CN105621346A - Mems器件及其形成方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种MEMS器件及其形成方法。其中MEMS器件包括：位于半导体基底上的第一介质层，覆盖在第一介质层上的第二介质层，第一介质层内开设开口，所述第一介质层和第二介质层在所述开口处围成一空腔；在空腔内设有振动膜片，振动膜片的一端悬空设置；在空腔内，位于振动膜片悬空端的上方设有限位柱，限位柱的一端固定在第二介质层上，另一端朝向振动膜片，且限位柱固定于第二介质层上的端面尺寸大于朝向振动膜片一端的端面尺寸。上述结构的限位柱，在振动膜片振动过程中，可提高限位柱的受力能力，降低基于振动膜片高频率振动击打而造成限位柱损伤程度，从而提高后续形成的MEMS器件的性能。

Description

MEMS器件及其形成方法

技术领域

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

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。

在MEMS器件中，包括设置在一空腔内的一端悬空设置的振动膜片，使用过程中，通过振动膜片振动设置在空腔侧壁的半导体元器件传递信号。参考图1，为一个MEMS电容器件结构，具体结构包括：

设置在空腔102内的振动膜片103，所述振动膜片103的一端固定在空腔102内壁，另一端悬空设置；在所述空腔102的上端面设置金属膜片105。使用时，所述振动膜片103和金属膜片105分别作为电容片，并通过振动膜片105振动改变金属膜片105和振动膜片103之间的电容，以产生电容信号。

继续参考图1，为了避免振动膜片103高频率且大幅度振动时，振动膜片103的悬空端振动幅度过大，而致使振动膜片103出现断裂缺陷；还为了避免在振动膜片103振动过程中，振动膜片103的悬空端与空腔102上端面接触而粘附在空腔上端面上，从而使振动膜片103停止振动并导致电容信号中断的问题。在所述空腔102上端面会设置限位柱(stopper)104，以限定振动膜片103振动，并避免振动膜片103粘附在所述空腔102上端。

然而，即使如此，在实际使用过程中，MEMS器件使用仍然无法满足半导体器件发展要求，为此，如何进一步改善MEMS器件的性能是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种MEMS器件及其形成方法，以提高MEMS器件的性能。

为解决上述问题，本发明提供一种MEMS器件的形成方法，包括：

提供半导体基底；

在所述半导体基底上形成第一牺牲层；

在所述第一牺牲层上形成振动膜片；

在所述第一牺牲层以及振动膜片上形成第二牺牲层，并在所述第二牺牲层内形成第一开口，所述第一开口位于所述振动膜片一端的上方，且所述第一开口的上端开口尺寸大于下端开口尺寸；

在所述第一开口中以及所述第二牺牲层上形成介质层，填充于所述第一开口中的介质层用于形成限位柱；

去除所述介质层和振动膜片之间的第二牺牲层，以及部分第一牺牲层，在所述半导体基底和所述介质层之间形成空腔，且使所述振动膜片与所述限位柱对应的一端为悬空结构。

可选地，在所述振动膜片上形成第二牺牲层，在所述第二牺牲层内形成第一开口的步骤包括：

在所述第二牺牲层上形成掩模层，并在所述掩模层内形成贯穿所述掩模层的第二开口，所述第二开口上端开口尺寸大于下端开口尺寸；

沿着所述第二开口刻蚀所述第二牺牲层，在所述第二牺牲层内形成所述第一开口。

可选地，在所述振动膜片上形成第二牺牲层，在所述第二牺牲层内形成第一开口的步骤包括：

在所述第一牺牲层和振动膜片层上形成第三牺牲层；

在所述第三牺牲层上形成掩模层，并在所述掩模层内形成贯穿所述掩模层的第二开口，所述第二开口上端开口尺寸大于下端开口尺寸；

沿着所述第二开口刻蚀所述第三牺牲层，在所述第三牺牲层内形成第三开口，所述第三开口的上端开口尺寸大于下端开口尺寸；

在所述第三牺牲层上保型覆盖所述第二牺牲层，在所述第二牺牲层内形成与所述第二开口对应的第一开口，所述第一开口的侧壁与第一开口底部的间的夹角大于所述第二开口侧壁与第二开口底部间的夹角；

