CN117446741A - 一种具有微型加热器的薄膜吸气剂结构及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具有微型加热器的薄膜吸气剂结构及其制造方法，包括：在基板的第一主面一侧形成有一个或两个以上热子以及在所述热子表面形成有吸气剂薄膜，其中，所述热子包括：第一绝缘薄膜，在第一绝缘薄膜上表面形成的薄膜电阻，以及覆盖所述薄膜电阻的第二绝缘薄膜；所述基板和所述第一绝缘薄膜中形成有贯穿所述基板和所述第一绝缘薄膜的导电柱，所述薄膜电阻的两端与所述导电柱连接，所述基板的第二主面形成有与所述导电柱连接的电极，以将所述薄膜电阻电性引出。所述基板的所述第一主面一侧具有多孔结构，所述热子的承载所述吸气剂薄膜的部分位于所述多孔结构上方，所述热子的承载所述吸气剂薄膜的部分通过连接部支撑于所述多孔结构周围的主面。
Description
技术领域
本发明属于MEMS器件设计和制造领域，特别是涉及一种具有微型加热器的薄膜吸气剂结构及其制造方法。
背景技术
有些半导体器件，特别是有些微机电系统(MEMS：Micro Electro MechanicalSystems)器件，需要封装在真空环境下工作。例如，具有高速震动部件的MEMS加速度传感器、陀螺仪、真空计，需要把震动部分封装在比较稳定的真空中。再例如，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度，且其真空度保持稳定。一些红外传感器，同样需要把器件封装在较高真空度的真空腔内。
在大部分的封装中，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度。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。
应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
发明内容
现有的吸气剂结构存在一些局限性，例如：激活吸气剂往往需要对吸气剂进行数百度的高温加热，如果从外部对整个封装好的器件加热，就需要MEMS器件本身和封装方法和材料都必须能够承受这样的高温，因此有很大限制；此外，吸气剂完全激活后的吸气性能一定，无法根据需要灵活的调节真空腔内的真空度。
为了解决上述问题或类似问题，本发明的目的在于提供一种具有微型加热器的薄膜吸气剂结构，至少用于解决现有技术中在真空封装时，难以满足MEMS器件本身和封装方法以及材料对耐高温性能的需求的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种具有微型加热器的薄膜吸气剂结构，包括：基板；在所述基板的第一主面一侧形成的一个或两个以上热子；以及在所述热子表面形成的吸气剂薄膜，其中，所述热子包括：第一绝缘薄膜；在所述第一绝缘薄膜上表面形成的薄膜电阻；以及覆盖所述薄膜电阻的第二绝缘薄膜；所述基板和所述第一绝缘薄膜中形成有贯穿所述基板和所述第一绝缘薄膜的导电柱，所述薄膜电阻的两端与所述导电柱连接，所述基板的第二主面形成有与所述导电柱连接的电极，以将所述薄膜电阻电性引出。其中，所述基板的所述第一主面具有多孔结构，所述热子的承载所述吸气剂薄膜的部分位于所述多孔结构上方，所述热子的承载所述吸气剂薄膜的部分通过连接部支撑于所述多孔结构周围的所述第一主面。
可选地，所述基板由硅构成，所述多孔结构是多孔硅结构。
可选地，所述多孔结构的孔径大小为几纳米到几十微米，孔隙率为40％～90％，厚度小于400微米。
可选地，所述薄膜电阻为蜿蜒结构。
可选地，所述第二绝缘薄膜的热导率大于或等于所述第一绝缘薄膜的热导率，所述第二绝缘薄膜的厚度小于或等于所述第一绝缘薄膜的厚度。
可选地，所述第一绝缘薄膜的厚度介于1～20微米，所述第二绝缘薄膜的厚度介于0.2～2微米。
可选地，所述吸气剂薄膜的材料包括Zr基非蒸散型吸气剂及Ti基非蒸散型吸气剂中的一种，所述Zr基非蒸散型吸气剂包括Zr-V-Fe、Zr-Al和Zr-Mn-Fe中的至少一种，所述Ti基非蒸散型吸气剂包括Ti-Fe-V-Mn、Ti-Mo和Ti-Zr-Ni中的至少一种。
