CN116022720A - 复合吸气剂薄膜结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种复合吸气剂薄膜结构，复合吸气剂薄膜结构包括：N个图形吸气剂薄层，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；图形吸气剂薄层具有在图形吸气剂薄层面内方向延伸的多个连续的孔隙，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。

Description

复合吸气剂薄膜结构

技术领域

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。

背景技术

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。

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。

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。

发明内容

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，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。

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，所述复合吸气剂薄膜结构包括：N个图形吸气剂薄层，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；所述图形吸气剂薄层具有在所述图形吸气剂薄层面内方向延伸的多个连续的孔隙，所述孔隙在所述图形吸气剂薄层的侧面具有开口。

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。

可选地，相邻的两个图形吸气剂薄层中的孔隙在所述图形吸气剂薄层面内的投影具有交叉。

可选地，相邻的两个图形吸气剂薄层中的孔隙在所述图形吸气剂薄层面内的投影垂直交叉。

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。

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。

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。

可选地，所述Zr基非蒸散型吸气剂包括Zr-V-Fe、Zr-Al和Zr-Mn-Fe中的一种，所述Ti基非蒸散型吸气剂包括Ti-Fe-V-Mn、Ti-Mo和Ti-Zr-Ni中的一种。

可选地，所述吸气剂薄层的厚度为100nm～1μm。

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。

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。

如上所述，本发明的复合吸气剂薄膜结构，具有以下有益效果：

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。

附图说明

所包括的附图用来提供对本申请实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于说明本申请的实施方式，并与文字描述一起来阐释本申请的原理。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。

图1显示为本发明实施例1所制备的复合吸气剂薄膜结构的立体结构示意图，图2、图3、图4、图5显示为在本发明实施例1的复合吸气剂薄膜结构的制造方法相应步骤中A-A’处的截面结构示意图，图6、图7、图8、图9显示为本发明实施例1的复合吸气剂薄膜结构的制造方法相应步骤中B-B’处的截面结构示意图。

图10～图17显示为本发明实施例2的复合吸气剂薄膜结构的制造方法相应步骤的截面结构示意图。

元件标号说明

10、50                  基板

20                     复合吸气剂薄膜结构

21、61                  第一层吸气剂薄层

21’、61’                第一层图形吸气剂薄层

31、71                  第一层图形牺牲层

22、62                  第二层吸气剂薄层

22’、62’                第二层图形吸气剂薄层

32、72                  第二层图形牺牲层

23、63                  第三层吸气剂薄层

23’、63’                第三层图形吸气剂薄层

33、73                  第三层图形牺牲层

24、64                  第四层吸气剂薄层

24’、64’                第四层图形吸气剂薄层

34、74                  第四层图形牺牲层

25、65                  第五层吸气剂薄层

25’、65’                第五层图形吸气剂薄层

41、81                  孔隙

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

如在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。

在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

溅射法是形成吸气剂薄膜结构的一种常用技术。溅射法形成的吸气剂薄膜结构，在薄膜厚度方向容易形成连续的孔隙，但是很难在薄膜面内方向形成连续的孔隙。然而，当吸气剂薄膜厚度达到一定程度时，实现从薄膜表面联通到薄膜底层的孔隙就会变难，孔隙在薄膜内部也会变小。这样，不仅薄膜的表面积有限，吸附时的速度也会变慢。所以，当薄膜厚度达到一定程度后，通过增加薄膜厚度来增加吸气剂吸附性能的效果就会降低。而且，吸气剂一般成本较高，增加吸气剂薄膜厚度意味着增加整个被封装器件的成本。另一方面，通过降低吸气剂薄膜的致密度也可以增加孔隙，进而增加吸气剂薄膜的表面积。但是，致密度过于疏松会使薄膜的机械性能变差，容易产生薄膜的碎裂和脱落，从而影响使用性。

