本發(fā)明涉及一種具有至少一個(gè)可偏轉(zhuǎn)的功能元件和應(yīng)力去耦結(jié)構(gòu)的MEMS構(gòu)件，該功能元件以層結(jié)構(gòu)在MEMS襯底上實(shí)現(xiàn)，使得在層結(jié)構(gòu)與MEMS襯底之間至少在功能元件區(qū)域中產(chǎn)生中間空間，該應(yīng)力去耦結(jié)構(gòu)在MEMS襯底中構(gòu)造。本發(fā)明還涉及具有這種MEMS構(gòu)件的元器件。

背景技術(shù)：

在這里所述形式的MEMS構(gòu)件例如作為用于感測(cè)和測(cè)量加速度、轉(zhuǎn)速、磁場(chǎng)和壓力的感應(yīng)元件針對(duì)不同的應(yīng)用例如在汽車領(lǐng)域和消費(fèi)電子領(lǐng)域中使用。在此特別重視構(gòu)件和元器件在高度功能集成時(shí)的微型化。在這個(gè)方面證實(shí)所謂的“bare-die(裸片)”或者芯片級(jí)包裝是特別有利的，因?yàn)樵谶@里取消芯片的包裝。取而代之，MEMS芯片在這里或者直接裝配在應(yīng)用電路板上(“裸片”)或者集成到垂直混合集成元器件的芯片堆中(芯片級(jí)包裝)。

由于MEMS芯片或者芯片堆在第二級(jí)裝配范圍中的直接裝配，應(yīng)用電路板的彎曲非常直接地耦入到MEMS構(gòu)件中。在此產(chǎn)生應(yīng)力效應(yīng)，該應(yīng)力效應(yīng)可能強(qiáng)烈地?fù)p害MEMS功能。

在這里所述形式的MEMS構(gòu)件的應(yīng)力敏感性可以借助于在MEMS襯底中的應(yīng)力去耦結(jié)構(gòu)降低。已知在襯底背面中具有深溝道的MEMS構(gòu)件。這些溝道相對(duì)于可偏轉(zhuǎn)的、以MEMES層結(jié)構(gòu)構(gòu)造的功能元件環(huán)繞地施加。在溝道區(qū)域中的MEMS襯底強(qiáng)烈變薄的區(qū)段可以好地接收載體的變形，而MEMS襯底在功能元件區(qū)域由于它與之相比的大厚度和高強(qiáng)度最多得到小的變形。

但是在實(shí)踐中證實(shí)已知的應(yīng)力去耦結(jié)構(gòu)在很多方面是有問(wèn)題的。

因?yàn)闇系澜Y(jié)構(gòu)施加在襯底背面，在進(jìn)一步加工過(guò)程中顆?？赡芨街跍系澜Y(jié)構(gòu)中，這可能完全消除或者至少明顯減小應(yīng)力去耦作用。通過(guò)在個(gè)別位置上的局部耦合和同時(shí)的杠桿作用甚至還能強(qiáng)化進(jìn)入到功能元件的MEMS結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力值。盡管可以以彈性材料填充溝道結(jié)構(gòu)，以便防止顆粒進(jìn)入。但是這總是與明顯受限的應(yīng)力去耦作用相關(guān)。

此外，必須相對(duì)于MEMS襯底的厚度非常準(zhǔn)確地限定溝道結(jié)構(gòu)的深度，以便實(shí)現(xiàn)有效的應(yīng)力去耦。根據(jù)MEMS襯底的厚度，這與相對(duì)較高的技術(shù)加工費(fèi)用有關(guān)并且相應(yīng)地成本昂貴。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

通過(guò)本發(fā)明提出措施，該措施以簡(jiǎn)單的方式并且可靠地促進(jìn)MEMS功能元件與開(kāi)頭所述類型的MEMS構(gòu)件的結(jié)構(gòu)機(jī)械去耦。

根據(jù)本發(fā)明，這借助于應(yīng)力去耦結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，該應(yīng)力去耦結(jié)構(gòu)以盲孔式的溝道結(jié)構(gòu)的形式在MEMS襯底中實(shí)現(xiàn)、向著層結(jié)構(gòu)與MEMS襯底之間的中間空間敞開(kāi)并且只延伸到MEMS襯底中的預(yù)給定深度，使得所述MEMS襯底至少在溝道結(jié)構(gòu)區(qū)域中在背面封閉。

