[发明专利]微机械结构、尤其是传感器装置和对应的运行方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微机械结构、尤其是一种微机械的传感器装置和一种对应的运行方法。

背景技术

微机械的（或MEMS）结构、尤其是传感器装置——例如惯性传感器——现今或者作为自身芯片上的离散传感器或者作为集成传感器与所属的分析电路一起制造。在集成传感器的情况下，或者有垂直集成——其中传感器设置在分析电路上方，或者有水平集成——其中传感器设置在分析电路旁。

由DE 11 2006 000 131 T5公开了一种微机械结构用于构造集成的空间光调制器，其中该微机械结构被直接构建在CMOS分析电路上。电极和其布线在制造工艺中被确定，其中MEMS部件中的电极借助覆镀通孔与CMOS晶片中的电路部件连接。

由于在制造工艺中电极配置的确定，不能很灵活地将该制造工艺朝着每个芯片的个性或其运行情况优化。每个芯片的个性由工艺公差——例如晶片中心和其边缘区域之间的层厚差异——以及局部工艺公差——例如芯片内相邻结构的不同宽度——产生。除了这种几何形状因素之外，也还有其他的影响因素，例如表面电荷。运行状况例如可以通过温度影响或老化而改变，这同样仅仅通过电压匹配来部分地得到补偿。

在已知的制造工艺中不能够在事后改变电极的位置、几何形状和任务。只能将所施加的电压与工艺公差匹配。由此可能存在不必要的、代表一个死区的电极，或者电极可能对于所提供的电压电平过小或过大，或者电极可能位于非最佳的位置上。

图2a、b是示例性的微机械结构、尤其是传感器装置的示意性图示，而且图2a是俯视图，图2b是沿着图2a中的线A-A'的垂直横截面。

在图2a、b中，参考标记1表示以加速度传感器的形式的微机械结构。微机械结构1在例如由多晶硅制成的微机械的功能平面100内具有可运动的MEMS元件7，所述可运动的MEMS元件通过功能平面100中的弹簧元件2、接触平面300中的电接触元件3锚定在例如由氧化物制成的绝缘层600上的印制导线平面500中的印制导线5上，并且此外又锚定在衬底700——例如晶片衬底上。通过印制导线5和接触电极/电极3，电势可以施加在可运动的MEMS元件7上。

功能平面100中的不可运动的、同样通过接触平面300中的电接触元件3锚定在衬底700上的印制导线平面500中的印制导线5上的MEMS定子元件4作为通过梳状结构K与可运动的MEMS元件7电容式耦合的反电极位于可运动的MEMS元件7对面。通过印制导线5和接触元件3，电势可以施加在MEMS定子元件7上。

在可运动的MEMS元件7的间隙Z内的功能平面100中的其他不可运动的MEMS元件7a通过接触元件3a与印制导线5连接并且如上面所述锚定在衬底700上。通过印制导线5和接触元件3a，电势可以施加在不可运动的MEMS元件7a上。

通过如此构成的、例如嵌入未示出的牺牲层中的接触元件3和3a与导向同样未示出的电势连接端的印制导线5，不可改变地定义电极连接。

发明内容

本发明实现一种根据权利要求1的微机械结构、尤其是传感器装置和根据权利要求9的对应的运行方法。

优选的改进方案是从属权利要求的主题。

本发明的优点

本发明所基于的思想在于，实现一种具有多个可以被构造为电极的接触元件的微机械结构、尤其是传感器装置，所述接触元件例如是小尺寸的手指电极或电柱，和/或例如通过衬底电极和覆盖电极包围所述微机械结构，其中这些电极的全部或部分可以单独与CMOS衬底区域接触并且通过对电路装置、例如门阵列的事后的编程才可以在CMOS晶片中可变地配置这些电极的最终布线，如在FPGA中那样。

通过电极的对于各个芯片如此定制的布线，最佳地使用芯片面。不需要的补偿电极可以被删去或被用于其他功能。由此能够实现进一步的微型化并且由此带来在保持效率的情况下能够实现成本节省。

此外，可以根据本发明的运行方法将电极配置与相应运行状态匹配，即补偿例如温度和/或老化影响或类似的。

与已知的电极配置相反，可以以小的电压电平运转并且替代地可以匹配所接入的电极的数目。由此能够不太复杂地设计产生控制电压或调节电压的电路部件。

在优选的实施方式中，设置第一微机械的功能层，所述第一微机械的功能层具有可运动的MEMS元件和（例如可与其电容式耦合的）MEMS定子元件，其中所述接触元件或电极连接到可运动的MEMS元件和MEMS定子元件上。因此能够灵活地在电势方面调整电容式振动装置。