Mems器件、半导体器件及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及吸气剂薄膜的制造技术，尤其涉及一种MEMS器件、半导体器件及其制 造方法。
【背景技术】
[0002] 参考图1，图1示出了一种典型的MEMS器件的剖面结构，主要包括器件衬底101和 封帽衬底102,器件衬底101和封帽衬底102通过键合材料105键合在一起。键合在一起的 器件衬底101和封帽衬底102形成密闭的腔体103。通常要求腔体103内保持较高的真空 度，例如其真空度要达到毫托级别。
[0003] 真空封装是MEMS技术的难题之一，真空密封性的好坏对MEMS器件的性能有重要 的影响，甚至决定着器件能否正常工作。由于键合材料105和腔体103周围材料内残余气 体的存在和释放，随着器件工作时间的推移，腔体103内的真空度会逐渐降低，从而缩短了 器件的使用寿命。因此，现有技术中通常利用吸气剂薄膜104来吸收MEMS器件封装后的残 余气体，以提高并维持器件真空度。吸气剂薄膜104可以通过物理吸附和化学反应等方式 来吸收腔体103内的气体，以延长器件的使用寿命，保证器件工作的稳定性和可靠性。吸气 剂薄膜104通常是多孔性、高粗糙度的薄膜，该薄膜具有高孔隙率的纳米柱状结构，其表面 积更大，从而可以改善气体吸收效果。
[0004] 非蒸发型吸气剂在MEMS领域有着广泛的应用。目前，常用的非蒸发型吸气剂的主 要材料为Ti、Zr、Tu以及这些元素的合金等，其中，Ti、Zr可作为单一元素形态作为吸气剂 材料。Ti、Zr等吸气剂可在短时间内提高MEMS元器件的真空度以达到正常的工作范围，并 能够吸收完成封装的MEMS器件在高温下释放出的内部残留气体，从而提高、保持MEMS器件 内腔体的真空度。通常而言，多孔性以及高表面粗糙度的吸气剂形态可大大提高吸气剂的 吸气速率、吸气量，甚至在常温环境下仍具有较高的吸气速率。因此，发展多孔状态的吸气 剂尤其是非蒸发型吸气剂的工艺技术，对于MEMS器件的发展具有重要的意义。
[0005] 如上所述，多孔性、高粗糙度的吸气剂具有较大表面积，因此可大大的提高吸气剂 的吸气性能。通常认为，形成多孔性、高粗糙度的吸气剂，其加工工艺需满足以下三个条件： (1)较低的衬底温度；（2)较低的沉积（或者称为淀积）动能（例如，低功率，高压等）；（3) 较小的入射角度。其中，较低的温度，较低的沉积动能可以通过调整工艺参数来比较容易地 实现。但是，较小的入射角度通常需要通过调整衬底角度来实现，使衬底的沉积表面与入射 方向呈所需角度。
[0006] 更加具体而言，较小的入射角度使溅射出来的原子产生自屏蔽效应，导致先前到 达衬底的原子遮挡了后续原子的行进路径，降低了原子选择沉积位置的机会，从而使得形 成的薄膜呈现多孔性、高粗糙度的状态。有文献记载，当沉积入射角度为60° -90°时，单 位质量吸气剂薄膜的表面积为2m2/g ;而当沉积入射角度10° -60°时，随着沉积角度的减 小，单位质量吸气剂薄膜的表面积增大，当入射角度为10°时，单位质量吸气剂薄膜的表面 积可达26m 2/g。
[0007] 根据上述讨论，入射角度是多孔性、高粗糙度的吸气剂薄膜加工工艺的关键因素 之一。而目前很多半导体工厂的设备入射角通常为90度，衬底无法偏转，从而不具有调整 溅射、蒸发的入射角度的能力，导致无法制造出多孔性、高表面粗糙度的吸气剂薄膜。
【发明内容】
[0008] 本发明要解决的技术问题是提供一种MEMS器件、半导体器件及其制造方法，能够 在常规的蒸发、溅射设备上以较小的入射角度形成吸气剂薄膜，也即可以形成多孔性、高粗 糙度的吸气剂薄膜。
[0009] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种MEMS器件，所述MEMS器件具有密闭的 腔体，所述腔体具有在第一平面内延伸的内壁，所述内壁包括用于淀积吸气剂薄膜的薄膜 淀积区域，所述薄膜淀积区域形成有一个或多个凹槽，所述凹槽的侧壁与所述第一平面的 夹角大于0°且小于180°，所述吸气剂薄膜覆盖所述凹槽的侧壁。
[0010] 根据本发明的一个实施例，所述凹槽的侧壁与所述第一平面的夹角为20°~ 90。。
[0011] 根据本发明的一个实施例，所述凹槽的形状为圆弧形、梯形或V形。
[0012] 根据本发明的一个实施例，所述吸气剂薄膜的材料选自Ti、Zr、Tu或者其任意组 合形成的合金。
[0013] 根据本发明的一个实施例，相邻的凹槽之间相互邻接或具有间隔。
[0014] 根据本发明的一个实施例，所述MEMS器件包括器件衬底和封帽衬底，所述器件衬 底上形成有第一空腔，所述封帽衬底上形成有第二空腔，所述封帽衬底与所述器件衬底键 合，所述第一空腔和第二空腔拼合形成所述腔体。
