DE102016125428A1

DE102016125428A1 - Sensorvorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE102016125428A1
Application number: DE102016125428.2A
Authority: DE
Inventors: Marten Oldsen
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2016-01-29
Filing date: 2016-12-22
Publication date: 2017-08-03
Anticipated expiration: 2036-12-23
Also published as: KR20170091055A; DE102016125437A1; CN107032286B; DE102016125428B4; US9643837B1; US9670057B1; CN107032286A

Abstract

Eine Sensorvorrichtung (1) kann eine elektronische Vorrichtung enthalten, die wenigstens eine integrierte Schaltungsvorrichtung und einen MEMS-Sensor (20) aufweist, die jeweils mit einem Halbleitersubstrat (10) monolithisch integriert sind. Die Sensorvorrichtung (1) kann eine Aufhängungsstruktur (50) enthalten, die den MEMS-Sensor (20) über einem rückseitigen Hohlraum (22) innerhalb des Halbleitersubstrats (10) aufhängt. Bei der Aufhängungsstruktur (50) kann es sich um Federn oder eine Federstruktur handeln, die durch Ätzen der Vorderseite (10a) des Substrats (10) gebildet sind/ist.

Description

Verschiedene Ausführungsformen betreffen im Allgemeinen Sensorvorrichtungen und Verfahren zum Herstellen von Sensorvorrichtungen.
Elektronische Vorrichtungen können mikroelektromechanische Systeme (MEMS) enthalten, die in einer Vielzahl von Vorrichtungen und Anwendungen verwendet werden. MEMS können beispielsweise einen Drucksensor enthalten. Der Markt für Verbraucher-Drucksensoren wird hauptsächlich ASP-getrieben. Der Hauptkostenfaktor für heutige Drucksensormodule ist der Quasi-Standard LGA-Baugruppe mit offenem Hohlraum, die 60 % der Herstellungskosten repräsentieren kann. Im Allgemeinen kann es wünschenswert sein, eine kostengünstige Gussbaugruppe zu verwenden, um die Herstellungskosten zu reduzieren. Einige MEMS, wie z. B. Drucksensoren, sind sehr empfindlich gegen mechanische Belastung. Dicker Silikonklebstoff innerhalb einer Baugruppe kann verwendet werden, um mechanische Belastung von einem MEMS durch einen dicken Silikonklebstoff innerhalb der Baugruppe zu entkoppeln. Belastungsentkopplung auf Baugruppenebene mit Silikonklebstoff ist jedoch nicht in Standard-Gussbaugruppen möglich. Zusätzlich kann die Gussverbindung Belastung ausüben, was von Umgebungsfaktoren wie z. B. Feuchte und Temperatur abhängt. Als eine Folge ist es nicht möglich, Drucksensor-Gussbaugruppen zu verwenden.
In verschiedenen Ausführungsformen kann eine Sensorvorrichtung eine elektronische Vorrichtung enthalten, die ein Halbleitersubstrat, das wenigstens eine integrierte Schaltung und einen MEMS-Sensor aufweist, wobei der MEMS-Sensor eine Membran enthält, einen rückseitigen Hohlraum innerhalb des Halbleitersubstrats, der unterhalb des MEMS-Sensors angeordnet ist und sich zu einer Rückseite des Halbleitersubstrats erstreckt, und eine Aufhängungsstruktur, die wenigstens die Membran des MEMS-Sensors in dem Halbleitersubstrat aufhängt; eine Gussmasse, die das Halbleitersubstrat teilweise einkapselt, enthält. Die Sensorvorrichtung kann ferner einen Sensoreingang enthalten, der eine Öffnung in der Gussmasse an der Vorderseite des Substrats aufweist, die wenigstens die MEMS-Sensormembran zu einer Umgebung außerhalb der Sensorvorrichtung freilegt. Die wenigstens eine integrierte Schaltung und der MEMS-Sensor können in einem Halbleitersubstrat monolithisch integriert sein.
In den Zeichnungen beziehen sich gleiche Bezugszeichen im Allgemeinen auf dieselben Teile durchgehend durch die unterschiedlichen Ansichten. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgerecht, stattdessen ist im Allgemeinen die Darstellung der Prinzipien der Erfindung hervorgehoben. In der folgenden Beschreibung sind verschiedene Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die folgenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer Sensorvorrichtung zeigt, die wenigstens eine integrierte Schaltungsvorrichtung und einen MEMS-Sensor, die monolithisch integriert sind, gemäß wenigstens einer beispielhaften Ausführungsform enthält.
2 ein Ablaufplan eines Verfahrens zum Herstellen einer Sensorvorrichtung ist, die wenigstens eine integrierte Schaltungsvorrichtung und einen MEMS-Sensor, die monolithisch integriert sind, gemäß wenigstens einer beispielhaften Ausführungsform enthält.
3A–3J Ansichten von Stufen eines Substrats sind, das bearbeitet wird, um eine Sensorvorrichtung gemäß wenigstens einer beispielhaften Ausführungsform zu bilden;
4A–4C eine Querschnittsansicht, eine perspektivische Draufsicht und eine perspektivische Querschnittsansicht von oben einer Sensorvorrichtung zeigen, die wenigstens eine integrierte Schaltungsvorrichtung und einen MEMS-Sensor enthält, die monolithisch auf einem Substrat integriert sind, gemäß wenigstens einer beispielhaften Ausführungsform;
5A eine perspektivische Ansicht einer Aufhängungsstruktur eines Substrats gemäß wenigstens einer beispielhaften Ausführungsform zeigt; und
5B ein Diagramm ist, das das Angeben der Spannungs- oder Belastungsentkopplung der Aufhängungsstruktur von 5A gemäß wenigstens einer beispielhaften Ausführungsform zeigt.
6A–6C Substrate zeigen, die herkömmliche Federn enthalten.
7A–7F Substrate zeigen, die Federn gemäß wenigstens einer beispielhaften Ausführungsform enthalten.
8A–8B ein Substrat mit Federn gemäß wenigstens einer beispielhaften Ausführungsform zeigen.
Die folgende ausführliche Beschreibung bezieht sich auf die begleitenden Zeichnungen, die durch Darstellung spezifische Einzelheiten und Ausführungsformen, in denen die Erfindung praktiziert werden kann, zeigen.
Das Wort "beispielhaft" ist hier so verwendet, dass es "als ein Beispiel, eine Instanz oder Darstellung dienend" bedeutet. Jede Ausführungsform oder Konstruktion, die hier als "beispielhaft" beschrieben ist, soll nicht notwendigerweise als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Ausführungsformen oder Konstruktionen gedeutet werden.
Das Wort "über", das in Bezug auf ein aufgebrachtes Material verwendet ist, das "über" einer Seite oder Oberfläche gebildet ist, kann hier so verwendet sein, dass es bedeutet, dass das aufgebrachte Material "direkt auf", z. B. in direktem Kontakt mit, der implizierten Seite oder Oberfläche gebildet sein kann. Das Wort "über", das in Bezug auf ein aufgebrachtes Material verwendet ist, das "über" einer Seite oder Oberfläche gebildet ist, kann hier so verwendet sein, dass es bedeutet, dass das aufgebrachte Material "indirekt" auf der implizierten Seite oder Oberfläche gebildet ist mit einer oder mehreren zusätzlichen Schichten, die zwischen der implizierten Seite oder Oberfläche und dem aufgebrachten Material angeordnet sind.
Der Begriff "Verbindung" kann sowohl eine indirekte "Verbindung" als auch eine direkte "Verbindung" enthalten.
Wenn auf Halbleitervorrichtungen Bezug genommen ist, sind Vorrichtungen mit mindestens zwei Anschlüssen gemeint, ein Beispiel ist eine Diode. Halbleitervorrichtungen können auch Vorrichtungen mit drei Anschlüssen sein wie z. B. Feldeffekttransistoren (FET), Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBT), Sperrschicht-Feldeffekttransistoren (JFET) und Thyristoren, um einige wenige zu nennen. Die Halbleitervorrichtungen können auch mehr als drei Anschlüsse enthalten. Gemäß einer Ausführungsform sind Halbleitervorrichtungen Leistungsvorrichtungen. Integrierte Schaltungen können mehrere integrierte Vorrichtungen enthalten.
In verschiedenen Ausführungsformen enthält eine Sensorvorrichtung wenigstens eine integrierte Schaltung und einen MEMS-Sensor, die beide in einem Halbleitersubstrat oder Wafer monolithisch integriert sind. In Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen sind hier beschriebene Aufhängungsstrukturen in dem Substrat/Wafer eingearbeitet oder gebildet. Die Aufhängungsstruktur kann Feder(n) oder eine Feder sein, die in dem Substrat oder Wafer gebildet ist (sind).
1 zeigt eine Querschnittsansicht und Darstellung einer Sensorvorrichtung 1, die wenigstens eine integrierte Schaltungsvorrichtung und einen MEMS-Sensor enthält, die in oder auf einem Substrat monolithisch integriert sind, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. In 1 enthält die Sensorvorrichtung eine elektronische Vorrichtung 5. Die elektronische Vorrichtung 5 kann beispielsweise ein Halbleiterchip oder ein Teil davon sein. Die in 1 gezeigte elektronische Vorrichtung 5 enthält ein Halbleitersubstrat 10, das wenigstens eine integrierte Schaltungsvorrichtung 15 und einen MEMS-Sensor 20 aufweist. In Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen sind die integrierte Schaltungsvorrichtung 15 und der MEMS-Sensor 20 jeweils in dem Halbleitersubstrat 10 monolithisch integriert.
