本發(fā)明涉及半導體集成電路制造技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種非晶碳膜的形成方法以及微機電系統(tǒng)器件的制作方法。

背景技術(shù)：

微機電系統(tǒng)(Microelectro Mechanical Systems，簡稱MEMS)是在微電子技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的多學科交叉的前沿研究領(lǐng)域，是一種采用半導體工藝制造微型機電器件的技術(shù)。與傳統(tǒng)機電器件相比，MEMS器件在耐高溫、小體積、低功耗方面具有十分明顯的優(yōu)勢。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已成為世界矚目的重大科技領(lǐng)域之一，它涉及電子、機械、材料、物理學、化學、生物學、醫(yī)學等多種學科與技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

現(xiàn)有技術(shù)形成MEMS器件的方法通常利用光刻膠作為犧牲層，然而光刻膠作為犧牲層時不容易去除，容易污染腔室。為了克服光刻膠作為犧牲層時不容易去除，容易污染腔室的問題，嘗試著利用非晶碳膜(α-carbon)作為犧牲層，但是發(fā)現(xiàn)利用非晶碳膜(α-carbon)作為犧牲層時，在非晶碳膜上形成的后層結(jié)構(gòu)(導電層或介質(zhì)層)與非晶碳膜之間的粘合性較差，造成導電層或介質(zhì)層容易在非晶碳膜上滑動或脫落，嚴重影響MEMS器件的性能。

因此，針對上述技術(shù)問題，有必要提供一種新的非晶碳膜的形成方法以及微機電系統(tǒng)器件的制作方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是增加導電層或介質(zhì)層與非晶碳膜之間的粘合性，防止導電層或者介質(zhì)層的滑動或脫落，以提高MEMS器件的性能。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的一種非晶碳膜的形成方法包括如下步驟：

提供一基底；

在所述基底上沉積一非晶碳膜；

對所述非晶碳膜進行一熱處理工藝。

可選的，在所述非晶碳膜的形成方法中，所述熱處理工藝的溫度為300攝氏度-500攝氏度。

優(yōu)選的，在所述非晶碳膜的形成方法中，所述熱處理工藝的溫度為385攝氏度-400攝氏度。

可選的，在所述非晶碳膜的形成方法中，所述熱處理工藝的時間為3min-20min。

優(yōu)選的，在所述非晶碳膜的形成方法中，所述熱處理工藝的時間為5min-10min。

可選的，在所述非晶碳膜的形成方法中，所述熱處理工藝的壓力為5Torr-20Torr。

可選的，在所述非晶碳膜的形成方法中，所述熱處理工藝的環(huán)境為非活波氣體環(huán)境。

優(yōu)選的，在所述非晶碳膜的形成方法中，所述熱處理工藝的環(huán)境為氮氣環(huán)境。

可選的，在所述非晶碳膜的形成方法中，所述非晶碳膜在惰性氣體的氛圍下通過碳氫化合物反應(yīng)所得。

進一步的，在所述非晶碳膜的形成方法中，所述碳氫化合物為甲烷、乙烷、丙烷、乙烯和丙烯中的至少一種。

進一步的，在所述非晶碳膜的形成方法中，所述惰性氣體為氦氣和氬氣中的至少一種。

根據(jù)本發(fā)明的另一面，本發(fā)明還提供一種MEMS器件的制作方法，所述制作方法包括：

提供一基底，所述基底包括一前層結(jié)構(gòu)；

形成一非晶碳膜，所述非晶碳膜位于所述基底上，所述非晶碳膜采用上述非晶碳膜的形成方法制成；

形成圖形化的非晶碳膜，所述圖形化的非晶碳膜位于所述前層結(jié)構(gòu)的上方處；

形成一薄膜層，所述薄膜層覆蓋所述圖形化的非晶碳膜和所述基底，位于所述圖形化的非晶碳膜上的所述薄膜層形成與所述前層結(jié)構(gòu)對應(yīng)的后層結(jié)構(gòu)；

