CN110058052A - 惯性传感器及其制造方法 - Google Patents
惯性传感器及其制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110058052A CN110058052A CN201910261957.4A CN201910261957A CN110058052A CN 110058052 A CN110058052 A CN 110058052A CN 201910261957 A CN201910261957 A CN 201910261957A CN 110058052 A CN110058052 A CN 110058052A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- movable mass
- anchor point
- layer
- inertial sensor
- elastic element
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 49
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 45
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 39
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 30
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 claims description 2
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 claims description 2
- 238000007689 inspection Methods 0.000 claims description 2
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 claims description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 abstract description 35
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 12
- 239000002356 single layer Substances 0.000 abstract description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 164
- 238000000034 method Methods 0.000 description 39
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 17
- 230000008569 process Effects 0.000 description 17
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 16
- 238000004518 low pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 description 13
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 10
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 9
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 7
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 6
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 6
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 6
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 6
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 4
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004380 ashing Methods 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 2
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 2
- 208000020442 loss of weight Diseases 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- QPJSUIGXIBEQAC-UHFFFAOYSA-N n-(2,4-dichloro-5-propan-2-yloxyphenyl)acetamide Chemical compound CC(C)OC1=CC(NC(C)=O)=C(Cl)C=C1Cl QPJSUIGXIBEQAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 238000000427 thin-film deposition Methods 0.000 description 1
- 230000007306 turnover Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P15/125—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by capacitive pick-up
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/18—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration in two or more dimensions
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P2015/0862—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with particular means being integrated into a MEMS accelerometer structure for providing particular additional functionalities to those of a spring mass system
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