一般来讲，一种特定的吸气剂薄膜可吸附的气体种类是有局限的。即其对一些气体的吸附能力可能很强，但是对其他气体的吸附能力可能不够强。比如，锆钒铁吸气剂对H₂的抽速无论是在高温还是低温条件下，都基本保持不变，而对CO来说，CO在室温下有较低的扩散速率，因而当吸气剂表面接近饱和时，吸气剂的吸气量受到限制，抽速变得较慢；锆钒铁吸气剂对N₂的抽速大约是H₂的15％。另外钛锆钒吸气剂有较强的吸收O₂的能力，当吸气剂中钒含量增加时对O₂的抽速增大，而对H₂的抽速降低。为了能有效地吸除真空腔中的主要气体，有时希望能在真空腔中同时设置两种以上的吸气剂。对于常规技术，这需要分别导入两种以上的吸气剂材料，占有真空腔的空间较大，成本也较高。

实施例1

如图1及图9所示，本实施例提供一种复合吸气剂薄膜结构，所述复合吸气剂薄膜结构包括：N个图形吸气剂薄层，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；所述图形吸气剂薄层具有在所述图形吸气剂薄层面内方向延伸的多个连续的孔隙，所述孔隙在所述图形吸气剂薄层的侧面具有开口。

在一个实施例中，所述吸气剂薄膜结构设置于一基板上，所述基板可以为硅基板、玻璃基板、石英基板或者MEMS封装时的金属盖板等。

在一个实施例中，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，从而在所述吸气剂薄层中形成横向通道，该横向通道为两端贯通的结构，可以有效增加气体的流动速度，从而增加吸气剂薄层的吸气速度。

在一个实施例中，相邻的两个图形吸气剂薄层中的孔隙在所述图形吸气剂薄层面内的投影具有交叉。例如，相邻的两个图形吸气剂薄层中的孔隙在吸气剂薄层面内的投影的交叉角度可以为30度、45度、60度、90度等，在一个具体实施过程中，相邻的两个图形吸气剂薄层中的孔隙在图形吸气剂薄层面内的投影垂直交叉。

在一个实施例中，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，从而至少保证所述吸气剂薄层的吸气能力和吸气速度。

在一个实施例中，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，例如，所述孔隙在所述吸气剂薄层的面内方向的宽度可以为80nm、100nm、150nm等，该宽度范围一方面可以保证吸气剂薄层的比表面积，另一方面可以保证吸气剂薄层的机械强度。

在一个实施例中，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。具体地，所述Zr基非蒸散型吸气剂包括Zr-V-Fe、Zr-Al和Zr-Mn-Fe中的一种，所述Ti基非蒸散型吸气剂包括Ti-Fe-V-Mn、Ti-Mo和Ti-Zr-Ni中的一种。

在一个实施例中，所述吸气剂薄层的厚度为100nm～1μm，所述吸气剂薄层的厚度例如可以为200nm、500nm、800nm等。

在一个实施例中，上述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。下面以一个5层吸气剂薄膜结构20的制备过程作详细说明，该吸气剂薄膜结构20包括第一层吸气剂薄层21’，第二层吸气剂薄层22’、第三层吸气剂薄层23’、第四层吸气剂薄层24’和第五层吸气剂薄层25’。每一层吸气剂薄层被孔隙41贯穿分割成多个条形的吸气剂图形，每一层吸气剂薄层的图形与相邻层吸气剂薄层的图形都相互垂直，从而有效提高最终制备的吸气剂薄膜结构的机械强度。同时，由于相邻层吸气剂薄层中的孔隙41也是相互垂直，可以有效提高吸气剂薄膜结构的吸气能力。所述第一层吸气剂薄层21’、第二层吸气剂薄层22’、第三层吸气剂薄层23’、第四层吸气剂薄层24’和第五层吸气剂薄层25’分别由5种不同的吸气剂材料组成，从而可以大大增加吸气剂薄膜结构20的气体吸附种类，以满足更加复杂的MEMS结构的应用。

如图1～图9所示，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。

在一个实施例中，所述基板可以为硅基板、玻璃基板、石英基板或者MEMS封装时的金属盖板等。

在一个实施例中，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，从而在所述吸气剂薄层中形成横向通道，该横向通道为两端贯通的结构，可以有效增加气体的流动速度，从而增加吸气剂薄层的吸气速度。

