CN106608615B - Mems器件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种MEMS器件的制造方法。该制造方法包括：在SOI片或载体裸硅片的表面喷涂临时键合后解键合时所需的释放层；于SOI片或载体裸硅片上旋涂临时键合时所需的黏胶层；将SOI片和载体裸硅片临时键合在一起并固化；在键合片的载体裸硅片的表面旋涂抗碱腐蚀的胶层；对SOI片的底层硅基体进行腐蚀，以将基底部分腐蚀去除；去除抗碱胶层并清洗键合片；腐蚀去除埋氧层；将键合片器件层一面粘贴于UV膜上；将键合片解键合以移除载体裸硅片；清洗器件层，去除解键合后残留于器件层表面的释放层，以得到器件。本发明的制造方法，能够生产制造10um甚至以下厚度的超薄器件，同时保持极佳的厚度均匀性，制造精度高且便于量产。

Description

MEMS器件的制造方法
技术领域
本发明涉及一种MEMS器件的制造方法。
背景技术
随着MEMS(全称Micro-Electro-Mechanical System，即微机电系统)技术的不断发展，要求半导体加工可以处理薄衬底，再加上封装体积的限制，使得很多类型的MEMS传感器芯片的制作工艺都面临着减薄的问题。受到消费类电子如手机、音乐播放器、照相机、游戏系统以及汽车传感器如胎压传感器、电喷系统压力传感器等的驱动，MEMS器件的尺寸和厚度都在不断的减小。为满足这些产品的制造需求，减薄器件晶圆已是大势所趋。而常规的磨片减薄工艺，若要保证芯片磨片后仍具有良好均匀性，则减薄极限为50um(微米)。即便如此，对于表面应力变化极为敏感的器件(如压力传感器芯片)，使用常规磨片减薄后会影响到器件的输出特性，若无法精确控制磨片量、磨片均匀性及磨片力，就无法实现量产。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中在生产制造MEMS器件时，常规的磨片减薄工艺在保证厚度均匀性的前提下减薄极限较大，难以制造厚度均匀性较好的超薄器件。为了弥补制造精度不够高的缺陷，从而提供了一种MEMS器件的制造方法。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
一种MEMS器件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在SOI片或载体裸硅片的表面喷涂临时键合后解键合时所需的释放层，并进行后烘；
S2、于SOI片或载体裸硅片上旋涂临时键合时所需的黏胶层；
S3、将SOI片和载体裸硅片临时键合在一起，并进行固化；
S4、在键合片的载体裸硅片的表面旋涂抗碱腐蚀的胶层；
S5、利用碱腐蚀液对SOI片的底层硅基体进行腐蚀，以将基底部分腐蚀去除，并停止于埋氧层；
S6、去除抗碱胶层并清洗键合片；
S7、腐蚀去除埋氧层；
S8、将键合片粘贴于UV膜上，其中器件层与UV膜粘贴；
S9、将键合片解键合以移除载体裸硅片；
S10、清洗器件层，去除解键合后残留于器件层表面的释放层，以得到器件。
本发明的这一制造方法能够制造超薄器件，并且使得超薄器件得以具有极佳的厚度均匀性，即超薄器件能够具备良好的TTV(Total Thickness Variation，总厚度变化)值。SOI全称Silicon-On-Insulator，即绝缘衬底上的硅，SOI片的层状结构为在顶层硅和背衬底之间引入了一层埋氧化层，且SOI片的顶层硅具有极佳的厚度均匀性。
本发明的制造方法，利用键合提高了超薄器件在生产过程中工艺控制能力，使得可以利用现有和已安装的设备及生产线对超薄片进行加工和处理，防止了由于器件过薄导致工艺设备无法识别及传送异常或工艺出错导致碎片的问题。
并且，应当理解的是，步骤S4中旋涂的抗碱腐蚀的胶层和步骤S5中采用的碱腐蚀液是相对应的，或者可以理解为前者是根据后者而选取的。
较佳地，步骤S3中的临时键合及S9中的解键合在室温下进行。
较佳地，载体裸硅片的厚度在300um-800um的厚度范围内。本申请文件中的um即微米。
满足上述厚度标准的载体的使用，在生产过程中能够较好地避免键合片因过薄或过厚从而受到部分生产工艺设备的局限性的影响的问题。
较佳地，SOI片中的器件层的厚度在5-30um的厚度范围内。
较佳地，SOI片的晶向为(100)。晶向为(100)的SOI片有利于满足对于后续的硅的各向异性腐蚀的需要。
较佳地，SOI片的总厚度在300um-800um的厚度范围内。
较佳地，步骤S5中采用的碱腐蚀液为四甲基氢氧化铵溶液或氢氧化钾溶液，步骤S4中的胶层相应地为抗四甲基氢氧化铵腐蚀或抗氢氧化钾腐蚀的材料。
四甲基氢氧化铵溶液(即TMAH)与氢氧化钾溶液(KOH)，可以根据实际产品的需求或者原有产品生产线的特点来决定如何选取。如果器件性能不受K+的影响，并且所在生产线允许可动离子的存在，那么可以选取KOH来腐蚀硅片，此时对应的应选取抗KOH碱腐蚀的胶层来保护载体裸硅片。如果器件性能受K+的影响，且所在生产线不允许可动离子的存在，那么可以选用TMAH来腐蚀硅片，此时对应的应选取抗TMAH碱腐蚀的胶层来保护载体裸硅片。
另外需要注意的是选取KOH腐蚀时，由于KOH对氧化层也有腐蚀效果，因此在腐蚀接近埋氧层时需精确控制腐蚀时间，以免过腐蚀将氧化层全部去除，从而影响到器件层；而选取TMAH腐蚀时，由于其基本不腐蚀氧化层，可以使其自终止于埋氧层，就无需担心影响到器件层。
较佳地，步骤S7中采用一定比例的氢氟酸、氟化铵溶液或者氢氟酸溶液湿法腐蚀去除埋氧层。
