TWI637901B - 利用微機電製程製造多種類氣體偵測器的方法 - Google Patents

Abstract

一種利用微機電製程製造多種類氣體偵測器的方法，其為於一微機電系統晶圓形成複數偵測模組，該些偵測模組各包含有複數單元，該些單元各具有一底槽，再形成一氣體感應材料層於該微機電系統晶圓，該氣體感應材料層具有形成於不同之該單元的氣體感應材料，接著陽極接合一結構強化層與該微機電系統晶圓，且該結構強化層覆蓋住該些底槽，並設置一黏結膠帶於該結構強化層，接著，切割出複數個多種類氣體偵測單元並黏結於一基板上，而形成一多種類氣體偵測器，藉由該結構強化層的設置，可以提高元件的強度，防止崩邊的產生，提高整體良率並降低成本。

Description

利用微機電製程製造多種類氣體偵測器的方法

本發明為有關一種氣體偵測器，尤指一種利用微機電製程製造多種類氣體偵測器的方法。

氣體偵測器係逐漸出現在環保、居家品質監測、醫療以及穿戴式電子產品或智慧型手機等應用，而考量到裝置體積微小化及功能整合的需求，採用微機電技術來製造氣體偵測器乃成為趨勢。

習知以微機電技術所製造的氣體偵測器，如中華民國發明專利公告第I325054號之「具擴散微空腔體之氣體感測器及其製作方法」，包括：一感測單元及一微空腔單元，該感測單元包括有一感測基材，該感測基材具有一上表面與一下表面，該上表面設置有一第一感測電極，而該下表面設置有一第二感測電極，其中該感測基材內部埋設有複數個傳導電極與複數個加熱器，該傳導電極與該加熱器連接，該微空腔單元固設於該感測單元上方，並於該微空腔單元與該感測基材間形成一微空腔，該微空腔單元上係設有一擴散孔。

若欲以微機電製程製造具備多種類氣體感測器的感測模組時，則需要重複或獨立進行多次製造單種類氣體感測器的步驟，並將其整合於單一基材上，不僅增加製作成本，也拉長製程時間；再者，以傳統氣體感測器來說，均會有凹槽的設計，然而，此凹槽的結構會使得整體元件的強度減低，而於後續加工時，容易在切割時產生崩邊，或導致凹槽內會容易積累切割所產生的殘留物或是清潔液，造成良率下降以及成本的提高。因此，如何解決上述問題，實為相關業者所共同努力的課題。

本發明的主要目的，在於解決傳統以微機電製程製造具備多種類氣體感測器的感測模組時，需要分開製造多個單種類氣體感測器，而導致成本和時間增加的問題。

為達上述目的，本發明提供一種利用微機電製程製造多種類氣體偵測器的方法，包含有以下步驟： S1：提供一微機電系統晶圓，該微機電系統晶圓具複數個彼此相鄰的偵測模組，該些偵測模組各包含有複數個單元，該些單元分別具有一頂部、一自該頂部周緣延伸的側擋部以及一由該頂部、該側擋部圍繞而形成的底槽，該些單元的該些側擋部彼此相連接； S2：形成一氣體感應材料層於該微機電系統晶圓遠離該底槽之一側，該氣體感應材料層具有複數種分別形成於不同之該單元的氣體感應材料； S3：利用陽極接合的方式將一結構強化層與該微機電系統晶圓接合，且該結構強化層覆蓋住該些底槽； S4：設置一黏結膠帶於該結構強化層遠離該微機電系統晶圓之一側； S5：沿著該些偵測模組彼此間的連接處進行切割，並同時切割該結構強化層與該黏結膠帶，而切割出複數個多種類氣體偵測單元；以及 S6：透過該黏結膠帶使該多種類氣體偵測單元黏結於一基板上，而形成一多種類氣體偵測器。

綜上所述，本發明具有以下特點：

一、藉由形成複數種氣體感應材料於不同之該單元上，可以一次切割出具有複數種氣體感應材料的多種類氣體偵測單元，而可以減少製作成本並縮短製程時間。

二、藉由該結構強化層的設置，可以提高整體的強度，防止該微機電系統晶圓於切割時產生崩邊的問題，而可提高整體良率並降低成本。

三、利用陽極接合的方式進行接合，可以減輕因加熱而對該微機電系統晶圓造成的損傷，且無須利用黏結劑，使該結構強化層與該微機電系統晶圓接合的平整度高，不會有傾斜的問題。

四、相較於習知利用液態接著劑黏結，本發明利用該黏結膠帶直接黏結於該基板，不會有溢膠或是塗佈不均而造成該氣體偵測單元傾斜的問題。

有關本發明的詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下：

請參閱「圖1」及「圖2A」至「圖2G」所示，本發明為一種利用微機電製程製造多種類氣體偵測器60的方法，包含有以下步驟：

步驟S1：搭配參閱「圖2A」所示，提供一微機電系統晶圓10，該微機電系統晶圓10具複數個彼此相鄰的偵測模組10a，該些偵測模組10a各包含有複數個單元11，該些單元11分別具有一頂部111、一側擋部112以及一底槽113，該側擋部112自該頂部111周緣延伸，並與該頂部111圍繞而形成的該底槽113，且該些單元11的該些側擋部112彼此相連接，而於本實施例中，該微機電系統晶圓10的材質為矽，該底槽113係為利用蝕刻的方式製成，但不以此為限。

