CN107814354A - 应变计制造的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

提供了一种应变计制造的方法。该方法包括：提供第一基底，该第一基底具有空腔侧；提供第二基底，该第二基底具有半导体侧；相对于第一基底定位第二基底，以使得半导体侧和空腔侧是可接触的；处理第二基底以使得第一和第二基底基本上经由半导体侧和空腔侧结合；以及蚀刻第二基底，以限定悬置在第一基底的空腔侧之上的应变计。

Description

应变计制造的方法和系统
背景技术
通常要求硅应变计不超过25微米厚。要求这些应变计这样薄实现它们功能所需的弯折。这样，在应变计制造期间，处理、削薄、切割以及操纵基底已被证明困难、昂贵且费时。因此，期望能够制造应变计，而无需削薄和切割基底，且同时还允许完工应变计的易于操纵。
发明内容
这里提出应变计制造的方法。该方法包括：提供第一基底，该第一基底具有空腔侧；提供第二基底，该第二基底具有半导体侧；相对于第一基底定位第二基底，以使得半导体侧和空腔侧是可接触的；处理第二基底以使得第一和第二基底基本上经由半导体侧和空腔侧结合；以及蚀刻第二基底，以限定悬置在第一基底的空腔侧之上的应变计。
该方法可进一步包括从第一基底移除应变计。该应变计可通过实施具有拾取末端的真空装置来移除。处理限制可包括利用粘结材料来涂覆第二基底的一部分且随后将第二基底粘结于第一基底，以使得第一和第二基底基本上结合。可将释放图案蚀刻到第二基底上以限定应变计。释放图案可通过DRIE工艺蚀刻，并且该释放图案可成形为具有三个完整侧面和第四穿孔侧面的矩形。可蚀刻第二基底，以限定多个应变计，这些应变计配置成减小第二基底实体。
这里进一步提出应变计制造的系统。该系统包括第一基底和第二基底。第一基底包括空腔侧。第二基底包括半导体侧。第二基底的半导体侧配置成结合于第一基底的空腔侧。第二基底也配置成通过DRIE工艺蚀刻，以产生悬置在第一基底的空腔侧之上的应变计。
应变计可配置成能由包括拾取末端的真空装置从第一基底移除。第二基底可配置成涂覆有粘结材料。第二基底的半导体侧还可配置成经由粘结材料结合于第一基底的空腔侧。
可将释放图案蚀刻到第二基底上以限定应变计。释放图案可具有矩形，该矩形具有三个完整侧面和第四穿孔侧面。第二基底可进一步配置成附加地通过DRIE工艺蚀刻，以产生悬置在第一基底的空腔侧之上的多个应变计。多个应变计可进一步配置成减小第二基底实体。多个应变计的每个可具有释放图案，该释放图案包括矩形，该矩形具有三个完整侧面和第四穿孔侧面。
附图说明
所公开的示例之后将结合以下附图来描述，其中，类似的附图标记指代类似的元件，且附图中：
图1说明其上压印有应变计图案的第一基底晶片和第二基底晶片的俯视图；
图2A是基本上示出这里示出的应变计制造的方法的实施例的步骤的侧视图；
图2B是应变计制造方法的另一步骤的侧视图；
图2C是应变计制造方法的另一步骤的侧视图；
图2D是应变计制造方法的另一步骤的侧视图；
图2E是应变计制造方法的另一步骤的侧视图；
图3A表示其上压印有应变计的基底晶片的俯视图，该基底晶片已由已知的应变计制造方法和系统产生；以及
图3B表示其上压印有应变计的基底晶片的俯视图，该基底晶片已由这里示出的应变计制造方法和系统的实施例产生。
具体实施方式
这里描述本发明的实施例。然而，应理解的是，所公开的实施例仅仅是示例，其其它实施例能采取各种和替代的形式。这些附图并非必须按比例；一些特征可放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，这里公开的特定结构和功能细节并不理解为限制，而是仅仅是用于教示本领域技术人员变化地采用本发明的示例性方面的代表性基础。本领域普通技术人员会理解的是，参照任何一个附图说明和描述的各种特征能与在一个或多个其它附图中说明的特征相组合，以产生并未明确说明或描述的实施例。所说明特征的组合提供针对典型应用的代表性实施例。然而，根据本发明教示的特征的各种组合和修改对于特定的应用或实施方式会是期望的。
应变计是用于测量物体上各种应变的装置。为此，应变计利用物体的电导率的优点及其自身对于物体的物理几何形状的依赖性。于是，在物体变形时，应变计变形，导致应变计的电阻改变。例如，当物体已在其弹性极限内拉伸时，应变计通常变得更窄且细长且由此应变计的端对端电阻增大。然而，当物体压缩时，应变计会加宽并缩短且由此应变计的端对端电阻减小。随后，基于所测得的电阻，可推断所引起的应力的量。
不同的应用对于应变计提供不同的用途。可应用广泛地用在微机电系统(MEMS)(例如，微芯片)中的微型应变计，以测量可变的应变，例如但不限于那些由于移动部件产生的力、加速度、压力或声音引起的应变。例如，汽车中的气囊通常利用MEMS加速度计来触发。涂覆于这些加速度计的一个或多个的应变计可因此有助于在车辆动态分析的测试期间确定加速度计故障的可能性。
应变计历史上已通过如下工艺来产生：其中，整个硅基底晶片安装到载体板上、通过研磨和蚀刻设备削薄至期望厚度(例如，25微米)且然后由独立的一组切割设备切割成较小的应变计。在应变计已从晶片中产生出来以后，需将每个应变计手动地移动和安装到锯丝锥和冲模上。然而，基底晶片的削薄和切割以及其随后的操纵已被证明是困难、昂贵且费时的。通常，研磨和切割设备磨损并且在能适当地制造任何新的应变计之前需要昂贵的重新加工程序。由于它们的脆性，许多应变计也会在从基底手动地传递至锯丝锥和冲模的同时损毁。因此，消除对于手动操纵完工应变计所需的研磨和切割设备以及任何专门化设备的需求的方法会大大地简化应变计制造以及降低制造成本。