本申请公开了一种惯性传感器及其制造方法，包括：衬底；第一可动质量块，位于衬底上方；第二可动质量块，位于第一可动质量块上方；以及设置于第一可动质量块上的检测电极，该检测电极与第二可动质量块形成检测电容，在外界出现加速度时检测电容的电容变化差值是相同面积下的单层可动质量块的惯性传感器的电容变化差值的两倍，在不增加惯性传感器的面积的同时提高了惯性传感器的灵敏度。
Description
技术领域
本发明涉及MEMS技术领域，更具体地涉及一种惯性传感器及其制造方法。
背景技术
采用表面工艺制作的微机电(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)惯性传感器是以硅片为基体，通过多次薄膜淀积和图形加工制备形成三维微机械结构。常用的薄膜层材料有：多晶硅、氮化硅、二氧化硅和金属。
加速度传感器是一种能够测量加速力的电子设备，是微机电(MEMS)惯性传感器常用器件之一，加速度传感器主要应用于位置感应、位移感应或者运动状态感应等领域。
惯性传感器主要由可动质量块、固定锚点、弹性结构和固定电极等组成。其中，弹性结构的一端与固定锚点相连，另一端与可动质量块相连，固定电极与可动质量块之间形成可变电容。当外部加速度作用在可动质量块上时会形成惯性力，该惯性力会对可动质量块形成位移量，通过感应固定电极与可动质量块之间的电容变化来检测位移变化量，即可确定外部加速度的大小。惯性传感器的主要指标有：灵敏度、线性度、温度漂移以及抗冲击能力等。现有的惯性传感器提高灵敏度的方法主要是增大面积，使得在机械灵敏度小的情况下可以通过芯片来放大，这样虽然可以提高惯性传感器的灵敏度，但是增大了惯性传感器的面积，提高了制造成本。
因此有必要对现有的惯性传感器进行改进以在不增大惯性传感器的面积的同时提高惯性传感器的灵敏度。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种惯性传感器及其制造方法，进一步提高惯性传感器的灵敏度。
根据本发明的一方面，提供一种惯性传感器，包括：衬底；第一可动质量块，位于所述衬底上方；第二可动质量块，位于所述第一可动质量块上方；以及设置于所述第一可动质量块上的检测电极，所述检测电极与所述第二可动质量块形成检测电容。
优选地，所述惯性传感器还包括：第一锚点，所述第一可动质量块与所述第一锚点连接；以及第二锚点，所述第二可动质量块与所述第二锚点连接。
优选地，所述惯性传感器还包括位于所述衬底上的布线层，所述第一锚点和所述第二锚点固定于所述布线层上。
优选地，所述惯性传感器还包括沿第一方向延伸的至少一个第一弹性元件和第二弹性元件，所述第一弹性元件用于连接所述第一锚点和所述第一可动质量块，所述第二弹性元件用于连接所述第二锚点和所述第二可动质量块。
优选地，所述第一锚点和所述第二锚点沿所述第一方向平行设置。
优选地，所述第一锚点和所述第二锚点沿与所述第一方向垂直的第二方向平行设置。
优选地，所述第一弹性元件的长度方向与所述第一锚点的中线重合，所述第二弹性元件的长度方向与所述第二锚点的中线重合。
优选地，所述第一可动质量块位于所述第一弹性元件的两侧的质量不相等，所述第二可动质量块位于所述第二弹性元件的两侧的质量不相等。
优选地，所述第一可动质量块位于所述第一弹性元件左侧的质量等于所述第二可动质量块位于所述第二弹性元件左侧的质量，或者所述第一可动质量块位于所述第一弹性元件右侧的质量等于所述第二可动质量块位于所述第二弹性元件右侧的质量。
优选地，所述第一质量块关于所述第一弹性元件非对称设置，所述第二质量块关于所述第二弹性元件非对称设置。
优选地，每个所述质量块的至少一侧设置有减重孔。
优选地，每个所述质量块的至少一侧设置有配重块。
优选地，所述减重孔包括通孔和/或盲孔。
优选地，所述检测电极至少包括第一检测电极和第二检测电极，所述第二可动质量块与所述第一检测电极和所述第二检测电极分别形成第一检测电容和第二检测电容，所述第一检测电容和所述第二检测电容构成差分电容结构。
优选地，所述第一检测电极和所述第二检测电极关于所述第一锚点和/或所述第二锚点的中线对称。
优选地，所述惯性传感器还包括位于所述检测电极与所述第一可动质量块之间的绝缘层。
优选地，所述第一可动质量块和所述第二可动质量块的厚度分别为10～25微米。
优选地，所述检测电极和所述布线层的厚度分别为0.4～1微米。
优选地，所述绝缘层的厚度为0.1～0.3微米。
根据本发明的另一方面，提供一种惯性传感器的制造方法，包括：在衬底上形成布线层；在衬底和所述布线层上形成第一牺牲层；在所述第一牺牲层上形成第一结构层；在所述第一结构层上形成检测电极；在所述第一结构层和所述检测电极上形成第二牺牲层；在所述第二牺牲层上形成第二结构层；图形化所述第一结构层和所述第二结构层形成运动质量块图形；以及去除所述第一牺牲层和所述第二牺牲层以形成第一可动质量块和第二可动质量块，所述第一可动质量块和所述第二可动质量块浮置于所述衬底上，所述检测电极与所述第二可动质量块形成检测电容。
优选地，所述制造方法还包括在形成所述第一结构层之前，在所述第一牺牲层的上表面进行刻蚀以形成第一通孔，所述第一通孔暴露所述布线层的至少一部分表面；以及填充所述第一通孔以形成第一锚点以及第二锚点的一部分结构；在形成所述第二结构层之前，在所述第二牺牲层的上表面进行刻蚀以形成第二通孔，所述第二通孔暴露所述检测电极的至少一部分，以及填充所述第二通孔以形成所述第二锚点的另一部分结构。
优选地，在所述第一结构层上形成检测电极前还包括：在所述第一结构层的上表面形成绝缘层；以及图形化所述绝缘层以使得所述绝缘层部分覆盖所述第一结构层。
优选地，所述形成第一可动质量块和第二可动质量块包括：以所述绝缘层为深槽蚀刻保护层，形成自所述第二结构层的上表面延伸至所述第一牺牲层上表面的多个第一深槽和第二深槽；以及经由所述多个第一深槽和第二深槽进行各向同性蚀刻，从而横向去除所述第一牺牲层和所述第二牺牲层的至少一部分。
优选地，所述制造方法还包括图形化所述第一结构层和所述第二结构层以分别形成沿第一方向延伸的第一弹性元件和第二弹性元件，第一弹性元件用于连接所述第一锚点和所述第一可动质量块，所述第二弹性元件用于连接所述第二锚点和所述第二可动质量块。
优选地，所述第一锚点和所述第二锚点沿所述第一方向平行设置。
优选地，所述第一锚点和所述第二锚点沿与所述第一方向垂直的第二方向平行设置。
优选地，所述第一弹性元件的长度方向与所述第一锚点的中线重合，所述第二弹性元件的长度方向与所述第二锚点的中线重合。
优选地，所述第一可动质量块位于所述第一弹性元件的两侧的质量不相等，所述第二可动质量块位于所述第二弹性元件的两侧的质量不相等。
优选地，所述制造方法还包括图形化所述第一可动质量块和所述第二可动质量块的至少一侧以形成减重孔。
优选地，所述减重孔包括通孔和/或盲孔。
优选地，所述制造方法还包括在所述第一可动质量块和所述第二可动质量块的至少一侧形成配重块。
优选地，所述第一结构层和所述第二结构层的厚度分别为10～25微米。
优选地，所述检测电极和所述布线层的厚度分别为0.4～1微米。
优选地，所述绝缘层的厚度为0.1～0.3微米。
优选地，所述第一牺牲层和所述第二牺牲层的厚度为1.2～1.8微米。
本发明实施例提供的惯性传感器及其制造方法具有以下有益效果。
惯性传感器包括两层可动质量块，将检测电极设置于第一可动质量块上，检测电极与第二可动质量块构成差分电容结构。当存在Z轴方向的加速度时，通过外部电路获得检测电容的电容变化差值，即可得到对应的加速度值。本发明实施例的惯性传感器的检测电容的电容变化差值是相同面积下的单层可动质量块的惯性传感器的电容变化差值的两倍，提高了惯性传感器的灵敏度。
