CN104931188A - 微机电压力计以及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种微机电压力计，其中包含：一基板，具有至少一导电线路；一薄膜，位于该基板上方，在该薄膜与该基板之间形成一半开放腔体，此半开放腔体具有一开口以接受外来压力；以及一封盖，位于该薄膜上方且与该薄膜形成一封闭空间，该封盖具有对应于该薄膜而设置的一上电极，且该薄膜至少有一部分构成下电极，该上、下电极形成感应电容以感测该外来压力；该下电极与该上电极分别电连接于该导电线路。同时还提供该微机电压力计的制作方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种微机电压力计，特别为具有接受外来气压的一半开放腔体且薄膜设置于半开放腔体上方的微机电压力计。
背景技术
微机电压力计普遍应用日常生活中，例如高度计、胎压计或引擎管理系统等压力感测场合。图1显示现有技术的一微机电压力计10，由上至下依序包含薄膜11、封闭空间12、与基板13，薄膜11根据外来压力P而产生变形，进而产生感测讯号。此设计的优点是结构简单，但半导体工艺中应用到的工作气体例如氩气、氧气等，部分会残留于基板13上的电路中，此些残留气体将会释放至封闭空间12中，造成封闭空间12内的压力随温度变化而偏离设计值以致影响感测，导致感测质量不佳。上述形式的微机电元件可参见美国专利US6131466,US8008738。
因此，如何减少残留气体对于感测的影响，为产品开发重要的关键。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种微机电压力计，可以减少残留气体对于感测的影响，同时还提出该微机电压力计的制作方法。
为达上述目的，就其中一个观点，本发明提供一种微机电压力计，其中包含：一基板，具有至少一导电线路；一薄膜，位于该基板上方，在该薄膜与该基板之间形成一半开放腔体，此半开放腔体具有一开口以接受外来压力；以及一封盖，位于该薄膜上方且与该薄膜形成一封闭空间，该封盖具有对应于该薄膜而设置的一上电极，且该薄膜至少有一部分构成下电极，该上、下电极形成感应电容以感测该外来压力；其中，该下电极与该上电极分别电连接于该基板上的导电线路。
在一实施例中，该封闭空间本身完全封闭，或该微机电压力计还包含一通压路径，且该封闭空间经由该通压路径而连通于一参考压力源。
在一实施例中，该通压路径设置于该封盖中。
在一实施例中，该封盖与该薄膜之间有一绝缘层，且该通压路径设置于该绝缘层中。
在一实施例中，该薄膜与该绝缘层分别为一硅覆绝缘层芯片的硅层与绝缘层。
在一实施例中，该薄膜上可以具有一导电金属层以形成下金属电极与质量结构。
在一实施例中，该微机电压力计还包含一导电栓结构，将该下电极电连接于该导电线路。
在一实施例中，该上电极通过一导电栓结构连接于该导电线路，且该微机电压力计还包含：位在该下电极与该导电栓结构之间的一电性隔离结构，此隔离结构为一空隙或为绝缘材料。
在一实施例中，该微机电压力计还包含多个阻挡块，设置于该半开放腔体的开口处。
在一实施例中，该封盖朝向该薄膜的一面上设置有至少一止挡块。
为达上述目的，就另一个观点，本发明提供一种微机电压力计的制作方法，其中包含：提供一基板，包含至少一导电线路；提供一薄膜，并结合该薄膜于该基板上方以使该薄膜和该基板间形成一半开放腔体，其中该薄膜至少有一部分构成下电极；将该薄膜电连接于该导电线路；提供一封盖，结合于该薄膜上方且与该薄膜形成一封闭空间，该封盖具有对应于薄膜的一上电极；以及电连接该上电极于该导电线路，其中该半开放腔体具有一开口以接受外来压力，使该薄膜根据该外来压力而产生形变。
为达上述目的，就再一个观点，本发明提供一种微机电压力计的制作方法，利用互补式金氧半导体工艺所制作，其中包含：提供一基板，其中包含至少一导电线路；形成一第一绝缘层于该基板上；在该第一绝缘层中形成第一与部分第二导电栓结构；通过第一绝缘层将该基板与一薄膜结合，以形成一半开放腔体，其中该薄膜至少有一部分构成下电极；通过第一导电栓结构而将该下电极电连接于该导电线路；形成一第二绝缘层于薄膜上；在第二绝缘层中形成部分第二导电栓结构；以及提供一封盖，此封盖通过第二绝缘层与薄膜结合以形成一封闭空间，该封盖具有对应于下电极的一上电极，此上电极通过该第二导电栓结构而电连接于该导电线路，其中该半开放腔体具有一开口以接受外来压力，使该薄膜根据该外来压力而产生形变。
