DE102016115992A1 - Halbleiterstruktur und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

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Cheng San Chou
Chin-Min Lin
Chen Hsiung Yang
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Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
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Abstract

Eine Halbleiterstruktur umfasst ein erstes Substrat, ein zweites Substrat, eine erste Sensorstruktur über dem ersten Substrat und zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat, eine Durchkontaktierung, die sich durch das zweite Substrat erstreckt, und eine zweite Sensorstruktur über dem zweiten Substrat und aufweisend eine Verbindungsstruktur, die mit der Durchkontaktierung elektrisch verbunden ist, und ein Sensormaterial, das die Verbindungsstruktur zumindest teilweise bedeckt.

Description

  • HINTERGRUND
  • Elektronische Geräte einschließlich Halbleitervorrichtungen sind für viele moderne Anwendungen unersetzlich. Halbleitervorrichtungen haben ein schnelles Wachstum erlebt. Technischer Fortschritt bei Materialien und Design hat Generationen von Halbleitervorrichtungen hervorgebracht, bei denen jede Generation kleinere und komplexere Schaltungen als die vorherige Generation aufweist. Im Verlauf von Fortschritten und Innovationen hat sich die Funktionsdichte (d. h. die Anzahl von miteinander verbundenen Elementen je Chipfläche) im Allgemeinen erhöht, während sich die Strukturbreite (d. h. die kleinste Komponente, die mit einem Herstellungsverfahren erzeugt werden kann) verringert hat. Ein solcher Fortschritt hat die Komplexität der Verarbeitung und Herstellung von Halbleitervorrichtungen erhöht.
  • Mikroelektromechanische Systeme (MEMS) wurden in jüngster Zeit entwickelt und werden häufig in elektronische Geräte eingebaut. Eine MEMS-Vorrichtung ist eine Vorrichtung in Mikrogröße, üblicherweise im Bereich von weniger als 1 Mikrometer bis zu mehreren Millimetern. Eine MEMS-Vorrichtung umfasst die Herstellung von Halbleitermaterialien, um mechanische und elektrische Elemente auszubilden. Eine MEMS-Vorrichtung kann eine Anzahl von Elementen (z. B. stationäre oder bewegliche Elemente) umfassen, um elektromechanische Funktionen auszuführen. Für viele Anwendungen sind MEMS-Vorrichtungen mit externen Schaltungen elektrisch verbunden, um vollständige MEMS-Systeme zu bilden. Normalerweise werden die Verbindungen durch Drahtbonden ausgebildet. MEMS-Vorrichtungen werden allgemein in verschiedenen Anwendungen eingesetzt. MEMS-Anwendungen umfassen Bewegungssensoren, Gasdetektoren, Drucksensoren, Druckerdüsen und Ähnliches. Weiter werden MEMS-Anwendungen auf optische Anwendungen erweitert, etwa bewegliche Spiegel und Hochfrequenz-(HF-)Anwendungen wie HF-Schalter oder dergleichen.
  • Während sich Technologien entwickeln, wird das Design der Geräte im Hinblick auf die geringen Abmessungen als Ganzes und die Steigerung der Funktionalität und Menge der Schaltungen schwieriger. Verschiedene Herstellungsvorgänge werden innerhalb einer so kleinen und hochperformanten Halbleitervorrichtung implementiert. Die Herstellung einer Halbleitervorrichtung in einem miniaturisierten Maßstab wird schwieriger. Der Anstieg der Komplexität der Herstellung kann zu Fehlern wie hohem Ausbeuteverlust, schlechter Zuverlässigkeit der elektrischen Verbindungen, Verkrümmung usw. führen. Daher besteht ein fortlaufender Bedarf, Strukturen und Herstellungsverfahren der Vorrichtungen bei elektronischen Geräten zu ändern, um die Vorrichtungsleistung zu verbessern und Herstellungskosten und Bearbeitungszeit zu reduzieren.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Aspekte der vorliegenden Erfindung werden am besten aus der folgenden detaillierten Beschreibung verstanden, wenn sie mit den begleitfähigen Figuren gelesen wird. Es wird betont, dass in Übereinstimmung mit dem üblichen Vorgehen in der Branche verschiedene Elemente nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind. Tatsächlich können die Abmessungen der verschiedenen Elemente zur Klarheit der Diskussion beliebig vergrößert oder verkleinert werden.
  • 1 ist eine schematische Ansicht einer Halbleiterstruktur in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
  • 1A ist eine schematische Ansicht einer Halbleiterstruktur in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
  • 2 ist eine schematische Ansicht einer Halbleiterstruktur in Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung.
  • 2A ist eine schematische Ansicht einer Halbleiterstruktur in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
  • 3 ist eine schematische Ansicht einer Halbleiterstruktur in Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung.
  • 4 ist eine schematische Ansicht einer Halbleiterstruktur in Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung.
  • 5 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung einer Halbleiterstruktur in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
  • 5A bis 5F sind schematische Ansichten zum Herstellen einer Halbleiterstruktur durch ein Verfahren der 5 in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
  • 6 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung einer Halbleiterstruktur in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
  • 6A bis 6F sind schematische Ansichten zum Herstellen einer Halbleiterstruktur durch ein Verfahren der 6 in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
  • 7 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung einer Halbleiterstruktur in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
  • 7A bis 7H sind schematische Ansichten zum Herstellen einer Halbleiterstruktur durch ein Verfahren der 7 in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
  • 8 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung einer Halbleiterstruktur in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
  • 8A bis 8H sind schematische Ansichten zum Herstellen einer Halbleiterstruktur durch ein Verfahren der 8 in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
  • 9 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung einer Halbleiterstruktur in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
  • 9A bis 9E sind schematische Ansichten zum Herstellen einer Halbleiterstruktur durch ein Verfahren der 9 in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
  • 10 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung einer Halbleiterstruktur in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
  • 10A bis 10E sind schematische Ansichten zum Herstellen einer Halbleiterstruktur durch ein Verfahren der 10 in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER OFFENBARUNG
  • Die folgende Offenbarung sieht viele verschiedene Ausführungsformen oder Beispiele vor, um verschiedene Einrichtungen des vorgesehenen Gegenstands zu implementieren. Spezielle Beispiele von Komponenten und Anordnungen sind unten beschrieben, um die vorliegende Offenbarung zu vereinfachen. Diese sind natürlich nur Beispiele und sollen nicht einschränkend wirken. Das Ausbilden einer ersten Einrichtung über oder auf einer zweiten Einrichtung in der folgenden Beschreibung kann beispielsweise Ausführungsformen umfassen, in denen die erste und die zweite Einrichtung in direktem Kontakt ausgebildet sind, und kann auch Ausführungsformen umfassen, in denen zusätzliche Einrichtungen zwischen der ersten Einrichtung und der zweiten Einrichtung ausgebildet sein können, so dass die erste und die zweite Einrichtung nicht in direktem Kontakt sein müssen. Zusätzlich kann die vorliegende Offenbarung Bezugszeichen und/oder Buchstaben in den verschiedenen Beispielen wiederholen. Diese Wiederholung dient dem Zweck der Einfachheit und Klarheit und erzwingt an sich keine Beziehung zwischen den verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen und/oder Konfigurationen.
  • Weiter können räumlich relative Begriffe, wie „unten”, „unter”, „unterer”, „über”, „oberer” und ähnliche, hier zur Einfachheit der Beschreibung verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder eines Merkmals mit einem oder mehreren anderen Elementen oder Merkmalen zu beschreiben, wie sie in den Figuren gezeigt sind. Die räumlich relativen Begriffe sollen verschiedene Orientierungen der Vorrichtung, die verwendet oder betrieben wird, zusätzlich zu der in den Figuren gezeigten Orientierung umfassen. Die Vorrichtung kann anders orientiert sein (um 90 Grad gedreht oder in einer anderen Orientierung) und die räumlich relativen Begriffe, die hier verwendet werden, können ebenfalls demgemäß interpretiert werden.
  • Ein elektronisches Gerät kann mehrere MEMS-Sensoren aufweisen und diese Sensoren können in den letzten Generationen von MEMS-Anwendungen in einem Halbleiterchip integriert werden. Beispielsweise werden Bewegungs- oder Trägheitssensoren für bewegungsaktivierte Benutzerschnittstellen in der Unterhaltungselektronik wie Smartphones, Tablets, Spielekonsolen und in automobilen Unfalldetektionssystemen verwendet. Um einen vollständigen Raum von Bewegungen innerhalb eines dreidimensionalen Raum zu erfassen, verwenden Bewegungssensoren oft einen Beschleunigungsmesser und ein Gyroskop in Kombination. Der Beschleunigungsmesser erfasst lineare Bewegungen und das Gyroskop erfasst Drehbewegungen. Zusätzlich ist ein Magnetsensor, etwa ein elektronischer Kompass, auch auf dem Chip zur Navigation integriert. Der Magnetsensor kann eine Richtung eines externen Magnetfeldes ermitteln. Um die Nachfrage der Nutzer nach niedrigen Kosten, hoher Qualität und kleinem Gerät-Fußabdruck zu befriedigen, werden mehrere Sensoren zusammen auf demselben Substrat integriert.
  • MEMS-Sensoren werden auf dem Substrat durch verschiedene Verfahren hergestellt und integriert. Die Sensoren sind auf dem Substrat seitlich oder horizontal so integriert, dass sie zu dem elektronischen Gerät werden. Die Sensoren sind benachbart zueinander angeordnet. Eine solche Integration würde jedoch zu unerwünscht großen Elementgrößen oder Formfaktoren des elektronischen Geräts führen. Weiterhin sind die Sensoren durch Drahtbond-Vorgänge integriert und elektrisch verbunden. Solche Verbindungen würden parasitäre Kapazität hervorrufen und zu hohem Rauschen oder einer schlechten Gesamtleistung des elektronischen Geräts führen. Zusätzlich sind die Sensoren miteinander durch Waferbond-Vorgänge verbunden, die eine hohe Temperatur erfordern. Einige der Sensoren werden leicht durch die hohe Temperatur zerstört. Die hohe Temperatur kann Schäden an einigen Sensoren verursachen und somit ihre Empfindlichkeit oder Betriebsleistung negativ beeinflussen.
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Halbleiterstruktur, die mehrere Vorrichtungen umfasst, die auf/über einem Substrat integriert sind. Die Halbleiterstruktur weist ein Substrat und eine oder mehrere Vorrichtungen auf, die über dem Substrat angeordnet und durch mehrere leitfähige Durchkontaktierungen integriert sind. Die Integration der Vorrichtungen durch die leitfähigen Durchkontaktierungen ermöglicht Stapelung der Vorrichtungen über einander auf dem Substrat, um die Einrichtungsgröße oder den Formfaktor der Halbleiterstruktur zu verringern. Weiter kann eine elektrische Verbindung der Vorrichtungen durch die leitfähigen Durchkontaktierungen die Entstehung von Rauschen reduzieren und die Leistung der Halbleiterstruktur verbessern. Weiter können einige der Vorrichtungen nach Beendigung von Hochtemperaturverfahren wie Waferbondvorgängen hergestellt werden. Diese Vorrichtungen werden durch die hohe Temperatur nicht beschädigt. Als solche würden sich die Vorrichtungen, etwa magnetische Vorrichtungen, die anisotropes magnetoresistives Material (AMR), Riesenmagnetowiderstands-Material (GMR) oder Tunnel-magnetoresistives Material (TMR) aufweisen, die leicht durch hohe Temperatur (mehr als etwa 300°C) beeinträchtigt werden, nicht durch die hohe Temperatur beeinflusst und können somit auch in der Halbleiterstruktur ausgebildet werden. Es sind auch weitere Ausführungsformen offenbart.
  • 1 ist eine schematische Schnittansicht einer Halbleiterstruktur 100 in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. In einigen Ausführungsformen ist die Halbleiterstruktur 100 so konfiguriert, dass verschiedene Eigenschaften wie beispielsweise Bewegung, Magnetfeld, Druck usw. oder Kombinationen durch sie gemessen werden können. In einigen Ausführungsformen ist die Halbleiterstruktur 100 so konfiguriert, dass sie lineare Bewegung, Drehbewegung, Richtung des Magnetfeldes etc. erfassen kann. In einigen Ausführungsformen umfasst die Halbleiterstruktur 100 ein oder mehrere Substrate, dir über einander gestapelt sind, und eine oder mehrere Vorrichtungen zum Messen verschiedener vorbestimmter Eigenschaften. In einigen Ausführungsformen umfasst, wie in 1 gezeigt ist, die Halbleiterstruktur 100 ein erstes Substrat 101, ein zweites Substrat 108, eine erste Sensorstruktur 106a und eine zweite Sensorstruktur 110. Man beachte, dass die Halbleiterstruktur 100 eine oder mehrere Substrate und eine oder mehrere Sensorstrukturen umfassen kann.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst das Halbleitersubstrat 100 das erste Substrat 101. In einigen Ausführungsformen kann das erste Substrat 101 mehrere Schaltungen und ein oder mehrere aktive Elemente wie Transistoren etc. aufweisen, die über oder in dem ersten Substrat 101 angeordnet sind. In einigen Ausführungsformen können die Schaltungen, die über oder in dem ersten Substrat 101 ausgebildet sind, jede Art von Schaltung sein, die für eine spezielle Anwendung geeignet ist. In Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen können die Schaltungen verschiedene n-Typ-Metall-Oxid-Halbleiter-(NMOS-) und/oder p-Typ-Metall-Oxid-Halbleiter-(PMOS-)Vorrichtungen wie Transistoren, Kondensatoren, Widerstände, Dioden, Photodioden, Sicherungen und/oder dergleichen enthalten. Die Schaltungen können miteinander verbunden sein, um eine oder mehrere Funktionen auszuführen. In einigen Ausführungsformen umfasst das erste Substrat 101 ASIC-Komponenten, die über oder in dem ersten Substrat 101 angeordnet sind. In einigen Ausführungsformen umfasst das erste Substrat 101 CMOS-Komponenten, die über oder in dem ersten Substrat 101 angeordnet sind. In einigen Ausführungsformen umfasst das erste Substrat 101 Halbleitermaterialien wie Silizium oder andere geeignete Materialien. In einigen Ausführungsformen ist das erste Substrat 101 ein Siliziumsubstrat oder ein Siliziumwafer. In einigen Ausführungsformen in das erste Substrat 101 ein CMOS-Substrat.
  • In manchen Ausführungsformen ist die erste Sensorstruktur 106a über dem ersten Substrat 101 angeordnet. In einigen Ausführungsformen ist die erste Sensorstruktur 106a so konfiguriert, dass sie eine Bewegung erfasst, etwa wie eine Bewegungserfassungsvorrichtung. In einigen Ausführungsformen ist die erste Sensorstruktur 106a ein Gyroskop zum Messen der Winkelgeschwindigkeit. In einigen Ausführungsformen ist die erste Sensorstruktur 106a ein Beschleunigungsmesser zum Messen der linearen Beschleunigung. In einigen Ausführungsformen weist die erste Sensorstruktur 106a eine Prüfmasse, die auf eine Bewegung entlang einer Ebene reagieren kann, und eine Stützfeder zum Halten der Prüfmasse auf. In einigen Ausführungsformen ist die erste Sensorstruktur 106a ein Ein- oder Mehrachsen-Gyroskop, ein Ein- oder Mehrachsen-Beschleunigungsmesser oder eine Ein- oder Mehrachsen-Sensorvorrichtung.
