偏移抑制电极制造技术

本申请公开了偏移抑制电极。公开了用于减少MEMS传感器中的偏移的系统和方法。在第一方面中，系统是MEMS传感器，其包括感测参考平面、耦合到感测参考平面的至少一个锚、耦合到至少一个锚的至少一个质量块、耦合在感测参考平面和至少一个质量块之间以检测垂直于感测参考平面的运动的感测元件的图案、以及组合感测元件的图案从而提供与外部激励成比例的输出的信号处理电路，其中至少一个质量块中的一个在外部激励下移动，其中感测元件的图案共享至少三个极性反对称轴。在第二方面中，感测参考平面由在感测参考平面上形成四个象限的两个轴分割。

【技术实现步骤摘要】
专利
本专利技术涉及微电子机械系统(MEMS)传感器，并且更特别地涉及使用偏移抑制电极的MEMS传感器。背景微电子机械系统(MEMS)传感器经历各种各样的可来自MEMS/互补金属氧化物半导体(CMOS)管芯的制造、管芯的封装、操作超温、冲击条件、用户组件等诸多的不期望的力。这些力导致非理想条件，诸如在MEMS传感器和嵌入式感测参考平面之间的平行排列的偏差。因此，存在对于克服上述问题的解决方案的强烈的需求。本专利技术解决这种需求。专利技术概述公开了用于减少MEMS传感器中的偏移的系统和方法。在第一方面中，系统是MEMS传感器，其包括感测参考平面、耦合到感测参考平面的至少一个锚、耦合到至少一个锚的至少一个质量块、耦合在感测参考平面和至少一个质量块之间以检测垂直于感测参考平面的运动的感测元件的图案、以及组合感测元件的图案从而提供与外部激励成比例的输出的信号处理电路，其中至少一个质量块中的一个在外部激励下移动，其中感测元件的图案共享至少三个极性反对称轴。在第二方面中，感测参考平面由在感测参考平面上形成四个象限的两个轴分割，并且感测元件的图案在四个象限的每一个中至少包括三个感测元件。在第三方面中，方法提供了如上在第一和第二方面中所示的MEMS
传感器。附图简述所附附图示出了本专利技术的一些实施例，并且连同说明书一起用于解释本专利技术的原理。本领域技术人员容易认识到在附图中所示的实施例仅仅是示例性的并且不旨在限制本专利技术的范围。图1示出了根据实施例的理想和非理想的MEMS传感器条件的截面图。图2A示出了根据实施例具有感测元件的图案的MEMS传感器的衬底部分的截面图的图示。图2B示出了根据实施例的具有感测元件的图案的MEMS传感器的衬底部分的顶视图的图示。图2C示出了根据实施例的MEMS传感器的MEMS装置。图3A示出了根据另一个实施例的具有感测元件的MEMS传感器和相应的MEMS结构的顶视图。图3B示出了根据实施例的使用电极图案的MEMS传感器的MEMS加速计结构。图4示出了根据另一个实施例的具有感测元件的图案的MEMS传感器的顶视图。图5示出了根据另一个实施例的具有感测元件的图案的MEMS传感器的顶视图。图6示出了根据另一个实施例的具有感测元件的图案的MEMS传感器的顶视图。具体描述本专利技术涉及微电子机械系统(MEMS)传感器，并且更特别地涉及使用偏移抑制电极的MEMS传感器。下面的描述被呈现以使得本领域技术人
员能够做出且使用本专利技术，在专利申请及其要求的背景下被提供。本文中描述的一般原理和特征以及对优选实施例的各种修改对于本领域技术人员将容易是明显的。因此，本专利技术不旨在被限制为所示的实施例，但将获得与本文描述的原理和特征相一致的最宽的范围。微电子机械系统(MEMS)指的是利用类似半导体的处理制造且展示出诸如移动或变形的能力的机械特性的一个类别的微尺度装置。MEMS时常但并不总是与电信号交互。MEMS装置可以指实现为微电子机械系统的半导体装置。MEMS设备包括机械元件并且可选地包括用于感测的电子器件。MEMS装置包括但不限于微尺度的陀螺仪、加速计、磁力计和压力传感器。在一个实施例中，MEMS传感器包括MEMS装置、感测参考平面以及将MEMS装置连接至感测参考平面的锚。MEMS传感器能够在MEMS传感器的制造和操作期间经历不期望的力。这些不期望的力包括但不限于来自MEMS/CMOS管芯的制造和封装、操作超温、冲击条件以及用户组件的压力，其导致诸如在MEMS和感测基准平面之间的平行排列的偏差的非理想条件。至少出现两个在MEMS装置和感测参考平面之间的平行排列的独立的不期望的偏差。首先，在锚上的剪力导致锚相对于感测参考平面倾斜。其次，弯曲力导致感测参考平面相对于MEMS装置弯曲。因此，在感测参考平面和MEMS装置之间的间隙z(x,y)随着x和y的位置改变并且从锚中心被描述为根据以下等式：z(x,y)＝间隙+R(x,y)+Curv(NL(x，y))的线性函数和非线性曲率的分量；其中间隙＝理想的初始平行间隙，R(x,y)是旋度，而Curv(NL(x,y))是曲率的数学描述，其可以是多项式、三角级数、幂级数或类似的非线性函数或级数。图1示出了根据实施例的理想和非理想MEMS传感器条件的截面图100。在一个实施例中，MEMS传感器至少包括MEMS装置、感测参考平面以及将MEMS装置连接到感测参考平面的锚。在图100中，理想条件102显示了在MEMS装置和感测参考平面之间的平行排列。在图100中，第一非理想条件104显示了由于至少一个表面(或者是如描绘的MEMS
装置和/或感测参考平面)的不期望的线性倾斜导致的平行排列中的偏差。在图100中，第二非理想条件106显示了由于至少一个表面(或者如所描绘的感测参考平面和/或MEMS装置)的不期望的曲率导致的平行排列中的偏差。根据本专利技术的系统和方法提供了具有感测参考平面的MEMS传感器，其包括感测元件(电极)的图案以改进偏移抑制。感测元件的图案可以是多个电极图案，其减少了由在MEMS装置和感测参考平面之间的平行排列的偏差导致的偏移。感测参考平面经由锚连接至MEMS装置。MEMS装置包括在锚和质量块之间连接的弹簧。多个电极图案中的每个电极放置在诸如CMOS衬底的感测参考平面上。在MEMS装置/CMOS衬底管芯配置中，质量块和位于CMOS衬底(或感测参考平面)上的多个电极中的一个形成平行板电容器。为了更详细地描述本专利技术的特征，现在结合所附附图来参考以下的描述。图2A示出了根据实施例的具有感测元件的图案的MEMS传感器的衬底部分的截面图202的图示200。截面图202显示了包括MEMS装置250的MEMS传感器，MEMS装置250经由锚210耦合到感测参考平面260从而在MEMS装置250和感测参考平面260之间产生间隙。在截面图202中，AA描绘了感测参考平面260的高度。在一个实施例中，MEMS装置250是MEMS结构和MEMS加速计中的任一个。图2B示出了根据实施例的具有感测元件的图案的MEMS传感器的衬底部分的顶视图204的图示270。顶视图204显示了AA的顶视图，其导致包括正和负电极的感测元件的图案的顶面。顶视图204包括MEMS传感器的锚210、正电极220、222、224和226、负电极230、232、234和236，以及由虚线指示的四个极性反对称轴240、242、244和246。在图2A和图2B中，锚210的形状是圆形的以对应于同样是圆形的感测元件的图案的形状。在一个实施例中，MEMS装置250包括连接在锚210和质量块之间的弹簧。质量块对于外力在z轴中移动，外力包括但不限于加速、磁性、科
里奥利力、压力等诸多。感测元件的图案包括交替的正电极220-226和负电极230-236并且被连接在MEMS装置250和感测参考平面260之间。正电极感测元件220-226检测正向运动，而负电极感测元件230-236检测负向运动。在一个实施例中，电极感测元件220-226和230-236的形状是环状扇形。图2C示出了根据实施例的MEMS传感器的MEMS装置。在图2C中，MEMS装置类似于图2A的MEMS装置250并且是MEMS Z轴加速计。在一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种MEMS传感器，包括：感测参考平面；至少一个锚，所述至少一个锚耦合到所述感测参考平面；至少一个质量块，所述至少一个质量块耦合到所述至少一个锚，其中所述至少一个质量块中的一个在外部激励下移动；感测元件的图案，所述感测元件的图案耦合在所述感测参考平面和所述至少一个质量块之间以检测垂直于所述感测参考平面的运动，其中所述感测元件的图案共享至少三个极性反对称轴；以及信号处理电路，所述信号处理电路组合所述感测元件的图案从而提供与所述外部激励成比例的输出。

