DE102020110473B4 - Integration von spannungsentkopplung und partikelfilter auf einem einzelnen wafer oder in kombination mit einem waferlevel-gehäuse - Google Patents

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Abstract

Halbleitervorrichtung, umfassend:ein Substrat (10) mit einer ersten Oberfläche (11) und einer zweiten Oberfläche (21), die gegenüber der ersten Oberfläche (11) angeordnet ist;einen ersten spannungsempfindlichen Sensor, der bei der ersten Oberfläche (11) des Substrats (10) angeordnet ist, wobei der erste spannungsempfindliche Sensor empfindlich für mechanische Spannung ist;einen ersten Spannungsentkopplungsgraben (20), der eine vertikale Ausdehnung hat, die sich von der ersten Oberfläche (11) in das Substrat (10) erstreckt, wobei sich der erste Spannungsentkopplungsgraben (20) vertikal teilweise in das Substrat (10) in Richtung der zweiten Oberfläche (21), jedoch nicht vollständig zur zweiten Oberfläche (21) erstreckt; undeine Vielzahl von Partikelfiltergräben (27), die sich vertikal von der zweiten Oberfläche (21) in das Substrat (10) erstrecken, wobei jeder der Vielzahl von Partikelfiltergräben (27) eine longitudinale Ausdehnung hat, die sich orthogonal zu der vertikalen Ausdehnung des ersten Spannungsentkopplungsgrabens (20) erstreckt, undwobei jeder der Vielzahl von Partikelfiltergräben (27) von einem benachbarten Partikelfiltergraben der Vielzahl von Partikelfiltergräben (27) durch einen rückseitigen Abschnitt des Substrats (10) getrennt ist, der sich von der zweiten Oberfläche (21) zu einem Boden des ersten Spannungsentkopplungsgrabens (20 erstreckt.

Description

  • GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf Halbleitervorrichtungen und ein Verfahren zu deren Herstellung, und, genauer, auf spannungsempfindliche Sensoren mit einem Spannungsentlastungsmechanismus.
  • HINTERGRUND
  • Mikroelektromechanische Systeme (MEMS) sind mikroskopische Vorrichtungen, insbesondere solche mit beweglichen Teilen. MEMS wurden praktikabel, sobald sie mit modifizierten Halbleiterbauteil-Fertigungstechnologien hergestellt werden konnten, die normalerweise zur Herstellung von Elektronik verwendet werden. Somit kann ein MEMS in ein Substrat als Komponente einer integrierten Schaltung eingebaut werden, die in einen Halbleiterchip gediced wird, der anschließend in ein Gehäuse (Package) montiert wird.
  • Mechanische Spannungen, einschließlich der von einem Chipgehäuse erzeugten Spannungen, und externe mechanische Einflüsse, die in ein Gehäuse eingebracht werden, können unbeabsichtigt durch das Gehäuse zu einem integrierten MEMS-Element, wie einem Sensor, und insbesondere zu einem Drucksensor übertragen werden. Diese übertragene mechanische Spannung kann den Betrieb des MEMS-Elements beeinträchtigen oder eine Verschiebung (z.B. einen Offset) in einem Sensorsignal hervorrufen, die zu falschen Messungen führen kann.
  • Beispielsweise haben Halbleiter-Drucksensoren ein druckempfindliches Element, das angeordnet ist, einen Absolutdruck oder einen Relativdruck (z.B. die Differenz zwischen zwei Drücken) zu messen. Ein Problem bei vielen Drucksensoren besteht darin, dass der Sensor ein Signal misst (oder ausgibt oder gibt), selbst wenn kein zu messender Druck (oder Druckdifferenz) vorhanden ist. Dieser Versatz kann das Ergebnis einer mechanischen Belastung und/oder einer Verformung des Gehäuses (z.B. des Packaging) des Sensors sein. Die Gehäusespannung/Verformung verursacht typischerweise auch eine Spannungskomponente bei der Sensoroberfläche, wo sich die empfindlichen Elemente (z.B. Piezowiderstände) befinden, und verursacht dadurch einen Offsetfehler, einen Linearitätsfehler oder sogar einen Hysteresefehler des Ausgangssignals.
  • Daher kann eine verbesserte Vorrichtung wünschenswert sein, die geeignet ist, mechanische Spannungen von einem integrierten MEMS-Element zu entkoppeln.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Ausführungsformen stellen Halbleitervorrichtungen und ein Verfahren zu deren Herstellung bereit, insbesondere spannungsempfindliche Sensoren mit einem Spannungsentlastungsmechanismus.
  • Eine oder mehrere Ausführungsformen stellen eine Halbleitervorrichtung bereit, umfassend ein Substrat mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche, die der ersten Oberfläche gegenüberliegend angeordnet ist; einen ersten spannungsempfindlichen Sensor, der bei der ersten Oberfläche des Substrats angeordnet ist, wobei der erste spannungsempfindliche Sensor für mechanische Spannung empfindlich ist; einen ersten Spannungsentkopplungsgraben, der eine vertikale Ausdehnung hat, die sich von der ersten Oberfläche in das Substrat erstreckt, wobei der erste Spannungsentkopplungsgraben sich vertikal teilweise in das Substrat in Richtung der zweiten Oberfläche, jedoch nicht vollständig in Richtung der zweiten Oberfläche erstreckt; und eine Vielzahl von Partikelfiltergräben, die sich vertikal von der zweiten Oberfläche in das Substrat erstrecken, wobei jeder der Vielzahl von Partikelfiltergräben eine longitudinale Ausdehnung hat, die sich orthogonal zur vertikalen Ausdehnung des ersten Spannungsentkopplungsgrabens erstreckt, und wobei jeder der Vielzahl von Partikelfiltergräben von einem benachbarten Partikelfiltergraben der Vielzahl von Partikelfiltergräben durch einen rückseitigen Abschnitt des Substrats getrennt ist, der sich von der zweiten Oberfläche zu einem Boden des ersten Spannungsentkopplungsgrabens erstreckt.
  • Eine oder mehrere weitere Ausführungsformen stellen ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung bereit. Das Verfahren umfasst ein Durchführen einer Frontend-Fertigung eines Halbleitersubstrats mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche, die gegenüber der ersten Oberfläche angeordnet ist, wobei die Frontend-Fertigung ein Integrieren eines ersten spannungsempfindlichen Sensors, der bei der ersten Oberfläche des Substrats angeordnet ist, und ein Ausbilden eines ersten Spannungsentkopplungsgrabens in dem Substrat umfasst, wobei der erste Spannungsentkopplungsgraben eine vertikale Ausdehnung aufweist, die sich von der ersten Oberfläche in das Substrat erstreckt, wobei sich der erste Spannungsentkopplungsgraben vertikal teilweise in das Substrat in Richtung der zweiten Oberfläche, jedoch nicht vollständig zur zweiten Oberfläche hin erstreckt; und ein Ausbilden einer Vielzahl von Partikelfiltergräben bei der zweiten Oberfläche des Substrats, wobei sich die Vielzahl von Partikelfiltergräben vertikal von der zweiten Oberfläche in das Substrat erstreckt, wobei jeder der Vielzahl von Partikelfiltergräben eine longitudinale Ausdehnung aufweist, die sich orthogonal zu der vertikalen Erstreckung des ersten Spannungsentkopplungsgrabens erstreckt, und wobei jeder der Vielzahl von Partikelfiltergräben von einem benachbarten Partikelfiltergraben der Vielzahl von Partikelfiltergräben durch einen rückseitigen Abschnitt des Substrats getrennt ist, der sich von der zweiten Oberfläche zu einem Boden des ersten Spannungsentkopplungsgrabens erstreckt.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Ausführungsformen werden hierin unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
    • 1A zeigt eine vertikale Querschnittsdarstellung eines Chips gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen, genommen entlang der Linie A-A in den 1B und 1C;
    • 1B und 1C zeigen eine Draufsicht und eine Unteransicht des in der 1A gezeigten Chips gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen;
    • 1D zeigt eine vertikale Querschnittsdarstellung eines Chips gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen, genommen entlang der Linie B-B in den 1B und 1C;
    • 2 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Chips gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen;
    • 3A zeigt eine Draufsicht eines Chips gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 3B zeigt eine Querschnittsdarstellung des Chips entlang der Linie C-C in der 3A;
    • 4A-4D zeigen Querschnittsdarstellungen, die einen Herstellungsprozess integrierter spannungsempfindlicher Sensoren gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen veranschaulichen;
    • 5A-5G zeigen Querschnittsdarstellungen, die einen Herstellungsprozess integrierter spannungsempfindlicher Sensoren gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen veranschaulichen, der die Integration von Wafer Level Ball (WLB) Grid Arrays beinhaltet; und
    • 6A und 6B zeigen Querschnittsdarstellungen, die einen alternativen Herstellungsprozess integrierter spannungsempfindlicher Sensoren gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen veranschaulichen, der die WLB-Gitterarray-Integration beinhaltet.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben, wobei sich gleichartige Bezugszeichen durchgehend auf gleichartige Elemente beziehen. Es ist zu beachten, dass diese Ausführungsformen nur der Veranschaulichung dienen und nicht als Einschränkung zu verstehen sind. Beispielsweise können Ausführungsformen zwar so beschrieben sein, dass sie eine Vielzahl von Merkmalen oder Elementen umfassen, doch ist dies nicht als Hinweis darauf zu verstehen, dass alle diese Merkmale oder Elemente für die Umsetzung von Ausführungsformen erforderlich sind. Stattdessen können in anderen Ausführungsformen einige der Merkmale oder Elemente weggelassen oder durch alternative Merkmale oder Elemente ersetzt werden. Zusätzlich können weitere Merkmale oder Elemente zusätzlich zu den explizit gezeigten und beschriebenen bereitgestellt werden, z.B. konventionelle Komponenten von Sensorvorrichtungen.
