传感器装置及其制造方法与流程

各种实施例一般地涉及传感器装置和用于制造传感器装置的方法。

背景技术：

电子装置可包括微机电系统(mems)，被用在各种装置和应用中。mems可包括例如压力传感器。消费者压力传感器市场正在变得主要由asp驱动。今天的压力传感器模块的主要费用因素是准标准开腔lga封装，所述准标准开腔lga封装能够代表60%的制造成本。通常，可能希望使用低成本模制封装以便减少制造成本。一些mems(诸如，压力传感器)对机械应力非常敏感。通过封装内部的稠硅胶，封装内部的稠硅胶可被用于分离机械应力与来自mems的mems应力。然而，在标准模制封装中无法实现利用硅胶的在封装级的应力分离。另外，模制化合物能够施加取决于环境因素(诸如，湿度和温度)的应力。因此，无法使用模制压力传感器封装。

技术实现要素：

在各种实施例中，一种传感器装置可包括：电子装置，所述电子装置包括：半导体衬底，具有至少一个集成电路和mems传感器，mems传感器包括薄膜；后腔，位于半导体衬底内，布置在mems传感器下方并且延伸到半导体衬底的背面；和悬挂结构，在半导体衬底中至少悬挂mems传感器的薄膜；模制物，部分地密封半导体衬底。所述传感器装置还可包括：传感器端口，在衬底的前侧具有模制物中的开口，所述开口使至少mems传感器薄膜暴露于传感器装置外部的环境。所述至少一个集成电路和mems传感器可被单片地集成在半导体衬底中。

附图说明

在附图中，相同的标号通常在不同视图中始终指代相同的部分。附图不必符合比例，而是重点通常在于图示本发明的原理。在下面的描述中，参照下面的附图描述本发明的各种实施例，在下面的附图中：

图1示出根据至少一个示例性实施例的传感器装置的实施例的剖视图，所述传感器装置包括单片地集成的至少一个集成电路装置和mems传感器；

图2是根据至少一个示例性实施例的用于制造传感器装置的方法的流程图，所述传感器装置包括单片地集成的至少一个集成电路装置和mems传感器；

图3a-3j是根据至少一个示例性实施例的对衬底进行处理以形成传感器装置的各阶段的视图；

图4a-4c示出根据至少一个示例性实施例的传感器装置的剖视图、顶部透视图和顶部剖视透视图，所述传感器装置包括单片地集成在衬底上的至少一个集成电路装置和mems传感器；

图5a示出根据至少一个示例性实施例的衬底的悬挂结构的透视图；和

图5b是示出指示根据至少一个示例性实施例的图5a的悬挂结构的应变或应力分离的曲线图。

图6a-6c示出包括传统弹簧的衬底。

图7a-7f示出根据至少一个示例性实施例的包括弹簧的衬底。

图8a-8b示出根据至少一个示例性实施例的具有弹簧的衬底。

具体实施方式

下面的详细描述参照附图，所述附图作为说明示出了可实施本发明的特定细节和实施例。

词语“示例性”在本文中被用于表示“用作示例、实例或说明”。在本文中描述为“示例性”的任何实施例或设计未必被解释为相对于其它实施例或设计是优选的或有利的。

关于形成在侧面或表面“上方”的沉积材料使用的词语“在...上方”可在本文中被用于表示：沉积材料可“直接”形成在暗示的侧面或表面上，例如与暗示的侧面或表面直接接触。关于形成在侧面或表面“上方”的沉积材料使用的词语“在...上方”可在本文中被用于表示：沉积材料可“间接”形成在暗示的侧面或表面上，其中一个或多个另外的层被布置在暗示的侧面或表面和沉积材料之间。

术语“连接”可既包括间接“连接”又包括直接“连接”。

当提及半导体装置时，表示至少两端子装置，示例是二极管。半导体装置也能够是三端子装置，诸如举几个来说场效应晶体管(fet)、绝缘栅双极晶体管(igbt)、结型场效应晶体管(jfet)和晶闸管。半导体装置也能够包括超过三个端子。根据实施例，半导体装置是功率装置。集成电路可包括多个集成装置。

在各种实施例中，传感器装置包括至少一个集成电路和mems传感器，所述至少一个集成电路和mems传感器两者被单片地集成在半导体衬底或晶片中。根据各种实施例，在本文中描述的悬挂结构被包括或形成在衬底/晶片中。悬挂结构可以是形成在衬底或晶片中的多个弹簧或一个弹簧。

图1示出根据示例性实施例的传感器装置1的剖视图和表示，所述传感器装置1包括单片地集成在衬底中或集成在衬底上的至少一个集成电路装置和mems传感器。在图1中，传感器装置包括电子装置5。电子装置5可例如是半导体芯片或其一部分。图1中示出的电子装置5包括半导体衬底10，半导体衬底10具有至少一个集成电路装置15和mems传感器20。根据各种实施例，集成电路装置15和mems传感器20中的每一个被单片地集成在半导体衬底10中。

在本文中描述的衬底10和其它半导体层或晶片能够由任何合适的半导体材料制成。这种材料的示例包括而不限于：举几个来说，元素半导体材料，诸如硅(si)；iv族化合物半导体材料，诸如碳化硅(sic)或硅锗(sige)；二元、三元或四元iii-v半导体材料，诸如砷化镓(gaas)、磷化镓(gap)、磷化铟(inp)、氮化镓(gan)、氮化铝镓(algan)、磷化铟镓(ingapa)或磷化砷镓铟(in-gaasp)；和二元或三元ii-vi半导体材料，诸如碲化镉(cdte)和碲镉汞(hgcdte)。

在各种实施例中，所述至少一个集成电路装置15可以是专用集成电路(asic)。所述至少一个集成电路还可包括使用已知半导体工艺制造的半导体装置(例如，晶体管、二极管)或其它电路元件(诸如，例如电阻器、电容器等)。

mems传感器20可包括一个或多个感测元件25，诸如薄膜或任何其它类型的传感器元件。在各种实施例中，mems传感器20可以是具有薄膜/隔膜的压力传感器。

图1的衬底10包括位于mems传感器20下方的后腔22。也就是说，mems传感器20至少部分地覆盖后腔。后腔22被形成在衬底10内，并且从衬底的底表面10b延伸到mems传感器的预定义距离内。

