一種具有微型加熱器的薄膜吸氣劑結構及其制造方法與流程
1.本技術涉及半導體技術領域，尤其涉及一種具有微型加熱器的薄膜吸氣劑結構及其制造方法。
背景技術：
2.有些半導體器件，特別是有些微機電系統(mems：micro electro mechanical systems)器件，需要封裝在真空環境下工作。比如，具有高速震動部件的mems加速度傳感器、陀螺儀、真空計，需要把震動部分封裝在比較穩定的真空中。再比如，需要有真空腔的mems壓力傳感器，也需要真空腔內有較高的真空，且其真空度保持穩定。一些紅外傳感器，同樣需要把器件封裝在較高的真空腔體內。
3.一方面，實現較高真空的封裝本身就具有挑戰性。因為，在封裝過程中，經常會有一些殘留氣體滯留在真空腔內。為此，常常需要在真空腔內封入吸氣劑，在封裝的同時激活吸氣劑，或者待封裝完成后再激活吸氣劑，把真空腔內的殘留氣體吸收掉，實現滿足器件工作所需要的較高的真空。吸氣劑(getter)，也叫消氣劑，在真空科技領域中，是指能夠有效吸附和固定某些或某種氣體分子的材料。吸氣材料通常是多孔結構，當活性氣體分子碰撞到清潔的吸氣材料表面時，一些氣體分子被吸附，這是吸氣材料的物理吸附；一些氣體分子會與吸氣材料進行化學反應形成穩定的固溶物，這是吸氣材料的化學吸附。并且氣體分子不斷向材料內部擴散，從而達到大量抽除活性氣體的目的。激活吸氣劑往往需要對吸氣劑進行數百度的高溫加溫。如果從外部對整個封裝好的器件加熱，就需要mems器件本身和封裝方法和材料都必須能夠承受這樣的高溫，因此有很大限制。為了解決這一問題，有一種技術把吸氣劑涂在電阻線上，把電阻線的兩端連接到封裝殼的導電端子上，在封裝后通過給電阻線通電來加熱吸氣劑，從而激活吸氣劑。
4.應該注意，上面對技術背景的介紹只是為了方便對本技術的技術方案進行清楚、完整的說明，并方便本領域技術人員的理解而闡述的。不能僅僅因為這些方案在本技術的背景技術部分進行了闡述而認為上述技術方案為本領域技術人員所公知。
技術實現要素：
5.本技術的發明人認為，現有的帶熱子吸氣劑結構中，將激活劑涂在電阻線上，往往體積較大，不適于封裝空間緊湊的場景，也不適合量產。
6.本技術實施例提供一種具有微型加熱器的薄膜吸氣劑結構及其制造方法，該薄膜吸氣劑結構中，吸氣劑薄膜設置在熱子的表面，熱子是疊層的薄膜結構，并且，熱子的薄膜電阻厚度較小，由此，能夠減少薄膜吸氣劑結構厚度，有利于其小型化。
7.根據本技術實施例的一個方面，提供一種具有微型加熱器的薄膜吸氣劑結構，包括：
8.基板；
9.在所述基板的一個主面一側形成的熱子；以及
10.在所述熱子表面形成的吸氣劑薄膜，
11.其中，所述熱子包括：
12.第一絕緣薄膜；
13.在所述第一絕緣薄膜上表面形成的薄膜電阻；以及
14.覆蓋所述薄膜電阻的第二絕緣薄膜，
15.所述薄膜電阻的兩端為從所述第二絕緣薄膜露出的電極。
16.根據本技術實施例的另一個方面，提供一種微機電系統器件的真空封裝結構，包括：
17.真空封裝殼體，所述真空封裝殼體內部形成為真空腔；
18.封裝在所述真空封裝殼體內部的微機電系統器件；
19.導電端子，其一端位于所述真空封裝殼體內部，另一端位于所述真空封裝殼體外部；以及
20.如實施例的上述方面所述的薄膜吸氣劑結構，其封裝在所述真空封裝殼體內部，
21.其中，所述薄膜吸氣劑結構的所述薄膜電阻的電極與所述導電端子電連通。
22.根據本技術實施例的又一個方面，提供一種具有微型加熱器的薄膜吸氣劑結構的制造方法，包括：
23.在基板的一個主面上形成熱子；以及
24.在所述熱子表面形成吸氣劑薄膜；
25.其中，形成所述熱子的步驟包括：
26.在所述基板的一個主面上形成第一絕緣薄膜；
27.在所述第一絕緣薄膜上表面形成薄膜電阻；以及
28.形成覆蓋所述薄膜電阻的第二絕緣薄膜，
29.其中，所述薄膜電阻的兩端形成為從所述第二絕緣薄膜露出的電極。
30.本技術的有益效果在于：該薄膜吸氣劑結構中，吸氣劑薄膜設置在熱子的表面，熱子是疊層的薄膜結構，并且，熱子的薄膜電阻厚度較小，由此，能夠減少薄膜吸氣劑結構厚度，有利于其小型化。
31.參照后文的說明和附圖，詳細公開了本技術的特定實施方式，指明了本技術的原理可以被采用的方式。應該理解，本技術的實施方式在范圍上并不因而受到限制。在所附權利要求的精神和條款的范圍內，本技術的實施方式包括許多改變、修改和等同。
32.針對一種實施方式描述和/或示出的特征可以以相同或類似的方式在一個或更多個其它實施方式中使用，與其它實施方式中的特征相組合，或替代其它實施方式中的特征。
