專利名稱：制作壓力傳感器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制作壓力傳感器的方法，尤其涉及一種將壓力敏感元件制作于硅覆絕緣晶片上、利用反應(yīng)性離子深蝕刻工藝形成壓力傳感器的腔體，并利用樹脂類接合膠或玻璃膠(glass frit)接合硅覆絕緣晶片與接合基底的方法。
背景技術(shù)：
壓力傳感器(pressure sensor)為微機(jī)電(MEMS)產(chǎn)品中常見的元件之一，而其中壓阻式(piezoresistor)壓力傳感器更為目前最廣為應(yīng)用的壓力傳感器。請(qǐng)參考圖1至圖3，圖1至圖3為公知制作壓阻式壓力傳感器的方法示意圖。如圖1所示，首先提供一外延晶片(epitaxy wafer)。上述外延晶片包含有一硅基材料層10，以及一位于硅基材料層10的表面的外延層12。接著在外延層12中制作出多個(gè)壓電阻14，其中壓電阻14通過連接導(dǎo)線(圖未示)的電性連接而形成一惠斯頓電橋。
如圖2所示，接著進(jìn)行一各向異性濕蝕刻工藝，利用氫氧化鉀(KOH)溶液由背面蝕刻硅基材料層10以形成一腔體16，并暴露出外延層12。如圖3所示，隨后提供一玻璃晶片18，并利用陽極接合方式接合硅基材料層10與玻璃晶片。
然而，上述公知制作壓阻式壓力傳感器的方法仍具有尚待克服的缺點(diǎn)。首先，外延層12利用外延工藝形成于硅基材料層10的表面，而外延工藝不僅成本高同時(shí)成品率偏低，因此在外延層12的品質(zhì)不佳的情況下，在蝕刻硅基材料層10時(shí)往往無法精確地停止于外延層12而產(chǎn)生過度蝕刻，使得外延層12中的元件受損。再者，公知方法利用氫氧化鉀溶液制作腔體16，因此腔體16的側(cè)壁具有約54.7度的夾角，如此一來將增加產(chǎn)生壓阻式壓力傳感器的多余而無效的面積，進(jìn)而使元件集成度降低。另外，公知方法所使用的玻璃晶片18必須滿足以下二項(xiàng)條件。第一、玻璃晶片18必須含有固定成分的鈉離子，方可采用陽極接合方式。第二、玻璃晶片18的熱膨漲系數(shù)必須與硅基材料層10的熱膨漲系數(shù)接近，以避免由于工藝溫度的變化所導(dǎo)致的熱應(yīng)力。因此在必須使用滿足上述二項(xiàng)條件的玻璃晶片18的情況下，成本將相對(duì)提高。此外，由于硅基材料層10與玻璃晶片18為異質(zhì)材料，在后續(xù)進(jìn)行切割工藝時(shí)必須使用特殊規(guī)格的切割刀，同時(shí)為了配合玻璃晶片18，硅基材料層10的切割速率(一般為30至40mm/sec)調(diào)降為玻璃晶片18的切割速度(一般為5至10mm/sec)，因此嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種制作壓力傳感器的方法，以提升工藝成品率與元件集成度，并使生產(chǎn)成本降低。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種制作壓力傳感器的方法。上述方法包含有提供一硅覆絕緣晶片，該硅覆絕緣晶片包含有一單晶硅層、一絕緣層與一硅基材料層，且該單晶硅層包含有一壓力敏感元件；去除對(duì)應(yīng)于該壓力敏感元件的該硅基材料層與該絕緣層，以形成一腔體；以及提供一接合基底，并利用一接合層接合該硅基材料層與該接合基底。
為達(dá)上述目的，本發(fā)明提供了一種制作壓力傳感器的方法。上述方法包含有提供一元件基底，且該元件基底的正面包含有一壓力敏感元件；由該元件基底的背面去除對(duì)應(yīng)該壓力敏感元件的該元件基底以形成一腔體；以及提供一接合基底，并利用一接合層接合該元件基底與該接合基底，且該接合層包含有一樹脂類接合膠或一玻璃膠。
為了使能更近一步了解本發(fā)明的特征及技術(shù)內(nèi)容，請(qǐng)參閱以下有關(guān)本發(fā)明的詳細(xì)說明與附圖。然而附圖僅供參考與輔助說明用，并非用來對(duì)本發(fā)明加以限制。


圖1至圖3為公知制作壓阻式壓力傳感器的方法示意圖。
圖4至圖8為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的制作壓力傳感器的方法示意圖。
附圖標(biāo)記說明10硅基材料層 12外延層14壓電阻 16腔體18玻璃晶片 30硅基材料層
32絕緣層 34單晶硅層36壓電阻 38腔體40接合基底42接合層44開口具體實(shí)施方式
