本發(fā)明涉及一種壓力傳感器及其制造方法，且特別涉及一種具有復(fù)合腔體的壓力傳感器及其制造方法。

背景技術(shù)：

壓力傳感器可以用來檢測流體壓力的大小，也可以用來檢測氣壓的大小，氣體壓力感測是工業(yè)應(yīng)用最廣且十分重要的技術(shù)，目前已有許多不同類型的產(chǎn)品，其中如布爾登(Bourdon)管型氣壓計、簧片變形計(diaphragm-type strain gauge)等。這些傳統(tǒng)的壓力傳感器皆是以氣壓差來產(chǎn)生元件上的相對物理變形或位移量，進而計算轉(zhuǎn)換成流體壓力的大小，也可以用來檢測氣壓的大小，傳統(tǒng)的氣壓傳感器體積龐大而且精確度不高，大部分應(yīng)用于工業(yè)界例如氣體管路壓力的監(jiān)控。

為此，一種利用微機電技術(shù)(MEMS)制作的壓阻(piezo-resistive)式壓力傳感器因應(yīng)而生，其可以達到微小化及更高的精度，例如達到100Pa～10Pa的精度。但是，利用壓阻效應(yīng)感測技術(shù)，對于溫度是敏感的，量測精度因此受限，可應(yīng)用于胎壓感測(約100Pa的靈敏度)，或血壓檢測(約10Pa的靈敏度)，但卻不適合應(yīng)用在譬如手機的移動裝置上來量測高度(小于1Pa的靈敏度)，這應(yīng)用可以讓使用者將2D GPS定位擴展至3D定位，通過應(yīng)用程序完成各種應(yīng)用，例如室內(nèi)導(dǎo)航(in-door navigation)。

另外，也有電容式壓力傳感器，但是這種傳感器通常會受到寄生電容的影響。為解決此問題，通常需要將電容式壓力傳感器設(shè)計成單石體(monolithic)的結(jié)構(gòu)，才能提供優(yōu)于壓阻式傳感器的精度。

再者，將壓力傳感器電連接到電路板時，其封裝基板與焊接電路板之間利用表面安裝技術(shù)制造工藝(Surface Mount Technology(SMT)process)所導(dǎo)致的熱應(yīng)力也會干擾量測的精度，以上問題都是本發(fā)明欲解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種具有復(fù)合腔體的壓力傳感器及其制造方法，通過增大壓力傳感器內(nèi)的腔體的容積，并使腔體維持在接近真空的壓力，來提高感測結(jié)果，降低溫度變化對于感測結(jié)果的影響。

本發(fā)明的另一目的是提供一種具有復(fù)合腔體的壓力傳感器及其制造方法，可以有效阻絕電路板焊接的應(yīng)力傳達至壓力感測單元。

本發(fā)明的又另一目的是提供一種具有復(fù)合腔體的壓力傳感器及其制造方法，可以利用晶圓級封裝技術(shù)來制作，以便提高產(chǎn)能，降低制造成本。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種壓力傳感器，包括：一基底結(jié)構(gòu)，具有一感測電路；一第一電極板，形成于該基底結(jié)構(gòu)上或之中；以及一蓋體結(jié)構(gòu)，設(shè)置于該第一電極板的上方，其中一腔體形成于該蓋體結(jié)構(gòu)與該第一電極板之間，該蓋體結(jié)構(gòu)具有一第二電極板，該蓋體結(jié)構(gòu)受到一流體的壓力而變形，進而改變該第二電極板與該第一電極板之間的距離，該感測電路通過感測該第一電極板與該第二電極板之間的電容值變化來感測壓力變化，其中該腔體包括：一中間腔，位于該第一電極板與該第二電極板之間；及至少一外圍腔，位于該中間腔周圍，該外圍腔的高度大于該中間腔的高度。

在上述壓力傳感器中，該基底結(jié)構(gòu)包括：一基板，該感測電路形成于該基板中；以及一連線層，位于該基板與該第一電極板之間，并將該感測電路電連接至該第一電極板。該基底結(jié)構(gòu)還包括一絕緣層，形成于該連線層及該第一電極板上，其中該第二電極板通過該中間腔以及該絕緣層來與該第一電極板相對。

在上述壓力傳感器中，該蓋體結(jié)構(gòu)的一截面包括：兩個支撐結(jié)構(gòu)，設(shè)置于該基底結(jié)構(gòu)上；以及至少兩個彎折結(jié)構(gòu)，具有兩個分別連接至兩個支撐結(jié)構(gòu)的第一端，以及兩個共同連接至該第一電極板的第二端。各支撐結(jié)構(gòu)包括：一第一接合層，位于該基底結(jié)構(gòu)上；及一第二接合層，接合至該第一接合層上。各支撐結(jié)構(gòu)還包括一多晶硅層，位于該第二接合層上，其中該第二電極板與該多晶硅層具有相同材料，并位于同一平面上。

