用于壓力感測(cè)器的自我測(cè)試結(jié)構(gòu)及其方法
【專利摘要】本發(fā)明是有關(guān)于一種用于壓力感測(cè)器的自我測(cè)試結(jié)構(gòu)及其方法。自我測(cè)試結(jié)構(gòu)包含基板、多個(gè)薄膜層、固定部、電熱單元及感測(cè)電路單元。薄膜層堆疊形成于基板上。固定部設(shè)于薄膜層上方，其中固定部包含凹槽，與薄膜層之間形成腔體。電熱單元形成于其中之一的薄膜層中，感測(cè)電路單元形成于其中另一個(gè)薄膜層中，其中電熱單元根據(jù)輸入電壓予以加熱提高腔體壓力，使薄膜層產(chǎn)生微變形，而感測(cè)電路單元?jiǎng)t根據(jù)微變形輸出測(cè)試信號(hào)。
【專利說明】用于壓力感測(cè)器的自我測(cè)試結(jié)構(gòu)及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提供一種用于壓力感測(cè)器的自我測(cè)試結(jié)構(gòu)，特別是有關(guān)一種用于晶圓級(jí)壓力測(cè)試器中可以有效降低測(cè)試成本及提升檢測(cè)效率的自我測(cè)試結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]由于現(xiàn)今微機(jī)電元件應(yīng)用層面愈趨蓬勃廣泛，并且半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展亦日趨成熟，導(dǎo)致微機(jī)電元件售價(jià)逐年遞減，而其中元件測(cè)試成本卻因所需的高價(jià)測(cè)試機(jī)臺(tái)而難以降低，致使無法有效降低整體成本。
[0003]尤其是目前一般在晶圓級(jí)元件測(cè)試時(shí)，往往必須借由利用測(cè)試機(jī)臺(tái)及其所需的測(cè)試環(huán)境進(jìn)行測(cè)試，特別在壓力感測(cè)器的測(cè)試過程中，其傳統(tǒng)測(cè)試方式必須要通過測(cè)試機(jī)臺(tái)建立真空腔體或?qū)嶋H給予外部壓力來進(jìn)行元件檢測(cè)，如此導(dǎo)致無法有效降低測(cè)試成本，從而難以提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力及達(dá)到利潤最大化的目標(biāo)。
[0004]有鑒于上述問題，因此亟需提出具有高效率及高效益的晶圓層級(jí)的自我測(cè)試結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種用于壓力感測(cè)器的自我測(cè)試結(jié)構(gòu)及其方法，其主要應(yīng)用于晶圓級(jí)壓力測(cè)試器中，可以有效降低測(cè)試成本及提升檢測(cè)效率。
[0006]本發(fā)明的目的是采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明一種用于壓力感測(cè)器的自我測(cè)試結(jié)構(gòu)，包含基板、多個(gè)薄膜層、固定部、電熱單元及感測(cè)電路單元。薄膜層堆疊形成于基板上。固定部設(shè)于薄膜層上方，其中固定部包含凹槽，且凹槽與薄膜層之間形成腔體。電熱單元形成于其中之一薄膜層中，感測(cè)電路單元形成于其中另一個(gè)薄膜層中，其中電熱單元根據(jù)輸入電壓予以加熱提高腔體壓力，使薄膜層產(chǎn)生微變形，而感測(cè)電路單元?jiǎng)t根據(jù)微變形輸出測(cè)試信號(hào)。
[0007]本發(fā)明的目的還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。
[0008]較佳的，前述的自我測(cè)試結(jié)構(gòu)，其中該電熱單元為金屬材質(zhì)。
[0009]較佳的，前述的自我測(cè)試結(jié)構(gòu)，其中該薄膜層設(shè)有穿孔。
[0010]較佳的，前述的自我測(cè)試結(jié)構(gòu)，其中該電熱單元具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)。
[0011]較佳的，前述的自我測(cè)試結(jié)構(gòu)，其中該電熱單元具有蜿蜒狀結(jié)構(gòu)。
[0012]較佳的，前述的自我測(cè)試結(jié)構(gòu)，其中該電熱單元具有回圈狀結(jié)構(gòu)。
[0013]較佳的，前述的自我測(cè)試結(jié)構(gòu)，其中該感測(cè)電路單元包含惠斯頓電橋電路。
