一种MEMS硅应变片的分离方法与流程

一种mems硅应变片的分离方法
技术领域
1.本发明涉及mems芯片制造领域，尤其涉及一种mems硅应变片的分离方法。


背景技术：

2.在6mpa～200mpa的高压传感器领域中，一般mems硅杯压力传感器芯片已无法适用，在如此高压环境中芯片会产生破坏，其封装结构也无法满足。因此，高压传感器一般先把压敏桥路电阻制作在17-4ph不锈钢基座上，再把基座通过氩弧焊、电子束、高能激光束等工艺烧焊在不锈钢外壳的接口端，以保证基座背面受压时能经得住几千公斤压力而不漏气。
3.微熔硅压力传感器就是高压传感器的一种，其在不锈钢基座的弹性膜上，用丝网印刷办法，印上玻璃胶，然后把硅应变片放置到弹性膜应力区，通过500℃左右的高温烧结工艺，把硅应变片、玻璃胶和弹性膜连为一体。这种硅应变片与弹性膜表面的玻璃粉烧结技术己成熟，不锈钢基座通过热板自动传送带进入烧结炉，自动升温，自动恒温，自动退火处理。所用到的硅应变片采用集成电路平面工艺和微机械工艺技术相结合办法制造，可以大规摸生产，一致性好。
4.目前硅应变片从晶圆上分离的普遍方法，如以下描述：将正面已完成硅应变片工艺的晶圆背面进行减薄抛光；将晶圆正面涂胶，和一片载片粘贴在一起；湿法腐蚀晶圆背面至硅应变片结构；通过浸泡有机溶液，将硅应变片从载片上分离下来；逐个挑拣分解好的硅应变片至专用载具。现有硅应变片分解方法存在以下缺点：分离步骤繁琐，操作困难，难以量产；湿法腐蚀步骤，工艺难以精准控制，造成硅应变片厚度不一致，产品良率低；硅应变片从载片上分离下来后，散落在溶液中，难以夹持、挑拣，进一步降低良率，且操作困难、很难量产；分解后的硅应变片没有很好的载具存放运输。


技术实现要素：

5.本发明提供的一种mems硅应变片的分离方法，其可以解决在晶圆上加工完成的硅应变片，由于其尺寸小、厚度薄、结构脆弱，很难高效、高良率的从晶圆上分离下来以及分离下来后，难存放、运输的问题。
6.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种mems硅应变片的分离方法，包括以下步骤：
7.1)准备硅衬底晶圆，使用刻蚀工艺在所述硅衬底晶圆上刻蚀出空腔；
8.2)使用硅硅直接键合工艺，在所述空腔表面键合一片硅片，通过减薄或抛光工艺，使所述硅片厚度减薄至预设厚度，形成顶硅层；
9.3)采用半导体微纳制造工艺将硅应变片的压阻、介质层和金属焊盘加工在所述顶硅层上；
10.4)使用光刻或干法刻蚀工艺，刻蚀出硅应变片，并且同时将硅应变片从所述顶硅层上完全刻蚀分离开，使硅应变片将沉入所述空腔底部；
11.5)采用去胶工艺将光刻胶去除，得到分离后的硅应变片，并且将带有空腔的硅衬底晶圆作为硅应变片存放及运输的载具。
12.作为上述技术方案的进一步描述：
13.所述硅衬底晶圆和所述硅片均为cavity-soi晶圆。
14.作为上述技术方案的进一步描述：
15.所述步骤1)中的刻蚀工艺为干法刻蚀工艺或湿法腐蚀工艺。
16.作为上述技术方案的进一步描述：
17.所述空腔的深度为10微米-300微米，所述空腔的面积大于所述硅应变片的面积。
18.作为上述技术方案的进一步描述：
19.所述步骤2)中顶硅层的厚度为8微米-20微米。
20.作为上述技术方案的进一步描述：
21.所述步骤3)中半导体微纳制造工艺为氧化、外延、光刻、刻蚀、离子注入、退火或金属沉积半导体微纳制造工艺。
22.作为上述技术方案的进一步描述：
23.所述步骤5)中去胶工艺为干法去胶工艺。
24.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
25.1、将cavity-soi结构应用到硅应变片制造分离过程中，使得不需要额外的繁琐且良率低的分离工艺步骤，优化了硅应变片分离步骤，在cavity-soi片上完成硅应变片工艺后，硅应变片可以直接分离且落在空腔内，分离工艺简单且良率高，适于量产。
26.2、带有空腔的硅衬底片直接承载落入空腔的硅应变片，不需要额外的载具及分拣动作，进一步提高良率及产能。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
28.图1为一种mems硅应变片的分离方法中步骤2)的结构示意图。
29.图2为一种mems硅应变片的分离方法中步骤3)的结构示意图。
30.图3为一种mems硅应变片的分离方法中步骤4)的结构示意图。
31.图4为一种mems硅应变片的分离方法中步骤5)的结构示意图。
32.图例说明：
33.1、硅衬底晶圆；2、顶硅层；3、压阻；4、介质层；5、金属焊盘；6、空腔。
具体实施方式
34.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实
施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
35.请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种mems硅应变片的分离方法，包括以下步骤：
36.1)准备硅衬底晶圆，使用刻蚀工艺在所述硅衬底晶圆上刻蚀出空腔；
37.2)使用硅硅直接键合工艺，在所述空腔表面键合一片硅片，通过减薄或抛光工艺，使所述硅片厚度减薄至预设厚度，形成顶硅层；
38.3)采用半导体微纳制造工艺将硅应变片的压阻、介质层和金属焊盘加工在所述顶硅层上；
39.4)使用光刻或干法刻蚀工艺，刻蚀出硅应变片，并且同时将硅应变片从所述顶硅层上完全刻蚀分离开，使硅应变片将沉入所述空腔底部；
40.5)采用去胶工艺将光刻胶去除，得到分离后的硅应变片，并且将带有空腔的硅衬底晶圆作为硅应变片存放及运输的载具。
41.所述硅衬底晶圆和所述硅片均为cavity-soi晶圆。
42.所述步骤1)中的刻蚀工艺为干法刻蚀工艺或湿法腐蚀工艺。具体的为干法刻蚀工艺，可以精准控制，使硅应变片厚度一致，提高产品良率。
43.所述空腔的深度为10微米-300微米，所述空腔的面积大于所述硅应变片的面积。具体的空腔的深度为12微米，空腔的面积大于所述硅应变片的面积，这样便于硅应变片落入空腔，避免硅应变片碰伤，还便于硅应变片取出。
44.所述步骤2)中顶硅层的厚度为8微米-20微米。具体的厚度以硅应变片的设计为准，可以是9微米、10微米、11微米等。
45.所述步骤3)中半导体微纳制造工艺为氧化、外延、光刻、刻蚀、离子注入、退火或金属沉积半导体微纳制造工艺。
46.所述步骤5)中去胶工艺为干法去胶工艺。可以提高产品的生产良率。
47.工作原理：本发明使用cavity-soi晶圆制造硅应变片。硅衬底晶圆上的空腔大小比硅应变片稍大。如图2所示，在顶硅层表面完成压阻、介质层及金属焊盘的加工。然后，使用干法刻蚀工艺将硅应变片形状刻蚀出来，同时由于刻蚀后的硅应变片不再与顶硅层相连，硅应变片将沉在空腔内，以此完成硅应变片从顶硅层上的分离，如图3,4所示。硅应变片沉入空腔内后，带有空腔的硅衬底晶圆也成为存放及运输硅应变片的最佳载具。
48.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。