一種可動(dòng)電感電極結(jié)構(gòu)以及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，具體地，本發(fā)明涉及一種可動(dòng)電感電極結(jié)構(gòu)以及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展,在傳感器(mot1n sensor)類(lèi)產(chǎn)品的市場(chǎng)上,智能手機(jī)、集成CMOS和微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)器件日益成為最主流、最先進(jìn)的技術(shù)，并且隨著技術(shù)的更新，這類(lèi)傳動(dòng)傳感器產(chǎn)品的發(fā)展方向是規(guī)模更小的尺寸，高質(zhì)量的電學(xué)性能和更低的損耗。
[0003]微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)在體積、功耗、重量以及價(jià)格方面具有十分明顯的優(yōu)勢(shì)，至今已經(jīng)開(kāi)發(fā)出多種不同的傳感器，例如壓力傳感器、加速度傳感器、慣性傳感器以及其他的傳感器。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中在所述MEMS器件中由上極板和下極板的加速度，所述傳感空間(sensing space)感知后產(chǎn)生位移，從而引起所述傳感器中電容的變化，為了防止干擾所述位移的測(cè)試以及電容的變化，在MEMS器件中并沒(méi)有將X軸、Y軸和Z軸三個(gè)軸整合為一體，而是分別將X軸、Y軸和Z軸分別(separately)設(shè)置于同一晶圓上。
[0005]如圖1a所述的MEMS器件包括加速度傳感器10和壓力傳感器11，兩部分，其中所述加速度傳感器10中包括可移動(dòng)件101，所述壓力傳感器11中包括壓力傳感膜102，如圖1b所示，所述器件工作時(shí)通過(guò)在上極板104和下極板105上施加直流電壓(VDC)和交流電壓(AC)，所述壓力傳感器11中空腔103上方的壓力傳感膜102靜電作用下振動(dòng)，發(fā)射超聲波。當(dāng)超聲波接接受超聲壓力，壓力傳感膜102發(fā)生振動(dòng)，導(dǎo)致兩個(gè)電極之間的電容發(fā)生變化，如圖2所示，該圖為現(xiàn)有技術(shù)中所述MEMS器件中可變電容電極板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0006]傳統(tǒng)的MEMS電感設(shè)計(jì)主要考慮到高品質(zhì)因素(Q值)，為射頻可調(diào)諧微電感。射頻可調(diào)諧微電感在當(dāng)前發(fā)揮著重要作用，它能滿(mǎn)足高性能緊湊型器件設(shè)計(jì)的要求。對(duì)于器件設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，可調(diào)電感能調(diào)諧電感量并能保證較高或適當(dāng)?shù)钠焚|(zhì)因素(Q值)。
[0007]MEMS器件大多數(shù)都可看作可變電容的設(shè)計(jì)，例如利用電容兩極板距離或面積變化測(cè)量電容變化，或者利用兩極板靜電力使極板相互吸引。具體來(lái)說(shuō)壓力傳感器，加速度傳感器等等都用到這樣的設(shè)計(jì)。但是電容極板之間往往是空隙，兩極板靠近后不能靠極板的靜電力使其分開(kāi)，只能另外設(shè)計(jì)一種彈簧結(jié)構(gòu)將電容板復(fù)位，造成結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且集成度降低。因此，為了進(jìn)一步提高器件的性能，需要對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中所述MEMS的電極板進(jìn)行改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]在
【發(fā)明內(nèi)容】
部分中引入了一系列簡(jiǎn)化形式的概念，這將在【具體實(shí)施方式】部分中進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
部分并不意味著要試圖限定出所要求保護(hù)的技術(shù)方案的關(guān)鍵特征和必要技術(shù)特征，更不意味著試圖確定所要求保護(hù)的技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
[0009]本發(fā)明為了克服目前存在問(wèn)題，提供了一種MEMS可動(dòng)電感電極結(jié)構(gòu)，包括:
[0010]上下隔離設(shè)置的上極板和下極板，用于形成MEMS中可變電容的兩個(gè)電極板，其中所述上極板和所述下極板均選用平面螺旋電感，以使所述上極板和所述下極板在通電情況下相互運(yùn)動(dòng)。
[0011]作為優(yōu)選，所述平面螺旋電感選用方形螺旋電感線(xiàn)圈或圓形螺旋電感線(xiàn)圈。
[0012]作為優(yōu)選，所述可動(dòng)電感電極結(jié)構(gòu)還包括獨(dú)立的電感芯，所述電感芯位于所述平面螺旋電感的中心。
[0013]作為優(yōu)選，所述電感芯為電感線(xiàn)。
[0014]作為優(yōu)選，所述可動(dòng)電感電極結(jié)構(gòu)還包括上平面板和下平面板，所述上平面板和所述下平面板為整塊設(shè)置，所述上極板和所述下極板分別嵌于所述上平面板和所述下平面板中。