在上述壓力傳感器中，該第二電極板具有暴露至流體的一上表面及暴露至該腔體的一下表面。

在上述壓力傳感器中，該蓋體結(jié)構(gòu)的一截面包括：兩個垂直支撐結(jié)構(gòu)，設(shè)置于該基底結(jié)構(gòu)上；以及一個水平支撐結(jié)構(gòu)，設(shè)置于兩個垂直支撐結(jié)構(gòu)上，該第二電極板設(shè)置于該水平支撐結(jié)構(gòu)的一下表面上。各垂直支撐結(jié)構(gòu)包括：一第一接合層，位于該基底結(jié)構(gòu)上；一第二接合層，接合至該第一接合層上；及一第一多晶硅層，位于該第二接合層上。各水平支撐結(jié)構(gòu)包括：一第二多晶硅層，位于該第一多晶硅層上。

在上述壓力傳感器中，還包括：一輸入輸出結(jié)構(gòu)，設(shè)置于該基底結(jié)構(gòu)上，并位于該蓋體結(jié)構(gòu)的周圍。該輸入輸出結(jié)構(gòu)具有一應(yīng)力緩沖結(jié)構(gòu)，垂直連接至該基底結(jié)構(gòu)，并可在水平方向變形，以吸收外來的應(yīng)力。該輸入輸出結(jié)構(gòu)包括：一第一接合層，位于該基底結(jié)構(gòu)上；一第二接合層，接合至該第一接合層上；一個半導(dǎo)體層，該半導(dǎo)體層位于該第二接合層上方；以及多個焊墊，位于該半導(dǎo)體層上。此外，該外圍腔的高度與該中間腔的高度的比值介于10與30之間，該第二電極板的最小厚度介于2至5微米之間。

本發(fā)明提供一種壓力傳感器的制造方法，包括以下步驟：提供一第一電極結(jié)構(gòu)，具有多個第一接合層、一第一電極板及一感測電路，該感測電路電連接至該第一電極板；提供一第二電極結(jié)構(gòu)，具有多個第二接合層以及一第二電極板；將此些第一接合層與此些第二接合層接合在一起；移除該第二電極結(jié)構(gòu)的一部分，以便形成一蓋體結(jié)構(gòu)于該第一電極板的上方，其中一腔體形成于該蓋體結(jié)構(gòu)與該第一電極板之間，該蓋體結(jié)構(gòu)具有第二電極板，該蓋體結(jié)構(gòu)受到一流體的壓力而變形，進而改變該第二電極板與該第一電極板之間的距離，該感測電路通過感測該第一電極板與該第二電極板之間的電容值變化來感測壓力變化。該腔體包括：一中間腔，位于該第一電極板與該第二電極板之間；及一外圍腔，位于該中間腔周圍，并且不位于該第一電極板與該第二電極板之間，該外圍腔的高度大于該中間腔的高度。

在上述制造方法中，移除該第二電極結(jié)構(gòu)的一部分的步驟包括：在該第二電極結(jié)構(gòu)的一第一表面上形成多個焊墊；在該第二電極結(jié)構(gòu)的第一表面以及此些焊墊上形成一上絕緣層；移除部分的上絕緣層，以露出此些焊墊；以該上絕緣層作為遮罩來刻蝕該第二電極結(jié)構(gòu)的一個半導(dǎo)體層，刻蝕停止于該第二電極結(jié)構(gòu)的一下絕緣層上；以及移除露出的該下絕緣層，以形成該蓋體結(jié)構(gòu)與位于該蓋體結(jié)構(gòu)周圍的一輸入輸出結(jié)構(gòu)。

在上述制造方法中，移除該第二電極結(jié)構(gòu)的一部分的步驟還包括：移除該半導(dǎo)體層的另一部分以及該第二電極板上的下絕緣層，以露出該第二電極板。

在上述制造方法中，提供該第二電極結(jié)構(gòu)的步驟包括：在一個半導(dǎo)體基板上形成一圖案化的絕緣層；在圖案化的該絕緣層上形成一第二多晶硅層；在該第二多晶硅層上形成一圖案化的犧牲絕緣層；在圖案化的該犧牲絕緣層上形成一第一多晶硅層；在該第一多晶硅層上形成此些第二接合層；以及移除部分的半導(dǎo)體基板，以形成一溝槽來露出該犧牲絕緣層，該溝槽作為腔體的一部分。

本發(fā)明的有益效果是：通過本發(fā)明的上述實施例，可以通過增大壓力傳感器內(nèi)的腔體的容積，并使腔體維持在接近真空的壓力，來提高感測結(jié)果，降低溫度變化對于感測結(jié)果的影響。另外，通過應(yīng)力阻絕結(jié)構(gòu)，可以有效阻絕電路板焊接的應(yīng)力傳達至壓力感測單元。再者，這種壓力傳感器可以利用晶圓級封裝技術(shù)來制作，以便提高產(chǎn)能，降低制造成本。

為讓本發(fā)明的上述內(nèi)容能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合附圖，作詳細說明如下。

