TWI718980B - 整合式感測裝置與其製造方法 - Google Patents

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Abstract

提供一種整合式感測裝置。整合式感測裝置包含一基板，基板具有一第一接墊與一第二接墊。整合式感測裝置也包含一隔絕層，隔絕層設置於基板上並裸露第一接墊的部分頂表面與第二接墊的部分頂表面。整合式感測裝置更包含一第一感測結構與一第二感測結構，第一感測結構與第二感測結構設置於隔絕層之上且彼此分離。整合式感測裝置包含一第一延伸電極，第一延伸電極電性連接於第一感測結構與第一接墊。整合式感測裝置也包含一第二延伸電極，第二延伸電極電性連接於第二感測結構與第二接墊。整合式感測裝置更包含一防水障壁層與一吸水障壁層，防水障壁層與吸水障壁層分別設置於第一感測結構與第二感測結構之上。

Description

整合式感測裝置與其製造方法
本揭露實施例是有關於一種感測裝置與其製造方法，且特別是有關於一種整合式(integrated)感測裝置與其製造方法。
隨著現代科技的發展，將外界環境特徵轉換成數位資訊之感測器(例如，氣體感測器、溫度感測器、濕度感測器、壓力感測器等)因應而出。由於半導體技術的進步，最小尺寸的製程不斷地突破，將各種功能的感測器整合至單一電子裝置(例如，攜帶型電子裝置)的需求日益提升，並已是下世代智慧家庭與行動裝置必備的元素。其中，能夠結合溫度感測、濕度感測、壓力感測以及環境氣體的整合式環境偵測裝置是最備受關注的項目。
然而，環境偵測裝置有別於一般感測裝置，其感測晶片必須暴露於環境下面對各種環境因子的威脅，故需使用特殊的封裝製程。若將不同的感測晶片直接設置於鄰近區域，可能導致交叉干擾。舉例來說，濕度感測晶片所感測的濕氣可能影響氣體感測晶片，導致氣體感測晶片的感測結果不準確；或者，現有的氣體感測晶片常需搭配加熱板提升溫度至超過100 °C並持續加熱後進行氣體感測。然而，這樣的高溫可能造成電阻增加以及水汽(濕氣)脫離氣體感測晶片的濕度感測層，導致濕度感測晶片的感測結果不準確。
因此，必須將不同的感測晶片形成獨立的區塊，透過印刷電路板組裝、晶圓封裝組裝等方式，才能將各個獨立的感測晶片整合為一個整合式環境偵測裝置。這樣的整合式環境偵測裝置體積較大，導致應用受到限制(例如，無法用於智慧型手機、智慧型手錶等攜帶型電子裝置)。
本揭露實施例是有關於一種整合式感測裝置與其製造方法。在本揭露的一些實施例中，防水障壁層與吸水障壁層分別設置於不同的感測結構之上，使得這些感測結構可設置於相鄰的區域但不會互相干擾，達到晶片級(wafer-level)整合式感測裝置。藉此，可有效降低整合式感測裝置的尺寸，擴大整合式感測裝置的應用範圍。
本揭露實施例包含一種整合式感測裝置。整合式感測裝置包含一基板，基板具有一第一接墊與一第二接墊。整合式感測裝置也包含一隔絕層，隔絕層設置於基板上並裸露第一接墊的部分頂表面與第二接墊的部分頂表面。整合式感測裝置更包含一第一感測結構與一第二感測結構，第一感測結構與第二感測結構設置於隔絕層之上且彼此分離。整合式感測裝置包含一第一延伸電極，第一延伸電極電性連接於第一感測結構與第一接墊。整合式感測裝置也包含一第二延伸電極，第二延伸電極電性連接於第二感測結構與第二接墊。整合式感測裝置更包含一防水障壁層與一吸水障壁層，防水障壁層與吸水障壁層分別設置於第一感測結構與第二感測結構之上。
本揭露實施例包含一種整合式感測裝置的製造方法。整合式感測裝置的製造方法包含提供具有一第一接墊與一第二接墊的一基板。整合式感測裝置的製造方法也包含將一隔絕層形成於基板之上。隔絕層裸露第一接墊的部分頂表面與第二接墊的部分頂表面。整合式感測裝置的製造方法更包含將一第一延伸電極形成於隔絕層之上。第一延伸電極連接於第一接墊。整合式感測裝置的製造方法包含將一第二延伸電極形成於隔絕層之上。第二延伸電極連接於第二接墊。整合式感測裝置的製造方法也包含將一第一感測結構與一第二感測結構分別形成於第一延伸電極與第二延伸電極之上。第一感測結構與第二感測結構彼此分離。整合式感測裝置的製造方法更包含將一防水障壁層形成於隔絕層、第一延伸電極、第二延伸電極及第一感測結構之上。整合式感測裝置的製造方法包含將一吸水障壁層形成於第二感測結構之上。
以下的揭露內容提供許多不同的實施例或範例以實施本案的不同特徵。以下的揭露內容敘述各個構件及其排列方式的特定範例，以簡化說明。當然，這些特定的範例並非用以限定。例如，若是本揭露實施例敘述了一第一特徵部件形成於一第二特徵部件之上或上方，即表示其可能包含上述第一特徵部件與上述第二特徵部件是直接接觸的實施例，亦可能包含了有附加特徵部件形成於上述第一特徵部件與上述第二特徵部件之間，而使上述第一特徵部件與第二特徵部件可能未直接接觸的實施例。
