CN106006547B - Mems晶圆的切割方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种MEMS晶圆的切割方法，该切割方法包括如下步骤：提供第一MEMS晶圆；在所述第一MEMS晶圆的表面键合第一结构层；利用光刻工艺在所述第一结构层上形成贯穿其上下表面的第一划片槽及隔断第一划片槽并由所述第一结构层构成的第一阻挡部；提供第二MEMS晶圆，将其键合至所述第一结构层上；采用激光切割工艺沿所述划片槽进行切割，以分离MEMS芯片和假片。与相关技术相比，本发明提供的MEMS晶圆的切割方法显著降低了在进行激光切割时MEMS晶圆非活动区域上的结构层对激光聚焦的影响，提高了切割效率。

Description

MEMS晶圆的切割方法
【技术领域】
本发明涉及一种半导体器件的切割工艺，尤其涉及一种MEMS晶圆的切割方法。
【背景技术】
微机电***(Micro-electromechanical Systems，MEMS)技术主要包括微型机构、微型传感器、微型执行器和相应的处理电路等几部分，它是在融合多种微细加工技术，并应用现代信息技术的最新成果的基础上发展起来的高科技前沿学科。
MEMS技术的发展开辟了一个全新的技术领域和产业，采用MEMS技术制作的微传感器、微执行器、微型构件、微机械光学器件、真空微电子器件、电力电子器件等在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事以及几乎人们所接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。MEMS技术正发展成为一个巨大的产业，就象近20年来微电子产业和计算机产业给人类带来的巨大变化一样，MEMS也正在孕育一场深刻的技术变革并对人类社会产生新一轮的影响。目前MEMS市场的主导产品为压力传感器、加速度计、微陀螺仪、墨水喷嘴和硬盘驱动头等。
MEMS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。
现有的MEMS晶圆包括中间用于制作MEMS芯片的活动区域和环绕活动区域设置并位于MEMS晶圆周缘的非活动区域，在对活动区域中的MEMS芯片采用激光工艺进行切割时，为了防止切割道上生成不必要的氧化物，都需要对该活动区域进行密封，因此，需要在MEMS晶圆上键合至少一层结构层，但是，这种密封方式，结构层都是完全覆盖所述MEMS晶圆周缘的非活动区域，在对所述MEMS芯片进行激光切割时，非活动区域上的结构层严重影响激光的聚焦，导致MEMS晶圆周缘的非活动区域无法正常切割，进而导致靠近非活动区域的MEMS芯片也无法分离。
因此，实有必要提供一种新的MEMS晶圆的切割方法解决上述问题。
【发明内容】
本发明需解决的技术问题是提供一种MEMS晶圆的切割方法，其用于解决现有切割方法因为结构层完全覆盖MEMS晶圆的非活动区域，导致在进行激光切割时严重影响激光聚焦，从而导致MEMS晶圆的非活动区域无法正常切割及靠近非活动区域的MEMS芯片无法分离的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种MEMS晶圆的切割方法，其特征在于，该切割方法包括如下步骤：
提供第一MEMS晶圆，其包括用于制作MEMS芯片的第一活动区域和环绕所述第一活动区域设置以用于制作假片的第一非活动区域；
在所述第一MEMS晶圆的表面键合第一结构层；
切割步骤：切割所述第一结构层形成贯穿其上下表面的第一划片槽及用于隔断所述第一划片槽并由所述第一结构层构成的第一阻挡部；所述第一划片槽将所述第一结构层分割为多个覆盖所述第一活动区域的第一MEMS芯片，以及多个覆盖所述第一非活动区域的第一假片；所述第一阻挡部设于相邻两个所述假片之间，以连接相邻两个所述假片；
提供第二MEMS晶圆；
密封步骤：将所述第二MEMS晶圆键合于所述第一结构层远离所述第一MEMS晶圆的表面上，所述第二MEMS晶圆覆盖在所述第一MEMS芯片上方并与所述第一MEMS晶圆形成封闭空腔；
分离步骤：沿所述第一划片槽进行切割分离所述覆盖所述第一MEMS芯片的所述第二MEMS晶圆。
优选地，所述第二MEMS晶圆包括用于制作第二MEMS芯片的第二活动区域和环绕所述第二活动区域设置以用于制作第二假片的第二非活动区域。
优选地，在所述密封步骤之前还包括：
在所述第二MEMS晶圆的表面键合第二结构层。
优选地，所述第二MEMS晶圆通过所述第二结构层与所述第一MEMS晶圆上的第一结构层键合固定。