下面通过具体实施例详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
附图说明
图1显示现有技术的微机电压力计；
图2A显示根据本发明一实施例的微机电压力计的剖面图，其为根据图2D、2E中AA剖切线所得的剖面图；
图2B显示根据本发明再一实施例的微机电压力计的剖面图，其为根据图2D、2E中AA剖切线所得的剖面图；
图2C显示根据本发明另一实施例的微机电压力计的剖面图，其为根据图2D、2E中AA剖切线所得的剖面图；
图2D显示图2A～2C中开口221相关区域的一实施例的局部俯视图；
图2E显示图2A～2C中开口221相关区域的一实施例的局部俯视图；
图3A显示根据本发明另一实施例的微机电压力计的剖面图，其为根据图3B中BB剖切线所得的剖面图；
图3B显示根据图3A中开口221相关区域的一实施例的局部俯视图；
图4显示根据本发明一实施例的微机电压力计的制作方法流程；
图5显示根据本发明另一实施例的微机电压力计的制作方法流程。
图中符号说明
10 微机电压力计
11 薄膜
12 封闭空间
13 基板
20 微机电压力计
21 薄膜
211 质量结构
22 半开放腔体
221 开口
222 阻挡物
23 基板
231 导电线路
24 封盖
241 上电极
242 止挡块
25 封闭空间
26 通压路径
30 微机电压力计
37 导电栓结构
L1 第一绝缘层
L2 第二绝缘层
P 外来压力
PS 参考压力源
U 导电栓结构
T 电性隔离结构
具体实施方式
有关本发明的前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的一较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附加图式的方向。本发明中的图式均属示意，主要意在表示各装置以及各元件之间的功能作用关系，至于形状、厚度与宽度则并未依照比例绘制。
参照图2A，本发明提供一种微机电压力计20，其中包含：一基板23，具有至少一导电线路231，该基板23例如但不限于包含硅底层基板(亦可为其它材料所制成的底层基板)以及由半导体工艺制作于该硅底层基板之上或之内的导线线路(例如但不限于通过微影、离子植入、沉积、蚀刻等步骤所制作)；一半开放腔体22，位于导电线路231上方与一薄膜21之间，此半开放腔体22具有一开口221以接受外来压力P，而薄膜21与基板23间可通过绝缘层L1互相结合，此绝缘层L1可为单层或复合绝缘材料层；以及一封盖24，位于薄膜21上方且与薄膜21形成一封闭空间25，封盖24具有对应于薄膜21而设置的一上电极241，而薄膜21至少有一部分(亦可全部)构成下电极，两者形成感应电容以感测该外来压力P，薄膜21与封盖24间可通过绝缘层L2互相结合，此绝缘层L2可为单层或复合材料层，其中较佳可包含至少一层绝缘材料，例如为单一绝缘层或使用硅覆绝缘层的全部或一部分来制作(在使用硅覆绝缘层的实施方式中，可使用硅覆绝缘层中的硅层作为薄膜21、并使用硅覆绝缘层中的绝缘层来作为绝缘层L2)；其中，上电极241和薄膜21中的下电极分别电连接于导电线路231，举例而言，薄膜21中的下电极例如但不限于可通过导电栓结构U而电连接于导电线路231，而上电极241例如但不限于可通过外部电连接线路而电连接于导电线路231。以上仅是举例，当然薄膜21中的下电极也可以通过外部电连接线路而电连接于导电线路231、而上电极241也可通过导电栓结构而电连接于导电线路231(可参阅图3A实施例)。