  • In einigen Ausführungsformen ist das zweite Substrat 108 über dem ersten Substrat 101 und der erste Sensorstruktur 106a angeordnet. In einigen Ausführungsformen ist das zweite Substrat 108 vertikal über dem ersten Substrat 101 gestapelt. In einigen Ausführungsformen ist das zweite Substrat 108 ein Decksubstrat oder Deckwafer, um das erste Substrat 101 zu bedecken. In einigen Ausführungsformen umfasst das zweite Substrat 108 Silizium oder andere geeignete Materialien.
  • In einigen Ausführungsformen ist ein Hohlraum 105 zwischen dem ersten Substrat 101 und dem zweiten Substrat 108 angeordnet. In einigen Ausführungsformen umgibt der Hohlraum 105 die erste Sensorstruktur 106a. Die erste Sensorstruktur 106a ist innerhalb des Hohlraums 105 beweglich. In einigen Ausführungsformen befindet sich der Hohlraum 105 in einem Vakuum oder hat einen Gasdruck von weniger als etwa 1 Atmosphärendruck (atm). In einigen Ausführungsformen ist die erste Sensorstruktur 106a in dem Hohlraum 105 versiegelt.
  • In einigen Ausführungsformen kann ein Bondpad 108b eine Kombination aus zwei verteilten Materialien sein, wobei ein erstes Bondmaterial auf dem ersten Substrat 101 und ein zweites Bondmaterial auf dem zweiten Substrat 108 eingesetzt wird. Das erste Bondmaterial und das zweite Bondmaterial können vom Metall-Metall- oder Metall-Halbleiter-Typ sein. Das erste Bondmaterial und das zweite Bondmaterial können Silizium (Si) auf Aluminium (Al), Silizium (Si) auf Gold (Au), Germanium (Ge) auf Aluminium (Al), Titan (Ti) auf Aluminium (Al), Kupfer (Cu) auf Zinn (Sn), Indium (In) auf Gold (Au) oder jede Art von geeigneten Bindungsschichten umfassen.
  • In einigen Ausführungsformen ist eine Durchkontaktierung 109 in dem zweiten Substrat 108 angeordnet. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich die Durchkontaktierung 109 durch das zweite Substrat 108. In einigen Ausführungsbeispielen ist die Durchkontaktierung 109 mit dem Bondpad 108b elektrisch verbunden. In einigen Ausführungsformen ist die Durchkontaktierung 109 über dem Bondpad 108b angeordnet. In einigen Ausführungsformen ist das zweite Substrat 108 mit dem ersten Substrat 101 durch die Durchkontaktierung 109 verbunden. In einigen Ausführungsformen ist die Durchkontaktierung 109 ein Substratdurchgang (TSV) oder ein Siliziumdurchgang (TSV). In einigen Ausführungsformen umfasst die Durchkontaktierung 109 leitfähiges Material, metallisches Material oder Halbleitermaterial. In einigen Ausführungsformen umfasst die Durchkontaktierung 109 Gold, Silber, Kupfer, Nickel, Wolfram, Aluminium, Zinn und/oder Legierungen davon. In einigen Ausführungsformen ist die Durchkontaktierung 109 eine Kupfersäule. In einigen Ausführungsformen umfasst die Durchkontaktierung 109 Silizium, Polysilizium etc. In einigen Ausführungsformen ist die Durchkontaktierung 109 ist eine Siliziumsäule.
  • In einigen Ausführungsformen wird eine erste Isolationsschicht 109a über dem zweiten Substrat 108 und zwischen dem zweiten Substrat 108 und der Durchkontaktierung 109 angeordnet. In einigen Ausführungsformen ist die erste Isolationsschicht 109a konform mit einer Oberfläche des zweiten Substrats 108 und einer Seitenwand der Durchkontaktierung 109. In einigen Ausführungsformen umgibt die erste Isolationsschicht 109a die Durchkontaktierung 109. In einigen Ausführungsformen umfasst die erste Isolationsschicht 109a dielektrisches Material wie beispielsweise Oxid, Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid, Siliziumkarbid, Polymer oder dergleichen.
  • In einigen Ausführungsformen ist eine zweite Sensorstruktur 110 über dem zweiten Substrat 108 angeordnet. In einigen Ausführungsformen ist die zweite Sensorstruktur 110 so konfiguriert, dass sie ein Magnetfeld misst oder detektiert, eine Richtung ermittelt usw. In einigen Ausführungsformen ist die zweite Sensorstruktur 110 ein Magnetfeldsensor, ein Magnetsensor, ein Ein- oder Mehrachsen-Magnetsensor, ein Magnetometer, ein geomagnetischer Sensor usw. In einigen Ausführungsformen dient die zweite Sensorstruktur 110 als elektronischer oder digitaler Kompass. In einigen Ausführungsformen arbeitet die zweite Sensorstruktur 110 mit der ersten Sensorstruktur 106a zusammen, um eine Bewegungsrichtung zu ermitteln.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst die zweite Sensorstruktur 110 eine Verbindungsstruktur 110a, die mit der Durchkontaktierung 109 elektrisch verbunden ist. In einigen Ausführungsformen ist die Verbindungsstruktur 110a über dem zweiten Substrat 108 oder der ersten Isolationsschicht 109a angeordnet und steht in Verbindung mit der Durchkontaktierung 109, so dass sie mit der Durchkontaktierung 109 elektrisch verbunden ist. In einigen Ausführungsformen ist die Verbindungsstruktur 110a mit der Durchkontaktierung 109 und dem Bondpad 108b elektrisch verbunden. In einigen Ausführungsformen ist die zweite Sensorstruktur 110 mit dem ersten Substrat 101 über die Verbindungsstruktur 110a und die Durchkontaktierung 109 verbunden. In einigen Ausführungsformen ist die Verbindungsstruktur 110a eine magnetische Messelektrode, die so konfiguriert ist, dass sie ein elektrisches Signal an das erste Substrat 101 oder das zweite Substrat 108 sendet. In einigen Ausführungsformen ist die Verbindungsstruktur 110a eine Nachpassivierungsverbindung (PPI) oder Teil einer Umverteilungsschicht (RDL). In einigen Ausführungsformen umfasst die Verbindungsstruktur 110a Aluminium, Kupfer, Nickel, Gold, Wolfram, Titan, Legierungen davon oder Mehrfachschichten davon.
  • In manchen Ausführungsformen umfasst die zweite Sensorstruktur 110 ein Sensormaterial 110b, das die Verbindungsstruktur 110a zumindest teilweise abdeckt. In einigen Ausführungsformen ist das Sensormaterial 110b so konfiguriert, dass es ein Magnetfeld messen kann. In einigen Ausführungsformen ist das Sensormaterial 110b ein magnetisches Sensormaterial. In einigen Ausführungsformen kann die Verbindungsstruktur 110a ein elektrisches Signal entsprechend dem Magnetfeld senden, das durch das Sensormaterial 110b erfasst wurde. Wenn das Magnetfeld beispielsweise an das Sensormaterial oder um die Halbleiterstruktur 100 herum angelegt wird, ändert sich ein elektrischer Widerstand des Sensormaterials 110b, und die Verbindungsstruktur 110a überträgt das elektrische Signal entsprechend der Änderung des Widerstands zu dem ersten Substrat 101 oder dem zweiten Substrat 108 zur weiteren Verarbeitung und damit wird das Magnetfeld gemessen und ermittelt. In einigen Ausführungsformen umfasst das Sensormaterial 110b anisotropes magnetoresistives Material (AMR), Riesenmagnetowiderstands-Material (GMR) oder Tunnel-magnetoresistives Material (TMR) oder andere geeignete Materialien.
  • In einigen Ausführungsformen wird eine zweite Isolationsschicht 110c über dem zweiten Substrat 108 angeordnet und bedeckt oder umgibt die Verbindungsstruktur 110a und das Sensormaterial 110b. In einigen Ausführungsformen ist die zweite Isolationsschicht 110c so konfiguriert, dass sie die Verbindungsstruktur 110a und das Sensormaterial 110b schützt. In einigen Ausführungsformen umfasst die zweite Isolationsschicht 110c dielektrisches Material wie beispielsweise Oxid, Siliziumdioxid, Siliziumoxinitrid, Siliziumkarbid, Polymer oder dergleichen.
  • 1A ist eine schematische Schnittansicht einer Halbleiterstruktur 100' in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. In einigen Ausführungsformen ist die Halbleiterstruktur 100 so konfiguriert, dass verschiedene Eigenschaften wie beispielsweise Bewegung, Magnetfeld, Druck usw. oder Kombination von ihr gemessen werden können. In einigen Ausführungsformen ist die Halbleiterstruktur 100 so konfiguriert, dass sie lineare Bewegung, Drehbewegung, Richtung des Magnetfeldes etc. erfassen kann. In einigen Ausführungsformen umfasst die Halbleiterstruktur 100 ein oder mehrere Substrate, die über einander gestapelt sind, und eine oder mehrere Vorrichtungen zum Messen verschiedener vorbestimmter Eigenschaften. In einigen Ausführungsformen umfasst, wie in 1A gezeigt ist, die Halbleiterstruktur 100' ein erstes Substrat 101, ein drittes Substrat 106, ein zweites Substrat 108, eine erste Sensorstruktur 106a und eine zweite Sensorstruktur 110. Es wird klar, dass die Halbleiterstruktur 100 eine oder mehrere Substrate und eine oder mehrere Sensorstrukturen umfassen kann.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst die Halbleiterstruktur 100' das erste Substrat 101. In einigen Ausführungsformen kann das erste Substrat 101 mehrere Schaltungen und ein oder mehrere aktive Elemente wie Transistoren etc. aufweisen, die über oder in dem ersten Substrat 101 angeordnet sind. In einigen Ausführungsformen können die Schaltungen, die über oder in dem ersten Substrat 101 ausgebildet sind, jede Art von Schaltung sein, die für eine spezielle Anwendung geeignet ist. In Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen können die Schaltungen verschiedene n-Typ-Metall-Oxid-Halbleiter-(NMOS-) und/oder p-Typ-Metall-Oxid-Halbleiter-(PMOS-)Vorrichtungen wie Transistoren, Kondensatoren, Widerstände, Dioden, Photodioden, Sicherungen und/oder dergleichen enthalten. Die Schaltungen können miteinander verbunden sein, um eine oder mehrere Funktionen auszuführen. In einigen Ausführungsformen umfasst das erste Substrat 101 ASIC-Komponenten, die über oder in dem ersten Substrat 101 angeordnet sind. In einigen Ausführungsformen umfasst das erste Substrat 101 CMOS-Komponenten, die über oder in dem ersten Substrat 101 angeordnet sind. In einigen Ausführungsformen umfasst das erste Substrat 101 Halbleitermaterialien wie Silizium oder andere geeignete Materialien. In einigen Ausführungsformen ist das erste Substrat 101 ein Siliziumsubstrat oder ein Siliziumwafer. In einigen Ausführungsformen in das erste Substrat 101 ein CMOS-Substrat.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst das erste Substrat 101 eine erste Oberfläche 101a und eine zweite Oberfläche 101b gegenüber der ersten Oberfläche 101a. In einigen Ausführungsformen ist die erste Oberfläche 101a eine aktive Seite oder eine Vorderseite des ersten Substrats 101, so dass mehrere Schaltungen oder elektrische Komponenten über der ersten Oberfläche 101a angeordnet sind. In einigen Ausführungsformen ist die zweite Fläche 101b eine inaktive Seite oder eine Rückseite des ersten Substrats 101, wo die Schaltungen oder elektrischen Komponenten fehlen.
  • In einigen Ausführungsformen ist eine Intermetall-Dielektrikumsschicht (IMD) 102 über dem ersten Substrat 101 angeordnet. In einigen Ausführungsformen ist die IMD-Schicht 102 auf der ersten Oberfläche 101a des ersten Substrats 101 angeordnet. In einigen Ausführungsformen weist die IMD-Schicht 102 eine leitfähige Struktur 103 und ein dielektrisches Material 102a der leitfähigen Struktur 103 auf. In einigen Ausführungsformen ist die leitfähige Struktur 103 über oder innerhalb der IMD-Schicht 102 angeordnet. In einigen Ausführungsformen ist die leitfähige Struktur 103 mit einem Schaltkreis oder einem Element in dem ersten Substrat 101 elektrisch verbunden. In einigen Ausführungsformen weist die leitfähige Struktur 103 Kupfer, Aluminium, Wolfram usw. auf. In einigen Ausführungsformen umfasst das dielektrische Material 102a Oxid, Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid, Siliziumkarbid, Polymer oder dergleichen.
  • In einigen Ausführungsformen ist eine dielektrische Schicht 104 über der IMD-Schicht 102 angeordnet. In einigen Ausführungsformen ist die dielektrische Schicht 104 über der leitfähigen Struktur 103 angeordnet oder bedeckt sie. In einigen Ausführungsformen umfasst die dielektrische Schicht 104 Oxid, Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid, Siliziumkarbid, Polymer oder dergleichen. In einigen Ausführungsformen ist ein erster Hohlraum 105 in der dielektrischen Schicht 104 angeordnet. Der erste Hohlraum 105 erstreckt sich durch die dielektrische Schicht 104. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich der erste Hohlraum 105 durch die dielektrische Schicht 104 zu dem dielektrischen Material 102a des IMD 102. In einigen Ausführungsformen umfasst die dielektrische Schicht 104 die gleichen oder andere Materialien als das dielektrische Material 102a.
