[发明专利]一种MEMS晶圆切割和晶圆级释放及测试方法

说明书

本发明涉及一种MEMS晶圆切割清洗及释放方法，包括以下步骤：晶圆正面涂光刻胶，背面减薄处理；键合，晶圆背面和玻璃底座的正面同UV胶键合；切割，采用台阶切割，两步切割连续完成；清洗和甩干晶圆；结构释放，将晶圆及玻璃底座整体放入去胶设备中进行结构释放；解键合：使用UV照射机降低晶圆与玻璃底座之间的UV胶的粘性；对晶圆进行扩膜；利用芯片拾取设备将芯片从UV膜取下放入托盘中；裂片和扩膜；光学检测机封装测试；不需要两次对位，保证了两次切割位置的精准性，实现了晶圆级的结构释放和测试，效率较高。

技术领域

本发明设计一种MEMS晶圆切割和晶圆级释放及测试方法，属于微机电系统微细加工和晶圆切割方法。

背景技术

微机电系统(MEMS，Micro-Electro-Mechanical System)是一种基于微电子技术和微加工技术的一种高科技领域。MEMS技术可将机械构件、驱动部件、电控系统、数字处理系统等集成为一个整体的微型单元。MEMS器件具有微小、智能、可执行、可集成、工艺兼容性好、成本低等诸多优点。MEMS技术的发展开辟了一个全新的技术领域和产业，利用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，物联网等领域中都有着十分广阔的应用前景。

在MEMS器件的制造工艺中，很多复杂的三维或支撑结构都利用牺牲层释放工艺。即在形成微机械结构空腔或者可活动微结构过程中，先在介质薄膜上沉积结构材料，再用光刻和蚀刻工艺制备所需的各种特殊结构，然后制备支撑层结构(空腔或微结构件)。由于被去掉结构材料只起分离层作用，故称其为牺牲层(Sacrificial Layer)，常用的牺牲层材料主要有氧化硅、多晶硅、聚酰亚胺(Polyimide)等。利用牺牲层可制造出多种活动的微结构，如微型桥、悬臂梁、移动部件和质量块等，所以MEMS器件制作完成后，MEMS结构释放是MEMS器件制造工艺中关键的一道工序。

MEMS晶圆需要在完成前道各种制造工序后进行切割，把晶圆切割成单个的芯片，然后进行封装测试。结构释放可以选择在切割之前进行，也可以选择在切割之后进行。由于晶圆中的芯片具有MEMS结构，所以在切割清洗释放的先后顺序上三者存在矛盾，如果处理不好会导致MEMS芯片损坏或全报废。

处理MEMS切割清洗和结构释放之间的矛盾，现有解决技术方案主要有：

1)先对晶圆进行结构释放，然后进行激光切割，不需要湿法清洗；利用隐形激光切割，设备昂贵且工艺复杂，晶圆需要先进行减薄处理，切割完后还需要用裂片机裂片和扩膜，且切割道不能有图形，尤其是带金属图形，会反射激光能量。切割道要求仅是硅材质，含有氮化硅或二氧化硅也会影响光的吸收。隐形激光切割对晶圆切割道的布局有特殊要求，把切割道的图形单独设计后会占用芯片面积，减少了晶圆上的有效芯片数目。

2)先对晶圆进行结构释放，对晶圆的MEMS结构进行打孔贴膜保护，再进行背面切割；由于对晶圆的MEMS结构进行贴膜保护，需要增加工序且工序复杂，背面切割问题是成本高，作业效率低，良率不稳定，不适合MEMS占比高的芯片

3)先对晶圆正面进行涂胶保护，然后进行光刻，利用等离子体切割进行切割，然后再进行释放；需要进行光刻，释放前还需要进行减薄，光刻设备，减薄设备及等离子体切割设备都非常昂贵。

对比文件中国专利CN 103068318 A公开了一种MEMS硅晶圆圆片切割和结构释放方法，显著问题是没有实现晶圆级作业，需要手动裂片，利用真空吸笔拾取单个芯片，再放置到托盘中去胶，而一个硅晶圆片中包含成千上万个芯片，单个拾取效率较低，且后续的结构释放和测试也是单芯释放和测试，效率较低；另外，该对比文件中两次切割在同一位置，且切割位置严格对齐，但是切割完一次后，再次从头切割，需要两次对位，且两次对位切割位置不可能完全重合，生产效率低。

发明内容