在一实施例中，封闭空间25本身完全密闭而具有一真空状态，此时微机电压力计20例如可进行绝对式压力感测(Absolute pressuresensing)。或者在另一实施例中，参照图2B、2C，封闭空间25可经由一通压路径26而连通于一参考压力源PS，此时微机电压力计20例如可进行仪表式压力感测(Gauge pressure sensing)。在一实施例中，通压路径26例如可设置于封盖24中(如图2B所示)；在另一实施例中，通压路径26例如可设置于第二绝缘层L2中(如图2C所示)。当封闭空间25经由通压路径26而连通于参考压力源PS时，封闭空间25、通压路径26以及参考压力源PS整体构成一密闭可控压力的环境。
在一实施例中，该薄膜21可具有至少一质量结构211，其厚度较薄膜21的其它部分为高，此质量结构211较佳宜设置在薄膜21的中心位置附近，其目的为增加薄膜21振动的幅度，使感测的分辨率增加。又一实施例中，薄膜21本身完全为导电材料所制作，或包含一层导电材料，以构成下电极。此外，封盖24可包含至少一止挡块(Stopper)242，设置在朝向薄膜21这一面的合适位置(例如但不限于对应于质量结构211的位置)，以防止薄膜21与封盖24间发生黏着(Stiction)现象或防止薄膜21曲度过大。
参照图2D，为图2B、2C中开口221相关区域的局部俯视图(图2B、2C是图2D沿AA剖切线所得的剖面图)，其显示在一实施例中，半开放腔体22具有开口221，且在该开口221中设置了多个阻挡物222，目的在于过滤外来的杂质。图中阻挡物222为两排交错排列的圆柱，但设置方式与阻挡物的形状都不限于此，例如设置方式可采单列、两列、更多列、或疏密不同的方式排列，且阻挡物的形状可以为其它任何形状，彼此间也不必须具有相同的尺寸与形状，例如图2E所示。
在图2B实施例中，薄膜21通过一导电栓结构U连接于导电线路231，以传递讯号给导电线路231；上电极241则通过一电连接线路，以传递讯号给导电线路231。参照图3A，在另一实施例中，上电极241可通过另一导电栓结构37将讯号给导电线路231。因上、下电极不宜短路连接至同一电位，因此导电栓结构37与薄膜21中的下电极不宜短路连接，故在下电极与导电栓结构37之间宜设置一电性隔离结构T，此电性隔离结构T可为一空隙或为绝缘材料。
类似于图2D、2E，图3B显示开口221相关区域的一实施例的局部俯视图。虽图3A中不能看见开口221，但由前述实施例的说明可知图3A中微机电压力计30应具有开口221，以使外来压力P可进入半开放腔体22。此外，图3A显示质量结构211、止挡块242、通压路径26及参考压力源PS等皆并非绝对必须。
参照图4，根据另一个观点，本发明提供一种微机电压力计的制作方法，其中包含：提供一基板，其中包含至少一导电线路；提供一薄膜，并结合薄膜于电路基板上方以使其间形成一半开放腔体，且将薄膜电连接于导电线路，其中该薄膜至少有一部分构成下电极；提供一封盖，结合于薄膜上方且与薄膜形成一封闭空间，封盖具有对应于薄膜的一上电极；以及电连接上电极于导电线路。上述半开放腔体具有一开口以接受外来压力，使薄膜根据外来压力而产生形变，以达成压力感测功能。其中，步骤的先后顺序未限制如前述，例如可先将封盖结合于薄膜上方后，再将薄膜与电路基板结合。当中的一步骤也可拆解为数个步骤，例如半开放腔体的形成，可先形成一封闭腔体(未显示)，再形成一开口(图2A-2E，开口221)以连接封闭腔体与外部的气压等。此外，将薄膜电连接于导电线路的步骤，也可与薄膜与基板的结合步骤分开，移到更后面来执行，以上端视需要而定。
参照图5，其显示根据本发明的微机电压力计的制作方法的另一实施例，其中部分步骤利用互补式金氧半导体工艺所制作，方法包含：提供一基板，其中包含至少一导电线路；形成一第一绝缘层于基板上；在第一绝缘层中形成第一与部分第二导电栓结构；通过第一绝缘层将基板与一已制作的薄膜结合、或沉积薄膜后蚀刻第一绝缘层(可利用第一绝缘层中的开口221，在此情况下欲蚀刻的区域应与欲保留的区域采用不同的材料制作，并选择适当的蚀刻剂)，以形成一半开放腔体，并通过第一导电栓结构而电连接薄膜中的下电极于导电线路(该薄膜至少有一部分构成下电极)；形成一第二绝缘层于薄膜上；在第二绝缘层中形成部分第二导电栓结构；以及提供一封盖，通过第二绝缘层与薄膜结合以形成一封闭空间，封盖具有对应于下电极的一上电极，此上电极通过第二导电栓结构而电连接于导电线路。上述半开放腔体具有一开口以接受外来压力，使薄膜根据外来压力而产生形变，以达成压力感测功能。