【技术特征摘要】
2015.05.15 US 14/714,1491.一种MEMS传感器，包括：感测参考平面；至少一个锚，所述至少一个锚耦合到所述感测参考平面；至少一个质量块，所述至少一个质量块耦合到所述至少一个锚，其中所述至少一个质量块中的一个在外部激励下移动；感测元件的图案，所述感测元件的图案耦合在所述感测参考平面和所述至少一个质量块之间以检测垂直于所述感测参考平面的运动，其中所述感测元件的图案共享至少三个极性反对称轴；以及信号处理电路，所述信号处理电路组合所述感测元件的图案从而提供与所述外部激励成比例的输出。2.根据权利要求1所述的MEMS传感器，其中，每个感测元件的质心共享至所述至少一个锚的中心的公共距离。3.根据权利要求1所述的MEMS传感器，其中，所述传感元件的图案包括感测电极，所述感测电极在每个电极与所述至少一个质量块之间形成可变电容器。4.根据权利要求1所述的MEMS传感器，其中，所述感测元件的图案包括交替的至少三个正感测元件以及至少三个负感测元件。5.根据权利要求1所述的MEMS传感器，其中，每个感测元件是磁感测元件。6.根据权利要求1所述的MEMS传感器，其中，每个感测元件的中心在圆形、矩形、正方形、六边形、八边形和其他多边形中的任一个的周界上。7.根据权利要求1所述的MEMS传感器，其中，每个感测元件在形状上是圆形、矩形、正方形、六边形、八边形、环状扇形和多边形中的任
\t一个。8.根据权利要求4所述的MEMS传感器，其中，每个负感测元件具有与每个正感测元件相同的面积。9.根据权利要求2所述的MEMS传感器，还包括：在所述感测参考平面上的感测元件的第二图案，以检测所述至少一个质量块相对于所述感测参考平面的运动，其中所述感测元件的第二图案共享至少三个极性反对称轴。10.根据权利要求9所述的MEMS传感器，其中，所述感测元件的...

【专利技术属性】
技术研发人员：马修·朱利安·汤普森，基尔特·里德·威廉姆斯，
申请(专利权)人：因文森斯公司，
类型：发明
国别省市：美国;US