传感器薄膜结构及其制造方法与流程

1.本发明是有关于一种传感器薄膜结构及其制造方法，特别是有关于一种具有背侧开口的传感器薄膜结构及其制造方法。背景技术：2.现有的压力传感器是检测在施加压力之后电流、电压、电阻及/或电容的变化来计算出压力值。因应电子装置小型化的趋势，压力传感器的尺寸亦愈来愈小。目前，可利用微机电系统(microelectromechanical systems；mems)技术来制造小尺寸的压力传感器。然而，此种小尺寸的压力传感器的良品率和品质仍为一重要的课题。技术实现要素：3.本发明的一些实施例提供一种传感器薄膜结构，包括：基板、第一绝缘层以及装置层。基板具有第一表面以及与前述第一表面相对的第二表面，其中前述第一表面形成有空腔，前述第二表面形成有开口，且前述空腔与前述开口连通。前述空腔和前述开口沿垂直于前述第一表面的方向贯穿前述基板。第一绝缘层设置于前述基板的第一表面上，其中在垂直于前述第一表面的方向上，前述第一绝缘层与前述开口至少部分重叠。装置层设置于前述第一绝缘层上。4.本发明的一些实施例提供一种传感器薄膜结构的制造方法，包括：提供具有空腔的基板；提供装置，且将前述装置接合于前述基板上，其中前述装置包括绝缘层，且在将前述装置与前述基板结合之后，前述绝缘层与前述空腔交界；以及刻蚀前述基板，以形成与前述空腔连通的开口。5.为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附图式，做详细说明如下。附图说明6.图1a至图1d显示根据本发明一些实施例的传感器薄膜结构的制造过程的剖视图；7.图2显示图1d所示的传感器薄膜结构的俯视图；8.图3显示根据本发明一些实施例的传感器薄膜结构的剖视图；9.图4a至图4d显示根据本发明一些实施例的空腔及开口的俯视图；10.图5显示根据本发明一些实施例的传感器薄膜结构的剖视图；11.图6a至图6d显示根据本发明一些实施例的空腔及开口的俯视图；12.图7显示根据本发明一些实施例的传感器薄膜结构的剖视图；13.图8a至8f显示根据本发明一些实施例的空腔及开口的俯视图；14.图9显示根据本发明一些实施例的传感器薄膜结构的剖视图；15.图10a至10b显示根据本发明一些实施例的空腔及开口的俯视图。16.附图标记：17.100、101：传感器薄膜结构18.110：基板19.111：第一表面20.112：第二表面21.121、121a、121b、121c、121d：空腔22.122、122a、122b、122c、122d：开口23.130：装置24.131：第一绝缘层25.132：装置层26.133：第二绝缘层27.150：电子元件28.160：过孔29.170：导电元件30.200、300、400：传感器薄膜结构31.210、310、410：基板32.211、311、411：第一表面33.212、312、412：第二表面34.221、221a、221b、221c、221d：空腔35.222、222a、222b、222c、222d：开口36.321、321a、321b、321c、321d、321e、321f：空腔37.322、322a、322b、322c、322d、322e、322f：开口38.421、421a、421b：空腔39.422、422a、422b：开口具体实施方式40.以下说明本发明实施例的传感器薄膜结构及其制造方法。然而，可轻易了解本发明实施例提供许多合适的发明概念而可实施于广泛的各种特定背景。所揭示的特定实施例仅仅用于说明以特定方法使用本发明，并非用以局限本发明的范围。41.此外，实施例中可能使用相对性的用语，例如「下方」或「底部」及「上方」或「顶部」，以描述图式的一个元件对于另一元件的相对关系。能理解的是，如果将图式的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在「下方」侧的元件将会成为在「上方」侧的元件。42.应理解的是，虽然在此可使用用语「第一」、「第二」等来叙述各种元件、材料及/或部分，这些元件、材料及/或部分不应被这些用语限定，且这些用语仅是用来区别不同的元件、材料及/或部分。因此，以下讨论的一第一元件、材料及/或部分可在不偏离本发明一些实施例的教示的情况下被称为一第二元件、材料及/或部分。另外，为了简洁起见，在说明书中亦可不使用「第一」、「第二」等用语来区别不同元件。在不违背权利要求所界定的范围的情况下，权利要求所记载的第一元件及/或第二元件可解读为说明书中符合叙述的任何元件。43.除非另外定义，在此使用的全部用语(包括技术及科学用语)具有与此篇发明所属的本领域的技术人员所通常理解的相同涵义。能理解的是这些用语，例如在通常使用的字典中定义的用语，应被解读成具有一与相关技术及本发明的背景或上下文一致的意思，而不应以一理想化或过度正式的方式解读，除非在此特别定义。此外，在本文中亦记载「大致上」、「大约」或「约」等用语，其意在涵盖大致相符及完全相符的情况或范围。应注意的是，除非特别定义，即使在叙述中未记载上述用语，仍应以与记载有上述约略性用语的相同意义来解读。