請(qǐng)參考圖4至圖8，圖4至圖8為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的制作壓力傳感器的方法示意圖，其中本實(shí)施例以壓阻式壓力傳感器為例說明本發(fā)明，且為清楚示出本發(fā)明的特征，在圖中僅繪示出單一壓力傳感器。如圖4所示，首先提供一硅覆絕緣晶片，作為一元件基底，且該硅覆絕緣晶片由下而上依次包含有一硅基材料層30、一絕緣層32(例如一氧化層)與一單晶硅層34。接著在單晶硅層34中制作壓力敏感元件，其中壓力敏感元件包含有利用離子注入等方式形成的多個(gè)壓電阻36以及利用光刻與沉積技術(shù)形成的連接導(dǎo)線(圖未示)等，其中壓電阻36可將感測(cè)到的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，再通過連接導(dǎo)線形成惠斯頓電橋由此放大電壓信號(hào)。
如圖5所示，接著于硅基材料層30的背面形成一掩模圖案(圖未示)，再進(jìn)行一各向異性干式蝕刻工藝，例如反應(yīng)性離子深蝕刻工藝、感應(yīng)耦合等離子體蝕刻工藝、電子回旋共振等離子體蝕刻工藝或X光蝕刻工藝等，蝕刻對(duì)應(yīng)于壓力敏感元件的硅基材料層30，并蝕刻停止于絕緣層32。如圖6所示，隨后進(jìn)行另一蝕刻工藝，蝕刻暴露出的絕緣層32，并蝕刻停止于單晶硅層34，以形成一腔體38。值得說明的是，由于硅覆絕緣晶片的絕緣層32與單晶硅層30具有良好的蝕刻選擇比，因此在蝕刻絕緣層34的過程中不致產(chǎn)生過度蝕刻而造成單晶硅層30受損，故可確保壓力敏感元件的品質(zhì)。此外，利用各向異性蝕刻工藝制作腔體38不必考慮元件基底的晶格方向，同時(shí)所制作出的腔體38具有垂直的側(cè)壁，因此可有效縮減壓力傳感器的面積，進(jìn)而提升元件集成度。
如圖7所示，接著提供一接合基底40，并利用一接合層42將接合基底40與硅基材料層30接合，其中本實(shí)施例使用樹脂類接合膠或玻璃膠作為接合層42的材料。若使用樹脂類接合膠，例如UV膠、苯環(huán)丁烯(BCB)、聚酰亞胺(polyimide)、環(huán)氧樹脂(epoxy)、光致抗蝕劑或干膜(dry film)等作為接合層42的材料，則接合基底40可為任何材料的基底，例如玻璃基底、塑料基底、石英基底或半導(dǎo)體晶片等，特別是在此狀況下，接合基底40可使用品質(zhì)較差的晶片或是報(bào)廢的晶片，故可大幅降低生產(chǎn)成本。若使用玻璃膠(含有玻璃粉末及溶劑的混合物，或含有玻璃成份的接著劑)作為接合層42的材料，除上述優(yōu)點(diǎn)的外更可達(dá)到良好氣密性接合的優(yōu)點(diǎn)。此外值得說明的是，若接合基底40為硅晶片，由于其與硅基材料層30為同質(zhì)材料，因此可避免使用玻璃基底所可能產(chǎn)生的熱應(yīng)力問題，并可于后續(xù)切割工藝中維持相同的切割速率。
另外，隨著壓力傳感器的應(yīng)用范圍的不同，例如作為血壓計(jì)用途的壓力傳感器所使用的接合基底40必須具備有開口。因此如圖8所示，在接合基底40與硅基底層30接合后，繼續(xù)進(jìn)行一蝕刻工藝，以在接合基底40中形成一開口44。然而值得說明的是，形成開口44的步驟并不局限于腔體38形成之后方可進(jìn)行。舉例來說，也可先將接合基底40利用接合層42接合于硅基材料層30之后，再依次形成開口44與腔體38，特別是在接合基底40的材料為硅晶片的情況下，可利用同一各向異性干性蝕刻工藝一并去除以簡(jiǎn)化工藝步驟。此外，若接合基底40為塑料基底或玻璃基底，也可預(yù)先利用射出技術(shù)或機(jī)械加工等方式直接制作以節(jié)省成本與工藝時(shí)間(cycle time)。另外值得說明的是本發(fā)明制作壓力傳感器的方法并不限于制作壓阻式壓力傳感器，而還可用于生產(chǎn)各式壓力傳感器或具有腔體的微機(jī)電元件等。
綜上所述，本發(fā)明制作壓力傳感器的方法具有下列優(yōu)點(diǎn)(1)使用硅覆絕緣晶片，可確保壓力傳感器的可靠度。
(2)利用各向異性干式蝕刻工藝制作腔體，可提升元件集成度。
(3)使用樹脂類接合膠或玻璃膠，可提升接合基底材料選擇上的彈性，進(jìn)而避免熱應(yīng)力問題并降低成本。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求所做的等同變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種制作一壓力傳感器的方法，包含有提供一硅覆絕緣晶片，所述硅覆絕緣晶片包含有一單晶硅層、一絕緣層與一硅基材料層，且所述單晶硅層包含有一壓力敏感元件；去除對(duì)應(yīng)于所述壓力敏感元件的所述硅基材料層與所述絕緣層，以形成一腔體；以及提供一接合基底，并利用一接合層接合所述硅基材料層與所述接合基底。