在一个实施例中，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。例如，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的交叉角度可以为30度、45度、60度、90度等，在一个具体的实施过程中，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。

在一个实施例中，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，从而至少保证所述图形吸气剂薄层的吸气能力和吸气速度。

在一个实施例中，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，例如，所述孔隙在所述图形吸气剂薄层的面内方向的宽度可以为80nm、100nm、150nm等，该宽度范围一方面可以保证图形吸气剂薄层的比表面积，另一方面可以保证图形吸气剂薄层的机械强度。

在一个实施例中，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，该底层吸气剂薄层可以图形化，也可以不进行图形化而通过其上方的孔隙(位于第一层吸气剂薄层的孔隙)进行吸气，以在更好地利用空间的同时，提高复合吸气剂薄膜结构的吸气能力。

在一个实施例中，所述吸气剂薄层采用溅射方法或者真空蒸镀方法形成。

在一个实施例中，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。

在一个实施例中，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。

在一个实施例中，所述图形牺牲层包括硅的化合物所形成的图形，所述硅的化合物与所述吸气剂薄层在同一刻蚀工艺中具有选择比，该选择比例如大于50:1。

在一个实施例中，所述吸气剂薄层的材料可以为Zr基非蒸散型吸气剂，例如，Zr-V-Fe、Zr-Al、Zr-Mn-Fe等材料，或为Ti基非蒸散型吸气剂，例如，Ti-Fe-V-Mn、Ti-Mo、Ti-Zr-Ni等。

在一个实施例中，所述吸气剂薄层的厚度为100nm～1μm，所述吸气剂薄层的厚度例如可以为200nm、500nm、800nm等。

在一个实施例中，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。

如图1～图9所示，其中，图1显示为本实施例所制备的复合吸气剂薄膜结构20的立体结构示意图，图2、3、4、5显示为在相应步骤中A-A’处的截面结构示意图，图6、7、8、9显示为相应步骤中B-B’处的截面结构示意图。下面以一个5层复合吸气剂薄膜结构20的制备过程作详细说明。

如图2所示，首先进行步骤1)，提供一基板10，在室温条件下，在基板10上面溅射沉积第一层吸气剂薄层21，该吸气剂薄层的厚度可以为100nm～1μm。所述第一层吸气剂薄层21的材料为Zr基非蒸散型吸气剂，或Ti基非蒸散型吸气剂，例如，其可以为吸气剂A，吸气剂A可以为锆钒铁吸气剂，其可以对H₂具有较大的吸收能力和较快的吸收速度。当然，在第一层吸气剂薄层21制备前，还可以先在所述基板10的一个主面上方形成底层吸气剂薄层(未予图示)。

如图3所示，然后进行步骤2)，对第一层吸气剂薄层21进行图形化以形成第一层图形吸气剂薄层21’，从而在第一层吸气剂薄层21表面形成所需要的沟槽的图案，所述沟槽可以在厚度方向完全贯穿所述第一层图形吸气剂薄层21’，也可以在厚度方向未贯穿所述第一层图形吸气剂薄层21’，在沟槽底部保留部分所述第一层吸气剂薄层21。所述沟槽的宽度可以为50nm～1μm，沟槽的数量不小于2个，并且可根据实际需求特定化设计。图形化的工艺可以采用刻蚀方法或硬掩膜方法两种方法中的一种。所述刻蚀方法为在第一层吸气剂薄层21上面旋涂光刻胶，然后经曝光、显影、刻蚀从而在第一层吸气剂薄层21上形成需要的沟槽，最后再去除光刻胶。所述硬掩膜方法为使用带图形的金属掩膜，先在第一层吸气剂薄层21表面沉积一层金属作为掩膜，然后采用刻蚀的方法对金属掩膜进行图形化，从而形成带有图形的金属掩膜，之后刻蚀吸气剂薄层，从而使吸气剂薄膜形成沟槽的图案，最后再去除金属掩膜。