  • Merkmale aus verschiedenen Ausführungsformen können zu weiteren Ausführungsformen kombiniert werden, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben. Variationen oder Modifikationen, die in Bezug auf eine der Ausführungsformen beschrieben werden, können auch auf andere Ausführungsformen anwendbar sein. In einigen Fällen werden bekannte Strukturen und Vorrichtungen eher in Blockdiagrammform als im Detail dargestellt, um eine Unklarheit der Ausführungsformen zu vermeiden.
  • Verbindungen oder Kopplungen zwischen den in den Zeichnungen gezeigten oder hierin beschriebenen Elementen können drahtgebundene oder drahtlose Verbindungen sein, sofern nicht anders angegeben. Darüber hinaus können solche Verbindungen oder Kopplungen direkte Verbindungen oder Kopplungen ohne zusätzliche Zwischenelemente oder indirekte Verbindungen oder Kopplungen mit einem oder mehreren zusätzlichen Zwischenelementen sein, solange der allgemeine Zweck der Verbindung oder Kopplung, z.B. um eine bestimmte Art von Signal oder eine bestimmte Art von Information zu übertragen, im Wesentlichen beibehalten wird.
  • Eine oder mehrere Ausführungsformen beziehen sich auf spannungsempfindliche Sensoren, die in einen Halbleiterchip integriert und anschließend auf ein Gehäuse montiert werden. Spannungsempfindliche Sensoren beinhalten mikroelektromechanische Systeme (MEMS), einschließlich MEMS-Drucksensoren. Die MEMS können als MEMS-Element oder MEMS-Vorrichtung bezeichnet werden und können beispielsweise kapazitive MEMS-Sensorvorrichtungen oder piezoresistive MEMS-Sensorvorrichtungen umfassen.
  • Das Gehäuse kann so angepasst sein, dass ein MEMS-Drucksensor eine auf ihn ausgeübte Kraft detektieren und/oder messen kann. Der MEMS-Drucksensor kann beispielsweise als Wandler arbeiten, der ein elektrisches Signal als Funktion des auferlegten Drucks erzeugt, und das Gehäuse kann eine in der Nähe des MEMS-Drucksensors ausgebildete Öffnung haben, die es einem Medium ermöglicht, mit dem MEMS-Drucksensor zu interagieren. Das Medium kann eine beliebige druckmessbare oder druckinduzierende Einheit sein.
  • Im Allgemeinen kann sich ein Sensor, wie er hierin verwendet wird, auf eine Komponente beziehen, die eine zu messende physikalische Größe in ein elektrisches Signal umwandelt, zum Beispiel ein Strom- oder Spannungssignal. Die physikalische Größe kann zum Beispiel ein Magnetfeld, ein elektrisches Feld, einen Druck, eine Kraft, eine Temperatur, einen Strom oder eine Spannung umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt. Eine Sensorvorrichtung, wie sie hier beschrieben wird, kann ein Spannungssensor, ein Stromsensor, ein Temperatursensor, ein Magnetsensor und ähnliches sein. Die physikalische Größe kann z.B. der Druck als Ausdruck der Kraft sein, die auf einen empfindlichen Bereich oder eine empfindliche Region des Sensors ausgeübt wird. Auf diese Weise kann der Sensor die Spannung direkt messen und/oder detektieren und ein Sensorsignal basierend auf der detektierten Spannung erzeugen.
  • Alternativ kann der Sensor ein Sensorsignal basierend auf einer anderen physikalischen Größe erzeugen (z.B. ein Hallsensor, empfindlich für ein Magnetfeld). In diesem Fall kann die auf den Sensor übertragene mechanische Spannung das Sensorsignal nachteilig beeinflussen (z.B. basierend auf einem rein parasitären Effekt). Man könnte also sagen, dass der Sensor indirekt Spannung gemessen und/oder detektiert hat.
  • Ein spannungsempfindlicher Sensor ist somit jeder Sensor, der auf mechanische Spannung direkt oder indirekt in einer Weise reagiert, die das Sensorsignal beeinflusst. Zu den spannungsempfindlichen Sensoren gehören sowohl MEMS-Sensoren als auch Nicht-MEMS-Sensoren. Während einige Beispiele für den spannungsempfindlichen Sensor auf MEMS-Sensoren gerichtet sind, wird es verstanden, dass MEMS-Sensoren und Nicht-MEMS-Sensoren als austauschbar angesehen werden können.
  • Fremdkörper, wie z.B. Fremdpartikel, können die Leistung jedes Sensors negativ beeinflussen. Daher kann es wünschenswert sein, zu verhindern, dass Fremdkörper die Oberfläche des Sensors erreichen, und insbesondere, dass sie den empfindlichen Bereich oder die empfindliche Region des Sensors erreichen, und zu verhindern, dass Partikel in Spannungsentkopplungsgräben gelangen (und diese blockieren).
  • Ein Herstellungsprozess für die Halbleiterchip-Herstellung kann zwei aufeinander folgende Teilprozesse umfassen, die allgemein als Front-End- und Back-End-Produktion bezeichnet werden. Die Back-End-Produktion kann ferner zwei aufeinanderfolgende Unterprozesse umfassen, die allgemein als Vormontage (Pre-Assembly) und Montage (Assembly) bezeichnet werden.
  • Die Front-End-Produktion bezieht sich hauptsächlich auf die Wafer-Fertigung. Ein Wafer, wie er hier verwendet wird, kann auch als Substrat bezeichnet werden. Die Front-End-Fertigung kann mit einem sauberen scheibenförmigen Siliziumwafer beginnen, aus dem schließlich viele Silizium-Chips werden. Zunächst kann eine Fotomaske erstellt werden, die die Schaltungsmuster für Schaltungselemente (z.B. Transistoren) und Verbindungsschichten definiert. Diese Maske kann dann auf den sauberen Siliziumwafer gelegt werden und wird zur Abbildung des Schaltungsdesigns verwendet. Transistoren und andere Schaltungselemente können dann durch Fotolithografie auf dem Wafer ausgebildet werden. Die Fotolithografie umfasst eine Reihe von Schritten, in denen ein lichtempfindliches Material auf den Wafer aufgebracht und durch eine strukturierte Maske belichtet wird; unerwünschtes belichtetes Material wird dann weggeätzt, so dass nur das gewünschte Schaltungsmuster auf dem Wafer zurückbleibt. Durch Stapeln der verschiedenen Muster können einzelne Elemente des Halbleiterchips definiert werden. Ein spannungsempfindlicher Sensor, bei dem es sich um eine MEMS-Vorrichtung oder ein MEMS-Element handeln kann, kann ebenfalls auf und/oder in die Oberfläche des Wafers integriert und mit einem oder mehreren Schaltungselementen verbunden werden. Während der letzten Phase des Front-End-Produktionsprozesses wird jeder einzelne Chip auf dem Wafer elektrisch getestet, um ordnungsgemäß funktionierende Chips für die Montage zu identifizieren.
  • Die Back-End-Produktion bezieht sich auf die Montage und den Test einzelner Halbleitervorrichtungen oder Chips. Der Montageprozess soll den Chip schützen, seine Integration in elektronische Systeme erleichtern, elektrische Interferenzen begrenzen und die Wärmeableitung aus der Vorrichtung ermöglichen. Sobald der Front-End-Produktionsprozess abgeschlossen ist, wird der Wafer in einzelne Halbleiterchips gesägt oder geschnitten (gediced). Dieses Dicing des Wafers in einzelne Halbleiterchips wird als Vormontage bezeichnet.
  • In einer Montagephase der Back-End-Produktion werden die Halbleiterchips in ein Gehäuse eingebaut. Diese Halbleiterchips können zum Beispiel einzeln durch eine Legierung oder einen Klebstoff auf einem Leiterrahmen (Leadframe), einem metallischen Bauteil, das zur Verbindung des Halbleiters mit einer Leiterplatte dient, befestigt werden. Anschlussleiter (Leads) auf dem Leiterrahmen können dann durch Aluminium- oder Golddrähte mit den Eingangs-/Ausgangsanschlüssen auf dem Halbleiterchip durch den Einsatz von automatischen Maschinen, die als Draht-Bonder (Wire-Bonder) bekannt sind, verbunden werden. Jede Halbleitervorrichtung kann dann zumindest teilweise in eine Kunststoff-Moldverbindung oder ein Keramikgehäuse eingekapselt werden und so das Gehäuse ausbilden.
  • Somit kann ein MEMS-Element oder ein anderer spannungsempfindlicher Sensor als Bestandteil einer integrierten Schaltung in ein Substrat eingebaut werden, wobei das Substrat dann in Halbleiterchips zerteilt wird, die anschließend jeweils in ein Gehäuse montiert werden.
  • Es wird gewürdigt, dass der Vormontageprozess (d.h. das Dicing) zwar als Teil des Backend-Produktionsflusses beschrieben werden kann, die Chips jedoch teilweise in der Endphase der Frontend-Produktion vereinzelt werden können. Daher kann in einigen Fällen die Vormontage während der Front-End-Produktion beginnen oder durchgeführt werden.
