一种用于SOG‑MEMS芯片单元分离的方法与流程

本发明涉及一种用于硅-玻璃键合(sog)的mems芯片单元分离的方法，具体涉及一种针对硅mems器件的步骤简单、对芯片无损伤的裂片方法，属于微机电系统(mems)器件加工领域。

背景技术：

基于sog-mems结构在惯性器件及其他传感器中有广泛的应用。在工艺加工过程中，硅层与玻璃层键合在一起，玻璃层起到支撑的作用，后续经过减薄、光刻和干法刻蚀等工艺流程完成对mems硅芯片的结构释放。释放后的芯片为整个晶圆，因此，还需要对晶圆进行划切和芯片分离。

sog-mems结构无上盖保护，在对sog-mems晶圆片划切裂片时，由于mems芯片上的微纳尺度可动结构直接暴露在外面，划片过程中水流以及其他外部作用会对mems芯片造成严重的损伤和污染。且mems器件具有体积小，易损伤的特点，给芯片分离带来了很多困难。目前，有资料介绍了采用正面涂覆光刻胶保护，从mems芯片正面划切的方法，采用该方法在划切后需要经历去胶、脱胶、脱水的过程。由于该方法在去除光刻胶的过程中容易引入一些细小的杂质，导致mems芯片失效，因此，该方法对于微纳尺度的mems器件并不是很好的适用。

技术实现要素：

本发明的技术解决问题是：为克服现有技术的不足，提出一种用于sog-mems芯片单元分离的方法，通过正面粘贴保护陪片及背面划切，避免划切过程中冷却水及碎屑对可动结构造成损伤。

本发明的技术解决方案是：

一种用于sog-mems芯片单元分离的方法，步骤如下：

(1)将硅片和玻璃片通过键合工艺制作成sog片，在硅片上通过光刻、刻蚀制备sog-mems晶圆片；

(2)制作可以覆盖sog-mems晶圆片结构的保护陪片，在保护陪片上与sog-mems晶圆片结构对应的区域制作保护凹槽，在保护凹槽外围制作防溢流凹槽，保护陪片的厚度均匀性小于10μm；

(3)粘贴sog-mems晶圆片与保护陪片：将保护陪片放置在加热台上，加热至60-100℃，在保护陪片防溢流凹槽外围区域均匀涂覆上非水溶性熔点低于60℃的蜡，将sog-mems晶圆片边缘与保护陪片粘贴，sog-mems晶圆片上的可动结构与保护陪片上的保护凹槽不接触，过多的蜡热熔后流向防溢流凹槽中；关闭热源，常温固化0.5-1h，形成粘贴结构；

(4)对粘贴结构整体厚度进行测量，如果区域厚度均匀性大于20μm，将粘贴结构重新放置于加热台上，加热至60-100℃，对厚度均匀性大于20μm的区域施压，关闭热源，常温固化0.5-1h后，继续测量，直至粘贴结构整体厚度均匀性小于20μm为止；

(5)对sog-mems晶圆片上的玻璃片进行划切：在保护陪片上贴uv膜，使划切过程中确保粘贴结构固定，按照sog-mems晶圆片上单一芯片的尺寸划切，划切过程中通过冷却水降温去屑，划切过程粘贴结构中无冷却水进入；

(6)将划切完成后的粘贴结构放置在紫外灯下曝光2-10min，取下uv膜；

(7)分离粘贴结构上的保护陪片：将粘贴结构放置在加热台上，加热至60-100℃，待蜡完全融化后，将sog-mems晶圆片与保护陪片分离；

(8)裂片、扩膜：在步骤(7)处理后的得到的sog-mems晶圆片上粘贴uv膜，将sog-mems晶圆片倒置在支撑架上，用球形滚动装置在uv膜上沿着划切方向进行滚动按压，使sog-mems晶圆片在划切处断开，将断开的sog-mems晶圆片上粘贴的uv膜进行扩膜，得到mems芯片单元。

步骤5中划切的速度控制在2-5mm/s，sog-mems晶圆片上的玻璃片所划深度的预留量为120-80μm。

步骤8中若有sog-mems晶圆片在划切处未完全断开的情况，如果未完全断开面积大于原面积的1/4，则返回步骤(2)进行再次划切；如果未完全断开面积小于原面积的1/4，则沿着划切方向手动断开。