如图4所示，接着进行步骤3)，在第一层吸气剂薄层21的沟槽位置填充光刻胶作为第一层图形牺牲层31，光刻胶填充的方法可以为旋涂工艺等。

如图5所示，接着进行步骤4)，在第一层图形吸气剂薄层21’上面再次溅射沉积第二层吸气剂薄层22，厚度为100nm～1μm，所述第二层吸气剂薄层22的材料为Zr基非蒸散型吸气剂，或Ti基非蒸散型吸气剂，例如，其可以为与吸气剂A包含不同的材料吸气剂B，例如吸气剂B可以为钛锆钒吸气剂，其可以对O₂具有较大的吸收能力和较快的吸收速度。

如图6所示，然后进行步骤5)，对第二层吸气剂薄层22进行图形化以形成第二层图形吸气剂薄层22’。第二层图形吸气剂薄层22’的图形与第一层图形吸气剂薄层21’的图形相互垂直。如果吸气剂薄层总共为两层时(N＝2)，完成该步骤后即可进行牺牲层的去除。但本示例的吸气剂薄层总共为5层，故需要进行以下步骤。

如图7所示，接着进行步骤6)，在对第二层吸气剂薄层22完成图形化后，在第二层吸气剂薄层22的沟槽内填充光刻胶作为第二层图形牺牲层32。

如图8所示，接着进行步骤7)，重复步骤1)～步骤6)，直至基于第三层吸气剂薄层23形成第三层图形吸气剂薄层23’、第三层图形牺牲层33、基于第四层吸气剂薄层24形成第四层图形吸气剂薄层24’、第四层图形牺牲层34、基于第五层吸气剂薄层25形成第五层图形吸气剂薄层25’。第五层图形吸气剂薄层25’的沟槽内不需要填充图形牺牲层。每一层图形吸气剂薄层的图形与相邻层吸气剂薄层的图形都相互垂直，从而有效提高最终制备的复合吸气剂薄膜结构20的机械强度。在一个实施例中，上述且每一层图形吸气剂薄层与相邻层的图形吸气剂薄层都为不同材料的吸气剂薄层。另外，吸气剂材料不局限于上述吸气剂A、吸气剂B两种，每一层图形吸气剂薄层都可以是一种新的吸气剂材料，整个吸气剂结构可以为两种及更多种吸气剂材料。

如图9所示，最后进行步骤8)，完成五层吸气剂薄层的沉积、图形化后，将晶圆置于有机清洗槽内浸泡，通过湿法去除图形牺牲层，最终实现图1所示的具有孔隙41(横向通道)的复合吸气剂薄膜结构20，在本实施例中，相邻的两吸气剂薄层的所述孔隙41在基板10上的投影垂直。使用本方案制备的复合吸气剂薄膜结构20可以实现更多量气体的吸附，而且吸气速率比正常薄膜吸气剂更快。

实施例2

如图17所示，本实施例提供一种复合吸气剂薄膜结构，所述复合吸气剂薄膜结构包括：N个图形吸气剂薄层，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；所述图形吸气剂薄层具有在所述图形吸气剂薄层面内方向延伸的多个连续的孔隙，所述孔隙在所述图形吸气剂薄层的侧面具有开口。

在一个实施例中，所述吸气剂薄膜结构设置于一基板上，所述基板可以为硅基板、玻璃基板、石英基板或者MEMS封装时的金属盖板等。

在一个实施例中，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，从而在所述吸气剂薄层中形成横向通道，该横向通道为两端贯通的结构，可以有效增加气体的流动速度，从而增加吸气剂薄层的吸气速度。

在一个实施例中，相邻的两个图形吸气剂薄层中的孔隙在所述图形吸气剂薄层面内的投影具有交叉。例如，相邻的两个图形吸气剂薄层中的孔隙在吸气剂薄层面内的投影的交叉角度可以为30度、45度、60度、90度等，在一个具体实施过程中，相邻的两个图形吸气剂薄层中的孔隙在图形吸气剂薄层面内的投影垂直交叉。

在一个实施例中，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，从而至少保证所述吸气剂薄层的吸气能力和吸气速度。

在一个实施例中，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，例如，所述孔隙在所述吸气剂薄层的面内方向的宽度可以为80nm、100nm、150nm等，该宽度范围一方面可以保证吸气剂薄层的比表面积，另一方面可以保证吸气剂薄层的机械强度。