Das Substrat 10 und andere Halbleiterschicht(en) oder Wafer, die hier beschrieben sind, können aus irgendeinem geeigneten Halbleitermaterial hergestellt sein. Beispiele für solche Materialien enthalten, ohne darauf beschränkt zu sein, elementare Halbleitermaterialien wie z. B. Silizium (Si), Gruppe-IV-Verbundhalbleitermaterialien wie z. B. Siliziumcarbid (SiC) oder Silizium-Germanium (SiGe), binäre, ternäre oder quarternäre III-V-Halbleitermaterialien, wie z. B. Galliumarsenid (GaAs), Galliumphosphid (GaP), Indiumphosphid (InP), Galliumnitrid (GaN), Aluminium-Galliumnitrid (AlGaN), Indium-Galliumphosphid (InGaPa) oder Indium-Galliumarsenid-Phosphid (InGaAsP) oder Indium-Galliumarsenid-Phosphid (In-GaAsP) und binäre oder ternäre II-VI-Halbleitermaterialien, wie z. B. Cadmiumtellurid (CdTe) und Quecksilber-Cadmiumtellurid (HgCdTe), um einige wenige zu nennen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die wenigstens eine integrierte Schaltungsvorrichtung 15 eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) sein. Die wenigstens eine integrierte Schaltung kann außerdem Halbleitervorrichtungen (z. B. Transistoren, Dioden) und andere Schaltungselemente enthalten, wie beispielsweise Widerstände, Kondensatoren usw., die unter Verwendung bekannter Halbleiterprozesse hergestellt sind.
Der MEMS-Sensor 20 kann ein oder mehrere Abfühlelemente 25 wie z. B. eine Membran oder irgendeinen anderen Typ eines Sensorelements enthalten. In verschiedenen Ausführungsformen kann der MEMS-Sensor 20 ein Drucksensor mit einer/m Membran/Diaphragma sein.
Das Substrat 10 von 1 enthält einen rückseitigen Hohlraum 22, der sich unterhalb des MEMS-Sensors 20 befindet. Das heißt, der MEMS-Sensor 20 bedeckt den rückseitigen Hohlraum wenigstens teilweise. Der rückseitige Hohlraum 22 ist innerhalb des Substrats 10 gebildet und erstreckt sich von einer Unterseite 10b des Substrats innerhalb eines vorbestimmten Abstands des MEMS-Sensors.
Das Substrat 10 von 1 enthält eine Aufhängungsstruktur 50 (nicht gezeigt). Die Aufhängungsstruktur 50 kann den MEMS-Sensor 20 aufhängen, um Entkopplung von mechanischer Belastung bereitzustellen.
Die Aufhängungsstruktur 50 von 1 kann innerhalb von Gräben 40 gebildet sein und sich dort befinden. Die Gräben 40 können den MEMS-Sensor 20 wenigstens teilweise umgeben. Wie in 1 gezeigt ist, erstrecken sich die Gräben 40 von einer Vorderseite 10a des Substrats 10, um den rückseitigen Hohlraum 22 zu erreichen.
Die elektronische Vorrichtung 5 von 1 ist teilweise eingekapselt. Die Gussmasse 70 bedeckt sowohl Seitenwände des Substrats 10 als auch Abschnitte der Vorderseite 10a des Substrats 10, um eine Öffnung oder einen Sensoreingang 80 in der Gussmasse zu bilden. Die Öffnung oder der Sensoreingang 80 stellt eine Öffnung in der Gussmasse 80 bereit, die einen Abschnitt der Vorderseite 10a des Substrats 10 und zu dem MEMS-Sensor 25 freilegt, und stellt ferner eine Öffnung oder einen Durchlass zwischen der MEMS-Sensormembran und einer Umgebung außerhalb der Abfühlvorrichtung 1 bereit. Beispielsweise kann in dem Fall eines Drucksensors ein Sensoreingang wie z. B. der Sensoreingang 80 die Membran des Drucksensors zu einer Umgebung der Abfühlvorrichtung 1 freilegen. Die Gussmasse kann durch irgendeinen geeigneten Gussprozess gebildet sein, wie beispielsweise unter Verwendung von folienunterstützter Gusstechnologie (FAM-Technologie) in einer beispielhaften Ausführungsform. In einer weiteren Ausführungsform kann der Sensoreingang 80 unter Verwendung von durchgehender Lithographie gebildet werden, beispielsweise unter Verwendung von SU8-Photoresist, um den Sensoreingang 80 durch Ätzen zu erzeugen.
1 zeigt ferner die elektronische Vorrichtung 5, die auf einen Träger 100 montiert ist. Das Substrat 10 kann an dem Träger 100 angebracht sein oder daran haften mit Hilfe eines Klebemittels 60 wie beispielsweise leitfähigem und nicht leitfähigem Epoxidklebstoff, Chip-Anbringfolie, Silikonklebstoff und/oder Waferrückseitenbeschichtung, um einige wenige zu nennen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Aufhängungsstruktur 50 Belastungsentkopplung auf Chip-Ebene oder Baugruppenebene bereitstellen. Die Aufhängungsstruktur 50 kann in Form von Feder(n) sein. Die Gräben 40 können durch einen Grabenätzprozess gebildet werden, der die Feder(n) oder Federstruktur produziert. Das heißt, die Gräben 40 können die Federn definieren, die Aufhängung für den MEMS-Sensor 20 bereitstellen.
2 zeigt einen Ablaufplan zum Herstellen einer Sensorvorrichtung, die einen MEMS-Sensor und eine oder mehrere integrierte Schaltungsvorrichtungen enthält, die jeweils in ein Substrat der Sensorvorrichtung monolithisch integriert sind, gemäß einer oder mehreren beispielhaften Ausführungsformen.
3A–3G sind Querschnittsansichten eines Halbleitersubstrats in verschiedenen Stufen zum Bilden einer Sensorvorrichtung mit monolithisch integriertem MEMS-Sensor und einer oder mehreren integrierten Schaltungsvorrichtungen gemäß beispielhaften Ausführungsformen.
Bezug nehmend auf 2 ist ein Halbleitersubstrat bereitgestellt, das wenigstens eine integrierte Schaltung und einen MEMS-Sensor enthält. In wenigstens einer Ausführungsform sind die wenigstens eine integrierte Schaltung und der MEMS-Sensor in dem Halbleitersubstrat monolithisch gebildet. Die wenigstens eine integrierte Schaltung und der MEMS-Sensor können auf einer Seite des Halbleitersubstrats gebildet sein, wie beispielsweise einer Vorderseite des Substrats. Die wenigstens eine integrierte Schaltung kann unter Verwendung irgendeiner geeigneten und bekannten Halbleiter- und MEMS-Herstellungstechnik gebildet sein, z. B. Abscheiden, Ätzen, Lithographie usw. In Ausführungsformen können der wenigstens eine MEMS-Sensor und die wenigstens eine integrierte Schaltung in irgendeiner angemessenen und geeigneten Reihenfolge gebildet werden.
3A zeigt einen Abschnitt 310 eines Halbleitersubstrats 300. Das heißt, das Halbleitersubstrat 310 kann auf oder über einer oder mehreren anderen Halbleiterschichten angeordnet sein, wie später gezeigt ist. Das Halbleitersubstrat 300 kann ein Bereich eines Wafers sein wie z. B. nach Vereinzelung. Der Substratabschnitt 310 enthält einen Logikfeldbereich 310a seitlich benachbart einem Sensorfeldbereich 310b. Der Logikfeldbereich 310a kann wenigstens eine Logikvorrichtung wie z. B. eine ASIC, FPGA usw. beinhalten oder enthalten. Der Sensorfeldbereich 310b kann wenigstens eine Sensorvorrichtung, z. B. einen MEMS-Sensor, beinhalten.
Ferner kann der obere Abschnitt 310 anfangs eine teilweise gebildete Sensorvorrichtung, z. B. einen Drucksensor oder einen anderen Typ eines Sensors, enthalten. In diesem Fall enthält das Sensorfeld 310b Elektrodenanschlüsse 320 und dazwischen eine feste Elektrode 330. Die Elektrodenanschlüsse 320 können unter Verwendung irgendeines geeigneten Materials wie z. B. Siliziumoxid in einem Beispiel gebildet sein. Ferner, wie gezeigt ist, kann eine Opferschicht 340 über dem oberem Substratabschnitt 310 gebildet sein. In der Ausführungsform von 3A enthält die Opferschicht 340 Schichten von Nitrid 340a und Kohlenstoff 340b, die über oder auf dem Logikfeld 310a und dem Sensor 310b angeordnet sind und zum Bilden eines Diaphragmas oder andere Typen von Sensorelementen verwendet werden. In anderen Ausführungsformen kann die Opferschicht eine oder mehrere andere Typen von Schichten enthalten, die andere Materialien enthalten, wie beispielsweise Siliziumoxid, Polyimid und ein oder mehrere Metalle (z. B. Aluminium)
Als Nächstes ist in der Ausführungsform von 3B die Opferschicht 340 strukturiert worden, um eine strukturierte Opferschicht 340a zu bilden. Die Opferschicht 340 kann durch Entfernen eines oder mehrerer Abschnitte der Opferschicht 340 über dem Sensorfeld 310b geätzt werden. Die Opferschicht 340 kann unter Verwendung irgendeines/r geeigneten Ätz- oder Lithographieprozesses oder -technik strukturiert werden.
Nach dem Bilden der strukturierten Opferschicht 340a kann eine Membranschicht 350 über dem Substratabschnitt 310 gebildet oder bereitgestellt werden, wie in der Ausführungsform von 3C gezeigt ist. Die Membranschicht 350 ist so gezeigt, dass sie über dem Sensorfeld 310b aufgebracht ist und über dem Logikfeld 310a aufgebracht ist. Ein Resist 360 ist auch so gezeigt, dass es selektiv über der Membranschicht 350 zum Gebrauch zum Strukturieren der Membranschicht 350 aufgebracht ist. Die Membranschicht 350 kann irgendein geeignetes Material sein, das Polysilizium als ein Beispiel enthält.