去除所述介质层和振动膜片之间的第二牺牲层，以及部分第一牺牲层，以形成空腔的步骤中还包括：去除所述第三牺牲层。

可选地，形成掩模层，并在所述掩模层内形成贯穿所述掩模层的第二开口的步骤包括：

形成光刻胶层，以所述光刻胶层作为掩模层；

经曝光显影工艺后，在所述光刻胶层内形成第四开口；

进行加热软化工艺使得所述光刻胶层变软，且使所述第四开口侧壁倾斜以在所述光刻胶层内形成上端开口尺寸大于下端开口尺寸的第二开口；

在沿着所述第二开口刻蚀所述第三牺牲层，形成所述第三开口之后，去除所述光刻胶层，在所述第三牺牲层上保型覆盖所述第二牺牲层。

可选地，所述光刻胶层的厚度为1～3μm。

可选地，所述加热软化工艺的步骤包括，控制加热温度为120°～160°。

可选地，所述第一开口侧壁与第一开口底面的夹角为140～150°。

可选地，所述第二开口侧壁与第二底面的夹角大于或等于120°。

可选地，在形成所述介质层后，形成所述空腔之前，所述形成方法还包括：

刻蚀所述介质层和第二牺牲层，在所述介质层和第二牺牲层内形成露出所述振动膜片的通孔；

向所述通孔内填充导电材料，形成下端与所述振动膜片固定连接的插塞。

可选地，去除所述介质层和振动膜片之间的第二牺牲层，以及部分第一牺牲层的步骤包括：采用湿法刻蚀工艺去除至少部分所述第一牺牲层和第二牺牲层。

可选地，在所述第二牺牲层内形成第一开口后，形成介质层之前，所述形成方法还包括：在所述第二牺牲层表面形成电容片；

在所述第二牺牲层上形成介质层的步骤包括：所述介质层形成在所述电容片表面。

本发明还提了一种MEMS器件，包括：

半导体基底；

位于所述半导体基底上的第一介质层，所述第一介质层中形成有开口；

位于所述第一介质层上的第二介质层，所述第二介质层与所述第一介质层在所述开口处围成一空腔；

位于所述空腔内的振动膜片，所述振动膜片一端固定在所述空腔的内壁，另一端悬空设置；

位于所述空腔内的限位柱，所述限位柱位于所述振动膜片悬空端的上方，所述限位柱的一端固定在所述第二介质层上，另一端朝向所述振动膜片，且所述限位柱固定于所述第二介质层上的端面尺寸大于朝向所述振动膜片一端的端面尺寸。

可选地，所述限位柱在垂直半导体基底方向上的截面为倒梯形结构。

可选地，所述第二介质层和所述限位柱为一体成型结构。

可选地，所述限位柱侧壁与所述第二介质层间的夹角为140～150°。

可选地，所述限位柱的高度为1～2μm。

可选地，所述限位柱的材料为氮化硅。

可选地，所述空腔内设有插塞，所述插塞一端位于在所述第二介质层内，另一端与所述振动膜片的固定端连接，用于将所述振动膜片固定在所述空腔的内壁上。

可选地，所述振动膜片为条形结构。

可选地，所述第二介质层朝向所述空腔的表面上设有电容片，所述电容片与所述振动膜片对应设置。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

MEMS器件的空腔内，位于所述振动膜片悬空端的上方设有限位柱，所述限位柱的一端固定在所述第二介质层上，另一端朝向所述振动膜片，在所述振动膜片振动过程中，振动膜片的悬空端触碰所述限位柱后弹回，避免所述振动膜片的悬空端粘附在所述空腔上；所述限位柱固定于所述第二介质层上的端面尺寸大于朝向所述振动膜片一端的端面尺寸，从而提升限位柱与所述振动膜片对应一端端面的受力能力，使得振动膜片振动过程中，降低振动膜片高频率振动击打时造成限位柱损伤的程度，从而提高后续形成的MEMS器件的性能。

在MEMS器件的形成方法中，在半导体基底上形成第一牺牲层后，在所述第一牺牲层上形成振动膜片；并在所述第一牺牲层以及振动膜片上形成第二牺牲层后，在所述第二牺牲层内形成第一开口，所述第一开口位于所述振动膜片一端的上方，且所述第一开口的上端开口尺寸大于下端开口尺寸，使得后续在所述第二牺牲层上形成第二介质层，以在所述第一开口内形成限位柱时，使所述限位柱朝向所述振动膜片的一端端面尺寸小于另一端端面尺寸，从而提高限位柱朝向所述振动膜片一端端面的抗击打能力。

此外，在去除至少部分第一牺牲层和第二牺牲层，从而在所述半导体基底和所述第二介质层之间形成空腔，并形成振动膜片时，使所述振动膜片与所述限位柱对应的一端为悬空结构。在所述振动膜片振动过程中，基于限位柱朝向所述振动膜片一端端面的抗击打能力提升，可有效降低基于振动膜片高频率振动击打而造成限位柱损伤程度，进而提高后续形成的MEMS器件的性能。