33.應該強調，術語“包括/包含”在本文使用時指特征、整件、步驟或組件的存在，但并不排除一個或更多個其它特征、整件、步驟或組件的存在或附加。
附圖說明
34.所包括的附圖用來提供對本技術實施例的進一步的理解，其構成了說明書的一部分，用于例示本技術的實施方式，并與文字描述一起來闡釋本技術的原理。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本技術的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。在附圖中：
35.圖1.本技術提供的吸氣劑結構的一個示意圖；
36.圖2.本技術提供的吸氣劑結構的另一個示意圖；
37.圖3.本技術提供的吸氣劑結構的另一個示意圖；
38.圖4.本技術提供的吸氣劑結構的另一個示意圖；
39.圖5.本技術提供的吸氣劑結構的加工方法的一個示意圖；
40.圖6.本技術提供的吸氣劑結構的加工方法的另一個示意圖；
41.圖7.本技術提供的吸氣劑結構的應用方法的一個示意圖。
具體實施方式
42.參照附圖，通過下面的說明書，本技術的前述以及其它特征將變得明顯。在說明書和附圖中，具體公開了本技術的特定實施方式，其表明了其中可以采用本技術的原則的部分實施方式，應了解的是，本技術不限于所描述的實施方式，相反，本技術包括落入所附權利要求的范圍內的全部修改、變型以及等同物。
43.在本技術下述各實施例的說明中：面積是指薄膜在“橫向”的面積，其中“橫向”表示與基板表面平行的方向；“縱向”表示與基板表面垂直的方向；在“縱向”上，從襯底指向熱子的方向為“上”方向，與“上”方向相反的為“下”方向，各層結構的沿著“上”方向的表面為“上表面”，各層結構中與“上表面”相對的表面為“下表面”。以上對于方向的設定只是為了便于對本技術的技術方案進行說明，并不代表薄膜吸氣劑結構或真空封裝結構在加工和使用時的朝向。
44.實施例1
45.本技術的實施例1提供一種吸氣劑結構。這種吸氣劑結構自帶熱子。圖1是本實施例的示意圖。在本實施例中，為了突出本技術的主要思想，圖1的示意圖只包括了最基本的要素。圖1的a)是吸氣劑結構100的平面圖，圖1的b)是在圖1的a)中沿著aa’標明的線切開的吸氣劑結構100的斷面圖，圖1的c)是吸氣劑結構100的薄膜電阻3的平面圖。
46.如圖1的a)和圖1的b)所示，吸氣劑結構100包括：基板1，和在基板1的主面1a上面形成的熱子10，以及在熱子10上面形成的吸氣劑薄膜5。其中，熱子10包括在基板1的主面1a上面形成的第一絕緣薄膜2，在第一絕緣薄膜2上面形成的導電性薄膜電阻3，以及在薄膜電阻3上面形成的第二絕緣薄膜4。其中，第二絕緣薄膜4的導熱系數可以高于第一絕緣薄膜2，即，第二絕緣薄膜4的導熱能力優于第一絕緣薄膜2。覆蓋導電性薄膜電阻3的主要部分的第二絕緣薄膜4a通過隔離槽4c與其余區域的第二絕緣薄膜4b相分離。并且，吸氣劑薄膜5的面積小于第二絕緣薄膜4a的面積。吸氣劑結構100整體的面積根據吸氣需求進行設計。比如，吸氣劑結構100表面是圖1的a)所示的正方形，其一邊的邊長大約在0.5-5mm范圍。在申請中，覆蓋導電性薄膜電阻3的主要部分的第二絕緣薄膜4a可以被稱為第二絕緣薄膜4a的第一部分，其余區域的第二絕緣薄膜4b可以被稱為第二絕緣薄膜4a的第二部分。
47.基板1有兩個相對應的主面，即第一主面1a和第二主面1b。基板1可以是半導體制造領域中常用的晶圓，例如硅晶圓、絕緣體上的硅(soi:silicon on insulator)晶圓、鍺硅晶圓、鍺晶圓或氮化鎵晶圓、sic晶圓等，也可以是石英、藍寶石、玻璃等絕緣性晶圓。另外，基板1也可以是半導體制造領域中常用的晶圓，在晶圓的表面上進一步具有半導體器件、mems器件所需的各種薄膜以及各種構造。本實施例對此并不限制。一個特例是，基板1是硅
基板，厚度約為700微米，直徑約為200mm。此外，雖然本技術的各實施例中都以基板1為半導體基板作為例子進行說明，但是，本技術可以不限于此，基板1也可以被替換為非半導體基板。此外，在實施例1以及下述的實施例3、實施例5中，基板1優選為絕緣基板，例如玻璃基板等。
48.在基板1的主面1a上面形成的第一絕緣薄膜2，其材料和厚度根據熱子性能需要進行設計。其主要作用有兩個。一是實現導電性薄膜電阻3與基板1之間的電絕緣。二是實現薄膜電阻3與基板1之間的熱絕緣，使薄膜電阻3通電后產生的熱量有效地向吸氣劑薄膜5的方向流動。例如，如果基板1的熱絕緣性不夠充分的話，第一絕緣薄膜2的熱絕緣性充分高于基板1的熱絕緣性即可。第一絕緣薄膜2可以是單一材料構成的薄膜,也可以是多種材料構成的復合薄膜，也可以是復數個單一材料的薄膜層疊形成的復合薄膜。比如，第一絕緣薄膜2是由硅的氧化物構成的單一薄膜。第一絕緣薄膜2的厚度，比如，是0.1-2微米。
