用于在集成装置中减少正交的分段电极结构制造方法及图纸

一种集成装置包括例如陀螺仪等MEMS装置，所述MEMS装置具有与衬底间隔开的可移动块，所述可移动块被配置成相对于所述衬底在驱动方向上振荡。所述集成装置另外包括具有与MEMS装置耦合的表面的集成电路(IC)管芯，使得所述可移动块插入在所述衬底与所述IC管芯的所述表面之间。电极结构形成在所述IC芯片的所述表面上，所述电极结构包括与所述可移动块竖直间隔开的多个电极段。开口延伸穿过所述可移动块，并且所述电极段覆盖所述开口。可以激活适当选择的电极段以块朝向与MEMS竖直间隔开的感测电极静电吸引所述可移动块，以减少所述可移动块的正交运动。

A piecewise electrode structure for reducing orthogonality in an integrated device

An integrated device includes MEMS devices such as gyroscopes, etc. the MEMS device has a movable block spaced apart from the substrate, and the movable block is configured to oscillate relative to the substrate in the drive direction. The integrated device also includes a surface integrated circuit (IC) core coupled to the MEMS device, so that the movable block is inserted between the substrate and the surface of the IC core. The electrode structure is formed on the surface of the IC chip, and the electrode structure includes a plurality of electrode segments that are vertically spaced apart from the movable block. An opening extends through the movable block, and the electrode section covers the opening. The selected electrode segment can be activated to block the movable block with electrostatic separation of the sensing electrode perpendicular to the MEMS, so as to reduce the orthogonal motion of the movable block.