可选方案中，可先在第一牺牲层和振动膜片上形成第三牺牲层，在所述第三牺牲层上形成光刻胶层，并经曝光显影工艺后，在所述光刻胶层内形成第四开口；之后通过加热软化工艺，使得所述光刻胶层变软，并在重力的作用下使得所述第四开口上段侧壁上的光刻胶沿第四开侧壁胶滑落，形成上端开口尺寸大于下端开口尺寸的第二开口，该技术方案可有效简化形成第二开口的工艺，降低工艺成本，增大工艺窗口。

此外，以第二开口为掩模刻蚀所述第三牺牲层，在所述第三牺牲层内形成上端开口尺寸小于下端开口尺寸的第三开口；在去除所述光刻胶层后，再于所述第三牺牲层上保型覆盖第二牺牲层，在所述第二牺牲层内形成与所述第三开口结构相对应的第一开口，其中，基于保型覆盖的特性，相比于所述第二开口，所述第一开口上端开口尺寸与下端开口尺寸的比值更大，从而提高后续形成的限位柱的上端端面与下端端面的尺寸比例，进而提高后续形成的限位柱朝向所述振动膜片一端端面的抗击打能力，降低基于振动膜片高频率振动击打而造成限位柱损伤程度，提高后续形成的MEMS器件的性能。

附图说明

图1是现有技术MEMS器件的空腔的形成过程示意图；

图2至14是本发明MEMS器件的形成方法一实施例各步骤的结构示意图；

图15为本发明MEMS器件一实施例的结构示意图。

具体实施方式

如背景技术所述，现有的MEMS器件中，会在空腔内上端内部上，位于所述振动膜片悬空一端的上方形成限位柱，以避免振动膜片振动过程中粘附在空腔上端内壁上，影响振动膜片基于振动而产生的信号，以提高MEMS器件的性能，但即便如此MEMS器件的性能仍不佳。

分析其原因：MEMS器件使用过程中，振动膜会高频率振动，而基于所述振动膜片高频率击打所述限位柱，在所述限位柱与所述空腔的连接部产生较大的力，致使所述限位柱受损，从而影响后续形成的MEMS器件的性能。

为此，本发明提出一种MEMS器件及其形成方法。所述MEMS器件的形成方法包括：

提供半导体基底，在所述半导体基底上形成第一牺牲层；

在所述第一牺牲层上形成振动膜片后，于所述第一牺牲层以及振动膜片上形成第二牺牲层，在所述第二牺牲层内形成第一开口，所述第一开口位于所述振动膜片一端的上方，且所述第一开口的上端开口尺寸大于下端开口尺寸；

然后，在所述第一开口中以及所述第二牺牲层上形成介质层，填充于所述第一开口中的介质层用于形成限位柱；

并去除所述介质层和振动膜片之间的第二牺牲层，以及部分第一牺牲层后，在所述半导体基底和所述介质层之间形成空腔，且使所述振动膜片与所述限位柱对应的一端为悬空结构。

通过上述MEMS器件的形成方法形成的MEMS器件中，形成于所述第一牺牲层内，且位于所述振动膜片一端的上方的第一开口的上端开口尺寸大于下端开口尺寸，使后续形成于第一开口内形成限位柱朝向所述振动膜片的一端端面尺寸小于另一端端面尺寸，从而可提高限位柱朝向所述振动膜片一端端面的抗击打能力。在所述振动膜片振动过程中，基于限位柱朝向所述振动膜片一端端面的抗击打能力提升，可有效降低基于振动膜片高频率振动击打而造成限位柱损伤程度，进而提高后续形成的MEMS器件的性能。

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～图14为本发明MEMS器件的形成方法的一个实施例的结构示意图。

本实施例提供的半导体结构的形成方法，包括：

先参考图2所示，先提供半导体基底10。

所述半导体基底10包括半导体衬底，或是，所述半导体基底10包括半导体衬底以及半导体衬底内诸如半导体晶体管、互连结构等半导体元件。所述半导体衬底可包括硅衬底、锗硅衬底或绝缘体上硅衬底等其它半导体衬底，本发明对所述半导体基底的材料以及结构并做限定。

继续参考图2，在所述半导体基底10上形成第一牺牲层11。

本实施例中，所述第一牺牲层11的材料为氧化硅，形成第一牺牲层11的方法为化学气相沉积(ChemicalVaporDeposition，CVD)。

在除本发明外的其他实施例中，所述第一牺牲层的材料还可为锗等其他材料，形成工艺包括物理气相沉积(PhysicalVaporDeposition，PVD)、CVD或是原子层沉积(atomiclayerdeposition，ALD)。本发明对于所述第一牺牲层11的材料和形成方法并不做限定。