49.薄膜電阻3的作用是通電后產生足夠高的溫度來激活吸氣劑薄膜5。所以，薄膜電阻3的材料、形狀等，可以根據激活吸氣劑薄膜5的需求進行設計。薄膜電阻3的材料必須能夠承受激活吸氣劑薄膜5所需的溫度，其電阻的大小必須適合在適當通電后產生足夠高的溫度來激活吸氣劑薄膜5。薄膜電阻3的材料可以是金屬。比如，薄膜電阻3的材料是含有pt、w、au、al、cu、ni、ta、ti、cr之一或兩種以上的金屬。薄膜電阻3的材料可以是半導體。比如，薄膜電阻3的材料是多晶硅。當薄膜電阻3的材料是多晶硅時，可以根據需要對多晶硅進行摻雜，從而調節其導電率。薄膜電阻3的材料頁可以是金屬化合物。比如，薄膜電阻3的材料是tin、taaln。薄膜電阻3的厚度，比如，是0.1-1微米。薄膜電阻3可以是一個連續的薄膜，也可以是如圖1的a)、b、c所示的圖形化的薄膜。比如，薄膜電阻3是如圖1的c)的平面圖所示的一個折線狀的薄膜。薄膜電阻3的電極3a和3b通過在第二絕緣薄膜4上開出的窗口4d露出，以便連接外部電源(未圖示)，例如，薄膜電阻3的兩端為從第二絕緣薄膜4露出的電極3a、3b。
50.在薄膜電阻3上面形成的第二絕緣薄膜4，其材料和厚度根據熱子性能需要進行設計。其主要作用有三個。一是實現導電性薄膜電阻3與吸氣劑薄膜5之間的電絕緣。二是聚集薄膜電阻3產生的熱量并把此熱量傳導給吸氣劑薄膜5，使吸氣劑薄膜5的溫度達到其激活溫度。三是把薄膜電阻3產生的熱量均勻地傳導給吸氣劑薄膜5。第二絕緣薄膜4的導熱能力優于第一絕緣薄膜2，有利于薄膜電阻3通電后產生的熱量有效地傳導給吸氣劑薄膜5。第二絕緣薄膜4可以是單一材料構成的薄膜,也可以是多種材料構成的復合薄膜，也可以是復數個單一材料的薄膜層疊形成的復合薄膜。比如，第一絕緣薄膜2是由硅的氧化物構成的單一薄膜，第二絕緣薄膜4是由硅的氮化物構成的單一薄膜。這時，調節第一絕緣薄膜2和第二絕緣薄膜4的長膜條件，使第二絕緣薄膜4的熱傳導高于第一絕緣薄膜2。第二絕緣薄膜4的厚度，比如，是0.1-2微米。覆蓋導電性薄膜電阻3主要部分的第二絕緣薄膜4a通過隔離槽4c與其余區域的第二絕緣薄膜4b相分離，使得薄膜電阻3產生的熱量有效地傳導給吸氣劑薄膜5。隔離槽4c是在第二絕緣薄膜4上形成的溝道，此溝道貫通第二絕緣薄膜4上下表面抵達下面的第一絕緣薄膜2的表面。隔離槽4c形成在薄膜電阻3的外圍。
51.第一絕緣薄膜2、和在第一絕緣薄膜2上形成的薄膜電阻3、以及和在薄膜電阻3上面形成的第二絕緣薄膜4構成了熱子10。
52.在熱子10上面形成的吸氣劑薄膜5，由吸氣劑材料構成。吸氣劑薄膜5的材料、面積
和厚度，由所需要吸附的氣體種類和數量等因素進行設計。吸氣劑薄膜5的面積小于第二絕緣薄膜4a的面積，以便吸氣劑薄膜5能夠通過第二絕緣薄膜4a有效地進行激活。比如，吸氣劑薄膜5可以是zr基非蒸散型吸氣劑，包括zrvfe、zral、zrc等材料。吸氣劑薄膜5可以是ti基非蒸散型吸氣劑，包括ti-mo等材料。吸氣劑薄膜5的孔隙的大小、占比等可以適當調節。比如，吸氣劑薄膜5的孔隙的比例在40％以上。吸氣劑薄膜5的厚度，比如在0.1-5微米左右。
53.如上所述的吸氣劑結構100，可以使吸氣劑薄膜5在激活過程中達到的最高溫度在200℃-1000℃。可以根據實際需要的激活溫度對吸氣劑結構100進行整體的優化設計，特別是對熱子10的設計。由熱子10和吸氣劑薄膜5構成的薄膜結構，在設計上需要適當考慮薄膜整體的應力，使吸氣劑結構100在制造和使用過程中不會因為應力而破損。
54.此外，在本技術的一些實施方式中，基板1的表面可以具有下凹的空洞，該空洞可以位于熱子的下側，由此，熱子產生的熱量能夠更為集中地傳遞到吸氣劑薄膜5中，提高對吸氣劑薄膜的加熱效率。
55.如上所述，本實施例提供了一種體積較小的自帶熱子的薄膜吸氣劑結構。這樣的結構可以減小對微小真空腔體積的占用。這樣的結構因為可以用半導體工藝進行加工，也具有較好的量產性；此外，本實施例的薄膜吸氣劑結構因為自帶熱子，可以在需要的時候隨時對薄膜吸氣劑進行激活，有效地吸附真空腔內隨時間增加的氣體，延長一起密封在真空腔內的mems器件的使用壽命。
56.實施例2
57.本技術的實施例2提供另一種吸氣劑結構。這種吸氣劑結構自帶熱子。圖2是本實施例的示意圖。在本實施例中，為了突出本技術的主要思想，圖2的示意圖只包括了最基本的要素。圖2的a)是吸氣劑結構100的平面圖，圖2的b)是在圖2的a)中沿著aa’標明的線切開的吸氣劑結構100的斷面圖，圖2的c)是吸氣劑結構100的薄膜電阻3的平面圖。為簡明起見，與實施例1相類似的內容在本實施例中不再詳述。
