CN105984839A

CN105984839A - 一种mems器件及其制备方法、电子装置

Info

Publication number: CN105984839A
Application number: CN201510090206.2A
Authority: CN
Inventors: 王伟; 郑超; 闾新明
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp; Semiconductor Manufacturing International Corp
Priority date: 2015-02-27
Filing date: 2015-02-27
Publication date: 2016-10-05
Anticipated expiration: 2035-02-27
Also published as: CN105984839B

Abstract

本发明涉及一种MEMS器件及其制备方法、电子装置。所述方法包括步骤S1：提供底部晶圆，所述底部晶圆包括检测区域，其中，在所述底部晶圆上形成有MEMS器件以及图案化的掩膜层；步骤S2：以所述掩膜层为掩膜蚀刻所述检测区域，以在所述检测区域中形成若干相互间隔的虚拟凹槽，作为清洗通道；步骤S3：提供顶部晶圆，并与所述底部晶圆接合为一体；步骤S4：对所述顶部晶圆的顶部进行划片切割，以形成开口，露出所述虚拟凹槽；步骤S5：执行清洗步骤，以清除所述检测区域中的碎片。本发明的优点在于：1、减小顶部晶圆切割工艺中的缺陷，完全清除了检测区域中形成的碎片。2、避免了检测探针损坏(Probe Card damage)的发生，降低了制造成本。

Description

一种MEMS器件及其制备方法、电子装置

技术领域

本发明涉及半导体领域，具体地，本发明涉及一种MEMS器件及其制备方法、电子装置。

背景技术

随着半导体技术的不断发展，在各种传感器(motion sensor)类产品的市场上，智能手机、集成CMOS和微机电系统(MEMS)器件日益成为最主流、最先进的技术，并且随着技术的更新，这类产品的发展方向是更小的尺寸，高质量的电学性能和更低的损耗。

在MEMS领域中，在晶圆接合之后(Bonding Wafer)需要进行可靠性测试，例如WAT/CP测试等，在该步骤中通常只切断顶部晶圆(Top Wafer)露出底部晶圆(Bottom Wafer)的器件进行WAT/CP测试等即可，在切割所述顶部晶圆时通常会出现一些颗粒(Particle)或碎片跌落在底部晶圆，导致在检测时探针(Probe Card)接触到颗粒或碎片后损坏。

因此需要对目前半导体器件的制备方法和/或检测方法作进一步的改进，以便消除上述问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

本发明为了克服目前存在问题，提供了一种MEMS器件的制备方法，包括：

步骤S1：提供底部晶圆，所述底部晶圆包括检测区域，其中，在所述底部晶圆上形成有MEMS器件以及图案化的掩膜层；

步骤S2：以所述掩膜层为掩膜蚀刻所述检测区域，以在所述检测区域中形成若干相互间隔的虚拟凹槽，作为清洗通道；

步骤S3：提供顶部晶圆，并与所述底部晶圆接合为一体；

步骤S4：对所述顶部晶圆的顶部进行划片切割，以形成开口，露出所述虚拟凹槽；

步骤S5：执行清洗步骤，以清除所述检测区域中的碎片。

可选地，在所述步骤S4中，对所述顶部晶圆的顶部进行若干次切割，以形成尺寸较小的所述碎片。

可选地，所述虚拟凹槽的底部到所述顶部晶圆的垂直距离大于所述碎片的尺寸。

可选地，所述虚拟凹槽的底部到所述顶部晶圆的垂直距离为30-40um，所述碎片的尺寸小于30um。

可选地，在所述步骤S2中，所述虚拟凹槽的深度为4-6um。

可选地，在所述步骤S5之后，所述方法还进一步包括对所述检测区域进行检测的步骤。

可选地，在所述步骤S3和所述步骤S4之间还进一步包括对所述顶部晶圆进行研磨打薄的步骤。

可选地，在所述步骤S1中，所述MEMS器件包括图案化的金属焊盘，并且所述掩膜层覆盖所述金属焊盘。

本发明还提供了一种基于上述的方法制备得到的MEMS器件。

本发明还提供了一种电子装置，包括上述的MEMS器件。

本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供了一种MEMS器件的制备方法，在所述方法中在底部晶圆和顶部晶圆接合之前对所述底部晶圆中的检测区域进行图案化，以形成虚拟凹槽，作为后续步骤的清洗通道，在底部晶圆和顶部晶圆接合之后，对所述顶部晶圆进行切割，在切割过程中进行多次切割，以形成粒度较小的碎片，所述虚拟凹槽和粒度较小的碎片为后续的清洗步骤提供足够的工艺余裕，以保证所述碎片完全去除。

本发明的优点在于：

1、减小顶部晶圆切割工艺中的缺陷，完全清除了检测区域中形成的碎片。

2、避免了检测探针损坏(Probe Card damage)的发生，降低了制造成本。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的装置及原理。在附图中，

