一种mems惯性传感器及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种惯性测量器件，更具体地，涉及一种基于MEMS制造的惯性测量器件，例如MEMS加速度计、陀螺仪、振荡器等；本发明还涉及一种MEMS惯性传感器的制造方法。
【背景技术】
[0002]目前，随着消费电子和可穿戴设备的发展，对MEMS惯性传感器的性能提出了越来越高的要求，众多系统厂商希望MEMS惯性器件在保持现有性能的基础上，进一步缩小芯片的尺寸。目前的MEMS惯性器件，其敏感结构层通过键合锚定在衬底上，在敏感结构层的上表面键合MEMS密封盖，形成与外界隔离的密封腔体。目前的问题是，MEMS工艺的发展已经比较成熟，工艺能力已经接近极限，很难再根据系统厂商的要求进一步缩减芯片的尺寸，而芯片性能继续提升的空间也已经很小。
【发明内容】
[0003]本发明的一个目的是提供一种MEMS惯性传感器的新技术方案。
[0004]根据本发明的第一方面，提供了一种MEMS惯性传感器，包括衬底，以及分别固定在衬底上端、下端的盖体，两个盖体与衬底分别形成位于衬底两侧的第一容腔、第二容腔；在所述衬底的上端通过中间结合层设有位于第一容腔内的第一敏感结构，在所述衬底的下端通过中间结合层设有位于第二容腔内的第二敏感结构。
[0005]优选地，其中在所述衬底上设有金属化通孔，所述第一敏感结构和第二敏感结构通过穿过金属化通孔的导电材料或连通导电材料的引线连接。
[0006]优选地，所述第一敏感结构包括第一弹性梁，以及位于第一弹性梁两侧的可动极板C1-1、可动极板C1-2，所述第二敏感结构包括第二弹性梁，以及位于第二弹性梁两侧的可动极板C2-1、可动极板C2-2 ;所述衬底的上端设有与可动极板Cl-1构成Cl电容结构的固定极板C3-1，以及与可动极板C1-2构成C2电容结构的固定极板C3-2 ;所述衬底的下端设有与可动极板C2-1构成C3电容结构的固定极板C4-1，以及与可动极板C2-2构成C4电容结构的固定极板C4-2。
[0007]优选地，所述第一敏感结构、第二敏感结构为平动结构，其中，Cl电容结构与C3电容结构形成叠加电容C13 ；C2电容结构与C4电容结构形成叠加电容C24，叠加电容C13与C24构成差分电容结构。
[0008]优选地，所述第一敏感结构、第二敏感结构为偏转结构，其中，所述第一敏感结构重心偏移的方向与第二敏感结构重心偏移的方向相反；C1电容结构与C3电容结构形成叠加电容C13 ；C2电容结构与C4电容结构形成叠加电容C24，叠加电容C13与C24构成差分电容结构。
[0009]优选地，所述第一敏感结构、第二敏感结构为偏转结构，其中，所述第一敏感结构重心偏移的方向与第二敏感结构重心偏移的方向相同；C1电容结构与C4电容结构形成叠加电容C14 ；C2电容结构与C3电容结构形成叠加电容C23，叠加电容C14与C23构成差分电容结构。
[0010]优选地，所述第一敏感结构为加速度计结构，所述第二敏感结构为陀螺仪结构；或者所述第一敏感结构为陀螺仪结构，所述第二敏感结构为加速度计结构。
[0011]优选地，所述衬底上还设有贯通第一容腔和第二容腔的气压导通孔。
[0012]本发明还提供了一种MEMS惯性传感器的制造方法，包括以下步骤:
[0013]a)在衬底的上表面刻蚀多个金属化通孔；
[0014]b)在衬底的上表面以及多个金属化通孔的内壁上沉积或热生长绝缘层；
[0015]c)在金属化通孔内填充导电材料；
[0016]d)在衬底上沉积中间结合层，并刻蚀；
[0017]e)将第一敏感结构键合在衬底的中间结合层上，并对第一敏感结构进行刻蚀；
[0018]f)将盖体固定在衬底上，形成封闭第一敏感结构的第一容腔；
[0019]g)将衬底翻转180 °，在衬底上沉积中间结合层，并刻蚀；
[0020]h)将第二敏感结构键合在衬底的中间结合层上，并对第二敏感结构进行刻蚀；
[0021]i)将盖体固定在衬底上，形成封闭第二敏感结构的第二容腔。
[0022]优选地，所述步骤a)中，金属化通孔为盲孔，所述步骤g)为:衬底翻转180°后，将衬底减薄至金属化通孔位置，之后在衬底上沉积中间结合层，并刻蚀。
[0023]本发明的MEMS惯性传感器，衬底位于芯片的中部，在衬底的上下表面分别键合敏感结构，使得该MEMS惯性传感器具有双层的敏感结构，从而提高了芯片的利用率，提升了MEMS惯性传感器的整体性能，使得灵敏度增加了一倍，提高了信噪比；换言之，相比传统的MEMS惯性传感器，在不降低芯片性能的基础上，进一步缩减了 MEMS芯片的尺寸，以满足电子产品的小型化发展。本发明的MEMS惯性传感器，增加了芯片尺寸和芯片性能之间的设计余量，可以应用于MEMS加速度计、MEMS陀螺仪、MEMS谐振器等具有可动敏感结构的MEMS惯性器件。
[0024]本发明的发明人发现，在现有技术中，MEMS工艺的发展已经比较成熟，工艺能力已经接近极限，很难再根据系统厂商的要求进一步缩减芯片的尺寸，而芯片性能继续提升的空间也已经很小。因此，本发明所要实现的技术任务或者所要解决的技术问题是本领域技术人员从未想到的或者没有预期到的，故本发明是一种新的技术方案。
[0025]通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
【附图说明】
[0026]被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
[0027]图1是本发明MEMS惯性传感器的结构示意图。
[0028]图2是本发明一种【具体实施方式】中MEMS惯性传感器的结构示意图。
[0029]图3是本发明另一种【具体实施方式】中MEMS惯性传感器的结构示意图。
[0030]图4是本发明另一种【具体实施方式】中MEMS惯性传感器的结构示意图。
[0031]图5至图12是本发明MEMS惯性传感器制造方法的步骤示意图。
【具体实施方式】
[0032]现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到:除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
[0033]以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
[0034]对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
[0035]在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
[0036]应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
[0037]参考图1，本发明提供的一种MEMS惯性传感器，其包括衬底1，以及分别固定在衬底I上端、下端的盖体2，两个盖体2与衬底I固定在一起，分别形成了位于衬底I两侧的第一容腔、第二容腔。该第一容腔、第二容腔可以是一封闭的结构，其中，在所述衬底I的上端通过中间结合层4设有位于第一容腔内的第一敏感结构3，在所述衬底I的下端通过中间结合层4设有位于第二容腔内的第二敏感结构6。
[0038]本发明中，第一敏感结构3、第二敏感结构6为惯性传感器的可动器件，其可以是可动极板等本领域技术人员所