[發明專利]一種帶有薄膜背腔結構的MEMS芯片裂片方法及支撐工裝

在審

• 申請號: 201810093882.9
• 申請日: 2018-01-31
• 公開（公告）號: CN108328570A
• 公開（公告）日: 2018-07-27
• 發明（設計）人: 劉福民;張樹偉;邱飛燕;馬高印;孫鵬;梅崴;梁德春;莊海涵
• 申請（專利權）人: 北京航天控制儀器研究所
• 主分類號: B81C99/00
• 分類號: B81C99/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 范曉毅

本發明公開了一種帶有薄膜背腔結構的MEMS芯片裂片方法及支撐工裝，所述方法包括以下步驟：1)在晶圓正面進行MEMS芯片加工工藝，完成MEMS芯片正面工藝的制備；2)將晶圓正面與玻璃陪片貼在一起，在晶圓背面進行背腔的刻蝕，刻蝕的同時完成刻蝕槽的制備；3)將刻蝕完成的晶圓與玻璃陪片分離，然后將刻蝕完成的晶圓背面貼在UV膜，將晶圓正面朝下放置在支撐工裝上，在UV膜面用球形滾動裝置順著刻蝕槽的方向按壓滾動，使芯片沿刻蝕槽分開；4)對完成步驟3)的晶圓上粘貼的UV膜進行擴膜，得到MEMS芯片單元。本發明具有成品率高、成本低、效率高、操作簡單的特點。

技術領域

本發明屬于微電子機械加工技術領域，尤其涉及一種帶有薄膜背腔結構的MEMS芯片裂片方法及支撐工裝。

背景技術

MEMS指的是微機電系統，即通過使用微機械加工技術制作各類微傳感器等微機械單元，以及多種集成電路所構成的微機電器件單元的系統。該系統利用多種微機械加工、制造技術來生產各類機械單元，被廣泛應用于多類技術領域。為了實現特定的功能，MEMS芯片有的會帶有薄膜背腔結構，如MEMS電容式微麥克風、MEMS熱膜式空氣流量計等。

其中空氣流量計是電控燃油噴射系統(ECU)的關鍵部位零部件，安裝在空氣濾清器和節氣門之間，用來檢測發動機單位時間內吸進氣體的體積或質量(進氣量)。ECU根據進氣量大小、發動機轉速及發動機運行情況等來確定噴油量和點火時間，使發動機工作在最佳空燃比狀態，達到了即省油又環保的目的。熱膜式質量流量計利用MEMS工藝生產，具有低成本、高精度等特點，是目前汽車空氣流量計市場的主流產品。

由于薄膜背腔結構強度低，容易因機械接觸而損壞，因此對裂片工藝提出了更高的挑戰。目前在MEMS晶圓裂片領域，主要有砂輪裂片和激光裂片。激光裂片設備價格昂貴，不利于降低MEMS芯片的成本。砂輪裂片是目前應用最為廣泛的裂片技術，其機理是通過砂輪的高速旋轉實現對硅片的切割。但砂輪劃切過程中伴隨著冷卻和清洗的較高壓力的水流，會造成薄膜背腔的破裂，且劃片刀在裂片過程中切割下來的硅屑會對芯片造成污染。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供了一種帶有薄膜背腔結構的MEMS芯片裂片方法及支撐工裝，具有成品率高、成本低、效率高、操作簡單的特點。

本發明目的通過以下技術方案予以實現：根據本發明的一個方面，提供了一種帶有薄膜背腔結構的MEMS芯片裂片方法，所述方法包括以下步驟：1)在晶圓正面進行MEMS芯片加工工藝，完成MEMS芯片正面工藝的制備；2)將晶圓正面與玻璃陪片貼在一起，在晶圓背面進行背腔的刻蝕，刻蝕的同時完成刻蝕槽的制備；3)將刻蝕完成的晶圓與玻璃陪片分離，然后將刻蝕完成的晶圓背面貼在UV膜，將晶圓正面朝下放置在支撐工裝上，在UV膜面用球形滾動裝置順著刻蝕槽的方向按壓滾動，使芯片沿刻蝕槽分開；4)對完成步驟3)的晶圓上粘貼的UV膜進行擴膜，得到MEMS芯片單元。

上述帶有薄膜背腔結構的MEMS芯片裂片方法中，在步驟2)中，用高溫膠帶將晶圓正面與玻璃陪片貼在一起，通過ICP刻蝕工藝在晶圓背面進行背腔的刻蝕。

上述帶有薄膜背腔結構的MEMS芯片裂片方法中，在步驟1)中，MEMS芯片為熱膜式MEMS空氣流量計芯片。

上述帶有薄膜背腔結構的MEMS芯片裂片方法中，MEMS芯片加工工藝包括：晶片表面制備介質膜層，其中，介質膜層為氧化硅層和氮化硅層，氧化硅層通過熱氧化和PECVD沉積工藝形成，氮化硅層通過PECVD和LPCVD工藝形成；在介質膜層的上表面制備金屬薄膜層，金屬薄膜層通過電子束鍍膜工藝來形成；金屬薄膜層圖形化；再次沉積介質膜層，通過腐蝕或者剝離工藝制備出金屬引線pad。

上述帶有薄膜背腔結構的MEMS芯片裂片方法中，金屬薄膜層圖形化為通過濕法腐蝕形成或通過剝離工藝來形成。

上述帶有薄膜背腔結構的MEMS芯片裂片方法中，在步驟3)中，利用貼膜機將晶圓背面貼在厚度為70μm的UV膜上。