58.如圖2的a)和圖2的b)所示，吸氣劑結構100包括：基板1，和在基板1的主面1a上面形成的熱子10，以及在熱子10上面形成的吸氣劑薄膜5。其中，熱子10包括在基板1的主面1a上面形成的第一絕緣薄膜2，在第一絕緣薄膜2上面形成的導電性薄膜電阻3，以及在薄膜電阻3上面形成的第二絕緣薄膜4。其中，第二絕緣薄膜4的導熱能力優于第一絕緣薄膜2。并且，吸氣劑薄膜5的面積小于第二絕緣薄膜4a的面積。吸氣劑結構100整體的面積根據吸氣需求進行設計。比如，吸氣劑結構100表面是圖1a所示的正方形，其一邊的邊長大約在0.5-5mm范圍。與實施例1不同的是，在本實施例2中，熱子10下方的基板1具有空洞6。即，熱子10的主要部分(即，承載吸氣劑薄膜5的部分)懸空在空洞6的上方，并通過連接部支撐于空洞6周圍的基板1的主面。其中，該連接部例如為懸臂梁7(例如，包括7a,7b,7c,7d)，懸臂梁7可以連接到基板1的主面1a。懸臂梁7可以有兩個分枝，也可以有兩個以上分枝。比如，本實施例中，懸臂梁7包含7a,7b,7c,7d四個分枝。在這種結構中，熱子10的主要部分和吸氣劑薄膜5與其余區域相分離，只通過懸臂梁7相連接。這樣，由薄膜電阻3通電產生的熱量，在固體傳導方面，只有通過懸臂梁7所產生的損失。適當設計懸臂梁的寬度、長度和厚度，就可以使通過懸臂梁7所產生的固體傳導熱損失變得足夠小。其結果是，比起實施例1，本實施例的吸氣劑結構100會更集中地把熱子產生的熱量傳導到吸氣劑薄膜5上面，提高激活吸氣劑薄膜5所需要的加熱效率，對于節省加熱能量、提高可加熱最高溫度都有效果。
59.基板1有兩個相對應的主面，即第一主面1a和第二主面1b。基板1可以與實施例1的基板1相同。
60.在基板1的主面1a上面形成的第一絕緣薄膜2，其材料和厚度根據熱子性能需要進行設計。第一絕緣薄膜2可以與實施例1的第一絕緣薄膜2相同。
61.在第一絕緣薄膜2上面形成的薄膜電阻3，可以根據激活吸氣劑薄膜5的需求進行設計。薄膜電阻3可以與實施例1的薄膜電阻3相同。比如，薄膜電阻3是如圖2的c)的平面圖所示的一個折線狀的薄膜。薄膜電阻3的一端通過懸臂梁7a與電極3a相連，薄膜電阻3的另一端通過懸臂梁7b和電極3b相連。薄膜電阻3的電極3a和3b通過在第二絕緣薄膜4上開出的窗口4d露出，以便連接外部電源(未圖示)。
62.在薄膜電阻3上面形成的第二絕緣薄膜4，其材料和厚度根據熱子性能需要進行設計。第二絕緣薄膜4的作用與實施例1相同。第二絕緣薄膜4可以與實施例1的第二絕緣薄膜4相同。
63.第一絕緣薄膜2、和在第一絕緣薄膜2上形成的薄膜電阻3、以及和在薄膜電阻3上面形成的第二絕緣薄膜4構成了熱子10。
64.在熱子10上面形成的吸氣劑薄膜5，由吸氣劑材料構成。吸氣劑薄膜5的材料、面積和厚度，由所需要吸附的氣體種類和數量等因素進行設計。吸氣劑薄膜5的面積小于第二絕緣薄膜4a的面積，以便吸氣劑薄膜5能夠通過第二絕緣薄膜4a有效地進行激活。吸氣劑薄膜5可以與實施例1的吸氣劑薄膜5相同。
65.由熱子10和吸氣劑薄膜5構成的薄膜結構，在設計上需要適當考慮整體的應力，使吸氣劑結構100，特別是懸臂梁7在制造和使用過程中不會因為應力而破損。懸臂梁7還要有足夠的強度來支撐由熱子10和吸氣劑薄膜5構成的薄膜結構，使其較好地懸浮。
66.如上所述，本實施例提供了另一種體積較小的自帶熱子的薄膜式吸氣劑結構。這樣的結構除了實施例1的效果以外，還具有下面的效果。即，在這種結構中，熱子10的主要部分和吸氣劑薄膜5與其余區域只通過懸臂梁7相連接，使得由薄膜電阻3通電產生的熱量因固體傳導所產生的損失變得足夠小。其結果是，本實施例的吸氣劑結構會更集中地把熱子產生的熱量傳導到吸氣劑薄膜上面，提高激活吸氣劑薄膜所需要的加熱效率，對于節省加熱能量、提高可加熱最高溫度都有效果。
67.實施例3
68.本技術的實施例3提供一種吸氣劑結構。這種吸氣劑結構自帶mems熱子。圖3是本實施例的平面示意圖。在本實施例中，為了突出本技術的主要思想，圖3的示意圖只包括了最基本的要素。本實施例3中與上述實施例1類似的地方，可以參考實施例1，在此不做詳細描述。