Die Ausführungsform von 3D zeigt den oberen Substratabschnitt 310, der einen MEMS-Sensor, z. B. einen MEMS-Drucksensor 375, und eine Logikvorrichtung 380 enthält. In 3D ist die Membranschicht 350 in 3C strukturiert worden. Die Membranschicht 350 kann durch einen Lithographieprozess oder irgendein anderes geeignetes oder machbares Verfahren strukturiert werden. Wie in 3D gezeigt ist, ist auch die strukturierte Opferschicht 340a entfernt worden, was einen Hohlraum 340a hinterlässt. Als ein Ergebnis ist die strukturierte Membranschicht 350 eine freie oder im Wesentlichen freihängende Membran 370. In Übereinstimmung mit beispielhaften Ausführungsformen kann die durch Ätzen entfernt werden. In einem Beispiel, in dem die Opferschicht eine Kohlenstoffschicht enthält, kann die Kohlenstoffschicht geätzt und dadurch entfernt werden unter Verwendung von Sauerstoff-Plasma-Ätzen. In anderen Ausführungsformen kann ein Nassätzen verwendet werden, wenigstens zum Teil. Beispielsweise kann Fluorwasserstoffsäure verwendet werden, um eine Siliziumoxidschicht der Opferschicht zu entfernen.
Die Materialien, die in dem Strukturieren der Membran verwendet oder produziert werden, z. B. Resist, Rückstände usw., können ebenfalls entfernt werden. Nach dem Entferner solcher Materialien können eine oder mehrere "Back-End-of-Line"-Schichten (BEOL-Schichten) über oder auf der Vorderseite des Substratabschnitts 310 gebildet oder aufgebracht werden und zu einem Teil des Substrats 300 werden. Die eine oder mehreren BEOL-Schichten können Strukturen wie z. B. eine oder mehrere dielektrische Schichten, eine oder mehrere leitfähige Schichten, eine oder mehrere Zusammenschaltungsstrukturen und dergleichen enthalten, um einige wenige zu nennen.
In der Ausführungsform von 3E sind eine Logikvorrichtung 380 und ein MEMS-Sensor 375 jeweils in oder auf dem Halbleitersubstrat 300 monolithisch integriert. Wie gezeigt enthält das Substrat 300 eine oder mehrere BEOL-Schichten 390, die über einer Halbleiterschicht oder einem Wafer 385 angeordnet sind, und z. B. über der Logikvorrichtung 390 über einem oder mehreren Bereichen des MEMS-Sensors 375 angeordnet sind. Die Membran 370 des MEMS-Sensors 375 ist jedoch nicht bedeckt oder freigelegt. Das heißt, in 3E sind die eine oder die mehreren BEOL-Schichten 390 nicht über wenigstens einem Bereich des MEMS-Sensors 370 gebildet, der die Membran 370 enthält.
Die Halbleiterschicht 385 kann irgendein geeignetes Halbleitermaterial wie z. B. Silizium oder dergleichen enthalten.
In 2 ist ein Halbleitersubstrat mit einem monolithisch integrierten MEMS-Sensor und wenigstens einer integrierten Schaltung bereitgestellt worden, und dann kann ein rückseitiger Hohlraum in dem Halbleitersubstrat bei 220 und eine Aufhängungsstruktur aus dem Halbleitersubstrat bei 230 gebildet werden. Der rückseitige Hohlraum und die Aufhängungsstruktur können getrennt in irgendeiner Reihenfolge gebildet werden, z. B. kann der rückseitige Hohlraum zuerst gebildet werden, und die Aufhängungsstruktur als zweites, oder umgekehrt. Ferner können der rückseitige Hohlraum 325 und die Aufhängungsstruktur auch gleichzeitig oder nahezu gleichzeitig gebildet werden. In Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen können der Hohlraum und die Aufhängungsstruktur unter Verwendung eines oder mehrerer Ätzprozesse wie beispielsweise eines reaktiven Ionenätzprozesses, z. B. tiefen reaktiven Ionenätzprozesses (DRIE), gebildet werden.
Bei dem Bilden des rückseitigen Hohlraums und/oder der Aufhängungsstruktur kann das Substrat auf einem temporären Träger platziert sein. Beispielsweise kann die Vorderseite des Substrats an einem temporären Träger angebracht sein, wenn der rückseitige Hohlraum gebildet wird, und/oder die Rückseite des Substrats kann an einem temporären oder permanenten Träger angebracht sein, wenn die vorderseitige Aufhängungsstruktur gebildet wird.
Die Ausführungsform von 3F zeigt das Substrat 300 von 3E, das einen rückseitigen Hohlraum 325 und eine Aufhängungsstruktur 392 enthält. Die Aufhängungsstruktur 392 enthält einen oder mehrere Gräben 394. Die Gräben 394, die die Aufhängungsstruktur 392 zusammensetzen, und der rückseitige Hohlraum können durch tiefes reaktives Ionenätzen (DRIE) gebildet sein. Vor dem Ätzen kann ein Resist 395 auf dem Substrat für das Ätzen aufgebracht werden.
Die Ausführungsform von 3G zeigt das Substrat 300 von 3F nach dem Entfernen irgendeines Resists oder anderer Materialien oder produziert durch Ätzen. Die Gräben 392 erstrecken sich von einer Vorderseite 300a des Substrats 300 zu dem rückseitigen Hohlraum 325. Der rückseitige Hohlraum 325 erstreckt sich von einer Rückseite 300b des Substrats 300 zu einer vorbestimmten Höhe in dem Substrat 300 wie beispielsweise zu oder innerhalb einer vorbestimmten Höhe in der Halbleiterschicht 385.
Der eine oder die mehreren Gräben 392 können geätzt oder gebildet werden, um eine Aufhängungsstruktur 392 zu produzieren, die Entkopplung von mechanischer Belastung für den MEMS-Sensor 375 bereitstellt. Die Aufhängungsstruktur 392 hängt den MEMS-Sensor 375 in dem Substrat 300 über dem rückseitigen Hohlraum 325 auf.
In Übereinstimmung mit einer oder mehreren beispielhaften Ausführungsformen kann die Aufhängungsstruktur 392 in der Form einer oder mehrerer mechanischer Federn sein, die in und/oder aus dem Substrat 300 gebildet sind. Das heißt, die Feder kann die verschiedenen Schichten enthalten, die das Substrat 300 zusammenstellen, kann beispielsweise Teile oder Bereiche einer oder mehrerer aus Metallisierungsschichten, dielektrischen Schichten, Passivierungsschichten, Halbleiterschichten usw. enthalten.
3H ist eine Querschnittsansicht von oben des Substrats 300 entlang der Linie A-A in 3G. In 3H ist die Aufhängungsstruktur 392 so gezeigt, dass sie die Membran 370 des MEMS-Sensors 375 umgibt. Die Aufhängungsstruktur 392 enthält Gräben 395, die strukturiert worden sind. Die Gräben 394 definieren eine Federstruktur 396. Die Federstruktur 396 erstreckt sich vertikal durch das Substrat 300. Wie in 3G und 3H gezeigt ist, enthält die Federstruktur 396 einen oder mehrere vertikale Bereiche 394a des Substrats 300. Die vertikalen Bereiche 394a sind wenigstens teilweise von dem einen oder den mehreren vertikalen Bereiche des Substrats 300 durch einen oder mehrere Zwischenräume oder Lücken in dem Substrat getrennt. Die Feder(n) oder Federstruktur 396 ist/sind neben und/oder zwischen den Gräben 394.
5A zeigt eine perspektivische Teilansicht von Gräben 394 und Federstruktur 396 gemäß verschiedenen Ausführungsformen. 5B zeigt eine Simulation der absoluten Spannung einer Federstruktur in 5A in der XY-Ebene (wobei die XY-Ebene parallel zu einer Oberfläche an der Oberseite 301a des Substrats 300 ist, die von dem rückseitigen Hohlraum 325 weg weist).
Bezug nehmend zurück auf 3H kann die Federstruktur 396 eine elektrische Verbindung zwischen dem MEMS-Sensor 375 und der Logikvorrichtung 380 enthalten oder bereitstellen. Wie vorher bemerkt kann die Federstruktur 396 eine oder mehrere Metallisierungsschichten enthalten, von denen jede mit dem MEMS-Sensor 375 oder einen Teil davon (z. B. einer Elektrode 330) elektrisch verbunden sein kann. Ähnlich kann die Federstruktur 396 mit irgendeiner Komponente oder Vorrichtung entweder innerhalb oder außerhalb des Substrats 300 elektrisch verbunden sein.
Die Federstruktur 396 und die Gräben 394, die in 3H gezeigt sind, erstrecken sich von dem rückseitigen Hohlraum 325 zu der Vorderseite 300a des Substrats 300. Das heißt, die Gräben 394 können sich durch eine oder mehrere Halbleiterschichten, leitfähige oder Metallisierungsschichten, dielektrische Schichten usw. erstrecken. In anderen Ausführungsformen können sich die Gräben 394 und/oder die Federstruktur 396 nicht über die gesamte Distanz zu der Substratvorderseite 301a erstrecken.
3H zeigt eine mögliche Strukturanordnung, die zwei Gräben 394a, 394b enthält. In 3H enthält jeder der Gräben 394 Grabensegmente, die im rechten Winkel miteinander verbunden sind. Jeder Graben 394a und 394b weist eine schraubenähnliche Struktur auf, wobei jeder Graben 394a und 394b sowohl innen und außen zu jedem in Bezug auf den Sensor ist, und dass der Sensor 370 durch wenigstens einen der Gräben umgeben ist.
Selbstverständlich kann die Anzahl von Gräben, die verwendet werden, um die Federn 306 oder die Aufhängungsstruktur 392 zu bilden, variieren. Ferner kann auch die Struktur der Gräben 394 variieren. Das heißt, die Gräben 394 müssen nicht in geradlinigen Segmenten gebildet oder angeordnet sein, sondern können einen oder mehrere gekrümmte, gewellte oder andere Typen von Bereichen enthalten. Ferner können die Gräben 394 nicht in einer schraubenähnlichen Struktur gebildet oder angeordnet sein. Kurz gesagt können andere Variationen realisiert werden.