步驟S2：搭配參閱「圖2B」所示，形成一氣體感應材料層90於該微機電系統晶圓10遠離該底槽113之一側，且該氣體感應材料層90具有複數種不同的氣體感應材料91，該些氣體感應材料91分別形成於不同之該單元11上，而可以感測不同的氣體。本實施例是以四種不同的氣體感應材料91做為舉例，但亦可以根據需求而做增減。

步驟S3：搭配參閱「圖2C」所示，利用陽極接合的方式將一結構強化層20與該微機電系統晶圓10接合，且該結構強化層20覆蓋住該些底槽113，陽極接合可以減輕因加熱而對該微機電系統晶圓10造成的損傷，且無須利用黏結劑，使該結構強化層20與該微機電系統晶圓10接合的平整度高，不會有傾斜的問題。此外，本實施例係於負壓的環境下做陽極接合，如此可以減少該底槽113中的空氣，有效的避免空氣熱對流傳熱、集中熱源。而該結構強化層20的材質可以為玻璃、硼矽玻璃或其組合等等，且該結構強化層20的厚度介於1毫米(mm)至0.2毫米(mm)之間。於本發明之一較佳實施例中，該結構強化層20係採用BF33玻璃，而該微機電系統晶圓10的材質為矽。

步驟S4：搭配參閱「圖2D」所示，設置一黏結膠帶30於該結構強化層20遠離該微機電系統晶圓10之一側，該黏結膠帶30可以為黏晶切割膠帶(DAF)或切割膠帶(Dicing tape)，但不以此為限，此外，該黏結膠帶30更包含有一相鄰於該結構強化層20的黏結層31，以及一遠離於該結構強化層20的保護層32，該保護層32係用以防止灰塵沾附到該黏結層31，以保護該黏結層31的黏性。

步驟S5：搭配參閱「圖2E」所示，沿著該些偵測模組10a彼此間的連接處進行切割，並同時切割該結構強化層20與該黏結膠帶30，而切割出複數個多種類氣體偵測單元40，藉由該結構強化層20的設置，可以提高整體元件的強度，防止切割時產生崩邊，提高整體良率並降低成本。且由於該偵測模組10a的該些單元11上具有不同的該些氣體感應材料91，只要切割一次就可以切割出具有複數種氣體感應材料91的多種類氣體偵測單元40，相較於於單片微機電系統晶圓10上形成單一氣體感應材料91，而需要製作多片微機電系統晶圓10來進行組合，本案僅需利用一片晶圓即可以製作出含有多種氣體感應材料91的多種類氣體偵測單元40，而可以減少製作成本並縮短製程時間，同時降低晶圓的庫存。

於本實施例中，係利用一雷射(圖未示)對該微機電系統晶圓10、該結構強化層20、該黏結膠帶30進行切割，且該雷射位於該微機電系統晶圓10遠離該結構強化層20之一側。相較於傳統加工方式，雷射不會產生靜電，且沒有刀削力的作用，可以避免該微機電系統晶圓10、該結構強化層20的損傷及可能殘留的內應力，且雷射可以瞬間完成加工且熱影響區域極小，確保高精密加工及減低熱引起的殘留的內應力，又因雷射加工不需要設置冷卻液，可以減少後續清潔問題及衍生的耗材所造成的污染。

此外，該黏結膠帶30可以確實黏附住該結構強化層20，防止切割後，該些多種類氣體偵測單元40四處散落的問題，且該雷射透過系統控制並不會切割掉該黏結膠帶30之該保護層32。

步驟S6：最後如「圖2F」及「圖2G」所示，透過該黏結膠帶30使該多種類氣體偵測單元40黏結於一基板50上，而形成一多種類氣體偵測器60，且由於該偵測模組10a的該些單元11彼此相連接，相較於傳統要分別黏結該些單元11，可以提高黏結精準度。於此步驟中，更包含有以下步驟：

步驟S6A：利用一吸引裝置70自該微機電系統晶圓10之一側吸取該多種類氣體偵測單元40，與此同時，更可以利用一推頂裝置80自該黏結膠帶30之一側推頂該氣體偵測單元11，以利於該吸引裝置70吸附住該氣體偵測單元11，並位移對應至該基板50。

步驟S6B：接著下放該氣體偵測單元11至該基板50上，並透過該黏結膠帶30之該黏結層31使該氣體偵測單元11黏結於該基板50上，而形成該氣體偵測器。藉此，透過該黏結膠帶30不會有一般液態接著劑所造成之溢膠或該微機電系統晶圓10傾斜的問題。

綜上所述，本發明具有以下特點：

一、藉由形成不同的氣體感應材料於該偵測模組上，可以感測不同的氣體，且只要切割一次，就可以切割出具有複數種氣體感應材料的多種類氣體偵測單元，而可以減少製作成本並縮短製程時間，同時降低晶圓的庫存。

