CN103712737B - 用于压力感测器的自我测试结构及其方法 - Google Patents
用于压力感测器的自我测试结构及其方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明是有关于一种用于压力感测器的自我测试结构及其方法。自我测试结构包含基板、多个薄膜层、固定部、电热单元及感测电路单元。薄膜层堆叠形成于基板上。固定部设于薄膜层上方，其中固定部包含凹槽，与薄膜层之间形成腔体。电热单元形成于其中之一的薄膜层中，感测电路单元形成于其中另一个薄膜层中，其中电热单元根据输入电压予以加热提高腔体压力，使薄膜层产生微变形，而感测电路单元则根据微变形输出测试信号。
Description
技术领域
本发明提供一种用于压力感测器的自我测试结构，特别是有关一种用于晶圆级压力测试器中可以有效降低测试成本及提升检测效率的自我测试结构。
背景技术
由于现今微机电元件应用层面愈趋蓬勃广泛，并且半导体技术发展亦日趋成熟，导致微机电元件售价逐年递减，而其中元件测试成本却因所需的高价测试机台而难以降低，致使无法有效降低整体成本。
尤其是目前一般在晶圆级元件测试时，往往必须借由利用测试机台及其所需的测试环境进行测试，特别在压力感测器的测试过程中，其传统测试方式必须要通过测试机台建立真空腔体或实际给予外部压力来进行元件检测，如此导致无法有效降低测试成本，从而难以提升市场竞争力及达到利润最大化的目标。
有鉴于上述问题，因此亟需提出具有高效率及高效益的晶圆层级的自我测试结构。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于压力感测器的自我测试结构及其方法，其主要应用于晶圆级压力测试器中，可以有效降低测试成本及提升检测效率。
本发明的目的是采用以下技术方案来实现的。本发明一种用于压力感测器的自我测试结构，包含基板、多个薄膜层、固定部、电热单元及感测电路单元。薄膜层堆叠形成于基板上。固定部设于薄膜层上方，其中固定部包含凹槽，且凹槽与薄膜层之间形成腔体。电热单元形成于其中之一薄膜层中，感测电路单元形成于其中另一个薄膜层中，其中电热单元根据输入电压予以加热提高腔体压力，使薄膜层产生微变形，而感测电路单元则根据微变形输出测试信号。
本发明的目的还可采用以下技术措施进一步实现。
较佳的，前述的自我测试结构，其中该电热单元为金属材质。
较佳的，前述的自我测试结构，其中该薄膜层设有穿孔。
较佳的，前述的自我测试结构，其中该电热单元具有环状结构。
较佳的，前述的自我测试结构，其中该电热单元具有蜿蜒状结构。
较佳的，前述的自我测试结构，其中该电热单元具有回圈状结构。
较佳的，前述的自我测试结构，其中该感测电路单元包含惠斯顿电桥电路。
本发明的目的还采用以下技术方案来实现的。本发明一种用于压力感测器的自我测试的方法，其包含下列步骤：首先，提供输入电压至自我测试结构；其次，加热提高腔体压力，使薄膜层产生微变形；再者，根据微变形对应输出测试信号。
本发明的目的还可以采用以下技术措施进一步实现。
较佳的，前述的自我测试方法，其中提供该输入电压的步骤包含：将该输入电压自输入端予以输入，并且通过所述多个薄膜层的穿孔传送至电热单元。
较佳的，前述的自我测试方法，其中输出该测试信号的步骤包含：使用感测电路单元，检测所述多个薄膜层的该变化，以判读是否良好完整，其中该感测电路单元等效为惠斯顿电桥电路。
借由上述技术方案，本发明用于压力感测器的自我测试结构及其方法至少具有下列优点及有益效果：本发明得以在晶圆级测试时借由简易的测试设备进行检测，将不仅能大幅降低整体测试成本，并且亦缩短测试时间以增加测试效率。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图,详细说明如下。
附图说明
图1：绘示依据本发明实施例的用于压力感测器的自我测试结构的剖面示意图。
图2A与图2B：分别绘示依据本发明另一个实施例的电热单元的仰视图。
图3：绘示依据本发明另一个实施例的电热单元的仰视图。
图4：绘示依据本发明另一个实施例的电热单元的仰视图。
图5A及图5B：分别绘示依据本发明的另一个实施例的感测电路单元的示意图及其等效电路图。
图6：绘示依照本发明另一个实施例的一种用于压力感测器的自我测试结构的方法流程图。
【主要元件符号说明】
100：自我测试结构110：基板
112：开口120：薄膜层
120a～120g：薄膜层122b～122e：金属层
122g：金属层124：穿孔
124a～124f：穿孔126：输入端
130：固定部131：凹槽
132：腔体140：电热单元
150：感测电路单元160：输入电压
170：测试信号240：电热单元
242：金属环件242a～242b：金属环件
243：缺口243a～243b缺口
244：矩形金属片340：电热单元
342：金属件344：馈入点
440：电热单元442：金属件