In der Ausführungsform von 3I ist das Substrat 300 von 3G an einem Träger 100 montiert oder angebracht. Der Träger 100 kann ein isolierender oder ein elektrisch leitfähiger Träger sein und/oder kann als eine Wärmesenke funktionieren.
Wie vorstehend erläutert, kann das Substrat 300 eine oder mehrere Zusammenschaltungsstrukturen wie z. B. die Zusammenschaltung 305 enthalten. In 3I ist die Zusammenschaltungsstruktur 305 mit dem Träger 100 über einen Bonddraht 315 und eine Bondkontaktstelle 316 elektrisch verbunden. In anderen Ausführungsformen kann das Substrat 300 eine oder mehrere zusätzliche Zusammenschaltungsstrukturen enthalten, die später mit anderen Komponenten oder Vorrichtungen, die nicht gezeigt sind, verbunden werden können.
Bezug nehmend zurück auf 2 kann nach dem Bilden einer Aufhängungsstruktur und eines rückseitigen Hohlraums bei 240 ein Sensoreingang durch oder über wenigstens teilweises Einkapseln des Substrats mit einer Gussform gebildet werden. Der Sensoreingang ist eine Öffnung in der Gussform an der Vorderseite des Substrats und legt wenigstens einen Abschnitt des MEMS-Sensors (z. B. die Membran) zu einer Umgebung außerhalb der Sensorvorrichtung frei.
In verschiedenen Ausführungsformen der Sensoreingang durch einen Einkapselungsprozess. Irgendein geeigneter Einkapselungsprozess kann verwendet werden, der einen folienunterstützten Gussprozess (FAM-Prozess) als ein Beispiel enthält. Ein FAM-Prozess kann eine oder mehrere Gussfolien (z. B. Kunststofffolien) in einer Gussform verwenden. In einem Beispiel eines FAM-Prozesses wird eine Gussfolie nach unten in die inneren Oberflächen einer Gussform gezogen (z. B. Aushiebe, Eingüsse, Hohlräume usw.), bevor die Leitungsrahmen oder Substrate (z. B. die Produkte, die eingekapselt werden sollen) in die Gussform geladen werden. Dem folgt der gewöhnliche Spritzpressprozess. Das Gussmaterial kann zuerst durch Wärme und Druck verflüssigt werden und dann in die geschlossenen Gussformhohlräume gedrängt und dort unter zusätzlicher/m Wärme und Druck gehalten werden, bis das Gussmaterial verfestigt oder gehärtet ist. Nach dem Härten des Gussmaterials wird die Gussform mit dem/den jetzt eingekapselten Produkt(en) geöffnet, die dann entladen werden. Als Nächstes wird das Vakuum entfernt und die Folie wird über eine Länge der Gussform transportiert oder erneuert, und ein neuer Zyklus kann beginnen. Ein FAM-Prozess ermöglicht es, offene oder mit Fenstern versehene Baugruppen mit Hilfe der Platzierung von Einschüben in die untere oder die obere Gussform zu erzeugen.
Die Ausführungsform von 3J zeigt das Substrat 300 von 3I in einer Teilgussumgebung während eines FAM-Prozesses. Das heißt, das Substrat 300 befindet sich innerhalb einer Gussform, die teilweise gezeigt ist. 3J zeigt einen oberen Teil 77 einer Gussform mit einer Gussfolie 75, die durch Vakuum auf eine Oberfläche 77a des oberen Teils 77 der Gussform gezogen oder gesaugt ist. In Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen ist das Substrat 300 in einer Gussform abgedichtet, so dass die obere Gussform 77 gegen die Oberseite 301a des Substrats 300 angeordnet ist.
Nachdem das Substrat 300 in der Gussform platziert worden ist, kann Gussmaterial 70 in die Gussform injiziert werden. In 3J kapselt das Gussmaterial 70 wenigstens teilweise das Substrat 300 ein und bedeckt eine oder mehrere Seitenwände des Substrats 300 und einen oder mehrere Bereiche der Oberseite 301a des Substrats 300. Der Einschub oder der hervorstehende Bereich 78 der oberen Gussform 77 drückt gegen die Oberseite 301a des Substrats 300, um ein Fenster zu erzeugen. Wenn das Gussmaterial 70 injiziert wird, verhindert der hervorstehende Bereich 78, der sich über dem MEMS-Sensor 375 befindet, dass sich das Gussmaterial 70 über dem MEMS-Sensor 375 bildet.
4A–4C zeigen verschiedene Ansichten einer elektronischen Vorrichtung 400 gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Die Vorrichtung 400 enthält das Substrat 300 von 3J nach dem Einkapseln und montiert auf einen Träger 100. Das Gussmaterial 70 ist ausgehärtet oder gehärtet worden und enthält einen Sensoreingang 80. Der Sensoreingang 80 stellt eine Öffnung oder einen Durchlass zwischen dem MEMS-Sensor 375 und der Umgebung außerhalb der elektronischen Vorrichtung 100 bereit. Der Sensoreingang 80 kann ermöglichen, dass Druckwellen, Tonwellen, Licht oder andere Phänomene, die von außerhalb der elektronischen Vorrichtung herrühren, den MEMS-Sensor 375 und z. B. die Membran 350 (oder andere Abfühlelemente in anderen Ausführungsformen) erreichen können.
In Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen ist die Federstruktur 392 konfiguriert, Belastungen zu absorbieren und/oder zu reduzieren. Die Federstruktur 392 kann die Wirkung von Vibrationen, die in der Vorrichtung 400 auftreten, absorbieren und/oder reduzieren. Beispielsweise kann die Federstruktur 392 mechanische Belastung, die durch Wärmeausdehnung und/oder Kontraktion von Vorrichtungskomponenten oder Materialien verursacht oder als ein Ergebnis davon produziert wird, absorbieren oder reduzieren. Darüber hinaus reduziert oder eliminiert die Federstruktur mechanische Belastungen, die vom Montieren der Vorrichtung auf einer größeren PCB (Leiterplatte) herrühren.
Während eines Betriebs der Sensorvorrichtung 400 oder anderer Sensorvorrichtungen, die hier beschrieben sind, können Druck- oder Schallwellen durch den Sensoreingang 80 eintreten und den MEMS-Sensor 375 erreichen, um Vibration der Membran 370 zu verursachen. Die vibrierende Membran 370 kann entsprechende Änderungen an einem elektrischen Feld zwischen der Membran und der Elektrode 330 verursachen und somit ein elektromagnetisches Feld produzieren. Dieses resultierende elektromagnetische Feld kann ein elektrisches Signal erzeugen oder generieren, das der Druckwelle oder Schallwelle entspricht, die in den Sensoreingang 80 eintritt und verursacht, dass die Membran 370 vibriert. Dieses elektrische Signal kann dann durch irgendeine Vorrichtung, z. B. die Logikvorrichtung 380 oder eine andere externe Vorrichtung (nicht gezeigt) verarbeitet werden.
Obwohl in verschiedenen Ausführungsformen MEMS-Sensoren als Drucksensoren beschrieben worden sind, können stattdessen andere Typen von MEMS-Sensoren verwendet werden. Beispielsweise muss der MEMS-Sensor 375 kein Drucksensor sein, sondern kann irgendein anderer geeigneter MEMS-Sensor sein, wie z. B. ein Ultraschallwandler in einem Beispiel. In dieser Hinsicht kann die Membran 370 stattdessen andere Typen von geeigneten Abfühlelementen sein. In Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen können hier beschriebene MEMS-Sensoren ein Drucksensor, ein Gassensor, ein Mikrofon oder dergleichen sein, um einige wenige zu nennen.
6A–6C zeigen Ansichten eines Substrats 600, das verschiedene herkömmliche Aufhängungsstrukturen zeigt. Das Substrat 600 kann ein Halbleitersubstrat (z. B. Silizium) sein und kann beispielsweise in der Form eines Chip-Rahmens sein.
6A ist eine perspektivische dreidimensionale Teilansicht des Substrats 500, das eine MEMS-Vorrichtung enthält. Ein Bereich des Substrats 600 ist aus Gründen der sichtbaren Darstellung entfernt worden. Die Fläche, die durch die MEMS-Vorrichtung oder andere Vorrichtung besetzt ist oder besetzt werden soll, kann als eine Vorrichtungsfläche bezeichnet sein, in dieser Ausführungsform mit 620 gekennzeichnet. Die Vorrichtungsfläche 620 ist mit einer Aufhängungsstruktur 625 verbunden, die mehrere Federn 610 in einer bekannten Konfiguration enthält. 6B und 6C sind Draufsichten des Chiprahmens 600, die unterschiedliche Konfigurationen der Aufhängungsstruktur 625 abbilden. Wie in 6A–6C gezeigt ist, sind die Federn 610 zum Zweck der Darstellung als Liniensegmente abgebildet, würden aber andernfalls eine vertikale Ausdehnung, z. B. eine Höhe oder Tiefe, aufweisen.
Wie bemerkt ist in 6A ein Bereich oder ein Teil des Substrats 600, das einige der Federn 610 enthält, entfernt worden, so dass die innere Anordnung der Federn 610 deutlicher abgebildet sein kann.
6A–6C bilden herkömmliche Aufhängungsstrukturen 625 ab, die Federn 610 enthalten. Jede dieser Federn 610 erstreckt sich vorwiegend in einer einzigen Dimension oder in einer einzigen Dimension zwischen der Vorrichtungsfläche 620 und dem Substrat 600. Das heißt, jede der Federn 610 ist in dem Sinn einschränkt, dass sich ein oder hauptsächliche Abschnitte oder Federn nur in einer Richtung erstrecken. Mit anderen Worten stellt jede der Federn 610 im Allgemeinen keine mechanische Entkopplung oder signifikante Entkopplung in mehr als einer seitlichen Dimension bereit oder kann sie bereitstellen.