  • In einigen Ausführungsformen ist das dritte Substrat 106 über dem ersten Substrat 101 angeordnet. In einigen Ausführungsformen ist das dritte Substrat 106 auf der dielektrischen Schicht 104 angeordnet. In einigen Ausführungsformen ist das dritte Substrat 106 über dem ersten Substrat 101 gebondet. In einigen Ausführungsformen ist das dritte Substrat 106 vertikal über dem ersten Substrat 101 gestapelt. In einigen Ausführungsformen ist das dritte Substrat 106 direkt mit der dielektrischen Schicht 104 gebondet. In einigen Ausführungsformen umfasst das dritte Substrat 106 Silizium, Glass, Keramik oder andere geeignete Materialien. In einigen Ausführungsformen ist das dritte Substrat 106 ein Siliziumsubstrat oder ein Siliziumwafer. In einigen Ausführungsformen in das dritte Substrat 106 ein MEMS-Substrat. In einigen Ausführungsformen umfasst das dritte Substrat 106 elektrische Schaltungen, die auf oder in dem ersten Substrat 106 ausgebildet sind. In einigen Ausführungsformen umfasst das dritte Substrat 106 Transistoren, Kondensatoren, Widerstände, Dioden, Photodioden und/oder dergleichen. In einigen Ausführungsformen umfasst das dritte Substrat 106 eine MEMS-Vorrichtung oder eine MEMS-Komponente.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst das dritte Substrat 106 eine erste Sensorstruktur 106a. In einigen Ausführungsformen ist die erste Sensorstruktur 106a so konfiguriert, dass sie eine Bewegung erfasst, etwa wie eine Bewegungserfassungsvorrichtung. In einigen Ausführungsformen ist die erste Sensorstruktur 106a ein Gyroskop zum Erfassen der Winkelgeschwindigkeit. In einigen Ausführungsformen ist die erste Sensorstruktur 106a ein Beschleunigungsmesser zum Erfassen der linearen Beschleunigung. In einigen Ausführungsformen weist die erste Sensorstruktur 106a eine Prüfmasse, die auf eine Bewegung entlang einer Ebene reagieren kann, und eine Stützfeder zum Halten der Prüfmasse auf. In einigen Ausführungsformen ist die erste Sensorstruktur 106a ein Ein- oder Mehrachsen-Gyroskop, ein Ein- oder Mehrachsen-Beschleunigungsmesser oder eine Ein- oder Mehrachsen-Sensorvorrichtung. In einigen Ausführungsformen ist die erste Sensorstruktur 106a über dem ersten Hohlraum 105 angeordnet oder an ihm ausgerichtet. In einigen Ausführungsformen ist die erste Sensorstruktur 106a innerhalb des ersten Hohlraums 105 und relativ zu dem ersten Substrat 101, der IMD-Schicht 102 oder der dielektrischen Schicht 104 beweglich.
  • In einigen Ausführungsformen ist ein Stecker 107 in dem dritten Substrat 106 angeordnet. In einigen Ausführungsformen verläuft der Stecker 107 durch das dritte Substrat 106 und ist mit der leitfähigen Struktur 103 elektrisch verbunden. In einigen Ausführungsformen ist der Stecker 107 über dem ersten Substrat 101 angeordnet. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich der Stecker 107 durch das dritte Substrat 106 und die dielektrische Schicht 104 und ist mit mindestens einem Teil der leitfähigen Struktur 103 verbunden. In einigen Ausführungsformen umfasst der Stecker 107 leitfähige Materialien wie Gold, Silber, Kupfer, Nickel, Wolfram, Aluminium, Zinn und/oder Legierungen davon.
  • In einigen Ausführungsformen ist ein erstes Bondpad 106b über dem dritten Substrat 106 angeordnet. In einigen Ausführungsformen ist das erste Bondpad 106b so konfiguriert, dass es eine Verbindungsstruktur empfängt. In einigen Ausführungsformen ist das erste Bondpad 106b über dem Stecker 107 oder der leitfähigen Struktur 103 angeordnet. In einigen Ausführungsformen sind das erste Bondpad 106b, der Stecker 107 und die leitfähige Struktur 103 elektrisch verbunden. In einigen Ausführungsformen umfasst das erste Bondpad 106b Aluminium, Kupfer, Titan, Gold, Nickel oder andere geeignete Materialien.
  • In einigen Ausführungsformen ist das zweite Substrat 108 über dem dritten Substrat 106 angeordnet. In einigen Ausführungsformen ist das zweite Substrat 108 vertikal über dem dritten Substrat 106 oder dem ersten Substrat 101 gestapelt. In einigen Ausführungsformen ist das zweite Substrat 108 über der dielektrischen Schicht 104 und der IMD-Schicht 102 angeordnet. In einigen Ausführungsformen ist das zweite Substrat 108 ein Decksubstrat oder Deckwafer, um das ersten Substrats 101 und das dritte Substrat 106 zu bedecken. In einigen Ausführungsformen umfasst das zweite Substrat 108 Silizium oder andere geeignete Materialien.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst das zweite Substrat 108 einen zweiten Hohlraum 108a innerhalb des zweiten Substrats 108. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich der zweite Hohlraum 108a durch einen Abschnitt des zweiten Substrats 108 und weg von dem ersten Substrat 101 oder dem dritten Substrat 106. In einigen Ausführungsformen ist der zweite Hohlraum 108a über der ersten Sensorstruktur 106a und dem ersten Hohlraum 105 angeordnet. In einigen Ausführungsformen sind der erste Hohlraum 105 und der zweite Hohlraum 108a verbunden und aneinander ausgerichtet, so dass sie zu einem Hohlraum werden (der erste Hohlraum 105 und der zweite Hohlraum 108a), was es erlaubt, dass die erste Sensorstruktur 106a sich darin bewegen kann. In einigen Ausführungsformen ist der Hohlraum (der erste Hohlraum 105 und der zweite Hohlraum 108a) durch das erste Substrat 101 und das zweite Substrat 108 definiert und umgibt die erste Sensorstruktur 106a. Die erste Sensorstruktur 106a ist innerhalb des Hohlraums beweglich (des ersten Hohlraums 105 und des zweiten Hohlraums 108a), der durch das erste Substrat 101 und das zweite Substrat 108 definiert ist. In einigen Ausführungsformen befindet sich der Hohlraum (der erste Hohlraum 105 und der zweite Hohlraum 108a) in einem Vakuum oder hat einen Gasdruck von weniger als etwa 1 Atmosphärendruck (atm). In einigen Ausführungsformen ist die erste Sensorstruktur 106a in dem Hohlraum (dem ersten Hohlraum 105 und dem zweiten Hohlraum 108a) versiegelt.
  • In einigen Ausführungsformen ist ein zweites Bondpad 108b über dem zweiten Substrat 108 angeordnet. In einigen Ausführungsformen ist das zweite Bondpad 108b zwischen dem zweiten Substrat 108 und dem dritten Substrat 106 angeordnet. In einigen Ausführungsformen ist das zweite Bondpad 108b angrenzend und ausgerichtet an dem ersten Bondpad 106b angeordnet. In einigen Ausführungsbeispielen ist das zweite Bondpad 108b mit dem ersten Bondpad 106b elektrisch verbunden. In einigen Ausführungsformen ist das zweite Bondpad 108b über dem Stecker 107 und der leitfähigen Struktur 103 angeordnet und mit ihnen über das erste Bondpad 106b elektrisch verbunden. In einigen Ausführungsformen umfasst das zweite Bondpad 108b Germanium, Silizium oder andere geeignete Materialien. In einigen Ausführungsformen ist das zweite Bondpad 108b mit dem ersten Bondpad 106b gebondet, so dass das zweite Substrat 108 mit dem dritten Substrat 106 gebondet ist. In einigen Ausführungsformen wird das zweite Bondpad 108b mit dem ersten Bondpad 106b eutektisch gebondet. In einigen Ausführungsformen können das erste Bondpad 106b und das zweite Bondpad 108b aus einer Materialkombination aus Silizium (Si) auf Aluminium (Al), Silizium (Si) auf Gold (Au), Germanium (Ge) auf Aluminium (Al), Titan (Ti) auf Aluminium (Al), Kupfer (Cu) auf Zinn (Sn), Indium (In) auf Gold (Au) oder jeder Art von geeigneten Bondschichten bestehen.
  • In einigen Ausführungsformen ist eine Durchkontaktierung 109 in dem zweiten Substrats 108 angeordnet. In einigen Ausführungsformen geht die Durchkontaktierung 109 durch das zweite Substrat 108 und ist mit dem Stecker 107 und der leitfähigen Struktur 103 elektrisch verbunden. In einigen Ausführungsbeispielen ist die Durchkontaktierung 109 mit dem Stecker 107 über das erste Bondpad 106b und das zweite Bondpad 108b elektrisch verbunden. In einigen Ausführungsformen ist die Durchkontaktierung 109 über dem zweiten Bondpad 108b, dem ersten Bondpad 106b, dem Stecker 107 oder der leitfähigen Struktur 103 angeordnet. Das zweite Bondpad 108b ist über der Durchkontaktierung 109 und dem zweiten Substrat 108 angeordnet. In einigen Ausführungsformen ist das zweite Bondpad 108b mit der Durchkontaktierung 109 verbunden. In einigen Ausführungsformen ist das zweite Substrat 108 mit dem dritten Substrat 106 oder dem ersten Substrat 101 über die Durchkontaktierung 109 und den Stecker 107 verbunden. In einigen Ausführungsformen ist die Durchkontaktierung 109 ein Substratdurchgang (TSV) oder ein Siliziumdurchgang (TSV). In einigen Ausführungsformen umfasst die Durchkontaktierung 109 leitfähiges Material, metallisches Material oder Halbleitermaterial. In einigen Ausführungsformen umfasst die Durchkontaktierung 109 Gold, Silber, Kupfer, Nickel, Wolfram, Aluminium, Zinn und/oder Legierungen davon. In einigen Ausführungsformen ist die Durchkontaktierung 109 eine Kupfersäule. In einigen Ausführungsformen umfasst die Durchkontaktierung 109 Silizium, Polysilizium etc. In einigen Ausführungsformen ist die Durchkontaktierung 109 ist eine Siliziumsäule.
  • In einigen Ausführungsformen wird eine erste Isolationsschicht 109a über dem zweiten Substrat 108 und zwischen dem zweiten Substrat 108 und der Durchkontaktierung 109 angeordnet. In einigen Ausführungsformen ist die erste Isolationsschicht 109a konform mit einer Oberfläche des zweiten Substrats 108 und einer Seitenwand der Durchkontaktierung 109. In einigen Ausführungsformen umgibt die erste Isolationsschicht 109a die Durchkontaktierung 109. In einigen Ausführungsformen umfasst die erste Isolationsschicht 109a dielektrisches Material wie beispielsweise Oxid, Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid, Siliziumkarbid, Polymer oder dergleichen.
  • In einigen Ausführungsformen ist eine zweite Sensorstruktur 110 über dem zweiten Substrat 108 angeordnet. In einigen Ausführungsformen ist die zweite Sensorstruktur 110 so konfiguriert, dass sie ein Magnetfeld misst oder erfasst, eine Richtung ermittelt usw. In einigen Ausführungsformen ist die zweite Sensorstruktur 110 ein Magnetfeldsensor, ein Magnetsensor, ein Ein- oder Mehrachsen-Magnetsensor, ein Magnetometer, ein geomagnetischer Sensor usw. In einigen Ausführungsformen dient die zweite Sensorstruktur 110 als elektronischer oder digitaler Kompass. In einigen Ausführungsformen arbeitet die zweite Sensorstruktur 110 mit der ersten Sensorstruktur 106a zusammen, um eine Bewegungsrichtung zu ermitteln.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst die zweite Sensorstruktur 110 eine Verbindungsstruktur 110a, die mit der Durchkontaktierung 109 elektrisch verbunden ist. In einigen Ausführungsformen ist die Verbindungsstruktur 110a über dem zweiten Substrat 108 oder der ersten Isolationsschicht 109a angeordnet und steht in Verbindung mit der Durchkontaktierung 109, so dass sie mit der Durchkontaktierung 109 elektrisch verbunden ist. In einigen Ausführungsformen ist die Verbindungsstruktur 110a mit der Durchkontaktierung 109, dem zweiten Bondpad 108b, dem ersten Bondpad 106b, dem Stecker 107 oder der leitfähigen Struktur 103 elektrisch verbunden. In einigen Ausführungsformen ist die zweite Sensorstruktur 110 mit dem ersten Substrat 101 oder dem dritten Substrat 106 durch die Verbindungsstruktur 110a und die Durchkontaktierung 109 verbunden. In einigen Ausführungsformen ist die Verbindungsstruktur 110a eine magnetische Messelektrode, die so konfiguriert ist, dass sie ein elektrisches Signal an das erste Substrat 101, das dritte Substrat 106 oder das zweite Substrat 108 sendet. In einigen Ausführungsformen ist die Verbindungsstruktur 110a eine Nachpassivierungsverbindung (PPI) oder Teil einer Umverteilungsschicht (RDL). In einigen Ausführungsformen umfasst die Verbindungsstruktur 110a Aluminium, Kupfer, Nickel, Gold, Wolfram, Titan, Legierungen davon oder Mehrfachschichten davon.
  • In manchen Ausführungsformen umfasst die zweite Sensorstruktur 110 ein Sensormaterial 110b, das die Verbindungsstruktur 110a zumindest teilweise abdeckt. In einigen Ausführungsformen ist das Sensormaterial 110b so konfiguriert, dass es ein Magnetfeld erfassen kann. In einigen Ausführungsformen ist das Sensormaterial 110b ein magnetisches Sensormaterial. In einigen Ausführungsformen kann die Verbindungsstruktur 110a ein elektrisches Signal entsprechend dem Magnetfeld senden, das durch das Sensormaterial 110b erfasst wurde. Wenn das Magnetfeld beispielsweise an das Sensormaterial oder um die Halbleiterstruktur 100 herum angelegt wird, ändert sich ein elektrischer Widerstand des Sensormaterials 110b und die Verbindungsstruktur 110a sendet das elektrische Signal entsprechend der Änderung des Widerstands zu dem ersten Substrat 101, dem dritten Substrat 106 oder dem zweiten Substrat 108 zur weiteren Verarbeitung und damit wird das Magnetfeld erfasst und ermittelt. In einigen Ausführungsformen umfasst das Sensormaterial 110b anisotropes magnetoresistives Material (AMR), Riesenmagnetowiderstands-Material (GMR) oder Tunnel-magnetoresistives Material (TMR) oder andere geeignete Materialien.
  • In einigen Ausführungsformen ist eine zweite Isolationsschicht 110c über dem zweiten Substrat 108 angeordnet und bedeckt oder umgibt die Verbindungsstruktur 110a und das Sensormaterial 110b. In einigen Ausführungsformen ist die zweite Isolationsschicht 110c so konfiguriert, dass sie die Verbindungsstruktur 110a und das Sensormaterial 110b schützt. In einigen Ausführungsformen umfasst die zweite Isolationsschicht 110c dielektrisches Material wie beispielsweise Oxid, Siliziumdioxid, Siliziumoxinitrid, Siliziumkarbid, Polymer oder dergleichen.
  • 2 ist eine schematische Schnittansicht einer Halbleiterstruktur 200 in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. In einigen Ausführungsformen umfasst die Halbleiterstruktur 200 ein erstes Substrat 101, ein zweites Substrat 108, eine erste Sensorstruktur 106a und einen Hohlraum 105, die in ähnlicher Konfiguration wie oben beschrieben und in 1 gezeigt angeordnet sind. In einigen Ausführungsformen von 2 umfasst die Halbleiterstruktur 200 eine zweite Sensorstruktur 110, die über einer zweiten Oberfläche 101b oder einer Rückseite des ersten Substrats 101 angeordnet ist, und eine Durchkontaktierung, die sich durch das erste Substrat 101 erstreckt.