图1的衬底10包括悬挂结构50(未示出)。悬挂结构50能够悬挂mems传感器20以提供机械应力分离。

图1的悬挂结构50能够被形成并且布置在沟槽40内。沟槽40可至少部分地环绕mems传感器20。如图1中所示，沟槽40从衬底10的前侧10a延伸以到达后腔22。

图1的电子装置5被部分地密封。模制物70覆盖衬底10的侧壁以及衬底10的前侧10a的部分以在所述模制物中形成开口或传感器端口80。所述开口或传感器端口80在所述模制物中提供开口80，所述开口80露出衬底10的前侧10a的一部分和mems传感器25并且还在mems传感器薄膜和感测装置1外部的环境之间提供开口或通道。例如，在压力传感器的情况下，传感器端口(诸如，传感器端口80)能够使压力传感器的薄膜暴露于感测装置1的环境。

在一个示例性实施例中，可通过任何合适的模制工艺(诸如，例如使用膜辅助模制(fam)技术)来形成模制物70。在另一实施例中，可通过使用平版印刷(例如，使用su8光致抗蚀剂通过蚀刻来创建传感器端口80)来形成传感器端口80。

图1还示出安装到载体100的电子装置5。衬底10可借助于粘合剂60(诸如，例如举几个来说，导电和非导电环氧树脂胶、管芯粘片膜、硅胶和/或晶片背涂层)而附接或附着到载体100。

在各种实施例中，悬挂结构50能够在芯片级或封装级提供应力分离。悬挂结构50可具有弹簧的形式。可通过产生弹簧或弹簧结构的沟槽蚀刻工艺来形成沟槽40。也就是说，沟槽40可定义向mems传感器20提供悬挂的弹簧。

图2示出根据一个或多个示例性实施例的用于制造传感器装置的流程图，所述传感器装置包括mems传感器和一个或多个集成电路装置，所述mems传感器和所述一个或多个集成电路装置中的每一个单片地位于传感器装置的衬底中。

图3a-3g是根据示例性实施例的在形成传感器装置时的各种阶段中的半导体衬底的剖视图，所述传感器装置具有单片地集成的mems传感器和一个或多个集成电路装置。

参照图2，提供半导体衬底，所述半导体衬底包括至少一个集成电路和mems传感器。在至少一个实施例中，所述至少一个集成电路和mems传感器被单片地形成在半导体衬底中。所述至少一个集成电路和mems传感器能够被形成在半导体衬底的一侧，诸如例如衬底的前侧。可使用任何合适并且公知的半导体和mems制造技术(例如，沉积、蚀刻、平版印刷等)来形成所述至少一个集成电路。在实施例中，所述至少一个mems传感器和所述至少一个集成电路可按照任何合适或适当的次序形成。

图3a示出半导体衬底300的一部分310。也就是说，如稍后所示，半导体衬底310可被布置在一个或多个其它半导体层上或布置在一个或多个其它半导体层上方。半导体衬底300可以是诸如在切割之后的晶片的一部分。衬底部分310包括沿横向与传感器场部分310b相邻的逻辑场部分310a。逻辑场部分310a可包含或包括至少一个逻辑装置，诸如asic、fpga等。传感器场部分310b可包含至少一个传感器装置，例如mems传感器。

另外，上部310可最初包括部分地形成的传感器装置，例如压力传感器或其它类型的传感器。在这种情况下，传感器场310b包括电极端子320和位于电极端子320之间的固定电极330。在一个示例中，可使用任何合适的材料(诸如，氧化硅)形成电极端子320。另外，如图中所示，牺牲层340可被形成在上衬底部分310上方。在图3a的实施例中，牺牲层340包括氮化物和碳的层，所述氮化物和碳的层被布置在逻辑场310a和传感器310b上方或布置在逻辑场310a和传感器310b上并且用于形成隔膜或其它类型的传感器元件。在其它实施例中，牺牲层可包括一个或多个其它类型层，所述一个或多个其它类型层包括其它材料，诸如例如氧化硅、聚酰亚胺和一种或多种金属(例如，铝)。

接下来，在图3b的实施例中，牺牲层340已被图案化以形成图案化的牺牲层340a。通过去除传感器场310b上方的牺牲层340的一个或多个部分，可蚀刻牺牲层340。使用任何合适的蚀刻或平版印刷工艺或技术，牺牲层340能够被图案化。

在形成图案化的牺牲层340a之后，薄膜层350能够被形成或被提供在衬底部分310上方，如图3c的实施例中所示。薄膜层350被示出为沉积在传感器场310b上方并且沉积在逻辑场310a上方。抗蚀剂360也被示出为选择性地沉积在薄膜层350上方以用于对薄膜层350进行图案化。薄膜层350可以是任何合适的材料(作为一个示例，包括多晶硅)。

图3d的实施例示出上衬底部分310，上衬底部分310包括mems传感器(例如，mems压力传感器375)和逻辑装置380。在图3d中，图3c中的薄膜层350已被图案化。通过光刻工艺或任何其它合适或可行的方法，薄膜层350可被图案化。此外，如图3d中所示，图案化的牺牲层340a已被去除，留下腔355。作为结果，图案化的薄膜层350是自由或基本上自由悬挂的薄膜370。根据示例性实施例，它可通过蚀刻而被去除。在牺牲层包括碳层的一个示例中，碳层能够使用氧等离子体蚀刻而被蚀刻并且由此去除。在其它实施例中，可至少部分地使用湿法蚀刻。例如，氢氟酸可被用于去除牺牲层的氧化硅层。

在薄膜图案化时使用或产生的材料(例如，抗蚀剂、残留物等)也能够被去除。在去除这种材料之后，一个或多个后段制程(beol)层可被形成或沉积在衬底部分310的前侧上方或在衬底部分310的前侧上，并且变成衬底300的一部分。所述一个或多个beol层可包括各结构，诸如举几个来说一个或多个介电层、一个或多个导电层、一个或多个互连结构等。

