[發明專利]懸臂梁的制作方法、懸臂梁及MEMS器件

有效

• 申請號: 201410375165.7
• 申請日: 2014-07-31
• 公開（公告）號: CN105329845B
• 公開（公告）日: 2017-10-27
• 發明（設計）人: 阮炯明;張冬平
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00;B81B3/00
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司11240
• 代理人: 吳貴明,張永明

技術領域

本申請涉及半導體集成電路的技術領域，具體而言，涉及一種懸臂梁的制作方法、懸臂梁及MEMS器件。

背景技術

MEMS(微機電系統)是采用半導體制造技術在芯片上集成微電路和微機械形成的，其具有尺寸小(通常為毫米或微米級)、功耗低、耐用性好以及性能穩定等優點，使其在傳感器等領域得到廣泛應用。在MEMS中，懸臂梁結構是應用相當廣泛的一種結構，其依靠懸臂梁上下振動，導致空間電容的變化，從而實現引起信號變化的目的。

現有懸臂梁通常采用一體式的工藝制作而成。該工藝通常包括以下步驟：首先，通過沉積工藝(例如低壓氣相沉積或等離子體氣相沉積等)在半導體基體上形成犧牲材料，然后在犧牲材料上采用沉積工藝(例如低壓氣相沉積或等離子體氣相沉積等)形成懸臂梁材料，最后采用腐蝕或刻蝕等方法去除懸臂梁材料下方的犧牲材料。

然而，采用該工藝形成的懸臂梁存在一個固有的問題，即懸臂梁在受到振動載荷的沖擊作用下容易產生共振，導致懸臂梁的位移變化較大，使得懸臂梁存在根部斷裂的風險。特別是在簡諧振動載荷作用下，懸臂梁末端響應與載荷沖擊的振動強度和頻率有關，振動強度越大，懸臂梁的位移越大，使得懸臂梁的根部彎曲轉矩增大，進而使得懸臂梁的根部斷裂的風險增大。此外，由于懸臂梁通常采用單晶硅、多晶硅或鍺硅等脆性材料制成，在沖擊或振動載荷作用下，當懸臂梁中應力超過材料的強度極限時，也可能會發生斷裂失效。

因此，如何降低懸臂梁的根部發生斷裂的風險，從而延長懸臂梁的使用壽命，成為本領域中亟待解決的技術難題。

發明內容

本申請旨在提供一種懸臂梁的制作方法、懸臂梁及MEMS器件，以降低懸臂梁的根部發生斷裂的風險，進而延長懸臂梁的使用壽命。

為了實現上述目的，本申請提供了一種懸臂梁的制作方法，該制作方法包括：在半導體基體上形成厚度相同且相連設置的第一懸臂梁材料和犧牲材料；在第一懸臂梁材料和犧牲材料上形成第二懸臂梁材料；刻蝕第一懸臂梁材料對應區域的第二懸臂梁材料和第一懸臂梁材料，以在第二懸臂梁材料和第一懸臂梁材料中形成通孔；在通孔中填充金屬材料；去除犧牲材料。

進一步地，形成第一懸臂梁材料和犧牲材料的步驟包括：在半導體基體上形成第一預備懸臂梁材料；刻蝕第一預備懸臂梁材料以形成第一懸臂梁材料；形成覆蓋第一懸臂梁材料和半導體基體的預備犧牲材料，且覆蓋半導體基體的厚度不小于第一懸臂梁材料的厚度；對預備犧牲材料進行平坦化處理，以形成厚度與第一懸臂梁材料的厚度相同的犧牲材料。

在半導體基體上形成預備犧牲材料；刻蝕預備犧牲材料以形成犧牲材料；形成覆蓋犧牲材料和半導體基體的第一預備懸臂梁材料；去除位于犧牲材料上的第一預備懸臂梁材料，并將剩余第一預備懸臂梁材料作為第一懸臂梁材料。

進一步地，形成第二懸臂梁材料的步驟包括：形成覆蓋第一懸臂梁材料和犧牲材料的第二預備懸臂梁材料；刻蝕第二預備懸臂梁材料，以形成寬度小于第一懸臂梁材料的寬度的第二懸臂梁材料。

進一步地，刻蝕第二懸臂梁材料和第一懸臂梁材料的工藝為博世工藝。

進一步地，通孔貫穿第二懸臂梁材料和第一懸臂梁材料。

進一步地，在形成通孔的步驟中，通孔等距離設置。

進一步地，在通孔中填充金屬材料的步驟包括：形成覆蓋通孔和第二懸臂梁的預備金屬材料；去除位于懸臂梁上的預備金屬材料，并將剩余預備金屬材料作為金屬材料。

進一步地，第一懸臂梁材料和第二懸臂梁材料為單晶硅、多晶硅或鍺化硅；犧牲材料為鍺；金屬材料為銅。

本申請還提供了一種懸臂梁，該懸臂梁包括：第一懸臂梁材料，設置于半導體基體上；第二懸臂梁材料，設置于第一懸臂梁材料的上表面上，且第二懸臂梁材料延伸至第一懸臂梁材料以外；金屬材料，設置于第二懸臂梁材料和第一懸臂梁材料中。

進一步地，金屬材料貫穿第二懸臂梁材料和第一懸臂梁材料設置。

進一步地，金屬材料沿第二懸臂梁材料的延伸方向等距離設置。

進一步地，第一懸臂梁材料和第二懸臂梁材料為單晶硅、多晶硅或鍺化硅；金屬材料為銅。

本申請還提供了一種MEMS器件，包括懸臂梁，其中，該懸臂梁為本申請提供的懸臂梁。