如上所述，本发明的具有微型加热器的薄膜吸气剂结构，具有以下有益效果：
本发明的具有微型加热器的薄膜吸气剂结构可作为MEMS器件的封装盖板，吸气剂薄膜可以朝向封装结构的密封腔内部而设置，热子的电极可以位于密封腔的外部，这样，可在封装后通过导电柱引出的电极对密封腔内的吸气剂薄膜进行加热激活，解决了封装时吸气剂激活工艺与封装工艺的温度兼容问题以及封装后高温烘烤激活吸气剂对MEMS器件性能的损伤问题，在进行封装工艺时无需使吸气剂的激活温度与封装工艺温度相近，降低了MEMS器件的封装难度；此外，本发明可通过导电柱引出的电极对封装后密封腔内的复数个(例如，两个以上)吸气剂薄膜进行单个加热激活或复数个同时加热激活，使得密封腔内复数个吸气剂薄膜可根据需要方便灵活地进行反复激活使用，达到在一定范围内调节和稳定内部真空度的要求，大大提高了封装效率且便于MEMS器件的后续使用和维护；此外，多孔结构可以阻止薄膜电阻产生的热量从基板流失，提高了薄膜电阻对于吸气剂薄膜的加热效率。本发明适用于各类MEMS器件，具有普适性，有较为广阔的应用前景。
附图说明
图1～图11显示为本发明实施例的具有微型加热器的薄膜吸气剂结构的制造方法结构示意图；
图12显示为本发明实施例的具有微型加热器的薄膜吸气剂结构的基板第一主面的俯视结构示意图’；
图13显示为本发明实施例的具有微型加热器的薄膜吸气剂结构的薄膜电阻的俯视结构示意图；
图14显示为本发明实施例的具有微型加热器的薄膜吸气剂结构的基板第二主面的俯视结构示意图；
图15是硬掩模的一个示意图。
元件标号说明
10 基板
1a 第一主面
1b 第二主面
11 多孔结构
11a 第一多孔结构
11b 第二多孔结构
12 第一绝缘薄膜
13 薄膜电阻
13a 第一薄膜电阻
13b 第二薄膜电阻
14a 第一导电柱
14b 第二导电柱
15 第二绝缘薄膜
16 吸气剂薄膜
16a 第一吸气剂薄膜
16b 第二吸气剂薄膜
17 热子
17a 第一热子
17b 第二热子
18 电极
18a 第一电极
18b 第二电极
18c 第三电极
19 吸气剂薄膜沉积窗口
A-A' 剖面线
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，它可以为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。
激活吸气剂往往需要对吸气剂进行数百度的高温加热。如果在封装的同时激活吸气剂，则需要吸气剂的激活温度与封装工艺温度兼容；如果从外部对整个封装好的器件加热，就需要MEMS器件本身和封装方法和材料都必须能够承受这样的高温，因此有很大限制。同时，吸气剂完全激活后的吸气性能一定，无法根据需要灵活的调节真空腔内的真空度。
为了解决上述问题，本实施例提供一种具有微型加热器的薄膜吸气剂结构，包括：基板；在所述基板的第一主面一侧形成的一个或两个以上热子；以及在所述热子表面形成的吸气剂薄膜，其中，所述热子包括：第一绝缘薄膜；在所述第一绝缘薄膜上表面形成的薄膜电阻；以及覆盖所述薄膜电阻的第二绝缘薄膜，其中，所述基板和所述第一绝缘薄膜中形成有贯穿所述基板和所述第一绝缘薄膜的导电柱，所述薄膜电阻的两端与所述导电柱连接，所述基板的第二主面形成有与所述导电柱连接的电极，以将所述薄膜电阻电性引出。其中，所述基板的所述第一主面具有多孔结构，所述热子的承载所述吸气剂薄膜的部分位于所述多孔结构上方，所述热子的承载所述吸气剂薄膜的部分通过连接部支撑于所述多孔结构周围的所述第一主面。
在一个实施例中，所述基板由硅构成，所述多孔结构是多孔硅结构。
在一个实施例中，所述多孔结构的孔径大小为几纳米到几十微米，孔隙率为40％～90％，厚度小于400微米。
在一个实施例中，所述薄膜电阻为蜿蜒结构。
在一个实施例中，所述第二绝缘薄膜的热导率大于或等于所述第一绝缘薄膜的热导率，所述第二绝缘薄膜的厚度小于或等于所述第一绝缘薄膜的厚度。
在一个实施例中，所述第一绝缘薄膜的厚度介于1～20微米，所述第二绝缘薄膜的厚度介于0.2～2微米。