图1a-1d为现有技术中所述MEMS器件的制备过程示意图；

图2a-2e为现有技术中所述MEMS器件的制备过程示意图；

图3为本发明一具体实施方式中所述MEMS器件的制备工艺流程图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。

应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。

空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

现有技术中所述MEMS器件的制备方法如图1a-1d所示，首先，如图1所示，提供底部晶圆101和顶部晶圆102，然后将所述底部晶圆101和顶部晶圆102接合为一体，如图1b所示，然后执行背部研磨工艺，以减小顶部晶圆102的厚度，如图1c所示，最后切断顶部晶圆(Top Wafer)，以露出底部晶圆(Bottom Wafer)的器件进行WAT/CP测试，在切割所述顶部晶圆时通常会出现一些颗粒(Particle)跌落在底部晶圆，导致在检测时探针(Probe Card)接触到颗粒后损坏，如图1d右侧图形所示。

实施例1

本发明为了解决目前MEMS器件制备过程中存在的问题，提供了一种MEMS器件的制备，下面结合附图2a-2e对所述方法作进一步的说明，其中，图2a-2e为本发明所述MEMS器件的制备过程示意图。

首先，执行步骤201，提供底部晶圆201，所述底部晶圆包括检测区域，其中，在所述底部晶圆上形成有MEMS器件以及图案化的掩膜层。

具体地，如图2a所示，在该步骤中，所述底部晶圆201可以是以下所提到的材料中的至少一种：硅、绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上层叠硅(SSOI)、绝缘体上层叠锗化硅(S-SiGeOI)、绝缘体上锗化硅(SiGeOI)以及绝缘体上锗(GeOI)等。

在所述底部晶圆201的正面形成MEMS器件，其中所述MEMS器件可以根据MEMS器件的种类进行选择，例如可以为振膜、背板、电极等，并不局限于某一种。

其中，为了对制备得到器件进行检测，所述底部晶圆中还形成有用于检测可靠性等相关性能的区域。在该检测区域以及所述检测区域周边的区域上均形成有所述MEMS器件。

可选地，其中所述MEMS器件至少包括已经打开的金属焊盘202，其中所述金属焊盘的打开方法包括常规的沉积和图案化步骤，可以选用本领域常用的方法，在此不再赘述。

进一步，所述金属焊盘202可以选用金属Al，但也不局限于该材料。

然后在所述底部晶圆上形成掩膜层203并进行图案化，其中所述掩膜层203首先完全覆盖所述MEMS器件，然后对所述掩膜层进行图案化，以在所述检测区域上形成若干相互间隔的开口，露出部分所述检测区域，以在后续的步骤中形成虚拟凹槽，作为清洗通道。

执行步骤202，以所述掩膜层203为掩膜蚀刻所述检测区域，以在所述检测区域中形成若干相互间隔的虚拟凹槽，作为清洗通道。

具体地，如图2b所示，在步骤中以所述掩膜层为掩膜蚀刻所述底部晶圆，以在检测区域中形成若干相互间隔的虚拟凹槽，除了在所述检测区域外还可以在所述底部晶圆的其他区域中也形成所述虚拟凹槽，所述虚拟凹槽在电路中并不具备其他功能，仅作为清洗通道。

可选地，在本发明的一实施例中选用O₂的气氛蚀刻所述底部晶圆，还可以同时加入其它少量气体例如CF₄、CO₂、N₂，所述蚀刻压力可以为50-200mTorr，优选为100-150mTorr，功率为200-600W，在本发明中所述蚀刻时间为5-80s，同时在本发明中选用较大的气体流量，在本发明所述O₂的流量为30-300sccm。

可选地，所述虚拟凹槽的深度为4-6um，进一步，所述虚拟凹槽的深度为5um。

执行步骤203，提供顶部晶圆204，并与所述底部晶圆接合为一体。

具体地，如图2c所示，在该步骤中提供顶部晶圆204，其中，所述顶部晶圆中形成有若干功能元件。

将所述顶部晶圆204与所述底部晶圆201接合，如图2d所示，以在两者之间形成封闭的空间。所述接合方法可以选用共晶接合或者热键合的方法键合，以形成一体的结构。

其中在接合之后所述虚拟凹槽的底部到所述顶部晶圆的垂直距离大于在后续切割步骤中形成的碎片的尺寸。例如，所述虚拟凹槽的底部到所述顶部晶圆的垂直距离为30-40um，所述碎片的尺寸小于30um，以保证在切割过程中不会对所述底部晶圆造成损坏，同时还为后续的碎片清除步骤提供足够的工艺余裕。

在所述接合之前，还可以包括对所述底部晶圆201进行预清洗，以提高所述底部晶圆201的接合性能。具体地，在该步骤中以稀释的氢氟酸DHF(其中包含HF、H₂O₂以及H₂O)对所述底部晶圆201的表面进行预清洗，其中，所述DHF的浓度并没严格限制，在本发明中优选HF:H₂O₂:H₂O＝0.1-1.5:1:5。