  • Nach einer oder mehreren Ausführungsformen wird einem spannungsempfindlichen Sensor als Spannungsentlastungsmechanismus eine mechanische Spannungsentkopplung bereitgestellt. Ein Spannungsentkopplungsmerkmal, wie ein oder mehrere Gräben (d.h. ein oder mehrere Spannungsentkopplungsgräben), kann bereitgestellt werden. Zusätzlich kann jeder Spannungsentkopplungsgraben mit einem Gel (z.B. einem Silikongel) gefüllt werden, und das Gel kann zusätzlich über dem spannungsempfindlichen Sensor auf Waferebene (d.h. während des Front-End-Produktionsprozesses) oder während oder nach dem Vormontageprozess, einschließlich vor oder nach dem Packaging, aufgebracht werden. Das Schutzmaterial kann auf eine freiliegende Oberfläche des spannungsempfindlichen Sensors aufgebracht werden, so dass eine gesamte freiliegende Oberfläche des spannungsempfindlichen Sensors durch das Schutzmaterial bedeckt wird.
  • Die freiliegende Oberfläche des spannungsempfindlichen Sensors kann einen empfindlichen Bereich umfassen oder als solcher bezeichnet werden, der es dem spannungsempfindlichen Sensor ermöglicht, eine physikalische Größe zu messen. Beispielsweise kann der spannungsempfindliche Sensor ein MEMS-Drucksensor sein, der dazu ausgelegt ist, dass er eine Druckänderung als Reaktion auf eine Kraftänderung, die auf die freiliegende Oberfläche ausgeübt wird, detektiert oder misst. Das Schutzmaterial ist dazu ausgelegt, dass eine Sensorfunktionalität des spannungsempfindlichen Sensors intakt bleibt, wenn der spannungsempfindliche Sensor durch das Schutzmaterial bedeckt ist. Das Schutzmaterial kann zum Beispiel ein Silikongel sein, das einen Elastizitätsmodul und/oder eine Poisson-Zahl aufweist, die es erlaubt, eine darauf ausgeübte Kraft auf den MEMS-Drucksensor zu übertragen. Das Schutzmaterial ist somit flexibel genug, dass beim Eindrücken des Schutzmaterials auch der empfindliche Bereich des MEMS-Drucksensors proportional eingedrückt wird.
  • Genauer erlaubt das Schutzmaterial die volle Sensorfunktionalität des spannungsempfindlichen Sensors, einschließlich mechanische Funktionalität und elektrische Funktionalität, während es gleichzeitig die gesamte Oberfläche des spannungsempfindlichen Sensors versiegelt. Noch genauer ist das Schutzmaterial dazu ausgelegt, dass keine Funktionalität des spannungsempfindlichen Sensors durch das Schutzmaterial behindert wird.
  • Indem sichergestellt wird, dass die Funktionalität des spannungsempfindlichen Sensors intakt bleibt, kann das Schutzmaterial bereits in einem frühen Stadium des Chipfertigungsprozesses als dauerhaftes Material auf den spannungsempfindlichen Sensor aufgebracht werden. Somit kann der spannungsempfindliche Sensor bereits zum Zeitpunkt der Abscheidung des Schutzmaterials auf dem spannungsempfindlichen Sensor in einem betriebsbereiten Zustand (z.B. in einem endgültigen Betriebszustand) ausgelegt sein, und das Schutzmaterial kann nach der Abscheidung, auch während des gesamten Montageprozesses, vollständig intakt bleiben, so dass es ein Merkmal im Endprodukt bleibt.
  • Durch die frühe Ablagerung des Schutzmaterials wird der spannungsempfindliche Sensor frühzeitig vor Partikeln und Feuchtigkeit geschützt, die während der (Vor-)Montageprozesse eingebracht wurden und die die Leistung des Sensors beeinflussen könnten.
  • Während einige der hierin enthaltenen Ausführungsformen das Schutzmaterial als ein temperaturaushärtendes Gel (z.B. Silikongel) bezeichnen, können andere ein ultraviolett (UV) aushärtendes Gel verwenden. Das Schutzmaterial ist jedoch nicht darauf beschränkt und kann jedes Material sein, das Schutz vor Fremdkörpern bietet und gleichzeitig die Sensorfunktionalität des spannungsempfindlichen Sensors ermöglicht, und genauer die Sensorfunktionalität des spannungsempfindlichen Sensors zum Zeitpunkt der Abscheidung des Schutzmaterials erlaubt. Das Schutzmaterial kann also jedes beliebige Schutzgel sein.
  • 1A zeigt eine vertikale Querschnittsdarstellung eines Chips 100 gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen. Insbesondere ist die 1A ein Querschnitt entlang der in den 1B und 1C gezeigten Linie A-A. 1B und 1C zeigen jeweils eine Draufsicht und eine Unteransicht des in der 1A gezeigten Chips 100 gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen. 1D ist eine vertikale Querschnittsdarstellung von Chip 100 entlang der in den 1B und 1C gezeigten Linie B-B.
  • Der Chip 100 enthält ein Halbleitersubstrat 10 (z.B. ein Siliziumsubstrat) mit einer ersten Hauptoberfläche 11 bei der Vorderseite des Chips 100 und einer zweiten Hauptoberfläche 12 21 bei der Rückseite des Chips 10, gegenüber der Vorderseite. Der Chip enthält ferner ein MEMS-Element 12, das bei der Hauptoberfläche 11 integriert ist.
  • In diesem Beispiel kann das MEMS-Element 12 ein kapazitives MEMS-Element 12 sein, das zwei parallele leitende Platten enthält: eine obere Elektrode 13 und eine untere Elektrode 14, die durch ein dielektrisches Material 15 getrennt sind. Das dielektrische Material 15 kann zum Beispiel ein Vakuum sein, wo ein Hohlraum zwischen der oberen Elektrode 13 und der unteren Elektrode 14 ausgebildet wird. Das Vakuum dient als Referenzdruck für den Drucksensor. Eine dielektrische Schicht (nicht gezeigt) kann auch zwischen den Elektroden 13 und 14 angeordnet sein (z.B. auf der Oberseite der unteren Elektrode 14).
  • Die Elektroden 13 und 14 bilden ein kapazitives Element mit einer Grundlinie (Baseline) oder Referenzkapazität aus, wenn kein Druck auf das MEMS-Element 12 ausgeübt wird. Die obere Elektrode 13 ist flexibel und druckempfindlich, während die untere Elektrode starr und fest, angeordnet auf dem starren Substrat 10 unterhalb und/oder um dieses herum, ist. Die obere Elektrode 13 kann ein empfindliches Diaphragma oder eine empfindliche Membran sein, und der Hohlraum wird zwischen der festen Platte der unteren Elektrode 14 und der beweglichen Elektrode 13 ausgebildet, um eine Auslenkung des Diaphragmas oder der Membran zu ermöglichen. Wenn Druck auf das empfindliche Diaphragma ausgeübt wird, verringert sich das Volumen des zwischen den beiden parallelen Elektroden 13 und 14 eingeschlossenen Hohlraums, wenn sich das empfindliche Diaphragma auslenkt und sich dem stationären nähert, was zu einer detektierbaren Änderung der Kapazität zwischen den Elektroden 13 und 14 entsprechend dem ausgeübten Druck führt. Die Kapazitätsänderung ist ein durch ein elektrisches Signal ablesbarer Wert.
  • Alternativ kann das MEMS-Element 12 eine andere Art von integriertem Drucksensor oder eine andere Art von spannungsempfindlichem Sensor sein. Dementsprechend kann jedes MEMS-Element 12 eine MEMS-Fläche des Substrats 10 belegen und mindestens einen empfindlichen Bereich umfassen, der empfindlich und betriebsfähig ist, um Spannungen zu detektieren. Im Allgemeinen kann ein MEMS-Bereich als Sensorbereich oder als spannungsempfindlicher Bereich des Substrats 10 bezeichnet werden, bei dem ein spannungsempfindlicher Sensor bei dem Substrat 10 integriert ist.
  • Der Chip 100 enthält ferner ein Spannungsentkopplungsmerkmal, das aus einem oder mehreren Spannungsentkopplungsgräben 20 besteht. Jeder Spannungsentkopplungsgraben 16 ist seitlich von dem MEMS-Element 12 beabstandet, erstreckt sich von der Hauptoberfläche 11 des Substrats 10 in das Substrat 10 und erstreckt sich teilweise durch das Substrat 10. Mit anderen Worten, die Gräben 20 erstrecken sich nicht vollständig durch das Substrat 10. Die Gräben 20 können, zum Beispiel, durch eine Vorderseiten-Ätztechnik ausgebildet werden.
  • Die Gräben 20 definieren eine vertikale Grenze zwischen einem inneren oder einem ersten Bereich 22 des Chips 100, wo das MEMS-Element 12 bereitgestellt ist, und einem oder mehreren peripheren oder zweiten Bereichen 23 des Chips 100. Die Gräben 20 sind dazu ausgelegt, dass jegliche mechanische Spannung, die zum Beispiel vom Gehäuse des Chips 100 kommt, von der Übertragung auf das MEMS-Element 12 entkoppelt wird. Das heißt, die Gräben 20 sind dazu ausgelegt, zu reduzieren, dass jegliche mechanische Spannung, die in der peripheren Region 22 des Chips 100 vorhanden ist, auf die innere Region 21 des Chips 100 und letztendlich auf das MEMS-Element 12 übertragen wird. Somit schirmt das Spannungsentkopplungsmerkmal das MEMS-Element 12 vor äußeren mechanischen Einflüssen ab und verhindert dadurch eine Verschiebung eines Sensorsignals, das durch das MEMS-Element 12 oder einen spannungsempfindlichen Sensor aufgrund dieser Einflüsse erzeugt wird.