69.實施例3的特點是，吸氣劑結構100具有兩個或兩個以上的由熱子10和在其上方形成的吸氣劑薄膜5構成的吸氣劑結構單元。比如，如圖3所示，吸氣劑結構100具有兩個吸氣劑結構單元。每個吸氣劑結構單元與實施例1的吸氣劑結構100有類似的結構。第一個吸氣劑結構單元的吸氣劑薄膜5-1對應一個熱子10-1，第二個吸氣劑結構單元的吸氣劑薄膜5-2對應一個熱子10-2。熱子10-1和熱子10-2可以完全獨立。但是，為了節省電源輸入端子，熱子10-1和熱子10-2可以共用一個電極3c。這樣的結構使得熱子10-1可以通過電極3-1a和電極3c獨立通電，熱子10-2可以通過電極3-2a和電極3c獨立通電。即，吸氣劑薄膜5-1和吸氣
劑薄膜5-2可以獨立地通過加熱被分別激活。
70.把兩個或兩個以上的由熱子10和在其上方形成的吸氣劑薄膜5構成的吸氣劑結構單元集成在一個基板上，使得吸氣劑結構100體積緊湊，可以節省微小真空腔的寶貴空間。另外，因為具有兩個或兩個以上可以獨立激活的自帶熱子的薄膜式吸氣劑結構，可以在不同的時間點對獨立的薄膜式吸氣劑進行分別激活，能夠多次有效地吸附真空腔內隨時間增加的氣體，與具有一個吸氣劑結構單元的結構相比，可以進一步延長一起密封在真空腔內的mems器件的使用壽命。
71.實施例4
72.本技術的實施例4提供另一種吸氣劑結構。這種吸氣劑結構自帶mems熱子。圖4是本實施例的平面示意圖。在本實施例中，為了突出本技術的主要思想，圖4的示意圖只包括了最基本的要素。本實施例4中與上述實施例2、3類似的地方，可以參考實施例2、3，在此不做詳細描述。
73.實施例4的特點是，吸氣劑結構100具有兩個或兩個以上的由熱子10和在其上方形成的吸氣劑薄膜5構成的吸氣劑結構單元。比如，如圖4所示，吸氣劑結構100具有兩個吸氣劑結構單元。每個吸氣劑結構單元與實施例2的吸氣劑結構100有類似的結構。第一個吸氣劑結構單元的吸氣劑薄膜5-1對應一個熱子10-1，第二個吸氣劑結構單元的吸氣劑薄膜5-2對應一個熱子10-2。熱子10-1和熱子10-2可以完全獨立。但是，為了節省電源輸入端子，熱子10-1和熱子10-2可以共用一個電極3c。這樣的結構使得熱子10-1可以通過電極3-1a和電極3c獨立通電，熱子10-2可以通過電極3-2a和電極3c獨立通電。即，吸氣劑薄膜5-1和吸氣劑薄膜5-2可以獨立地通過加熱被分別激活。
74.本實施例的吸氣劑結構綜合了實施例2和實施例3的效果，可以在不同的時間點對獨立的薄膜式吸氣劑分別進行更有效的激活，延長一起密封在真空腔內的mems器件的使用壽命。
75.實施例5
76.本技術的實施例5提供一種吸氣劑結構的制造方法。圖5是本實施例的斷面示意圖。用本實施例的制造方法可以制造圖1所描述的實施例1以及圖3所描述的實施例3的吸氣劑結構。在本實施例中，為了突出本技術的主要思想，圖5的示意圖只包括了最基本的要素。本實施例5中所涉及的構造、材料等，與實施例1、3相同之處，可以參考實施例1、3，在此不做詳細描述。為了簡便起見，本實施例5以實施例1的吸氣劑結構100為例進行制造方法的描述。
77.本實施例5提供的吸氣劑結構100的制造方法包括：在基板1的一個主面1a上形成熱子10，在熱子10上面形成吸氣劑薄膜5。其中，熱子10的制造方法包括：在基板1的一個主面1a上形成第一絕緣薄膜2，在第一絕緣薄膜2上面形成導電性薄膜電阻3，在薄膜電阻3上面形成第二絕緣薄膜4。并且，對第二絕緣薄膜4進行加工，使覆蓋薄膜電阻3的主要部分的第二絕緣薄膜4a與其余區域的第二絕緣薄膜4b相分離。下面對本制造方法逐步進行描述。
78.首先，如圖5的a)所示，進行基板1的準備。在本實施例中，基板1有兩個相對應的主面，即第一主面1a和第二主面1b。基板1可以是實施例1所述的基板1。為簡潔方便，本實施例以基板1是半導體工藝中常規使用的si基板為例進行描述。
79.然后，如圖5的b)所示，在基板1的一個主面1a上形成第一絕緣薄膜2。第一絕緣薄
膜2是實施例1所述的第一絕緣薄膜2。比如，第一絕緣薄膜2是氧化硅薄膜，厚度是0.3微米，用常規的teos cvd(teos：tetraethylorthosilicate，中文是正硅酸乙酯。cvd：chemical vapor deposition，中文是化學氣相沉積)和配套的工藝形成。
80.然后，如圖5的c)所示，在第一絕緣薄膜2上面形成導電性薄膜電阻3。導電性薄膜電阻3是實施例1所述的導電性薄膜電阻3。比如，導電性薄膜電阻3是金屬w，厚度是0.2微米，用常規的磁控濺射和配套的工藝形成。
81.然后，如圖5的d)所示，對導電性薄膜電阻3進行加工，形成圖1c所示的折線形導電性薄膜電阻3，以及兩端的電極3a和3b。導電性薄膜電阻3的加工可以用常規的光刻和金屬刻蝕以及配套工藝進行。比如，金屬刻蝕工藝可以使用離子束刻蝕(ibe：ion beam etching)方法。