[0014]本發(fā)明的目的還采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明一種用于壓力感測(cè)器的自我測(cè)試的方法，其包含下列步驟:首先，提供輸入電壓至自我測(cè)試結(jié)構(gòu)；其次，加熱提高腔體壓力，使薄膜層產(chǎn)生微變形；再者，根據(jù)微變形對(duì)應(yīng)輸出測(cè)試信號(hào)。
[0015]本發(fā)明的目的還可以采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。
[0016]較佳的，前述的自我測(cè)試方法，其中提供該輸入電壓的步驟包含:將該輸入電壓自輸入端予以輸入，并且通過所述多個(gè)薄膜層的穿孔傳送至電熱單元。
[0017]較佳的，前述的自我測(cè)試方法，其中輸出該測(cè)試信號(hào)的步驟包含:使用感測(cè)電路單元，檢測(cè)所述多個(gè)薄膜層的該變化，以判讀是否良好完整，其中該感測(cè)電路單元等效為惠斯頓電橋電路。
[0018]借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明用于壓力感測(cè)器的自我測(cè)試結(jié)構(gòu)及其方法至少具有下列優(yōu)點(diǎn)及有益效果:本發(fā)明得以在晶圓級(jí)測(cè)試時(shí)借由簡(jiǎn)易的測(cè)試設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，將不僅能大幅降低整體測(cè)試成本，并且亦縮短測(cè)試時(shí)間以增加測(cè)試效率。
[0019]上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實(shí)施例，并配合附圖，詳細(xì)說明如下。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1:繪示依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于壓力感測(cè)器的自我測(cè)試結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
[0021]圖2A與圖2B:分別繪示依據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的電熱單元的仰視圖。
[0022]圖3:繪示依據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的電熱單元的仰視圖。
[0023]圖4:繪示依據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的電熱單元的仰視圖。
[0024]圖5A及圖5B:分別繪示依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的感測(cè)電路單元的示意圖及其等效電路圖。
[0025]圖6:繪示依照 本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的一種用于壓力感測(cè)器的自我測(cè)試結(jié)構(gòu)的方法流程圖。
[0026]【主要元件符號(hào)說明】
[0027]100:自我測(cè)試結(jié)構(gòu)110:基板
[0028]112:開口120:薄膜層
[0029]120a~120g:薄膜層122b~122e:金屬層
[0030]122g:金屬層124:穿孔
[0031]124a ~124f:穿孔126:輸入端
[0032]130:固定部131:凹槽
[0033]132:腔體140:電熱單元
[0034]150:感測(cè)電路單元160:輸入電壓
[0035]170:測(cè)試信號(hào)240:電熱單元
[0036]242:金屬環(huán)件242a~242b:金屬環(huán)件
[0037]243:缺口243a ~243b 缺口
[0038]244:矩形金屬片340:電熱單元
[0039]342:金屬件344:饋入點(diǎn)
[0040]440:電熱單元442:金屬件
[0041]444:饋入點(diǎn)520:薄膜層
[0042]550:感測(cè)電路單元552:多晶硅層
[0043]554a~554d:電阻兀件 600:方法
[0044]610,620,630:步驟 Rl ~R4:電阻[0045]Vdc:直流電壓入端Voutl:電壓輸出端
[0046]Vout 2:電壓輸出端
【具體實(shí)施方式】
[0047]為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)依據(jù)本發(fā)明提出的一種用于壓力感測(cè)器的自我測(cè)試結(jié)構(gòu)及其方法的【具體實(shí)施方式】、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說明如后。
