DE102016125437A1

DE102016125437A1 - Sensorvorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE102016125437A1
Application number: DE102016125437.1A
Authority: DE
Inventors: Matthias Friedrich Herrmann
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
Also published as: DE102016125428A1; US9670057B1; KR20170091055A; CN107032286A; DE102016125428B4; CN107032286B; US9643837B1

Abstract

Eine Sensorvorrichtung (1) kann eine elektronische Vorrichtung enthalten, die wenigstens eine integrierte Schaltungsvorrichtung und einen MEMS-Sensor (20) aufweist, die beide mit einem Halbleitersubstrat (10) monolithisch integriert sind. Die Sensorvorrichtung kann eine Aufhängungsstruktur (50) enthalten, die den MEMS-Sensor (20) über einem hinteren Hohlraum (22) innerhalb des Halbleitersubstrats (10) aufhängt. Die Aufhängungsstruktur (50) kann Federn oder eine Federstruktur sein, die aus dem Ätzen der Vorderseite (10a) des Halbleitersubstrats (10) gebildet werden.

Description

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der US-Patentanmeldung, laufende Nr. 15/009,855, eingereicht am 29. Januar 2016, die in hier durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist.
Verschiedene Ausführungsformen beziehen sich im Allgemeinen auf Sensorvorrichtungen und Verfahren zum Herstellen von Sensorvorrichtungen.
Elektronische Vorrichtungen können mikroelektromechanische Systeme (MEMS) enthalten und werden in verschiedenen Vorrichtungen und Anwendungen verwendet. Die MEMS können z. B. einen Drucksensor enthalten. Der Verbrauchermarkt für Drucksensoren wird hauptsächlich ASP-gesteuert. Der Hauptkostenfaktor für die heutigen Drucksensormodule ist die Quasistandard-LGA-Baugruppe mit offenem Hohlraum, die 60 % der Herstellungskosten repräsentieren kann. Es kann im Allgemeinen erwünscht sein, eine kostengünstige geformte Baugruppe zu verwenden, um die Herstellungskosten zu verringern. Einige MEMS, wie z. B. Drucksensoren, sind sehr empfindlich gegen mechanische Beanspruchungen. Es kann ein dicker Silicon-Klebstoff innerhalb der Baugruppe verwendet werden, um die mechanische Beanspruchung von einem MEMS zu entkoppeln, wobei die Beanspruchung durch den dicken Silicon-Klebstoff innerhalb der Baugruppe von dem MEMS stammt. Die Entkopplung der Beanspruchung auf der Baugruppenebene mit Silicon-Klebstoff ist jedoch in geformten Standardbaugruppen nicht möglich. Zusätzlich kann die Formverbindung eine Beanspruchung ausüben, die von den Umgebungsfaktoren, wie z. B. der Feuchtigkeit und der Temperatur, abhängig ist. Als eine Folge ist es nicht möglich, geformte Drucksensorbaugruppen zu verwenden.
In verschiedenen Ausführungsformen kann eine Sensorvorrichtung eine elektronische Vorrichtung, die ein Halbleitersubstrat, das wenigstens eine integrierte Schaltung und einen MEMS-Sensor aufweist, wobei der MEMS-Sensor eine Membran enthält, einen hinteren Hohlraum innerhalb des Halbleitersubstrats, der unter dem MEMS-Sensor angeordnet ist und sich bis zu einer Rückseite des Halbleitersubstrats erstreckt, und eine Aufhängungsstruktur, die wenigstens die Membran des MEMS-Sensors in dem Halbleitersubstrat aufhängt, enthält; ein Formstück, das das Halbleitersubstrat einkapselt, enthalten. Die Sensorvorrichtung kann ferner eine Sensoröffnung enthalten, die ein Loch in dem Formstück an einer Vorderseite des Substrats aufweist, das wenigstens die Membran des MEMS-Sensors 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 überall in den verschiedenen Ansichten auf die gleichen Teile. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgerecht, wobei die Betonung stattdessen auf das Veranschaulichen der Prinzipien der Erfindung gelegt ist. In der folgenden Beschreibung werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung bezüglich der folgenden Zeichnungen beschrieben, worin:
1 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer Sensorvorrichtung, die wenigstens eine integrierte Schaltungsvorrichtung und einen MEMS-Sensor, die monolithisch integriert sind, enthält, gemäß wenigstens einer beispielhaften Ausführungsform zeigt;
2 ein Ablaufplan eines Verfahrens zum Herstellen einer Sensorvorrichtung, die wenigstens eine integrierte Schaltungsvorrichtung und einen MEMS-Sensor, die monolithisch integriert sind, enthält, gemäß wenigstens einer beispielhaften Ausführungsform ist;
3A–3J Ansichten von Stufen eines Substrats sind, das bearbeitet wird, um eine Sensorvorrichtung gemäß wenigstens einer beispielhaften Ausführungsform zu bilden;
4A–4C einen Querschnitt, eine perspektivische Draufsicht und eine perspektivische Draufsicht im Querschnitt einer Sensorvorrichtung, die wenigstens eine integrierte Schaltungsvorrichtung und einen MEMS-Sensor, die auf einem Substrat monolithisch integriert sind, enthält, gemäß wenigstens einer beispielhaften Ausführungsform zeigen;
5A eine perspektivische Ansicht einer Aufhängungsstruktur eines Substrats gemäß wenigstens einer beispielhaften Ausführungsform zeigt; und
5B eine graphische Darstellung ist, die die Belastungs- oder die Beanspruchungsentkopplung der Aufhängungsstruktur nach 5A gemäß wenigstens einer beispielhaften Ausführungsform zeigt.
6A–6C zeigen Substrate, die herkömmliche Federn enthalten.
7A–7F zeigen Substrate, die Federn gemäß wenigstens einer beispielhaften Ausführungsform enthalten.
8A–8B zeigen ein Substrat mit Federn gemäß wenigstens einer beispielhaften Ausführungsform.
Die folgende ausführliche Beschreibung bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen, die zur Veranschaulichung spezifische Einzelheiten und Ausführungsformen zeigen, in denen die Erfindung praktiziert werden kann.
Das Wort "beispielhaft" wird hier verwendet, so dass es "als ein Beispiel, ein Fall oder eine Veranschaulichung dienend" bedeutet. Irgendeine Ausführungsform oder Bauform, die hier als "beispielhaft" beschrieben wird, ist nicht notwendigerweise als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Ausführungsformen oder Bauformen auszulegen.
Das Wort "über", das bezüglich eines abgeschiedenen Materials verwendet wird, das "über" einer Seite oder einer Oberfläche ausgebildet ist, kann hier verwendet werden, so dass es bedeutet, dass das abgeschiedene Material "direkt auf", z. B. in direktem Kontakt mit der besagten Seite oder Oberfläche ausgebildet sein kann. Das Wort "über", das bezüglich eines abgeschiedenen Materials verwendet wird, das "über" einer Seite oder einer Oberfläche ausgebildet ist, kann hier verwendet werden, so dass es bedeutet, dass das abgeschiedene Material "indirekt auf" der besagten Seite oder Oberfläche ausgebildet sein kann, wobei eine oder mehrere zusätzliche Schichten zwischen der besagten Seite oder Oberfläche und dem abgeschiedenen Material angeordnet sind.
Der Begriff "Verbindung" kann sowohl eine indirekte "Verbindung" als auch eine direkte "Verbindung" enthalten.
Wenn auf Halbleitervorrichtungen Bezug genommen wird, sind Vorrichtungen mit wenigstens zwei Anschlüssen gemeint, wobei ein Beispiel eine Diode ist. Die Halbleitervorrichtungen können außerdem Vorrichtungen mit drei Anschlüssen sein, wie z. B. Feldeffekttransistoren (FET), Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBT), Sperrschicht-Feldeffekttransistoren (JFET) und Thyristoren, um einige zu nennen. Die Halbleitervorrichtungen können außerdem mehr als drei Anschlüsse enthalten. Gemäß einer Ausführungsform sind die Halbleitervorrichtungen Leistungsvorrichtungen. Die integrierten 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 einem Wafer monolithisch integriert sind. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen sind die hier beschriebenen Aufhängungsstrukturen in das Substrat/den Wafer aufgenommen oder in dem Substrat/Wafer ausgebildet. Die Aufhängungsstruktur kann eine Feder (Federn) oder eine in dem Substrat oder dem Wafer ausgebildete Feder sein.
1 zeigt eine Querschnittsansicht und eine 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 z. B. ein Halbleiter-Chip 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. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen sind sowohl die integrierte Schaltungsvorrichtung 15 als auch der MEMS-Sensor 20 in dem Halbleitersubstrat 10 monolithisch integriert.
Das Substrat 10 und die anderer Halbleiterschicht oder der andere Wafer (oder die anderen Halbleiterschichten oder Wafer), die hier beschrieben sind, können aus irgendeinem geeigneten Halbleitermaterial hergestellt sein. Beispiele derartiger Materialien enthalten elementare Halbleitermaterialien, wie z. B. Silicium (Si), Verbindungshalbleitermaterialien der Gruppe IV, wie z. B. Siliciumcarbid (SiC) oder Siliciumgermanium (SiGe), binäre, ternäre oder quaternäre III-V-Halbleitermaterialien, wie z. B. Galliumarsenid (GaAs), Galliumphosphid (GaP), Indiumphosphid (InP), Galliumnitrid (GaN), Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN), Indiumgalliumphosphid (InGaP) oder Indiumgalliumarsenidphosphid (In-GaAsP), und binäre oder ternäre II-VI-Halbleitermaterialien, wie z. B. Cadmiumtellurid (CdTe) und Quecksilbercadmiumtellurid (HgCdTe), um einige zu nennen, ohne darauf eingeschränkt zu sein.
