[发明专利]一种提高MEMS加速度计电容间隙一致性的电极布置方法

说明书

本发明公开了一种提高MEMS加速度计电容间隙一致性的电极布置方法，包括衬底，所述衬底的一侧设置有外侧固定梳齿锚点、折叠梁、质量块锚点、质量块、外部可动梳齿、外部固定梳齿、内部固定梳齿锚点和内部固定梳齿，所述外侧固定梳齿锚点、质量块锚点和内部固定梳齿锚点均与衬底固连，具体涉及微电子机械技术领域。该提高MEMS加速度计电容间隙一致性的电极布置方法，通过改善了加速度计的结构，由于形成差分电容的内部梳齿与外部梳齿的空间距离非常近，因此形成差分电容的两个电容的间隙非常一致，从而使加速度计具有非常小的输出偏值，同时具有非常高的线性度和共模效应抑制效果。

技术领域

本发明属于微电子机械技术领域，可在航空、汽车电子、交通及基础设施、地质监测及植入式医疗器械等中高端领域应用，具体涉及一种提高MEMS加速度计电容间隙一致性的电极布置方法。

背景技术

微机电系统是指尺寸在几毫米甚至更小的高科技装置，其内部的构造往往在微米甚至纳米量级，是一个独立的智能系统，随着机械科学与微电子技术的迅猛发展，也为了满足技术的微型化，小型化的需求，市场上出现了大量MEMS加速度计，其中电容式加速度计最为常见，该结构的加速度计结构简单，通过极板间的电容变化来将外界的加速度信号转变为电信号。相比其他基于MEMS技术的加速度计，电容式加速度计具有温漂效应较小，结构简单，灵敏度高等优点；

目前的高精度MEMS电容式加速度计受到了不同领域应用的重视，其中包括振动监测、重力检测、惯性导航等，其良好的噪声性能对于很多高精度的器件来说意义重大。梳齿式MEMS电容式加速度计是一种典型的结构，该结构的加工相对简单，制作精度较高，具有良好的泛用性；

为了提高线性度及抑制共模效应(例如温度效应引起的电容变化)，当前的MEMS电容式加速度计通常采用差分电容原理：加速度计包含两个彼此对称的电容，待测加速度导致一个电容增大和另一个电容减小，加速度计的输出则正比于两个电容的差值；

理论上，构成差分电容的两个电容应该具有完全一样的电容间隙，然而加工误差会导致两个电容的实际电容间隙不一致。电容间隙的不一致使加速度计存在输出偏值(没有加速度输入时的输出)，同时还劣化线性度及共模效应抑制效果。

公开号为CN109507452A的专利公开了“一种高性能体硅MEMS电容式加速度计”，该专利的电极布置方案存在一个重要缺点：由于两个差分电容分别位于中心对称线的左右两侧，因此两个电容的空间距离比较远。在MEMS加工工艺中，两个位置的空间距离越大，则这两个位置的加工误差的区别越大，因而当两个电容的空间距离比较远时，两个电容的电容间隙非常不一致，致使线性度及共模效应抑制效果较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的电极布置方法，以提升电容式加速度计的电容间隙一致性，以此来提高MEMS加速度计的线性度和共模效应抑制效果。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种提高MEMS加速度计电容间隙一致性的电极布置方法，包括衬底，所述衬底的一侧设置有外侧固定梳齿锚点、折叠梁、质量块锚点、质量块、外部可动梳齿、外部固定梳齿、内部固定梳齿锚点和内部固定梳齿，所述外侧固定梳齿锚点、质量块锚点和内部固定梳齿锚点均与衬底固连，所述折叠梁质量块、外部可动梳齿、外部固定梳齿和内部固定梳齿均悬浮设置于衬底一侧。

优选的，所述外侧固定梳齿锚点、质量块锚点和内部固定梳齿锚点厚度相同。

优选的，所述外侧固定梳齿锚点与内部固定梳齿锚点处于同一水平线。

优选的，所述折叠梁质量块、外部可动梳齿、外部固定梳齿和内部固定梳齿厚度相同。