本发明涉及一种微型压阻式压力传感器，特别是涉及一种利用离子植入(ionimplantation)技术制作的微型压阻式压力传感器。
背景技术：
离子植入技术为压阻式压力传感器的成熟制程之一，用来形成压阻元件及导线。然而，由于离子植入技术所产生的接面深度(junctiondepth)可达数个μm，当植入离子浓度较高且元件层(或薄膜)厚度较薄时容易产生漏电。但是在许多应用中，例如设置于心导管中的微型压力传感器，体积通常很小，因此用来感测压力的薄膜面积有限,所以设计上须将薄膜厚度调整至1-3μm才能满足所需的输出灵敏度，若以一般压阻式压力传感器的结构直接缩小尺寸微型化时，以离子植入技术制作压阻式压力感测时在植入浓度较高的导线区域即会有漏电的问题。
因此，现有的微型压力传感器通常采用其它技术制作，例如在硅薄膜上再沉积一层掺杂的多晶硅(dopedpoly-si)或磊晶硅(epi-si)以作为应变规(straingauge)来替代离子植入的压阻元件用以感应压力变化而产生输出。由于此种结构牵涉应力膜层堆栈，因此设计上较为复杂。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种结构设计能适用离子植入技术，使制程较容易控制的微型压阻式压力传感器。
本发明微型压阻式压力传感器在一些实施态样中，是包含一基材及一元件结构层。该基材形成有一振动空间。该元件结构层位于该基材上并具有一上表面，且于该上表面形成一与该振动空间位置相对应的凹槽，并借此形成一介于该凹槽与该振动空间之间的可振动的薄膜。该凹槽由该薄膜及一连接该薄膜与该上表面的侧壁面所界定。该元件结构层还由离子植入形成一离子浓度较低的压阻区及一离子浓度较高的导线区，其中该压阻区从该薄膜延伸通过该侧壁面至该上表面，该导线区与该压阻区连接并分布在该上表面。
在一些实施态样中，该元件结构层的厚度为5μm以上，该薄膜厚度小于5μm。
在一些实施态样中，该侧壁面为斜面并使该凹槽呈现由该薄膜往该上表面逐渐扩张的形状。
在一些实施态样中，该振动空间正投影的边界大于该凹槽正投影的边界。
在一些实施态样中，该压阻区与该导线区是由p型离子植入所形成。
在一些实施态样中，该压阻区的离子浓度介于1018至1020cm-3。
在一些实施态样中，该导线区的离子浓度介于1020至1022cm-3。
在一些实施态样中，该基材的振动空间贯穿该基材的底面而使该薄膜相反于该凹槽的一侧与外界相连通。
在一些实施态样中，该薄膜与该基材共同使该振动空间成为封闭空间。
在一些实施态样中，该薄膜为方形且最短边的边长不大于150μm。
在一些实施态样中，还包含一位于该元件结构层上并至少遮盖该薄膜及该压阻区的保护盖。
在一些实施态样中，还包含一形成于该薄膜中央区域的凸块。
在一些实施态样中，还包含多个设于该元件结构层的上表面并与该导线区连接的金属焊垫。
本发明至少具有以下功效：借由该元件结构层形成有凹槽以形成介于该凹槽与该振动空间之间的可振动的薄膜，而能利用离子植入技术，在该元件结构层的该凹槽以外够厚的区域，植入较高浓度的离子形成导线区，而在厚度较薄的薄膜区域，植入较低浓度的离子形成压阻区，借由薄膜够薄而能满足所需的输出灵敏度，并同时避免漏电的风险。
附图说明
本发明的其它的特征及功效，将于参照图式的实施方式中清楚地呈现，其中：
图1是本发明微型压阻式压力传感器的一第一实施例的一俯视示意图；
图2是该第一实施例的一剖面示意图；
图3是说明该第一实施例的一凹槽的另一实施形态的一剖面示意图；
图4是本发明微型压阻式压力传感器的一第二实施例的一剖面示意图；及
图5是本发明微型压阻式压力传感器的一第三实施例的一剖面示意图。
具体实施方式
在本发明被详细描述之前，应当注意在以下的说明内容中，类似的元件是以相同的编号来表示。
参阅图1与图2，本发明微型压阻式压力传感器的一第一实施例，包含一基材1及一元件结构层2。基材1形成有一振动空间11及一绝缘层12。元件结构层2位于该基材1上并具有一上表面21，且于该上表面21形成一与该振动空间11位置相对应的凹槽22，并借此形成一介于该凹槽22与该振动空间11之间的可振动的薄膜23。也就是说，该振动空间11提供该薄膜23可振动的空间。该凹槽22由该薄膜23及一连接该薄膜23与该上表面21的侧壁面24所界定。该元件结构层2还由离子植入形成一离子浓度较低的压阻区25及一离子浓度较高的导线区26，其中该压阻区25从该薄膜23延伸通过该侧壁面24至该上表面21，该导线区26与该压阻区25连接并分布在该上表面21。在本实施例还包含多个设于该元件结构层2的上表面21并与该导线区26连接的金属焊垫3，以供外接导线(未图示)焊接。
