MEMS惯性传感结构及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种MEMS惯性传感结构及其制作方法。本发明专利技术在感测质量块的两侧分别设置第一检测电极层和第二检测电极层，从而当可动质量块发生位移时，位于所述固定轴同一侧的所述第一检测电极层和所述第二检测电极层分别与所述感测质量块之间形成的电容容值的变化量的绝对值相同或位于所述固定轴不同侧的所述第一检测电极层和所述第二检测电极层分别与所述感测质量块形成的电容容值的变化量相同。另一方面，与所述第二检测电极层同层设置有对称的止挡结构，以保证感测质量块在运动过程中不会超过MEMS惯性传感结构的量程范围，并且止挡结构上具有多级止挡的凸起部，随着感测质量块的运动幅度增大，提供更大的反向力。提供更大的反向力。提供更大的反向力。

【技术实现步骤摘要】
MEMS惯性传感结构及其制作方法


[0001]本专利技术涉及惯性传感器
，尤其涉及一种MEMS惯性传感结构及其制作方法。

技术介绍

[0002]在很多运动物体的控制、检测和导航系统中，不仅需要位移、角位移、速度、角速度信息，更需要加速度、角速度信息。惯性传感器(包括加速度传感器与角速度传感器)就是一种测试加速度、角速度的仪器。
[0003]从二十世纪八十年代末开始，随着微机电系统 (Micro
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Electro
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Mechanical
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System，MEMS)技术的发展，各种传感器实现了微小型化，以MEMS技术为基础的MEMS惯性传感器由于采用MEMS加工工艺，实现了批量生产，克服了原有惯性传感器体积大、成本高等缺点，成为未来发展的主要方向。
[0004]目前的MEMS惯性传感器通常采用电容式惯性传感器，所述电容式惯性传感器一般包括探测物体运动的固定电极、物体运动导致与固定电极之间发生电容变化的可移动敏感元素(一般称可动电极)、以及与固定电极和可动电极相电连接的电信号连接。在MEMS惯性传感器中，可移动敏感元素一般也充当质量块以减少整个器件体积重量，就质量块本身来说，质量越大，惯性越大。
[0005]目前的MEMS传感器特别是惯性传感器，采用外延多晶硅工艺路线的，主要是2层多晶硅，上层为器件层结构，下层为检测电极和走线结构，传统的2层多晶硅结构难以实现更高的灵敏度输出。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了一种MEMS惯性传感结构及其制作方法，能够有效解决传统MEMS惯性传感结构无法提供更高灵敏度的问题。
[0007]根据本专利技术的一方面，提供一种MEMS惯性传感结构，包括：感测质量块，所述感测质量块响应于在感测轴方向上的加速度而在所述感测轴方向上发生相应的转动位移；衬底，所述衬底具有相对的第一侧和第二侧，所述第一侧上设置有固定轴，所述感测质量块位于所述衬底的所述第一侧上方，并且所述衬底通过所述固定轴支撑所述感测质量块；第一检测电极层，所述第一检测电极层包括至少一个第一检测电极，所述第一检测电极层位于所述衬底和所述感测质量块之间并且所述至少一个第一检测电极的感测面朝向所述感测质量块的第一表面；以及第二检测电极层，所述第二检测电极层包括至少一个第二检测电极，所述第二检测电极层位于所述感测质量块远离所述衬底一侧的上方，并且所述至少一个第二检测电极的感测面朝向所述感测质量块的与所述第一表面相对的第二表面；其中，当所述感测质量块发生转动位移时，所述至少一个第一检测电极的感测信号以及所述至少一个第二检测电极的感测信号发生对应的变化。
[0008]进一步地，所述第一检测电极层包括两个第一检测电极，所述第二检测电极层包