附圖說明

圖1A顯示依據(jù)本發(fā)明第一實施例的壓力傳感器的示意圖。

圖1B顯示依據(jù)本發(fā)明第一實施例的壓力傳感器與電路板結(jié)合的示意圖。

圖1C顯示依據(jù)本發(fā)明第一實施例的壓力傳感器的俯視示意圖。

圖1D顯示依據(jù)本發(fā)明第一實施例的壓力傳感器的輸入輸出結(jié)構(gòu)的俯視示意圖。

圖2A至圖2F以及圖3A至圖3F顯示依據(jù)本發(fā)明第一實施例的壓力傳感器的制造方法的各步驟的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4A至圖4F以及圖5A至圖5F顯示依據(jù)本發(fā)明第二實施例的壓力傳感器的制造方法的各步驟的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6A至圖6G顯示適用于本發(fā)明各實施例的第一電極結(jié)構(gòu)的多個例子的示意圖。

圖7A至圖7G以及圖8A至圖8D顯示依據(jù)本發(fā)明第三實施例的壓力傳感器的制造方法的各步驟的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9顯示依據(jù)本發(fā)明第四實施例的壓力傳感器的局部示意剖面圖。

附圖標(biāo)號：D：距離；G：間隙；H42：高度；H44：高度；P：壓力；T：最小厚度；10：基底結(jié)構(gòu)；11：基板；12：感測電路；13：連線層；14：絕緣層；20：第一電極板；30：蓋體結(jié)構(gòu)；31：支撐結(jié)構(gòu)；31A：第一接合層；31B：第二接合層；31C：多晶硅層；31C'：第一多晶硅層；32：第二電極板；33：彎折結(jié)構(gòu)；33'：水平支撐結(jié)構(gòu)；33A：第一端；33A'：第二多晶硅層；33B：第二端；33B'：絕緣層；33C'：犧牲絕緣層；36：絕緣層；40：腔體；42：中間腔；44：外圍腔；44A：第一部分；44B：第二部分；44C：第三部分；44D：第四部分；44E：第五部分；50：輸入輸出結(jié)構(gòu)；51：支撐結(jié)構(gòu)；51A：第一接合層；51B：第二接合層；51C：多晶硅層；52：下絕緣層；53：半導(dǎo)體層；54：上絕緣層；55：焊墊；60：電路板；65：錫球；100：壓力傳感器；101：半導(dǎo)體基板；102：絕緣層；103：第二電極層；105：溝槽；106：腔體；107：腔體；110：第一電極結(jié)構(gòu)；120：第二電極結(jié)構(gòu)；121：第一表面；130：半導(dǎo)體基板；131：溝槽；321：上表面；322：下表面；331'：下表面。

具體實施方式

本發(fā)明的實施例提供一種具有復(fù)合腔體的壓力傳感器及其制造方法，通過增大壓力傳感器內(nèi)的腔體的容積，并使腔體維持在接近真空的壓力，來提高感測結(jié)果，降低溫度變化對于感測結(jié)果的影響。另外本發(fā)明的傳感器是以電容感測為原理，相較于壓阻式的感測方式，更進一步降低溫度效應(yīng)，并且為一種單石體(monolithic)電容壓力傳感器，有效降低寄生電容，提高感測精度。另外，本發(fā)明提供了一種應(yīng)力阻絕結(jié)構(gòu)，可以有效阻絕包括元件制造時或者與電路板焊接過程中的熱殘留應(yīng)力傳達至電容壓力感測單元。再者，本發(fā)明更提供一種晶圓級封裝技術(shù)，來降低傳感器的幾何尺寸并且可以降低制造成本。最后，本發(fā)明的晶圓級封裝技術(shù)更可以提供一種熱應(yīng)力阻絕結(jié)構(gòu)，當(dāng)傳感器焊接(譬如使用SMT)于一電路板上時，所述過程(包括SMT焊料，例如錫膏/錫球的施加或形成)所產(chǎn)生的熱殘余應(yīng)力，可以被有效阻絕。

圖1A顯示依據(jù)本發(fā)明第一實施例的壓力傳感器的示意圖。如圖1A所示，本實施例的壓力傳感器100包括一基底結(jié)構(gòu)10、一第一電極板20以及一蓋體結(jié)構(gòu)30。

基底結(jié)構(gòu)10具有一感測電路12。第一電極板20形成于基底結(jié)構(gòu)10上。蓋體結(jié)構(gòu)30設(shè)置于第一電極板20的上方。一腔體40形成于蓋體結(jié)構(gòu)30與第一電極板20之間，蓋體結(jié)構(gòu)30具有一第二電極板32，蓋體結(jié)構(gòu)30受到一流體的壓力P而變形，進而改變第二電極板32與第一電極板20之間的距離D，感測電路12通過感測第一電極板20與第二電極板32之間的電容值變化來感測壓力變化。

腔體40在制造時設(shè)計維持于一低壓的狀態(tài)，接近高真空狀態(tài)，但是由于制造完成后的放氣(outgassing)效應(yīng)仍會存在有一些氣體，所述殘留氣體會由熱漲冷縮原理，而對量測造成影響。為此，本發(fā)明發(fā)明有別于傳統(tǒng)的平行板電容壓力傳感器設(shè)計(其僅有類似圖1A的中間腔42)，本發(fā)明有復(fù)合式腔體40設(shè)計，腔體40包括一中間腔42及一外圍腔44。中間腔42位于第一電極板20與第二電極板32之間。外圍腔44位于中間腔42周圍，并且不位于第一電極板20與第二電極板32之間，外圍腔44的高度H44大于中間腔42的高度H42(其通常為感測電容間隙)。外圍腔44的數(shù)量可以是一個或多個(參見圖9的說明)。高度H44與高度H42的比值大約在5與50之間，較佳是在10與30之間。這種復(fù)合腔體的設(shè)計有兩個優(yōu)點，說明如下，其一是可以維持低的距離D，以提高電容感測靈敏度，并且不易受放氣(outgassing)效應(yīng)改變腔體氣壓的影響(如傳統(tǒng)單一平行板腔體，如果降低D，則體積變小，放氣效應(yīng)將更明顯)，維持壓力傳感器100不易受到環(huán)境溫度變化(氣體熱漲冷縮)的影響而產(chǎn)生感測值的差異。