较佳地，在步骤S10后还包括以下步骤：
S11、对器件采用隐形激光切割技术分离成多个独立的器件，并通过对UV膜进行紫外照射，以便从UV膜上取下独立的器件。
容易理解地，步骤S11得到的独立的器件，才是真正意义上可以用作各类传感器芯片的MEMS器件。而隐形激光切割技术的采用可以避免传统激光切割由于熔化等所致的热影响，非常适合于超薄半导体硅片的切割，避免了器件的损伤。
本发明的制造方法尤其适用于器件层厚度要求在5到30um的器件。
较佳地，此类典型的超薄MEMS器件为高压共轨压力传感器芯片。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：本发明的MEMS器件的制造方法，相比于常规的磨片减薄工艺大约为50um的减薄极限，能够生产制造10um甚至10um以下厚度的超薄MEMS器件，同时保持极佳的厚度均匀性，TTV值可达到小于0.5um的标准，制造精度高且便于量产。
附图说明
图1为本发明一较佳实施例的MEMS器件的制造方法的流程图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
参考图1所示，本发明一较佳实施例的MEMS器件的制造方法，包括以下步骤：
S1、在SOI片或载体裸硅片表面喷涂临时键合后解键合时所需的释放层，并置于热板上进行后烘；
S2、在喷涂完释放层之后，再于SOI片或载体裸硅片上旋涂临时键合时所需的黏胶层；
S3、在室温下将SOI片和载体裸硅片临时键合在一起，并置于热板上进行固化；
S4、在键合片的载体裸硅片面旋涂抗碱腐蚀的胶层，这里的抗碱腐蚀的胶层根据后续工艺步骤S5采用的碱腐蚀液选取；
S5、利用TMAH碱腐蚀液(四甲基氢氧化铵)对SOI片的底层Si基体进行腐蚀，将SOI片的基底部分(handle layer)完全腐蚀去除，并最终停止于SOI片的埋氧层；
S6、腐蚀完成后，去除抗碱胶层，翻转键合片使器件层位于正面位置并清洗键合片；
S7、利用湿法腐蚀去除埋氧层，考虑到腐蚀工艺不能影响器件层及降低工艺成本，腐蚀利用BOE(一定比例的氢氟酸+氟化铵)去除氧化层；
S8、翻转键合片，使器件层位于反面位置，并粘贴于UV膜上(即紫外线照射胶带上)；
S9、在室温下进行解键合，移除载体裸硅片；
S10、清洗器件层，去除解键合后残留于器件层表面的释放层，以得到厚度均匀性极佳的超薄器件。
S11、最终可以利用隐形激光切割技术来分离每一个独立器件，再通过对UV膜进行紫外照射，使UV膜失去粘性，便于从膜上取下。
本实施例的方法能够制得厚度的均匀性极佳的、厚度在10um以下的超薄器件，例如高压共轨压力传感芯片器件，并且这一制造方法能够满足超薄器件的大批量生产要求。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种MEMS器件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在SOI片或载体裸硅片的表面喷涂临时键合后解键合时所需的释放层，并进行后烘；
S2、于SOI片或载体裸硅片上旋涂临时键合时所需的黏胶层；
S3、将SOI片和载体裸硅片临时键合在一起，并进行固化；
S4、在键合片的载体裸硅片的表面旋涂抗碱腐蚀的胶层；
S5、利用碱腐蚀液对SOI片的底层硅基体进行腐蚀，以将基底部分腐蚀去除，并停止于埋氧层；
S6、去除抗碱胶层并清洗键合片；
S7、腐蚀去除埋氧层；
S8、将键合片粘贴于UV膜上，其中器件层与UV膜粘贴；
S9、将键合片解键合以移除载体裸硅片；
S10、清洗器件层，去除解键合后残留于器件层表面的释放层，以得到器件。
2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，步骤S3中的临时键合及S9中的解键合在室温下进行。
3.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，载体裸硅片的厚度在300um-800um的厚度范围内。
4.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，SOI片中的器件层的厚度在5-30um的厚度范围内。
5.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，SOI片的晶向为(100)。
6.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，SOI片的总厚度在300um-800um的厚度范围内。
7.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，步骤S5中采用的碱腐蚀液为四甲基氢氧化铵溶液或氢氧化钾溶液，步骤S4中的胶层相应地为抗四甲基氢氧化铵腐蚀或抗氢氧化钾腐蚀。
8.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，步骤S7中采用一定比例的氢氟酸、氟化铵溶液或者氢氟酸溶液湿法腐蚀去除埋氧层。
9.如权利要求1-8中任意一项所述的制造方法，其特征在于，在步骤S10后还包括以下步骤：
S11、对器件采用隐形激光切割技术分离成多个独立的器件，并通过对UV膜进行紫外照射，以便从UV膜上取下独立的器件。
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