优选地实施例中，第一可动质量块和第二可动质量块的面积相等，在第一可动质量块和第二可动质量块的至少一侧设有减重孔，该减重孔可以为多个，呈阵列分布，这样不仅可以保证第一可动质量块和第二可动质量块在外界有Z轴方向加速度时形成跷跷板效应，而且在形成可动质量块图形时不需要深槽蚀刻以改变第一可动质量块和第二可动质量块的面积，可以降低工艺难度。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。
图1和图2分别示出根据本发明第一实施例的一种惯性传感器沿X方向和Y方向的截面示意图；
图3示出根据本发明第一实施例的一种惯性传感器的俯视图；
图4和图5分别示出根据本发明第一实施例的另一种惯性传感器的截面示意图和俯视图；
图6示出根据本发明第一实施例的惯性传感器在受到Z轴方向的加速度时的一种结构示意图；
图7示出根据本发明第一实施例的惯性传感器在受到Z轴方向的加速度时的另一种结构示意图。
图8示出根据本发明第二实施例的惯性传感器的截面示意图；
图9示出根据本发明第二实施例的质量块的结构示意图；
图10示出根据本发明第三实施例的惯性传感器的截面示意图；
图11至图21分别示出根据本发明第四实施例的惯性传感器制造方法的各个阶段的截面示意图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，在图中可能未示出某些公知的部分。
在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如部件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。
应当理解，在描述部件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将部件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。
图1、图2、图3分别示出根据本发明第一实施例的一种惯性传感器沿X方向和Y方向的截面示意图以及俯视图，图3和图4别示出根据本发明第一实施例的另一种惯性传感器的截面示意图和俯视图。惯性传感器包括衬底11、布线层12、第一可动质量块13、第二可动质量块14、第一锚点15、第二锚点16以及第一弹性元件17和第二弹性元件20。
为了便于描述，在本发明中将弹性元件的延伸方向记为Y轴方向，与Y轴方向垂直且位于质量块所在平面的方向记为X轴方向，垂直于质量块所在平面的方向记为Z轴方向。
第一锚点15和第二锚点16分别固定于布线层12上，且第一锚点15和第二锚点16相邻且互不重叠。
作为一个非限制性的例子，如图1-图3所示，第一锚点15和第二锚点16沿Y方向平行延伸；作为另一个非限制性的例子，如图4和图5所示，第一锚点15和第二锚点16沿X方向平行延伸。
第一锚点15和第二锚点16用于分别将第一可动质量块13和第二可动质量块14支撑在衬底11的上方。具体地，第一锚点15通过第一弹性元件17连接在第一可动质量块13的侧壁上，以使得第一可动质量块13浮置于衬底11上方，且第一弹性元件17的长度方向与第一锚点15的中线重合；类似地，第二锚点16通过第二弹性元件20连接在第二可动质量块14的侧壁上，以使得第二可动质量块14浮置于衬底11的上方，且第二弹性元件20的长度方向与第二锚点16的中线重合。第一弹性元件17和第二弹性元件20可以是弹片或者弹簧或与其等效的构件。其中，质量块与衬底的连接方式属于本领域技术人员的公知常识，在此不再具体说明。
第一可动质量块13和第二可动质量块14分别沿XY平面延伸，并且第一可动质量块13和第二可动质量块14依次浮置于衬底11上方，因此第一可动质量块13和第二可动质量块14沿垂直于衬底11的方向(例如图1中的Z轴方向)相对设置。
为了检测Z轴方向的加速度，第一可动质量块13上设置有检测电极，所述检测电极与第二可动质量块14构成差分电容结构，通过检测电容的电容值变化可以得到Z轴方向的加速度。具体地，本实施例的惯性传感器至少包括位于第一子质量块13A上的第一检测电极18A和位于第二子质量块13B上的第二检测电极18B。第一检测电极18A和第三子质量块14A构成第一检测电容，第二检测电极18B和第四子质量块14B构成第二检测电容，通过外部电路检测第一检测电容和第二检测电容的电容变化差值，即可得到对应的Z轴方向的加速度。其中，第一检测电极18A和第二检测电极18B可以采用本领域技术人员熟知的电容极板结构。
在优选地实施例中，如图3所示，第一检测电极18A和第二检测电极18B关于第一锚点15和第二锚点16的中线对称设置。
此外，以第一弹性元件17为界，第一可动质量块13两侧的质量不相等，也就是说，第一可动质量块13在X轴方向上位于第一弹性元件17两侧的第一子质量块13A和第二子质量块13B的质量不相等；类似地，以第二弹性元件20为界，第二可动质量块14两侧的质量不相等，也就是说，第二可动质量块14在X轴方向上位于第二弹性元件20两侧的第三子质量块14A和第四子质量块14B的质量不相等，以保证在Z轴方向加速度存在时，第一可动质量块13和第二可动质量块14形成“跷跷板”效应。
在本发明的一个具体的实施例中，如图1和图3所示，第一子质量块13A和第二子质量块13B的面积不相等，因而其对应的质量不同；第三子质量块14A和第四子质量块14B的面积不相等，因而其对应的质量不同。示例的，第一子质量块13A的面积大于第二子质量块13B的面积，第三子质量块14A小于第四子质量块14B，因此当存在Z轴方向上的加速度时，第一子质量块13A和第二子质量块13B绕与其连接的弹性元件做“跷跷板”运动；第三子质量块14A和第四子质量块14B绕与其连接的弹性元件做“跷跷板”运动。此外，第一可动质量块13和第二可动质量块14为非对称相反布局，即第一可动质量块13和第二可动质量块14的质心分别位于弹性元件的两侧，当存在Z轴方向上的加速度时，第一可动质量块13和第二可动质量块14的一侧将相对运动，第一可动质量块13和第二可动质量块14的另一侧将相背运动，以保证第一可动质量块13上的检测电极与第二可动质量块14构成差分电容结构。
在可选的实施例中，第二子质量块13B和第四子质量块14B的质量相等。如图1和图3所示，第二子质量块13B和第四子质量块14B的面积相等，这样不仅可以保证第一可动质量块13和第二可动质量块14在外界有Z轴方向加速度时形成跷跷板效应，而且可以降低工艺难度。
此外，惯性传感器还包括位于第一可动质量块13和检测电极之间的绝缘层19，绝缘层19例如为Al2O3或Si3N4，起到绝缘和熏蒸保护作用。
图6和图7分别示出本发明第一实施例的惯性传感器在受到Z轴方向的加速度时的结构示意图。
如图6所示，当有沿Z轴向下的加速度g存在时，由于第一可动质量块13和第二可动质量块14两侧的重量不相等，则第一子质量块13A和第三子质量块14A之间的距离增大，第二子质量块13B和第四子质量块14B之间的距离减小，从而使得第一检测电容和第二检测电容构成差分电容结构。
如图7所示，当有沿Z轴向上的加速度g存在时，由于第一可动质量块13和第二可动质量块14两侧的重量不相等，则第一子质量块13A和第三子质量块14A之间的距离减小，第二子质量块13B和第四子质量块14B之间的距离增大，从而使得第一检测电容和第二检测电容构成差分电容结构。