在一个实施例中，所述吸气剂薄膜的材料包括Zr基非蒸散型吸气剂及Ti基非蒸散型吸气剂中的一种，所述Zr基非蒸散型吸气剂包括Zr-V-Fe、Zr-Al和Zr-Mn-Fe中的至少一种，所述Ti基非蒸散型吸气剂包括Ti-Fe-V-Mn、Ti-Mo和Ti-Zr-Ni中的至少一种。
在一个具体的实施过程中，如图11～图13所示，本申请的实施例1提供一种具有微型加热器的薄膜吸气剂结构。其中，图11显示为图12沿着剖面线A-A'的剖面图。如图11及图12所示，所述具有微型加热器的薄膜吸气剂结构包括：基板10，在基板10的第一主面1a一侧形成的第一热子17a和第二热子17b；以及在所述第一热子17a和第二热子17b表面形成的第一吸气剂薄膜16a和第二吸气剂薄膜16b。其中，所述第一热子17a包括：在所述基板10的所述一个主面上形成的第一绝缘薄膜12；在所述第一绝缘薄膜12上表面形成的第一薄膜电阻13a；以及覆盖所述第一薄膜电阻13a的第二绝缘薄膜15；所述第二热子17b包括：在所述基板10的所述一个主面上形成的第一绝缘薄膜12；在所述第一绝缘薄膜12上表面形成的第二薄膜电阻13b；以及覆盖所述第二薄膜电阻13b的第二绝缘薄膜15。所述基板10和所述第一绝缘薄膜12中形成有贯穿所述基板10和所述第一绝缘薄膜12的第一导电柱14a和第二导电柱14b，所述第一薄膜电阻13a的一端与所述第一导电柱14a连接，所述第二薄膜电阻13b的一端与所述第二导电柱14b连接，所述基板的第二主面1b形成有与所述第一导电柱14a连接的第一电极18a以及与所述第二导电柱14b连接的第二电极18b，以将所述第一薄膜电阻13a和第二薄膜电阻13b电性引出。其中，所述基板10的所述第一主面1a具有第一多孔结构11a和第二多孔结构11b，所述第一热子17a的承载所述第一吸气剂薄膜16a的部分位于所述第一多孔结构11a上方，所述第二热子17b的承载所述第二吸气剂薄膜16b的部分位于所述第二多孔结构11b上方，所述第一热子17a的承载所述第一吸气剂薄膜16a的部分以及所述第二热子17b的承载所述第二吸气剂薄膜16b的部分通过连接部支撑于所述第一多孔结构11a和第二多孔结构11b周围的所述第一主面1a。
如图11所示，在基板10的第一主面1a上形成的第一多孔结构11a和第二多孔结构11b，其面积、厚度以及孔隙的大小、占比等，可根据薄膜吸气剂的面积以及热子性能进行设计，其主要作用有两个。一是实现第一热子17a和第一吸气剂薄膜16a以及第二热子17b和第二吸气剂薄膜16b的机械支撑，二是防止第一薄膜电阻13a和第二薄膜电阻13b产生的热量过多的向下传导，使热量尽可能的都向上传导给第一吸气剂薄膜16a和第二吸气剂薄膜16b，使第一吸气剂薄膜16a和第二吸气剂薄膜16b的温度达到激活温度。第一多孔结构11a和第二多孔结构11b之间的间隔可根据吸气剂薄膜的面积、数目以及需要进行封装的MEMS器件的大小等进行设计。第一多孔结构11a和第二多孔结构11b的厚度，例如，是100～150微米；第一多孔结构11a和第二多孔结构11b的孔径大小，例如，是几百纳米；第一多孔结构11a和第二多孔结构11b的孔隙率，例如，是60％以上；第一多孔结构11a和第二多孔结构11b之间的间隔，例如，是10～50微米。
如图11及图12所示，在基板10的第一主面1a上形成的第一绝缘薄膜12，其材料和厚度可根据热子性能需要进行设计。其主要作用有两个。一是实现导电性第一薄膜电阻13a和第二薄膜电阻13b与基板10之间的电绝缘。二是实现第一热子17a和第二热子17b的机械保护。第一绝缘薄膜12可以是单一材料构成的薄膜，也可以是多种材料构成的复合薄膜，也可以是多个单一材料的薄膜层叠形成的复合薄膜。一个特例是第一绝缘薄膜12是由硅的氧化物构成的单一薄膜，且厚度为10微米。
