| 主权项 |
1.一种微型派蓝尼真空气压计之结构,该结构系包 含:一 利用矽晶微加工技术制得使其悬浮于一矽基材之 异方蚀刻 腔上之悬浮薄板;一制作于该薄板上以作热导型真 空感测 之热敏元件;一或多于一个之悬臂,系自该薄板边 缘伸出 ,支持于该蚀刻腔上,以形成一悬浮结构;和一用以 做温 度补偿功能之混合哑电阻(dummy resistor),系由一零 温度系数之常数电阻A和另一设置于元件矽基材上 与该感 测热敏元件相同材料之电阻B串联组成。2.根据申 请专利范围第1项之结构,其中该常数电阻A之 値占该混合哑电阻之串联总电阻之百分比为,而 介于 0.1至0.5之间。3.根据申请专利范围第1项之结构,尚 包一含一热防护罩 ,该热防护罩呈现上凸之罩形结构,系用以覆盖于 该悬浮 薄板上,并与该薄板相距一段距离,该防护罩四周 基底则 固定于该悬浮薄板四周之矽基材上,并于其四端各 保留一 通气孔。4.根据申请专利范围第1或3项之结构,其 中该真空感测 元件尚可叠置于一恒温控制之热电致冷元件( thermoelectric cooler)上,再封装于一包装基座上, 并经恒温的反馈回路控制以进一步改良温度补偿 和安定效 应。5.根据申请专利范围第1项之结构,其中该悬浮 薄板系利 用一般半导体制程之蚀刻技术将垫于薄板之下以 及涂布于 晶片之上,亦即夹于晶片与薄板之间的牺牲阻层去 除,而 令该薄板由其支脚的着点支持,因此可以极细之空 隙悬浮 ,提高量测压力之上限者。6.根据申请专利范围第1 项之结构,其中该悬浮薄板的结 构之实施乃是以渗杂浓度小于10C^16C/cmC^3C之N型矽 晶 片为基材,在欲形成悬浮之区域施以高浓度之P型 渗杂, 然后利用蚀刻溶液(HF:HNOC_3C:CHC_3CCOOH=10:30: 80)溶液将此高渗杂浓度区加以阳极电解蚀刻去除 而完成 者。7.根据申请专利范围第1项之结构,其中该薄板 之材料为 二氧化矽或氮化矽或其混合成份之氧氮化矽(SiON) 。8.根据申请专利范围第1项之结构,其中该感测电 阻材料 乃指具有热敏阻性之金属、非金属与半导体材料 者。9.一种用以制造微型派蓝尼真空气压计之方 法,系包含下 列之步骤:(1)在一矽晶片上成长一层二氧化矽(SiOC_ 2C) ,然后以第一道光阻做梯形蚀刻窗,将该梯形蚀刻 窗上之 SiOC_2C除去;(2)利用真空镀白金薄膜于步骤(1)所得 之 结构上,接着利用提剥法(lift--off),以第二道光罩蚀 刻出感测元件之热敏电阻和用以做补偿作用之哑 电阻( dummy resistor);(3)于步骤(2)完成之结构上覆盖一层 低温氧化层(LTO),以第三道光罩定义接触区,并将该 接 触区与蚀刻窗上之LTO去除;(4)进行金属化步骤并以 第四 道光罩作金属连线;(5)沉积一低温氧化层于步骤(4) 完成 之结构上,并做开口部分;和(6)利用异方蚀刻技术, 去 除欲做悬浮薄板部分及其悬臂以外之矽材料,以形 成具有 向外延伸以支持于V形蚀刻腔四边缘上之悬浮薄板 结构。10.根据申请专利范围第1项之方法,尚包含 一制造热防 护罩之步骤,该步骤系在步骤(5)和(6)之间进行,包 含: (1)利用光阻术在欲做悬浮薄板上方施以一polyimide 牺牲 垫层;(2)在该polyimide牺牲垫层上方镀一防热罩金属 层 ,并以光阻蚀刻定义一防护罩轮廓;和(3)利用电浆 差别 蚀刻法(differential etching method)将该防护罩轮廓 下方之polyimide层去除。11.一种用以制造微型派蓝 尼真空气压计之方法,系包含 下列之步骤:(1)以湿氧方式成长一层二氧化矽(SiOC_ 2C) ;(2)以低压气相沉积(LPCVD)方式沉积一多晶矽层;(3) 利用真空镀白金薄膜于步骤(2)所得之结构上,接着 利用 提剥法(lift--off),以第二道光罩制作感测元件之热 敏 电阻和用以做补偿作用之哑电阻(dummy resistor);(4) 于步骤(3)完成之结构上覆盖一层低温氧化层(LTO), 以第 三道光罩定义接触区,并将该接触区与蚀刻窗上之 LTO去 除;(5)进行金属化步骤并以第四道光罩作金属连线 ;(6) 沉积一低温氧化层于步骤(4)完成之结构上,并做开 口部 分;和(7)以蚀刻液蚀刻步骤(2)中以LPCVD方式成长之 该 多晶矽层,以形成具有向外延伸以支持于蚀刻腔边 缘上之 悬浮薄板结构。