微机械结构和用于制造微机械结构的方法技术

本发明专利技术涉及一种微机械结构，具有一包括主延伸平面的衬底和一相对于衬底可运动的质量块，其中，可运动的质量块通过至少一个耦合弹簧弹簧弹性地悬挂，其中可运动的质量块的一个第一部分区域沿着一相对于主延伸平面基本上垂直的竖直方向至少部分地布置在衬底和耦合弹簧之间。

【技术实现步骤摘要】
微机械结构和用于制造微机械结构的方法
本专利技术涉及一种微机械结构。
技术介绍
这样的结构通常是公知的。例如由文献DE19719779A1已知一种具有一通过悬挂弹簧可运动地悬挂在衬底上的感振质量的加速度传感器。在加速度传感器加速时，在感振质量上作用惯性力，惯性力使得感振质量相对于衬底偏移。偏移的程度借助检测装置测量。检测装置包括一由相对衬底固定的固定电极和固定在感振质量上的配对电极组成的梳形电极结构。为了测量该偏移，对固定电极和配对电极之间的电容量的变化进行分析处理。感振质量、悬挂弹簧和配对电极在这样的结构中构造在一个唯一的多晶硅功能层(在下面被称为第一功能层)中，使得这些结构始终相互并排地布置。一个由薄多晶硅制成的带状导线层用于电接触，该带状导线层构造在衬底和感振质量之间并且通过绝缘氧化物与衬底晶片分开。为了制造微机械结构，在文献DE102007060878A1中还建议，使用一个另外的多晶硅功能层(在下面称为第二功能层)。文献DE102009000167A1例如公开了一种加速度传感器，它借助两个分开的功能层构成，而由文献DE102009000345A1公开了一种用于测量转速的具有科里奥利元件的转速传感器，该转速传感器借助两个分开的功能层构成。转速传感器在这里具有一个第一和一个第二科里奥利元件，它们通过一个耦合弹簧相互连接并且借助驱动装置被激励平行于第一轴线反相振动，其中，第一和第二检测装置检测由在存在转速时作用在科里奥利元件上的科里奥利力引起的第一和第二科里奥利元件的偏移，使得第一检测装置的第一检测信号和第二检测装置的第二检测信号之差取决于科里奥利力并且由此也取决于转速传感器的转速。
技术实现思路
按照本专利技术，提出了一种微机械结构，具有一包括主延伸平面的衬底和一相对于衬底可运动的质量块，其中，可运动的质量块通过至少一个耦合弹簧弹性地悬挂，其中，可运动的质量块的至少一个第一部分区域沿着一相对于主延伸平面基本上垂直的竖直方向至少部分地布置在衬底和耦合弹簧之间。按照本专利技术，还提出了一种用于制造根据上述技术方案中的微机械结构的方法，其中，在第一制造步骤中提供衬底，在第二制造步骤中设置第一功能层和在第一功能层中构成可运动的质量块的第一部分区域，在第三制造步骤中设置第二功能层并且在第二功能层中构成耦合弹簧，使得第一部分区域沿着竖直方向布置在衬底和弹簧元件之间。按照本专利技术的微机械结构和按照本专利技术的用于制造微机械结构的方法相对于现有技术具有优点，即实现了更紧凑且更刚性的结构。可运动的质量块的第一部分区域在衬底和设置用于悬挂的耦合弹簧之间的布置具有优点，即微机械结构的面积需求被减小并且由此降低了制造费用。还通过第一部分区域优选实现可运动的质量块的第二部分区域的耦合，这些第二部分区域布置在耦合弹簧的高度并且因此必然在耦合弹簧的区域中彼此被分开。由此实现了可运动的质量块的加强，使得不希望的干扰模式向更高频率移动并且由此相对于现有技术提高了微机械结构的振动强度。可运动的质量块优选是感振质量、科里奥利元件或用于科里奥利元件的驱动元件。按照本专利技术的微机械结构尤其是包括MEMS结构元件(MicroElectroMechanicSystem)，它在一个半导体制造工艺中被制成。衬底优选包括半导体材料、尤其是硅，它为了形成可运动的质量块和耦合弹簧被相应地结构化。该结构化在这里优选在光刻、蚀刻、沉积和/或键合方法的范围内实现。优选地，微机械结构具有一个由薄的多晶层制成的带状导线层，它用于电接触并且构造在衬底和可运动的质量块之间并且通过绝缘的氧化物与衬底分开。本专利技术的有利的设计方案和扩展方案可由下述说明以及参照附图的说明得出。按照一种优选的实施方式，所述微机械结构具有一第一功能层和一第二功能层，其中，该第一和第二功能层沿着竖直方向这样地相互错开，使得第一功能层沿着竖直方向部分地布置在衬底和第二功能层之间，其中，第一部分区域在第一功能层中构成并且耦合弹簧在第二功能层中构成。以有利的方式微机械结构由两个功能层构成，其中，尤其是可运动的质量块不仅由第一层的元件(第一部分区域)而且由第二层的元件(第二部分区域)组合而成。以该方式能够实现比较刚性的可运动的质量块的结构，它同时以所谓的位于内部的耦合弹簧悬挂。换言之：耦合弹簧沿着主延伸平面不是固定在可运动的质量块的最外面的边缘区域上，而是布置在可运动的质量块的最外面的边缘区域内部，从而实现了特别节省面积的微机械结构。第一和/或第二功能层优选分别具有在1和50微米的厚度。按照一种优选的实施方式，可运动的质量块的第二部分区域在第二功能层中构成并且耦合弹簧直接作用在第二部分区域上。由此以有利的方式可以实现在比较小的镜片面积上达到所希望的质量。第一部分区域通过第二部分区域尤其是间接地连接到耦合弹簧上。按照一种优选的实施方式，第一部分区域和第二部分区域在一个重叠区域中沿着竖直方向相互地重叠并且在这里第一和第二功能层在重叠区域中直接相互固定地连接或者间接地通过中间层相互固定地连接，从而实现了比较刚性且坚固的可运动的质量块结构。以有利的方式由此进一步提高了微机械结构的振动强度，因为不希望的干扰模式的频谱通过较高的刚度向着较高的频率移动。尤其是由此增加了与期望的使用模式的距离。按照一种优选的实施方式，微机械结构具有至少一个固定电极，它平行于主延伸平面延伸并且沿着竖直方向布置在第一部分区域和衬底之间，其中，固定电极和第一部分区域形成一板式电容器结构。在第一功能层中构成的第一部分区域以有利的方式不仅用于在耦合弹簧的区域中连接和加强可运动的质量块的在第二功能层中构成的第二部分区域，而且附加地也用作相对衬底固定的固定电极的配对电极。以该方式实现了微机械结构的结构空间特别紧凑的实现方式，因为其中可运动的质量块通过耦合弹簧被悬挂的连接区域和其中可运动的质量块相对于衬底的运动被电容地检测的检测区域能够沿着竖直方向相互地重叠。优选地，固定电极构造在由薄的多晶体层制成的带状导线层中，它通过绝缘的氧化物与衬底分开。带状导线层优选具有在0.2和1.0微米之间、特别优选基本上0.5微米的厚度。尤其是微机械结构具有至少两个相互相邻的并且相互电绝缘的固定电极，以便借助沿着竖直方向的重叠面积的变化来检测可运动的质量块平行于主延伸平面的偏移。按照一种优选的实施方式，微机械结构具有至少一个与衬底连接并且构造在第二功能层中的止挡弹簧，其中，可运动的质量块的第一部分区域的构造在第一功能层中的止挡区域沿着竖直方向布置在止挡弹簧和衬底之间并且止挡弹簧与可运动的质量块间隔开。以有利的方式，止挡弹簧的一个指向可运动的质量块的自由突出的端部不仅垂直而且平行于主延伸平面与可运动的质量块稍微间隔开并且不是与可运动的质量块连接。构造为止挡元件的止挡弹簧具有优点，即可运动的质量块相对于衬底的最大可能的偏移受到限制，以便阻止在偏移过大时损坏微机械结构。止挡元件作为弹簧弹性的弹簧元件的构成具有优点，即可运动的质量块在止挡到止挡元件上时不时突然被制动，而是通过止挡弹簧的弯曲至少部分地吸收可运动的质量块的动能并且可运动的质量块由此被较缓慢地制动。按照一种优选的实施方式，所述微机械结构是一加速度传感器的部分并且可运动的质量块包括一通过外部的加速力相对于衬底可偏移的感振质量块。本文档来自技高网...

