專利名稱：校正壓力傳感器的零點(diǎn)偏移電壓的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種校正壓力傳感器的零點(diǎn)偏移電壓(zero offset)的方法，特別涉及一種在壓力傳感器的傳感隔膜(diaphragm)的至少一表面形成一應(yīng)力調(diào)整薄膜(stress adjusting thin film)，以校正壓力傳感器的零點(diǎn)偏移電壓的方法。
背景技術(shù)：
壓力傳感器(pressure sensor)為微機(jī)電(MEMS)產(chǎn)品中常見的組件之一，而其中壓阻式(piezoresistor)壓力傳感器更為目前最廣為應(yīng)用的壓力傳感器。請參考圖1。圖1為現(xiàn)有壓阻式壓力傳感器10的原理架構(gòu)圖?，F(xiàn)有壓阻式壓力傳感器10是建構(gòu)在一惠斯登電橋(wheatstone bridge)架構(gòu)之上，并利用壓電阻的電阻值會因受壓不同而改變的原理所運(yùn)作。如圖1所示，惠斯登電橋是由四個(gè)可變電阻R1、R2、R3與R4所構(gòu)成，同時(shí)輸入電壓(Vin)是分別電連接至可變電阻R1，R2之間以及可變電阻R3，R4之間，而另一方面輸出電壓(Vout)則是分別電連接至可變電阻R1，R3之間以及可變電阻R2，R4之間?；菟沟请姌虻奶匦栽谟谳敵鲭妷号c輸入電壓之間具有如下的關(guān)系Vout＝Vin*ΔR/R其中，R為可變電阻R1、R2、R3與R4的初始電阻值，而ΔR為R1、R2、R3與R4的電阻值的變化量。壓阻式壓力傳感器10的可變電阻是壓電阻，且可變電阻R1，R3在受壓時(shí)電阻值會下降，而可變電阻R2，R4在受壓時(shí)電阻值則會增加。在輸入電壓為常數(shù)的情況下，輸出電壓的變化量是正比于電阻值的變化量，因此壓阻式壓力傳感器10藉由測量輸出電壓值即可得出壓力的變化量。
請參考圖2，并一并參考圖1。圖2為現(xiàn)有壓阻式壓力傳感器10的示意圖。如圖2所示，現(xiàn)有壓阻式壓力傳感器10包含有一傳感隔膜12、一壓力感測組件14設(shè)在傳感隔膜12中，以及一基座(stand)16設(shè)在傳感隔膜12下用以支撐傳感隔膜12。傳感隔膜12一般是一半導(dǎo)體材質(zhì)，如硅所構(gòu)成，而壓力感測組件14內(nèi)部的電路架構(gòu)如圖1所示，而其制作方式則是利用摻雜與擴(kuò)散方式在傳感隔膜12中形成壓電阻，接著再利用沉積與蝕刻等工藝形成與壓電阻連接的導(dǎo)線?；?6則可為半導(dǎo)體材質(zhì)或玻璃材質(zhì)等。如前所述，當(dāng)壓阻式壓力傳感器10的表面受壓力時(shí)，會使可變電阻R1、R2、R3與R4產(chǎn)生形變，進(jìn)而使輸出電壓值產(chǎn)生變化，藉此可得出壓力的變化量。
然而壓阻式壓力傳感器10在制作過程中，容易因?yàn)楣に嚲?、工藝溫度、?yīng)力殘留與材料熱膨脹系數(shù)差異等因素，造成惠斯登電橋初始狀況偏差，因而產(chǎn)生過大的零點(diǎn)偏移電壓值(zero offset)。零點(diǎn)偏移電壓值一旦過大，將會造成后續(xù)電路設(shè)計(jì)的困難度、影響壓阻式壓力傳感器10的性能，同時(shí)增加校正的成本。請參考圖3。圖3為現(xiàn)有壓阻式壓力傳感器10在零點(diǎn)偏移電壓過大狀況下的示意圖。如圖3所示，由于前述應(yīng)力殘留與材料熱膨脹系數(shù)差異等因素，壓阻式壓力傳感器10會產(chǎn)生微量的形變，導(dǎo)致傳感隔膜12中的可變電阻R1、R2、R3與R4與初始狀況下即受到壓力而產(chǎn)生電阻值的改變，因而造成壓阻式壓力傳感器10在初始狀況下即具有過大的零點(diǎn)偏移電壓。針對此一問題，現(xiàn)有技術(shù)主要是利用激光修整(laser trimming)技術(shù)在壓阻式壓力傳感器10制作完成后，改變可變電阻R1、R2、R3與R4的電阻值，以校正零點(diǎn)偏移電壓。
