一種mems慣性傳感器及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種慣性測量器件，更具體地，涉及一種基于MEMS制造的慣性測量器件，例如MEMS加速度計(jì)、陀螺儀、振蕩器等；本發(fā)明還涉及一種MEMS慣性傳感器的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，隨著消費(fèi)電子和可穿戴設(shè)備的發(fā)展，對MEMS慣性傳感器的性能提出了越來越高的要求，眾多系統(tǒng)廠商希望MEMS慣性器件在保持現(xiàn)有性能的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步縮小芯片的尺寸。目前的MEMS慣性器件，其敏感結(jié)構(gòu)層通過鍵合錨定在襯底上，在敏感結(jié)構(gòu)層的上表面鍵合MEMS密封蓋，形成與外界隔離的密封腔體。目前的問題是，MEMS工藝的發(fā)展已經(jīng)比較成熟，工藝能力已經(jīng)接近極限，很難再根據(jù)系統(tǒng)廠商的要求進(jìn)一步縮減芯片的尺寸，而芯片性能繼續(xù)提升的空間也已經(jīng)很小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的一個目的是提供一種MEMS慣性傳感器的新技術(shù)方案。
[0004]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種MEMS慣性傳感器，包括襯底，以及分別固定在襯底上端、下端的蓋體，兩個蓋體與襯底分別形成位于襯底兩側(cè)的第一容腔、第二容腔；在所述襯底的上端通過中間結(jié)合層設(shè)有位于第一容腔內(nèi)的第一敏感結(jié)構(gòu)，在所述襯底的下端通過中間結(jié)合層設(shè)有位于第二容腔內(nèi)的第二敏感結(jié)構(gòu)。
[0005]優(yōu)選地，其中在所述襯底上設(shè)有金屬化通孔，所述第一敏感結(jié)構(gòu)和第二敏感結(jié)構(gòu)通過穿過金屬化通孔的導(dǎo)電材料或連通導(dǎo)電材料的引線連接。
[0006]優(yōu)選地，所述第一敏感結(jié)構(gòu)包括第一彈性梁，以及位于第一彈性梁兩側(cè)的可動極板C1-1、可動極板C1-2，所述第二敏感結(jié)構(gòu)包括第二彈性梁，以及位于第二彈性梁兩側(cè)的可動極板C2-1、可動極板C2-2 ;所述襯底的上端設(shè)有與可動極板Cl-1構(gòu)成Cl電容結(jié)構(gòu)的固定極板C3-1，以及與可動極板C1-2構(gòu)成C2電容結(jié)構(gòu)的固定極板C3-2 ;所述襯底的下端設(shè)有與可動極板C2-1構(gòu)成C3電容結(jié)構(gòu)的固定極板C4-1，以及與可動極板C2-2構(gòu)成C4電容結(jié)構(gòu)的固定極板C4-2。
[0007]優(yōu)選地，所述第一敏感結(jié)構(gòu)、第二敏感結(jié)構(gòu)為平動結(jié)構(gòu)，其中，Cl電容結(jié)構(gòu)與C3電容結(jié)構(gòu)形成疊加電容C13 ；C2電容結(jié)構(gòu)與C4電容結(jié)構(gòu)形成疊加電容C24，疊加電容C13與C24構(gòu)成差分電容結(jié)構(gòu)。
[0008]優(yōu)選地，所述第一敏感結(jié)構(gòu)、第二敏感結(jié)構(gòu)為偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，其中，所述第一敏感結(jié)構(gòu)重心偏移的方向與第二敏感結(jié)構(gòu)重心偏移的方向相反；C1電容結(jié)構(gòu)與C3電容結(jié)構(gòu)形成疊加電容C13 ；C2電容結(jié)構(gòu)與C4電容結(jié)構(gòu)形成疊加電容C24，疊加電容C13與C24構(gòu)成差分電容結(jié)構(gòu)。
[0009]優(yōu)選地，所述第一敏感結(jié)構(gòu)、第二敏感結(jié)構(gòu)為偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，其中，所述第一敏感結(jié)構(gòu)重心偏移的方向與第二敏感結(jié)構(gòu)重心偏移的方向相同；C1電容結(jié)構(gòu)與C4電容結(jié)構(gòu)形成疊加電容C14 ；C2電容結(jié)構(gòu)與C3電容結(jié)構(gòu)形成疊加電容C23，疊加電容C14與C23構(gòu)成差分電容結(jié)構(gòu)。
[0010]優(yōu)選地，所述第一敏感結(jié)構(gòu)為加速度計(jì)結(jié)構(gòu)，所述第二敏感結(jié)構(gòu)為陀螺儀結(jié)構(gòu)；或者所述第一敏感結(jié)構(gòu)為陀螺儀結(jié)構(gòu)，所述第二敏感結(jié)構(gòu)為加速度計(jì)結(jié)構(gòu)。
[0011]優(yōu)選地，所述襯底上還設(shè)有貫通第一容腔和第二容腔的氣壓導(dǎo)通孔。
[0012]本發(fā)明還提供了一種MEMS慣性傳感器的制造方法，包括以下步驟:
[0013]a)在襯底的上表面刻蝕多個金屬化通孔；
[0014]b)在襯底的上表面以及多個金屬化通孔的內(nèi)壁上沉積或熱生長絕緣層；
[0015]c)在金屬化通孔內(nèi)填充導(dǎo)電材料；
[0016]d)在襯底上沉積中間結(jié)合層，并刻蝕；
[0017]e)將第一敏感結(jié)構(gòu)鍵合在襯底的中間結(jié)合層上，并對第一敏感結(jié)構(gòu)進(jìn)行刻蝕；
[0018]f)將蓋體固定在襯底上，形成封閉第一敏感結(jié)構(gòu)的第一容腔；