通过参照图1和2A至2E来示出制造应变计的一种此种方法。参照图1，可观察到第一基底晶片10和第二基底晶片12。如图所示，第一基底晶片10在一侧上具有位于中心的镶边空腔14并且在相对侧上是大体平坦的。第二基底12具有涂覆在一侧上的外延层16，并且类似于第一晶片10的情形在相对侧上是大体平坦的。在该实施例中，晶片10、12的每个由硅制成。外延层16此外可通过外延生长来制成并且可通过有机金属化学气相淀积(MOCVD)、分子束外延(MBE)或任何类似的工艺来制成。技术人员应观察到地是，诸如第二晶片12的硅外延晶片的外延半导体特性对于应变计制造是已知的。还可观察到压印到第二晶片12上的应变计图案15。本领域技术人员会观察到的是，所公开的图案设计是可能选择的许多设计的一种并且不应局限于这里示出的方法和系统。
图2A示出方法的步骤，其中，第二基底晶片12定位成悬停在第一基底晶片10之上。如图所示，第二晶片12在悬停在第一晶片10之上之前翻转，且由此外延层16直接地面向空腔14和对应的周界缘部18。每个晶片通常具有625微米(μm)的厚度，该厚度可被认为在该技术领域中是标准的。
图2B示出该方法的步骤，其中，第二基底晶片12的外延层16涂覆有粘结材料20。粘结材料20可以是由热塑性和热固性材料的材料组合物(例如，那些在商标名ZONEBONDTM下售卖的)制成的高性能临时性粘合剂。粘结材料20涂层可此外通过粘结方法涂覆，该粘结方法例如但不限于直接粘结、表面活化粘结、等离子体活化粘结、阳极粘结、共晶粘结、玻璃烧结粘结、粘合剂粘结、热压粘结、反应粘结、以及瞬态液相扩散粘结。然而，技术人员会观察到的是，其它粘结材料20的类型和应用工艺可涂覆于基底晶片12。一旦已涂覆涂层，第一和第二基底晶片就压入到彼此中。
图2C示出在粘结在一起的情形下的基底晶片10、12。例如能观察到的是，外延层16的缘部18和外边缘是那些经粘结的部分，并且空腔14位于第一基底晶片10的外延层16和剩余部分之间。图2C还示出第二基底晶片12，该第二基底晶片经处理以使得仅仅剩下外延层16。该工艺可通过第二晶片12的基底晶片部分执行，其通过湿硅时刻工艺(例如但不限于选择性硅蚀刻)回蚀。此种蚀刻会发生，直到剩余的外延层具有期望的应变计15厚度，例如对于特定应用的所需弯折理想的厚度(例如，25微米(μm))。蚀刻工艺也以图案产生方式使用，以产生多个应变计15，例如已在图1中示出的一个应变计。
释放图案22也蚀刻到每个应变计15的周界周围并且通过外延层16的主体。该工艺可通过各向异性蚀刻工艺、例如但不限于深反应离子蚀刻工艺(DRIE)来执行。在该实施例中，释放图案22是矩形，该矩形具有三个完整侧面和第四穿孔侧面24(图1)。这样，第四侧面24使得每个应变计15能悬置在第一晶片10的空腔14之上。应理解的是，第一晶片10可构造成具有由多个缘部18分隔的多个空腔14，以使得例如每个应变计15悬置在其自身的独立空腔14部段之上。进一步应理解的是，其它释放图案22配置可将应变计15悬置在空腔14之上。
例如通过参照图2D和2E两者示出的是，以这里公开的一种方法实施释放图案22，每个应变计15的易于移除可通过实施具有拾取末端26的真空装置来执行。这样，通过其抽吸动作，拾取末端26布置在其中一个应变计15上并且通过沿着穿孔第四侧面24撕开从剩余外延层16的剩余部分提升，以从留下的剩余外延层16中移除。在移除时，应变计15然后重新安装到标准锯带和冲模配置(未示出)上。这可以自动的方式执行，这允许在不期望应变计厚度中发生较少变化。应意识到地是，所公开的拾取末端可由弹性体材料制成并且可以是多种类型的一种，并且另外可实施其它拾取末端形状/设计。
例如参照图3A和3B所示，在该实施例中，应变计15配置在利用外延材料16的天然晶质结构的图案中。于是，此种配置会减少应变计15在移除期间的损坏。利用晶质结构可附加地使得能够减小划线宽度，从而所制造的应变计15可更靠近彼此隔开，因为无需考虑锯缝。因此，应变计15可使得晶片(例如第二基底晶片12)的实体空间最小。例如可观察到的是，如果示出5英寸的晶片，则该方法可允许能足够大大节省晶片空间的减小面积28。例如，宽度上是175微米的蚀刻锯可用在该方法中，以设计应变计15和释放图案22，从而最终导致在通过其它已知方法使用的晶片实体(即，图3A)之上导致23％空间减小。
虽然上文描述了示例性实施例，但并不旨在这些实施例描述权利要求所包含的所有可能形式。说明书中使用的词汇是描述性而非限制性的，且应理解的是能做出各种改变，而不会偏离本发明的精神和范围。如前所述，各种实施例的特征能组合以形成本发明的可能并未明确描述或说明的其它示例性方面。虽然相对于一个或多个期望特性各个实施例已描述为提供优于其它实施例或现有技术实施方式的优点或是优选的，但本领域普通技术人员会认识到的是，可省略一个或多个特征或特性来实现期望的总体系统属性，其取决于特定的应用和实施方式。这些属性能包括但不限于成本、强度、耐久性、生命周期成本、市售性、外观、包装、尺寸、可维护性、重量、可制造性、易于组装性等等。这样，相对于一个或多个特性描述为比其它实施例或现有技术实施方式较不理想的实施例并不落在本发明的范围以外并且对于特定的应用会是期望的。