應理解的是，額外的操作步驟可實施於所述方法之前、之間或之後，且在所述方法的其他實施例中，部分的操作步驟可被取代或省略。
此外，其中可能用到與空間相關用詞，例如「在… 下方」、「下方」、「較低的」、「在… 上方」、「上方」、「較高的」及類似的用詞，這些空間相關用詞係為了便於描述圖示中一個(些)元件或特徵部件與另一個(些)元件或特徵部件之間的關係，這些空間相關用詞包括使用中或操作中的裝置之不同方位，以及圖式中所描述的方位。當裝置被轉向不同方位時(旋轉90度或其他方位)，則其中所使用的空間相關形容詞也將依轉向後的方位來解釋。
在說明書中，「約」、「大約」、「大抵」之用語通常表示在一給定值或範圍的20%之內，或10%之內，或5%之內，或3%之內，或2%之內，或1%之內，或0.5%之內。在此給定的數量為大約的數量，亦即在沒有特定說明「約」、「大約」、「大抵」的情況下，仍可隱含「約」、「大約」、「大抵」之含義。
除非另外定義，在此使用的全部用語(包括技術及科學用語)具有與此篇揭露所屬之一般技藝者所通常理解的相同涵義。能理解的是，這些用語，例如在通常使用的字典中定義的用語，應被解讀成具有與相關技術及本揭露的背景或上下文一致的意思，而不應以一理想化或過度正式的方式解讀，除非在本揭露實施例有特別定義。
以下所揭露之不同實施例可能重複使用相同的參考符號及/或標記。這些重複係為了簡化與清晰的目的，並非用以限定所討論的不同實施例及/或結構之間有特定的關係。
第1圖至第6圖是根據本揭露一實施例顯示製造整合式感測裝置100的各階段的剖面圖。要特別注意的是，為了簡便起見，第1圖至第6圖中可能省略整合式感測裝置100的部分部件。
參照第1圖，首先，提供一基板10。在一些實施例中，基板10例如為一互補式金氧半導體(complementary metal-oxide-semiconductor, CMOS)基板。舉例來說，基板10的材料可包含元素半導體(例如，矽或鍺)、化合物半導體(例如，碳化矽(SiC)、砷化鎵(GaAs)、砷化銦(InAs)或磷化銦(InP))、合金半導體(例如，SiGe、SiGeC、GaAsP或GaInP)、其他適當之半導體或前述之組合，但本揭露實施例並非以此為限。在一些實施例中，基板10可為絕緣層上半導體基板(semiconductor-on-insulator (SOI) substrate)。前述絕緣層上半導體基板可包含底板、設置於前述底板上的埋藏氧化層以及設置於前述埋藏氧化層上的半導體層。在一些實施例中，基板10可為一半導體晶圓(例如，矽晶圓或其他適當之半導體晶圓)。
在一些實施例中，基板10可包含各種以如離子佈植及/或擴散製程所形成之p型摻雜區及/或n型摻雜區。舉例而言，前述摻雜區可被配置來形成電晶體、光電二極體及/或發光二極體，但本揭露實施例並非以此為限。
在一些實施例中，基板10可包含各種隔離特徵，以分隔基板10中不同之裝置區域。舉例而言，隔離特徵可包含淺溝槽隔離(shallow trench isolation, STI)特徵，但本揭露實施例並非以此為限。在一些實施例中，形成淺溝槽隔離之步驟可包含於基板10中蝕刻出一溝槽，並於上述溝槽中填入絕緣材料(例如，氧化矽、氮化矽、或氮氧化矽)。所填充的溝槽可具有多層結構(例如，一熱氧化襯層以及填充於溝槽之氮化矽)。可進行化學機械研磨(chemical mechanical polishing, CMP)製程以研磨多餘的絕緣材料並平坦化隔離特徵之上表面。
在一些實施例中，基板10可包含各種導電特徵(例如，導線(conductive line)或導孔(via))。如第1圖所示，基板10具有一第一接墊11與一第二接墊12。舉例來說，第一接墊11與第二接墊12的材料可包含鋁(Al)、銅(Cu)、鎢(W)、各自之合金、其他適當之導電材料或前述之組合，但本揭露實施例並非以此為限。
參照第2圖，將一第一隔絕層21形成於基板10之上。具體而言，第一隔絕層21為一圖案化隔絕層，且第一隔絕層21可覆蓋基板10、第一接墊11及第二接墊12，並裸露第一接墊11的部分頂表面11T與第二接墊12的部分頂表面12T。
舉例來說，可先將一第一隔絕材料形成於基板10之上，第一隔絕材料可覆蓋基板10、第一接墊11及第二接墊12。第一隔絕材料可包含氧化物(例如，氧化矽)、氮化物(例如，氮化矽、氮化鋁)、其他類似的材料或前述之組合，但本揭露實施例並非以此為限。在一些實施例中，第一隔絕材料可透過一沉積製程形成於基板10、第一接墊11及第二接墊12之上。舉例來說，沉積製程可包含化學氣相沉積、原子層沉積、分子束磊晶、液相磊晶、其他類似的製程或前述之組合，但本揭露實施例並非以此為限。