在一个实施例中，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。具体地，所述Zr基非蒸散型吸气剂包括Zr-V-Fe、Zr-Al和Zr-Mn-Fe中的一种，所述Ti基非蒸散型吸气剂包括Ti-Fe-V-Mn、Ti-Mo和Ti-Zr-Ni中的一种。

在一个实施例中，所述吸气剂薄层的厚度为100nm～1μm，所述吸气剂薄层的厚度例如可以为200nm、500nm、800nm等。

在一个实施例中，上述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。下面以一个5层吸气剂薄膜结构的制备过程作详细说明，该吸气剂薄膜结构包括第一层吸气剂薄层61’，第二层吸气剂薄层62’、第三层吸气剂薄层63’、第四层吸气剂薄层64’和第五层吸气剂薄层65’。每一层吸气剂薄层被孔隙81贯穿分割成多个条形的吸气剂图形，每一层吸气剂薄层的图形与相邻层吸气剂薄层的图形都相互垂直，从而有效提高最终制备的吸气剂薄膜结构的机械强度。同时，由于相邻层吸气剂薄层中的孔隙81也是相互垂直，可以有效提高吸气剂薄膜结构的吸气能力。所述第一层吸气剂薄层61’和第二层吸气剂薄层62’选用同一种吸气剂A，第三层吸气剂薄层63’、第四层吸气剂薄层64’和第五层吸气剂薄层65’选用另一种吸气剂B，从而可以在增加吸气剂薄膜结构的气体吸附种类的同时，针对每种气体的体积占比，设计不同的吸气剂层数，以满足更加复杂的MEMS结构的应用。

如图10～图17所示，本实施例提供一种复合吸气剂薄膜结构的制造方法，包括以下步骤：

如图10所示，首先进行步骤1)，提供一基板50，在室温条件下，在基板50上面溅射沉积第一层吸气剂薄层61，该吸气剂薄层的厚度可以为100nm～1μm。所述第一层吸气剂薄层61的材料为Zr基非蒸散型吸气剂，或Ti基非蒸散型吸气剂，例如，其可以为吸气剂A，吸气剂A可以为锆钒铁吸气剂，其可以对H₂具有较大的吸收能力和较快的吸收速度。当然，在第一层吸气剂薄层61制备前，还可以先在所述基板50的一个主面上方形成底层吸气剂薄层(未予图示)。

如图11所示，然后进行步骤2)，对第一层吸气剂薄层61进行图形化以形成第一层图形吸气剂薄层61’，从而在第一层吸气剂薄层61表面形成所需要的沟槽的图案，所述沟槽可以在厚度方向完全贯穿所述第一层图形吸气剂薄层61’，也可以在厚度方向未贯穿所述第一层图形吸气剂薄层61’，在沟槽底部保留部分所述第一层吸气剂薄层61。所述沟槽的宽度可以为50nm～1μm，沟槽的数量不小于2个，并且可根据实际需求特定化设计。图形化的工艺可以采用刻蚀方法或硬掩膜方法两种方法中的一种。所述刻蚀方法为在第一层吸气剂薄层61上面旋涂光刻胶，然后经曝光、显影、刻蚀从而在第一层吸气剂薄层61上形成需要的沟槽，最后再去除光刻胶。所述硬掩膜方法为使用带图形的金属掩膜，先在第一层吸气剂薄层61表面沉积一层金属作为掩膜，然后采用刻蚀的方法对金属掩膜进行图形化，从而形成带有图形的金属掩膜，之后刻蚀吸气剂薄层，从而使吸气剂薄膜形成沟槽的图案，最后再去除金属掩膜。

如图12所示，接着进行步骤3)，在第一层吸气剂薄层61的沟槽位置填充光刻胶作为第一层图形牺牲层71，光刻胶填充的方法可以为旋涂工艺等。

如图13所示，接着进行步骤4)，在第一层图形吸气剂薄层61’上面再次溅射沉积第二层吸气剂薄层62，厚度为100nm～1μm，所述第二层吸气剂薄层62的材料为与第一层图形吸气剂薄层材料相同的吸气剂A，