另外，在执行完清洗步骤之后，所述方法还进一步包括将所述底部晶圆201进行干燥的处理。

可选地，选用异丙醇(IPA)对所述底部晶圆201进行干燥。

执行步骤204，对所述顶部晶圆进行研磨打薄并对所述顶部晶圆的顶部进行划片切割，以形成开口，露出部分所述虚拟凹槽。

具体地，如图2d所示，在该步骤中通过研磨减薄的方法打薄所述顶部晶圆，其中所述研磨减薄的参数可以选用本领域中常用的各种参数，并不局限于某一数值范围，在此不再赘述。

然后选用激光划片的方法对所述顶部晶圆进行所述切割，如图2e所示，例如选用半导体激光划片机(例如型号为G3005F的半导体激光划片机)，深度精度控制300u+/-5u，最大划片深度1.2mm。

在该步骤中，所述激光划片选用的激光波长：1.06μm，划片线宽：≤0.03mm，激光重复频率：20KHz～100KHz，最大划片速度：230mm/s，激光最大功率：≤15W(根据激光器的选择，可提升最大功率)，使用电源：220V/50Hz/1KVA，冷却方式：强迫风冷。

在该步骤中通常只切断顶部晶圆(Top Wafer)露出部分所述虚拟凹槽即可。

在该步骤中对所述顶部晶圆的顶部进行若干次切割，以形成尺寸较小的所述碎片。例如，所述虚拟凹槽的底部到所述顶部晶圆的垂直距离为30-40um，所述切割道的宽度为60um宽，因此可以在的切割道上至少切割3刀，以将切割道分割为30um大小的碎片，以为后续的碎片清除步骤提供足够的工艺余裕。

执行步骤205，执行清洗步骤，以清除所述划片切割中跌落到所述检测区域中的碎片。

具体地，在该步骤中选用液体冲洗所述清洗通道，将所述检测区域中形成的所述碎片清除，由于所述清洗通道具有较大尺寸，所述碎片较小，因此很容易清除干净。

可选地，选用水进行清洗。

执行步骤206，对所述检测区域进行检测的步骤。

例如对底部晶圆(Bottom Wafer)的器件进行WAT/CP测试等，在此不再赘述。

至此，完成了本发明实施例的MEMS器件的制造方法的相关步骤的介绍。在上述步骤之后，还可以包括其他相关步骤，此处不再赘述。并且，除了上述步骤之外，本实施例的制造方法还可以在上述各个步骤之中或不同的步骤之间包括其他步骤，这些步骤均可以通过现有技术中的各种工艺来实现，此处不再赘述。

本发明的优点在于：

图3为本发明一具体实施方式中所述MEMS器件的制备工艺流程图，具体包括以下步骤：

步骤S3：提供顶部晶圆，并与所述底部晶圆接合为一体；

步骤S5：执行清洗步骤，以清除所述检测区域中的碎片。

实施例2

本发明还提供了一种MEMS器件，所述MEMS器件选用实施例1所述的方法制备。通过本发明实施例1所述方法制备得到的MEMS器件减少了划片(Dicing)后的缺陷(Defect)，减少了颗粒(particle)。同时，还避免了检测探针损坏(Probe Card damage)的发生，降低了制造成本。

实施例3

本发明还提供了一种电子装置，包括实施例2所述的MEMS器件。其中，MEMS器件为实施例2所述的MEMS器件，或根据实施例1所述的制备方法得到的MEMS器件。

本实施例的电子装置，可以是手机、平板电脑、笔记本电脑、上网本、游戏机、电视机、VCD、DVD、导航仪、照相机、摄像机、录音笔、MP3、MP4、PSP等任何电子产品或设备，也可为任何包括所述MEMS器件的中间产品。本发明实施例的电子装置，由于使用了上述的MEMS器件，因而具有更好的性能。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims

1.一种MEMS器件的制备方法，包括：

步骤S3：提供顶部晶圆，并与所述底部晶圆接合为一体；

步骤S5：执行清洗步骤，以清除所述检测区域中的碎片。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S4中，对所述顶部晶圆的顶部进行若干次切割，以形成尺寸较小的所述碎片。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述虚拟凹槽的底部到所述顶部晶圆的垂直距离大于所述碎片的尺寸。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述虚拟凹槽的底部到所述顶部晶圆的垂直距离为30-40um，所述碎片的尺寸小于30um。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述虚拟凹槽的深度为4-6um。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S5之后，所述方法还进一步包括对所述检测区域进行检测的步骤。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S3和所述步骤S4之间还进一步包括对所述顶部晶圆进行研磨打薄的步骤。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述MEMS器件包括图案化的金属焊盘，并且所述掩膜层覆盖所述金属焊盘。

9.一种基于权利要求1至8之一所述的方法制备得到的MEMS器件。

10.一种电子装置，包括权利要求9所述的MEMS器件。