CN109387659B - 转速传感器，用于制造转速传感器的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种转速传感器，具有衬底，其中，转速传感器具有关于衬底能运动的驱动结构、探测结构和科里奥利结构，其中，驱动结构、科里奥利结构和探测结构基本上布置在层中，其特征在于，附加层基本上平行于层地布置在层上方或下方，其中，借助于第一弹簧部件建立在科里奥利结构和驱动结构之间的机械连接，其中，第一弹簧部件构造为附加层的部分，和/或，其中，借助于第二弹簧部件建立在探测结构和衬底之间的机械连接，其中，第二弹簧部件构造为附加层的部分。

Description

转速传感器，用于制造转速传感器的方法
技术领域
本发明涉及一种转速传感器。
背景技术
通常已知在衬底上的转速传感器。在此，涉及基于硅的专用微机电系统(MEMS)，通过所述专用微机电系统可以测量转速。这类传感器用于多种应用中。在此，转速传感器典型地具有驱动框架、探测框架和科里奥利框架。探测框架通过弹簧与衬底连接并且通过另外的弹簧与科里奥利框架连接。科里奥利框架具有使所述科里奥利框架与驱动框架连接的附加的弹簧。驱动框架通过弹簧与衬底连接并且可以通过电极、例如通过梳状电极驱动。科里奥利框架、驱动框架和探测框架典型地构造在相对较厚的多晶硅功能层内部，该多晶硅功能层布置在薄的、埋入的多晶硅层上面。在此，使框架彼此连接并且与衬底连接的不同弹簧也典型地构造为厚的多晶硅功能层的部分。埋入层用作为导体轨或电极。在衬底和埋入的多晶硅层之间并且在该埋入的多晶硅层和厚的多晶硅层之间沉积有氧化层，在所述氧化层中可以设有接触区域，以便电接触不同的框架。这些厚的多晶硅功能层或框架和弹簧典型地通过沟槽工艺和氧化物牺牲层方法露出。这样制造的结构经常通过合适的键合方法与罩晶片密封地包围。
这种传感器中的结构可以制作得非常狭长，由此可能的是，制作能够实现平行于衬底的运动的弹簧。这类弹簧可以如此设计，使得所述弹簧在平行于衬底的方向上非常软并且在两个与上述方向不同的方向上非常硬。这类转速传感器较好地适合用于探测垂直于衬底的表面或主延伸方向作用的转速。
然而缺点是，通过这类传感器或这些传感器的已知变型方案仅能够较差地测量沿衬底或厚的多晶硅功能层的至少一个主延伸方向作用的转速。
发明内容
本发明的任务是，提出一种有利的具有衬底的转速传感器，通过该转速传感器可以测量在衬底的主延伸平面内部作用的转速。
根据本发明的转速传感器相对于现有技术具有以下优点：借助于第一弹簧部件建立科里奥利结构和驱动结构之间的机械连接，其中，第一弹簧部件构造为附加层的部分，和/或，借助于第二弹簧部件建立探测结构和衬底之间的机械连接，其中，第二弹簧部件构造为附加层的部分。根据本发明，由此可能的是，可以实现特别有利的弹动。通过使用第一弹簧部件或第二弹簧部件可能的是，实现沿垂直于衬底的延伸方向相对较软并且沿在衬底或基本上构造有探测结构、科里奥利结构和驱动结构的层的主延伸平面中的所有方向(尤其第一和第二主延伸方向)相对较硬。由此得出用于探测沿传感器或所述层或衬底的主延伸方向作用的转速的特别有利的可能性。因此，根据本发明可能的是，能够实现成本有利地制造的转速传感器，该转速传感器能够以高精度探测沿传感器或所述层或衬底的主延伸方向作用的转速。此外，根据本发明可能的是，相比于由现有技术已知的传感器特别节省位置地实施转速传感器。
相比于使用关于朝向或远离衬底的运动而言可以软地受支承以便能够实现垂直于衬底的运动(并且由此能够实现沿传感器或所述层或衬底的主延伸方向的转速的探测)的扭转弹簧，根据本发明以特别有利的方式可能的是，第一和/或第二弹簧部件(或多个第一和/或第二弹簧部件)沿在衬底或所述层的主延伸平面中的所有方向(尤其第一和第二主延伸方向)相对较硬。由此，根据本发明能够实现转速传感器的特别有利的性能。
