用于壓力感測器的自我測試結(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器的自我測試結(jié)構(gòu)及其方法。自我測試結(jié)構(gòu)包含基板、多個薄膜層、固定部、電熱單元及感測電路單元。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，感測電路單元形成于其中另一個薄膜層中，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，而感測電路單元則根據(jù)微變形輸出測試信號。
【專利說明】用于壓力感測器的自我測試結(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器的自我測試結(jié)構(gòu)，特別是有關(guān)一種用于晶圓級壓力測試器中可以有效降低測試成本及提升檢測效率的自我測試結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]由于現(xiàn)今微機電元件應(yīng)用層面愈趨蓬勃廣泛，并且半導體技術(shù)發(fā)展亦日趨成熟，導致微機電元件售價逐年遞減，而其中元件測試成本卻因所需的高價測試機臺而難以降低，致使無法有效降低整體成本。
[0003]尤其是目前一般在晶圓級元件測試時，往往必須借由利用測試機臺及其所需的測試環(huán)境進行測試，特別在壓力感測器的測試過程中，其傳統(tǒng)測試方式必須要通過測試機臺建立真空腔體或?qū)嶋H給予外部壓力來進行元件檢測，如此導致無法有效降低測試成本，從而難以提升市場競爭力及達到利潤最大化的目標。
[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的自我測試結(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器的自我測試結(jié)構(gòu)及其方法，其主要應(yīng)用于晶圓級壓力測試器中，可以有效降低測試成本及提升檢測效率。
[0006]本發(fā)明的目的是采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。本發(fā)明一種用于壓力感測器的自我測試結(jié)構(gòu)，包含基板、多個薄膜層、固定部、電熱單元及感測電路單元。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，感測電路單元形成于其中另一個薄膜層中，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，而感測電路單元則根據(jù)微變形輸出測試信號。
[0007]本發(fā)明的目的還可采用以下技術(shù)措施進一步實現(xiàn)。
[0008]較佳的，前述的自我測試結(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，前述的自我測試結(jié)構(gòu)，其中該感測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)方案來實現(xiàn)的。本發(fā)明一種用于壓力感測器的自我測試的方法，其包含下列步驟:首先，提供輸入電壓至自我測試結(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)微變形對應(yīng)輸出測試信號。
[0015]本發(fā)明的目的還可以采用以下技術(shù)措施進一步實現(xiàn)。
[0016]較佳的，前述的自我測試方法，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，并且通過所述多個薄膜層的穿孔傳送至電熱單元。
[0017]較佳的，前述的自我測試方法，其中輸出該測試信號的步驟包含:使用感測電路單元，檢測所述多個薄膜層的該變化，以判讀是否良好完整，其中該感測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)明用于壓力感測器的自我測試結(jié)構(gòu)及其方法至少具有下列優(yōu)點及有益效果:本發(fā)明得以在晶圓級測試時借由簡易的測試設(shè)備進行檢測，將不僅能大幅降低整體測試成本，并且亦縮短測試時間以增加測試效率。
[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)容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細說明如下。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1:繪示依據(jù)本發(fā)明實施例的用于壓力感測器的自我測試結(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)明另一個實施例的電熱單元的仰視圖。
[0022]圖3:繪示依據(jù)本發(fā)明另一個實施例的電熱單元的仰視圖。
[0023]圖4:繪示依據(jù)本發(fā)明另一個實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)明的另一個實施例的感測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)明另一個實施例的一種用于壓力感測器的自我測試結(jié)構(gòu)的方法流程圖。
[0026]【主要元件符號說明】
[0027]100:自我測試結(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:感測電路單元160:輸入電壓
[0035]170:測試信號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
[0040]440:電熱單元442:金屬件
[0041]444:饋入點520:薄膜層
[0042]550:感測電路單元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
【具體實施方式】
[0047]為更進一步闡述本發(fā)明為達成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的一種用于壓力感測器的自我測試結(jié)構(gòu)及其方法的【具體實施方式】、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細說明如后。
[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施例，圖式中相同的號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施例中，以避免造成本發(fā)明不必要的限制。 [0049]請參照圖1，其為依據(jù)本發(fā)明實施例的用于壓力感測器的自我測試結(jié)構(gòu)100的剖面示意圖。自我測試結(jié)構(gòu)100包含基板110、多個薄膜層120、固定部130、電熱單元140及感測電路單元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，感測電路單元150形成于其中另一個薄膜層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，而感測電路單元150則根據(jù)微變形輸出測試信號170。在本實施例中，電熱單元140為金屬材質(zhì)，例如:鋁等具較佳導熱性的金屬。
[0050]因此，當電熱單元140接收輸入電壓(Vin) 160，并據(jù)以加熱時，腔體132中的溫度亦將隨之升高，以提高腔體壓力，進而對薄膜層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，感測電路單元150則可立即通過感應(yīng)檢測薄膜層120a的微變形，以產(chǎn)生測試信號170，以迅速有效判讀薄膜是否良好完整。