Als ein Beispiel weist jede der in 6B gezeigten Federn 610 einen Hauptabschnitt oder ein Hauptsegment 611 der Feder auf. Der Federabschnitt 611 erstreckt sich nur ein einer einzigen Richtung, wobei der Federabschnitt 611 zu einer Umfangsseite der MEMS-Vorrichtung/-Fläche 620 weist und parallel zu ihr ist. Keine der Federn erstreckt sich jedoch um die MEMS-Vorrichtung/-Fläche 620. Das heißt, es ist keine Umhüllung oder Einfassung um irgendeine der Ecken oder Krümmungen der MEMS-Vorrichtung/-Fläche 620 vorhanden. Ähnlich, wie in 6C gezeigt ist, sind die Federsegmente 611 und 613 übereinander gefaltet und erstrecken sich ebenfalls nur in einer einzigen Richtung.
In Übereinstimmung mit beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können hier beschriebene Aufhängungsstrukturen oder Federn unterschiedliche Konfigurationen mit verbesserten Leistungseigenschaften aufweisen, insbesondere in Bezug auf die Bereitstellung von mechanischer Entkopplung.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung bildet jede der 7A–7F eine Draufsicht eines Halbleitersubstrats 700 jeweils mit den Federn 710a–710f ab. Die Federn 710a–710f können in Übereinstimmung mit irgendwelchen geeigneten Herstellungstechniken gebildet sein, die hier beschriebene Herstellungstechniken einschließen. Das Substrat 700 kann mit anderen Vorrichtungen oder Elementen verbunden sein, z. B. elektrisch verbunden und/oder physikalisch verbunden. In einigen Ausführungsformen kann das Substrat 700 ferner eine oder mehrere andere Vorrichtungen enthalten, beispielsweise wenigstens eine integrierte Schaltung, die in dem Substrat 700 monolithisch integriert ist. Das Substrat 700 kann eine Vorrichtung enthalten, beispielsweise eine MEMS-Vorrichtung, die auf einer Vorrichtungsfläche 700 gebildet ist und/oder sich auf ihr befindet. Die Vorrichtung, beispielsweise die MEMS-Vorrichtung, andere Vorrichtungen und/oder die Federn 710a–710f können in Übereinstimmung mit hier beschriebenen Ausführungsformen gebildet sein. Andere Typen von Vorrichtungen, beispielsweise andere MEMS-Vorrichtungen, können sich in der Vorrichtungsfläche 720 befinden oder dort gebildet sein. Ein Hohlraum oder rückseitiger Hohlraum kann in dem Substrat 700 unterhalb der Vorrichtungsfläche gebildet sein.
In der in 7A gezeigten beispielhaften Ausführungsform enthält das Substrat 700 mehrere Federn 710a. Jede der Federn 710a enthält wenigstens zwei Federsegmente oder Abschnitte, die mit 711a und 713a bezeichnet sind. Die Federabschnitte 711a und 713a können gemeinsam als ein L-förmiger Abschnitt betrachtet werden. Diese Abschnitte treffen bei 90 Grad oder im Wesentlichen bei 90 Grad zusammen. Ein L-förmiger Abschnitt wie derjenige, der aus den Federabschnitten 711a und 713a gebildet ist, kann einen Bereich der Vorrichtungsfläche teilweise umschließen, einfassen oder umgeben. In 7A umwickelt der L-förmige Abschnitt, der die Abschnitte 711a und 713a enthält, eine Ecke oder einen Bereich der Vorrichtungsfläche 720.
Ferner erstrecken sich in der Ausführungsform von 7A die Federabschnitte 711a und 713 nicht in einer seitlichen Richtung (in der XY-Ebene) über mehr als einen Rand, eine Seite oder unterscheidbare Grenze der Vorrichtungsfläche 720 hinaus oder daran vorbei, zu der der jeweilige Abschnitt 711a oder 713 weist. Beispielsweise erstreckt sich der Federabschnitt 711a nur an der gestrichelten Linie "a" vorbei, die einer Grenze oder Umfangsseite der Vorrichtungsfläche 720 entspricht. Ähnlich erstreckt sich der Federabschnitt 713b nur an der gestrichelten Linie "b" vorbei, die einer weiteren Grenze oder Umfangsseite der Vorrichtungsfläche 720 entspricht.
Ferner können die Federsegmente 711a und 713a jeweils parallel zu einer anderen Seite oder einem anderen Bereich der Umfangsfläche einer Vorrichtungsfläche sein und zu ihr weisen, wie i 7A mit Bezug auf die Vorrichtungsfläche 720 gezeigt ist. Die Feder 710a enthält einen Federabschnitt, der den Federabschnitt 711a mit der Vorrichtungsfläche 720 verbindet oder ihn daran anbringt, und enthält einen weiteren Abschnitt, der den Federabschnitt 713a mit dem Substrat 700 verbindet oder ihn daran anbringt. Die Federn 710a, wie sie in 7A angeordnet sind, überlappen einander nicht in dem Sinn, dass jede der Federn 710a eine/n unterschiedliche/n Bereich oder Fläche des der Umfangsfläche der Vorrichtungsfläche 720 bedeckt oder maskiert. Die Federn 710a von 7A erscheinen identisch oder dieselben Abmessungen aufweisend. Das ist jedoch nicht notwendigerweise so, und in anderen Ausführungsformen können eine oder mehrere der Federn 710a unterschiedliche Abmessungen aufweisen, z. B. Längen oder Dicken aufweisen, die sich von wenigstens einer anderen Feder unterscheiden. Die Abmessungen der Federn 710a können wenigstens teilweise von den Abmessungen der Vorrichtungsfläche 720 abhängen.
In der beispielhaften Ausführungsform von 7B enthält das Substrat 700b mehrere Federn 710b. Jede der Federn 710b enthält einen L-förmigen Federabschnitt, der Segmente oder Federabschnitte 711b und 713b enthält. Die Federabschnitte 711b und 713b treffen im rechten Winkel oder bei ungefähr 90 Grad aufeinander. Wie gezeigt sind die Federbereiche oder Federabschnitte 711b und 713 orthogonal oder im Wesentlichen orthogonal zueinander. In anderen Ausführungsformen können die Winkel, in denen die Federabschnitte zusammentreffen, variieren, beispielsweise bis zu 5–10 % Abweichung von einem rechten Winkel in einem Beispiel.
Jeder der Federabschnitte 711b und 713b von 7B erstreckt sich an wenigstens einer der äußersten Grenze und/oder Seite/Rand der MEMS-Vorrichtungsfläche 720 vorbei oder darüber hinaus. Beispielsweise erstreckt sich der Federabschnitt 711b in 7B vorbei an einer gestrichelten Linie "b", die einer Grenze der Vorrichtungsfläche entspricht.
Ferner erstreckt sich der Federabschnitt 713b über zwei Seiten oder äußersten Grenzen der Vorrichtungsfläche 720 hinaus. Mit anderen Worten kann der Federabschnitt 713b eine Länge größer als eine Breite oder Länge der MEMS-Vorrichtungsfläche 720 von einer hohen Perspektive oder innerhalb der XY-Ebene aufweisen. Die MEMS-Vorrichtungsfläche 720 in 7B ist als rechteckig (was nicht notwendigerweise so ist) abgebildet, wobei der Federabschnitt 713b eine Länge größer als eine Länge der entsprechenden Seite der Umfangsfläche der Vorrichtungsfläche 720, zu der der Federabschnitt 713a weist, aufweist. Wie gezeigt erreicht der Federabschnitt 713 das Substrat 700 oder trifft darauf.
Ferner kann sich der Federabschnitt 711b über eine/n äußerste/n Grenze oder Rand der Vorrichtungsfläche 720 hinaus erstrecken, um den Federabschnitt 713b zu erreichen oder auf ihn zu treffen. Der Federabschnitt 711b erstreckt sich an einem zweiten Ende oder Extrem derselben Grenze der Vorrichtungsfläche vorbei, um den Abschnitt 713b zu erreichen. Das heißt, der Federabschnitt 711b weist ebenfalls eine Länge auf größer als eine Länge der Seite/Grenze der Fläche 720, die zu dem Federabschnitt weist. In anderen Ausführungsformen kann die Länge des Federabschnitts 711b kleiner sein und kann an einer Position beginnen, die einem Ende der Seite/Grenze der Vorrichtungsfläche entspricht, die zu dem Federabschnitt 711b weist.
Die Feder 710b in 7B enthält einen Federabschnitt, der den Federabschnitt 711b mit der Vorrichtungsfläche 720 verbindet oder ihn daran anbringt, und enthält ferner einen weiteren Abschnitt, der den Abschnitt 713b mit dem Substrat 700 verbindet oder ihn daran anbringt.
In der in 7C gezeigten beispielhaften Ausführungsform enthält das Substrat 700 mehrere Federn 710c. Die Federn 710c können ähnlich den Federn 710b von 7B sein, jedoch anders angeordnet. Die Federn 710c enthalten, wie die Federn 710b, jeweils einen L-förmigen Abschnitt, der Federsegmente oder Abschnitte 711c und 713c enthält, die zueinander orthogonal oder im Wesentlichen orthogonal sind. In 7B überlappen die Federn 710c nicht, wobei jede der Federn 710b unterschiedliche Seiten oder Flächen der Umfangsfläche der Vorrichtungsfläche 720 überlappt, maskiert oder zu ihnen weist. In der beispielhaften Ausführungsform von 7C sind jedoch die Federn 710c in einer verschlungenen Schraube oder einer schraubenförmigen Struktur angeordnet und insbesondere in einer verschlungenen quadratischen oder rechteckartigen Schraubenstruktur.
In anderen Ausführungsformen können die Federn 710c in anderen Typen von Schraubenstrukturen angeordnet sein, die beispielsweise eine verschlungene runde oder ovale Schraubenstruktur und dergleichen enthalten, um einige wenige zu nennen.