  • In diesem Beispiel können die Gräben 20 ein einzelner, durchgehender Graben 20 sein, der die Peripherie des ersten Bereichs 22 des Substrats 10, bei dem das MEMS-Element 12 integriert ist, teilweise oder ganz umgibt. Dieser erste Bereich 22 kann auch als MEMS-Bereich oder als spannungsempfindlicher Bereich des Substrats 10 bezeichnet werden. Zum Beispiel wird ein spannungsempfindlicher Bereich 10b, der in der 1B gezeigt ist, durch den umgebenden Graben 20 definiert. Ein spannungsempfindlicher Bereich
  • Somit, obschon der Graben 20 aus einem oder mehreren Gräben ausgebildet wird, umgibt der Graben 20 zumindest einen Teil des spannungsempfindlichen Bereichs, um eine gezielte Spannungsentkopplung dieses Bereichs zu erreichen.
  • Der Chip 100 enthält ferner eine Vielzahl von Partikelfiltergräben 27, die an der zweiten Hauptoberfläche 21 (d.h. der Rückseite) des Substrats 10 ausgebildet sind. Somit sind sowohl die spannungsentkoppelnden Strukturen 20 als auch die Partikelfiltergräben 27 in einem einzigen Substrat (d.h. einem einzigen Halbleiterwafer) integriert. Die Partikelfiltergräben 27 schützen die Entkopplungsgräben 20 sowie die spannungsempfindlichen Sensoren 12 vor Fremdpartikeln. Insbesondere verhindern die Partikelfiltergräben 27, dass Partikel in die Spannungsentkopplungsgräben gelangen (und diese blockieren). Eine Breite der Partikelfiltergräben und ein Winkel, in dem sie angeordnet sind, definiert die zulässige Größe der Partikel, die durch diese Gräben hindurchgehen. Die Partikelfiltergräben 27 bieten auch eine Rückseitendruckkopplung.
  • Die Partikelfiltergräben 27 sind seitliche Gräben oder Hohlräume, die sich teilweise seitlich (d.h. mit einer Längsachse in der x-Richtung) entlang der zweiten Hauptfläche 21 erstrecken. Jeder Partikelfiltergraben 27 ist quer zu einem sich schneidenden Teil eines entsprechenden Grabens 20. Besonders in dem in der 1A gezeigten Querschnitt, wenn die Gräben 20 eine vertikale Ausdehnung entlang der y-Achse, eine longitudinale Ausdehnung entlang der z-Achse und eine transversale Ausdehnung in der x-Achse aufweisen, dann erstreckt sich eine longitudinale Ausdehnung jedes Partikelfiltergrabens 27 orthogonal zu der vertikalen Ausdehnung seines jeweiligen Grabens 20 und parallel zu der transversalen Ausdehnung seines jeweiligen Grabens 20. Die longitudinale Ausdehnung jedes Partikelfiltergrabens 27 kann sich auch orthogonal zu der longitudinalen Ausdehnung seines jeweiligen Grabens oder in einem anderen Winkel größer als Null Grad erstrecken. Das heißt, jeder Partikelfiltergraben 27 kann schräg angeordnet sein, so dass seine longitudinale Ausdehnung bei einem Winkel zwischen der x-Achse und der z-Achse ist, anstatt nur entlang der x-Achse oder z-Achse angeordnet zu sein, wie in der 1B gezeigt. Der Winkel bei dem diese longitudinale Ausdehnung des Partikelfiltergrabens hilft, die zulässige Größe der durch ihn hindurchtretenden Partikel zu definieren.
  • Die Partikelfiltergräben 27 können, zum Beispiel, durch eine Rückseitenlithographie und Ätztechnik ausgebildet werden.
  • Jeder Partikelfiltergraben 27 schneidet sich mit einem Endabschnitt des jeweiligen Grabens 20, so dass eine Öffnung von der Vorderseite, die durch den Graben 20 ausgebildet wird, sich mit einer Öffnung von der Rückseite, die durch den Partikelfiltergraben 27 ausgebildet wird, schneidet. In einer Draufsicht bilden der Partikelfiltergraben 27 und sein entsprechender Graben 20 ein Kreuzmuster oder ein X-Muster aus, abhängig von dem Winkel der Durchquerung. Der sich kreuzende Abschnitt des Partikelfiltergrabens 27 und sein entsprechender Graben 20 ist ein Abschnitt, bei dem sich die beiden Öffnungen vereinigen und eine Druckkopplungsöffnung 28 ausbilden, die sich vollständig von der ersten Hauptfläche 11 bis zu der zweiten Hauptfläche 21 erstreckt. Die DruckkopplungsÖffnung 28 bildet einen offenen Pfad aus, der eine rückseitige Druckkopplung bereitstellt.
  • Zusätzlich sind mehrere Partikelfiltergräben 27 bereitgestellt, beabstandet voneinander, entlang der longitudinalen Ausdehnung (d.h. entlang der z-Achse) des jeweiligen Grabens 20. Das heißt, mehrere Partikelfiltergräben 27 werden parallel zueinander entlang der z-Achse ausgebildet, die durch einen Abschnitt des Substrats, der sich vollständig bis zur zweiten Hauptoberfläche 21 erstreckt, voneinander beabstandet sind. Somit ist das Substrat 10 ein einteiliges, integrales Element, dessen einheitlicher Aufbau über die Gesamtheit des Chips beibehalten wird. Mit anderen Worten, es werden weder zwei oder mehr Substrate verwendet, noch wird ein einzelnes Substrat durch Gräben oder Hohlräume in mehrere Teile gebrochen.
  • Außerdem wird festgestellt, dass eine Unterseite 21a eines Teils des Substrats 10 durch die Partikelfiltergräben 27 freigelegt ist. Dieses Merkmal ist in den 1A und 1C dargestellt. Dieser Unterseitenabschnitt 21a stellt einen Bereich dar, wo ein Partikelfiltergraben 27 mit dem Substrat 10 in Kontakt steht.
  • 2 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Chips 200 (z.B. eines Sensorchips) gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen. Ähnlich zum Chip 100 enthält der Chip 200 ein Halbleitersubstrat 10 (z.B. ein Siliziumsubstrat) mit einer ersten Hauptfläche 11 bei der Vorderseite des Chips 100 und einer zweiten Hauptfläche 21 bei der Rückseite des Chips 10, gegenüber der Vorderseite. Der Chip enthält ferner ein MEMS-Element 12, das bei der Hauptoberfläche 11 integriert ist.
  • Der Chip 200 enthält ferner ein Spannungsentkopplungsmerkmal, das aus einem oder mehreren Spannungsentkopplungsgräben 20a, 20b und 20c besteht, die zusammen als Spannungsentkopplungsgräben 20 bezeichnet werden. Jeder Spannungsentkopplungsgraben 20 ist seitlich von dem MEMS-Element 12 beabstandet, erstreckt sich von der Hauptoberfläche 11 des Substrats 10 in das Substrat 10 und erstreckt sich teilweise durch das Substrat 10. Mit anderen Worten, die Gräben 20 erstrecken sich nicht vollständig durch das Substrat 10. Somit enden die Gräben 20 im Silizium eines einzelnen Wafers, der das MEMS-Element 12 enthält.
  • Die Gräben 20 definieren eine vertikale Grenze zwischen einem inneren oder einem ersten Bereich 22 des Chips 100, wo das MEMS-Element 12 bereitgestellt ist, und einem oder mehreren peripheren oder zweiten Bereichen 23 des Chips 200. Die Gräben 20 sind dazu ausgelegt, jegliche mechanische Spannung, die beispielsweise vom Gehäuse des Chips 200 kommt, davon zu entkoppeln an das MEMS-Element 12 übertragen zu werden. Das heißt, die Gräben 20 sind dazu ausgelegt, jegliche mechanische Spannung, die in der peripheren Region 23 des Chips 200 vorhanden ist, davon zu reduzieren auf die innere Region 22 des Chip 100 und letztendlich auf das MEMS-Element 12 übertragen zu werden. Somit schirmt das Spannungsentkopplungsmerkmal das MEMS-Element 12 vor äußeren mechanischen Einflüssen ab und verhindert dadurch eine Verschiebung eines Sensorsignals, das durch das MEMS-Element 12 oder den spannungsempfindlichen Sensor aufgrund dieser Einflüsse erzeugt wird.
  • Wie oben erwähnt, erstreckt sich jeder Graben 20 teilweise, aber nicht vollständig durch das Substrat 10. Zum Beispiel können die Gräben 20 eine Tiefe von etwa 325-375 um haben. Insbesondere ist die Tiefe der Gräben 20 in der Größenordnung eines Abstands zwischen benachbarten Gräben, die das MEMS-Element 12 umhüllen oder tiefer. Die Ausbildung der Gräben 20 im Substrat 10 ist daher ausschließlich auf die Frontseitengräben beschränkt. Ein Rückseitenabschnitt 10a ist ein Abschnitt des Substrats 10, der sich von der Hauptoberfläche 21 bei der Rückseite des Chips 10 bis zum Boden des tiefsten Grabens 20 erstreckt.
  • Als Ergebnis davon, dass der Rückseitenabschnitt 10a als ein einzelnes Element intakt bleibt, und wie das Substrat 10 in Chip 100, ist das Substrat 10 in Chip 200 ein einteiliges, integrales Element, dessen einheitliche Konstruktion über die Gesamtheit des Chips beibehalten wird. Mit anderen Worten, es werden weder zwei oder mehr Substrate verwendet, noch wird ein einzelnes Substrat durch Gräben oder Hohlräume in mehrere Teile gebrochen.
  • Der spannungsempfindliche Bereich 22 des Substrats 10, bei dem das MEMS-Element 12 angeordnet ist, erstreckt sich vertikal von der Hauptoberfläche 11 und ist einstückig mit dem rückseitigen Abschnitt des Substrats 10 ausgebildet.