二、藉由該結構強化層的設置，可以提高整體元件的強度，防止切割時產生崩邊，提高整體良率並降低成本。

三、利用陽極接合的方式來接合該結構強化層與該微機電系統晶圓，可以減輕因加熱而對該微機電系統晶圓造成的損傷，且無須利用黏結劑，使該結構強化層與該微機電系統晶圓接合的平整度高，不會有傾斜的問題。

四、藉由於負壓的環境下做陽極接合，可有效的避免空氣熱對流傳熱、集中熱源。

五、藉由該黏結膠帶的設置，可以防止切割後，該些多種類氣體偵測單元四處散落的問題。

六、利用雷射進行切割，取代傳統加工方式，沒有刀削力的作用，可以避免該微機電系統晶圓、該結構強化層的損傷及可能殘留的內應力，且雷射的精度高、熱影響區域極小又不需要設置冷卻液，可以減少後續清潔問題及衍生的耗材所造成的污染。

以上已將本發明做一詳細說明，惟以上所述者，僅爲本發明的一較佳實施例而已，當不能限定本發明實施的範圍。即凡依本發明申請範圍所作的均等變化與修飾等，皆應仍屬本發明的專利涵蓋範圍內。

10‧‧‧微機電系統晶圓

10a‧‧‧偵測模組

11‧‧‧單元

111‧‧‧頂部

112‧‧‧側擋部

113‧‧‧底槽

20‧‧‧結構強化層

30‧‧‧黏結膠帶

31‧‧‧黏結層

32‧‧‧保護層

40‧‧‧多種類氣體偵測單元

50‧‧‧基板

60‧‧‧多種類氣體偵測器

70‧‧‧吸引裝置

80‧‧‧推頂裝置

90‧‧‧氣體感應材料層

91‧‧‧氣體感應材料

S1~S6、S6A、S6B‧‧‧步驟

圖1，為本發明一實施例的流程示意圖。 圖2A~2G，為本發明一實施例的局部剖面製作流程示意圖。

Claims (8)

1. 一種利用微機電製程製造多種類氣體偵測器的方法，包含有以下步驟：S1：提供一微機電系統晶圓，該微機電系統晶圓具複數個彼此相鄰的偵測模組，該些偵測模組各包含有複數個單元，該些單元分別具有一頂部、一自該頂部周緣延伸的側擋部以及一由該頂部、該側擋部圍繞而形成的底槽，該些單元的該些側擋部彼此相連接；S2：形成一氣體感應材料層於該微機電系統晶圓遠離該底槽之一側，該氣體感應材料層具有複數種分別形成於不同之該單元的氣體感應材料；S3：利用陽極接合的方式將一結構強化層與該微機電系統晶圓接合，且該結構強化層覆蓋住該些底槽；S4：設置一黏結膠帶於該結構強化層遠離該微機電系統晶圓之一側；S5：沿著該些偵測模組彼此間的連接處進行切割，並同時切割該結構強化層與該黏結膠帶，而切割出複數個多種類氣體偵測單元；以及S6：透過該黏結膠帶使該多種類氣體偵測單元黏結於一基板上，而形成一多種類氣體偵測器；其中，於步驟S6之中，更包含有以下步驟；S6A：利用一吸引裝置自該微機電系統晶圓之一側吸取該多種類氣體偵測單元，並位移對應至該基板；以及S6B：透過該黏結膠帶使該多種類氣體偵測單元黏結於該基板上，而形成該多種類氣體偵測器。
2. 如申請專利範圍第1項所述之利用微機電製程製造多種類氣體偵測器的方法，其中該結構強化層的材質選自於玻璃、硼矽玻璃及其組合所組成之群組。
3. 申請專利範圍第1項所述之利用微機電製程製造多種類氣體偵測器的方法，其中該結構強化層、該微機電系統晶圓係於負壓的環境下做陽極接合。
4. 如申請專利範圍第1項所述之利用微機電製程製造多種類氣體偵測器的方法，其中於步驟S5中，係利用一雷射對該微機電系統晶圓、該結構強化層、該黏結膠帶進行切割，該雷射位於該微機電系統晶圓遠離該結構強化層之一側。
5. 如申請專利範圍第1項所述之利用微機電製程製造多種類氣體偵測器的方法，其中該黏結膠帶為黏晶切割膠帶或切割膠帶。
6. 如申請專利範圍第1項所述之利用微機電製程製造多種類氣體偵測器的方法，其中該結構強化層的厚度介於1毫米至0.2毫米之間。
7. 如申請專利範圍第1項所述之利用微機電製程製造多種類氣體偵測器的方法，其中於步驟S6A中，更利用一推頂裝置自該黏結膠帶之一側推頂該多種類氣體偵測單元。
8. 如申請專利範圍第1項所述之利用微機電製程製造多種類氣體偵測器的方法，其中該黏結膠帶更包含有一相鄰於該結構強化層的黏結層，以及一遠離於該結構強化層的保護層。