TWI792938B - 互補式金氧半微機電電容式壓力感測裝置及其製作方法 - Google Patents
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Abstract
本發明揭露一種互補式金氧半微機電電容式壓力感測裝置及其製作方法,互補式金氧半微機電電容式壓力感測裝置包含半導體基板與電容式壓力感測層。電容式壓力感測層設於半導體基板上,電容式壓力感測層包含一第一電極、一第二電極、一第三電極、一開放式空腔與一密閉式空腔,第一電極、第二電極與第三電極沿垂直半導體基板之表面之第一方向上依序排列,並在垂直第一方向之第二方向上彼此重疊,且開放式空腔與密閉式空腔之其中一者位於第一電極與第二電極之間,開放式空腔與密閉式空腔之另一者位於第三電極與第二電極之間,以提升感測靈敏度。
Description
本發明係關於一種壓力感測技術,且特別關於一種互補式金氧半微機電電容式壓力感測裝置及其製作方法。
現今壓力感測器已廣泛應用於物聯網、醫療監測、高度感測與可穿戴設備等諸多領域,其感測原理為透過壓力感測器感測壓力並透過讀取電路將其轉換為電訊號輸出,透過分析輸出之電訊號即可得知待測壓力之變化。而主流之感測方式為壓阻式、壓電式、電容式與電感式等,其中電容式之壓力感測器具有良好之溫度穩定性與低雜訊之特性,但易受到寄生電容等影響。微機電系統 (Micro-Electro-Mechanical Systems, MEMS) 感測器相較於傳統感測器具有功耗低、體積小、靈敏度高與成本低等優勢,加上過去幾十年中,互補式金氧半(CMOS) 製程已成為積體電路 (Integrated circuit, IC) 之主流製造技術,受惠其成熟與高可靠性之製造技術與電路高整合性,使得 MEMS感測器也得以使用CMOS製程實現,即所謂互補式金氧半微機電系統(CMOS-MEMS)。如此一來感測器將不需分成微機電系統結構與讀取電路兩個晶片來製作,進而擁有複雜度與成本低、訊號雜訊較小等優勢。
綜觀CMOS-MEMS電容式壓力感測器之相關研究,發現尚未有研究使用垂直堆疊製程所製作之差動感測電容來提升壓力感測器的性能。在先前技術中,其CMOS-MEMS電容式壓力感測器皆只含僅具二個電極之單一感測電容器,對於感測器之靈敏度皆會受限,且有些研究並非直接於標準CMOS製程進行壓力感測器之製作,會增加許多製程與打線封裝等額外成本 。
因此,本發明係在針對上述的困擾,提出一種互補式金氧半微機電電容式壓力感測裝置及其製作方法,以解決習知所產生的問題。
本發明提供一種互補式金氧半微機電電容式壓力感測裝置及其製作方法,此互補式金氧半微機電電容式壓力感測裝置具有高電路整合性與高感測靈敏度,並能有效降低共模雜訊之影響,提升感測裝置後端之讀取電路之訊號解析度。
在本發明之一實施例中,一種互補式金氧半微機電電容式壓力感測裝置包含一半導體基板與一電容式壓力感測層。電容式壓力感測層設於半導體基板上,其中電容式壓力感測層包含一第一電極、一第二電極、一第三電極、一開放式空腔與一密閉式空腔。第一電極、第二電極與第三電極沿垂直半導體基板之表面之第一方向上依序排列,並在垂直第一方向之第二方向上彼此重疊,且開放式空腔與密閉式空腔之其中一者位於第一電極與第二電極之間,開放式空腔與密閉式空腔之另一者位於第三電極與第二電極之間。
在本發明之一實施例中,電容式壓力感測層更包含一介電結構與一絕緣填充結構。介電結構具有連通外部空間之一第一腔室與一第二腔室,其中第一電極、第二電極與第三電極嵌於介電結構中,第一腔室之至少一個開口位於介電結構之頂部,第二腔室之至少一個開口位於介電結構之頂部,第一腔室具有至少一個最小第一截面寬度,第二腔室包含至少一個第一子腔室與一第二子腔室,第一子腔室靠近第二腔室之開口,第二子腔室遠離第二腔室之開口,第一子腔室具有小於最小第一截面寬度之至少一個第二截面寬度,第一腔室作為開放式空腔。絕緣填充結構填充於第二腔室之對應於第二截面寬度之位置,以封閉第二子腔室,並將此作為密閉式空腔。