44.图1a至图1d显示根据本发明一些实施例的传感器薄膜结构100的制造过程的剖视图。如图1a所示，提供基板110，其具有第一表面111以及与第一表面111相对的第二表面112。在一些实施例中，基板110的材料包括硅(si)。举例而言，第一表面111为基板110的顶面，而第二表面112为基板110的底面，但本发明并不限于此。在第一表面111上具有一空腔121。此外，提供一装置130，其具有装置层132，且装置层132位于两第一绝缘层131之间。在一些实施例中，装置层132的材料包括硅(si)，第一绝缘层131的材料包括氧化硅或任何其他适合的绝缘材料。45.接着，如图1b所示，将装置130接合于基板110上，使得第一绝缘层131位于基板110的第一表面111上方且覆盖空腔121，亦即，第一绝缘层131在装置130接合于基板110之后，第一绝缘层131与空腔121交界。对装置130进行一研磨工艺，移除未抵接基板110的第一绝缘层131以及部分的装置层132。如图1c所示，在装置层132中设置电子元件150，其中在垂直于第一表面111的方向(z轴)上，电子元件150与空腔121至少部分重叠。换言之，电子元件150至少部分位于空腔121的正上方。在一些实施例中，电子元件150可完全落入空腔121的范围内。举例而言，电子元件150可以是电阻器、电感器、电容器或任何其他具有感测功能的电子元件。在装置层132、电子元件150上形成第二绝缘层133。第二绝缘层133的材料可以与第一绝缘层131相同或不同。46.在第二绝缘层133中形成过孔160，以使电子元件150与外界电连接。在一些实施例中，在垂直于第一表面111的方向(z轴)上，过孔160与空腔121不重叠。在第二绝缘层133上设置导电元件170，其通过过孔160与电子元件150电连接，藉以传递电信号至电子元件150。因为此导电路径的设计，沿垂直于第一表面111的方向(z轴)观察，电子元件150、过孔160与导电元件170会相互部分重叠。47.如图1d所示，对基板110的第二表面112进行一刻蚀工艺，以在第二表面112形成与空腔121连通的开口122。在本实施例中为了简洁起见将基板110绘示为单层结构，在一些实施例中，基板110亦可以是多层结构。48.在一些实施例中，沿与第一表面111垂直的方向(z轴)观察，开口122会与空腔121重叠。如此一来，空腔121和开口122会贯穿基板110。在平行于第一表面111的方向(x轴或y轴)上，空腔121的宽度会大于开口122的宽度。在一些实施例中，沿与第一表面111垂直的方向(z轴)观察，第一绝缘层131与开口122部分重叠。在一些实施例中，第一绝缘层131对应于开口122处的厚度小于第一绝缘层131非对应于开口122处的厚度。更具体而言，由于空腔121的设置，使得在进行刻蚀工艺以形成开口122时，亦会刻蚀掉部分的第一绝缘层131。第一绝缘层131作为上述刻蚀工艺的刻蚀停止层。在本实施例中，第一绝缘层131会将装置层132与空腔121分隔开，亦即装置层132并不会显露于空腔121和开口122，但本发明不以此为限。49.应理解的是，空腔121可通过开口122与外界连通，故空腔121及开口122的压力与外界压力(例如大气压力)相同。当检测到相对压力改变时，装置层132会产生形变，进而影响设置于装置层132中的电子元件150。如此一来，电子元件150可检测到不同的目标数值(例如电流值、电压值及/或电阻值)，并可藉由检测值与正常值的差异计算出相对的压力值。50.图2显示图1d所示的传感器薄膜结构100的俯视图。应说明的是，图1a至1d是例如沿图2所示的线a-a来绘示，而为了显示电子元件150的位置，并未显示第二绝缘层133。如图2所示，开口122完全落入空腔121的范围内。在本实施例中，开口122位于空腔121的中心。在其他实施例中，开口122可位于空腔121的其他位置。51.图3显示根据本发明一些实施例的传感器薄膜结构101的剖视图。应理解的是，本实施例所示的传感器薄膜结构101可包括与图1d中的传感器薄膜结构100相同的元件(例如电子元件150、第二绝缘层133和导电元件170等)，为了简洁起见而未显示于本实施例中。在本实施例中，在执行刻蚀工艺以形成开口122时，更进一步刻蚀第一绝缘层131以使得装置层132具有与空腔121交界的一表面(例如为装置层132的下表面)。藉由此设计，可使得装置层132能够更灵敏地反应压力的变化，进而提高电子元件的感测精确度。虽然在本实施例中完全移除位于空腔121正上方的第一绝缘层131，但本技术领域中具有通常知识者亦可根据不同需求部分地移除空腔121正上方的第一绝缘层131。52.图4a至图4d显示根据本发明一些实施例的空腔及开口的俯视图。在一些实施例中，空腔及开口可分别具有不同的形状。如图4a所示，空腔121a及开口122a皆为矩形。如图4b所示，空腔121b为具有圆角的矩形，而开口122b则为多边形(显示为六边形)。如图4c所示，空腔121c为多边形(显示为六边形)，而开口122c则为圆形。