CN111943129B - 一种mems晶圆切割对准方法及mems晶圆 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种MEMS晶圆切割对准方法及对应该方法的MEMS晶圆，其中晶圆切割对准方法包括以下步骤：在覆盖晶圆上嵌入切割对准标记；将所述覆盖晶圆与器件晶圆接合形成多个MEMS腔体；以及根据所述切割对准标记进行晶圆切割。本发明解决了现有MEMS晶圆的切割工艺复杂，缺陷率大，难以与传统切割工艺兼容等问题，可使MEMS晶圆工艺与CMOS工艺兼容，切割准确率高。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件领域，特别是涉及一种MEMS晶圆切割对准方法及MEMS晶圆。
背景技术
MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)元件从开始主要应用于打印机和汽车电子等市场，到现在大量应用于智能手机等消费电子市场，MEMS产业最近5年的发展，已大幅超越过往20年潜伏期间所取得的成绩。但是MEMS元件的制造工艺不同于一般的CMOS产品，由于MEMS的结构非常复杂，从设计到完成原形构建，晶圆制造，再到后续封装工艺开发都面临不同于传统CMOS产品的新挑战。所以制造工艺的发明创造变的非常关键。
当前硅片切片作为硅片加工工艺流程的关键工序，其加工效率和加工质量直接关系到整个硅片生产的全局。目前，硅片切片较多采用内圆切割和自由磨粒的多丝切割。其中，多丝切割的固定磨粒线锯实质上是一种用线性刀具替代环型刀具的内圆切割。内圆切割是传统的加工方法，材料的利用率仅为40％～50％左右；同时，由于结构限制，内圆切割无法加工200mm以上的大中直径硅片。
在实际的生产应用中，MEMS芯片一般包括器件晶圆和覆盖晶圆，通过晶圆键合形成腔体。腔体成型工艺后，只能看到器件晶圆和覆盖晶圆的背面，通常看不到晶圆上的器件图案和标记，大大增加了芯片切割难度。采用传统的切割工艺进行盲切很容易造成器件损伤，使MEMS产品的产率大大降低。
公开号为CN203739023U的专利文献提供了一种MEMS晶圆辅助切割的对准装置，利用该装置可先通过外围区的标记对准晶圆位置，再通过外围区的刻度线直接对准切割道进行切割，以避免盲切引起的器件损伤。公开号为CN104108139B的专利文献提供了一种MEMS晶圆的切割方法，包括步骤：1)切割并去除MEMS晶圆覆盖晶圆边缘的部分未键合区域，露出器件晶圆的器件图案；2)于各该MEMS腔体之间的间隔区域中沿第一方向对所述覆盖晶圆进行预切割形成多个切割道，并保留预设厚度的覆盖晶圆；3)沿与第一方向垂直的第二方向对各该MEMS腔体之间的间隔区域进行切割；4)沿第一方向对各该MEMS腔体之间的间隔区域进行切割，使各该MEMS腔体的覆盖晶圆分离。该发明通过设计全新的工艺步骤，解决了针对表面无图案晶圆的切割难以对准等问题。
为了解决切割难以对准，器件结构容易受损等问题，现有的MEMS晶圆切割工艺往往比较复杂，操作难度大，程序繁琐，这在一定程度上限制了MEMS产品的生产效率和产量。因此，实有必要对现有的MEMS晶圆切割工艺进行优化和改进，使之与标准的切割工艺兼容，以利于MEMS产品产率的提高。
发明内容
鉴于以上所述现有技术，本发明的目的在于提供一种MEMS晶圆切割对准方法及MEMS晶圆，用于解决晶圆切割难以对准，器件结构容易受损的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种MEMS晶圆切割对准方法，包括以下步骤：
在覆盖晶圆上嵌入切割对准标记；
将所述覆盖晶圆与器件晶圆接合形成多个MEMS腔体；以及
根据所述切割对准标记进行晶圆切割。
可选地，采用硅通孔工艺(Through Silicon Via，TSV)制作所述切割对准标记。