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) oder andere Schaltungselemente, wie z. B. Widerstände, Kondensatoren usw., enthalten, die unter Verwendung bekannter Halbleiterprozesse hergestellt sind.
Der MEMS-Sensor 20 kann ein oder mehrere Abtastelemente 25, wie z. B. eine Membran oder irgendeinen anderen Typ des Sensorelements, enthalten. In verschiedenen Ausführungsformen kann der MEMS-Sensor 20 ein Drucksensor mit einer Membran/einem Diaphragma sein.
Das Substrat 10 nach 1 enthält einen hinteren Hohlraum 22, der sich unter dem MEMS-Sensor 20 befindet. Das heißt, der MEMS-Sensor 20 deckt den hinteren Hohlraum wenigstens teilweise ab. Der hintere Hohlraum 22 ist innerhalb des Substrats 10 ausgebildet und erstreckt sich von einer Unterseite 10b des Substrats bis innerhalb eines vorgegebenen Abstands von dem MEMS-Sensor.
Das Substrat 10 nach 1 enthält eine (nicht gezeigte) Aufhängungsstruktur 50. Die Aufhängungsstruktur 50 kann den MEMS-Sensor 20 aufhängen, um eine Entkopplung der mechanischen Beanspruchung bereitzustellen.
Die Aufhängungsstruktur 50 nach 1 kann innerhalb der Gräben 40 ausgebildet sein und sich innerhalb der Gräben 40 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 hinteren Hohlraum 22 zu erreichen.
Die elektronische Vorrichtung 5 nach 1 ist teilweise eingekapselt. Ein Formstück 70 deckt sowohl die Seitenwände des Substrats 10 als auch die Abschnitte der Vorderseite 10a des Substrats 10 ab, um ein Loch oder eine Sensoröffnung 80 in dem Formstück zu bilden. Das Loch oder die Sensoröffnung 80 stellt ein Loch in dem Formstück 80 bereit, das einen Abschnitt der Vorderseite 10a des Substrats 10 und zu dem MEMS-Sensor 25 freilegt und ferner ein Loch oder einen Durchgang zwischen der Membran des MEMS-Sensors und einer Umgebung außerhalb der Abtastvorrichtung 1 bereitstellt. In dem Fall eines Drucksensors kann z. B. eine Sensoröffnung, wie z. B. die Sensoröffnung 80, die Membran des Drucksensors zu einer Umgebung der Abtastvorrichtung 1 freilegen.
Das Formstück 70 kann in einer beispielhaften Ausführungsform durch irgendeinen geeigneten Formungsprozess, wie z. B. unter Verwendung der folienunterstützten Formungstechnik (FAM-Technik), geformt werden. In einer weiteren Ausführungsform kann die Sensoröffnung 80 unter Verwendung der durchgehenden Lithographie gebildet werden, z. B. unter Verwendung des SU8-Photolacks, um die Sensoröffnung 80 durch Ätzen zu erzeugen.
1 zeigt ferner eine an einem Träger 100 angebrachte elektronische Vorrichtung 5. Das Substrat 10 kann mittels eines Klebstoffs 60, wie z. B. eines leitfähigen und eines nicht leitfähigen Epoxidharz-Klebstoffs, einer Die-Befestigungsfolie, eines Silicon-Klebstoffs und/oder einer Wafer-Rückseitenbeschichtung, um einige zu nennen, an dem Träger 100 befestigt oder an den Träger 100 geklebt werden.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Aufhängungsstruktur 50 eine Belastungsentkopplung auf der Chip-Ebene oder der Baugruppenebene bereitstellen. Die Aufhängungsstruktur 50 kann sich in der Form einer Feder (Federn) befinden. Die Gräben 40 können durch einen Graben-Ätzprozess, der die Feder (die Federn) oder eine Federstruktur erzeugt, gebildet werden. Das heißt, die Gräben 40 können die Federn definieren, die 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 sich jede monolithisch in einem Substrat der Sensorvorrichtung befinden, gemäß einer oder mehreren beispielhaften Ausführungsformen.
Die 3A–3G sind Querschnittsansichten eines Halbleitersubstrats in verschiedenen Stufen beim Bilden einer Sensorvorrichtung mit einem monolithisch integrierten MEMS-Sensor und einer oder mehreren monolithisch integrierten integrierten Schaltungsvorrichtungen gemäß beispielhaften Ausführungsformen.
In 2 wird 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 ausgebildet. Die wenigstens eine integrierte Schaltung und der MEMS-Sensor können auf einer Seite des Halbleitersubstrats, wie z. B. einer Vorderseite des Substrats, ausgebildet sein. Die wenigstens eine integrierte Schaltung kann unter Verwendung irgendwelcher geeigneter und wohlbekannter Halbleiter- und MEMS-Herstellungstechniken, wie z. B. Abscheidung, Ätzen, Lithographie usw., gebildet werden. In den Ausführungsformen können der wenigstens eine MEMS-Sensor und die wenigstens eine integrierte Schaltung in irgendeiner angemessenen oder 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 wird. Das Halbleitersubstrat 300 kann ein Abschnitt eines Wafers sein, wie z. B. nach der Vereinzelung. Der Substratabschnitt 310 enthält einen Logikfeldabschnitt 310a, der einem Sensorfeldabschnitt 310b seitlich benachbart ist. Der Logikfeldabschnitt 310a kann wenigstens eine Logikvorrichtung, wie z. B. eine ASIC, eine FPGA usw., beinhalten oder enthalten. Das Sensorfeld 310b kann wenigstens eine Sensorvorrichtung, wie z. B. einen MEMS-Sensor, enthalten.
Ferner kann der obere Abschnitt 310 anfangs eine teilweise gebildete Sensorvorrichtung, wie z. B. einen Drucksensor oder einen anderen Sensortyp, enthalten. In diesem Fall enthält das Sensorfeld 310b die Elektrodenanschlüsse 320 und eine feste Elektrode 330 dazwischen. Die Elektrodenanschlüsse 320 können in einem Beispiel unter Verwendung irgendeines geeigneten Materials, wie z. B. Siliciumoxid, hergestellt sein. Wie gezeigt ist, kann ferner eine Opferschicht 340 über dem oberen Substratabschnitt 310 ausgebildet sein. In der Ausführungsform nach 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 anderer Typen von Sensorelementen verwendet werden. In anderen Ausführungsformen kann die Opferschicht eine oder mehrere Schichten anderer Typen, einschließlich anderer Materialien, wie z. B. Siliciumoxid, Polyimid und eines oder mehrerer Metalle (z. B. Aluminium), enthalten.
Als Nächstes ist in der Ausführungsform nach 3B die Opferschicht 340 mit einem Muster versehen worden, um eine mit einem Muster versehene Opferschicht 340a zu bilden. Die Opferschicht 340 kann durch das Entfernen von einer oder von Abschnitten der Opferschicht 340 über dem Sensorfeld 310b geätzt werden. Die Opferschicht 340 kann unter Verwendung irgendeines geeigneten Ätz- oder Lithographieprozesses oder irgendeiner geeigneten Ätz- oder Lithographietechnik mit einem Muster versehen werden.
Nach dem Bilden der mit einem Muster versehenen Opferschicht 340a kann über dem Substratabschnitt 310 eine Membranschicht 350 gebildet oder bereitgestellt werden, wie in der Ausführungsform nach 3C gezeigt ist. Es ist gezeigt, dass die Membranschicht 350 über dem Sensorfeld 310b abgeschieden ist und über dem Logikfeld 310a abgeschieden ist. Es ist außerdem gezeigt, dass ein Schutzlack 360 für die Verwendung beim Versehen der Membranschicht 350 mit einem Muster selektiv über der Membranschicht 350 abgeschieden ist. Die Membranschicht 350 kann irgendein geeignetes Material sein, einschließlich Polysilicium als ein Beispiel.
Die Ausführungsform nach 3D gezeigt 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 mit einem Muster versehen worden. Die Membranschicht 350 kann durch einen Lithographieprozess oder irgendein anderes geeignetes oder durchführbares Verfahren mit einem Muster versehen werden. Wie außerdem in 3D gezeigt ist, ist die mit einem Muster versehenen Opferschicht 340a entfernt worden, wobei ein Hohlraum 340a zurückgelassen wird. Im Ergebnis ist die mit einem Muster versehene Membranschicht 350 eine frei oder im Wesentlichen frei hängende Membran 370. Gemäß den beispielhaften Ausführungsformen kann die durch Ätzen entfernt werden. In einem Beispiel, in dem die Opferschicht eine Kohlenstoffschicht enthält, kann die Kohlenstoffschicht unter Verwendung eines Sauerstoffplasmaätzens geätzt und dadurch entfernt werden. In anderen Ausführungsformen kann wenigstens teilweise ein Nassätzen verwendet werden. Es kann z. B. Fluorwasserstoffsäure verwendet werden, um eine Siliciumoxidschicht der Opferschicht zu entfernen.
Die Materialien, die beim Versehen der Membran mit einem Muster verwendet oder erzeugt werden, z. B. der Schutzlack, die Reste usw., können außerdem entfernt werden. Nach dem Entfernen derartiger Materialien können ein oder mehrere Back-End-of-Line-Schichten (BEOL-Schichten) über oder auf der Vorderseite des Substratabschnitts 310 gebildet oder abgeschieden werden und ein Teil des Substrats 300 werden. Die eine oder die mehreren BEOL-Schichten können Strukturen enthalten, wie z. B. eine oder mehrere dielektrische Schichten, eine oder mehrere leitfähige Schichten, eine oder mehrere Verbindungstrukturen und dergleichen, um einige zu nennen.