以上已针对较佳实施例来说明本发明，以上所述，仅为使本领域技术人员易于了解本发明的内容，并非用来限定本发明的权利范围。对于本领域技术人员，当可在本发明精神内，立即思及各种等效变化。故凡依本发明的概念与精神所为之均等变化或修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所揭露的全部目的或优点或特点。摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件检索之用，并非用来限制本发明的权利范围。
Claims (15)
1.一种微机电压力计，其特征在于，包含：
一基板，具有至少一导电线路；
一薄膜，位于该基板上方，在该薄膜与该基板之间形成一半开放腔体，此半开放腔体具有一开口以接受外来压力；以及
一封盖，位于该薄膜上方且与该薄膜形成一封闭空间，该封盖具有对应于该薄膜而设置的一上电极，且该薄膜至少有一部分构成下电极，该上、下电极形成感应电容以感测该外来压力；
其中，该下电极与该上电极分别电连接于该导电线路。
2.如权利要求1所述的微机电压力计，其中，该封闭空间本身完全封闭，或该微机电压力计还包含一通压路径，且该封闭空间经由该通压路径而连通于一参考压力源。
3.如权利要求2所述的微机电压力计，其中，该通压路径设置于该封盖中。
4.如权利要求2所述的微机电压力计，其中，该封盖与该薄膜经由一绝缘层而结合，且该通压路径设置于该绝缘层中。
5.如权利要求4所述的微机电压力计，其中，该薄膜与该绝缘层分别为一硅覆绝缘层的硅层与绝缘层。
6.如权利要求1所述的微机电压力计，其中，该薄膜具有至少一质量结构，该质量结构的厚度较薄膜的其它部分为高。
7.如权利要求1所述的微机电压力计，其中，还包含一导电栓结构，将该下电极电连接于该导电线路。
8.如权利要求1所述的微机电压力计，其中，该上电极通过一导电栓结构连接于该导电线路，且该微机电压力计还包含：位在该下电极与该导电栓结构之间的一电性隔离结构，此电性隔离结构为一空隙或为绝缘材料。
9.如权利要求1所述的微机电压力计，其中，还包含多个阻挡物，设置于该半开放腔体的开口处。
10.如权利要求1所述的微机电压力计，其中，该封盖朝向该薄膜的一面上设置有至少一止挡块。
11.如权利要求1所述的微机电压力计，其中，该基板包含硅底层基板。
12.一种微机电压力计的制作方法，其特征在于，包含：
提供一基板，其中包含至少一导电线路；
提供一薄膜，并结合该薄膜于该基板上方以使该薄膜和该基板间形成一半开放腔体，其中该薄膜至少有一部分构成下电极；
将该薄膜电连接于该导电线路；
提供一封盖，结合于该薄膜上方且与该薄膜形成一封闭空间，该封盖具有对应于薄膜的一上电极；以及
电连接该上电极于该导电线路，
其中该半开放腔体具有一开口以接受外来压力，使该薄膜根据该外来压力而产生形变。
13.如权利要求12所述的微机电压力计的制作方法，其中，提供一封盖，结合于该薄膜上方的步骤包含：将该封盖与该薄膜经由一绝缘层而结合，且该薄膜与该绝缘层分别为一硅覆绝缘层的硅层与绝缘层。
14.一种微机电压力计的制作方法，其特征在于，包含：
提供一基板，其中包含至少一导电线路；
形成一第一绝缘层于该基板上；
在该第一绝缘层中形成第一与部分第二导电栓结构；
通过第一绝缘层将该基板与一薄膜结合、或沉积该薄膜后蚀刻第一绝缘层，以形成一半开放腔体，其中该薄膜至少有一部分构成下电极；
通过第一导电栓结构而将该下电极电连接于该导电线路；
形成一第二绝缘层于薄膜上；
在第二绝缘层中形成部分第二导电栓结构；以及
提供一封盖，此封盖通过第二绝缘层与薄膜结合以形成一封闭空间，该封盖具有对应于下电极的一上电极，此上电极通过该第二导电栓结构而电连接于该导电线路，
其中该半开放腔体具有一开口以接受外来压力，使该薄膜根据该外来压力而产生形变。
15.如权利要求12或14所述的微机电压力计的制作方法，其中，该基板包含硅底层基板。
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2014
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