一種mems慣性傳感器及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及慣性測量領域，更具體地，涉及一種MEMS慣性傳感器；本發明還涉及一種MEMS慣性傳感器的制造方法。
【背景技術】
[0002]目前，隨著消費電子和可穿戴設備的發展，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行慣性信號的檢測，以便將由于溫度變化或應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成差分電容結構。在可動極板上加載調制信號，兩個固定電極作為檢測電極，進行差分的輸出。這種結構的差分電容，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，固定電極對機械靈敏度是沒有貢獻的，在整個芯片中，兩個固定電極必然會占用比較大的面積。
【發明內容】
[0003]本發明的一個目的是提供一種MEMS慣性傳感器的新技術方案。
[0004]根據本發明的第一方面，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，在所述密閉容腔內還包括通過錨點懸置在襯底上方的質量塊，所述質量塊包括第一絕緣層，以及設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，共同構成了差分電容結構。
[0005]優選地，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、第二可動電極組構成檢測電容。
[0006]優選地，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側壁上，分別與共用固定電極組構成側面電容。
[0007]優選地，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壁的垂直部，所述多個水平部通過垂直部導通在一起
[0008]優選地，所述共用固定電極組包括與第一可動電極組構成第一檢測電容的第一固定電極，與第二可動電極組構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電部連接在一起。
[0009]優選地，所述襯底與共用固定電極組之間還設置有第二絕緣層，在所述第二絕緣層的內部設置有金屬走線部，所述金屬走線部通過連接部與導電部連接在一起。
[0010]本發明還提供了一種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，并對第一絕緣層進行刻蝕，沉積金屬層并進行刻蝕，以形成含有第一可動電極組、第二可動電極組的質量塊，以及共用固定電極組；
[0013]e)繼續刻蝕第一絕緣層，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行刻蝕，以連接共用固定電極組與金屬走線部的步驟。
[0018]優選地，所述犧牲層為聚酰亞胺材料。
[0019]本發明的MEMS慣性傳感器，差分電容結構的兩個檢測電極為質量塊的可動結構，差分電容結構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構，單固定電極結構可以節省芯片面積。
[0020]本發明的發明人發現，在現有技術中，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，單固定電極結構可以節省芯片面積，同樣的芯片面積下，可以制作更大的可動質量塊，有效提高機械靈敏度，提高檢測靈敏度。因此，本發明所要實現的技術任務或者所要解決的技術問題是本領域技術人員從未想到的或者沒有預期到的，故本發明是一種新的技術方案。
[0021]通過以下參照附圖對本發明的示例性實施例的詳細描述，本發明的其它特征及其優點將會變得清楚。
【附圖說明】
[0022]被結合在說明書中并構成說明書的一部分的附圖示出了本發明的實施例，并且連同其說明一起用于解釋本發明的原理。
[0023]圖1是本發明MEMS慣性傳感器的結構示意圖。
[0024]圖2至圖7是本發明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構示意圖。
【具體實施方式】
[0026]現在將參照附圖來詳細描述本發明的各種示例性實施例。應注意到: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、數字表達式和數值不限制本發明的范圍。
[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，決不作為對本發明及其應用或使用的任何限制。
[0028]對于相關領域普通技術人員已知的技術、方法和設備可能不作詳細討論，但在適當情況下，所述技術、方法和設備應當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]應注意到:相似的標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行進一步討論。
[0031]參考圖1，本發明提供了一種MEMS慣性傳感器，其為一種具有可動質量塊結構的慣性測量器件，例如MEMS加速度計、陀螺儀、諧振器等。本發明的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內還設有慣性傳感器的質量塊結構，其中質量塊通過錨點(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，質量塊通過其兩側對稱的彈性扭梁連接在錨點的兩側，使得質量塊可以懸置在襯底I的上方，并使質量塊與襯底I之間具有供質量塊運動的空間。當受到相應方向的慣性力時，質量塊會發生相應的運動，從而通過構成的電容結構來輸出質量塊所受到的慣性力度。錨點可以設置一個，此時，為了保證質量塊兩側的對稱性，錨點優選設置在質量塊的結構中心；當錨點設置有多個的時候，該多個錨點盡量靠近質量塊的結構中心，并相對于質量塊的結構中心對稱分布，質量塊與襯底I之間的這種連接結構屬于現有的技術，在此不再具體說明。
[0033]本發明的質量塊，其包括第一絕緣層7，以及設置在第一絕緣層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，也就是說本發明的質量塊包括兩個部分，其主體部分為第一絕緣層7，在第一絕緣層7相應的位置設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。為了保證質量塊兩側的對稱性，該兩個可動電極組4、5優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可以為導電極板結構，例如，可以將導電極板固定在第一絕緣層7相對的側壁上，或者，可以在第一絕緣層7上設置對稱分布的通孔，將導電極板結構固定在相應通孔的孔壁上，以形成第一可動電極組4、第二可動電極組5。
[0034]為了構成本發明慣性傳感器的檢測電容結構，在所述襯底I上還設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成差分電容結構。
[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構成側面電容的結構，對于本領域的技術人員來說，也可以構成上下極電極式的電容結構，在此不再具體說明。
[0036]在本發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構成第一檢測電容、第二檢測電容。在本發明一個優選的實施方式中，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