郑超; 王伟
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority date: 2014-03-20
Filing date: 2014-03-20
Publication date: 2017-03-01
Anticipated expiration: 2034-03-20
Also published as: CN104925741A

Abstract

本发明提供一种MEMS器件切割方法，所述工艺包括：提供边缘具有一第一刻痕的衬底晶圆，在所述第一刻痕两侧定义两条平行的预切割道；并在所述切割道上设置切割对准标记；提供边缘具有一第二刻痕的盖帽晶圆；将所述盖帽晶圆键合于所述衬底晶圆上，并使所述第二刻痕与所述第一刻痕呈对角对准；去除所述盖帽晶圆上边缘部分，暴露出所述衬底晶圆上的第一刻痕；对准所述第一刻痕和第二刻痕对应平行的两侧进行切割，暴露出所述预切割道上的切割对准标记；根据所述切割对准标记切割与所述预切割道垂直的切割道，并根据所述两条预切割道间的距离切割与所述预切割道平行的切割道。本发明通过精确的对准步骤准确找到切割对准标记，避免盲切引起的器件损伤，大大提高了切割工艺的可靠性，进而提高MEMS产品的产率。

Description

一种MEMS器件切割方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别是涉及一种MEMS器件切割方法。

背景技术

微机电系统(Micro-electromechanical System，MEMS)是一种基于微电子技术和未加工技术的一种高科技领域。MEMS技术克将机械构件、驱动部件、电控系统、数字处理系统等集成为一个整体的微型单元。MEMS器件具有微小、智能、可执行、可集成、工艺兼容性好、成本低等诸多优点。MEMS技术的发展开辟了一个全新的技术领域和产业，利用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，物联网以及其他领域汇总都有着十分广阔的应用前景。

在目前的MEMS产品中，一般包括衬底晶圆和盖帽晶圆(cap wafer)，通过键合工艺使衬底晶圆上的器件处于密闭的真空腔体内，键合工艺完成后，只能看见所述衬底晶圆和盖帽晶圆的背面，看不到晶圆上的任何器件图案和标记，这给芯片切割带来了新的挑战。

传统的MEMS器件切割方法如图1所示，所述衬底晶圆1A和盖帽晶圆2A键合之后，在所述盖帽晶圆2A的两个相邻的侧边上进行盲切使切割出5～7mm的区域，然后露出下面衬底晶圆1A的切割道并进行对准切割。由于盲切很容易切到衬底晶圆1A上的器件，导致器件被切坏，使MEMS器件的产率大大降低。

因此，提供一种改进的MEMS器件切割方法是本领域技术人眼需要解决的课题。

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器件切割方法，用于解决现有技术的MEMS器件切割方法中盲切导致器件被切坏的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种MEMS器件切割方法，所述MEMS器件切割方法至少包括步骤：

提供边缘具有一第一刻痕的衬底晶圆，在所述第一刻痕两侧定义两条平行的预切割道，并在所述切割道上设置切割对准标记；所述衬底晶圆关于所述预切割道对称；

提供边缘具有一第二刻痕的盖帽晶圆；将所述盖帽晶圆键合于所述衬底晶圆上，并使所述第二刻痕与所述第一刻痕呈对角对准；

切割去除所述盖帽晶圆上除第二刻痕外的边缘部分，以暴露出所述衬底晶圆上的第一刻痕；

对准所述第一刻痕和第二刻痕对应平行的两侧进行预切割，暴露出所述预切割道上的切割对准标记；

根据所述切割对准标记切割与所述预切割道垂直的切割道，并根据所述两条预切割道间的距离切割与所述预切割道平行的切割道，最终完成MEMS器件的切割工艺。

作为本发明MEMS器件切割方法的一种优化方案，所述衬底晶圆上还包括阵列排列的器件区。

作为本发明MEMS器件切割方法的一种优化方案，所述两条预切割道之间的距离为1.5～2.5mm。

作为本发明MEMS器件切割方法的一种优化方案，所述两条预切割道之间的距离为2mm。

作为本发明MEMS器件切割方法的一种优化方案，采用光源曝光的方式在所述衬底晶圆和盖帽晶圆的切割道上制作相对应的键合标记，通过键合标记使键合后的所述盖帽晶圆的第二刻痕与衬底晶圆的第一刻痕呈对角对准。