下面可以由参照附图的说明得出本发明的有利的实施方式和扩展方案。
根据本发明的实施方式，第一弹簧部件沿垂直于附加层的主延伸平面的延伸方向具有小于沿附加层的第一主延伸方向和附加层的第二主延伸方向的延伸尺度，和/或，其中，第二弹簧部件沿垂直于附加层的主延伸平面的延伸方向具有小于沿附加层的第一主延伸方向和附加层的第二主延伸方向的延伸尺度，由此可能的是，第一和/或第二弹簧部件是薄的并且优选沿垂直于附加层的主延伸平面的延伸方向相对较软。同时可能的是，第一和/或第二弹簧部件沿附加层的第一和第二主延伸方向的延伸尺度大于第一和/或第二弹簧部件(沿垂直于附加层的延伸方向)的厚度。因此，能够以特别有利的方式实现，第一和/或第二弹簧部件沿附加层的主延伸平面中的所有方向具有大于沿垂直于附加层的主延伸平面的延伸方向的刚性，由此能够实现用于探测在所述层/衬底的主延伸方向内部作用的转速的特别有利的转速传感器。
根据本发明的实施方式，附加层构造在所述层下方，其中，另外的附加层基本上平行于所述层地构造在所述层上方，其中，借助于另外的第一弹簧部件建立科里奥利结构和驱动结构之间的机械连接，其中，所述另外的第一弹簧部件构造为所述另外的附加层的部分，和/或，其中，借助于另外的第二弹簧部件建立探测结构和衬底之间的机械连接，其中，所述另外的第二弹簧部件构造为所述另外的附加层的部分，由此可能的是，既在所述层上方也在所述层下方构造有在科里奥利结构和驱动结构之间的和/或在探测结构和衬底之间的弹动的机械连接。由此能够特别有利地实现，尤其在探测结构沿垂直于衬底/所述层的主延伸平面的延伸方向运动时避免或减小各个结构的倾翻。由此可能的是，在转速传感器运行时实现特别有利的性能。
根据本发明的实施方式，第一弹簧部件和/或第二弹簧部件包括框架结构或栅结构，其中，尤其所述另外的第一弹簧部件和/或所述另外的第二弹簧部件包括框架结构或栅结构，由此以有利的方式可能的是，实现第一和/或第二弹簧部件(和尤其所述另外的第一和/或另外的第二弹簧部件)沿所述层/衬底的主延伸平面的所有方向的特别有利的刚性。
根据本发明的实施方式，第一弹簧部件沿垂直于附加层的主延伸平面的延伸方向具有小于科里奥利结构、探测结构和/或驱动结构的延伸尺度，和/或，其中，第二弹簧部件沿垂直于附加层的主延伸平面的延伸方向具有小于科里奥利结构、探测结构和/或驱动结构的延伸尺度，其中，尤其所述另外的第一弹簧部件沿垂直于所述另外的附加层的另外的主延伸平面的另外的延伸方向具有小于科里奥利结构、探测结构和/或驱动结构的延伸尺度，和/或，其中，尤其所述另外的第二弹簧部件沿垂直于所述另外的附加层的所述另外的主延伸平面的所述另外的延伸方向具有小于科里奥利结构、探测结构和/或驱动结构的延伸尺度，由此可能的是，弹簧部件沿垂直于所述层/衬底的主延伸平面的延伸方向具有小于(至少主要)构造在所述层内部或构造为所述层的部分的结构的刚性，由此能够实现传感器的特别有利的性能。
根据本发明的实施方式，探测电极至少部分地布置在探测结构的上方或下方，由此以有利的方式可能的是，对探测结构沿垂直于衬底/所述层的主延伸平面的延伸方向的运动进行探测并且因此测量沿衬底/所述层的主延伸平面内部的方向作用的转速。对此能够有利地实现，探测电极和探测结构构造为平板电容器。
根据本发明优选地可能的是，转速传感器包括多个第一和/或第二弹簧部件(和可能的多个另外的第一和/或第二弹簧部件)，所述第一和/或第二弹簧部件尤其布置在转速传感器的不同侧上，优选以均匀的角度间隔和/或对称地布置。
根据本发明原则上可能的是，科里奥利结构、驱动结构和探测结构分别构造为闭合的或非闭合的框架或者也构造为多个框架部分。
