Mems器件及其形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，具體涉及一種MEMS器件及其形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微機(jī)電系統(tǒng)(Micro-Electro-Mechanical-SystemsJI^lMEMS)是利用微細(xì)加工技術(shù)在芯片上集成傳感器、執(zhí)行器、處理控制電路的微型系統(tǒng)。
[0003]在MEMS器件中，包括設(shè)置在一空腔內(nèi)的一端懸空設(shè)置的振動膜片，使用過程中，通過振動膜片振動設(shè)置在空腔側(cè)壁的半導(dǎo)體元器件傳遞信號。參考圖1，為一個MEMS電容器件結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)包括:
[0004]設(shè)置在空腔102內(nèi)的振動膜片103，所述振動膜片103的一端固定在空腔102內(nèi)壁，另一端懸空設(shè)置；在所述空腔102的上端面設(shè)置金屬膜片105。使用時，所述振動膜片103和金屬膜片105分別作為電容片，并通過振動膜片105振動改變金屬膜片105和振動膜片103之間的電容，以產(chǎn)生電容信號。
[0005]繼續(xù)參考圖1，為了避免振動膜片103高頻率且大幅度振動時，振動膜片103的懸空端振動幅度過大，而致使振動膜片103出現(xiàn)斷裂缺陷；還為了避免在振動膜片103振動過程中，振動膜片103的懸空端與空腔102上端面接觸而粘附在空腔上端面上，從而使振動膜片103停止振動并導(dǎo)致電容信號中斷的問題。在所述空腔102上端面會設(shè)置限位柱(stopper) 104，以限定振動膜片103振動，并避免振動膜片103粘附在所述空腔102上端。
[0006]然而，即使如此，在實(shí)際使用過程中，MEMS器件使用仍然無法滿足半導(dǎo)體器件發(fā)展要求，為此，如何進(jìn)一步改善MEMS器件的性能是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明解決的問題是提供一種MEMS器件及其形成方法，以提高M(jìn)EMS器件的性能。
[0008]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種MEMS器件的形成方法，包括:
[0009]提供半導(dǎo)體基底；
[0010]在所述半導(dǎo)體基底上形成第一犧牲層；
[0011 ] 在所述第一犧牲層上形成振動膜片；
[0012]在所述第一犧牲層以及振動膜片上形成第二犧牲層，并在所述第二犧牲層內(nèi)形成第一開口，所述第一開口位于所述振動膜片一端的上方，且所述第一開口的上端開口尺寸大于下端開口尺寸；
[0013]在所述第一開口中以及所述第二犧牲層上形成介質(zhì)層，填充于所述第一開口中的介質(zhì)層用于形成限位柱；
[0014]去除所述介質(zhì)層和振動膜片之間的第二犧牲層，以及部分第一犧牲層，在所述半導(dǎo)體基底和所述介質(zhì)層之間形成空腔，且使所述振動膜片與所述限位柱對應(yīng)的一端為懸空結(jié)構(gòu)。
[0015]可選地，在所述振動膜片上形成第二犧牲層，在所述第二犧牲層內(nèi)形成第一開口的步驟包括:
[0016]在所述第二犧牲層上形成掩模層，并在所述掩模層內(nèi)形成貫穿所述掩模層的第二開口，所述第二開口上端開口尺寸大于下端開口尺寸；
[0017]沿著所述第二開口刻蝕所述第二犧牲層，在所述第二犧牲層內(nèi)形成所述第一開
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[0018]可選地，在所述振動膜片上形成第二犧牲層，在所述第二犧牲層內(nèi)形成第一開口的步驟包括:
[0019]在所述第一犧牲層和振動膜片層上形成第三犧牲層；
[0020]在所述第三犧牲層上形成掩模層，并在所述掩模層內(nèi)形成貫穿所述掩模層的第二開口，所述第二開口上端開口尺寸大于下端開口尺寸；
[0021 ] 沿著所述第二開口刻蝕所述第三犧牲層，在所述第三犧牲層內(nèi)形成第三開口，所述第三開口的上端開口尺寸大于下端開口尺寸；
[0022]在所述第三犧牲層上保型覆蓋所述第二犧牲層，在所述第二犧牲層內(nèi)形成與所述第二開口對應(yīng)的第一開口，所述第一開口的側(cè)壁與第一開口底部的間的夾角大于所述第二開口側(cè)壁與第二開口底部間的夾角；
[0023]去除所述介質(zhì)層和振動膜片之間的第二犧牲層，以及部分第一犧牲層，以形成空腔的步驟中還包括:去除所述第三犧牲層。
[0024]可選地，形成掩模層，并在所述掩模層內(nèi)形成貫穿所述掩模層的第二開口的步驟包括:
[0025]形成光刻膠層，以所述光刻膠層作為掩模層；
[0026]經(jīng)曝光顯影工藝后，在所述光刻膠層內(nèi)形成第四開口 ；
[0027]進(jìn)行加熱軟化工藝使得所述光刻膠層變軟，且使所述第四開口側(cè)壁傾斜以在所述光刻膠層內(nèi)形成上端開口尺寸大于下端開口尺寸的第二開口；
