[发明专利]一种三明治式MEMS器件结构

说明书

本发明涉及一种三明治式MEMS器件结构，包括衬底电极层、结构层、盖板层。衬底电极层通过第一键合层与结构层键合，结构层通过第二键合层与盖帽层键合；衬底电极层上加工若干衬底电极，盖帽层上加工若干盖板电极，结构层上加工质量块、锚区及弹簧梁、激励电极、拾振电极；衬底电极层包括绝缘层等，质量块通过锚区及弹簧梁和质量块电极引线引出，激励电极、拾振电极分别通过衬底电极层上的对应的激励电极引线和拾振电极引线引出；本发明中质量块上下双侧电极结构即三明治式结构的设计，能避免质量块在其与衬底电极间的静电力以及应力的作用下，偏离平衡位置，从而使器件具有更好的一致性和温度稳定性。

技术领域

本发明属于微机电系统(MEMS)制造技术领域，具体涉及一种MEMS器件结构。

背景技术

MEMS器件是近二十年来发展起来的一种新型微机械仪表，其利用半导体工艺加工技术加工微机械结构。一种典型的MEMS器件由可动质量块结构、弹簧梁、锚点、电极等构成，通过不同结构设计其可以实现对力、位移、角速度等物理量的测量，也可以实现谐振器、滤波器等功能，满足不同应用的需求。

谐振式MEMS器件通过激励电极和拾振电极控制可动MEMS质量块运动，从而满足某种特定的需求。MEMS陀螺和MEMS谐振加速度计是其中典型的代表。常见的谐振式MEMS传感器采用体硅MEMS工艺加工。其采用竖直方向的梳齿状变面积或变间隙的电容作为激励和拾振电极。这种梳齿状电极和MEMS质量块、弹簧梁等通过体硅MEMS工艺中的深反应离子刻蚀工艺加工。这种竖直方向上的电极仅能满足MEMS质量块在水平方向上的运动控制。

目前高性能的MEMS器件要求其具有良好的工作稳定性，对谐振MEMS器件来说，需对其运动状态进行精确的控制。传统的谐振式MEMS器件仅有水平方向上的运动检测和控制的电极，无法控制器件在竖直方向上的位移。当器件工作在不同温度条件下或受残余应力等作用下，器件会在竖直方向产生弯曲变形，从而影响器件的工作性能。

目前多轴集成MEMS惯性传感器已经成为一个重要的研究方向，传统的仅具有竖直方向电极的水平方向谐振式MEMS传感器并不能满足这种要求。因此急需突破现有结构设计，实现多轴集成MEMS惯性传感器。

现有MEMS器件结构的问题如下：

一是现有的双层或三层结构的MEMS器件，工作过程中位于结构层的质量块与衬底或盖板之间常存在高电平电压，故会存在静电力。由于双侧电容间隙面积等不相同，质量块所受衬底和盖板的静电力不相同，结构在静电力的作用下会发生偏移，影响器件运动状态，进而影响器件的性能。

二是现有的双层或三层结构的MEMS器件，在结构加工过程中，各层材料间存在残余应力，MEMS结构存在竖直方向上的弯曲变形，进而影响器件的性能。

三是现有双层或三层结构的MEMS器件不同层材料间存在温度系数差异，当器件工作在不同的温度条件下，不同材料热膨胀不同，造成结构变形，影响器件的温度稳定性。

发明内容

本发明解决的技术问题：克服现有技术的不足，本发明公开了一种三明治式MEMS器件结构，能避免质量块在其与衬底电极间的静电力以及应力的作用下，偏离平衡位置，从而使器件具有更好的一致性和温度稳定性。

本发明所采用的技术方案是：一种三明治式MEMS器件结构，包括衬底电极层、结构层、盖帽层；