电容系统及其制备方法技术方案

本发明专利技术提供了一种电容系统及其制备方法，电容系统包括依次层叠的第一晶圆、介质层、第一静电极层、动电极层和第二晶圆；所述动电极层包括设置在所述第一静电极层上的动电极块，所述动电极块与所述第一静电极层在竖直方向上分离，从而使得所述动电极块可相对于所述第一静电极层在水平方向上来回运动；所述动电极块上设有绝缘空腔，所述绝缘空腔将所述动电极块在水平方向上分隔。这种电容系统的层叠的动电极块与第一静电极层之间只发生水平方向上的相对运动，由于垂直方向上的变形刚度可以远大于水平方向，这就避免了动电极块与第一静电极层之间大位移下的相对碰撞，从而解决了基于梳齿结构的大位移碰撞可靠性问题。

【技术实现步骤摘要】
电容系统及其制备方法
本专利技术涉及电容
，尤其涉及一种电容系统及其制备方法。
技术介绍
MEMS器件中的面内运动一般是指运动部件的运动方向在晶圆的平面内，对于这种平面内运动的检测或驱动，通常是制备沿着与平面方向垂直的梳齿结构的电容系统来实现，通过动梳齿和静梳齿在平面方向上的相对运动，导致动梳齿和静梳齿之间的电容变化。然而，受到工艺极限的限制，梳齿的深宽比一般控制在20：1以内，梳齿对的间距也会大于1μm，这都导致需要制备极多数量的梳齿结构才能满足驱动力的要求。并且，梳齿的间距都是通过深反应离子刻蚀工艺(DRIE)制备的，这种工艺的侧壁都具有典型Scallop结构(博世工艺典型特征)，以及侧壁并不是90°垂直基板(间距不均匀)，这些都会给梳齿电容系统带来问题。此外，梳齿对结构不适合用于大位移情况，动梳齿在左右运动的时候是靠导向结构(一般是U型梁)导向的，很难严格保证动梳齿完全水平方向运动(会存在上下的运动偏差)，加上梳齿制备工艺带来的结构上的缺陷，大位移下容易发生动梳齿与静梳齿的碰撞，引起可靠性问题。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种可以解决上述问题的电容系统。此外，还有必要提供一种上述电容系统的制备方法。一种电容系统，包括依次层叠的第一晶圆、介质层、第一静电极层、动电极层和第二晶圆；所述动电极层包括设置在所述第一静电极层上的动电极块，所述动电极块与所述第一静电极层在竖直方向上分离，从而使得所述动电极块可相对于所述第一静电极层在水平方向上来回运动；所述第一静电极层设有第一绝缘空腔，所述第一绝缘空腔位于所述动电极块的下方，所述第一绝缘空腔将所述第一静电极层在水平方向上分隔；或者，所述动电极块上设有绝缘空腔，所述绝缘空腔将所述动电极块在水平方向上分隔。一种电容系统的制备方法，包括如下步骤：在第一晶圆上依次形成介质层和第一静电极层；刻蚀所述第一静电极层，从而在所述第一静电极层形成第一绝缘空腔，其中，所述第一绝缘空腔将所述第一静电极层在水平方向上分隔形成彼此绝缘的不同区域；在所述第一静电极层上依次形成牺牲层和运动电极层；刻蚀所述运动电极层，使得所述运动电极层转变为设置在所述牺牲层上的动电极块，所述动电极块形成动电极层，并且所述第一绝缘空腔设置在所述动电极块的下方；释放所述牺牲层，使得所述动电极块与所述第一静电极层在竖直方向上分离，从而使得所述动电极块可相对于所述第一静电极层在水平方向上来回运动，得到半成品；以及将第二晶圆和所述半成品键合，使得所述第二晶圆层叠在所述动电极层上，得到所述的电容系统。一种电容系统的制备方法，包括如下步骤：在第一晶圆上依次形成介质层、第一静电极层和牺牲层；在所述牺牲层上形成运动电极层，接着刻蚀所述运动电极层，使得所述运动电极层转变为设置在所述牺牲层上的动电极块，并且在所述动电极块上形成绝缘空腔，其中，所述动电极块形成动电极层，所述绝缘空腔将所述动电极块在水平方向上分隔；释放所述牺牲层，使得所述动电极块与所述第一静电极层在竖直方向上分离，从而使得所述动电极块可相对于所述第一静电极层在水平方向上来回运动，得到半成品；以及将第二晶圆和所述半成品键合，使得所述第二晶圆层叠在所述动电极层上，得到所述的电容系统的制备方法。