JP5140291B2 - 動きセンサ - Google Patents

Description

本発明は、少なくともマイクロメカニカル加速度センサと磁気抵抗回路とを備えている基板を有している動きセンサから出発している。

例えばローカルナビゲーションのために、相対的な動きを突き止めるために、従来技術において、センソトロニークが加速度センサと磁場検出器に基づいている電気コンパスとの組み合わせから成っている装置が公知である。ディスクレートな素子は１つの制御もしくはコントロール装置において相応の評価回路と組み合わされる。個々のセンサのデータはまとめられ、かつ所謂センサフュージョン型システム（sensorfuesioniertes System）がつくられる。

ナビゲーション装置は空間における動きの検出に基づいている。既存のシステムにおいてこのことは速度（オドメータまたはステップカウンタ）、方向もしくは方角（回転レートまたはコンパス情報）および使用している地図の組み合わせによって実現される。殊にコスト面で有利なシステムではナビゲーションはコンパスを用いて行われる。この場合方向を決定する精度は３次元の空間における装置の正確な配向に依存している。コンパスとトライアキシャル加速度検出器との組み合わせにより、空間中の装置のオリエンテーションは正確に突き止められかつこれにより方向情報の精度を高めることができる。この場合加速度検出器はステップ周波数（頻度）に関する情報も供給することができる。従来技術の装置はこれら種々の課題を持ったセンサに対して複数の種々異なっている構成要素を使用している。

ドイツ連邦共和国公開公報ＤＥ１０１０４８６８から、アノード側がボンディングされているフードと基板を貫通している裏面側のスルーコンタクトとを有しているマイクロメカニカル素子が公知である。基板の裏面は半導体プロセス処理に適している。
ＤＥ１０１０４８６８

本発明は、少なくともマイクロメカニカル加速度センサと磁気抵抗回路とを備えている、１つの基板を有している動きセンサから出発している。本発明によりこのような動きセンサを構造面および作製コスト面で従来技術に比して改良することである、

本発明の要点は、マイクロメカニカル加速度センサと磁気抵抗回路とが同一の基板に形成されている点にある。

本発明の動きセンサの有利な実施形態によれば、マイクロメカニカル加速度センサは実質的に基板の第１の側に配置されておりかつ磁気抵抗回路は第２の、殊に基板の相対向する側に配置されている。有利にはここで基板の２つの側は実質的に相互に無関係に加工処理することができるので、これにより簡単かつコスト面で有利な作製が可能になる。

本発明の動きセンサの別の有利な形態によれば、マイクロメカニカル加速度センサは基板の第１の側に配置されており、その上に配置されている薄い層を用いてフード化されておりかつその上に磁気抵抗回路が配置されている。ここで有利には作製の際に基板をひっくり返す必要がない。

有利にも、加速センサおよび磁気抵抗回路の上下方向の配置によりチップ面積が縮小される。

有利にはマイクロメカニカル加速度センサは多軸、殊に３軸に構成されていて、すべての空間方向における加速度を測定できるようになっている。このことは、３Ｄナビゲーションおよび動きセンサの姿勢の独立性のために殊に有利である。

本発明の動きセンサの特別有利な形態によれば、マイクロメカニカル加速度センサおよび磁気抵抗回路が共通の評価回路に接続されているようになっている。この場合有利には、動きセンサは最小の空間に集積されたセンサフュージョン型システムとして形成されている。

本発明の有利な形態において、多軸（例えば３軸の）加速度センサおよび磁気抵抗回路はモノリシックに組み合わされている。加速度検出器のマイクロメカニカル構造が電子コンパスの磁気抵抗構成要素に１チップ上で組み合わされる構成が提供される。加速度センサ、殊に多軸の加速度センサを、例えばＤＥ１０１０４８６８Ａ１に記載されているような所謂ＭＰＴ構成体、または薄膜フード、およびプレーナ技術において作製可能である電気コンパスの構成要素と組み合わせかつシーケンシャルなプロセス処理すると有利である。３軸加速度センサは３つの空間方向における加速度に感応する。このことはナビゲーションにとって特別有利である。本発明の構成体の利点は１つの共通のチップ面に種々異なっている変換器変換器構造を集積することである。これによりチップ面は多重に利用されかつ、従来技術から公知である形式のシステムに比して、コストを低減するための可能性が提供される。しかし重要な利点として、機能統合により実現することができる小さな構造嵩が挙げられる。提案された手法において、相対運動の測定のために必要であるすべての機能を１つのチップにて実現することができる。センサ信号の評価のために１つの共通の評価回路（ＡＳＩＣ）を使用することができかつ既存のチップ面を共通に利用することができる。

従属請求項にはさらに別の実施形態が示されている。

図面
次に、図面を参照しながら実施例に基づき本発明について詳しく説明する。

図１には、本発明の動きセンサの実施例のスタック層が断面にて示されている。

図２には本発明の動きセンサが平面にて示されている。

次に図示の実施例に基づき本発明について詳述する。

図１には、本発明の動きセンサの実施例のスタック層が断面にて示されている。ドイツ連邦共和国公開公報ＤＥ１０１０４８６８から、アノード側がボンディングされているフードと基板を貫通している裏面側のスルーコンタクトとを有しているマイクロメカニカル素子が公知である。基板の裏面は半導体プロセス処理に適している。ここにはまず、この種のマイクロメカニカル素子の構成が略示されている。