In der Ausführungsform nach 3E sind sowohl eine Logikvorrichtung 380 als auch ein MEMS-Sensor 375 in oder auf dem Halbleitersubstrat 300 monolithisch integriert. Wie gezeigt ist, enthält das Substrat 300 eine oder mehrere BEOL-Schichten 390, die über einer Halbleiterschicht oder einem Wafer 385 angeordnet sind und die z. B. über der Logikvorrichtung 390 über einem oder mehreren Abschnitten des MEMS-Sensors 375 angeordnet sind. Die Membran 370 des MEMS-Sensors 375 ist jedoch nicht abgedeckt oder freigelegt. Das heißt, in 3E sind die eine oder die mehreren BEOL-Schichten 390 nicht über wenigstens einem Abschnitt des MEMS-Sensors 370, der die Membran 370 enthält, ausgebildet.
Die Halbleiterschicht 385 kann irgendein geeignetes Halbleitermaterial, wie z. B. Silicium und dergleichen, enthalten.
Zurück zu 2 ist ein Halbleitersubstrat mit einem monolithisch integrierten MEMS-Sensor und wenigstens einer integrierten Schaltung versehen worden, wobei dann bei 220 ein hinterer Hohlraum in dem Halbleitersubstrat und bei 230 eine Aufhängungsstruktur von dem Halbleitersubstrat gebildet werden können. Der hintere Hohlraum und die Aufhängungsstruktur können in irgendeiner Reihenfolge separat sein, der hintere Hohlraum kann z. B. zuerst und die Aufhängungsstruktur als zweites oder umgekehrt gebildet werden. Ferner können der hintere Hohlraum 325 und die Aufhängungsstruktur außerdem gleichzeitig oder fast gleichzeitig gebildet werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können der Hohlraum und die Aufhängungsstruktur unter Verwendung eines oder mehrerer Ätzprozesse, wie z. B. unter Verwendung eines reaktiven Ionenätzprozesses, z. B. des reaktiven Ionentiefenätzens (DRIE), gebildet werden.
Beim Bilden des hinteren Hohlraums und/oder der Aufhängungsstruktur kann das Substrat auf einem vorübergehenden Träger angeordnet sein. Die Vorderseite des Substrats kann z. B. an einem vorübergehenden Träger befestigt sein, wenn der hintere Hohlraum gebildet wird, und/oder die Rückseite des Substrats kann an einem vorübergehenden oder einem permanenten Träger befestigt sein, wenn die Aufhängungsstruktur der Vorderseite gebildet wird.
Die Ausführungsform nach 3F zeigt das Substrat 300 nach 3E, das einen hinteren Hohlraum 325 und eine Aufhängungsstruktur 392 enthält. Die Aufhängungsstruktur 392 enthält einen oder mehrere Gräben 394. Die Gräben 394, die die Aufhängungsstruktur 392 bilden, und der hintere Hohlraum können durch das reaktive Ionentiefenätzen (DRIE) gebildet werden. Vor dem Ätzen kann ein Schutzlack 395 auf dem Substrat für das Ätzen abgeschieden werden.
Die Ausführungsform nach 3G zeigt das Substrat 300 nach 3F nach dem Entfernen irgendeines Schutzlacks oder anderer Materialien, die durch das Ätzen verwendet oder erzeugt werden. Die Gräben 392 erstrecken sich von einer Vorderseite 300a des Substrats 300 bis zum hinteren Hohlraum 325. Der hintere Hohlraum 325 erstreckt sich von einer Rückseite 300b des Substrats 300 bis zu einer vorgegebenen Höhe in dem Substrat 300, wie z. B. bis zu oder innerhalb einer vorgegebenen Höhe in der Halbleiterschicht 385.
Der eine oder die mehreren Gräben 392 können geätzt oder gebildet werden, um eine Aufhängungsstruktur 394 zu erzeugen, die eine Entkopplung der mechanischen Beanspruchung von dem MEMS-Sensor 375 bereitstellt. Die Aufhängungsstruktur 392 hängt den MEMS-Sensor 375 in dem Substrat 300 über dem hinteren Hohlraum 325 auf.
Gemäß einer oder mehreren beispielhaften Ausführungsformen kann sich die Aufhängungsstruktur 392 in der Form einer oder mehrerer mechanischer Federn befinden, die in und/oder von dem Substrat 300 ausgebildet sind. Das heißt, die Feder kann verschiedene Schichten enthalten, die das Substrat 300 bilden, wie z. B. Teile oder Abschnitte einer oder mehrerer Metallisierungsschichten, dielektrischer Schichten, Passivierungsschichten, Halbleiterschichten usw., enthalten.
3H ist eine Querschnitts-Draufsicht des Substrats 300 entlang der Linie A-A in 3G. In 3H ist gezeigt, dass die Aufhängungsstruktur 392 die Membran 370 des MEMS-Sensors 375 umgibt. Die Aufhängungsstruktur 392 enthält die Gräben 394, die mit einem Muster versehen 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 Abschnitte 394a des Substrats 300. Die vertikalen Abschnitte 394a sind wenigstens teilweise durch einen oder mehrere Zwischenräume oder eine oder mehrere Lücken in dem Substrat von einem oder mehreren anderen vertikalen Abschnitten des Substrats 300 getrennt. Die Feder (die Federn) oder die Federstruktur 396 ist den Gräben 394 benachbart und/oder befindet sich zwischen den Gräben 394.
5A zeigt eine teilweise perspektivische Ansicht der Gräben 394 und der Federstruktur 396 gemäß verschiedenen Ausführungsformen. 5B zeigt eine Simulation der absoluten Belastung einer Federstruktur nach 5A in der XY-Ebene (die XY-Ebene ist zu einer Oberfläche auf der Oberseite 301a des Substrats 300, die von dem hinteren Hohlraum 325 abgewandt ist, parallel).
Zurück zu 3H kann die Federstruktur 396 eine elektrische Verbindung zwischen dem MEMS-Sensor 375 und der Logikvorrichtung 380 enthalten oder bereitstellen. Wie vorher angegeben worden ist, kann die Federstruktur 396 eine oder mehrere Metallisierungsschichten enthalten, von denen irgendeine mit dem MEMS-Sensor 375 oder einem Teil davon (z. B. der 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 hinteren 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 die ganze Strecke bis zur Vorderseite 301a des Substrats erstrecken.
3H zeigt eine mögliche Musteranordnung, die zwei Gräben 394a, 394b enthält. In 3H enthält jeder der Gräben 394 Grabensegmente, die in rechten Winkeln miteinander verbunden sind. Jeder Graben 394a und 394b kann eine spiralartige Struktur aufweisen, wobei sich jeder Graben 394a und 394b bezüglich des Sensors 370 sowohl innerhalb als auch außerhalb von jedem befindet, und so dass der Sensor 370 durch wenigstens einen der Gräben 394 umgeben ist. Selbstverständlich kann die Anzahl der Gräben, die verwendet werden, um die Federn 396 oder die Aufhängungsstruktur 392 zu bilden, variieren. Ferner kann das Muster der Gräben 394 außerdem variieren. Das heißt, die Gräben 394 müssen nicht in geradlinigen Segmenten ausgebildet oder angeordnet sein, sondern sie können einen oder mehrere gebogene, gewellte oder andere Typen von Abschnitten enthalten. Ferner können die Gräben 394 nicht in einem spiralartigen Muster ausgebildet oder angeordnet sein. Kurzum, es können andere Variationen verwirklicht sein.
In der Ausführungsform nach 3I ist das Substrat 300 nach 3G an einem Träger 100 angebracht oder befestigt. Der Träger 100 kann ein isolierender oder ein elektrisch leitfähiger Träger sein und/oder kann als ein Kühlkörper funktionieren.
Wie vorher erklärt worden ist, kann das Substrat 300 eine oder mehrere Verbindungstrukturen, wie z. B. die Verbindung 305, enthalten. In 3I ist die Verbindungstruktur 305 über einen Bonddraht 315 und eine Bondinsel 316 mit dem Träger 100 elektrisch verbunden. In anderen Ausführungsformen kann das Substrat 300 eine oder mehrere zusätzliche Verbindungstrukturen enthalten, die später mit anderen Komponenten oder Vorrichtungen, die nicht gezeigt sind, verbunden werden können.
Zurück in 2 kann nach dem Bilden einer Aufhängungsstruktur und eines hinteren Hohlraums bei 240 eine Sensoröffnung durch das oder mittels des wenigstens teilweisen Einkapselns des Substrats mit einer Form gebildet werden. Die Sensoröffnung ist ein Loch in der Form auf 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 die Sensoröffnung durch einen Einkapselungsprozess. Es kann irgendein geeigneter Einkapselungsprozess verwendet werden, einschließlich eines folienunterstützten Formungsprozesses (FAM-Prozesses) als ein Beispiel. Ein FAM-Prozess kann eine oder zwei Formfolien (z. B. Kunststofffolien) in einer Form verwenden. In einem Beispiel eines FAM-Prozesses wird eine Formfolie in die inneren Oberflächen einer Form (z. B. die Angussstutzen, die Abstichrinnen, die Hohlräume usw.) heruntergezogen, bevor die Leitungsrahmen oder die Substrate (z. B. die einzukapselnden Produkte) in die Form geladen werden. Diesem folgt der übliche Spritzpressprozess. Das Formungsmaterial kann zuerst durch Wärme und Druck verflüssigt werden und dann in die geschlossenen Formhohlräume gezwungen und dort unter zusätzlicher Wärme und zusätzlichem Druck gehalten werden, bis das Formungsmaterial festgeworden oder ausgehärtet ist. Nach dem Aushärten des Formmaterials wird die Form geöffnet, wobei das nun eingekapselte Produkt (die nun eingekapselten Produkte) dann entladen werden. Als Nächstes wird der Unterdruck entfernt und wird die Folie über eine Länge der Form transportiert oder erneuert, wobei ein neuer Zyklus beginnen kann. Ein FAM-Prozess macht es möglich, durch das Anordnen von Einlegeteilen in die untere und/obere Form offene oder mit Fenstern versehene Baugruppen zu erzeugen.