Claims (10)

1.一种应变计制造的方法，所述方法包括：
(a)提供第一基底，所述第一基底具有空腔侧；
(b)提供第二基底，所述第二基底具有半导体侧；
(c)相对于所述第一基底定位所述第二基底，以使得所述半导体侧和所述空腔侧是可接触的；
(d)处理所述第二基底以使得所述第一和第二基底基本上经由所述半导体侧和所述空腔侧结合；以及
(e)蚀刻所述第二基底，以限定悬置在所述第一基底的所述空腔侧之上的应变计。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：(f)从所述第一基底移除所述应变计。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述应变计通过实施包括拾取末端的真空装置来移除。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，
(d)的处理限制包括：
(f)利用粘结材料来涂覆所述第二基底的一部分；以及
(g)将所述第二基底粘结于所述第一基底，以使得所述第一和第二基底基本上结合。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，将释放图案蚀刻到所述第二基底上以限定所述应变计。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，
通过DRIE工艺来蚀刻所述释放图案；以及
所述释放图案包括矩形，所述矩形具有三个完整侧面和第四穿孔侧面。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，(e)进一步包括附加地蚀刻所述第二基底，以限定多个应变计，所述多个应变计配置成减小所述第二基底实体。
8.一种应变计制造的方法，所述方法包括：
(a)提供第一基底，所述第一基底具有镶边空腔；
(b)提供第二基底，所述第二基底具有外延层；
(c)相对于所述第一基底定位所述第二基底，以使得所述外延层和所述空腔面向彼此；
(d)利用粘结材料来涂覆所述第二基底的所述外延层；
(e)将所述第二基底粘结于所述第一基底，以使得所述第一和第二基底基本上经由所述外延层和空腔缘部结合；以及
(f)通过DRIE工艺来蚀刻所述第二基底，以产生由释放图案限定并且悬置在所述空腔之上等等多个应变计。
9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：
(f)从所述第一基底移除所述应变计。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述应变计通过实施包括拾取末端的真空装置来移除。
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