根据本发明的实施方式可能的是，第一弹簧部件和/或第二弹簧部件对于沿垂直于附加层的主延伸平面的延伸方向作用的力具有小于对于沿附加层的第一主延伸方向和/或附加层的第二主延伸方向作用的力的弹簧常数，其中，尤其所述另外的第一弹簧部件和/或所述另外的第二弹簧部件对于沿垂直于所述另外的附加层的另外的主延伸平面的另外的延伸方向作用的力具有小于沿所述附加层的另外的第一主延伸方向和/或所述附加层的另外的第二主延伸方向作用的力的弹簧常数。
根据本发明的实施方式的根据本发明的用于制造转速传感器的方法相对于现有技术具有已经结合根据本发明的转速传感器或根据本发明的转速传感器的实施方式所述的优点。
本发明的实施例在附图中示出并且在随后的说明中详细阐释。
附图说明
图1示意性示出根据现有技术的转速传感器的俯视图。
图2示意性示出根据现有技术的转速传感器的局部的横截面。
图3示意性示出根据本发明的实施方式的转速传感器的俯视图。
图4示意性示出根据本发明的实施方式的转速传感器的局部的俯视图。
图5示意性示出根据本发明的实施方式的转速传感器的局部的俯视图。
图6示意性示出根据本发明的实施方式的转速传感器的局部的横截面。
图7示意性示出根据本发明的实施方式的转速传感器的局部的横截面。
在不同附图中相同部分总是设有相同的附图标记并且因此一般也分别仅命名或提到一次。
具体实施方式
在图1中示意性示出根据现有技术的转速传感器的俯视图。转速传感器包括科里奥利结构4、驱动结构2和探测结构3。所述结构2、3和4构造在层10中。科里奥利结构4和驱动结构2通过弹簧连接。探测结构和衬底同样通过弹簧连接。所提到的弹簧如所述结构2、3和4那样也构造在层10中。通过这类转速传感器尤其可以探测垂直于衬底的表面作用的转速。
在图2中示意性示出根据现有技术的转速传感器的局部的横截面。科里奥利结构4、驱动结构2和探测结构3如所述弹簧(这些结构分别通过所述弹簧连接)那样构造在层10中。在层10下面构造有埋入的导电层15。埋入的层15用作为导体轨或电极。在衬底和埋入的导电层15之间并且在该埋入的导电层和厚的多晶硅层10之间沉积有氧化层9，在所述氧化层中也可以设置接触区域5。层10(或该层的结构)通过沟槽工艺6和氧化物牺牲层方法露出。
在图3中示意性示出根据本发明的实施方式的转速传感器1的局部的俯视图。转速传感器1包括驱动结构2(构造为驱动框架)、科里奥利结构4(构造为科里奥利框架)和探测结构3(构造为探测框架)。驱动结构2、科里奥利结构4和探测结构3构造为层10的部分并且沿垂直于层10的主延伸平面600、600’的第一延伸方向100具有相同的延伸尺度或者说厚度。驱动结构2可以借助于梳状电极驱动。驱动结构2和科里奥利结构4借助于总共四个第一弹簧部件30和/或四个另外的第一弹簧部件50相互机械弹动地耦合。探测结构3和位于下方的衬底(或衬底的导电的埋入层15)借助于四个第二弹簧部件31和/或四个另外的第二弹簧部件51相互机械弹动地耦合。第一和第二弹簧部件30、31构造为附加层20的部分和/或所述另外的第一弹簧部件和所述另外的第二弹簧部件50、51构造为另外的附加层40的部分。在此，附加层20(或构造为该附加层的部分的弹簧部件30、31)和/或所述另外的附加层40(或构造为该另外的附加层的部分的所述另外的弹簧部件50、51)分别(沿垂直于层10的主延伸平面600、600’的延伸方向100或另外的延伸方向200)比所述层10或科里奥利结构4、驱动结构2和探测结构3薄。弹簧部件30、31和/或所述另外的弹簧部件50、51沿附加层20和/或另外的附加层40的(另外的)第一主延伸方向300、400以及沿附加层20和/或另外的附加层40的(另外的)第二主延伸方向300’、400’分别具有大于沿垂直于所述(另外的)第一和第二主延伸方向300、400、300’、400’的(另外的)延伸方向100、200的延伸尺度。由此，弹簧部件30、31和/或所述另外的弹簧部件50、51分别沿垂直于所述(另外的)第一和第二主延伸方向300、400、300’、400’的所述(另外的)延伸方向100、200的刚性小于沿所述(另外的)第一第二主延伸方向300、400、300’、400’。
