MEMS传感器晶圆、MEMS传感器晶圆的裂片方法与流程

本发明实施例涉及mems传感器领域，特别涉及一种mems传感器晶圆、mems传感器晶圆的裂片方法。

背景技术：

硅表压压力传感器在结构制作时，需要进行硅晶片上进行体硅腐蚀形成硅杯结构，并在硅杯底部形成很薄的硅膜结构，并在硅膜上制作应变电阻条，形成敏感单元，硅表压压力传感器在工作时可利用硅膜上的电阻条在不同压力作用下阻值的变化情况计算压力值。

由于硅表压压力传感器在制作时采用的是整体晶圆加工工艺，在对单个硅表压压力传感器进行封装之前，需要对硅表压压力传感器晶圆进行分割，得到单个的硅表压压力传感器芯片。相关技术中，对晶圆整体进行划片主要采用机械划片和激光划片的方法，以机械划片为例，划片前在晶圆上标记出划片通道，再利用稳定高速旋转的刀片对晶圆进行划切，并同时使用冷却液对切割点进行冲洗。

然而，由于硅表压压力传感器的硅膜很薄，在利用冷却液冲洗过程中，硅膜受到冲击力容易发生破损，导致硅膜破损率升高，硅表压压力传感器晶圆出片率降低。

技术实现要素：

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种mems传感器晶圆、mems传感器晶圆的裂片方法。该技术方案如下：

第一方面，提供了一种微机电系统mems传感器晶圆，该mems传感器晶圆包括若干个纵横排列的mems传感器单元；

每个所述mems传感器单元的背面设置有一个硅杯，每个所述硅杯的所在位置对应一个mems传感器结构；

在所述mems传感器晶圆的背面，任意相邻的两行所述mems传感器单元之间存在一条裂片通道，任意相邻的两列所述mems传感器单元之间存在一条裂片通道；

其中，所述裂片通道的剖面为等腰三角形，所述等腰三角形的底边与所述mems传感器晶圆的背面的表面在同一平面。

可选的，每条所述裂片通道与每列所述mems传感器单元平行，或，每条所述裂片通道与每行所述mems传感器单元平行。

可选的，所述裂片通道的深度小于所述硅杯的深度。

第二方面，提供了一种微机电系统mems传感器晶圆的裂片方法，该方法包括：

通过光刻将预定掩膜版上的预定掩膜图形转移到mems传感器晶圆的背面；所述预定掩膜版上的预定掩膜图形至少包括纵横排列的硅杯腐蚀孔图形和纵横排列的裂片通道图形，任意相邻的两行所述硅杯腐蚀孔图形之间存在一个所述裂片通道图形，任意相邻的两列所述硅杯腐蚀孔图形之间存在一个所述裂片通道图形，所述裂片通道图形为条状图形；

根据转移后的所述预定掩膜图形对所述mems传感器晶圆的背面进行腐蚀，得到硅杯和裂片通道；每个所述硅杯的所在位置对应一个mems传感器结构，所述裂片通道的剖面为等腰三角形，所述等腰三角形的底边与所述mems传感器晶圆的背面的表面在同一个平面；

在所述mems传感器晶圆的背面粘贴uv膜；

对所述mems传感器晶圆的背面施加压力，得到相互分离的mems传感器芯片，所述mems传感器芯片是所述mems传感器晶圆的背面在受力后，沿所述裂片通道裂开得到的。

