CN110104607B - 一种用于保护mems器件敏感结构的划片方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于保护MEMS器件敏感结构的划片方法。所述划片方法包括如下步骤：采用具有保护结构的硅圆片作为保护片；将硅圆片与待划片的MEMS圆片通过其上设置的装配结构配合，然后依次进行划片和裂片即得到单个的MEMS器件；当硅圆片与MEMS圆片配合时，MEMS圆片上的每个MEMS器件嵌入至硅圆片的保护结构内。采用本发明方法时，在述划片与裂片过程中，划片产生的硅屑被保护腔室的腔室壁挡住；裂片产生的硅屑被MEMS器件周围的划片槽挡住。与现有技术相比，本发明方法具备的优点：通过一步刻蚀加工出保护圆片，实现对MEMS结构进行保护，工艺流程与操作简单，并且该圆片可重复使用；不需要昂贵的划片设备，在现有工艺设备基础上即可实现，成本低；可适用各种MEMS器件，适用性强。

Description

一种用于保护MEMS器件敏感结构的划片方法
技术领域
本发明涉及一种MEMS器件划片方法，尤其涉及一种用于保护MEMS器件敏感结构的划片方法。
背景技术
随着IC与MEMS工业的发展，划片技术得以极大的进步，MEMS器件制造过程中，需要通过划片将晶圆切分，从而获得需要的单个MEMS器件，常见的晶圆划片方法有切割刀划片和激光划片，但划片过程中通常会产生硅屑等碎渣，对于非圆片级封装的器件，这些碎渣在划片过程中很容易进入到MEMS器件的敏感结构中，使得器件功能失效，严重影响成品率。
现有技术中，对于非圆片级封装器件，通常在将晶圆切分时或者切分后，对芯片进行清洗。但是MEMS结构通常包含微米级别的间隙，液体进入敏感结构会造成结构间的粘连，损坏器件，另外对于表面的硅粉较难清除。2004年，台湾地区S.H.Tseng等人提到使用厚光刻胶对MEMS结构进行保护，划片完成用化学试剂去除光刻胶，然后干燥，但这种方法同样面临MEMS结构接触到清洗溶液后的失效问题，并且对于结构下层难以去除光刻胶；另外也有技术通过先划片到器件基底层即将开裂时，然后做结构释放，最后裂片得到单个芯片，该方法避免了清洗液体接触到MEMS敏感结构，但是裂片时仍会有碎渣进入到敏感结构中。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于保护MEMS器件敏感结构的划片方法，该方法通过微工艺刻蚀出一个具有保护结构的硅圆片，实现划片时MEMS敏感结构与划片硅屑的隔离，同时也需要隔离裂片时产生的硅屑；同时在现有常规划片设备的技术上实现晶圆划片，具有工艺简单，成本低，适用性强的优点。
为实现本发明目的，本发明提供的用于保护MEMS器件敏感结构的划片方法，包括如下步骤：
采用具有保护结构的硅圆片作为保护片；将所述硅圆片与待划片的MEMS圆片通过其上设置的装配结构配合，然后依次进行划片和裂片即得到单个的所述MEMS器件；
当所述硅圆片与所述MEMS圆片配合时，所述MEMS圆片上的每个MEMS器件嵌入至所述硅圆片的所述保护结构内，即将MEMS器件的敏感结构封闭在所述保护结构内。
上述的划片方法中，所述MEMS圆片上于所述MEMS器件的环周设有硅墙；
所述保护结构为保护腔室；
当所述硅圆片与所述MEMS圆片配合时，所述保护腔室的腔室壁嵌入至相邻所述MEMS器件的所述硅墙形成的空隙内，从而使所述MEMS器件嵌入至所述保护腔室内；
相邻两个所述MEMS器件的所述硅墙之间的间距大于所述保护腔室的腔室壁的厚度，以使所述保护腔室的腔室壁插入至所述硅墙之间的空隙内使两者配合。
上述的划片方法中，所述硅圆片上设置的装配结构为装配柱；
所述MEMS圆片上设置的装配结构为装配槽；
通过所述装配柱与所述装配槽的配合约束所述硅圆片和所述MEMS圆片。
上述的划片方法中，所述装配柱与所述装配槽之间为间隙配合，配合间隙为 5～10μm，在所述装配槽与所述装配柱的约束下，两者在水平面上的最大位移即为所述配合间隙。
