Mems器件及其形成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体领域，具体涉及一种MEMS器件及其形成方法。
【背景技术】
[0002]微机电系统(Micro-Electro-Mechanical-Systems,简称MEMS)是利用微细加工技术在芯片上集成传感器、执行器、处理控制电路的微型系统。
[0003]MEMS的高度集成组件通常需要在半导体衬底中形成空腔，并在空腔上方形成一端固定在半导体衬底上另一端悬空的悬臂粱，所述悬臂梁还与其他元器件连接。如在MEMS电容器件中，所述空腔的上方还形成有与所述悬臂梁相对的电容片，MEMS使用过程中，所述电容片和悬臂梁组成电容器的两个电极板，并且悬臂梁可以上下振动从而使所述电容器的电容发生变化，以实现信号的传递。
[0004]现有的MEMS器件制备工艺包括:
[0005]参考图1所示，先在半导体衬底10上形成牺牲层13，刻蚀所述牺牲层13露出部分半导体衬底10后，在所述牺牲层13和半导体衬底10上形成悬臂梁材料层；并在刻蚀去除部分的悬臂梁材料层形成悬臂梁12，并同时露出部分牺牲材料层11后；参考图2，在去除所述牺牲材料层13后，在所述悬臂梁12 —端下方形成空腔14，所述悬臂梁12第一端悬空在所述空腔14上方，所述悬臂梁12另一端固定在半导体衬底10上，用以连接半导体衬底10内的其他元器件。
[0006]现有的MEMS器件制备工艺中，为了提高悬臂梁振动灵敏度，进而提高MEMS器件的灵敏度，现有悬臂梁都采用一体式的方式制成，如图1中，悬臂梁采用一层所述悬臂梁材料层刻蚀而成。此外，为了进一步提高MEMS器件的灵敏度，现有技术通常采用增加悬臂梁的长度、降低悬臂梁的厚度或是在悬臂梁上增加质量块等方式以提高悬臂梁的振动频率，进而实现提高悬臂梁振动灵敏度的目的。
[0007]然而，在实际使用过程中，随着悬臂梁的灵敏度增加，悬臂梁的断裂概率也随着增力口，从而降低了 MEMS器件性能，甚至导致MEMS器件失效。
[0008]为此，如何解决悬臂梁易断的问题是本领域技术人员亟需解决的问题。
【发明内容】
[0009]本发明解决的问题是提供一种MEMS器件及其形成方法，以降低悬臂梁断裂的几率。
[0010]为解决上述问题，本发明提供一种MEMS器件的形成方法，包括:
[0011]提供半导体基底；
[0012]在所述半导体基底中形成凹槽:
[0013]在所述凹槽内填充牺牲层；
[0014]刻蚀所述半导体基底表面，在所述半导体基底内由靠近所述牺牲层至远离所述牺牲层方向上形成至少两个开孔；
[0015]在所述开孔内、半导体基底表面以及牺牲层表面形成悬臂梁材料层，位于所述开孔内的悬臂梁材料层用于形成固定齿；
[0016]刻蚀位于半导体基底表面的所述悬臂梁材料层，在所述牺牲层和半导体基底上方形成悬臂梁，且所述悬臂梁的一端位于所述牺牲层表面；
[0017]去除所述牺牲层，使得所述悬臂梁原先位于所述牺牲层上的一端悬空。
[0018]可选地，去除所述牺牲层的步骤包括:采用湿法清洗去除所述牺牲层。
[0019]可选地，所述牺牲层材料为锗，所述悬臂梁材料层的材料为多晶硅；
[0020]所述湿法清洗采用的清洗剂为双氧水。
[0021]可选地，所述半导体基底包括衬底以及位于所述衬底上的器件层；
[0022]在所述半导体基底中形成凹槽的步骤包括:在所述器件层内形成能露出部分衬底的凹槽。
[0023]可选地，刻蚀所述半导体基底，在所述半导体基底内形成至少两个开孔的步骤包括:在所述半导体基底内，由靠近所述牺牲层至远离所述牺牲层方向上形成两个或三个所述开孔。
[0024]可选地，刻蚀所述半导体基底，在所述半导体基底内形成至少两个开孔的步骤包括:在所述半导体基底内，由由靠近所述牺牲层至远离所述牺牲层方向形成数量大于两个的多个所述开孔，且相邻两个开孔间的间距相同。
[0025]本发明还提供了一种MEMS器件，包括:
[0026]半导体基底，形成于所述半导体基底内的凹槽；
[0027]位于所述半导体基底上的悬臂梁，所述悬臂梁位于所述凹槽上方的一端为悬空端，所述悬臂梁固定在所述半导体基底的上一端为固定端；
[0028]在所述固定端上，沿靠近所述凹槽至远离所述凹槽的方向至少设有两根固定齿，所述固定齿嵌于所述半导体基底中，用于将所述悬臂梁固定在所述半导体基底中。
[0029]可选地，在所述悬臂梁的固定端上设有两根所述固定齿；或者，在所述悬臂梁的固定端上设有三根所述固定齿。
[0030]可选地，在所述悬臂梁的固定端上设有数量大于两根的固定齿，且相邻两根固定齿间的间距相同。
[0031]可选地，所述悬臂梁的材料为多晶硅或锗硅材料。
[0032]可选地，所述半导体基底包括衬底以及位于所述衬底表面的器件层；
[0033]所述凹槽位于所述器件层内，且所述凹槽露出部分所述衬底；
[0034]所述固定齿嵌于所述器件层内。
[0035]可选地，所述固定齿嵌于所述器件层内，且所述固定齿贯穿所述器件层。
[0036]与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点:
[0037]MEMS器件的悬臂梁的固定端上，由靠近所述凹槽至远离所述凹槽方向上至少设有两根固定齿，所述固定齿嵌于所述半导体基底表面以将所述悬臂梁固定在所述半导体基底表面。相比于现有的悬臂梁悬空端振动时产生的力集中于悬臂梁固定部的悬臂梁单一的支点上，而导致该单一的支点承受过大的力，本发明中，所述悬臂梁的悬空端振动后，所产生的力分散至各个所述固定齿上，各个固定齿与半导体基底形成多个受力点，且固定齿之间形成牵制关系以分担各固定齿之间受到的力，从而提高了悬臂梁的韧性以及稳定性，降低了悬臂梁因某一点受力过大而断裂的几率。
[0038]在MEMS器件的形成方法中，在所述半导体基底内形成牺牲层后，由靠近所述牺牲层至远离所述牺牲层方向上形成至少两个开孔，之后向所述开孔内、半导体基底表面以及牺牲层表面形成悬臂梁材料层，后续刻蚀所述悬臂梁材料层形成悬臂梁后，位于所述开孔内的悬臂梁材料层为悬臂梁固定端的固定齿，所述悬臂梁通过嵌于所述半导体基底内的多根固定齿固定在所述半导体基底上。采用本发明形成方法所形成的悬臂梁在悬空端振动后，所产生的力分散至各个所述固定齿上，各个固定齿与半导体衬基底形成多个受力点，且固定齿之间形成牵制关系以分担各固定齿之间受到的力，从而提高了悬臂梁的韧性以及稳定性，降低了悬臂梁因某一点受力过大而断裂的几率。
【附图说明】
[0039]图1和图2是现有技术MEMS器件的空腔的形成过程示意图；
[0040]图3至图10是本发明MEMS器件的形成方法一实施例的结构示意图；
[0041]图11为本发明MEMS器件另一实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
[0042]如【背景技术】所述，在MEMS器件中，为了提高悬臂梁振动灵敏度，现有悬臂梁多采用一体式结构，此外，还可通过增加悬臂梁的长度，降低悬臂梁的厚度、以及在悬臂梁上增加质量块等方式以提高悬臂梁振动的频率和幅度，进一步提高悬臂梁的灵敏度，进而提高MEMS器件的灵敏度。然而，现有的悬臂梁在使用过程中，易出现断裂等缺陷，从而降低了MEMS器件性能。
[0043]分析其原因:在悬臂梁悬空端进行上下往返简谐振动过程中，悬臂梁悬空端的振动产生的力会传递至悬臂梁固定在半导体衬底的根部，引起悬臂梁固定在半导体衬底根部端响应，参考图2，并在所述悬臂梁悬空和固定部的连接点A处(即悬臂梁的支点处)形成较大的作用力点，承受悬臂梁振动而产生的弯曲转矩。而且悬臂梁根部响应激烈的强度和悬空端振动频率和振幅有关,振动的频率越高,振幅越大,悬臂梁根部响应越激烈,悬臂梁的支点受到的弯曲转矩越大，进而使悬臂梁根部端
