集成的旋转速率与加速度传感器和用于制造集成的旋转速率与加速度传感器的方法

集成的旋转速率与加速度传感器和用于制造集成的旋转速率与加速度传感器的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种微机械装置，所述微机械装置包括至少两个传感器元件、一个分析处理晶片和至少两个具有不同气压的腔体。
【背景技术】
[0002]所述微机械装置例如由文献DE102006016260 A1已知并且能够实现将具有对包围其的大气不同要求的多个不同的传感器系统统一到一个微机械装置中。在此，不同的传感器系统一一通常是加速度传感器和旋转速率传感器布置在不同的腔体中并且包括传感器元件、优选振动质量(seismische Masse)。对于所述微机械装置通常设置，将不同的传感器系统同时地、即在一个方法步骤中制造在一个衬底上，由此在单个的微机械装置中可以实现不同传感器系统的特别小的且成本有利的组合。在此，对于所涉及的微机械装置存在以下技术挑战:传感器系统在针对其分别设置的并且大多不同的气压下运行。例如对于旋转速率传感器期望尽可能低的气压(约lmbar)以便旋转速率传感器的谐振地驱动的振动质量仅仅经受微小衰减，而加速度传感器优选在约500倍的气压下运行。现有技术通常利用吸气剂材料来调节所期望的、从腔体到腔体不同的气压。吸气剂材料例如置入到设置低压力的腔体中并且在活化的状态中能够捕获气体分子，由此降低腔体中的气压。通常，通过使温度超过阈值的方式来活化吸气剂材料。在此，附加的并且因此与更多成本相连的吸气剂材料在微机械装置的生产中的使用被证明为不利。
[0003]此外期望的是，如此度量传感器系统和分析处理电路之间的电连接，使得微机械装置不进一步增大并且使得传感器系统和分析处理电路之间的电信号路径尽可能短。如果过大地选择相关的电连接，则要考虑外部的干扰影响可能对信号路径起作用并且使信号噪声比变差。因此，本发明的任务是提供一种微机械装置或者一种用于制造微机械装置的成本有利的方法，其中所述微机械装置具有至少两个腔体，所述至少两个腔体具有不同的气压。此外，本发明旨在提供以下微机械装置，在所述微机械装置中传感器系统与分析处理电路通过非常短的导电的信号路径连接。