在图4中示意性示出根据本发明的实施方式的转速传感器1的局部的俯视图。尤其示出第二弹簧部件31，借助于该第二弹簧部件建立探测结构3和位于下方的衬底(或衬底的导电的埋入层15)之间的机械连接。第二弹簧部件31构造为在层10下方的附加层20的部分(即更靠近衬底)。此外，示出科里奥利结构和第一弹簧部件30的部分区域。
在图5中示意性示出根据本发明的实施方式的转速传感器1的局部的俯视图。尤其示出第二弹簧部件31，借助于该第二弹簧部件建立探测结构3和位于下方的衬底(或衬底的导电的埋入层15)之间的机械连接。第二弹簧部件31构造为在层10下方的附加层20的部分(即更靠近衬底)。第二弹簧部件31包括多个梁，由此能够以特别有利的方式实现沿附加层20的第一主延伸方向300和附加层20的第二主延伸方向300’的所期望的刚性。此外，示出科里奥利结构和第一弹簧部件30的部分区域。
在图6中示意性示出根据本发明的实施方式的转速传感器1的局部的沿着图4中画出的虚线的横截面。示出探测结构3的一部分，该探测结构借助于第二弹簧部件31与衬底的导电的埋入层15连接。探测结构3沿垂直于(另外的)第一和第二主延伸方向300、400、300’、400’的(另外的)延伸方向100、200具有大于第二弹簧部件31的延伸尺度。
在图7中示意性示出根据本发明的实施方式的转速传感器1的局部的横截面。在此，在图7中示出的实施方式具有根据图6所描述的实施方式的特征。附加地，在图7中示出的实施方式中示出布置在探测结构3上方的另外的第二弹簧部件51。探测结构3和衬底借助于所述另外的第二弹簧部件51弹动地连接。探测结构3沿垂直于所述(另外的)第一和第二主延伸方向300、400、300’、400’的(另外的)延伸方向100、200具有大于所述另外的第二弹簧部件51的延伸尺度。
根据本发明，优选的是，层10、附加层20和所述另外的附加层40(和进一步优选的导电的埋入层15)是多晶硅功能层。在此，在不同的功能层10、20、40、15之间典型地沉积有氧化层，所述氧化层具有通道，借助于所述通道使功能层连接(即在通道中同样布置有多晶硅材料)。这在图4和5中阐明。

Claims (15)

1.转速传感器(1)，具有衬底，其中，所述转速传感器(1)具有关于所述衬底能运动的驱动结构(2)并且具有探测结构(3)和科里奥利结构(4)，其中，所述驱动结构(2)、所述科里奥利结构(4)和所述探测结构(3)基本上布置在层(10)中，其特征在于，附加层(20)基本上平行于所述层(10)地布置在所述层(10)下方，其中，另外的附加层(40)基本上平行于所述层(10)地构造在所述层(10)上方,
其中，借助于第一弹簧部件(30)建立在所述科里奥利结构(4)和所述驱动结构(2)之间的机械连接，其中，所述第一弹簧部件(30)构造为所述附加层(20)的部分，其中，借助于另外的第一弹簧部件(50)建立在所述科里奥利结构(4)和所述驱动结构(2)之间的机械连接，其中，所述另外的第一弹簧部件(50)构造为所述另外的附加层(40)的部分，和/或
其中，借助于第二弹簧部件(31)建立在所述探测结构(3)和所述衬底之间的机械连接，其中，所述第二弹簧部件(31)构造为所述附加层(20)的部分，和/或借助于另外的第二弹簧部件(51)建立在所述探测结构(3)和所述衬底之间的机械连接，其中，所述另外的第二弹簧部件(51)构造为所述另外的附加层(40)的部分。