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体领域，具体涉及一种MEMS器件及其形成方法。
【背景技术】
[0002]微机电系统(Micro-Electro-Mechanical-Systems,简称MEMS)是利用微细加工技术在芯片上集成传感器、执行器、处理控制电路的微型系统。
[0003]MEMS的高度集成组件通常需要在半导体衬底中形成空腔，并在空腔上方形成一端固定在半导体衬底上另一端悬空的悬臂粱，所述悬臂梁还与其他元器件连接。如在MEMS电容器件中，所述空腔的上方还形成有与所述悬臂梁相对的电容片，MEMS使用过程中，所述电容片和悬臂梁组成电容器的两个电极板，并且悬臂梁可以上下振动从而使所述电容器的电容发生变化，以实现信号的传递。
[0004]现有的MEMS器件制备工艺包括:
[0005]参考图1所示，先在半导体衬底10上形成牺牲层13，刻蚀所述牺牲层13露出部分半导体衬底10后，在所述牺牲层13和半导体衬底10上形成悬臂梁材料层；并在刻蚀去除部分的悬臂梁材料层形成悬臂梁12，并同时露出部分牺牲材料层11后；参考图2，在去除所述牺牲材料层13后，在所述悬臂梁12 —端下方形成空腔14，所述悬臂梁12第一端悬空在所述空腔14上方，所述悬臂梁12另一端固定在半导体衬底10上，用以连接半导体衬底10内的其他元器件。
[0006]现有的MEMS器件制备工艺中，为了提高悬臂梁振动灵敏度，进而提高MEMS器件的灵敏度，现有悬臂梁都采用一体式的方式制成，如图1中，悬臂梁采用一层所述悬臂梁材料层刻蚀而成。此外，为了进一步提高MEMS器件的灵敏度，现有技术通常采用增加悬臂梁的长度、降低悬臂梁的厚度或是在悬臂梁上增加质量块等方式以提高悬臂梁的振动频率，进而实现提高悬臂梁振动灵敏度的目的。
[0007]然而，在实际使用过程中，随着悬臂梁的灵敏度增加，悬臂梁的断裂概率也随着增力口，从而降低了 MEMS器件性能，甚至导致MEMS器件失效。
[0008]为此，如何解决悬臂梁易断的问题是本领域技术人员亟需解决的问题。
【发明内容】
[0009]本发明解决的问题是提供一种MEMS器件及其形成方法，以降低悬臂梁断裂的几率。
[0010]为解决上述问题，本发明提供一种MEMS器件的形成方法，包括:
[0011]提供半导体基底；
[0012]在所述半导体基底中形成凹槽:
[0013]在所述凹槽内填充牺牲层；
[0014]刻蚀所述半导体基底表面，在所述半导体基底内由靠近所述牺牲层至远离所述牺牲层方向上形成至少两个开孔；
[0015]在所述开孔内、半导体基底表面以及牺牲层表面形成悬臂梁材料层，位于所述开孔内的悬臂梁材料层用于形成固定齿；
[0016]刻蚀位于半导体基底表面的所述悬臂梁材料层，在所述牺牲层和半导体基底上方形成悬臂梁，且所述悬臂梁的一端位于所述牺牲层表面；
[0017]去除所述牺牲层，使得所述悬臂梁原先位于所述牺牲层上的一端悬空。
[0018]可选地，去除所述牺牲层的步骤包括:采用湿法清洗去除所述牺牲层。
[0019]可选地，所述牺牲层材料为锗，所述悬臂梁材料层的材料为多晶硅；
[0020]所述湿法清洗采用的清洗剂为双氧水。
[0021]可选地，所述半导体基底包括衬底以及位于所述衬底上的器件层；
[0022]在所述半导体基底中形成凹槽的步骤包括:在所述器件层内形成能露出部分衬底的凹槽。
[0023]可选地，刻蚀所述半导体基底，在所述半导体基底内形成至少两个开孔的步骤包括:在所述半导体基底内，由靠近所述牺牲层至远离所述牺牲层方向上形成两个或三个所述开孔。
[0024]可选地，刻蚀所述半导体基底，在所述半导体基底内形成至少两个开孔的步骤包括:在所述半导体基底内，由由靠近所述牺牲层至远离所述牺牲层方向形成数量大于两个的多个所述开孔，且相邻两个开孔间的间距相同。
[0025]本发明还提供了一种MEMS器件，包括:
[0026]半导体基底，形成于所述半导体基底内的凹槽；