[0048]為了使本發(fā)明的敘述更加詳盡與完備，可參照所附的圖式及以下所述各種實(shí)施例，圖式中相同的號(hào)碼代表相同或相似的元件。另一方面，眾所周知的元件與步驟并未描述于實(shí)施例中，以避免造成本發(fā)明不必要的限制。 [0049]請(qǐng)參照?qǐng)D1，其為依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于壓力感測(cè)器的自我測(cè)試結(jié)構(gòu)100的剖面示意圖。自我測(cè)試結(jié)構(gòu)100包含基板110、多個(gè)薄膜層120、固定部130、電熱單元140及感測(cè)電路單元150。薄膜層120堆疊形成于基板110上。固定部130設(shè)于薄膜層120上，其中固定部130包含凹槽131，且凹槽131與薄膜層120之間形成腔體132。電熱單元140形成于薄膜層的其中之一薄膜層120f中，感測(cè)電路單元150形成于其中另一個(gè)薄膜層120a中，其中電熱單元140根據(jù)輸入電壓(Vin) 160予以加熱提高腔體壓力，使薄膜層120產(chǎn)生微變形，而感測(cè)電路單元150則根據(jù)微變形輸出測(cè)試信號(hào)170。在本實(shí)施例中，電熱單元140為金屬材質(zhì)，例如:鋁等具較佳導(dǎo)熱性的金屬。
[0050]因此，當(dāng)電熱單元140接收輸入電壓(Vin) 160，并據(jù)以加熱時(shí)，腔體132中的溫度亦將隨之升高，以提高腔體壓力，進(jìn)而對(duì)薄膜層120施予外部應(yīng)力致使其產(chǎn)生微變形，其中是由最靠近腔體132的薄膜層120g開始受應(yīng)力產(chǎn)生微變形，以提供薄膜應(yīng)力至與其相鄰接的薄膜層120f，使薄膜層120f產(chǎn)生微變形，從而相同地使薄膜層120a~120e依排列順序以產(chǎn)生微變形。如此一來，感測(cè)電路單元150則可立即通過感應(yīng)檢測(cè)薄膜層120a的微變形，以產(chǎn)生測(cè)試信號(hào)170，以迅速有效判讀薄膜是否良好完整。
[0051]更進(jìn)一步地說，本實(shí)施例使用互補(bǔ)金氧半(Complementary MetalOxideSemiconductor; CMOS)微機(jī)電系統(tǒng)(Micro Electro-Mechanical System;MEMS)的工藝方式，將薄膜層120a~120g依序堆疊形成于基板110上，而薄膜層120的材質(zhì)為氧化硅，其中電熱單元140借由薄膜層120f中的金屬層予以設(shè)計(jì)形成，相似地，感測(cè)電路單元150亦是借由薄膜層120a中的金屬層予以設(shè)計(jì)形成。另外，如圖1所示，薄膜層120b~120e及薄膜層120g亦可依實(shí)際需求而分別對(duì)應(yīng)形成具有金屬層122b~122e及金屬層122g。然而，任何熟悉此技藝者，應(yīng)能明了到本實(shí)施例中雖以上述的薄膜層120a~120g堆疊排列結(jié)構(gòu)配置，予以闡述薄膜層120與電熱單元140及感測(cè)電路單元150之間的發(fā)明技術(shù)特征，但是本發(fā)明的薄膜層個(gè)數(shù)及其配置不以此為限。
[0052]在本實(shí)施例中，基板110具有開口 112，其中開口 112的位置大致配置對(duì)應(yīng)于薄膜層120中的金屬層122的位置。
[0053]此外，在另一個(gè)實(shí)施例中，薄膜層120可包含穿孔124。如圖1所示，薄膜層120a~120f分別具有穿孔124a~124f，用以將自輸入端126輸入的輸入電壓(Vin) 160，依序傳送至電熱單元140中。
[0054]請(qǐng)參考圖2A及圖2B，其分別繪示依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的電熱單元的仰視圖。如圖2A所示，電熱單元240為環(huán)狀結(jié)構(gòu)。電熱單元240包含金屬環(huán)件242、矩形金屬片244及饋入點(diǎn)246，其中金屬環(huán)件242具有缺口 243，饋入點(diǎn)246配置于金屬環(huán)件242的一端，用以接收輸入電壓160。再者，金屬環(huán)件242設(shè)置環(huán)繞于矩形金屬片244。更具體地說，圖2A繪示一種具有單環(huán)的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。