[0015] 为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种半导体器件，包括：半导体衬底，所 述半导体衬底具有在第一平面内延伸的表面，所述表面包括用于淀积吸气剂薄膜的薄膜淀 积区域，所述薄膜淀积区域形成有一个或多个凹槽，所述凹槽的侧壁与所述第一平面的夹 角大于0°且小于180°，所述吸气剂薄膜覆盖所述凹槽的侧壁。
[0016] 根据本发明的一个实施例，所述凹槽的侧壁与所述第一平面的夹角为20°~ 90。。
[0017] 根据本发明的一个实施例，所述凹槽的形状为圆弧形、梯形或V形。
[0018] 根据本发明的一个实施例，所述吸气剂薄膜的材料选自Ti、Zr、Tu或者其任意组 合形成的合金。
[0019] 根据本发明的一个实施例，相邻的凹槽之间相互邻接或具有间隔。
[0020] 为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种MEMS器件的制造方法，包括：
[0021] 提供器件衬底和封帽衬底，所述器件衬底上形成有第一空腔，所述封帽衬底上形 成有第二空腔，所述第一空腔或第二空腔具有在第一平面内延伸的内壁，所述内壁包括用 于淀积吸气剂薄膜的薄膜淀积区域；
[0022] 在所述薄膜淀积区域形成一个或多个凹槽，所述凹槽的侧壁与所述第一平面的夹 角大于0°且小于180° ;
[0023] 在所述薄膜淀积区域淀积吸气剂薄膜以覆盖所述凹槽的侧壁；
[0024] 将所述器件衬底和封帽衬底键合，所述第一空腔和第二空腔拼合形成密闭的腔 体。
[0025] 根据本发明的一个实施例，淀积形成所述吸气剂薄膜时，入射方向垂直于所述第 一平面。
[0026] 根据本发明的一个实施例，所述凹槽的侧壁与所述第一平面的夹角为20°~ 90。。
[0027] 根据本发明的一个实施例，所述凹槽的形状为圆弧形、梯形或V形。
[0028] 根据本发明的一个实施例，所述吸气剂薄膜的材料选自Ti、Zr、Tu或者其任意组 合形成的合金。
[0029] 根据本发明的一个实施例，相邻的凹槽之间相互邻接或具有间隔。
[0030] 根据本发明的一个实施例，在所述薄膜淀积区域形成一个或多个凹槽包括：
[0031] 至少在所述薄膜淀积区域形成掩膜层，图形化所述掩膜层以定义出所述凹槽的图 形；
[0032] 以图形化的掩膜层为掩膜对所述薄膜淀积区域进行刻蚀，以形成所述凹槽；
[0033] 移除所述图形化的掩膜层。
[0034] 根据本发明的一个实施例，采用蒸发、溅射的方式淀积所述吸气剂薄膜。
[0035] 为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种半导体器件的制造方法，包括：
[0036] 提供半导体衬底，所述半导体衬底具有在第一平面内延伸的表面，所述表面包括 用于淀积吸气剂薄膜的薄膜淀积区域；
[0037] 在所述薄膜淀积区域形成一个或多个凹槽，所述凹槽的侧壁与所述第一平面的夹 角大于0°且小于180° ;
[0038] 在所述薄膜淀积区域淀积吸气剂薄膜以覆盖所述凹槽的侧壁。
[0039] 根据本发明的一个实施例，淀积形成所述吸气剂薄膜时，入射方向垂直于所述第 一平面。
[0040] 根据本发明的一个实施例，所述凹槽的侧壁与所述第一平面的夹角为20°~ 90。。
[0041] 根据本发明的一个实施例，所述凹槽的形状为圆弧形、梯形或V形。
[0042] 根据本发明的一个实施例，所述吸气剂薄膜的材料选自Ti、Zr、Tu或者其任意组 合形成的合金。
[0043] 根据本发明的一个实施例，相邻的凹槽之间相互邻接或具有间隔。
[0044] 根据本发明的一个实施例，在所述薄膜淀积区域形成一个或多个凹槽包括：
[0045] 至少在所述薄膜淀积区域形成掩膜层，图形化所述掩膜层以定义出所述凹槽的图 形；
[0046] 以图形化的掩膜层为掩膜对所述薄膜淀积区域进行刻蚀，以形成所述凹槽；
[0047] 移除所述图形化的掩膜层。
[0048] 根据本发明的一个实施例，采用蒸发、溅射的方式淀积所述吸气剂薄膜。
[0049] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0050] 本发明实施例的MEMS器件中，腔体内壁的薄膜淀积区域形成有一个或多个凹槽， 凹槽的侧壁与腔体内壁所处的第一平面的夹角大于0°且小于180°，而吸气剂薄膜淀积 过程中的入射方向基本上垂直于该第一平面，这使得凹槽侧壁与原子入射方向呈一较小的 角度，从而可