一种MEMS器件的分离方法.pdf

本发明涉及一种MEMS器件的分离方法。该方法通过破坏分布在MEMS器件边缘与硅片框架相连的分离连接结构，直接将预先设定形状的MEMS器件从硅片上摘取分离。本发明由于不涉及金属切割或激光切割步骤，避免了切割方法中的振动、冲击以及被高分子黏附膜的黏附时导致的可动结构失效问题，提高了器件成品率。本发明通过设计多个分离连接结构及采用光刻工艺，使得器件的形状可以为设计的任意图形，不再局限于切割刀可操作的形状。此外，可以保证带器件硅片的安全彻底清洗，从而保证器件表面良好的光洁度，进一步提高器件可靠性。本发明可利用在MEMS器件的批量制作，降低芯片制作的成本。

1.  一种MEMS器件的分离方法，其特征在于通过破坏分离连接结构（2）直接将预先设定器件形状的MEMS器件从硅片（1）上摘取分离，其中需分离的器件形状（3）通过分布在其边缘的n(n>1)个分离连接结构（2）与硅片框架相连。

2.  根据权利要求1所述的MEMS器件的分离方法，其中硅片（1）可为SOI硅片。

3.  根据权利要求1或2所述的MEMS器件的分离方法，其中需分离的器件形状（3）为按照器件要求设计的任意形状。

4.  根据权利要求1或2所述的MEMS器件的分离方法，其中器件的分离连接结构（2）的形状为中间窄两头宽的预定图形。

5.  根据权利要求1所述的MEMS器件的分离方法，其中分离连接结构（2）和器件形状（3）是用光刻方法在硅片（1）上形成的。

6.  根据权利要求1或2所述的MEMS器件的分离方法，其中不涉及金属切割或激光切割。

一种MEMS器件的分离方法
技术领域
本发明涉及一种微机电系统（MEMS -Micro-Electro-Mechanical System）器件的分离方法，特别涉及一种无损MEMS器件结构、适用任意器件形状的分离工艺方法。
背景技术
在全球物联网快速大发展的背景下，作为物联网的构成基础及终端应用的各类传感器也得到大力研究及应用。其中基于MEMS技术的传感器相对于传统技术的传感器具有小型化、集成度高、性能好等优点也越来越受到广泛的重视。
MEMS技术的传感器是基于半导体加工技术及MEMS独有的加工技术特点制造而成。在MEMS技术中，通常采用半导体的硅片作为传感器芯片的基底及结构材料，当芯片制作完后，需要将批量化制作的芯片单个从硅片上分离出来。在现有的加工工艺上，通常采用两种方法进行分离器件芯片。
一种是将制作了MEMS传感器芯片的硅片整个贴附在高分子粘附膜上，并采用金属切割刀或切割液切割在硅片中留有的特定切割位置，从物理结构上将各个芯片分离出来。但是在芯片切割过程中，MEMS器件需要耐受切割刀的冲击，振动以及切割中残留的硅残渣，冷却水等异物。因此采用金属切割刀分离芯片很可能会破坏MEMS器件脆弱的可动结构，降低器件的成品率。同时切割的残渣也容易粘污器件表面，影响其器件表面光洁度，并且由于芯片已经分离，通过清洗等工艺去除粘污将非常困难。通常的半导体芯片没有如MEMS传感器那样有可动部件，因此半导体芯片采用切割刀进行芯片分离对芯片结构影响很小，但MEMS器件由于有可动部件，在粘结膜的粘附、取出以及切割过程都都容易导致可动结构的损坏，所以采用传统的切割方式对MEMS器件存在一定问题。同时切割刀通常只能切割方正的芯片形状，对需要切割出特殊形状的芯片结构将无能为力。
为了避免切割刀对MEMS器件造成损害，业界也开发了激光切割的方式进行MEMS器件的分离。采用特定波长的高功率激光对器件制作好的硅片进行切割。激光切割避免了对可动MEMS结构的振动及破坏，但其分离芯片时的刻划尺寸有限，同时还是容易存在部分激光刻划出的颗粒残留在器件表面并污染器件光洁度的问题，而且激光的切割效率也较低，花费时间较长。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是一种可对MEMS可动器件实现高效快速无损分离的分离加工方法。
为实现上述目的，本发明提供一种MEMS器件的分离加工方法，其特征在于通过破坏分离连接结构2直接将预先设定器件形状的MEMS器件从硅片1上摘取分离，其中需分离的器件形状3通过分布在其边缘的n(n>1)个分离连接结构2与硅片框架相连。可选地，所述分离方法其中的硅片1可为SOI硅片，其中器件的分离连接结构2的形状为中间窄两头宽的任意图形，其中分离连接结构2和器件形状3是用光刻方法在硅片上形成的，其中不涉及金属切割或激光切割。