  • Einer oder mehrere der Gräben können das MEMS-Element 12 umhüllen. Zum Beispiel kann der Graben 20a ein einzelner, durchgehender Graben sein, der das MEMS-Element 12 umgibt. In ähnlicher Weise können die Gräben 20b und 20c, die jeweils an den Graben 20a angrenzen, zusammen einen einzelnen, durchgehenden Graben ausbilden, der das MEMS-Element 12 umgibt.
  • Alternativ kann der Graben 20b ein anderes MEMS-Element (nicht gezeigt) umhüllen, das seitlich von dem MEMS-Element 12 in einem anderen MEMS-Bereich des Chips 200 angeordnet ist. In ähnlicher Weise kann der Graben 20c ein weiteres anderes MEMS-Element (nicht gezeigt) umhüllen, das seitlich von dem MEMS-Element 12 in einem weiteren anderen MEMS-Bereich des Chips 200 angeordnet ist. Der Chip 200 kann somit einen oder mehrere verschiedene MEMS-Bereiche enthalten, von denen jeder ein anderes MEMS-Element 12 enthält, das in das Substrat 10 integriert ist, wobei jedes MEMS-Element 12 einen oder mehrere empfindliche Bereiche enthält, die für die Erfassung von Druck und/oder Spannung funktionsfähig sind.
  • Zusätzlich oder alternativ können sich ein oder beide Gräben 20b und 20c von der ersten lateralen Seite des Substrats 10 zu einer zweiten lateralen Seite des Substrats 10, die der ersten lateralen Seite gegenüberliegt, erstrecken.
  • Zusätzlich wird zwischen zwei benachbarten Grabensegmenten eine Federstruktur 25 (z.B. Federstruktur 25a oder 25b) ausgebildet, die dazu ausgelegt ist, externe Spannungen aus der Umgebung zu absorbieren, so dass die Menge der externen Spannung, die auf den inneren Bereich 22 (d.h. auf das MEMS-Element 12) übertragen wird, reduziert oder verhindert wird. Die externe Spannung kann durch das Gehäuse selbst verursacht werden (z.B. aufgrund thermischer Fehlanpassung). Zwei Gräben oder Grabensegmente, die auf einer gleichen lateralen Seite des MEMS-Elements 12 nebeneinander angeordnet sind, so dass dazwischen eine Federstruktur 25 entsteht, können als „benachbarte“ oder „angrenzende“ Gräben bezeichnet werden. Somit wird eine Federstruktur 25 zwischen einem Paar benachbarter Gräben 20 ausgebildet.
  • Eine Federstruktur 25 ist definiert als ein Abschnitt des Substrats 10, der zwischen zwei benachbarten Gräben 20 oder zwischen zwei seitlich getrennten Abschnitten desselben Grabens 20 angeordnet ist und sich von einem oberen Abschnitt des rückseitigen Teils 21a zur ersten Hauptoberfläche 11 bei der Vorderseite des Chips 200 erstreckt. Mit anderen Worten bildet eine Federstruktur 25 die Seitenwände von zwei benachbarten Gräben 20 oder benachbarten Grabensegmenten aus. In einigen Ausführungsformen kann sich eine Federstruktur 25 bis zur ersten Hauptfläche 11 bei der Vorderseite des Chips 200 erstrecken. Die beiden benachbarten Gräben 20 oder die beiden seitlich beabstandeten Abschnitte desselben Grabens 20 erstrecken sich parallel zueinander, so dass dazwischen die Federstruktur 25 ausgebildet wird.
  • In diesem Beispiel wird eine Federstruktur 25a zwischen den Gräben 20a und 20b und eine Federstruktur 25b zwischen den Gräben 20a und 20c ausgebildet. Die Federstrukturen 25a und 25b können einzelne Elemente trennen oder ein einzelnes Element einer einheitlichen Konstruktion sein, zum Beispiel wenn die Gräben 20b und 20c einen einzigen Graben ausbilden, der konzentrisch zum Graben 20a ist.
  • Darüber hinaus kann jede Federstruktur 25 elektrisch mit einem entsprechenden MEMS-Element 12 gekoppelt und dazu ausgelegt sein, dass sie ein Sensorsignal (z.B. ein elektrisches Signal) empfängt, das von mindestens einem empfindlichen Bereich des entsprechenden MEMS-Elements 12 erzeugt wird, und einen elektrischen Pfad zu einer Sensorschaltung bereitstellt, die dazu ausgelegt ist, das Sensorsignal auszulesen.
  • Alle Federstrukturen 25 des Chips sind durch einen rückseitigen Abschnitt des Substrats 10 verbunden, der von einer einteiligen integralen Konstruktion ist.
  • Der Chip 200 enthält ferner eine Vielzahl von Partikelfiltergräben 27 (z.B. Partikelfiltergräben 27a und 27b), die bei der zweiten Hauptoberfläche 21 (d.h. der Rückseite) des Substrats 10 ausgebildet sind, so dass sie integral mit dem Rückseitenteil 10a ausgebildet sind. Die Partikelfiltergräben 27 sind ähnlich wie die in den 1A-1C beschriebenen angeordnet, mit der Ausnahme, dass die longitudinale Ausdehnung jedes Partikelfiltergrabens 27 zwei oder mehr Gräben 20 überspannen kann. Beispielsweise erstrecken sich die Partikelfiltergräben 27a quer über die Gräben 20a und 20b, während sich die Partikelfiltergräben 27b quer über die Gräben 20a und 20c erstrecken.
  • Insbesondere schneidet jeder Partikelfiltergraben 27 einen End(d.h. Boden)abschnitt eines oder mehrerer entsprechender Gräben 20 oder entsprechender Grabensegmente eines Grabens 20, so dass Öffnungen von der Vorderseite, die durch den Graben 20 ausgebildet werden, sich mit einer Öffnung von der Rückseite, die durch den Partikelfiltergraben 27 ausgebildet wird, schneiden. In der Draufsicht bildet jeder Partikelfiltergraben 27 und sein jeweiliger Graben 20 ein Kreuzmuster oder ein X-Muster aus, abhängig von dem Winkel der Durchquerung. Der sich schneidende Abschnitt des Partikelfiltergrabens 27 und sein jeweiliger Graben 20 ist ein Abschnitt, bei dem sich die beiden Öffnungen vereinigen und eine Druckkopplungsöffnung 28 ausbilden, die sich vollständig von der ersten Hauptfläche 11 bis zur zweiten Hauptfläche 21 erstreckt. Die Druckkopplungsöffnung 28 bildet einen Pfad aus, der eine rückseitige Druckkopplung ermöglicht.
  • Zusätzlich ist eine Vielzahl von Partikelfiltergräben 27 bereitgestellt, beabstandet voneinander, entlang der longitudinalen Ausdehnung (d.h. entlang der z-Achse) des jeweiligen Grabens 20. Das heißt, mehrere Partikelfiltergräben 27 werden parallel zueinander entlang der z-Achse ausgebildet, die durch einen Abschnitt des Substrats, der sich vollständig bis zur zweiten Hauptoberfläche 21 erstreckt, voneinander beabstandet sind. Somit ist das Substrat 10 ein einteiliges, integrales Element, dessen einheitlicher Aufbau über die Gesamtheit des Chips beibehalten wird. Mit anderen Worten, es werden weder zwei oder mehr Substrate verwendet, noch wird ein einzelnes Substrat durch Gräben oder Hohlräume in mehrere Teile gebrochen.
  • Außerdem wird festgestellt, dass eine Unterseite 21a eines Teils des Substrats 10 durch die Partikelfiltergräben 27 freigelegt ist. Dieser Unterseitenteil 21a stellt einen Bereich dar, wo ein Partikelfiltergraben 27 mit dem Substrat 10 in Kontakt steht.
  • 3A zeigt eine Draufsicht eines Chips 300 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Die Schattierung wurde bereitgestellt, um eine erste Hauptoberfläche 11 des Substrats anzuzeigen und dient lediglich zur Unterscheidung der ersten Hauptoberfläche 11 von den Gräben 20. Zusätzlich zeigt 3B eine Querschnittsdarstellung des Chips 300 entlang der Linie C-C, gezeigt in der 3A. Insbesondere das Substrat 10 umfasst vier MEMS-Bereiche 10b, 10c, 10d und 10e, bei denen verschiedene MEMS-Elemente bei der ersten Hauptoberfläche 11 integriert sind. In diesem Beispiel enthält jedes MEMS-Element vier empfindliche Bereiche, die seitlich voneinander getrennt und in einer Gitterformation angeordnet sind. Jeder empfindliche Bereich ist dazu ausgelegt, ein elektrisches Signal als Reaktion auf einen detektierten Druck und/oder eine erfasste Spannung zu erzeugen. Die von den empfindlichen Bereichen eines MEMS-Elements erzeugten elektrischen Signale können von der Sensorschaltung addiert oder gemittelt werden.
  • Wie in der 3A zu sehen ist, enthält der MEMS-Bereich 10b ein MEMS-Element, das die empfindlichen Bereiche 12b umfasst, der MEMS-Bereich 10c enthält ein MEMS-Element, das die empfindlichen Bereiche 12c umfasst, der MEMS-Bereich 10d enthält ein MEMS-Element, das die empfindlichen Bereiche 12d umfasst, und der MEMS-Bereich 10e enthält ein MEMS-Element, das die empfindlichen Bereiche 12e umfasst. Jeder MEMS-Bereich kann eine rechteckige Form haben.
