Mems器件、半导体器件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及吸气剂薄膜的制造技术，尤其设及一种MEMS器件、半导体器件。
【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，W提高并维持器件真空度。吸气剂薄膜104可W通过物理吸附和化学反应等方式来吸收 腔体103内的气体，W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、高粗糖度的薄膜，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W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、化W及运些元素的合金等，其中，Ti、Zr可作为单一元素形态作为吸气剂材 料。Ti、化等吸气剂可在短时间内提高MEMS元器件的真空度W达到正常的工作范围，并能够 吸收完成封装的MEMS器件在高溫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W及高表面粗糖度的吸气剂形态可大大提高吸气剂的吸气 速率、吸气量，甚至在常溫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、高粗糖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、高粗糖度的吸气剂，其加工工艺需满足W下=个条件： (1)较低的衬底溫度；（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，较低的溫度，较低的沉积动能可W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，较小的入射角度使瓣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、高粗糖度的状态。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2m^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 26mVg〇
[0007] 根据上述讨论，入射角度是多孔性、高粗糖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，从而不具有调整瓣 射、蒸发的入射角度的能力，导致无法制造出多孔性、高表面粗糖度的吸气剂薄膜。 【实用新型内容】
[0008] 本实用新型要解决的技术问题是提供一种MEMS器件、半导体器件，能够在常规的 蒸发、瓣射设备上W较小的入射角度形成吸气剂薄膜，也即可W形成多孔性、高粗糖度的吸 气剂薄膜。
[0009] 为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种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] 根据本实用新型的一个实施例，所述凹槽的侧壁与所述第一平面的夹角为20°~ 90。。
[0011] 根据本实用新型的一个实施例，所述凹槽的形状为圆弧形、梯形或V形。
[0012] 根据本实用新型的一个实施例，所述吸气剂薄膜的材料选自Ti、Zr、化或者其任意 组合形成的合金。
[0013] 根据本实用新型的一个实施例，相邻的凹槽之间相互邻接或具有间隔。
[0014] 根据本实用新型的一个实施例，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，本实用新型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] 根据本实用新型的一个实施例，所述凹槽的侧壁与所述第一平面的夹角为20°~ 90。。
[0017] 根据本实用新型的一个实施例，所述凹槽的形状为圆弧形、梯形或V形。
[0018] 根据本实用新型的一个实施例，所述吸气剂薄膜的材料选自Ti、Zr、化或者其任意 组合形成的合金。
[0019] 根据本实用新型的一个实施例，相邻的凹槽之间相互邻接或具有间隔。
[0020] 与现有技术相比，本实用新型具有W下优点：
