CN118083904A - 微机电器件的制作方法、及微机电器件 - Google Patents

Abstract

本申请的实施例提供了一种微机电器件的制作方法、及微机电器件，所述方法包括：提供衬底基板，所述衬底基板的表面设置有至少一个凹陷区域；在所述衬底基板上贴附感光干膜材料，形成遮盖所述衬底基板的表面和各个所述凹陷区域的感光干膜层；对所述感光干膜层进行图形化工艺，以在所述感光干膜层中形成感光干膜材料图案；在所述衬底基板形成有感光干膜材料图案的表面沉积金属；在沉积金属后，剥离所述感光干膜层，形成所需的金属布线层。本申请的实施例提供的技术方案能降低在设置有复杂结构的微机电器件表面制作金属布线的复杂程度。

Description

微机电器件的制作方法、及微机电器件

技术领域

本申请涉及微机电器件技术领域，具体而言，涉及一种微机电器件的制作方法、及微机电器件。

背景技术

微机电器件(MEMS)普遍存在如空腔，可动结构，梳齿结构等复杂结构。通常情况下，复杂结构会在制作微机电器件的最后步骤中，通过腐蚀释放牺牲层形成，以避免对中间过程的制作工艺产生影响。

然而随着芯片技术的飞速发展，在制作某些特定的微机电器件时需要在制作流程中段释放牺牲层形成复杂结构。现阶段如果需要在复杂结构上继续制作金属布线，常采用遮罩工艺完成，在遮罩工艺中，需要定期对遮罩面进行清洗，以确保图形精度，且为了保证层间对准精度，需要采用专用设备调整衬底与遮罩面的相对位置，导致整个遮罩工艺非常复杂繁琐，进而如何降低在复杂结构上制作金属布线的复杂程度是亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请的实施例提供了一种微机电器件的制作方法、及微机电器件，基于本申请提供的技术方案能降低在设置有复杂结构的微机电器件表面制作金属布线的复杂程度。

本申请的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本申请的实践而习得。

根据本申请实施例的第一方面，提供了一种微机电器件的制作方法，所述方法包括：提供衬底基板，所述衬底基板的表面设置有至少一个凹陷区域；在所述衬底基板上贴附感光干膜材料，形成遮盖所述衬底基板的表面和各个所述凹陷区域的感光干膜层；对所述感光干膜层进行图形化工艺，以在所述感光干膜层中形成感光干膜材料图案；在所述衬底基板形成有感光干膜材料图案的表面沉积金属；在沉积金属后，剥离所述感光干膜层，形成所需的金属布线层。

在本申请的一些实施例中，基于前述方案，所述在所述衬底基板上贴附感光干膜材料，包括：提供感光干膜材料，所述感光干膜材料包括相对设置的第一表面和第二表面，所述第一表面贴附有第一保护层，所述第二表面贴附有第二保护层；去除所述感光干膜材料的第一保护层；在去除所述第一保护层后，利用贴膜机将所述感光干膜材料的第一表面贴附在所述衬底基板上；去除贴附在所述衬底基板上的感光干膜材料的第二保护层。

在本申请的一些实施例中，基于前述方案，所述第一保护层包括聚烯烃膜和/或聚酯薄膜，所述第二保护层包括聚烯烃膜和/或聚酯薄膜。

在本申请的一些实施例中，基于前述方案，在利用贴膜机将所述感光干膜材料的第一表面贴附在所述衬底基板上时，所述贴膜机的滚轴温度为20℃～80℃，所述贴膜机的滚轴速度为1mm/s～20mm/s。

在本申请的一些实施例中，基于前述方案，所述感光干膜层包括丙烯酸基或环氧基树脂。

在本申请的一些实施例中，基于前述方案，所述图形化工艺中包括前烘步骤，曝光步骤，以及显影步骤，其中，在所述前烘步骤中，前烘温度为30℃～90℃，前烘时间为1min～10min，在所述显影步骤中，采用负胶显影液对所述衬底基板进行显影。