在图3e的实施例中，逻辑装置380和mems传感器375中的每一个被单片地集成在半导体衬底300中或集成在半导体衬底300上。如图中所示，衬底300包括一个或多个beol层390，所述一个或多个beol层390被布置在半导体层或晶片385上方，并且例如被布置在逻辑装置390上方、在mems传感器375的一个或多个部分上方。然而，mems传感器375的薄膜370被揭露或暴露。也就是说，在图3e中，所述一个或多个beol层390未被形成在包括薄膜370的mems传感器370的至少一部分上方。

半导体层385可包括任何合适的半导体材料，诸如硅等。

返回参照图2，已提供具有单片地集成的mems传感器和至少一个集成电路的半导体衬底，然后能够在220形成半导体衬底中的后腔，并且在230从半导体衬底形成悬挂结构。后腔和悬挂结构可单独按照任何次序，例如，能够首先形成后腔并且随后形成悬挂结构，反之亦然。另外，后腔325和悬挂结构也能够被同时或几乎同时形成。根据各种实施例，可使用一种或多种蚀刻工艺(诸如，例如使用反应离子蚀刻工艺(例如，深度反应离子蚀刻(drie)))形成该腔和悬挂结构。

在形成后腔和/或悬挂结构时，衬底可被放置在暂时载体上。例如，当后腔正被形成时，衬底的前侧可附接到暂时载体，和/或当前侧悬挂结构正被形成时，衬底的背面可附接到暂时或永久载体。

图3f的实施例示出包括后腔325和悬挂结构392的图3e的衬底300。悬挂结构392包括一个或多个沟槽394。可通过深度反应离子蚀刻(drie)形成构成悬挂结构392的沟槽394和后腔。在蚀刻之前，抗蚀剂395可被沉积在衬底上以用于蚀刻。

图3g的实施例示出在去除由蚀刻使用或产生的任何抗蚀剂或其它材料之后的图3f的衬底300。沟槽392从衬底300的前侧301a延伸到后腔325。后腔325从衬底300的背面300b延伸到衬底300中的预定高度，诸如例如延伸到半导体层385中的预定高度或延伸到半导体层385中的预定高度内。

所述一个或多个沟槽392可被蚀刻或形成以便产生悬挂结构394，所述悬挂结构394向mems传感器375提供机械应力分离。悬挂结构392在衬底300中在后腔325上方悬挂mems传感器375。

根据一个或多个示例性实施例，悬挂结构392可具有形成在衬底300中和/或由衬底300形成的一个或多个机械弹簧的形式。也就是说，弹簧可包括构成衬底300的各种层，诸如例如包括金属化层、介电层、钝化层、半导体层等中的一个或多个层的部分或片段。

图3h是沿着图3g中的线a-a的衬底300的顶部剖视图。在图3h中，悬挂结构392被示出为环绕mems传感器375的薄膜370。悬挂结构392包括已被图案化的沟槽394。沟槽394定义弹簧结构396。弹簧结构396沿垂直方向延伸通过衬底300。如图3g和图3h中所示，弹簧结构396包括衬底300的一个或多个垂直部分394a。通过衬底中的一个或多个空间或空隙，垂直部分394a至少部分地与衬底300的一个或多个其它垂直部分分离。弹簧或弹簧结构396与沟槽394相邻和/或位于沟槽394之间。

图5a示出根据各种实施例的沟槽394和弹簧结构396的局部透视图。图5b示出xy平面中的图5a的弹簧结构的绝对应变的仿真(xy平面平行于与后腔325背对的在衬底300的顶侧301a的表面)。

返回参照图3h，弹簧结构396可包括或提供mems传感器375和逻辑装置380之间的电气连接。如前所述，弹簧结构396能够包括一个或多个金属化层，所述一个或多个金属化层中的任何金属化层可电连接到mems传感器375或其一部分(例如，电极330)。类似地，弹簧结构396可电连接到衬底300内或衬底300外部的任何部件或装置。

图3h中示出的弹簧结构396和沟槽394从后腔325朝着衬底300的前侧301a延伸。也就是说，沟槽394可延伸通过一个或多个半导体层、导电或金属化层、介电层等。在其它实施例中，沟槽394和/或弹簧结构396可不一直延伸到衬底前侧301a。

图3h示出包括两个沟槽394a、394b的一种可能的图案布置。在图3h中，每个沟槽394包括以直角彼此连接的沟槽片段。每个沟槽394a和394b具有螺旋状结构，其中针对传感器370，每个沟槽394a和394b相对于彼此既处于内部也处于外部，并且传感器370被沟槽394中的至少一个环绕。当然，用于形成弹簧396或悬挂结构392的沟槽的数量能够变化。另外，沟槽394的图案也可变化。也就是说，沟槽394不需要按照直线段形成或布置，而是可包括一个或多个弯曲、波浪形或其它类型的部分。另外，沟槽394可不按照螺旋状图案形成或布置。简而言之，可实现其它变化。

在图3i的实施例中，图3g的衬底300被安装或附接到载体100。载体100可以是绝缘载体或导电载体，和/或可用作散热器。

如前面所解释，衬底300可包括一个或多个互连结构。在图3i中，互连结构经由接合线315和接合焊盘316电连接到载体100。在其它实施例中，衬底300可包括一个或多个另外的互连结构，所述一个或多个另外的互连结构可稍后连接到未示出的其它部件或装置。

返回参照图2，在形成悬挂结构和后腔之后，在240，通过或经过利用模具至少部分地密封衬底，能够形成传感器端口。传感器端口是在衬底的前侧的模具中的开口，该开口使mems传感器的至少一部分(例如，薄膜)暴露于传感器装置外部的环境。

