MEMS器件的形成方法与流程

本发明涉及半导体制造领域，具体涉及一种MEMS器件的形成方法。

背景技术：
MEMS(MicroelectromechanicalSystem，微机电系统)技术是指对微米/纳米(micro/nanotechnology)材料进行设计、加工、制造、测量和控制的技术。MEMS是由机械构件、光学系统、驱动部件、电控系统集成为一个整体单元的微型系统。MEMS通常应用在位置传感器、旋转装置或者惯性传感器中，例如加速度传感器、陀螺仪和声音传感器。利用MEMS技术制作的MEMS器件中通常具有空腔和位于空腔内的能够与所述空腔进行相对运动的MEMS活动电极。制作空腔是MEMS器件的制作过程中最为关键的步骤之一。因此，如何进一步提高空腔的形成质量，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：
本发明解决的问题是提供一种MEMS器件的形成方法，以提高在MEMS器件中空腔的形成质量。为解决上述问题，本发明提供一种MEMS器件的形成方法，包括：提供衬底；在衬底上形成含碳的牺牲层；在所述牺牲层上以及牺牲层的侧壁覆盖材料层；刻蚀部分所述材料层，以在所述材料层中形成露出部分牺牲层的孔洞；通过所述孔洞进行刻蚀以去除所述牺牲层，形成由所述材料层与所述衬底构成的空腔。可选的，形成牺牲层的步骤包括：在所述衬底上形成含碳的第一牺牲层；在所述第一牺牲层上形成有机物材料的第二牺牲层。可选的，所述第一牺牲层的材料为无定形碳或者含氟碳。可选的，形成第一牺牲层的步骤包括：采用化学气相沉积的方式形成所述第一牺牲层，并采用四氟化碳和氧气作为化学气相沉积的反应气体。可选的，所述第二牺牲层的材料为聚酰亚胺。可选的，第一牺牲层的厚度范围在300～2000纳米的范围内；第二牺牲层的厚度范围在1×104～5×104纳米的范围内。可选的，第二牺牲层的厚度大于第一牺牲层的厚度。可选的，在形成材料层的步骤之前，所述形成方法还包括：在所述牺牲层的表面形成吸气剂层；形成材料层的步骤包括：在所述吸气剂层上，以及吸气剂层和牺牲层的侧壁形成所述材料层。可选的，所述吸气剂层的材料为钛、锆、铌或者钽。可选的，所述材料层为锗硅。可选的，采用化学气相沉积的方式形成所述材料层。可选的，在形成材料层的步骤之前，所述形成方法还包括：将所述牺牲层刻蚀分成若干独立的牺牲层区块；形成材料层的步骤包括：在每个牺牲层区块的表面以及侧壁形成所述材料层；刻蚀部分所述材料层的步骤包括：在对应于每一个牺牲层区块位置的牺牲层中分别形成所述孔洞；刻蚀去除牺牲层的步骤包括：去除所述牺牲层形成若干由材料层与衬底构成的空腔。可选的，通过孔洞进行刻蚀以去除牺牲层的步骤包括：采用干法刻蚀的方式去除所述牺牲层。可选的，采用氧气作为所述干法刻蚀的刻蚀气体，以去除所述牺牲层。可选的，在刻蚀去除牺牲层的步骤之后，所述形成方法还包括：在所述材料层上形成密封所述空腔的密封层。可选的，所述密封层的材料为铝。与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：通过在衬底上形成牺牲层，并在所述牺牲层的表面以及侧壁均形成材料层，从而使所述材料层包覆所述牺牲层；然后在所述材料层中形成露出牺牲层的孔洞，并通过所述孔洞去除包覆于材料层内部的牺牲层，进而形成由所述材料层与所述衬底构成的空腔。采用这种方式可以直接形成完整的空腔，相对于现有技术中通过分别形成两个半空腔，通过将两个半空腔键合以构成一个完整的空腔的方式，本发明所形成的空腔整体性更好，空腔内部形貌也更好，不会出现上述现有技术中两个半空腔结构之间在键合时的相对位置发生偏移而导致形成的空腔内部的形状不合要求的情况；另一方面，所述含碳的牺牲层可以在刻蚀过程中释放至空腔中，这些释放出的碳有利于在去除牺牲层的过程中，加速牺牲层在刻蚀过程中的分解速率，进而降低去除牺牲层之后空腔的内壁留有残留物的几率，这样形成的空腔内壁更为干净，这有利于后续在空腔中形成MEMS器件的活动电极等部件，进而有利于增加形成的MEMS器件的整体性能。进一步，采用干法刻蚀的方式去除所述牺牲层可以提高空腔的形成质量，因为干法刻蚀的刻蚀剂为气体，在刻蚀过后在空腔内基本不会残留刻蚀剂。并且，气体的刻蚀剂有利于使含碳的牺牲层中的碳更加充分的释放至整个空腔中，这样进一步有利于牺牲层的分解。