In der Ausführungsform von 7C beginnt jede der Federn 710c von einem anderen Teil, z. B. Bereiche, Grenze oder Seite, der Umfangsfläche der MEMS-Fläche 720. Ferner sind die Federn 710c so angeordnet, dass jede periphere Seite der Vorrichtungsfläche 720 seitlich durch Federsegmente oder Abschnitte der jeweiligen Federn 710c bedeckt oder maskiert ist. Die Federn 710c schließen die Vorrichtungsfläche 720 ein. Jede der Federn 210c wie gezeigt enthält einen L-förmigen Federabschnitt, der zu Seiten der Umfangsfläche der MEMS-Vorrichtungsfläche 720 weist oder sie wenigstens teilweise maskiert.
Die in 7D gezeigte beispielhafte Ausführungsform bildet das Substrat 700 ab, das mehrere Federn 710d enthält. Die Federn 710d von 7D sind den Federn 710c von 7C darin ähnlich, dass sie ebenfalls in einer verschlungenen Schrauben- oder schraubenähnlichen Form angeordnet sind. Die Federn 710d von 7D umgeben, wie sie angeordnet sind, die Vorrichtungsfläche 720. Die Federn 710d in anderen Ausführungsformen können auch in anderen Typen von Schraubenstrukturen angeordnet sein, wie vorher hier beschrieben ist.
In der Ausführungsform von 7D ist die Vorrichtungsfläche 720 rechteckig, wobei die Federsegmente oder Abschnitte der Federn 710c zu jeder peripheren Seite weisen oder sie bedecken oder maskieren. Die Federn 210d enthalten einen C-förmigen Abschnitt. Die Federn 210d weisen wenigstens teilweise zu drei Seiten oder Bereichen der Umfangsfläche der Vorrichtungsfläche 720 oder bedecken sie. Wie zu sehen ist, ist ein Unterschied zwischen den Federn 710d und den Federn 710c, dass die Federn 710d einen C-förmigen Abschnitt anstelle eines einzelnen L-förmigen Abschnitts aufweisen. Wie gezeigt enthält in jeder der Federn 710d der C-förmige Abschnitt das Federsegment oder die Abschnitte 711d, 713d und 715d. Der C-förmige Abschnitt der Federn 710d kann als zwei L-förmige Abschnitte, die ein gemeinsames Federsegment 713d gemeinsam verwenden, beschrieben werden.
In der Ausführungsform von 7D ist der Federabschnitt 711d mit der Vorrichtungsfläche 720 über ein/en weiteres/n Federsegment oder Abschnitt verbunden oder ist daran angebracht. Ferner ist der Federabschnitt 715d von 7D direkt mit dem Substrat 700 verbunden oder ist daran angebracht. In anderen Ausführungsformen kann der Federabschnitt 715d indirekt mit dem Substrat über ein oder mehrere andere Federsegmente verbunden sein.
Obwohl die beispielhaften Ausführungsformen der 7C und 7D jeweils Federn 710c und 710d zeigen, die sich um eine Vorrichtungsfläche 720 zweimal (mit L-förmigem Abschnitt) und dreimal (mit einem C-förmigen Abschnitt) biegen, können sich in anderen Ausführungsformen die Federn weiter nach außen erstrecken und sich um die Vorrichtungsfläche 720 auf dieselbe schraubenartige Weise winden. Beispielsweise in dem Fall, wenn eine MEMS-Vorrichtungsfläche rechteckig ist, wie in 7D, kann sich eine Feder um die Vorrichtungsfläche 720 mehrfach erstrecken und winden.
Ferner kann, obwohl in jeder der Ausführungsformen der 7C und 7D eine Gruppe von vier Federn abgebildet ist, die Anzahl von Federn variieren. Beispielsweise kann ein Substrat wie z. B. das Substrat 700 nur eine, zwei, drei, vier oder mehr unterscheidbare Federn enthalten, die sich um eine Vorrichtungsfläche 720 winden.
Die beispielhafte Ausführungsform von 7E bildet das Substrat 700 ab, das die Federn 710e mit Faltungen enthält. Jede der Federn 710e enthält Federfaltungen 712e und 714e. Wie gezeigt enthält die Federfaltung 712e die Federabschnitte 711e, 716e und 713e. Der Federabschnitt 713e kann als über den Federabschnitt 711e "gefaltet" betrachtet werden, oder umgekehrt. Der Federabschnitt 716e kann als in der Faltung 712e, die den Federabschnitt 711e mit dem Federabschnitt 713e verbindet, "gebogen" betrachtet werden. Ähnlich enthält die Federfaltung 714e die Federsegmente oder Abschnitte 715e, 717e und 718e. In der Feder 710e ist die Federfaltung 712e mit der Federfaltung 714e verbunden oder ist daran angebracht. Insbesondere trifft in der Ausführungsform von 7E der Federabschnitt 713e der Federfaltung 712e auf den Federabschnitt 715e der Federfaltung 714e oder ist damit verbunden.
Wie in der beispielhaften Ausführungsform von 7E gezeigt ist, ist die Federfaltung 712e orthogonal oder im Wesentlichen orthogonal zu der Federfaltung 714e. Das heißt, die Federabschnitte 711e und 713e der Federfaltung 712e sind zu den Federabschnitten 715e und 717e der Federfaltung 714e orthogonal oder im Wesentlichen orthogonal.
Darüber hinaus schließt jede der Federn 710e die Umfangsfläche der Vorrichtungsfläche 720 teilweise ein oder umgibt sie. In der Ausführungsform von 7E ist die Vorrichtungsfläche 720 rechteckig, wobei jede Federfaltung 712e und 714e zu einer unterschiedlichen Seite der Umfangsfläche der Vorrichtungsfläche 720 weist und/oder parallel zu ihr angeordnet ist.
Die beispielhafte Ausführungsform von 7F bildet außerdem das Substrat 700 mit Federn 710f ab, die Faltungen aufweisen. Jede der Federn 710f enthält jedoch eine einzige Faltung 712f anstelle von zwei Faltungen wie in dem Fall der Federn 710e. Die Faltung 712f von 7F enthält einen inneren Federabschnitt 711f und einen äußeren Federabschnitt 713f. Die Federabschnitte 711f und 713f sind L-förmige Federabschnitte, wie vorstehend hier diskutiert ist. Der äußere Federabschnitt 713f bedeckt den oder faltet sich über den inneren Federabschnitt 711f. Da die Federfaltung 712f zwei L-förmige Federabschnitte enthält, erstreckt sich die Federfaltung 712f in zwei orthogonalen oder im Wesentlichen orthogonalen Richtungen innerhalb der xy-Ebene.
In 7F umgeben die Federn 710f gemeinsam die Umfangsfläche der Vorrichtungsfläche, wobei jede der Federn 710f die Umfangsfläche der Vorrichtungsfläche 720 teilweise einschließt oder umgibt.
In Übereinstimmung mit beispielhaften Ausführungsformen können Gräben erzeugt sein, um Federn 710a–710f zu bilden oder zu definieren. Beispielsweise können Gräben durch tiefes reaktives Ionenätzen (DRIE) gebildet sein, wie vorstehend in verschiedenen hier offenbarten Ausführungsformen erläutert oder diskutiert ist. Die Gräben, wie Die Federn 710a–710f, können vertikal oder in Richtung senkrecht zu der angezeigten XY-Ebene gebildet sein. Die Gräben können die Struktur, Form(en) und/oder Konfiguration der Federn 710a–710f definieren. Beispielsweise enthalten in den Ausführungsformen von 7A und 7B der Graben oder die Gräben Lücken neben den Federabschnitten oder stellen sie bereit. Im Allgemeinen können die Lücken zwischen den Federabschnitten oder zwischen einem Federabschnitt und der Vorrichtungsfläche 720 dieselben sein oder können voneinander verschieden sein. Im Allgemeinen sind die Gräben und die Feder oder die Federabschnitte als gerade konfiguriert und in der XY-Ebene nicht gekrümmt. Variationen in der Form der Federn, Federabschnitte oder Gräben können jedoch kleineres oder vernachlässigbares Biegen enthalten, wobei gekrümmte oder gebogene Bereiche und dergleichen durch normale Abweichungen bedingt sein können, die aus Herstellungsprozessen resultieren.
Ähnlich kann die Breite der Lücken zwischen den Federabschnitten 711a und 713a und dem Substrat 700 gleich oder voneinander verschieden sein.
Obwohl die Ausführungsformen von 7A–7B eine spezielle Menge oder Anzahl von Federn zeigen, beispielsweise ist eine Gruppe von vier Federn 710a in 7A gezeigt, kann die Anzahl von Federn 710a, die in einem Substrat verwendet sind, variieren und kann jede geeignete Menge sein. Außerdem können die Federn 710a–710f miteinander verwendet sein, einige der Fendern 710a–710f können miteinander und/oder mit anderen Typen von Federn in demselben Substrat integriert sein. Die Federn 710a–710f können als die Federn in Verbindung mit den Vorrichtungen, die vorstehend hier beschrieben sind, verwendet werden, beispielsweise Vorrichtungen, die in Verbindung mit den 1–4C beschrieben sind. Wie bemerkt erfahren Sensor-Chips wie z. B. Drucksensor-Chips und dergleichen in Gussbaugruppen Wärmeausdehnung. Als ein Ergebnis können das Substrat und der Chip Biegen aufgrund Wärmeausdehnung und anderen Effekten erfahren. Das Entkoppeln durch Federn, das hier präsentiert ist, beispielsweise Federn 710a–710f, stellt signifikant besseres Entkoppeln als bekannte Federn bereit.
8A zeigt ein Substrat 800 mit einem Paar von Federn 810a, die ähnlich den Federn 710a von 7A sind, während 8B das Substrat 800 mit einem Paar von Federn 810b, die ähnlich den Federn von 6C sind, zeigt. Die Größe der Entkopplung, die durch die Federn 810a bereitgestellt ist, oder die Belastung auf der Vorrichtungsfläche 820, z. B. der MEMS-Vorrichtung, ist um einen Faktor von annähernd 50.000 reduziert. Im Gegensatz dazu ist die Größe der Belastung, die durch die Federn 810b reduziert ist, auf die Vorrichtungsfläche 820 nur annähernd 2000.
