CN104876176B - 一种可动电感电极结构以及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可动电感电极结构以及制备方法，所述可动电感电极结构，包括：上下隔离设置的上极板和下极板，用于形成MEMS中可变电容的两个电极板，其中所述上极板和所述下极板均选用平面螺旋电感，以使所述上极板和所述下极板在通电情况下相互运动。本发明所述电极结构一方面，可以像普通电容一样测两极板的电容算出极板距离的，对于加速度传感器即可换算成加速度。另一方面，还可以测得由于极板靠近引起的磁感应电流，即电容极板距离变化的速度，通过换算测量出运动加速度的变化速度。

Description

一种可动电感电极结构以及制备方法

技术领域

本发明涉及半导体领域，具体地，本发明涉及一种可动电感电极结构以及制备方法。

背景技术

随着半导体技术的不断发展，在传感器（motion sensor）类产品的市场上，智能手机、集成CMOS和微电子机械系统（MEMS）器件日益成为最主流、最先进的技术，并且随着技术的更新，这类传动传感器产品的发展方向是规模更小的尺寸，高质量的电学性能和更低的损耗。

微电子机械系统（MEMS）在体积、功耗、重量以及价格方面具有十分明显的优势，至今已经开发出多种不同的传感器，例如压力传感器、加速度传感器、惯性传感器以及其他的传感器。

现有技术中在所述MEMS器件中由上极板和下极板的加速度，所述传感空间（sensing space）感知后产生位移，从而引起所述传感器中电容的变化，为了防止干扰所述位移的测试以及电容的变化，在MEMS器件中并没有将X轴、Y轴和Z轴三个轴整合为一体，而是分别将X轴、Y轴和Z轴分别（separately）设置于同一晶圆上。

如图1a所述的MEMS器件包括加速度传感器10和压力传感器11，两部分，其中所述加速度传感器10中包括可移动件101，所述压力传感器11中包括压力传感膜102，如图1b所示，所述器件工作时通过在上极板104和下极板105上施加直流电压（VDC）和交流电压（AC），所述压力传感器11中空腔103上方的压力传感膜102静电作用下振动，发射超声波。当超声波接接受超声压力，压力传感膜102发生振动，导致两个电极之间的电容发生变化，如图2所示，该图为现有技术中所述MEMS器件中可变电容电极板的结构示意图。

传统的MEMS电感设计主要考虑到高品质因素（Q值），为射频可调谐微电感。射频可调谐微电感在当前发挥着重要作用，它能满足高性能紧凑型器件设计的要求。对于器件设计者来说，可调电感能调谐电感量并能保证较高或适当的品质因素(Q值)。

MEMS器件大多数都可看作可变电容的设计，例如利用电容两极板距离或面积变化测量电容变化，或者利用两极板静电力使极板相互吸引。具体来说压力传感器，加速度传感器等等都用到这样的设计。但是电容极板之间往往是空隙，两极板靠近后不能靠极板的静电力使其分开，只能另外设计一种弹簧结构将电容板复位，造成结构复杂，而且集成度降低。因此，为了进一步提高器件的性能，需要对现有技术中所述MEMS的电极板进行改进。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

本发明为了克服目前存在问题，提供了一种MEMS可动电感电极结构，包括：

上下隔离设置的上极板和下极板，用于形成MEMS中可变电容的两个电极板，其中所述上极板和所述下极板均选用平面螺旋电感，以使所述上极板和所述下极板在通电情况下相互运动。

作为优选，所述平面螺旋电感选用方形螺旋电感线圈或圆形螺旋电感线圈。

作为优选，所述可动电感电极结构还包括独立的电感芯，所述电感芯位于所述平面螺旋电感的中心。

作为优选，所述电感芯为电感线。

作为优选，所述可动电感电极结构还包括上平面板和下平面板，所述上平面板和所述下平面板为整块设置，所述上极板和所述下极板分别嵌于所述上平面板和所述下平面板中。

作为优选，所述上极板和所述下极板中包含两个或两个以上的相同的平面螺旋电感。

作为优选，电连接所述上极板的第一连接端和所述下极板对应的第一连接端时，用来测量所述上极板和所述下极板之间的距离。

作为优选，电连接所述上极板的第一连接端、第二连接端，同时电连接所述下极板的第一连接端、第二连接端时，所述上极板和所述下极板之间发生相互运动。

作为优选，所述上极板和所述下极板中电感电流相同时，所述上极板和所述下极板相互吸引；

所述上极板和所述下极板中电感电流相反时，所述上极板和所述下极板相互排斥。

作为优选，电连接所述下极板的第一连接端、第二连接端，来测量所述上极板的第一连接端、第二连接端中反应距离变化速度的感应电流。

本发明还提供一种MEMS可动电感电极结构的制备方法，包括：

提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成有下极板，所述下极板为平面螺旋电感；

在所述下极板上形成牺牲材料层；

在所述牺牲材料层上形成上极板，所述上极板为平面螺旋电感；

去除所述牺牲材料层，在所述上极板和所述下极板之间形成空腔。

作为优选，所述方法包括：

提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成有下平面板和下极板，所述下极板镶嵌于所述下平面板中；

