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-Systems,簡(jiǎn)稱MEMS)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]MEMS的高度集成組件通常需要在半導(dǎo)體襯底中形成空腔，并在空腔上方形成一端固定在半導(dǎo)體襯底上另一端懸空的懸臂粱，所述懸臂梁還與其他元器件連接。如在MEMS電容器件中，所述空腔的上方還形成有與所述懸臂梁相對(duì)的電容片，MEMS使用過(guò)程中，所述電容片和懸臂梁組成電容器的兩個(gè)電極板，并且懸臂梁可以上下振動(dòng)從而使所述電容器的電容發(fā)生變化，以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞。
[0004]現(xiàn)有的MEMS器件制備工藝包括:
[0005]參考圖1所示，先在半導(dǎo)體襯底10上形成犧牲層13，刻蝕所述犧牲層13露出部分半導(dǎo)體襯底10后，在所述犧牲層13和半導(dǎo)體襯底10上形成懸臂梁材料層；并在刻蝕去除部分的懸臂梁材料層形成懸臂梁12，并同時(shí)露出部分犧牲材料層11后；參考圖2，在去除所述犧牲材料層13后，在所述懸臂梁12 —端下方形成空腔14，所述懸臂梁12第一端懸空在所述空腔14上方，所述懸臂梁12另一端固定在半導(dǎo)體襯底10上，用以連接半導(dǎo)體襯底10內(nèi)的其他元器件。
[0006]現(xiàn)有的MEMS器件制備工藝中，為了提高懸臂梁振動(dòng)靈敏度，進(jìn)而提高M(jìn)EMS器件的靈敏度，現(xiàn)有懸臂梁都采用一體式的方式制成，如圖1中，懸臂梁采用一層所述懸臂梁材料層刻蝕而成。此外，為了進(jìn)一步提高M(jìn)EMS器件的靈敏度，現(xiàn)有技術(shù)通常采用增加懸臂梁的長(zhǎng)度、降低懸臂梁的厚度或是在懸臂梁上增加質(zhì)量塊等方式以提高懸臂梁的振動(dòng)頻率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)提高懸臂梁振動(dòng)靈敏度的目的。
[0007]然而，在實(shí)際使用過(guò)程中，隨著懸臂梁的靈敏度增加，懸臂梁的斷裂概率也隨著增力口，從而降低了 MEMS器件性能，甚至導(dǎo)致MEMS器件失效。
[0008]為此，如何解決懸臂梁易斷的問(wèn)題是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明解決的問(wèn)題是提供一種MEMS器件及其形成方法，以降低懸臂梁斷裂的幾率。
[0010]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種MEMS器件的形成方法，包括:
[0011]提供半導(dǎo)體基底；
[0012]在所述半導(dǎo)體基底中形成凹槽:
[0013]在所述凹槽內(nèi)填充犧牲層；
[0014]刻蝕所述半導(dǎo)體基底表面，在所述半導(dǎo)體基底內(nèi)由靠近所述犧牲層至遠(yuǎn)離所述犧牲層方向上形成至少兩個(gè)開孔；
[0015]在所述開孔內(nèi)、半導(dǎo)體基底表面以及犧牲層表面形成懸臂梁材料層，位于所述開孔內(nèi)的懸臂梁材料層用于形成固定齒；
[0016]刻蝕位于半導(dǎo)體基底表面的所述懸臂梁材料層，在所述犧牲層和半導(dǎo)體基底上方形成懸臂梁，且所述懸臂梁的一端位于所述犧牲層表面；
[0017]去除所述犧牲層，使得所述懸臂梁原先位于所述犧牲層上的一端懸空。
[0018]可選地，去除所述犧牲層的步驟包括:采用濕法清洗去除所述犧牲層。
[0019]可選地，所述犧牲層材料為鍺，所述懸臂梁材料層的材料為多晶硅；
[0020]所述濕法清洗采用的清洗劑為雙氧水。
[0021]可選地，所述半導(dǎo)體基底包括襯底以及位于所述襯底上的器件層；
[0022]在所述半導(dǎo)體基底中形成凹槽的步驟包括:在所述器件層內(nèi)形成能露出部分襯底的凹槽。
[0023]可選地，刻蝕所述半導(dǎo)體基底，在所述半導(dǎo)體基底內(nèi)形成至少兩個(gè)開孔的步驟包括:在所述半導(dǎo)體基底內(nèi)，由靠近所述犧牲層至遠(yuǎn)離所述犧牲層方向上形成兩個(gè)或三個(gè)所述開孔。
[0024]可選地，刻蝕所述半導(dǎo)體基底，在所述半導(dǎo)體基底內(nèi)形成至少兩個(gè)開孔的步驟包括:在所述半導(dǎo)體基底內(nèi)，由由靠近所述犧牲層至遠(yuǎn)離所述犧牲層方向形成數(shù)量大于兩個(gè)的多個(gè)所述開孔，且相鄰兩個(gè)開孔間的間距相同。
[0025]本發(fā)明還提供了一種MEMS器件，包括:
[0026]半導(dǎo)體基底，形成于所述半導(dǎo)體基底內(nèi)的凹槽；
[0027]位于所述半導(dǎo)體基底上的懸臂梁，所述懸臂梁位于所述凹槽上方的一端為懸空端，所述懸臂梁固定在所述半導(dǎo)體基底的上一端為固定端；