结合参考图2和图3，图3为半导体器件的俯视图，图2为图3沿A-A向的剖面结构示意图，在所述第一牺牲层11上形成振动膜片12。

本实施例中，所述振动膜片12为条形结构，在所述第一牺牲层11上形成有多条并列排列的振动膜片12。

在除本实施例外的其他实施例中，所述振动膜片12可以为圆形、方形等各种结构，且在所述第一牺牲层11上可形成一个或多片振动膜片；若形成多片振动膜片，各振动膜片间相互独立，或是呈梳齿状等连接结构。本发明对所述振动膜片的数量、形状以及连接关系并不做限定。

所述振动膜片12的材料包括锗硅材料、锗或是多晶硅材料等各类材料，本发明对所述振动膜片12的材料不做限定。

本实施例中，所述振动膜片12的材料为锗硅材料(SiGe)。

本实施例中，所述振动膜片12的形成工艺包括：

先采用CVD或PVD等工艺在所述第一牺牲层11上形成振动膜片材料层，之后在所述振动膜片材料层上形成掩模图案，并以所述掩模图案为掩模刻蚀所述振动膜片材料层以形成特定结构的振动膜片。上述工艺为本领域成熟工艺，在此不再赘述。

接着在所述第一牺牲层11和所述振动膜片12上形成第二牺牲层，并在所述第二牺牲层内形成第一开口，所述第一开口位于所述振动膜片一端的上方，且所述第一开口的上端开口尺寸大于下端开口尺寸；在所述第一开口中以及所述第二牺牲层上形成介质层，填充于所述第一开口中的介质层用于形成限位柱。

具体地工艺包括：先参考图4所示，先在所述第一牺牲层11和所述振动膜片12上形成第三牺牲层13。本实施例中，所述第三牺牲层13的材料与所述第一牺牲层11的材料相同。

并在所述第三牺牲层13上形成光刻胶层14，所述光刻胶层作为掩模层。之后，进行曝光显影工艺，在所述光刻胶层14内形成贯穿所述光刻胶层14的第四开口15，以形成光刻胶图案。所述曝光显影工艺为本领域的成熟技术，在此不再赘述。

接着参考图5，对所述光刻胶图案进行加热软化工艺，使所述光刻胶层14变软，且在重力的作用下使第四开口15的侧壁倾斜，以在所述光刻胶层14内形成第二开口16。所述第二开口16上端开口尺寸大于下端开口尺寸，此时所述第二开口16仍然贯穿所述光刻胶层14。

其中，在上述加热软化工艺中，若温度过低，无法使得所述光刻胶层14内第四开口15的侧壁被软化程度不够，从而无法在重力作用下使得所述第四开口15上段侧壁的光刻胶出现倾斜形成上端开口尺寸大于下端开口尺寸的所述第二开口，或是所述光刻胶层14内形成的第二开口16的侧壁与第二开口16底面的夹角数值不够大，影响后续工艺进行；若温度过高，使得所述光刻胶层14软化过量，致使形成的第二开口16结构精度较差。

本实施例中，所述加热软化工艺的加热温度为120～160℃，以确保所述光刻胶层14具有良好的结构精度同时，形成的第二开口16的侧壁与底面具有足够大的夹角。

本实施例中，在所述加热软化工艺后，所述第二开口16侧壁与底面之间的夹角a大于或等于120°。

之后，如图6所示，以经加热软化工艺后的光刻胶层14为掩模，沿着所述第二开口16干法刻蚀所述第三牺牲层12，在所述第三牺牲层12内形成第三开口26。所述第三开口26的侧壁顺着第二开口侧壁的倾斜方向倾斜，使形成的所述第三开口26的上端开口尺寸大于下端开口尺寸。

所述第三开口26侧壁与底面之间的夹角b与所述第二开口16侧壁与底面之间的夹角a相近。

值得注意的是，所述第三开口26数量与后续要形成的限位柱数量一致，但本发明对所述第三开口26的具体数量并不做限定。

若所述光刻胶层14过薄，在以所述光刻胶层14为掩模刻蚀所述第三牺牲层12过程中，无法起到引导刻蚀气体的刻蚀方向，以调整形成于所述第三牺牲层12内的第三开口26侧壁的夹角数值的作用；若光刻胶层14过厚，则增加工艺成本。