  • Zusätzlich werden mehrere Gräben 20 zwischen angrenzenden oder benachbarten MEMS-Bereichen 10b-10e ausgebildet. Darüber hinaus wird auch ein Graben 20 oder ein Segment eines Grabens 20 um einen peripheren Bereich der MEMS-Flächen 10b-10e herum ausgebildet, zwischen dem MEMS-Bereich und den seitlichen Kanten des Chips 300. Darüber hinaus können ein oder mehrere Graben 20 zu einem einzigen, durchgehenden Graben zusammengefügt werden.
  • Federstrukturen 25 (z.B. die Federstrukturen 25a und 25b) werden zwischen zwei benachbarten Gräben 20 oder zwischen zwei seitlich getrennten Abschnitten eines gleichen Grabens 20 ausgebildet.
  • Die Vielzahl von Gräben 20 enthält den Graben 20b, der den MEMS-Bereich 10b umgibt. Insbesondere umfasst der Graben 20b ein erstes Ende B und ein zweites Ende B'. In diesem Beispiel wickelt sich der Graben 20b somit 1,5-mal um den MEMS-Bereich 10b, so dass ein Grabensegment durch den Graben 20b bei den äußeren peripheren Kanten (d.h. den Kanten, die an eine Kante des Chips 300 angrenzen) des MEMS-Bereichs ausgebildet wird und zwei Grabensegmente durch den Graben 20b bei den inneren peripheren Kanten (d.h. denjenigen Kanten, die nicht an eine Kante des Chips 300 angrenzen, oder eher denjenigen Kanten, die am nächsten zu den angrenzenden MEMS-Bereichen 10c und 10d liegen) ausgebildet werden.
  • Als Ergebnis wird ein Paar benachbarter Spannungsentkopplungsgräben oder Grabensegmente von einer lateralen Seite des MEMS-Bereichs 10b durch einen einzelnen, durchgehenden Graben 20b ausgebildet, der den MEMS-Bereich 10b umgibt, so dass zumindest ein Abschnitt des einzelnen, durchgehenden Grabens sich in lateraler Richtung mit sich selbst überlappt. Eine solche Anordnung kann auftreten, wenn der einzelne, durchgehende Graben 20b ein spiralförmiges Muster aufweist, das sich um den MEMS-Bereich 10b windet, wobei eine Federstruktur 25 zwischen seitlich überlappenden Segmenten des Grabens 20b ausgebildet wird. Daraus folgt natürlicherweise, dass die Federstruktur 25 auch ein Spiralmuster haben kann, das mit dem Spiralmuster des einzelnen, durchgehenden Grabens 20b kongruent ist.
  • Ähnlich wie der Graben 20b umfasst der Graben 20c ein erstes Ende C und ein zweites Ende C'. In diesem Beispiel wickelt sich der Graben 20c somit 1,5-mal um den MEMS-Bereich 10c, so dass ein Grabensegment durch den Graben 20c bei den äußeren peripheren Kanten (d.h. an den Kanten, die an eine Kante des Chips 300 angrenzen) des MEMS-Bereichs ausgebildet wird und zwei Grabensegmente ausgebildet werden durch den Graben 20c bei den inneren peripheren Kanten (d.h. den Kanten, die nicht an eine Kante des Chips 300 angrenzen, oder eher den Kanten, die den angrenzenden MEMS-Bereichen 10b und 10e am nächsten liegen).
  • Ähnlich zum Graben 20b umfasst der Graben 20d ein erstes Ende D und ein zweites Ende D'. In diesem Beispiel wickelt sich Graben 20d somit 1,5-mal um den MEMS-Bereich 10d, so dass ein Grabensegment ausgebildet wird durch den Graben 20d an den äußeren peripheren Kanten (d.h. die Kanten, die an eine Kante des Chips 300 angrenzen) der MEMS-Fläche und zwei Grabensegmente ausgebildet werden durch den Graben 20d bei den inneren peripheren Kanten (d.h. den Kanten, die nicht an eine Kante des Chips 300 angrenzen, oder eher den Kanten, die am nächsten zu den benachbarten MEMS-Flächen 10b und 10e liegen) .
  • Ähnlich wie der Graben 20b umfasst der Graben 20e ein erstes Ende E und ein zweites Ende E'. In diesem Beispiel wickelt sich Graben 20e somit 1,5-mal um den MEMS-Bereich 10e, so dass ein Grabensegment ausgebildet wird durch den Graben 20e bei den äußeren peripheren Kanten (d.h. den Kanten, die an eine Kante des Chips 300 angrenzen) des MEMS-Bereichs und zwei Grabensegmente ausgebildet werden durch den Graben 20e bei den inneren peripheren Kanten (d.h. den Kanten, die nicht an eine Kante des Chips 300 angrenzen, oder eher den Kanten, die den angrenzenden MEMS-Bereichen 10c und 10d am nächsten liegen).
  • Der Graben 20f umfasst ein erstes Ende F und ein zweites Ende F', so dass sich der Graben 20f seitlich von einer Kante des Chips 300 zu einer zweiten Kante des Chips 300 erstreckt, die der ersten Kante des Chips gegenüberliegt. Der Graben 20f kann auch so ausgebildet werden, dass er sich mit den Gräben 20b-20d vereinigt und einen einzigen, durchgehenden Graben ausbildet.
  • Als solches werden fünf Gräben 20 seitlich zwischen den MEMS-Bereichen 10b und 10c ausgebildet, mit vier Federstrukturen 25 seitlich dazwischen ausgebildet. In diesem Fall gibt es fünf Paare benachbarter Gräben, die seitlich zwischen den MEMS-Bereichen 10b und 10c angeordnet sind, was in den vier Federstrukturen 25 resultiert (d.h. jedes Paar hat eine entsprechende Federstruktur 25, die dazwischen angeordnet ist) .
  • Zusätzlich werden fünf Gräben 20 seitlich zwischen den MEMS-Bereichen 10d und 10e ausgebildet, mit vier Federstrukturen 25 seitlich dazwischen ausgebildet; vier Gräben 20 werden seitlich zwischen den MEMS-Bereichen 10b und 10d ausgebildet, mit drei Federstrukturen 25 seitlich dazwischen ausgebildet; und vier Gräben 20 werden seitlich zwischen den MEMS-Bereichen 10c und 10e ausgebildet, mit drei Federstrukturen 25 seitlich dazwischen ausgebildet. Die Federstrukturen 25 sind dazu ausgelegt, externe Spannungen aus der Umgebung zu absorbieren, so dass jeder MEMS-Bereich 10b-10e, und damit jeder empfindliche Bereich der MEMS-Elemente, von den externen Spannungen isoliert ist.
  • Der Chip 300 enthält ferner eine Vielzahl von Partikelfiltergräben 27, die bei der zweiten Hauptoberfläche 21 (d.h. der Rückseite) des Substrats 10 ausgebildet sind, so dass sie einstückig mit dem Rückseitenteil 10a ausgebildet sind. Die Partikelfiltergräben 27 sind ähnlich wie die in Bezug auf 1A-1C beschriebenen angeordnet, mit der Ausnahme, dass die longitudinale Ausdehnung jedes Partikelfiltergrabens 27 einen oder mehrere Gräben 20 überspannen kann.
  • Spezifisch schneidet jeder Partikelfiltergraben 27 einen Endabschnitt eines oder mehrerer entsprechender Gräben 20, so dass Öffnungen von der Vorderseite, die durch den Graben 20 ausgebildet werden, sich mit einer Öffnung von der Rückseite, die durch den Partikelfiltergraben 27 ausgebildet wird, schneiden. Wie zu sehen ist, können sich mehrere Partikelfiltergräben 27 auch zwischen den MEMS-Bereichen 10b-10e erstrecken und die dazwischen ausgebildeten Gräben 20 quer überspannen.
  • In der Draufsicht bildet jeder Partikelfiltergraben 27 und sein jeweiliger Graben 20 ein Kreuzmuster oder ein X-Muster aus, abhängig von dem Winkel der Durchquerung. Der sich schneidende Abschnitt des Partikelfiltergrabens 27 und sein jeweiliger Graben 20 ist ein Abschnitt, bei dem sich die beiden Öffnungen vereinigen und eine Druckkopplungsöffnung 28 ausbilden, die sich vollständig von der ersten Hauptfläche 11 bis zur zweiten Hauptfläche 21 erstreckt. Die Druckkopplungsöffnung 28 bildet einen Pfad aus, der eine rückseitige Druckkopplung bereitstellt.
  • 4A-4D zeigen Querschnittsansichten eines Herstellungsprozesses integrierter spannungsempfindlicher Sensoren gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen. Insbesondere 4A veranschaulicht einen Frontend-Fertigungsschritt, der die Integration einer Vielzahl von spannungsempfindlichen Sensoren 12 in ein Substrat 10 (d.h. einen Halbleiterwafer), die Ausbildung von Spannungsentkopplungsgräben 20 und die Ausbildung von Kontaktpads 40 umfasst. Die spannungsempfindlichen Sensoren 12 können MEMS-Drucksensoren oder andere spannungsempfindliche Sensoren sein, wie oben beschrieben.
  • Die Kontaktpads 40 sind auf der ersten Hauptfläche 11 seitlich von den Gräben 20 und weiter seitlich von einem entsprechenden spannungsempfindlichen Sensor 12, mit dem die Kontaktpads elektrisch verbunden ist, beabstandet.
  • Zusätzlich kann ein optionales Schutzmaterial 41 über jedem spannungsempfindlichen Sensor 12 angeordnet werden. Das Schutzmaterial 41 kann als Partikelschutz verwendet werden.