根據(jù)本發(fā)明已經(jīng)看出，在MEMS功能元件與構(gòu)件構(gòu)造之間的應(yīng)力和振動(dòng)去耦也可以通過(guò)溝道結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，該溝道結(jié)構(gòu)在層結(jié)構(gòu)下面埋在MEMS襯底中地構(gòu)造，即該溝道結(jié)構(gòu)不是從襯底背面開(kāi)始而是從襯底正面開(kāi)始。因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明，溝道結(jié)構(gòu)在背面是封閉的，它相對(duì)地被保護(hù)。顆粒最多可能通過(guò)層結(jié)構(gòu)中的MEMS結(jié)構(gòu)侵入到MEMS襯底中的溝道結(jié)構(gòu)中。根據(jù)本發(fā)明的溝道結(jié)構(gòu)的應(yīng)力去耦作用是相應(yīng)可靠的。

對(duì)于實(shí)現(xiàn)具有根據(jù)本發(fā)明的應(yīng)力去耦結(jié)構(gòu)的MEMS構(gòu)件，原則上存在不同的可能性，這尤其涉及溝道在MEMS襯底中的布置、幾何形狀和數(shù)量。

溝道結(jié)構(gòu)有利地布置在可偏轉(zhuǎn)的功能元件的邊緣區(qū)域下面或者向外與其錯(cuò)開(kāi)地布置。在這種情況下構(gòu)件載體的變形從可偏轉(zhuǎn)的功能元件的應(yīng)力敏感區(qū)域(在那里MEMS襯底相對(duì)較厚)導(dǎo)入到溝道結(jié)構(gòu)中，即導(dǎo)入到在其上不構(gòu)造對(duì)應(yīng)力敏感的結(jié)構(gòu)元件的襯底區(qū)域中。

在根據(jù)本發(fā)明的MEMS構(gòu)件的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述溝道結(jié)構(gòu)相對(duì)于可偏轉(zhuǎn)的功能元件環(huán)繞地構(gòu)造。在這種情況下應(yīng)力去耦作用特別有效。

已經(jīng)示出，在溝道結(jié)構(gòu)的走向中的拐角損害應(yīng)力去耦作用。因此，溝道結(jié)構(gòu)的走向應(yīng)盡可能由直線的、弧形的和/或圓形的區(qū)段組成。

特別有利的是，溝道結(jié)構(gòu)包括多個(gè)至少區(qū)段地基本平行地延伸的溝道，這些溝道通過(guò)在MEMS襯底中的隔片相互分開(kāi)。在這種情況下，不僅溝道深度而且隔片寬度相對(duì)于溝道深度或隔片高度的比例確定去耦特性。這個(gè)比例可以自由選擇。這種溝道/隔片結(jié)構(gòu)能夠非常簡(jiǎn)單地以限定的尺寸制造。此外，制造過(guò)程在很大程度上與襯底厚度無(wú)關(guān)。

如上所述，根據(jù)本發(fā)明的應(yīng)力去耦結(jié)構(gòu)尤其為MEMS構(gòu)件設(shè)計(jì)，該MEMS構(gòu)件應(yīng)在“裸片”裝配或者垂直混合集成元器件的范圍內(nèi)構(gòu)造。在此所述MEMS構(gòu)件經(jīng)常以倒裝芯片技術(shù)面朝下地、即通過(guò)MEMS層結(jié)構(gòu)裝配在載體上。此處在“裸片”裝配情況下涉及應(yīng)用電路板。在垂直混合集成元器件情況下例如ASIC構(gòu)件也可以作為載體起作用。

在無(wú)需介質(zhì)進(jìn)入的微機(jī)械功能、例如加速度測(cè)量和轉(zhuǎn)速測(cè)量中，MEMS構(gòu)件不僅要這樣裝配在載體上，使得功能元件在MEMS層結(jié)構(gòu)中的可偏轉(zhuǎn)性得到保證。在這種應(yīng)用中還已經(jīng)證實(shí)特別有利的是，在MEMS層結(jié)構(gòu)與載體之間的機(jī)械連接部完全包圍可偏轉(zhuǎn)的功能元件，使得該功能元件被氣密密封地包圍在MEMS襯底與載體之間。