优选地，所述的MEMS晶圆的切割方法还包括：
利用光刻工艺在所述第二结构层上形成与所述第一划片槽对应的第二划片槽以及对应所述第一阻挡部设置以用于隔断所述第二划片槽的第二阻挡部。
优选地，所述第一结构层由单晶硅、多晶硅、氧化硅及氮化硅中任意一种材料制成。
优选地，所述第二结构层由单晶硅、多晶硅、氧化硅及氮化硅中任意一种材料制成。
优选地，所述第一MEMS晶圆与所述第一结构层之间以及所述第二MEMS晶圆与所述第一结构层之间都通过熔合键合相固定。
优选地，所述第二MEMS晶圆上的所述第二结构层和所述第一MEMS晶圆上的所述第一结构层通过熔合键合相固定。
优选地，所述第一阻挡部还设置在相邻两个所述MEMS芯片之间以连接相邻两个所述第一MEMS芯片。
与相关技术相比，本发明提供的MEMS晶圆的切割方法显著降低了在进行激光切割时MEMS晶圆非活动区域上的结构层对激光聚焦的影响，提高了切割效率。
【附图说明】
图1为本发明MEMS晶圆的切割方法的流程示意图；
图2为本发明MEMS晶圆的切割方法中提供的第一MEMS晶圆的结构示意图；
图3为图2所示第一MEMS晶圆与第一结构层键合后的结构示意图；
图4为对图3中的第一结构层进行光刻后的结构示意图；
图5为图4中A部分的放大示意图；
图6为图5中B部分的结构示意图；
图7为图5沿I-I线的剖面示意图；
图8为本发明MEMS晶圆的切割方法提供的第一MEMS晶圆、第一结构层及第二MEMS晶圆键合后的结构示意图；
图9为第二MEMS晶圆键合第二结构层的结构示意图；
图10为本发明MEMS晶圆的切割方法中第一MEMS晶圆与第一结构层及第二MEMS晶圆与第二结构层光刻后的结构示意图；
图11为本发明MEMS晶圆的切割方法中第一MEMS晶圆、第一结构层、第二结构层及第二MEMS晶圆键合后的结构示意图。
【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。
需要说明的是，本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，遂图示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。
请同时参阅图1至图5，本发明提供了一种MEMS晶圆的切割方法，该切割方法包括如下步骤：
步骤S1、提供第一MEMS晶圆1，其包括用于制作MEMS芯片100的第一活动区域10和环绕所述第一活动区域10设置以用于制作假片(dummy die)110的第一非活动区域11。所述第一MEMS晶圆1由硅基材料制成。
步骤S2、在所述第一MEMS晶圆1的表面键合第一结构层2，优选的，采用熔合键合(fusion bonding)，具体如图3所示，所述第一结构层2可以为多层结构。所述第一结构层2在本发明中，优选的由单晶硅、多晶硅、氧化硅及氮化硅中任意一种材料制成，其用于制作所述MEMS芯片100中的机械结构层或者电结构层。
步骤S3(切割步骤)、利用光刻工艺在所述第一结构层2上切割形成贯穿其上下表面的第一划片槽20及隔断所述第一划片槽20并由所述第一结构层2构成的第一阻挡部21。所述第一划片槽20将所述第一活动区域10分割成多个覆盖在第一活动区域10上的第一MEMS芯片100，以及多个覆盖在所述第一非活动区域11的第一假片110，所述第一阻挡部21设于相邻所述假片110之间以连接相邻所述假片110，具体结合图4至图7所示。实际上，所述第一阻挡部21也可以设于相邻所述第一MEMS芯片100之间以隔断所述第一MEMS芯片100之间的所述第一划片槽20。
图6也可以清楚看到，光刻工艺仅仅是在所述第一结构层2上制作所述第一划片槽20，而并不会在所述第一MEMS晶圆1上进行加工。
步骤S4、提供第二MEMS晶圆3，所述第二MEMS晶圆3包括用于制作第二MEMS芯片(未示出)的第二活动区域30和环绕所述第二活动区域30设置以用于制作第二假片(未示出)的第二非活动区域31，即第二MEMS晶圆3具有与第一MEMS晶圆相类似的结构。
步骤S5(密封步骤)、将所述第二MEMS晶圆3熔合键合至所述第一结构层2远离所述第一MEMS晶圆1的表面上，所述第二MEMS晶圆3覆盖在所述第一MEMS芯片100上方并与所述第一MEMS晶圆1形成封闭空腔，所述第一阻挡部21用于阻挡外界空气经所述第一划片槽20进入所述封闭空腔，具体结合图8所示。这样，在利用隐形镭射切割(stealth laserdicing)工艺进行切割时，外界空气不会进入至所述封闭空腔内，因而，不会在所述第一划片槽20内产生不必要的氧化物。
