[發明專利]超薄真空密封MEMS晶圓的加工方法

無效

• 申請號: 201210312653.4
• 申請日: 2012-08-29
• 公開（公告）號: CN102795593A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發明（設計）人: 李莉
• 申請（專利權）人: 深迪半導體（上海）有限公司
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00;B81C3/00
• 代理公司: 北京英特普羅知識產權代理有限公司 11015
• 代理人: 齊永紅;常 春

技術領域

本發明涉及超薄真空密封MEMS晶圓的方法。

背景技術

在現有MEMS產品中，如氣壓計、加速度計或陀螺儀等，其主要市場都是基于消費電子應用，智能手機則是其中一個巨大的市場。智能手機的功能也越來越強大，其外觀的發展是更精巧的外觀和輕薄的厚度＜=0.9mm，所以要求各種MEMS傳感器的面積和厚度都要盡量減小。對于目前市場需求量巨大的加速度計和陀螺儀，一般都是包括襯底層、結構層和封帽層，三層疊加后的厚度一般要到800um左右，這個是產品中無論如何也不能接受的厚度，所以必須在MEMS傳感器的工藝流程中增加晶圓減薄這一工序。既能實現穩定的真空封裝，又能完成安全可靠的晶圓減薄工藝，這是MEMS產品量產過程中的一個關鍵步驟。

目前為止，類似工藝主要包括兩種，在晶圓（wafer）鍵合前將開窗實現，然后將開窗的封帽層用黏結材料與結構層晶圓黏結，但是該工藝很難進行雙面研磨減薄。另外一種工藝，先將封帽層和器件層用黏結材料進行鍵合，進行雙面研磨，再通過兩次切割晶圓的方式將開窗區域暴露出來以實現最終MEMS產品晶圓。

前述第一種現有技術的技術方案如下：為了實現晶圓級真空密封，用粘結劑層將密封帽層晶圓與結構層、襯底層鍵合起來，形成高真空腔體。為了暴露出PAD區域，在鍵合前在密封帽層晶圓上制作出通孔，一般用濕法刻蝕工藝或干法刻蝕工藝進行雙面對準刻蝕，無論是干法刻蝕還是濕法刻蝕，刻蝕400um這么深的通孔都需要比較長的時間和較高的成本。由于密封蓋帽層晶圓上已經刻蝕出很多通孔，在鍵合受力時非常容易碎裂，故密封蓋帽層晶圓一般比較厚，一般都大于400um，所以密封后的MEMS晶圓非常后，一般在800um以上。

為了實現最終產品的輕薄厚度＜=0.9mm，以上晶圓級真空密封的MEMS晶圓必須進行雙面研磨至＜=400um。由于密封帽層晶圓上均勻分布了刻蝕通孔，所以在研磨時非常容易發生晶圓碎裂，很難實現減薄工藝。

該第一種現有技術的缺點為：先在密封帽層晶圓上直接加工出通孔，再對密封帽層和器件層晶圓鍵合，該密封帽層容易發生碎裂。為了避免密封帽層碎裂，一般都選擇比較厚的密封帽層晶圓。為了最終實現較薄的MEMS晶圓，必須選用雙面研磨來減薄，但是分布了刻蝕通孔的密封帽層晶圓非常容易碎裂。第一種方案在鍵合和減薄工藝都有碎片的風險，不易實現超薄的真空密封的MEMS晶圓。

前述第二種現有技術的技術方案為：如圖2所示，該第二種方案為密封帽層晶圓在切割道區域制備了一個凹槽，其深度同腔體內深度。當密封帽層和結構層實現真空密封鍵合后，可以對襯底層和密封帽層晶圓分別進行雙面研磨，實現最終的超薄MEMS晶圓＜=400um。利用晶圓切片工藝在兩片晶圓之前內嵌的空腔處劃片，只切透密封帽層晶圓，此處為第一刀。在芯片的真正切割道區域再進行劃片并切穿密封帽層晶圓和結構層晶圓，此處為第二刀。經過兩次切割，芯片上的PAD區域即可以暴露出來以實現最終產品。

現有技術二的缺點如下：這種通過先研磨再切割工藝實現超薄的真空密封MEMS晶圓的工藝方案，在第一次進行劃片時非常容易造成下層芯片表面線路劃傷。另外，還需要兩次研磨和兩次劃片工藝才能實現，成本不好控制。尤其是，兩次晶圓劃片時間非常長，嚴重延長了工藝加工周期。

發明內容

本發明的目的在于提供一種超薄的真空密封MEMS晶圓的加工方法在晶圓級真空密封晶圓的加工工藝過程中，可安全地通過研磨工藝來直接對MEMS晶圓進行減薄至超薄厚度，同時或進一步的能實現PAD區域開窗從而既可減少工藝步驟以縮短工藝加工時間、及或降低成本等目的。

為實現上述目的，本發明的一個方面提供了一種超薄真空密封MEMS晶圓的加工方法，包括：

對襯底層晶圓進行刻蝕生成下腔體；將結構層與襯底層晶圓進行陽極鍵合；將結構層減薄至設計的厚度；在結構層晶圓表面制備金屬圖形，該金屬圖形至少包括一PAD區域；在結構層刻蝕出運動結構；在一密封帽層晶圓上腐蝕出上腔體，其中，該上腔體包括對應運動結構的第一部分和對應PAD區域的第二部分；

在第二部分上定義一切割道，并在該切割道繼續刻蝕出陡直側壁的腔體；在密封帽層晶圓上制備鍵合層粘結劑；將結構層晶圓與密封帽層晶圓進行鍵合；將鍵合好的晶圓進行雙面研磨減薄，其中至少將密封帽層晶圓減薄至PAD區域暴露出。

如需加工成品，則再沿該切割道對前述得到的結構進行切割。

優選的是，所述刻蝕方法為深離子反應刻蝕（DRIE）。

優選的是，結構層減薄方法采用化學機械平坦化工藝（CMP）。