可选的，所述预定掩膜图形中任意两条所述裂片通道图形的相交点处存在凸角补偿结构。

可选的，所述根据转移后的所述预定掩膜图形对所述mems传感器晶圆的背面进行腐蚀，包括：

使用预定浓度的腐蚀液，根据转移后的所述预定掩膜图形对所述mems传感器晶圆的背面进行湿法腐蚀。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过光刻将预定掩膜版上的预定掩膜图形转移到mems传感器晶圆的背面；预定掩膜版上的预定掩膜图形包括纵横排列的硅杯腐蚀孔图形和纵横排列的裂片通道图形，任意相邻的两行硅杯腐蚀孔图形之间存在一个裂片通道，任意相邻的两列硅杯腐蚀孔图形之间存在一个裂片通道图形；根据转移后的预定掩膜图形对晶圆的背面进行腐蚀，得到硅杯和裂片通道；在mems传感器晶圆的背面粘贴uv膜；对mems传感器晶圆的背面施加压力，得到相互分离的mems传感器芯片，无需机械裂片或激光裂片就可以实现对晶圆的分割；通过晶圆自裂片的方式，解决了通过机械划片或激光划片时，容易造成晶圆上的器件结构损坏、晶圆出片率低的问题；达到了减少划片时的粉尘，提高划片效率和晶圆出片率的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明一个示例性实施例提供的mems传感器晶圆的局部结构示意图；

图2是根据本发明一个示例性实施例提供的mems传感器晶圆中一个器件单元的局部结构示意图；

图3是根据本发明一个示例性实施例提供的晶圆中一个mems传感器单元的剖面图；

图4是根据本发明一个示例性实施例提供的mems传感器晶圆的裂片方法的流程图；

图5是根据本发明一个示例性实施例提供的预定掩膜版的预定掩膜图形的局部示意图；

图6是根据本发明一个示例性实施例提供的mems传感器晶圆的背面粘贴uv膜后，mems传感器晶圆中一个mems传感器单元的局部结构示意图；

图7是本发明一个示例性实施例提供的mems传感器晶圆的背面粘贴uv膜后，mems传感器晶圆中一个mems传感器单元的剖面图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

请参考图1，其示出了本发明一个示例性实施例提供的mems传感器晶圆的局部结构示意图。

如图1所示，该mems(microelectromechanicalsystems，微机电系统)传感器晶圆包括若干个纵横排列的mems传感器单元11。

每个mems传感器单元11的背面设置有一个硅杯12，每个硅杯的所在位置对应一个mems传感器结构。

在mems传感器晶圆的背面，任意相邻的两行mems传感器单元11之间存在一条裂片通道13，任意相邻的两列mems传感器单元11之间存在一条裂片通道13。

图2示例性的示出了mems传感器晶圆中一个mems传感器单元的局部结构示意图，20表示晶圆的正面，21表示晶圆的背面，从晶圆的背面21看，一个器件单元包括裂片通道13和一个硅杯12。

其中，裂片通道的剖面为等腰三角形，等腰三角形的底边与mems传感器晶圆的背面的表面在同一平面。

图3示例性的示出了mems传感器晶圆中一个mems传感器单元的剖面图，裂片通道13的剖面图为等腰三角形。

可选的，等腰三角形的两个底角为54.74°。

可选的，裂片通道的最大宽度为100至200μm，裂片通道的深度为70至140μm。

在基于图1所示实施例的可选实施例中，每条裂片通道与每列mems传感器单元平行，或，每条裂片通道与每行mems传感器单元平行；或者，每条裂片通道与每列mems传感器单元平行，每条裂片通道与每行mems传感器单元平行。

在基于图1所示实施例的可选实施例中，裂片通道的深度小于硅杯深度。

由于mems传感器晶圆是有序的晶体结构，在mems传感器晶圆受力时，mems传感器晶圆自身能够沿着裂片通道裂开，将mems传感器晶圆分裂为若干个mems传感器芯片。

综上所述，本发明实施例提供的mems传感器晶圆，包括若干个纵横排列的mems传感器单元，每个mems传感器单元的背面设置有一个硅杯，在mems传感器晶圆的背面，任意相邻的两行mems传感器单元之间存在一条裂片通道，任意相邻的两列mems传感器单元之间存在一条裂片通道，裂片通道的剖面为等腰三角形，在mems传感器晶圆受力时，mems传感器晶圆沿着晶圆背面的裂片通道分裂为若干个芯片，无需机械裂片或激光裂片就可以实现对mems传感器晶圆的分割；通过晶圆自裂片的方式，解决了通过机械裂片或激光裂片时，容易造成晶圆上的器件结构损坏、晶圆出片率低的问题；达到了减少裂片时的粉尘，提高裂片效率和晶圆出片率的效果。