激光修整技術(shù)雖可有效改變可變電阻的電阻值，但由于激光修整工藝的成本較高，因此目前僅應(yīng)用于高單價(jià)的產(chǎn)品上。另外，激光修整技術(shù)需針對單一壓阻式壓力傳感器分別修補(bǔ)，而無法進(jìn)行批次式生產(chǎn)，因此為工藝上的瓶頸。鑒于此，申請人提出一種利用應(yīng)力調(diào)整薄膜校正壓力傳感器的零點(diǎn)偏移電壓的方法，其具有低成本與可批次式生產(chǎn)的特性，可解決現(xiàn)有方法高成本與效率不佳的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種校正壓力傳感器的零點(diǎn)偏移電壓的方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)無法克服的難題。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種校正壓力傳感器的零點(diǎn)偏移電壓的方法，其至少包含有下列步驟提供至少一壓力傳感器測試樣本，并測量出該壓力傳感器測試樣本的一零點(diǎn)偏移電壓值；
依據(jù)該零點(diǎn)偏移電壓值計(jì)算出一相對應(yīng)的應(yīng)力偏差值；以及在與該壓力傳感器測試樣本相同的工藝條件下制作至少一壓力傳感器，且在制作該壓力傳感器的過程中，依據(jù)該應(yīng)力偏差值在該壓力傳感器的至少一表面形成一應(yīng)力調(diào)整薄膜，以校正該壓力傳感器的零點(diǎn)偏移電壓。
由于本發(fā)明校正壓力傳感器的零點(diǎn)偏移電壓的方法先測量一壓力傳感器測試樣本的零點(diǎn)偏移電壓值，再在制作與上述壓力傳感器測試樣本具有相同工藝條件的壓力傳感器時(shí)，根據(jù)此零點(diǎn)偏移電壓值在壓力傳感器的傳感隔膜的表面形成一應(yīng)力調(diào)整薄膜，以校正零點(diǎn)偏移電壓。換言之，本發(fā)明校正壓力傳感器的零點(diǎn)偏移電壓是在晶片工藝階段進(jìn)行，故具有低成本與高效率的優(yōu)點(diǎn)。
為了更近一步了解本發(fā)明的特征及技術(shù)內(nèi)容，請參閱以下有關(guān)本發(fā)明的詳細(xì)說明與附圖。然而所述附圖僅供參考與輔助說明用，并非用來對本發(fā)明加以限制者。


圖1為現(xiàn)有壓阻式壓力傳感器的原理架構(gòu)圖。
圖2為現(xiàn)有壓阻式壓力傳感器的示意圖。
圖3為現(xiàn)有壓阻式壓力傳感器在零點(diǎn)偏移電壓過大狀況下的示意圖。
圖4為本發(fā)明校正壓阻式壓力傳感器的零點(diǎn)偏移電壓的方法的流程圖。
圖5與圖6為本發(fā)明一較佳實(shí)施例的校正壓阻式壓力傳感器的零點(diǎn)偏移電壓的方法示意圖。
圖7與圖8為本發(fā)明另一較佳實(shí)施例的校正壓阻式壓力傳感器的零點(diǎn)偏移電壓的方法示意圖。
圖9與圖10為本發(fā)明又一較佳實(shí)施例的校正壓阻式壓力傳感器的零點(diǎn)偏移電壓的方法示意圖。
附圖符號說明10-壓阻式壓力傳感器12-傳感隔膜14-壓力感測組件16-基座30-步驟流程32-步驟流程34-步驟流程50-基底52-壓力感測組件54-應(yīng)力調(diào)整薄膜
56-基座58-壓阻式壓力傳感器60-基底62-壓力感測組件64-應(yīng)力調(diào)整薄膜66-基座68-壓阻式壓力傳感器70-基底72-壓力感測組件74-應(yīng)力調(diào)整薄膜76-應(yīng)力調(diào)整薄膜78-基座80-壓阻式壓力傳感器具體實(shí)施方式
請參考圖4。圖4為本發(fā)明校正壓阻式壓力傳感器的零點(diǎn)偏移電壓的方法的流程圖。如圖4所示，本發(fā)明校正壓阻式壓力傳感器的零點(diǎn)偏移電壓的方法的流程步驟如下所示步驟30首先提供至少一壓阻式壓力傳感器測試樣本，并測量出壓阻式壓力傳感器測試樣本的一零點(diǎn)偏移電壓值；步驟32接著依據(jù)上述零點(diǎn)偏移電壓值計(jì)算出一相對應(yīng)的應(yīng)力偏差值；步驟34隨后在與上述壓阻式壓力傳感器測試樣本相同工藝條件下制作至少一壓阻式壓力傳感器，且在制作壓阻式壓力傳感器的過程中，依據(jù)上述應(yīng)力偏差值在壓阻式壓力傳感器的至少一表面形成一應(yīng)力調(diào)整薄膜，以調(diào)整壓阻式壓力傳感器的應(yīng)力，從而達(dá)到校正壓阻式壓力傳感器的零點(diǎn)偏移電壓的作用。