  • In einigen Ausführungsformen erstreckt sich die Durchkontaktierung 109 von der zweiten Oberfläche 101b ab und innerhalb des ersten Substrats 101. In einigen Ausführungsformen ist die Durchkontaktierung 109 eine TSV. In einigen Ausführungsformen umfasst die Durchkontaktierung 109 leitfähiges Material, metallisches Material oder Halbleitermaterial. In einigen Ausführungsformen umfasst die Durchkontaktierung 109 Gold, Silber, Kupfer, Nickel, Wolfram, Aluminium, Zinn und/oder Legierungen davon. In einigen Ausführungsformen ist die Durchkontaktierung 109 eine Kupfersäule. In einigen Ausführungsformen umfasst die Durchkontaktierung 109 Silizium, Polysilizium etc. In einigen Ausführungsformen ist die Durchkontaktierung 109 ist eine Siliziumsäule.
  • In einigen Ausführungsformen ist eine erste Isolationsschicht 109a über der zweiten Oberfläche 101b des ersten Substrats 101 und zwischen der Durchkontaktierung 109 und dem ersten Substrat 101 angeordnet. In einigen Ausführungsformen ist die erste Isolationsschicht 109a konform mit der zweiten Oberfläche des ersten Substrats 101 und einer Seitenwand der Durchkontaktierung 109. In einigen Ausführungsformen umgibt die erste Isolationsschicht 109a die Durchkontaktierung 109. In einigen Ausführungsformen umfasst die erste Isolationsschicht 109a dielektrisches Material wie beispielsweise Oxid, Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid, Siliziumkarbid, Polymer oder dergleichen.
  • In einigen Ausführungsformen ist eine zweite Sensorstruktur 110 über dem ersten Substrat 101 angeordnet. In einigen Ausführungsformen sind eine Verbindungsstruktur 110a, ein Sensormaterial 110b und eine zweite Isolationsschicht 110c über dem ersten Substrat 101 angeordnet. In einigen Ausführungsformen ist die Verbindungsstruktur 110a über der ersten Isolationsschicht 109a angeordnet. In einigen Ausführungsformen ist die Verbindungsstruktur 110a über der Durchkontaktierung 109 angeordnet und mit ihr elektrisch verbunden. In einigen Ausführungsformen ist die Verbindungsstruktur 110a eine magnetische Erfassungselektrode, die so konfiguriert ist, dass sie ein elektrisches Signal an das erste Substrat 101 oder das zweite Substrat 108 überträgt. In einigen Ausführungsformen ist die Verbindungsstruktur 110a eine Nachpassivierungsverbindung (PPI) oder Teil einer Umverteilungsschicht (RDL). In einigen Ausführungsformen umfasst die Verbindungsstruktur 110a Aluminium, Kupfer, Nickel, Gold, Wolfram, Titan, Legierungen davon oder Mehrfachschichten davon.
  • In einigen Ausführungsformen ist das Sensormaterial 110b über dem ersten Substrat 101 angeordnet und bedeckt zumindest teilweise die Verbindungsstruktur 110a. In einigen Ausführungsformen ist das Sensormaterial 110b so konfiguriert, dass es ein Magnetfeld erfassen kann, wie beispielsweise ein magnetisches Sensormaterial. In einigen Ausführungsformen kann die Verbindungsstruktur 110a ein elektrisches Signal entsprechend dem Magnetfeld senden, das durch das Sensormaterial 110b gemessen wurde. In einigen Ausführungsformen umfasst das Sensormaterial 110b AMR-Material, GMR-Material, TMR-Material oder andere geeignete Materialien.
  • In einigen Ausführungsformen ist die zweite Isolationsschicht 110c über dem ersten Substrat 101 angeordnet und bedeckt oder umgibt die Verbindungsstruktur 110a und das Sensormaterial 110b. In einigen Ausführungsformen ist die zweite Isolationsschicht 110c so konfiguriert, dass sie die Verbindungsstruktur 110a und das Sensormaterial 110b schützt. In einigen Ausführungsformen umfasst die zweite Isolationsschicht 110c dielektrisches Material wie beispielsweise Oxid, Siliziumdioxid, Siliziumoxinitrid, Siliziumkarbid, Polymer oder dergleichen.
  • 2A ist eine schematische Schnittansicht einer Halbleiterstruktur 200' in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. In einigen Ausführungsformen umfasst die Halbleiterstruktur 200' ein erstes Substrat 101, eine Intermetall-Dielektrikumsschicht (IMD) 102, eine dielektrische Schicht 104, ein drittes Substrat 106, einen Stecker 107, ein zweites Substrat 108 und einen Hohlraum (einen ersten Hohlraum 105 und einen zweiten Hohlraum 108a), die in ähnlicher Konfiguration wie oben beschrieben und in 1A gezeigt angeordnet sind. In einigen Ausführungsformen von 2A umfasst die Halbleiterstruktur 200 eine zweite Sensorstruktur 110, die über einer zweiten Oberfläche 101b oder einer Rückseite des ersten Substrats 101 angeordnet ist, und eine Durchkontaktierung 109, die sich durch das erste Substrat 101 erstreckt.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst eine leitfähige Struktur 103, die über oder innerhalb eines dielektrischen Materials 102a der IMD-Schicht 102 angeordnet ist, einen oberen Abschnitt 103a und einen unteren Abschnitt 103b. In einigen Ausführungsformen ist der obere Abschnitt 103a über dem unteren Abschnitt 103b angeordnet und mit ihm elektrisch verbunden. In einigen Ausführungsformen ist der obere Abschnitt 103a eine obere Metallschicht und der untere Abschnitt 103b eine untere Metallschicht. In einigen Ausführungsformen ist der obere Abschnitt 103a proximal zu dem dritten Substrat 106 und distal zu dem ersten Substrat 101 und der untere Abschnitt 103b proximal zu dem ersten Substrat 101. In einigen Ausführungsformen ist der obere Abschnitt 103a der leitfähigen Struktur 103 über dem Stecker 107 angeordnet oder mit ihm verbunden. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich die Durchkontaktierung 109 von der zweiten Oberfläche 101b des ersten Substrats 101 zu der ersten Oberfläche 101a des ersten Substrats 101 und ist über dem unteren Abschnitt 103b der leitfähigen Struktur 103 angeordnet oder mit ihm verbunden. In einigen Ausführungsformen ist die Durchkontaktierung 109 mit dem unteren Abschnitt 103b der leitfähigen Struktur 103 elektrisch verbunden. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich die Durchkontaktierung 109 durch das erste Substrat 101 zu der IMD-Schicht 102. In einigen Ausführungsformen ist die Durchkontaktierung 109 eine TSV. In einigen Ausführungsformen umfasst die Durchkontaktierung 109 leitfähiges Material, metallisches Material oder Halbleitermaterial. In einigen Ausführungsformen umfasst die Durchkontaktierung 109 Gold, Silber, Kupfer, Nickel, Wolfram, Aluminium, Zinn und/oder Legierungen davon. In einigen Ausführungsformen ist die Durchkontaktierung 109 eine Kupfersäule. In einigen Ausführungsformen umfasst die Durchkontaktierung 109 Silizium, Polysilizium etc. In einigen Ausführungsformen ist die Durchkontaktierung 109 ist eine Siliziumsäule.
  • In einigen Ausführungsformen wird eine erste Isolationsschicht 109a über der zweiten Oberfläche 101b des ersten Substrats 101 und zwischen der Durchkontaktierung 109 und dem ersten Substrat 101 oder der IMD-Schicht 102 angeordnet. In einigen Ausführungsformen ist die erste Isolationsschicht 109a konform mit der zweiten Oberfläche des ersten Substrats 101 und einer Seitenwand der Durchkontaktierung 109. In einigen Ausführungsformen umgibt die erste Isolationsschicht 109a die Durchkontaktierung 109. In einigen Ausführungsformen umfasst die erste Isolationsschicht 109a dielektrisches Material wie beispielsweise Oxid, Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid, Siliziumkarbid, Polymer oder dergleichen.
  • In einigen Ausführungsformen ist eine zweite Sensorstruktur 110 über dem ersten Substrat 101 angeordnet. In einigen Ausführungsformen werden eine Verbindungsstruktur 110a, ein Sensormaterial 110b und eine zweite Isolationsschicht 110c über dem ersten Substrat 101 angeordnet. In einigen Ausführungsformen ist die Verbindungsstruktur 110a über der ersten Isolationsschicht 109a angeordnet. In einigen Ausführungsformen ist die Verbindungsstruktur 110a über der Durchkontaktierung 109 angeordnet, so dass die Verbindungsstruktur 110a mit der leitfähigen Struktur 103 über die Durchkontaktierung 109 elektrisch verbunden ist. In einigen Ausführungsformen sind die Verbindungsstruktur 110a, die Durchkontaktierung 109, die leitfähige Struktur 103 und der Stecker 107 elektrisch verbunden. In einigen Ausführungsformen ist die Verbindungsstruktur 110a eine magnetische Messselektrode, die so konfiguriert ist, dass sie ein elektrisches Signal an das erste Substrat 101, das dritte Substrat 106 oder das zweite Substrat 108 sendet. In einigen Ausführungsformen ist die Verbindungsstruktur 110a eine Nachpassivierungsverbindung (PPI) oder Teil einer Umverteilungsschicht (RDL). In einigen Ausführungsformen umfasst die Verbindungsstruktur 110a Aluminium, Kupfer, Nickel, Gold, Wolfram, Titan, Legierungen davon oder Mehrfachschichten davon.
  • In einigen Ausführungsformen ist das Sensormaterial 110b über dem ersten Substrat 101 angeordnet und bedeckt zumindest teilweise die Verbindungsstruktur 110a. In einigen Ausführungsformen ist das Sensormaterial 110b so konfiguriert, dass es ein Magnetfeld erfassen kann, wie beispielsweise ein magnetisches Sensormaterial. In einigen Ausführungsformen kann die Verbindungsstruktur 110a ein elektrisches Signal entsprechend dem Magnetfeld senden, das durch das Sensormaterial 110b erfasst wurde. In einigen Ausführungsformen umfasst das Sensormaterial 110b AMR-Material, GMR-Material, TMR-Material oder andere geeignete Materialien.
  • In einigen Ausführungsformen ist die zweite Isolationsschicht 110c über dem ersten Substrat 101 angeordnet und bedeckt oder umgibt die Verbindungsstruktur 110a und das Sensormaterial 110b. In einigen Ausführungsformen ist die zweite Isolationsschicht 110c so konfiguriert, dass sie die Verbindungsstruktur 110a und das Sensormaterial 110b schützt. In einigen Ausführungsformen umfasst die zweite Isolationsschicht 110c dielektrisches Material wie beispielsweise Oxid, Siliziumdioxid, Siliziumoxinitrid, Siliziumkarbid, Polymer oder dergleichen.
  • 3 ist eine schematische Schnittansicht einer Halbleiterstruktur 300 in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. In einigen Ausführungsformen weist die Halbleiterstruktur 300 eine ähnliche Konfiguration wie die Halbleiterstruktur 100, die oben beschrieben und in 1 gezeigt ist, oder die Halbleiterstruktur 100' auf, die oben beschrieben und in 1A gezeigt ist. In einigen Ausführungsformen der 3 umfasst die Halbleiterstruktur 300 eine Verbindungsstruktur 111, die über dem zweiten Substrat 108 angeordnet ist. In einigen Ausführungsbeispielen verbindet die Verbindungsstruktur 111 das erste Substrat 101, das dritte Substrat 106 oder das zweite Substrat 108 elektrisch mit einer externen Schaltung oder Komponente. In einigen Ausführungsformen umfasst die Verbindungsstruktur 111 ein Under-Bump-Metallisierungs-(UBM-)Pad 111a und einen leitfähigen Höcker 111b, die über dem zweiten Substrat 108, der zweiten Sensorstruktur 110 oder der Verbindungsstruktur 110a angeordnet sind.
  • In einigen Ausführungsformen wird das UBM-Pad 111a über und elektrisch verbunden mit einem Teil der Verbindungsstruktur 110a angeordnet. In einigen Ausführungsformen ist das UBM-Pad 111a mit der Durchkontaktierung 109 über die Verbindungsstruktur 110a elektrisch verbunden. In einigen Ausführungsformen ist das UBM-Pad 111a über der zweiten Isolationsschicht 110c angeordnet oder erstreckt sich durch sie über die zweite Isolationsschicht 110c bis zu der Verbindungsstruktur 110a. In einigen Ausführungsformen ist das UBM-Pad 111a über dem Abschnitt der Verbindungsstruktur 110a, der Durchkontaktierung 109 oder dem Stecker 107 angeordnet. In einigen Ausführungsformen dient das UBM-Pad 111a als Plattform zum Empfangen eines leitfähigen Materials, um mit einer externen Schaltung oder Komponente elektrisch verbunden zu werden. In einigen Ausführungsformen ist das UBM-Pad 111a mit dem ersten Substrat 101, dem dritten Substrat 106 oder dem zweiten Substrat 108 über die Verbindungsstruktur 110a, die Durchkontaktierung 109 oder den Stecker 107 elektrisch verbunden. In einigen Ausführungsformen ist das UBM-Pad 111a eine metallurgische Schicht oder ein metallurgischer Stapelfilm über der Verbindungsstruktur 110a und der zweiten Isolationsschicht 110c. In einigen Ausführungsformen umfasst das UBM-Pad 111a Metall oder Metalllegierungen wie beispielsweise Gold, Silber, Kupfer, Nickel, Wolfram, Aluminium, Palladium und/oder Legierungen davon.
  • In einigen Ausführungsformen ist der leitfähige Höcker 111b über dem UBM-Pad 111a angeordnet. In einigen Ausführungsformen wird der leitfähige Höcker 111b von dem UBM-Pad aufgenommen und ist so konfiguriert, dass er mit einer externen Schaltung oder Komponente elektrisch verbunden werden kann. In einigen Ausführungsformen ist der leitfähige Höcker 111b über einem weiteren Substrat oder Leiterplatte montierbar. In einigen Ausführungsformen umfasst der leitfähige Höcker 111b aufschmelzbares Material wie beispielsweise Lot, Blei, Zinn, Kupfer, Gold, Nickel etc. oder Metalllegierungen wie eine Kombination aus Blei, Zinn, Kupfer, Gold, Nickel etc. In einigen Ausführungsformen umfasst der leitfähige Höcker 111b eine Lotpastenmischung aus Metallpulver und Flussmittel. In einigen Ausführungsformen ist der leitfähige Höcker 111b eine Ball-Grid-Array-(BGA-)Kugel, ein Flip-Chip-Verbindungs-(C4-)Höcker, Microbump oder dergleichen. In einigen Ausführungsformen liegt der leitfähige Höcker 111b in einer kugel- oder halbkugelförmigen Gestalt vor. In einigen Ausführungsformen liegt der leitfähige Höcker 111b in einer zylindrischen Form vor. In einigen Ausführungsformen ist der leitfähige Höcker 111b eine Lotkugel, eine Metallsäule oder dergleichen.