如图14所示，然后进行步骤5)，对第二层吸气剂薄层62进行图形化以形成第二层图形吸气剂薄层62’。第二层图形吸气剂薄层62’的图形与第一层图形吸气剂薄层61’的图形相互垂直。如果吸气剂薄层总共为两层时(N＝2)，完成该步骤后即可进行牺牲层的去除。但本示例的吸气剂薄层总共为5层，故需要进行以下步骤。

如图15所示，接着进行步骤6)，在对第二层吸气剂薄层62完成图形化后，在第二层吸气剂薄层62的沟槽内填充光刻胶作为第二层图形牺牲层72。

如图16所示，接着进行步骤7)，重复步骤1)～步骤6)，直至基于第三层吸气剂薄层63形成第三层图形吸气剂薄层63’、第三层图形牺牲层73、基于第四层吸气剂薄层64形成第四层图形吸气剂薄层64’、第四层图形牺牲层74、基于第五层吸气剂薄层65形成第五层图形吸气剂薄层65’。第五层图形吸气剂薄层65’的沟槽内不需要填充图形牺牲层。例如，第三层图形吸气剂薄层63’、第四层图形吸气剂薄层64’和第五层图形吸气剂薄层65’的材料可以为与吸气剂A包含不同的材料吸气剂B，例如吸气剂B可以为钛锆钒吸气剂，其可以对O₂具有较大的吸收能力和较快的吸收速度。上述每一层图形吸气剂薄层的图形与相邻层吸气剂薄层的图形都相互垂直，从而有效提高最终制备的复合吸气剂薄膜结构的机械强度。另外，吸气剂材料不局限于上述吸气剂A、吸气剂B两种，每一图形吸气剂薄层组都可以是一种新的吸气剂材料，整个吸气剂结构可以为两种及更多种吸气剂材料。实际上，在此制造过程中，吸气剂薄膜层的数量与吸气剂种类可根据器件的要求自由组合，并不限于此处列举的两种吸气剂A和吸气剂B。

如图17所示，最后进行步骤8)，完成五层吸气剂薄层的沉积、图形化后，将晶圆置于有机清洗槽内浸泡，通过湿法去除图形牺牲层，最终实现图1所示的具有孔隙81(横向通道)的复合吸气剂薄膜结构，在本实施例中，相邻的两吸气剂薄层的所述孔隙81在基板50上的投影垂直。使用本方案制备的复合吸气剂薄膜结构可以实现更多量气体的吸附，而且吸气速率比正常薄膜吸气剂更快。

如上所述，本发明的复合吸气剂薄膜结构20的制造方法，具有以下有益效果：

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。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (11)

1.一种复合吸气剂薄膜结构，其特征在于，所述复合吸气剂薄膜结构包括：

N个图形吸气剂薄层，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；所述图形吸气剂薄层具有在所述图形吸气剂薄层面内方向延伸的多个连续的孔隙，所述孔隙在所述图形吸气剂薄层的侧面具有开口。

2.权利要求1所述的复合吸气剂薄膜结构，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，其特征在于，相邻的两个图形吸气剂薄层中的孔隙在所述图形吸气剂薄层面内的投影具有交叉。

4.权利要求3所述的复合吸气剂薄膜结构，其特征在于，相邻的两个图形吸气剂薄层中的孔隙在所述图形吸气剂薄层面内的投影垂直交叉。

5.权利要求1所述的复合吸气剂薄膜结构，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，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.根据权利要求1所述的复合吸气剂薄膜结构，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。

8.根据权利要求7所述的复合吸气剂薄膜结构，其特征在于，所述Zr基非蒸散型吸气剂包括Zr-V-Fe、Zr-Al和Zr-Mn-Fe中的一种，所述Ti基非蒸散型吸气剂包括Ti-Fe-V-Mn、Ti-Mo和Ti-Zr-Ni中的一种。

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

10.根据权利要求1所述的复合吸气剂薄膜结构，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。

11.根据权利要求1所述的复合吸气剂薄膜结构，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。

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