一種mems慣性傳感器及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及慣性測量領(lǐng)域，更具體地，涉及一種MEMS慣性傳感器；本發(fā)明還涉及一種MEMS慣性傳感器的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，隨著消費電子和可穿戴設(shè)備的發(fā)展，對MEMS慣性傳感器的性能提出了越來越高的要求。MEMS慣性傳感器一般都是采用差分電容的原理來進(jìn)行慣性信號的檢測，以便將由于溫度變化或應(yīng)力變化所帶來的干擾濾除。通常，差分電容的共用極板為可動極板，與兩個固定在襯底上的固定電極共同構(gòu)成差分電容結(jié)構(gòu)。在可動極板上加載調(diào)制信號，兩個固定電極作為檢測電極，進(jìn)行差分的輸出。這種結(jié)構(gòu)的差分電容，由于作為檢測電極的固定極板錨定的襯底上，而且一般襯底都是采用地電位，這樣會造成檢測電極對地的寄生電容較大，從而造成輸出的噪聲也較高，限制了輸出信號的精度。而且，固定電極對機(jī)械靈敏度是沒有貢獻(xiàn)的，在整個芯片中，兩個固定電極必然會占用比較大的面積。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的一個目的是提供一種MEMS慣性傳感器的新技術(shù)方案。
[0004]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種MEMS慣性傳感器，包括襯底，以及與襯底共同圍成密閉容腔的蓋體，在所述密閉容腔內(nèi)還包括通過錨點懸置在襯底上方的質(zhì)量塊，所述質(zhì)量塊包括第一絕緣層，以及設(shè)置在第一絕緣層上并相互絕緣的至少一個第一可動電極組、至少一個第二可動電極組，在所述襯底上還設(shè)置有共用固定電極組；其中，所述第一可動電極組、第二可動電極組作為兩個檢測電極，共用固定電極組作為共用電極，共同構(gòu)成了差分電容結(jié)構(gòu)。
[0005]優(yōu)選地，所述共用固定電極組包括單個固定極板，該固定極板分別與第一可動電極組、第二可動電極組構(gòu)成檢測電容。
[0006]優(yōu)選地，所述第一可動電極組、第二可動電極組位于第一絕緣層的相應(yīng)側(cè)壁上，分別與共用固定電極組構(gòu)成側(cè)面電容。
[0007]優(yōu)選地，所述第一可動電極組、第二可動電極組分別包括多個層疊在第一絕緣層中的水平部，以及位于第一絕緣層側(cè)壁的垂直部，所述多個水平部通過垂直部導(dǎo)通在一起
[0008]優(yōu)選地，所述共用固定電極組包括與第一可動電極組構(gòu)成第一檢測電容的第一固定電極，與第二可動電極組構(gòu)成第二檢測電容的第二固定電極；其中所述第一固定電極與第二固定電極通過導(dǎo)電部連接在一起。
[0009]優(yōu)選地，所述襯底與共用固定電極組之間還設(shè)置有第二絕緣層，在所述第二絕緣層的內(nèi)部設(shè)置有金屬走線部，所述金屬走線部通過連接部與導(dǎo)電部連接在一起。
[0010]本發(fā)明還提供了一種MEMS慣性傳感器的制造方法，包括以下步驟:
[0011]a)在襯底上沉積第二絕緣層，并對第二絕緣層進(jìn)行刻蝕，形成用于釋放第一可動電極組、第二可動電極組的犧牲腔；并在該犧牲腔內(nèi)填充犧牲層；
[0012]b)在第二絕緣層、犧牲層的上方沉積第一絕緣層，并對第一絕緣層進(jìn)行刻蝕，沉積金屬層并進(jìn)行刻蝕，以形成含有第一可動電極組、第二可動電極組的質(zhì)量塊，以及共用固定電極組；
[0013]e)繼續(xù)刻蝕第一絕緣層，形成用于腐蝕犧牲層的犧牲孔，并將第一可動電極組、第二可動電極組、共用固定電極組刻蝕出來；
[0014]f)通過犧牲孔將犧牲層腐蝕掉，將第一可動電極組、第二可動電極組釋放開來；