  • 4 ist eine schematische Schnittansicht einer Halbleiterstruktur 400 in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. In einigen Ausführungsformen weist die Halbleiterstruktur 400 eine ähnliche Konfiguration wie die Halbleiterstruktur 200, die oben beschrieben und in 2 gezeigt ist, oder die Halbleiterstruktur 200' auf, die oben beschrieben und in 2A gezeigt ist. In einigen Ausführungsformen umfasst in 4 die Halbleiterstruktur 300 eine Verbindungsstruktur 111, die über dem ersten Substrat 101 angeordnet ist. In einigen Ausführungsbeispielen verbindet die Verbindungsstruktur 111 das erste Substrat 101, das dritte Substrat 106 oder das zweite Substrat 108 elektrisch mit einer externen Schaltung oder Komponente. In einigen Ausführungsformen umfasst die Verbindungsstruktur 111 ein UBM-Pad 111a und einen leitfähigen Höcker 111b, die über dem ersten Substrat 101 oder der zweiten Oberfläche 101b des ersten Substrats 101 angeordnet sind.
  • In einigen Ausführungsformen ist das UBM-Pad 111a über und elektrisch verbunden mit einem Teil der Verbindungsstruktur 110a angeordnet. In einigen Ausführungsformen ist das UBM-Pad 111a mit der Durchkontaktierung 109 über die Verbindungsstruktur 110a elektrisch verbunden. In einigen Ausführungsformen ist das UBM-Pad 111a über der zweiten Isolationsschicht 110c angeordnet oder erstreckt sich durch sie zu der Verbindungsstruktur 110a. In einigen Ausführungsformen ist das UBM-Pad 111a mit dem ersten Substrat 101, dem dritten Substrat 106 oder dem zweiten Substrat 108 über die Verbindungsstruktur 110a, die Durchkontaktierung 109 oder den Stecker 107 elektrisch verbunden. In einigen Ausführungsformen ist das UBM-Pad 111a eine metallurgische Schicht oder ein metallurgischer Stapelfilm über der Verbindungsstruktur 110a und der zweiten Isolationsschicht 110c. In einigen Ausführungsformen umfasst das UBM-Pad 111a Metall oder Metalllegierung wie beispielsweise Gold, Silber, Kupfer, Nickel, Wolfram, Aluminium, Palladium und/oder Legierungen davon.
  • In einigen Ausführungsformen ist der leitfähige Höcker 111b über dem UBM-Pad 111a angeordnet. In einigen Ausführungsformen wird der leitfähige Höcker 111b von dem UBM-Pad aufgenommen und ist so konfiguriert, dass er mit einer externen Schaltung oder Komponente elektrisch verbunden werden kann. In einigen Ausführungsformen ist der leitfähige Höcker 111b über einem weiteren Substrat oder Leiterplatte montierbar. In einigen Ausführungsformen weist der leitfähige Höcker 111b aufschmelzbares Material wie Lötmittel, Blei, Zinn, Kupfer, Gold, Nickel etc. oder Metalllegierungen wie Kombinationen aus Blei, Zinn, Kupfer, Gold, Nickel etc. auf. In einigen Ausführungsformen ist der leitfähige Höcker 111b eine BGA-Kugel, ein C4-Höcker, Microbump oder dergleichen. In einigen Ausführungsformen liegt der leitfähige Höcker 111b in einer kugel- oder halbkugelförmigen, zylindrischen oder anderen geeigneten Gestalt vor. In einigen Ausführungsformen ist der leitfähige Höcker 111b eine Lotkugel, eine Metallsäule oder dergleichen.
  • In der vorliegenden Offenbarung ist auch ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterstruktur 100' offenbart. In einigen Ausführungsformen wird eine Halbleiterstruktur 100' durch ein Verfahren 500 ausgebildet. Das Verfahren 500 umfasst eine Anzahl von Vorgängen und die Beschreibung und Darstellung sollte nicht als Beschränkung bezüglich der Reihenfolge der Vorgänge betrachtet werden. 5 ist eine Ausführungsform eines Verfahrens 500 zur Herstellung einer Halbleiterstruktur 100. Das Verfahren 500 umfasst eine Anzahl von Vorgängen (501, 502, 503, 504, 505 und 506).
  • In Vorgang 501 wird ein erstes Substrat 101 empfangen oder bereitgestellt, wie in 5A gezeigt ist. In einigen Ausführungsformen umfasst das erste Substrat 101 eine erste Oberfläche 101a und eine zweite Oberfläche 101b gegenüber der ersten Oberfläche 101a. In einigen Ausführungsformen umfasst das erste Substrat 101 mehrere Schaltungen und mehrere aktive Elemente wie Transistoren etc., die über oder in dem ersten Substrat 101 angeordnet sind. In einigen Ausführungsformen umfasst das erste Substrat 101 Komponenten wie CMOS-Komponenten, ASIC-Komponenten etc., die über oder in dem ersten Substrat 101 angeordnet sind. In einigen Ausführungsformen umfasst das erste Substrat 101 Halbleitermaterialien wie Silizium oder andere geeignete Materialien. In einigen Ausführungsformen ist das erste Substrat 101 ein Siliziumsubstrat oder ein Siliziumwafer. In einigen Ausführungsformen ist das erste Substrat 101 ein CMOS-Substrat.
  • In einigen Ausführungsformen wird eine IMD-Schicht 102 über dem ersten Substrat 101 angeordnet. In einigen Ausführungsformen wird die IMD-Schicht 102, die ein dielektrisches Material 102a und eine leitfähige Struktur 103 aufweist, über oder innerhalb des ersten Substrats 101 angeordnet. In einigen Ausführungsformen wird die IMD-Schicht 102 ausgebildet, indem ein dielektrisches Material 102a über dem ersten Substrat 101 durch chemische Gasphasenabscheidungs-(CVD-)Vorgänge oder andere geeignete Vorgänge abgeschieden wird, einige Abschnitte des dielektrischen Materials 102a durch Ätzvorgänge oder andere geeignete Vorgänge entfernt werden, ein leitfähiges Material durch Elektroplattieren, Sputtern oder andere geeignete Vorgänge angeordnet wird, und das leitfähige Material durch Photolithographie- und Ätzvorgänge oder andere geeignete Vorgänge so strukturiert wird, dass es zu der leitfähigen Struktur 103 wird.
  • In einigen Ausführungsformen wird eine dielektrische Schicht 104 über der IMD-Schicht 102, der leitfähigen Struktur 103 oder dem ersten Substrat 101 angeordnet. In einigen Ausführungsformen wird die dielektrische Schicht 104 durch CVD-Vorgänge oder andere geeignete Vorgänge angeordnet. In einigen Ausführungsformen wird ein erster Hohlraum 105 ausgebildet, der sich durch die dielektrische Schicht 104 erstreckt. Der erste Hohlraum 105 erstreckt sich von der dielektrischen Schicht 104 zu der IMD-Schicht 102 oder dem ersten Substrat 101. In einigen Ausführungsformen wird der erste Hohlraum 105 ausgebildet, indem ein Teil der dielektrischen Schicht 104 durch Photolithographie- und Ätzvorgänge oder andere geeignete Vorgänge entfernt wird.
  • In Vorgang 502 wird ein drittes Substrat 106 über dem ersten Substrat 101 angeordnet, wie in 5B gezeigt ist. In einigen Ausführungsformen ist das dritte Substrat 106 ein Siliziumsubstrat oder ein Siliziumwafer. In einigen Ausführungsformen ist das dritte Substrat 106 ein MEMS-Substrat. In einigen Ausführungsformen umfasst das dritte Substrat 106 elektrische Schaltungen, die auf oder in dem ersten Substrat 106 ausgebildet sind. In einigen Ausführungsformen umfasst das dritte Substrat 106 eine erste Sensorstruktur 106a, die über der dielektrischen Schicht 104, der IMD-Schicht 102 oder dem ersten Substrat 101 angeordnet ist. In einigen Ausführungsformen ist die erste Sensorstruktur 106a so konfiguriert, dass sie eine Bewegung erfasst, etwa wie eine Bewegungserfassungsvorrichtung. In einigen Ausführungsformen ist die erste Sensorstruktur 106a ein Gyroskop, ein Beschleunigungsmesser, ein Ein- oder Mehrachsen-Gyroskop, ein Ein- oder Mehrachsen-Beschleunigungsmesser oder eine Ein- oder Mehrachsen-Bewegungserfassungsvorrichtung. In einigen Ausführungsformen ist die erste Sensorstruktur 106a über dem ersten Hohlraum 105 angeordnet oder an ihm ausgerichtet. In einigen Ausführungsformen ist die erste Sensorstruktur 106a innerhalb des ersten Hohlraums 105 und relativ zu dem ersten Substrat 101, der IMD-Schicht 102 oder der dielektrischen Schicht 104 beweglich.
  • In einigen Ausführungsformen ist das dritte Substrat 106 vertikal über dem ersten Substrat 101 gestapelt. In einigen Ausführungsformen wird das dritte Substrat 106 über dem ersten Substrat 101 durch direkte Bondvorgänge, Fusionsbonding-Vorgänge oder andere geeignete Vorgänge gebondet. In einigen Ausführungsformen ist das dritte Substrat 106 direkt mit der dielektrischen Schicht 104 durch Fusionsbonding-Vorgänge gebondet.
  • In Vorgang 503 wird ein Stecker 107 ausgebildet, wie in 5C gezeigt ist. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich der Stecker 107 durch das dritte Substrat 106 und ist mit der leitfähigen Struktur 103 elektrisch verbunden, die zwischen dem ersten Substrat 101 und dem dritten Substrat 106 angeordnet ist. In einigen Ausführungsformen wird der Stecker 107 ausgebildet, indem ein Teil des dritten Substrats 106 und der dielektrischen Schicht 104 entfernt wird, um eine erste Vertiefung 107a durch Photolithographie- und Ätzvorgänge oder andere geeignete Vorgänge auszubilden, und ein leitfähiges Material durch Abscheiden, Elektroplattieren oder andere geeignete Vorgänge in die erste Vertiefung 107a zu füllen. In einigen Ausführungsformen ist der Stecker 107 über der leitfähigen Struktur 103 angeordnet und mit ihr elektrisch verbunden.
  • In einigen Ausführungsformen ist ein erstes Bondpad 106b über dem dritten Substrat 106 oder dem Stecker 107 angeordnet. In einigen Ausführungsformen ist das erste Bondpad 106a über dem Stecker 107 angeordnet und mit ihm elektrisch verbunden. In einigen Ausführungsformen wird das erste Bondpad 106b durch Sputtern, Elektroplattieren oder andere geeignete Vorgänge ausgebildet. In einigen Ausführungsformen umfasst das erste Bondpad 106b Aluminium, Kupfer oder andere geeignete Materialien.
  • In Vorgang 504 wird ein zweites Substrat 108 über dem dritten Substrat 106 angeordnet, wie in 5D gezeigt ist. In einigen Ausführungsformen ist das zweite Substrat 108 vertikal über dem dritten Substrat 106 oder dem ersten Substrat 101 gestapelt. In einigen Ausführungsformen ist das zweite Substrat 108 ein Decksubstrat oder Deckwafer, um das ersten Substrats 101 und das dritte Substrat 106 zu bedecken. In einigen Ausführungsformen umfasst das zweite Substrat 108 Silizium oder andere geeignete Materialien. In einigen Ausführungsformen wird das zweite Substrat 108 über dem dritten Substrat 106 durch eutektische Bondvorgänge oder andere geeignete Vorgänge gebondet. In einigen Ausführungsformen ist das zweite Bondpad 108b über dem zweiten Substrat 108 und gegenüber dem ersten Bondpad 106b angeordnet. In einigen Ausführungsformen wird das zweite Substrat 108 mit dem dritten Substrat 106 gebondet, indem das erste Bondpad 106b und das zweite Bondpad 108b gebondet werden. In einigen Ausführungsformen umfasst das zweite Bondpad 108b Germanium, Silizium oder andere geeignete Materialien. In einigen Ausführungsformen werden das erste Bondpad 106b und das zweite Bondpad 108b durch eutektische Bondvorgänge gebondet. In einigen Ausführungsformen wird das zweite Substrat mit dem dritten Substrat 106 unter einer hohen Temperatur von mehr als etwa 400°C eutektisch gebondet.
  • In einigen Ausführungsformen wird ein zweiter Hohlraum 108a ausgebildet, der sich innerhalb des Substrats 108 erstreckt. In einigen Ausführungsformen wird der zweite Hohlraum 108a ausgebildet, indem ein Teil des zweiten Substrats 108 durch Photolithographie- und Ätzvorgänge oder andere geeignete Vorgänge entfernt wird. In einigen Ausführungsformen ist der zweite Hohlraum 108a über der ersten Sensorstruktur 106a und dem ersten Hohlraum 105 ausgebildet. In einigen Ausführungsformen ist der erste Hohlraum 105 mit dem zweiten Hohlraum 108a so verbunden, dass sie zu einem Hohlraum (dem ersten Hohlraum 105 und dem zweiten Hohlraum 108a) werden. Der Hohlraum (der erste Hohlraum 105 und der zweite Hohlraum 108a) ist über dem ersten Substrat 101 angeordnet und durch das erste Substrat 101 und die dritten Oberfläche 108 definiert. In einigen Ausführungsformen ist die erste Sensorstruktur 106a von dem Hohlraum umgeben und in ihm beweglich.
  • In Vorgang 505 wird eine Durchkontaktierung 109 ausgebildet, wie in 5E gezeigt ist. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich die Durchkontaktierung 109 durch das zweite Substrat 108 und ist mit dem Stecker 107 elektrisch verbunden. In einigen Ausführungsformen wird die Durchkontaktierung 109 ausgebildet, indem ein Teil des zweiten Substrats 108 durch Photolithographie- und Ätzvorgänge oder andere geeignete Vorgänge entfernt wird, um eine zweite Vertiefung 109b auszubilden, und ein leitfähiges Material oder Halbleitermaterial durch Abscheiden, Elektroplattieren oder andere geeignete Vorgänge in die erste Vertiefung 107a gefüllt wird. In einigen Ausführungsformen wird die zweite Vertiefung 109b mit einem Metall wie Kupfer gefüllt, um die Durchkontaktierung 109 als Kupfersäule auszubilden. In einigen Ausführungsformen wird die zweite Vertiefung 109b mit einem Halbleitermaterial wie Silizium, Polysilizium etc. gefüllt, um die Durchkontaktierung 109 als Siliziumsäule auszubilden. In einigen Ausführungsbeispielen wird die Durchkontaktierung 109 über dem Stecker 107, dem zweiten Bondpad 108b oder dem ersten Bondpad 106b angeordnet und mit ihnen elektrisch verbunden. In einigen Ausführungsformen wird eine erste Isolationsschicht 109a über dem zweiten Substrat 108 und einer Seitenwand der zweiten Vertiefung 109b angeordnet, nachdem die zweite Vertiefung 109b ausgebildet wurde. In einigen Ausführungsformen wird die erste Isolationsschicht 109a durch CVD-Vorgänge oder andere geeignete Vorgänge angeordnet. In einigen Ausführungsformen ist die Durchkontaktierung 109 von der ersten Isolationsschicht 109a umgeben. In einigen Ausführungsformen ist die erste Isolationsschicht 109a zwischen der Durchkontaktierung 109 dem zweiten Substrat 108 angeordnet.