第一检测电容和第二检测电容的变化完全相反，共同构成差分电容结构，通过检测第一检测电容和第二检测电容的电容变化的差值，即可得到Z轴方向的加速度的大小。
在本实施例中，惯性传感器包括两层可动质量块，将检测电极设置于第一层可动质量块，检测电极与第二层可动质量块构成差分电容结构。当存在Z轴方向的加速度时，通过外部电路获得检测电容的电容变化差值，即可得到对应的加速度值。本发明实施例的惯性传感器的检测电容的电容变化差值是相同面积下的单层可动质量块的惯性传感器的电容变化差值的两倍，在不增大惯性传感器的面积的同时提高了惯性传感器的灵敏度。
图8示出根据本发明第二实施例的惯性传感器的截面示意图，如图8所示，本实施例的惯性传感器包括衬底21、布线层22、第一可动质量块23、第二可动质量块24、第一锚点25、第二锚点26。
第一锚点25和第二锚点26分别固定在衬底21的布线层上，第一锚点25和第二锚点26相邻且互不重叠。第一锚点25和第二锚点26用于分别将第一可动质量块23和第二可动质量块24支撑在衬底21的上方。具体地，第一锚点25通过其两侧的第一弹性元件(图中未示出)连接在第一可动质量块23的侧壁上，以使得第一可动质量块23浮置于衬底21上方，且第一弹性元件的长度方向与第一锚点25的中线重合；类似地，第二锚点26通过其两侧的第二弹性元件(图中未示出)连接在第二可动质量块24的侧壁上，以使得第二可动质量块24浮置于衬底21的上方，且第二弹性元件的长度方向与第二锚点26的中线重合。第一弹性元件和第二弹性元件可以是弹片或者弹簧或与其等效的构件。其中，质量块与衬底的连接方式属于本领域技术人员的公知常识，在此不再具体说明。
为了检测Z轴方向的加速度，第一可动质量块23上设置有检测电极，所述检测电极与第二可动质量块24构成差分电容结构，通过检测电容的电容值变化可以得到Z轴方向的加速度。具体地，本实施例的惯性传感器至少包括位于第一子质量块23A上的第一检测电极28A和位于第二子质量块23B上的第二检测电极28B。第一检测电极28A和第三子质量块24A构成第一检测电容，第二检测电极28B和第四子质量块24B构成第二检测电容，通过外部电路检测第一检测电容和第二检测电容的电容变化差值，即可得到对应的Z轴方向的加速度。其中，第一检测电极28A和第二检测电极28B可以采用本领域技术人员熟知的电容极板结构。
此外，惯性传感器还包括位于第一可动质量块23和检测电极之间的绝缘层29，绝缘层29例如为Al2O3或Si3N4，起到绝缘和熏蒸保护作用。
本实施例的惯性传感器与第一实施例的惯性传感器的区别在于，本实施例中的第一子质量块23A、第二子质量块23B、第三子质量块24A以及第四子质量块24B的面积相等，因此为了使得第一可动质量块23和第二可动质量块24两侧的质量不相等，在第一可动质量块23和第二可动质量块24的至少一侧设有减重孔，该减重孔可以为多个，成阵列分布。该减重孔可以为通孔，在制作时通过刻蚀的方法形成；也可以是盲孔，可通过增加一层掩膜的方式进行刻蚀。在另一实施例中，也可以通过在第一可动质量块23和第二可动质量块24的至少一侧增加配重块，使得第一可动质量块23和第二可动质量块24两侧的质量不相等。
如图9示出根据本发明第二实施例的惯性传感器的质量块的结构示意图。示例的，第一子质量块23A、第二子质量块23B、第三子质量块24A以及第四子质量块24B都设置有减重孔41，减重孔41可以为多个，成阵列分布，并且可以通过控制每个质量块上减重孔的数量以改变每个减重块的质量。如图9所示，第一子质量块23A上有9个减重孔41，第二子质量块23B和第四子质量块24B上有16个减重孔41，第三子质量块24A上有36个减重孔41，则第一子质量块23A的质量大于第二子质量块23B的质量，第三子质量块24A的质量小于第四子质量块24B的质量，第二子质量块23B和第四子质量块24B的质量相等。
需要说明的是，本实施例的质量块上的减重孔的形状、数量以及组合关系不以此为限制，本领域技术人员可以根据具体情况选择质量块上减重孔的数量。
图10示出根据本发明第三实施例的惯性传感器的截面示意图。如图10所示，惯性传感器包括衬底31、布线层32、第一可动质量块33、第二可动质量块34、第一锚点35以及第二锚点36。
第一锚点35和第二锚点36分别固定在衬底31上，且第一锚点35和第二锚点36相邻且互不重叠。第一锚点35和第二锚点36用于分别将第一可动质量块33和第二可动质量块34支撑在衬底31的上方。具体地，第一锚点35通过其两侧的第一弹性元件(图中未示出)连接在第一可动质量块33的侧壁上，以使得第一可动质量块33浮置于衬底31上方，且第一弹性元件的长度方向与第一锚点35的中线重合；类似地，第二锚点36通过其两侧的第二弹性元件(图中未示出)连接在第二可动质量块34的侧壁上，以使得第二可动质量块34浮置于衬底31的上方，且第二弹性元件的长度方向与第二锚点36的中线重合。第一弹性元件和第二弹性元件可以是弹片或者弹簧或与其等效的构件。其中，质量块与衬底的连接方式属于本领域技术人员的公知常识，在此不再具体说明。
为了检测Z轴方向的加速度，第一可动质量块33上设置有检测电极，所述检测电极与第二可动质量块34构成差分电容结构，通过检测电容的电容值变化可以得到Z轴方向的加速度。具体地，本实施例的惯性传感器至少包括位于第一子质量块33A上的第一检测电极38A和位于第二子质量块33B上的第二检测电极38B。第一检测电极38A和第三子质量块34A构成第一检测电容，第二检测电极38B和第四子质量块34B构成第二检测电容，通过外部电路检测第一检测电容和第二检测电容的电容变化差值，即可得到对应的Z轴方向的加速度。其中，第一检测电极38A和第二检测电极38B可以采用本领域技术人员熟知的电容极板结构。
此外，惯性传感器还包括位于第一可动质量块33和检测电极之间的绝缘层39，绝缘层39例如为Al2O3或Si3N4，起到绝缘和熏蒸保护作用。
本实施例的惯性传感器与第一实施例的惯性传感器的区别在于，本实施例中的第二子质量块33B和第四子质量块34B的面积不相等，也即第二子质量块33B和第四子质量块34B的质量不相等，以使得第一可动质量块33和第二可动质量块34的两侧都存在质量差，从而提高了质量块偏转的灵敏度，提高了惯性传感器的灵敏度。
图11至图21分别示出根据本发明第四实施例的惯性传感器的制造方法的各个阶段的截面示意图，下面以第一实施例中的惯性传感器为例对本发明的制造方法进行说明。
如图11所示，在衬底101上沉积掺杂的多晶硅，并且采用光刻和蚀刻工艺进行图形化，从而形成布线层102。优选地，该衬底101可以为半导体衬底。更优选地，半导体衬底101例如为硅衬底。进一步优选地，半导体衬底101例如为晶向为<100>的N型硅衬底。
在沉积步骤中，可以采用低压化学气相沉积(LP-CVD)的方法在衬底101上沉积掺杂的多晶硅，沉积温度可以是570℃至630℃，多晶硅厚度范围是0.4～1微米。进一步的，多晶硅的厚度是0.8微米。
在图形化步骤中，例如在多晶硅的表面形成抗蚀剂层，采用光刻工艺在抗蚀剂层中形成包含开口的图案。以抗蚀剂层作为掩膜，采用选择性的蚀刻剂去除多晶硅的暴露部分。由于蚀刻的选择性，该蚀刻可以在衬底101表面停止。在蚀刻之后，可以通过灰化或溶剂中溶解来去除抗蚀剂层。
在图形化之后，多晶硅的剩余部分形成布线层102。该图形化步骤的蚀刻工艺例如是各向异性蚀刻。布线层102的图案与掩膜中的开口图案的形状是互补的。
布线层102用于实现后续步骤的锚点与外部电路之间的电连接。进一步的，在后续的步骤中，将在布线层102A的上方实现第一锚点和第二锚点。