本实施例中，所述光刻胶层14的厚度为1～3μm。

采用加热软化光刻胶层，从而在光刻胶层内形成上端开口尺寸大于下端开口尺寸的第二开口16的技术方案，可有效简化第二开口的形成工艺，降低工艺成本，增大工艺窗口。

结合参考图7，在所述第三牺牲层12内形成所述第三开口26后，去除所述光刻胶层14，并在所述第三牺牲层12上保型覆盖第二牺牲层15，在所述第二牺牲层15内形成与所述第二开口16对应的第一开口17。

所述第一开口17的上端开口尺寸大于下端开口尺寸。且基于保型覆盖的特性，相比于所述第二开口16，所述第一开口17上端开口尺寸与下端开口尺寸比值更大，即所述第一开口17的侧壁与底面夹角c大于所述第二开口16的侧壁与底面的夹角b。

本实施例中，后续形成与所述第一开口17内的限位柱的结构取决于所述第一开口17的结构，所述第一开口17侧壁与底面夹角越大，后续形成的限位柱的侧壁与限位柱的固定端端面(所述限位柱的固定端端面即为：限位柱与振动膜片12相对的另一端端面)之间的夹角越大，限位柱朝向所述振动膜片一端端面的抗击打能力越强。但若该夹角过大，容易使后续形成的限位柱远离所述振动膜片12一端的面积过大，致使限位柱尺寸过大，抑或是会造成限位柱靠近所述振动膜片的一端的面积过小，从而在振动膜片击打所述限位柱时，造成所述限位柱或是振动膜片受损。

本实施例中，所述第一开口17侧壁与底面间的夹角c为140～150°。具体角度数值可通过调整上述加热软化工艺中的温度等工艺参数，以调整形成与光刻胶层14内的第二开口16侧壁与底面间夹角a；或是，调整沿着所述第二开口16刻蚀所述第三牺牲层12时的刻蚀参数(如电压等参数)，从而调整形成的第三开口26的侧壁的夹角b决定。

本实施例中，所述第二牺牲层15的材料与所述第一牺牲层11的材料相同。

需要说明的是，在本发明的另一实施例中，可直接在所述振动膜片上形成第二牺牲层；之后，在所述第二牺牲层上形成光刻胶层以作为掩模层，在曝光显影工艺后，在所述光刻胶层内形成第四开口，并经加热软化工艺后形成所述第二开口，并沿着所述第二开口刻蚀第二牺牲层，形成第一开口；即可无需再保型覆盖一层牺牲层上述工艺依然可以实现本发明的目的。

在本发明的又一实施例中，可通过直接在所述第一牺牲层11和所述振动膜片12上形成第二牺牲层，之后在所述第二牺牲层上形成诸如氮化硅为材料的掩模层，并通过调整刻蚀工艺参数刻蚀所述掩模层，从而在所述掩模层内形成侧壁与底面间的夹角数值较大的第二开口，并沿着所述第二开口刻蚀所述第二介质层，形成所述第一开口17。上述简单的改变均在本发明的保护范围内。

接着参考图8，在所述第二牺牲层15表面形成电容片18，后续形成的MEMS器件中，所述电容片18和所述振动膜片12组成电容器件的两块电容板，使用过程中，通过所述振动膜片12振动以调整所述电容片18和振动膜片12之间距离，进而调整电容片18和振动膜片12之间形成的电容产生信号。

所述电容片18可以是铜等导电材料。

以铜电容片为例，所述电容片18的形成步骤包括：先通过PVD等工艺在所述第二牺牲层15表面，以及所述第一开口17侧壁和底面上形成铜层，之后刻蚀去除所述第一开口17内，以及部分位于所述第二牺牲层15表面的铜层，形成特定结构的电容片18。

参考图9，在所述第二牺牲层15上形成所述电容片18后，在所述电容片18、以及第二牺牲层15上形成介质层19。所述介质层19填充所述第一开口17，从而在所述第一开口17内形成限位柱30，而所述电容片18贴附在所述介质层19的下表面。

由于所述第一开口17的上端开口尺寸大于下端开口尺寸，得所述限位柱30固定在所述介质层19上的端面(即限位柱的固定端端面)的面积大于朝向所述振动膜片12一端端面的面积。

本实施例中，所述介质层19为氮化硅层(SiN)，形成工艺为CVD。在除本实施例外的其他实施中，所述介质层19的材料还可以是掺碳的氮化硅或是碳化硅等硬度较大的材料，后续在形成的MEMS器件使用过程中，加强所述限位柱30的抗击打能力。本发明对所述介质层19的材料以及形成工艺不做限定。