在本發明之一實施例中,最小第一截面寬度實質上大於兩倍第二截面寬度。
在本發明之一實施例中,絕緣填充結構之材質為聚對二甲苯(parylene)、氮化矽或二氧化矽。
在本發明之一實施例中,第一腔室與第二腔室互相連通。
在本發明之一實施例中,半導體基板為矽基板。
在本發明之一實施例中,一種互補式金氧半微機電電容式壓力感測裝置之製作方法包含下列步驟:提供一半導體基板,其上設有一導電層間介電質層,其中導電層間介電質層之頂部具有至少兩個孔洞,導電層間介電質層包含複數個導電層,孔洞露出該些導電層之部分區域,所有導電層之其餘區域包含一第一電極、一第二電極與一第三電極,第一電極、第二電極與第三電極沿垂直半導體基板之表面之第一方向上依序排列,並在垂直第一方向之第二方向上彼此重疊,孔洞對應之導電層之部分位於第一電極與第二電極之間,且位於第二電極與第三電極之間;移除孔洞對應之導電層,以形成一第一腔室與一第二腔室,其中第一腔室具有至少一個最小第一截面寬度,第二腔室包含至少一個第一子腔室與一第二子腔室,第一子腔室靠近孔洞,第二子腔室遠離孔洞,第一子腔室具有小於最小第一截面寬度之至少一個第二截面寬度,最小第一截面寬度大於最小第二截面寬度,且第一腔室與第二腔室之其中一者位於第一電極與第二電極之間,第一腔室與第二腔室之另一者位於第三電極與第二電極之間;以及以一絕緣填充結構填滿於第二腔室之對應於第二截面寬度之位置,以封閉第二子腔室,並將此作為一密閉式空腔,其中第一腔室作為一開放式空腔。
在本發明之一實施例中,孔洞對應之導電層係以乾蝕刻法或濕蝕刻法移除。
在本發明之一實施例中,加熱一絕緣填充材質,以形成填充氣體,並將填充氣體通入第二腔室中,待填充氣體冷卻後,以於第二腔室之對應於第二截面寬度之位置填滿絕緣填充結構。
在本發明之一實施例中,絕緣填充材質係以攝氏550-650度加熱。
在本發明之一實施例中,絕緣填充材質為聚對二甲苯(parylene)、氮化矽或二氧化矽。
在本發明之一實施例中,最小第一截面寬度實質上大於兩倍之第二截面寬度。
在本發明之一實施例中,至少一個孔洞包含兩個孔洞,兩個孔洞之其中一者作為第一腔室之一開口,兩個孔洞之另一者作為第二腔室之一開口。
在本發明之一實施例中,至少兩個孔洞包含四個孔洞,四個孔洞之其中二者作為第一腔室之兩個開口,四個孔洞之其餘二者作為第二腔室之兩個開口。
基於上述,互補式金氧半微機電電容式壓力感測裝置利用垂直堆疊製程設計差動感測電容,故具有高電路整合性與高感測靈敏度,並能有效降低共模雜訊之影響,提升感測裝置後端之讀取電路之訊號解析度。
茲為使 貴審查委員對本發明的結構特徵及所達成的功效更有進一步的瞭解與認識,謹佐以較佳的實施例圖及配合詳細的說明,說明如後:
本發明之實施例將藉由下文配合相關圖式進一步加以解說。盡可能的,於圖式與說明書中,相同標號係代表相同或相似構件。於圖式中,基於簡化與方便標示,形狀與厚度可能經過誇大表示。可以理解的是,未特別顯示於圖式中或描述於說明書中之元件,為所屬技術領域中具有通常技術者所知之形態。本領域之通常技術者可依據本發明之內容而進行多種之改變與修改。
當一個元件被稱為『在…上』時,它可泛指該元件直接在其他元件上,也可以是有其他元件存在於兩者之中。相反地,當一個元件被稱為『直接在』另一元件,它是不能有其他元件存在於兩者之中間。如本文所用,詞彙『及/或』包含了列出的關聯項目中的一個或多個的任何組合。
於下文中關於“一個實施例”或“一實施例”之描述係指關於至少一實施例內所相關連之一特定元件、結構或特徵。因此,於下文中多處所出現之“一個實施例”或 “一實施例”之多個描述並非針對同一實施例。再者,於一或多個實施例中之特定構件、結構與特徵可依照一適當方式而結合。