  • In Vorgang 506 wird eine zweite Sensorstruktur 110 über dem zweiten Substrat 108 ausgebildet, wie in 5F gezeigt ist. In einigen Ausführungsformen ist die zweite Sensorstruktur 110 so konfiguriert, dass sie ein Magnetfeld messen oder erfassen kann. In einigen Ausführungsformen ist die zweite Sensorstruktur 110 ein Magnetfeldsensor, ein Magnetsensor, ein Ein- oder Mehrachsen-Magnetsensor, ein Magnetometer, ein geomagnetischer Sensor usw.
  • In einigen Ausführungsformen wird die Verbindungsstruktur 110a über dem zweiten Substrat 108 ausgebildet und angeordnet und mit der Durchkontaktierung 109 elektrisch verbunden. In einigen Ausführungsformen wird die Verbindungsstruktur 110a über der ersten Isolationsschicht 109a oder dem zweiten Substrat 108 strukturiert und ausgebildet. In einigen Ausführungsformen wird die Verbindungsstruktur 110a ausgebildet, indem ein leitfähiges Material über dem zweiten Substrat 108 angeordnet wird und dann das leitfähige Material so strukturiert wird, dass es zu der Verbindungsstruktur 110a wird. Das leitfähige Material wird durch Elektroplattieren, Sputtern oder andere geeignete Vorgänge angeordnet. Das leitfähige Material wird durch Photolithographie, Ätzen oder andere geeignete Vorgänge strukturiert. In einigen Ausführungsformen ist die Verbindungsstruktur 110a mit der Durchkontaktierung 109 elektrisch verbunden.
  • In einigen Ausführungsformen wird ein Sensormaterial 110b über dem zweiten Substrat 108 ausgebildet und angeordnet. In einigen Ausführungsformen bedeckt das Sensormaterial 110b zumindest teilweise die Verbindungsstruktur 110a. In einigen Ausführungsformen ist das Sensormaterial 110b so konfiguriert, dass es ein Magnetfeld messen kann. In einigen Ausführungsformen ist das Sensormaterial 110b ein magnetisches Sensormaterial. In einigen Ausführungsformen wird das Sensormaterial 110b über dem zweiten Substrat 108 und einem Teil der Verbindungsstruktur 110a durch Abscheiden, Photolithographie, Ätzen oder andere geeignete Vorgänge angeordnet.
  • In einigen Ausführungsformen wird die zweite Isolationsschicht 110c über dem zweiten Substrat 108 angeordnet und bedeckt die Verbindungsstruktur 110a und das Sensormaterial 110b. In einigen Ausführungsformen ist die zweite Isolationsschicht 110c so konfiguriert, dass sie die Verbindungsstruktur 110a und das Sensormaterial 110b schützt. In einigen Ausführungsformen wird die zweite Isolationsschicht 110c durch CVD oder andere geeignete Vorgänge ausgebildet.
  • In einigen Ausführungsformen wird die Halbleiterstruktur 100' so ausgebildet, wie in 5F gezeigt ist, die eine ähnliche Konfiguration hat wie oben beschrieben und in 1A gezeigt ist. Das erste Substrat 101, das dritte Substrat 106 und das zweite Substrat 108 werden vertikal übereinandergestapelt und so wird eine Elementgröße oder ein Formfaktor der Halbleiterstruktur 100 minimiert. Weiter wird, während die zweite Sensorstruktur 110 nach dem Bonden des zweiten Substrats 108 mit dem dritten Substrat 106 unter hoher Temperatur ausgebildet wird, das Sensormaterial 110b, das leicht durch Wärme oder hohe Temperatur zerstört wird, während der Bondvorgänge bei hoher Temperatur nicht beeinträchtigt oder beschädigt.
  • In einigen Ausführungsformen wird eine Halbleiterstruktur 200' durch ein Verfahren 600 ausgebildet. Das Verfahren 600 umfasst eine Anzahl von Vorgängen und die Beschreibung und Darstellung sollte nicht als Beschränkung bezüglich der Reihenfolge der Vorgänge betrachtet werden. 6 ist eine Ausführungsform des Verfahrens 600 zur Herstellung einer Halbleiterstruktur 200'. Das Verfahren 600 umfasst eine Anzahl von Vorgängen (601, 602, 603, 604, 605 und 606).
  • In Vorgang 601 wird ein erstes Substrat 101 empfangen oder bereitgestellt, wie in 6A gezeigt ist. Der Vorgang 601 ähnelt dem Vorgang 501 in 5A. In Vorgang 602 wird ein drittes Substrat 106 über dem ersten Substrat 101 angeordnet, wie in 6B gezeigt ist. Der Vorgang 602 ähnelt dem Vorgang 502 in 5b. In Vorgang 603 wird ein Stecker 107 ausgebildet, wie in 6C gezeigt ist. Der Vorgang 603 ähnelt dem Vorgang 503 in 5C. In Vorgang 604 wird ein zweites Substrat 108 angeordnet, wie in 6D gezeigt ist. Der Vorgang 604 ähnelt dem Vorgang 504 in 5D.
  • In Vorgang 605 wird eine Durchkontaktierung 109 ausgebildet, wie in 6E gezeigt ist. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich die Durchkontaktierung 109 durch das erste Substrat 101 zu der IMD-Schicht 102 und ist mit der leitfähigen Struktur 103 und dem Stecker 107 elektrisch verbunden. In einigen Ausführungsformen wird die Durchkontaktierung 109 ausgebildet, indem ein Teil des ersten Substrats 101 und der IMD-Schicht 102 durch Photolithographie- und Ätzvorgänge oder andere geeignete Vorgänge entfernt wird und ein leitfähiges Material oder Halbleitermaterial durch Abscheiden, Elektroplattieren oder andere geeignete Vorgänge in die zweite Vertiefung 109a gefüllt wird. In einigen Ausführungsformen ist die zweite Vertiefung 109b mit einem Metall wie Kupfer gefüllt, um die Durchkontaktierung 109 als Kupfersäule auszubilden. In einigen Ausführungsformen wird die zweite Vertiefung 109b mit einem Halbleitermaterial wie Silizium, Polysilizium etc. gefüllt, um die Durchkontaktierung 109 als Siliziumsäule auszubilden. In einigen Ausführungsbeispielen ist die Durchkontaktierung 109 über dem Stecker 107, dem zweiten Bondpad 108b oder dem ersten Bondpad 106b angeordnet und mit ihnen elektrisch verbunden. In einigen Ausführungsformen ist die Durchkontaktierung 109 mit dem unteren Abschnitt 103b der leitfähigen Struktur 103 verbunden. In einigen Ausführungsformen wird eine erste Isolationsschicht 109a über dem ersten Substrat 101 und einer Seitenwand der zweiten Vertiefung 109b angeordnet, nachdem die zweite Vertiefung 109b ausgebildet wurde. In einigen Ausführungsformen wird die erste Isolationsschicht 109a durch CVD-Vorgänge oder andere geeignete Vorgänge angeordnet. In einigen Ausführungsformen ist die Durchkontaktierung 109 von der ersten Isolationsschicht 109 umgeben. In einigen Ausführungsformen ist die erste Isolationsschicht 109 zwischen der Durchkontaktierung 109 dem ersten Substrat 101 angeordnet.
  • In Vorgang 606 wird eine zweite Sensorstruktur 110 über dem ersten Substrat 101 ausgebildet, wie in 6F gezeigt ist. In einigen Ausführungsformen ist die zweite Sensorstruktur 110 so konfiguriert, dass sie ein Magnetfeld messen oder erfassen kann. In einigen Ausführungsformen ist die zweite Sensorstruktur 110 ein Magnetfeldsensor, ein Magnetsensor, ein Ein- oder Mehrachsen-Magnetsensor, ein Magnetometer, ein geomagnetischer Sensor usw. In einigen Ausführungsformen wird eine Verbindungsstruktur 110a über dem ersten Substrat 101 ausgebildet und angeordnet und ist mit der Durchkontaktierung 109 elektrisch verbunden. In einigen Ausführungsformen wird die Verbindungsstruktur 110a über der ersten Isolationsschicht 109a oder dem ersten Substrat 101 strukturiert und ausgebildet. In einigen Ausführungsformen wird die Verbindungsstruktur 110a ausgebildet, indem ein leitfähiges Material über dem ersten Substrat 101 angeordnet wird und dann das leitfähige Material so strukturiert wird, dass es zu der Verbindungsstruktur 110a wird. Das leitfähige Material wird durch Elektroplattieren, Sputtern oder andere geeignete Vorgänge angeordnet. Das leitfähige Material wird durch Photolithographie, Ätzen oder andere geeignete Vorgänge strukturiert. In einigen Ausführungsformen ist die Verbindungsstruktur 110a mit der Durchkontaktierung 109 elektrisch verbunden.
  • In einigen Ausführungsformen wird ein Sensormaterial 110b über dem ersten Substrat 101 ausgebildet und angeordnet. In einigen Ausführungsformen bedeckt das Sensormaterial 110b zumindest teilweise die Verbindungsstruktur 110a. In einigen Ausführungsformen ist das Sensormaterial 110b so konfiguriert, dass es ein Magnetfeld messen kann. In einigen Ausführungsformen ist das Sensormaterial 110b ein magnetisches Sensormaterial. In einigen Ausführungsformen wird das Sensormaterial 110b über dem ersten Substrat 101 und einem Teil der Verbindungsstruktur 110a durch Abscheiden, Photolithographie, Ätzen oder andere geeignete Vorgänge angeordnet.
  • In einigen Ausführungsformen wird die zweite Isolationsschicht 110c über dem ersten Substrat 101 angeordnet und bedeckt die Verbindungsstruktur 110a und das Sensormaterial 110b. In einigen Ausführungsformen ist die zweite Isolationsschicht 110c so konfiguriert, dass sie die Verbindungsstruktur 110a und das Sensormaterial 110b schützt. In einigen Ausführungsformen wird die zweite Isolationsschicht 110c durch CVD oder andere geeignete Vorgänge ausgebildet. In einigen Ausführungsformen wird eine Halbleiterstruktur 200' wie in 6F gezeigt ausgebildet, die eine ähnliche Konfiguration hat wie oben beschrieben und in 2 gezeigt ist.
  • In einigen Ausführungsformen wird eine Halbleiterstruktur 300 durch ein Verfahren 700 ausgebildet. Das Verfahren 700 umfasst eine Anzahl von Vorgängen und die Beschreibung und Darstellung sollte nicht als Beschränkung bezüglich der Reihenfolge der Vorgänge betrachtet werden. 7 ist eine Ausführungsform eines Verfahrens 700 zur Herstellung einer Halbleiterstruktur 300. Das Verfahren 700 umfasst eine Anzahl von Vorgängen (701, 702, 703, 704, 705, 706 und 708).
  • In Vorgang 701 wird ein erstes Substrat 101 empfangen oder bereitgestellt, wie in 7A gezeigt ist. Der Vorgang 701 ähnelt dem Vorgang 501 in 5A. In Vorgang 702 wird ein drittes Substrat 106 über dem ersten Substrat 101 angeordnet, wie in 7B gezeigt ist. Der Vorgang 702 ähnelt dem Vorgang 502 in 5B. In Vorgang 703 wird ein Stecker 107 ausgebildet, wie in 7C gezeigt ist. Der Vorgang 703 ähnelt dem Vorgang 503 in 5C. In Vorgang 704 wird ein zweites Substrat 108 angeordnet, wie in 7D gezeigt ist. Der Vorgang 704 ähnelt dem Vorgang 504 in 5D. In Vorgang 705 wird eine Durchkontaktierung 109 ausgebildet, wie in 7E gezeigt ist. Der Vorgang 705 ähnelt dem Vorgang 505 in 5E. In Vorgang 706 wird eine zweite Sensorstruktur 110 über dem zweiten Substrat 108 ausgebildet, wie in 7F gezeigt ist. Der Vorgang 706 ähnelt dem Vorgang 506 in 5F.
  • In Vorgang 707 wird ein UBM-Pad 111a über dem zweiten Substrat 108 oder einem Teil der Verbindungsstruktur 110a ausgebildet, wie in 7G gezeigt ist. In einigen Ausführungsformen ist das UBM-Pad 111a mit dem Teil der Verbindungsstruktur 110a und der Durchkontaktierung 109 elektrisch verbunden. In einigen Ausführungsformen wird das UBM-Pad 111a ausgebildet, indem ein Teil der zweiten Isolationsschicht 110c durch Ätzen oder andere geeignete Vorgänge entfernt wird und ein leitfähiges Material durch Elektroplattieren, Sputtern oder andere geeignete Vorgänge angeordnet wird. In einigen Ausführungsformen wird das UBM-Pad 111a ausgebildet, indem das leitfähige Material durch Photolithographie- und Ätzvorgänge oder andere geeignete Vorgänge strukturiert wird.
  • In Vorgang 708 wird ein leitfähiger Höcker 111b über dem UBM-Pad 111a angeordnet, wie in 7H gezeigt ist. In einigen Ausführungsformen wird der leitfähige Höcker 111b durch Ball-Mounting-Vorgänge, Schablonendruckvorgänge (Einfügen von Lötmaterial über eine Schablone) oder andere geeignete Vorgänge ausgebildet. In einigen Ausführungsformen wird der leitfähige Höcker 111b aufgeschmolzen oder thermisch gehärtet, nachdem er über dem UBM-Pad 111a angeordnet wurde. In einigen Ausführungsformen ist der leitfähige Höcker 111b mit dem UBM-Pad 111a, der Verbindungsstruktur 110a und der Durchkontaktierung 109 elektrisch verbunden. In einigen Ausführungsformen wird die Halbleiterstruktur 300 so ausgebildet, wie in 7H gezeigt ist, die eine ähnliche Konfiguration hat, wie oben beschrieben und in 3 gezeigt ist.
  • In einigen Ausführungsformen wird eine Halbleiterstruktur 400 durch ein Verfahren 800 ausgebildet. Das Verfahren 800 umfasst eine Anzahl von Vorgängen und die Beschreibung und Darstellung sollte nicht als Beschränkung bezüglich der Reihenfolge der Vorgänge betrachtet werden. 8 ist eine Ausführungsform eines Verfahrens 800 zur Herstellung einer Halbleiterstruktur 400. Das Verfahren 800 umfasst eine Anzahl von Vorgängen (801, 802, 803, 804, 805, 806, 807 und 808).