在所述下平面板和所述下极板上沉积牺牲材料层；

在所述牺牲材料层上形成上平面板材料层；

在所述上平面板材料层上形成上极板材料层；

图案化所述上极板材料层，以形成平面螺旋电感的所述上极板；

图案化所述上平面板材料层和所述上极板，以形成开口，露出所述牺牲材料层；

去除所述牺牲材料层。

作为优选，所述方法还包括在所述下平面板和所述下极板上沉积牺牲材料层之后，图案化所述牺牲材料层，以去除一端上的部分所述牺牲材料层，露出所述下平面板；

以及图案化上平面板材料层和所述上极板，以形成开口，露出所述牺牲材料层没有蚀刻的一端。

作为优选，所述方法还包括在形成所述上极板之后继续沉积所述上平面板材料层，以形成上平面板，覆盖所述上极板。

作为优选，所述方法还包括在所述下平面板和所述下极板上沉积牺牲材料层之后，图案化所述牺牲材料层，以在两端形成开口，露出所述下电容基板，同时在所述牺牲材料层的中间形成凹槽；

在所述凹槽内形成上平面板材料层和上极板材料层；

图案化所述电容极板材料层和所述上极板材料层，以形成平面螺旋电感的上极板；

继续沉积上平面板材料层，以形成上平面板，覆盖所述上极板。

本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供了一种新的MEMS可动电感电极结构，所述电极结构中采用新型的电容板结构，将电感引入到可动电容板设计中，在通电状态下两电感可相互运动，给两极板上的电感加上相同的电流方向，产生相同方向的磁场而两极板相互吸引。同时，也可以施加反相的电流而推开两极板。从而解决了现有技术中两极板靠近后不能靠极板的静电力使其分开的问题。

本发明所述电极结构一方面，可以像普通电容一样测两极板的电容算出极板距离的，对于加速度传感器即可换算成加速度。另一方面，还可以测得由于极板靠近引起的磁感应电流，即电容极板距离变化的速度，通过换算测量出运动加速度的变化速度。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的装置及原理。在附图中，

图1a-1b为现有技术中所述MEMS器件的结构示意图；

图2为现有技术中所述MEMS器件中可变电容电极板的结构示意图；

图3a-3e为现有技术中所述MEMS器件中可变电容电极板的结构示意图；

图4a-4h为本发明一具体地实施方式中所述MEMS器件以及制备过程示意图；

图5a-5e为本发明另一具体地实施方式中所述MEMS器件的制备过程示意图；

图6a-6f为本发明另一具体地实施方式中所述MEMS器件及其制备过程示意图；

图7为本发明另一具体地实施方式中所述MEMS器件制备的工艺流程图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的描述，以说明本发明所述单芯片微机电系统的制备方法。显然，本发明的施行并不限于半导体领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

应予以注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本发明的示例性实施例。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。

现在，将参照附图更详细地描述根据本发明的示例性实施例。然而，这些示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施例的构思充分传达给本领域普通技术人员。在附图中，为了清楚起见，夸大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的元件，因而将省略对它们的描述。

本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供了一种新的MEMS可动电感电极结构，所述电极结构中采用新型的电容板结构，将电感引入到可动电容板设计中，在通电状态下两电感可相互运动，给两极板上的电感加上相同的电流方向，产生相同方向的磁场而两极板相互吸引。同时，也可以施加反相的电流而推开两极板。从而解决了现有技术中两极板靠近后不能靠极板的静电力使其分开的问题。

下面结合附图对本发明所述结构作进一步的说明。

实施例1

下面结合图3a-3e对所述电极结构作进一步的说明，其中3a-3e分别为所述电极板的俯视图，其中3a右侧的图形为所述电极结构的侧视图。

本发明为了解决现有技术中存在的问题，改变了现有技术中普通整块电容极板作为MEMS器件中可变的电极板，将MEMS可动电容的整片极板变成环状绕线设计构成电感。

具体地，在MEMS可变电容中上极板204和下极板202均选用平面螺旋电感作为所述MEMS中可变电容的两个电极板，以使所述上极板和所述下极板在通电情况下相互运动。

其中，所述螺旋形电感形状可为方形线圈，如图3a左侧图形所示，或者还可以为圆形线圈，如图3c所示，此外还可以选用方形、圆形以外的其他可形成电感的图案。并不局限于上述两种示例，还可以选用例如三角形或者多边形等其他形状。