接著，可對第一隔絕材料進行一圖案化製程，以形成第一隔絕層21。圖案化製程可包含在第一隔絕材料上設置遮罩層(未繪示)，接著使用前述遮罩層作為蝕刻遮罩進行一蝕刻製程，將第一隔絕材料進行蝕刻，以裸露第一接墊11的部分頂表面11T與第二接墊12的部分頂表面12T。
在一些實施例中，遮罩層的形成可包含沉積製程、光微影製程、其他適當之製程或前述之組合，但本揭露實施例並非以此為限。舉例來說，沉積製程包含旋轉塗佈(spin-on coating)、化學氣相沉積、原子層沉積、類似的製程或前述之組合；光微影製程可包含光阻塗佈(例如旋轉塗佈)、軟烘烤(soft baking)、光罩對準(mask aligning)、曝光(exposure)、曝光後烘烤(post-exposure baking, PEB)、顯影(developing)、清洗(rinsing)、乾燥(例如硬烘烤)、其他合適的製程或前述之組合，但本揭露實施例並非以此為限。
在一些實施例中，前述蝕刻製程可包含乾式蝕刻製程、濕式蝕刻製程或前述之組合。舉例來說，乾式蝕刻製程可包含反應性離子蝕刻(reactive ion etch, RIE)、感應耦合式電漿(inductively-coupled plasma, ICP)蝕刻、中子束蝕刻(neutral beam etch, NBE)、電子迴旋共振式(electron cyclotron resonance, ERC)蝕刻、類似的蝕刻製程或前述之組合，但本揭露實施例並非以此為限。舉例來說，濕式蝕刻製程可以使用例如氫氟酸(hydrofluoric acid, HF)、氫氧化銨(ammonium hydroxide, NH 4OH)或任何合適的蝕刻劑。
參照第3圖，將一第二隔絕層22形成於第一隔絕層21之上。具體而言，第二隔絕層22為一圖案化隔絕層，且第二隔絕層22可覆蓋第一隔絕層21，並裸露第一接墊11的部分頂表面11T與第二接墊12的部分頂表面12T。
類似地，可先將一第二隔絕材料形成於第一隔絕層21之上。接著，可對第二隔絕材料進行一圖案化製程，以形成第二隔絕層22。圖案化製程可包含在第二隔絕材料上設置遮罩層(未繪示)，接著使用前述遮罩層作為蝕刻遮罩進行一蝕刻製程，將第二隔絕材料進行蝕刻，以裸露第一接墊11的部分頂表面11T與第二接墊12的部分頂表面12T。圖案化製程的範例如前所述，在此不多加贅述。
在一些實施例中，第二隔絕材料與第一隔絕材料不同，但本揭露實施例並非以此為限。在一些其他的實施例中，第二隔絕材料可與第一隔絕材料相同。如第3圖所示，第一隔絕層21與第二隔絕層22可視為一隔絕層20。此外，隔絕層20(第一隔絕層21、第二隔絕層22)可視為整合式感測裝置100的鈍化(passivation)層。
參照第4圖，將一第一延伸電極31形成於隔絕層20(第二隔絕層22)之上，並將一第二延伸電極32形成於隔絕層20(第二隔絕層22)之上。如第4圖所示，第一延伸電極31連接於第一接墊11，而第二延伸電極32連接於第二接墊12。亦即，第一延伸電極31可直接接觸第一接墊11裸露的部分頂表面11T，而第二延伸電極32可直接接觸第二接墊12裸露的部分頂表面12T。在本實施例中，第一延伸電極31與第二延伸電極32彼此分離。
在一些實施例中，第一延伸電極31的材料與第二延伸電極32的材料可包含金屬、金屬矽化物、類似的材料或前述之組合，但本揭露實施例並非以此為限。舉例來說，金屬可為金(Au)、鎳(Ni)、鉑(Pt)、鈀(Pd)、銥(Ir)、鈦(Ti)、鉻(Cr)、鎢(W)、鋁(Al)、銅(Cu)、類似的材料、前述之合金或前述之組合，但本揭露實施例並非以此為限。在一些實施例中，第一延伸電極31與第二延伸電極32可透過物理氣相沉積、化學氣相沉積、原子層沉積、蒸鍍(evaporation)、濺鍍(sputtering)、類似的製程或前述之組合所形成，但本揭露實施例並非以此為限。
參照第5圖，將一第一感測結構41與一第二感測結構42分別形成於第一延伸電極31與第二延伸電極32之上。如第5圖所示，第一感測結構41與第二感測結構42彼此分離。在一些實施例中，第一感測結構41可為一氣體感測器，而第二感測結構42可為一濕度感測器，但本揭露實施例並非以此為限。
參照第6圖，將一防水障壁層51形成於隔絕層20(第二隔絕層22)、第一延伸電極31、第二延伸電極32及第一感測結構41之上。具體而言，防水障壁層51可直接接觸第一感測結構41的頂表面41T。在本實施例中，防水障壁層51是防水、防油，但可供氣體通過的膜層。