Die Ausführungsform nach 3J zeigt das Substrat 300 nach 3I in einer Umgebung einer Teilform während eines FAM-Prozesses. Das heißt, das Substrat 300 befindet sich innerhalb einer Form, die teilweise gezeigt ist. 3J zeigt einen oberen Formteil 77 mit einer Formfolie 75, die durch Unterdruck auf eine Oberfläche 77a des oberen Formteils 77 gezogen oder gesaugt wird. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist das Substrat 300 in einer Form abgedichtet, so dass die obere Form 77 gegen die Oberseite 301a des Substrats 300 angeordnet ist.
Nachdem das Substrat 300 in der Form angeordnet worden ist, kann das Formungsmaterial 70 in die Form eingespritzt werden. In 3J kapselt das Formungsmaterial 70 das Substrat 300 wenigstens teilweise ein, wobei es eine oder mehrere Seitenwände des Substrats 300 und eine oder mehrere Abschnitte der Oberseite 301a des Substrats 300 abdeckt. Ein Einsatz- oder Vorsprungabschnitt 78 der oberen Form 77 presst gegen die Oberseite 301a des Substrats 300, um ein Fenster zu erzeugen. Wenn das Formungsmaterial 70 eingespritzt wird, verhindert der Vorsprungabschnitt 78, der sich über dem MEMS-Sensor 375 befindet, dass das Formungsmaterial 70 über dem MEMS-Sensor 375 gebildet wird.
Die 4A–4C zeigen mehrere Ansichten einer elektronischen Vorrichtung 400 gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Die Vorrichtung 400 enthält das Substrat 300 nach 3J nach der Einkapselung und an einem Träger 100 angebracht. Das Formungsmaterial 70 ist ausgehärtet oder gehärtet worden und enthält eine Sensoröffnung 80. Die Sensoröffnung 80 stellt ein Loch oder einen Durchgang zwischen dem MEMS-Sensor 375 und der Umgebung außerhalb der elektronischen Vorrichtung 100 bereit. Die Sensoröffnung 80 kann es ermöglichen, dass Druckwellen, Schallwellen, Licht oder andere Phänomene, die von außerhalb der elektronischen Vorrichtung 400 ausgehen, den MEMS-Sensor 375 und z. B. die Membran 350 (oder ein anderes Abtastelement in anderen Ausführungsformen) erreichen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist die Federstruktur 392 konfiguriert, Beanspruchungen zu absorbieren und/oder zu verringern. Die Federstruktur 392 kann die Wirkung der in der Vorrichtung 400 auftretenden Schwingungen absorbieren und/oder verringern. Die Federstruktur 392 kann z. B. mechanische Beanspruchungen absorbieren oder verringern, die im Ergebnis einer thermischen Ausdehnung und/oder Kontraktion der Vorrichtungskomponenten oder -materialien verursacht oder erzeugt werden. Weiterhin verringert oder eliminiert die Federstruktur die mechanischen Beanspruchungen, die sich aus dem Anbringen der Vorrichtung an einer größeren PCB (Leiterplatte) ergeben.
Während eines Betriebs der Sensorvorrichtung 400 oder anderer hier beschriebener Sensorvorrichtungen können Druck- oder akustische Wellen durch die Sensoröffnung 80 eintreten und den MEMS-Sensor 375 erreichen, um eine Schwingung der Membran 370 zu verursachen. Die schwingende Membran 370 kann entsprechende Änderungen eines elektrischen Felds zwischen der Membran und der Elektrode 330 verursachen und folglich ein elektromagnetisches Feld erzeugen. Dieses resultierende elektromagnetische Feld kann ein elektrisches Signal schaffen oder erzeugen, das der Druckwelle oder der akustischen Welle, die in die Sensoröffnung 80 eintritt und verursacht, dass die Membran 370 schwingt, entspricht. Dieses elektrische Signal kann dann durch irgendeine Vorrichtung, z. B. eine Logikvorrichtung 380 oder eine andere (nicht gezeigte) externe Vorrichtung, verarbeitet werden.
Während in verschiedenen Ausführungsformen die MEMS-Sensoren als Drucksensoren beschrieben worden sind, können stattdessen andere Typen der MEMS-Sensoren verwendet werden. Der MEMS-Sensor 375 muss z. B. kein Drucksensor sein, sondern kann in einem Beispiel irgendein anderer geeigneter MEMS-Sensor, wie z. B. ein Ultraschallwandler, sein. In dieser Hinsicht kann die Membran 370 stattdessen andere Typen von geeigneten Abtastelementen umfassen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die hier beschriebenen MEMS-Sensoren ein Drucksensor, ein Gassensor, ein Mikrophon oder dergleichen sein, um einige zu nennen.
Die 6A–6C zeigen Ansichten eines Substrats 600, das verschiedene herkömmliche Aufhängungsstrukturen enthält. Das Substrat 600 kann ein Halbleitersubstrat (z. B. Silicium) sein und kann sich z. B. in der Form eines Chip-Rahmens befinden.
6A ist eine perspektivische dreidimensionale Teilansicht des Substrats 600, das eine MEMS-Vorrichtung enthält. Ein Abschnitt des Substrats 600 ist aus Gründen der visuellen Veranschaulichung entfernt worden. Der durch die MEMS-Vorrichtung oder eine andere Vorrichtung belegte oder zu belegende Bereich kann als ein Vorrichtungsbereich bezeichnet werden, der in dieser Ausführungsform mit 620 bezeichnet ist. Der Vorrichtungsbereich 620 ist mit einer Aufhängungsstruktur 625 verbunden, die mehrere Federn 610 in einer bekannten Konfiguration enthält. Die 6B und 6C sind Draufsichten des Chip-Rahmens 600, die verschiedene Konfigurationen der Aufhängungsstruktur 625 darstellen. Wie in den 6A–6C gezeigt ist, sind die Federn 610 für Veranschaulichungszwecke als Liniensegmente gezeigt, wobei sie aber ansonsten eine vertikale Abmessung, wie z. B. eine Höhe oder eine Tiefe, aufweisen würden.
Wie angegeben worden ist, ist in 6A ein Abschnitt oder ein Teil des Substrats 600, der einige der Federn 610 enthält, entfernt worden, so dass eine innere Anordnung der Federn 610 deutlicher dargestellt werden kann.
Die 6A–6C stellen herkömmliche Aufhängungsstrukturen 625 dar, die die Federn 610 enthalten. Jede dieser Federn 610 erstreckt sich überwiegend in einer einzigen Dimension oder in einer einzigen Dimension zwischen dem Vorrichtungsbereich 620 und dem Substrat 600. Das heißt, jede der Federn 610 ist in dem Sinn eingeschränkt, dass sich eine oder Hauptabschnitte oder Federn nur in einer Richtung erstrecken. Mit anderen Worten, jede der Federn 610 stellt im Allgemeinen keine mechanische Entkopplung oder signifikante Entkopplung in mehr als einer seitlichen Dimension bereit oder kann im allgemeinen keine mechanische Entkopplung oder signifikante Entkopplung in mehr als einer seitlichen Dimension bereitstellen.
Als ein Beispiel weist jede der in 6B gezeigten Federn 610 einen Hauptfederabschnitt oder ein Hauptfedersegment 611 auf. Der Federabschnitt 611 erstreckt sich nur in einer einzigen Richtung, wobei der Federabschnitt 611 einer Umfangsseite der MEMS-Vorrichtung/des MEMS-Bereichs 620 zugewandt und zu einer Umfangsseite der MEMS-Vorrichtung/des MEMS-Bereichs 620 parallel ist. Keine der Federn erstreckt sich jedoch um die MEMS-Vorrichtung/den MEMS-Bereich 620. Das heißt, keine umgibt oder umhüllt irgendeine der Ecken oder Biegungen der MEMS-Vorrichtung/des MEMS-Bereichs 620. Wie in 6C gezeigt ist, sind die Federsegmente 611 und 613 ähnlich übereinander gefaltet und erstrecken sich außerdem nur in einer einzigen Richtung.
Gemäß den beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können die hier beschriebenen Aufhängungsstrukturen oder Federn verschiedene Konfigurationen mit verbesserten Leistungseigenschaften, insbesondere hinsichtlich des Bereitstellens einer mechanischen Entkopplung, aufweisen.
Gemäß den beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung stellt jede der 7A–7F eine Draufsicht des Halbleitersubstrats 700 jeweils mit den Federn 710a–710f dar. Die Federn 710a–710f können gemäß irgendwelchen geeigneten Herstellungstechniken, einschließlich der hier beschriebenen Herstellungstechniken, gebildet werden. Das Substrat 700 kann mit einer anderen Vorrichtung oder anderen Elementen verbunden, z. B. elektrisch und/oder physisch verbunden sein. In einigen Ausführungsformen kann das Substrat 700 ferner eine oder mehrere andere Vorrichtungen enthalten, z. B. wenigstens eine integrierte Schaltung, die in das Substrat 700 monolithisch integriert ist. Das Substrat 700 kann eine Vorrichtung, z. B. eine MEMS-Vorrichtung, enthalten, die in dem Vorrichtungsbereich 700 ausgebildet ist und/oder sich in dem Vorrichtungsbereich 700 befindet. Die Vorrichtung, z. B. die MEMS-Vorrichtung, die anderen Vorrichtungen und/oder die Federn 710a–710f können gemäß den hier beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet sein. Es können sich andere Typen von Vorrichtungen, z. B. andere als MEMS-Vorrichtungen, in dem Vorrichtungsbereich 720 befinden oder in dem Vorrichtungsbereich 720 ausgebildet sein. In dem Substrat 700 kann unter dem Vorrichtungsbereich ein Hohlraum oder ein hinterer Hohlraum ausgebildet sein.
