MEMS首要包含微型组织、微型传感器、微型执行器和相应的处理电路等几部分,是在交融多种微细加工技能,并运用现代信息技能的最新作用的基础上开展起来的高科技前沿学科。MEMS是一种全新的有必要一起考虑多种物理场混合作用的研制范畴,相对于传统的机械,它们的尺度往往在微米和亚微米量级。制作上首要选用以Si为主的资料、集成电路(IC)的加工技能,能够在Si片指定方位上进行蚀刻或成长附加资料层,然后构成一个特别的功用结构。MEMS芯片有的带有腔体和薄膜、有的带有悬梁,这些微机械结构简单因机械触摸而损坏、因露出而沾污,特别是外表工艺加工的器材,在很薄的薄膜上批量加工,结构强度就更低,能接受的机械强度远远小于IC芯片。
根据MEMS结构和特性,MEMS划片比起典型的IC划片或其他微电子元件的划片愈加困难,也对划片设备和划片工艺提出了更高的应战。
1 传统的划片办法
传统的划片都是经过划片砂轮的高速旋转研磨来完成对Si片的堵截,这种切开办法必定要随同冷却和清洗的较高压力的水流、划片刀和Si片触摸产生的压力和扭力、以及切开下来的Si屑对Si片自身构成的污染,而这几点都对MEMS产品构成了丧命的要挟。众所周知,MEMS大都含有薄膜、深邃宽比的结构,无法抵御划片和清洗时的水流冲击。此外,MEMS器材中常含有对污染物灵敏的元件,只需这些元件遭到细微的污染,就或许导致整个MEMS的失效(例如MEMS麦克风)。别的,一些MEMS产品对静电放电(ESD)特别灵敏(如静电执行器),有或许会构成自发的ESD失效。还有一种MEMS对划痕的崩边要求特别高(如印象传感器),少量的崩边就有或许构成器材失效。
在当时的工艺中,为了消除划片中由于污染和元件脆弱性及灵敏性对器材牢靠性的影响,通常会选用以下几种办法:
(1)在MEMS器材上加永久的维护层,然后在MEMS和恶劣的划片环境间构成一个物理屏障。这样能够避免MEMS器材被Si屑污染,维护器材在切开和随后的清洗中不受水流和气流的冲击。这种构建永久维护层的办法有一个丧命缺陷,便是对一些需求接纳超级灵敏信号的MEMS,这种办法会构成灵敏度的下降。
(2)构建一个具有维护作用的暂时层,在划片和清洗时将MEMS器材掩盖,之后用化学的办法去除或冲洗掉暂时层。这很好地坚持了MEMS自身的灵敏性,然后得到了许多的运用。
可是为了放置永久的维护层或许构建可去除的暂时防护层都需求额定的制作进程和工艺,这就需求额定的设备和耗材,浪费了许多的人力和物力。并且这些办法也不能彻底消除切开进程对MEMS的危害,导致成品率的下降,这就添加了制作器材的总本钱,成了约束MEMS产品价格的瓶颈。
为了削减切开进程中对MEMS的损害,工程技能人员想出了许多办法:选用气浮导轨和磁力马达或加装轰动传感器来操控划片进程中的振荡;改造切开和清洗的喷嘴设备,由“水流”喷嘴设备改为“雾化”喷嘴设备,削减了水流对MEMS的损害,一起进步清洗的作用;添加CO2发泡机来下降DI水的阻抗值,使静电荷远离进行划片的晶圆,并且添加离子产生器来铲除机械移动所产生的静电;添加一个即时的磨刀程序,定时批改刀锋边际的形状,一起使划片刀去除超载的堆积物,以使划片刀一向处于最佳的切开状况等许多办法,但所有这些办法都不能处理研磨划片对MEMS的损害,然后约束了成品率的进步。
2 技能的改造
跟着科技的开展,越来越多的新技能运用到半导体制作设备中来,特别是激光划片技能的老练运用,促成了MEMS划片工艺的技能腾跃,进步了产品的成品率,简化了制作流程,下降了MEMS制作的本钱。在当时的技能条件下,激光切开技能首要有湿式和干式两种。
2.1 湿式激光切开
湿式激光切开的典型代表是微水刀激光技能。其交融了激光束和水刀的混合切开工艺,经过如发丝般纤细的水射流将激光束引导到晶圆上。运用空气和水的折射率之间的差异,激光束能够在空气一水的界面全反射,原理相似光纤(如图1)。由于在工件上和工件之外完成了零误差,因而促进了多孔资料或分层资料的准确切开。此外,与规范的划片方法相反,微水刀激光技能运用水射流来冷却资料外表,避免了资料外表的热损害,然后获得了抱负的维护,削减了崩边的产生(见图2)。一起,水流也构成了一个天然的维护层,削减了附着和污染。
微水刀激光的特色使之很合适MEMS划片。即使其加工速度很快也能保证高品质的切开。切开速度受MEMS厚度影响;资料越厚,需求的激光脉冲能量越大。表1显现其切开Si的典型速度,取决于晶圆厚度。之所以能做到没有厚度约束,原因在于切开某一厚度晶圆的最大速度取决于激光的脉冲重复率、平均功率和峰值功率。再薄也可切,且越薄越快。比较各类划片技能的另一重要参数是切开边际的损坏强度巨细,机械变形会导致晶粒决裂。不少运用标明微水刀激光对晶圆边际构成的损害远小于传统刀片划片。
微水刀激光的上述特性大幅度提升了器材的成品率和UPH(每小时产出量),为MEMS的划片增添了一种牢靠的挑选。
但由于在切开进程中有水流和Si屑的存在,使得在切开前还有必要构建永久或暂时的维护层。别的,运用微水刀激光技能切开MEMS Si片,还有必要运用一种不会被激光切穿、却能让水流穿过的特别胶带“激光胶带/LaserTape”用于贴片,这种胶带本钱比较昂扬,并且品种比较少,这也约束了封装企业的挑选,抵消了一部分良率进步所下降的本钱。