特別有利的是，在MEMS層結(jié)構(gòu)與載體之間的機(jī)械連接部相對(duì)于MENS襯底中的溝道結(jié)構(gòu)向外錯(cuò)開(kāi)地構(gòu)造。在這種情況下，通過(guò)元器件環(huán)境中的顆粒既不會(huì)損害微機(jī)械功能，也不會(huì)損害MEMS構(gòu)件的應(yīng)力去耦。此外，由此附加于通過(guò)MEMS襯底中溝道結(jié)構(gòu)的水平應(yīng)力去耦，也可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)層結(jié)構(gòu)的垂直應(yīng)力去耦。如果在MEMS層結(jié)構(gòu)中的功能元件與在連接區(qū)域中的MEMS層結(jié)構(gòu)機(jī)械去耦，則該垂直應(yīng)力去耦作用特別大。

附圖說(shuō)明

如上所述，存在不同的可能性來(lái)以有利的方式構(gòu)型和改進(jìn)本發(fā)明。對(duì)此一方面參閱后置于權(quán)利要求1和6的權(quán)利要求，另一方面參閱下面根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明多個(gè)實(shí)施例的說(shuō)明。

圖1到3分別示出垂直混合集成元器件100、200以及300的示意剖面圖，具有用于感測(cè)加速度的MEMS構(gòu)件，該MEMS構(gòu)件配備有根據(jù)本發(fā)明的應(yīng)力去耦結(jié)構(gòu)。

具體實(shí)施方式

所有三個(gè)在圖1到3中示出的垂直混合集成元器件100、200和300裝配在應(yīng)用電路板10上并且包括MEMS構(gòu)件110、210以及310和ASIC構(gòu)件20。MEMS構(gòu)件110、210以及310和ASIC構(gòu)件20分別“面對(duì)面”地裝配，即，MEMS芯片的有源面(在該有源面中構(gòu)造傳感器結(jié)構(gòu))與ASIC芯片的有源面(在該有源面上實(shí)現(xiàn)電路功能)連接。

MEMS構(gòu)件110、210和310的傳感器結(jié)構(gòu)13是一致的。它們包括至少一個(gè)可偏轉(zhuǎn)的功能元件14，該功能元件與在這里未詳細(xì)標(biāo)出的用于感測(cè)信號(hào)的器件一起在MEMS襯底11上在層結(jié)構(gòu)12中實(shí)現(xiàn)。傳感器結(jié)構(gòu)13的另一部分作為電接頭16起作用。為了保證該功能元件14的可運(yùn)動(dòng)性，至少在功能元件14與MEMS襯底11之間構(gòu)造中間空間15。所有MEMS構(gòu)件110、210和310配備有應(yīng)力去耦結(jié)構(gòu)17，該應(yīng)力去耦結(jié)構(gòu)埋在MEMS襯底11中地位于層結(jié)構(gòu)12下面。元器件100、200和300的MEMS構(gòu)件110、210和310的不同之處僅在于該應(yīng)力去耦結(jié)構(gòu)17的實(shí)現(xiàn)形式，這結(jié)合圖1至3詳細(xì)解釋。

元器件100、200和300的ASIC構(gòu)件20也是一致的。它們包括電路組件23，該電路組件集成到ASIC襯底21中。在此有利地涉及用于分析MEMS構(gòu)件110、210以及310的傳感信號(hào)的信號(hào)處理電路。具有用于電路功能部23的多個(gè)布線平面24的層結(jié)構(gòu)22位于ASIC襯底21上。層結(jié)構(gòu)22的布線平面24通過(guò)至少一個(gè)電鍍通孔25連接到ASIC襯底21背面上的布線平面上，在該布線平面中構(gòu)造有用于元器件100、200以及300的外部電接通的連接墊26。外部的電接通在這里與應(yīng)用電路板10上的第二級(jí)裝配一起借助于釬焊球27實(shí)現(xiàn)。

在圖1中所示的元器件100的情況下，應(yīng)力去耦結(jié)構(gòu)17以盲孔式的溝道117的形式在MEMS襯底11中在層結(jié)構(gòu)12下面實(shí)現(xiàn)。該溝道從傳感器結(jié)構(gòu)13與MEMS襯底11之間的中間空間15一直向MEMS襯底11中延伸到預(yù)給定的深度，使得MEMS襯底11至少在溝道117區(qū)域中在背面封閉。溝道117相對(duì)于可偏轉(zhuǎn)的功能元件14環(huán)繞地施加并且由直線的、弧形的和圓形的區(qū)段組成，使得它的走向盡可能不具有拐角。這有利于傳感器結(jié)構(gòu)13與其余元器件組件去耦，通過(guò)該元器件組件可能將裝配引起的和熱引起的應(yīng)力和振動(dòng)引入到傳感器結(jié)構(gòu)中。