444：馈入点520：薄膜层
550：感测电路单元552：多晶硅层
554a～554d：电阻元件600：方法
610、620、630：步骤R1～R4：电阻
Vdc：直流电压入端Vout1：电压输出端
Vout2：电压输出端
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种用于压力感测器的自我测试结构及其方法的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
为了使本发明的叙述更加详尽与完备，可参照所附的图式及以下所述各种实施例，图式中相同的号码代表相同或相似的元件。另一方面，众所周知的元件与步骤并未描述于实施例中，以避免造成本发明不必要的限制。
请参照图1，其为依据本发明实施例的用于压力感测器的自我测试结构100的剖面示意图。自我测试结构100包含基板110、多个薄膜层120、固定部130、电热单元140及感测电路单元150。薄膜层120堆叠形成于基板110上。固定部130设于薄膜层120上，其中固定部130包含凹槽131，且凹槽131与薄膜层120之间形成腔体132。电热单元140形成于薄膜层的其中之一薄膜层120f中，感测电路单元150形成于其中另一个薄膜层120a中，其中电热单元140根据输入电压(Vin)160予以加热提高腔体压力，使薄膜层120产生微变形，而感测电路单元150则根据微变形输出测试信号170。在本实施例中，电热单元140为金属材质，例如：铝等具较佳导热性的金属。
因此，当电热单元140接收输入电压(Vin)160，并据以加热时，腔体132中的温度亦将随之升高，以提高腔体压力，进而对薄膜层120施予外部应力致使其产生微变形，其中是由最靠近腔体132的薄膜层120g开始受应力产生微变形，以提供薄膜应力至与其相邻接的薄膜层120f，使薄膜层120f产生微变形，从而相同地使薄膜层120a～120e依排列顺序以产生微变形。如此一来，感测电路单元150则可立即通过感应检测薄膜层120a的微变形，以产生测试信号170，以迅速有效判读薄膜是否良好完整。
更进一步地说，本实施例使用互补金氧半(ComplementaryMetalOxideSemiconductor;CMOS)微机电系统(MicroElectro-MechanicalSystem;MEMS)的工艺方式，将薄膜层120a～120g依序堆叠形成于基板110上，而薄膜层120的材质为氧化硅，其中电热单元140借由薄膜层120f中的金属层予以设计形成，相似地，感测电路单元150亦是借由薄膜层120a中的金属层予以设计形成。另外，如图1所示，薄膜层120b～120e及薄膜层120g亦可依实际需求而分别对应形成具有金属层122b～122e及金属层122g。然而，任何熟悉此技艺者，应能明了到本实施例中虽以上述的薄膜层120a～120g堆叠排列结构配置，予以阐述薄膜层120与电热单元140及感测电路单元150之间的发明技术特征，但是本发明的薄膜层个数及其配置不以此为限。
在本实施例中，基板110具有开口112，其中开口112的位置大致配置对应于薄膜层120中的金属层122的位置。
此外，在另一个实施例中，薄膜层120可包含穿孔124。如图1所示，薄膜层120a～120f分别具有穿孔124a～124f，用以将自输入端126输入的输入电压(Vin)160，依序传送至电热单元140中。
请参考图2A及图2B，其分别绘示依据本发明的另一个实施例的电热单元的仰视图。如图2A所示，电热单元240为环状结构。电热单元240包含金属环件242、矩形金属片244及馈入点246，其中金属环件242具有缺口243，馈入点246配置于金属环件242的一端，用以接收输入电压160。再者，金属环件242设置环绕于矩形金属片244。更具体地说，图2A绘示一种具有单环的环状结构。
相似地来说，图2B则绘示具有双环的环状结构。如图2B所示，电热单元240包含两个金属环件242a和242b、一个矩形金属片244及两个馈入点246a和246b，其中金属环件242a和金属环件242b分别具有缺口243a和缺口243b，而馈入点246a和馈入点246b则分别对应配置于金属环件242a和金属环件242b的各一端，并且金属环件242a和金属环件242b并行设置环绕于矩形金属片244。
请参考图3，其绘示依据本发明的另一个实施例的电热单元的仰视图。电热单元340为蜿蜒状结构。电热单元340包含金属件342及馈入点344，其中金属件342具有蜿蜒状结构，而馈入点344配置于金属件342的一端。
请再参考图4，其绘示依据本发明的另一个实施例的电热单元的仰视图。电热单元440为回圈状结构。电热单元440包含金属件442及馈入点444，其中金属件442具有回圈状结构，而馈入点444配置于金属件442的一端。