上述的划片方法中，所述硅圆片和所述MEMS圆片上均设有对准标记；
根据所述对准标记，使所述硅圆片的所述装配柱落入所述MEMS圆片的所述装配槽中，同时所述保护腔室的腔室壁落入相邻所述MEMS器件的所述硅墙形成的空隙内，以及每个所述MEMS器件进入对应的所述保护腔室中，即完成所述硅圆片与所述 MEMS圆片的配合。
上述的划片方法中，所述硅圆片上的所述保护结构和所述装配结构均采用如下方法形成：
以光刻胶和氮化硅为掩膜，通过湿法腐蚀或干法刻蚀的方式，可采用常规条件；
为保证装配强度，所述装配柱的关键尺寸(即半径)不小于1000μm。
所述对准标记也可以通过上述方法形成。
上述的划片方法中，采用键合机配合(对准精度<5μm)所述硅圆片和所述MEMS 圆片，即进行对准装配。
上述的划片方法中，所述划片与所述裂片的步骤如下：
1)所述硅圆片与所述MEMS圆片配合侯，将所述MEMS圆片的背面朝上贴在划片蓝膜上沿划片槽进行划片；划片深度比所述MEMS的基底层厚度小10～20μm；
2)将所述MEMS圆片取下，将所述硅圆片的背面朝上贴在所述划片蓝膜上，取下所述硅圆片，裂片得到单个的MEMS器件。
上述的划片方法中，所述划片槽为下述1)或2)中任一种：
1)当所述MEMS器件采用透明基底时，如玻璃，所述保护结构的所述腔室壁即为所述划片槽；
2)当所述MEMS器件采用非透明基底时，需在所述非透明基底上形成具有所述硅圆片上的所述保护结构的腔室的图形的划片槽图案。
上述的划片方法中，所述保护腔室的深度比所述MEMS器件的结构层高 20～50μm；
所述腔室壁的厚度比所述划片槽的厚度大200～400μm。
采用本发明方法时，在述划片与裂片过程中，划片产生的硅屑被保护腔室的腔室壁挡住；裂片产生的硅屑被MEMS器件周围的划片槽挡住。
与现有技术相比，本发明方法具备的优点：
(1)通过一步刻蚀加工出保护圆片，实现对MEMS结构进行保护，工艺流程与操作简单，并且该圆片可重复使用；
(2)不需要昂贵的划片设备，在现有工艺设备基础上即可实现，成本低；
(3)可适用各种MEMS器件，适用性强。
附图说明
图1是本发明方法采用的具有保护结构的硅圆片(左图)与MEMS圆片(右图) 的俯视图；
图2是本发明方法装配后的具有保护结构的硅圆片与MEMS圆片的剖视图；
图3是本发明方法划片过程的示意图。
图中各标记如下：
1硅圆片、11保护腔室、12装配柱、13腔室壁、2MEMS圆片、21MEMS器件、22硅墙、23装配槽、24基底层、3划片蓝膜、4切割刀。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
本发明用于保护MEMS器件敏感结构的划片方法采用具有保护结构的硅圆片1，如图1所示，首先通过MEMS刻蚀工艺在硅圆片1上加工形成方形的保护腔室11和用于装配固定的装配柱12，控制保护腔室11的深度比MEMS器件21的结构层的高度大40μm。待划片的MEMS圆片2上具有与之对应的装配槽23。MEMS圆片2的基底层为玻璃，厚度为500μm。MEMS器件21的周围有一圈方形的硅墙22，相邻两个 MEMS器件间的硅墙22的间距位为400μm，保护结构的硅圆片1的腔室壁13的厚度为370um(即使硅墙22之间的间距比腔室壁13的壁厚大30μm，以使腔室壁13能插入至硅墙22之间的间隙中)。
利用键合机将硅圆片1和MEMS圆片2进行对准装配，配合关系由位于硅圆片1 上的装配柱12和位于MEMS圆片2上的装配槽23进行约束，如图2所示，配合方式为间隙配合，配合间隙为10μm～20μm。为保证水平方向上的固定强度，位于硅圆片1 上的装配柱12宽为3000μm，长为40000μm，位于MEMS圆片2上的装配槽23长 2980μm，长39980μm。对准配合后MEMS圆片2与硅圆片1在水平方向上的相对位移被装配柱12与装配槽23的配合关系约束，在划片时可以保持固定，水平面上最大位移为配合间隙。
