CN1948932A - 制作压力传感器的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制作压力传感器的方法。所述方法包括提供一硅覆绝缘晶片，其包含有一单晶硅层、一绝缘层与一硅基材料层，且单晶硅层包含有一压力敏感元件。去除对应于压力敏感元件的硅基材料层与绝缘层，以形成一腔体。提供一接合基底，并利用一接合层接合硅基材料层与接合基底。
Description
技术领域
本发明涉及一种制作压力传感器的方法，尤其涉及一种将压力敏感元件制作于硅覆绝缘晶片上、利用反应性离子深蚀刻工艺形成压力传感器的腔体，并利用树脂类接合胶或玻璃胶(glass frit)接合硅覆绝缘晶片与接合基底的方法。
背景技术
压力传感器(pressure sensor)为微机电(MEMS)产品中常见的元件之一，而其中压阻式(piezoresistor)压力传感器更为目前最广为应用的压力传感器。请参考图1至图3，图1至图3为公知制作压阻式压力传感器的方法示意图。如图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层10，以及一位于硅基材料层10的表面的外延层12。接着在外延层12中制作出多个压电阻14，其中压电阻14通过连接导线(图未示)的电性连接而形成一惠斯顿电桥。
如图2所示，接着进行一各向异性湿蚀刻工艺，利用氢氧化钾(KOH)溶液由背面蚀刻硅基材料层10以形成一腔体16，并暴露出外延层12。如图3所示，随后提供一玻璃晶片18，并利用阳极接合方式接合硅基材料层10与玻璃晶片。
然而，上述公知制作压阻式压力传感器的方法仍具有尚待克服的缺点。首先，外延层12利用外延工艺形成于硅基材料层10的表面，而外延工艺不仅成本高同时成品率偏低，因此在外延层12的品质不佳的情况下，在蚀刻硅基材料层10时往往无法精确地停止于外延层12而产生过度蚀刻，使得外延层12中的元件受损。再者，公知方法利用氢氧化钾溶液制作腔体16，因此腔体16的侧壁具有约54.7度的夹角，如此一来将增加产生压阻式压力传感器的多余而无效的面积，进而使元件集成度降低。另外，公知方法所使用的玻璃晶片18必须满足以下二项条件。第一、玻璃晶片18必须含有固定成分的钠离子，方可采用阳极接合方式。第二、玻璃晶片18的热膨涨系数必须与硅基材料层10的热膨涨系数接近，以避免由于工艺温度的变化所导致的热应力。因此在必须使用满足上述二项条件的玻璃晶片18的情况下，成本将相对提高。此外，由于硅基材料层10与玻璃晶片18为异质材料，在后续进行切割工艺时必须使用特殊规格的切割刀，同时为了配合玻璃晶片18，硅基材料层10的切割速率(一般为30至40mm/sec)调降为玻璃晶片18的切割速度(一般为5至10mm/sec)，因此严重影响生产效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制作压力传感器的方法，以提升工艺成品率与元件集成度，并使生产成本降低。
为达到上述目的，本发明提供了一种制作压力传感器的方法。上述方法包含有：提供一硅覆绝缘晶片，该硅覆绝缘晶片包含有一单晶硅层、一绝缘层与一硅基材料层，且该单晶硅层包含有一压力敏感元件；去除对应于该压力敏感元件的该硅基材料层与该绝缘层，以形成一腔体；以及提供一接合基底，并利用一接合层接合该硅基材料层与该接合基底。
为达上述目的，本发明提供了一种制作压力传感器的方法。上述方法包含有：提供一元件基底，且该元件基底的正面包含有一压力敏感元件；由该元件基底的背面去除对应该压力敏感元件的该元件基底以形成一腔体；以及提供一接合基底，并利用一接合层接合该元件基底与该接合基底，且该接合层包含有一树脂类接合胶或一玻璃胶。