作为优选，在所述螺旋形电感的上极板和下极板中间还可以设置有电感芯，其中所述电感芯设置与所述螺旋形电感的中心部位，如图3b所示，其位于所述螺旋形电感的中心，独立设置，和所述螺旋形电感相互隔离；所述电感芯优选为和所述螺旋形电感具有相同材料的一段导线，但是并不局限于该示例。

作为优选，所述MEMS可变电容的上极板204和下极板202之间具有一空腔，所述空腔内的空气作为所述可变电容的介电质，作为优选，所述上极板204和下极板202选用相同的螺旋形电感。

进一步，所述MEMS可变电容电极板结构还进一步包含上平面板和下平面板，所述上平面板和所述下平面板为整块设置，可以选用现有技术中普通整块电容极板，其中所述上极板和所述下极板分别嵌于所述上平面板和所述下平面板中。

其中所述电容极板和所述下平面板的作用和现有技术中所述电极板的作用是不同的，在本发明中所述电容极板和所述下平面板起到固定和支撑所述上极板204和下极板202的作用，在所述电容极板和所述下平面板并不会通电，因而可以选用导电材料，还可以选用非导电材料。

所述螺旋形电感可两端接电或一端接电，当上极板（螺旋形电感）和下极板均一端接电时，其作用和现有技术中的电容版电极相同，等效为普通电容极板，可以像普通电容一样测两极板的电容算出极板距离的，对于加速度传感器即可换算成加速度。

当两极板电感两端均接电时，可利用电磁感应使二极板相互吸引或排斥。也可测量感应电流而得到二极板距离变化的速度。例如如图3a左侧图形所述，当在所述上极板和所述下极板中通入相同方向的电流时，由于电流方向相同，在所述上极板和所述下极板的螺旋形电感中产生相同方向的磁场，因而所述上极板和所述下极板相互吸引，以将所述上极板和所述下极板拉进。

另外，还可以在所述上极板和所述下极板中通入相反方向的电流，当所述上极板和所述下极板中电流方向相反时，产生相反方向的磁场，因而所述上极板和所述下极板相互排斥，以将所述上极板和所述下极板推开，从而避免了额外在所述MEMS可变电容中增加弹性装置将所述上极板和所述下极板分开。在所述上极板和所述下极板的两端均通电的情况下，还可以测得由于极板靠近引起的磁感应电流，即电容极板距离变化的速度，通过换算测量出运动加速度的变化速度。

具体地，工作原理：

如图3d所示，可作为两端器件工作，当只连接所述上极板第一连接端21和下极板第一连接端23时可看作普通平行板电容，于是可以测得二极板的距离，所述方法测得运动的加速度。

当作为四端器件工作时，所述上极板第一连接端21和所述上极板第二连接端20通电，下极板第一连接端23和所述下极板第二连接端22通电。当所述上极板和所述下极板中电感电流方向相同时，磁场方向相同而使所述上极板和所述下极板相互吸引。而电流方向相反时，磁场方向相反而相互排斥。所述连接方法可以测得运动加速度的变化。

此外，还可以在也下极板第一连接端23和所述下极板第二连接端22两端通电，而上极板第一连接端21和所述上极板第二连接端20测电流。当二极板距离变化时，上极板中会产生反映距离变化速度的感应电流。

因此，本发明所述电极结构一方面，可以像普通电容一样测两极板的电容算出极板距离的，对于加速度传感器即可换算成加速度。另一方面，还可以测得由于极板靠近引起的磁感应电流，即电容极板距离变化的速度，通过换算测量出运动加速度的变化速度。

此外，作为另外一种优选实施方式，所述上极板和所述下极板中所述螺旋形电感的数目并不局限于某一数值范围，所述上极板和所述下极板中均可以包含1个、两个或者两个以上的螺旋形电感，如图3e所示。

当所述上极板或者下极板中包含多个所述的螺旋形电感时，优选为选用相同的所述螺旋形电感，其设置方向相同，即所述螺旋电感的螺旋方向相同，如图7所示，该实施例中所述电极板中包含两个螺旋形电感，其中所述两个螺旋形电感的形状完全相同，设置方式也完全相同，当所述上极板和所述下极板均采用所述方式进行设置时，在所述上极板和所述下极板中通电情况下会产生如右图所述的偏转。

实施例2

下面结合附图4a-4h对本发明的一具体地实施方式中所述可动电感电极结构的制备方法做进一步的说明。

首先，执行步骤201，提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成有下平面板201，在所述下平面板上嵌有下极板202，所述下极板为平面螺旋电感。