已知理想氣體方程式為pV＝nRT，其中p為理想氣體的壓力，V為理想氣體的體積，n為氣體物質(zhì)的量，T為理想氣體的熱力學(xué)溫度，R為理想氣體常數(shù)。因此，本發(fā)明的復(fù)合腔體加大了V，相較于傳統(tǒng)單一平行板腔體，可以得到更低的p，所以溫度效應(yīng)造成的熱漲冷縮對本發(fā)明復(fù)合腔體傳感器的影響較低。

在本實施例中，基底結(jié)構(gòu)10包括一基板11以及一連線層13。感測電路12形成于基板11中。連線層13包括導(dǎo)體連接線及層間介電層(Inter-Layer Dielectric,ILD)或金屬層間介電層(Inter-Metal Dielectric,IMD)，主要是提供電連接的功能。連線層13位于基板11與第一電極板20之間，并將感測電路12電連接至第一電極板20，熟悉集成電路技術(shù)者當(dāng)知悉此一基底結(jié)構(gòu)可以利用例如已知的CMOS技術(shù)，也或者其他已知的半導(dǎo)體集成電路制造技術(shù)來制作。

此外，本實施例的基底結(jié)構(gòu)10還包括一絕緣層14，形成于連線層13及第一電極板20上，其中第二電極板32通過中間腔42以及絕緣層14來與第一電極板20相對。因此，本實施例的距離D大于高度H42。

此外，如圖1A所示，蓋體結(jié)構(gòu)30的一示意截面包括兩個支撐結(jié)構(gòu)31以及至少兩個彎折結(jié)構(gòu)33(以蓋體結(jié)構(gòu)30的立體圖來看，實際為一密封的3D結(jié)構(gòu)，通過支撐結(jié)構(gòu)31的環(huán)狀布局而形成一密閉的真空空間)。彎折結(jié)構(gòu)33在本實施例中為一個倒U形結(jié)構(gòu)。兩個支撐結(jié)構(gòu)31設(shè)置于基底結(jié)構(gòu)10上。各彎折結(jié)構(gòu)33的材料為半導(dǎo)體材料，譬如是硅。兩個彎折結(jié)構(gòu)33具有兩個分別連接至兩個支撐結(jié)構(gòu)31的第一端33A，以及兩個共同連接至第一電極板20的第二端33B。值得注意的是，在實體上，支撐結(jié)構(gòu)31可以是單一結(jié)構(gòu)，譬如是一個矩形環(huán)、圓形環(huán)、橢圓形環(huán)或其他的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。此外，彎折結(jié)構(gòu)33也可以是單一或多個環(huán)狀結(jié)構(gòu)，是因為在截面的呈現(xiàn)上會呈現(xiàn)兩個或多個結(jié)構(gòu)。

各支撐結(jié)構(gòu)31包括一第一接合層31A、一第二接合層31B及一多晶硅層31C。第一接合層31A位于基底結(jié)構(gòu)10上。第二接合層31B接合至第一接合層31A上。第一接合層31A與第二接合層31B的材料可以是選自于鋁、銅、鍺、金、錫、銦、硅等等所組成的群組。舉例而言，第一接合層31A的材料為鋁，而第二接合層31B的材料為鍺，其中鋁和鍺可以在約420℃形成共晶接合(eutectic bonding)，并且這兩種材料與CMOS制造工藝相容，更適合應(yīng)用于本實施例具有集成電路整合的設(shè)計。多晶硅層31C位于第二接合層31B上。在本實施例中，第二電極板32與多晶硅層31C具有相同材料，譬如是多晶硅，并位于同一平面上，可以在制作時同時完成。另外有種情況，多晶硅層31C不是必要的，多晶硅本身就可以是第二接合層31B的材料，而此時第一接合層31A可以是金(Au)。另外值得注意的是，本發(fā)明的多晶硅層及各彎折結(jié)構(gòu)33的材料為半導(dǎo)體材料，以及半導(dǎo)體層53(說明于后)的半導(dǎo)體材料都是具有高導(dǎo)電性及低阻值特性，因此在本發(fā)明中，半導(dǎo)體材料本身就可以做為導(dǎo)電連接，這也是本發(fā)明的特色之一，通過高導(dǎo)電的半導(dǎo)體材料取代傳統(tǒng)金屬的電連接，才能構(gòu)成本發(fā)明所提出的結(jié)構(gòu)設(shè)計，也可以藉此節(jié)省多余的制造工藝，降低成本。