  • In Vorgang 801 wird ein erstes Substrat 101 empfangen oder bereitgestellt, wie in 8A gezeigt ist. Der Vorgang 801 ähnelt dem Vorgang 601 in 6A. In Vorgang 802 wird ein drittes Substrat 106 über dem ersten Substrat 101 angeordnet, wie in 8B gezeigt ist. Der Vorgang 802 ähnelt dem Vorgang 602 in 6B. In Vorgang 803 wird ein Stecker 107 ausgebildet, wie in 8C gezeigt ist. Der Vorgang 803 ähnelt dem Vorgang 603 in 6C. In Vorgang 804 wird ein zweites Substrat 108 angeordnet, wie in 8D gezeigt ist. Der Vorgang 804 ähnelt dem Vorgang 604 in 6D. In Vorgang 805 wird eine Durchkontaktierung 109 in dem ersten Substrat 101 ausgebildet, wie in 8E gezeigt ist. Der Vorgang 805 ähnelt dem Vorgang 605 in 6E. In Vorgang 806 wird eine zweite Sensorstruktur 110 über dem ersten Substrat 101 ausgebildet, wie in 8F gezeigt ist. Der Vorgang 806 ähnelt dem Vorgang 606 in 6F.
  • In Vorgang 807 wird ein UBM-Pad 111a über dem ersten Substrat 101b oder einem Abschnitt der Verbindungsstruktur 110a ausgebildet, wie in 8G gezeigt ist. In einigen Ausführungsformen ist das UBM-Pad 111a mit dem Teil der Verbindungsstruktur 110a und der Durchkontaktierung 109 elektrisch verbunden. In einigen Ausführungsformen wird das UBM-Pad 111a ausgebildet, indem ein Teil der zweiten Isolationsschicht 110c durch Ätzen oder andere geeignete Vorgänge entfernt wird und ein leitfähiges Material durch Elektroplattieren, Sputtern oder andere geeignete Vorgänge angeordnet wird. In einigen Ausführungsformen wird das UBM-Pad 111a ausgebildet, indem das leitfähige Material durch Photolithographie- und Ätzvorgänge oder andere geeignete Vorgänge strukturiert wird.
  • In Vorgang 808 wird ein leitfähiger Höcker 111b über dem UBM-Pad 111a angeordnet, wie in 8H gezeigt ist. In einigen Ausführungsformen ähnelt der Vorgang 808 dem Vorgang 708, der in 7H gezeigt ist. In einigen Ausführungsformen wird eine Halbleiterstruktur 400 ausgebildet, wie in 8H gezeigt ist, die eine ähnliche Konfiguration hat wie oben beschrieben und in 4 gezeigt ist.
  • In einigen Ausführungsformen wird eine Halbleiterstruktur 100 durch ein Verfahren 900 ausgebildet. Das Verfahren 900 umfasst eine Anzahl von Vorgängen und die Beschreibung und Darstellung sollte nicht als Beschränkung bezüglich der Reihenfolge der Vorgänge betrachtet werden. 9 ist eine Ausführungsform eines Verfahrens 900 zur Herstellung einer Halbleiterstruktur 100. Das Verfahren 900 umfasst eine Anzahl von Vorgängen (901, 902, 903, 904 und 905).
  • In Vorgang 901 wird ein erstes Substrat 101 empfangen oder bereitgestellt, wie in 9A gezeigt ist. In einigen Ausführungsformen umfasst das erste Substrat 101 mehrere Schaltungen und mehrere aktive Elemente wie Transistoren etc., die über oder in dem ersten Substrat 101 angeordnet sind. In einigen Ausführungsformen umfasst das erste Substrat 101 Komponenten wie CMOS-Komponenten, ASIC-Komponenten etc., die über oder in dem ersten Substrat 101 angeordnet sind. In einigen Ausführungsformen umfasst das erste Substrat 101 Halbleitermaterialien wie Silizium oder andere geeignete Materialien. In einigen Ausführungsformen ist das erste Substrat 101 ein Siliziumsubstrat oder ein Siliziumwafer. In einigen Ausführungsformen in das erste Substrat 101 ein CMOS-Substrat.
  • In Vorgang 902 wird eine erste Sensorstruktur 106a über dem ersten Substrat 101 angeordnet, wie in 9B gezeigt ist. In einigen Ausführungsformen ist die erste Sensorstruktur 106a so konfiguriert, dass sie eine Bewegung erfasst, etwa wie eine Bewegungserfassungsvorrichtung. In einigen Ausführungsformen ist die erste Sensorstruktur 106a ein Gyroskop, ein Beschleunigungsmesser, ein Ein- oder Mehrachsen-Gyroskop, ein Ein- oder Mehrachsen-Beschleunigungsmesser oder eine Ein- oder Mehrachsen-Bewegungserfassungsvorrichtung.
  • In Vorgang 903 wird ein zweites Substrat 108 über dem ersten Substrat 101 und der ersten Sensorstruktur 106a angeordnet, wie in 9C gezeigt ist. In einigen Ausführungsformen ist das zweite Substrat 108 vertikal über dem ersten Substrat 101 gestapelt. In einigen Ausführungsformen ist das zweite Substrat 108 ein Decksubstrat oder Deckwafer, um das erste Substrat 101 zu bedecken. In einigen Ausführungsformen umfasst das zweite Substrat 108 Silizium oder andere geeignete Materialien. In einigen Ausführungsformen wird das zweite Substrat 108 über dem ersten Substrat 101 durch eutektische Bondvorgänge oder andere geeignete Vorgänge gebondet. In einigen Ausführungsformen wird ein Bondpad 108b über dem zweiten Substrat 108 angeordnet. In einigen Ausführungsformen wird das zweite Substrat 108 über dem ersten Substrat 101 durch das Bondpad 108b mittels eutektischer Bondvorgänge bei einer hohen Temperatur von mehr als etwa 300°C gebondet.
  • In einigen Ausführungsformen wird ein Hohlraum 105 ausgebildet, indem ein Teil des ersten Substrats 101 oder des zweiten Substrats 108 durch Photolithographie- und Ätzvorgänge oder andere geeignete Vorgänge entfernt wird. Der Hohlraum 105 ist zwischen dem ersten Substrat 101 und dem zweiten Substrat 108 angeordnet. In einigen Ausführungsformen ist die erste Sensorstruktur 106a von dem Hohlraum 105 umgeben und in ihm beweglich.
  • In Vorgang 904 wird eine Durchkontaktierung 109 ausgebildet, wie in 9D gezeigt ist. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich die Durchkontaktierung 109 durch das zweite Substrat 108. In einigen Ausführungsformen wird die Durchkontaktierung 109 ausgebildet, indem ein Teil des zweiten Substrats 108 durch Photolithographie- und Ätzvorgänge oder andere geeignete Vorgänge entfernt wird, um eine Vertiefung 109b auszubilden, und ein leitfähiges Material oder Halbleitermaterial durch Abscheiden, Elektroplattieren oder andere geeignete Vorgänge in die Vertiefung 109b gefüllt wird. In einigen Ausführungsformen wird die Vertiefung 109b mit einem Metall wie Kupfer gefüllt, um die Durchkontaktierung 109 als Kupfersäule auszubilden. In einigen Ausführungsformen wird die Vertiefung 109b mit einem Halbleitermaterial wie Silizium, Polysilizium etc. gefüllt, um die Durchkontaktierung 109 als Siliziumsäule auszubilden. In einigen Ausführungsformen ist die Durchkontaktierung 109 über dem Bondpad 108b angeordnet und mit ihm elektrisch verbunden. In einigen Ausführungsformen wird eine erste Isolationsschicht 109a über dem zweiten Substrat 108 und einer Seitenwand der Vertiefung 109b angeordnet, nachdem die zweite Vertiefung 109b ausgebildet wurde. In einigen Ausführungsformen wird die erste Isolationsschicht 109a durch CVD-Vorgänge oder andere geeignete Vorgänge angeordnet. In einigen Ausführungsformen ist die Durchkontaktierung 109 von der ersten Isolationsschicht 109a umgeben. In einigen Ausführungsformen ist die erste Isolationsschicht 109a zwischen der Durchkontaktierung 109 und dem zweiten Substrat 108 angeordnet.
  • In Vorgang 905 wird eine zweite Sensorstruktur 110 über dem zweiten Substrat 108 ausgebildet, wie in 9E gezeigt ist. In einigen Ausführungsformen ist die zweite Sensorstruktur 110 so konfiguriert, dass sie ein Magnetfeld messen oder erfassen kann. In einigen Ausführungsformen ist die zweite Sensorstruktur 110 ein Magnetfeldsensor, ein Magnetsensor, ein Ein- oder Mehrachsen-Magnetsensor, ein Magnetometer, ein geomagnetischer Sensor usw.
  • In einigen Ausführungsformen ist die Verbindungsstruktur 110a über dem zweiten Substrat 108 ausgebildet und angeordnet und mit der Durchkontaktierung 109 elektrisch verbunden. In einigen Ausführungsformen ist die Verbindungsstruktur 110a über der ersten Isolationsschicht 109a oder dem zweiten Substrat 108 strukturiert und ausgebildet. In einigen Ausführungsformen wird die Verbindungsstruktur 110a ausgebildet, indem ein leitfähiges Material über dem zweiten Substrat 108 angeordnet wird und dann das leitfähige Material so strukturiert wird, dass es zu der Verbindungsstruktur 110a wird. Das leitfähige Material wird durch Elektroplattieren, Sputtern oder andere geeignete Vorgänge angeordnet. Das leitfähige Material wird durch Photolithographie, Ätzen oder andere geeignete Vorgänge strukturiert. In einigen Ausführungsformen ist die Verbindungsstruktur 110a mit der Durchkontaktierung 109 elektrisch verbunden.
  • In einigen Ausführungsformen wird ein Sensormaterial 110b über dem zweiten Substrat 108 ausgebildet und angeordnet. In einigen Ausführungsformen bedeckt das Sensormaterial 110b zumindest teilweise die Verbindungsstruktur 110a. In einigen Ausführungsformen ist das Sensormaterial 110b so konfiguriert, dass es ein Magnetfeld erfassen kann. In einigen Ausführungsformen ist das Sensormaterial 110b ein magnetisches Sensormaterial. In einigen Ausführungsformen wird das Sensormaterial 110b über dem zweiten Substrat 108 und einem Teil der Verbindungsstruktur 110a durch Abscheiden, Photolithographie, Ätzen oder andere geeignete Vorgänge angeordnet.
  • In einigen Ausführungsformen wird die zweite Isolationsschicht 110c über dem zweiten Substrat 108 angeordnet und bedeckt die Verbindungsstruktur 110a und das Sensormaterial 110b. In einigen Ausführungsformen ist die zweite Isolationsschicht 110c so konfiguriert, dass sie die Verbindungsstruktur 110a und das Sensormaterial 110b schützt. In einigen Ausführungsformen wird die zweite Isolationsschicht 110c durch CVD oder andere geeignete Vorgänge ausgebildet.
  • In einigen Ausführungsformen wird eine Halbleiterstruktur 100 so ausgebildet, wie in 9E gezeigt ist, die eine ähnliche Konfiguration hat wie oben beschrieben und in 1 gezeigt ist. Das erste Substrat 101 und das zweite Substrat 108 werden vertikal übereinandergestapelt und so wird eine Einrichtungsgröße oder ein Formfaktor der Halbleiterstruktur 100 minimiert. Weiter wird, während die zweite Sensorstruktur 110 nach dem Bonden des zweiten Substrats 108 über dem ersten Substrat 101 unter hoher Temperatur ausgebildet wird, das Sensormaterial 110b, das leicht durch Wärme oder hoher Temperatur zerstört wird, während der Bondvorgänge bei hoher Temperatur nicht beeinträchtigt oder beschädigt.
  • In einigen Ausführungsformen wird eine Halbleiterstruktur 200' durch ein Verfahren 1000 ausgebildet. Das Verfahren 1000 umfasst eine Anzahl von Vorgängen und die Beschreibung und Darstellung sollte nicht als Beschränkung bezüglich der Reihenfolge der Vorgänge betrachtet werden. 10 ist eine Ausführungsform eines Verfahrens 1000 zur Herstellung einer Halbleiterstruktur 200'. Das Verfahren 1000 umfasst eine Anzahl von Vorgängen (1001, 1002, 1003, 1004 und 1005).
  • In Vorgang 1001 wird ein erstes Substrat 101 empfangen oder bereitgestellt, wie in 9A gezeigt ist. Der Vorgang 1001 ähnelt dem Vorgang 901 in 9A. In Vorgang 1002 wird eine erste Sensorstruktur 106a über dem ersten Substrat 101 angeordnet, wie in 10B gezeigt ist. Der Vorgang 1002 ähnelt dem Vorgang 902 in 9B. In Vorgang 1003 wird ein zweites Substrat 108 angeordnet, wie in 10C gezeigt ist. Der Vorgang 1003 ähnelt dem Vorgang 903 in 9C.
  • In Vorgang 1004 wird eine Durchkontaktierung 109 ausgebildet, wie in 10D gezeigt ist. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich die Durchkontaktierung 109 durch das erste Substrat 101. In einigen Ausführungsformen wird die Durchkontaktierung 109 ausgebildet, indem ein Teil des ersten Substrats 101 durch Photolithographie- und Ätzvorgänge oder andere geeignete Vorgänge entfernt wird und ein leitfähiges Material oder Halbleitermaterial durch Abscheiden, Elektroplattieren oder andere geeignete Vorgänge in die Vertiefung 109b gefüllt wird. In einigen Ausführungsformen wird die Vertiefung 109b mit einem Metall wie Kupfer gefüllt, um die Durchkontaktierung 109 als Kupfersäule auszubilden. In einigen Ausführungsformen wird die Vertiefung 109b mit einem Halbleitermaterial wie Silizium, Polysilizium etc. gefüllt, um die Durchkontaktierung 109 als Siliziumsäule auszubilden. In einigen Ausführungsformen wird die Durchkontaktierung 109 über einer leitfähigen Struktur in dem ersten Substrat 101 angeordnet und mit ihr elektrisch verbunden. In einigen Ausführungsformen wird eine erste Isolationsschicht 109a über dem ersten Substrat 101 und einer Seitenwand der Vertiefung 109b angeordnet. In einigen Ausführungsformen wird die erste Isolationsschicht 109a durch CVD-Vorgänge oder andere geeignete Vorgänge angeordnet. In einigen Ausführungsformen ist die Durchkontaktierung 109 von der ersten Isolationsschicht 109a umgeben. In einigen Ausführungsformen ist die erste Isolationsschicht 109a zwischen der Durchkontaktierung 109 dem ersten Substrat 101 angeordnet.