在各种实施例中，通过密封工艺形成传感器端口。可使用任何合适的密封工艺(作为一个示例，包括膜辅助模制(fam)工艺)。fam工艺可在模具中使用一个或两个模制膜(例如，塑料膜)。在fam工艺的一个示例中，在引线框架或衬底(例如，待密封的产品)被装载到模具中之前，模制膜被吸入到模具的内表面(例如，选出物(cull)、滑槽、腔等)中。这跟随有通常的传递模制工艺。模制材料可首先通过热和压力而被液化，然后被强制输送到封闭的模具腔中并且在另外的热和压力下保持在那里，直至模制材料被凝固或固化。在使模制材料固化之后，打开模具，然后取出现在密封的产品。接下来，真空被去除，在模具的一个长度上传送该膜或更新该膜，并且新周期能够开始。fam工艺使得能够借助于在底部和/或顶部模具中放置插入件来创建敞开的封装或带窗口的封装。

图3j的实施例示出在fam工艺期间在局部模具环境中的图3i的衬底300。也就是说，衬底300位于部分示出的模具内。图3j示出具有模制膜75的上模具部分77被抽真空或吸到上模具部分77的表面77a上。根据各种实施例，衬底300被密封在模具中，以使得上模具77被布置为抵靠衬底300的上侧301a。

在衬底300被放置在模具中之后，模制材料70能够被注入到模具中。在图3j中，模制材料70至少部分地密封衬底300，并且覆盖衬底300的一个或多个侧壁和衬底300的上侧301a的一个或多个部分。上模具77的插入或伸出部分78压着衬底300的上侧301a以创建窗口。当模制材料70被注入时，位于mems传感器375上方的伸出部分78防止模制材料70形成在mems传感器375上方。

图4a-4c示出根据各种实施例的电子装置400的几个视图。装置400包括在密封和安装在载体100上之后的图3j的衬底300。模制材料70已固化或硬化，并且包含传感器端口80。传感器端口80提供mems传感器375和电子装置100外部的环境之间的开口或通道。传感器端口80能够允许源于电子装置400外部的容器(can)的压力波、声波、光或其它现象到达mems传感器375，并且到达例如薄膜350(或在其它实施例中到达其它感测元件)。

根据各种实施例，弹簧结构392被配置为吸收和/或减小应力。弹簧结构392能够吸收和/或减小发生在装置400中的振动的影响。例如，弹簧结构392能够吸收或减小机械应力，所述机械应力因装置部件或材料的热膨胀和/或收缩而引起或产生。另外，弹簧结构减小或消除由于在较大pcb(印刷电路板)上安装所述装置而导致的机械应力。

在传感器装置400或在本文中描述的其它传感器装置的操作期间，压力波或声波可进入传感器端口80并且到达mems传感器375以引起薄膜370的振动。振动的薄膜370能够引起所述薄膜和电极330之间的电场的对应变化，因此产生电磁场。这种所获得的电磁场可创建或产生电信号，所述电信号与进入传感器端口80并且使薄膜370振动的压力波或声波对应。这个电信号可随后由任何装置(例如，逻辑装置380或另一外部装置(未示出))处理。

尽管在各种实施例中mems传感器已被描述为压力传感器，但可替代地使用其它类型的mems传感器。例如，mems传感器375不需要是压力传感器，而是可以是任何其它合适的mems传感器(诸如，在一个示例中，超声换能器)。在这个方面，薄膜370可替代地是其它类型的合适的感测元件。根据各种实施例，在本文中描述的mems传感器，举几个来说，可以是压力传感器、气体传感器、麦克风等。

图6a-6c示出包括各种传统悬挂结构的衬底600的视图。衬底600可以是半导体衬底(例如，硅)，并且可例如具有芯片框架的形式。

图6a是包括mems装置的衬底600的局部三维透视图。出于可见说明性原因，衬底600的一部分已被去除。由mems装置或其它装置占用或者将要由mems装置或其它装置占用的区域可被称为装置区域(在这个实施例中指定为620)。装置区域620连接到悬挂结构625，所述悬挂结构625在一种已知配置中包括多个弹簧610。图6b和6c是描绘悬挂结构625的不同配置的芯片框架600的顶视图。如图6a-6c中所示，出于说明性目的，弹簧610被描绘为线段，但另外将会具有垂直维度，例如高度或深度。

正如指出的，在图6a中，包括一些弹簧610的衬底600的片段或部分已被去除，以使得能够更清楚地描绘弹簧610的内部布置。

图6a-6c描绘包括弹簧610的传统悬挂结构625。这些弹簧610中的每个弹簧610在装置区域620和衬底600之间主要按照单个维度或按照单个维度延伸。也就是说，在一部分或大部分或弹簧仅沿一个方向延伸的意义上，每个弹簧610受到限制。换句话说，每个弹簧610通常不按照超过一个横向维度或不能按照超过一个横向维度提供机械分离或显著分离。

作为一个示例，图6b中示出的每个弹簧610具有一个主弹簧部分或片段611。弹簧部分611仅沿单个方向延伸，其中弹簧部分611面对并且平行于mems装置/区域620的外围侧。然而，没有一个弹簧绕着mems装置/区域620延伸。也就是说，没有一个环绕或围绕mems装置/区域620的任何拐角或转弯。类似地，如图6c中所示，弹簧片段611和613相对于彼此折叠，并且也仅沿单个方向延伸。

根据本公开的示例性实施例，在本文中描述的悬挂结构或弹簧可具有不同的配置，所述不同的配置具有改进的性能特性，尤其在提供机械分离方面具有改进的性能特性。

根据本公开的示例性实施例，图7a-7f中的每一个描绘了分别具有弹簧710a-710f的半导体衬底700的顶视图。可根据任何合适的制造技术(包括在本文中描述的制造技术)形成弹簧710a-710f。衬底700可连接(例如，电连接和/或物理连接)到其它装置或元件。在一些实施例中，衬底700还可包括单片地集成在衬底700中的一个或多个其它装置，例如至少一个集成电路。衬底700可包括形成和/或定位在装置区域700中的装置，例如mems装置。可根据在本文中描述的实施例形成所述装置，例如mems装置、其它装置和/或弹簧710a-170f。例如除mems装置之外的其它类型的装置可被定位和/或形成在装置区域720中。腔或后腔可被形成在装置区域下方的衬底700中。

