复合吸气剂薄膜结构的制造方法与流程

本发明属于mems设计及制造领域，特别是涉及一种复合吸气剂薄膜结构的制造方法。

背景技术：

1、众所周知，某些半导体器件，特别是有些微机电系统(mems：micro electromechanical systems)器件，需要封装在真空环境下工作。比如，具有高速运动(位移或振动或旋转)部件的mems加速度传感器、陀螺仪、真空计等，需要把运动部分封装在比较稳定的真空环境中。再比如，需要有真空腔的mems压力传感器，也需要真空腔内有较高的真空，且其真空度需要保持稳定。另外，一些红外传感器，同样需要把器件封装在真空度较高的真空腔体内。

2、一方面，实现较高真空的封装本身就具有挑战性。因为，在封装过程中，经常会有一些残留气体滞留在真空腔内。为此，常常需要在真空腔内封入吸气剂，在封装的同时激活吸气剂，或者待封装完成后再激活吸气剂，把真空腔内的残留气体吸收掉，实现满足器件工作所需要的较高的真空。吸气剂(getter)，也叫消气剂，在真空科技领域中，是指能够有效吸附和固定某些或某种气体分子的材料。吸气材料通常是多孔结构，当活性气体分子碰撞到清洁的吸气材料表面时，一些气体分子被吸附，这是吸气材料的物理吸附；一些气体分子会与吸气材料进行化学反应形成稳定的固溶物，这是吸气材料的化学吸附。并且气体分子会不断向材料内部扩散，从而达到大量抽除活性气体的目的。一般来讲，吸气剂在表层的吸附效果更佳、吸附更快，所以，吸气剂的表面积越大吸附性能越好(即，可吸附气体量越多，吸附速率越快)。这也是吸气剂要做成多孔材料的原因。薄膜型的吸气剂结构具有占用空间小、容易与器件工艺兼容、便于晶圆级封装、适合量产等优势。

3、然而，现有的吸气剂比表面积较小而导致其吸气性能难以提高，且对于需要多种气体吸附的情况下，需要设置多个不同种类的吸气剂，导致占用器件的体积较大。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种复合吸气剂薄膜结构的制造方法，用于解决现有技术中吸气剂的比表面积较小而导致其吸气性能难以提高，且对于需要多种气体吸附的情况下，需要设置多个不同种类的吸气剂，导致占用器件的体积较大的问题。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种复合吸气剂薄膜结构的制造方法，所述制造方法包括步骤：提供一基板，在所述基板的一个主面上方形成吸气剂薄层，在所述吸气剂薄层中形成间隔排布的多个沟槽，以形成图形吸气剂薄层；在所述沟槽内填充图形牺牲层；重复进行上述步骤以形成n个图形吸气剂薄层和n-1个图形牺牲层，其中n≥2，最顶层所述图形吸气剂薄层上不需要形成图形牺牲层；n个所述图形吸气剂薄层中，至少有两个含不同的吸气剂材料的图形吸气剂薄层；去除n-1个所述图形牺牲层以在所述图形吸气剂薄层的面内方向形成孔隙，所述孔隙在所述图形吸气剂薄层的侧面具有开口。

3、可选地，所述孔隙在所述图形吸气剂薄层的面内方向贯通所述图形吸气剂薄层的至少两个侧面，以在所述图形吸气剂薄层的至少两个侧面形成开口。

4、可选地，相邻的两个图形吸气剂薄层中的孔隙在所述基板上的投影具有交叉。

5、可选地，相邻的两个图形吸气剂薄层中的孔隙在所述基板上的投影垂直交叉。

6、可选地，所述孔隙在所述图形吸气剂薄层的面内方向的长度不小于所述图形吸气剂薄层的厚度。

7、可选地，所述孔隙在所述图形吸气剂薄层的面内方向的宽度不小于50nm。

8、可选地，在所述第一吸气剂薄层形成之前，还包括步骤：在所述基板的一个主面上方形成底层吸气剂薄层。

9、可选地，所述吸气剂薄层采用溅射方法形成。

10、可选地，去除所述图形牺牲层的方法包括液体溶剂溶解方法及气体等离子体刻蚀方法中的一种。

11、可选地，所述图形牺牲层包括光刻胶所形成的图形及聚酰亚胺所形成的图形中的一种。

12、可选地，所述图形牺牲层包括硅的化合物所形成的图形。

13、可选地，所述吸气剂薄层的材料包括zr基非蒸散型吸气剂及ti基非蒸散型吸气剂中的一种，但不局限于zr基与ti基吸气剂。

14、可选地，所述吸气剂薄层的厚度为100nm～1μm。

15、可选地，n个所述吸气剂薄层中，任意两个所述图形吸气剂薄层所包含的吸气剂材料均不相同。

16、可选地，n个所述图形吸气剂薄层中，每堆叠若干层吸气剂薄层形成一吸气剂薄层组，同一吸气剂薄层组内的所述吸气剂薄层包含相同的吸气剂材料，任意两组吸气剂薄层组包含不同的吸气剂材料，从而实现包含多种吸气剂材料的复合吸气剂薄膜结构。