  • In Vorgang 1005 wird eine zweite Sensorstruktur 110 über dem ersten Substrat 101 ausgebildet, wie in 10E gezeigt ist. In einigen Ausführungsformen ist die zweite Sensorstruktur 110 so konfiguriert, dass sie ein Magnetfeld messen oder erfassen kann. In einigen Ausführungsformen ist die zweite Sensorstruktur 110 ein Magnetfeldsensor, ein Magnetsensor, ein Ein- oder Mehrachsen-Magnetsensor, ein Magnetometer, ein geomagnetischer Sensor usw. In einigen Ausführungsformen wird eine Verbindungsstruktur 110a über dem ersten Substrat 101 ausgebildet und angeordnet und ist mit der Durchkontaktierung 109 elektrisch verbunden. In einigen Ausführungsformen ist die Verbindungsstruktur 110a über der ersten Isolationsschicht 109a oder dem ersten Substrat 101 strukturiert und ausgebildet. In einigen Ausführungsformen wird die Verbindungsstruktur 110a ausgebildet, indem ein leitfähiges Material über dem ersten Substrat 101 angeordnet wird und dann das leitfähige Material so strukturiert wird, dass es zu der Verbindungsstruktur 110a wird. Das leitfähige Material wird durch Elektroplattieren, Sputtern oder andere geeignete Vorgänge angeordnet. Das leitfähige Material wird durch Photolithographie, Ätzen oder andere geeignete Vorgänge strukturiert. In einigen Ausführungsformen ist die Verbindungsstruktur 110a mit der Durchkontaktierung 109 elektrisch verbunden.
  • In einigen Ausführungsformen wird ein Sensormaterial 110b über dem ersten Substrat 101 ausgebildet und angeordnet. In einigen Ausführungsformen bedeckt das Sensormaterial 110b zumindest teilweise die Verbindungsstruktur 110a. In einigen Ausführungsformen ist das Sensormaterial 110b so konfiguriert, dass es ein Magnetfeld erfassen kann. In einigen Ausführungsformen ist das Sensormaterial 110b ein magnetisches Sensormaterial. In einigen Ausführungsformen wird das Sensormaterial 110b über dem ersten Substrat 101 und einem Teil der Verbindungsstruktur 110a durch Abscheiden, Photolithographie, Ätzen oder andere geeignete Vorgänge angeordnet.
  • In einigen Ausführungsformen wird die zweite Isolationsschicht 110c über dem ersten Substrat 101 angeordnet und bedeckt die Verbindungsstruktur 110a und das Sensormaterial 110b. In einigen Ausführungsformen ist die zweite Isolationsschicht 110c so konfiguriert, dass sie die Verbindungsstruktur 110a und das Sensormaterial 110b schützt. In einigen Ausführungsformen wird die zweite Isolationsschicht 110c durch CVD oder andere geeignete Vorgänge ausgebildet. In einigen Ausführungsformen wird die Halbleiterstruktur 200 so ausgebildet, wie in 10E gezeigt ist, die eine ähnliche Konfiguration hat wie oben beschrieben und in 2 gezeigt ist.
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Halbleiterstruktur, die mehrere Vorrichtungen umfasst, die auf einem Substrat integriert sind. Die Halbleiterstruktur weist ein Substrat und eine oder mehrere Vorrichtungen auf, die über dem Substrat angeordnet und durch mehrere leitfähige Durchkontaktierungen integriert sind. Die Integration der Vorrichtungen durch die leitfähigen Durchkontaktierungen ermöglicht Stapelung der Vorrichtungen übereinander, um die Elementgröße der Halbleiterstruktur zu verringern. Weiter kann eine magnetische Sensorstruktur nach Abschluss von Hochtemperaturverfahren wie Waferbondvorgängen hergestellt werden. Als solches wird die magnetische Sensorstruktur durch die hohe Temperatur nicht beschädigt oder beeinträchtigt.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst eine Halbleiterstruktur ein erstes Substrat, ein zweites Substrat, eine erste Sensorstruktur über dem ersten Substrat und zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat, eine Durchkontaktierung, die sich durch das zweite Substrat erstreckt, und eine zweite Sensorstruktur über dem zweiten Substrat und aufweisend eine Verbindungsstruktur, die mit der Durchkontaktierung elektrisch verbunden ist, und ein Sensormaterial, das zumindest teilweise die Verbindungsstruktur bedeckt.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst die Durchkontaktierung leitfähiges Material oder Halbleitermaterial. In einigen Ausführungsbeispielen verbindet die Durchkontaktierung die Verbindungsstruktur elektrisch mit einem Bondpad, das über dem zweiten Substrat und gegenüber der Verbindungsstruktur angeordnet ist. In einigen Ausführungsformen umfasst die Halbleiterstruktur weiter ein erstes Bondpad über dem ersten Substrat und ein zweites Bondpad über der Durchkontaktierung und dem zweiten Substrat, wobei das zweite Substrat über dem ersten Substrat durch eutektisches Bonden des ersten Bondpads mit dem zweiten Bondpad gebondet ist. In einigen Ausführungen umfasst die Halbleiterstruktur weiter eine erste Isolationsschicht über dem zweiten Substrat und zwischen dem zweiten Substrat und der Durchkontaktierung. In einigen Ausführungen umfasst die Halbleiterstruktur weiter eine zweite Isolationsschicht über dem zweiten Substrat und der Verbindungsstruktur und das Sensormaterial bedeckend. In einigen Ausführungsformen ist die erste Sensorstruktur innerhalb eines Hohlraums beweglich, der durch das erste Substrat und das zweite Substrat definiert ist. In einigen Ausführungsformen ist die erste Sensorstruktur ein Beschleunigungsmesser, ein Gyroskop oder eine Bewegungserfassungsvorrichtung. In einigen Ausführungsformen ist das Sensormaterial ein magnetisches Sensormaterial zum Erfassen eines Magnetfelds und die Verbindungsstruktur eine magnetische Messelektrode zum Senden eines elektrischen Signals entsprechend dem Magnetfeld, das von dem Sensormaterial erfasst wird. In einigen Ausführungsformen umfasst das Sensormaterial anisotropes magnetoresistives Material (AMR), Riesenmagnetowiderstands-Material (GMR) oder Tunnel-magnetoresistives Material (TMR). In einigen Ausführungsformen umfasst die Halbleiterstruktur weiterhin ein UBM-Pad über einem Abschnitt der Verbindungsstruktur und elektrisch verbunden mit der Durchkontaktierung und einen leitfähigen Höcker über dem UBM-Pad.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst eine Halbleiterstruktur ein erstes Substrat, das eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche gegenüber der ersten Oberfläche aufweist, ein zweites Substrat über der ersten Oberfläche des ersten Substrats, eine erste Sensorstruktur über der ersten Oberfläche des ersten Substrats und zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat, eine Durchkontaktierung, die das erste Substrat durchquert, und eine zweite Sensorstruktur über der zweiten Oberfläche des ersten Substrats und aufweisend eine Verbindungsstruktur, die mit der Durchkontaktierung elektrisch verbunden ist, und ein Sensormaterial, das die Verbindungsstruktur zumindest teilweise bedeckt.
  • In einigen Ausführungsformen erstreckt sich die Durchkontaktierung von der zweiten Oberfläche des ersten Substrats zu der ersten Oberfläche des ersten Substrats. In einigen Ausführungen umfasst die Halbleiterstruktur weiter eine erste Isolationsschicht über dem ersten Substrat und zwischen dem ersten Substrat und der Durchkontaktierung. In einigen Ausführungsformen umfasst die Halbleiterstruktur weiter eine zweite Isolationsschicht über dem ersten Substrat und die Verbindungsstruktur und das Sensormaterial bedeckend. In einigen Ausführungsformen umfasst die Halbleiterstruktur weiterhin einen Hohlraum zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat und die erste Sensorstruktur umgebend, wobei der Hohlraum in einem Vakuum ist oder einen Gasdruck von weniger als etwa 1 Atmosphärendruck (atm) hat.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterstruktur das Empfangen eines ersten Substrats, das Anordnen einer ersten Sensorstruktur, das Anordnen eines zweiten Substrats über dem ersten Substrat und der ersten Sensorstruktur, das Ausbilden einer Durchkontaktierung, die sich durch das zweite Substrat erstreckt, das Ausbilden einer zweiten Sensorstruktur, die eine Verbindungsstruktur aufweist, die über dem zweiten Substrat angeordnet ist und mit der Durchkontaktierung elektrisch verbunden ist, und eines Sensormaterials, das zumindest teilweise die Verbindungsstruktur bedeckt.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst das Ausbilden der Durchkontaktierung das Entfernen eines Teils des zweiten Substrats, um eine Vertiefung auszubilden, und das Füllen der Vertiefung mit einem leitfähigen Material oder Halbleitermaterial. In einigen Ausführungsformen umfasst das Anordnen des zweiten Substrats das Bonden des zweiten Substrats über dem ersten Substrat durch eutektische Bondvorgänge. In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner das Anordnen einer ersten Isolationsschicht über dem zweiten Substrat und zwischen dem zweiten Substrat und der Durchkontaktierung, das Anordnen einer zweiten Isolationsschicht, die die Verbindungsstruktur und das Sensormaterial bedeckt, das Ausbilden eines Hohlraums, der zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat angeordnet ist und die erste Sensorstruktur umgibt.

Claims (20)

  1. Halbleiterstruktur, umfassend: ein erstes Substrat; ein zweites Substrat; eine erste Sensorstruktur über dem ersten Substrat und zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat; eine Durchkontaktierung, die sich durch das zweite Substrat erstreckt; und eine zweite Sensorstruktur über dem zweiten Substrat und mit einer Verbindungsstruktur, die mit der Durchkontaktierung elektrisch verbunden ist, und einem Sensormaterial, das zumindest teilweise die Verbindungsstruktur bedeckt.
  2. Halbleiterstruktur nach Anspruch 1, wobei die Durchkontaktierung leitfähiges Material oder Halbleitermaterial aufweist.
  3. Halbleiterstruktur nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Durchkontaktierung die Verbindungsstruktur mit einem Bondpad elektrisch verbindet, das über dem zweiten Substrat und gegenüber der Verbindungsstruktur angeordnet ist.
  4. Halbleiterstruktur nach einem der vorangegangenen Ansprüche, die weiter ein erstes Bondpad über dem ersten Substrat und ein zweites Bondpad über der Durchkontaktierung und dem zweiten Substrat aufweist, wobei das zweite Substrat über dem ersten Substrat durch eutektisches Bonden des ersten Bondpads mit dem zweiten Bondpad gebondet ist.
  5. Halbleiterstruktur nach einem der vorangegangenen Ansprüche, die weiter eine erste Isolationsschicht über dem zweiten Substrat und zwischen dem zweiten Substrat und der Durchkontaktierung aufweist.
  6. Halbleiterstruktur nach einem der vorangegangenen Ansprüche, die weiter eine zweite Isolationsschicht über dem zweiten Substrat aufweist, welche die Verbindungsstruktur und das Sensormaterial bedeckt.
  7. Halbleiterstruktur nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die erste Sensorstruktur innerhalb eines Hohlraums beweglich ist, der durch das erste Substrat und das zweite Substrat definiert ist.
  8. Halbleiterstruktur nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die erste Sensorstruktur ein Beschleunigungsmesser, ein Gyroskop oder eine Bewegungserfassungsvorrichtung ist.
  9. Halbleiterstruktur nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Sensormaterial ein magnetisches Sensormaterial zum Erfassen eines Magnetfelds ist, und die Verbindungsstruktur eine magnetische Messelektrode zum Senden eines elektrischen Signals entsprechend dem Magnetfeld, das von dem Sensormaterial erfasst wird, ist.
  10. Halbleiterstruktur nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Sensormaterial anisotropes magnetoresistives Material (AMR), Riesenmagnetowiderstands-Material (GMR) oder Tunnel-magnetoresistives Material (TMR) umfasst.
  11. Halbleiterstruktur nach einem der vorangegangenen Ansprüche, die weiterhin ein UBM-Pad über einem Abschnitt der Verbindungsstruktur und elektrisch verbunden mit der Durchkontaktierung und einen leitfähigen Höcker über dem UBM-Pad umfasst.
  12. Halbleiterstruktur, umfassend: ein erstes Substrat, das eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche gegenüber der ersten Oberfläche aufweist; ein zweites Substrat über der ersten Oberfläche des ersten Substrats; eine erste Sensorstruktur über der ersten Oberfläche des ersten Substrats und zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat; eine Durchkontaktierung, die durch das erste Substrat verläuft; und eine zweite Sensorstruktur über der zweiten Oberfläche des ersten Substrats und mit einer Verbindungsstruktur, die mit der Durchkontaktierung elektrisch verbunden ist, und einem Sensormaterial, das die Verbindungsstruktur zumindest teilweise bedeckt.
  13. Halbleiterstruktur nach Anspruch 12, wobei sich die Durchkontaktierung von der zweiten Oberfläche des ersten Substrats zu der ersten Oberfläche des ersten Substrats erstreckt.
  14. Halbleiterstruktur nach Anspruch 12 oder 13, die weiter eine erste Isolationsschicht über dem ersten Substrat und zwischen dem ersten Substrat und der Durchkontaktierung aufweist.
  15. Halbleiterstruktur nach einem der Ansprüche 12 bis 14, die weiter eine zweite Isolationsschicht über dem ersten Substrat aufweist, welche die Verbindungsstruktur und das Sensormaterial bedeckt.
  16. Halbleiterstruktur nach einem der Ansprüche 12 bis 15, die weiterhin einen Hohlraum zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat und die erste Sensorstruktur umgebend aufweist, wobei der Hohlraum in einem Vakuum ist oder einen Gasdruck von weniger als etwa 1 Atmosphärendruck (atm) hat.
  17. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterstruktur, umfassend: Empfangen eines ersten Substrats; Aufbringen einer ersten Sensorstruktur; Aufbringen eines zweiten Substrats über dem ersten Substrat und der ersten Sensorstruktur; Ausbilden einer Durchkontaktierung, die sich durch das zweite Substrat erstreckt; und Ausbilden einer zweiten Sensorstruktur, die eine Verbindungsstruktur aufweist, die über dem zweiten Substrat angeordnet ist und mit der Durchkontaktierung elektrisch verbunden ist, und eines Sensormaterials, das die Verbindungsstruktur zumindest teilweise bedeckt.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Ausbilden der Durchkontaktierung das Entfernen eines Teils des zweiten Substrats, um eine Vertiefung auszubilden, und das Füllen der Vertiefung mit einem leitfähigen Material oder Halbleitermaterial umfasst.
  19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, wobei das Anordnen des zweiten Substrats das Bonden des zweiten Substrats über dem ersten Substrat durch eutektische Bondvorgänge umfasst.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, ferner umfassend: Anordnen einer ersten Isolationsschicht über dem zweiten Substrat und zwischen dem zweiten Substrat und der Durchkontaktierung; Anordnen einer zweiten Isolationsschicht, die die Verbindungsstruktur und das Sensormaterial bedeckt; Ausbilden eines Hohlraums zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat, welcher die erste Sensorstruktur umgibt.
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