揭露特別以下述例子加以描述,這些例子僅係用以舉例說明而已,因為對於熟習此技藝者而言,在不脫離本揭示內容之精神和範圍內,當可作各種之更動與潤飾,因此本揭示內容之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。在通篇說明書與申請專利範圍中,除非內容清楚指定,否則「一」以及「該」的意義包含這一類敘述包括「一或至少一」該元件或成分。此外,如本揭露所用,除非從特定上下文明顯可見將複數個排除在外,否則單數冠詞亦包括複數個元件或成分的敘述。而且,應用在此描述中與下述之全部申請專利範圍中時,除非內容清楚指定,否則「在其中」的意思可包含「在其中」與「在其上」。在通篇說明書與申請專利範圍所使用之用詞(terms),除有特別註明,通常具有每個用詞使用在此領域中、在此揭露之內容中與特殊內容中的平常意義。某些用以描述本揭露之用詞將於下或在此說明書的別處討論,以提供從業人員(practitioner)在有關本揭露之描述上額外的引導。在通篇說明書之任何地方之例子,包含在此所討論之任何用詞之例子的使用,僅係用以舉例說明,當然不限制本揭露或任何例示用詞之範圍與意義。同樣地,本揭露並不限於此說明書中所提出之各種實施例。
可了解如在此所使用的用詞「包含(comprising)」、「包含(including)」、「具有(having)」、「含有(containing)」、「包含(involving)」等等,為開放性的(open-ended),即意指包含但不限於。另外,本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外,摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用,並非用來限制發明作之申請專利範圍。
在此所使用的用詞「實質上(substantially)」、「大約(around)」、「約(about)」或「近乎(approximately)」應大體上意味在給定值或範圍的20%以內,較佳係在10%以內。此外,在此所提供之數量可為近似的,因此意味著若無特別陳述,可用詞「大約」、「約」或「近乎」加以表示。當一數量、濃度或其他數值或參數有指定的範圍、較佳範圍或表列出上下理想值之時,應視為特別揭露由任何上下限之數對或理想值所構成的所有範圍,不論該等範圍是否分別揭露。舉例而言,如揭露範圍某長度為X公分到Y公分,應視為揭露長度為H公分且H可為X到Y之間之任意實數。
除非特別說明,一些條件句或字詞,例如「可以(can)」、「可能(could)」、「也許(might)」,或「可(may)」,通常是試圖表達本案實施例具有,但是也可以解釋成可能不需要的特徵、元件,或步驟。在其他實施例中,這些特徵、元件,或步驟可能是不需要的。
以下將提出一種本發明之互補式金氧半微機電電容式壓力感測裝置及其製作方法,互補式金氧半微機電電容式壓力感測裝置利用垂直堆疊製程設計差動感測電容,故具有高電路整合性與高感測靈敏度,並能有效降低共模雜訊之影響,提升感測裝置後端之讀取電路之訊號解析度。
第1圖為本發明之第一實施例之互補式金氧半微機電電容式壓力感測裝置之結構立體圖。第2圖為第1圖沿A-A’線之結構剖視圖。第3圖為第1圖沿B-B’線之結構剖視圖。請參閱第1圖、第2圖與第3圖,以下介紹本發明之互補式金氧半微機電電容式壓力感測裝置1之第一實施例。互補式金氧半微機電電容式壓力感測裝置1包含一半導體基板10與一電容式壓力感測層11,電容式壓力感測層11設於半導體基板10。舉例來說,半導體基板10可為矽基板,但本發明並不以此為限。電容式壓力感測層11包含一第一電極110、一第二電極111、一第三電極112、一開放式空腔113與一密閉式空腔114,第一電極110、第二電極111與第三電極112沿垂直半導體基板10之表面之第一方向上依序排列,並在垂直第一方向之第二方向上彼此重疊,且開放式空腔113與密閉式空腔114之其中一者位於第一電極110與第二電極111之間,開放式空腔113與密閉式空腔114之另一者位於第三電極112與第二電極111之間。舉例來說,第一電極110、第二電極111與第三電極112依序由上而下排列或由下而上排列。開放式空腔113位於第一電極110與第二電極111之間,密閉式空腔114位於第三電極112與第二電極111之間。或者,密閉式空腔114位於第一電極110與第二電極111之間,開放式空腔113位於第三電極112與第二電極111之間。在第一實施例中,第一電極110、第二電極111與第三電極112依序由上而下排列,開放式空腔113位於第一電極110與第二電極111之間,密閉式空腔114位於第三電極112與第二電極111之間。