由上述可知，本發(fā)明校正壓阻式壓力傳感器的零點(diǎn)偏移電壓的方法是在制作壓阻式壓力傳感器之前，預(yù)先對一壓阻式壓力傳感器測試樣本進(jìn)行測試以測量出一零點(diǎn)偏移電壓值，并藉由此零點(diǎn)偏移電壓值計(jì)算出相對應(yīng)的應(yīng)力偏差值，接著在與上述壓阻式壓力傳感器測試樣本相同工藝條件下制作壓阻式壓力傳感器，同時(shí)在工藝中在壓阻式壓力傳感器的至少一表面形成至少一應(yīng)力調(diào)整薄膜。由于壓阻式壓力傳感器與壓阻式壓力傳感器測試樣本是在相同工藝條件下制作，因此利用此一校正機(jī)制可有效補(bǔ)償壓阻式壓力傳感器工藝中由于工藝精度、工藝溫度、應(yīng)力殘留與材料熱膨脹系數(shù)差異等因素的影響所產(chǎn)生的零點(diǎn)偏移電壓問題，藉此提升壓阻式壓力傳感器的性能。
請參考圖5與圖6，并一并參考圖4。圖5與圖6為本發(fā)明一較佳實(shí)施例的校正壓阻式壓力傳感器的零點(diǎn)偏移電壓的方法示意圖。如圖5所示，首先提供一基底50，例如一半導(dǎo)體硅晶片，作為傳感隔膜之用。接著在基底50中形成多個(gè)壓力感測組件52，其中壓力感測組件52的制作是利用摻雜與擴(kuò)散等方式在基底50中形成壓電阻，同時(shí)并配合沉積與蝕刻等工藝形成導(dǎo)線。同時(shí)本實(shí)施例的特點(diǎn)在于形成壓力感測組件52之前或之后，依據(jù)預(yù)先計(jì)算出的應(yīng)力偏差值另在基底50的下表面形成一應(yīng)力調(diào)整薄膜54，以校正壓力感測組件52的零點(diǎn)偏移電壓。如圖6所示，接著應(yīng)力調(diào)整薄膜54的下方形成多個(gè)分別對應(yīng)各壓力感測組件52的基座56，并在切割及封裝工藝后即可形成多個(gè)壓阻式壓力傳感器58，其中基座56的制作可將另一基底，例如一硅晶片或玻璃晶片，接合在應(yīng)力調(diào)整薄膜54的表面，并配合蝕刻工藝加以形成。
由上述可知，上述實(shí)施例是利用在基底50的下表面形成一應(yīng)力調(diào)整薄膜54的方式以避免壓阻式壓力傳感器58由于應(yīng)力不平衡所導(dǎo)致的形變，藉此校正壓阻式壓力傳感器58的零點(diǎn)偏移電壓。應(yīng)力調(diào)整薄膜54的選用可視應(yīng)力偏差值的方向而為一張應(yīng)力薄膜或一壓縮應(yīng)力薄膜，例如氮化硅、氧化硅與氮氧化硅，或是其它適合的材質(zhì)。再者，應(yīng)力調(diào)整薄膜54亦不限為一單層結(jié)構(gòu)，而可視效果或其它考量而為一復(fù)合層結(jié)構(gòu)。另外，除利用材質(zhì)特性不同而提供張應(yīng)力或壓縮應(yīng)力之外，應(yīng)力的大小則可利用控制應(yīng)力調(diào)整薄膜54是厚度加以調(diào)整。除此之外，本實(shí)施例的壓阻式壓力傳感器58亦可制作在一硅覆絕緣(SOI)基板之上，而在此狀況下應(yīng)力調(diào)整薄膜54亦可為硅覆絕緣基板本身的絕緣層。
請參考圖7與圖8。圖7與圖8為本發(fā)明另一較佳實(shí)施例的校正壓阻式壓力傳感器的零點(diǎn)偏移電壓的方法示意圖。如圖7所示，首先提供一基底60，例如一半導(dǎo)體硅晶片，作為傳感隔膜之用。接著在基底60中形成多個(gè)壓力感測組件62。與前述實(shí)施例不同之處在于，在本實(shí)施例中應(yīng)力調(diào)整薄膜64是形成在基底60的上表面，藉以校正壓力感測組件62的零點(diǎn)偏移電壓。如圖8所示，接著在基底60下方形成多個(gè)分別對應(yīng)各壓力感測組件62的基座66，并在切割及封裝工藝后即可形成多個(gè)壓阻式壓力傳感器68。
請參考圖9與圖10。圖9與圖10為本發(fā)明又一較佳實(shí)施例的校正壓阻式壓力傳感器的零點(diǎn)偏移電壓的方法示意圖。如圖9所示，首先提供一基底70，例如一半導(dǎo)體硅晶片，作為傳感隔膜之用。接著在基底70中形成多個(gè)壓力感測組件72。與前述二實(shí)施例不同之處在于，本實(shí)施例是利用二應(yīng)力調(diào)整薄膜74與76分別形成在基底70的上表面與下表面，藉以校正壓力感測組件72的零點(diǎn)偏移電壓。如圖10所示，接著在應(yīng)力調(diào)整薄膜76下方形成多個(gè)分別對應(yīng)各壓力感測組件72的基座78，并在切割及封裝工藝后即可形成多個(gè)壓阻式壓力傳感器80。