在本申请的一些实施例中，基于前述方案，所述剥离所述感光干膜层，包括：采用干法去胶工艺和/或湿法去胶工艺剥离所述感光干膜材料图案。

在本申请的一些实施例中，基于前述方案，所述干法去胶工艺包括等离子体灰化工艺。

在本申请的一些实施例中，基于前述方案，所述湿法去胶工艺中采用的化学去胶剂包括N-甲基吡咯烷酮，光阻液，以及浓硫酸:双氧水混合试剂中的一种或多种。

根据本申请实施例的第二方面，提供了一种微机电器件，所述微机电器件采用前述第一方面任一实施例所述的方法制作而成。

本申请的技术方案，在制作微机电器件的过程中，包括，首先提供衬底基板，所述衬底基板的表面设置有至少一个凹陷区域；其次在所述衬底基板上贴附感光干膜材料，形成遮盖所述衬底基板的表面和各个所述凹陷区域的感光干膜层；再次对所述感光干膜层进行图形化工艺，以在所述感光干膜层中形成感光干膜材料图案；再次在所述衬底基板形成有感光干膜材料图案的表面沉积金属；最后在沉积金属后，剥离所述感光干膜层，形成所需的金属布线层。

由此可见，基于本申请的技术方案，由于感光干膜材料可以兼容现有光刻技术，能直接在其上面进行图形化工艺，因此与遮罩工艺相比，由于不是直接采用具有图形的遮罩面进行金属布线制作的，因此基于感光干膜材料进行金属布线制作，可以省去定期清洗遮罩面的操作；另外，由于在衬底基板上贴附感光干膜材料时，感光干膜材料中还未形成图形化，能有效兼容现有光刻工艺，金属沉积工艺和干膜去胶工艺，能够有效保证层间对准精度，因此不需要增加专用设备对衬底和感光干膜材料的相对位置进行调整，整体来说，基于贴附感光干膜材料进行金属布线层的制作，由于无需定期清洗遮罩面，以及无需专用设备等，能大大降低在具有复杂结构的微机电器件上制作金属布线的复杂程度。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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。在附图中：

图1示出了采用遮罩工艺在复杂结构上制作金属布线的示意图；

图2示出了采用光刻胶在复杂结构上制作金属布线的示意图；

图3示出了根据本申请一个实施例的微机电器件的制作方法的流程示意图；

图4示出了根据本申请一个实施例的制作金属布线层的示意图

图5示出了根据本申请一个实施例的沉积金属的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。

在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。在本公开的上下文中，相似或者相同的部件可能会用相同或者相似的标号来表示。

为了使得本领域技术人员更好的理解本申请的技术方案，下面结合图1对涉及的背景技术进行详细阐述。

参见图1，示出了采用遮罩工艺在复杂结构上制作金属布线的示意图。

在具有复杂的三维机械结构(比如空腔，可动部件，梳齿结构等)上制作金属布线，现阶段主要是采用遮罩工艺(Shadow mask)，具体的包括如下步骤：使用金属或者硅制备具有一定图形化203的遮罩面202，然后将衬底201表面与遮罩面202紧贴在一起，期间，为了保证对准精度，需要借助专用设备调整衬底201表面与遮罩面202的相对位置，之后，进行金属204沉积，最后通过去除遮罩面202以及其上沉积的金属，完成金属布线205制备。

遮罩工艺可以实现在复杂结构上制作金属布线，但是由于遮罩工艺需要专用治具来保证衬底201与遮罩面202紧贴，此外，随着遮罩面202的使用，遮罩面202上的特征尺寸也会发生变化，需要定期清洗遮罩面202，以确保图形精度。为了保证层间对准精度，也需要使用专用设备调整衬底201和遮罩面202的相对位置，因此整个工艺流程复杂，制备成本较高。

针对这一缺陷，如果采用光刻胶进行金属布线的制作，会出现如图2所示的缺陷。

参见图2，示出了采用光刻胶在复杂结构上制作金属布线的示意图。

首先在衬底101涂布一定厚度的光刻胶102，之后利用光刻技术在衬底101表面进行光刻胶102图形化，形成需要的图形104，之后通过蒸镀等工艺将金属105沉积在光刻胶102和衬底101表面，最后通过剥离光刻胶102以及在光刻胶102上沉积的金属105，完成金属布线107。但是在采用光刻胶制作金属布线的过程中，容易出现如下缺陷：由于光刻胶102较软容易异常填充在结构之中，形成如图2所示的103，无法对复杂结构进行遮挡，进而导致金属的异常填充，形成如图2所示的109，难以按照要求制备金属布线。同时异常填充的光刻胶也会引起微机电器件的结构损伤，如图2所示的108。