第一電極110與第二電極111會形成第一電容器,第二電極111與第三電極112會形成第二電容器,此兩個電容器形成一對差動感測電容器。當流體或氣體流入開放式空腔113中,使第二電極111向密閉式空腔114擠壓時,第一電極110、第二電極111與第三電極112之間的距離會改變。故第一電容器之電容會變小,第二電容器之電容會變大,且此二電容變化是相等的。也就是說,當讀取電路耦接第一電極110、第二電極111與第三電極112時,相比具有單一感測電容器之壓力感測器會接收到兩倍之電容變化,但此電容式壓力感測層11使用之電容器之面積與單一感測電容器之面積相同。此差動感測電容利用垂直堆疊製程設計,故具有高電路整合性與高感測靈敏度,並能有效降低共模雜訊之影響,提升互補式金氧半微機電電容式壓力感測裝置1之後端之讀取電路之訊號解析度。
在本發明之某些實施例中,電容式壓力感測層11更可包含一介電結構115與一絕緣填充結構116。絕緣填充結構116之材質為聚對二甲苯(parylene)、氮化矽或二氧化矽,但本發明不限於此。介電結構115具有連通外部空間之一第一腔室與一第二腔室1150,其中第一腔室作為開放式空腔113,第一電極110、第二電極111與第三電極112嵌於介電結構115中,並由介電結構115包覆,第一腔室之至少一個開口位於介電結構115之頂部,在此以兩個開口為例。第二腔室1150之至少一個開口位於介電結構115之頂部,在此以兩個開口為例。第一腔室具有兩個最小第一截面寬度,第二腔室1150包含至少一個第一子腔室A與一第二子腔室,第一子腔室A靠近第二腔室1150之開口,第二子腔室遠離第二腔室1150之開口,第一子腔室A具有小於第一最小截面寬度之至少一個第二截面寬度。在此以兩個第一子腔室A與兩個第二截面寬度為例。舉例來說,最小第一截面寬度可實質上大於兩倍第二截面寬度。絕緣填充結構116填充於第二腔室1150之對應於第二截面寬度之位置,以封閉第二子腔室,並將此作為密閉式空腔114。當最小第一截面寬度大於第二截面寬度時,可避免第一腔室與第二腔室1150皆被絕緣填充結構116填滿,以完成選擇性封腔(selective sealing)。
第4(a)圖至第4(c)圖為本發明之第一實施例之互補式金氧半微機電電容式壓力感測裝置之製作方法之各步驟結構剖視圖。如第4(a)圖至第4(c)圖所示,為了盡可能地顯示第一腔室與第二腔室1150之全貌,第4(a)圖至第4(c)圖皆有不同位置之結構剖視圖,第4(a)圖至第4(c)圖之上圖對應第1圖之A-A’線,第4(a)圖至第4(c)圖之下圖對應第1圖之B-B’線。如第4(a)圖所示,提供半導體基板10,並以CMOS製程於半導體基板10上設有一導電層間介電質層12。導電層間介電質層12為具有金屬導電層之金屬層間介電質(inter-metal dielectric, IMD)層。導電層間介電質層12之頂部具有至少兩個孔洞120,在此以四個孔洞120為例。導電層間介電質層12包含複數個導電層121與介電結構115,導電層121包含相同或不同之導電材質。四個孔洞120露出所有導電層121之部分區域,所有導電層121之其餘區域包含第一電極110、第二電極111與第三電極112,第一電極110、第二電極111與第三電極112沿垂直半導體基板10之表面之第一方向上依序排列,並在垂直第一方向之第二方向上彼此重疊,四個孔洞120對應之導電層121之部分位於第一電極110與第二電極111之間,且位於第二電極111與第三電極112之間。