括两个第二检测电极，其中，所述两个第一检测电极中的一个位于所述固定轴的一侧，另一个位于所述固定轴的另一侧，并且所述两个第二检测电极中的一个位于所述固定轴的一侧，另一个位于所述固定轴的另一侧。
[0009]进一步地，当所述感测质量块发生转动位移时，位于所述固定轴的同一侧的第一检测电极和第二检测电极的感测信号的变化趋势相反。
[0010]进一步地，所述两个第一检测电极和所述两个第二检测电极关于所述固定轴一一对应的方式对称布置，并且所述第一检测电极的有效面积和所述第二检测电极的有效面积相同。
[0011]进一步地，在所述感测质量块未发生转动位移时，所述第一检测电极与所述感测质量块之间的距离和所述第二检测电极与所述感测质量块之间的距离相同。
[0012]进一步地，所述第一检测电极的有效区域与对应的所述第二检测电极的有效区域在所述衬底上的正投影重合。
[0013]进一步地，所述MEMS惯性传感结构还包括至少一个偏心质量块，所述至少一个偏心质量块设置在所述感测质量块的所述第二表面上，并且位于所述固定轴的一侧，以使所述固定轴两侧的感测质量块的质量不对称。
[0014]进一步地，所述第二检测电极层还包括至少两个止挡结构，在所述感测质量块未发生转动位移时，所述至少两个止挡结构与所述感测质量块的所述第二表面间隔相对，且所述至少两个止挡结构以对称的方式设置在所述固定轴的两侧。
[0015]进一步地，所述止挡结构包括至少两个朝向所述感测质量块的凸起部，所述两个凸起部中远离所述固定轴的凸起部的高度大于所述两个凸起部中靠近所述固定轴的凸起部的高度。
[0016]进一步地，所述衬底包括基底层和第一绝缘层，所述第一绝缘层设置在所述基底上，所述第一检测电极层设置在所述第一绝缘层上。
[0017]进一步地，所述MEMS惯性传感结构还包括第二绝缘层，所述第二绝缘层设置在所述第一绝缘层上，并且所述第一绝缘层和所述第二绝缘层上设置有贯穿所述第一绝缘层和所述第二绝缘层的第一导电通路，用于层间电连接。
[0018]进一步地，所述第一检测电极层还包括一个质量块检测电极，并且所述第二绝缘层上还设置有贯穿所述第二绝缘层的第二导电通路，用于所述质量块检测电极与所述感测质量块间的电连接。
[0019]根据本专利技术的另一方面，提供一种MEMS惯性传感结构的制作方法，包括提供衬底，所述衬底包括基底层以及所述基底层上的第一绝缘层；在所述衬底上沉积第一层多晶硅并以第一预设的图案刻蚀所述第一层多晶硅以形成第一检测电极层；在所述第一检测电极层上沉积第二绝缘层，并在所述第二绝缘层上沉积第二层多晶硅；以第二预设的图案刻蚀所述第二层多晶硅以形成固定轴和由所述固定轴支撑的感测质量块，其中所述固定轴与所述第一检测电极层电连接；在所述第二层多晶硅上沉积第三绝缘层，并以第三预设的图案刻蚀所述第三绝缘层，以及在图案化后的所述第三绝缘层上沉积第三层多晶硅；以第四预设的图案刻蚀所述第三层多晶硅以形成第二检测电极层。
[0020]进一步地，所述在所述衬底上沉积第一层多晶硅并以第一预设的图案刻蚀所述第一层多晶硅以形成第一检测电极层包括：刻蚀所述第一层多晶硅以形成包括至少一个第一
检测电极和一个质量块检测电极的所述第一检测电极层。
[0021]进一步地，所述以第四预设的图案刻蚀所述第三层多晶硅以形成第二检测电极层包括：刻蚀所述第三层多晶硅以形成包括至少一个第二检测电极和至少两个止挡结构的所述第二检测电极层。
[0022]进一步地，所述以第四预设的图案刻蚀所述第三层多晶硅以形成第二检测电极层还包括：刻蚀所述第三层多晶硅以在所述感测质量块上形成至少一个偏心质量块。
[0023]进一步地，所述MEMS惯性传感结构的制作方法还包括：在所述第三绝缘层上形成过孔，所述过孔的位置与偏心质量块的位置相对应；以及在所述第三绝缘层上形成凹槽，所述凹槽的位置与所述凸起部的位置相对应，所述凹槽的深度与凸起部的高度相同。