由上述可知，本發(fā)明的特點(diǎn)在于壓阻式壓力傳感器的傳感薄膜與電路完成后，在整片晶片的表面形成應(yīng)力調(diào)整薄膜，藉此預(yù)先對零點(diǎn)偏移電壓作補(bǔ)償，因此相較于現(xiàn)有利用激光修整技術(shù)的方法，更可達(dá)到低成本與批次式生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種校正壓力傳感器的零點(diǎn)偏移電壓的方法，其包含有提供至少一壓力傳感器測試樣本，并測量出該壓力傳感器測試樣本的一零點(diǎn)偏移電壓值；依據(jù)該零點(diǎn)偏移電壓值計(jì)算出一相對應(yīng)的應(yīng)力偏差值；以及在與該壓力傳感器測試樣本相同的工藝條件下制作多個(gè)壓力傳感器，且在制作所述壓力傳感器的過程中，依據(jù)該應(yīng)力偏差值在所述壓力傳感器的至少一表面形成一應(yīng)力調(diào)整薄膜，以校正所述壓力傳感器的零點(diǎn)偏移電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，各該壓力傳感器另包含有一傳感隔膜。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，該應(yīng)力調(diào)整薄膜是設(shè)在該傳感隔膜的上表面。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，該應(yīng)力調(diào)整薄膜是設(shè)在該傳感隔膜的下表面。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，該應(yīng)力調(diào)整薄膜的材質(zhì)是選自于氮化硅、氧化硅與氮氧化硅。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，該應(yīng)力調(diào)整薄膜是利用控制不同厚度以調(diào)整所述壓力傳感器的零點(diǎn)偏移電壓。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，該應(yīng)力調(diào)整薄膜是一張應(yīng)力薄膜。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，該應(yīng)力調(diào)整薄膜的一壓縮應(yīng)力薄膜。
9.如權(quán)利要求1所述發(fā)方法，其中，該應(yīng)力調(diào)整薄膜是一復(fù)合層結(jié)構(gòu)。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述壓力傳感器是壓阻式壓力傳感器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種校正壓阻式壓力傳感器的零點(diǎn)偏移電壓的方法，其至少包含有下列步驟。首先，提供至少一壓阻式壓力傳感器測試樣本，并測量出該壓阻式壓力傳感器測試樣本的一零點(diǎn)偏移電壓值。隨后依據(jù)該零點(diǎn)偏移電壓值計(jì)算出一相對應(yīng)的應(yīng)力偏差值。接著在與該壓阻式壓力傳感器測試樣本相同的工藝條件下制作至少一壓阻式壓力傳感器，且在制作該壓阻式壓力傳感器的過程中，依據(jù)該應(yīng)力偏差值在該壓阻式壓力傳感器的至少一表面形成一應(yīng)力調(diào)整薄膜，以校正該壓阻式壓力傳感器的零點(diǎn)偏移電壓。
文檔編號G01L9/02GK1880934SQ200510078058
公開日2006年12月20日 申請日期2005年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月14日
發(fā)明者黃德昌, 林弘毅, 徐文祥 申請人:探微科技股份有限公司