如图12所示，在衬底101和布线层102的暴露表面形成第一牺牲层103。第一牺牲层103由绝缘材料组成，例如二氧化硅。例如，可以采用低压化学气相沉积(LP-CVD)或者等离子增强型化学气相沉积(PECVD)等方法，在半导体衬底101上形成二氧化硅材质的第一牺牲层103，第一牺牲层103的厚度范围是1.2～1.8微米。进一步的，第一牺牲层的厚度是1.2微米。优选地，通过化学机械研磨(CMP)或匀胶后再各向同性回蚀刻的方法平坦化所述第一牺牲层103的表面。
如下文描述的那样，第一牺牲层103不仅用于为随后形成的导体层提供层间绝缘，而且第一牺牲层103的至少一部分作为牺牲层，在随后的步骤中将去除以形成空腔。
然后，采用上述的光刻和蚀刻工艺进行图形化，从而形成穿过第一牺牲层103到达位于衬底101上的布线层102的通孔103A，通孔103A暴露布线层102A的至少一部分表面，如图13所示。
在该步骤的蚀刻工艺中，可以选择合适的蚀刻剂，利用蚀刻剂对于衬底101选择性去除第一牺牲层103的暴露部分的特性，使得蚀刻在衬底101的表面停止。因而通过蚀刻剂的选择性蚀刻，可以控制蚀刻深度，使得通孔103A恰好穿过第一牺牲层103。在替代的实施例中，通过控制蚀刻的时间来控制蚀刻的深度，使得通孔穿透第一牺牲层103到达布线层102A的表面。
如图14所示，在第一牺牲层103上外延生长多晶硅，从而形成第一结构层104。
例如，可以采用低压化学气相沉积(LP-CVD)或者等离子体增强型化学气相沉积(PECVD)等方法，在第一牺牲层103上外延生长多晶硅从而形成第一结构层104。第一结构层104的厚度范围为10～25微米。进一步的，第一结构层104的厚度是10微米。
进一步的，还包括在形成第一结构层104的同时在布线层102A的上方形成第一锚点和第二锚点(图中未示出)。更进一步的，在形成第一结构层104的同时填充通孔103A以形成第一锚点以及第二锚点的下半部分结构。
如图15所示，在第一结构层104上形成绝缘层105，绝缘层105由绝缘材料组成，例如是二氧化硅、氧化铝(Al2O3)或氮化硅(Si3N4)等绝缘材料，起到绝缘和熏蒸保护作用，同时作为深槽蚀刻保护层。可以采用热氧化、低压化学气相沉积(LP-CVD)或者等离子增强型化学气相沉积(PECVD)等方法在第一结构层104的表面沉积绝缘材料，并且采用光刻和蚀刻工艺进行图形化，继而在第一结构层104的表面上形成绝缘层105，绝缘层105部分覆盖所述第一结构层104。进一步的，绝缘层105的厚度范围为0.1～0.3微米。更进一步的，绝缘层105的厚度是0.1微米。
如图16所示，在绝缘层105上外延生长多晶硅，采用光刻或者蚀刻工艺形成检测电极106。检测电极106不仅形成在绝缘层105的表面上，而且形成在第一结构层104上。进一步的，形成于绝缘层105上的检测电极106关于通孔103A的中轴线对称，以及形成于第一结构层104上的检测电极106在衬底101的正投影位于通孔103A中。
例如，可以采用低压化学气相沉积(LP-CVD)或者等离子体增强型化学气相沉积(PECVD)等方法，在绝缘层105上外延生长多晶硅，然后采用光刻和蚀刻工艺进行图形化，从而形成检测电极106。进一步的，检测电极106的厚度范围为0.4～1微米。更进一步的，检测电极106的厚度为0.8微米。
在图形化步骤中，例如在多晶硅的表面形成抗蚀剂层，采用光刻工艺在抗蚀剂层中形成包含开口的图案。以抗蚀剂层作为掩膜，采用选择性的蚀刻剂去除多晶硅的暴露部分。由于蚀刻的选择性，该蚀刻可以在绝缘层105或者第一结构层104表面停止。在蚀刻之后，可以通过灰化或溶剂中溶解来去除抗蚀剂层。
在图形化之后，多晶硅的剩余部分形成检测电极106。该图形化步骤的蚀刻工艺例如是各向异性蚀刻。检测电极106的图案与掩膜中的开口图案的形状是互补的。
如图17所示，在绝缘层105、检测电极106以及第一结构层104的暴露表面形成第二牺牲层107。第二牺牲层107由绝缘材料组成，例如二氧化硅。例如，可以采用低压化学气相沉积(LP-CVD)或者等离子增强型化学气相沉积(PECVD)等方法，在绝缘层105、检测电极106以及第一结构层104的暴露表面上形成二氧化硅材质的第二牺牲层107。第二牺牲层107的厚度范围是1.2～1.8微米。进一步的，第二牺牲层107的厚度例如是1.6微米。优选地，通过化学机械研磨(CMP)或匀胶后再各向同性回蚀刻的方法平坦化所述第二牺牲层107的表面。
如下文描述的那样，第二牺牲层107不仅用于为随后形成的导体层提供层间绝缘，而且第二牺牲层107的至少一部分作为牺牲层，在随后的步骤中将去除以形成空腔。
然后，采用上述的光刻和蚀刻工艺进行图形化，从而形成穿过第二牺牲层107到达检测电极106的通孔107A，如图18所示。
在该步骤的蚀刻工艺中，可以选择合适的蚀刻剂，利用蚀刻剂对于检测电极106选择性去除第二牺牲层107的暴露部分的特性，使得蚀刻在检测电极106的表面停止。因而通过蚀刻剂的选择性蚀刻，可以控制蚀刻深度，使得通孔107A恰好穿过第二牺牲层107，暴露所述检测电极106的至少一部分。在替代的实施例中，通过控制蚀刻的时间来控制蚀刻的深度，使得通孔穿透第二牺牲层107到达检测电极106的表面。
该图形化步骤的蚀刻工艺例如是各向异性蚀刻。在第二牺牲层107中形成的通孔的图案和掩膜中的开口图案的形状大致相同。
如图19所示，在第二牺牲层107上外延生长多晶硅，从而形成第二结构层108。第二结构层108不仅形成在第二牺牲层107的表面上，而且填充通孔，经由通孔到达检测电极106。
例如，可以采用低压化学气相沉积(LP-CVD)或者等离子体增强型化学气相沉积(PECVD)等方法，在第二牺牲层107上外延生长多晶硅从而形成第二结构层108。第二结构层108的厚度范围是10～25微米。进一步的，第二结构层108的厚度例如是10微米。
进一步的，在形成第二结构层108还包括填充通孔107A，在检测电极106上形成第二锚点的上半部分，以形成完整的第二锚点。
接着，采用光刻和刻蚀工艺图形化第一结构层104和第二结构层108，从而形成运动质量块图形和弹性元件图形，所述运动质量块图形周围具有空隙以暴露第一牺牲层103和第二牺牲层107的表面。如图20所示，采用光刻和刻蚀工艺图形化第一结构层104和第二结构层108，从而形成第一子质量块141、第二子质量块142、第三子质量块143和第四子质量块144。
在该步骤的蚀刻工艺中，以绝缘层105为深槽蚀刻保护层，利用蚀刻剂选择性去除第一结构层104、第二结构层108以及第二牺牲层107的暴露部分，以形成多个深槽108A和深槽108B。深槽108A和深槽108B可用于在后面的工艺步骤中以气相熏蒸的方式去除牺牲层。
并且，通过深槽108B选择性蚀刻第二子质量块142、第三子质量块143以及第四子质量块144的一部分，使得第一子质量块141和第二子质量块142的大小不一样，继而第一子质量块141和第二子质量块142的质量不一样，在外界有Z轴方向加速度时第一子质量块141和第二子质量块142可以形成跷跷板效应；第三子质量块143和第四子质量块144的大小不一样，继而第三子质量块143和第四子质量块144的质量不一样，在外界有Z轴方向加速度时第三子质量块143和第四子质量块144可以形成跷跷板效应。