为了使能更近一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图。然而附图仅供参考与辅助说明用，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
图1至图3为公知制作压阻式压力传感器的方法示意图。
图4至图8为本发明一优选实施例的制作压力传感器的方法示意图。
附图标记说明
10硅基材料层 12外延层
14压电阻 16腔体
18玻璃晶片 30硅基材料层
32绝缘层 34单晶硅层
36压电阻 38腔体
40接合基底 42接合层
44开口
具体实施方式
请参考图4至图8，图4至图8为本发明一优选实施例的制作压力传感器的方法示意图，其中本实施例以压阻式压力传感器为例说明本发明，且为清楚示出本发明的特征，在图中仅绘示出单一压力传感器。如图4所示，首先提供一硅覆绝缘晶片，作为一元件基底，且该硅覆绝缘晶片由下而上依次包含有一硅基材料层30、一绝缘层32(例如一氧化层)与一单晶硅层34。接着在单晶硅层34中制作压力敏感元件，其中压力敏感元件包含有利用离子注入等方式形成的多个压电阻36以及利用光刻与沉积技术形成的连接导线(图未示)等，其中压电阻36可将感测到的压力信号转换为电压信号，再通过连接导线形成惠斯顿电桥由此放大电压信号。
如图5所示，接着于硅基材料层30的背面形成一掩模图案(图未示)，再进行一各向异性干式蚀刻工艺，例如反应性离子深蚀刻工艺、感应耦合等离子体蚀刻工艺、电子回旋共振等离子体蚀刻工艺或X光蚀刻工艺等，蚀刻对应于压力敏感元件的硅基材料层30，并蚀刻停止于绝缘层32。如图6所示，随后进行另一蚀刻工艺，蚀刻暴露出的绝缘层32，并蚀刻停止于单晶硅层34，以形成一腔体38。值得说明的是，由于硅覆绝缘晶片的绝缘层32与单晶硅层30具有良好的蚀刻选择比，因此在蚀刻绝缘层34的过程中不致产生过度蚀刻而造成单晶硅层30受损，故可确保压力敏感元件的品质。此外，利用各向异性蚀刻工艺制作腔体38不必考虑元件基底的晶格方向，同时所制作出的腔体38具有垂直的侧壁，因此可有效缩减压力传感器的面积，进而提升元件集成度。
如图7所示，接着提供一接合基底40，并利用一接合层42将接合基底40与硅基材料层30接合，其中本实施例使用树脂类接合胶或玻璃胶作为接合层42的材料。若使用树脂类接合胶，例如UV胶、苯环丁烯(BCB)、聚酰亚胺(polyimide)、环氧树脂(epoxy)、光致抗蚀剂或干膜(dry film)等作为接合层42的材料，则接合基底40可为任何材料的基底，例如玻璃基底、塑料基底、石英基底或半导体晶片等，特别是在此状况下，接合基底40可使用品质较差的晶片或是报废的晶片，故可大幅降低生产成本。若使用玻璃胶(含有玻璃粉末及溶剂的混合物，或含有玻璃成份的接着剂)作为接合层42的材料，除上述优点的外更可达到良好气密性接合的优点。此外值得说明的是，若接合基底40为硅晶片，由于其与硅基材料层30为同质材料，因此可避免使用玻璃基底所可能产生的热应力问题，并可于后续切割工艺中维持相同的切割速率。
另外，随着压力传感器的应用范围的不同，例如作为血压计用途的压力传感器所使用的接合基底40必须具备有开口。因此如图8所示，在接合基底40与硅基底层30接合后，继续进行一蚀刻工艺，以在接合基底40中形成一开口44。然而值得说明的是，形成开口44的步骤并不局限于腔体38形成之后方可进行。举例来说，也可先将接合基底40利用接合层42接合于硅基材料层30之后，再依次形成开口44与腔体38，特别是在接合基底40的材料为硅晶片的情况下，可利用同一各向异性干性蚀刻工艺一并去除以简化工艺步骤。此外，若接合基底40为塑料基底或玻璃基底，也可预先利用射出技术或机械加工等方式直接制作以节省成本与工艺时间(cycle time)。另外值得说明的是本发明制作压力传感器的方法并不限于制作压阻式压力传感器，而还可用于生产各式压力传感器或具有腔体的微机电元件等。