在图7a中示出的示例性实施例中，衬底700包括多个弹簧710a。每个弹簧710a包括指定为711a和713a的至少两个弹簧片段或部分。弹簧部分711a和713a能够一起被视为l形部分。这些部分以90度或基本上90度彼此相交。l形部分(诸如，由弹簧部分711a和713a形成的l形部分)可部分地包围、围绕或环绕装置区域的一部分。在图7a中，包括部分711a和713a的l形部分缠绕装置区域720的拐角或一部分。

另外，在图7a的实施例中，弹簧部分711a和713不沿横向方向(在xy平面中)延伸超出或超过相应部分711a或713所面对的装置区域720的多于一个边缘、侧面或不同边界。例如，弹簧部分711a仅延伸超过虚线“a”，虚线“a”对应于装置区域720的边界或外围侧。类似地，弹簧部分713b仅延伸超过虚线“b”，虚线“b”对应于装置区域720的另一边界或外围侧。

另外，如图7a中针对装置区域720所示，弹簧片段711a和713a每个可平行于并且面对装置区域的周界的不同侧或不同部分。弹簧710a包括将弹簧部分711a连接或附接到装置区域720的弹簧部分，并且包括将弹簧部分713a连接或附接到衬底700的另一部分。

在每个弹簧710a覆盖或遮蔽装置区域720的周界的不同部分或区域的意义上，如图7a中所布置的弹簧710a不彼此交叠。图7a的弹簧710a看起来相同或具有相同维度。然而，情况未必如此，并且在其它实施例中，弹簧710a中的一个或多个可具有不同维度，例如具有与至少一个其它弹簧不同的长度或厚度。弹簧710a的维度可至少部分地取决于装置区域720的维度。

在图7b的示例性实施例中，衬底700包括多个弹簧710b。每个弹簧710b包括l形弹簧部分，所述l形弹簧部分包括片段或弹簧部分711b和713b。弹簧部分711b和713b以直角或近似90度彼此相交。如图中所示，弹簧片段或弹簧部分711b和713彼此正交或基本上正交。在其它实施例中，弹簧部分相交的角度可不同，例如，在一个示例中，相对于直角偏离高达5-10%。

图7b的弹簧部分711b和713b中的每个弹簧部分延伸超过或超出mems装置区域720的至少一个最外面的边界或侧面/边缘。例如，图7b中的弹簧部分711b延伸超过虚线“b”，虚线“b”对应于装置区域的边界。

另外，弹簧部分713b延伸超过装置区域720的两侧或最外面的边界。换句话说，从俯视视角或在xy平面内，弹簧部分713b可具有比mems装置区域720的宽度或长度大的长度。图7b中的mems装置区域720被描绘为矩形(情况未必如此)，其中弹簧部分713b具有比弹簧部分713b所面对的装置区域720的周界的对应侧的长度大的长度。如图中所示，弹簧部分713到达衬底700或与衬底700相交。

另外，弹簧部分711b可延伸超过装置区域720的最外面的边界或边缘以便到达弹簧部分713b或与弹簧部分713b相交。弹簧部分711b延伸超过装置区域的同一边界的第二端或极端以便到达部分713b。也就是说，弹簧部分711b也具有比面对该弹簧部分的区域720的侧面/区域的长度大的长度。在其它实施例中，弹簧部分711b的长度可以更小，并且可开始与面对弹簧部分711b的装置区域的侧面/边界的末端对应的位置。

图7b中的弹簧710b包括将弹簧部分711b连接或附接到装置区域720的弹簧部分，并且还包括将部分713b连接或附接到衬底700的另一部分。

在图7c中示出的示例性实施例中，衬底700包括多个弹簧710c。弹簧710c可类似于图7b的弹簧710b，但以不同方式布置。像弹簧710b一样，每个弹簧710c包括l形部分，所述l形部分包括彼此正交或基本上正交的弹簧片段或部分711c和713c。在图7b中，弹簧710b不交叠，其中每个弹簧710b覆盖、遮蔽或面对装置区域720的周界的不同侧或区域。然而，在图7c的示例性实施例中，弹簧710c被以缠绕的螺旋或螺旋形模式(并且更具体地讲，以缠绕的正方形或矩形状螺旋模式)布置。在其它实施例中，弹簧710c可被以其它类型的螺旋模式(举几个来说，包括例如以缠绕的圆形或椭圆形螺旋模式等)布置。

在图7c的实施例中，每个弹簧710c从mems区域720的周界的不同部分(例如，不同片段、不同边界或不同侧)开始。另外，弹簧710c被布置，以使得装置区域720的每个外围侧由相应弹簧710c的弹簧片段或部分沿横向覆盖或遮蔽。弹簧710c包围装置区域720。如图中所示，每个弹簧710c包括l形弹簧部分，所述l形弹簧部分面对或至少部分地遮蔽mems装置区域720的周界的各侧。

图7d的示出的示例性实施例描绘衬底700，衬底700包括多个弹簧710d。图7d的弹簧710d与图7c的弹簧710c类似之处在于它们也被以缠绕的螺旋或螺旋状模式布置。如图中所布置，图7d的弹簧710d环绕装置区域720。在其它实施例中，弹簧710d还可被以如前面在本文中所述的其它类型的螺旋模式布置。

在图7d的实施例中，装置区域720是矩形的，每个外围侧面对弹簧710c的弹簧片段或部分或者被弹簧710c的弹簧片段或部分覆盖或遮蔽。弹簧710d包括c形部分。弹簧710d至少部分地面对或覆盖装置区域720的周界的三个侧面或部分。能够看出，弹簧710d和弹簧710c之间的差别在于：弹簧710d具有c形部分，而非单个l形部分。如图中所示，对于每个弹簧710d，c形部分包括弹簧片段或部分711d、713d和715d。弹簧710d的c形部分能够被描述为两个l形部分，所述两个l形部分共享共同的弹簧片段713d。

在图7d的实施例中，弹簧部分711d经由另一弹簧片段或部分连接或附接到装置区域720。另外，图7d的弹簧部分715d直接连接或附接到衬底700。在其它实施例中，弹簧部分715d可经由一个或多个其它弹簧片段间接地连接到衬底。