如第4(a)圖與第4(b)圖所示,以濕蝕刻法或乾蝕刻法移除四個孔洞120對應之導電層121,以形成第一腔室1151與第二腔室1150。四個孔洞120之其中兩者作為第一腔室1151之兩個開口,四個孔洞120之其餘兩者作為第二腔室1150之兩個開口。第一腔室1151具有兩個最小第一截面寬度,第二腔室1150包含第一子腔室A與第二子腔室B,第一子腔室A靠近孔洞,第二子腔室B遠離孔洞,第一子腔室A具有小於最小第一截面寬度之兩個最小第二截面寬度,且第一腔室1151與第二腔室1150之其中一者位於第一電極110與第二電極111之間,第一腔室1151與第二腔室1150之另一者位於第三電極112與第二電極111之間。舉例來說,第一腔室1151位於第一電極110與第二電極111之間,第二腔室1150位於第三電極112與第二電極111之間。或者,第二腔室1150位於第一電極110與第二電極111之間,第一腔室1151位於第三電極112與第二電極111之間。在第一實施例中,第一腔室1151位於第一電極110與第二電極111之間,第二腔室1150位於第三電極112與第二電極111之間。如第4(b)圖與第4(c)圖所示,以絕緣填充結構116填滿於第二腔室1150之對應於兩個第二截面寬度之位置,以封閉第二子腔室B,並將此作為一密閉式空腔114,其中第一腔室1151作為開放式空腔113。在第4(c)圖之步驟中,可以攝氏550-650度加熱一絕緣填充材質,以形成填充氣體,並將此填充氣體通入第二腔室1150中,待填充氣體冷卻後,以於第二腔室1150之對應於兩個第二截面寬度之位置填滿絕緣填充結構116。然而,倘若可達到相同的結果,並不需要一定照第4(a)圖至第4(c)圖所示之流程中的步驟順序來進行,且第4(a)圖至第4(c)圖所示之步驟不一定要連續進行,亦即其他步驟亦可插入其中。由於互補式金氧半微機電電容式壓力感測裝置是以CMOS製程直接製作,故容易與讀取電路整合與相容,在後續整合讀取電路之製程中,不需花費額外製程與成本,以減少寄生效應並提高效能。
第5圖為本發明之第二實施例之互補式金氧半微機電電容式壓力感測裝置之結構立體圖。第6圖為第5圖沿C-C’線之結構剖視圖。請參閱第5圖與第6圖,以下介紹本發明之互補式金氧半微機電電容式壓力感測裝置1之第二實施例。第二實施例與第一實施例差別在於第二實施例之作為開放式空腔113之第一腔室與第二腔室1150互相連通,其餘結構已於前述敘述過,於此不再贅述。
第7(a)圖至第7(c)圖為本發明之第二實施例之互補式金氧半微機電電容式壓力感測裝置之製作方法之各步驟結構剖視圖。第7(a)圖與第4(a)圖之步驟相同,差別在於第7(a)圖之孔洞120之數量為兩個。此外,第7(b)圖與第7(c)圖之步驟亦分別與第4(b)圖與第4(c)圖之步驟相同,於此不再贅述。
第8圖為本發明之第三實施例之互補式金氧半微機電電容式壓力感測裝置之結構立體圖。第9圖為第8圖沿D-D’線之結構剖視圖。以下介紹本發明之互補式金氧半微機電電容式壓力感測裝置1之第三實施例。第三實施例與第二實施例差別在於第三實施例之作為開放式空腔113之第一腔室僅具有一個連通外部空間之開口,且第一子腔室A之數量為一個,其餘結構已於前述敘述過,於此不再贅述。
第10(a)圖至第10(c)圖為本發明之第三實施例之互補式金氧半微機電電容式壓力感測裝置之製作方法之各步驟結構剖視圖。第10(a)圖至第10(c)圖分別與第7(a)圖至第7(c)圖之步驟相同,差別在於第10(a)圖至第10(c)圖之孔洞120之數量為一個,且第一子腔室A之數量為一個,其餘結構已於前述敘述過,於此不再贅述。
根據上述實施例,互補式金氧半微機電電容式壓力感測裝置及其製作方法利用垂直堆疊製程設計差動感測電容,故互補式金氧半微機電電容式壓力感測裝置具有高電路整合性與高感測靈敏度,並能有效降低共模雜訊之影響,提升感測裝置後端之讀取電路之訊號解析度。