[0015]作為優(yōu)選，所述上極板和所述下極板中包含兩個(gè)或兩個(gè)以上的相同的平面螺旋電感。
[0016]作為優(yōu)選，電連接所述上極板的第一連接端和所述下極板對(duì)應(yīng)的第一連接端時(shí)，用來(lái)測(cè)量所述上極板和所述下極板之間的距離。
[0017]作為優(yōu)選，電連接所述上極板的第一連接端、第二連接端，同時(shí)電連接所述下極板的第一連接端、第二連接端時(shí)，所述上極板和所述下極板之間發(fā)生相互運(yùn)動(dòng)。
[0018]作為優(yōu)選，所述上極板和所述下極板中電感電流相同時(shí)，所述上極板和所述下極板相互吸引；
[0019]所述上極板和所述下極板中電感電流相反時(shí)，所述上極板和所述下極板相互排斥。
[0020]作為優(yōu)選，電連接所述下極板的第一連接端、第二連接端，來(lái)測(cè)量所述上極板的第一連接端、第二連接端中反應(yīng)距離變化速度的感應(yīng)電流。
[0021]本發(fā)明還提供一種MEMS可動(dòng)電感電極結(jié)構(gòu)的制備方法，包括:
[0022]提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成有下極板，所述下極板為平面螺旋電感；
[0023]在所述下極板上形成犧牲材料層；
[0024]在所述犧牲材料層上形成上極板，所述上極板為平面螺旋電感；
[0025]去除所述犧牲材料層，在所述上極板和所述下極板之間形成空腔。
[0026]作為優(yōu)選，所述方法包括:
[0027]提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成有下平面板和下極板，所述下極板鑲嵌于所述下平面板中；
[0028]在所述下平面板和所述下極板上沉積犧牲材料層；
[0029]在所述犧牲材料層上形成上平面板材料層；
[0030]在所述上平面板材料層上形成上極板材料層；
[0031]圖案化所述上極板材料層，以形成平面螺旋電感的所述上極板；
[0032]圖案化所述上平面板材料層和所述上極板，以形成開(kāi)口，露出所述犧牲材料層；
[0033]去除所述犧牲材料層。
[0034]作為優(yōu)選，所述方法還包括在所述下平面板和所述下極板上沉積犧牲材料層之后，圖案化所述犧牲材料層，以去除一端上的部分所述犧牲材料層，露出所述下平面板；
[0035]以及圖案化上平面板材料層和所述上極板，以形成開(kāi)口，露出所述犧牲材料層沒(méi)有蝕刻的一端。
[0036]作為優(yōu)選，所述方法還包括在形成所述上極板之后繼續(xù)沉積所述上平面板材料層，以形成上平面板，覆蓋所述上極板。
[0037]作為優(yōu)選，所述方法還包括在所述下平面板和所述下極板上沉積犧牲材料層之后，圖案化所述犧牲材料層，以在兩端形成開(kāi)口，露出所述下電容基板，同時(shí)在所述犧牲材料層的中間形成凹槽；
[0038]在所述凹槽內(nèi)形成上平面板材料層和上極板材料層；
[0039]圖案化所述電容極板材料層和所述上極板材料層，以形成平面螺旋電感的上極板；
[0040]繼續(xù)沉積上平面板材料層，以形成上平面板，覆蓋所述上極板。
[0041 ] 本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供了一種新的MEMS可動(dòng)電感電極結(jié)構(gòu)，所述電極結(jié)構(gòu)中采用新型的電容板結(jié)構(gòu)，將電感引入到可動(dòng)電容板設(shè)計(jì)中，在通電狀態(tài)下兩電感可相互運(yùn)動(dòng)，給兩極板上的電感加上相同的電流方向，產(chǎn)生相同方向的磁場(chǎng)而兩極板相互吸引。同時(shí)，也可以施加反相的電流而推開(kāi)兩極板。從而解決了現(xiàn)有技術(shù)中兩極板靠近后不能靠極板的靜電力使其分開(kāi)的問(wèn)題。
[0042]本發(fā)明所述電極結(jié)構(gòu)一方面，可以像普通電容一樣測(cè)兩極板的電容算出極板距離的，對(duì)于加速度傳感器即可換算成加速度。另一方面，還可以測(cè)得由于極板靠近引起的磁感應(yīng)電流，即電容極板距離變化的速度，通過(guò)換算測(cè)量出運(yùn)動(dòng)加速度的變化速度。
【附圖說(shuō)明】
[0043]本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā)明的實(shí)施例及其描述，用來(lái)解釋本發(fā)明的裝置及原理。在附圖中，
[0044]圖1a-1b為現(xiàn)有技術(shù)中所述MEMS器件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0045]圖2為現(xiàn)有技術(shù)中所述MEMS器件中可變電容電極板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0046]圖3a_3e為現(xiàn)有技術(shù)中所述MEMS器件中可變電容電極板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0047]圖4a_4h為本發(fā)明一具體地實(shí)施方式中所述MEMS器件以及制備過(guò)程示意圖；
[0048]圖5a_5e為本發(fā)明另一具體地實(shí)施方式中所述MEMS器件的制備過(guò)程示意圖；
[0049]圖6a_6f為本發(fā)明另一具體地實(shí)施方式中所述MEMS器件及其制備過(guò)程示意圖；
[0050]圖7為本發(fā)明另一具體地實(shí)