[0019]g)將襯底翻轉(zhuǎn)180 °，在襯底上沉積中間結(jié)合層，并刻蝕；
[0020]h)將第二敏感結(jié)構(gòu)鍵合在襯底的中間結(jié)合層上，并對第二敏感結(jié)構(gòu)進(jìn)行刻蝕；
[0021]i)將蓋體固定在襯底上，形成封閉第二敏感結(jié)構(gòu)的第二容腔。
[0022]優(yōu)選地，所述步驟a)中，金屬化通孔為盲孔，所述步驟g)為:襯底翻轉(zhuǎn)180°后，將襯底減薄至金屬化通孔位置，之后在襯底上沉積中間結(jié)合層，并刻蝕。
[0023]本發(fā)明的MEMS慣性傳感器，襯底位于芯片的中部，在襯底的上下表面分別鍵合敏感結(jié)構(gòu)，使得該MEMS慣性傳感器具有雙層的敏感結(jié)構(gòu)，從而提高了芯片的利用率，提升了MEMS慣性傳感器的整體性能，使得靈敏度增加了一倍，提高了信噪比；換言之，相比傳統(tǒng)的MEMS慣性傳感器，在不降低芯片性能的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步縮減了 MEMS芯片的尺寸，以滿足電子產(chǎn)品的小型化發(fā)展。本發(fā)明的MEMS慣性傳感器，增加了芯片尺寸和芯片性能之間的設(shè)計(jì)余量，可以應(yīng)用于MEMS加速度計(jì)、MEMS陀螺儀、MEMS諧振器等具有可動敏感結(jié)構(gòu)的MEMS慣性器件。
[0024]本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)有技術(shù)中，MEMS工藝的發(fā)展已經(jīng)比較成熟，工藝能力已經(jīng)接近極限，很難再根據(jù)系統(tǒng)廠商的要求進(jìn)一步縮減芯片的尺寸，而芯片性能繼續(xù)提升的空間也已經(jīng)很小。因此，本發(fā)明所要實(shí)現(xiàn)的技術(shù)任務(wù)或者所要解決的技術(shù)問題是本領(lǐng)域技術(shù)人員從未想到的或者沒有預(yù)期到的，故本發(fā)明是一種新的技術(shù)方案。
[0025]通過以下參照附圖對本發(fā)明的示例性實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征及其優(yōu)點(diǎn)將會變得清楚。
【附圖說明】
[0026]被結(jié)合在說明書中并構(gòu)成說明書的一部分的附圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例，并且連同其說明一起用于解釋本發(fā)明的原理。
[0027]圖1是本發(fā)明MEMS慣性傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖2是本發(fā)明一種【具體實(shí)施方式】中MEMS慣性傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖3是本發(fā)明另一種【具體實(shí)施方式】中MEMS慣性傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖4是本發(fā)明另一種【具體實(shí)施方式】中MEMS慣性傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖5至圖12是本發(fā)明MEMS慣性傳感器制造方法的步驟示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]現(xiàn)在將參照附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明的各種示例性實(shí)施例。應(yīng)注意到:除非另外具體說明，否則在這些實(shí)施例中闡述的部件和步驟的相對布置、數(shù)字表達(dá)式和數(shù)值不限制本發(fā)明的范圍。
[0033]以下對至少一個示例性實(shí)施例的描述實(shí)際上僅僅是說明性的，決不作為對本發(fā)明及其應(yīng)用或使用的任何限制。
[0034]對于相關(guān)領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的技術(shù)、方法和設(shè)備可能不作詳細(xì)討論，但在適當(dāng)情況下，所述技術(shù)、方法和設(shè)備應(yīng)當(dāng)被視為說明書的一部分。
[0035]在這里示出和討論的所有例子中，任何具體值應(yīng)被解釋為僅僅是示例性的，而不是作為限制。因此，示例性實(shí)施例的其它例子可以具有不同的值。
[0036]應(yīng)注意到:相似的標(biāo)號和字母在下面的附圖中表示類似項(xiàng)，因此，一旦某一項(xiàng)在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進(jìn)行進(jìn)一步討論。
[0037]參考圖1，本發(fā)明提供的一種MEMS慣性傳感器，其包括襯底1，以及分別固定在襯底I上端、下端的蓋體2，兩個蓋體2與襯底I固定在一起，分別形成了位于襯底I兩側(cè)的第一容腔、第二容腔。該第一容腔、第二容腔可以是一封閉的結(jié)構(gòu)，其中，在所述襯底I的上端通過中間結(jié)合層4設(shè)有位于第一容腔內(nèi)的第一敏感結(jié)構(gòu)3，在所述襯底I的下端通過中間結(jié)合層4設(shè)有位于第二容腔內(nèi)的第二敏感結(jié)構(gòu)6。
[0038]本發(fā)明中，第一敏感結(jié)構(gòu)3、第二敏感結(jié)構(gòu)6為慣性傳感器的可動器件，其可以是可動極板等本領(lǐng)域技術(shù)人員所