2.根据权利要求1所述的转速传感器(1)，其中，所述第一弹簧部件(30)沿垂直于所述附加层的主延伸平面(300、300’)的延伸方向(100)具有小于沿所述附加层(20)的第一主延伸方向(300)和所述附加层(20)的第二主延伸方向(300’)的延伸尺度，和/或，其中，所述第二弹簧部件(31)沿垂直于所述附加层的所述主延伸平面(300、300’)的所述延伸方向(100)具有小于沿所述附加层(20)的所述第一主延伸方向(300)和所述附加层(20)的所述第二主延伸方向(300’)的延伸尺度。
3.根据权利要求1或2所述的转速传感器(1)，其中，所述另外的第一弹簧部件(50)沿垂直于所述另外的附加层(40)的另外的主延伸平面(400、400’)的另外的延伸方向(200)具有小于沿所述另外的附加层(40)的另外的第一主延伸方向(400)和所述另外的附加层(40)的另外的第二主延伸方向(400’)的延伸尺度，和/或，其中，所述另外的第二弹簧部件(51)沿垂直于所述另外的附加层(40)的所述另外的主延伸平面(400、400’)的所述另外的延伸方向(200)具有小于沿所述另外的附加层(40)的所述另外的第一主延伸方向(400)和所述另外的附加层(40)的所述另外的第二主延伸方向(400’)的延伸尺度。
4.根据权利要求1或2所述的转速传感器(1)，其中，所述第一弹簧部件(30)和/或所述第二弹簧部件(31)具有至少一个梁。
5.根据权利要求4所述的转速传感器(1)，其中，所述第一弹簧部件(30)和/或所述第二弹簧部件(31)具有多个梁。
6.根据权利要求4所述的转速传感器(1)，其中，所述另外的第一弹簧部件(50)和/或所述另外的第二弹簧部件(51)具有至少一个梁。
7.根据权利要求6所述的转速传感器(1)，其中，所述另外的第一弹簧部件(50)和/或所述另外的第二弹簧部件(51)具有多个梁。
8.根据权利要求1或2所述的转速传感器(1)，其中，所述第一弹簧部件(30)和/或所述第二弹簧部件(31)包括框架结构或栅结构。
9.根据权利要求8所述的转速传感器(1)，其中，所述另外的第一弹簧部件(50)和/或所述另外的第二弹簧部件(51)包括框架结构或栅结构。
10.根据权利要求1或2所述的转速传感器(1)，其中，所述第一弹簧部件(30)沿垂直于所述附加层(20)的主延伸平面(300、300’)的延伸方向(100)具有小于所述科里奥利结构(4)、探测结构和/或驱动结构(2)的延伸尺度，和/或，其中，所述第二弹簧部件(31)沿垂直于所述附加层(20)的主延伸平面(300、300’)的延伸方向(100)具有小于所述科里奥利结构(4)、探测结构和/或驱动结构(2)的延伸尺度。
11.根据权利要求10所述的转速传感器(1)，其中，所述另外的第一弹簧部件(50)沿垂直于所述另外的附加层(40)的另外的主延伸平面(400、400’)的另外的延伸方向(200)具有小于所述科里奥利结构(4)、探测结构和/或驱动结构(2)的延伸尺度。
12.根据权利要求10所述的转速传感器(1)，其中，所述另外的第二弹簧部件(51)沿垂直于所述另外的附加层(40)的所述另外的主延伸平面(400、400’)的所述另外的延伸方向(200)具有小于所述科里奥利结构(4)、探测结构和/或驱动结构(2)的延伸尺度。
13.根据权利要求1或2所述的转速传感器(1)，其中，所述转速传感器(1)构造成用于探测沿所述层(10)的第一主延伸方向(600)和/或所述层(10)的第二主延伸方向(600’)的转速。
14.根据权利要求1或2所述的转速传感器(1)，其中，探测电极至少部分地构造在所述探测结构(3)的上方或下方。
15.用于制造根据权利要求1至14中任一项所述的转速传感器(1)的方法。
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