综上所述，本发明制作压力传感器的方法具有下列优点：
(1)使用硅覆绝缘晶片，可确保压力传感器的可靠度。
(2)利用各向异性干式蚀刻工艺制作腔体，可提升元件集成度。
(3)使用树脂类接合胶或玻璃胶，可提升接合基底材料选择上的弹性，进而避免热应力问题并降低成本。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的等同变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (19)
1、一种制作一压力传感器的方法，包含有：
提供一硅覆绝缘晶片，所述硅覆绝缘晶片包含有一单晶硅层、一绝缘层与一硅基材料层，且所述单晶硅层包含有一压力敏感元件；
去除对应于所述压力敏感元件的所述硅基材料层与所述绝缘层，以形成一腔体；以及
提供一接合基底，并利用一接合层接合所述硅基材料层与所述接合基底。
2、如权利要求1所述的方法，其中去除对应于所述压力敏感元件的所述硅基材料层的步骤利用一各向异性干式蚀刻工艺完成。
3、如权利要求2所述的方法，其中所述各向异性干式蚀刻工艺包含有反应性离子深蚀刻工艺、感应耦合等离子体蚀刻工艺、电子回旋共振等离子体蚀刻工艺或X光蚀刻工艺。
4、如权利要求1所述的方法，其中所述绝缘层为一氧化层。
5、如权利要求1所述的方法，其中所述接合层为一树脂类接合胶。
6、如权利要求1所述的方法，其中所述接合层为一玻璃胶。
7、如权利要求1所述的方法，还包含有在接合所述硅基材料层与所述接合基底之后，再在所述接合基底中形成一对应于所述腔体的开口。
8、如权利要求1所述的方法，还包含有在接合所述硅基材料层与所述接合基底之前，先在所述接合基底中形成一对应于所述腔体的开口。
9、如权利要求1所述的方法，其中所述接合基底为一晶片。
10、如权利要求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、一种制作压力传感器的方法，包含有：
提供一元件基底，且所述元件基底的正面包含有一压力敏感元件；
由所述元件基底的背面去除对应所述压力敏感元件的所述元件基底以形成一腔体；以及
提供一接合基底，并利用一接合层接合所述元件基底与所述接合基底，且所述接合层包含有一树脂类接合胶或一玻璃胶。
12、如权利要求11所述的方法，其中所述元件基底为一硅覆绝缘晶片，其包含有一单晶硅层、一绝缘层与一硅基材料层，且所述压力敏感元件设于所述单晶硅层内。
13、如权利要求12所述的方法，其中形成所述腔体的步骤包含有去除对应于所述压力敏感元件的所述硅基材料层与所述绝缘层。
14、如权利要求13所述的方法，其中去除对应于所述压力敏感元件的所述硅基材料层的步骤利用一各向异性干式蚀刻工艺完成。
15、如权利要求14所述的方法，其中所述各向异性干式蚀刻工艺包含有反应性离子深蚀刻工艺、感应耦合等离子体蚀刻工艺、电子回旋共振等离子体蚀刻工艺或X光蚀刻工艺。
16、如权利要求11所述的方法，还包含有在接合所述元件基底与所述接合基底之后，再在所述接合基底中形成一对应于所述腔体的开口。
17、如权利要求11所述的方法，还包含有在接合所述元件基底与所述接合基底之前，先在所述接合基底中形成一对应于所述腔体的开口。
18、如权利要求11所述的方法，其中所述接合基底为一晶片。
19、如权利要求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。
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