如图11及图13所示，第一导电柱14a与第一电极18a以及第二导电柱14b与第二电极18b的作用是给第一薄膜电阻13a与第二薄膜电阻13b分别进行通电。第一薄膜电阻13a和第二薄膜电阻13b的作用是通电后产生足够高的温度来分别激活第一吸气剂薄膜16a和第二吸气剂薄膜16b，第一薄膜电阻13a和第二薄膜电阻13b的一种结构如图13所示。第一薄膜电阻13a和第二薄膜电阻13b的材料、形状等，可以根据激活第一吸气剂薄膜16a和第二吸气剂薄膜16b的需求进行设计。第一薄膜电阻13a和第二薄膜电阻13b的材料必须能够承受激活第一吸气剂薄膜16a和第二吸气剂薄膜16b所需的温度，其电阻的大小必须适合在适当通电后产生足够高的温度来激活第一吸气剂薄膜16a和第二吸气剂薄膜16b。第一薄膜电阻13a、第二薄膜电阻13b、第一导电柱14a、第二导电柱14b、第一电极18a和第二电极18b的材料可以是金属。例如，第一薄膜电阻13a、第二薄膜电阻13b、第一导电柱14a、第二导电柱14b、第一电极18a和第二电极18b的材料是含有Pt、W、Au、Al、Cu、Ni、Ta、Ti、Cr之一或两种以上的金属。第一薄膜电阻13a、第二薄膜电阻13b、第一导电柱14a、第二导电柱14b、第一电极18a和第二电极18b的材料可以是半导体。例如，第一薄膜电阻13a、第二薄膜电阻13b、第一电极18a和第二电极18b的材料是多晶硅。当第一薄膜电阻13a、第二薄膜电阻13b、第一导电柱14a、第二导电柱14b、第一电极18a、第二电极18b的材料是多晶硅时，可以根据需要对多晶硅进行掺杂，从而调节其导电率。第一薄膜电阻13a、第二薄膜电阻13b、第一电极18a和第二电极18b的材料也可以是金属化合物。例如，第一薄膜电阻13a、第二薄膜电阻13b、第一电极18a和第二电极18b的材料是TiN、TaAlN。第一薄膜电阻13a、第二薄膜电阻13b、第一电极18a和第二电极18b的厚度，例如，是0.2微米。第一导电柱14a和第二导电柱14b的宽度，例如，是10～50微米。
在第一薄膜电阻13a和第二薄膜电阻13b上面形成的第二绝缘薄膜15，其材料和厚度根据热子性能需要进行设计。其主要作用有三个。一是实现导电性第一薄膜电阻13a与第一吸气剂薄膜16a以及第二薄膜电阻13b与第二吸气剂薄膜16b之间的电绝缘。二是聚集第一薄膜电阻13a和第二薄膜电阻13b产生的热量并把此热量传导给第一吸气剂薄膜16a和第二吸气剂薄膜16b，使第一吸气剂薄膜16a和第二吸气剂薄膜16b的温度达到其激活温度。三是把第一薄膜电阻13a和第二薄膜电阻13b产生的热量均匀地传导给第一吸气剂薄膜16a和第二吸气剂薄膜16b。第二绝缘薄膜15的导热能力优于第一绝缘薄膜12、第一多孔结构11a和第二多孔结构11b，有利于第一薄膜电阻13a和第二薄膜电阻13b通电后产生的热量有效地传导给第一吸气剂薄膜16a和第二吸气剂薄膜16b。第二绝缘薄膜15可以是单一材料构成的薄膜，也可以是多种材料构成的复合薄膜，也可以是多个单一材料的薄膜层叠形成的复合薄膜。例如，第一绝缘薄膜12是由硅的氧化物构成的单一薄膜，第二绝缘薄膜15是由硅的氮化物构成的单一薄膜。这时，调节第一绝缘薄膜12和第二绝缘薄膜15的长膜条件，使第二绝缘薄膜15的热传导高于第一绝缘薄膜12。第二绝缘薄膜15的厚度，例如，是0.5微米。
在第一热子17a上面形成的第一吸气剂薄膜16a和在第二热子17b上面形成的第二吸气剂薄膜16b，由吸气剂材料构成。第一吸气剂薄膜16a和第二吸气剂薄膜16b的材料、面积和厚度，由所需要吸附的气体种类和数量等因素进行设计。第一吸气剂薄膜16a和第二吸气剂薄膜16b的面积分别小于第一多孔结构11a和第二多孔结构11b的面积，以便第一吸气剂薄膜16a和第二吸气剂薄膜16b能够被第一热子17a和第二热子17b有效地进行激活。例如，第一吸气剂薄膜16a和第二吸气剂薄膜16b可以是Zr基非蒸散型吸气剂，包括Zr-V-Fe、Zr-Al和Zr-Mn-Fe、ZrC等材料。第一吸气剂薄膜16a和第二吸气剂薄膜16b可以是Ti基非蒸散型吸气剂，包括Ti-Fe-V-Mn、Ti-Mo和Ti-Zr-Ni等材料。第一吸气剂薄膜16a和第二吸气剂薄膜16b的孔隙的大小、占比等可以适当调节。例如，第一吸气剂薄膜16a和第二吸气剂薄膜16b的孔隙的比例在40％以上。第一吸气剂薄膜16a和第二吸气剂薄膜16b的厚度，例如在1微米左右。