[0028]在沿著所述第二開口刻蝕所述第三犧牲層，形成所述第三開口之后，去除所述光刻膠層，在所述第三犧牲層上保型覆蓋所述第二犧牲層。
[0029]可選地，所述光刻膠層的厚度為I?3 μ m。
[0030]可選地，所述加熱軟化工藝的步驟包括，控制加熱溫度為120°?160°。
[0031]可選地，所述第一開口側(cè)壁與第一開口底面的夾角為140?150°。
[0032]可選地，所述第二開口側(cè)壁與第二底面的夾角大于或等于120°。
[0033]可選地，在形成所述介質(zhì)層后，形成所述空腔之前，所述形成方法還包括:
[0034]刻蝕所述介質(zhì)層和第二犧牲層，在所述介質(zhì)層和第二犧牲層內(nèi)形成露出所述振動膜片的通孔；
[0035]向所述通孔內(nèi)填充導(dǎo)電材料，形成下端與所述振動膜片固定連接的插塞。
[0036]可選地，去除所述介質(zhì)層和振動膜片之間的第二犧牲層，以及部分第一犧牲層的步驟包括:采用濕法刻蝕工藝去除至少部分所述第一犧牲層和第二犧牲層。
[0037]可選地，在所述第二犧牲層內(nèi)形成第一開口后，形成介質(zhì)層之前，所述形成方法還包括:在所述第二犧牲層表面形成電容片；
[0038]在所述第二犧牲層上形成介質(zhì)層的步驟包括:所述介質(zhì)層形成在所述電容片表面。
[0039]本發(fā)明還提了一種MEMS器件，包括:
[0040]半導(dǎo)體基底；
[0041]位于所述半導(dǎo)體基底上的第一介質(zhì)層，所述第一介質(zhì)層中形成有開口 ；
[0042]位于所述第一介質(zhì)層上的第二介質(zhì)層，所述第二介質(zhì)層與所述第一介質(zhì)層在所述開口處圍成一空腔；
[0043]位于所述空腔內(nèi)的振動膜片，所述振動膜片一端固定在所述空腔的內(nèi)壁，另一端懸空設(shè)置；
[0044]位于所述空腔內(nèi)的限位柱，所述限位柱位于所述振動膜片懸空端的上方，所述限位柱的一端固定在所述第二介質(zhì)層上，另一端朝向所述振動膜片，且所述限位柱固定于所述第二介質(zhì)層上的端面尺寸大于朝向所述振動膜片一端的端面尺寸。
[0045]可選地，所述限位柱在垂直半導(dǎo)體基底方向上的截面為倒梯形結(jié)構(gòu)。
[0046]可選地，所述第二介質(zhì)層和所述限位柱為一體成型結(jié)構(gòu)。
[0047]可選地，所述限位柱側(cè)壁與所述第二介質(zhì)層間的夾角為140?150°。
[0048]可選地，所述限位柱的高度為I?2 μ m。
[0049]可選地，所述限位柱的材料為氮化硅。
[0050]可選地，所述空腔內(nèi)設(shè)有插塞，所述插塞一端位于在所述第二介質(zhì)層內(nèi)，另一端與所述振動膜片的固定端連接，用于將所述振動膜片固定在所述空腔的內(nèi)壁上。
[0051]可選地，所述振動膜片為條形結(jié)構(gòu)。
[0052]可選地，所述第二介質(zhì)層朝向所述空腔的表面上設(shè)有電容片，所述電容片與所述振動膜片對應(yīng)設(shè)置。
[0053]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0054]MEMS器件的空腔內(nèi)，位于所述振動膜片懸空端的上方設(shè)有限位柱，所述限位柱的一端固定在所述第二介質(zhì)層上，另一端朝向所述振動膜片，在所述振動膜片振動過程中，振動膜片的懸空端觸碰所述限位柱后彈回，避免所述振動膜片的懸空端粘附在所述空腔上；所述限位柱固定于所述第二介質(zhì)層上的端面尺寸大于朝向所述振動膜片一端的端面尺寸，從而提升限位柱與所述振動膜片對應(yīng)一端端面的受力能力，使得振動膜片振動過程中，降低振動膜片高頻率振動擊打時造成限位柱損傷的程度，從而提高后續(xù)形成的MEMS器件的性能。
[0055]在MEMS器件的形成方法中，在半導(dǎo)體基底上形成第一犧牲層后，在所述第一犧牲層上形成振動膜片；并在所述第一犧牲層以及振動膜片上形成第二犧牲層后，在所述第二犧牲層內(nèi)形成第一開口，所述第一開口位于所述振動膜片一端的上方，且所述第一開口的上端開口尺寸大于下端開口尺寸，使得后續(xù)在所述第二犧牲層上形成第二介質(zhì)層，以在所述第一開口內(nèi)形成限位柱時，使所述限位柱朝向所述振動膜片的一端端面尺寸小于另一端端面尺寸，從而提高限位柱朝向所述振動膜片一端端面的抗擊打能力。
[0056]此外，在去除至少部分第一犧牲層和第二犧牲層，從而在所述半導(dǎo)體基底和所述第二介質(zhì)層之間形成空腔，并形成振動膜片時，使所述振動膜片與所述限位柱對應(yīng)的一端為懸空結(jié)構(gòu)。在所述振動膜片振動過程中，基于限位柱朝向所述振動膜片一端端面的抗擊打能力提升，可有效降低基于振動膜片高頻率振動擊打而造成限位柱損傷程度，進(jìn)而提高后續(xù)形成的MEMS器件的性能。
[0057]可選方案中，可先在第一犧牲層和振動膜片上形成第三犧牲層，在所述第三犧牲層上形成光刻膠層，并經(jīng)曝光顯影工藝后，在所述光