电子器件及其制备方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种电子器件及其制备方法。

背景技术

在广泛应用的电子器件中，有些器件需要在一个理想的真空环境中正常工作，例如具有微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems，MEMS）的电子器件。

此类电子器件通常可采用密封腔体为电子元件提供真空环境，进而使密封腔体内的电子元件能够在高真空环境下工作。以具有MEMS元件的电子器件为例，则相应的是将该MEMS元件设置在密封腔体内，从而有利于保证其中的微机械结构具有优良的振动性能，提高其可靠性。此外，为了进一步提高密封腔体的真空性能，一般还会在所述封装腔体内形成金属层以作为吸气层，所述吸气层可吸附气体分子来防止真空度的下降。

然而基于现有工艺制备出的具有密封腔体的电子器件，其仍然还存在密封腔体内的真空度不佳的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电子器件的制备方法，以进一步优化电子器件其密封腔体的真空度。

为此，本发明提供一种电子器件的制备方法，包括：提供第一基板，在所述第一基板上形成第一光阻层，并以所述第一光阻层为掩模刻蚀所述第一基板以形成腔体；去除所述第一光阻层，并湿法清洗所述第一基板；在所述第一基板上形成第二光阻层，所述第二光阻层在所述腔体的上方具有开口，并且所述开口的开口尺寸小于所述腔体的开口尺寸，使所述第二光阻层位于所述腔体中的部分相对于腔体底部悬空；形成吸气材料层，所述吸气材料层覆盖所述第二光阻层，以及所述吸气材料层还覆盖所述腔体的底部；以及，剥离所述第二光阻层，以去除所述吸气材料层中覆盖所述第二光阻层的部分，并保留所述吸气材料层中位于腔体底部的部分以形成吸气层。

可选的，在刻蚀形成所述腔体时，所述腔体的内壁上还附着有聚合物；以及，在去除所述第一光阻层的过程中或之后，还包括：湿法清洗所述第一基板以去除所述聚合物。

可选的，所述第二光阻层的形成方法包括：在所述腔体的底部形成非光敏有机材料层；在所述腔体和所述第一基板的表面上形成光敏有机材料层，并对所述光敏有机材料层执行曝光工艺以界定出开口的图形；以及，执行显影工艺，以在所述光敏有机材料层中形成开口以构成所述第二光阻层，以及所述显影工艺中的显影液还溶解暴露于所述开口中的非光敏有机材料层，并且还侧向侵蚀所述第二光阻层正下方的非光敏有机材料，以使所述第二光阻层位于所述腔体中的部分相对于腔体底部悬空。

可选的，所述显影液侧向侵蚀部分非光敏有机材料层，以使所述腔体的侧壁上还保留有部分非光敏有机材料层；以及，在剥离所述第二光阻层时，还去除保留在腔体侧壁上的非光敏有机材料层。

可选的，所述第二光阻层的悬置部分的悬空高度大于所述吸气材料层的厚度。

可选的，所述吸气层的宽度尺寸小于所述腔体的宽度尺寸，以使所述吸气层未抵接至所述腔体的侧壁。

可选的，所述第二光阻层为正性光阻。

可选的，在形成所述吸气层后，还包括：将所述第一基板封盖在具有元件的第二基板上，以将所述第二基板中的元件密封于所述腔体内。其中，所述第二基板中的元件包括MEMS元件。

本发明还提供了一种采用如上所述的制备方法所形成的电子器件，包括第一基板，所述第一基板中形成有腔体，并在所述腔体面对所述第二基板的表面上设置有吸气层。

可选的，所述电子器件还包括与所述第一基板相互键合的第二基板，所述第二基板中形成有元件，并且所述元件密封在所述腔体内。

可选的，所述吸气层的宽度尺寸小于所述腔体的宽度尺寸，以使所述吸气层未抵接至所述腔体的侧壁。

在本发明提供的电子器件及其形成方法中，利用不同于第一光阻层的第二光阻层来执行吸气层的剥离工艺，一方面在形成第二光阻层之前，使得对第一基板的清洗可以被允许而不会受到光阻层的限制，从而实现了在刻蚀形成腔体后所产生的聚合物能够被清除，避免了由于聚合物的残留而容易降低密封腔体的真空度的问题；另一方面，可以更为灵活的调整用于执行剥离工艺的第二光阻层的形貌特性，降低了剥离工艺中对第二光阻层的剥离难度，并提高最终所形成的吸气层的品质。