在MEMS構(gòu)件110與ASIC構(gòu)件20之間的連接通過(guò)共晶鍵合建立。由此產(chǎn)生的連接層30構(gòu)成在MEMS層結(jié)構(gòu)12與ASIC構(gòu)件20之間的托起結(jié)構(gòu)，該托起結(jié)構(gòu)保證傳感器結(jié)構(gòu)13的可運(yùn)動(dòng)性。在這里通過(guò)連接層30的相應(yīng)的結(jié)構(gòu)化已經(jīng)在MEMS層結(jié)構(gòu)12與ASIC構(gòu)件20之間建立起機(jī)械連接部31，該連接部完全包圍具有可偏轉(zhuǎn)的功能元件14的傳感器結(jié)構(gòu)13，從而使該功能元件氣密密封地包圍在MEMS襯底11與ASIC構(gòu)件20之間。此外，傳感器結(jié)構(gòu)13或者說(shuō)傳感器結(jié)構(gòu)13的電接頭16通過(guò)連接層30以及32也電連接到ASIC構(gòu)件20上。在MEMS層結(jié)構(gòu)12與ASIC構(gòu)件20之間的機(jī)械連接部30以及31相對(duì)于MEMS襯底11中的溝道結(jié)構(gòu)117向外錯(cuò)開(kāi)地構(gòu)造，使得溝道結(jié)構(gòu)117也被氣密密封地封閉并且因此防止顆粒侵入。此外，該布置能夠通過(guò)在連接區(qū)域中露出的MEMS層結(jié)構(gòu)12實(shí)現(xiàn)垂直應(yīng)力去耦，該垂直應(yīng)力去耦有利地補(bǔ)充通過(guò)MEMS襯底11中的溝道結(jié)構(gòu)117的水平應(yīng)力去耦。

與在圖1中所示的實(shí)施例不同，在圖2中所示的元器件200中，應(yīng)力去耦結(jié)構(gòu)17包括多個(gè)盲孔式的溝道，即兩個(gè)基本平行延伸的溝道217和另一個(gè)溝道219。溝道217通過(guò)MEMS襯底11中的隔片218相互分開(kāi)并且包圍傳感器結(jié)構(gòu)13的整個(gè)區(qū)域。另一個(gè)溝道219包圍傳感器結(jié)構(gòu)13的電接頭16。即，在這里為了與傳感器結(jié)構(gòu)13彈性連接的電接頭的機(jī)械去耦，設(shè)置有自己的溝道結(jié)構(gòu)219。兩個(gè)溝道結(jié)構(gòu)217和219從具有傳感器結(jié)構(gòu)13的MEMS層結(jié)構(gòu)12與MEMS襯底11之間的中間空間15一直向MEMS襯底11中延伸到預(yù)給定的深度。這些溝道也可以不同深度地構(gòu)造，即使它們?cè)谶@里所示的實(shí)施例中具有相同深度。

雙溝道結(jié)構(gòu)217的應(yīng)力去耦特性基本通過(guò)隔片218的寬度與高度的比例確定，即，通過(guò)隔片寬度與溝道深度確定。隔片寬度與溝道深度的比例可以有利地很大程度上與MEMS襯底厚度無(wú)關(guān)地選擇。

在這里MEMS構(gòu)件110和ASIC構(gòu)件20也通過(guò)共晶的鍵合層30機(jī)械和電地相互連接，在該鍵合層中構(gòu)造托起結(jié)構(gòu)。此外，傳感器結(jié)構(gòu)13與可偏轉(zhuǎn)的功能元件14借助于鍵合層30氣密密封地包圍在MEMS襯底11與ASIC構(gòu)件20之間的空心空間18中。在MEMS層結(jié)構(gòu)12與ASIC構(gòu)件20之間的機(jī)械連接部30以及31在這里在雙溝道結(jié)構(gòu)217區(qū)域中構(gòu)造，更確切地說(shuō)是，至少內(nèi)部的溝道217施加在環(huán)繞的鍵合連接部31內(nèi)。