如图3所示，划片和裂片的过程如下：
1)将MEMS圆片2的基底层24朝上贴在划片蓝膜3上准备划片；
2)采用金刚石切割刀4沿硅圆片1的腔室壁13划片，划片深度比MEMS器件 21的基底层24的厚度小15μm；
3)将MEMS圆片2从划片蓝膜3取下，将硅圆片1的背面朝上贴在划片蓝膜3 上，取下硅圆片1，裂片得到单个MEMS器件21。
如图3(b)所示，当划片时，当切割刀4划穿MEMS器件21的基底层24时，会接触到硅圆片1的腔室壁13，此时划片产生的硅屑不会进入到保护腔室11，即便划片有清洗液，液体也不会进入到保护腔室11中。取下的硅圆片1可以重复使用。
如图3(d)所示，在裂片时，MEMS圆片2断裂产生的硅屑会被MEMS器件21 旁的硅墙22阻挡。
可知，本发明方法的整个划片过程可以防止MEMS器件21接触到硅屑和液体，起到保护MEMS敏感结构的作用。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。本领域技术人员还可在本发明精神内作其它变化，当然这些依据本发明精神所作的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (7)

1.一种用于保护MEMS器件敏感结构的划片方法，包括如下步骤：
采用具有保护结构的硅圆片作为保护片；将所述硅圆片与待划片的MEMS圆片通过其上设置的装配结构配合，然后依次进行划片和裂片即得到单个的所述MEMS器件；
当所述硅圆片与所述MEMS圆片配合时，所述MEMS圆片上的每个MEMS器件嵌入至所述硅圆片的所述保护结构内；
所述MEMS圆片上于所述MEMS器件的环周设有硅墙；
所述保护结构为保护腔室；
当所述硅圆片与所述MEMS圆片配合时，所述保护腔室的腔室壁嵌入至相邻所述MEMS器件的所述硅墙形成的空隙内，从而使所述MEMS器件嵌入至所述保护腔室内；
相邻两个所述MEMS器件的所述硅墙之间的间距大于所述保护腔室的腔室壁的厚度；
所述硅圆片和所述MEMS圆片上均设有对准标记；
所述硅圆片上设置的装配结构为装配柱；
所述MEMS圆片上设置的装配结构为装配槽；
根据所述对准标记，使所述硅圆片的所述装配柱落入所述MEMS圆片的所述装配槽中，同时所述保护腔室的腔室壁落入相邻所述MEMS器件的所述硅墙形成的空隙内，以及每个所述MEMS器件进入对应的所述保护腔室中，即完成所述硅圆片与所述MEMS圆片的配合。
2.根据权利要求1所述的划片方法，其特征在于：所述装配柱与所述装配槽之间为间隙配合，配合间隙为5~10μm。
3.根据权利要求1或2所述的划片方法，其特征在于：所述硅圆片上的所述保护结构和所述装配结构均采用如下方法形成：
以光刻胶和氮化硅为掩膜，通过湿法腐蚀或干法刻蚀的方式。
4.根据权利要求3所述的划片方法，其特征在于：采用键合机配合所述硅圆片和所述MEMS圆片。
5.根据权利要求4所述的划片方法，其特征在于：所述划片与所述裂片的步骤如下：
1）所述硅圆片与所述MEMS圆片配合后，将所述MEMS圆片的背面朝上贴在划片蓝膜上沿划片槽进行划片；
2）将所述MEMS圆片取下，将所述硅圆片的背面朝上贴在所述划片蓝膜上，取下所述硅圆片，裂片得到单个的MEMS器件。
6.根据权利要求5所述的划片方法，其特征在于：所述划片槽为下述1）或2）中任一种：
1）当所述MEMS器件采用透明基底时，所述保护结构的所述腔室壁即为所述划片槽；
2）当所述MEMS器件采用非透明基底时，需在所述非透明基底上形成具有所述硅圆片上的所述保护结构的腔室的图形的划片槽图案。
7.根据权利要求6所述的划片方法，其特征在于：所述保护腔室的深度比所述MEMS器件的结构层高20~50μm；
所述腔室壁的厚度比所述划片槽的厚度大200~400μm。
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