附图说明

图1-图2是一种电子器件其密封腔体的制备过程的结构示意图。

图3是本发明一实施例中的电子器件的制备方法的流程示意图。

图4-图10是本发明一实施例中的电子器件在其制备过程中的结构示意图。

其中，附图标记如下：10/100-第一基板；11/110-腔体；12/120-聚合物；130-键合垫；140-阻挡件；20/210-第一光阻层；220-第二光阻层；220a-开口；230-非光敏有机材料层；30/300-吸气层；400-第二基板。

具体实施方式

承如背景技术所述，现有的电子器件其密封腔体内的真空度仍然还需要进一步改进。

以下结合图1和图2对一种电子器件其密封腔体的制备方法进行说明。首先参考图1所示，在一第一基板10上形成第一光阻层20，并以所述第一光阻层20为掩模刻蚀所述第一基板10以形成腔体11；接着参考图2所示，继续基于第一光阻层20执行剥离工艺（liff-off工艺），以形成吸气层30在所述腔体11内。之后，将所述第一基板10封盖于具有元件的第二基板上时，即可将第二基板中的元件密封于所述腔体11内。

然而基于如上方法进行的密封封装，其仍然还存在密封腔体内的真空度不佳的问题。本发明的发明人在对上述工艺进行研究后发现，其真空度不佳的一个重要原因是：在刻蚀形成所述腔体11时，通常在腔体11的内壁上会附着有聚合物12，该聚合物12受到第一光阻层20的限制而难以被清除，进而直接被后续形成的吸气层30所覆盖。此时，位于密封腔体内的聚合物12由于其容易挥发而产生气体，进而破坏密封腔体的真空度。

此外，如上所述的方法中其吸气层30和腔体11是利用同一光阻层（即，第一光阻层20）定出的，那么在溅射吸气材料层以形成所述吸气层30时，所述吸气材料层中覆盖第一光阻层20的部分即会通过第一光阻层的侧壁和腔体的侧壁直接与腔体11内的吸气材料层相互连接，此时将增大后续剥离第一光阻层20的难度，并会对保留于腔体11内的吸气材料层造成损害，而影响最终所形成的吸气层30的品质。

为此，本发明提供一种电子器件的制备方法，以提高所形成的密封腔体的真空度，并保证所制备的吸气层的品质。具体的，本发明提供的电子器件的制备方法可参考图3，其包括如下步骤。

步骤S100，提供第一基板，在所述第一基板上形成第一光阻层，并以所述第一光阻层为掩模刻蚀所述第一基板以形成腔体。

步骤S200，去除所述第一光阻层，并湿法清洗所述第一基板。

步骤S300，在所述第一基板上形成第二光阻层，所述第二光阻层在所述腔体的上方具有开口，并且所述开口的开口尺寸小于所述腔体的开口尺寸，使所述第二光阻层位于所述腔体中的部分相对于腔体底部悬空。

步骤S400，形成吸气材料层，所述吸气材料层覆盖所述第二光阻层，以及所述吸气材料层还覆盖所述腔体的底部。

步骤S500，剥离所述第二光阻层，以去除所述吸气材料层中覆盖所述第二光阻层的部分，并保留所述吸气材料层中位于腔体底部的部分以形成吸气层。

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的电子器件及其形成方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。应当认识到，附图中所示的诸如“上方”，“下方”，“顶部”，“底部”，“上方”和“下方”之类的相对术语可用于描述彼此之间的各种元件的关系。这些相对术语旨在涵盖除附图中描绘的取向之外的元件的不同取向。例如，如果装置相对于附图中的视图是倒置的，则例如描述为在另一元件“上方”的元件现在将在该元件下方。