步骤8中滚动装置在uv膜上沿着划切方向进行滚动按压时的滚动速度控制在2-10mm/s，按压力为5-10n。

步骤8中如果断开处的mems芯片单元边缘缺口大于10μm，则用刀片手动按压，进行修调。

步骤2中的保护凹槽及防溢流凹槽均可采用干法刻蚀或湿法腐蚀的方法制作。

保护凹槽与mems芯片单元整体的分布范围一致。

步骤4中对粘贴结构整体厚度进行测量方法为：对粘贴结构的上、中、下、左、右五点厚度测量，按照五点厚度中的最大值设置划切留量。

步骤8中的支撑架包含一个下底座和环形侧壁，支撑架的材质为树脂、陶瓷或不锈钢材料均可。

球形滚动装置的球体可以是实体球或空心球，球体的材料为树脂类轻体材料，球的直径为3-10cm。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)常规利用正面划切的方法，芯片需要经过表面涂胶保护和去胶的过程，利用涂胶保护的方法，在划切前虽然对保护层光刻胶进行坚膜处理，但是坚膜后的光刻胶仍具有一定的粘性，在划切过程中产生的一些碎屑会粘附在光刻胶的表面，去胶后碎屑可能会掉落在可动结构上，对芯片造成致命的损伤。本发明采用背面划切的方案，可动结构不需要进行涂胶保护，避免碎屑的引入，提高成品率；

(2)本发明在芯片分离过程中不需要制备复杂的工装，划切后采用圆球在芯片背面滚动按压即可完成，操作过程简单；

(3)本发明采sog-mems晶圆片正面粘贴保护陪片，在划切过程中不与了冷却水接触，可有效避免砂轮划切过程中冷却水对可动结构造成损伤。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明sog-mems晶圆片芯片分布示意图；

图3为本发明保护片结构示意图；

图4为本粘贴sog-mems晶圆片与保护片粘贴结构示；

图5为本发明裂片工装支架。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

一种用于sog-mems芯片单元分离的方法，其工艺流程参阅图1，sog-mems晶圆片结构如图2所示，步骤如下：

(1)将硅片和玻璃片通过键合工艺制作成sog片，在硅片上通过光刻、刻蚀制备sog-mems晶圆片；

(2)制作可以覆盖sog-mems晶圆片结构的保护陪片，在保护陪片上与sog-mems晶圆片结构对应的区域制作保护凹槽，在保护凹槽外围制作防溢流凹槽，保护凹槽及防溢流凹槽均可采用干法刻蚀或湿法腐蚀的方法制作，保护凹槽与mems芯片单元整体的分布范围一致，保护陪片的厚度均匀性小于10μm；

(3)粘贴sog-mems晶圆片与保护陪片：将保护陪片放置在加热台上，加热至60-100℃，在保护陪片防溢流凹槽外围区域均匀涂覆上非水溶性熔点低于60℃的蜡，将sog-mems晶圆片边缘与保护陪片粘贴，sog-mems晶圆片上的可动结构与保护陪片上的保护凹槽不接触，过多的蜡热熔后流向防溢流凹槽中；关闭热源，常温固化0.5-1h，形成粘贴结构；

(4)对粘贴结构的上、中、下、左、右五点厚度测量，按照五点厚度中的最大值设置划切留量，如果区域厚度均匀性大于20μm，将粘贴结构重新放置于加热台上，加热至60-100℃，对厚度均匀性大于20μm的区域施压，关闭热源，常温固化0.5-1h后，继续测量，直至粘贴结构整体厚度均匀性小于20μm为止；

(5)对sog-mems晶圆片上的玻璃片进行划切：在保护陪片上贴uv膜，使划切过程中确保粘贴结构固定，按照sog-mems晶圆片上单一芯片的尺寸划切，划切的速度控制在2-5mm/s，sog-mems晶圆片上的玻璃片所划深度的预留量为120-80μm，划切过程中通过冷却水降温去屑，划切过程粘贴结构中无冷却水进入；

(6)将划切完成后的粘贴结构放置在紫外灯下曝光2-10min，取下uv膜；

(7)分离粘贴结构上的保护陪片：将粘贴结构放置在加热台上，加热至60-100℃，待蜡完全融化后，将sog-mems晶圆片与保护陪片分离；

(8)裂片、扩膜：在步骤(7)处理后的得到的sog-mems晶圆片上粘贴uv膜，将sog-mems晶圆片倒置在支撑架上，用球形滚动装置在uv膜上沿着划切方向进行滚动按压，滚动速度控制在2-10mm/s，按压力为5-10n，使sog-mems晶圆片在划切处断开，将断开的sog-mems晶圆片上粘贴的uv膜进行扩膜，得到mems芯片单元。