去除所述圖形化的非晶碳膜。

可選的，在所述MEMS器件的制作方法中，所述薄膜層的材料為鍺硅、鍺或者硅。

可選的，在所述MEMS器件的制作方法中，所述前層結(jié)構(gòu)包括CMOS器件。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明通過對所述非晶碳膜進行一熱處理工藝，能夠完全去除所述非晶碳膜表面的水汽，同時使所述非晶碳膜的材質(zhì)更加致密，增強后續(xù)后層結(jié)構(gòu)(導電層或者介質(zhì)層)與所述非晶碳膜之間的粘合性，防止后層結(jié)構(gòu)(導電層或者介質(zhì)層)的滑動或脫落，從而提高相應(yīng)器件的性能。而且，通過所述熱處理工藝還能使形成的所述非晶碳膜中產(chǎn)生的壓應(yīng)力部分轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓚?yīng)力，使得所述非晶碳膜保持較高的硬度和彈性模量，為后續(xù)刻蝕工藝提供了對其他材料層的高的膜選擇性。此外，經(jīng)過所述熱處理工藝后的非晶碳膜也能夠提供所希望的光學膜特性，如對后續(xù)光刻圖案化工藝有利于所需范圍的折射系數(shù)和吸收系數(shù)，使得制作的MEMS器件的性能能夠得到進一步提升。

并且，在MEMS器件制作中，利用所述非晶碳膜作為犧牲層，所述圖形化的非晶碳膜容易去除而且不會污染腔室；另外，用所述非晶碳膜作為犧牲層，工藝兼容性好，使得后續(xù)后層結(jié)構(gòu)與所述非晶碳膜的粘附性很好。

附圖說明

圖1本發(fā)明實施例中所述非晶碳膜的形成方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明實施例中所述MEMS器件的制作方法的流程圖；

圖3至圖6為本發(fā)明實施例中所述MEMS器件的制作過程中的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

發(fā)明人對現(xiàn)有技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，導致后層結(jié)構(gòu)滑動和脫落的問題在于：通過碳氫化合物在基底上在沉積所述非晶碳膜時，會出現(xiàn)較多的氫-氧結(jié)合形成的水，而由于沉積時間很短(約一分半鐘)還有部分水汽來不及被蒸發(fā)掉，而依然附著在所述非晶碳膜的表面，致使后續(xù)制作的后層結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)滑動或脫落的現(xiàn)象。

發(fā)明人根據(jù)上述研究，提出一種非晶碳膜的形成方法，如圖1所示，包括如下步驟：

S11、提供一基底；

S12、在所述基底上沉積一非晶碳膜；

S13、對所述非晶碳膜進行一熱處理工藝。

以及提供一種MEMS器件的制作方法，所述制作方法采用上述形成方法制成的非晶碳膜作為犧牲層，如圖2所示，包括如下步驟：

S21、提供一基底，所述基底包括一前層結(jié)構(gòu)；

S22、形成一非晶碳膜，所述非晶碳膜位于所述基底上；

S23、形成圖形化的非晶碳膜，所述圖形化的非晶碳膜位于所述前層結(jié)構(gòu)的上方處；

S24、形成一薄膜層，所述薄膜層覆蓋所述圖形化的非晶碳膜和所述基底，位于所述圖形化的非晶碳膜上的所述薄膜層形成與所述前層結(jié)構(gòu)對應(yīng)的后層結(jié)構(gòu)；

S25、去除所述圖形化的非晶碳膜。

本發(fā)明通過對所述非晶碳膜進行一熱處理工藝，能夠完全去除所述非晶碳膜表面水汽，同時使所述非晶碳膜的材質(zhì)更加致密，增強后續(xù)后層結(jié)構(gòu)(導電層或者介質(zhì)層)與所述非晶碳膜之間的粘合性，防止后層結(jié)構(gòu)(導電層或者介質(zhì)層)的滑動或脫落，從而提高相應(yīng)器件的性能。而且，通過所述熱處理工藝還能使形成的所述非晶碳膜中產(chǎn)生的壓應(yīng)力部分轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓚?yīng)力，使得所述非晶碳膜保持較高的硬度和彈性模量，為后續(xù)刻蝕工藝提供了對其他材料層的高的膜選擇性。此外，經(jīng)過所述熱處理工藝后的非晶碳膜也能夠提供所希望的光學膜特性，如對后續(xù)光刻圖案化工藝有利于所需范圍的折射系數(shù)和吸收系數(shù)，使得制作的MEMS器件的性能能夠得到進一步提升。

并且，在MEMS器件制作中，利用所述非晶碳膜作為犧牲層，所述圖形化的非晶碳膜容易去除而且不會污染腔室；另外，用所述非晶碳膜作為犧牲層，工藝兼容性好，使得后續(xù)后層結(jié)構(gòu)與所述非晶碳膜的粘附性很好。

下面將結(jié)合流程圖和示意圖對本發(fā)明的非晶碳膜的形成方法及微機電系統(tǒng)器件的制作方法進行更詳細的描述，其中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，應(yīng)該理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以修改在此描述的本發(fā)明，而仍然實現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列描述應(yīng)當被理解為對于本領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛知道，而并不作為對本發(fā)明的限制。