图4-图10是本发明一实施例中的电子器件在其制备过程中的结构示意图。下面结合图3和图4-图10对本实施例中的制备过程进行详细说明。

在步骤S100中，具体参考图4所示，提供第一基板100，在所述第一基板100上形成第一光阻层210，并以所述第一光阻层210为掩模刻蚀所述第一基板100以形成腔体110。

其中，所述第一基板100用于在后续工艺中封盖在具有元件的第二基板上，以将第二基板中的元件密封在所述腔体110中。所述第一基板100例如为硅基板。以及，所述腔体110的深度例如为10μm~30μm。

进一步的，所述第一光阻层210具体可采用光刻胶形成。更为具体的，所述第一光阻层210可以为正性光阻，以提高其界定出的腔体图形的精度。具体的，针对正性光阻而言，其图形化所得到的光阻层的图形侧壁将呈现为垂直侧壁或接近垂直的侧壁，进而在以该图形化的光阻层为掩模刻蚀形成腔体110时，即有利于提高腔体110的精度。

继续参考图4所示，在以所述第一光阻层210为掩模刻蚀第一基板100时，其通常还会在所形成的腔体110内壁上附着有刻蚀过程中所产生的聚合物120（例如，干法刻蚀硅材料时所产生的聚合物），该聚合物120若不被去除，则在后续工艺中将容易挥发出而产生气体。本实施例提供的形成方法，将允许所述聚合物120在后续工艺被去除而不会残留在密封腔体内，此将在后续步骤中进行详细说明。

进一步的，在所述第一基板100的表面上还设置有键合垫130，所述键合垫130可围设在所述腔体110的外围，以用于实现和第二基板的相互键合，并在键合后密封所述腔体110。其中，所述键合垫130的材料具体可包括金属材料，所述金属材料例如包括铝、锗等金属。本实施例中，在所述键合垫130的两侧还设置有阻挡件140，所述阻挡件140可用于在键合过程中实现上下键合垫的充分键合，此将在后续的键合过程中进行详细说明。

在步骤S200中，具体参考图5所示，去除所述第一光阻层210，并湿法清洗所述第一基板100。

具体的，可以在去除所述第一光阻层210的过程中或之后，清洗清洗所述第一基板100，以去除所述腔体110内壁上附着的聚合物120。一种可选的方案，在去除所述第一光阻210之后，利用清洗溶液清除所述聚合物。即，本实施例中的第一光阻层210可以被去除，从而不会受到第一光阻层210的限制而允许对所述第一基板100进行湿法清洗，以去除所述聚合物120。

在步骤S300中，具体参考图6-图7所示，在所述第一基板100上形成第二光阻层220，所述第二光阻层220在所述腔体110的上方具有开口220a，并且所述开口220a的开口尺寸小于所述腔体110的开口尺寸，以使所述第二光阻层220位于所述腔体110中的部分相对于腔体底部悬空。

重点参考图7所示，在去除所述第一光阻层210后，形成第二光阻层220，以利用所述第二光阻层220在后续工艺中执行剥离工艺形成吸气层。本实施例中，所述第二光阻层220具有悬空设置在所述腔体110正上方的部分，其悬空部分即对应于开口周边的部分，此时所述第二光阻层220其悬空部分的正下方即存在有空隙（即，悬空部分和腔体底部之间存在有空隙）。

需要说明的是，由于所述第二光阻层220的悬空部分的下方具有空隙（空隙的高度可设置为大于后续所形成的吸气材料层的厚度），基于此，则后续溅射吸气材料层时，能够使吸气材料层中覆盖第二光阻层220的部分和覆盖腔体110底部的部分在空隙处更容易相互分断，进而有利于实现后续的剥离工艺。

具体的方案中，具有悬空部分的第二光阻层220的制备方法可参考如下步骤。

第一步骤，具体参考图6所示，在所述腔体110的底部形成非光敏有机材料层230。所述非光敏有机材料层230例如可采用旋涂工艺（spin coating）形成，本实施例中，在涂覆所述非光敏有机材料层230时，所述非光敏有机材料层230还形成在第一基板100的表面上。其中，所述非光敏有机材料层230具体为不会受到光照影响，不会产生光敏反应的有机材料层。可选的，所述非光敏有机材料层230例如采用非感光的LOR材料。

