微机械的z加速度传感器的制作方法

本发明涉及一种微机械的z加速度传感器。

背景技术：

1、用于测量加速度和旋转速率的微机械的惯性传感器对于在汽车和消费领域中的各种应用以大批量制造。具有垂直于晶圆平面(z方向)的探测方向的电容式加速度传感器多重地使用“摇摆结构”，如示例性地在图1中以部分透明的倾翻图像所示的那样。这些摇摆结构的传感器原理基于弹簧-质量系统，在所述弹簧-质量系统中，可运动的震动质量与固定在衬底上的两个配对电极以及处于mems结构中的两个配对电极形成板式电容器。由于对称性原因，震动质量通过至少一个、但通常两个扭力弹簧与基底连接。通过在“实心的”震动的摇摆结构侧和“空的”箱-摇摆结构侧之间的质量差在z加速度作用时产生传感器围绕着扭力弹簧的旋转。因此，电极的间距在具有较大质量的一侧上较小，而在另一侧上较大。电容变化是对于作用的加速度的度量。许多公开文献，例如ep 0244581 a1和ep 0773443 a1都描述了具有摇摆结构结构的加速度传感器。

2、不但加速度，而且热梯度能够导致摇摆结构偏转和因此导致错误信号(测量偏差)。如果传感器的上侧，例如由于靠近热源(如cpu/gpu)而具有较高的温度，则在微机械结构上方的气体比在其下方的气体更热。气体的温度越高，则气体微粒的动能就越大，使得该气体微粒在与mems表面碰撞时传递增加的动量。因此，在较热的mems上侧形成超压，而在mems下侧形成负压，该负压导致摇摆结构偏转并且在文献中作为辐射测量效应是已知的。相应的误差信号是偏移，该偏移在温度梯度的影响下形成并且由于该原因被称为“温度梯度偏移(temperature gradient offset)”(tgo)。

3、在俯视图中完全对称的在震动侧和箱侧上具有相同穿孔的摇摆结构本身具有的显著的tgo，因为这两侧的层厚度是不同的。由于mems结构中的温度梯度引起地，在每个穿孔中出现气体的热蠕变运动，该热蠕变运动沿着穿孔通道导致作用到mems结构上的摩擦力/剪切力并且因此也导致该mems结构的偏转。该气流引起穿孔通道的两端部之间的压差，该压差在孔周围的λ宽的条带中作用到mems的上侧/下侧上，其中，λ描述包围mems结构的气体的平均自由路径长度。因此，辐射测量的力的该力分量沿着穿孔的棱边或角部作用，由此引起在文献中所称的角部力。因此，可以通过添加狭窄的缝隙局部地提高辐射测量的(角部)力。引入到较大穿孔之间的tgo缝隙基于该原理。

4、因为在此简化地涉及在mems的上侧和下侧之间的压差，所以在现代z加速度传感器中，在箱-摇摆结构侧中的较大的孔重复地被较小的缝隙代替(参见图2)。该过程增加了在空的箱侧上存在的摇摆结构面积，使得在两个摇摆结构侧上可以实现相等的辐射测量力并且因此可以补偿tgo。

技术实现思路

1、因此，本发明从微机械的z加速度传感器出发，该z加速度传感器具有衬底，该衬底具有主延伸平面(x，y)，该z加速度传感器具有平行于延伸平面布置在衬底上方的并且能够沿垂直于延伸平面的第一方向z倾翻的微机械的摇摆结构，其中，摇摆结构在第一子区域中具有第一穿孔，所述第一穿孔沿第一方向z穿过摇摆结构延伸，该第一穿孔具有平行于主延伸平面的第一横截面，该第一横截面具有至少为1：1的长宽比，并且其中，摇摆结构具有第二穿孔，所述第二穿孔沿第一方向z穿过摇摆结构延伸，该第二穿孔具有第二横截面，该第二横截面具有较长侧与较短侧的第二长宽比。在此，第一长宽比小于第二长宽比。

2、该当前的优化过程(其中大的孔重复地被小的缝隙替代)具有大的缺点，即传感器的阻尼明显升高，因为气体必须流过较小的缝隙，并且在此导致mems表面上的较高的摩擦力。高阻尼产生大的布朗噪声并且从而明显降低传感器的信噪比性能。

3、本发明的任务是寻求在同时小阻尼的情况下具有tgo补偿的微机械装置。

4、本发明的核心在于，第一穿孔和第二穿孔交替地彼此并排地布置在重复的图案中。即如在图3中所示地，涉及在穿孔之间接合tgo缝隙。对此有帮助地可以知晓，通过添加缝隙提高辐射测量的力，因为在每个缝隙的边缘处出现增加的局部压差。因此明显提高了在空的箱-摇摆结构侧上的整个辐射测量的力，使得很少的孔必须被替代并且将阻尼保持得低。

5、因此，本发明能够实现tgo补偿，借助该tgo补偿，明显很少的孔必须被缝隙替代，这又能够实现较低的阻尼和从而更好的信噪比。

6、根据本发明的微机械的z加速度传感器的一个实施方式，所述第一穿孔布置布置成具有网格间距的网格并且所述第二穿孔布置在该网格的间隙中。

7、根据本发明的微机械的z加速度传感器的一个实施方式，所述第一子区域具有小于所述摇摆结构的第二子区域的厚度。

8、根据本发明的微机械的z加速度传感器的一个实施方式，所述网格具有所述第一穿孔的7μm至15μm的网格间距，所述第一穿孔具有4x3μm2至8x8μm2的横截面，并且所述第二穿孔具有3μm至10μm长度的较长侧和0.4μm至1μm宽度的较短侧。

技术特征：

1.一种微机械的z加速度传感器，具有：

2.根据权利要求1所述的微机械的z加速度传感器，其特征在于，所述第一穿孔(50)布置成具有网格间距(60)的网格并且所述第二穿孔(55)布置在该网格的间隙中。

3.根据权利要求1或2所述的微机械的z加速度传感器，其特征在于，所述第一子区域(40)具有小于所述摇摆结构的第二子区域(45)的厚度。

4.根据权利要求2或3所述的微机械的z加速度传感器，其特征在于，所述网格具有所述第一穿孔(50)的7μm至15μm的网格间距(60)，所述第一穿孔具有4x3μm2至8x8μm2的横截面，并且所述第二穿孔(55)具有3μm至10μm长度的较长侧和0.4μm至1μm宽度的较短侧。

技术总结本发明涉及一种微机械的z加速度传感器，具有：衬底(10)，其具有主延伸平面(x，y)；微机械的摇摆结构(20)，其平行于延伸平面布置在衬底上方并且能够沿垂直于延伸平面的第一方向z倾翻，其中，摇摆结构在第一子区域(40)中具有第一穿孔(50)，第一穿孔沿第一方向z穿过摇摆结构延伸，第一穿孔具有平行于主延伸平面的第一横截面，第一横截面具有至少为1：1的第一长宽比，和第二穿孔(55)，第二穿孔沿第一方向z穿过摇摆结构延伸，该第二穿孔具有第二横截面，第二横截面具有较长侧与较短侧的第二长宽比，其中，第一长宽比小于第二长宽比。本发明的核心在于，在重复的图案中，第一穿孔和第二穿孔交替地彼此并排地布置。技术研发人员：C·纳格尔受保护的技术使用者：罗伯特·博世有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/23