可选的，本发明实施例提供的mems传感器晶圆为硅表压压力传感器晶圆，mems传感器单元为硅表压压力传感器单元，硅表压压力传感器晶圆裂片后得到硅表压压力传感器芯片。

硅表压压力传感器上纵横排布若干个硅表压压力传感器单元，硅表压压力传感器在结构制作时，需要进行体硅腐蚀形成硅杯结构，并在硅杯底部形成薄的硅膜结构，在硅膜上制作电阻条，硅表压压力传感器在工作时是利用硅膜上的电阻条在不同压力作用下阻值的变化情况确定压力值；在使用机械划片方法对硅表压压力传感器划片时，由于划片时的划片路径和冷却液冲洗力度难以控制，容易损坏硅膜；在使用激光划片方法对硅表压压力传感器划片时，会对晶圆表面产生损伤，划片通道也会产生大量粉尘，而硅表压压力传感器的硅膜特性令划片过程中无法进行吹尘处理，导致晶圆划片后硅表压压力传感器芯片受粉尘污染严重，降低了硅表压压力传感器芯片的灵敏度。

本发明实施例提供的mems传感器晶圆，通过mems传感器晶圆进行体硅腐蚀的同时，腐蚀出裂片通道，只需要对mems传感器晶圆背部施加压力，不需要激光或机械裂片工具，就可以将mems传感器晶圆分裂为若干个mems传感器芯片，提高了裂片效率和出片率，也减少了裂片时产生的粉尘。

比如：包括裂片通道的硅表压压力传感器晶圆，只需要对硅表压压力传感器晶圆的背面施加压力，不需要激光或机械刀片对硅表压压力传感器晶圆进行分割，就可以将硅表压压力传感器分裂为若干个mems传感器芯片。

请参考图4，其示出了本发明一个示例性实施例提供的mems传感器晶圆的裂片方法的流程图。如图4所示，该mems传感器晶圆的裂片方法可以包括以下步骤：

步骤401，通过光刻将预定掩膜版上的预定掩膜图形转移到mems传感器晶圆的背面。

预定掩膜版上的预定掩膜图形至少包括纵横排列的硅杯腐蚀孔图形和纵横排列的裂片通道图形，任意相邻的两行硅杯腐蚀孔图形之间存在一个裂片通道图形，任意相邻的两列硅杯腐蚀孔图形之间存在一个裂片通道图形，裂片通道图形为条状图形。

可选的，每个裂片通道图形与每列硅杯腐蚀孔图形平行，或，每个裂片通道图形与每行硅杯腐蚀孔图形平行；或者，每个裂片通道图形与每列硅杯腐蚀孔图形平行，每个裂片通道图形与每行硅杯腐蚀孔图形平行。

在将预定掩膜版上的预定掩膜图形转移到mems传感器晶圆的背面之前，mems传感器晶圆上已经形成了mems传感器结构。

可选的，裂片通道图形的宽度为100至200μm。可选的，每个裂片通道图形的宽度可以不相等。

可选的，预定掩膜图形中任意两个裂片通道图形的相交点处存在凸角补偿结构，凸角补偿结构为三角形结构。

由于体硅的各向异性腐蚀特性，凸角处容易出现严重的切削现象，因此需要进行凸角补偿。任意两条裂片通道的相交点处为凸角区域，在腐蚀时会出现切削，因此设计掩膜版上的掩膜图形时，需要预定掩膜图形中的任意两个裂片通道图形的相交点处增加凸角补偿结构；凸角补偿结构为三角形结构。

如图5所示，预定掩膜图形上包括纵横排列的硅杯腐蚀孔图形51和裂片通道图形52，任意相邻的两行硅杯腐蚀孔图形51之间存在一个裂片通道图形52，任意相邻的两列硅杯腐蚀孔图形51之间存在一个裂片通道图形52；任意两个裂片通道图形52的相交点处存在凸角补偿结构41，凸角补偿结构41为三角形结构；裂片通道图形52为条状图形。