其中，所述非光敏有机材料层230在所述腔体110中的厚度可进一步界定出后续形成的第二光阻层220其悬空部分的悬空高度。具体的，所述非光敏有机材料层230的顶表面位置不高于所述腔体110的顶部位置。此外，所述非光敏有机材料层230的高度还大于后续需形成的吸气层的厚度，此将在后续步骤中进行详细说明。

第二步骤，在所述腔体和所述第一基板100的表面上形成用于构成第二光阻层的光敏有机材料层，所述光敏有机材料层即相应的覆盖位于腔体内的所述非光敏有机材料层230。其中，所述光敏有机材料具体可以为正性光敏材料，基于此，则对应形成的第二光阻层220即为正性光阻。

以及，对所述光敏有机材料层执行曝光工艺，以界定出开口的图形。具体的，所述光敏有机材料层中对应于开口图形的部分将在后续的显影工艺中呈现为可溶于显影液。

第三步骤，继续参考图6所示，执行显影工艺，以在所述光敏有机材料层中形成开口220a以构成所述第二光阻层220。如上所述，所述显影液即溶解开口图形的部分而形成所述开口220a，并会进一步暴露出其下方的非光敏有机材料层230。

本实施例中，所述光敏有机材料具体可以为正性光敏材料，基于此，则对应形成的第二光阻层220即为正性光阻，此时形成在所述第二光阻层220中的开口220a的侧壁即相应的呈现为垂直侧壁或接近垂直的侧壁，不仅可提高定义出的开口220a的图形精度，并且与负性光阻容易出现倒梯形侧壁相比，正性光阻对应形成的侧壁更为垂直，从而有利于增大所述开口220a的开口尺寸，提高所形成的吸气层的尺寸。

接着重点参考图7所示，所述显影工艺中的显影液还通过所述开口220a溶解暴露出的非光敏有机材料层230（即，所述非光敏有机材料层230呈现为可溶于显影液），并且还进一步使显影液侧向侵蚀所述第二光阻层220正下方的非光敏有机材料，以使所述第二光阻层220位于所述腔体110中的部分相对于腔体底部悬空。

本实施例中，利用所述非光敏有机材料层230辅助形成所述第二光阻层220的悬空部分，一方面可以更为精确的控制所述第二光阻层220其悬空部分的悬空高度（具体的，使所述第二光阻层220的悬空部分的悬空高度高于后续形成的吸气层的厚度）；另一方面，也可以通过控制显影液侧向侵蚀的时间，以调整所述非光敏有机材料层230其被侧向消耗的宽度，相应的调整所述第二光阻层220其悬空部分的宽度尺寸。其中，所述第二光阻层220其悬空部分的宽度尺寸可控制在小于等于5μm的范围内，例如可使所述第二光阻层220其悬空部分的宽度尺寸进一步控制在2μm~5μm的范围内。

一种可选的方案中，在利用显影液侧向侵蚀非光敏有机材料层230时，可以部分去除所述非光敏有机材料，以使得腔体110的侧壁上还保留有部分非光敏有机材料层230，如此，则在后续形成吸气层时即可避免吸气层还抵接至腔体110的侧壁。当然，在另一种可选的方案中，还可利用显影液侧向侵蚀全部的非光敏有机材料层230，此时所述第二光阻层220中位于所述腔体110正上方的部分即全部悬空在所述腔体110的上方。

在步骤S400中，具体参考图8所示，形成吸气材料层310，所述吸气材料层310覆盖所述第二光阻层220，以及所述吸气材料层220还覆盖所述腔体110的底部。其中，所述吸气材料层310例如可采用溅射工艺形成。以及，所述吸气材料层310具体可采用金属材料形成，所采用的金属材料例如包括钛、锆、钒、铁中的至少一种。

继续参考图8所示，所述第二光阻层220其悬空部分的下方具有空隙，因此在溅射形成吸气材料层220时金属材料难以形成在空隙中，并且所述吸气材料层220的厚度小于所述第二光阻层220其悬空部分的悬空高度，从而使得第二光阻层220上的金属材料难以连接至腔体底部上的金属材料，实现了第二光阻层220上的金属材料和腔体底部上的金属材料相互分断，有利于降低光阻层的剥离难度。