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中去除對(duì)應(yīng)于所述壓力敏感元件的所述硅基材料層的步驟利用一各向異性干式蝕刻工藝完成。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述各向異性干式蝕刻工藝包含有反應(yīng)性離子深蝕刻工藝、感應(yīng)耦合等離子體蝕刻工藝、電子回旋共振等離子體蝕刻工藝或X光蝕刻工藝。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述絕緣層為一氧化層。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述接合層為一樹脂類接合膠。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述接合層為一玻璃膠。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，還包含有在接合所述硅基材料層與所述接合基底之后，再在所述接合基底中形成一對(duì)應(yīng)于所述腔體的開口。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，還包含有在接合所述硅基材料層與所述接合基底之前，先在所述接合基底中形成一對(duì)應(yīng)于所述腔體的開口。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述接合基底為一晶片。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述接合基底包含有一玻璃基底、一塑料基底或一石英基底。
11.一種制作壓力傳感器的方法，包含有提供一元件基底，且所述元件基底的正面包含有一壓力敏感元件；由所述元件基底的背面去除對(duì)應(yīng)所述壓力敏感元件的所述元件基底以形成一腔體；以及提供一接合基底，并利用一接合層接合所述元件基底與所述接合基底，且所述接合層包含有一樹脂類接合膠或一玻璃膠。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述元件基底為一硅覆絕緣晶片，其包含有一單晶硅層、一絕緣層與一硅基材料層，且所述壓力敏感元件設(shè)于所述單晶硅層內(nèi)。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中形成所述腔體的步驟包含有去除對(duì)應(yīng)于所述壓力敏感元件的所述硅基材料層與所述絕緣層。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中去除對(duì)應(yīng)于所述壓力敏感元件的所述硅基材料層的步驟利用一各向異性干式蝕刻工藝完成。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述各向異性干式蝕刻工藝包含有反應(yīng)性離子深蝕刻工藝、感應(yīng)耦合等離子體蝕刻工藝、電子回旋共振等離子體蝕刻工藝或X光蝕刻工藝。
16.如權(quán)利要求11所述的方法，還包含有在接合所述元件基底與所述接合基底之后，再在所述接合基底中形成一對(duì)應(yīng)于所述腔體的開口。
17.如權(quán)利要求11所述的方法，還包含有在接合所述元件基底與所述接合基底之前，先在所述接合基底中形成一對(duì)應(yīng)于所述腔體的開口。
18.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述接合基底為一晶片。
19.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述接合基底包含有一玻璃基底、一塑料基底或一石英基底。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制作壓力傳感器的方法。所述方法包括提供一硅覆絕緣晶片，其包含有一單晶硅層、一絕緣層與一硅基材料層，且單晶硅層包含有一壓力敏感元件。去除對(duì)應(yīng)于壓力敏感元件的硅基材料層與絕緣層，以形成一腔體。提供一接合基底，并利用一接合層接合硅基材料層與接合基底。
文檔編號(hào)G01L1/18GK1948932SQ200510113600
公開日2007年4月18日 申請(qǐng)日期2005年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月13日
發(fā)明者邵世豐, 楊辰雄 申請(qǐng)人:探微科技股份有限公司