[0024]本专利技术的优点在于，本专利技术在感测质量块的两侧分别设置第一检测电极层和第二检测电极层，从而当可动质量块发生位移时，位于所述固定轴同一侧的所述第一检测电极层和所述第二检测电极层分别与所述感本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MEMS惯性传感结构，其特征在于，包括：感测质量块（111），所述感测质量块（111）响应于在感测轴方向上的加速度而在所述感测轴方向上发生相应的转动位移；衬底（220），所述衬底（220）具有相对的第一侧和第二侧，所述第一侧上设置有固定轴（134），所述感测质量块（111）位于所述衬底（220）的所述第一侧上方，并且所述衬底（220）通过所述固定轴（134）支撑所述感测质量块（111）；第一检测电极层（103），所述第一检测电极层（103）包括至少一个第一检测电极（101），所述第一检测电极层（103）位于所述衬底（220）和所述感测质量块（111）之间并且所述至少一个第一检测电极（101）的感测面朝向所述感测质量块（111）的第一表面；以及第二检测电极层（120），所述第二检测电极层（120）包括至少一个第二检测电极（132），所述第二检测电极层（120）位于所述感测质量块（111）远离所述衬底（220）一侧的上方，并且所述至少一个第二检测电极（132）的感测面朝向所述感测质量块（111）的与所述第一表面相对的第二表面；其中，当所述感测质量块（111）发生转动位移时，所述至少一个第一检测电极（101）的感测信号以及所述至少一个第二检测电极（132）的感测信号发生对应的变化。2.根据权利要求1所述的MEMS惯性传感结构，其特征在于，所述第一检测电极层（103）包括两个第一检测电极（101），所述第二检测电极层（120）包括两个第二检测电极（132），其中，所述两个第一检测电极（101）中的一个位于所述固定轴（134）的一侧，另一个位于所述固定轴（134）的另一侧，并且所述两个第二检测电极（132）中的一个位于所述固定轴（134）的一侧，另一个位于所述固定轴（134）的另一侧。3.根据权利要求2所述的MEMS惯性传感结构，其特征在于，当所述感测质量块（111）发生转动位移时，位于所述固定轴（134）的同一侧的第一检测电极（101）和第二检测电极（132）的感测信号的变化趋势相反。4.根据权利要求3所述的MEMS惯性传感结构，其特征在于，所述两个第一检测电极（101）和所述两个第二检测电极（132）关于所述固定轴（134）一一对应的方式对称布置，并且所述第一检测电极（101）的有效面积和所述第二检测电极（132）的有效面积相同。5.根据权利要求4所述的MEMS惯性传感结构，其特征在于，在所述感测质量块（111）未发生转动位移时，所述第一检测电极（101）与所述感测质量块（111）之间的距离和所述第二检测电极（132）与所述感测质量块（111）之间的距离相同。6.根据权利要求5所述的MEMS惯性传感结构，其特征在于，所述第一检测电极（101）的有效区域与对应的所述第二检测电极（132）的有效区域在所述衬底（220）上的正投影重合。7.根据权利要求1
‑
6中任一项所述的MEMS惯性传感结构，其特征在于，所述MEMS惯性传感结构还包括至少一个偏心质量块（121），所述至少一个偏心质量块（121）设置在所述感测质量块（111）的所述第二表面上，并且位于所述固定轴（134）的一侧，以使所述固定轴（134）两侧的感测质量块（111）的质量不对称。8.根据权利要求1
‑
6中任一项所述的MEMS惯性传感结构，其特征在于，所述第二检测电极层（120）还包括至少两个止挡结构（122），在所述感测质量块（111）未发生转动位移时，所述至少两个止挡结构（122）与所述感测质量块（111）的所述第二表面间隔相对，且所述至少两个止挡结构（122）以对称的方式设置在所述固定轴（134）的两侧。
9.根据权利要求8所述的MEMS惯性...

【专利技术属性】
技术研发人员：张沛，庄瑞芬，李诺伦，
申请(专利权)人：苏州敏芯微电子技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：