[0027]位于所述半导体基底上的悬臂梁，所述悬臂梁位于所述凹槽上方的一端为悬空端，所述悬臂梁固定在所述半导体基底的上一端为固定端；
[0028]在所述固定端上，沿靠近所述凹槽至远离所述凹槽的方向至少设有两根固定齿，所述固定齿嵌于所述半导体基底中，用于将所述悬臂梁固定在所述半导体基底中。
[0029]可选地，在所述悬臂梁的固定端上设有两根所述固定齿；或者，在所述悬臂梁的固定端上设有三根所述固定齿。
[0030]可选地，在所述悬臂梁的固定端上设有数量大于两根的固定齿，且相邻两根固定齿间的间距相同。
[0031]可选地，所述悬臂梁的材料为多晶硅或锗硅材料。
[0032]可选地，所述半导体基底包括衬底以及位于所述衬底表面的器件层；
[0033]所述凹槽位于所述器件层内，且所述凹槽露出部分所述衬底；
[0034]所述固定齿嵌于所述器件层内。
[0035]可选地，所述固定齿嵌于所述器件层内，且所述固定齿贯穿所述器件层。
[0036]与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点:
[0037]MEMS器件的悬臂梁的固定端上，由靠近所述凹槽至远离所述凹槽方向上至少设有两根固定齿，所述固定齿嵌于所述半导体基底表面以将所述悬臂梁固定在所述半导体基底表面。相比于现有的悬臂梁悬空端振动时产生的力集中于悬臂梁固定部的悬臂梁单一的支点上，而导致该单一的支点承受过大的力，本发明中，所述悬臂梁的悬空端振动后，所产生的力分散至各个所述固定齿上，各个固定齿与半导体基底形成多个受力点，且固定齿之间形成牵制关系以分担各固定齿之间受到的力，从而提高了悬臂梁的韧性以及稳定性，降低了悬臂梁因某一点受力过大而断裂的几率。
[0038]在MEMS器件的形成方法中，在所述半导体基底内形成牺牲层后，由靠近所述牺牲层至远离所述牺牲层方向上形成至少两个开孔，之后向所述开孔内、半导体基底表面以及牺牲层表面形成悬臂梁材料层，后续刻蚀所述悬臂梁材料层形成悬臂梁后，位于所述开孔内的悬臂梁材料层为悬臂梁固定端的固定齿，所述悬臂梁通过嵌于所述半导体基底内的多根固定齿固定在所述半导体基底上。采用本发明形成方法所形成的悬臂梁在悬空端振动后，所产生的力分散至各个所述固定齿上，各个固定齿与半导体衬基底形成多个受力点，且固定齿之间形成牵制关系以分担各固定齿之间受到的力，从而提高了悬臂梁的韧性以及稳定性，降低了悬臂梁因某一点受力过大而断裂的几率。
【附图说明】
[0039]图1和图2是现有技术MEMS器件的空腔的形成过程示意图；
[0040]图3至图10是本发明MEMS器件的形成方法一实施例的结构示意图；
[0041]图11为本发明MEMS器件另一实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
[0042]如【背景技术】所述，在MEMS器件中，为了提高悬臂梁振动灵敏度，现有悬臂梁多采用一体式结构，此外，还可通过增加悬臂梁的长度，降低悬臂梁的厚度、以及在悬臂梁上增加质量块等方式以提高悬臂梁振动的频率和幅度，进一步提高悬臂梁的灵敏度，进而提高MEMS器件的灵敏度。然而，现有的悬臂梁在使用过程中，易出现断裂等缺陷，从而降低了MEMS器件性能。
[0043]分析其原因:在悬臂梁悬空端进行上下往返简谐振动过程中，悬臂梁悬空端的振动产生的力会传递至悬臂梁固定在半导体衬底的根部，引起悬臂梁固定在半导体衬底根部端响应，参考图2，并在所述悬臂梁悬空和固定部的连接点A处(即悬臂梁的支点处)形成较大的作用力点，承受悬臂梁振动而产生的弯曲转矩。而且悬臂梁根部响应激烈的强度和悬空端振动频率和振幅有关,振动的频率越高,振幅越大,悬臂梁根部响应越激烈,悬臂梁的支点受到的弯曲转矩越大，进而使悬臂梁根部端
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