In der in 7A gezeigten beispielhaften Ausführungsform enthält das Substrat 700 mehrere Federn 710a. Jeder der Federn 710a enthält wenigstens zwei Federsegmente oder -abschnitte, die als 711a und 713b bezeichnet sind. Die Federabschnitte 711a und 713a können zusammen als ein L-förmiger Abschnitt betrachtet werden. Diese Abschnitte treffen einander bei 90 Grad oder im Wesentlichen 90 Grad. Ein L-förmiger Abschnitt, wie z. B. jener, der aus den Federabschnitten 711a und 713a ausgebildet ist, kann einen Abschnitt des Vorrichtungsbereichs teilweise einschließen, umhüllen oder umgeben. In 7A ist der L-förmige Abschnitt, der die Abschnitte 711a und 713a enthält, um eine Ecke oder einen Abschnitt des Vorrichtungsbereichs 720 gewickelt.
Ferner erstrecken sich in der Ausführungsform nach 7A die Federabschnitte 711a und 713 nicht in der seitlichen Richtung (in der XY-Ebene) über mehr als einen Rand, eine Seite oder eine einzelne Grenze des Vorrichtungsbereichs 720 hinaus oder an mehr als einem Rand, einer Seite oder einer einzelnen Grenze des Vorrichtungsbereichs 720 vorbei, dem der jeweilige Abschnitt 711a oder 713 zugewandt ist. Der Federabschnitt 711a erstreckt sich z. B. nur an der gestrichelten Linie "a" vorbei, die einer Grenze oder einer Umfangsseite des Vorrichtungsbereichs 720 entspricht. Ähnlich erstreckt sich der Federabschnitt 713b nur an der gestrichelten Linie "b" vorbei, die einer weiteren Grenze oder Umfangsseite des Vorrichtungsbereichs 720 entspricht.
Ferner kann jedes der Federelemente 711a und 713a zu einer anderen Seite oder einem anderen Abschnitt des Umfangs eines Vorrichtungsbereichs parallel sein oder einer anderen Seite oder einem anderen Abschnitt des Umfangs eines Vorrichtungsbereichs zugewandt sein, wie in 7A bezüglich des Vorrichtungsbereichs 720 gezeigt ist. Die Feder 710a enthält einen Federabschnitt, der den Federabschnitt 711a mit dem Vorrichtungsbereich 720 verbindet oder an dem Vorrichtungsbereich 720 befestigt, und enthält einen weiteren Abschnitt, der den Federabschnitt 713a mit dem Substrat 700 verbindet oder an dem Substrat 700 befestigt.
Die Federn 710a, wie sie in 7A angeordnet sind, überlappen einander nicht in dem Sinn, dass jede der Federn 710a einen anderen Abschnitt oder Bereich des Umfangs des Vorrichtungsbereichs 720 abdeckt oder maskiert. Die Federn 710a nach 7A erscheinen völlig gleich oder die gleichen Abmessungen aufweisend. Dies ist jedoch nicht notwendigerweise so, wobei in anderen Ausführungsformen eine oder mehrere der Federn 710a andere Abmessungen aufweisen können, z. B. Längen oder Dicken aufweisen können, die sich von wenigstens einer anderen Feder unterscheiden. Die Abmessungen der Federn 710a können wenigstens teilweise von den Abmessungen des Vorrichtungsbereichs 720 abhängen.
In der beispielhaften Ausführungsform nach 7B enthält das Substrat 700b mehrere Federn 710b. Jede der Federn 710b enthält einen L-förmigen Federabschnitt, der die Segmente oder die Federabschnitte 711b und 713b enthält. Die Federabschnitte 711b und 713b treffen sich einander in rechten Winkeln oder etwa 90 Grad. Wie gezeigt ist, sind die Federsegmente oder Federabschnitte 711b und 713 orthogonal oder im Wesentlichen orthogonal zueinander. In anderen Ausführungsformen können die Winkel, in denen sich die Federabschnitte treffen, variieren, z. B. in einem Beispiel bis zu einer Abweichung von 5–10 % von einem rechten Winkel.
Jeder der Federabschnitte 711b und 713b nach 7B erstreckt sich an wenigstens einer der äußersten Grenzen und/oder Seiten/Ränder des MEMS-Vorrichtungsbereichs 720 vorbei oder über wenigstens eine der äußersten Grenzen und/oder Seiten/Ränder des MEMS-Vorrichtungsbereichs 720 hinaus. Der Federabschnitt 711b in 7B erstreckt sich z. B. an der gestrichelten Linie "b" vorbei, die einer Grenze des Vorrichtungsbereichs entspricht.
Ferner erstreckt sich der Federabschnitt 713b über zwei Seiten oder die äußersten Grenzen des Vorrichtungsbereichs 720 hinaus. Mit anderen Worten, der Federabschnitt 713b kann aus einer Überkopfperspektive oder innerhalb der XY-Ebene eine Länge aufweisen, die größer als eine Breite oder eine Länge des MEMS-Vorrichtungsbereichs 720 ist. Der MEMS-Vorrichtungsbereich 720 in 7B ist als rechteckig dargestellt (was nicht notwendigerweise so ist), wobei der Federabschnitt 713b eine Länge aufweist, die größer als eine Länge der entsprechenden Seite des Umfangs des Vorrichtungsbereichs 720, dem der Federabschnitt 713b zugewandt ist, ist. Wie gezeigt ist, erreicht oder trifft der Federabschnitt 713 das Substrat 700.
Ferner kann sich der Federabschnitt 711b über eine äußerste Grenze oder einen äußersten Rand des Vorrichtungsbereichs 720 hinaus erstrecken, um den Federabschnitt 713b zu erreichen oder zu treffen. Der Federabschnitt 711b erstreckt sich an einem zweiten Ende oder Extrem derselben Grenze des Vorrichtungsbereichs vorbei, um den Abschnitt 713b zu erreichen. Das heißt, der Federabschnitt 711b weist außerdem eine Länge auf, die größer als eine Länge der Seite/Grenze des Bereichs 720, die dem Federabschnitt zugewandt ist, ist. In anderen Ausführungsformen kann die Länge des Federabschnitts 711b kleiner sein, wobei sie an einer Position beginnen kann, die einem Ende der Seite/Grenze des Vorrichtungsbereichs, die dem Federabschnitt 711b zugewandt ist, entspricht.
Die Feder 710b in 7B enthält einen Federabschnitt, der den Federabschnitt 711b mit dem Vorrichtungsbereich 720 verbindet oder an dem Vorrichtungsbereich 720 befestigt, und enthält ferner einen weiteren Abschnitt, der den Abschnitt 713b mit dem Substrat 700 verbindet oder an dem Substrat 700 befestigt.
In der in 7C gezeigten beispielhaften Ausführungsform enthält das Substrat 700 mehrere Federn 710c. Die Federn 710c können zu den Federn 710b nach 7B ähnlich sein, aber anders angeordnet sein. Die Federn 710c enthalten jede wie die Federn 710b einen L-förmigen Abschnitt, der die Federsegmente oder -abschnitte 711c und 713c enthält, die orthogonal oder im Wesentlichen orthogonal zueinander sind. In 7B überlappen sich die Federn 710b nicht, wobei jede der Federn 710b andere Seiten oder Bereiche des Umfangs des Vorrichtungsbereichs 720 abdeckt, maskiert oder anderen Seiten oder Bereichen des Umfangs des Vorrichtungsbereichs 720 zugewandt ist. In der beispielhaften Ausführungsform nach 7C sind jedoch die Federn 710c in einer verflochtenen Spirale oder einem verflochtenen spiralförmigen Muster und spezifischer in einem verflochtenen quadratischen oder rechteckähnlichen Spiralmuster angeordnet. In anderen Ausführungsformen können die Federn 710c in einem anderen Typ von Spiralmustern angeordnet sein, einschließlich z. B. eines verflochtenen kreisförmigen oder ovalen Spiralmusters und dergleichen, um einige zu nennen.
In der Ausführungsform nach 7C beginnt jede der Federn 710c von einem anderen Teil, z. B. einem anderen Abschnitt, einer anderen Grenze oder einer anderen Seite des Umfangs des MEMS-Bereichs 720. Ferner sind die Federn 710c so angeordnet, dass jede Umfangsseite des Vorrichtungsbereichs 720 durch die Federsegmente oder -abschnitte der jeweiligen Federn 710c seitlich abgedeckt oder maskiert ist. Die Federn 710c schließen den Vorrichtungsbereich 720 ein. Es ist gezeigt, dass jede der Federn 210c einen L-förmigen Federabschnitt enthält, der den Seiten des Umfangs des MEMS-Vorrichtungsbereichs 720 zugewandt ist oder die Seiten des Umfangs des MEMS-Vorrichtungsbereichs 720 wenigstens teilweise maskiert.
Die in 7D gezeigte beispielhafte Ausführungsform stellt das Substrat 700 dar, das mehrere Federn 710d enthält. Die Federn 710d nach 7D sind zu den Federn 710c nach 7C insofern ähnlich, als sie außerdem in einer verflochtenen Spirale oder einem verflochtenen spiralähnlichen Muster angeordnet sind. Die Federn 710d nach 7D umgeben, wie sie angeordnet sind, den Vorrichtungsbereich 720. Die Federn 710d können in anderen Ausführungsformen außerdem in anderen Typen von Spiralmustern angeordnet sein, wie hier vorher beschrieben worden ist.
