[发明专利]微机械传感器装置和相应制造方法以及相应的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种微机械传感器装置和一种相应的制造方法以及相应的应用。

背景技术

目前，微机械传感器装置要么制造为专用芯片上的分立传感器要么与相关的分析电路一起制造为集成传感器。在集成传感器中要么垂直集成，其中传感器布置在分析电路之上，要么横向集成，其中传感器布置在分析电路旁。

在横向集成时，传感器芯片和ASIC分析电路芯片的并排安装要求增高的横向空间，并且必须在芯片之间创建成本高昂的电连接。在传感器芯片和ASIC分析电路芯片的垂直集成或相反时，在设计自由度方面存在限制，并且结构的总高度同样不可忽视。

芯片的为分析电路设置的面部分必须经历复杂的并且由许多步骤构成的半导体工艺并且接着还经历传感器工艺。这减小了总产出量并且通常由于电路面必须经历传感器工艺步骤而相反传感器面必须经历半导体工艺而导致额外成本。

该方案只有当例如能够利用高工艺协同并且相应工艺产出非常高时才变得成本低廉。ASIC电路芯片的模块化更换并不能容易地实现。

在US 7,213,465 B2中公开了传感器元件在ASIC电路芯片的背侧上的集成。

发明内容

本发明提出了一种根据权利要求1所述的微机械传感器装置和一种根据权利要求6所述的相应制造方法以及一种根据权利要求10所述的相应的应用。

优选的改进方案是从属权利要求的主题。

根据本发明的微机械传感器装置和相应的制造方法允许成本非常低廉地制造传感器并且能够实现用于传感器和/或执行器的特别位置节约或空间节约的小型结构方式。同时，该装置实现了模块化结构，其允许在无需高开发开销的情况下将各芯片通过其他芯片替代。

本发明所基于的构思在于，在唯一的衬底上单片地集成至少两个功能MEMS区，其中这些功能MEMS区集成在衬底的对置的表面上。在功能MEMS区中分别实现传感器和/或执行器，其优选对彼此无关的不同外部刺激敏感或起反应。

可选地，至少另一个经结构化的衬底可以与一个功能MEMS区连接或作为保护而在两个表面中的至少一个上通过接合方法与衬底连接。

在一个优选的实施形式中，磁性传感器区和一个或多个惯性传感器区被设置在同一衬底的对置的表面上。

在另一优选的实施形式中，压力传感器区和一个或多个惯性传感器区被设置在同一衬底的对置的表面上。

可选地，衬底的两个对置的表面可以借助一个或多个压力接触部彼此连接。

根据本发明的微机械传感器装置的一个特别优选的应用可能性在于应用在移动终端设备中的导航中。

因此，本发明能够以与成本低廉的垂直集成方案结合的方式实现多个MEMS功能在一个衬底上的集成，其中硅面仅经历两个较为不复杂的传感器工艺。同样，简化了结构技术和连接技术。

原则上，通过各种MEMS功能在一个衬底上的单片集成可以提高配对密度（Paarungsdichte）并且由此实现更小的器件。然而在集成具有不同作用原理和功能层（磁性/容性）的MEMS功能时通常需要不同的功能层。如果在衬底的唯一表面上制造根据现有技术的不同的MEMS功能，则通常仅得到非常低的工艺协同，并且同时形成对MEMS功能的设计的几何结构限制。在许多情况下，必须采取极端措施来避免不利的工艺相互作用，例如施加临时的保护层。针对不同的MEMS功能的MEMS工艺的产出彼此增加，这导致工艺成本比其实际应有的工艺成本更高。

本发明能够实现MEMS功能、尤其是具有多个作用原理和功能层的MEMS功能在衬底的不同侧上的集成，由此实际上完全消除了MENS功能设计方面的几何结构限制。如果两个MEMS工艺可以以高产出运行，则形成了相对于分离的、横向和垂直集成方案的成本优势。。

如果衬底的两个对置的表面借助穿通接触孔（Durchkontakten）彼此连接，则必须创建仅至表面之一的电连接，以便能够将传感器信号向外部引导。封装工艺由此更为有利。用于产生穿通接触孔的工艺步骤针对在衬底上的所有器件同时进行，并且其因此可以（尤其在多个穿通接触孔的情况下）总体上比在封装在两个表面上的电连接时的串行接触化工艺步骤更为有利地创建。

附图说明

以下借助在视图的示意性图示中说明的实施例更为详细地阐述本发明。其中：

图1示出了根据本发明的第一实施形式的微机械传感器装置的示意性横截面图；

图2示出了根据本发明的第二实施形式的微机械传感器装置的示意性横截面图；

图3示出了根据本发明的第三实施形式的微机械传感器装置的示意性横截面图；