[发明专利]MEMS加速度计及其提高抗冲击能力的方法

说明书

本发明提供了一种MEMS加速度计及其提高抗冲击能力的方法，所述MEMS加速度计包括阻尼梳齿，所述阻尼梳齿包括可动梳齿和固定梳齿，在所述可动梳齿和所述固定梳齿上加载电信号以产生适于两者相吸的静电力，所述可动梳齿适于在所述静电力作用下产生形变，以使所述可动梳齿较形变前更靠近所述固定梳齿。

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种MEMS加速度计及其提高抗冲击能力的方法。

背景技术

MEMS(Micro Electro Mechanical System，微机电系统)器件由于其体积小、成本低、集成性好等特点，已被越来越广泛地应用在如消费电子、医疗、汽车等产品中。MEMS加速度计是目前最常见的MEMS器件之一，广泛应用于智能手机、无人机、智能手环、衡车、体感遥控器等等。

当前最主流的MEMS加速度计采用电容式检测原理，通常包含敏感单元部分和电容信号处理电路部分，敏感单元部分处于外界加速度环境中时，将加速度变化转化成电容变化，再通过电容信号处理电路将电容信号转化成电压信号，再经过模数转换成数字形式以兼容各种应用环境。

敏感单元部分通常包含下列组件：固定锚点、可动质量块、弹性梁、检测梳齿。可动质量块通过弹性梁连接于固定锚点上，当处于外界加速度环境中时，由于惯性力的影响可动质量块会产生位移，通过调节刚度可控制可动质量块在不同方向上的的运动幅度。检测梳齿包含可动部分和固定部分，可动部分与固定部分交叠，交叠部分产生电容，可动部分直接连接在可动质量块上，固定部分连接在与可动质量块所连接的锚点电位不同的固定锚点上。当检测到外界加速度时，检测梳齿可动部分随可动质量块产生位移，固定部分不动，检测梳齿两部分间电容发生对应于加速度幅度的变化，其灵敏度表现为检测梳齿间的电容随外加加速度的变化率。

为了提高上述这类电容式MEMS加速度计的灵敏度，显而易见的可选方法包括增加可动质量块的质量、增加检测梳齿的对数或降低弹性梁的刚度。其中前两种方法都需要增加结构的尺寸，而受限于芯片尺寸要求和成本控制需求，尺寸不可能无止境的增大，故实际的器件中往往会采用降低弹性梁的刚度。

当弹性梁的刚度较低时，加速度计检测到外界加速度时，可动质量块的运动幅度较大，导致的一个副作用是当芯片处于过载加速度时，可动质量块运动幅度往往会过大，而导致结构间撞击或弹性梁过度弯曲而损坏。

针对以上问题，业内常采用的一种解决方法是将敏感单元加工于密封空腔内，提高空腔内的气压以增加检测梳齿交叠部分的空气阻尼，通过反向阻尼力来减少一部分的外界冲击导致的位移，如图1所示。有的敏感单元结构设计中更会增加额外的阻尼梳齿，也是可动部分连接于可动质量块上，固定部分连接于锚点上，来进一步增加阻尼力，提高抵抗外界冲击的能力。然而阻尼梳齿的阻尼力也与梳齿正对面积成比例，也会占用额外的芯片面积，不可能设计的太大。

另一方面，已知上述MEMS加速度计的敏感单元结构，包括阻尼梳齿在内通常由深反应例子刻蚀(Deep Reactive Ion Etching，DRIE)在硅结构上加工形成，该工艺对加工目标结构的深/宽比有一定要求，如50/1、100/1。电容式MEMS加速度计的敏感单元结构为了增加可动质量块的质量和检测梳梳齿的电容，对结构厚度也有要求，通常为10-60um。综合考虑DRIE工艺的深宽比和刻蚀侧壁形貌，通常结构间距≥1.5um。对阻尼梳齿而言，相对运动时，在其相对运动方向的间距越小时阻尼越大，这个间距又受限于上述的DRIE加工最小间距。

发明内容

鉴于现有技术中的问题，本发明旨在于提高MEMS加速度计的抗冲击能力，具体是在不额外增加阻尼梳占用面积的情况下提高阻尼梳齿的实际有效阻尼。

为实现以上目的，本发明提供了一种MEMS加速度计，其包括阻尼梳齿，所述阻尼梳齿包括可动梳齿和固定梳齿，在所述可动梳齿和所述固定梳齿上加载适于两者相吸的电信号。