因此，采用光刻胶在复杂结构上制作金属布线，虽然制作的复杂程度降低，但是会出现其他的缺陷，因此，针对这些缺陷，本申请提出一种微机电器件的制作方法。

下面将结合具体的实施方式对上述技术方案进行详细说明，应当理解本公开内容实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

图3示出了根据本申请一个实施例的微机电器件的制作方法的流程示意图，具体包括如下步骤310至步骤350：

步骤310，提供衬底基板，所述衬底基板的表面设置有至少一个凹陷区域。

在本申请中，可选的，提供的衬底基板可以是硅片、掺杂硅片、石英片、玻璃片或者其他硅化物衬底薄片，具体的，本申请对于衬底基板的具体材料类型不做限定。

在本申请中，可选的，提供的衬底基板的尺寸可以为2～12寸的圆形，优选为8寸，衬底基板的厚度可以为0.1～10um。

在本申请中，可以理解的是，提供的衬底基板为制作微机电器件的半成品，在其表面已经设置有至少一个凹陷区域，该凹陷区域可以是由复杂结构形成的，比如可以是由空腔结构，可动部件，具有高深宽比(10～30：1)的梳齿结构等等构成的。

示例性的，在图4中，提供的衬底基底401，衬底基底401的表面402上设置有至少一个凹陷区域403。从图4可以看出，凹陷区域403对应的数量为7。

在本申请中，可选的，在衬底基板的表面设置的各个凹陷区域可以是由深硅刻蚀，湿法刻蚀，键合等工艺形成的。

继续参见图3，步骤320，在所述衬底基板上贴附感光干膜材料，形成遮盖所述衬底基板的表面和各个所述凹陷区域的感光干膜层。

在本申请中，感光干膜层包括的材料即为感光胶，该感光干膜层可以是包括丙烯酸基或环氧基树脂，优选为采用环氧基树脂。

在本申请中，可以理解的是，在贴附感光干膜材料之后，由于感光干膜材料具有一定的机械强度，因此形成的感光干膜层既能遮盖衬底基板的表面，也能遮盖各个凹陷区域，并且在各个凹陷区域处不会发生塌陷现象，示例性的，在图4中，在衬底基底401的表面402以及各个凹陷区域403上形成有感光干膜层404。

在步骤320中，在衬底基板上贴附感光干膜材料的具体实施例，可以按照如下步骤321至步骤324执行：

步骤321，提供感光干膜材料，所述感光干膜材料包括相对设置的第一表面和第二表面，所述第一表面贴附有第一保护层，所述第二表面贴附有第二保护层。

步骤322，去除所述感光干膜材料的第一保护层。

步骤323，在去除所述第一保护层后，利用贴膜机将所述感光干膜材料的第一表面贴附在所述衬底基板上。

步骤324，去除贴附在所述衬底基板上的感光干膜材料的第二保护层。

下面对上述步骤321至步骤324的实施细节进行阐述：

在步骤321中，可以根据需要制作的金属布线层的厚度，适应性的选择感光干膜材料的厚度。

在步骤321中，提供的感光干膜材料还可以是由多层感光干膜贴附形成的感光干膜材料。示例性的，为了使得感光干膜材料的厚度满足金属布线层要求，需要提供的感光干膜材料的厚度为设定厚度，如果不存在该种设定厚度规格的感光干膜材料，那么可以利用已有规格的感光干膜进行贴附，以得到设定厚度的感光干膜材料。

在步骤321中，需要说明的是，所述第一保护层包括聚烯烃膜和/或聚酯薄膜，所述第二保护层包括聚烯烃膜和/或聚酯薄膜。

在步骤323中，采用的贴膜机可以是具有加热功能的滚轴式贴膜机，也可以是用真空盘式贴膜机(例如Takatori ATM系列)。其中，可以根据感光干膜材料的厚度以及微机电器件的芯片结构选择对应的贴膜参数，比如真空压力，滚轴温度，贴膜时的滚轴速度等参数。

在步骤323中，在利用贴膜机将所述感光干膜材料的第一表面贴附在所述衬底基板上时，所述贴膜机的滚轴温度为20℃～80℃，所述贴膜机的滚轴速度为1mm/s～20mm/s。其中，贴膜机的滚轴温度优选为25℃～50℃，贴膜机的滚轴速度优选为5mm/s～15mm/s。