另一方面，第二電極板32具有暴露至流體的一上表面321及暴露至腔體40的一下表面322。在本實施力中所述倒U型僅顯示單一彎折的蓋體結(jié)構(gòu)30，但是本發(fā)明是可以延伸到更多重的彎折結(jié)構(gòu)。如此，可以形成多重彎折的蓋體結(jié)構(gòu)30，讓蓋體結(jié)構(gòu)30在受微小壓力變化時也會有所改變，提高感測靈敏度，可以參見圖9的說明。

圖1B顯示依據(jù)本發(fā)明第一實施例的壓力傳感器與電路板結(jié)合的示意圖。如圖1A與圖1B所示，壓力傳感器100還包括一輸入輸出結(jié)構(gòu)50，設(shè)置于基底結(jié)構(gòu)10上，并位于蓋體結(jié)構(gòu)30的周圍。

輸入輸出結(jié)構(gòu)50包括一第一接合層51A、一第二接合層51B、一多晶硅層51C、一下絕緣層52、一個半導(dǎo)體層53、一上絕緣層54以及多個焊墊55。第一接合層51A位于基底結(jié)構(gòu)10上。第二接合層51B接合至第一接合層51A上。多晶硅層51C位于第二接合層51B上。下絕緣層52局部包圍多晶硅層51C，但是下絕緣層52并非是必要元件，也可不存在于其他實施例中。半導(dǎo)體層53位于下絕緣層52與多晶硅層51C上。在多晶硅層31C不存在的上述情況下，多晶硅層51C也不存在。此時，多晶硅本身就可以是第二接合層51B的材料，而此時第一接合層51A可以是金(Au)，在此情況下，半導(dǎo)體層53位于第二接合層51B上方。上絕緣層54位于半導(dǎo)體層53上，但是上絕緣層54并非是必要元件，也可不存在于其他實施例中。焊墊55位于半導(dǎo)體層53上，熟悉所述技藝的人當(dāng)熟知包括上絕緣層54及焊墊55并不限定于單一材料，其可以為復(fù)合層，例如為了制作錫球65于其上，焊墊可以是鎳(Ni)、銅(Cu)、鈀(Pd)、Au等的組合。在本實施例中，第一接合層51A、第二接合層51B與多晶硅層51C的材料分別與第一接合層31A、第二接合層31B與多晶硅層31C相同。

壓力傳感器最終是要電連接至電路板，因此，也可以將電路板視為是壓力傳感器100的一部分。因此，壓力傳感器100還包括一電路板60，設(shè)置于輸入輸出結(jié)構(gòu)50上，并電連接至輸入輸出結(jié)構(gòu)50，電路板60與蓋體結(jié)構(gòu)30之間具有一間隙G。在本實施例中，電路板60通過多個錫球65電連接至輸入輸出結(jié)構(gòu)50。在其他實施例中，也可以通過打線接合的方式達成電連接。

圖1C顯示依據(jù)本發(fā)明第一實施例的壓力傳感器的俯視示意圖。圖1D顯示依據(jù)本發(fā)明第一實施例的壓力傳感器的輸入輸出結(jié)構(gòu)的俯視示意圖。圖1A的剖面結(jié)構(gòu)相當(dāng)于是從圖1C的基底結(jié)構(gòu)10的對角線所剖出(尺寸上不作特別限制)。如圖1C與圖1D所示，壓力傳感器具有譬如四個輸入輸出結(jié)構(gòu)50，各輸入輸出結(jié)構(gòu)50通過譬如四個多晶硅層51C、第一接合層51A及第二接合層51B(及相關(guān)的電路單元，圖中未示)電性連結(jié)于基底結(jié)構(gòu)10上，同時向上通過高導(dǎo)電性的半導(dǎo)體層53電性連結(jié)至輸入輸出結(jié)構(gòu)50，當(dāng)然也可以通過標(biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體制造工藝的導(dǎo)線(譬如是多重連續(xù)彎折的導(dǎo)線)或?qū)w層來實施，在此不再贅述。多晶硅層51C與半導(dǎo)體層53(或通過設(shè)計可以只有半導(dǎo)體層53)可以被等效成彈簧結(jié)構(gòu)或是緩沖結(jié)構(gòu)，也即多晶硅層51C與半導(dǎo)體層53被垂直刻蝕成具有應(yīng)力緩沖的結(jié)構(gòu)，而位于所述應(yīng)力緩沖結(jié)構(gòu)的一端為固定于基底結(jié)構(gòu)10上方的支撐結(jié)構(gòu)51，另一端則是懸浮于基底結(jié)構(gòu)10上方的輸入輸出結(jié)構(gòu)50(其間隙約相同于H42(也可以由設(shè)計微調(diào))，應(yīng)力緩沖結(jié)構(gòu)垂直連接至基底結(jié)構(gòu)10，并可在水平方向變形，以吸收外來的應(yīng)力。如此，在焊墊55被焊接至電路板時，熱應(yīng)力會被彈簧結(jié)構(gòu)或是緩沖結(jié)構(gòu)隔絕在外，而不會傳遞到基底結(jié)構(gòu)10，至此可以發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明提供了兩種應(yīng)力削減結(jié)構(gòu)，其一為彎折結(jié)構(gòu)33可以削減制造工藝中及支撐結(jié)構(gòu)31接合過程中的熱殘余應(yīng)力對第二電極板32的影響，另外一種結(jié)構(gòu)就是具有應(yīng)力緩沖結(jié)構(gòu)的輸入輸出結(jié)構(gòu)50，削減SMT過程中對基底結(jié)構(gòu)10的應(yīng)力影響，結(jié)合兩者可以完成最完美的高靈敏度電容式壓力傳感器，并且這樣的結(jié)構(gòu)制造工藝都是通過晶圓級制造方式完成的，而不是單一元件的制造，這種晶圓級感測元件制造同時完成晶圓級封裝技術(shù)(元件51至55)，也是本發(fā)明重要特色，不僅節(jié)省了封裝成本，也讓元件尺寸大幅縮小(因為采用晶圓級芯片封裝(Wafer Level Chip Scale Package,WLCSP))，適合未來輕薄短小應(yīng)用的需求。