82.然后，如圖5的e)所示，在薄膜電阻3上面形成第二絕緣薄膜4。第二絕緣薄膜4是實施例1所述的第二絕緣薄膜4。比如，第二絕緣薄膜4是氮化硅薄膜，厚度是0.4微米，用常規的pecvd(pecvd:plasma enhanced chemical vapor deposition。中文：等離子體增強化學氣相沉積)方式進行長膜。
83.然后，如圖5的f)和圖1的a)所示，對第二絕緣薄膜4進行加工，形成隔離槽4c和窗口4d。第二絕緣薄膜4的加工可以用常規的光刻和氮化硅刻蝕以及配套工藝進行。隔離槽4c是在第二絕緣薄膜4上形成的溝道，此溝道貫通第二絕緣薄膜4上下表面抵達下面的第一絕緣薄膜2的表面。隔離槽4c形成在薄膜電阻3的外圍，使得覆蓋導電性薄膜電阻3主要部分的第二絕緣薄膜4a通過隔離槽4c與其余區域的第二絕緣薄膜4b相分離。窗口4d是在第二絕緣薄膜4上形成的窗口，此窗口貫通第二絕緣薄膜4上下表面抵達下面的電極3a和3b的表面。
84.通過如圖5的b)到圖5的f)所示的加工，形成了由第一絕緣薄膜2，在第一絕緣薄膜2上面形成的導電性薄膜電阻3，以及覆蓋在導電性薄膜電阻3主要部分上的第二絕緣薄膜4a構成的熱子10。
85.然后，如圖5的g)所示，在熱子10的上面形成吸氣劑薄膜5。吸氣劑薄膜5是實施例1所述的吸氣劑薄膜5。吸氣劑薄膜5的面積小于第二絕緣薄膜4a的面積。比如，吸氣劑薄膜5是包括zrvfe在內的zr基非蒸散型吸氣劑材料，厚度約為2微米。吸氣劑薄膜5可以用磁控濺射方法沉積在第二絕緣薄膜4a的上面。在吸氣劑薄膜5沉積工程中，可以在完成了圖5的f)所示的加工后的基板表面覆蓋上一個金屬掩膜(未圖示)。在這個金屬掩膜的相對于圖5的g)所示的吸氣劑薄膜5的部分打開窗口，使得磁控濺射時吸氣劑薄膜5可以通過該窗口沉積到第二絕緣薄膜4a的上面。使用金屬研磨的好處是，不需要對吸氣劑薄膜5進行刻蝕加工，避免刻蝕加工過程中對吸氣劑薄膜5可能產生的污染。使用金屬研磨的另一個好處是，吸氣劑薄膜5的形成工藝簡單，金屬掩膜還可以反復使用，降低制造成本。
86.顯而易見，用圖5描述的吸氣劑結構5的制造方法，不僅可以制造實施例1所示的單一單元的吸氣劑結構5，也適用于制造實施例3所示的復數單元的吸氣劑結構5。
87.如上所述，本實施例提供了一種吸氣劑結構的制造方法，適合于制造實施例1以及實施例3所示的吸氣劑結構。制造方法簡單，制造成本低。在一個半導體基板上，可以同時制造復數個吸氣劑結構，具有量產性。
88.實施例6
89.本技術的實施例6提供另一種吸氣劑結構的制造方法。圖6是本實施例的斷面示意
圖。用本實施例的制造方法可以制造圖2所描述的實施例2以及圖4所描述的實施例4的吸氣劑結構100。在本實施例中，為了突出本技術的主要思想，圖6的示意圖只包括了最基本的要素。本實施例6中所涉及的構造、材料等，與實施例2、4相同之處，可以參照實施例2、4，在此不做詳細描述。為了簡便起見，本實施例6中可以與實施例5通用之處，在此不再進行詳細介紹。為了簡便起見，本實施例6以實施例2的吸氣劑結構100為例進行制造方法的描述。
90.本實施例6提供的吸氣劑結構100的制造方法包括：在基板1的一個主面1a上形成熱子10，在熱子10上面形成吸氣劑薄膜5。此外，該制造方法還包括：在熱子表面形成吸氣劑薄膜5之前，刻蝕熱子10以形成連接部和熱子的用于承載吸氣劑薄膜5的部分的圖形，并腐蝕基板1的主面1a，使熱子10的用于承載吸氣劑薄膜5的部分懸空，例如：對熱子10以及基板1進行加工，使熱子10的下方形成空洞，通過懸臂梁7(包括7a、7b、7c、7d)與基板1相連接。下面對本制造方法逐步進行描述。
91.首先，如圖6的a)所示，進行基板1的準備。在本實施例中，基板1有兩個相對應的主面，即第一主面1a和第二主面1b。基板1是實施例2所述的基板1。為簡潔方便，本實施例以基板1是半導體工藝中常規使用的si基板為例進行描述。
92.然后，如圖6的b)所示，在基板1的一個主面1a上形成第一絕緣薄膜2。第一絕緣薄膜2是實施例2所述的第一絕緣薄膜2。比如，第一絕緣薄膜2是氧化硅薄膜，厚度是0.4微米，用常規的teos cvd和配套的工藝形成。
93.然后，如圖6的c)所示，在第一絕緣薄膜2上面形成導電性薄膜電阻3。導電性薄膜電阻3是實施例2所述的導電性薄膜電阻3。比如，導電性薄膜電阻3是金屬pt，厚度是0.2微米，用常規的磁控濺射工藝形成。
94.然后，如圖6的d)所示，對導電性薄膜電阻3進行加工，形成圖2的c)所示的折線形導電性薄膜電阻3，以及兩端的電極3a和3b。導電性薄膜電阻3的加工采用常規的光刻和離子束刻蝕方法。