如图4d所示，空腔121d为圆形，而开口122d则为矩形。应理解的是，上述实施例仅作为范例，可将上述实施例相互结合并衍生出其他实施例，以下将不再赘述。53.图5显示根据本发明一些实施例的传感器薄膜结构200的剖视图。相似地，虽然在本实施例并未绘示，传感器薄膜结构200亦可包括第二绝缘层、电子元件、导电元件等部分。如图5所示，在基板210的第二表面212处形成多个开口222，且开口222的每一个皆与空腔221连通。在本实施例中，在平行于第一表面211的方向上，空腔221的宽度大于所有开口222的宽度总和。54.图6a至图6d显示根据本发明一些实施例的空腔及开口的俯视图。在一些实施例中，空腔及开口可具有不同的形状及排列方式。如图6a所示，空腔221a及开口222a皆为矩形，且开口222a规则地排列于空腔221a内。如图6b所示，空腔221b为具有圆角的矩形，而开口222b则为圆形。如图6c所示，空腔221c为多边形(显示为六边形)，而开口222c则呈长条状。如图6d所示，空腔221d为圆形，而开口222d则为类椭圆形。应理解的是，上述实施例仅作为范例，可将上述实施例相互结合并衍生出其他实施例，以下将不再赘述。此外，虽然在上述实施例中开口皆规则地排列，但亦可以不规则的方式排列各个开口。55.图7显示根据本发明一些实施例的传感器薄膜结构300的剖视图。相似地，虽然在本实施例并未绘示，传感器薄膜结构300亦可包括第二绝缘层、电子元件、导电元件等部分。如图7所示，在基板310的第一表面311处具有两个分隔开的空腔321，且形成于第二表面312的开口322与上述空腔321连通。可根据第一绝缘层131凹陷的位置来判断原空腔321的位置。如上所述，由于空腔321的设置，在进行形成开口322的刻蚀工艺之后，位于空腔321正上方的第一绝缘层131会相较于其他部分而言更薄。56.图8a至图8f显示根据本发明一些实施例的空腔及开口的俯视图。在一些实施例中，空腔及开口可具有不同的形状及排列方式。此外，在上述实施例中空腔及开口并未完全重叠。如图8a所示，空腔321a及开口322a皆为矩形，且开口322a位于两个空腔321a之间。如图8b所示，空腔321b为具有圆角的矩形，而开口322b则为多边形(显示为六边形)。如图8c所示，空腔321c为多边形(显示为六边形)，而开口322c为圆形。如图8d所示，空腔321d为椭圆形，而开口322d则为矩形。如图8e所示，空腔321e及开口322e皆为矩形，且各个开口322e皆连接至两空腔321e。如图8f所示，空腔321f为椭圆形，而开口322f则为长条形。应理解的是，上述实施例仅作为范例，可将上述实施例相互结合并衍生出其他实施例，以下将不再赘述。57.图9显示根据本发明一些实施例的传感器薄膜结构400的剖视图。相似地，虽然在本实施例并未绘示，传感器薄膜结构400亦可包括第二绝缘层、电子元件、导电元件等部分。如图9所示，在基板410的第一表面411处具有两个分隔开的空腔421，且在第二表面412形成两个开口422，分别与上述空腔421连通。58.图10a至图10b显示根据本发明一些实施例的空腔及开口的俯视图。在一些实施例中，空腔及开口可具有不同的形状及排列方式。此外，在上述实施例中空腔及开口并未完全重叠。如图10a所示，空腔421a为多边形(显示为六边形)，而开口422a为矩形，其中每个开口422a皆连接至空腔421a的其中两者。如图10b所示，空腔421b为具有圆角的矩形，而开口422b则为长条形。应理解的是，上述实施例仅作为范例，可将上述实施例相互结合并衍生出其他实施例，以下将不再赘述。59.综上所述，本发明的实施例提供一种具有背侧开口的传感器薄膜结构及其制造方法。本发明实施例结合具有空腔的基板以及具有绝缘层的装置。由于空腔与薄膜结构外侧具有相近的压力，藉此可在基板上刻蚀开口时，维持薄膜结构两侧的压力平衡。同时，设置有绝缘层以保护薄膜结构，避免在刻蚀工艺期间因过度刻蚀而影响薄膜结构，进而提高传感器薄膜结构的良品率。此外，亦可刻蚀绝缘层以使得设置有电子元件的装置层直接与空腔交界，使得装置层能够更灵敏地反应压力的变化，进而提高电子元件的感测精确度。60.虽然本发明的实施例及其优点已发明如上，但应该了解的是，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作更动、替代与润饰。此外，本发明的保护范围并未局限于说明书内所述特定实施例中的工艺、机器、制造、物质组成、装置、方法及步骤，任何所属技术领域中具有通常知识者可从本发明揭示内容中理解现行或未来所发展出的工艺、机器、制造、物质组成、装置、方法及步骤，只要可以在此处所述实施例中实施大抵相同功能或获得大抵相同结果皆可根据本发明使用。因此，本发明的保护范围包括上述工艺、机器、制造、物质组成、装置、方法及步骤，且各实施例间特征只要不违背发明精神或相互冲突，均可任意混合搭配使用。另外，每一权利要求构成个别的实施例，且本发明的保护范围也包括各个权利要求及实施例的组合。