[发明专利]电容系统及其制备方法

说明书

本发明提供了一种电容系统及其制备方法，电容系统包括依次层叠的第一晶圆、介质层、第一静电极层、动电极层和第二晶圆；所述动电极层包括设置在所述第一静电极层上的动电极块，所述动电极块与所述第一静电极层在竖直方向上分离，从而使得所述动电极块可相对于所述第一静电极层在水平方向上来回运动；所述动电极块上设有绝缘空腔，所述绝缘空腔将所述动电极块在水平方向上分隔。这种电容系统的层叠的动电极块与第一静电极层之间只发生水平方向上的相对运动，由于垂直方向上的变形刚度可以远大于水平方向，这就避免了动电极块与第一静电极层之间大位移下的相对碰撞，从而解决了基于梳齿结构的大位移碰撞可靠性问题。

【技术领域】

本发明涉及电容技术领域，尤其涉及一种电容系统及其制备方法。

【背景技术】

MEMS器件中的面内运动一般是指运动部件的运动方向在晶圆的平面内，对于这种平面内运动的检测或驱动，通常是制备沿着与平面方向垂直的梳齿结构的电容系统来实现，通过动梳齿和静梳齿在平面方向上的相对运动，导致动梳齿和静梳齿之间的电容变化。

然而，受到工艺极限的限制，梳齿的深宽比一般控制在20：1以内，梳齿对的间距也会大于1μm，这都导致需要制备极多数量的梳齿结构才能满足驱动力的要求。

并且，梳齿的间距都是通过深反应离子刻蚀工艺(DRIE)制备的，这种工艺的侧壁都具有典型Scallop结构(博世工艺典型特征)，以及侧壁并不是90°垂直基板(间距不均匀)，这些都会给梳齿电容系统带来问题。

此外，梳齿对结构不适合用于大位移情况，动梳齿在左右运动的时候是靠导向结构(一般是U型梁)导向的，很难严格保证动梳齿完全水平方向运动(会存在上下的运动偏差)，加上梳齿制备工艺带来的结构上的缺陷，大位移下容易发生动梳齿与静梳齿的碰撞，引起可靠性问题。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种可以解决上述问题的电容系统。

此外，还有必要提供一种上述电容系统的制备方法。

一种电容系统，包括依次层叠的第一晶圆、介质层、第一静电极层、动电极层和第二晶圆；

所述动电极层包括设置在所述第一静电极层上的动电极块，所述动电极块与所述第一静电极层在竖直方向上分离，从而使得所述动电极块可相对于所述第一静电极层在水平方向上来回运动；

所述第一静电极层设有第一绝缘空腔，所述第一绝缘空腔位于所述动电极块的下方，所述第一绝缘空腔将所述第一静电极层在水平方向上分隔；或者，所述动电极块上设有绝缘空腔，所述绝缘空腔将所述动电极块在水平方向上分隔。

一种电容系统的制备方法，包括如下步骤：

在第一晶圆上依次形成介质层和第一静电极层；

刻蚀所述第一静电极层，从而在所述第一静电极层形成第一绝缘空腔，其中，所述第一绝缘空腔将所述第一静电极层在水平方向上分隔形成彼此绝缘的不同区域；

在所述第一静电极层上依次形成牺牲层和运动电极层；

刻蚀所述运动电极层，使得所述运动电极层转变为设置在所述牺牲层上的动电极块，所述动电极块形成动电极层，并且所述第一绝缘空腔设置在所述动电极块的下方；

释放所述牺牲层，使得所述动电极块与所述第一静电极层在竖直方向上分离，从而使得所述动电极块可相对于所述第一静电极层在水平方向上来回运动，得到半成品；以及

将第二晶圆和所述半成品键合，使得所述第二晶圆层叠在所述动电极层上，得到所述的电容系统。

一种电容系统的制备方法，包括如下步骤：

在第一晶圆上依次形成介质层、第一静电极层和牺牲层；