支持台ウェハ１と、基板２と、該基板が備えているコンタクトフィードスルー、所謂ヴァイアコンタクト４とが図示されている。該コンタクトはサーフェスマイクロメカニカルストラクチャ、この実施例では３軸の加速度センサ３をコンタクト面、すなわちボンディングパッド５ａに電気的に接続するものである。

そこで本発明によれば、センサチップの表面、すなわち基板２の裏面に磁気抵抗回路６（ＭＲ回路 ＭＲ: magnetoresistive）が被着されている。この回路を用い、磁気抵抗変換器により外部の磁場を配向された状態で測定することができる（電気コンパス）。磁気抵抗回路６はボンディングパッド５ｂと電気的に接続されている。コンパスストラクチャに対するプロセス処理は技術的には、イナーシャルセンサ構成要素のバック・エンドプロセス処理と技術的にコンパチブルである。殊に、プロセスにおける熱的および化学的なコンパチビリティが実現可能である。

基本的に、電子コンパスおよび多軸加速度センサの本発明の組み合わせは冒頭に述べた所謂ＭＰＴ構成体に制限されていない。サーフェスメカニカルストラクチャのトポグラフィーおよび熱的な耐性がＭＲ層の引き続くプロセス処理を許容すれば、組み合わせは基本的に実施可能である。

ここには図示されていない別の実施例において、基板にまず、加速度センサがサーフェスメカニカル形態において設けられている。加速度センサは、１つまたは複数の層から成っている薄膜フードを備えており、このフードはマイクロメカニカルストラクチャの上に析出される。薄膜フードは最も上の層として半導体層を有しており、この層は半導体処理において引き続き加工処理するのに適している。これは例えば、エピタキシャルに析出されたシリコン層であってよい。その場合この半導体層上もしくは半導体層内に、例えばプレーナ技術において作製された磁気抵抗回路６が設けられている。

本発明の動きセンサに適しているＭＲ回路の設計仕様は従来技術から公知である（例えばApplication Node"Electronic Compass Design using KMZ51 and KMZ52", AN00022, Philips Semiconductors）。

図２には本発明の動きセンサが平面にて示されている。平面で示されている動きセンサはボンディングパッド５ａを有している。これらに加速度センサに対する評価回路が接続される。図１によれば目に見える表面の下方に埋設されている加速度センサのマイクロメカニカルストラクチャ上に磁気抵抗回路６が被着されている（ここでは著しく簡単化されて図示されている）。ここに図示の例においてはこれは従来技術から公知である磁気抵抗材料から成るホイートストーンブリッジである。磁気抵抗材料は例えば、トランスのコアにも使用されるような透磁率の高い合金、７８％のニッケルおよび２１．５％の軟鉄、マンガンおよびモリブデンおよびその他の材料から成る合金であってよい。

基板２の構成は従来技術から公知である。基板２はボンディングパッド５ｂを介して電気的にコンタクト形成することができる。ボンディングパッドには磁場センサに対する評価回路のブロックが接続される。加速度センサ３および磁気抵抗回路６は共通の、集積された評価回路にも接続されているようにすることができる。このような仕方で極めて小さな空間上に、加速度センサおよび電気コンパスから成るセンサフュージョン型システムの形の加速度センサが提供されている。

本発明の動きセンサの実施例のスタック層の断面図にて示されている。 本発明の動きセンサの平面図

符号の説明

１ 支持台ウェハ、 ２ 基板、 ３ 加速度センサ、 ４ ヴァイアコンタクト、 ５ａ，５ｂ ボンディングパッド、 ６ 磁気抵抗回路

Claims (4)

1. 少なくともマイクロメカニカル加速度センサ（３）と磁気抵抗回路（６）とを備えている基板（２）を有している動きセンサにおいて、
   マイクロメカニカル加速度センサ（３）および磁気抵抗回路（６）は同一の基板に形成されており、
   マイクロメカニカル加速度センサ（３）は基板（２）の第１の側に配置されており、その上に配置されている薄い層を用いて閉じられておりかつその上に磁気抵抗回路（６）が配置されている
   ことを特徴とする動きセンサ。
2. マイクロメカニカル加速度センサ（３）は、基板（２）の第１の側に配置されておりかつ磁気抵抗回路（６）は第２の、基板（２）の相対向する側に配置されている
   請求項１記載の動きセンサ。
3. マイクロメカニカル加速度センサ（３）は多軸の加速度センサである
   請求項１または２項記載の動きセンサ。
4. マイクロメカニカル加速度センサ（３）および磁気抵抗回路（６）は共通の評価回路に接続されている
   請求項1から３までのいずれか１項記載の動きセンサ。

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