结合参考图10，在形成所述限位柱30后，刻蚀所述介质层19、第二牺牲层15以及第三牺牲层13，在所述振动膜片12远离所述限位柱30的一端上方开设第一通孔20，所述第一通孔20露出所述振动膜片12；

之后参考图11，在所述第一通孔20内填充导电材料，形成插塞21。所述插塞21的下端与所述振动膜片12固定连接。

所述导电材料可以为铜或铝等金属，形成工艺包括PVD或是电镀法等工艺，用于形成插塞的材料以及形成工艺本领域的成熟工艺，在此不在赘述。

接着，去除所述介质层19和振动膜片12之间的部分第二牺牲层15、部分第三牺牲层13，以及部分第一牺牲层11，在所述半导体基底10和所述介质层19之间形成空腔，且使得所述振动膜片12与所述限位柱30对应的一端为悬空。具体工艺包括：

参考图12，在所述介质层19上开设露出第二牺牲层15的第二通孔23，在所述半导体基底10上开设露出所述第一牺牲层的第三通孔22；参考图13，并向所述第二通孔23和第三通孔22内通入湿法刻蚀剂，采用湿法刻蚀工艺去除部分所述三牺牲层13、第二牺牲层15和第一牺牲层11，在所述半导体基底10和介质层19之间形成空腔24。

本实施例中，所述第三牺牲层13、第二牺牲层15和第一牺牲层11的材料为氧化硅，振动膜片12材料为锗硅材料(SiGe)，采用的湿法刻蚀剂为稀释的氢氟酸溶液(HF)，从而在去除部分所述第三牺牲层13、第二牺牲层15和第一牺牲层11同时，避免所述振动膜片12受损。

继续参考图13，本实施例中，形成所述空腔24后，所述振动膜片12呈悬空结构，并通过所述插塞21固定在所述空腔内。

参考图14，在本发明的另一实施例中，可在去除部分所述第三牺牲层13、第二牺牲层15和第一牺牲层11以形成空腔时，使得所述振动膜片12与所述限位柱30相对的另一端嵌在所述空腔24内壁，从而实现所述振动膜片12与所述限位柱30对应的一端悬空，另一端固定的结构。

上述工艺可通过调节所述第二通孔23和第三通孔22的位置，以及湿法刻蚀时，湿法刻蚀剂的流量等工艺实现，在此不再赘述。

通过上工艺，在所述空腔内，位于所述振动膜片12悬空端上方形成限位柱30，且所述限位柱30靠近所述振动膜片12的一端的端面面积大于另一端固定在所述介质层19上的端面面积，从而在使用过程中，可提高所述振动膜片12击打所述限位柱30时所述限位柱30的承受力，降低限位柱30受损，进而提高后续形成的MEMS器件性能。

本发明还提供了一种MEMS器件，所述MEMES器件可采用上述MEMS器件的形成方法制备，但上述MEMS器件的形成方法并不限定本发明MEMS器件的保护范围。

参考图15，本实施例提供的MEMS器件包括：

半导体基底40。

位于所述半导体基底40上的第一介质层41，所述第一介质层41中形成有开口；

位于所述第一介质层41上的第二介质层46，所述第二介质层46位于在所述第一介质层41，所述第二介质层46与所述第一介质层41在所述开口处围成一空腔50；

位于所述空腔50内的振动膜片44，所述振动膜片44一端固定在所述空腔50的内壁，另一端悬空设置；

位于所述空腔50内的限位柱42，所述限位柱42位于所述振动膜片44悬空端的上方；具体地，所述限位柱42的一端固定在所述第二介质层46上，另一端朝向所述振动膜片44，且所述限位柱42固定于所述第二介质层46上一端的端面尺寸大于朝向所述振动膜片44一端的端面尺寸。

所述半导体基底40包括半导体衬底。或是包括半导体衬底以及半导体衬底内诸如半导体晶体管、互连结构等半导体元件。所述半导体衬底可包括硅衬底、锗硅衬底或绝缘体上硅衬底等其它半导体衬底，本发明对所述半导体基底的材料以及结构并做限定。

本实施例中，所述限位柱42由所述第二介质层46朝向振动膜片方向的截面为倒梯形结构。

结合上述MEMS器件的形成方法实施例中图13，本实施例MEMS器件中，所述第一介质层包括了图13中的剩余的部分第二牺牲层15、部分第三牺牲层13，以及部分第一牺牲层11。