12.根据申请专利范围第11项之方 法,尚包含一制造热防 护罩之步骤,该步骤系在步骤(6)和(7)之间进行,其 包含 :(1)利用光阻术在欲做悬浮薄板上方施以一聚醯亚 胺( polyimide)牺牲垫层;(2)在该聚醯亚胺牺牲垫层上方 镀 一防热罩金属层,并以光阻蚀刻定义一防护罩轮廓 ;和(3 )利用电浆差别蚀刻法(differential etching method) 将该防护罩轮廓下方之聚醯亚胺层去除。13.一种 用以制造微型派蓝尼真空气压计之方法,系包含 下列之步骤:(1)在N型矽晶片基材上之欲形成悬浮 区域处 掺杂较高之P型掺杂浓度;(2)沉积-氧化层于步骤(1) 之 结构上;(3)以一光罩蚀刻接触窗开口;(4)利用蒸镀 法镀 白金薄膜,做热敏电阻及作为补偿作用之哑电阻蚀 刻;(5 )进行金属化步骤;(6)进行低温氧化层(LTO)和该悬浮 区 域之开口蚀刻,以留下该欲成悬浮区域之悬臂部分 ;和(7 )以光罩蚀刻步骤(1)中之高P型掺杂区,以形成一具 有向 外延伸支持于蚀刻腔边缘上之悬浮薄板结构。14. 根据申请专利范围第13项之方法,尚包含一制造热 防 护罩之步骤,该步骤系在步骤(6)和(7)之间进行,其 包含 :(1)利用光阻术在欲做悬浮薄板上方施以一聚醯亚 胺牺 牲垫层;(2)在该聚醯亚胺牺牲垫层上方镀一防热罩 金属 层,并以光阻蚀刻定义一防护罩轮廓;和(3)利用电 浆差 别蚀刻法(differential etching method)将该防护罩轮 廓下方之聚醯亚胺层去除。图1所示为根据本发明 之方法 制成之感测元件之悬浮结构,它具有优良的热隔离 效果; 图2所示为图1之结构在加热下之薄板温度分布曲 线图, 例示之元件尺寸A(悬臂长)=10m,B(悬臂宽)=16m和C ( 腔宽)=128m;图3所示为本发明结构中薄板热阻( thermal impedance)与元件结构参数A,B,C之特性关系 图;图4所示为根据本发明的结构中,最低可测真空 压力 与结构参数A,B,C之关系;图5所示为定温操作法下, 本发明元件之实际测量图,其中黑点表示测量之结 果,实 线为理论分析値;图6(a)--6(g)所示为根据本发明之 方法 ,以异方V型蚀刻形成悬浮薄板元件制程之一实施 例图; 图7(a)--7(g)所示为本发明方法之另一实施制程图, 以牺 牲层技术形成悬浮薄板;图8(a)--8(h)所示为本发明 制程 之第三实施例制程图,以低N型浓度之基片行阳极 蚀刻抑 制(anodic etch stop)技术形成悬浮之薄板结构图9所示 为全补偿(虚线(a))与未补偿(实线(b))两种方法所显 示的 输出信号的温度漂移曲线图;图10所示为本发明之 元件中 特殊的温度补偿电路,其中RC_4C为一常数电阻A,(1 -- )RC_4C感测为与RC_3C感测元件相同材料之电阻B,系 数 介于0.1至0.5之间;图11所示为不同TCR材料下之最 佳 部份补偿参数曲线图;图12所示为本发明之温度 补偿效 果之一分析例示:其中假设T--Ta=100℃,C_oC=0.25, ,,;图13所示为根据本发明,欲维持元件本身 温 度而以热电致冷元件控制,可更加防止室温源移效 应的特 殊封装结构;图14所示为根据本发明,欲维持元件上 方环 境温度之固定与防止热辐射之干扰的特殊防护罩 结构;图 15(a)所示为热导型真空气压计中加热灯丝之热耗 损的三 种方式;图15(b)所示为加热灯丝的各项热传导的相 对数 値与真空压力的关系;图16所示为传统的派蓝尼热 传导真 空计的电路结构;图17所示为目前已知的一种微型 派蓝尼 真空计之结构,灯丝由悬浮复晶矽之细梁取代;图18 所示 为已知之单边悬板式热电偶堆(thermopile)真空感测 元件 ;和图19(a)至19(j)所示为本发明之薄板之一实施例 制程 |