[0015]g)將蓋體鍵合在第一絕緣層上，形成密閉容腔。
[0016]優(yōu)選地，所述步驟b)中，通過逐層沉積、刻蝕的層疊方式形成第一可動電極組、第二可動電極組的多個水平部以及連接多個水平部的垂直部。
[0017]優(yōu)選地，在所述步驟a)，還包括逐層沉積第二絕緣層，并在第二絕緣層中形成金屬走線部的步驟；在所述步驟b)中，還包括沉積金屬層并進(jìn)行刻蝕，以連接共用固定電極組與金屬走線部的步驟。
[0018]優(yōu)選地，所述犧牲層為聚酰亞胺材料。
[0019]本發(fā)明的MEMS慣性傳感器，差分電容結(jié)構(gòu)的兩個檢測電極為質(zhì)量塊的可動結(jié)構(gòu)，差分電容結(jié)構(gòu)的共用電極錨定在襯底上，也就是說，兩個檢測電極懸置在襯底之上，使其與襯底具有一定的距離，這就可以有效地減小檢測電極對地的寄生電容，從而可以有效地提高輸出信號的精度；而由于共用電極上加載的是調(diào)制信號，即使共用電極對地的寄生電容比較大，也不會影響到芯片的性能；相比兩個固定電極的結(jié)構(gòu)，單固定電極結(jié)構(gòu)可以節(jié)省芯片面積。
[0020]本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)有技術(shù)中，由于作為檢測電極的固定極板錨定的襯底上，而且一般襯底都是采用地電位，這樣會造成檢測電極對地的寄生電容較大，從而造成輸出的噪聲也較高，限制了輸出信號的精度；并且，單固定電極結(jié)構(gòu)可以節(jié)省芯片面積，同樣的芯片面積下，可以制作更大的可動質(zhì)量塊，有效提高機(jī)械靈敏度，提高檢測靈敏度。因此，本發(fā)明所要實現(xiàn)的技術(shù)任務(wù)或者所要解決的技術(shù)問題是本領(lǐng)域技術(shù)人員從未想到的或者沒有預(yù)期到的，故本發(fā)明是一種新的技術(shù)方案。
[0021]通過以下參照附圖對本發(fā)明的示例性實施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征及其優(yōu)點將會變得清楚。
【附圖說明】
[0022]被結(jié)合在說明書中并構(gòu)成說明書的一部分的附圖示出了本發(fā)明的實施例，并且連同其說明一起用于解釋本發(fā)明的原理。
[0023]圖1是本發(fā)明MEMS慣性傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖2至圖7是本發(fā)明MEMS慣性傳感器制造方法的工藝流程圖。
[0025]圖8是圖1中第一可動電極組的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0026]現(xiàn)在將參照附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明的各種示例性實施例。應(yīng)注意到:除非另外具體說明，否則在這些實施例中闡述的部件和步驟的相對布置、數(shù)字表達(dá)式和數(shù)值不限制本發(fā)明的范圍。
[0027]以下對至少一個示例性實施例的描述實際上僅僅是說明性的，決不作為對本發(fā)明及其應(yīng)用或使用的任何限制。
[0028]對于相關(guān)領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的技術(shù)、方法和設(shè)備可能不作詳細(xì)討論，但在適當(dāng)情況下，所述技術(shù)、方法和設(shè)備應(yīng)當(dāng)被視為說明書的一部分。
[0029]在這里示出和討論的所有例子中，任何具體值應(yīng)被解釋為僅僅是示例性的，而不是作為限制。因此，示例性實施例的其它例子可以具有不同的值。
[0030]應(yīng)注意到:相似的標(biāo)號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進(jìn)行進(jìn)一步討論。