尽管图7c和7d的示例性实施例分别示出弹簧710c和710d在装置区域720周围弯曲两次(具有l形部分)以及弯曲三次(具有c形部分)，但在其它实施例中，弹簧可按照相同的螺旋方式在装置区域720周围进一步延伸出来并且盘旋。例如，在mems装置区域像图7d中一样是矩形的情况下，弹簧可多次在装置区域720周围延伸并且盘旋。

另外，尽管在图7c和7d的每个实施例中描绘一组四个弹簧，但弹簧的量可变化。例如，衬底(诸如，衬底700)可包括在装置区域720周围盘旋的仅一个、两个、三个、四个或更多个不同的弹簧。

图7e的示例性实施例描绘衬底700，衬底700包括具有折叠的弹簧710e。每个弹簧710e包括弹簧折叠712e和714e。如图中所示，弹簧折叠712e包括弹簧部分711e、716e和713e。弹簧部分713e能够被视为相对于弹簧部分711e“折叠”，反之亦然。弹簧部分716e可被视为折叠712e中的“弯曲”，所述“弯曲”将弹簧部分711e连接到弹簧部分713e。类似地，弹簧折叠714e包括弹簧片段或部分715e、717e和718e。在弹簧710e中，弹簧折叠712e连接或附接到弹簧折叠714e。更具体地讲，在图7e的实施例中，弹簧折叠712e的弹簧部分713e与弹簧折叠714e的弹簧部分715e相交或连接到弹簧折叠714e的弹簧部分715e。

如图7e的示例性实施例中所示，弹簧折叠712e与弹簧折叠714e正交或基本上正交。也就是说，弹簧折叠712e的弹簧部分711e和713e与弹簧折叠714e的弹簧部分715e和717e正交或基本上正交。

另外，每个弹簧710e部分地包围或环绕装置区域720的周界。在图7e的实施例中，装置区域720是矩形的，其中每个弹簧折叠712e和714e面对和/或布置为平行于装置区域720的周界的不同侧。

图7f的示例性实施例也描绘衬底700，衬底700具有弹簧710f，弹簧710f具有折叠。然而，每个弹簧710f包括单个折叠712f，而非像在弹簧710e的情况下那样包括两个折叠。图7f的折叠712f包括内弹簧部分711f和外弹簧部分713f。弹簧部分711f和713f是如前面在本文中所讨论的l形弹簧部分。外弹簧部分713f覆盖内弹簧部分711f或折叠在内弹簧部分711f上方。由于弹簧折叠712f包括两个l形弹簧部分，所以弹簧折叠712f在xy平面内沿两个正交或基本上正交的方向延伸。

在图7f中，弹簧710f一起环绕装置区域的周界，其中每个弹簧710f部分地包围或环绕装置区域720的周界。

根据示例性实施例，沟槽可被创建以形成或定义弹簧710a-710f。例如，如前面在本文中公开的各种实施例中所解释或讨论，可通过深度反应离子蚀刻(drie)形成沟槽。沟槽(比如，弹簧710a-710f)可被沿垂直方向或沿垂直于显示的xy平面的方向形成。沟槽可定义弹簧710a-710f的结构、形状和/或配置。例如，在图7a和7b的实施例中，一个或多个沟槽730包括或提供紧挨着弹簧部分的空隙。通常，弹簧部分之间或弹簧部分和装置区域720之间的空隙可以相同，或者可彼此不同。通常，在xy平面中，沟槽和弹簧或弹簧部分被配置为直的而非弯曲。然而，弹簧、弹簧部分或沟槽的形状的变化可包括较小的或可忽略的弯曲，其中弯曲的或弓形的部分等可能是由于由制造过程产生的正常偏差所导致的。

类似地，弹簧部分711a和713a与衬底700之间的空隙的宽度可以相同或者彼此不同。

尽管在图7a-7b的实施例中示出某个量或数量的弹簧，例如一组四个弹簧710a被示出在图7a中，但在衬底中使用的弹簧710a的数量可变化并且可以是任何合适的量。此外，弹簧710a-710f可彼此一起使用，弹簧710a-710f中的一些弹簧可与彼此和/或与其它类型的弹簧一起包括在同一个衬底中。弹簧710a-710f可结合前面在本文中描述的装置(例如，结合图1-4c描述的装置)用作弹簧。

正如指出的，模制封装中的传感器芯片(诸如，压力传感器芯片等)经历热膨胀。作为结果，衬底和/芯片能够经历由于热膨胀和其它效应而导致的弯曲。与已知弹簧相比，由本文中提出的弹簧(例如，弹簧710a-710f)执行的分离提供显著更好的分离。

图8a示出具有一对弹簧810a的衬底800，所述一对弹簧810a类似于图7a的弹簧710a，而图8b示出具有一对弹簧810b的衬底800，所述一对弹簧810b类似于图6c的弹簧。由弹簧810a提供的分离的量或装置区域820(例如，mems装置)上的应力的量减小至大约1/50,000。相比之下，由弹簧810b减小的对装置区域820的应力的量仅为大约2000。

例如，注意的是，当外力使芯片弯曲时，在不存在应力分离(例如，没有沟槽并且没有后腔)的情况下，所获得的作用在mems装置上的应力能够是例如1mpa。(这将会是沿x和y方向的绝对法向应力分量之和)。然而，当引入应力分离结构或特征时，这可导致应力减小至例如0.2mpa。在这个示例中，在这个示例中所获得的应力减小因子将会是因子5。

也就是说，弹簧810a以及图7a-7b的弹簧的配置的结构提供类似或更好的机械分离和应力减小。

在各种实施例中，一种传感器装置包括衬底，所述衬底包括单片地集成在衬底中的mems传感器和至少一个集成电路，所述衬底具有大约100µm至大约1000µm的厚度。

在各种实施例中，所述衬底可包括悬挂结构，所述悬挂结构在后腔上方悬挂mems传感器。在各种实施例中，所述悬挂结构至少部分地环绕mems传感器的薄膜的周界。

在各种实施例中，所述悬挂结构包括形成在衬底内的一个或多个弹簧，所述一个或多个弹簧与半导体衬底的一个或多个沟槽相邻和/或位于半导体衬底的一个或多个沟槽之间。在各种实施例中，所述一个或多个沟槽从半导体衬底的前侧延伸到后腔，其中沟槽的维度具有大约1µm至大约100µm的宽度和大约10µm至大约500µm的深度。