95.然后，如圖6的e)所示，在薄膜電阻3上面形成第二絕緣薄膜4。第二絕緣薄膜4是實施例2所述的第二絕緣薄膜4。比如，第二絕緣薄膜4是氮化硅薄膜，厚度是0.4微米，用常規的pecvd方式進行長膜。
96.然后，如圖6的f)和圖2的a)所示，對第二絕緣薄膜4以及其下部的第一絕緣薄膜2進行加工，形成溝道8和窗口4d。形成溝道8在深度方向貫穿第二絕緣薄膜4以及其下部的第一絕緣薄膜2，底部露出基板1的第一主面1a。窗口4d在深度方向貫穿第二絕緣薄膜4，底部露出電極3a和3b的表面。第二絕緣薄膜4以及其下部的第一絕緣薄膜2的加工可以分開進行，也可以連續進行。分開進行時，可以用常規的光刻和氮化硅刻蝕以及配套工藝對第二絕緣薄膜4進行刻蝕后，再次實施一次光刻并用氧化硅刻蝕以及配套工藝對第一絕緣薄膜2進行刻蝕。連續進行時，可以只實行一次常規的光刻，然后用干法刻蝕以及配套工藝對第二絕緣薄膜4和第一絕緣薄膜2進行連續刻蝕。
97.然后，如圖6的g)和圖2的a)所示，對基板1進行加工，使熱子10的下方形成空洞6，同時形成懸臂梁7(包括7a、7b、7c、7d)。這樣，使熱子10懸浮在空中，只通過懸臂梁7與基板1相連接。對基板1的加工可以用常規的硅加工工藝進行。比如，用對硅有刻蝕作用的氣體或者等離子體對硅進行刻蝕。這時，氣體或者等離子體通過溝道8達到基板1的表面進行刻蝕。氣體比如是xef2，或者sf6等。等離子體比如是sf6等的等離子體。再比如，用對硅有刻蝕作
用的液體對硅進行刻蝕。這時，氣體或者等也是通過溝道8達到基板1的表面進行刻蝕。液體比如是koh、tmah等。
98.通過如圖6的b)到圖6的g)所示的加工，形成了由第一絕緣薄膜2，在第一絕緣薄膜2上面形成的導電性薄膜電阻3，以及覆蓋在導電性薄膜電阻3主要部分上的第二絕緣薄膜4a構成的熱子10。熱子10懸浮在空中，只通過懸臂梁7與基板1相連接。
99.然后，如圖6的h)和圖2的a)所示，在熱子10的上面形成吸氣劑薄膜5。吸氣劑薄膜5是實施例2所述的吸氣劑薄膜5。吸氣劑薄膜5的面積小于第二絕緣薄膜4a的面積。比如，吸氣劑薄膜5是包括ti-mo在內的ti基非蒸散型吸氣劑材料、厚度約為2微米。吸氣劑薄膜5可以用實施例5所述的利用了金屬掩膜的磁控濺射方法沉積在第二絕緣薄膜4a的上面。
100.顯而易見，用圖6描述的吸氣劑結構5的制造方法，不僅可以制造實施例2所示的單一單元的吸氣劑結構5，也適用于制造實施例4所示的復數單元的吸氣劑結構5。
101.如上所述，本實施例提供了另一種吸氣劑結構的制造方法，適合于制造實施例2以及實施例4所示的吸氣劑結構。制造方法簡單，制造成本低。在一個半導體基板上，可以同時制造復數個吸氣劑結構，具有量產性。
102.實施例7
103.本技術的實施例7提供一種mems器件的真空封裝結構。圖7是本實施例的斷面示意圖。在本實施例中，為了突出本技術的主要思想，圖7的示意圖只包括了最基本的要素。
104.如圖7所示，本技術的實施例的mems器件的真空封裝結構200包括：真空封裝殼體30(包括30a和30b)，連通真空封裝殼體30b內外部的導電端子32(包括32a、32b)，封裝在真空封裝殼體30內部的mems器件20以及吸氣劑結構100。吸氣劑結構10的電極(未圖示)通過導線31b與導電端子32b電連通。真空封裝殼體30內部形成真空腔40。
105.真空封裝殼體30由殼體30a和殼體30b，以及連通真空封裝殼體30b內外部的導電端子32(包括32a、32b)組成。真空封裝殼體30是半導體器件以及mems器件真空封裝所采用的標準部件，封裝后內部形成真空腔40。真空腔40的初始真空度符合mems器件20正常工作所需要的真空度。導電端子32a是復數個導電端子，分別連通mems器件20的各個電極。導電端子32b是復數個導電端子，分別連通吸氣劑結構100的各個電極。
106.mems器件20是需要在一定的真空氛圍下工作的mems器件。比如，mems器件20可以是下列mems器件的一種或多種：mems振蕩器、mems壓力傳感器、mems諧振式濾波器、mems慣性傳感器(mems陀螺儀和mems加速度計等)、mems紅外成像器件等。mems器件20的各個電極分別與不同的導電端子32a通過不同的導線31a電連通。
107.吸氣劑結構100是實施例1-4所述的吸氣劑結構100之一。吸氣劑結構100可以是一個，也可以是復數個。每個吸氣劑結構100可以包含如實施例1和3所示的單一的吸氣劑結構單元，也可以包含如實施例2和4所示的復數個吸氣劑結構單元。吸氣劑結構100的各個電極分別與不同的導電端子32b通過不同的導線31b電連通。