具体地，如图4a所示，首先提供半导体衬底（图中未示出），其中所述半导体衬底可以是以下所提到的材料中的至少一种：硅、绝缘体上硅（SOI）、绝缘体上层叠硅（SSOI）、绝缘体上层叠锗化硅（S-SiGeOI）、绝缘体上锗化硅（SiGeOI）以及绝缘体上锗（GeOI）等。

在所述半导体衬底上形成各种有源器件，例如在所述半导体衬底上形成CMOS器件以及其他的有源器件，所述有源器件并不局限于某一种。

在所述半导体衬底中形成下平面板201，其中所述下平面板201的形成方法为在所述半导体衬底上形成层间介电层，然后图案化所述介电层，形成凹槽，然后选用下平面板材料层填充所述凹槽以形成所述下平面板201，在该实施例中所述下电容基板为优选设置方法，也可以省略。

其中所述下平面板材料层可以选用导电材料，以形成现有技术中常规可变定容的电极板，由于所述下平面板并不会用于电连接，其其在该实施例中起到固定和支撑所述下极板202的作用，因而可以选用导电材料，还可以选用非导电材料。

然后在所述下平面板201上沉积下电极材料层，以覆盖所述下平面板201，其中所述下电极材料层可以选用铜、金、银、钨及其他类似材料，优选金属铜，可以通过物理气相沉积（PVD）法或者电化学镀铜（ECP）的方法形成，优选电化学镀铜（ECP）的方法形成所述下电极材料层。

然后图案化所述下电极材料层，以形成螺旋形电感，具体地，图案化所述下电极材料层，例如在所述下电极材料层上形成图案化的光刻胶层（图中未示出），所述光刻胶层上形成有螺旋形电感的图案，然后以所述光刻胶层为掩膜图案化所述下电极材料层，以在将图案转移至所述下电极材料层中，以形成所述下极板202。

在该步骤中还可以图案化所述下平面板201以在所述下平面板201中形成螺旋电感的图案，然后选用下电极材料层填充所述图案，以形成所述下极板202。所述下极板的形成方法并不局限于上述两种，还可以选用其他方法形成。

执行步骤202，在所述下平面板和所述下极板上沉积牺牲材料层203。

具体地，如图4b所示，所述牺牲材料层203可以为光刻胶、SiO₂、氮掺杂的碳化硅层NDC（Nitrogen dopped Silicon Carbite）、SiN层或者无定形碳材料（AC），在本发明的一具体实施方式中优选SiO₂作为牺牲材料层。

在沉积所述牺牲材料层之后执行平坦化步骤，在该步中可以使用半导体制造领域中常规的平坦化方法来实现表面的平坦化。该平坦化方法的非限制性实例包括机械平坦化方法和化学机械抛光平坦化方法。化学机械抛光平坦化方法更常用。

执行步骤203，图案化所述牺牲材料层203，以去除部分所述牺牲材料层203，露出所述下平面板201。

具体地，如图4c所示，去除部分所述牺牲材料层203之后必须满足所述牺牲材料层203仍能完全覆盖所述下平面板201。

执行步骤204，在所述牺牲材料层上形成上平面板材料层，在所述上平面板材料层上形成上极板材料层，并图案化所述上极板材料层，以形成平面螺旋电感的上极板204。

具体地，如图4e所示，在所述牺牲材料层上形成上平面板材料层，所述上平面板材料层优选和所述下平面板材料层相同的材料，所述形成方法也可以相同，具体不再赘述。

在该步骤中，形成所述的上平面板材料层的高度高于所述牺牲材料层203，然后执行平坦化步骤，以使所述上平面板材料层的高度均一。

然后在所述上平面板材料层上沉积上极板材料层，所述上极板材料层可以选用铜、金、银、钨及其他类似材料，优选金属铜，可以通过物理气相沉积（PVD）法或者电化学镀铜（ECP）的方法形成，优选电化学镀铜（ECP）的方法形成所述下电极材料层。

然后图案化所述上电极材料层，以形成螺旋形电感，具体地，图案化所述上电极材料层，例如在所述上电极材料层上形成图案化的光刻胶层（图中未示出），所述光刻胶层上形成有螺旋形电感的图案，然后以所述光刻胶层为掩膜图案化所述上电极材料层，以在将图案转移至所述上电极材料层中，以形成所述上极板204，如图4d所示。