在圖3中所示的構(gòu)件300的情況下，應(yīng)力去耦結(jié)構(gòu)17包括在MEMS襯底11中的盲孔式溝道317，該溝道環(huán)繞傳遞器結(jié)構(gòu)13延伸并且在隔片318內(nèi)側(cè)露出MEMS襯底11中的該隔片。在隔片318的外側(cè)上將MEMS襯底11完全去掉。如同在元器件200的情況中一樣，溝道結(jié)構(gòu)317的應(yīng)力去耦特性在這里基本通過(guò)隔片318的寬度與高度的比例確定。此外，應(yīng)力去耦結(jié)構(gòu)在這里包括溝道319，該溝道包圍傳感器結(jié)構(gòu)13的電接頭16。兩個(gè)溝道結(jié)構(gòu)317和319從具有傳感器結(jié)構(gòu)13的MEMS層結(jié)構(gòu)12與MEMS襯底11之間的中間空間15一直向MEMS襯底11中延伸到預(yù)給定的深度。

在MEMS構(gòu)件310與ASIC構(gòu)件20之間的共晶鍵合連接部31相對(duì)于MEMS襯底11中的溝道結(jié)構(gòu)317、319向外錯(cuò)開(kāi)地構(gòu)造，使得該鍵合連接部與傳感器結(jié)構(gòu)13一起氣密密封地包圍在MEMS襯底11和ASIC構(gòu)件20之間，并且以這種方式防止顆粒侵入。此外，該布置能夠通過(guò)在連接區(qū)域中的露出的MEMS層結(jié)構(gòu)12實(shí)現(xiàn)垂直應(yīng)力去耦，該垂直應(yīng)力去耦有利地補(bǔ)充通過(guò)MEMS襯底中的溝道結(jié)構(gòu)317和319的水平應(yīng)力去耦。

如上所述，為了制造MEMS構(gòu)件和元器件，首先將應(yīng)力去耦結(jié)構(gòu)的溝道置入到MEMS襯底的正面中。有利地，在挖溝過(guò)程中借助于蝕刻掩模實(shí)現(xiàn)襯底正面的結(jié)構(gòu)化，該蝕刻掩模在要產(chǎn)生溝道的區(qū)域中具有柵格結(jié)構(gòu)。該柵格結(jié)構(gòu)在挖溝過(guò)程中被完全蝕刻掉，使得產(chǎn)生連續(xù)的溝道，該溝道被蝕刻掩模的柵格結(jié)構(gòu)覆蓋。在結(jié)構(gòu)化過(guò)程后，在加有掩模的襯底表面上產(chǎn)生封閉的層結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在與襯底中的溝道結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)地在該層結(jié)構(gòu)中構(gòu)造微機(jī)械傳感器結(jié)構(gòu)。

如上所述，應(yīng)力去耦結(jié)構(gòu)在MEMS襯底中的走向優(yōu)選是修圓并且環(huán)繞地封閉。那么傳感器結(jié)構(gòu)施加在層結(jié)構(gòu)中的封閉的區(qū)域內(nèi)。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，借助于溝道在MEMS襯底中構(gòu)造應(yīng)力去耦隔片。為此可以產(chǎn)生雙溝道結(jié)構(gòu)，如在MEMS構(gòu)件210中的情況中那樣。但是外部的溝道也可以一直延伸至芯片邊緣，使得它不再被看作溝道，如同在MEMS構(gòu)件310的情況中那樣。在這種情況下，MEMS襯底的側(cè)面突出部也可以方便地去掉，例如通過(guò)鋸過(guò)程。

上述元器件100、200和300的根據(jù)本發(fā)明的MEMS構(gòu)件與ASIC構(gòu)件之間的連接以導(dǎo)電的鍵合方法建立，例如通過(guò)共晶的鋁鍺鍵合。由此MEMS構(gòu)件和ASIC構(gòu)件不僅機(jī)械地而且電地連接。此外，傳感器結(jié)構(gòu)可以氣密密封地包圍在MEMS襯底與ASIC構(gòu)件之間的空腔中。

有利地，在MEMS與ASIC構(gòu)件之間的連接區(qū)域和在MEMS襯底中的應(yīng)力去耦結(jié)構(gòu)相互錯(cuò)開(kāi)地布置。在這種情況下，結(jié)構(gòu)化的MEMS層結(jié)構(gòu)在連接區(qū)域與應(yīng)力去耦結(jié)構(gòu)之間附加地起到彈性元件的作用并由此起到應(yīng)力去耦元件的作用。由此主要可以接收垂直的彎曲，而在MEMS襯底中的應(yīng)力去耦結(jié)構(gòu)更多地接收水平的彎曲。