这种电容系统包括层叠设置的第一静电极层和动电极层，动电极层包括设置在第一静电极层上的动电极块，动电极块可相对于第一静电极层在水平方向上来回运动，第一静电极层设有位于动电极块的下方的第一绝缘空腔，或者动电极块上设有绝缘空腔，这种电容系统的电容值会随着动电极块的运动发生改变，同时也可用于驱动。相对于传统的梳齿结构的电容系统，这种电容系统可以通过对第一静电极层和动电极层之间形成的牺牲层的厚度的精准控制，来实现第一静电极层和动电极层之间的间距的精准控制，从而这种电容系统的一致性非常好，并且第一静电极层和动电极层之间的间距可以下探到1μm以下。这种电容系统的一致性好，第一静电极层和动电极层之间的间距可以下探到1μm以下，并且由于层叠的动电极块与第一静电极层之间只发生水平方向上的相对运动，由于垂直方向上的变形刚度可以远大于水平方向，这就避免了动电极块与第一静电极层之间大位移下的相对碰撞，从而解决了基于梳齿结构的大位移碰撞可靠性问题。【附图说明】图1为第一实施方式的电容系统的结构示意图。图2为第二实施方式的电容系统的结构示意图。图3为第三实施方式的电容系统的结构示意图。图4为如图3所示的电容系统的A－A向的剖面结构示意图。图5为第四实施方式的电容系统的结构示意图。图6为第五实施方式的电容系统的结构示意图。图7为第六实施方式的电容系统的结构示意图。图8为第一实施方式的电容系统的制备方法的流程图。图9为如图8所示的电容系统的制备方法的原理示意图。图10为第二实施方式的电容系统的制备方法的流程图。图11为如图10所示的电容系统的制备方法的原理示意图。图12为第三实施方式的电容系统的制备方法的流程图。图13为如图12所示的电容系统的制备方法的原理示意图。图14为第四实施方式的电容系统的制备方法的流程图。图15为如图14所示的电容系统的制备方法的原理示意图。图16为第五实施方式的电容系统的制备方法的流程图。图17为如图16所示的电容系统的制备方法的原理示意图。图18为第六实施方式的电容系统的制备方法的流程图。图19为如图18所示的电容系统的制备方法的原理示意图。【具体实施方式】下面结合附图和实施方式对本专利技术作进一步说明。以下为电容系统100、200、300、400、500、600的介绍，在本专利技术中，如果没有特别说明，采用的晶圆(第一晶圆、第二晶圆)均为SOI硅片。如图1所示的第一实施方式的电容系统100，包括依次层叠的第一晶圆110、介质层120、第一静电极层130、动电极层140和第二晶圆150。动电极层140包括设置在第一静电极层130上的动电极块142，动电极块142与第一静电极层130在竖直方向上分离，从而使得动电极块142可相对于第一静电极层130在水平方向上来回运动。动电极块142可以为一个或若干个(两个或两个以上)。本实施方式中，动电极块142为若干个，若干个动电极块142间隔设置在第一静电极层130上。第一静电极层130设有第一绝缘空腔132，第一绝缘空腔132位于动电极块142的下方，第一绝缘空腔132将第一静电极层130在水平方向上分隔。这种电容系统100包括层叠设置的第一静电极层130和动电极层140，动电极层140包括设置在第一静电极层130上的动电极块142，动电极块142可相对于第一静电极层130在水平方向上来回运动，第一静电极层130设有位于动电极块142的下方的第一绝缘空本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电容系统，其特征在于，包括依次层叠的第一晶圆、介质层、第一静电极层、动电极层和第二晶圆；/n所述动电极层包括设置在所述第一静电极层上的动电极块，所述动电极块与所述第一静电极层在竖直方向上分离，从而使得所述动电极块可相对于所述第一静电极层在水平方向上来回运动；/n所述第一静电极层设有第一绝缘空腔，所述第一绝缘空腔位于所述动电极块的下方，所述第一绝缘空腔将所述第一静电极层在水平方向上分隔；或者，所述动电极块上设有绝缘空腔，所述绝缘空腔将所述动电极块在水平方向上分隔。/n