如上所述的具有微型加热器的薄膜吸气剂结构，可以在封装后在外部通过导电柱引出的电极对密封腔内的吸气剂薄膜进行加热激活，且可以根据实际需要对腔内吸气剂进行单个反复加热激活或复数个同时反复加热激活。第一吸气剂薄膜16a和第二吸气剂薄膜16b在激活过程中达到的最高温度在200℃-1000℃。由于第一热子17a和第一吸气剂薄膜16a以及第二热子17b和第二吸气剂薄膜16b构成的薄膜结构，在设计上需要适当考虑薄膜整体的应力，保证在制造和使用过程中不会因为应力而破损。
如上所述，本实施例提供了一种具有微型加热器的薄膜吸气剂结构。这样的结构可以最大程度地在降低封装工艺难度的同时满足吸气剂的激活要求。这样的结构因为可以用半导体工艺进行加工，也具有较好的量产性；此外，本实施例的具有微型加热器的薄膜吸气剂结构，可以在需要的时候随时对薄膜吸气剂进行激活，有效地吸附真空腔内随时间增加的气体，延长一起密封在真空腔内的MEMS器件的使用寿命。此外，本实施例的复数个热子结构，可以在需要的时候灵活的对吸气剂薄膜进行单个加热激活或多个同时加热激活，达到在一定范围内调节和稳定内部真空度的要求，便于MEMS器件的后续使用和维护。
如图1～图11所示，本实施例还提供一种具有微型加热器的薄膜吸气剂结构的制造方法，其中，图11显示为图12沿着剖面线A-A'的剖面图，所述制造方法包括步骤：提供一基板，腐蚀所述基板的第一主面，形成多孔结构；在所述多孔结构上形成一个或两个以上热子；在所述热子表面形成吸气剂薄膜。其中，形成所述热子的步骤包括：在所述多孔结构上方形成第一绝缘薄膜；在所述第一绝缘薄膜上表面形成薄膜电阻；以及形成覆盖所述薄膜电阻的第二绝缘薄膜；其中，刻蚀所述基板和所述第一绝缘薄膜，形成贯穿所述基板和所述第一绝缘薄膜的通孔，填充所述通孔，形成贯穿所述基板和所述第一绝缘薄膜的导电柱，所述薄膜电阻的两端与所述导电柱连接，在所述基板的第二主面形成与所述导电柱连接的电极，以将所述薄膜电阻电性引出。其中，所述热子的承载所述吸气剂薄膜的部分位于所述多孔结构上方，所述热子的承载所述吸气剂薄膜的部分通过连接部支撑于所述多孔结构周围的所述第一主面。
在一个实施例中，所述基板由硅构成，所述多孔结构是多孔硅结构。
在一个实施例中，形成所述多孔结构的方法包括电化学腐蚀法、光化学腐蚀法和离子刻蚀法等方法中的一种。
在一个实施例中，所述多孔结构的孔径大小为几纳米到几十微米，孔隙率为40％～90％，厚度小于400微米。
在一个实施例中，所述薄膜电阻为蜿蜒结构。
在一个实施例中，所述第二绝缘薄膜的热导率大于或等于所述第一绝缘薄膜的热导率，所述第二绝缘薄膜的厚度小于或等于所述第一绝缘薄膜的厚度。
在一个实施例中，所述第一绝缘薄膜的厚度介于1～20微米，所述第二绝缘薄膜的厚度介于0.2～2微米。
在一个实施例中，所述吸气剂薄膜的材料包括Zr基非蒸散型吸气剂及Ti基非蒸散型吸气剂中的一种，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。
在一个具体的实施过程中，如图1～图11所示，本申请的实施例提供一种具有微型加热器的薄膜吸气剂结构的制造方法。在本实施例中，为了突出本申请的主要思想，示意图只包括了最基本的要素。
本实施例提供的具有微型加热器的薄膜吸气剂结构的制造方法包括：将基板10减薄，腐蚀基板10的第一主面1a，形成第一多孔结构11a和第二多孔结构11b；在所述第一多孔结构11a和第二多孔结构11b的上方分别形成第一热子17a和第二热子17b；在所述第一热子17a和第二热子17b表面分别形成第一吸气剂薄膜16a和第二吸气剂薄膜16b。其中，形成所述第一热子17a的步骤包括：在所述基板10的所述一个主面上形成第一绝缘薄膜12；然后在所述第一绝缘薄膜12上表面形成第一薄膜电阻13a；最后形成覆盖所述第一薄膜电阻13a的第二绝缘薄膜15；形成所述第二热子17b的步骤包括：在所述基板10的所述一个主面上形成第一绝缘薄膜12；然后在所述第一绝缘薄膜12上表面形成第二薄膜电阻13b；最后形成覆盖所述第二薄膜电阻13b的第二绝缘薄膜15。其中，刻蚀所述基板10和所述第一绝缘薄膜12，形成贯穿所述基板10和所述第一绝缘薄膜12的通孔，填充所述通孔，形成贯穿所述基板10和所述第一绝缘薄膜12的第一导电柱14a和第二导电柱14b；所述第一薄膜电阻13a的一端与所述第一导电柱14a连接，所述第二薄膜电阻13b的一端与所述第二导电柱14b连接，在所述基板10的第二主面1b上形成与所述第一导电柱14a连接的第一电极18a以及与第二导电柱14b连接的第二电极18b，以将所述薄膜电阻电性引出。下面对本制造方法逐步进行描述。