[0031]參考圖1，本發(fā)明提供了一種MEMS慣性傳感器，其為一種具有可動質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)的慣性測量器件，例如MEMS加速度計、陀螺儀、諧振器等。本發(fā)明的MEMS慣性傳感器包括襯底1、蓋體3，所述襯底1、蓋體3扣合在一起形成用于安裝各部件的密閉容腔9。
[0032]在襯底1、蓋體3形成的密閉容腔9內(nèi)還設(shè)有慣性傳感器的質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)，其中質(zhì)量塊通過錨點(視圖未給出)懸置在襯底I的上方。具體地，錨點可以固定在襯底I上，質(zhì)量塊通過其兩側(cè)對稱的彈性扭梁連接在錨點的兩側(cè)，使得質(zhì)量塊可以懸置在襯底I的上方，并使質(zhì)量塊與襯底I之間具有供質(zhì)量塊運動的空間。當(dāng)受到相應(yīng)方向的慣性力時，質(zhì)量塊會發(fā)生相應(yīng)的運動，從而通過構(gòu)成的電容結(jié)構(gòu)來輸出質(zhì)量塊所受到的慣性力度。錨點可以設(shè)置一個，此時，為了保證質(zhì)量塊兩側(cè)的對稱性，錨點優(yōu)選設(shè)置在質(zhì)量塊的結(jié)構(gòu)中心；當(dāng)錨點設(shè)置有多個的時候，該多個錨點盡量靠近質(zhì)量塊的結(jié)構(gòu)中心，并相對于質(zhì)量塊的結(jié)構(gòu)中心對稱分布，質(zhì)量塊與襯底I之間的這種連接結(jié)構(gòu)屬于現(xiàn)有的技術(shù)，在此不再具體說明。
[0033]本發(fā)明的質(zhì)量塊，其包括第一絕緣層7，以及設(shè)置在第一絕緣層7上并相互絕緣的至少一個第一可動電極組4、至少一個第二可動電極組5，也就是說本發(fā)明的質(zhì)量塊包括兩個部分，其主體部分為第一絕緣層7，在第一絕緣層7相應(yīng)的位置設(shè)置有作為檢測電極的第一可動電極組4、第二可動電極組5。為了保證質(zhì)量塊兩側(cè)的對稱性，該兩個可動電極組4、5優(yōu)選相對于錨點對稱分布。具體地，第一可動電極組4、第二可動電極組5可以為導(dǎo)電極板結(jié)構(gòu)，例如，可以將導(dǎo)電極板固定在第一絕緣層7相對的側(cè)壁上，或者，可以在第一絕緣層7上設(shè)置對稱分布的通孔，將導(dǎo)電極板結(jié)構(gòu)固定在相應(yīng)通孔的孔壁上，以形成第一可動電極組4、第二可動電極組5。
[0034]為了構(gòu)成本發(fā)明慣性傳感器的檢測電容結(jié)構(gòu)，在所述襯底I上還設(shè)置有作為共用電極的共用固定電極組6，該共用固定電極組6可以通過錨點固定在襯底I上，并分別與第一可動電極組4、第二可動電極組5構(gòu)成了第一檢測電容、第二檢測電容。而且，由于第一可動電極組4、第二可動電極組5相對于錨點對稱分布，使得第一檢測電容和第二檢測電容可以構(gòu)成差分電容結(jié)構(gòu)。
[0035]其中，共用固定電極組6可與第一可動電極組4、第二可動電極組5構(gòu)成側(cè)面電容的結(jié)構(gòu)，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，也可以構(gòu)成上下極電極式的電容結(jié)構(gòu)，在此不再具體說明。
[0036]在本發(fā)明一個具體的實施方式中，所述共用固定電極組6為單個固定極板，該固定極板分別與第一可動電極組4、第二可動電極組5構(gòu)成第一檢測電容、第二檢測電容。在本發(fā)明一個優(yōu)選的實施方式中，參考圖1，所述共用固定電極組6包括平行布置的第一固定電極60、第二固定電極61，其中，第一固定電極60與第一可動電極組