【技术特征摘要】
1.一种电容系统，其特征在于，包括依次层叠的第一晶圆、介质层、第一静电极层、动电极层和第二晶圆；
所述动电极层包括设置在所述第一静电极层上的动电极块，所述动电极块与所述第一静电极层在竖直方向上分离，从而使得所述动电极块可相对于所述第一静电极层在水平方向上来回运动；
所述第一静电极层设有第一绝缘空腔，所述第一绝缘空腔位于所述动电极块的下方，所述第一绝缘空腔将所述第一静电极层在水平方向上分隔；或者，所述动电极块上设有绝缘空腔，所述绝缘空腔将所述动电极块在水平方向上分隔。


2.根据权利要求1所述的电容系统，其特征在于，所述动电极块包括层叠在所述第一静电极层上的第一长块以及层叠在所述第一长块上的短块，所述第一长块的宽度大于所述短块的宽度。


3.根据权利要求2所述的电容系统，其特征在于，所述短块位于在所述第一长块的宽度方向的中间区域的上方。


4.根据权利要求2所述的电容系统，其特征在于，所述动电极块还包括层叠在所述短块上的第二长块，所述第二长块的宽度大于所述短块的宽度。


5.根据权利要求4所述的电容系统，其特征在于，所述短块位于所述第二长块的宽度方向的中间区域的下方。


6.根据权利要求4所述的电容系统，其特征在于，所述第一长块的宽度和所述第二长块的宽度相同。


7.根据权利要求1所述的电容系统，其特征在于，所述动电极层上设有电隔离槽，所述动电极块设置在所述电隔离槽内，并且所述电隔离槽和所述动电极块之间填充有所述绝缘材料。


8.根据权利要求7所述的电容系统，其特征在于，所述动电极块在长度方向上具有相对的第一端和第二端，所述第一端和所述第二端均设置在所述电隔离槽内。


9.根据权利要求8所述的电容系统，其特征在于，所述第一端的宽度和所述第二端的宽度均大于所述动电极块的中间的宽度。


10.根据权利要求1所述的电容系统，其特征在于，所述第一绝缘空腔内设有绝缘材料或空气；或者，所述绝缘空腔内设有绝缘材料或空气。


11.根据权利要求1所述的电容系统，其特征在于，所述第一绝缘空腔设置在所述动电极块的宽度方向的中间区域的下方；或者，所述绝缘空腔设置在所述动电极块的宽度方向的中间区域。


12.根据权利要求1－11中任意一项所述的电容系统，其特征在于，所述电容系统还包括设置在所述动电极层和所述第二晶圆之间的第二静电极层。


13.根据权利要求12所述的电容系统，其特征在于，所述第一静电极层设有第一绝缘空腔时，所述第二静电极层设有第二绝缘空腔，所述第二绝缘空腔位于所述动电极块的上方，所述第二绝缘空腔用于将所述第二静电极层在水平方向上分隔。


14.根据权利要求13所述的电容系统，其特征在于，所述第二绝缘空腔内设有绝缘材料或空气；或者，所述第二绝缘空腔设置在所述动电极块的宽度方向的中间区域的上方。


15.一种电容系统的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
在第一晶圆上依次形成介质层和第一静电极层；
刻蚀所述第一静电极层，从而在所述第一静电极层形成第一绝缘空腔，其中，所述第一绝缘空腔将所述第一静电极层在水平方向上分隔形成彼此绝缘的不同区域；
在所述第一静电极层上依次形成牺牲层和运动电极层；
刻蚀所述运动电极层，使得所述运动电极层转变为设置在所述牺牲层上的动电极块，所述动电极块形成动电极层，并且所述第一绝缘空腔设置在所述动电极块的下方；
释放所述牺牲层，使得所述动电极块与所述第一静电极层在竖直方向上分离，从而使得所述动电极块可相对于所述第一静电极层在水平方向上来回运动，得到半成品；以及
将第二晶圆和所述半成品键合，使得所述第二晶圆层叠在所述动电极层上，得到所述的电容系统。


16.根据权利要求15所述的电容系统的制备方法，其特征在于，还包括在所述刻蚀所述第一静电极层的操作之后，进行如下操作：在所述第一静电极层上形成第一绝缘层，接着去除所述第一绝缘层至所述第一静电极层的顶部，从而使得所述第一绝缘空腔内设有绝缘材料，所述第一静电极层上未层叠所述第一绝缘层。


17.根据权利要求15或16所述的电容系统的制备方法，其特征在于，还包括在所述将第二晶圆和所述半成品键合的操作之前，在所述第二晶圆上形成第二静电极层的操作；
所述电容系统中，所述动电极层、所述第二静电极层以及所述第二晶圆依次层叠。


18.根据权利要求17所述的电容系统的制备方法，其特征在于，还包括在所述第二晶圆上形成第二静电极层的操作之后，进行如下操作：刻蚀所述第二静电极层，从而在所述第二静电极层上形成第二绝缘空腔，其中，所述第二绝缘空腔用于将所述第二静电极层在水平方向上分隔；
所述电容系统中，所述第二绝缘空腔位于所述动电极块的上方。


19.根据权利要求18所述的电容系统的制备方法，其特征在于，还包括在所述刻蚀所述第二静电极层的操作之后，进行如下操作：在所述第二静电极层上形成第二绝缘层，接着去除所述第二绝缘层至所述第二静电极层的顶部，从而使得所述第二绝缘空腔内设有绝缘材料，所述第二静电极层上未层叠所述第二绝缘层。

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【专利技术属性】
技术研发人员：但强，陶泽，李杨，
申请(专利权)人：瑞声科技南京有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32