換句話說，輸入輸出結(jié)構(gòu)50通過支撐結(jié)構(gòu)51而在Z方向(垂直于X方向與Y方向)連結(jié)至基底結(jié)構(gòu)10，多晶硅層51C與半導(dǎo)體層53被刻蝕成具有削薄的彈性結(jié)構(gòu)(所述彈性結(jié)構(gòu)在圖1D中僅為說明的一種實施例，任何形狀結(jié)構(gòu)都不受限)而連接至基底結(jié)構(gòu)10，使得所述削薄的彈性結(jié)構(gòu)有在X方向與Y方向彈性移動的特性，提供應(yīng)力緩沖的效果，有效阻絕熱殘余應(yīng)力對基底結(jié)構(gòu)10的影響。

圖2A至圖2F以及圖3A至圖3F顯示依據(jù)本發(fā)明第一實施例的壓力傳感器的制造方法的各步驟的結(jié)構(gòu)示意圖。壓力傳感器100的制造方法，包括以下步驟。

如圖2A至圖2F所示，提供一第二電極結(jié)構(gòu)120，具有多個第二接合層51B以及一第二電極板32。詳言之，提供一個半導(dǎo)體基板101，譬如是硅基板，如圖2A所示。然后，在半導(dǎo)體基板101上形成一個圖案化的絕緣層102，譬如是二氧化硅層但不限定于此，如圖2B所示。接著，如圖2C所示，在絕緣層102以及半導(dǎo)體基板101上形成一個第二電極層103，譬如是導(dǎo)電多晶硅層，當(dāng)然也可以包括一化學(xué)機械研磨(Chemical-Mechanical Polishing,CMP)制造工藝以控制所述多晶硅層表面的平坦，最后位于所述絕緣層102上方的多晶硅層的厚度(相當(dāng)于是第二電極板32的最小厚度T(參見圖1A))介于1至10um(微米)間，較佳實施例為2至5um之間，第二電極板32為第二電極層103的一部分。然后，如圖2D所示，在第二電極層103上形成多個第二接合層51B、31B。接著，如圖2E所示，移除一部分的第二電極層103，以露出部分的絕緣層102。然后，如圖2F所示，移除另一部分的第二電極層103，以露出部分的絕緣層102，以形成一溝槽105，所述溝槽105的深度介于5至50um間，較佳實施例為20至40um。

如圖3A與圖1A所示，提供一第一電極結(jié)構(gòu)110，具有多個第一接合層31A/51A、一第一電極板20及一感測電路12，感測電路12電連接至第一電極板20。在本實施例中，第一電極板20也可以是設(shè)置于絕緣層14上方，且其材料可以為一另外的導(dǎo)電材料，例如氮化鈦(TiN)、鈦(Ti)、Au等等。

如圖3B所示，將此些第一接合層51A與此些第二接合層51B接合在一起，以形成多個腔體106、107及40。值得注意的是，本發(fā)明為一晶圓制造流程，也即多個相同的第一電極結(jié)構(gòu)110與多個第二電極結(jié)構(gòu)120一起接合，同時達成晶圓級的元件制造，以及晶圓級的封裝，降低制造成本，這樣的設(shè)計及制造是從未出現(xiàn)的，也是本發(fā)明的另一特色。

如圖3C至圖3F與圖1A所示，移除第二電極結(jié)構(gòu)120的一部分，以便形成一蓋體結(jié)構(gòu)30于第一電極板20的上方，其中腔體40形成于蓋體結(jié)構(gòu)30與第一電極板20之間，蓋體結(jié)構(gòu)30具有第二電極板32，蓋體結(jié)構(gòu)30受到一流體的壓力P而變形，進而改變第二電極板32與第一電極板20之間的距離D，感測電路12通過感測第一電極板20與第二電極板32之間的電容值來感測距離D，來感測壓力變化。