继续参见图3，步骤330，对所述感光干膜层进行图形化工艺，以在所述感光干膜层中形成感光干膜材料图案。

在本申请中，对感光干膜层进行图形化工艺可以采用紫外激光微加工工艺(UV-laser micromachining)，还可以采用纳米压印工艺(Nano Imprint Lithography)等。

在本申请中，对感光干膜材料进行的图形化工艺还可以是包括前烘步骤，曝光步骤，以及显影步骤，其中，在所述前烘步骤中，前烘温度为30℃～90℃，前烘时间为1min～10min，在所述显影步骤中，采用负胶显影液对所述衬底基板进行显影。

在本实施例中，在前烘步骤中，前烘温度优选为60～80℃，前烘时间优选为3-6min。可以理解的是，选择合适的前烘温度和前烘时间，能使得感光干膜层中的溶剂充分蒸发，进而提升感光干膜层与衬底基底之间的粘附力等。

在本实施例中，在曝光步骤中，可以根据图案线宽选择合适的曝光技术，比如图案线宽较小可以选择步进式光刻机(stepper)，图案线宽较大可以选择接近式光刻机。

在本实施例中，在显影步骤中，采用的负胶显影液可以为丙二醇甲醚醋酸酯(PGMEA)、异丙醇(IPA)等材料。

在本实施例中，图形工艺除了包括前烘步骤，曝光步骤，以及显影步骤，还可以包括检测步骤，该检测步骤可以对形成的感光干膜材料图案进行检测。

综上所述，可以根据实际需要选择合适的图形化工艺，以在感光干膜层中形成感光干膜材料图案，如图4中所示的感光干膜材料图案405。

继续参见图3，步骤340，在所述衬底基板形成有感光干膜材料图案的表面沉积金属。

在本申请中，可以采用金属沉积工艺在述衬底基板形成有感光干膜材料图案的表面沉积金属。

其中，采用的金属沉积工艺包括但不限于：物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、溶胶-凝胶工艺(Sol-Gel)、电镀(plating)等等。优选为金属蒸镀机台进行金属沉积。

在本申请中，沉积的金属的厚度可以为0.2～20um。

在本申请中，如果选择的是电镀的方式对衬底基板进行金属沉积，那么可以选择性的进行金属沉积，即可以只在衬底基板的未被感光干膜层覆盖的表面进行沉积金属，如图4所示沉积的金属406。

在本申请中，如果选择的是干法沉积金属的方式，那么沉积金属不具有选择性，不仅会在衬底基板的未被感光干膜层覆盖的表面沉积金属，同时也会在感光干膜材料图案上沉积金属。示例性的，如图5所示，会在感光干膜材料图案405上沉积金属408。通常情况下，如果采用干法沉积金属的方式，那么衬底基板上贴附的感光干膜材料的设定厚度/金属408的厚度大于3。

继续参见图3，步骤350，在沉积金属后，剥离所述感光干膜层，形成所需的金属布线层。

可以理解的是，在衬底基板上沉积的金属的厚度满足金属布线要求之后，则会结束金属沉积。

在步骤350中，如果感光干膜层上还沉积有金属，那么在剥离感光干膜层时，感光干膜层上的金属也同时被去除。

在步骤350中，剥离感光干膜层的具体实施方式可以是：采用干法去胶工艺和/或湿法去胶工艺剥离所述感光干膜材料图案。

在本实施例中，所述干法去胶工艺包括等离子体灰化工艺。

在本实施例中，所述湿法去胶工艺中采用的化学去胶剂包括N-甲基吡咯烷酮，光阻液，以及浓硫酸:双氧水混合试剂(SPM)中的一种或多种。优选为N-甲基吡咯烷酮(NMP)。

可以理解的是，在完成上述步骤350之后，即能制作得到所需的金属布线层，如图4中所示的金属布线层407。从而得到的金属布线层407能实现所在的微机电器件与外围控制芯片连接，进而实现整个器件的电气连接。

基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种微机电器件，该微机电器件包括采用前述微机电器件的制作方法中任一实施例制作而成。

可以理解的是，由于在本申请的技术方案中，是采用感光干膜材料进行金属布线的制作，因此能大大降低制作金属布线的复杂程度，进而提升制作金属布线的制作效率，提升对微机电器件的制作效率。