In der Ausführungsform nach 7D ist der Vorrichtungsbereich 720 rechteckig, wobei jede Umfangsseite den Federsegmenten oder -abschnitten der Federn 710c zugewandt ist oder durch die Federsegmente oder -abschnitte der Federn 710c abgedeckt oder maskiert ist. Die Federn 210d enthalten einen C-förmigen Abschnitt. Die Federn 210d sind drei Seiten oder Abschnitten des Umfangs des Vorrichtungsbereichs 720 wenigstens teilweise zugewandt oder decken drei Seiten oder Abschnitte des Umfangs des Vorrichtungsbereichs 720 wenigstens teilweise ab. Wie gesehen werden kann, ist ein Unterschied zwischen den Federn 710d und den Federn 710c, dass die Federn 710d anstelle eines einzigen L-förmigen Abschnitts einen C-förmigen Abschnitt aufweisen. Wie gezeigt ist, enthält der C-förmige Abschnitt jeder der Federn 710d die Federsegmente oder -abschnitte 711d, 713d und 715d. Der C-förmige Abschnitt der Federn 710d kann als zwei L-förmige Abschnitte beschrieben werden, die ein gemeinsames Federsegment 713d teilen.
In der Ausführungsform nach 7D ist der Federabschnitt 711d über ein weiteres Federsegment oder einen weiteren Federabschnitt mit dem Vorrichtungsbereich 720 verbunden oder an dem Vorrichtungsbereich 720 befestigt. Ferner ist der Federabschnitt 715d nach 7D direkt mit dem Substrat 700 verbunden oder direkt an dem Substrat 700 befestigt. In anderen Ausführungsformen kann der Federabschnitt 715d über ein oder mehrere andere Federsegmente indirekt mit dem Substrat verbunden sein.
Während die beispielhaften Ausführungsformen nach den 7C und 7D jeweils die Federn 710c und 710d zeigen, die sich (mit einem L-förmigen Abschnitt) zweimal und (mit einem C-förmigen Abschnitt) dreimal um einen Vorrichtungsbereich 720 biegen, können sich in anderen Ausführungsformen die Federn ferner in der gleichen Weise einer Spirale aus dem Vorrichtungsbereich 720 erstrecken und sich um den Vorrichtungsbereich 720 spiralförmig erstrecken. In dem Fall, in dem ein MEMS-Vorrichtungsbereich rechteckig wie in 7D ist, kann sich eine Feder z. B. mehrmals um den Vorrichtungsbereich 720 erstrecken und spiralförmig erstrecken.
Während in jeder der Ausführungsformen nach den 7C und 7D ein Satz von vier Federn dargestellt ist, kann ferner die Menge der Federn variieren. Ein Substrat, wie z. B. das Substrat 700, kann z. B. nur eine, zwei, drei, vier oder mehr verschiedene Federn enthalten, die sich um einen Vorrichtungsbereich 720 spiralförmig erstrecken.
Die beispielhafte Ausführungsform nach 7E stellt das Substrat 700 dar, das die Federn 710e mit Falzen enthält. Jede der Federn 710 enthält die Federfalze 712e und 714e. Wie gezeigt ist, enthält der Federfalz 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 eine "Biegung" in dem Falz 712e betrachtet werden, die den Federabschnitt 711e mit dem Federabschnitt 713e verbindet. Ähnlich enthält der Federfalz 714e die Federsegmente oder -abschnitte 715e, 717e und 718e. In der Feder 710e ist der Federfalz 712e mit dem Federfalz 714e verbunden oder an dem Federfalz 714e befestigt. In der Ausführungsform nach 7E trifft spezifischer der Federabschnitt 713e des Federfalzes 712e den Federabschnitt 715e des Federfalzes 714e oder ist der Federabschnitt 713e des Federfalzes 712e mit dem Federabschnitt 715e der Federfalzes 714e verbunden.
Wie in der beispielhaften Ausführungsform nach 7E gezeigt ist, ist der Federfalz 712e zu dem Federfalz 714e orthogonal oder im Wesentlichen orthogonal. Das heißt, die Federabschnitte 711e und 713e des Federfalzes 712e sind zu den Federabschnitten 715e und 717e des Federfalzes 714e orthogonal oder im Wesentlichen orthogonal.
Überdies kann jede der Federn 710e den Umfang des Vorrichtungsbereichs 720 teilweise einschließen oder umgeben. In der Ausführungsform nach 7E ist der Vorrichtungsbereich 720 rechteckig, wobei jeder Federfalz 712e und 714e einer anderen Seite des Umfangs des Vorrichtungsbereichs 720 zugewandt ist und/oder zu einer anderen Seite des Umfangs des Vorrichtungsbereichs 720 parallel angeordnet ist.
Die beispielhafte Ausführungsform nach 7F stellt außerdem das Substrat 700 mit den Federn 710f, die Falze aufweisen, dar. Jede der Federn 710f enthält jedoch anstelle der zwei Falze wie in dem Fall der Federn 710e einen einzigen Falz 712f. Der Falz 712f nach 7F enthält einen inneren Federabschnitt 711f und einen äußeren Federabschnitt 713f. Die Federabschnitte 711f und 713f sind L-förmige Federabschnitte, wie hier vorher erörtert worden ist. Der äußere Federabschnitt 713f deckt den inneren Federabschnitt 711f ab oder ist über den inneren Federabschnitt 711f gefaltet. Weil der Federfalz 712f zwei L-förmige Federabschnitte enthält, erstreckt sich der Federfalz 712f in zwei orthogonalen oder im Wesentlichen Richtungen innerhalb der xy-Ebene.
In 7F umgeben die Federn 710f gemeinsam den Umfang des Vorrichtungsbereichs, wobei jede der Federn 710f den Umfang des Vorrichtungsbereichs 720 teilweise einschließt oder umgibt.
Gemäß den beispielhaften Ausführungsformen können Gräben erzeugt werden, um die Federn 710a–710f zu bilden oder zu definieren. Die Gräben können z. B. durch reaktives Ionentiefenätzen (DRIE) gebildet werden, wie vorher in verschiedenen hier offenbarten Ausführungsformen erklärt oder erörtert worden ist. Die Gräben wie die Federn 710a–710f können vertikal oder in einer Richtung senkrecht zu der dargestellten XY-Ebene gebildet werden. Die Gräben können die Struktur, die Form (die Formen) und/oder die Konfiguration der Federn 710a–710f definieren. In den Ausführungsformen nach den 7A und 7B enthält der Graben oder enthalten die Gräben 730 Lücken neben den Federabschnitten oder stellt der Graben oder stellen die Gräben 730 Lücken neben den Federabschnitten bereit. Im Allgemeinen können die Lücken zwischen den Federabschnitten oder zwischen einem Federabschnitt und dem Vorrichtungsbereich 720 die gleichen sein oder voneinander verschieden sein. Im Allgemeinen sind die Gräben und die Feder oder die Federabschnitte in der XY-Ebene als gerade und nicht gebogen konfiguriert. Die Variationen der Form der Federn, der Federabschnitte oder der Gräben können jedoch eine geringe oder vernachlässigbare Biegung enthalten, wobei gebogene oder bogenförmige Abschnitte und dergleichen auf normale Abweichungen, die sich aus den Herstellungsprozessen ergeben, zurückzuführen sein können.
Ähnlich kann die Breite der Lücken zwischen den Federabschnitten 711a und 713a und dem Substrat 700 die gleiche oder verschieden voneinander sein.
Während die Ausführungsformen nach den 7A–7B eine bestimmte Menge oder Anzahl von Federn zeigen, z. B. ist in 7A ein Satz von vier Federn 710a gezeigt, kann die Anzahl der in einem Substrat verwendeten Federn 710a variieren und kann irgendeine geeignete Menge sein. Weiterhin können die Federn 710a–710f miteinander verwendet werden, wobei einige der Federn 710a–710f miteinander und/oder mit anderen Typen von Federn im selben Substrat vereinigt sein können. Die Federn 710a–710f können im Zusammenhang mit den hier vorher beschriebenen Vorrichtungen, z. B. den Vorrichtungen, die im Zusammenhang mit den 1–4C beschrieben worden sind, als die Federn verwendet werden.
Wie angegeben worden ist, erfahren Sensor-Chips, wie z. B. ein Drucksensor-Chip und dergleichen, in geformten Baugruppen eine thermische Ausdehnung. Im Ergebnis können das Substrat und/oder der Chip aufgrund der thermischen Ausdehnung und anderer Effekte ein Biegen erfahren. Die hier dargestellte Entkopplung durch eine Feder, z. B. die Federn 710a–710f, stellt eine signifikant bessere Entkopplung als die bekannten Federn bereit.
8A zeigt ein Substrat 800 mit einem Paar von Federn 810a, die zu den Federn 710a nach 7A ähnlich sind, während 8B das Substrat 800 mit einem Paar von Federn 810b zeigt, die zu den Federn nach 6C ähnlich sind. Der durch die Federn 810a bereitgestellte Betrag der Entkopplung oder die Beanspruchung an dem Vorrichtungsbereich 820, z. B. der MEMS-Vorrichtung, ist um einen Faktor von etwa 50.000 verringert. Im Gegensatz beträgt der durch die Federn 810b verringerte Betrag der Beanspruchung an dem Vorrichtungsbereich 820 nur etwa 2000.
Es wird z. B. angegeben, dass, wenn eine äußere Kraft bewirkt, dass sich der Chip biegt, in dem Fall, in dem es keine Entkopplung der Beanspruchung (z. B. keine Gräben und keinen hinteren Hohlraum) gibt, die resultierende Beanspruchung, die auf die MEMS-Vorrichtung wirkt, z. B. 1 MPa betragen kann. (Dies würde die Summe der absoluten Normalkomponenten der Beanspruchung in der x und der y-Richtung sein.) Wenn jedoch eine Beanspruchungsentkopplungsstruktur oder ein Beanspruchungsentkopplungsmerkmal eingeführt wird, kann dies dazu führen, dass die Beanspruchung bis zu z. B. 0,2 MPa verringert wird. In diesem Beispiel würde der resultierende Beanspruchungsverringerungsfaktor in diesem Beispiel ein Faktor 5 sein.