执行步骤205，继续沉积上平面板材料层，以形成上平面板205，覆盖所述上极板204。

具体地，如图4f所示，在所述上极板204上继续沉积上平面板材料层，以填充所述螺旋形电感的空隙，并完全覆盖所述上极板，以形成上平面板205。

其中所述上平面板205可以选用各种导电金属材料，例如金属铜、金、银、钨等，由于所述上平面板205仅仅起到固定和支撑的作用，因此所述上平面板205还可以选用其他绝缘材料，并不局限于某一种。

执行步骤206，图案化所述上平面板205和所述上极板204的一端，以形成开口，露出所述牺牲材料层203。

具体地，如图4g所示，图案化上平面板205和所述上极板204的一端，以形成开口，所述开口用于在后续的步骤中去除所述压力传感器牺牲材料层30，以形成传感器空腔。

作为优选，图案化上平面板205和所述上极板204的一端，以露出所述牺牲材料层203没有被蚀刻的一端，在该步骤中可以选用干法蚀刻导电材料层，在所述干法蚀刻中可以选用CF₄、CHF₃，另外加上N₂、CO₂、O₂中的一种作为蚀刻气氛，其中气体流量为CF₄10-200sccm，CHF₃10-200sccm，N₂或CO₂或O₂10-400sccm，所述蚀刻压力为30-150mTorr，蚀刻时间为5-120s，优选为5-60s，更优选为5-30s。

执行步骤207，去除所述牺牲材料层，以形成空腔，作为所述可变电容的介电质。

具体地，如图4h所示，去除所述牺牲材料层203，以在所述上极板204和下极板202之间形成空腔，作为所述可变电容的介电质。

在本发明具体实施例中可以选用干法蚀刻，反应离子蚀刻(RIE)、离子束蚀刻、等离子体蚀刻。最好通过一个或者多个RIE步骤进行干法蚀刻，例如在本发明中可以选择N₂中的作为蚀刻气氛，还可以同时加入其它少量气体例如CF₄、CO₂、O₂，所述蚀刻压力可以为50-200mTorr，优选为100-150mTorr，功率为200-600W，在本发明中所述蚀刻时间为5-80s，更优选10-60s，同时在本发明中选用较大的气体流量，作为优选，在本发明所述N₂的流量为30-300sccm，更优选为50-100sccm。

在形成所述上电极204和所述下电极202之后，还包括进一步形成压力传感器或者加速度传感器中其他元器件的步骤，本领域技术人员可以选用常规的步骤实现上述目的，在此不再赘述。

实施例3

下面结合附图5a-5e对本发明的一具体地实施方式中所述可动电感电极结构的制备方法做进一步的说明。

首先，执行步骤301，提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成有下平面板，在所述下平面板上嵌有下极板，所述下极板为平面螺旋电感。

具体地，如图5a所示，首先提供半导体衬底（图中未示出），其中所述半导体衬底可以是以下所提到的材料中的至少一种：硅、绝缘体上硅（SOI）、绝缘体上层叠硅（SSOI）、绝缘体上层叠锗化硅（S-SiGeOI）、绝缘体上锗化硅（SiGeOI）以及绝缘体上锗（GeOI）等。

在所述半导体衬底上形成各种有源器件，例如在所述半导体衬底上形成CMOS器件以及其他的有源器件，所述有源器件并不局限于某一种。

在所述半导体衬底中形成下平面板201，其中所述下平面板201的形成方法为在所述半导体衬底上形成层间介电层，然后图案化所述介电层，形成凹槽，然后选用下平面板材料层填充所述凹槽以形成所述下平面板201，在该实施例中所述下电容基板为优选设置方法，也可以省略。

然后在所述下平面板201上沉积下电极材料层，以覆盖所述下平面板201，其中所述下电极材料层可以选用铜、金、银、钨及其他类似材料，优选金属铜，可以通过物理气相沉积（PVD）法或者电化学镀铜（ECP）的方法形成，优选电化学镀铜（ECP）的方法形成所述下电极材料层。

然后图案化所述下电极材料层，以形成螺旋形电感，具体地，图案化所述下电极材料层，例如在所述下电极材料层上形成图案化的光刻胶层（图中未示出），所述光刻胶层上形成有螺旋形电感的图案，然后以所述光刻胶层为掩膜图案化所述下电极材料层，以在将图案转移至所述下电极材料层中，以形成所述下极板202。

在该步骤中还可以图案化所述下平面板201以在所述下平面板201中形成螺旋电感的图案，然后选用下电极材料层填充所述图案，以形成所述下极板202。所述下极板的形成方法并不局限于上述两种，还可以选用其他方法形成。

执行步骤302，在所述下平面板和所述下极板上沉积牺牲材料层203。

具体地，如图5a所示，所述牺牲材料层203可以为光刻胶、SiO₂、氮掺杂的碳化硅层NDC（Nitrogen dopped Silicon Carbite）、SiN层或者无定形碳材料（AC），在本发明的一具体实施方式中优选SiO₂作为牺牲材料层。

