Mems設備的制造方法
【技術領域】
[0001] 本公開涉及具有由于由諸如正交分量之類的擾動力所致的的誤差補償的微機電 設備。
【背景技術】
[0002] 如已知的，MEMS(微機電系統）由于它們的小尺寸、與消費者應用兼容的成本、以 及它們與日倶增的可靠性而以日益廣泛的方式被用在不同的應用中。特別是，利用這一技 術，制造了諸如微集成的陀螺儀和機電振蕩器之類的慣性傳感器。
[0003] 這一類型的MEMS通常基于微機電結構，該微機電結構包括支撐體以及通過彈簧 或"曲部（flexure)"親合到支撐體的至少一個可移動質量塊（mobilemass)。彈簧被配置 用于使得可移動質量塊能夠根據一個或多個自由度相對于支撐體振蕩。可移動質量塊電容 耦合到支撐體上的多個固定電極，從而形成電容可變的電容器。可移動質量塊相對于支撐 體上的固定電極的移動（例如在外力的作用下）修改電容器的電容；從而，檢測可移動質量 塊相對于支撐體的位移以及外力是可能的。代之，當供應適合的偏置電壓（例如通過驅動 電極的分立集）時，可移動質量塊可經受使其移動的靜電力。
[0004] 為了獲得微機電振蕩器，通常利用MEMS結構的頻率響應，其是二階低通類型的， 并且具有共振頻率。
[0005] 特別是，MEMS陀螺儀具有復雜的機電結構，其通常包括相對于支撐體可移動的至 少兩個質量塊，該至少兩個質量塊彼此耦合以便于具有若干自由度（這依賴于系統的架 構）。在大多數情況下，每個可移動質量塊具有一個或兩個自由度。可移動質量塊電容通過 固定的和可移動的感測和驅動電極而耦合到支撐體。
[0006] 在具有兩個可移動質量塊的實現方式中，第一可移動質量塊專用于驅動并且保持 以共振頻率、受控振蕩振幅振蕩。第二可移動質量塊通過振蕩（平移或旋轉）運動來驅動， 并且在微結構關于陀螺儀軸以角速度旋轉的情況下，第二可移動質量塊受到與角速度本身 成比例的科里奧利力（Coriolisforce)。在實踐中，第二（被驅動的）可移動質量塊充當 加速度計，其使得能夠檢測科里奧利力和檢測角速度。在另一實現方式中，單個懸掛質量塊 耦合到支撐體，以相對于支撐體可移動，其中具有兩個獨立的自由度，并且精確地具有一個 驅動自由度和一個感測自由度。感測自由度可以包括可移動質量塊在平面中的移動（"平 面中移動"）或與平面垂直的移動（"平面外移動"）。驅動設備使懸掛質量塊保持根據兩 個自由度之一的受控振蕩。響應于支撐體關于感測軸的旋轉（由于科里奧利力），懸掛質量 炔基于另一自由度移動。
[0007] 如已經提到的，為了使得MEMS陀螺儀能夠正常操作，施加使懸掛質量塊保持以共 振頻率振蕩的驅動力。然后，讀數設備檢測懸掛質量塊的位移。這些位移表示科里奧利力 和角速度，并且可以使用與第二（被驅動的）質量塊和固定電極之間的電容變化相關的電 讀數信號來檢測。
[0008] 然而，MEMS陀螺儀具有復雜的結構，并經常具有在懸掛質量塊和支撐體之間的非 理想機電相互作用。因此，有用信號分量與寄生（spurious)分量混合，寄生分量對角速度 的測量沒有貢獻。寄生分量可以依賴于各種起因。例如，制造缺陷和過程擴展（process spread)可能是不可避免的噪聲源，其影響是不可預見的。
[0009] 常見的缺陷依賴于如下事實，驅動質量塊的振蕩方向不完全匹配設計階段中期望 的自由度。這一缺陷通常是由于懸掛質量塊和支撐體之間的彈性連接中的缺陷，并且造成 沿著角速度的檢測自由度指向的力的開始（onset)。這一力轉而生成誤差（稱為"正交誤 差"），這是由于未知振幅、以與載體相同的頻率、并且具有90°相移的信號分量。