作为本发明MEMS器件切割方法的一种优化方案，所述第二刻痕与所述第一刻痕对准时偏移5～10μm。

作为本发明MEMS器件切割方法的一种优化方案，所述第一刻痕为V型刻痕。

作为本发明MEMS器件切割方法的一种优化方案，所述第二刻痕为V型刻痕。

作为本发明MEMS器件切割方法的一种优化方案，切割去除所述盖帽晶圆上除第二刻痕外的边缘部分的宽度为0.8～1.2mm。

作为本发明MEMS器件切割方法的一种优化方案，所述切割对准标记为十字型。

作为本发明MEMS器件切割方法的一种优化方案，所述盖帽晶圆和衬底晶圆进行键合后、切割去除所述盖帽晶圆上除第二刻痕外的边缘部分之前，还包括对所述盖帽晶圆表面进行减薄的步骤。

作为本发明MEMS器件切割方法的一种优化方案，完成MEMS器件切割之后还需要对MEMS器件进行去离子水清洗。

如上所述，本发明的MEMS器件切割方法，包括步骤：提供边缘具有一第一刻痕的衬底晶圆，在所述第一刻痕两侧定义两条平行的预切割道；所述衬底晶圆关于所述预切割道对称，并在所述切割道上设置切割对准标记；提供边缘具有一第二刻痕的盖帽晶圆；将所述盖帽晶圆键合于所述衬底晶圆上，并使所述第二刻痕与所述第一刻痕呈对角对准；切割去除所述盖帽晶圆上除第二刻痕外的边缘部分，以暴露出所述衬底晶圆上的第一刻痕；对准所述第一刻痕和第二刻痕对应平行的两侧进行切割，暴露出所述预切割道上的切割对准标记；根据所述切割对准标记切割与所述预切割道垂直的切割道，并根据所述两条预切割道间的距离切割与所述预切割道平行的切割道，最终完成MEMS器件的切割工艺。本发明提供的MEMS器件切割方法通过精确的对准步骤准确找到切割对准标记，避免盲切引起的器件损伤，大大提高了切割工艺的可靠性，进而提高MEMS产品的产率。

附图说明

图1为现有技术的MEMS器件切割方法的盲切示意图。

图2为本发明的MEMS器件切割方法的流程示意图。

图3为本发明MEMS器件切割方法的中提供的衬底晶圆结构示意图。

图4为本发明MEMS器件切割方法的中提供的盖帽晶圆结构示意图。

图5a为本发明MEMS器件切割方法中所述衬底晶圆和盖帽晶圆键合后的结构俯视图。

图5a为本发明MEMS器件切割方法中所述衬底晶圆和盖帽晶圆键合后的结构剖面图。

图6为本发明MEMS器件切割方法中研磨所述盖帽晶圆表面的结构示意图。

图7a为本发明MEMS器件切割方法中去除所述盖帽晶圆边缘部分的结构俯视图。

图7b为本发明MEMS器件切割方法中去除所述盖帽晶圆边缘部分的结构剖面图。

图8为本发明MEMS器件切割方法中进行预切割对准的结构示意图。

图9a为本发明MEMS器件切割方法中进行预切割的结构俯视图。

图9b为本发明MEMS器件切割方法中进行预切割的结构剖面图。

图10为本发明MEMS器件切割方法中进行横向切割获得的结构示意图。

图11a本发明MEMS器件切割方法中进行纵向切割获得的结构俯视图。

图11b本发明MEMS器件切割方法中进行纵向切割获得的结构剖面图。

元件标号说明

1,1A 衬底晶圆

101 第一刻痕

102 预切割道

103 器件区

104 切割对准标记

2,2A 盖帽晶圆

201 第二刻痕

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。

请参阅附图。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。

本发明提供一种MEMS器件切割方法，如图2所示工艺流程图，所述MEMS器件切割方法至少包括以下步骤：

S1，提供边缘具有一第一刻痕的衬底晶圆，在所述第一刻痕两侧定义两条平行的预切割道；并在所述切割道上设置切割对准标记；所述衬底晶圆关于所述预切割道对称；

S2，提供边缘具有一第二刻痕的盖帽晶圆；将所述盖帽晶圆键合于所述衬底晶圆上，并使所述第二刻痕与所述第一刻痕呈对角对准；

S3，切割去除所述盖帽晶圆上除第二刻痕外的边缘部分，以暴露出所述衬底晶圆上的第一刻痕；

S4，对准所述第一刻痕和第二刻痕对应平行的两侧进行预切割，暴露出所述预切割道上的切割对准标记；

S5，根据所述切割对准标记切割与所述预切割道垂直的切割道，并根据两条所述预切割道间的距离切割与所述预切割道平行的切割道，最终完成MEMS器件的切割工艺。

下面结合具体附图详细描述本发明的MEMS器件切割方法。

首先执行步骤S1，提供边缘具有一第一刻痕的衬底晶圆，在所述第一刻痕两侧定义两条平行的预切割道，并在所述切割道上设置切割对准标记；所述衬底晶圆关于所述预切割道对称。