Es wird darauf hingewiesen, dass wenn beispielsweise eine äußere Kraft dazu führt, dass sich der Chip biegt, in einem Fall, wenn keine Belastungsentkopplung (z. B. keine Gräben und kein rückseitiger Hohlraum) vorhanden ist, die resultierende Belastung, die auf die MEMS-Vorrichtung wirkt, beispielsweise 1 MPa sein kann. (Das wäre die Summe der absoluten normalen Belastungskomponenten in x- und y-Richtung). Wenn jedoch ein/e Belastungsentkopplungsstruktur oder -merkmal eingeführt ist, kann das dazu führen, dass die Belastung auf z. B. 0,2 MPa reduziert ist. In diesem Beispiel wäre der resultierende Belastungsreduktionsfaktor in diesem Beispiel ein Faktor 5.
Das heißt, die Struktur der Konfiguration sowohl der Federn 810a als auch der Federn der 7A–7B stellen ähnliche oder bessere mechanische Entkopplung und Belastungsreduktion bereit.
In verschiedenen Ausführungsformen enthält eine Sensorvorrichtung ein Substrat und einen MEMS-Sensor und wenigstens eine integrierte Schaltung, die in einem Substrat monolithisch integriert sind, wobei das Substrat eine Dicke von ungefähr 100 µm bis etwa 1000 µm aufweist.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat eine Aufhängungsstruktur enthalten, die den MEMS-Sensor über einem rückseitigen Hohlraum aufhängt. In verschiedenen Ausführungsformen umgibt die Aufhängungsstruktur wenigstens teilweise einen Umfang der Membran des MEMS-Sensors.
In verschiedenen Ausführungsformen enthält die Aufhängungsstruktur eine oder mehrere Federn, die innerhalb des Substrats gebildet sind und die neben und/oder zwischen einem oder mehreren Gräben des Halbleitersubstrats gebildet sind. In verschiedenen Ausführungsformen erstrecken sich der eine oder die mehreren Gräben von der Vorderseite des Halbleitersubstrats zu dem rückseitigen Hohlraum, wobei die Abmessungen von Gräben eine Breite von ungefähr 1 µm bis etwa 100 µm und eine Tiefe von ungefähr 10 µm bis ungefähr 500 µm aufweisen.
In verschiedenen Ausführungsformen ist das Substrat auf einem Träger montiert. In verschiedenen Ausführungsformen sind die Gräben der Aufhängungsstruktur durch tiefes reaktives Ionenätzen (DRIE) gebildet.
In verschiedenen Ausführungsformen enthält die Sensorvorrichtung eine Gussmasse, die das Halbleitersubstrat teilweise einkapselt. Die Gussmasse kann eine Öffnung für einen Sensoreingang aufweisen, die wenigstens einen Abschnitt des MEMS-Sensors, z. B. ein/e Membran/Diaphragma, zu einer Umgebung außerhalb der Sensorvorrichtung freilegt.
In verschiedenen Ausführungsformen ist der Sensoreingang durch wenigstens teilweises Einkapseln des Substrats unter Verwendung eines foliengestützten Gussprozesses gebildet.
In verschiedenen Ausführungsformen verbindet die Aufhängungsstruktur den MEMS-Sensor elektrisch mit der wenigstens einen integrierten Schaltung. In verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen enthält die wenigstens eine integrierte Schaltung eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC).
In verschiedenen Ausführungsformen ist der MEMS-Sensor ein Drucksensor, und in einigen Ausführungsformen enthält er ein Diaphragma oder eine Membran, das/die aus Polysilizium hergestellt ist.
In verschiedenen Ausführungsformen kann eine Sensorvorrichtung eine elektronische Vorrichtung enthalten, die ein Halbleitersubstrat, das wenigstens eine integrierte Schaltung und einen MEMS-Sensor aufweist, wobei der MEMS-Sensor eine Membran enthält, einen rückseitigen Hohlraum innerhalb des Halbleitersubstrats, der unterhalb des MEMS-Sensors angeordnet ist und sich zu einer Rückseite des Halbleitersubstrats erstreckt, und eine Aufhängungsstruktur, die wenigstens die Membran des MEMS-Sensors in dem Halbleitersubstrat aufhängt, enthält; eine Gussmasse, die das Halbleitersubstrat teilweise einkapselt. Die Sensorvorrichtung kann ferner einen Sensoreingang enthalten, der eine Öffnung in der Gussmasse an der Vorderseite des Substrats aufweist, die wenigstens die MEMS-Sensormembran zu einer Umgebung außerhalb der Sensorvorrichtung freilegt. Die wenigstens eine integrierte Schaltung und der MEMS-Sensor können in einem Halbleitersubstrat monolithisch integriert sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann in der Sensorvorrichtung die Aufhängungsstruktur eine Federstruktur enthalten, die innerhalb des Halbleitersubstrats gebildet ist. Die Aufhängungsstruktur kann wenigstens teilweise einen Umfang der Membran des MEMS-Sensors umgeben. Die Federstruktur enthält Federn, die aus dem Substrat zwischen einem oder mehreren Gräbern des Halbleitersubstrats gebildet sind. Der eine oder die mehreren Gräben können sich von der Vorderseite des Halbleitersubstrats zu dem rückseitigen Hohlraum erstrecken.
In verschiedenen Ausführungsformen ist die elektronische Vorrichtung auf einem Träger montiert. Der Sensor-Chip kann durch ein Klebemittel an dem Träger angebracht sein. In einigen Ausführungsformen verbindet die Aufhängungsstruktur den MEMS-Sensor elektrisch mit der wenigstens einen integrierten Schaltungsvorrichtung.
Die Sensorvorrichtung kann in einigen Ausführungsformen die wenigstens eine integrierte Schaltung enthalten, die beispielsweise eine anwendungsspezifische integriert Schaltung (ASIC) enthält.
In verschiedenen Ausführungsformen ist der MEMS-Sensor ein Drucksensor. Die wenigstens eine integrierte Schaltung kann mit dem Träger elektrisch gekoppelt sein, beispielsweise über einen Bonddraht, der innerhalb der Gussmasse eingekapselt sein kann.
In Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen können hier beschriebene rückseitige Hohlräume rechteckig oder rechteckähnlich sein. Beispielsweise können die Breitenabmessungen des rückseitigen Hohlraums im Bereich von etwa 50 × 50 µm² bis etwa 1000 × 1000 µm² sein. In Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen können hier beschriebene rückseitige Hohlräume kreisförmig oder kreisähnlich sein mit einem Durchmesser von ungefähr 50 µm bis ungefähr 1000 µm. In verschiedenen Ausführungsformen können die rückseitigen Hohlräume eine Tiefe von ungefähr 10 µm bis ungefähr 500 µm aufweisen.
In Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen können Gräben, die in einem Substrat gebildet sind, wie z. B. Gräben, die wenigstens teilweise einen MEMS-Sensor umgeben können, eine Breite von ungefähr 1 µm bis ungefähr 20 µm aufweisen und können eine Tiefe von ungefähr 10 µm bis ungefähr 500 µm aufweisen.
In Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen können hier beschriebene Klebemittel leitfähigen Epoxidklebstoff, nicht leitfähigen Epoxidklebstoff, Chipanbringungsfolie, Silikonklebstoff und/oder eine Waferrückseitenbeschichtung und Kombinationen daraus enthalten.
In Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen können hier beschriebene Opferschichten eine oder mehrere Schichten aus Nitrid, Kohlenstoff, Siliziumoxid, Polyimid und einem oder mehreren Metallen wie z. B. Aluminium enthalten.
In beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung enthält eine Vorrichtung ein Substrat, ein Halbleitersubstrat, das eine Vorrichtung enthält. In verschiedenen Ausführungsformen ist die Vorrichtung eine MEMS-Vorrichtung. In verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen ist die MEMS-Vorrichtung innerhalb des Substrats monolithisch integriert.
Das Substrat kann ferner einen rückseitigen Hohlraum innerhalb des Halbleitersubstrats enthalten, der unterhalb der MEMS-Vorrichtung angeordnet ist, und enthält eine Aufhängungsstruktur, die wenigstens einen Abschnitt der MEMS-Vorrichtung in dem Halbleitersubstrat aufhängt und mechanisches Entkoppeln dafür bereitstellt. In beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung enthält die Aufhängungsstruktur eine oder mehrere Federn, wobei die eine oder die mehreren Federn durch einen oder mehrere Gräben definiert sind, die innerhalb des Halbleitersubstrats gebildet sind.
In beispielhaften Ausführungsformen enthält wenigstens eine Feder aus der einen oder den mehreren Federn wenigstens einen L-förmigen Abschnitt. Der wenigstens eine L-förmige Abschnitt der wenigstens einen Feder kann wenigstens teilweise eine vertikale äußere Oberfläche oder Umfangsfläche der MEMS-Vorrichtung umgeben. Der L-förmige Abschnitt der wenigstens einen Feder kann einen ersten Federbereich und einen zweiten Federbereich enthalten, die jeweils im Wesentlichen parallel zu einer ersten Seite oder einem ersten Bereich und einer zweiten Seite oder einem zweiten Bereich der Umfangsfläche der MEMS-Vorrichtung sind. In verschiedenen Ausführungsformen können der erste und der zweite Federbereich orthogonal zueinander sein.
In verschiedenen Ausführungsformen erstreckt sich der erste Federbereich des L-förmigen Abschnitts der wenigstens einen Feder über wenigstens einen Rand der ersten Seite der Umfangsfläche der MEMS-Vorrichtung hinaus, und wobei sich der zweite Bereich des L-förmigen Abschnitts der wenigstens einen Feder über wenigstens einen Rand der zweiten Seite der Umfangsfläche der MEMS-Vorrichtung hinaus erstreckt.