附图说明图1是现有技术中制作MEMS器件的空腔的结构示意图；图2至图10是本发明MEMS器件的形成方法一实施例中各个步骤的结构示意图；图11至图15是本发明MEMS器件的形成方法另一实施例中部分步骤的结构示意图。具体实施方式在现有的形成MEMS器件的空腔的方式容易在空腔内残留一些残留物，这会导致形成的空腔质量不够理想，这些位于在空腔内壁的残留物难以去除，因而会影响后续在空腔内部形成的活动电极等部件的性能，进而影响整个MEMS器件的性能。具体来说，参考图1所示，现有技术先制作一个半空腔3，所述半空腔3用于在构成MEMS器件腔体的一部分，在现有技术的后续步骤中，还会制作另一个同样的半空腔(参考图1中的半空腔5)，然后将半空腔5反转，将半空腔5的位置与半空腔3对齐，并使半空腔5按照图中的箭头移动，进而与半空腔3键合，这样两个半空腔便共同构成一个完整的空腔。现有技术一般通过以下方式形成所述半空腔3(或者半空腔5)：先在衬底(图中未示出)上形成一层材料层，然后刻蚀所述材料层，以将所述材料层刻蚀成将要形成的半空腔内壁的形状，也就是先通过刻蚀后的材料层定义将要形成的内壁的形状，然后在刻蚀后剩余的材料层周围形成半空腔3，然后去除剩余的材料层，这样去除材料层后的空出部分便形成半空腔。但是，现有技术往往难以将位于半空腔3内壁的材料层完全刻蚀干净，其原因在于，在刻蚀过程中，材料层与刻蚀剂反应生成一些难以被去除的有机残留物2，这些有机残留物2容易附着在形成的半空腔3的内壁上并很难被去除。这些残留物会影响后续在空腔中形成MEMS器件的其他部件(例如，一些活动电极等)，并且还会影响整个MEMS器件的性能。此外，现有技术的这种通过两个半空腔构成一个空腔的方式对工艺精度要求很高，很容易因两个半空腔因键合的位置发生偏移而导致形成的腔体形状不符合要求。因此，本发明提供一种MEMS器件的形成方法，包括以下步骤：提供衬底；在衬底上形成含碳的牺牲层；在所述牺牲层上以及牺牲层的侧壁覆盖材料层；刻蚀部分所述材料层，以在所述材料层中形成露出部分牺牲层的孔洞；通过所述孔洞进行刻蚀以去除所述牺牲层，形成由所述材料层与所述衬底构成的空腔。通过本发明的上述步骤，一方面，可以直接形成完整的空腔，相对于现有技术中来说，形成的空腔整体性更好，空腔内部形貌也更好，不会出现上述现有技术中半空腔之间相互键合以形成一个完整空腔时可能发生的错位的情况；另一方面，所述牺牲层中包含有含碳，牺牲层中的碳在刻蚀过程中释放至空腔中，有利于加速牺牲层的分解，进而可以降低去除牺牲层之后，在空腔的侧壁留有残留物的几率，这样形成的空腔内壁更干净，这有利于后续在空腔中形成MEMS器件的活动电极等部件，进而有利于增加形成的MEMS器件的整体性能。为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。图2至图10是本发明MEMS器件的形成方法一实施例中各个步骤的结构示意图。首先参考图2，提供衬底100。形成衬底100为现有技术，本发明对此不作限定，也不加赘述。然后，在所述衬底100上形成含碳的牺牲层。所述牺牲层用于定义将要形成的MEMS器件的空腔形状。在本实施例中，形成所述含碳的牺牲层的步骤包括：在衬底上形成含碳的第一牺牲层110；在所述第一牺牲层110上形成有机物材料的第二牺牲层；形成含碳的第一牺牲层110可以在刻蚀过程中将碳释放至空腔中，这样有利于使促进第一牺牲层110自身以及第二牺牲层在刻蚀过程中的分解，进而可以降低去除牺牲层之后在空腔内壁残留有残留物的几率，其原因在于，有机残留物中的氧很容易与碳发生反应进而生成含碳的气体(例如二氧化碳或者一氧化碳)，有机残留物容易分解，这样形成的空腔内壁更干净，利于后续在空腔中形成MEMS器件的活动电极等部件，进而可以增加形成的MEMS器件的整体性能。同时，先形成第一牺牲层110再形成第二牺牲层可以在后续去除牺牲层的过程中先去除第二牺牲层，在第二牺牲层基本被去除完时，再逐渐开始去除第一牺牲层110，第一牺牲层110中的碳逐渐释放，这样可以进一步减少在后续形成的空腔中留有残留物的几率。由于第一牺牲层110也具有厚度，这样第二牺牲层可以相对于现有技术做得更薄，这样第二牺牲层产生残留物的量和几率也能够在一定程度上得到降低。此外，本发明对是否必须形成含碳的第一牺牲层以及有机物材料的第二牺牲层不作限定，本发明旨在形成含有碳的牺牲层，因此不限定是否必须形成第一、第二牺牲层。在本发明的其它实施例中，也可以仅形成一层含碳的牺牲层，并以该含碳的牺牲层来...