请参阅图3，所述衬底晶圆1上设置有第一刻痕101，该第一刻痕101除了用于所述衬底晶圆1的晶向定位，在本发明中还用于预切割道102的位置定义。本实施例中以所述第一刻痕101为V型刻痕为例进行说明，当然，根据晶圆工艺技术的发展，所述第一刻痕101也可以是其他合适的形状。另外，所述衬底晶圆1的材质可以是硅、锗硅或绝缘体上硅，本实施例中的衬底晶圆1优选为硅衬底。所述衬底晶圆1的厚度例如可以为400μm的晶圆，当然也可以是其他厚度。

在所述V型第一刻痕101两侧定义两条平行的预切割道102，所述预切割道102两侧的衬底晶圆1对称。如图3所示，经过V型第一刻痕101两端的端点向衬底晶圆1上与所述V型第一刻痕101相对的另一边边缘引两道具有一定宽度的平行线，形成预切割道102。

根据MEMS具体器件尺寸的要求，两条平行的预切割道102之间的距离可在1.5～2.5mm之间选择。本实施例中，所述预切割道102之间的距离为2mm。

所述衬底晶圆1上还包括阵列排列的器件区103。定义好预切割道102之后，在所述衬底晶圆1上形成的器件区103需要避开预切割道102。每一个器件区103四周被切割道包围。再在预切割道102中设置若干个切割对准标记104，如图3所示，所述切割对准标记104为十字型，便于后续对准横向切割道进行切割。

然后执行步骤S2，提供边缘具有一第二刻痕的盖帽晶圆；将所述盖帽晶圆键合于所述衬底晶圆上，并使所述第二刻痕与所述第一刻痕呈对角对准。

请参阅图4，所述盖帽晶圆2用于密封所述衬底晶圆1上的器件区103，该盖帽晶圆2上设置有第二刻痕201。本实施例中以所述第二刻痕201为V型刻痕为例进行说明，当然，根据晶圆工艺技术的发展，所述第二刻痕201也可以是其他合适的形状。另外，所述盖帽晶圆2的材质可以是硅、锗硅或绝缘体上硅，本实施例中的盖帽晶圆2优选为硅衬底。所述盖帽晶圆2的厚度例如可以为400μm的晶圆，当然也可以是其他厚度。

所述盖帽晶圆2与所述衬底晶圆1键合，采用光源曝光的方式在所述衬底晶圆1和盖帽晶圆2的切割道上制作相对应的键合标记(未予以图示)，通过键合标记使键合后的所述盖帽晶圆2的第二刻痕201与衬底晶圆1的第一刻痕101呈对角对准。本实施例中，如图5a所示，V型的第一刻痕和第二刻痕在晶圆上处于相对的位置，呈180度的对角。当然，所述第二刻痕201与所述第一刻痕101对准时可以允许在5～10μm范围内偏移，不会影响后续预切割的质量，使器件区103在预切割时免受损伤。键合后的晶圆结构如图5b所示。

如图6所示，在所述衬底晶圆1和盖帽晶圆2键合之后，可以对所述盖帽晶圆2表面进行研磨直至获得所需的厚度，以便于后续晶圆容易切割，并且有助于降低MEMS器件的整体尺寸。

接着执行步骤S3，切割去除所述盖帽晶圆上除第二刻痕外的边缘部分，以暴露出所述衬底晶圆上的第一刻痕。

如图7a和7b所示，切割去除所述盖帽晶圆2的外边缘一圈后，盖帽晶圆2边缘仅留下V型第二刻痕201。由于所述盖帽晶圆2边缘部分被切除，键合在下层的衬底晶圆1的第一刻痕101则会暴露出来。为了避免切割到衬底晶圆1上器件区103，盖帽晶圆2的边缘所切割的宽度不易太宽，可以在0.8～1.2mm左右，本实施例中该切割的宽度为1mm。

接着执行步骤S4，对准所述第一刻痕和第二刻痕对应平行的两侧进行预切割，暴露出所述预切割道上的切割对准标记。

请继续参阅图8，沿着图中虚线的方向先进行预切割工艺的对准。精确对准之后，沿着虚线方向进行预切割工艺切开所述盖帽晶圆2，暴露出步骤S1中定义的预切割道102上的十字切割对准标记104，如图9a和图9b所示。