在可选的实施例中，如果通过在第一至第四子质量块141-144的至少一个上设置减重孔的方式改变第一至第四子质量块的质量，则不需要在该步骤中形成深槽108B。该减重孔可以为多个，成阵列分布。该减重孔可以为通孔，在制作时通过刻蚀的方法形成；也可以是盲孔，可通过增加一层掩膜的方式进行刻蚀。
在另一实施例中，也可以通过在第一至第四子质量块141-144的至少一个上增加配重块的方式改变第一至第四子质量块的质量。
在可选的实施例中，第二子质量块142的质量小于第四子质量块144的质量，需要在图11中外延生长多晶硅形成第一结构层104之后，采用光刻和蚀刻工艺进行图形化，以形成第一可动质量块图形。
如图21所示，然后通过氢氟酸(HF)气相熏蒸的方式，腐蚀掉运动质量块图形之间的第二牺牲层107以及运动质量块与衬底之前的第一牺牲层103，使得运动质量块图形得以释放，形成器件衬底101的可动质量块。
该蚀刻步骤例如采用各向同性蚀刻，使用气态的HF作为蚀刻剂。第二结构层108作为掩膜，蚀刻剂经由第二结构层108中的多个深槽到达第一牺牲层103和第二牺牲层107的暴露表面。由于蚀刻的选择性，该蚀刻可以相对于第二结构层108、第一结构层104和检测电极106选择性地去除第一牺牲层103在深槽底部暴露的第一部分，并且进一步横向去除第一牺牲层103与所述第一部分相邻的第二部分；该蚀刻还可以选择性地横向去除第二牺牲层107暴露于多个深槽侧壁的第三部分。
综上所述，上述实施例的惯性传感器包括两层可动质量块，将检测电极设置于第一层可动质量块，检测电极与第二层可动质量块构成差分电容结构。当存在Z轴方向的加速度时，通过外部电路获得检测电容的电容变化差值，即可得到对应的加速度值。本发明实施例的惯性传感器的检测电容的电容变化差值是相同面积下的单层可动质量块的惯性传感器的电容变化差值的两倍，提高了惯性传感器的灵敏度。
优选地实施例中，第一可动质量块和第二可动质量块的面积相等，在第一可动质量块和第二可动质量块的至少一侧设有减重孔，该减重孔可以为多个，呈阵列分布，这样不仅可以保证第一可动质量块和第二可动质量块在外界有Z轴方向加速度时形成跷跷板效应，而且在形成可动质量块图形时不需要深槽蚀刻以改变第一可动质量块和第二可动质量块的面积，可以降低工艺难度。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (35)
1.一种惯性传感器，包括：
衬底；
第一可动质量块，位于所述衬底上方；
第二可动质量块，位于所述第一可动质量块上方；以及
设置于所述第一可动质量块上的检测电极，所述检测电极与所述第二可动质量块形成检测电容。
2.根据权利要求1所述的惯性传感器，其中，还包括：
第一锚点，所述第一可动质量块与所述第一锚点连接；以及
第二锚点，所述第二可动质量块与所述第二锚点连接。
3.根据权利要求2所述的惯性传感器，其中，还包括位于所述衬底上的布线层，所述第一锚点和所述第二锚点固定于所述布线层上。
4.根据权利要求2所述的惯性传感器，其中，还包括沿第一方向延伸的至少一个第一弹性元件和第二弹性元件，
所述第一弹性元件用于连接所述第一锚点和所述第一可动质量块，所述第二弹性元件用于连接所述第二锚点和所述第二可动质量块。
5.根据权利要求4所述的惯性传感器，其特征在于，所述第一锚点和所述第二锚点沿所述第一方向平行设置。
6.根据权利要求4所述的惯性传感器，其特征在于，所述第一锚点和所述第二锚点沿与所述第一方向垂直的第二方向平行设置。
7.根据权利要求5或6所述的惯性传感器，所述第一弹性元件的长度方向与所述第一锚点的中线重合，所述第二弹性元件的长度方向与所述第二锚点的中线重合。
8.根据权利要求4所述的惯性传感器，其中，所述第一可动质量块位于所述第一弹性元件的两侧的质量不相等，所述第二可动质量块位于所述第二弹性元件的两侧的质量不相等。
9.根据权利要求8所述的惯性传感器，其中，所述第一可动质量块位于所述第一弹性元件左侧的质量等于所述第二可动质量块位于所述第二弹性元件左侧的质量，或者
所述第一可动质量块位于所述第一弹性元件右侧的质量等于所述第二可动质量块位于所述第二弹性元件右侧的质量。
10.根据权利要求8所述的惯性传感器，其中，所述第一质量块关于所述第一弹性元件非对称设置，所述第二质量块关于所述第二弹性元件非对称设置。
11.根据权利要求8-10任一项所述的惯性传感器，其中，每个所述质量块的至少一侧设置有减重孔。
12.根据权利要求8-10任一项所述的惯性传感器，其中，每个所述质量块的至少一侧设置有配重块。
13.根据权利要求12所述的惯性传感器，其中，所述减重孔包括通孔和/或盲孔。
14.根据权利要求1所述的惯性传感器，其中，所述检测电极至少包括第一检测电极和第二检测电极，
所述第二可动质量块与所述第一检测电极和所述第二检测电极分别形成第一检测电容和第二检测电容，所述第一检测电容和所述第二检测电容构成差分电容结构。
15.根据权利要求14所述的惯性传感器，其特征在于，所述第一检测电极和所述第二检测电极关于所述第一锚点和/或所述第二锚点的中线对称。
16.根据权利要求1所述的惯性传感器，其中，还包括位于所述检测电极与所述第一可动质量块之间的绝缘层。
17.根据权利要求1所述的惯性传感器，其特征在于，所述第一可动质量块和所述第二可动质量块的厚度分别为10～25微米。
18.根据权利要求3所述的惯性传感器，其特征在于，所述检测电极和所述布线层的厚度分别为0.4～1微米。
19.根据权利要求16所述的惯性传感器，其特征在于，所述绝缘层的厚度为0.1～0.3微米。
20.一种惯性传感器的制造方法，其特征在于，包括：
在衬底上形成布线层；
在衬底和所述布线层上形成第一牺牲层；
在所述第一牺牲层上形成第一结构层；
在所述第一结构层上形成检测电极；
在所述第一结构层和所述检测电极上形成第二牺牲层；
在所述第二牺牲层上形成第二结构层；
图形化所述第一结构层和所述第二结构层形成运动质量块图形；以及
去除所述第一牺牲层和所述第二牺牲层以形成第一可动质量块和第二可动质量块，
所述第一可动质量块和所述第二可动质量块浮置于所述衬底上，所述检测电极与所述第二可动质量块形成检测电容。
21.根据权利要求20所述的制造方法，其中，还包括：
在形成所述第一结构层之前，
在所述第一牺牲层的上表面进行刻蚀以形成第一通孔，所述第一通孔暴露所述布线层的至少一部分表面；以及
填充所述第一通孔以形成第一锚点以及第二锚点的一部分结构；
在形成所述第二结构层之前，
在所述第二牺牲层的上表面进行刻蚀以形成第二通孔，所述第二通孔暴露所述检测电极的至少一部分，以及
填充所述第二通孔以形成所述第二锚点的另一部分结构。
22.根据权利要求20所述的制造方法，其中，在所述第一结构层上形成检测电极前还包括：
在所述第一结构层的上表面形成绝缘层；以及
图形化所述绝缘层以使得所述绝缘层部分覆盖所述第一结构层。
23.根据权利要求22所述的制造方法，其中，所述形成第一可动质量块和第二可动质量块包括：
以所述绝缘层为深槽蚀刻保护层，
形成自所述第二结构层的上表面延伸至所述第一牺牲层上表面的多个第一深槽和第二深槽；以及
经由所述多个第一深槽和第二深槽进行各向同性蚀刻，从而横向去除所述第一牺牲层和所述第二牺牲层的至少一部分。
24.根据权利要求21所述的制造方法，其中，还包括图形化所述第一结构层和所述第二结构层以分别形成沿第一方向延伸的第一弹性元件和第二弹性元件，
第一弹性元件用于连接所述第一锚点和所述第一可动质量块，所述第二弹性元件用于连接所述第二锚点和所述第二可动质量块。
25.根据权利要求24所述的制造方法，其特征在于，所述第一锚点和所述第二锚点沿所述第一方向平行设置。