可选地，所述切割对准标记制作于相邻的每两个所述MEMS腔体之间。
可选地，在每个所述MEMS腔体周围制作多个所述切割对准标记，并且所述切割对准标记紧邻对应的所述MEMS腔体。
进一步可选地，多个所述切割对准标记连接成切割线，晶圆切割时对准所述切割线进行切割。
可选地，所述覆盖晶圆的正面与所述器件晶圆的正面键合形成多个所述MEMS腔体，所述切割对准标记嵌入于所述覆盖晶圆的正面。
进一步可选地，在进行晶圆切割之前，研磨所述覆盖晶圆的背面并露出所述切割对准标记。
进一步可选地，所述切割对准标记具有沿所述覆盖晶圆的正面向内嵌入的第一深度，所述第一深度大于或等于200μm。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种MEMS晶圆，包括：
器件晶圆和位于所述器件晶圆上的覆盖晶圆，所述器件晶圆与所述覆盖晶圆接合形成有多个MEMS腔体，相邻的所述MEMS腔体之间设有间隔区域；
其中，在所述覆盖晶圆上设有切割对准标记，所述切割对准标记位于所述间隔区域内，用于进行晶圆切割。
可选地，相邻的每两个所述MEMS腔体之间均设有所述切割对准标记。
可选地，每个所述MEMS腔体周围设有多个所述切割对准标记，所述切割对准标记紧邻对应的所述MEMS腔体。
可选地，所述覆盖晶圆的正面与所述器件晶圆的正面接合形成有多个所述MEMS腔体，所述切割对准标记嵌入于所述覆盖晶圆的正面。
进一步可选地，所述切割对准标记具有沿所述覆盖晶圆的正面向内嵌入的第一深度，所述第一深度大于或等于200μm。
可选地，所述切割对准标记采用硅通孔工艺(Through Silicon Via，TSV)制作而成。
如上所述，本发明的一种MEMS晶圆切割对准方法及MEMS晶圆，具有以下有益效果：
本发明设计了一种采用TSV技术提供覆盖晶圆切割对准标记的MEMS晶圆切割对准方法，主要针对MEMS晶圆到晶圆键合后的腔体成型工艺，在覆盖晶圆上采用TSV工艺嵌入对准标记，并在研磨后曝露该标记进行对准切割。该设计在研磨后提供了切割路线，使得切割工艺可完全自动化，并与传统工艺兼容。
相较于现有技术，本发明解决了现有MEMS晶圆的切割工艺复杂，缺陷率大，难以与传统切割工艺兼容等问题。本发明采用TSV技术可使MEMS晶圆工艺与CMOS工艺兼容，切割准确率高；解决了针对表面无图案晶圆的切割对准问题；使后续真空腔体切割和标准切割工艺兼容。
附图说明
图1显示为本发明实施例提供的一种MEMS晶圆切割对准方法示意图。
图2a-2d显示为本发明实施例中采用MEMS晶圆切割对准方法的流程示意图。
图3显示为本发明实施例中切割对准标记在覆盖晶圆上布局的示意图。
图4显示为本发明实施例中研磨覆盖晶圆前后的示意图。
图5显示为本发明实施例提供的MEMS晶圆的示意图。
元件标号说明
100 覆盖晶圆
101 切割对准标记
102 材料层
103 粘结层
200 器件晶圆
300 MEMS腔体
h 第一深度
S1-S3 步骤
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。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下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。
为了解决现有MEMS晶圆的切割工艺复杂，缺陷率大，难以与传统切割工艺兼容等问题，本发明设计了一种在覆盖晶圆上采用TSV技术提供切割对准标记的MEMS晶圆，以及对应的晶圆切割对准方法。
请参阅图1，本实施例提供一种MEMS晶圆切割对准方法，包括以下步骤：
S1在覆盖晶圆上嵌入切割对准标记；
S2将所述覆盖晶圆与器件晶圆接合形成多个MEMS腔体；以及