首先，如图1所示，进行基板10的准备。在本实施例中，基板10有两个相对应的主面，即第一主面1a和第二主面1b。在本实施例中，为简洁方便，本实施例以基板10为半导体工艺中常规使用的Si基板为例进行描述。
然后，如图2所示，对基板10进行减薄。例如，利用减薄设备和CMP(CMP：Chemicalmechanical polishing，化学机械抛光)对基板10进行减薄，例如，厚度为200～700微米，具体可以为400微米。
然后，如图3所示，使用常用的电化学腐蚀法腐蚀基板10的第一主面1a，形成第一多孔结构11a和第二多孔结构11b。所述第一多孔结构11a和第二多孔结构11b的厚度、孔径以及孔隙率根据热子性能需要进行设计。所述第一多孔结构11a和第二多孔结构11b厚度可以为150微米，孔径大小可以为200纳米，孔隙率可以为60％，间隔可以为50微米。
然后，如图4所示，在基板10的第一主面1a上形成第一绝缘薄膜12，第一绝缘薄膜12的材料和厚度根据热子性能需要进行设计。例如，所述第一绝缘薄膜12可以为氧化硅薄膜，厚度可以为2微米，用常规的TEOS CVD(TEOS：Tetraethylorthosilicate，正硅酸乙酯。CVD：Chemical Vapor Deposition，化学气相沉积)和配套的工艺形成。
然后，如图5所示，在基板10上形成贯穿第一绝缘薄膜12、基板主面1a和主面1b的通孔。例如，对第一绝缘薄膜12进行刻蚀，对基板10做TSV(TSV：Though Silicon Via，硅通孔技术)工艺。通孔孔径，例如，可以为10～50微米。
然后，如图6所示，对基板10上的通孔进行填充。将通孔构填充后形成第一导电柱14a和第二导电柱14b。例如，利用电镀技术填充基板10上的通孔，形成第一导电柱14a和第二导电柱14b。第一导电柱14a和第二导电柱14b的宽度，例如，可以为10～50微米。
然后，如图7所示，在第一绝缘薄膜12上面形成导电性薄膜电阻13。例如，导电性薄膜电阻13可以为金属Ti，厚度可以为0.2微米，用常规的PVD(PVD：Physical VaporDeposition，物理气相沉积)技术和配套的工艺形成。
然后，如图8所示，对导电性薄膜电阻13进行加工，形成图13所示的蜿蜒结构的导电性第一薄膜电阻13a和第二薄膜电阻13b。第一薄膜电阻13a和第二薄膜电阻13b的加工可以用常规的光刻和金属刻蚀以及配套工艺进行。例如，金属刻蚀工艺可以使用离子束刻蚀(IBE：Ion Beam Etching)方法或湿法腐蚀方法。
然后，如图9所示，在第一薄膜电阻13a和第二薄膜电阻13b上面形成第二绝缘薄膜15。第二绝缘薄膜15的材料和厚度根据热子性能需要进行设计。例如，第二绝缘薄膜15可以为氮化硅薄膜，厚度可以为0.4微米，用常规的PECVD(PECVD:Plasma Enhanced ChemicalVapor Deposition。中文：等离子体增强化学气相沉积)方式进行长膜。
然后，如图10及图14所示，在基板10的主面1b上形成电极18。例如，电极18加工可以用常规的光刻和金属刻蚀以及配套工艺进行。例如，金属刻蚀工艺可以使用离子束刻蚀方法。电极18的加工也可以采用Lift-off(剥离工艺)工艺和金属掩膜沉积工艺，电极18例如可以包含第一电极18a、第二电极18b及第三电极18c。电极18的厚度，例如，可以为0.2微米。