【技术实现步骤摘要】
用于在集成装置中减少正交的分段电极结构
本专利技术大体上涉及微机电系统(MEMS)领域。更具体地说，本专利技术涉及一种用于在MEMS-CMOS集成装置中减少正交的分段电极结构。
技术介绍
近年来微机电系统(MEMS)技术已经广泛普及，因为它提供了一种使用常规成批半导体处理技术在单个衬底上制造非常小的机械结构并将这些结构与电气装置集成的方法。MEMS的一个常见应用是传感器装置的设计和制造。MEMS传感器广泛用于例如汽车、惯性导航系统、家用电器、游戏装置、各种装置的保护系统以及许多其它工业、科学和工程系统等应用中。MEMS传感器的一个例子是MEMS角速率传感器。可替换地称为“陀螺仪”、“振动角速率传感器”、“振动速率陀螺仪”、“陀螺仪传感器”或“偏航率传感器”的角速率传感器感测围绕一个或多个轴的角速率或角速度。在振动角速率传感器中，固有的问题是存在不合需要的干扰信号，称为正交分量或正交误差。正交误差是由于正交运动(例如，校样块在感测电极上方来回振荡时的平面外运动)引起的。由于制造缺陷，在振动角速率传感器中可能发生正交运动。当存在正交运动时，正交运动在感测轴上产生可以与科里奥利加速度相混淆并随后与旋转速率相混淆的振荡。遗憾的是，正交误差可能导致装置的偏移误差，减小动态范围和增加噪声。大的正交误差甚至可能使装置受干扰(rail)，使得感测块与导电电极接触，从而可能导致与碰撞相关的损坏，例如短路。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供一种集成装置，包括：微机电系统MEMS装置，所述微机电系统MEMS装置具有与衬底间隔开的可移动块，所述可移动块被配置成相对于所述衬底在驱动方向上振荡；集成电路IC管芯，所述集成电路IC管芯具有与所述MEMS装置耦合的表面，使得所述可移动块插入在所述衬底与所述IC管芯的所述表面之间；以及电极结构，所述电极结构形成在所述IC管芯的所述表面上，所述电极结构包括与所述可移动块竖直间隔开的多个电极段。在一个或多个实施例中，所述可移动块和所述电极结构被封闭在空腔内，所述空腔是通过将所述集成电路管芯与所述MEMS装置耦合而形成的。在一个或多个实施例中，所述多个电极段与所述可移动块的第一侧竖直间隔开，并且所述集成装置进一步包括：感测电极，所述感测电极形成在所述衬底上并与所述可移动块的第二侧竖直间隔开，所述第二侧与所述第一侧相对。在一个或多个实施例中，所述可移动块包括至少一个开口，所述至少一个开口延伸穿过所述可移动块并且被所述可移动块完全包围，并且所述电极段的至少一部分覆盖所述至少一个开口，其中所述电极段中覆盖所述至少一个开口的所述至少一部分的重叠面积随着所述可移动块在所述驱动方向上振荡而改变。在一个或多个实施例中，所述多个电极段中的每一个电极段具有近似垂直于所述驱动方向朝向的纵向尺寸。在一个或多个实施例中，所述集成装置进一步包括：控制线路，所述控制线路用于提供正交补偿电压，其中所述多个电极段中的每一个电极段选择性地连接到所述控制线路，以便将所述正交补偿电压施加到所述电极段中的所选择的电极段。在一个或多个实施例中，所述集成装置进一步包括：开关结构，所述开关结构形成在所述IC管芯的一个或多个布线层中，所述多个电极段中的所述每一个电极段能够独立地与所述开关结构互连，并且所述开关结构能够将所述电极段中的独立电极段选择性地连接到所述控制线路。在一个或多个实施例中，经由所述开关结构连接到所述控制线路的所述电极段的数量被配置成响应于所述施加的正交补偿电压调制施加到所述可移动块的静电力的量值。在一个或多个实施例中，所述多个电极段包括：所述电极段的第一子集；以及所述电极段的第二子集，所述电极段的所述第二子集横向偏离所述电极段的所述第一子集，其中所述正交补偿电压被施加到所述电极段的所述第一子集，并且所述电极段的所述第二子集的电压电位被设置为与所述可移动块相同的电压电位。在一个或多个实施例中，所述正交补偿电压被施加到所述电极结构的所述电极段中的第一数量的电极段，所述第一数量小于所述电极结构的所述电极段的总数量。在一个或多个实施例中，所述MEMS装置包括陀螺仪，并且施加到所述电极段的至少一部分的正交补偿电压被配置成调制施加到所述可移动块的静电力的量值，以减少所述可移动块的正交运动。根据本专利技术的第二方面，提供一种用于制造集成装置的方法，包括：提供具有与衬底间隔开的可移动块的微机电系统MEMS装置，所述可移动块被配置成相对于所述衬底在驱动方向上振荡；提供具有表面的集成电路IC管芯；在所述IC管芯的所述表面上提供电极结构，所述电极结构包括多个电极段；以及将所述IC管芯的所述表面与所述MEMS装置耦合，使得所述可移动块和所述电极结构被封闭在空腔内，所述空腔是通过将所述集成电路管芯与所述MEMS装置耦合而形成的，并且所述多个电极段与所述可移动块竖直间隔开。在一个或多个实施例中，所述可移动块包括至少一个开口，所述至少一个开口延伸穿过所述可移动块并且被所述可移动块完全包围，并且所述形成所述电极结构包括：布置所述多个电极段，使得所述电极段的至少一部分覆盖所述至少一个开口。在一个或多个实施例中，所述方法进一步包括：提供用于向所述电极结构施加正交补偿电压的控制线路；以及在所述IC管芯的一个或多个布线层中形成开关结构，所述多个电极段中的每一个电极段能够独立地与所述开关结构连接，并且所述开关结构能够将所述电极段中的独立电极段选择性地连接到所述控制线路，以便将所述正交补偿电压施加到所述电极段中的所连接的电极段。根据本专利技术的第三方面，提供一种系统，包括：根据本文中所公开的集成装置，以及控制线路，所述控制线路用于提供正交补偿电压，其中所述多个电极段中的每一个电极段选择性地连接到所述控制线路，以便将所述正交补偿电压施加到所述电极段中的所选择的电极段，所述正交补偿电压被配置成调制施加到所述可移动块的静电力的量值，以减少所述可移动块的正交运动。本专利技术的这些和其它方面将根据下文中所描述的实施例显而易见，且参考这些实施例予以阐明。附图说明附图中相同的附图标记在所有单独的视图中指代相同或功能相似的元件，但是附图不一定按比例绘制，并且与下面的详细描述一起并入说明书并形成说明书的一部分，用于另外示出各种实施例并且示出根据本专利技术的各种原理和优点。图1以简化和代表性的形式示出了微机电系统(MEMS)陀螺仪的俯视图；图2以简化和代表性的形式示出了集成装置的侧视图；图3示出了图2的集成装置的局部侧视图；图4示出了MEMS陀螺仪的局部俯视图；图5示出了根据实施例的图1的MEMS陀螺仪的局部俯视图；图6示出了包括图1的MEMS陀螺仪和电极结构的集成装置的局部侧视图；图7示出了图6的MEMS陀螺仪和电极结构的局部俯视图以及开关结构和相关联的控制线路；图8示出了由于接合对准失配而经受位移的MEMS陀螺仪和电极结构的局部俯视图；图9示出了利用电极结构的正交补偿系统的框图；图10示出电极段选择过程的流程图；以及图11示出正交误差补偿过程的流程图。具体实施方式本文公开的实施例包括一种集成装置以及用于制造所述集成装置的制造方法，所述集成装置包括与例如互补金属氧化物半导体(CMOS)管芯等集成电路(IC)管芯竖直接合的微机电系统(MEMS)装置。电极结构形成在IC管芯的面向MEMS装置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成装置，其特征在于，包括：微机电系统MEMS装置(20)，所述微机电系统MEMS装置(20)具有与衬底(32)间隔开的可移动块(28、30)，所述可移动块(28、30)被配置成相对于所述衬底(32)在驱动方向(34)上振荡；集成电路IC管芯(62、86)，所述集成电路IC管芯(62、86)具有与所述MEMS装置(20)耦合的表面(64、88)，使得所述可移动块(28、30)插入在所述衬底(32)与所述IC管芯(62、86)的所述表面(64、88)之间；以及电极结构(82)，所述电极结构(82)形成在所述IC管芯(62、86)的所述表面(64、88)上，所述电极结构(82)包括与所述可移动块(28、30)竖直间隔开的多个电极段(90)。