[0051]更進一步地說，本實施例使用互補金氧半(Complementary MetalOxideSemiconductor; CMOS)微機電系統(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)計形成，相似地，感測電路單元150亦是借由薄膜層120a中的金屬層予以設(shè)計形成。另外，如圖1所示，薄膜層120b~120e及薄膜層120g亦可依實際需求而分別對應(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)明的薄膜層個數(shù)及其配置不以此為限。
[0052]在本實施例中，基板110具有開口 112，其中開口 112的位置大致配置對應(yīng)于薄膜層120中的金屬層122的位置。
[0053]此外，在另一個實施例中，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]請參考圖2A及圖2B，其分別繪示依據(jù)本發(fā)明的另一個實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246，其中金屬環(huán)件242具有缺口 243，饋入點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包含兩個金屬環(huán)件242a和242b、一個矩形金屬片244及兩個饋入點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246a和饋入點246b則分別對應(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]請參考圖3，其繪示依據(jù)本發(fā)明的另一個實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344，其中金屬件342具有蜿蜒狀結(jié)構(gòu)，而饋入點344配置于金屬件342的一端。
[0057]請再參考圖4，其繪示依據(jù)本發(fā)明的另一個實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444，其中金屬件442具有回圈狀結(jié)構(gòu)，而饋入點444配置于金屬件442的一端。
[0058]接著，請同時參考圖5A及圖5B，分別根據(jù)本發(fā)明的實施例的感測電路單元550的示意圖及其等效電路圖。如圖5A所示,感測電路單元550包含惠斯頓電橋電路。更具體地說，感測電路單元550具有多晶硅層552及四個電阻元件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)，拉伸變形時電阻值增加，壓縮變形時電阻值減少。
[0059]此外，感測電路單元550更包含直流電壓入端(Vdc)、兩個電壓輸出端(Voutl及Vout2)，其中直流電壓入端Vdc同時連接至電阻元件554a的一端及電阻元件554d的一端，在此實施例中，施予5伏特的直流電壓值；電壓輸出端Voutl同時連接至電阻元件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分別對應(yīng)等效為電阻Rl?R4。感測電路單元550借由檢測兩個電壓輸出端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，進而判讀薄膜層520是否皆完整。舉例來說，當其中之一薄膜層有缺陷不完整時，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]請參照圖6，其繪示依照本發(fā)明另一個實施例的一種用于壓力感測器的自我測試結(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)于實施方法600的自我測試結(jié)構(gòu)，由于上述實施例已具體揭露，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)微變形對應(yīng)輸出測試信號。
[0063]更具體地說，在步驟610中，將輸入電壓提供至自我測試結(jié)構(gòu)中的電熱單元。然而，在本實施例中，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，當電熱單元接收輸入電壓時，可據(jù)以加熱提高腔體壓力，進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應(yīng)產(chǎn)生微變形。
[0065]在步驟630中，方法600可通過感測電路單元，以感測薄膜層的微變形，從而輸出測試信號。在本實施例中，方法600使用可等效為惠斯頓電橋電路的感測電路單元，通過檢測其電阻值的變化，判讀是否良好完整，以輸出測試信號。
[0066]因此，借由上述本發(fā)明實施例中的用于壓力感測器的自我測試結(jié)構(gòu)及其方法，得以在晶圓級測試時借由簡易的測試設(shè)備予以進行檢測。如此一來，將不僅能大幅降低整體測試成本，并且亦縮短測試時間以增加測試效率。
[0067]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，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)，當可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，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)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、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器的自我測試結(jié)構(gòu)，其特征在于其包含: 基板； 多個薄膜層，堆疊形成于該基板上； 固定部，設(shè)于所述多個薄膜層上方，其中該固定部具有凹槽，且該凹槽與所述多個薄膜層形成腔體； 電熱單元，形成于該其中之一薄膜層中 '及 感測電路單元，形成于該其中另一個薄膜層中； 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，使所述多個薄膜層產(chǎn)生微變形，而該感測電路單元則根據(jù)該微變形輸出測試信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于壓力感測器的自我測試結(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器的自我測試結(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器的自我測試結(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器的自我測試結(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器的自我測試結(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器的自我測試結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該感測電路單元包含惠斯頓電橋電路。
8.一種用于壓力感測器的自我測試方法，其中該壓力感測器具有多個薄膜層，其特征在于該方法包含: 提供輸入電壓至自我測試結(jié)構(gòu)； 根據(jù)該輸入電壓予以加熱提高腔體壓力，使所述多個薄膜層產(chǎn)生微變形；及 輸出對應(yīng)該微變形的測試信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于壓力感測器的自我測試方法，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器的自我測試方法，其特征在于，其中輸出該測試信號的步驟包含:使用感測電路單元，檢測所述多個薄膜層的該變化，以判讀是否良好完整，其中該感測電路單元等效為惠斯頓電橋電路。
【文檔編號】B81B3/00GK103712737SQ201210381310
【公開日】2014年4月9日 申請日期: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 申請人:京元電子股份有限公司