參照第6圖，將一吸水障壁層52形成於第二感測結構42之上。具體而言，吸水障壁層52可直接接觸第二感測結構42的頂表面42T。在本實施例中，吸水障壁層52是防油，但可供水與氣體通過的膜層。
在一些實施例中，防水障壁層51的材料與吸水障壁層52的材料包含碳氟化合物，例如：聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene, PTFE)、全氟烷基(C4-C18 perfluoroalkyl chain)之碳氟化合物，但本揭露實施例並非以此為限。此外，吸水障壁層52的材料可預先使用磺酸或磷酸進行處理。
進一步地說，吸水障壁層52的材料可包含含氟材料與青銅類化合物(A xM yO z，其中A為陽離子，例如是氫離子、鹼金屬離子、鹼土金屬離子、稀土金屬離子、銨類離子或其組合；M為過渡金屬離子、類金屬離子或者是碳離子；O為氧，x、y和z為整數，以使其達到電荷平衡)所衍生之複合物。含氟材料可包含經磺酸酯化的全氟烷化合物(alkyl sulfonic acid/sulfonate fluorosurfactant)、磺酸酯化之含氟高分子(例如perfluorosulfonic acid (PFSA)/polytetrafluoroethylene (PTFE) copolymer)及經磷酸化的全氟烷化合物(例如alkyl phosphate ester fluorosurfactant)其中一種或一種以上之含氟材料。在一些實施例中，吸水障壁層52的材料亦可含有0.1%~15%的水性高分子，例如：聚乙烯醇(polyvinyl alcohol, PVA)、聚丙烯醯胺(polyacrylamide, PAM或PAAM)、聚乙烯亞胺(polyethylenimine, PEI)、甲基纖維素(methyl cellulose, MC)、羥乙基纖維素(hydroxyethyl cellulose, HEC)、羥乙基甲基纖維素(hydroxyethyl methyl cellulose, HEMC)、羥丙基纖維素(hydroxypropyl cellulose, HPC)、羥丙基甲基纖維素(hydroxypropyl methylcellulose, HPMC)，但本揭露實施例並非以此為限。
在一些實施例中，吸水障壁層52可由一第一層與一第二層所形成。具體而言，第一層的區域會先以電漿處理或紫外光-臭氧處理進行表面處理，接著塗佈/沉積青銅類化合物或者青銅類化合物-親水性高分子複合物，經熱處理後形成第一層；接著，將含氟材料塗佈/沉積於第一層，經熱處理後形成第二層。在一些實施例中，吸水障壁層52可由含氟材料-青銅類化合物複合物所形成。具體而言，含氟材料以及青銅類化合物會形成含氟材料-青銅類化合物複合物並預先配置於溶劑系統中，吸水障壁層52的區域會先以電漿處理或紫外光-臭氧處理進行表面處理。接著，塗佈/沉積含氟材料-青銅類化合物複合物，經熱處理後形成吸水障壁層52。在一些實施例中，吸水障壁層52的區域會先以電漿處理或紫外光-臭氧處理進行表面處理並塗佈親水性高分子，經熱處理後接著再塗佈/沉積含氟材料-青銅類化合物複合物；接著，再經熱處理後形成吸水障壁層52。
在一些實施例中，吸水障壁層52可由含氟材料-青銅類化合物-親水性高分子複合物所形成。具體而言，含氟材料、青銅類化合物以及親水性高分子會形成含氟材料-青銅類化合物-親水性高分子複合物並預先配置於溶劑系統中，吸水障壁層52的區域會先以電漿處理或紫外光-臭氧處理進行表面處理。接著，塗佈/沉積含氟材料-青銅類化合物-親水性高分子複合物，經熱處理後形成吸水障壁層。在一些實施例中，吸水障壁層52的區域會先以電漿處理或紫外光-臭氧處理進行表面處理並塗佈親水性高分子，經熱處理後接著再塗佈/沉積含氟材料-青銅類化合物-親水性高分子複合物；接著，再經熱處理後形成吸水障壁層52。
在一些實施例中，防水障壁層51與吸水障壁層52可透過旋轉塗佈(spin-on coating)、積層製造(additive manufacturing, AM)(3D列印)等方式，分別形成於第一感測結構41與第二感測結構42之上，但本揭露實施例並非以此為限。
第7圖是根據本揭露一實施例繪示防水障壁層51與吸水障壁層52的結構的示意圖。如第7圖所示，在一些實施例中，防水障壁層51為一多孔結構。在本實施例中，防水障壁層51可包含一第一部分511及一第二部分512，第二部分512設置於第一部分511之上(例如，第二部分512堆疊於第一部分511之上)。如第7圖所示，第一部分511與第二部分512分別包含複數個孔洞511H與孔洞512H，且孔洞511H與孔洞512H彼此並非完全重疊。具體而言，孔洞511H的中心線C1與對應的孔洞512H的中心線C2具有一偏移ΔX1。