  • Als nächstes wird in der 4B ein Schritt zur Deckelbefestigung dargestellt, während dem eine Schutzkappe 42 über einen entsprechenden spannungsempfindlichen Sensor 12 angeordnet wird. Die Schutzkappe 42 kann einen Rahmen, der mit der ersten Hauptfläche 11 des Substrats 10 verbunden ist, und einen Deckel umfassen, der sich über den jeweiligen spannungsempfindlichen Sensor 12 erstreckt und diesen einkapselt. Der Rahmen der Schutzkappe 42 kann in einem Bereich zwischen einem Spannungsentkopplungsgraben 20 und einem Kontaktpad 40 an das Substrat 10 verbunden werden. Die Schutzkappe 42 kann aus SU8 und/oder Glas bestehen. Zum Beispiel können der Rahmenabschnitt aus SU8 und der Deckelabschnitt aus SU8 oder Glas bestehen.
  • Als nächstes wird in der 4C ein Schleif- oder Wafer-Dünnungsprozess auf der Rückseite des Substrats 10 angewendet, um die Chiphöhe zu verringern (d.h. die Dicke des Substrats zu reduzieren). Das Dünnen des Substrats 10 wird so begrenzt, dass die Spannungsentkopplungsgräben 20 bei einem vertikalen Abstand von der zweiten Hauptoberfläche 21 (d.h. der Rückseite) des Substrats bleiben.
  • Als nächstes zeigt die 4D eine RückseitenLithographie und einen Silizium-Ätzprozess zur Ausbildung von Partikelfiltergräben. Mit anderen Worten werden hier die Partikelfiltergräben 27 ausgebildet. Die Partikelfiltergräben 27 schützen die Entkopplungsgräben 20 sowie die spannungsempfindlichen Sensoren 12 vor Fremdpartikeln. Die Partikelfiltergräben 27 stellen auch eine Rückseitendruckkopplung bereit.
  • Im Anschluss an die Partikelfiltergrabenbildung können einzelne Sensorchips durch Dicing (nicht gezeigt) ausgebildet werden.
  • 5A-5G zeigen Querschnittsansichten eines Herstellungsprozesses integrierter spannungsempfindlicher Sensoren gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen, die eine Wafer Level Ball (WLB)-Grid-Array-Integration umfassen. Insbesondere 5A veranschaulicht einen Frontend-Fertigungsschritt, der die Integration einer Vielzahl von spannungsempfindlichen Sensoren 12 in ein Substrat 10 (d.h. einen Halbleiterwafer), die Ausbildung von Spannungsentkopplungsgräben 20 und die Ausbildung von Kontaktpads 40 umfasst. Die spannungsempfindlichen Sensoren 12 können MEMS-Drucksensoren oder andere spannungsempfindliche Sensoren sein, wie oben beschrieben.
  • Die Kontaktpads 40 sind auf der ersten Hauptfläche 11 seitlich von den Gräben 20 beabstandet und weiter seitlich beabstandet von einem entsprechenden spannungsempfindlichen Sensor 12, an den das Kontaktpad elektrisch verbunden ist.
  • Zusätzlich kann ein optionales Schutzmaterial 41 über jedem spannungsempfindlichen Sensor 12 angeordnet werden. Das Schutzmaterial 41 kann als Partikelschutz verwendet werden.
  • Als nächstes zeigt die 5B einen Deckelbefestigungsschritt, bei dem eine Schutzkappe 52 über allen spannungsempfindlichen Sensoren 12 angeordnet und an der Hauptoberfläche 11 des Substrats 10 befestigt wird. Bei der Schutzkappe 52 kann es sich um einen vorstrukturierten Interposer handeln, und genauer gesagt um einen vorstrukturierten Glas- oder Siliziumwafer. Bei Glas kann ein UV-Kleber als Klebstoff für die Befestigung der Struktur an dem Substrat verwendet werden.
  • Die Schutzkappe 52 kann Hohlräume oder Gräben 53 (z.B. Gräben 53a und 53) enthalten, die über verschiedenen Teilen der ersten Hauptoberfläche 11 angeordnet sind. Zum Beispiel kann sich ein Graben 53a über jedes Kontaktpad 40 erstrecken. Zusätzlich kann ein Graben 53b in einem Bereich zwischen Sensorchips oder Sensorbereichen bereitgestellt werden.
  • Als nächstes zeigt 5C ein Schleifen, das auf die Oberseite der Schutzkappe 52 angewendet wird, um die Gräben 53 freizulegen, um Durchgangslöcher 54a und 54b auszubilden, die durch die Schutzkappe verlaufen.
  • Als nächstes zeigt 5D einen Through-Silicon-Via (TSV)-Prozess, bei dem ein elektrisch leitfähiges Füllmaterial 55 in die Durchgangslöcher 54a eingebracht wird, um ein Via auszubilden, um eine elektrische Verbindung mit den Kontaktpads 40 herzustellen.
  • Als nächstes wird in der 5E ein Schleif- oder Wafer-Dünnungsprozess auf der Rückseite des Substrats 10 angewendet, um die Chiphöhe zu verringern (d.h. die Dicke des Substrats zu verringern). Das Dünnen des Substrats 10 wird begrenzt, so dass die Spannungsentkopplungsgräben 20 bei einem vertikalen Abstand getrennt von der zweiten Hauptoberfläche 21 (d.h. der Rückseite) des Substrats bleiben.
  • Als nächstes wird in der 5F ein RückseitenLithographie- und Silizium-Ätzprozess zur Ausbildung von Partikelfiltergräben gezeigt. Mit anderen Worten werden hier die Partikelfiltergräben 27 ausgebildet. Die Partikelfiltergräben 27 schützen die Entkopplungsgräben 20 sowie die spannungsempfindlichen Sensoren 12 vor Fremdpartikeln. Die Partikelfiltergräben 27 bieten auch eine Rückseitendruckkopplung.
  • Als nächstes zeigt 5G das Anwenden elektrisch leitender Interconnect-Strukturen 56 (z.B. Lötkugeln) auf das Füllmaterial 55 (d.h. Vias), so dass die Interconnect-Strukturen 56 jeweils mit den Kontaktpads 40 verbunden sind. Zusätzlich kann auch eine Umverteilungsschicht (redistribution layer, RDL) vor der Ausbildung der Interconnect-Strukturen 56 ausgebildet werden.
  • 6A und 6B zeigen Querschnittsansichten eines alternativen Herstellungsprozesses für integrierte spannungsempfindliche Sensoren gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen, das die Integration von Wafer Level Ball (WLB) Grid Arrays beinhaltet.
  • Um das Temperaturbudget für das Schutzmaterial 41 zu begrenzen, könnte man auch den Halbleiterwafer 10 und den Glas-Interposer 62 separat vorbereiten und dann die beiden Wafer zusammen mit einem kurzen Aufheizen zum Verkleben oder über einen UV-lichtempfindlichen Kleber ohne einen zusätzlichen Hochtemperaturschritt befestigen. Eine Umverteilungsschicht 65 könnte eingeführt und mit dem Glas-Interposer 62 integriert werden, um die Chipgröße effizient zu nutzen und/oder die Pads 40 und die Verbindungsstrukturen 56 zu kontaktieren.
  • Insbesondere kann der Glas-Interposer 62 Vias 55 und Umverteilungsschichten 65 enthalten, die vor dem Zusammenfügen des Halbleiterwafers 10 und des Glas-Interposers 62 ausgebildet wurden. In ähnlicher Weise kann der Halbleiterwafer 10 die Front-End-Komponenten sowie die damit integrierten Partikelfiltergräben 27 enthalten, bevor der Halbleiterwafer 10 und der Glas-Interposer 62 zusammengefügt werden. Nach dem Zusammenfügen des Halbleiterwafers 10 und des Glas-Interposers 62 können die Verbindungsstrukturen 56 auf den Vias 55 und/oder der Umverteilungsschicht 65 bereitgestellt werden.
  • Obwohl sich die hier beschriebenen Ausführungsformen auf MEMS-Drucksensoren und in einigen Fällen auf kapazitive Drucksensoren beziehen, ist zu verstehen, dass andere Ausführungsformen auch andere Arten von spannungsempfindlichen Sensoren oder andere Arten von MEMS-Vorrichtungen oder MEMS-Elementen umfassen können. Obwohl einige Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, ist es klar, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, wobei ein Block oder eine Vorrichtung einem Verfahrensschritt oder einem Merkmal eines Verfahrensschrittes entspricht. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem Verfahrensschritt beschrieben werden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Elements oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.
  • Ferner ist zu verstehen, dass die Offenbarung von mehreren Handlungen oder Funktionen, die in der Beschreibung oder in den Ansprüchen offenbart werden, nicht so ausgelegt werden kann, dass sie innerhalb der spezifischen Reihenfolge liegen. Daher wird die Offenbarung von mehreren Handlungen oder Funktionen diese nicht auf eine bestimmte Reihenfolge beschränken, es sei denn, diese Handlungen oder Funktionen sind aus technischen Gründen nicht austauschbar. Darüber hinaus kann in einigen Ausführungsformen eine einzige Handlung mehrere Unterhandlungen enthalten oder in mehrere Unterhandlungen unterteilt sein. Solche Unterhandlungen können eingeschlossen und Teil der Offenbarung dieser einzelnen Handlung sein, sofern sie nicht ausdrücklich ausgeschlossen sind.