[0055]相似地來說，圖2B則繪示具有雙環(huán)的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。如圖2B所示，電熱單元240包含兩個(gè)金屬環(huán)件242a和242b、一個(gè)矩形金屬片244及兩個(gè)饋入點(diǎn)246a和246b，其中金屬環(huán)件242a和金屬環(huán)件242b分別具有缺口 243a和缺口 243b，而饋入點(diǎn)246a和饋入點(diǎn)246b則分別對(duì)應(yīng)配置于金屬環(huán)件242a和金屬環(huán)件242b的各一端,并且金屬環(huán)件242a和金屬環(huán)件242b并行設(shè)置環(huán)繞于矩形金屬片244。
[0056]請(qǐng)參考圖3，其繪示依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的電熱單元的仰視圖。電熱單元340為蜿蜒狀結(jié)構(gòu)。電熱單元340包含金屬件342及饋入點(diǎn)344，其中金屬件342具有蜿蜒狀結(jié)構(gòu)，而饋入點(diǎn)344配置于金屬件342的一端。
[0057]請(qǐng)?jiān)賲⒖紙D4，其繪示依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的電熱單元的仰視圖。電熱單元440為回圈狀結(jié)構(gòu)。電熱單元440包含金屬件442及饋入點(diǎn)444，其中金屬件442具有回圈狀結(jié)構(gòu)，而饋入點(diǎn)444配置于金屬件442的一端。
[0058]接著，請(qǐng)同時(shí)參考圖5A及圖5B，分別根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的感測(cè)電路單元550的示意圖及其等效電路圖。如圖5A所示,感測(cè)電路單元550包含惠斯頓電橋電路。更具體地說，感測(cè)電路單元550具有多晶硅層552及四個(gè)電阻元件554a?554d，而電阻元件554a?554d在多晶娃層552的表面上相連接以形成惠斯頓電橋電路,其中電阻兀件554a?554d的電阻值具有隨施加的變形而變化的性質(zhì)，拉伸變形時(shí)電阻值增加，壓縮變形時(shí)電阻值減少。
[0059]此外，感測(cè)電路單元550更包含直流電壓入端(Vdc)、兩個(gè)電壓輸出端(Voutl及Vout2)，其中直流電壓入端Vdc同時(shí)連接至電阻元件554a的一端及電阻元件554d的一端，在此實(shí)施例中，施予5伏特的直流電壓值；電壓輸出端Voutl同時(shí)連接至電阻元件554a的另一端及電阻元件554b的一端；電壓輸出端Vout 2則同時(shí)連接至電阻元件554c的一端及電阻元件554d的另一端。此外，電阻元件554b的另一端及電阻元件554c的另一端皆接地。
[0060]如圖5B所示，電阻元件554a?554d分別對(duì)應(yīng)等效為電阻Rl?R4。感測(cè)電路單元550借由檢測(cè)兩個(gè)電壓輸出端Voutl及Vout2的輸出電壓值，以檢視電阻Rl?R4因腔體壓力而產(chǎn)生的變化值，進(jìn)而判讀薄膜層520是否皆完整。舉例來說，當(dāng)其中之一薄膜層有缺陷不完整時(shí)，則電阻Rl?R4的電阻值將不產(chǎn)生變化，即電壓輸出端Voutl及Vout2的輸出電壓值接近相同。
[0061]請(qǐng)參照?qǐng)D6，其繪示依照本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的一種用于壓力感測(cè)器的自我測(cè)試結(jié)構(gòu)的方法600的流程圖。如圖所示，方法600包含步驟610、步驟620與步驟630。然而，關(guān)于實(shí)施方法600的自我測(cè)試結(jié)構(gòu)，由于上述實(shí)施例已具體揭露，因此不再重復(fù)贅述。
[0062]如圖6所示，在步驟610中，可提供輸入電壓至自我測(cè)試結(jié)構(gòu)。在步驟620中，可加熱提高腔體壓力，使薄膜層產(chǎn)生微變形。在步驟630中，可根據(jù)微變形對(duì)應(yīng)輸出測(cè)試信號(hào)。
[0063]更具體地說，在步驟610中，將輸入電壓提供至自我測(cè)試結(jié)構(gòu)中的電熱單元。然而，在本實(shí)施例中，可將輸入電壓自輸入端予以輸入，并且通過薄膜層的穿孔傳送至電熱單J Li ο
[0064]然而，在步驟620中，當(dāng)電熱單元接收輸入電壓時(shí)，可據(jù)以加熱提高腔體壓力，進(jìn)而施予腔體氣體受熱加壓所產(chǎn)生的應(yīng)力至薄膜層上，如此一來薄膜層則將對(duì)應(yīng)產(chǎn)生微變形。