在本实施例中，第一电极18a和第一导电柱14a以及第二电极18b和第二导电柱14b的作用是分别给第一薄膜电阻13a与第二薄膜电阻13b进行通电。第一薄膜电阻13a与第二薄膜电阻13b的作用是通电后产生足够高的温度来分别激活第一吸气剂薄膜16a和第二吸气剂薄膜16b。所以，第一薄膜电阻13a与第二薄膜电阻13b的材料、形状等，可以根据激活第一吸气剂薄膜16a和第二吸气剂薄膜16b的需求进行设计。第一薄膜电阻13a与第二薄膜电阻13b的材料必须能够承受激活第一吸气剂薄膜16a与第二吸气剂薄膜16b所需的温度，其电阻的大小必须适合在适当通电后产生足够高的温度来激活第一吸气剂薄膜16a和第二吸气剂薄膜16b。第一薄膜电阻13a、第二薄膜电阻13b、第一电极18a、第二电极18b、第一导电柱14a和第二导电柱14b的材料可以为金属。例如，第一薄膜电阻13a、第二薄膜电阻13b、第一电极18a、第二电极18b、第一导电柱14a和第二导电柱14b的材料是含有Pt、W、Au、Al、Cu、Ni、Ta、Ti、Cr之一或两种以上的金属。第一薄膜电阻13a、第二薄膜电阻13b、第一电极18a、第二电极18b、第一导电柱14a和第二导电柱14b的材料可以为半导体。例如，第一薄膜电阻13a、第二薄膜电阻13b、第一电极18a、第二电极18b、第一导电柱14a和第二导电柱14b的材料是多晶硅。当第一薄膜电阻13a、第二薄膜电阻13b、第一电极18a、第二电极18b、第一导电柱14a和第二导电柱14b的材料是多晶硅时，可以根据需要对多晶硅进行掺杂，从而调节其导电率。第一薄膜电阻13a、第二薄膜电阻13b、第一电极18a和第二电极18b的材料也可以为金属化合物。例如，第一薄膜电阻13a和第二薄膜电阻13b的材料是TiN、TaAlN。第一薄膜电阻13a、第二薄膜电阻13b、第一电极18a和第二电极18b的厚度例如可以为0.2微米。第一导电柱14a和第二导电柱14b的宽度例如可以为10～50微米。
然后，如图11所示，在第一热子17a和第二热子17b的上面形成第一吸气剂薄膜16a和第二吸气剂薄膜16b，最终形成具有微型加热器的薄膜吸气剂结构。第一吸气剂薄膜16a和第二吸气剂薄膜16b的面积分别小于第一多孔结构11a和第二多孔结构11b的面积。第一吸气剂薄膜16a和第二吸气剂薄膜16b的材料和厚度由所需要吸附的气体种类和数量等因素进行设计，例如，第一吸气剂薄膜16a和第二吸气剂薄膜16b可以为包括ZrVFe在内的Zr基非蒸散型吸气剂材料，厚度约为1微米。第一吸气剂薄膜16a和第二吸气剂薄膜16b可以用磁控溅射方法沉积在第二绝缘薄膜15的上面。在第一吸气剂薄膜16a和第二吸气剂薄膜16b沉积工程中，可以在完成了图10所示的加工后的基板表面覆盖上一个硬掩模(如图15所示)。在这个硬掩模的相对于图11所示的第一吸气剂薄膜16a和第二吸气剂薄膜16b的部分打开窗口19，使得磁控溅射时第一吸气剂薄膜16a和第二吸气剂薄膜16b可以通过该窗口19沉积到第二绝缘薄膜15的上面。使用硬掩模的好处是，不需要对第一吸气剂薄膜16a和第二吸气剂薄膜16b进行刻蚀加工，避免刻蚀加工过程中对第一吸气剂薄膜16a和第二吸气剂薄膜16b可能产生的污染。使用硬掩模的另一个好处是，第一吸气剂薄膜16a和第二吸气剂薄膜16b的形成工艺简单，硬掩模还可以反复使用，降低制造成本。
在本申请的另一些实施例中，图5、图6的步骤也可以在第一薄膜电阻13a、第二薄膜电阻13b形成之后进行。例如，先形成第一薄膜电阻13a、第二薄膜电阻13b，然后，从第二主面一侧进行刻蚀，从而形成贯穿第一绝缘12、基板主面1a和主面1b的通孔，并且，填充通孔，以形成第一导电柱14a和第二导电柱14b。
如上所述，本实施例提供了一种具有微型加热器的薄膜吸气剂结构的制造方法，本实施例制造方法简单，制造成本低。在一个基板上，可以同时制造多个具有微型加热器的薄膜吸气剂结构，具有量产性。以上结合具体的实施方式对本申请进行了描述，但本领域技术人员应该清楚，这些描述都是示例性的，并不是对本申请保护范围的限制。本领域技术人员可以根据本申请的精神和原理对本申请做出各种变型和修改，这些变型和修改也在本申请的范围内。
如上所述，本发明的腔内真空度可调的微电子器件气密性封装结构，具有以下有益效果：