请参阅图9至图11所示，在本发明的另一优选实施例中，在步骤S5之前，还可以根据实际需要，在所述第二MEMS晶圆3的表面键合第二结构层4，并利用光刻工艺在所述第二结构层4上形成与所述第一划片槽20对应的第二划片槽40以及对应所述第一阻挡部21设置以用于隔断所述第二划片槽40的第二阻挡部41，在此情况下，密封步骤S5中，所述第二MEMS晶圆3熔合键合至所述第一结构层2远离所述第一MEMS晶圆1的表面上，且所述第一划片槽20对应与第二划片槽40键合，所述第一阻挡部21对应与第二阻挡部41键合。
所述第二结构层4在本发明中同样优选的由单晶硅、多晶硅、氧化硅及氮化硅中任意一种材料制成。所述第二MEMS晶圆3通过所述第二结构层4与所述第一MEMS晶圆1上的第一结构层2熔合键合固定。
步骤S6、采用激光切割工艺沿所述第一划片槽20进行切割，以分离第一MEMS芯片100和第一假片110。本发明提供的MEMS晶圆的切割方法，在所述第一MEMS晶圆1的周缘部分设置第一划片槽20及第一阻挡部21，在所述第二MEMS晶圆3的周缘部分设置第二划片槽40及第二阻挡部41，由于第一阻挡部21和第二阻挡部41的宽度分别远远低于各自周缘部分的非活动区域的宽度，这样，在对非活动区域进行激光切割时，所述第一结构层2和第二结构层4对激光的聚焦影响显著降低，同时所述第一阻挡部21又可以阻止所述第一划片槽20内的空气流通，所述第二阻挡部41可以阻止所述第二划片槽40内的空气流通。
与相关技术相比，本发明提供的MEMS晶圆的切割方法通过在MEMS晶圆周缘部分的非活动区域设置划片槽和阻挡部，显著降低了在进行激光切割时MEMS晶圆所述非活动区域上的所述结构层对激光聚焦的影响，提高了切割效率。
以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种MEMS晶圆的切割方法，其特征在于，该切割方法包括如下步骤：
提供第一MEMS晶圆，其包括用于制作第一MEMS芯片的第一活动区域和环绕所述第一活动区域设置以用于制作假片的第一非活动区域；
在所述第一MEMS晶圆的表面键合第一结构层；
切割步骤：切割所述第一结构层形成贯穿其上下表面的第一划片槽及用于隔断所述第一划片槽并由所述第一结构层构成的第一阻挡部；所述第一划片槽将所述第一结构层分割为多个覆盖所述第一活动区域的第一MEMS芯片，以及多个覆盖所述第一非活动区域的第一假片；所述第一阻挡部设于相邻两个所述第一假片之间，以连接相邻两个所述第一假片；
提供第二MEMS晶圆；
密封步骤：将所述第二MEMS晶圆键合于所述第一结构层远离所述第一MEMS晶圆的表面上，所述第二MEMS晶圆覆盖在所述第一MEMS芯片上方并与所述第一MEMS晶圆形成封闭空腔；
分离步骤：沿所述第一划片槽进行切割以分离所述覆盖所述第一MEMS芯片的所述第二MEMS晶圆；
所述第二MEMS晶圆包括用于制作第二MEMS芯片的第二活动区域和环绕所述第二活动区域设置以用于制作第二假片的第二非活动区域。
2.根据权利要求1所述的MEMS晶圆的切割方法，其特征在于：在所述密封步骤之前还包括：
在所述第二MEMS晶圆的表面键合第二结构层。
3.根据权利要求2所述的MEMS晶圆的切割方法，其特征在于：所述第二MEMS晶圆通过所述第二结构层与所述第一MEMS晶圆上的第一结构层键合固定。
4.根据权利要求2所述的MEMS晶圆的切割方法，其特征在于：还包括：
利用光刻工艺在所述第二结构层上形成与所述第一划片槽对应的第二划片槽以及对应所述第一阻挡部设置以用于隔断所述第二划片槽的第二阻挡部。
5.根据权利要求4所述的MEMS晶圆的切割方法，其特征在于：所述第一结构层由单晶硅、多晶硅、氧化硅及氮化硅中任意一种材料制成。
6.根据权利要求4所述的MEMS晶圆的切割方法，其特征在于：所述第二结构层由单晶硅、多晶硅、氧化硅及氮化硅中任意一种材料制成。
7.根据权利要求3所述的MEMS晶圆的切割方法，其特征在于：所述第一MEMS晶圆与所述第一结构层之间以及所述第二MEMS晶圆与所述第一结构层之间都通过熔合键合相固定。
8.根据权利要求3所述的MEMS晶圆的切割方法，其特征在于：所述第二MEMS晶圆上的所述第二结构层和所述第一MEMS晶圆上的所述第一结构层通过熔合键合相固定。
9.根据权利要求1所述的MEMS晶圆的切割方法，其特征在于：所述第一阻挡部还设置在相邻两个所述MEMS芯片之间以连接相邻两个所述第一MEMS芯片。
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