17、如上所述，本发明的复合吸气剂薄膜结构的制造方法，具有以下有益效果：

18、本发明提供一种复合吸气剂薄膜结构，通过面内方向的空隙形成吸气剂薄膜的横向通道，可以有效增加吸气剂薄膜的比表面积，使其吸气能力和速度得到大大提高。另一方面，本发明的复合吸气剂薄膜结构可以具有足够的机械强度，使用性得到保证。又一方面，对比普通吸气剂薄膜，本发明可以用较少的吸气剂达到同样的吸气效果，从而降低器件整体的成本。又一方面，本发明可以在一个复合吸气剂薄膜结构中，导入两种以上的吸气剂材料，可以对应多种气体的吸附，同时节省空间，降低成本。

技术特征：

1.一种复合吸气剂薄膜结构的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括步骤：

2.权利要求1所述的复合吸气剂薄膜结构的制造方法，其特征在于，所述孔隙在所述图形吸气剂薄层的面内方向贯通所述图形吸气剂薄层的至少两个侧面，以在所述图形吸气剂薄层的至少两个侧面形成开口。

3.权利要求1所述的复合吸气剂薄膜结构的制造方法，其特征在于，相邻的两个图形吸气剂薄层中的孔隙在所述基板上的投影具有交叉。

4.权利要求3所述的复合吸气剂薄膜结构的制造方法，其特征在于，相邻的两个图形吸气剂薄层中的孔隙在所述基板上的投影垂直交叉。

5.权利要求1所述的复合吸气剂薄膜结构的制造方法，其特征在于，所述孔隙在所述图形吸气剂薄层的面内方向的长度不小于所述图形吸气剂薄层的厚度。

6.权利要求1所述的复合吸气剂薄膜结构的制造方法，其特征在于，所述孔隙在所述图形吸气剂薄层的面内方向的宽度不小于50nm。

7.权利要求1所述的复合吸气剂薄膜结构的制造方法，其特征在于，在所述第一吸气剂薄层形成之前，还包括步骤：在所述基板的一个主面上方形成底层吸气剂薄层。

8.权利要求1所述的复合吸气剂薄膜结构的制造方法，其特征在于，所述吸气剂薄层采用溅射方法形成。

9.权利要求1所述的复合吸气剂薄膜结构的制造方法，其特征在于，去除所述图形牺牲层的方法包括液体溶剂溶解方法及气体等离子体刻蚀方法中的一种。

10.权利要求1所述的复合吸气剂薄膜结构的制造方法，其特征在于，所述图形牺牲层包括光刻胶所形成的图形及聚酰亚胺所形成的图形中的一种。

11.权利要求1所述的复合吸气剂薄膜结构的制造方法，其特征在于，所述图形牺牲层包括硅的化合物所形成的图形。

12.根据权利要求1所述的复合吸气剂薄膜结构的制造方法，其特征在于，所述吸气剂薄层的材料包括zr基非蒸散型吸气剂及ti基非蒸散型吸气剂中的一种。

13.根据权利要求1所述的复合吸气剂薄膜结构的制造方法，其特征在于，所述吸气剂薄层的厚度为100nm～1μm。

14.根据权利要求1所述的复合吸气剂薄膜结构的制造方法，其特征在于，n个所述吸气剂薄层中，任意两个所述图形吸气剂薄层所包含的吸气剂材料均不相同。

15.根据权利要求1所述的复合吸气剂薄膜结构的制造方法，其特征在于，n个所述图形吸气剂薄层中，每堆叠若干层吸气剂薄层形成一吸气剂薄层组，同一吸气剂薄层组内的所述吸气剂薄层包含相同的吸气剂材料，任意两组吸气剂薄层组包含不同的吸气剂材料，从而实现包含多种吸气剂材料的复合吸气剂薄膜结构。

技术总结本发明提供一种复合吸气剂薄膜结构的制造方法，包括步骤：在基板的一个主面上方形成吸气剂薄层，在吸气剂薄层中形成间隔排布的多个沟槽，以形成图形吸气剂薄层；在沟槽内填充图形牺牲层；重复步骤以形成N个图形吸气剂薄层和N‑1个图形牺牲层，其中N≥2；N个图形吸气剂薄层中，至少有两个含不同的吸气剂材料的图形吸气剂薄层；去除N‑1个图形牺牲层以在图形吸气剂薄层的面内方向形成孔隙，孔隙在图形吸气剂薄层的侧面具有开口。本发明可以有效增加吸气剂薄膜的比表面积，使其吸气能力和速度得到大大提高。本发明可以在一个复合吸气剂薄膜结构中，导入两种以上的吸气剂材料，可以对应多种气体的吸附，同时节省空间，降低成本。技术研发人员：郭松,王诗男,彭鑫林,冯刘昊东,陈朔,季宇成受保护的技术使用者：上海新微技术研发中心有限公司技术研发日：技术公布日：2024/1/11