詳言之，如圖3C所示，將半導(dǎo)體基板101磨薄到一定的厚度。然后，如圖3D所示，在第二電極結(jié)構(gòu)120的一第一表面121上形成多個焊墊55，然后，在第二電極結(jié)構(gòu)120的第一表面121以及此些焊墊55上形成一上絕緣層54，接著，移除部分的上絕緣層54，以露出此些焊墊55。然后，如圖3E所示，以上絕緣層54作為遮罩來刻蝕第二電極結(jié)構(gòu)120的半導(dǎo)體基板101，刻蝕停止于第二電極結(jié)構(gòu)120的絕緣層102(對應(yīng)于圖1A的下絕緣層52)上。接著，如圖3F所示，移除露出的絕緣層102，以形成蓋體結(jié)構(gòu)30與位于蓋體結(jié)構(gòu)30周圍的輸入輸出結(jié)構(gòu)50，此時腔體107已經(jīng)被破壞掉，腔體106也被打通成非密閉空間。圖3F的結(jié)構(gòu)即可作為壓力傳感器。在此情況下，兩個彎折結(jié)構(gòu)33結(jié)合形成一E形結(jié)構(gòu)，E形結(jié)構(gòu)與第二電極板32之間的空間填滿一絕緣層36。

但是，移除第二電極結(jié)構(gòu)120的一部分的步驟可以還包括移除半導(dǎo)體基板101的另一部分，甚至是第二電極板32上的絕緣層102，以露出第二電極板32，如圖1A所示。當(dāng)然，在另一例子中，第二電極板32上的絕緣層102也可被保留。

圖4A至圖4F以及圖5A至圖5F顯示依據(jù)本發(fā)明第二實施例的壓力傳感器的制造方法的各步驟的結(jié)構(gòu)示意圖。本實施例類似于第一實施例，不同點在于絕緣層102的圖案不同，而造就不同的壓力傳感器的結(jié)構(gòu)。

如圖4A至圖4F所示，提供一第二電極結(jié)構(gòu)120，具有多個第二接合層51B以及一第二電極板32。詳言之，提供一個半導(dǎo)體基板101，譬如是硅基板，如圖4A所示。然后，在半導(dǎo)體基板101上形成一個圖案化的絕緣層102，譬如是二氧化硅層，如圖4B所示。接著，如圖4C所示，在絕緣層102以及半導(dǎo)體基板101上形成一個第二電極層103，譬如是多晶硅層，第二電極板32為第二電極層103的一部分。然后，如圖4D所示，在第二電極層103上形成多個第二接合層51B。接著，如圖4E所示，移除一部分的第二電極層103，以露出部分的絕緣層102。然后，如圖4F所示，移除另一部分的第二電極層103，以露出部分的絕緣層102，以形成一溝槽105。

如圖5A與圖1A所示，提供一第一電極結(jié)構(gòu)110，此類似于第一實施例，不再贅述。

如圖5B所示，將此些第一接合層51A與此些第二接合層51B接合在一起，以形成多個腔體106、107及40。值得注意的是，可以將多個第一電極結(jié)構(gòu)110與多個第二電極結(jié)構(gòu)120一起接合，達成晶圓級的封裝，降低制造成本。

如圖5C至圖5F所示，移除第二電極結(jié)構(gòu)120的一部分，以便形成一蓋體結(jié)構(gòu)30于第一電極板20的上方，其中腔體40形成于蓋體結(jié)構(gòu)30與第一電極板20之間，蓋體結(jié)構(gòu)30具有第二電極板32，蓋體結(jié)構(gòu)30受到一流體的壓力P而變形，進而改變第二電極板32與第一電極板20之間的距離D，感測電路12通過感測第一電極板20與第二電極板32之間的電容值來感測距離D，來感測壓力變化。

詳言之，如圖5C所示，將半導(dǎo)體基板101磨薄到一定的厚度。然后，如圖5D所示，刻蝕第二電極結(jié)構(gòu)120的半導(dǎo)體基板101，刻蝕停止于第二電極結(jié)構(gòu)120的絕緣層102上。接著，如圖5E所示，移除露出的絕緣層102，以形成蓋體結(jié)構(gòu)30與位于蓋體結(jié)構(gòu)30周圍的一殘留結(jié)構(gòu)109，此時腔體107與106已經(jīng)被破壞掉。圖5E的結(jié)構(gòu)即可作為壓力傳感器。但是，可以更移除半導(dǎo)體基板101的另一部分以及絕緣層102，以露出第二電極板32，如圖5F所示。

圖6A至圖6G顯示適用于本發(fā)明各實施例的第一電極結(jié)構(gòu)110的多個例子的示意圖。如圖3A所示，第一電極結(jié)構(gòu)110的第一接合層51A與第一電極板20是位于不同的平面上，且第一電極板20被絕緣層14所覆蓋。如圖6A所示，第一接合層51A與第一電極板20位于同一平面上，可以是由最頂層的金屬所制成，在此情況下，第一電極板20是形成于基底結(jié)構(gòu)10之中。如圖6B所示，第一電極板20與第一接合層51A都是位于絕緣層14上，在如此所制造出的壓力傳感器100中，第一電極板20直接暴露至腔體40中。如圖6C所示，第一電極板20'與第一接合層51A位于同一平面上，但是第一電極板20'的材料(譬如是TiN)不同于第一接合層51A的材料(譬如是鋁(Al))。圖6A至圖6C適用于圖3A至圖3F的制造工藝。圖6D至圖6G適用于圖5A至圖5F的制造工藝。圖6D的結(jié)構(gòu)類似于圖6A，圖6E的結(jié)構(gòu)類似于圖3A，圖6F的結(jié)構(gòu)類似于圖6B，圖6G的結(jié)構(gòu)類似于圖6C，不同點僅在于兩側(cè)的第一接合層51A的初始圖案。

