TWI469914B - 微機械構造切分用的保護系統及方法 - Google Patents

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Description

微機械構造切分用的保護系統及方法
關於一種用於將MEMS構造切分(Vereinzelung)用的保護系統以及一種方法，利用該方法可使易碎的開放式感測器(特別是在微機械構件中)的切分作業較簡單。
微機械構造(MEMS)係利用微技術(Mikrotechnik)的方法製造具有高精準確。它們用於當作保持構造以容納小型化的構件或做成可動的元件，例如舌片、指狀件、振動的構造或微馬達，利用大體(Bulk)微機械或表面微機械，工業製造的微機械系統的例子為：加速度感測器、轉速感測器、靜電式及電磁式線性驅動器(微動作器)、微馬達、微聯動器用的齒輪、電容式麥克風夾器(Greifer)構造、用於測量溫度的雙態(bimorphe)構造或用於測量膨脹或應力的壓電式層構造。此外，微機械構造可和微電子電路一齊在一基材(Substrat)上製造。這種整合的構造可減少製造成本並減少故障可能。在這種系統的工業製造上，將該利用構造化系列製造的MEMS構造切分(vereinzeln)的步驟扮演重要角色。一般，這種切分作業目前係利用水冷式圓鋸作切鋸而達成。
因此在德專利DE102005004877A1中提到一種微機械構件的製造方法，它正適合於易碎的微機械構造。這類構件可利用具水冷却作用的鋸子作切分。
但此方法對於在感測器前側及後側具有易碎的膜或易 碎的梳狀構造及開口的電容性MEMS構件用不上場。在此，這些易碎的微機械構造須用一結合到該感測器上的矽罩蓋保護，如此，在切鋸時，水(它將鋸片冷却並將鋸屑泥連續地沖刷)和水壓不會跑到微機械構造並使之損傷。要施加這種矽構成的護罩蓋，對上述開放式易碎構造係不可能者。在護罩蓋中的一個供聲波進入的孔在反蓋(Unkehrschluss)時會造成水侵入。水壓會破壞該易碎構造，此外會在此處造成粘住(Sticking)的情事。
此外還有供這類構造的感測器用的較成本密集的切分程序，例如Accretech公司的所謂“Mahoh-Dicing”。它利用雷射聚焦在材料中產生將斷裂位置，然後沿此位置將晶圓斷裂成其個別的晶片。但此方法投資成本高。
本發明的目的在提供一種特別是將易碎開放式MEMS構造切分用的保護系統和方法，此方法可用既有的設備例如傳統水鋸及光刻版(Lithographie)設備實施。
此目的達成之道，依本發明係利用具有申請專利範圍第1項特點的保護系統以及用具有申請專利範圍第10項之特別是將易碎的開放式MEMS構造切分的方法達成。本發明有利的其他特點見於申請專利範圍附屬項。
本發明的MEMS構造用的保護系統包含一易碎的開放式構造及一選項式(optional)的犠牲層(Opferschicht)，施在一晶圓上，其中在該構造的前側施一保護層，它可不留殘餘物地除去。
「開放式易碎構造」一詞，在本發明的範疇中，係指膜及梳狀構造、指狀構造、樑狀構造及類似構造，其中「開放式易碎構造」特別指膜。依本發明，它宜由矽構成，但同樣也可為其他適合的材料。
依本發明首度可將一保護層施到MEMS構造上，此保護層在製造程序以及特別是在切分步驟後可再除去而不留殘餘物。因此在鋸切過程時，該易碎MEMS構造受保護以防水侵入，否則會發生不想要的粘住的情事。此外，利用此保護層，也可對該構造提供機械性保護以防水柱噴傷，且在中間作的程序步驟作保護。則使切分方法不利用水幫助以將切屑帶走，例如在雷射切割的場合，該易碎的構造可用該保護層保護以防產生之濺射的材料屑刮傷。因此首度有一種保護系統，能夠只使用微機械技術中既有的系列程序用傳統設備也能對易碎開放式MEMS構造作保護。
另一優點在於：本發明的保護系統比起由矽構成的習知保護罩蓋來，在製造及加工上成本低得多，此外可較簡單地施到易碎構造上。此外可省却繁複的膜程序以保護該微機械構件，例如在易受損的膜的場合。
該保護層宜包含一種聚合物，它可用熱及/或利用輻射線分解，所用之特別形式的輻射線也可用電漿程序。
例如可使用聚原冰片烯(Polynorborne)或聚羧酯當作可分解的聚合物。
