[发明专利]用于在集成装置中减少正交的分段电极结构

说明书

技术领域

本发明大体上涉及微机电系统(MEMS)领域。更具体地说，本发 明涉及一种用于在MEMS-CMOS集成装置中减少正交的分段电极结构。

背景技术

近年来微机电系统(MEMS)技术已经广泛普及，因为它提供了一 种使用常规成批半导体处理技术在单个衬底上制造非常小的机械结构并 将这些结构与电气装置集成的方法。MEMS的一个常见应用是传感器装 置的设计和制造。MEMS传感器广泛用于例如汽车、惯性导航系统、家 用电器、游戏装置、各种装置的保护系统以及许多其它工业、科学和工 程系统等应用中。MEMS传感器的一个例子是MEMS角速率传感器。 可替换地称为“陀螺仪”、“振动角速率传感器”、“振动速率陀螺 仪”、“陀螺仪传感器”或“偏航率传感器”的角速率传感器感测围绕 一个或多个轴的角速率或角速度。

在振动角速率传感器中，固有的问题是存在不合需要的干扰信号， 称为正交分量或正交误差。正交误差是由于正交运动(例如，校样块在 感测电极上方来回振荡时的平面外运动)引起的。由于制造缺陷，在振 动角速率传感器中可能发生正交运动。当存在正交运动时，正交运动在 感测轴上产生可以与科里奥利加速度相混淆并随后与旋转速率相混淆的 振荡。遗憾的是，正交误差可能导致装置的偏移误差，减小动态范围和 增加噪声。大的正交误差甚至可能使装置受干扰(rail)，使得感测块与 导电电极接触，从而可能导致与碰撞相关的损坏，例如短路。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种集成装置，包括：

微机电系统MEMS装置，所述微机电系统MEMS装置具有与衬底 间隔开的可移动块，所述可移动块被配置成相对于所述衬底在驱动方向 上振荡；

集成电路IC管芯，所述集成电路IC管芯具有与所述MEMS装置耦 合的表面，使得所述可移动块插入在所述衬底与所述IC管芯的所述表面 之间；以及

电极结构，所述电极结构形成在所述IC管芯的所述表面上，所述电 极结构包括与所述可移动块竖直间隔开的多个电极段。

在一个或多个实施例中，所述可移动块和所述电极结构被封闭在空 腔内，所述空腔是通过将所述集成电路管芯与所述MEMS装置耦合而形 成的。

在一个或多个实施例中，所述多个电极段与所述可移动块的第一侧 竖直间隔开，并且所述集成装置进一步包括：

感测电极，所述感测电极形成在所述衬底上并与所述可移动块的第 二侧竖直间隔开，所述第二侧与所述第一侧相对。

在一个或多个实施例中，所述可移动块包括至少一个开口，所述至 少一个开口延伸穿过所述可移动块并且被所述可移动块完全包围，并且 所述电极段的至少一部分覆盖所述至少一个开口，其中所述电极段中覆 盖所述至少一个开口的所述至少一部分的重叠面积随着所述可移动块在 所述驱动方向上振荡而改变。

在一个或多个实施例中，所述多个电极段中的每一个电极段具有近 似垂直于所述驱动方向朝向的纵向尺寸。

在一个或多个实施例中，所述集成装置进一步包括：

控制线路，所述控制线路用于提供正交补偿电压，其中所述多个电 极段中的每一个电极段选择性地连接到所述控制线路，以便将所述正交 补偿电压施加到所述电极段中的所选择的电极段。

在一个或多个实施例中，所述集成装置进一步包括：

开关结构，所述开关结构形成在所述IC管芯的一个或多个布线层 中，所述多个电极段中的所述每一个电极段能够独立地与所述开关结构 互连，并且所述开关结构能够将所述电极段中的独立电极段选择性地连 接到所述控制线路。

在一个或多个实施例中，经由所述开关结构连接到所述控制线路的 所述电极段的数量被配置成响应于所述施加的正交补偿电压调制施加到 所述可移动块的静电力的量值。

在一个或多个实施例中，所述多个电极段包括：

所述电极段的第一子集；以及

所述电极段的第二子集，所述电极段的所述第二子集横向偏离所述 电极段的所述第一子集，其中所述正交补偿电压被施加到所述电极段的 所述第一子集，并且所述电极段的所述第二子集的电压电位被设置为与 所述可移动块相同的电压电位。

在一个或多个实施例中，所述正交补偿电压被施加到所述电极结构 的所述电极段中的第一数量的电极段，所述第一数量小于所述电极结构 的所述电极段的总数量。