Das heißt, die Struktur der Konfiguration sowohl der Federn 810a als auch der Federn nach den 7A–7B stellen eine ähnliche oder bessere mechanische Entkopplung und Beanspruchungsverringerung bereit.
In verschiedenen Ausführungsformen enthält eine Sensorvorrichtung ein Substrat, das einen MEMS-Sensor und wenigstens eine integrierte Schaltung enthält, die in einem Substrat monolithisch integriert sind, wobei das Substrat eine Dicke von etwa 100 µm bis etwa 1000 µm aufweist.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat eine Aufhängungsstruktur enthalten, die den MEMS-Sensor über einem hinteren Hohlraum aufhängt. In verschiedenen Ausführungsformen umgibt die Aufhängungsstruktur einen Umfang der Membran des MEMS-Sensors wenigstens teilweise.
In verschiedenen Ausführungsformen enthält die Aufhängungsstruktur eine oder mehrere Federn, die innerhalb des Substrats ausgebildet sind und die einem oder mehreren Gräben des Halbleitersubstrats benachbart sind und/oder sich zwischen einem oder mehreren Gräben des Halbleitersubstrats befinden. In verschiedenen Ausführungsformen erstrecken sich der eine oder die mehreren Gräben von der Vorderseite des Halbleitersubstrats bis zu dem hinteren Hohlraum, wobei die Abmessungen der Gräben eine Breite von etwa 1 µm bis etwa 100 µm und eine Tiefe von etwa 10 µm bis etwa 500 µm aufweisen.
In verschiedenen Ausführungsformen ist das Substrat an einem Träger angebracht.
In verschiedenen Ausführungsformen werden die Gräben der Aufhängungsstruktur durch reaktives Ionentiefenätzen (DRIE) gebildet.
In verschiedenen Ausführungsformen enthält die Sensorvorrichtung ein Formstück, das das Halbleitersubstrat teilweise einkapselt. Das Formstück kann ein Loch für eine Sensoröffnung aufweisen, die wenigstens einen Abschnitt des MEMS-Sensors, z. B. eine Membran/ein Diaphragma, zu einer Umgebung außerhalb der Sensorvorrichtung freilegt.
In verschiedenen Ausführungsformen wird die Sensoröffnung durch das wenigstens teilweise Einkapseln des Substrats unter Verwendung eines folienunterstützten Formungsprozesses 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, wobei er in einigen Ausführungsformen ein Diaphragma oder eine Membran enthält, das bzw. die aus Polysilicium hergestellt ist.
In verschiedenen Ausführungsformen kann eine Sensorvorrichtung eine elektronische Vorrichtung, die ein Halbleitersubstrat, das wenigstens eine integrierte Schaltung und einen MEMS-Sensor aufweist, wobei der MEMS-Sensor eine Membran enthält, einen hinteren Hohlraum innerhalb des Halbleitersubstrats, der unter dem MEMS-Sensor 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; ein Formstück, das das Halbleitersubstrat teilweise einkapselt, enthalten. Die Sensorvorrichtung kann ferner eine Sensoröffnung enthalten, die ein Loch in dem Formstück auf einer Vorderseite des Substrats aufweist, das wenigstens die Membran des MEMS-Sensors einer Umgebung außerhalb der Sensorvorrichtung aussetzt. Die wenigstens eine integrierte Schaltung und der MEMS-Sensor können in einem Halbleitersubstrat monolithisch integriert sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Aufhängungsstruktur der Sensorvorrichtung eine Federstruktur enthalten, die innerhalb des Halbleitersubstrats ausgebildet ist. Die Aufhängungsstruktur kann einen Umfang der Membran des MEMS-Sensors wenigstens teilweise umgeben. Die Federstruktur enthält Federn, die von dem Substrat zwischen einem oder mehreren Gräben des Halbleitersubstrats ausgebildet sind. Der eine oder die mehreren Gräben können sich von der Vorderseite des Halbleitersubstrats bis zu dem hinteren Hohlraum erstrecken.
In verschiedenen Ausführungsformen ist die elektronische Vorrichtung an einem Träger angebracht. Der Sensor-Chip kann durch einen Klebstoff an dem Träger befestigt sein. In einigen Ausführungsformen verbindet die Aufhängungsstruktur den MEMS-Sensor mit der wenigstens einen integrierten Schaltungsvorrichtung elektrisch.
Die Sensorvorrichtung kann in einigen Ausführungsformen die wenigstens eine integrierte Schaltung enthalten, enthält z. B. eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC).
In verschiedenen Ausführungsformen ist der MEMS-Sensor ein Drucksensor. Die wenigstens eine integrierte Schaltung kann z. B. über einen Bonddraht, der innerhalb des Formstücks eingekapselt sein kann, elektrisch an den Träger gekoppelt sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die hier beschriebenen hinteren Hohlräume rechteckig oder rechteckähnlich sein. Die Breitenabmessungen des hinteren Hohlraums können z. B. von etwa 50 × 50 µm² bis etwa 1000 × 1000 µm² reichen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die hier beschriebenen hinteren Hohlräume kreisförmig oder kreisähnlich mit einem Durchmesser von etwa 50 µm bis etwa 1000 µm sein. In verschiedenen Ausführungsformen können die hinteren Hohlräume eine Tiefe von etwa 10 µm bis etwa 500 µm aufweisen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Gräben, die in einem Substrat ausgebildet sind, wie z. B. die Gräben, die einen MEMS-Sensor wenigstens teilweise umgeben können, eine Breite von etwa 1 µm bis etwa 20 µm aufweisen und können eine Tiefe von etwa 10 µm bis etwa 500 µm aufweisen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die hier beschriebenen Klebstoffe leitfähigen Epoxidharz-Klebstoff, nicht leitfähigen Epoxidharz-Klebstoff, eine Die-Befestigungsfolie, Silicon-Klebstoff und/oder eine Wafer-Rückseitenbeschichtung und Kombinationen daraus enthalten.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die hier beschriebenen Opferschichten eine oder mehrere Schichten von Nitrid, Kohlenstoff, Siliciumoxid, Polyimid und von einem oder mehreren Metallen, wie z. B. Aluminium, enthalten.
In den 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 hinteren Hohlraum innerhalb des Halbleitersubstrats enthalten, der unter der MEMS-Vorrichtung angeordnet ist, und enthält eine Aufhängungsstruktur, die wenigstens einen Abschnitt der MEMS-Vorrichtung in dem Halbleitersubstrat aufhängt und wenigstens einem Abschnitt der MEMS-Vorrichtung in dem Halbleitersubstrat eine mechanische Entkopplung bereitstellt. In den 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 ausgebildet sind.
In den beispielhaften Ausführungsformen enthält wenigstens eine Feder der einen oder mehreren Federn wenigstens einen L-förmigen Abschnitt. Der wenigstens eine L-förmige Abschnitt der wenigstens einen Feder kann eine vertikale Außenfläche oder einen vertikalen Umfang der MEMS-Vorrichtung wenigstens teilweise umgeben. Der L-förmige Abschnitt der wenigstens einen Feder kann einen ersten Federabschnitt und einen zweiten Federabschnitt enthalten, die jeder zu einer ersten Seite oder einem ersten Abschnitt bzw. zu einer zweiten Seite oder einem zweiten Abschnitts des Umfangs der MEMS-Vorrichtung im Wesentlichen parallel sind. In verschiedenen Ausführungsformen können der erste und der zweite Federabschnitt zueinander orthogonal sein.
In verschiedenen Ausführungsformen erstreckt sich der erste Federabschnitt des L-förmigen Abschnitts der wenigstens einen Feder über wenigstens einen Rand der ersten Seite des Umfangs der MEMS-Vorrichtung hinaus, wobei sich der zweite Abschnitt des L-förmigen Abschnitts der wenigstens einen Feder über den wenigstens einen Rand der zweiten Seite des Umfangs der MEMS-Vorrichtung hinaus erstreckt.
In verschiedenen Ausführungsformen erstreckt sich der erste Federabschnitt oder der zweite Federabschnitt des L-förmigen Abschnitts der wenigstens einen Feder bis zu dem Halbleitersubstrat oder ist der erste Federabschnitt oder der zweite Federabschnitt des L-förmigen Abschnitts der wenigstens einen Feder mit dem Halbleitersubstrat verbunden.
In verschiedenen Ausführungsformen weist der erste Federabschnitt des L-förmigen Abschnitts der wenigstens einen Feder eine Länge auf, die größer als eine Länge der ersten Seite des Umfangs der MEMS-Vorrichtung ist.
In verschiedenen Ausführungsformen weist der zweite Federabschnitt des L-förmigen Abschnitts der wenigstens einen Feder eine Länge auf, die größer als eine Länge der zweiten Seite des Umfangs der MEMS-Vorrichtung ist.
In verschiedenen Ausführungsformen enthält die wenigstens eine Feder, die den wenigstens einen L-förmigen Abschnitt enthält, ferner einen Federabschnitt, der sich von dem L-förmigen Abschnitt bis zu der MEMS-Vorrichtung erstreckt.
In verschiedenen Ausführungsformen enthält die wenigstens eine Feder, die den wenigstens einen L-förmigen Abschnitt umfasst, ferner einen weiteren Federabschnitt, der sich von dem L-förmigen Abschnitt bis zu dem Halbleitersubstrat erstreckt.
In verschiedenen Ausführungsformen erstrecken sich der eine oder die mehrere Gräben, die die eine oder die mehreren Federn definieren, vertikal von der Vorderseite des Halbleitersubstrats bis zu dem hinteren Hohlraum.