在一些實施例中，第一部分511的每個孔洞511H與第二部分512的每個孔洞512H的截面可具有相同的直徑H1，直徑H1可介於約0.01至約100 µm，但本揭露實施例並非以此為限。在一些實施例中，防水障壁層51的厚度T1(即第一部分511的厚度與第二部分512的厚度的總和)可介於約0.5至約750 µm，但本揭露實施例並非以此為限。
要特別注意的是，第7圖所示的防水障壁層51只包含一個第一部分511及一個第二部分512，但本揭露實施例並非以此為限。在一些其他的實施例中，防水障壁層51可包含複數個第一部分511及複數個第二部分512，這些第一部分511及第二部分512可彼此交錯堆疊。此外，防水障壁層51的第一部分511的數量可與防水障壁層51的第二部分512的數量不同。
類似地，如第7圖所示，在一些實施例中，吸水障壁層52為一多孔結構。在本實施例中，吸水障壁層52可包含一第一部分521及一第二部分522，第二部分522設置於第一部分521之上(例如，第二部分522堆疊於第一部分521之上)。如第7圖所示，第一部分521與第二部分522分別包含複數個孔洞521H與孔洞522H，且孔洞521H與孔洞522H彼此並非完全重疊。具體而言，孔洞521H的中心線C1’與對應的孔洞522H的中心線C2’具有一偏移ΔX2。
在一些實施例中，第一部分521的每個孔洞521H與第二部分522的每個孔洞522H的截面可具有相同的直徑H2，直徑H2可介於約0.01至約100 µm，但本揭露實施例並非以此為限。在一些實施例中，吸水障壁層52的厚度T2(即第一部分521的厚度與第二部分522的厚度的總和)可介於約0.5至約500 µm，但本揭露實施例並非以此為限。
要特別注意的是，第7圖所示的吸水障壁層52只包含一個第一部分521及一個第二部分522，但本揭露實施例並非以此為限。在一些其他的實施例中，吸水障壁層52可包含複數個第一部分521及複數個第二部分522，這些第一部分521及第二部分522可彼此交錯堆疊。此外，吸水障壁層52的第一部分521的數量可與吸水障壁層52的第二部分522的數量不同。
如第6圖所示，本揭露實施例提出一種整合式感測裝置100。整合式感測100裝置包含一基板10，基板10具有一第一接墊11與一第二接墊12。整合式感測100裝置也包含一隔絕層20，隔絕層20設置於基板10上並裸露第一接墊11的部分頂表面(11T)與第二接墊12的部分頂表面(12T)。整合式感測100裝置更包含一第一感測結構41與一第二感測結構42，第一感測結構41與第二感測結構42設置於隔絕層20之上且彼此分離。整合式感測100裝置包含一第一延伸電極31，第一延伸電極31電性連接於第一感測結構41與第一接墊11。整合式感測100裝置也包含一第二延伸電極32，第二延伸電極32電性連接於第二感測結構42與第二接墊12。整合式感測100裝置更包含一防水障壁層51與一吸水障壁層52，防水障壁層51與吸水障壁層52分別設置於第一感測結構41與第二感測結構42之上。
在本揭露實施例中，防水障壁層51可覆蓋(直接接觸)第一感測結構41，而吸水障壁層52可覆蓋(直接接觸)第二感測結構42，因此，第一感測結構41與第二感測結構42不需要形成獨立的區塊，而可設置於相鄰的區域但不會互相干擾，達到晶片級整合式感測裝置。藉此，可有效降低整合式感測裝置100的尺寸，擴大整合式感測裝置100的應用範圍。
第8圖是根據本揭露另一實施例的整合式感測裝置102的剖面圖。類似地，為了簡便起見，第8圖中可能省略整合式感測裝置102的部分部件。
第8圖所示之整合式感測裝置102具有與第6圖所示之整合式感測裝置100類似的結構。亦即，整合式感測102裝置包含一基板10，基板10具有一第一接墊11與一第二接墊12。整合式感測102裝置也包含一隔絕層20，隔絕層20設置於基板10上並裸露第一接墊11的部分頂表面與第二接墊12的部分頂表面。整合式感測102裝置更包含一第一感測結構41與一第二感測結構42，第一感測結構41與第二感測結構42設置於隔絕層20之上且彼此分離。整合式感測102裝置包含一第一延伸電極31，第一延伸電極31電性連接於第一感測結構41與第一接墊11。整合式感測102裝置也包含一第二延伸電極32，第二延伸電極32電性連接於第二感測結構42與第二接墊12。
在本實施例中，第一感測結構41與第二感測結構42彼此分離，第一感測結構41可為一氣體感測器，而第二感測結構42可為一濕度感測器。整合式感測102裝置更包含一防水障壁層51與一吸水障壁層52，防水障壁層51與吸水障壁層52分別設置於第一感測結構41與第二感測結構42之上。