在沉积所述牺牲材料层之后执行平坦化步骤，在该步中可以使用半导体制造领域中常规的平坦化方法来实现表面的平坦化。该平坦化方法的非限制性实例包括机械平坦化方法和化学机械抛光平坦化方法。化学机械抛光平坦化方法更常用。

执行步骤303，图案化所述牺牲材料层203，以去除部分所述牺牲材料层203，露出所述下平面板201。

具体地，如图5a所示，去除部分所述牺牲材料层203之后必须满足所述牺牲材料层203仍能完全覆盖所述下平面板201。

执行步骤304，在所述牺牲材料层上形成上平面板材料层，在所述上平面板材料层上形成上极板材料层，并图案化所述上极板材料层，以形成平面螺旋电感的上极板204。

具体地，如图5b所示，在所述牺牲材料层上形成上平面板材料层，所述上平面板材料层优选和所述下平面板材料层相同的材料，所述形成方法也可以相同，具体不再赘述。

在该步骤中，形成所述的上平面板材料层的厚度较薄，因此在所述牺牲材料层以及所述下平面板201上形成台阶形的上平面板材料层。

然后在所述上平面板材料层上沉积上极板材料层，所述上极板材料层可以选用铜、金、银、钨及其他类似材料，优选金属铜，可以通过物理气相沉积（PVD）法或者电化学镀铜（ECP）的方法形成，优选电化学镀铜（ECP）的方法形成所述下电极材料层。

所述上极板材料层的厚度均一，因此所述上极板材料层也为台阶形，如图5c所示。

然后图案化所述上电极材料层，以形成螺旋形电感，具体地，图案化所述上电极材料层，例如在所述上电极材料层上形成图案化的光刻胶层（图中未示出），所述光刻胶层上形成有螺旋形电感的图案，然后以所述光刻胶层为掩膜图案化所述上电极材料层，以在将图案转移至所述上电极材料层中，以形成所述上极板204，如图5c所示。

执行步骤305，图案化所述上平面板205和所述上极板204的一端，以形成开口，露出所述牺牲材料层203。

具体地，如图5d所示，图案化上平面板205和所述上极板204的一端，以形成开口，所述开口用于在后续的步骤中去除所述压力传感器牺牲材料层30，以形成传感器空腔。

作为优选，图案化上平面板205和所述上极板204的一端，以露出所述牺牲材料层203没有被蚀刻的一端，在该步骤中可以选用干法蚀刻导电材料层，在所述干法蚀刻中可以选用CF₄、CHF₃，另外加上N₂、CO₂、O₂中的一种作为蚀刻气氛，其中气体流量为CF₄10-200sccm，CHF₃10-200sccm，N₂或CO₂或O₂10-400sccm，所述蚀刻压力为30-150mTorr，蚀刻时间为5-120s，优选为5-60s，更优选为5-30s。

执行步骤306，去除所述牺牲材料层，以形成空腔，作为所述可变电容的介电质。

具体地，如图5e所示，去除所述牺牲材料层203，以在所述上极板204和下极板202之间形成空腔，作为所述可变电容的介电质。

在本发明具体实施例中可以选用干法蚀刻，反应离子蚀刻(RIE)、离子束蚀刻、等离子体蚀刻。最好通过一个或者多个RIE步骤进行干法蚀刻，例如在本发明中可以选择N₂中的作为蚀刻气氛，还可以同时加入其它少量气体例如CF₄、CO₂、O₂，所述蚀刻压力可以为50-200mTorr，优选为100-150mTorr，功率为200-600W，在本发明中所述蚀刻时间为5-80s，更优选10-60s，同时在本发明中选用较大的气体流量，作为优选，在本发明所述N₂的流量为30-300sccm，更优选为50-100sccm。

在形成所述上电极204和所述下电极202之后，还包括进一步形成压力传感器或者加速度传感器中其他元器件的步骤，本领域技术人员可以选用常规的步骤实现上述目的，在此不再赘述。

实施例4

下面结合附图6a-6g对本发明的一具体地实施方式中所述可动电感电极结构的制备方法做进一步的说明。

首先，执行步骤401，提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成有下平面板，在所述下平面板上嵌有下极板，所述下极板为平面螺旋电感。

如图6b所示，具体地形成方法可以参照实施例2和实施例3在此不再赘述。

执行步骤402，在所述下平面板和所述下极板上沉积牺牲材料层203。

具体地，如图6c所示，所述牺牲材料层203可以为光刻胶、SiO₂、氮掺杂的碳化硅层NDC（Nitrogen dopped Silicon Carbite）、SiN层或者无定形碳材料（AC），在本发明的一具体实施方式中优选SiO₂作为牺牲材料层。