[0065]在步驟630中，方法600可通過感測(cè)電路單元，以感測(cè)薄膜層的微變形，從而輸出測(cè)試信號(hào)。在本實(shí)施例中，方法600使用可等效為惠斯頓電橋電路的感測(cè)電路單元，通過檢測(cè)其電阻值的變化，判讀是否良好完整，以輸出測(cè)試信號(hào)。
[0066]因此，借由上述本發(fā)明實(shí)施例中的用于壓力感測(cè)器的自我測(cè)試結(jié)構(gòu)及其方法，得以在晶圓級(jí)測(cè)試時(shí)借由簡(jiǎn)易的測(cè)試設(shè)備予以進(jìn)行檢測(cè)。如此一來，將不僅能大幅降低整體測(cè)試成本，并且亦縮短測(cè)試時(shí)間以增加測(cè)試效率。
[0067]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于壓力感測(cè)器的自我測(cè)試結(jié)構(gòu)，其特征在于其包含: 基板； 多個(gè)薄膜層，堆疊形成于該基板上； 固定部，設(shè)于所述多個(gè)薄膜層上方，其中該固定部具有凹槽，且該凹槽與所述多個(gè)薄膜層形成腔體； 電熱單元，形成于該其中之一薄膜層中 '及 感測(cè)電路單元，形成于該其中另一個(gè)薄膜層中； 其中該電熱單元根據(jù)輸入電壓予以加熱提高該腔體壓力，使所述多個(gè)薄膜層產(chǎn)生微變形，而該感測(cè)電路單元?jiǎng)t根據(jù)該微變形輸出測(cè)試信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于壓力感測(cè)器的自我測(cè)試結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該電熱單元為金屬材質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于壓力感測(cè)器的自我測(cè)試結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該薄膜層設(shè)有穿孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于壓力感測(cè)器的自我測(cè)試結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該電熱單元具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于壓力感測(cè)器的自我測(cè)試結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該電熱單元具有蜿蜓狀結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于壓力感測(cè)器的自我測(cè)試結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該電熱單元具有回圈狀結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于壓力感測(cè)器的自我測(cè)試結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該感測(cè)電路單元包含惠斯頓電橋電路。
8.一種用于壓力感測(cè)器的自我測(cè)試方法，其中該壓力感測(cè)器具有多個(gè)薄膜層，其特征在于該方法包含: 提供輸入電壓至自我測(cè)試結(jié)構(gòu)； 根據(jù)該輸入電壓予以加熱提高腔體壓力，使所述多個(gè)薄膜層產(chǎn)生微變形；及 輸出對(duì)應(yīng)該微變形的測(cè)試信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于壓力感測(cè)器的自我測(cè)試方法，其特征在于，其中提供該輸入電壓的步驟包含:將該輸入電壓自輸入端予以輸入，并且通過所述多個(gè)薄膜層的穿孔傳送至電熱單元。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于壓力感測(cè)器的自我測(cè)試方法，其特征在于，其中輸出該測(cè)試信號(hào)的步驟包含:使用感測(cè)電路單元，檢測(cè)所述多個(gè)薄膜層的該變化，以判讀是否良好完整，其中該感測(cè)電路單元等效為惠斯頓電橋電路。
【文檔編號(hào)】B81B3/00GK103712737SQ201210381310
【公開日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2012年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月9日
【發(fā)明者】鄭惟仁 申請(qǐng)人:京元電子股份有限公司