在所述限位柱42固定于所述第二介质层46一端的端面面积固定的情况下，若所述限位柱42侧壁与第二介质层46间的夹角越大，使在所述振动膜片44高频率击打所述限位柱42过程中，所述限位柱42朝向所述振动膜片44端的抗击打能力越强，限位柱42越不易受到损伤；相应的，限位柱42若所述限位柱42侧壁与第二介质层46间的夹角越小，所述限位柱42受损概率越高。

但在所述限位柱42高度固定条件下，所述限位柱42侧壁与第二介质层46间的夹角越大，所述限位柱42朝向所述振动膜片44一端的端面面积越小，提高了振动膜片44的受损概率。

本实施例中，所述限位柱42侧壁与第二介质层46间的夹角为140～150°；所述限位柱42的高度为1～2μm。

可选地，所述第二介质层46和所述限位柱42一体成型。

本实施例中，所述第二介质层46和限位柱42的材料为氮化硅(SiN)。氮化硅的材料较硬，因而在所述振动膜片44悬空端振动而击打所述限位柱42过程中，提高限位柱42的承受力的能力。

但除本实施例外的其他实施中，限位柱42的材料还可以是掺碳的氮化硅或是碳化硅等硬度较大的材料，本发明对所述限位柱42的材料以及形成工艺不做限定。

可选地，所述振动膜片44的材料为多晶硅或是锗硅材料。本发明对所述振动膜片44的材料及结构不做限定。

本实施例中，在所述空腔50内设有插塞45，所述插塞45一端位于在所述第二介质层46内，另一端与所述振动膜片44的固定端连接，从而将所述振动膜片44固定在所述空腔50的内壁上。

在MEMS器件中，所述插塞45还与所述半导体衬底内的半导体元件连接，且在振动膜片44振动时，用于传递通过电学性质变化而传递信号，上述结构为现有技术中的成熟技术，在此不再赘述。

本实施例中，在所述空腔50内设有电容片43，所述电容片43贴附在所述第二介质层的46的下表面上、后续形成的MEMS器件后，所述电容片43和所述振动膜片44组成电容器件的两块电容板。

使用过程中，通过所述振动膜片44振动以调整所述电容片18和振动膜片44之间距离，进而改变电容片43和振动膜片44之间形成的电容，产生信号。所述电容片44、振动膜片44以及插塞45的结构、以及连接关系为本领域成熟技术，在此不再限定。

本实施例提供的MEMS器件中，MEMS器件的第一介质层和第二介质层之间形成空腔，在所述空腔内设有振动膜片，所述振动膜片的一端悬空设置；在所述空腔内，位于所述振动膜片悬空端的上方设有限位柱，所述限位柱的一端固定在所述第二介质层上，另一端朝向所述振动膜片，且所述限位柱固定于所述第二介质层上的端面尺寸大于朝向所述振动膜片一端的端面尺寸。使用过程中，所述振动膜片振动过程中，振动膜片的悬空端触碰所述限位柱后弹回，避免所述振动膜片的悬空端粘附在所述空腔上端，而且所述限位柱固定于所述第二介质层上的端面尺寸大于朝向所述振动膜片一端的端面尺寸，在振动膜片振动过程中，上述结构的限位柱可提高所述限位柱朝向所述振动膜片一端的端面的抗击打能力，即提高限位柱的受力能力，降低基于振动膜片高频率振动击打而造成限位柱损伤程度，从而提高后续形成的MEMS器件的性能。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (20)

1.一种MEMS器件的形成方法，其特征在于，包括：

提供半导体基底；

在所述半导体基底上形成第一牺牲层；

在所述第一牺牲层上形成振动膜片；

在所述第一牺牲层以及振动膜片上形成第二牺牲层，并在所述第二牺牲层内形成第一开口，所述第一开口位于所述振动膜片一端的上方，且所述第一开口的上端开口尺寸大于下端开口尺寸；

在所述第一开口中以及所述第二牺牲层上形成介质层，填充于所述第一开口中的介质层用于形成限位柱；

去除所述介质层和振动膜片之间的第二牺牲层，以及部分第一牺牲层，在所述半导体基底和所述介质层之间形成空腔，且使所述振动膜片与所述限位柱对应的一端为悬空结构。

2.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，在所述振动膜片上形成第二牺牲层，在所述第二牺牲层内形成第一开口的步骤包括：

在所述第二牺牲层上形成掩模层，并在所述掩模层内形成贯穿所述掩模层的第二开口，所述第二开口上端开口尺寸大于下端开口尺寸；

沿着所述第二开口刻蚀所述第二牺牲层，在所述第二牺牲层内形成所述第一开口。

3.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，在所述振动膜片上形成第二牺牲层，在所述第二牺牲层内形成第一开口的步骤包括：