與第6圖所示之整合式感測裝置100的不同之處在於，第8圖所示之整合式感測裝置102更包含一第三感測結構43，第三感測結構43設置於隔絕層20(第二隔絕層22)之上且與第一感測結構41與第二感測結構42分離。
在一些實施例中，第三感測結構43可(至少部分)嵌入隔絕層20(第二隔絕層22)中。此外，在整合式感測裝置102的俯視圖(未繪示)中，第三感測結構43可設置於第一感測結構41與第二感測結構42之間，並與第一感測結構41與第二感測結構42分離，但本揭露實施例並非以此為限。在一些其他的實施例中，第三感測結構43也可設置於整合式感測裝置102中的其他位置。
在第8圖所示的實施例中，第三感測結構43為一溫度感測器，但本揭露實施例並非以此為限。舉例來說，第三感測結構43也可為一加速計(accelerometer)、一指紋辨識感測器(fingerprint recognition sensor)、一流量計(flow meter)、一陀螺儀(gyroscope)、一影像感測器(image sensor)、一紅外線感測器(infrared sensor)、一光感測器(light sensor)、一壓力感測器(pressure sensor)、一觸碰感測器(touch sensor)、一粒子感測器(particle sensor)，其他合適的感測器或其組合。
如第8圖所示，防水障壁層51可形成於第三感測結構43之上。具體而言，防水障壁層51可直接接觸第三感測結構43的頂表面，但本揭露實施例並非以此為限。由於防水障壁層51是防水、防油，但可供氣體通過的膜層，可防止第三感測結構43受到水的干擾。
由於環境中相對溼度的數值會依據溫度不同而改變，在第二感測結構42為一濕度感測器且第三感測結構43為一溫度感測器的例子中，第二感測結構42可依據第三感測結構43的感測結果調整，提供更準確的相對濕度。舉例來說，整合式感測裝置102的生產地的溫度與實際銷售地區的溫度可能有較大的落差，但由於整合式感測裝置102的第二感測結構42可依據第三感測結構43的感測結果調整其顯示的感測數值，因此使用者可以測得更符合當地環境的相對濕度。
第9圖是根據本揭露另一實施例的整合式感測裝置104的剖面圖。類似地，為了簡便起見，第9圖中可能省略整合式感測裝置104的部分部件。
第9圖所示之整合式感測裝置104具有與第6圖所示之整合式感測裝置100類似的結構。亦即，整合式感測104裝置包含一基板10，基板10具有一第一接墊11與一第二接墊12。整合式感測104裝置也包含一隔絕層20，隔絕層20設置於基板10上並裸露第一接墊11的部分頂表面與第二接墊12的部分頂表面。整合式感測104裝置更包含一第一感測結構41與一第二感測結構42，第一感測結構41與第二感測結構42設置於隔絕層20之上且彼此分離。整合式感測104裝置包含一第一延伸電極31，第一延伸電極31電性連接於第一感測結構41與第一接墊11。整合式感測104裝置也包含一第二延伸電極32，第二延伸電極32電性連接於第二感測結構42與第二接墊12。
在本實施例中，第一感測結構41與第二感測結構42彼此分離，第一感測結構41可為一氣體感測器，而第二感測結構42可為一濕度感測器。整合式感測104裝置更包含一防水障壁層51與一吸水障壁層52，防水障壁層51與吸水障壁層52分別設置於第一感測結構41與第二感測結構42之上。
與第6圖所示之整合式感測裝置100的不同之處在於，第9圖所示之整合式感測裝置104更包含一加熱器60，加熱器60設置於隔絕層20(第二隔絕層22)中並位於基板10與第一感測結構41及第二感測結構42之間。具體而言，加熱器60可嵌入隔絕層20(第二隔絕層22)中並位於第一感測結構41及第二感測結構42的下方。
在本實施例中，加熱器60的加熱溫度介於約50 °C至約80 °C，但本揭露實施例並非以此為限。此外，相較於現有的氣體感測晶片，本實施例的加熱器60不需要持續加熱，即可感測氣體。在一些實施例中，加熱器60可提供整合式感測裝置104進行校準(calibration)、重置功能(reset function)並提升感測器(例如，第一感測結構41)的反應。具體而言，加熱器60所提供整合式感測裝置104的校準是指可利用不同溫度所回饋的資訊來進行資料比對並校準。舉例來說，可於標準濕度環境中，對標準樣本擷取攝氏25度、32度、40度、50度的訊號來調整閾值，但本揭露實施例並非以此為限。加熱器60所提供整合式感測裝置104的重置則是確保其已吸附的樣本完全從整合式感測裝置104的感測層驅離。舉例來說，可進行重置確保已吸附的酒精脫離，或可進行重置確保已吸附的水汽脫離。