在各种实施例中，所述衬底被安装在载体上。

在各种实施例中，通过深度反应离子蚀刻(drie)形成所述悬挂结构的沟槽。

在各种实施例中，所述传感器装置包括部分地密封半导体衬底的模制物。所述模制物能够具有用于传感器端口的开口，所述开口使mems传感器的至少一部分(例如，薄膜/隔膜)暴露于传感器装置外部的环境。

在各种实施例中，通过使用膜辅助模制工艺至少部分地密封衬底来形成传感器端口。

在各种实施例中，所述悬挂结构将mems传感器电连接到所述至少一个集成电路。在各种示例性实施例中，所述至少一个集成电路包括专用集成电路(asic)。

在各种实施例中，所述mems传感器是压力传感器，并且在一些实施例中包括由多晶硅制成的隔膜或薄膜。

在各种实施例中，一种传感器装置可包括：电子装置，所述电子装置包括：半导体衬底，具有至少一个集成电路和mems传感器，mems传感器包括薄膜；后腔，位于半导体衬底内，布置在mems传感器下方并且延伸到半导体衬底的背面；和悬挂结构，在半导体衬底中至少悬挂mems传感器的薄膜；模制物，部分地密封半导体衬底。所述传感器装置还可包括：传感器端口，在衬底的前侧具有模制物中的开口，所述开口使至少mems传感器薄膜暴露于传感器装置外部的环境。所述至少一个集成电路和mems传感器可被单片地集成在半导体衬底中。

在各种实施例中，所述传感器装置悬挂结构可包括形成在半导体衬底内的弹簧结构。所述悬挂结构可至少部分地环绕mems传感器的薄膜的周界。所述弹簧结构包括由半导体衬底的一个或多个沟槽之间的衬底形成的弹簧。所述一个或多个沟槽能够从半导体衬底的前侧延伸到后腔。

在各种实施例中，所述电子装置被安装在载体上。所述传感器芯片可通过粘合剂而附接到载体。在一些实施例中，所述悬挂结构将mems传感器电连接到所述至少一个集成电路装置。

在一些实施例中，所述传感器装置可包括所述至少一个集成电路，所述至少一个集成电路包括例如专用集成电路(asic)。

在各种实施例中，所述mems传感器是压力传感器。所述至少一个集成电路能够例如经由可被密封在模制物内的接合线电耦合到载体。

根据各种实施例，在本文中描述的后腔可以是矩形的或矩形状的。例如，后腔的维度可以是从大约50x50µm²变动到大约1000x1000µm²。根据各种实施例，在本文中描述的后腔可以是圆形的或圆形状的，其中直径为从大约50µm到大约1000µm。在各种实施例中，所述后腔可具有从大约10µm到大约500µm的深度。

根据各种实施例，形成在衬底中的沟槽(诸如，可至少部分地环绕mems传感器的沟槽)可具有大约1µm到大约20µm的宽度并且可具有大约10µm到大约500µm的深度。

根据各种实施例，在本文中描述的粘合剂可包括导电环氧树脂胶、非导电环氧树脂胶、管芯粘片膜、硅胶和/或晶片背涂层及其组合。

根据各种实施例，在本文中描述的牺牲层可包括一层或多层的氮化物、碳、氧化硅、聚酰亚胺和一种或多种金属(诸如，铝)。

在本公开的示例性实施例中，一种装置包括衬底，半导体衬底包括装置。在各种实施例中，所述装置是mems装置。在各种示例性实施例中，所述mems装置被单片地集成在衬底内。

所述衬底还可包括在半导体衬底内布置在mems装置下方的后腔，并且包括在半导体衬底中悬挂mems装置的至少一部分并且向mems装置的至少一部分提供机械分离的悬挂结构。在本公开的示例性实施例中，所述悬挂结构包括一个或多个弹簧，其中所述一个或多个弹簧由形成在半导体衬底内的一个或多个沟槽定义。

在示例性实施例中，所述一个或多个弹簧中的至少一个弹簧包括至少一个l形部分。所述至少一个弹簧的所述至少一个l形部分可至少部分地环绕mems装置的垂直外表面或周界。所述至少一个弹簧的l形部分可包括第一弹簧部分和第二弹簧部分，所述第一弹簧部分和第二弹簧部分中的每一个分别基本上平行于mems装置的周界的第一侧或部分和第二侧或部分。在各种实施例中，第一和第二弹簧部分可彼此正交。

在各种实施例中，所述至少一个弹簧的l形部分的第一弹簧部分延伸超过mems装置的周界的第一侧的至少一个边缘，并且其中所述至少一个弹簧的l形部分的第二部分延伸超过mems装置的周界的第二侧的至少一个边缘。

在各种实施例中，所述至少一个弹簧的l形部分的第一弹簧部分或第二弹簧部分延伸或连接到半导体衬底。

在各种实施例中，所述至少一个弹簧的l形部分的第一弹簧部分具有比mems装置的周界的第一侧的长度大的长度。

在各种实施例中，所述至少一个弹簧的l形部分的第二弹簧部分具有比mems装置的周界的第二侧的长度大的长度。

在各种实施例中，包括所述至少一个l形部分的所述至少一个弹簧还包括从l形部分延伸到mems装置的弹簧部分。

在各种实施例中，包括所述至少一个l形部分的所述至少一个弹簧还包括从l形部分延伸到半导体衬底的另一弹簧部分。

在各种实施例中，定义所述一个或多个弹簧的所述一个或多个沟槽沿垂直方向从半导体衬底的前侧延伸到后腔。

在各种实施例中，所述后腔延伸到半导体衬底的背面。

在本公开的示例性实施例中，一种装置包括半导体衬底，包括mems装置。在各种实施例中，所述装置包括：后腔，位于半导体衬底内，布置在mems装置下方；和悬挂结构，在半导体衬底中悬挂mems装置的至少一部分并且向mems装置的所述至少一部分提供机械分离，其中所述悬挂结构包括包含多个弹簧，其中所述多个弹簧由形成在半导体衬底内的一个或多个沟槽定义。