26.根据权利要求24所述的制造方法，其特征在于，所述第一锚点和所述第二锚点沿与所述第一方向垂直的第二方向平行设置。
27.根据权利要求25或26所述的制造方法，其特征在于，所述第一弹性元件的长度方向与所述第一锚点的中线重合，所述第二弹性元件的长度方向与所述第二锚点的中线重合。
28.根据权利要求24所述的制造方法，其中，所述第一可动质量块位于所述第一弹性元件的两侧的质量不相等，所述第二可动质量块位于所述第二弹性元件的两侧的质量不相等。
29.根据权利要求28所述的制造方法，其中，还包括图形化所述第一可动质量块和所述第二可动质量块的至少一侧以形成减重孔。
30.根据权利要求29所述的制造方法，其中，所述减重孔包括通孔和/或盲孔。
31.根据权利要求28所述的制造方法，其中，还包括在所述第一可动质量块和所述第二可动质量块的至少一侧形成配重块。
32.根据权利要求20所述的制造方法，其中，所述第一结构层和所述第二结构层的厚度分别为10～25微米。
33.根据权利要求20所述的制造方法，其中，所述检测电极和所述布线层的厚度分别为0.4～1微米。
34.根据权利要求22所述的制造方法，其中，所述绝缘层的厚度为0.1～0.3微米。
35.根据权利要求20所述的制造方法，其中，所述第一牺牲层和所述第二牺牲层的厚度为1.2～1.8微米。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910261957.4A CN110058052A (zh) | 2019-04-02 | 2019-04-02 | 惯性传感器及其制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910261957.4A CN110058052A (zh) | 2019-04-02 | 2019-04-02 | 惯性传感器及其制造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110058052A true CN110058052A (zh) | 2019-07-26 |
Family
ID=67318175
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910261957.4A Pending CN110058052A (zh) | 2019-04-02 | 2019-04-02 | 惯性传感器及其制造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110058052A (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110879303A (zh) * | 2019-10-23 | 2020-03-13 | 杭州士兰微电子股份有限公司 | 一种惯性传感器及其控制方法 |
| CN115420907A (zh) * | 2022-11-02 | 2022-12-02 | 杭州麦新敏微科技有限责任公司 | 一种mems加速度计及其形成方法 |
| CN116577525A (zh) * | 2023-07-14 | 2023-08-11 | 苏州敏芯微电子技术股份有限公司 | 惯性传感器 |
| WO2024149027A1 (zh) * | 2023-01-09 | 2024-07-18 | 歌尔微电子股份有限公司 | Mems惯性传感器、检测方法以及电子设备 |
| CN118425559A (zh) * | 2024-07-04 | 2024-08-02 | 苏州敏芯微电子技术股份有限公司 | 加速度传感器结构及其制造方法、加速度传感器 |
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080053229A1 (en) * | 2006-08-31 | 2008-03-06 | Evigia Systems, Inc. | Three-axis inertial sensor and method of forming |
| CN101792109A (zh) * | 2010-03-16 | 2010-08-04 | 杭州电子科技大学 | 一种嵌入横向可动电极的微惯性传感器及其制作方法 |
| CN102539830A (zh) * | 2012-01-29 | 2012-07-04 | 迈尔森电子（天津）有限公司 | 多轴传感器及其制作方法、差分的传感器系统 |
| US20130139595A1 (en) * | 2011-12-02 | 2013-06-06 | PixArt Imaging Incorporation, R.O.C. | Three-Dimensional Micro-Electro-Mechanical-System Sensor |
| CN103245340A (zh) * | 2012-02-01 | 2013-08-14 | 苏州敏芯微电子技术有限公司 | 一种单芯片三轴陀螺仪 |
| US20130319117A1 (en) * | 2012-05-29 | 2013-12-05 | Freescale Semiconductor, Inc. | Mems sensor with stress isolation and method of fabrication |
| CN103712720A (zh) * | 2014-01-02 | 2014-04-09 | 杭州士兰集成电路有限公司 | 电容式压力传感器和惯性传感器集成器件及其形成方法 |
| CN104316726A (zh) * | 2012-03-20 | 2015-01-28 | 立积电子股份有限公司 | 电容式加速度计 |
| CN104459204A (zh) * | 2014-12-25 | 2015-03-25 | 歌尔声学股份有限公司 | 惯性测量模块及三轴加速度计 |
| CN104569491A (zh) * | 2015-01-30 | 2015-04-29 | 歌尔声学股份有限公司 | 一种加速度计的z轴结构及其生产方法 |
| CN105158511A (zh) * | 2015-06-29 | 2015-12-16 | 歌尔声学股份有限公司 | 一种mems三轴加速度计 |
| CN210222061U (zh) * | 2019-04-02 | 2020-03-31 | 杭州士兰微电子股份有限公司 | 惯性传感器 |
-
2019
- 2019-04-02 CN CN201910261957.4A patent/CN110058052A/zh active Pending
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080053229A1 (en) * | 2006-08-31 | 2008-03-06 | Evigia Systems, Inc. | Three-axis inertial sensor and method of forming |
| CN101792109A (zh) * | 2010-03-16 | 2010-08-04 | 杭州电子科技大学 | 一种嵌入横向可动电极的微惯性传感器及其制作方法 |