108.吸氣劑結構100的至少一個吸氣劑結構單元可以在真空封裝結構200的封裝完成之后立即激活，吸收殘余在真空腔40的氣體，使真空腔40的真空度滿足mems器件20的工作需求。吸氣劑結構100的至少一個吸氣劑結構單元可以在真空封裝結構200的封裝完成一定時間之后激活，吸收在真空腔40產生或進入真空腔40內的氣體，使劣化了的真空腔40的真空度再次滿足mems器件20的工作需求。吸氣劑薄膜5的激活，可以通過導電端子32b向熱子
10輸送電能從而將吸氣劑薄膜5的溫度提高到其激活溫度來實現。至少一個吸氣劑結構單元將復數個吸氣劑結構單元與mems器件20同時真空封裝，就可以在需要的時候及時激活吸氣劑薄膜5。這樣，比起只能激活吸氣劑一次的情況，本實施例可以使mems器件20更長的時間處在較為理想的真空環境。這意味著不僅可以提升mems器件的性能穩定性和可靠性，還可以數倍延長mems器件以及包含了mems器件的真空封裝結構整個部件的使用壽命，從而降低使用成本。另外，每一個吸氣劑結構單元因為自帶熱子10，其吸氣劑薄膜5還可以數次激活。雖然在第二次以后的激活后，吸氣劑薄膜5的吸氣效果會比之首次激活后有所下降，但還是可以起到提高真空腔40內部真空度的作用。
109.如上所述，本實施例提供的mems器件的封裝結構，由于包含了微小熱子，可以在需要的時候隨時激活吸氣劑結構，從而提升mems器件的性能穩定性和可靠性，也可以延長mems器件的使用壽命，降低其使用成本。由于熱子和吸氣劑薄膜一體化，體積微小，所以可以節省mems器件封裝結構的空間。
110.以上結合具體的實施方式對本技術進行了描述，但本領域技術人員應該清楚，這些描述都是示例性的，并不是對本技術保護范圍的限制。本領域技術人員可以根據本技術的精神和原理對本技術做出各種變型和修改，這些變型和修改也在本技術的范圍內。
技術特征：
1.一種具有微型加熱器的薄膜吸氣劑結構，包括：基板；在所述基板的一個主面一側形成的熱子；以及在所述熱子表面形成的吸氣劑薄膜，其中，所述熱子包括：第一絕緣薄膜；在所述第一絕緣薄膜上表面形成的薄膜電阻；以及覆蓋所述薄膜電阻的第二絕緣薄膜，所述薄膜電阻的兩端為從所述第二絕緣薄膜露出的電極。2.如權利要求1所述的薄膜吸氣劑結構，其中，所述第二絕緣薄膜的導熱系數高于所述第一絕緣薄膜的導熱系數。3.如權利要求1所述的薄膜吸氣劑結構，其中，所述第二絕緣薄膜包括第一部分和第二部分，所述第一部分和所述第二部分之間通過隔離槽彼此分離，所述第一部分覆蓋所述薄膜電阻的區域。4.如權利要求3所述的薄膜吸氣劑結構，其中，形成于所述第二絕緣薄膜的所述第一部分的所述吸氣劑薄膜的面積小于所述第二絕緣薄膜的所述第一部分的面積。5.如權利要求1-4中任一項所述的薄膜吸氣劑結構，其中，所述薄膜吸氣劑結構包括兩個以上的所述熱子和兩個以上的所述吸氣劑薄膜，各所述吸氣劑薄膜設置在對應的所述熱子上表面。6.一種微機電系統器件的真空封裝結構，包括：真空封裝殼體，所述真空封裝殼體內部形成為真空腔；封裝在所述真空封裝殼體內部的微機電系統器件；導電端子，其一端位于所述真空封裝殼體內部，另一端位于所述真空封裝殼體外部；以及如權利要求1至5中任一項所述的薄膜吸氣劑結構，其封裝在所述真空封裝殼體內部，其中，所述薄膜吸氣劑結構的所述薄膜電阻的電極與所述導電端子電連通。7.一種具有微型加熱器的薄膜吸氣劑結構的制造方法，包括：在基板的一個主面上形成熱子；以及在所述熱子表面形成吸氣劑薄膜；其中，形成所述熱子的步驟包括：在所述基板的一個主面上形成第一絕緣薄膜；在所述第一絕緣薄膜上表面形成薄膜電阻；以及形成覆蓋所述薄膜電阻的第二絕緣薄膜，其中，所述薄膜電阻的兩端形成為從所述第二絕緣薄膜露出的電極。8.如權利要求7所述的制造方法，其中，形成所述熱子的步驟還包括：在所述第二絕緣薄膜中形成隔離槽，所述隔離槽使所述第二絕緣薄膜的第一部分和第
二部分彼此分離，其中，所述第一部分覆蓋所述薄膜電阻的區域。9.如權利要求8所述的制造方法，其中，形成于所述第二絕緣薄膜的所述第一部分的所述吸氣劑薄膜的面積小于所述第二絕緣薄膜的所述第一部分的面積。10.如權利要求7所述的制造方法，其中，所述第二絕緣薄膜的導熱系數高于所述第一絕緣薄膜的導熱系數。
技術總結
本申請提供一種具有微型加熱器的薄膜吸氣劑結構及其制造方法，所述薄膜吸氣劑結構包括：基板；在所述基板的一個主面一側形成的熱子；以及在所述熱子表面形成的吸氣劑薄膜，其中，所述熱子包括：第一絕緣薄膜；在所述第一絕緣薄膜上表面形成的薄膜電阻；以及覆蓋所述薄膜電阻的第二絕緣薄膜，所述薄膜電阻的兩端為從所述第二絕緣薄膜露出的電極。從所述第二絕緣薄膜露出的電極。從所述第二絕緣薄膜露出的電極。