[0010] 在一些情況下，正交分量如此大，以致它們不可以簡單地忽略，而不引入顯著誤 差。通常，在制造過程結束時，使用校準因子以便將誤差降低在可接受的邊限內。然而，在許 多情況下，問題并未完全解決，因為正交振蕩的振幅可以在設備的壽命期間變化。特別是， 支撐體可能經受由于機械應力或溫度變化所致的變形。轉而，支撐體的變形可能會造成質 量塊的移動并且因此正交分量的不可預見的變化，正交分量不再有效地被補償。 【實用新型內容】
[0011] 本公開的一個或多個實施例可以降低如上面提到的MEMS設備中正交振蕩的發生 率。
[0012] 根據本公開的一個實施例，提供微機電設備。在實踐中，設備使用動態吸收器，動 態吸收器能夠補償其可以對懸掛質量塊造成不期望位移的諸如慣性系統的正交分量之類 的不期望力。為了這一目的，動態吸收器包括調諧阻尼質量塊，調諧阻尼質量塊固定到懸掛 質量塊或懸掛質量塊系統，并且被配置為具有調諧到待補償的不期望力的自然頻率。以這 種方式，阻尼質量塊降低懸掛質量塊的動態響應并且使其穩定。
[0013] 微機電設備的一個實施例使用兩個質量塊，其中一個相對于支撐體可移動并且彈 性連接到支撐體。這一可移動質量塊耦合到基板，以便于具有分別專用于驅動和移動感測 (此處在平面外，作為科里奧利力的結果）的兩個自由度。另一質量塊作為動態吸收器。
[0014] 根據本公開的一個實施例，提供了一種MEMS設備，其特征在于包括：基板；第一 彈性元件；以及可移動質量塊系統，該可移動質量塊系統包括：懸掛質量塊，所述懸掛質量 塊通過所述第一彈性元件彈性耦合到所述基板并且受到沿振動方向的擾動力；和動態吸收 器，所述動態吸收器彈性耦合到所述懸掛質量塊并且被配置為減少所述懸掛質量塊由于所 述擾動力所致的移動。
[0015] 可選地，在實施例中，該MEMS設備，其特征在于所述擾動力是在所述振動方向上 以所述動態吸收器的自然振蕩頻率作用于所述懸掛質量塊上的正交力。
[0016] 可選地，在實施例中，該MEMS設備，其特征在于所述動態吸收器包括通過第二彈 性元件耦合到所述懸掛質量塊的阻尼質量塊，所述第一彈性元件和所述第二彈性元件被配 置為使得所述懸掛質量塊和所述阻尼質量塊能夠在所述振動方向上移動。
[0017] 可選地，在實施例中，該MEMS設備，其特征在于所述阻尼質量塊被所述懸掛質量 塊圍繞。
[0018] 可選地，在實施例中，該MEMS設備，其特征在于所述阻尼質量塊和所述懸掛質量 塊形成在半導體材料的結構層中。
[0019] 可選地，在實施例中，該MEMS設備，其特征在于所述結構層懸掛在所述基板之上， 其中所述基板是半導體材料的。
[0020] 可選地，在實施例中，該MEMS設備，其特征在于所述MEMS設備形成慣性傳感器。
[0021] 可選地，在實施例中，該MEMS設備，其特征在于包括第三彈性元件和通過所述第 三彈性元件耦合到所述懸掛質量塊的驅動結構，所述驅動結構被配置為生成在與所述振動 方向不同的驅動方向上以所述自然振蕩頻率的驅動移動。
[0022] 可選地，在實施例中，該MEMS設備，其特征在于所述慣性傳感器是陀螺儀。
[0023] 可選地，在實施例中，該MEMS設備，其特征在于：所述陀螺儀是雙軸陀螺儀，所述 懸掛質量塊包括關于第一驅動軸和第二驅動軸對稱地布置的第一對感測質量塊和第二對 感測質量塊；所述感測質量塊關于中心軸來布置并且彈性耦合到中心錨固區域；所述第一 驅動軸和所述第二驅動軸彼此垂直，第一對的所述感測質量塊相對于所述第二驅動軸對稱 并且與所述第一驅動軸平行地被致動，第二對的所述感測質量塊相對于所述第一驅動軸對 稱并且與所述第二驅動軸平行地被致動；并且每個感測質量塊圍繞并且彈性耦合到相應的 阻尼質量塊。
[0024] 可選地，在實施例中，該MEMS設備，其特征在于包括：第四彈性元件和第五彈性元 件；彈性耦合到所述基板的第一驅動框架和第二驅動框架，所述第一驅動框架和所述第二 驅動框架通過所述第四彈性元件彈性耦合到所述第一對感測質量