用此方式，在水冷却的切鋸之後可避免進一步用液體及/或空氣結合水壓作一般的進一步作習知的清洗程序。 最好選用的聚合物的分解溫度可和IC構件相容，如此可確保有良好的整合性。
此外本發明關於一種將易碎開放式MEMS構造加工的程序，其特點在以下步驟：(a)將一保護層施到一易碎的開放式構造的前側上，(b)將後側加工，(c)如有必要，將一選項式的犠牲層蝕刻，並將該構造從後側游離，及(d)將保護層除去而不留殘餘物。
所做之後側程序，舉例而言，在本發明的方法的範疇中可用電漿蝕刻程序或光刻版程序。
在本發明方法的一特別實施例中，(e)將一晶圓施到一鋸膜上。
(f)將晶圓從前側鋸切。
最好該保護層利用一種液體聚合物加速而施覆，該聚合物可用熱及/或利用輻射線分解。
在本發明的方法的一較佳實施例，該保護層在80℃~450℃間的溫度(且宜在100℃~250℃間的溫度)不留殘餘物地除去。
最好使用技術上習知的相關聚合物，它們典型地可在200℃~400℃分解，特別有利的方式，這種分解可藉照射(例如用紫外線)而幫助，因此可達分解溫度約100℃。在此方法步驟中，在感測器後側的一鋸片不受損，因此它可再當作載體以承載此時切分了的MEMS構造。
在本發明方法的另一實施例，所作之電漿後側程序可為深壕溝及/或氧化物開放。
然後亦將一選項式犠牲層蝕刻，並使膜露出。此犠牲層宜可為一SiGe層或一氧化物層，且SiGe層用ClF3 氣體蝕刻，氧化物層用HF蒸氣蝕刻。
保護層可有利地在所有上述之程序步驟確保對易碎構造作化學性及機械性的保護並使該構造穩定化。
依本發明另一較佳實施例，在步驟(f)之後，鋸膜擴張。如此，此時切分開的構件之間的距離變大，且個別的構造，舉例而言，可用「拾取及放置工具」(Pick-and-Place-Tool)從膜拾取起來並封裝。
本發明的保護系統宜用於製造具有易碎的開放式MEMS構造的微機械構件，特別是用於製造電容性麥克風。
以下本發明配合圖式利用一較佳實施例詳細說明。
圖1的本發明保護系統的示意橫截面顯示易碎之開放式MEMS構造的製造的起始狀態，此可不留殘餘物地除去的保護層(10)直接施在該易碎之開放式構造(呈膜的方式)(12)的前側上。此處圖示的膜感測器的例子另包含一選項式的犠牲層(13)，例如由氧化物或SiGe構成者，它放在膜(12)與晶圓(14)之間。
該當作保護層(10)用的，可以不留殘餘物地分解的聚合物施到該易碎構造(12)上以作保護。這點在電容性麥克風的情形係在一種程序狀態達成，在此狀態該構件的前側及後 側仍完全封閉，且不具渠溝(Grabe)或孔。該聚合物施到膜(12)〔該膜在此刻仍利用犠牲層(13)穩定化〕施到感測器前側，這點宜利用液體聚合物離心達成，例如像在微機械技術將感光漆施到晶圓上所用者。在此構件狀態，當將聚合物施加時，它經過膜的開口跑在二電極間的縫隙中，因為在此時刻，感測器中仍有犠牲層。
圖2顯示圖1的本發明保護系統的示意橫截面圖，它係在作後側程序後的狀態。
適當之後側程序的例子為「深壕溝蝕刻與氧化」，它們見於DE 10 2005 004 877 A1和DE 42 41 045 C2，且對行家而言係習知者。
圖3顯示圖2的本發明保護系統的示意橫截面，它係在犠牲層蝕刻後的狀態。
犠牲層程序使膜(12)露出。依犠牲層(13)的種類而定，舉例而言，在SiGe犠牲層的情形用ClF3 氣體蝕刻，在氧化物犠牲層的情形用HF蒸氣蝕刻。
此時該構造已通過所有製造程序(它們在晶圓平面上發生。膜(12)此時仍用聚合物的保護層(10)蓋住，該保護層(10)在切分的狀態才除去。
因此圖4顯示圖3的本發明的保護系統的一示意橫截面圖，它係呈在犠牲層蝕刻後的複合物形式。
圖5顯示圖4本發明保護系統的一示意橫截面，它係在將鋸膜(15)施到感測器後側之後的情形。
可用一鋸膜(15)一如標準用於鋸切晶圓(14)常用者。在 鋸膜(15)的層疊的步驟時，膜(12)受保護層(10)保護及穩定化。
圖6顯示圖5的本發明系統的示意橫截面，它係在作過切分後的狀態。
切分作業宜利用鋸從前側開始，同樣地也可用其他切屑方式的切分，例如利用雷射切割，膜(12)在鋸切過程時利用保護層(10)保護，以防水侵入及防止噴流的水的機械壓力。