[0028]在所述固定端上，沿靠近所述凹槽至遠(yuǎn)離所述凹槽的方向至少設(shè)有兩根固定齒，所述固定齒嵌于所述半導(dǎo)體基底中，用于將所述懸臂梁固定在所述半導(dǎo)體基底中。
[0029]可選地，在所述懸臂梁的固定端上設(shè)有兩根所述固定齒；或者，在所述懸臂梁的固定端上設(shè)有三根所述固定齒。
[0030]可選地，在所述懸臂梁的固定端上設(shè)有數(shù)量大于兩根的固定齒，且相鄰兩根固定齒間的間距相同。
[0031]可選地，所述懸臂梁的材料為多晶硅或鍺硅材料。
[0032]可選地，所述半導(dǎo)體基底包括襯底以及位于所述襯底表面的器件層；
[0033]所述凹槽位于所述器件層內(nèi)，且所述凹槽露出部分所述襯底；
[0034]所述固定齒嵌于所述器件層內(nèi)。
[0035]可選地，所述固定齒嵌于所述器件層內(nèi)，且所述固定齒貫穿所述器件層。
[0036]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):
[0037]MEMS器件的懸臂梁的固定端上，由靠近所述凹槽至遠(yuǎn)離所述凹槽方向上至少設(shè)有兩根固定齒，所述固定齒嵌于所述半導(dǎo)體基底表面以將所述懸臂梁固定在所述半導(dǎo)體基底表面。相比于現(xiàn)有的懸臂梁懸空端振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的力集中于懸臂梁固定部的懸臂梁?jiǎn)我坏闹c(diǎn)上，而導(dǎo)致該單一的支點(diǎn)承受過(guò)大的力，本發(fā)明中，所述懸臂梁的懸空端振動(dòng)后，所產(chǎn)生的力分散至各個(gè)所述固定齒上，各個(gè)固定齒與半導(dǎo)體基底形成多個(gè)受力點(diǎn)，且固定齒之間形成牽制關(guān)系以分擔(dān)各固定齒之間受到的力，從而提高了懸臂梁的韌性以及穩(wěn)定性，降低了懸臂梁因某一點(diǎn)受力過(guò)大而斷裂的幾率。
[0038]在MEMS器件的形成方法中，在所述半導(dǎo)體基底內(nèi)形成犧牲層后，由靠近所述犧牲層至遠(yuǎn)離所述犧牲層方向上形成至少兩個(gè)開孔，之后向所述開孔內(nèi)、半導(dǎo)體基底表面以及犧牲層表面形成懸臂梁材料層，后續(xù)刻蝕所述懸臂梁材料層形成懸臂梁后，位于所述開孔內(nèi)的懸臂梁材料層為懸臂梁固定端的固定齒，所述懸臂梁通過(guò)嵌于所述半導(dǎo)體基底內(nèi)的多根固定齒固定在所述半導(dǎo)體基底上。采用本發(fā)明形成方法所形成的懸臂梁在懸空端振動(dòng)后，所產(chǎn)生的力分散至各個(gè)所述固定齒上，各個(gè)固定齒與半導(dǎo)體襯基底形成多個(gè)受力點(diǎn)，且固定齒之間形成牽制關(guān)系以分擔(dān)各固定齒之間受到的力，從而提高了懸臂梁的韌性以及穩(wěn)定性，降低了懸臂梁因某一點(diǎn)受力過(guò)大而斷裂的幾率。
【附圖說(shuō)明】
[0039]圖1和圖2是現(xiàn)有技術(shù)MEMS器件的空腔的形成過(guò)程示意圖；
[0040]圖3至圖10是本發(fā)明MEMS器件的形成方法一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041]圖11為本發(fā)明MEMS器件另一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042]如【背景技術(shù)】所述，在MEMS器件中，為了提高懸臂梁振動(dòng)靈敏度，現(xiàn)有懸臂梁多采用一體式結(jié)構(gòu)，此外，還可通過(guò)增加懸臂梁的長(zhǎng)度，降低懸臂梁的厚度、以及在懸臂梁上增加質(zhì)量塊等方式以提高懸臂梁振動(dòng)的頻率和幅度，進(jìn)一步提高懸臂梁的靈敏度，進(jìn)而提高M(jìn)EMS器件的靈敏度。然而，現(xiàn)有的懸臂梁在使用過(guò)程中，易出現(xiàn)斷裂等缺陷，從而降低了MEMS器件性能。
[0043]分析其原因:在懸臂梁懸空端進(jìn)行上下往返簡(jiǎn)諧振動(dòng)過(guò)程中，懸臂梁懸空端的振動(dòng)產(chǎn)生的力會(huì)傳遞至懸臂梁固定在半導(dǎo)體襯底的根部，引起懸臂梁固定在半導(dǎo)體襯底根部端響應(yīng)，參考圖2，并在所述懸臂梁懸空和固定部的連接點(diǎn)A處(即懸臂梁的支點(diǎn)處)形成較大的作用力點(diǎn)，承受懸臂梁振動(dòng)而產(chǎn)生的彎曲轉(zhuǎn)矩。而且懸臂梁根部響應(yīng)激烈的強(qiáng)度和懸空端振動(dòng)頻率和振幅有關(guān),振動(dòng)的頻率越高,振幅越大,懸臂梁根部響應(yīng)越激烈,懸臂梁的支點(diǎn)受到的彎曲轉(zhuǎn)矩越大，進(jìn)而使懸臂梁根部端