| US20130139595A1 (en) * | 2011-12-02 | 2013-06-06 | PixArt Imaging Incorporation, R.O.C. | Three-Dimensional Micro-Electro-Mechanical-System Sensor |
| CN102539830A (zh) * | 2012-01-29 | 2012-07-04 | 迈尔森电子（天津）有限公司 | 多轴传感器及其制作方法、差分的传感器系统 |
| CN103245340A (zh) * | 2012-02-01 | 2013-08-14 | 苏州敏芯微电子技术有限公司 | 一种单芯片三轴陀螺仪 |
| CN104316726A (zh) * | 2012-03-20 | 2015-01-28 | 立积电子股份有限公司 | 电容式加速度计 |
| US20130319117A1 (en) * | 2012-05-29 | 2013-12-05 | Freescale Semiconductor, Inc. | Mems sensor with stress isolation and method of fabrication |
| CN103712720A (zh) * | 2014-01-02 | 2014-04-09 | 杭州士兰集成电路有限公司 | 电容式压力传感器和惯性传感器集成器件及其形成方法 |
| CN104459204A (zh) * | 2014-12-25 | 2015-03-25 | 歌尔声学股份有限公司 | 惯性测量模块及三轴加速度计 |
| CN104569491A (zh) * | 2015-01-30 | 2015-04-29 | 歌尔声学股份有限公司 | 一种加速度计的z轴结构及其生产方法 |
| CN105158511A (zh) * | 2015-06-29 | 2015-12-16 | 歌尔声学股份有限公司 | 一种mems三轴加速度计 |
| CN210222061U (zh) * | 2019-04-02 | 2020-03-31 | 杭州士兰微电子股份有限公司 | 惯性传感器 |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110879303A (zh) * | 2019-10-23 | 2020-03-13 | 杭州士兰微电子股份有限公司 | 一种惯性传感器及其控制方法 |
| CN110879303B (zh) * | 2019-10-23 | 2022-01-04 | 杭州士兰微电子股份有限公司 | 一种惯性传感器及其控制方法 |
| CN115420907A (zh) * | 2022-11-02 | 2022-12-02 | 杭州麦新敏微科技有限责任公司 | 一种mems加速度计及其形成方法 |
| WO2024149027A1 (zh) * | 2023-01-09 | 2024-07-18 | 歌尔微电子股份有限公司 | Mems惯性传感器、检测方法以及电子设备 |
| CN116577525A (zh) * | 2023-07-14 | 2023-08-11 | 苏州敏芯微电子技术股份有限公司 | 惯性传感器 |
| CN116577525B (zh) * | 2023-07-14 | 2023-09-12 | 苏州敏芯微电子技术股份有限公司 | 惯性传感器 |
| CN118425559A (zh) * | 2024-07-04 | 2024-08-02 | 苏州敏芯微电子技术股份有限公司 | 加速度传感器结构及其制造方法、加速度传感器 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110058052A (zh) | 惯性传感器及其制造方法 | |
| US8227876B2 (en) | Single crystal silicon sensor with additional layer and method of producing the same | |
| US7268463B2 (en) | Stress release mechanism in MEMS device and method of making same | |
| Ayazi et al. | High aspect-ratio combined poly and single-crystal silicon (HARPSS) MEMS technology | |
| US9573799B2 (en) | MEMS device having variable gap width and method of manufacture | |
| EP1626283B1 (en) | Micro-electromechanical structure, in particular accelerometer, with improved insensitivity to thermomechanical stresses | |
| US8418556B2 (en) | Micro electrical mechanical magnetic field sensor utilizing modified inertial elements | |
| US7637160B2 (en) | MEMS suspension and anchoring design | |
| US20060207327A1 (en) | Linear accelerometer | |
| US9828242B2 (en) | Accelerometer and its fabrication technique | |
| JP2005534897A (ja) | モノリシックシリコン加速度センサー | |
| EP3052901B1 (en) | Inertial and pressure sensors on single chip | |
| US9745189B1 (en) | MEMS device with isolation sub-frame structure | |
| CN110531114B (zh) | 一种纯轴向变形的mems三轴压阻式加速度计芯片及其制备方法 | |
| CN210222061U (zh) | 惯性传感器 | |
| CN113970655B (zh) | 一种mems加速度计及其形成方法 | |
| Forke et al. | The BDRIE-HS* technology approach for tiny motion detection with improved sensitivity and noise performance | |
| CN104108676B (zh) | 带有压力隔离的mems器件及制作方法 | |
| CN111308126A (zh) | 一种增大质量块的电容式三轴加速度计及其制作方法 | |
| JP5401820B2 (ja) | センサ | |
| CN115265663A (zh) | 一种单芯片复合传感器结构及其制备方法 | |
| CN118243962A (zh) | 一种三轴mems加速度传感器及其z轴感测单元的制造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |