TWI515418B - 用於壓力測試器之自我測試結構及其方法 - Google Patents

Description

用於壓力測試器之自我測試結構及其方法

本發明提供一種用於壓力感測器之自我測試結構，特別是有關一種用於晶圓級壓力測試器中可以有效降低測試成本及提升檢測效率之自我測試結構。

由於現今微機電元件應用層面愈趨勃蓬廣泛，並且半導體技術發展亦日趨成熟，導致微機電元件售價逐年遞減，而其中元件測試成本卻因所需之高價測試機台而難以降低，致使無法有效降低整體成本。

尤其是目前一般在晶圓等級元件測試時，往往必須藉由利用測試機台及其所需之測設環境進行測試，特別在壓力感測器之測試過程中，其傳統測試方式必需要透過測試機台建立真空腔體或實際給予外部壓力來進行元件檢測，如此則導致無法有效降低測試成本，從而難以提升市場競之力及達到利潤最大化的目標。

有鑑於上述問題，因此亟需提出具有高效率及高效益之晶圓層級的自我測試結構。

本發明之一目的為提供一種用於壓力感測器之自我測試結構。

根據本發明之一實施例，一種用於壓力感測器之自我測試結構包含一基板、複數個薄膜層、一固定部、一電熱單元及一感測電路單元。薄膜層堆疊形成於基板上。固定部設於薄膜層上方，其中固定部包含一凹槽，且凹槽與薄膜層之間形成一腔體。電熱單元形成於其中之一薄膜層中，感測電路單元形成於其中另一薄膜層中，其中電熱單元根據一輸入電壓予以加熱提高腔體壓力，使薄膜層產生一微變形，而感測電路單元則根據微變形輸出一測試訊號。

本發明之另一目的為提供一種用於壓力感測器之自我測試結構之方法。

依據本發明之另一實施例，一種用於壓力感測器之自我測試結構之方法包含下列步驟：首先，提供一輸入電壓至一自我測試結構；其次，加熱提高腔體壓力，使薄膜層產生微變形；再者，根據微變形對應輸出一測試訊號。

100‧‧‧自我測試結構

110‧‧‧基板

112‧‧‧開口

120‧‧‧薄膜層

120a-120g‧‧‧薄膜層

122b-122e‧‧‧金屬層

122g‧‧‧金屬層

124‧‧‧穿孔

124a-124f‧‧‧穿孔

126‧‧‧輸入端

130‧‧‧固定部

131‧‧‧凹槽

132‧‧‧腔體

140‧‧‧電熱單元

150‧‧‧感測電路單元

160‧‧‧輸入電壓

170‧‧‧測試訊號

240‧‧‧電熱單元

242‧‧‧金屬環件

242a-242b‧‧‧金屬環件

243‧‧‧缺口

243a-243b‧‧‧缺口

244‧‧‧矩形金屬片

340‧‧‧電熱單元

342‧‧‧金屬件

344‧‧‧饋入點

440‧‧‧電熱單元

442‧‧‧金屬件

444‧‧‧饋入點

520‧‧‧薄膜層

550‧‧‧感測電路單元

552‧‧‧多晶矽層

554a-554d‧‧‧電阻元件

600‧‧‧方法

610‧‧‧步驟

620‧‧‧步驟

630‧‧‧步驟

R1-R4‧‧‧電阻

Vdc‧‧‧直流電壓入端

Vout1‧‧‧電壓輸出端

Vout2‧‧‧電壓輸出端

第一圖係繪示依據本發明一實施例之用於壓力感測器之自我測試結構的剖面示意圖。

第二A圖與第二B圖係分別繪示依據本發明另一實施例之電熱單 元之上視圖。

第三圖係繪示依據本發明另一實施例之電熱單元之上視圖。

第四圖係繪示依據本發明另一實施例之電熱單元之上視圖。

第五A圖及第五B圖係分別繪示依據本發明之另一實施例之感測電路單元的示意圖及其等效電路圖。

第六圖係繪示依照本發明另一實施例之一種用於壓力感測器之自我測試結構之方法流程圖。

為了使本發明之敘述更加詳盡與完備，可參照所附之圖式及以下所述各種實施例，圖式中相同之號碼代表相同或相似之元件。另一方面，眾所週知的元件與步驟並未描述於實施例中，以避免造成本發明不必要的限制。

請參照第一圖，其為依據本發明一實施例之用於壓力感測器之自我測試結構100的剖面示意圖。自我測試結構100包含一基板110、複數個薄膜層120、一固定部130、一電熱單元140及一感測電路單元150。薄膜層120堆疊形成於基板110上。固定部130設於薄膜層120上，其中固定部130包含一凹槽131，且凹槽131與薄膜層120之間形成一腔體132。電熱單元140形成於其中之一薄膜層120f中，感測電路單元150形成於其中另一薄膜層120a中，其中電熱單元140根據一輸入電壓(Vin)160予以加熱提高腔體壓力，使薄膜層120產生一微變形，而感測電路單元150則根據微變形輸出一測試 訊號170。在一實施例中，電熱單元140為一金屬材質，例如：鋁等具較佳導熱性之金屬。

因此，當電熱單元140接收輸入電壓(Vin)160，並據以加熱時，腔體132中的溫度亦將隨之升高，以提高腔體壓力，進而對薄膜層120施予一外部應力致使產生微變形，其中是由最靠近腔體132之薄膜層120g開始受應力產生微變形，以提供薄膜應力至與其相鄰接之薄膜層120f，使薄膜層120f產生微變形，從而相同地使薄膜層120a-120e依排列順序以產生微變形。如此一來，感測電路單元150則可立即透過感應檢測薄膜層120a之微變形，以產生測試訊號170，以迅速有效判讀薄膜是否良好完整。

更進一步地說，本實施例係使用互補金氧半(Complementary MetalOxide Semiconductor；CMOS)微機電系統(Micro Electro-Mechanical System；MEMS)的製程方式，將薄膜層120a-120g依序堆疊形成於基板110上，而薄膜層120的材質為氧化矽，其中電熱單元140係藉由薄膜層120f中之金屬層予以設計形成，相似地，感測電路單元150亦是藉由薄膜層120a中之金屬層予以設計形成。另外，如第一圖所示，薄膜層120b-120e及薄膜層120g亦可依實際需求而分別對應形成具有金屬層122b-122e及金屬層122g。然而，任何熟悉此技藝者，應能明瞭到本實施中雖以上述之薄膜層120a-120g堆疊排列結構配置予以闡述薄膜層120與電熱單元140及感測電路單元150之間的發明技術特徵，惟本發明之薄膜層個數及其配置不以此為限。

在一實施例中，基板110具有一開口112，其中開口112的位置大致配置對應於薄膜層120中之金屬層122b-122e的位置。

此外，在另一實施例中，薄膜層120可包含穿孔124。如第一圖所示，薄膜層120a-120f分別具有穿孔124a-124f，用以將自輸入端126輸入之輸入電壓(Vin)160，依序傳送至電熱單元140中。

請參考第二A圖及第二B圖，其分別繪示依據本發明之另一實施例之電熱單元之上視圖。如第二A圖所示，電熱單元240為一環狀結構。電熱單元240包含一金屬環件242、一矩形金屬片244及一饋入點246，其中金屬環件242具有一缺口243，饋入點246配置於金屬環件242之一端，用以接收輸入電壓160。再者，金屬環件242設置環繞於矩形金屬片244。更具體地說，第二A圖係繪示一種具有單環之環狀結構。

相似地來說，第二B圖則繪示具有雙環之環狀結構。如第二B圖所示，電熱單元240包含兩金屬環件242a-242b、一矩形金屬片244及兩饋入點246a-246b，其中金屬環件242a-242b分別具有一缺口243a-243b，而饋入點246a-246b則分別對應配置於金屬環件242a-242b之各一端，並且金屬環件242a-242b併行設置環繞於矩形金屬片244。

請參考第三圖，其繪示依據本發明之另一實施例之電熱單元之上視圖。電熱單元340為一蜿蜒狀結構。電熱單元340包含一 金屬件342及一饋入點344，其中金屬件342具有蜿蜒狀外觀，而饋入點344配置於金屬件342之一端。

請再參考第四圖，其繪示依據本發明之另一實施例之電熱單元之上視圖。電熱單元440為一迴圈狀結構。電熱單元440包含一金屬件442及一饋入點444，其中金屬件442具有迴圈狀外觀，而饋入點444配置於金屬件442之一端。

接著，請同時參考第五A圖及第五B圖，係分別根據本發明之一實施例之感測電路單元550的示意圖及其等效電路圖°如第五A圖所示，感測電路單元550包含一惠斯同電橋電路。更具體地說，感測電路單元550具有一多晶矽層552及四個電阻元件554a-554d，而電阻元件554a-554d相連接以形成惠斯同電橋電路於多晶矽層552之表面，其中電阻元件554a-554d之電阻值具有隨施加之變形而變化之性質，拉伸變形時電阻值增加，壓縮變形時電阻值減少。

此外，感測電路單元550更包含一直流電壓入端(Vdc)、兩個電壓輸出端(Vout1及Vout2)，其中直流電壓入端Vdc同時連接至電阻元件554a之一端及電阻元件554d之一端，在此實施例中，係施予5伏特之直流電壓值；電壓輸出端Vout1同時連接至電阻元件554a之另一端及電阻元件554b之一端；電壓輸出端Vout2則同時連接至電阻元件554c之一端及電阻元件554d之另一端。此外，電阻元件554b之另一端及電阻元件554c之另一端皆接地。

如第五B圖所示，電阻元件554a-554d分別對應等效為電阻R1-R4。感測電路單元550藉由檢測兩電壓輸出端Vout1及Vout2之輸出電壓值，以檢視電阻R1-R4因腔體壓力而產生之變化值，進而判讀薄膜層520是否皆完整。舉例來說，當其中之一薄膜層有缺陷不完整時，則電阻R1-R4之電阻值將不產生變化，即電壓輸出端Vout1及Vout2之輸出電壓值接近相同。

請參照第六圖，其繪示依照本發明另一實施例之一種用於壓力感測器之自我測試結構之方法600的流程圖。如圖所示，方法600包含步驟610、步驟620與步驟630。然而，關於實施方法600之自我測試結構，由於上述實施例已具體揭露，因此不再重複贅述之。

如第六圖所示，於步驟610中，可提供一輸入電壓至一自我測試結構。於步驟620中，可加熱提高一腔體壓力，使薄膜層產生一微變形。於步驟630中，可根據微變形對應輸出一測試訊號。

更具體地說，於步驟610中，係將輸入電壓提供至自我測試結構中之電熱單元。然而，在一實施例中，可將輸入電壓自一輸入端予以輸入，並且透過薄膜層之穿孔傳送至電熱單元。

然而，在步驟620中，當電熱單元接收輸入電壓時，可據以加熱提高腔體壓力，進而施予腔體氣體受熱加壓所產生之應力至薄膜層上，如此一來薄膜層則將對應產生微變形。

在步驟630中，方法600可透過感測電路單元，以感測薄膜層之微變形，從而輸出一測試訊號。在一實施例中，方法600 使用可等效為一惠斯同電橋電路之感測電路單元，透過檢測其電阻值之變化，判讀是否良好完整，以輸出測試訊號。

因此，藉由依照上述本發明實施例中之用於壓力感測器之自我測試結構及其方法，得以在晶圓級測試時藉由簡易的測試設備予以進行檢測。如此一來，將不僅能大幅降低整體測試成本，並且亦縮短測試時間以增加測試效率。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧自我測試結構

110‧‧‧基板

112‧‧‧開口

120‧‧‧薄膜層

120a-120g‧‧‧薄膜層

122b-122e‧‧‧金屬層

122g‧‧‧金屬層

124‧‧‧穿孔

124a-124f‧‧‧穿孔

126‧‧‧輸入端

130‧‧‧固定部

131‧‧‧凹槽

132‧‧‧腔體

140‧‧‧電熱單元

150‧‧‧感測電路單元

160‧‧‧輸入電壓

170‧‧‧測試訊號

Claims (13)

1. 一種用於壓力感測器之自我測試結構，包含：一基板；複數個薄膜層，堆疊形成於該基板上；一固定部，設於該些薄膜層上方，其中該固定部具有一凹槽，且該凹槽與該些薄膜層形成一腔體；一電熱單元，形成於該其中之一薄膜層中；及一感測電路單元，形成於該其中另一薄膜層中；其中該電熱單元根據一輸入電壓予以加熱提高該腔體壓力，使該些薄膜層產生一微變形，而該感測電路單元則根據該微變形輸出一測試訊號。
2. 如申請專利範圍第1項所述之用於壓力感測器之自我測試結構，其中該電熱單元為一金屬材質。
3. 如申請專利範圍第1項所述之用於壓力感測器之自我測試結構，其中該其中另一薄膜層鄰接於該基板。
4. 如申請專利範圍第1項所述之用於壓力感測器之自我測試結構，其中該基板具有一開口。
5. 如申請專利範圍第1項所述之用於壓力感測器之自我測試結構，其中該些其中之一薄膜層包含一穿孔。
6. 如申請專利範圍第2項所述之用於壓力感測器之自我測試結構，其中該電熱單元具有一環狀外觀。
7. 如申請專利範圍第6項所述之用於壓力感測器之自我測試結構，其中該電熱單元包含一金屬環件、一矩形金屬片，其中該金屬環件具有一缺口，且該金屬環件設置環繞於矩形金屬片。
8. 如申請專利範圍第2項所述之用於壓力感測器之自我測試結構，其中該電熱單元具有一蜿蜒狀外觀。
9. 如申請專利範圍第2項所述之用於壓力感測器之自我測試結構，其中該電熱單元具有一迴圈狀外觀。
10. 如申請專利範圍第1項所述之用於壓力感測器之自我測試結構，其中該感測電路單元包含一惠斯同電橋電路。
11. 一種用於壓力感測器之自我測試方法，其中該壓力感測器具有複數個薄膜層及一固定部，該些薄膜層依序堆疊且該固定部具有一凹槽，並且其中該凹槽與該些薄膜層形成一腔體，該方法包含：提供一輸入電壓至一自我測試結構；藉由形成於該其中之一薄膜層中的一電熱單元，來根據該輸入電壓予以加熱提高該腔體之一腔體壓力，使該些薄膜層產生一微變形；藉由形成於該其中另一薄膜層中的一感測電路單元，來根據該微變形予以對應輸出一測試訊號。
12. 如申請專利範圍第11項所述之用於壓力感測器之自我測試方法，其中提供該輸入電壓之步驟包含：將該輸入電壓自一輸入端予以輸入，並且透過該些薄膜層之一穿孔傳送至一電熱單元。
13. 如申請專利範圍第11項所述之用於壓力感測器之自我測試方法，其中該感測電路單元等效為惠斯同電橋電路。