在各种实施例中，所述多个弹簧中的每个弹簧各自包括第一弹簧部分和第二弹簧部分，其中第一弹簧部分以直角或基本上直角接合到或连接到第二弹簧部分。

在各种实施例中，所述多个弹簧中的每个弹簧包括第三弹簧部分，其中第三弹簧部分沿与第一弹簧部分或第二弹簧部分延伸的方向平行的方向延伸。

在各种实施例中，所述多个弹簧被以缠绕的螺旋模式布置。

在各种实施例中，所述mems装置的周界具有四侧，并且其中所述多个弹簧中的每个弹簧在所述装置的周界的不同相应侧开始或附接到所述装置的周界的不同相应侧。

在各种实施例中，所述多个弹簧中的每个弹簧包括第一折叠和第二折叠，其中第一折叠和第二折叠中的每一个包括彼此平行且通过空隙而彼此分离的一组两个弹簧部分。另外，在各种实施例中，对于每个弹簧，所述第一折叠的弹簧部分垂直于或基本上垂直于第二折叠的弹簧部分。

在各种实施例中，所述mems装置的周界包括垂直侧或部分，并且其中所述多个弹簧包括环绕mems装置的垂直侧或部分的第一弹簧和第二弹簧。

在各种实施例中，弹簧和/或弹簧部分可以是弯曲的、弓形的、或直的，例如具有弓形的、弯曲的或直的形状的部分或弹簧部分。

在各种实施例中，弹簧按照直的或基本上直线的弹簧部分布置。在占用区域或空间方面，具有直的或基本上直的弹簧部分的弹簧可以是有利的或经济的。

在本公开的示例性实施例中，一种装置包括：半导体衬底，包括mems装置；后腔，位于半导体衬底内，布置在mems装置下方；和悬挂结构，在半导体衬底中悬挂mems装置的至少一部分并且向mems装置的至少一部分提供机械分离，其中所述悬挂结构包括一个或多个弹簧，其中所述一个或多个弹簧由形成在半导体衬底内的一个或多个沟槽定义。

在各种实施例中，mems装置被单片地集成在所述衬底内。

在各种实施例中，所述一个或多个弹簧中的至少一个弹簧包括至少一个l形弹簧部分。

在各种实施例中，所述至少一个弹簧的所述至少一个l形弹簧部分至少部分地环绕mems装置的周界。

在各种实施例中，所述至少一个弹簧的至少一个l形弹簧部分包括第一部分和第二部分，所述第一部分和第二部分中的每一个分别基本上平行于mems装置的周界的第一侧和第二侧。

在各种实施例中，第一和第二部分彼此正交。

在各种实施例中，所述至少一个弹簧的至少一个l形弹簧部分的第一部分延伸超过mems装置的第一侧的至少一个边缘，并且其中所述至少一个弹簧的至少一个l形弹簧部分的第二部分延伸超过mems装置的第二侧的至少一个边缘。

在各种实施例中，所述至少一个弹簧的至少一个l形弹簧部分的第一部分或第二部分延伸到半导体衬底。

在各种实施例中，所述至少一个弹簧的至少一个l形弹簧部分的第一部分具有比mems装置的第一侧的长度大的长度。

在各种实施例中，所述至少一个弹簧的至少一个l形弹簧部分的第二部分具有比mems装置的第二侧的长度大的长度。

在各种实施例中，包括所述至少一个l形弹簧部分的所述至少一个弹簧还包括从至少一个l形弹簧部分延伸到mems装置的部分。

在各种实施例中，包括所述至少一个l形弹簧部分的所述至少一个弹簧还包括从至少一个l形弹簧部分延伸到半导体衬底的另一部分。

在各种实施例中，定义所述一个或多个弹簧的所述一个或多个沟槽沿垂直方向从半导体衬底的前侧延伸到后腔。

在各种实施例中，所述后腔延伸到半导体衬底的背面。

在各种实施例中，所述至少一个弹簧的至少一个l形弹簧部分包括基本上直的一个或多个弹簧部分。

在各种实施例中，所述至少一个弹簧的至少一个l形弹簧部分包括包含弓形形状的一个或多个弹簧部分。

在本公开的示例性实施例中，一种装置包括：半导体衬底，包括mems装置；后腔，位于半导体衬底内，布置在mems装置下方；和悬挂结构，在半导体衬底中悬挂mems装置的至少一部分并且向mems装置的至少一部分提供机械分离，其中所述悬挂结构包括多个弹簧，其中所述多个弹簧由形成在半导体衬底内的一个或多个沟槽定义。

在各种实施例中，所述多个弹簧中的每个弹簧包括第一弹簧部分和第二弹簧部分，其中第一弹簧部分以基本上直角接合到第二弹簧部分。

在各种实施例中，所述多个弹簧中的每个弹簧包括第三弹簧部分，其中第三弹簧部分沿与第一弹簧部分或第二弹簧部分延伸的方向平行的方向延伸。

在各种实施例中，所述多个弹簧被以缠绕的螺旋模式布置。

在各种实施例中，所述mems装置的周界包括四侧，并且其中每个弹簧部分在所述装置的不同相应侧开始。

在各种实施例中，所述多个弹簧中的每个弹簧包括第一折叠和第二折叠，其中第一折叠和第二折叠中的每一个包括彼此平行且通过空隙而彼此分离的一组两个弹簧部分，并且其中对于每个弹簧，所述第一折叠的这组弹簧部分垂直于第二折叠的这组弹簧部分。

在各种实施例中，所述mems装置包括垂直侧，并且其中所述多个弹簧包括第一弹簧和第二弹簧，从而所述第一弹簧和第二弹簧环绕mems装置的垂直侧。

尽管已参照特定实施例具体地示出和描述本发明，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由所附权利要求定义的本发明的精神和范围的情况下，可对其做出形式和细节上的各种变化。本发明的范围因此由所附权利要求指示，并且因此旨在包括落在权利要求的等同物的含义和范围内的所有变化。