相較於現有的氣體感測晶片，其所搭配的加熱板須提升溫度至超過100 °C並持續加熱，並且對於操作時間與空間位置有諸多規範，方可正常運作，故尚不適合隨身裝置的應用。整合式感測裝置104的加熱器60不需要將溫度提升到過高且不需要持續加熱，能有效防止電阻增加，並避免整合式感測裝置中被高溫交叉干擾的問題發生，以提升整體的感測準確性。
第10圖是根據本揭露另一實施例的整合式感測裝置106的剖面圖。類似地，為了簡便起見，第10圖中可能省略整合式感測裝置106的部分部件。
第10圖所示之整合式感測裝置106具有與第9圖所示之整合式感測裝置104類似的結構。亦即，整合式感測106裝置包含一基板10，基板10具有一第一接墊11與一第二接墊12。整合式感測106裝置也包含一隔絕層20，隔絕層20設置於基板10上並裸露第一接墊11的部分頂表面與第二接墊12的部分頂表面。整合式感測106裝置更包含一第一感測結構41與一第二感測結構42，第一感測結構41與第二感測結構42設置於隔絕層20之上且彼此分離。整合式感測106裝置包含一第一延伸電極31，第一延伸電極31電性連接於第一感測結構41與第一接墊11。整合式感測106裝置也包含一第二延伸電極32，第二延伸電極32電性連接於第二感測結構42與第二接墊12。
在本實施例中，第一感測結構41與第二感測結構42彼此分離，第一感測結構41可為一氣體感測器，而第二感測結構42可為一濕度感測器。整合式感測106裝置更包含一防水障壁層51與一吸水障壁層52，防水障壁層51與吸水障壁層52分別設置於第一感測結構41與第二感測結構42之上。
與第9圖所示之整合式感測裝置104的不同之處在於，第10圖所示之整合式感測裝置106更包含一第三感測結構43，第三感測結構43與加熱器60相鄰但彼此分離。具體而言，第三感測結構43設置於隔絕層20(第二隔絕層22)中並位於基板10與防水障壁層51之間。
在第10圖所示的實施例中，第三感測結構43為一溫度感測器，但本揭露實施例並非以此為限。第三感測結構43的其他範例如前所述，在此不多加贅述。
綜上所述，在本揭露實施例中，防水障壁層可覆蓋(直接接觸)第一感測結構，而吸水障壁層可覆蓋(直接接觸)第二感測結構。因此，第一感測結構與第二感測結構不需要形成獨立的區塊，而可設置於相鄰的區域但不會互相干擾，達到晶片級整合式感測裝置。藉此，可有效降低整合式感測裝置的尺寸，擴大整合式感測裝置的應用範圍。
再者，在一些實施例中，整合式感測裝置可進一步包含第三感測結構及/或加熱器，可提供整合式感測裝置進行校準、重置功能並提升感測器的反應及/或準確性。
以上概述數個實施例的部件，以便在本揭露所屬技術領域中具有通常知識者可以更理解本揭露實施例的觀點。在本揭露所屬技術領域中具有通常知識者應該理解，他們能以本揭露實施例為基礎，設計或修改其他製程和結構以達到與在此介紹的實施例相同之目的及/或優勢。在本揭露所屬技術領域中具有通常知識者也應該理解到，此類等效的結構並無悖離本揭露的精神與範圍，且他們能在不違背本揭露之精神和範圍之下，做各式各樣的改變、取代和替換。因此，本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。另外，雖然本揭露已以數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露。
整份說明書對特徵、優點或類似語言的引用，並非意味可以利用本揭露實現的所有特徵和優點應該或者可以在本揭露的任何單個實施例中實現。相對地，涉及特徵和優點的語言被理解為其意味著結合實施例描述的特定特徵、優點或特性包括在本揭露的至少一個實施例中。因而，在整份說明書中對特徵和優點以及類似語言的討論可以但不一定代表相同的實施例。
再者，在一個或多個實施例中，可以任何合適的方式組合本揭露的所描述的特徵、優點和特性。根據本文的描述，相關領域的技術人員將意識到，可在沒有特定實施例的一個或多個特定特徵或優點的情況下實現本揭露。在其他情況下，在某些實施例中可辨識附加的特徵和優點，這些特徵和優點可能不存在於本揭露的所有實施例中。
100,102,104,106:整合式感測裝置 10:基板 11:第一接墊 11T:頂表面 12:第二接墊 12T:頂表面 20:隔絕層 21:第一隔絕層 22:第二隔絕層 31:第一延伸電極 32:第二延伸電極 41:第一感測結構 41T:頂表面 42:第二感測結構 42T:頂表面 43:第三感測結構 51:防水障壁層 511:第一部分 511H:孔洞 512:第二部分 512H:孔洞 52:吸水障壁層 521:第一部分 521H:孔洞 522:第二部分 522H:孔洞 60:加熱器 C1,C1’,C2,C2’:中心線 H1,H2:直徑 T1,T2:厚度 ΔX1,ΔX2:偏移