以上所述者,僅為本發明一較佳實施例而已,並非用來限定本發明實施之範圍,故舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾,均應包括於本發明之申請專利範圍內。
1:互補式金氧半微機電電容式壓力感測裝置
10:半導體基板
11:電容式壓力感測層
110:第一電極
111:第二電極
112:第三電極
113:開放式空腔
114:密閉式空腔
115:介電結構
1150:第二腔室
1151:第一腔室
116:絕緣填充結構
12:導電層間介電質層
120:孔洞
121:導電層
A:第一子腔室
B:第二子腔室
第1圖為本發明之第一實施例之互補式金氧半微機電電容式壓力感測裝置之結構立體圖。
第2圖為第1圖沿A-A’線之結構剖視圖。
第3圖為第1圖沿B-B’線之結構剖視圖。
第4(a)圖至第4(c)圖為本發明之第一實施例之互補式金氧半微機電電容式壓力感測裝置之製作方法之各步驟結構剖視圖。
第5圖為本發明之第二實施例之互補式金氧半微機電電容式壓力感測裝置之結構立體圖。
第6圖為第5圖沿C-C’線之結構剖視圖。
第7(a)圖至第7(c)圖為本發明之第二實施例之互補式金氧半微機電電容式壓力感測裝置之製作方法之各步驟結構剖視圖。
第8圖為本發明之第三實施例之互補式金氧半微機電電容式壓力感測裝置之結構立體圖。
第9圖為第8圖沿D-D’線之結構剖視圖。
第10(a)圖至第10(c)圖為本發明之第三實施例之互補式金氧半微機電電容式壓力感測裝置之製作方法之各步驟結構剖視圖。
1:互補式金氧半微機電電容式壓力感測裝置
10:半導體基板
11:電容式壓力感測層
110:第一電極
111:第二電極
112:第三電極
113:開放式空腔
114:密閉式空腔
115:介電結構
1150:第二腔室
116:絕緣填充結構
A:第一子腔室
Claims (14)
- 一種互補式金氧半微機電電容式壓力感測裝置,包含:一半導體基板;以及一電容式壓力感測層,設於該半導體基板上,其中該電容式壓力感測層包含一第一電極、一第二電極、一第三電極、一開放式空腔與一密閉式空腔,該第一電極、該第二電極與該第三電極沿垂直該半導體基板之表面之第一方向上依序排列,並在垂直該第一方向之第二方向上彼此重疊,且該開放式空腔與該密閉式空腔之其中一者位於該第一電極與該第二電極之間,該開放式空腔與該密閉式空腔之另一者位於該第三電極與該第二電極之間。
- 如請求項1所述之互補式金氧半微機電電容式壓力感測裝置,其中該電容式壓力感測層更包含:一介電結構,具有連通外部空間之一第一腔室與一第二腔室,其中該第一電極、該第二電極與該第三電極嵌於該介電結構中,該第一腔室之至少一個開口位於該介電結構之頂部,該第二腔室之至少一個開口位於該介電結構之頂部,該第一腔室具有至少一個最小第一截面寬度,該第二腔室包含至少一個第一子腔室與一第二子腔室,該至少一個第一子腔室靠近該第二腔室之該至少一個開口,該第二子腔室遠離該第二腔室之該至少一個開口,該至少一個第一子腔室具有小於該至少一個最小第一截面寬度之至少一個第二截面寬度,該第一腔室作為該開放式空腔;以及一絕緣填充結構,填充於該第二腔室之對應於該至少一個第二截面寬度之位置,以封閉該第二子腔室,並將此作為該密閉式空腔。
- 如請求項2所述之互補式金氧半微機電電容式壓力感測裝置, 其中該最小第一截面寬度實質上大於兩倍之該第二截面寬度。
- 如請求項2所述之互補式金氧半微機電電容式壓力感測裝置,其中該絕緣填充結構之材質為聚對二甲苯(parylene)、氮化矽或二氧化矽。
- 如請求項2所述之互補式金氧半微機電電容式壓力感測裝置,其中該第一腔室與該第二腔室互相連通。
- 如請求項1所述之互補式金氧半微機電電容式壓力感測裝置,其中該半導體基板為矽基板。