与现有技术相比，本发明的有益效果是可以实现MEMS芯片的任意尺寸和形状的无损分离，避免了切割方法中的振动、冲击以及黏附膜的黏附时带来的器件失效，保证带器件硅片安全彻底的清洗，从而保证器件表面良好的光洁度。
附图说明
图1是本发明实施例1制作工艺过程结构剖面示意图及实施例1制作的MEMS器件及分离连接机构俯视示意图。
图2是本发明实施例2制作工艺过程结构剖面示意图及实施例2制作的MEMS器件及分离连接机构俯视示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本发明在提供的优选实施例为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。本发明附图为示意参考图，不应该被认为严格反映了几何尺寸的比例关系，也不应该被认为限制本发明的范围。
图1是本发明实施例1的示意图，本实施例的MEMS器件的分离方法，具有以下特征：它包括，
步骤1：准备需要制作MEMS器件的硅片材料1；
步骤2：在硅片材料需要制作器件结构的表面上首先采用光刻工艺将需要分离的器件形状3及分离连接结构2的图形制作出，并用DRIE工艺深反应离子刻蚀工艺刻蚀几um至几十um的浅槽。待分离的器件形状3可以在制作的掩膜版上的任意设计，如图中显示是椭圆的器件形状，但其它如圆形，方形等均可以按照器件要求设计。同时器件的分离结构2具有中间窄两头宽的预定图形，如图所示的圆锥型结构，该分离结构2分布在器件形状3的边缘，作为最终器件芯片与硅片框架间的连接结构。通过破坏该连接结构2非常容易简便的将芯片直接摘取下来，而不破坏器件可动结构；
步骤3：利用其它工艺方法制作出悬空或者不悬空的MEMS正面结构；
步骤4：采用一块衬底硅片4（辅助衬底4），涂覆一层粘结剂，将做好正面MEMS结构的硅片1贴于辅助衬底4上，并采用光刻工艺将器件硅片1的背面制作出背面释放刻蚀区域图形，利用DRIE工艺刻蚀到正面的器件分离连接结构2；
步骤5：利用去除粘结剂将带芯片的硅片1和辅助衬底4分离，清洗带器件硅片。由于器件芯片3由器件分离结构2连接在硅片框架上，因此能够比较方便的进行带芯片硅片的清洗。
 图2是本发明实施例2的示意图，本实施例的MEMS器件的分离方法，具有以下特征：它包括，
步骤1：为需要制作MEMS器件的SOI硅片材料1；
步骤2：在SOI硅片的器件层上制作需要分离的器件形状3及器件分离连接结构2，并利用DRIE工艺直接刻蚀到器件的埋氧层；
步骤3，在器件区域制作MEMS器件及刻蚀结构；如果步骤2和步骤3刻蚀深度相同，则可以同步进行制作；也可在该步骤单独将器件结构释放制作出可动结构；
步骤4：器件硅片1与衬底圆片4利用粘结剂粘结，并在背面制作出释放结构图形，利用DRIE设备刻蚀SOI的背面衬底硅到埋氧层；
步骤5：利用去除粘结剂以便将衬底4与器件硅片1分离并清洗器件硅片。器件硅片1上制作好的MEMS器件3均由器件分离连接结构2连接在硅片的框架上；
步骤6：将合格的MEMS芯片通过破坏分离连接结构2的方法，直接从器件硅片1上摘取出使用。
可选地，所述器件形状3可以为制作的掩膜版上设计的任意预定图形，例如但不限于圆形、椭圆形、方形；所述分离连接结构2的形状可为中间窄两头宽的预定图形，例如但不限于锥形、梯形，分布在器件形状3与硅片框架之间的分离连接机构的总个数为n(n>1)个。
 综上所述，本发明具有以下优点：
1，可实现任意器件形状的分离；只需要在器件制作的掩膜版上设计好器件分离时的形状，最终利用该工艺方法都可以实现器件的分离。
2，由于器件分离连接结构特殊的设计形状，合格的MEMS器件可以直接在硅片上被轻易摘取，不需要进行金属切割或者激光切割，同时避免了切割方法中的振动、冲击带来的器件失效，也不会破坏MEMS可动结构；同时也避免了被高分子黏附膜的黏附时导致的可动结构黏附失效问题。
3，器件分离前最终可整体清洗带器件的硅片，表面无污染。待分离的器件结构最终将由很小的分离连接结构连接在硅片框架上，可以保证带器件硅片的安全彻底的清洗，从而保证器件表面良好的光洁度，同时也可以很方便的直接在硅片框架上摘取芯片使用。