【技术特征摘要】
2016.07.14 EP 16305917.31.一种集成装置，其特征在于，包括：微机电系统MEMS装置(20)，所述微机电系统MEMS装置(20)具有与衬底(32)间隔开的可移动块(28、30)，所述可移动块(28、30)被配置成相对于所述衬底(32)在驱动方向(34)上振荡；集成电路IC管芯(62、86)，所述集成电路IC管芯(62、86)具有与所述MEMS装置(20)耦合的表面(64、88)，使得所述可移动块(28、30)插入在所述衬底(32)与所述IC管芯(62、86)的所述表面(64、88)之间；以及电极结构(82)，所述电极结构(82)形成在所述IC管芯(62、86)的所述表面(64、88)上，所述电极结构(82)包括与所述可移动块(28、30)竖直间隔开的多个电极段(90)。2.根据权利要求1所述的集成装置，其特征在于，所述可移动块(28、30)和所述电极结构(82)被封闭在空腔(68、92)内，所述空腔(68、92)是通过将所述集成电路管芯(62、86)与所述MEMS装置(20)耦合而形成的。3.根据权利要求1或2所述的集成装置，其特征在于，所述多个电极段(90)与所述可移动块(28、30)的第一侧(74)竖直间隔开，并且所述集成装置进一步包括：感测电极(46、48)，所述感测电极(46、48)形成在所述衬底(32)上并与所述可移动块(28、30)的第二侧(76)竖直间隔开，所述第二侧(76)与所述第一侧(74)相对。4.根据权利要求1到3中任一项所述的集成装置，其特征在于，所述可移动块(28、30)包括至少一个开口(52)，所述至少一个开口(52)延伸穿过所述可移动块(28、30)并且被所述可移动块(28、30)完全包围，并且所述电极段(90)的至少一部分覆盖所述至少一个开口(52)，其中所述电极段(90)中覆盖所述至少一个开口(52)的所述至少一部分的重叠面积随着所述可移动块(28、30)在所述驱动方向(34)上振荡而改变。5.根据权利要求1到4中任一项所述的集成装置，其特征在于，所述多个电极段(90)中的每一个电极段具有近似垂直于所述驱动方向(34)朝向的纵向尺寸(94)。6.根据权利要求1到5中任一项所述的集成装置，其特征在于，进一步包...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒂埃里·卡萨涅，热拉尔·特劳赫，马格丽特·莱斯莉·尼芬，阿龙·A·盖斯贝格尔，
申请(专利权)人：恩智浦美国有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US