圖7A至圖7G以及圖8A至圖8D顯示依據(jù)本發(fā)明第三實施例的壓力傳感器的制造方法的各步驟的結(jié)構(gòu)示意圖。本實施例類似于第一實施例，不同點在于提供第二電極結(jié)構(gòu)120的步驟如下。

如圖7A與圖7B所示，在一個半導(dǎo)體基板130上形成一圖案化的絕緣層33B'。如圖7C所示，在圖案化的絕緣層33B'上形成一第二多晶硅層33A'，并在第二多晶硅層33A'上形成一圖案化的犧牲絕緣層33C'。如圖7D所示，在圖案化的犧牲絕緣層33C'上形成一第一多晶硅層31C'。如圖7E所示，在第一多晶硅層31C'上形成此些第二接合層51B、31B。如圖7F所示，移除部分的半導(dǎo)體基板130，以形成一溝槽131來露出犧牲絕緣層33C'，溝槽131作為腔體40的一部分。如圖7G所示，移除溝槽131中的部分的犧牲絕緣層33C'。值得注意的是，可以使用干刻蝕技術(shù)來移除半導(dǎo)體基板130及犧牲絕緣層33C'，以形成溝槽131?；蛘?，也可使用濕刻蝕技術(shù)來移除半導(dǎo)體基板130及犧牲絕緣層33C'，以形成溝槽131，在此情況下，溝槽131中不存在有犧牲絕緣層33C'。

然后，如圖8A所示，提供一個第一電極結(jié)構(gòu)110，類似于圖3A與圖5A。如圖8B所示，將第一電極結(jié)構(gòu)110與第二電極結(jié)構(gòu)120接合在一起，類似于圖3B與圖5B。然后，可將第二電極結(jié)構(gòu)120磨薄后形成上絕緣層54與焊墊55，類似于圖3D。接著，移除第二電極結(jié)構(gòu)120的一部分，類似于圖3E與圖3F，以形成圖8D的結(jié)構(gòu)。

如圖8D所示，蓋體結(jié)構(gòu)30'的一截面包括兩個垂直支撐結(jié)構(gòu)31'以及一個水平支撐結(jié)構(gòu)33'。兩個垂直支撐結(jié)構(gòu)31'設(shè)置于基底結(jié)構(gòu)10上。水平支撐結(jié)構(gòu)33'設(shè)置于兩個垂直支撐結(jié)構(gòu)31'上，第二電極板32'設(shè)置于水平支撐結(jié)構(gòu)33'的一下表面331'上。

各垂直支撐結(jié)構(gòu)31'包括一第一接合層31A'、一第二接合層31B'及一第一多晶硅層31C'。第一接合層31A'位于基底結(jié)構(gòu)10上。第二接合層31B'接合至第一接合層31A'上。第一多晶硅層31C'位于第二接合層31B'上。

水平支撐結(jié)構(gòu)33'包括一第二多晶硅層33A'及一絕緣層33B'。第二多晶硅層33A'位于第一多晶硅層31C'上。絕緣層33B'位于第二多晶硅層33A'上。然而，本發(fā)明并未受限于此，絕緣層33B'也可在最后被去除。輸入輸出結(jié)構(gòu)50'設(shè)置于基底結(jié)構(gòu)10上，并位于蓋體結(jié)構(gòu)30的周圍，類似于圖1A的輸入輸出結(jié)構(gòu)50。

圖9顯示依據(jù)本發(fā)明第四實施例的壓力傳感器的局部示意剖面圖。如圖9所示，彎折結(jié)構(gòu)33為一個連續(xù)的多重彎折結(jié)構(gòu)，使得外圍腔44具有不同于圖1的形狀，因此，外圍腔44可以被分為第一部分44A、第二部分44B、第三部分44C、第四部分44D及第五部分44E。因此，可以將外圍腔視為是一個或多個。如此可以得到更加的感測靈敏度及應(yīng)力阻絕效果。這種結(jié)構(gòu)也可以被應(yīng)用至圖8D的結(jié)構(gòu)，在此不再贅述。

通過本發(fā)明的上述實施例，可以通過增大壓力傳感器內(nèi)的腔體的容積，并使腔體維持在接近真空的壓力，來提高感測結(jié)果，降低溫度變化對于感測結(jié)果的影響。另外，通過應(yīng)力阻絕結(jié)構(gòu)，可以有效阻絕電路板焊接的應(yīng)力傳達至壓力感測單元。再者，這種壓力傳感器可以利用晶圓級封裝技術(shù)來制作，以便提高產(chǎn)能，降低制造成本。

在較佳實施例的詳細說明中所提出的具體實施例僅方便說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，而非將本發(fā)明狹義地限制于上述實施例，在不超出本發(fā)明的精神及以下申請專利范圍的情況，所做的種種變化實施，皆屬于本發(fā)明的范圍。