[0021] 本实用新型实施例的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，运使得凹槽侧壁与原子入射方向呈一较小的 角度，从而可W利用常规的蒸发、瓣射等薄膜淀积设备而无需偏转衬底即可在凹槽侧壁上 形成多孔性、高粗糖度的吸气剂薄膜，有利于增加吸气剂薄膜的有效表面积。
[0022] 本实用新型实施例的MEMS器件的制造方法与晶圆级封装工艺兼容，在晶圆级真空 封装技术中具有广泛的应用前景。
【附图说明】
[0023] 图1是现有技术中一种MEMS器件的剖面结构示意图；
[0024] 图2是根据本实用新型第一实施例的MEMS器件的剖面结构示意图；
[0025] 图3是根据本实用新型第二实施例的半导体器件的剖面结构示意图；
[0026] 图4是根据本实用新型第S实施例的半导体器件的剖面结构示意图；
[0027] 图5至图9是根据本实用新型第四实施例的半导体器件的制造方法中各步骤对应 的剖面结构示意图；
[0028] 图10至图12是根据本实用新型第五实施例的半导体器件的制造方法中各步骤对 应的剖面结构示意图；
[0029] 图13是根据本实用新型第六实施例的MEMS器件的制造方法形成的MEMS器件的剖 面结构示意图；
[0030] 图14是根据本实用新型第二实施例的半导体器件的局部扫描电镜图；
[0031] 图15是图14的局部放大图；
[0032] 图16是根据本实用新型第二实施例的半导体器件中位于凹槽侧壁上的吸气剂薄 膜的表面扫描电镜图；
[0033] 图17是根据本实用新型第二实施例的半导体器件中位于半导体衬底上的吸气剂 薄膜的表面扫描电镜图；
[0034] 图18是根据本实用新型第二实施例的半导体器件中位于凹槽侧壁和半导体衬底 上的吸气剂薄膜的俯视扫描电镜图；
[0035] 图19是图18的局部放大图；
[0036] 图20是根据本实用新型第二实施例的半导体器件中位于半导体衬底上的吸气剂 薄膜的断面扫描电镜图；
[0037] 图21是根据本实用新型第二实施例的半导体器件中位于半导体衬底上的吸气剂 薄膜的表面扫描电镜图。
【具体实施方式】
[0038] 下面结合具体实施例和附图对本实用新型作进一步说明，但不应W此限制本实用 新型的保护范围。
[0039] 第一实施例
[0040] 参考图2，第一实施例的MEMS器件具有密闭的腔体203。该腔体203可W通过器件衬 底201和封帽衬底202键合而形成。更加具体而言，器件衬底201和封帽衬底202上分别具有 空腔，器件衬底201和封帽衬底202可W通过键合材料205键合在一起，从而使得器件衬底 201和封帽衬底202上的空腔对位拼合形成腔体203。器件衬底201和封帽衬底202可W是娃 衬底，例如<100〉晶向、<111〉晶向或<110〉晶向的娃衬底。器件衬底201上的空腔内还可W形 成有各种MEMS元件。
[0041] 优选地，该键合材料205与腔体203之间的器件衬底201和/或封帽衬底202可W形 成有溢流凹槽，用于容纳键合过程中横向延展的键合材料205，W避免键合材料205侵入腔 体203中。
[0042] 腔体203具有一内壁2031，例如，该内壁2031可W是封帽衬底202上的空腔的底面， 该内壁2031在第一平面内延伸。通常而言，该第一平面可W平行于封帽衬底202上的空腔所 处的表面。
[0043] 该内壁2031包含薄膜淀积区域，W用于淀积吸气剂薄膜204。其中，该薄膜淀积区 域的内壁形成有一个或多个凹槽，该凹槽的侧壁与第一平面的夹角大于0°且小于180%吸 气剂薄膜204覆盖在凹槽的侧壁上。优选地，该凹槽的侧壁与第一平面的夹角为20°~90°。
[0044] 该凹槽的形状可W是圆弧形、梯形或V型，例如，图2所示的例子中是V型。在第一实 施例中，相邻的凹槽彼此邻接，换言之，相邻凹槽之间基本上不存在间隔或空隙。
[0045] 吸气剂薄膜204任何适当的吸气剂类型，例如非蒸发型吸气剂。吸气剂薄膜204的 材料可W选自Ti、Zr、化或者其任意组合形成的合金，另外，该吸气剂薄膜204中还可W含有 Ni等光吸收材料。
[0046] 第二实施例
[0047] 参考图3，第二实施例的半导体器件包括:半导体衬底200，该半导体衬底200具有 在第一平面延伸的表面2001，该表面2001包括用于淀积吸气剂薄膜的薄膜淀积区域。半导 体衬底200可W是耐热玻璃等常见的晶圆级封装衬底、娃衬底等。作为一个非限制性的例 子，本实施例中的半导体衬底200是娃衬底，例如晶向为< 100〉、< 111〉晶向或< 110〉的娃衬 底。
[0048] 该薄膜淀积区域形成有一个或多个凹槽，该凹槽的侧壁与第一平面的夹角大于0° 且小于180°，吸气剂薄膜204覆盖在凹槽的侧壁上。优选地，该凹槽的侧壁与第一平面的夹