In verschiedenen Ausführungsformen erstreckt sich der hintere Hohlraum bis 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 hinteren Hohlraum innerhalb des Halbleitersubstrats, der unter der MEMS-Vorrichtung angeordnet ist, und einer Aufhängungsstruktur, die wenigstens einen Abschnitt der MEMS-Vorrichtung in dem Halbleitersubstrat aufhängt und wenigstens einem Abschnitt der MEMS-Vorrichtung in dem Halbleitersubstrat eine mechanische Entkopplung bereitstellt, wobei die Aufhängungsstruktur mehrere Federn umfasst, wobei die mehreren Federn durch einen oder mehrere Gräben definiert sind, die innerhalb des Halbleitersubstrats ausgebildet sind.
In verschiedenen Ausführungsformen enthält jede der mehreren Federn einen ersten Federabschnitt und einen zweiten Federabschnitt, wobei der erste Federabschnitt in einem rechten Winkel oder in einem im Wesentlichen rechten Winkel mit dem zweiten Federabschnitt zusammengefügt oder verbunden ist.
In verschiedenen Ausführungsformen enthält jede der mehreren Federn einen dritten Federabschnitt, wobei sich der dritte Federabschnitt in einer Richtung erstreckt, die zu einer Richtung parallel ist, in der sich entweder der erste Federabschnitt oder der zweite Federabschnitt erstreckt.
In verschiedenen Ausführungsformen sind die mehreren Federn in einem verflochtenen Spiralmuster angeordnet.
In verschiedenen Ausführungsformen weist der Umfang der MEMS-Vorrichtung vier Seiten auf, wobei jede der mehreren Federn an einer anderen jeweiligen Seite des Umfangs der Vorrichtung beginnt oder befestigt ist.
In verschiedenen Ausführungsformen enthält jede der mehreren Federn einen ersten Falz und einen zweiten Falz, wobei sowohl der erste Falz als auch der zweite Falz einen Satz von zwei Federabschnitten enthält, die zueinander parallel sind und durch eine Lücke voneinander getrennt sind. Ferner sind in verschiedenen Ausführungsformen für jede Feder die Federabschnitte des ersten Falzes zu den Federabschnitten des zweiten Falzes senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht.
In verschiedenen Ausführungsformen enthält der Umfang der MEMS-Vorrichtung vertikale Seiten oder Abschnitte, wobei die mehreren Federn eine erste Feder und eine zweite Feder enthalten, die vertikalen Seiten oder Abschnitte der MEMS-Vorrichtung umgeben.
In verschiedenen Ausführungsformen können die Federn und/oder die Federabschnitte gebogen, bogenförmig oder gerade sein, die Abschnitte sind z. B. Federabschnitte, die eine bogenförmige, gebogene oder gerade Form aufweisen.
In verschiedenen Ausführungsformen sind die Federn in geraden oder im Wesentlichen geradlinigen Federabschnitten angeordnet. Die Federn, die gerade oder im Wesentlichen gerade Federabschnitte aufweisen, können hinsichtlich des Einnehmens von Bereich oder Raum vorteilhaft oder wirtschaftlich sein.
Während die Erfindung bezüglich spezifischer Ausführungsformen speziell gezeigt und beschrieben worden ist, sollte es für die Fachleute auf dem Gebiet selbstverständlich sein, dass verschiedene Änderungen der Form und der Einzelheiten daran vorgenommen werden können, ohne vom Erfindungsgedanken und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, die durch die beigefügten Ansprüche definiert sind. Der Schutzumfang der Erfindung ist folglich durch die beigefügten Ansprüche angegeben, wobei deshalb vorgesehen ist, dass alle Änderungen, die in die Bedeutung und den Äquivalenzbereich der Ansprüche kommen, einbezogen sind.

Claims

Vorrichtung (1), die Folgendes umfasst: ein Halbleitersubstrat (10), das eine Mikroelektromechanische-System(MEMS)-Vorrichtung (20) umfasst; einen hinteren Hohlraum (22) innerhalb des Halbleitersubstrats (10), der unter der MEMS-Vorrichtung (20) angeordnet ist, und eine Aufhängungsstruktur (50), die wenigstens einen Abschnitt der MEMS-Vorrichtung (20) in dem Halbleitersubstrat (10) aufhängt und wenigstens einem Abschnitt der MEMS-Vorrichtung (20) in dem Halbleitersubstrat (10) eine mechanische Entkopplung bereitstellt, wobei die Aufhängungsstruktur (50) eine oder mehrere Federn umfasst, wobei die eine oder die mehreren Federn durch einen oder mehrere Gräben (40) definiert sind, die innerhalb des Halbleitersubstrats (10) ausgebildet sind.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die MEMS-Vorrichtung (20) innerhalb des Substrats (10) monolithisch integriert ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei wenigstens eine Feder der einen oder der mehreren Federn wenigstens einen L-förmigen Federabschnitt umfasst; wobei optional der wenigstens eine L-förmige Federabschnitt der wenigstens einen Feder einen Umfang der MEMS-Vorrichtung (20) wenigstens teilweise umgibt.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 3, wobei der L-förmige Federabschnitt der wenigstens einen Feder einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt umfasst, die jeder zu einer ersten Seite bzw. einer zweiten Seite des Umfangs der MEMS-Vorrichtung (20) im Wesentlichen parallel sind; wobei optional der erste und der zweite Abschnitt zueinander orthogonal sind.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 3 oder 4, wobei sich der erste Abschnitt des L-förmigen Federabschnitts der wenigstens einen Feder über wenigstens einen Rand der ersten Seite der MEMS-Vorrichtung (20) hinaus erstreckt und wobei sich der zweite Abschnitt des L-förmigen Federabschnitts der wenigstens einen Feder über wenigstens einen Rand der zweiten Seite der MEMS-Vorrichtung (20) hinaus erstreckt; wobei optional sich der erste Abschnitt oder der zweite Abschnitt des L-förmigen Federabschnitts der wenigstens einen Feder bis zu dem Halbleitersubstrat (10) erstreckt.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 4 oder 5, wobei der erste Abschnitt des L-förmigen Federabschnitts der wenigstens einen Feder eine Länge aufweist, die größer als eine Länge der ersten Seite der MEMS-Vorrichtung (20) ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei der zweite Abschnitt des L-förmigen Federabschnitts der wenigstens einen Feder eine Länge aufweist, die größer als eine Länge der zweiten Seite der MEMS-Vorrichtung (20) ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei die wenigstens eine Feder, die den wenigstens einen L-förmigen Federabschnitt umfasst, ferner einen Abschnitt umfasst, der sich von dem L-förmigen Federabschnitt bis zu der MEMS-Vorrichtung (20) erstreckt.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei die wenigstens eine Feder, die den wenigstens einen L-förmigen Federabschnitt umfasst, ferner einen weiteren Abschnitt umfasst, der sich von dem L-förmigen Federabschnitt bis zu dem Halbleitersubstrat (10) erstreckt.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei sich der eine oder die mehreren Gräben (40), die die eine oder die mehreren Federn definieren, von der Vorderseite (10a) des Halbleitersubstrats (10) bis zu dem hinteren Hohlraum (22) vertikal erstrecken.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 10, wobei sich der hintere Hohlraum (22) bis zu einer Rückseite des Halbleitersubstrats (10) erstreckt.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 11, wobei der wenigstens eine L-förmige Federabschnitt der wenigstens einen Feder einen oder mehrere Federabschnitte enthält, die im Wesentlichen gerade sind.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 11, wobei der wenigstens eine L-förmige Federabschnitt der wenigstens einen Feder einen oder mehrere Federabschnitte enthält, die eine Bogenform enthalten.
Vorrichtung (1), die Folgendes umfasst: ein Halbleitersubstrat (10), das eine Mikroelektromechanische-System(MEMS)-Vorrichtung umfasst; einen hinteren Hohlraum (22) innerhalb des Halbleitersubstrats (10), der unter der MEMS-Vorrichtung (20) angeordnet ist, und eine Aufhängungsstruktur (50), die wenigstens einen Abschnitt der MEMS-Vorrichtung (20) in dem Halbleitersubstrat (10) aufhängt und wenigstens einem Abschnitt der MEMS-Vorrichtung (20) in dem Halbleitersubstrat (10) eine mechanische Entkopplung bereitstellt, wobei die Aufhängungsstruktur (50) mehrere Federn umfasst, wobei die mehreren Federn durch einen oder mehrere Gräben (40) definiert sind, die innerhalb des Halbleitersubstrats (10) ausgebildet sind.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 14, wobei jede der mehreren Federn einen ersten Federabschnitt und einen zweiten Federabschnitt umfasst, wobei der erste Federabschnitt in einem im Wesentlichen rechten Winkel mit dem zweiten Federabschnitt verbunden ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 15, wobei jede der mehreren Federn einen dritten Federabschnitt umfasst, wobei sich der dritte Federabschnitt in einer Richtung erstreckt, die zu einer Richtung parallel ist, in der sich entweder der erste Federabschnitt oder der zweite Federabschnitt erstreckt.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 16, wobei die mehreren Federn in einem verflochtenen Spiralmuster angeordnet sind; wobei optional ein Umfang der MEMS-Vorrichtung (20) vier Seiten umfasst und wobei jeder Federabschnitt an einer anderen jeweiligen Seite der MEMS-Vorrichtung (20) beginnt.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 16 oder 17, wobei jede der mehreren Federn einen ersten Falz und einen zweiten Falz umfasst, wobei sowohl der erste Falz als auch der zweite Falz einen Satz von zwei Federabschnitten umfasst, die zueinander parallel sind und durch eine Lücke voneinander getrennt sind, und wobei für jede Feder der Satz von Federabschnitten des ersten Falzes zu dem Satz von Federabschnitten des zweiten Falzes senkrecht ist; wobei optional die MEMS-Vorrichtung (20) vertikale Seiten umfasst und wobei die mehreren Federn eine erste Feder und eine zweite Feder umfassen, so dass die erste Feder und die zweite Feder vertikale Seiten der MEMS-Vorrichtung (20) umgeben.