在沉积所述牺牲材料层之后执行平坦化步骤，在该步中可以使用半导体制造领域中常规的平坦化方法来实现表面的平坦化。该平坦化方法的非限制性实例包括机械平坦化方法和化学机械抛光平坦化方法。化学机械抛光平坦化方法更常用。

执行步骤403，图案化牺牲材料层203，以在所述牺牲材料层203的两端形成开口，露出所述下平面板，并去除部分位于中间的牺牲材料层，以形成凹槽，如图6d所示。

执行步骤404，在所述凹槽中形成上平面板材料层和上极板材料层，并图案化，以形成平面螺旋电感的上极板204。

如图6d所示，在该步骤中不同于实施例2和实施例3的地方为在该步骤中同时上平面板材料层和上极板材料层，以形成所述上极板204，具体地图案化方法可以参照实施例2和实施例3。

执行步骤405，继续沉积上平面板材料层，以形成上平面板205，覆盖所述上极板204。

具体地，如图6e所示，在所述上极板204上继续沉积上平面板材料层，以填充所述螺旋形电感的空隙，并完全覆盖所述上极板，以形成上平面板205。

执行步骤406，图案化所述上平面板205和所述上极板204的一端，以形成开口，露出所述牺牲材料层203。

具体地，如图6f所示，图案化上平面板205和所述上极板204的一端，以形成开口，所述开口用于在后续的步骤中去除所述压力传感器牺牲材料层30，以形成传感器空腔。

作为优选，图案化上平面板205和所述上极板204的一端，以露出所述牺牲材料层203没有被蚀刻的一端，在该步骤中可以选用干法蚀刻导电材料层，在所述干法蚀刻中可以选用CF₄、CHF₃，另外加上N₂、CO₂、O₂中的一种作为蚀刻气氛，其中气体流量为CF₄10-200sccm，CHF₃10-200sccm，N₂或CO₂或O₂10-400sccm，所述蚀刻压力为30-150mTorr，蚀刻时间为5-120s，优选为5-60s，更优选为5-30s。

执行步骤407，去除所述牺牲材料层，以形成空腔，作为所述可变电容的介电质。

具体地，去除所述牺牲材料层203，以在所述上极板204和下极板202之间形成空腔，作为所述可变电容的介电质，得到如图6a所示的结构。具体地去除方法可以参照实施例2和实施例3，在此不再赘述。

在形成所述上电极204和所述下电极202之后，还包括进一步形成压力传感器或者加速度传感器中其他元器件的步骤，本领域技术人员可以选用常规的步骤实现上述目的，在此不再赘述。

本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供了一种新的MEMS可动电感电极结构，所述电极结构中采用新型的电容板结构，将电感引入到可动电容板设计中，在通电状态下两电感可相互运动，给两极板上的电感加上相反的电流方向，产生相反方向的磁场而推开两极板。同时，也可以施加相同的电流而两极板相互吸引。从而解决了现有技术中两极板靠近后不能靠极板的静电力使其分开的问题。

本发明所述电极结构一方面，可以像普通电容一样测两极板的电容算出极板距离的，对于加速度传感器即可换算成加速度。另一方面，还可以测得由于极板靠近引起的磁感应电流，即电容极板距离变化的速度，通过换算测量出运动加速度的变化速度。

图7a为本发明一具体实施方式中所述单芯片微机电系统的制备工艺流程图，具体包括以下步骤：

步骤201提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成有下平面板和下极板，所述下极板镶嵌于所述下平面板中；

步骤202在所述下平面板和所述下极板上沉积牺牲材料层；

步骤203在所述牺牲材料层上形成上平面板材料层；

步骤204在所述上平面板材料层上形成上极板材料层；

步骤205图案化所述上极板材料层，以形成平面螺旋电感的所述上极板；

步骤206图案化所述上平面板材料层和所述上极板，以形成开口，露出所述牺牲材料层；

步骤207去除所述牺牲材料层。

图7b为本发明一具体实施方式中所述单芯片微机电系统的制备工艺流程图，具体包括以下步骤：

步骤301提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成有下平面板，在所述下电容基板上嵌有下极板，所述下极板为平面螺旋电感；

步骤302在所述下平面板和所述下极板上沉积牺牲材料层，并图案化，以去除一端上的部分所述牺牲材料层，露出所述下平面板；

步骤303在所述牺牲材料层上形成上平面板；

步骤304在所述上平面板上形成上极板材料层，并图案化所述上极板材料层，以形成平面螺旋电感的上极板；

步骤305图案化所述上平面板和所述上极板的一端，以形成开口，露出所述牺牲材料层没有蚀刻的一端；

步骤306去除所述牺牲材料层。

图7c为本发明一具体实施方式中所述单芯片微机电系统的制备工艺流程图，具体包括以下步骤：

步骤401提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成有下平面板，在所述下电容基板上嵌有下极板，所述下极板为平面螺旋电感；

