TW201347104A - 導管晶粒及其製造方法 - Google Patents

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Sisira Kankanam Gamage
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Gen Electric
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Abstract

本發明提供一種導管晶粒且該導管晶粒包含一裝置層，該裝置層界定一腔且包含靠近該腔以可操作方式安置之一壓阻壓力感測器及具有一開口且安置於該裝置層之一上表面上以使得該壓阻壓力感測器之一部分透過該開口而曝露之一絕緣體。該導管晶粒進一步包含：一絕緣層，其接合至該裝置層之一下表面；以及第一及第二接合墊，該第一接合墊經由該開口電耦合至該壓阻壓力感測器之該部分且該第二接合墊安置於該絕緣層上。

Description

導管晶粒及其製造方法
本文中所揭示之標的物係關於一種導管晶粒及一種製造用於壓力感測之一導管晶粒之方法。
一壓力感測器通常量測氣體或液體之壓力。壓力係使一流體停止擴展所需要之力之一表達且通常按照每單位面積之力來陳述。一壓力感測器通常充當一傳感器，此乃因其產生隨所施加之壓力而變之一信號。此一信號可係一電信號或電流。
存在兩種基本類別之壓力感測器。此等壓力感測器係力收集器類型，其通常使用一力收集器(諸如一隔膜、活塞、布頓式管或風箱)來量測由於在一區域上方所施加之力或壓力而產生之張力或偏轉，及其他類型，其使用其他性質(諸如密度)來推斷氣體或流體壓力。一壓電壓力感測器係一力收集器類型之壓力感測器且使用特定材料(諸如石英)中之壓電效應來量測由於壓力而產生之一感測機構上之張力。
根據本發明之一項態樣，提供一種導管晶粒且該導管晶粒包含一裝置層，該裝置層界定一腔且包含靠近該腔以可操作方式安置之一壓阻壓力感測器及具有一開口且安置於該裝置層之一上表面上以使得該壓阻壓力感測器之一部分透過該開口而曝露之一絕緣體。該導管晶粒進一步包含：一絕緣層，其接合至該裝置層之一下表面；以及第一及第二接合墊，該第一接合墊經由該開口電耦合至該壓阻壓力感測器 之該部分且該第二接合墊安置於該絕緣層上。
根據本發明之另一態樣，提供一種導管晶粒且該導管晶粒包含：一裝置層，其界定一腔且包含靠近該腔以可操作方式安置之一壓阻壓力感測器及具有一開口且安置於該裝置層之一上表面上以使得該壓阻壓力感測器之一部分透過該開口而曝露之一絕緣體；一絕緣層，其接合至該裝置層之下表面；一第一接合墊，其經由該開口電耦合至該壓阻壓力感測器之該部分；一第二接合墊，其安置於該絕緣層上且經由佈線電耦合至該第一接合墊；及一外部連接器，其在距該佈線一距離處電耦合至該第二接合墊。
根據本發明之又一態樣，提供一種製造一導管晶粒之方法且該方法包含：在具有上表面及下表面之一裝置層中形成至少自該上表面凹入之一腔及靠近該腔以可操作方式安置之一壓阻壓力感測器；將具有一開口之一絕緣體安置於該裝置層上以曝露該壓阻壓力感測器之一部分；將一絕緣層接合至該裝置層之該下表面；及經由該開口將一第一接合墊電耦合至該壓阻壓力感測器之該部分且將一第二接合墊安置於該絕緣層上。
自結合圖式之以下說明將更明瞭此等及其他優點及特徵。
10‧‧‧導管晶粒
20‧‧‧第一裝置層
21‧‧‧主體
22‧‧‧上表面
23‧‧‧下表面
25‧‧‧腔
30‧‧‧第二裝置層
31‧‧‧主體
32‧‧‧上表面
33‧‧‧下表面
34‧‧‧隔膜
35‧‧‧壓阻壓力感測器
36‧‧‧絕緣體
37‧‧‧開口
40‧‧‧絕緣層
41‧‧‧主體
42‧‧‧上表面
43‧‧‧下表面
50‧‧‧第一接合墊
60‧‧‧第二接合墊
70‧‧‧通氣通道
100‧‧‧晶圓
101‧‧‧第一裝置層
102‧‧‧第一埋入式氧化物層
103‧‧‧第一處置層
110‧‧‧晶圓
111‧‧‧第二裝置層
112‧‧‧第二埋入式氧化物層
113‧‧‧第二處置層
120‧‧‧腔
130‧‧‧隔膜
140‧‧‧第一絕緣體
141‧‧‧第二絕緣體
150‧‧‧壓阻壓力感測器
151‧‧‧互連部分
160‧‧‧開口
170‧‧‧第一接合墊
180‧‧‧第一通孔
181‧‧‧第二通孔
190‧‧‧絕緣層
200‧‧‧第二接合墊
300‧‧‧佈線
351‧‧‧部分
400‧‧‧焊料接合
401‧‧‧部分
500‧‧‧外部連接器
1011‧‧‧上表面
1012‧‧‧下表面
1031‧‧‧下表面
1111‧‧‧上表面
1112‧‧‧下表面
1901‧‧‧上表面
在本說明書結尾處之申請專利範圍中特別指出並明確主張被視為本發明之標的物。自結合隨附圖式之以下詳細說明將明瞭本發明之前述及其他特徵及優點，隨附圖式中：圖1係根據本發明之實施例之一導管晶粒之一側視圖；圖2係根據本發明之替代實施例之一導管晶粒之一側視圖；圖3係一晶圓之一側視圖；圖4係一晶圓之一側視圖；圖5係形成於圖3之晶圓中之一腔之一側視圖； 圖6係圖3及圖4之晶圓之一總成之一側視圖；圖7係其中若干層經移除之圖6之總成之一側視圖；圖8係其中絕緣體經形成之圖6之總成之一側視圖；圖9係其中一壓阻壓力感測器及一互連部分靠近腔而形成之圖8之總成之一側視圖；圖10係其中一開口形成於絕緣體中以曝露互連部分之一部分之圖9之總成之一側視圖；圖11係經由開口電耦合至互連部分之一接合墊之一側視圖；圖12係其中通孔經形成之圖11之總成之一側視圖；圖13係具有一絕緣層之圖12之總成之一側視圖；圖14係單粒化之後圖13之總成之一側視圖；及圖15係根據本發明之其他實施例之圖1之導管晶粒之一側視圖。
該詳細說明參考圖式以實例方式闡釋本發明之實施例以及優點及特徵。
參考圖1，提供一導管晶粒10且導管晶粒10包含一第一裝置層20、一第二裝置層30、一絕緣層40、一第一接合墊50及一第二接合墊60。第一裝置層20具有一主體21，主體21具有一上表面22及與上表面22相對之一下表面23。第一裝置層20亦經形成以界定其中之一腔25，腔25至少自上表面22凹入。
第二裝置層30具有一主體31，主體31具有一上表面32及與上表面32相對之一下表面33。第二裝置層30之下表面33接合至第一裝置層20之上表面22從而至少在上表面22處將腔25密封。第二裝置層30進一步包含界定於腔25上面之一隔膜34及靠近隔膜34及腔25以可操作方式安置之一壓阻壓力感測器35以及一絕緣體36。絕緣體36安置於第二裝置層30之上表面32上且具有界定於其中之一開口37，開口37曝露壓阻 壓力感測器35之一部分351。
絕緣層40具有一主體41，主體41具有一上表面42及與上表面42相對之一下表面43。絕緣層40之上表面42接合至第一裝置層20之下表面23以提供導管晶粒10之支撐、穩定性及強度。第一接合墊50由導電材料形成且電耦合至經由開口37曝露之壓阻壓力感測器35之部分351。第二接合墊60類似地由導電材料形成且安置於絕緣層40上。如將在下文參考圖15闡述，第一接合墊50與第二接合墊60可經由一線接合彼此電耦合，其中第二接合墊60進一步電耦合至一外部連接。
根據實施例，絕緣層40在表面積方面實質上比第一裝置層20或第二裝置層30大。因此，絕緣層40之一部分401自第一裝置層20及第二裝置層30之邊界向外延伸以使得上表面42可至少部分地曝露。第二接合墊60可安置於(舉例而言)部分地曝露之上表面42之部分上。因此，第二接合墊60可實質上比第一接合墊50長。
在此構造之情況下，腔25可界定為一真空或具有一已知、預定義內部壓力。在任一情形中，當導管晶粒10曝露至未知氣氛條件時，腔25之一內部與導管晶粒10之一外部之間的一壓力差可足以致使第二裝置層30之隔膜34取決於腔25之內部之壓力低於還是高於導管晶粒10之外部之壓力而向內或向外彎曲。隔膜34之此彎曲施加一張力至壓阻壓力感測器35且在其中誘發一電流。藉由將適當電路耦合至壓阻壓力感測器35，可判定此電流之一量值，且因此可計算腔25之外部處之一壓力。
根據替代實施例且參考圖2，一通氣通道70可形成於絕緣層40中。如圖2中所展示，腔25可自第一裝置層20之上表面22及下表面23兩者凹入。因此，通氣通道70可經由靠近下表面23之一互連與腔25流體連通以便可主動地控制腔25內之一壓力。
根據其他實施例，應理解第一裝置層20及第二裝置層30可形成 或以其他方式提供為一單個裝置層。此外，儘管第一裝置層20及第二裝置層30之一組合厚度可係大約390 μm或更小，但第二裝置層30之一厚度可係大約1 μm至4.5 μm或更小。類似地，絕緣層40之一厚度可係大約390 μm或更小，但應理解至少此厚度可係實質上可變的。
根據另外其他實施例，第一裝置層20及第二裝置層30可各自由一半導電材料(諸如矽)形成，而絕緣層40可由玻璃或某一其他非導電材料形成。
參考圖3至圖15，將在下文提供製造如上文所闡述之一導管晶粒之一方法。應理解，為清晰及簡潔起見，說明將一般而言係關於圖1中所展示之導管晶粒10之例示性實施例。製造如圖2中所展示之具有通氣通道70之導管晶粒10之方法係實質上類似的且不需要單獨闡述。
如圖3及圖4中所展示，該方法首先包含形成具有一第一裝置層101之一晶圓100(參見圖3)及具有一第二裝置層111之一晶圓110(參見圖4)。晶圓100可形成為一絕緣體上矽(SOI)晶圓，其中第一裝置層101具有一上表面1011及一下表面1012且由一n型或p型半導體(亦即，矽)形成。第一裝置層101安置於一第一埋入式氧化物層102上，第一埋入式氧化物層102本身安置於一第一處置層103上。第一處置層103可由一n型或p型半導體形成。晶圓110可形成為一絕緣體上矽(SOI)晶圓，其中第二裝置層111具有一上表面1111及一下表面1112且由一n型半導體(亦即，矽)形成。第二裝置層111安置於一第二埋入式氧化物層112上，第二埋入式氧化物層112本身安置於一第二處置層113上。第二處置層113可由一n型或p型半導體形成。
如圖5中所展示，一腔120形成於第一裝置層101中。腔120被圖解說明為三角形且自第一裝置層101之上表面1011凹入，但應理解此僅係例示性的且腔120可具有各種形狀及大小。根據實施例，腔120可由一濕式蝕刻製程(諸如氫氧化鉀(KOH)蝕刻或氫氧化四甲銨(TMAH) 蝕刻)或一乾式蝕刻製程(諸如深反應離子蝕刻(DRIE))形成。
參考圖6及圖7，晶圓110經反轉且第二裝置層111之上表面1111與第一裝置層101之上表面1011接合以使得第二裝置層111在第一裝置層101之上表面1011處將腔120密封(參見圖6)。可將此操作進行為在大約900℃至1200℃之一升高溫度下之一矽熔融接合製程。在接合之後，如圖7中所展示，藉由一濕式蝕刻製程(諸如KOH蝕刻或TMAH蝕刻)移除第二處置層113且藉由濕式或乾式蝕刻移除第二埋入式氧化物層112以使得第二裝置層111之下表面1112曝露且現在位於腔120上面之第二裝置層111之一部分界定為一隔膜130。
參考圖8，一第一絕緣體140安置於第二裝置層111之現在曝露之下表面1112上且一第二絕緣體141安置於第一處置層103之一下表面1031上。第一絕緣體140及第二絕緣體141可各自提供為一鈍化層，諸如(舉例而言)一層二氧化矽或某一其他非導電材料。第一絕緣體140及第二絕緣體141之安置可藉由沈積或生長製程達成。
參考圖9及圖10，然後在第二裝置層111中形成一壓阻壓力感測器150及其一互連部分151以使得壓阻壓力感測器150靠近腔120及隔膜130以可操作方式安置(參見圖9)。壓阻壓力感測器150及互連部分151之形成可包含p型摻雜劑擴散及植入中之至少一或多者。此時，第一絕緣體140使壓阻壓力感測器150與互連部分151絕緣。因此，一開口160可藉由濕式或乾式蝕刻中之至少一或多者界定於第一絕緣體140中以使得壓阻壓力感測器150之至少互連部分151透過開口160而曝露(參見圖10)。
參考圖11及圖12，一第一接合墊170經由開口160電耦合至壓阻壓力感測器150之互連部分151(參見圖11)。可藉由一金屬化製程(包含，舉例而言，一適合金屬或金屬合金(亦即，鋁)之沈積處理)進行此操作。此時，如圖12中所展示，可藉由一濕式蝕刻製程(諸如KOH蝕 刻或TMAH蝕刻)移除第一處置層103。然後可在第一絕緣體140中蝕刻一第一通孔180，可藉由濕式蝕刻、乾式蝕刻或濕式與幹式蝕刻之一組合在第二裝置層111及第一裝置層101中蝕刻一第二通孔181且可藉由濕式或乾式蝕刻移除第一埋入式氧化物層102。
參考圖13，然後將一絕緣層190接合至第一裝置層101之下表面1011。絕緣層190可由玻璃或另一適合非導電材料形成且可具有接合至其之由導電材料形成之一第二接合墊200。根據實施例，第二接合墊200可預先安置於絕緣層190之一上表面1901上以使得第二接合墊200透過第一通孔180及第二通孔181而曝露。
一旦絕緣層190經接合至第一裝置層101之下表面1011，便可進行原本將有損壞上文所闡述之元件之風險之額外處理操作。此等額外處理操作可包含(舉例而言)將第二接合墊200電耦合至第一接合墊170及(參考圖14)單粒化處理。在單粒化處理期間，將導管晶粒10自額外材料切下或切掉，該額外材料可在額外導管晶粒之處理中使用。
根據本發明之其他態樣且參考圖1及圖15，圖1之導管晶粒10可進一步具備經組態以將第一接合墊50電耦合至第二接合墊60之一第一端之佈線300(諸如一線接合)。另外，如圖15中所展示，導管晶粒10可包含用於將一外部連接器500電耦合至第二接合墊60之一第二端之一焊料接合400。在此情形中，佈線300與焊料接合400之間的一距離D可係可變的且長達1 mm或更大，其中絕緣層40實質上長於第一裝置層20、第二裝置層30及絕緣層40之厚度。
另外，仍參考圖1及圖15，應理解導管晶粒10可包含多個壓阻壓力感測器35及對應數目個第一接合墊50及第二接合墊60以及對應數目個焊料接合400及外部連接器500。多個第一接合墊50可以一軸向交錯形式安置於絕緣體36上，因此要求多個第二接合墊60亦以一對應交錯形式安置。在此等情形中，多個焊料接合400及多個外部連接器500亦 可以一對應交錯形式安置。另一選擇係，若距離D足夠長(例如，其中大部分軸向位移之接合墊對與對應焊料接合400分離)，則多個焊料接合400及多個外部連接器500可以一對準形式安置。
儘管僅已結合有限數目個實例性詳細闡述了本發明，但應容易地理解本發明並不限於此等所揭示之實施例。相反，本發明可經修改以併入此前並未闡述但與本發明之精神及範疇相稱之任何數目個變化形式、更改形式、替代形式或等效配置。另外，儘管已闡述本發明之各種實施例，但應理解，本發明之態樣可僅包含所闡述之實施例中之某些實施例。因此，不應將本發明視為受前述說明限制，而僅受隨附申請專利範圍之範疇限制。
10‧‧‧導管晶粒
20‧‧‧第一裝置層
21‧‧‧主體
22‧‧‧上表面
23‧‧‧下表面
25‧‧‧腔
30‧‧‧第二裝置層
31‧‧‧主體
32‧‧‧上表面
33‧‧‧下表面
34‧‧‧隔膜
35‧‧‧壓阻壓力感測器
36‧‧‧絕緣體
37‧‧‧開口
40‧‧‧絕緣層
41‧‧‧主體
42‧‧‧上表面
43‧‧‧下表面
50‧‧‧第一接合墊
60‧‧‧第二接合墊
351‧‧‧部分
401‧‧‧部分

Claims (20)

  1. 一種導管晶粒，其包括：一裝置層，其界定一腔且包含靠近該腔以可操作方式安置之一壓阻壓力感測器及具有一開口且安置於該裝置層之一上表面上以使得該壓阻壓力感測器之一部分透過該開口而曝露之一絕緣體；一絕緣層，其接合至該裝置層之一下表面；第一及第二接合墊，該第一接合墊經由該開口電耦合至該壓阻壓力感測器之該部分且該第二接合墊安置於該絕緣層上。
  2. 如請求項1之導管晶粒，其中該絕緣層經形成以界定與該腔流體連通之通氣通道。
  3. 如請求項1之導管晶粒，其中該裝置層之一厚度係大約390 μm或更小。
  4. 如請求項1之導管晶粒，其中該絕緣層之一厚度係大約390 μm或更小。
  5. 如請求項1之導管晶粒，其中該裝置層包括矽且該絕緣層包括玻璃。
  6. 一種導管晶粒，其包括：一裝置層，其界定一腔且包含靠近該腔以可操作方式安置之一壓阻壓力感測器及具有一開口且安置於該裝置層之一上表面上以使得該壓阻壓力感測器之一部分透過該開口而曝露之一絕緣體；一絕緣層，其接合至該裝置層之下表面；一第一接合墊，其經由該開口電耦合至該壓阻壓力感測器之該部分； 一第二接合墊，其安置於該絕緣層上且經由佈線電耦合至該第一接合墊；及一外部連接器，其在距該佈線一距離處電耦合至該第二接合墊。
  7. 如請求項6之導管晶粒，其中該絕緣層經形成以界定與該腔流體連通之通氣通道。
  8. 如請求項6之導管晶粒，其中該裝置層之一厚度係大約390 μm或更小。
  9. 如請求項6之導管晶粒，其中該絕緣層之一厚度係大約390 μm或更小。
  10. 如請求項6之導管晶粒，其中該第一裝置層包括一n型及一p型半導體中之至少一者，該第二裝置層包括一n型半導體且該絕緣層包括玻璃。
  11. 如請求項6之導管晶粒，其中該外部連接器與該佈線之間的該距離係1 mm或更大。
  12. 一種製造一導管晶粒之方法，其包括：在具有上表面及下表面之一裝置層中形成至少自該上表面凹入之一腔及靠近該腔以可操作方式安置之一壓阻壓力感測器；將具有一開口之一絕緣體安置於該裝置層上以曝露該壓阻壓力感測器之一部分；將一絕緣層接合至該裝置層之該下表面；及經由該開口將一第一接合墊電耦合至該壓阻壓力感測器之該部分且將一第二接合墊安置於該絕緣層上。
  13. 如請求項12之方法，其中該腔之該形成包括濕式及乾式蝕刻中之至少一或多者。
  14. 如請求項12之方法，其中該絕緣體之該安置包括沈積及生長一 鈍化層中之至少一或多者。
  15. 如請求項12之方法，其中該壓阻壓力感測器之該形成包括摻雜劑擴散及植入中之至少一或多者。
  16. 如請求項12之方法，其進一步包括藉由濕式及乾式蝕刻中之至少一或多者界定該開口。
  17. 如請求項12之方法，其中該第一接合墊至該壓阻壓力感測器之該部分之該電耦合包括沈積處理。
  18. 如請求項12之方法，其中在該絕緣層至該裝置層之該下表面之該接合之前進行該第二接合墊在該絕緣層上之該安置且其包括：在該絕緣體中蝕刻一第一通孔；及在該裝置層中蝕刻一第二通孔。
  19. 如請求項12之方法，其進一步包括單粒化處理。
  20. 如請求項12之方法，其進一步包括在該絕緣層中界定與該腔流體連通之通氣通道。
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