接着，请同时参考图5A及图5B，分别根据本发明的实施例的感测电路单元550的示意图及其等效电路图。如图5A所示，感测电路单元550包含惠斯顿电桥电路。更具体地说，感测电路单元550具有多晶硅层552及四个电阻元件554a～554d，而电阻元件554a～554d在多晶硅层552的表面上相连接以形成惠斯顿电桥电路，其中电阻元件554a～554d的电阻值具有随施加的变形而变化的性质，拉伸变形时电阻值增加，压缩变形时电阻值减少。
此外，感测电路单元550更包含直流电压入端(Vdc)、两个电压输出端(Vout1及Vout2)，其中直流电压入端Vdc同时连接至电阻元件554a的一端及电阻元件554d的一端，在此实施例中，施予5伏特的直流电压值；电压输出端Vout1同时连接至电阻元件554a的另一端及电阻元件554b的一端；电压输出端Vout2则同时连接至电阻元件554c的一端及电阻元件554d的另一端。此外，电阻元件554b的另一端及电阻元件554c的另一端皆接地。
如图5B所示，电阻元件554a～554d分别对应等效为电阻R1～R4。感测电路单元550借由检测两个电压输出端Vout1及Vout2的输出电压值，以检视电阻R1～R4因腔体压力而产生的变化值，进而判读薄膜层520是否皆完整。举例来说，当其中之一薄膜层有缺陷不完整时，则电阻R1～R4的电阻值将不产生变化，即电压输出端Vout1及Vout2的输出电压值接近相同。
请参照图6，其绘示依照本发明另一个实施例的一种用于压力感测器的自我测试结构的方法600的流程图。如图所示，方法600包含步骤610、步骤620与步骤630。然而，关于实施方法600的自我测试结构，由于上述实施例已具体揭露，因此不再重复赘述。
如图6所示，在步骤610中，可提供输入电压至自我测试结构。在步骤620中，可加热提高腔体压力，使薄膜层产生微变形。在步骤630中，可根据微变形对应输出测试信号。
更具体地说，在步骤610中，将输入电压提供至自我测试结构中的电热单元。然而，在本实施例中，可将输入电压自输入端予以输入，并且通过薄膜层的穿孔传送至电热单元。
然而，在步骤620中，当电热单元接收输入电压时，可据以加热提高腔体压力，进而施予腔体气体受热加压所产生的应力至薄膜层上，如此一来薄膜层则将对应产生微变形。
在步骤630中，方法600可通过感测电路单元，以感测薄膜层的微变形，从而输出测试信号。在本实施例中，方法600使用可等效为惠斯顿电桥电路的感测电路单元，通过检测其电阻值的变化，判读是否良好完整，以输出测试信号。
因此，借由上述本发明实施例中的用于压力感测器的自我测试结构及其方法，得以在晶圆级测试时借由简易的测试设备予以进行检测。如此一来，将不仅能大幅降低整体测试成本，并且亦缩短测试时间以增加测试效率。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种用于压力感测器的自我测试结构，其特征在于其包含:
基板；
多个薄膜层，堆叠形成于该基板上；
固定部，设于所述多个薄膜层上方，其中该固定部具有凹槽，且该凹槽与所述多个薄膜层形成腔体；
电热单元，形成于该其中之一薄膜层中；及
感测电路单元，形成于该其中另一个薄膜层中；
其中该电热单元根据输入电压予以加热提高该腔体压力，使所述多个薄膜层产生微变形，而该感测电路单元则根据该微变形输出测试信号。
2.根据权利要求1所述的用于压力感测器的自我测试结构，其特征在于，其中该电热单元为金属材质。
3.根据权利要求1所述的用于压力感测器的自我测试结构，其特征在于，其中该薄膜层设有穿孔。
4.根据权利要求2所述的用于压力感测器的自我测试结构，其特征在于，其中该电热单元具有环状结构。
5.根据权利要求2所述的用于压力感测器的自我测试结构，其特征在于，其中该电热单元具有蜿蜒状结构。
6.根据权利要求2所述的用于压力感测器的自我测试结构，其特征在于，其中该电热单元具有回圈状结构。
7.根据权利要求1所述的用于压力感测器的自我测试结构，其特征在于，其中该感测电路单元包含惠斯顿电桥电路。
8.一种用于压力感测器的自我测试方法，其中该压力感测器具有多个薄膜层及一固定部，该多个薄膜层依序堆叠且该固定部具有一凹槽，并且其中该凹槽与该多个薄膜层形成一腔体，其特征在于该方法包含：
提供输入电压至自我测试结构；
藉由形成于该多个薄膜层其中之一的电热单元，来根据该输入电压予以加热提高腔体压力，使所述多个薄膜层产生微变形；及
藉由形成于该多个薄膜层中的另一薄膜层中的一感测电路单元，来根据该微变形予以对应输出一测试信号。
9.根据权利要求8所述的用于压力感测器的自我测试方法，其特征在于，其中提供该输入电压的步骤包含：将该输入电压自输入端予以输入，并且通过所述多个薄膜层的穿孔传送至电热单元。
10.根据权利要求8所述的用于压力感测器的自我测试方法，其特征在于，其中该感测电路单元等效为惠斯顿电桥电路。
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