步骤402在所述下平面板和所述下极板上沉积牺牲材料层，并图案化，以在所述牺牲材料层的两端形成开口，露出所述下平面板，并去除部分位于中间的牺牲材料层，以形成凹槽；

步骤403在所述凹槽中形成上平面板材料层和上极板材料层，并图案化，以形成平面螺旋电感的上极板；

步骤404继续沉积上平面板材料层，以形成上平面板，覆盖所述上极板；

步骤405图案化所述上平面板，露出所述牺牲材料层；

步骤406去除所述牺牲材料层。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (15)

1.一种MEMS可动电感电极结构，包括：

上下隔离设置的上极板和下极板，用于形成MEMS中可变电容的两个电极板，其中所述上极板和所述下极板均选用平面螺旋电感，以使所述上极板和所述下极板在通电情况下相互运动，以解决所述上极板和所述下极板靠近后不能靠极板的静电力分开的问题。

2.根据权利要求1所述的可动电感电极结构，其特征在于，所述平面螺旋电感选用方形螺旋电感线圈或圆形螺旋电感线圈。

3.根据权利要求1所述的可动电感电极结构，其特征在于，所述可动电感电极结构还包括独立的电感芯，所述电感芯位于所述平面螺旋电感的中心。

4.根据权利要求3所述的可动电感电极结构，其特征在于，所述电感芯为电感线。

5.根据权利要求1所述的可动电感电极结构，其特征在于，所述可动电感电极结构还包括上平面板和下平面板，所述上平面板和所述下平面板为整块设置，所述上极板和所述下极板分别嵌于所述上平面板和所述下平面板中。

6.根据权利要求1或5所述的可动电感电极结构，其特征在于，所述上极板和所述下极板中包含两个或两个以上的相同的平面螺旋电感。

7.根据权利要求1所述的可动电感电极结构，其特征在于，电连接所述上极板的第一连接端和所述下极板对应的第一连接端时，用来测量所述上极板和所述下极板之间的距离。

8.根据权利要求1所述的可动电感电极结构，其特征在于，电连接所述上极板的第一连接端、第二连接端，同时电连接所述下极板的第一连接端、第二连接端时，所述上极板和所述下极板之间发生相互运动。

9.根据权利要求8所述的可动电感电极结构，其特征在于，所述上极板和所述下极板中电感电流相同时，所述上极板和所述下极板相互吸引；

所述上极板和所述下极板中电感电流相反时，所述上极板和所述下极板相互排斥。

10.根据权利要求1所述的可动电感电极结构，其特征在于，电连接所述下极板的第一连接端、第二连接端，来测量所述上极板的第一连接端、第二连接端中反应距离变化速度的感应电流。

11.一种MEMS可动电感电极结构的制备方法，包括：

提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成有下极板，所述下极板为平面螺旋电感；

在所述下极板上形成牺牲材料层；

在所述牺牲材料层上形成上极板，所述上极板为平面螺旋电感；

去除所述牺牲材料层，在所述上极板和所述下极板之间形成空腔。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法包括：

提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成有下平面板和下极板，所述下极板镶嵌于所述下平面板中；

在所述下平面板和所述下极板上沉积牺牲材料层；

在所述牺牲材料层上形成上平面板材料层；

在所述上平面板材料层上形成上极板材料层；

图案化所述上极板材料层，以形成平面螺旋电感的所述上极板；

图案化所述上平面板材料层和所述上极板，以形成开口，露出所述牺牲材料层；

去除所述牺牲材料层。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述下平面板和所述下极板上沉积牺牲材料层之后，图案化所述牺牲材料层，以去除一端上的部分所述牺牲材料层，露出所述下平面板；

以及图案化上平面板材料层和所述上极板，以形成开口，露出所述牺牲材料层没有蚀刻的一端。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在形成所述上极板之后继续沉积所述上平面板材料层，以形成上平面板

(205)，覆盖所述上极板。

15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述下平面板和所述下极板上沉积牺牲材料层之后，图案化所述牺牲材料层，以在两端形成开口，露出所述下电容基板，同时在所述牺牲材料层的中间形成凹槽；

在所述凹槽内形成上平面板材料层和上极板材料层；

图案化所述电容极板材料层和所述上极板材料层，以形成平面螺旋电感的上极板；

继续沉积上平面板材料层，以形成上平面板，覆盖所述上极板。