Claims (20)

  1. Halbleitervorrichtung, umfassend: ein Substrat (10) mit einer ersten Oberfläche (11) und einer zweiten Oberfläche (21), die gegenüber der ersten Oberfläche (11) angeordnet ist; einen ersten spannungsempfindlichen Sensor, der bei der ersten Oberfläche (11) des Substrats (10) angeordnet ist, wobei der erste spannungsempfindliche Sensor empfindlich für mechanische Spannung ist; einen ersten Spannungsentkopplungsgraben (20), der eine vertikale Ausdehnung hat, die sich von der ersten Oberfläche (11) in das Substrat (10) erstreckt, wobei sich der erste Spannungsentkopplungsgraben (20) vertikal teilweise in das Substrat (10) in Richtung der zweiten Oberfläche (21), jedoch nicht vollständig zur zweiten Oberfläche (21) erstreckt; und eine Vielzahl von Partikelfiltergräben (27), die sich vertikal von der zweiten Oberfläche (21) in das Substrat (10) erstrecken, wobei jeder der Vielzahl von Partikelfiltergräben (27) eine longitudinale Ausdehnung hat, die sich orthogonal zu der vertikalen Ausdehnung des ersten Spannungsentkopplungsgrabens (20) erstreckt, und wobei jeder der Vielzahl von Partikelfiltergräben (27) von einem benachbarten Partikelfiltergraben der Vielzahl von Partikelfiltergräben (27) durch einen rückseitigen Abschnitt des Substrats (10) getrennt ist, der sich von der zweiten Oberfläche (21) zu einem Boden des ersten Spannungsentkopplungsgrabens (20 erstreckt.
  2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei jeder der Vielzahl von Partikelfiltergräben (27) den ersten Spannungsentkopplungsgraben (20) in einem Kreuzmuster schneidet.
  3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Spannungsentkopplungsgraben (20) die vertikale Ausdehnung entlang einer ersten Achse aufweist, eine longitudinale Ausdehnung entlang einer zweiten Achse orthogonal zu der ersten Achse, und eine transversale Ausdehnung entlang einer dritten Achse orthogonal zu der ersten Achse und zu der zweiten Achse, und die longitudinale Ausdehnung der Vielzahl von Partikelfiltergräben (27) bei einem Winkel angeordnet ist, der parallel zu der dritten Achse ist oder bei einem Winkel, der zwischen der zweiten und der dritten Achse ist.
  4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Vielzahl von Partikelfiltergräben (27) entlang der zweiten Achse voneinander getrennt sind.
  5. Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat (10) aus einem einteiligen, integralen Aufbau ist.
  6. Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder der Vielzahl von Partikelfiltergräben (27) sich mit dem Boden des ersten Spannungsentkopplungsgrabens (20) schneidet, so dass die Vielzahl von Partikelfiltergräben (27) sich mit dem ersten Spannungsentkopplungsgraben (20) verbinden, um eine Vielzahl von Öffnungen auszubilden, die sich von der ersten Oberfläche (11) zur zweiten Oberfläche (21) erstrecken.
  7. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, wobei jeder der Vielzahl von Partikelfiltergräben (27) ein Kreuzmuster oder ein X-Muster mit dem ersten Spannungsentkopplungsgraben (20) ausbildet.
  8. Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: einen zweiten Spannungsentkopplungsgraben (20), benachbart zu dem ersten Spannungsentkopplungsgraben (20), wobei der zweite Spannungsentkopplungsgraben (20) eine vertikale Ausdehnung hat, die sich von der ersten Oberfläche (11) in das Substrat (10) erstreckt, wobei der zweite Spannungsentkopplungsgraben (20) sich vertikal teilweise in das Substrat (10) in Richtung auf die zweite Oberfläche (21), jedoch nicht vollständig zur zweiten Oberfläche (21) erstreckt, wobei sich die longitudinale Ausdehnung jedes der Vielzahl von Partikelfiltergräben (27) quer über den ersten Spannungsentkopplungsgraben (20) und den zweiten Spannungsentkopplungsgraben (20) erstreckt.
  9. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, wobei sich jeder der Vielzahl von Partikelfiltergräben (27) mit dem ersten Spannungsentkopplungsgraben (20) in einem Kreuzmuster und mit dem zweiten Spannungsentkopplungsgraben (20) in einem Kreuzmuster schneidet.
  10. Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei: der erste Spannungsentkopplungsgraben (20) eine Peripherie eines spannungsempfindlichen Bereichs des Substrats (10) umgibt, in dem der erste spannungsempfindliche Sensor angeordnet ist, die Vielzahl von Partikelfiltergräben (27) entlang des ersten Spannungsentkopplungsgrabens (20) bei verschiedenen Seiten der Peripherie eines spannungsempfindlichen Bereichs angeordnet sind, und jeder der Vielzahl von Partikelfiltergräben (27) sich in einem Kreuzmuster mit dem ersten Spannungsentkopplungsgraben (20) schneidet.
  11. Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: einen ersten spannungsempfindlichen Bereich des Substrats (10), in dem der erste spannungsempfindliche Sensor angeordnet ist; einen zweiten spannungsempfindlichen Sensor, der bei der ersten Oberfläche (11) des Substrats (10) in einem zweiten spannungsempfindlichen Bereich des Substrats (10) angeordnet ist, wobei der zweite spannungsempfindliche Sensor für mechanische Spannung empfindlich ist; und eine Vielzahl von Spannungsentkopplungsgräben (20), einschließlich des ersten Spannungsentkopplungsgrabens (20), die zwischen dem ersten spannungsempfindlichen Bereich und dem zweiten spannungsempfindlichen Bereich angeordnet sind, wobei die longitudinale Ausdehnung jedes der Vielzahl von Partikelfiltergräben (27) sich quer über den ersten Spannungsentkopplungsgraben (20) und zweiten Spannungsentkopplungsgraben (20) erstreckt, so dass die Vielzahl von Partikelfiltergräben (27) sich mit dem Boden jedes des ersten Spannungsentkopplungsgrabens (20) und des zweiten Spannungsentkopplungsgrabens (20) schneiden.
  12. Halbleitervorrichtung nach einen die longitudinale Ausdehnung jedes der Vielzahl von Partikelfiltergräben (27) sich von dem ersten spannungsempfindlichen Bereich zu dem zweiten spannungsempfindlichen Bereich erstreckt.
  13. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, wobei das Verfahren umfasst: Durchführen einer Frontend-Fertigung eines Halbleitersubstrats (10) mit einer ersten Oberfläche (11) und einer zweiten Oberfläche (21), die gegenüber der ersten Oberfläche (11) angeordnet ist, wobei die Frontend-Fertigung ein Integrieren eines ersten spannungsempfindlichen Sensors, der bei der ersten Oberfläche (11) des Substrats (10) angeordnet ist, und ein Ausbilden eines ersten Spannungsentkopplungsgrabens (20) in dem Substrat (10) umfasst, wobei der erste Spannungsentkopplungsgraben (20) eine vertikale Ausdehnung hat, die sich von der ersten Oberfläche (11) in das Substrat (10) erstreckt, wobei der erste Spannungsentkopplungsgraben (20) sich vertikal teilweise in das Substrat (10) in Richtung der zweiten Oberfläche (21), jedoch nicht vollständig zur zweiten Oberfläche (21) erstreckt; und Ausbilden einer Vielzahl von Partikelfiltergräben (27) bei der zweiten Oberfläche (21) des Substrats (10), wobei sich die Vielzahl von Partikelfiltergräben (27) vertikal von der zweiten Oberfläche (21) in das Substrat (10) erstreckt, wobei jeder der Vielzahl von Partikelfiltergräben (27) eine longitudinale Ausdehnung aufweist, die sich orthogonal zu der vertikalen Erstreckung des ersten Spannungsentkopplungsgrabens (20) erstreckt, und wobei jeder der Vielzahl von Partikelfiltergräben (27) von einem benachbarten Partikelfiltergraben der Vielzahl von Partikelfiltergräben (27) durch einen rückseitigen Abschnitt des Substrats (10) getrennt ist, der sich von der zweiten Oberfläche (21) zu einem Boden des ersten Spannungsentkopplungsgrabens (20) erstreckt.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, ferner umfassend: Anbringen einer Kappe (42, 52) an der ersten Oberfläche (11), wobei die Kappe (42, 52) den ersten spannungsempfindlichen Sensor und den ersten Spannungsentkopplungsgraben (20) einkapselt.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Frontend-Fertigung ein Ausbilden von Kontaktpads (40) auf der ersten Oberfläche (11) umfasst, und die Kappe (42, 52), der erste spannungsempfindliche Sensor und der erste Spannungsentkopplungsgraben (20) zwischen den Kontaktpads (40) angeordnet sind.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Kappe (42, 52) ein Interposer ist, der leitende Vias enthält, die mit den Kontaktpads (40) ausgerichtet sind.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei der erste Spannungsentkopplungsgraben (20) die vertikale Ausdehnung entlang einer ersten Achse, eine longitudinale Ausdehnung entlang einer zweiten Achse orthogonal zu der ersten Achse und eine transversale Ausdehnung entlang einer dritten Achse orthogonal zu der ersten Achse und der zweiten Achse aufweist, und die longitudinale Ausdehnung der Vielzahl von Partikelfiltergräben (27) bei einem Winkel angeordnet ist, der parallel zu der dritten Achse oder bei einem Winkel, der zwischen der zweiten und der dritten Achse ist.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Vielzahl von Partikelfiltergräben (27) entlang der zweiten Achse voneinander getrennt sind.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, wobei jeder der Vielzahl von Partikelfiltergräben (27) ein Kreuzmuster oder ein X-Muster mit dem ersten Spannungsentkopplungsgraben (20) ausbildet.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 19, wobei sich jeder der Vielzahl von Partikelfiltergräben (27) mit dem Boden des ersten Spannungsentkopplungsgrabens (20) schneidet, so dass sich die Vielzahl von Partikelfiltergräben (27) mit dem ersten Spannungsentkopplungsgraben (20) verbinden, um eine Vielzahl von Öffnungen auszubilden, die sich von der ersten Oberfläche (11) zu der zweiten Oberfläche (21) erstrecken.
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