- 一種互補式金氧半微機電電容式壓力感測裝置之製作方法,其係包含下列步驟:提供一半導體基板,其上設有一導電層間介電質層,其中該導電層間介電質層之頂部具有至少一個孔洞,該導電層間介電質層包含複數個導電層,該至少一個孔洞露出該等導電層之部分區域,該等導電層之其餘區域包含一第一電極、一第二電極與一第三電極,該第一電極、該第二電極與該第三電極沿垂直該半導體基板之表面之第一方向上依序排列,並在垂直該第一方向之第二方向上彼此重疊,該至少一個孔洞對應之該導電層之部分位於該第一電極與該第二電極之間,且位於該第二電極與該第三電極之間;移除該至少一個孔洞對應之該導電層,以形成一第一腔室與一第二腔室,其中該第一腔室具有至少一個最小第一截面寬度,該第二腔室包含至少一個第一子腔室與一第二子腔室,該至少一個第一子腔室靠近該至少一個孔洞,該第二子腔室遠離該至少一個孔洞,該至少一個第一子腔室具有小於該至少一個最小第一截面寬度之至少一個第二截面寬度,且該第一腔室與該第二腔室之其中一者位於該 第一電極與該第二電極之間,該第一腔室與該第二腔室之另一者位於該第三電極與該第二電極之間;以及以一絕緣填充結構填滿於該第二腔室之對應於該至少一個第二截面寬度之位置,以封閉該第二子腔室,並將此作為一密閉式空腔,其中該第一腔室作為一開放式空腔。
- 如請求項7所述之互補式金氧半微機電電容式壓力感測裝置之製作方法,其中該至少一個孔洞對應之該導電層係以乾蝕刻法或濕蝕刻法移除。
- 如請求項7所述之互補式金氧半微機電電容式壓力感測裝置之製作方法,其中在以該絕緣填充結構填滿於該第二腔室之對應於該至少一個第二截面寬度之該位置之步驟中,加熱一絕緣填充材質,以形成填充氣體,並將該填充氣體通入該第二腔室中,待該填充氣體冷卻後,以於該第二腔室之對應於該至少一個第二截面寬度之該位置填滿該絕緣填充結構。
- 如請求項9所述之互補式金氧半微機電電容式壓力感測裝置之製作方法,其中該絕緣填充材質係以攝氏550-650度加熱。
- 如請求項9所述之互補式金氧半微機電電容式壓力感測裝置之製作方法,其中該絕緣填充材質為聚對二甲苯(parylene)、氮化矽或二氧化矽。
- 如請求項7所述之互補式金氧半微機電電容式壓力感測裝置之製作方法,其中該最小第一截面寬度實質上大於兩倍該第二截面寬度。
- 如請求項7所述之互補式金氧半微機電電容式壓力感測裝置之製作方法,其中該至少一個孔洞包含兩個孔洞,該兩個孔洞之其中 一者作為該第一腔室之一開口,該兩個孔洞之另一者作為該第二腔室之一開口。
- 如請求項7所述之互補式金氧半微機電電容式壓力感測裝置之製作方法,其中該至少一個孔洞包含四個孔洞,該四個孔洞之其中兩者作為該第一腔室之兩個開口,該四個孔洞之其餘兩者作為該第二腔室之兩個開口。
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TW111108442A TWI792938B (zh) | 2022-03-08 | 2022-03-08 | 互補式金氧半微機電電容式壓力感測裝置及其製作方法 |
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US20080053236A1 (en) * | 2006-08-31 | 2008-03-06 | Evigia Systems, Inc. | Capacitive pressure sensor and method therefor |
US20150008543A1 (en) * | 2013-07-03 | 2015-01-08 | Semiconductor Manufacturing International (Shanghai) Corporation | Mems capacitive pressure sensors and fabrication method thereof |
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