由于本申请实施例所介绍的微机电器件，是采用本申请实施例所介绍的微机电器件的制作方法所制作得到的，该微机电器件的制作实现过程在前述第一方面的实施例中已做介绍，故在此不做赘述，凡是采用了本申请实施例的微机电器件的制作方法所制备得到的微机电器件，都属于本申请所欲保护的范围。

本申请施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

在制作微机电器件的过程中，包括，首先提供衬底基板，所述衬底基板的表面设置有至少一个凹陷区域；其次在所述衬底基板上贴附感光干膜材料，形成遮盖所述衬底基板的表面和各个所述凹陷区域的感光干膜层；再次对所述感光干膜层进行图形化工艺，以在所述感光干膜层中形成感光干膜材料图案；再次在所述衬底基板形成有感光干膜材料图案的表面沉积金属；最后在沉积金属后，剥离所述感光干膜层，形成所需的金属布线层。

由此可见，基于本申请的技术方案，由于感光干膜材料可以兼容现有光刻技术，能直接在其上面进行图形化工艺，因此与遮罩工艺相比，由于不是直接采用具有图形的遮罩面进行金属布线制作的，因此基于感光干膜材料进行金属布线制作，可以省去定期清洗遮罩面的操作；以及，由于在衬底基板上贴附感光干膜材料时，感光干膜材料中还未形成图形化，能有效兼容现有光刻工艺，金属沉积工艺和干膜去胶工艺，能够有效保证层间对准精度，因此不需要增加专用设备对衬底和感光干膜材料的相对位置进行调整，整体来说，基于贴附感光干膜材料进行金属布线层的制作，由于无需定期清洗遮罩面，以及无需专用设备等，能大大降低在具有复杂结构的微机电器件上制作金属布线的复杂程度，以及降低工艺成本等。

另外，在本申请的技术方案中，是通过感光干膜材料图形化，进而完成金属布线层的制作，由于感光干膜材料具有一定的机械强度，因此遮盖在凹陷区域处，不会发生塌陷等问题，因此在金属沉积过程中不会发生金属异常沉积，进而不会对衬底基板上已有的结构产生损伤。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本申请的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本申请的示例性实施例的描述中，本申请的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本申请要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本申请的单独实施例。

应该注意的是上述实施例对本申请进行说明而不是对本申请进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

Claims (10)

1.一种微机电器件的制作方法，其特征在于，所述方法包括：

提供衬底基板，所述衬底基板的表面设置有至少一个凹陷区域；

在所述衬底基板上贴附感光干膜材料，形成遮盖所述衬底基板的表面和各个所述凹陷区域的感光干膜层；

对所述感光干膜层进行图形化工艺，以在所述感光干膜层中形成感光干膜材料图案；

在所述衬底基板形成有感光干膜材料图案的表面沉积金属；

在沉积金属后，剥离所述感光干膜层，形成所需的金属布线层。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述衬底基板上贴附感光干膜材料，包括：

提供感光干膜材料，所述感光干膜材料包括相对设置的第一表面和第二表面，所述第一表面贴附有第一保护层，所述第二表面贴附有第二保护层；

去除所述感光干膜材料的第一保护层；

在去除所述第一保护层后，利用贴膜机将所述感光干膜材料的第一表面贴附在所述衬底基板上；

去除贴附在所述衬底基板上的感光干膜材料的第二保护层。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一保护层包括聚烯烃膜和/或聚酯薄膜，所述第二保护层包括聚烯烃膜和/或聚酯薄膜。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在利用贴膜机将所述感光干膜材料的第一表面贴附在所述衬底基板上时，所述贴膜机的滚轴温度为20℃～80℃，所述贴膜机的滚轴速度为1mm/s～20mm/s。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述感光干膜层包括丙烯酸基或环氧基树脂。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述图形化工艺中包括前烘步骤，曝光步骤，以及显影步骤，其中，在所述前烘步骤中，前烘温度为30℃～90℃，前烘时间为1min～10min，在所述显影步骤中，采用负胶显影液对所述衬底基板进行显影。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述剥离所述感光干膜层，包括：

采用干法去胶工艺和/或湿法去胶工艺剥离所述感光干膜材料图案。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述干法去胶工艺包括等离子体灰化工艺。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述湿法去胶工艺中采用的化学去胶剂包括N-甲基吡咯烷酮，光阻液，以及浓硫酸:双氧水混合试剂中的一种或多种。

10.一种微机电器件，其特征在于，所述微机电器件采用如权利要求1至9任一项所述的方法制作而成。