圖7顯示圖6之本發明保護系統的示意橫截面圖，它係在保護層(10)不留殘餘物地除去以後的狀態。
最後，該由具有鋸膜(15)的切分的晶圓(14)及聚合物保護層(10)構成的複合物在鋸切物可加熱及/或照射，使聚合物完全分解不留殘餘物。這種分解，典型的方式，係在200℃發生。特別有利的做法，可將鋸切的晶圓隨鋸膜(15)上的聚合物層曝光。如此，該聚合物在低得多的溫度(低了約100℃)時已分解，在此，鋸膜(15)不受損。
然後，鋸膜(15)舉例而言，可先擴張，因此個別構造以較大距離設置，這點使它們隨後能較簡單地從鋸膜(15)檢取，舉例而言，此作業可用拾取與放置工具實施。個別構造最後作封裝及進一步加工。
(10)‧‧‧保護層
(12)‧‧‧易碎開放式構造(膜)
(13)‧‧‧犠牲層
(14)‧‧‧晶圓
(15)‧‧‧鋸膜
圖1係本發明的保護系統在起始狀態時的示意橫截面圖，在此以狀態，該保護層已位在感測器前側上；圖2係圖1的本發明的保護系統的示意橫截面圖，係 在作後側程序之後的狀態；圖3係圖2的本發明的保護系統的示意橫截面圖，係在作犠牲層蝕刻之後的狀態；圖4係圖3的本發明的保護系統的示意橫截面圖，係呈犠牲層蝕刻之後的複合物形式；圖5係圖4的本發明的保護系統的示意橫截面圖，係在鋸膜施到感測器後側上之後的狀態；圖6係圖5的本發明的保護系統的示意橫截面圖，係在作切分之後的狀態；圖7係圖6的本發明的保護系統的示意橫截面圖，係將保護層不留殘餘物地除去後的狀態。
(12)‧‧‧易碎開放式構造(膜)
(14)‧‧‧晶圓
(15)‧‧‧鋸膜

Claims (12)

  1. 一種將易碎開放式MEMS構造加工的方法，其特徵在以下步驟：(a)將一保護層(10)施到一易碎的開放式構造(12)的前側上，(b)將後側加工，(c)如有必要，將一選項式的犠牲層(13)蝕刻，並將該構造(10)從後側露空，及(d)用熱或藉照射輻射線將保護層(10)除去而不留殘餘物。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中：係利用紫外線照射。
  3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中：在步驟(c)之後作其他步驟：(e)將一晶圓(14)施到一鋸膜(15)上，(f)將晶圓(14)從前側鋸切。
  4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中：該保護層(10)利用一種液體聚合物離心加速而施覆，該聚合物可用熱及/或利用輻射線分解。
  5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中：該保護層(10)在80℃~450℃間的溫度不留殘餘物地除去。
  6. 如申請專利範圍第5項之方法，其中：該保護層(10)在100℃~250℃間的溫度不留殘餘物地 除去。
  7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中：作深壕溝及/或使氧化物層開放露空作為電漿後側程序。
  8. 如申請專利範圍第3項之方法，其中：該犠牲層(3)為一SiGe層或氧化物層，且該SiGe層用ClF3 氣體蝕刻，而氧化物層用HF蒸氣蝕刻。
  9. 如申請專利範圍第3項之方法，其中：該鋸膜(15)在步驟(f)之後擴張。
  10. 一種MEMS構造用的保護系統，具有一易碎的開放構造(12)及一選項式的犠牲層(13)，施在一晶圓(14)上，其特徵在：在該構造(12)前側施覆一保護層(10)，其中該保護層(10)可除去而不留殘餘物，且該保護層(10)包含一種聚合物，該聚合物可用熱及/或輻射線分解。
  11. 如申請專利範圍第10項之保護系統，其中：該易碎的開放構造(12)為一膜。
  12. 如申請專利範圍第10項之保護系統，其中：該保護層(10)包含一種聚原冰片烯或聚羧酸酯。
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