【技术保护点】
微机械结构（1），具有一包括主延伸平面（100）的衬底（2）和一相对于衬底（2）可运动的质量块（3，14，70），其中，可运动的质量块（3）通过至少一个耦合弹簧（4，50）弹簧弹性地悬挂，其特征在于，可运动的质量块（3）的至少一个第一部分区域（5，60）沿着一相对于主延伸平面（100）基本上垂直的竖直方向（101）至少部分地布置在衬底（2）和耦合弹簧（4，50）之间。

【技术特征摘要】
2012.01.23 DE 102012200929.91.微机械结构(1)，具有一包括主延伸平面(100)的衬底(2)和一相对于衬底(2)可运动的质量块(3，14，70)，其中，可运动的质量块(3)通过至少一个耦合弹簧(4，50)弹性地悬挂，其中，可运动的质量块(3)的至少一个第一部分区域(5，60)沿着一相对于主延伸平面(100)基本上垂直的竖直方向(101)至少部分地布置在衬底(2)和耦合弹簧(4，50)之间，其特征在于，所述微机械结构(1)具有一第一功能层(10)和一第二功能层(20)，其中，该第一和第二功能层(10，20)沿着竖直方向(101)这样地相互错开，使得第一功能层(10)沿着竖直方向(101)布置在衬底(2)和第二功能层(20)之间，其中，第一部分区域(5，60)在第一功能层(10)中构成并且耦合弹簧(4，50)在第二功能层(20)中构成。2.根据权利要求1的微机械结构(1)，其特征在于，可运动的质量块(3)的第二部分区域(6，61)在第二功能层(20)中构成并且耦合弹簧(4，50)直接作用在第二部分区域(6，61)上。3.根据权利要求2的微机械结构(1)，其特征在于，第一部分区域(5，60)和第二部分区域(6)在一重叠区域(7)中沿着竖直方向(101)相互地重叠并且第一和第二功能层(10，20)在重叠区域(7)中直接相互固定地连接或者间接地通过一中间层(30)相互固定地连接。4.根据权利要求1至3之一的微机械结构(1)，其特征在于，所述微机械结构(1)具有固定电极(8，8’)，这些固定电极平行于主延伸平面(100)延伸并且沿着竖直方向(101)布置在第一部分区域(5，60)和衬底(2)之间，其中，这些固定电极(8，8’)和第一部分区域(5，60)形成一板式电容器结构。5.根据权利要求1至3之一的微机械结构(1)，其特征在于，所述微机械结构(1)具有至少一个与衬底(2)连接并且构造在第二功能层(20)中的止挡弹簧(21)，其中，可运动的质量块(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·克拉森，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：