最后执行步骤S5，根据所述切割对准标记切割与所述预切割道垂直的切割道，并根据两条所述预切割道间的距离切割与所述预切割道平行的切割道，最终完成MEMS器件的切割工艺。

如图10所示，通过十字型的切割对准标记104可以精准地对准横向切割道，对准之后再进行横向切割道的切割。

接着，如图11a和图11b所示，根据两条所述预切割道102间的距离切割其他与所述预切割道102平行的纵向切割道，具体地，通过切割装置的等距平移，如，平移2mm，对所述纵向切割道依次进行切割。

完成MEMS器件切割之后还需要对所述MEMS器件进行去离子水清洗，以冲洗掉切割带来的残留物。

综上所述，本发明提供一种MEMS器件切割方法，所述MEMS器件切割方法至少包括以下步骤：提供边缘具有一第一刻痕的衬底晶圆，在所述衬底晶圆上定义所述第一刻痕两侧定义两条平行的预切割道；所述衬底晶圆关于所述预切割道对称，并在所述切割道上设置切割对准标记；提供边缘具有一第二刻痕的盖帽晶圆；将所述盖帽晶圆键合于所述衬底晶圆上，并使所述第二刻痕与所述第一刻痕呈对角对准；切割去除所述盖帽晶圆上除第二刻痕外的边缘部分，以暴露出所述衬底晶圆上的第一刻痕；对准所述第一刻痕和第二刻痕对应平行的两侧进行切割，暴露出所述预切割道上的切割对准标记；根据所述切割对准标记切割与所述预切割道垂直的切割道，并根据所述两条预切割道间的距离切割与所述预切割道平行的切割道，最终完成MEMS器件的切割工艺。本发明提供的MEMS器件切割方法通过精确的对准步骤准确找到切割对准标记，避免盲切引起的器件损伤，大大提高了切割工艺的可靠性，进而提高MEMS产品的产率。。

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器件切割方法，其特征在于，所述MEMS器件切割方法至少包括步骤：

提供边缘具有一第一刻痕的衬底晶圆，在所述第一刻痕两侧定义两条平行的预切割道，并在所述预切割道上设置切割对准标记；所述衬底晶圆关于所述预切割道对称；

切割去除所述盖帽晶圆上除第二刻痕外的边缘部分，以暴露出所述衬底晶圆上的第一刻痕，其中，切割去除所述盖帽晶圆上除第二刻痕外的边缘部分的宽度为0.8～1.2mm；

根据所述切割对准标记切割与所述预切割道垂直的切割道，并根据两条所述预切割道间的距离切割与所述预切割道平行的切割道，最终完成MEMS器件的切割工艺。

2.根据权利要求1所述的MEMS器件切割方法，其特征在于：所述衬底晶圆上还包括阵列排列的器件区。

3.根据权利要求1所述的MEMS器件切割方法，其特征在于：两条所述预切割道之间的距离为1.5～2.5mm。

4.根据权利要求3所述的MEMS器件切割方法，其特征在于：两条所述预切割道之间的距离为2mm。

5.根据权利要求1所述的MEMS器件切割方法，其特征在于：采用光源曝光的方式在所述衬底晶圆和盖帽晶圆的切割道上制作相对应的键合标记，通过键合标记使键合后的所述盖帽晶圆的第二刻痕与衬底晶圆的第一刻痕呈对角对准。

6.根据权利要求1或5所述的MEMS器件切割方法，其特征在于：所述第二刻痕与所述第一刻痕对准时偏移5～10μm。

7.根据权利要求1所述的MEMS器件切割方法，其特征在于：所述第一刻痕为V型刻痕。

8.根据权利要求1所述的MEMS器件切割方法，其特征在于：所述第二刻痕为V型刻痕。

9.根据权利要求1所述的MEMS器件切割方法，其特征在于：所述切割对准标记为十字型。

10.根据权利要求1所述的MEMS器件切割方法，其特征在于：在所述盖帽晶圆和衬底晶圆进行键合后、切割去除所述盖帽晶圆上除第二刻痕外的边缘部分之前，还包括对所述盖帽晶圆表面进行减薄的步骤。

11.根据权利要求1所述的MEMS器件切割方法，其特征在于：完成MEMS器件切割之后还需要对MEMS器件进行去离子水清洗。