步骤8中若有sog-mems晶圆片在划切处未完全断开的情况，如果未完全断开面积大于原面积的1/4，则返回步骤(2)进行再次划切；如果未完全断开面积小于原面积的1/4，则沿着划切方向手动断开。

步骤8中如果断开处的mems芯片单元边缘缺口大于10μm，则用刀片手动按压，进行修调。

步骤8中的支撑架包含一个下底座和环形侧壁，支撑架的材质为树脂、陶瓷或不锈钢材料均可。球形滚动装置的球体可以是实体球或空心球，球体的材料为树脂类轻体材料，球的直径为3-10cm。本发明在芯片分离过程中不需要制备复杂的工装，划切后采用圆球在芯片背面滚动按压即可完成，操作过程简单。

实施例

本实施例中以4英寸晶圆片为例进行说明。sog-mems晶圆片厚度为580μm，其中玻璃晶圆层厚度为500μm，硅晶圆层厚度为80μm，玻璃晶圆与硅晶圆采用阳极键合工艺键合在一起。

依据sog-mems晶圆片结构尺寸，制作保护陪片。选用厚度为500μm的4英寸硅晶圆片，采用光刻和干法刻蚀工艺完成保护片加工。首先在硅晶圆片旋涂光刻胶，采用光刻工艺将相应图形转移到光刻胶上，然后采用感应耦合等离子体刻蚀技术对硅晶圆片进行刻蚀，刻蚀深度为50μm，在硅晶圆片上加工出相应的保护凹槽1和防溢流凹槽2，完成保护片的制作。保护陪片的结构如图3所示。保护凹槽的半径是40mm，保护凹槽的作用是防止碰触到mems芯片上的可动结构；防溢流凹槽是宽度为2mm的圆环，防溢流凹槽的作用是隔离后续涂蜡贴片时，过多的蜡向芯片保护凹槽溢流，污染芯片。

将保护陪片背面朝下放置在热板上，加热至80℃。在保护陪片周边区域均匀涂覆上加热熔融的蜡。涂蜡时可以利用无尘纸沿陪片周边将蜡刮匀，同时注意涂蜡区域不能进入芯片保护区域。然后将sog-mems晶圆片结构面朝下与保护片粘贴在一起。贴片时将sog-mems晶圆片的切边与保护片的切边对齐，并从sog-mems晶圆片的周边进行按压。完成贴片后将粘贴片取下水平放置，自然冷却。完成mems晶圆片与保护片的粘贴结构如图4示意。

对粘贴后mems晶圆片与保护片的厚度进行测量。测量粘贴片的上、中、下、左、右5点厚度，假设5点厚度分别为1080μm、1082μm、1085μm、1089μm、1090μm，取5点厚度中的最大值1090μm计算后续划片时的划切刀高数值。

利用贴片机在保护片背面贴上厚度为70μm的uv膜。利用划片机从sog-mems晶圆片的背面进行划片。mems晶圆片玻璃划切深度为380μm，刀高设置为1090 70-380＝780μm。

划切完成后将粘贴结构放置在紫外灯下曝光2分钟，将uv膜取下，加热至80℃，待蜡完全融化后，用刀片将sog-mems晶圆片从保护片上分离下来。

利用贴膜机在sog-mems晶圆片背面贴上uv膜，正面朝下放置于裂片工装支架上。图5为裂片工装支架结构示意图。然后利用直径为7厘米的塑料球在uv膜背面进行按压滚动，使mems芯片分离。最后利用扩膜机对uv膜进行扩膜，扩膜后两个芯片之间的间距为2毫米左右，将uv膜放置在紫外曝光灯下2分钟，用镊子轻轻拾取mems芯片。

常规利用正面划切的方法，芯片需要经过表面涂胶保护和去胶的过程，利用涂胶保护的方法，在划切前虽然对保护层光刻胶进行坚膜处理，但是坚膜后的光刻胶仍具有一定的粘性，在划切过程中产生的一些碎屑会粘附在光刻胶的表面，去胶后碎屑可能会掉落在可动结构上，对芯片造成致命的损伤。本发明采用背面划切的方案，可动结构不需要进行涂胶保护，避免碎屑的引入，按照以上实施例进行sog-mems晶圆片可以有效避免划片过程中的水流以及其他外部作用对mems芯片造成的损伤和污染，大幅提高成品率。

本发明未公开内容为本领域技术人员公知常识。