本发明的具有微型加热器的薄膜吸气剂结构可作为MEMS器件的封装盖板，吸气剂薄膜可以朝向封装结构的密封腔内部而设置，热子的电极可以位于密封腔的外部，这样，可在封装后通过导电柱引出的电极对密封腔内的吸气剂薄膜进行加热激活，解决了封装时吸气剂激活工艺与封装工艺的温度兼容问题以及封装后高温烘烤激活吸气剂对MEMS器件性能的损伤问题，在进行封装工艺时无需使吸气剂的激活温度与封装工艺温度相近，降低了MEMS器件的封装难度；此外，本发明可通过导电柱引出的电极对封装后密封腔内的复数个(例如，两个以上)吸气剂薄膜进行单个加热激活或复数个同时加热激活，使得密封腔内复数个吸气剂薄膜可根据需要方便灵活地进行反复激活使用，达到在一定范围内调节和稳定内部真空度的要求，大大提高了封装效率且便于MEMS器件的后续使用和维护；此外，多孔结构可以阻止薄膜电阻产生的热量从基板流失，提高了薄膜电阻对于吸气剂薄膜的加热效率。本发明适用于各类MEMS器件，具有普适性，有较为广阔的应用前景。
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 (9)
1.一种具有微型加热器的薄膜吸气剂结构，包括：
基板；
在所述基板的第一主面一侧形成的一个或两个以上热子；以及
在所述热子表面形成的吸气剂薄膜，
其中，所述热子包括：
第一绝缘薄膜；
在所述第一绝缘薄膜上表面形成的薄膜电阻；以及
覆盖所述薄膜电阻的第二绝缘薄膜，
所述基板和所述第一绝缘薄膜中形成有贯穿所述基板和所述第一绝缘薄膜的导电柱，所述薄膜电阻的两端与所述导电柱连接，所述基板的第二主面形成有与所述导电柱连接的电极，以将所述薄膜电阻电性引出，
其中，所述基板的所述第一主面具有多孔结构，所述热子的承载所述吸气剂薄膜的部分位于所述多孔结构上方，所述热子的承载所述吸气剂薄膜的部分通过连接部支撑于所述多孔结构周围的所述第一主面。
2.如权利要求1所述的微型加热器的薄膜吸气剂结构，其中，
所述基板由硅构成，所述多孔结构是多孔硅结构。
3.如权利要求1所述的微型加热器的薄膜吸气剂结构，其中，
所述多孔结构的孔径大小为几纳米到几十微米，孔隙率为40％～90％，厚度小于400微米。
4.如权利要求1所述的微型加热器的薄膜吸气剂结构，其中，
所述薄膜电阻包括折弯结构。
5.如权利要求1所述的微型加热器的薄膜吸气剂结构，其中，
所述吸气剂薄膜的材料包括锆(Zr)基非蒸散型吸气剂及钛(Ti)基非蒸散型吸气剂中的一种，所述Zr基非蒸散型吸气剂包括Zr-V-Fe、Zr-Al和Zr-Mn-Fe中的至少一种，所述Ti基非蒸散型吸气剂包括Ti-Fe-V-Mn、Ti-Mo和Ti-Zr-Ni中的至少一种。
6.一种具有微型加热器的薄膜吸气剂结构的制造方法，包括：
腐蚀基板的第一主面，形成多孔结构；
在所述多孔结构上方形成一个或两个以上热子；以及
在所述热子表面形成吸气剂薄膜，
其中，形成所述热子的步骤包括：
在所述多孔结构上方形成第一绝缘薄膜；
在所述第一绝缘薄膜上表面形成薄膜电阻；以及
形成覆盖所述薄膜电阻的第二绝缘薄膜，
其中，所述制造方法还包括：
刻蚀所述基板和所述第一绝缘薄膜，形成贯穿所述基板和所述第一绝缘薄膜的通孔；
填充所述通孔，形成贯穿所述基板和所述第一绝缘薄膜的导电柱，所述薄膜电阻的两端与所述导电柱连接；以及
在所述基板的第二主面形成与所述导电柱连接的电极，以将所述薄膜电阻电性引出。
7.如权利要求6所述的具有微型加热器的薄膜吸气剂结构的制造方法，其中，
形成所述多孔结构的方法包括电化学腐蚀法、光化学腐蚀法和离子刻蚀法中的至少一种。
8.如权利要求6所述的具有微型加热器的薄膜吸气剂结构的制造方法，其中，
所述第二绝缘薄膜的热导率大于或等于所述第一绝缘薄膜的热导率，所述第二绝缘薄膜的厚度小于或等于所述第一绝缘薄膜的厚度。
9.如权利要求8所述的具有微型加热器的薄膜吸气剂结构的制造方法，其中，
所述第一绝缘薄膜的厚度介于1～20微米，所述第二绝缘薄膜的厚度介于0.2～2微米。
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