S3根据所述切割对准标记进行晶圆切割。
其中，MEMS晶圆藉由器件晶圆与覆盖晶圆形成多个MEMS腔体，在相邻的MEMS腔体之间设有间隔区域。MEMS晶圆切割需要在各MEMS腔体之间的间隔区域进行切割，使各MEMS腔体的覆盖晶圆分离。
下面结合附图进一步详细说明本实施例提供的MEMS晶圆切割对准方法。
首先，如图2a所示，在覆盖晶圆100上嵌入切割对准标记101。
所述切割对准标记101可以采用硅通孔工艺(Through Silicon Via，TSV)制作。具体地，可以在覆盖晶圆101上的特定位置制作具有一定深度的通孔，并在通孔内填充对准标记材料，填充的准标记材料可以是金属材料，例如，可以通过电镀的方法在通孔中填充金属铜，从而完成所述切割对准标记101的制作。本实施对所述切割对准标记101的尺寸无特定要求，其孔径大小可以从0.8μm～8μm，实际应用时可以根据具体情况进行设计，本发明对此无特殊限制。
由于需要在各MEMS腔体之间的间隔区域进行切割，所述切割对准标记101可以制作于相邻的每两个MEMS腔体之间。如图3所示，作为本实施例的一种优选方案，在每个MEMS腔体300(图3中虚线方框所示)周围可以制作多个所述切割对准标记101，并且所述切割对准标记101紧邻对应的所述MEMS腔体300。这样，多个所述切割对准标记101可以连接成切割线(图3中点画线所示)，在晶圆切割时，可以通过对准所述切割线进行，从而实现精准切割，减少因切割造成的器件缺陷。
在覆盖晶圆100上嵌入切割对准标记101之后，可以根据MEMS晶圆制作的常规方法将所述覆盖晶圆100与器件晶圆200接合形成多个MEMS腔体300，如图2b所示。具体地，可以将所述覆盖晶圆100的正面与所述器件晶圆200的正面键合，从而形成多个所述MEMS腔体300。晶圆键合为MEMS晶圆制作的常规工艺，故在此不做赘述。此处的材料层102和粘结层103，以及器件晶圆200上的器件结构仅作为一种示意而非本发明的创新要点，在实际生产中，它们可以是任何适合的材料和结构。作为本实施例的一种优选地方案，在覆盖晶圆100与器件晶圆200键合之前，所述切割对准标记嵌101入于所述覆盖晶圆100的正面。所述切割对准标记101具有沿所述覆盖晶圆100的正面向内嵌入的第一深度h，所述第一深度h可以大于或等于200μm，以便后续研磨工艺后可在覆盖晶圆100的背面露出。
然后，如图2c所示，研磨所述覆盖晶圆100的背面，并使所述切割对准标记101暴露出来。图4为研磨前后覆盖晶圆100背面的示意图。
最后，如图2d所示，根据露出的切割对准标记101进行晶圆切割，使各MEMS腔体300的覆盖晶圆100分离。由于在覆盖晶圆100上设置了切割对准标记101，从而在研磨后提供了切割路线，使得切割工艺可完全自动化，并与传统工艺兼容。
请参阅图5，本实施例还提供一种MEMS晶圆，包括：器件晶圆200和位于所述器件晶圆200上的覆盖晶圆100；所述器件晶圆200与所述覆盖晶圆100接合形成有多个MEMS腔体300，相邻的所述MEMS腔体300之间设有间隔区域；其中，在所述覆盖晶圆100上设有切割对准标记101，所述切割对准标记101位于所述间隔区域内。
切割对准标记101用于接合后的晶圆切割对准。本发明可以设置多个切割对准标记101分布在覆盖晶圆100上。多个切割对准标记101的布局可根据实际生产的需要来安排，作为本实施例的一种优选方案，相邻的每两个所述MEMS腔体300之间均设有所述切割对准标记101。作为本实施例的另一种优选方案，每个所述MEMS腔体300周围设有多个所述切割对准标记101，所述切割对准标记101紧邻对应的所述MEMS腔体300。通过设置多个切割对准标记101的布局可以方便的将切割对准标记101连接成需要的切割线，从而可为晶圆切割提供精准的切割路线。