步骤402，根据转移后的预定掩膜图形对mems传感器晶圆的背面进行腐蚀，得到硅杯和裂片通道。

每个硅杯的所在位置对应一个mems传感器结构，裂片通道的剖面为等腰三角形，等腰三角形的底边与mems传感器晶圆的背面的表面在同一个平面。

在腐蚀完成后，相邻的四条裂片通道围成的区域为一个mems传感器单元。

使用预定浓度的腐蚀液，根据转移后的预定掩膜图形对mems传感器晶圆的背面进行湿法腐蚀。

可选的，预定浓度的腐蚀液为强碱性腐蚀溶液。

在湿法腐蚀完成时，mems传感器晶圆的背面出现硅杯和裂片通道。

由于碱性腐蚀液为各向异性腐蚀，腐蚀后裂片通道图形对应的mems传感器晶圆会形成预定角度的斜腐蚀坑，也即裂片通道。裂片通道的剖面为等腰三角形。

可选的，预定角度为54.74°。

在湿法腐蚀时，由于裂片通道图形的宽度限制，裂片通道图形对应的晶圆在腐蚀到预定深度时，体硅的111面会形成相互隔离，碱液腐蚀会自终止。可选的，自终止时的预定深度为70至140μm，也即裂片通道的深度为70至140μm。

由于腐蚀深度小于mems传感器晶圆的高度，mems传感器晶圆仍是一个整体。

可选的，由于预定掩膜图形中的凸角补偿结构，在腐蚀完成后，可以每个器件单元的四个角完整、平滑。

步骤403，在mems传感器晶圆的背面粘贴uv膜。

图6示例性地示出了mems传感器晶圆的背面粘贴uv膜后，mems传感器晶圆中一个mems传感器单元的局部结构示意图，uv膜61粘贴在mems传感器晶圆的背面。

图7示例性地示出了mems传感器晶圆的背面粘贴uv膜后，mems传感器晶圆中一个mems传感器单元的剖面图，裂片通道13的剖面图为等腰三角形，裂片通道13的深度小于硅杯12的深度，uv膜61粘贴在mems传感器晶圆的背面。

步骤404，对mems传感器晶圆的背面施加压力，得到相互分离的mems传感器芯片。

将粘贴uv膜的晶圆固定在裂片专用的o型铁环内，使用支撑台对mems传感器晶圆的背面进行施加预定压力，得到相互分离的mems传感器芯片。

mems传感器芯片是mems传感器晶圆的背面在受力后，沿裂片通道裂开得到的。

可选的，预定压力的大小为1kpa至1mpa。

如图6所示，利用支撑台对mems传感器晶圆的背面沿方向s施加预定压力，得到相互分离的芯片。

在施压过程中，由于mems传感器晶圆的背面存在纵横排列的裂片通道，mems传感器晶圆将会产生自动裂片的效果，得到相互分离的mems传感器芯片。

由于mems传感器晶圆的背面粘贴有uv膜，mems传感器晶圆在分裂后虽然mems传感器芯片已经分离，但在外形上mems传感器晶圆仍保持一个整体。

综上所述，本发明实施例提供的mems传感器晶圆的裂片方法，通过光刻将预定掩膜版上的预定掩膜图形转移到mems传感器晶圆的背面；预定掩膜版上的预定掩膜图形包括纵横排列的硅杯腐蚀孔图形和纵横排列的裂片通道图形，任意相邻的两行硅杯腐蚀孔图形之间存在一个裂片通道图形，任意相邻的两列硅杯腐蚀孔图形之间存在一个裂片通道图形，裂片通道图形为条状图形；根据转移后的预定掩膜图形对晶圆的背面进行腐蚀，得到硅杯和裂片通道；在mems传感器晶圆的背面粘贴uv膜；对mems传感器晶圆的背面施加压力，得到相互分离的mems传感器芯片，无需机械裂片或激光裂片就可以实现对晶圆的分割；通过自裂片的方式，解决了通过机械划片或激光划片时，容易造成晶圆上的器件结构损坏、晶圆出片率低的问题；达到了减少划片时的粉尘，提高划片效率和晶圆出片率的效果。

需要说明的是：上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。