In verschiedenen Ausführungsformen erstreckt sich der erste Federbereich oder der zweite Federbereich des L-förmigen Abschnitts in das Halbleitersubstrat oder ist damit verbunden.
In verschiedenen Ausführungsformen weist der erste Federbereich des L-förmigen Abschnitts der wenigstens einen Feder eine Länge größer als eine Länge der ersten Seite der Umfangsfläche der MEMS-Vorrichtung auf.
In verschiedenen Ausführungsformen weist der zweite Federbereich des L-förmigen Abschnitts der wenigstens einen Feder eine Länge größer als eine Länge der zweiten Seite der Umfangsfläche der MEMS-Vorrichtung auf.
In verschiedenen Ausführungsformen enthält die wenigstens eine Feder, die den wenigstens einen L-förmigen Abschnitt aufweist, ferner einen Federbereich, der sich von dem L-förmigen Abschnitt zu der MEMS-Vorrichtung erstreckt.
In verschiedenen Ausführungsformen enthält die wenigstens eine Feder, die den wenigstens einen L-förmigen Abschnitt umfasst, ferner einen weiteren Federbereich, der sich von dem L-förmigen Abschnitt zu dem Halbleitersubstrat erstreckt.
In verschiedenen Ausführungsformen erstrecken sich der eine oder die mehreren Gräben, die die einen oder mehreren Federn definieren, von der Vorderseite des Halbleitersubstrats zu dem rückseitigen Hohlraum.
In verschiedenen Ausführungsformen erstreckt sich der rückseitige Hohlraum zu einer Rückseite des Halbleitersubstrats.
In beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung enthält eine Vorrichtung ein Halbleitersubstrat, das eine MEMS-Vorrichtung enthält. In verschiedenen Ausführungsformen enthält die Vorrichtung einen rückseitigen Hohlraum innerhalb des Halbleitersubstrats, der unterhalb der MEMS-Vorrichtung angeordnet ist, und eine Aufhängungsstruktur, die wenigstens einen Abschnitt der MEMS-Vorrichtung in dem Halbleitersubstrat aufhängt und mechanische Entkopplung für ihn bereitstellt, wobei die Aufhängungsstruktur mehrere Federn enthält, wobei die mehreren Federn durch einen oder mehrere Gräben definiert sind, die innerhalb des Halbleitersubstrat gebildet sind.
In verschiedenen Ausführungsformen enthält jede aus den mehreren Federn jeweils einen ersten Federabschnitt und einen zweiten Federabschnitt, wobei der erste Federabschnitt mit dem zweiten Federabschnitt in einem rechten Winkel oder im Wesentlichen in einem rechten Winkel zusammengefügt oder verbunden ist.
In verschiedenen Ausführungsformen enthält jede aus den mehreren Federn einen dritten Federabschnitt, wobei sich der dritte Federabschnitt in eine Richtung parallel zu der Richtung entweder des ersten Federabschnitts oder des zweiten Federabschnitts erstreckt.
In verschiedenen Ausführungsformen sind die mehreren Federn in einer verschlungenen Schraubenstruktur angeordnet.
In verschiedenen Ausführungsformen weist die Umfangsfläche der MEMS-Vorrichtung vier Seiten auf, und wobei jede aus den mehreren Federn an einer unterschiedlichen jeweiligen Seite der Umfangsfläche der Vorrichtung beginnt oder daran angebracht ist.
In verschiedenen Ausführungsformen enthält jede aus den mehreren Federn eine erste Faltung und eine zweite Faltung, wobei die erste Faltung und die zweite Faltung jeweils eine Gruppe aus zwei Federabschnitten parallel zueinander und durch eine Lücke voneinander getrennt enthält. Ferner sind in verschiedenen Ausführungsformen für jede Feder die Federabschnitte der ersten Faltung senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu den Federabschnitten der zweiten Faltung.
In verschiedenen Ausführungsformen enthält die Peripherie der MEMS-Vorrichtung vertikale Seiten oder Bereiche, wobei die mehreren Federn eine erste Feder und eine zweite Feder enthalten, die vertikale Seiten oder Bereich der MEMS-Vorrichtung umgeben.
In verschiedenen Ausführungsformen können die Federn und/oder Federabschnitte gekrümmt, gebogen oder gerade sein, z. B. können Abschnitte Federabschnitte sein, die eine gebogene, gekrümmte oder gerade Form aufweisen.
In verschiedenen Ausführungsformen sind Federn in geraden oder im Wesentlichen geradlinigen Federabschnitten angeordnet. Die Federn, die gerade oder im Wesentlichen gerade Federabschnitte aufweisen, können günstig oder ökonomisch hinsichtlich des Verbrauchs von Fläche oder Raum sein.
Obwohl die Erfindung insbesondere mit Bezug auf spezifisch Ausführungsformen gezeigt und beschrieben worden ist, ist durch Fachleute zu verstehen, dass verschiedene Änderungen an der Form und Einzelheiten daran vorgenommen werden können, ohne von dem Geist und Schutzbereich der Erfindung, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert sind, abzuweichen. Der Schutzbereich der Erfindung ist somit durch die beigefügten Ansprüche angegeben, und alle Änderungen, die innerhalb der Bedeutung und des Äquivalenzbereichs der Ansprüche liegen, sollen deshalb eingeschlossen sein.

Claims

Sensorvorrichtung (1), die Folgendes umfasst: eine elektronische Vorrichtung, die Folgendes umfasst: ein Halbleitersubstrat (10), das wenigstens eine integrierte Schaltung (15) und einen Mikroelektromechanische-System(MEMS)-Sensor (20) umfasst, wobei der MEMS-Sensor (20) eine Membran enthält, einen rückseitigen Hohlraum (22) innerhalb des Halbleitersubstrats (10), der unterhalb des MEMS-Sensors (20) angeordnet ist und sich zu einer Rückseite des Halbleitersubstrats (10) erstreckt, und eine Aufhängungsstruktur (50), die wenigstens die Membran des MEMS-Sensors (20) in dem Halbleitersubstrat (10) aufhängt; eine Gussmasse (70), die das Halbleitersubstrat (10) teilweise einkapselt; und einen Sensoreingang (80), der eine Öffnung in der Gussmasse (70) an der Vorderseite (10a) des Substrats (10) umfasst, die wenigstens die MEMS-Sensormembran zu einer Umgebung außerhalb der Sensorvorrichtung (1) freilegt.
Sensorvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Aufhängungsstruktur (50) eine Federstruktur umfasst, die innerhalb des Halbleitersubstrats (10) gebildet ist.
Sensorvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Aufhängungsstruktur (50) einen Umfang der Membran des MEMS-Sensors (20) wenigstens teilweise umgibt.
Sensorvorrichtung (1) nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Federstruktur Federn umfasst, die aus dem Substrat zwischen einem oder mehreren Gräben des Halbleitersubstrats (10) gebildet sind; wobei optional sich der eine oder die mehreren Gräben von der Vorrichtung des Halbleitersubstrats (10) zu dem rückseitigen Hohlraum (22) erstrecken.
Sensorvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die elektronische Vorrichtung auf einem Träger montiert ist; wobei optional der Sensor-Chip an dem Träger durch ein Klebemittel angebracht ist.
Sensorvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Aufhängungsstruktur (50) den MEMS-Sensor (20) mit der wenigstens einen integrierten Schaltung (15) elektrisch verbindet.
Sensorvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die wenigstens eine integrierte Schaltung (15) eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) umfasst.
Sensorvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der MEMS-Sensor (20) ein Drucksensor ist.
Sensorvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die wenigstens eine integrierte Schaltung (15) mit dem Träger elektrisch gekoppelt ist; wobei optional die wenigstens eine integrierte Schaltung (15) mit dem Träger über einen Bonddraht, der in der Gussform eingekapselt ist, elektrisch gekoppelt ist.
Verfahren zum Herstellen einer Sensorvorrichtung (1), das Folgendes umfasst: Bereitstellen eines Halbleitersubstrats (10), das wenigstens eine integrierte Schaltung (15) und einen MEMS-Sensor (20) umfasst, die jeweils auf einer ersten Seite des Halbleitersubstrats (10) monolithisch gebildet sind; Bilden eines rückseitigen Hohlraums (22) innerhalb des Halbleitersubstrats (10) unterhalb des MEMS-Sensors (20), der sich zu einer Rückseite des Halbleitersubstrats (10) erstreckt, Bilden einer Aufhängungsstruktur (50) aus dem Halbleitersubstrat (10), wobei die Aufhängungsstruktur (50) wenigstens eine Membran des MEMS-Sensors (20) in dem Halbleitersubstrat (10) aufhängt; und Bilden eines Sensoreingangs (80) durch wenigstens teilweises Einkapseln des Substrats innerhalb einer Gussform, wobei der Sensoreingang (80) eine Öffnung in der Gussform zu der ersten Seite des Substrats bereitstellt und wenigstens die MEMS-Sensormembran zu einer Umgebung außerhalb der Sensorvorrichtung (1) freilegt.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei Bilden der Aufhängungsstruktur (50) Bilden einer oder mehrerer Federn in dem Substrat umfasst, um die Membran des MEMS-Sensors (20) in dem Halbleitersubstrat (10) aufzuhängen; wobei optional die eine oder die mehreren Federn zwischen einem oder mehreren Gräben durch einen Grabenätzprozess gebildet werden, wobei sich der eine oder die mehreren Gräben von der Vorderseite des Halbleitersubstrats (10) zu dem rückseitigen Hohlraum (22) erstrecken.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Bilden eines Sensoreingangs (80) wenigstens teilweises Einkapseln des Substrats mit einer Gussform durch einen folienunterstützten Gussprozess umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das Anbringen der Rückseite des Halbleitersubstrats (10) an einen Träger Anhaften der Rückseite des Halbleitersubstrats (10) an den Träger durch ein Klebemittel umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, bei dem die Rückseite des Halbleitersubstrats (10) an einen Träger angebracht wird, nachdem der rückseitige Hohlraum (22) gebildet worden ist.