[发明专利]一种背腐蚀切割MEMS硅晶圆片的方法

说明书

本发明公开了一种背腐蚀切割MEMS硅晶圆片的方法，所述方法主要为：在MEMS硅晶圆片背面采用干法刻蚀与湿法腐蚀相结合方式，制备隔热腔的同时，对MEMS硅晶圆片进行背腐蚀形成腐蚀结构。具体步骤为：(1)在MEMS硅晶圆片背面进行光学曝光，显影得到切割线；(2)以光刻胶作为掩膜在MEMS硅晶圆片背面进行干法刻蚀，然后去除光刻胶；(3)以步骤(2)中未被干法刻蚀去除的复合层作为掩膜，对MEMS硅晶圆片背面进行湿法腐蚀，得到隔热腔和腐蚀结构。本发明的方法可以有效避免机械切割和激光切割过程中产生的表面损伤、碎屑污染等问题，成品率高，具有良好的经济性和便捷性。

技术领域

本发明属于微机电系统的微纳米加工和晶圆划片技术领域，涉及一种MEMS硅晶圆片的切割方法，尤其涉及一种背腐蚀切割MEMS硅晶圆片的方法。

背景技术

微机电系统(MEMS，Micro-Electro-Mechanical System)是以微电子和微加工技术为基础，集微传感器、微执行器和微机械结构等于一体的微型器件或系统，具有高集成度与低成本等优点。MEMS器件通常有多层结构，需要结合光刻、镀膜和腐蚀等多种微加工工艺实现。MEMS晶圆在完成这些制作工序后需要进行切割划片，即把整个硅晶圆片切割成单个的MEMS芯片，然后才能通过焊接和封装加工成产品。

目前，晶圆切割技术主要有机械切割和激光切割。

机械切割采用的是机械力的作用方式，存在以下问题：(1)容易在晶体内部产生应力损伤，产生晶圆崩边及晶片破损；(2)划片线宽较大，晶圆利用率低；(3)划片速度慢，刀具易磨损；(4)划片时需要消耗大量去离子水进行刀片冷却和冲洗杂质，容易破坏MEMS芯片中的微结构。

相反，激光切割为非接触式加工，切槽窄，自动化程度高，在切割速率及对不同晶圆片的适用性、兼容性等方面有较大优势，如CN 103537805A公开的一种晶圆片激光切割方法。然而，激光切割成本较高，并且对于较厚的MEMS晶圆片需要进行多次切割，这一过程中产生的熔屑容易污染芯片，引起MEMS芯片失效。

部分发明在晶圆片正表面使用光刻胶进行匀胶保护，从晶圆片背面进行切透式切割，再采用带孔的托盘或花篮辅助在丙酮中清洗除去光刻胶，避免了切割过程中碎屑掉入微结构中。例如CN 103086318A公开了一种MEMS硅晶圆片划片切割和结构释放方法，该方法的步骤包括：在MEMS硅晶圆片上贴UV膜，根据硅晶圆片厚度，设置硅晶圆片的第一次划片的厚度或划片刀的刀高，根据需要设置第二次划片的厚度或刀高；划片完成后，消除UV膜粘性的80％～90％，在UV膜上拾取芯片或取下整张硅晶圆片放在设有滤孔的托盘内；再将托盘放入去胶液中去胶，之后进行脱液和脱水和结构释放。该方法采用两次划片工艺，解决了厚大芯片的蹦边、硅屑沾污、划片导致芯片内应力大的问题。CN203079678U则公开了上述托盘的技术细节。

但是，对于尺寸在亚毫米级的MEMS芯片，尤其是含有微加热盘、悬臂梁等悬空薄膜结构的芯片，托盘或花篮中的孔在微米尺度，加工成本高，难以有效去除光刻胶保护层，清洗和后续的吹干、烘干芯片过程中也容易破坏悬空薄膜结构。

因此，开发一种有效切割MEMS晶圆的技术，特别是有效切割具有微加热盘、悬臂梁等易碎结构的晶圆，对提高封装效率和产品良率有着重要影响。

发明内容

为了解决现有技术中使用机械切割和对较厚晶圆片进行激光切割时难以避免的芯片表面损伤、杂质污染和碎片等问题，本发明提供了一种利用背腐蚀切割MEMS硅晶圆片的方法。本发明通过干法与湿法腐蚀工艺相结合，在已有制备MEMS硅晶圆片过程中，同步进行MEMS硅晶圆片的背腐蚀，在MEMS硅晶圆片背面形成较深的背腐蚀结构，减薄MEMS芯片边缘晶圆的厚度；通过背腐蚀结构的优化省去了机械切割或激光切割工序，对于本身加工就需要利用背腐蚀的芯片，可降低加工成本并提高产品良率。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：