在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。

以下列舉所述非晶碳膜的形成方法及為微機電系統(tǒng)器件的制作方法的實施例，以清楚說明本發(fā)明的內(nèi)容，應(yīng)當明確的是，本發(fā)明的內(nèi)容并不限制于以下實施例，其他通過本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的常規(guī)技術(shù)手段的改進亦在本發(fā)明的思想范圍之內(nèi)。

請參閱圖1，示意出了本發(fā)明實施例中所述非晶碳膜的形成方法的流程圖，首先，執(zhí)行步驟S11，如圖3所示，提供一基底100，在本發(fā)明實施例中，所述基底100可以包括任意下面的材料或可以使用的材料，或者在其上可以形成器件、電路或外延層的任何材料。在其他替換實施例中，所述基底100可以包括諸如摻雜硅、砷化鎵、砷磷化鎵、磷化銦、鍺、或者硅鍺襯底的半導體襯底。例如，所述基底100可以包括除了半導體襯底部分之外的，諸如SiO₂或Si₃N₄層之類的絕緣層，還可以包括除了半導體襯底部分之外的，諸如CMOS器件之類的結(jié)構(gòu)，即所述基底100包括CMOS器件之類的前層結(jié)構(gòu)101，所述前層結(jié)構(gòu)101可以位于所述基底100上，也可以位于所述基底100內(nèi)，所述前層結(jié)構(gòu)101的具體結(jié)構(gòu)和位置均需要根據(jù)實際的MEMS器件的種類進行確定，本實施例中以所述前層結(jié)構(gòu)101位于所述基底100內(nèi)為例來說明本發(fā)明的技術(shù)方案。因此，所述基底100用于一般地定義位于感興趣的層或部分下方的多層要素。同樣，所述基底100可以是其上形成層的任意其他層。

然后，執(zhí)行步驟S12，如圖3所示，在所述基底100上沉積一非晶碳膜102。較佳的，所述非晶碳膜102在惰性氣體的氛圍下通過碳氫化合物反應(yīng)沉積所得，所述碳氫化合物可以為甲烷、乙烷、丙烷、乙烯和丙烯中的至少一種，所述惰性氣體為氦氣和氬氣中的至少一種。

接下來，執(zhí)行步驟S13，對所述非晶碳膜102進行一熱處理工藝。將通過步驟S12沉積好的所述非晶碳膜放入一腔體進行熱處理工藝，為了保護所述基底100、前層結(jié)構(gòu)101以及所述非晶碳膜102，所述熱處理工藝的環(huán)境為非活潑氣體環(huán)境，較佳的，為氮氣環(huán)境；所述熱處理工藝的壓力為5Torr-20Torr，例如5Torr、10Torr、15Torr，所述熱處理工藝的溫度為300攝氏度-500攝氏度之間，例如385攝氏度、400攝氏度、450攝氏度等，所述熱處理工藝時間為3min-20min，比如5min、10min、15min等。優(yōu)選的，發(fā)明人通過反復研究和摸索，發(fā)現(xiàn)當腔體壓力設(shè)置為5Torr，腔體溫度設(shè)置為385攝氏度-400攝氏度，以及處理時間為5min-10min時，所述熱處理工藝的效果最佳。通過該熱處理工藝后，所述非晶碳膜102表面因所述碳氫化合物中氫-氧結(jié)合而成的水汽被完全去除掉，并且所述非晶碳膜102的材質(zhì)更加致密化，另外，通過低壓加溫的方式，使得所述非晶碳膜102中的壓應(yīng)力和拉應(yīng)力發(fā)生一定的改變，有利于后續(xù)刻蝕工藝。

上述為本實施例中所述非晶碳膜的形成方法，因所述非晶碳膜102具有良好的特性，能夠提供所希望的光學膜特性，于是，在MEMS器件中，將所述非晶碳膜102作為MEMS器件中的犧牲介質(zhì)層。下面，簡單介紹所述微機電系統(tǒng)器件的制作方法，以突出所述非晶碳膜的使用。

請參閱圖2，示意出了所述MEMS器件的制作方法的流程圖，其中步驟S21與前面提到的步驟S11是完全一樣的，所述基底100包括一前層結(jié)構(gòu)101，以所述前層結(jié)構(gòu)101位于所述基底100內(nèi)為實施例來說明本發(fā)明的技術(shù)方案。然后，執(zhí)行步驟S22，形成一非晶碳膜102，所述非晶碳膜102位于所述基底100上，所述非晶碳膜102的形成具體步驟請參考前面提到的步驟S12和S13。