在所述第一牺牲层和振动膜片层上形成第三牺牲层；

在所述第三牺牲层上形成掩模层，并在所述掩模层内形成贯穿所述掩模层的第二开口，所述第二开口上端开口尺寸大于下端开口尺寸；

沿着所述第二开口刻蚀所述第三牺牲层，在所述第三牺牲层内形成第三开口，所述第三开口的上端开口尺寸大于下端开口尺寸；

在所述第三牺牲层上保型覆盖所述第二牺牲层，在所述第二牺牲层内形成与所述第二开口对应的第一开口，所述第一开口的侧壁与第一开口底部的间的夹角大于所述第二开口侧壁与第二开口底部间的夹角；

去除所述介质层和振动膜片之间的第二牺牲层，以及部分第一牺牲层，以形成空腔的步骤中还包括：去除所述第三牺牲层。

4.如权利要求3所述的形成方法，其特征在于，形成掩模层，并在所述掩模层内形成贯穿所述掩模层的第二开口的步骤包括：

形成光刻胶层，以所述光刻胶层作为掩模层；

经曝光显影工艺后，在所述光刻胶层内形成第四开口；

进行加热软化工艺使得所述光刻胶层变软，且使所述第四开口侧壁倾斜以在所述光刻胶层内形成上端开口尺寸大于下端开口尺寸的第二开口；

在沿着所述第二开口刻蚀所述第三牺牲层，形成所述第三开口之后，去除所述光刻胶层，在所述第三牺牲层上保型覆盖所述第二牺牲层。

5.如权利要求4所述的形成方法，其特征在于，所述光刻胶层的厚度为1～3μm。

6.如权利要求4所述的形成方法，其特征在于，所述加热软化工艺的步骤包括，控制加热温度为120°～160°。

7.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述第一开口侧壁与第一开口底面的夹角为140～150°。

8.如权利要求3或4所述的形成方法，其特征在于，所述第二开口侧壁与第二底面的夹角大于或等于120°。

9.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，在形成所述介质层后，形成所述空腔之前，所述形成方法还包括：

刻蚀所述介质层和第二牺牲层，在所述介质层和第二牺牲层内形成露出所述振动膜片的通孔；

向所述通孔内填充导电材料，形成下端与所述振动膜片固定连接的插塞。

10.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，去除所述介质层和振动膜片之间的第二牺牲层，以及部分第一牺牲层的步骤包括：采用湿法刻蚀工艺去除至少部分所述第一牺牲层和第二牺牲层。

11.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，在所述第二牺牲层内形成第一开口后，形成介质层之前，所述形成方法还包括：在所述第二牺牲层表面形成电容片；

在所述第二牺牲层上形成介质层的步骤包括：所述介质层形成在所述电容片表面。

12.一种MEMS器件，其特征在于，包括：

半导体基底；

位于所述半导体基底上的第一介质层，所述第一介质层中形成有开口；

位于所述第一介质层上的第二介质层，所述第二介质层与所述第一介质层在所述开口处围成一空腔；

位于所述空腔内的振动膜片，所述振动膜片一端固定在所述空腔的内壁，另一端悬空设置；

位于所述空腔内的限位柱，所述限位柱位于所述振动膜片悬空端的上方，所述限位柱的一端固定在所述第二介质层上，另一端朝向所述振动膜片，且所述限位柱固定于所述第二介质层上的端面尺寸大于朝向所述振动膜片一端的端面尺寸。

13.如权利要求12所述的MEMS器件，其特征在于，所述限位柱在垂直半导体基底方向上的截面为倒梯形结构。

14.如权利要求12所述的MEMS器件，其特征在于，所述第二介质层和所述限位柱为一体成型结构。

15.如权利要求12所述的MEMS器件，其特征在于，所述限位柱侧壁与所述第二介质层间的夹角为140～150°。

16.如权利要求12所述的MEMS器件，其特征在于，所述限位柱的高度为1～2μm。

17.如权利要求12所述的MEMS器件，其特征在于，所述限位柱的材料为氮化硅。

18.如权利要求12所述的MEMS器件，其特征在于，所述空腔内设有插塞，所述插塞一端位于在所述第二介质层内，另一端与所述振动膜片的固定端连接，用于将所述振动膜片固定在所述空腔的内壁上。

19.如权利要求12所述的MEMS器件，其特征在于，所述振动膜片为条形结构。

20.如权利要求12所述的MEMS器件，其特征在于，所述第二介质层朝向所述空腔的表面上设有电容片，所述电容片与所述振动膜片对应设置。