[发明专利]具有脱耦结构的传感器单元及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的传感器单元。

背景技术

这种传感器单元已普遍公知。例如已知在晶圆键合工艺中将两个由不同晶圆形成的半导体器件组合成一个传感器单元。例如，一个半导体器件包括传感器结构，而另一个半导体器件包括集成电路。然而，在这种已知的传感器单元中，探测比较强烈地受外部干扰影响。

发明内容

本发明的任务在于，提出一种传感器单元，在该传感器单元中，减小外部干扰影响例如热机械应力和/或机械应力对所述传感器单元的传感器结构的影响。

根据本发明的传感器单元和根据本发明的用于制造根据并列权利要求的传感器单元的方法相对于现有技术具有以下优点：提供一种传感器单元，在该传感器单元中，如此减小热机械应力和/或机械应力从第二半导体器件到所述传感器结构上的传递，使得所述传感器单元的探测特性被改善。所述传感器结构尤其关于热机械应力和/或机械应力方面与所述第二半导体器件脱耦。在此，尤其减少了通过由晶圆键合工艺建立的在两个半导体器件之间的晶圆连接部传递的干扰。根据本发明，所述脱耦结构这样配置，使得所述传感器结构热机械地和/或机械地与所述第二半导体器件脱耦。脱耦尤其意味着，机械应力和/或热机械应力例如基于所述第二半导体器件的温度变化或形变不被传递到所述传感器结构上，或者仅仅以可忽略的方式(也就是说在由所述传感器单元的探测看来可忽略的方式)被传递到所述传感器结构上。优选地，所述传感器单元包括通过器件连接部与所述第一或第二半导体器件连接的第三半导体器件，例如印制电路板，其中，所述脱耦结构在这种情形下这样配置，使得所述传感器结构热学地和/或机械地也与所述第三半导体器件脱耦。

所述传感器单元尤其以晶圆级芯片尺寸封装(WLCSP)——也就是说用于半导体器件、尤其用于传感器的封装——集成，也就是说以例如通过锯开或折断从晶圆分离的半导体芯片(Die，晶粒)的数量级的芯片封装来集成。以有利的方式在根据本发明的WLCSP中降低应力敏感度，也就是说所述传感器单元对外部干扰例如热学应力和/或机械应力的敏感度。

所述传感器单元尤其是惯性传感器单元和/或压力传感器单元。所述传感器单元例如是用于在移动通讯终端设备、智能电话、平板电脑中使用的气压计、高度计、加速度传感器、转速传感器或其组合。

本发明的有利的构型和扩展方案可由从属权利要求以及参照附图的说明中获知。

根据一种优选扩展方案设置：所述脱耦结构具有沟槽结构，其中，所述沟槽结构沿与第一衬底的主延伸平面垂直的法线方向延伸进入第一衬底中也就是说尤其不完全穿过第一衬底，或者完全穿过所述第一衬底。

由此，能够有利地以特别有效的方式由以下方式实现所述脱耦：能够通过匹配沟道高度和/或沟道深度有针对性地调节所述第一衬底的刚度，以便关于所述外部干扰方面实现所述传感器结构与所述第二和/或第三半导体器件的脱耦。特别优选地，所述脱耦结构具有沟槽结构，该沟槽结构包含一个或多个围绕所述传感器结构的、在所述第一衬底中的沟槽。优选地，所述传感器单元具有微机电系统(MEMS)，所述传感器结构尤其是具有MEMS传感器元件(MEMS核)的MEMS传感器结构。在此产生的更薄的区域——也就是所述第一衬底(MEMS衬底)沿所述法线方向更小延伸的区域——可以接收或吸收例如具有集成电路(ASIC)的第二半导体器件的形变和/或例如具有应用印制电路板的第三半导体器件的形变，而所述传感器结构的传感器元件由于其比较大的厚度和高的刚度保持几乎不变形。因此，相对于现有技术显著改善了偏置、敏感度和其他(MEMS)传感器参数的稳定性。

根据另一优选的扩展方案设置：所述脱耦结构具有用于使所述传感器结构耦合到所述第一衬底的主体结构(Festlandstruktur)上的耦合元件。

由此，能够有利地使所述传感器结构尤其仅仅间接地通过耦合元件接合到所述主体结构上，从而实现所述脱耦。

根据另一优选的扩展方案设置：所述沟槽结构主要平行于所述第一衬底的主延伸平面延伸，其中，所述沟槽结构包围所述传感器结构，其中，所述沟槽结构尤其是回曲形或框形，尤其是环形。

由此，能够有利地实现所述传感器结构的有效脱耦。所述脱耦结构附加地尤其具有另一沟槽结构。所述另一沟槽结构或根据一种替代的实施方式的所述沟槽结构关于平行于所述法线方向的投影方向尤其包括所述晶圆连接部的接触区域和/或所述器件连接部的另一接触区域。所述另一沟槽结构尤其是回曲形的。所述接触区域尤其是焊料凸块(Lotbumps)或键合垫(Bondpads)。