此外，所述吸气材料层220中位于腔体底部的部分也不会抵接至腔体110的侧壁。本实施例中，还进一步使部分非光敏有机材料层230保留在腔体的侧壁上，从而可确保腔体底部上的吸气材料层不会抵接至腔体110的侧壁。

在步骤S500中，具体参考图9所示，剥离所述第二光阻层220，以去除所述吸气材料层中覆盖所述第二光阻层的部分，并保留所述吸气材料层中位于腔体底部的部分以形成吸气层300。本实施例中，所述吸气层300的宽度尺寸即小于所述腔体110的宽度尺寸，以使所述吸气层300未抵接至所述腔体110的侧壁。

如上所述，由于第二光阻层220上的吸气材料分断于腔体底部上的吸气材料，因此在去除第二光阻层220时不会受到腔体底部的吸气材料层的牵扯，有效的降低了剥离工艺的剥离难度，并避免了所形成的吸气层300其边缘受到损伤。本实施例中，在去除所述第二光阻层220时，还进一步去除腔体110侧壁上的非光敏有机材料层。

进一步的方案中，在形成所述吸气层300后，还包括：步骤S600，具体参考图10所示，将所述第一基板100封盖在具有元件的第二基板400上，以将所述第二基板400中的元件（图中未示出）密封于所述腔体110内。

本实施例中，所述第一基板100上设置有键合垫130，相对应的，在所述第二基板400上也设置有键合垫，并利用两基板上的键合垫相互键合以形成密封圈，进而将第二基板400中元件密封在密封腔体内。所述第二基板400中的元件例如包括MEMS元件。其中，所述第二基板400上的键合垫也可以为金属键合垫，进而实现所述第一基板100和所述第二基板200为金属键合，例如为铝锗键合。

如上所述，在所述第一基板100的键合垫130的侧边设置有阻挡件140，从而在键合过程中即可以所述阻挡件140的高度为基准控制所述第一基板100和第二基板200之间的充分键合。具体而言，在键合之前，所述第一基板100和所述第二基板200上的键合垫的总高度可略高于所述阻挡件140的高度；以及，在键合过程中，可使所述第一基板100和所述第二基板200相互键合直至所述阻挡件140还抵接至第二基板200的表面为止，此时即可认为第一基板100的键合垫和第二基板200的键合垫充分键合。

基于如上所述的形成方法，以下对所制备出的电子器件的结构进行详细说明。具体可参考图10所示，所述电子器件包括：第二基板400和封盖在所述第二基板400上的第一基板100，以将所述第二基板400中的元件密封在密封腔体内。

其中，所述第一基板100中形成有腔体110，并且在所述腔体110面对所述第二基板400的表面上设置有吸气层300。进一步的，所述吸气层300的端部未抵接至所述腔体110的侧壁。

综上所述，在本实施例提供的电子器件及其形成方法中，在利用第一光阻层刻蚀形成腔体之后，去除第一光阻层，从而可允许对第一基板进行清洗而不会受到第一光阻层的限制，使得刻蚀所产生的聚合物可以被清除，避免了该聚合物的残留而影响密封腔体的真空度的问题。以及，在形成第二光阻层时还可以更为灵活的调整第二光阻层的形貌特性，使得第二光阻层延伸至腔体的正上方并具有悬空部分，进而可降低剥离工艺中对第二光阻层的剥离难度，并有利于提高最终所形成的吸气层的品质。

需要说明的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。

还应当理解的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第 二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。

此外还应该认识到，此处描述的术语仅仅用来描述特定实施例，而不是用来限制本发明的范围。必须注意的是，此处的以及所附权利要求中使用的单数形式“一个”和“一种”包括复数基准，除非上下文明确表示相反意思。例如，对“一个步骤”或“一个装置”的引述意味着对一个或 多个步骤或装置的引述，并且可能包括次级步骤以及次级装置。应该以最广义的含义来理解使用的所有连词。以及，词语“或”应该被理解为具有逻辑“或”的定义，而不是逻辑“异或”的定义，除非上下文明确表示相反意思。