以下將配合所附圖式詳述本揭露實施例。應注意的是，各種特徵部件並未按照比例繪製且僅用以說明例示。事實上，元件的尺寸可能經放大或縮小，以清楚地表現出本揭露實施例的技術特徵。 第1圖至第6圖是根據本揭露一實施例顯示製造整合式感測裝置的各階段的剖面圖。 第7圖是根據本揭露一實施例繪示防水障壁層與吸水障壁層的結構的示意圖。 第8圖是根據本揭露另一實施例的整合式感測裝置的剖面圖。 第9圖是根據本揭露另一實施例的整合式感測裝置的剖面圖。 第10圖是根據本揭露另一實施例的整合式感測裝置的剖面圖。
100:整合式感測裝置
10:基板
11:第一接墊
12:第二接墊
20:隔絕層
21:第一隔絕層
22:第二隔絕層
31:第一延伸電極
32:第二延伸電極
41:第一感測結構
41T:頂表面
42:第二感測結構
42T:頂表面
51:防水障壁層
52:吸水障壁層

Claims (15)

  1. 一種整合式感測裝置，包括： 一基板，具有一第一接墊與一第二接墊； 一隔絕層，設置於該基板上並裸露該第一接墊的部分頂表面與該第二接墊的部分頂表面； 一第一感測結構與一第二感測結構，設置於該隔絕層之上且彼此分離； 一第一延伸電極，電性連接於該第一感測結構與該第一接墊； 一第二延伸電極，電性連接於該第二感測結構與該第二接墊； 一防水障壁層，設置於該第一感測結構之上；以及 一吸水障壁層，設置於該第二感測結構之上。
  2. 如請求項1之整合式感測裝置，其中該吸水障壁層直接接觸該第二感測結構的頂表面。
  3. 如請求項1之整合式感測裝置，其中該第一感測結構為一氣體感測器，而該第二感測結構為一濕度感測器。
  4. 如請求項3之整合式感測裝置，更包括： 一第三感測結構，設置於該隔絕層之上且與該第一感測結構與該第二感測結構分離。
  5. 如請求項4之整合式感測裝置，其中在該整合式感測裝置的俯視圖中，該第三感測結構設置於該第一感測結構與該第二感測結構之間。
  6. 如請求項3之整合式感測裝置，更包括： 一加熱器，設置於該隔絕層中並位於該基板與該第一感測結構及該第二感測結構之間。
  7. 如請求項1之整合式感測裝置，其中該防水障壁層為一多孔結構，且該吸水障壁層為一多孔結構。
  8. 如請求項7之整合式感測裝置，其中該防水障壁層包括一第一部分及一第二部分，該第二部分設置於該第一部分之上，且該第一部分與該第二部分分別包括複數個孔洞。
  9. 如請求項8之整合式感測裝置，其中該第一部分中的一孔洞的中心線與該第二部分中對應的一孔洞的中心線具有一偏移。
  10. 如請求項7之整合式感測裝置，其中該吸水障壁層包括一第一部分及一第二部分，該第二部分設置於該第一部分之上，且該第一部分與該第二部分分別包括複數個孔洞。
  11. 如請求項10之整合式感測裝置，其中該第一部分中的一孔洞的中心線與該第二部分中對應的一孔洞的中心線具有一偏移。
  12. 如請求項1之整合式感測裝置，其中該防水障壁層的材料與該吸水障壁層的材料包含碳氟化合物。
  13. 一種整合式感測裝置的製造方法，包括： 提供具有一第一接墊與一第二接墊的一基板； 將一隔絕層形成於該基板之上，其中該隔絕層裸露該第一接墊的部分頂表面與該第二接墊的部分頂表面； 將一第一延伸電極形成於該隔絕層之上，其中該第一延伸電極連接於該第一接墊； 將一第二延伸電極形成於該隔絕層之上，其中該第二延伸電極連接於該第二接墊； 將一第一感測結構與一第二感測結構分別形成於該第一延伸電極與該第二延伸電極之上，其中該第一感測結構與該第二感測結構彼此分離； 將一防水障壁層形成於該隔絕層、該第一延伸電極、該第二延伸電極及該第一感測結構之上；以及 將一吸水障壁層形成於該第二感測結構之上。
  14. 如請求項13之整合式感測裝置的製造方法，其中將該隔絕層形成於該基板之上的步驟包括： 將一第一隔絕材料形成於該基板之上； 將該第一隔絕材料圖案化，以形成一第一隔絕層，其中該第一隔絕層裸露該第一接墊的部分頂表面與該第二接墊的部分頂表面； 將一第二隔絕材料形成於該第一隔絕層之上，其中該第二隔絕材料與該第一隔絕材料不同；及 將該第二隔絕材料圖案化，以形成一第二隔絕層，其中該第二隔絕層裸露該第一接墊的部分頂表面與該第二接墊的部分頂表面。
  15. 如請求項13之整合式感測裝置的製造方法，其中該防水障壁層的材料與該吸水障壁層的材料包括碳氟化合物，且該吸水障壁層的材料預先使用青銅類化合物或水性高分子進行處理為一複合物。
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