接著，執(zhí)行步驟S23，形成圖形化的非晶碳膜，所述圖形化的非晶碳膜位于所述前層結(jié)構(gòu)101的上方處。具體的，對所述非晶碳膜102進行光刻、刻蝕形成圖形化的非晶碳膜102′，使所述圖形化的非晶碳膜102′位于所述前層結(jié)構(gòu)101的上方處，如圖4所示。當然，此處只是為了對本發(fā)明的目的起到示意作用，實際圖形化的非晶碳膜102′的圖形會根據(jù)實際的器件結(jié)構(gòu)進行相應(yīng)的調(diào)整。

然后，執(zhí)行步驟S24，形成一薄膜層103，如圖5所示，所述薄膜層103覆蓋所述圖形化的非晶碳膜102′和所述基底100，所述薄膜層103的材料為鍺硅、鍺或者硅，在所述圖形化的非晶碳膜上102′的所述薄膜層103形成與所述前層結(jié)構(gòu)102對應(yīng)的后層結(jié)構(gòu)，例如導電層或者介質(zhì)層，根據(jù)實際的MEMS器件的種類而確定。通常，會在所述薄膜層103上形成一開口(圖中示意圖省略)便于后續(xù)的工藝，這些都是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解的，在此不做贅述。

最后，執(zhí)行步驟S25，如圖6所示，去除所述圖形化的非晶碳膜102′，使得所述前層結(jié)構(gòu)102與后層結(jié)構(gòu)相互隔離。去除所述圖形化的非晶碳膜102′的方法可以為：等離化氧氣形成氧等離子體；在一定溫度范圍下使所述氧等離子體流過非晶碳膜，灰化去除所述圖形化的非晶碳膜102′；或者，利用氫氟酸溶液或硫酸溶液去除所述圖形化的非晶碳膜102′。因通常在所述薄膜層103上會有相應(yīng)的開口(圖中示意圖省略)，等離化的氧氣或者氫氟酸溶液、硫酸溶液均可以通過該開口與所述圖形化的非晶碳膜102′接觸。在實際情況中，根據(jù)MEMS器件種類的不同，后層結(jié)構(gòu)可能是導電層，也可能是不導電層(介質(zhì)層)，當后層結(jié)構(gòu)為介質(zhì)層時，需要將導電的鍺硅、鍺或者硅變?yōu)椴粚щ姷牟牧?，這些是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解的，通常，通過對所述薄膜層103進行氧化，使其表面被氧化成不導電的氧化物。

本實施例的MEMS器件的制作方法中，利用所述非晶碳膜作為犧牲層，且在圖形化的非晶碳膜上形成材料為鍺硅、鍺或硅的薄膜層，以形成MEMS器件中的后層結(jié)構(gòu)。由于所述圖形化的非晶碳膜容易去除而且不會污染腔室；另外，用所述非晶碳膜作為犧牲層，工藝兼容性好；并且，材料為鍺硅、鍺或硅的薄膜層與所述非晶碳膜的粘附性很好。

綜上，本發(fā)明通過對所述非晶碳膜進行一熱處理工藝，能夠完全去除所述非晶碳膜表面水汽，同時使所述非晶碳膜的材質(zhì)更加致密，增強后續(xù)后層結(jié)構(gòu)(導電層或者介質(zhì)層)與所述非晶碳膜之間的粘合性，防止后層結(jié)構(gòu)(導電層或者介質(zhì)層)的滑動或脫落，從而提高相應(yīng)器件的性能。而且，通過所述熱處理工藝還能使形成的所述非晶碳膜中產(chǎn)生的壓應(yīng)力部分轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓚?yīng)力，使得所述非晶碳膜保持較高的硬度和彈性模量，為后續(xù)刻蝕工藝提供了對其他材料層的高的膜選擇性。此外，經(jīng)過所述熱處理工藝后的非晶碳膜也能夠提供所希望的光學膜特性，如對后續(xù)光刻圖案化工藝有利于所需范圍的折射系數(shù)和吸收系數(shù)，使得制作的MEMS器件的性能能夠得到進一步提升。

并且，在MEMS器件制作中，利用所述非晶碳膜作為犧牲層，所述圖形化的非晶碳膜容易去除而且不會污染腔室；另外，用所述非晶碳膜作為犧牲層，工藝兼容性好，使得后續(xù)后層結(jié)構(gòu)與所述非晶碳膜的粘附性很好。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。