作为本实施例的一种优选方案，MEMS晶圆的覆盖晶圆100的正面与器件晶圆200的正面接合形成多个MEMS腔体300，所述切割对准标记101嵌入于覆盖晶圆100的正面。所述切割对准标记101可采用硅通孔工艺(Through Silicon Via，TSV)制作而成。具体地，所述切割对准标记101具有沿所述覆盖晶圆100的正面向内嵌入的第一深度h，所述第一深度h大于或等于200μm。
综上所述，本发明设计了一种采用TSV技术提供覆盖晶圆切割对准标记的MEMS晶圆切割对准方法，主要针对MEMS晶圆到晶圆键合后的腔体成型工艺，在覆盖晶圆上采用TSV工艺嵌入对准标记，并在研磨后曝露该标记进行对准切割。该设计在研磨后提供了切割路线，使得切割工艺可完全自动化，并与传统工艺兼容。
相较于现有技术，本发明解决了现有MEMS晶圆的切割工艺复杂，缺陷率大，难以与传统切割工艺兼容等问题。本发明采用TSV技术可使MEMS晶圆工艺与CMOS工艺兼容；解决了针对表面无图案晶圆的切割对准问题；使后续真空腔体切割和标准切割工艺兼容。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 (11)
1.一种MEMS晶圆切割对准方法，其特征在于，包括以下步骤：
在覆盖晶圆上嵌入切割对准标记，所述切割对准标记是在所述覆盖晶圆上的特定位置制作通孔，并在所述通孔内填充对准标记材料制作而成的，所述切割对准标记具有沿所述覆盖晶圆的正面向内嵌入的第一深度；
将所述覆盖晶圆与器件晶圆接合形成多个MEMS腔体，在每个所述MEMS腔体周围制作多个所述切割对准标记，并且所述切割对准标记紧邻对应的所述MEMS腔体；以及
根据所述切割对准标记进行晶圆切割，多个所述切割对准标记连接成切割线，晶圆切割时对准所述切割线进行切割。
2.根据权利要求1所述的MEMS晶圆切割对准方法，其特征在于：采用硅通孔工艺制作所述切割对准标记。
3.根据权利要求1所述的MEMS晶圆切割对准方法，其特征在于：所述切割对准标记制作于相邻的每两个所述MEMS腔体之间。
4.根据权利要求1所述的MEMS晶圆切割对准方法，其特征在于：所述覆盖晶圆的正面与所述器件晶圆的正面键合形成多个所述MEMS腔体，所述切割对准标记嵌入于所述覆盖晶圆的正面。
5.根据权利要求4所述的MEMS晶圆切割对准方法，其特征在于：在进行晶圆切割之前，研磨所述覆盖晶圆的背面并露出所述切割对准标记。
6.根据权利要求1所述的MEMS晶圆切割对准方法，其特征在于：所述第一深度大于或等于200μm。
7.一种MEMS晶圆，其特征在于，包括：
器件晶圆和位于所述器件晶圆上的覆盖晶圆，所述器件晶圆与所述覆盖晶圆接合形成有多个MEMS腔体，相邻的所述MEMS腔体之间设有间隔区域；
其中，在所述覆盖晶圆上设有切割对准标记，所述切割对准标记位于所述间隔区域内，所述切割对准标记是在所述覆盖晶圆上的特定位置制作通孔，并在所述通孔内填充对准标记材料制作而成的，所述切割对准标记具有沿所述覆盖晶圆的正面向内嵌入的第一深度，每个所述MEMS腔体周围设有多个所述切割对准标记，所述切割对准标记紧邻对应的所述MEMS腔体，多个所述切割对准标记连接成切割线，晶圆切割时对准所述切割线进行切割。
8.根据权利要求7所述的MEMS晶圆，其特征在于：相邻的每两个所述MEMS腔体之间均设有所述切割对准标记。
9.根据权利要求7所述的MEMS晶圆，其特征在于：所述覆盖晶圆的正面与所述器件晶圆的正面接合形成有多个所述MEMS腔体，所述切割对准标记嵌入于所述覆盖晶圆的正面。
10.根据权利要求7所述的MEMS晶圆，其特征在于：所述第一深度大于或等于200μm。
11.根据权利要求7所述的MEMS晶圆，其特征在于：所述切割对准标记采用硅通孔工艺制作而成。
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