【发明内容】

[0004]所述任务通过一种微机械装置来解决，所述微机械装置具有传感器晶片、至少一个中间晶片和分析处理晶片，其中所述微机械装置具有主延伸面，其中传感器晶片、中间晶片和分析处理晶片如此重叠地布置，使得中间晶片布置在传感器晶片和分析处理晶片之间。通常，在一个共同的制造过程中制造多个所述微机械装置，其中中间晶片、传感器晶片和分析处理晶片在制造过程期间在要产生的所有微机械装置上延伸。
[0005]此外根据本发明设置，分析处理晶片是ASIC晶片，即分析处理晶片具有专用集成电路，所述专用集成电路设置用于处理或者传送从传感器晶片以电信号形式出发的信息。根据本发明还设置，传感器晶片和/或中间晶片包括第一传感器元件、优选加速度传感器或旋转速率传感器的第一振动质量，并且传感器晶片和/或中间晶片包括与所述第一传感器元件在空间上分离的第二传感器元件、优选加速度传感器或旋转速率传感器的第二振动质量。在此设置，所述第一传感器元件位于第一腔体或空腔中，所述第一腔体或空腔通过中间晶片和传感器晶片构成，并且所述第二传感器元件位于第二腔体或空腔中，所述第二腔体或空腔通过中间晶片和传感器晶片构成。尤其设置，传感器元件或第一振动质量和第二振动质量包括电极，所述电极与一个或多个设置在中间晶片和/或传感器晶片上的其他电极一起共同作用并且因此构成传感器系统或旋转速率传感器或加速度传感器。
[0006]此外，根据本发明设置，第一腔体中的第一气压不同于第二腔体中的第二气压，并且中间晶片具有至少一个开口。在此设置，所述开口是中间空间的组成部分，所述中间空间不仅由中间晶片而且由分析处理晶片而且由传感器晶片限界。所述开口例如可以在垂直于主延伸面延伸的方向上暴露从分析处理晶片至传感器晶片的视线。但在一种替代的实施方式中，当视线方向不垂直于主延伸面延伸而是以与其成一角度(即与垂直于主延伸面延伸的方向成的角度)地倾斜时，其中所述角度小于90°，所述开口也可以暴露从分析处理晶片至传感器晶片的视线。中间晶片的所设置的开口尤其能够相互限界中间晶片的各个部分区域。根据本发明的微机械装置相对于现有技术中的微机械装置通过以下方式被证明为有利:所述微机械装置不具有吸气剂材料并且因此避免了通过吸气剂材料产生的附加成本。在一种优选的实施方式中，中间晶片在面向传感器晶片的一侧上在第一和/或第二腔体的区域中具有突出部，以便给传感器元件保证或者提供一定的运动自由度。在一种特别优选的实施方式中设置，微机械装置具有多个中间晶片。此外，对于本发明的另一实施方式设置，分析处理晶片具有厚度30-150 μ m。借助如此薄的分析处理晶片能够实现，如此厚地构型传感器晶片，使得出现的机械应力(例如通过微机械装置与在其上布置有微机械装置的印制电路板之间的不同的热延展引起)以有利的方式不影响传感器元件，因为传感器元件固定在厚的(150-1000 μπι)且稳定的传感器晶片中。
[0007]在本发明的另一实施方式中设置，中间晶片的至少一个开口布置在分析处理晶片和第二腔体之间。
[0008]在本发明的一种特别优选的实施方式中，根据本发明设置，中间晶片由导电材料构成，优选由具有高掺杂(硼、磷、砷或锑)的单晶的硅晶片构成。此外可能的是，中间晶片包括一个或多个涂层。借助所述导电的、用于微机械装置的中间晶片有利地得出，微机械装置由于中间晶片中的开口具有彼此独立的信号路径、即导电连接件。在此，信号路径也可以部分地延伸通过第二腔体。借助信号路径可以将电信号从传感器晶片传输至分析处理晶片(优选用于分析处理传感器系统的信号)或者从分析处理晶片传输至传感器晶片(例如用于驱动振动质量)。由此得出，分析处理晶片和传感器晶片之间的信号路径与由微机械装置的现有技术已知的、分析处理晶片与传感器晶片之间的信号路径相比是短的。由此，以特别有利的方式实现导电的信号路径，与通过较长的信号路径发送电信号的微机械装置相比所述信号路径相对于电磁辐射和寄生电容更不易受干扰。此外，短的信号路径有助于:能够尽可能小地度量所述微机械装置。
[0009]在本发明的另一实施方式中设置，第一腔体中的第一大气或第一气体或第一气体混合不同于第二大气或第二气体或第二气体混合。由此，对于所述微机械装置得出以下优点:对于第一和/或第二传感器元件设置的最优运行条件不仅可以通过第一和/或第二气压而且通过位于第一和第二腔体中的第一和/或第二气体或气体混合来调节。当证实出第一腔体中的对于第一传感器元件的运行最优的或所设置的气体或气体混合对于第二腔体中的第二传感器元件的运行不利时(因为所述气体或气体混合例如具有对于第二腔室中的第二传感器元件不利的粘度)，这尤其能够证实为有利。
[0010]在本发明的另一实施方式中设置，第一传感器元件是加速度传感器的一部分或组成部分而第二传感器元件是旋转速率传感器的一部分或组成部分。由此以有利的方式得出以下可能性:将分析平移运动的传感器和分析旋转运动的传感器统一在一个唯一的微机械装置中。同样也可能的是，第一传感器元件是旋转速率传感器的一部分或组成部分而第二传感器元件是加速度传感器的一部分或组成部分。
[0011]在本发明的另一实施方式中设置，在中间晶片上、即在分析处理晶片和传感器晶片之间设置一个或多个传感器单元。所述传感器单元可以包括另一传感器元件或无源元件、例如电容、线圈或二极管。在那里尤其设置以下无源构件:要保护所述无源构件免受如潮湿和/或电场的影响。在本发明的一种优选实施方式中，传感器单元涉及磁场传感器，其布置在中间晶片上。由此对于所述微机械装置得出包括更多元件的优点，对于所述元件可能需要独立的装置。由此，例如可以节省芯片承载部或印制电路板上的空间，在其上布置有微机械装置连同其他元件。此外被证明为有利的是，通过分析处理晶片和中间晶片之间的布置保护传感器单元免受潮湿和电