在本实施例中，该压阻区25与该导线区26是由p型离子植入所形成，例如硼离子。压阻区25的离子浓度介于1018至1020cm-3，该导线区26的离子浓度介于1020至1022cm-3。该压阻区25形成四个压阻251，该导线区26形成多条导线261，用以连接于所述压阻251及对应的金属焊垫3之间，该导线261与金属焊垫3接面形成奥姆接触(ohmcontact)以降低接触电阻，避免以压阻251直接连接金属焊垫3因接触电阻过大导致元件失效。压阻区25及导线区26共同形成全桥式的惠斯登电桥(wheatstonebridge)结构以感测压力，其也可依据使用需求设计为半桥式或其它形式，并不限制。
在本实施例中，该元件结构层2为一单晶硅材料且其厚度约为5至10μm，该薄膜23的厚度约为2至3μm，元件结构层2及薄膜23的厚度可以调整，该元件结构层2的厚度以5μm以上较佳，该薄膜23厚度以小于5μm较佳，而且薄膜23为方形，可为正方形或长方形，其中最短边的边长以不大于150μm较佳，可满足小尺寸微型压阻式压力传感器的需求。在本实施例中，借由蚀刻制程在元件结构层2形成凹槽22而局部减少元件结构层2的厚度以形成薄膜23，使薄膜23厚度小于5μm。如此，该元件结构层2在该凹槽22以外的区域够厚以供较高浓度的离子植入形成导线区26，而在厚度较薄的薄膜23区域植入的是较低浓度的离子以形成压阻区25，借此避免漏电的风险，并借由薄膜23够薄而能满足所需的输出灵敏度。
在本实施例中，该凹槽22是以湿式如氢氧化钾溶液进行蚀刻制作，因此界定凹槽22的侧壁面24为斜面并使该凹槽22呈现由该薄膜23往该上表面21逐渐扩张的形状，也就是说该侧壁面24为面向凹槽22的开口方向呈倾斜，借此在进行离子植入制程时较容易制作。但是，若该凹槽22是以干式电浆蚀刻制作而侧壁面24垂直于薄膜23(见图3)的型态也可实施。在本实施例中，由于该振动空间11正投影的边界大于该凹槽22正投影的边界，也就是说由垂直该元件结构层2方向投影，该凹槽22的投影边界位于该振动空间11的投影边界内，又例如在本实施例中，该振动空间11与该凹槽22大致为正方形，该振动空间11的正投影边界宽度p1即大于该凹槽22的正投影边界宽度p2，因此该薄膜23边界主要由该凹槽22边界所定义。而该压阻区25从该薄膜23延伸通过该侧壁面24至该上表面21，也就是说，形成压阻区25及凹槽22时皆在同一面定位，因此压阻251与薄膜23边界的相对位置定义较精准，可使压阻251精确布局于边界应力较大处而提高元件灵敏度。再者，一般制作压力传感器是在一晶圆上一次制作多个单元再切割成独立的压力传感器，而在切割时会在晶圆正面贴胶以避免切割过程中损坏压力传感器。在本实施例中，薄膜23相对于元件结构层2的上表面21较为内凹，能够避免贴胶可能产生的破坏或污染残留等风险。
在本实施例中，该基材1为一单晶硅材料且振动空间11贯穿该基材1的底面而使该薄膜23相反于该凹槽22的一侧与外界相连通，用以测量相对压力。
参阅图4，本发明微型压阻式压力传感器的一第二实施例，与第一实施例大致相同，惟，在本实施例中，该振动空间11为封闭空间，也就是说该薄膜23与该基材1共同使该振动空间11成为封闭空间，用以量测绝对压力。其制法可先在基材1蚀刻形成凹入的空间再与元件结构层2接合，然后在元件结构层2蚀刻形成凹槽22，同时形成薄膜23，即可借由该薄膜23与该基材1共同使该振动空间11成为封闭空间。另外，本实施例还包含一形成于该薄膜23中央区域的凸块5，可以改善薄膜23随压力大小而变形的线性度。该凸块5可在蚀刻元件结构层2以形成凹槽22的步骤中同时定义出来。该凸块5设置位于薄膜2中央区域且厚度大于薄膜2厚度，因此于薄膜2变形时可视为一刚体进行平行移动，进而改善压力传感器输出的线性度。
参阅图5，本发明微型压阻式压力传感器的一第三实施例，与第一实施例大致相同，惟，在本实施例还进一步包含一位于该元件结构层2上并至少遮盖该薄膜23及该压阻区25的保护盖4，用以加强保护该薄膜23及避免该压阻区25暴露于高温或高湿等严苛的量测环境中而被破坏。而且，在本实施例中，导线区26延伸至保护盖4以外的区域，且金属焊垫3与导线区26连接于保护盖4以外的区域，以供外接导线(未图示)焊接。借此将薄膜23所侦测到的感测讯号由压阻区25输出至外部连接的电子电路中(未图示)。另外，本实施例与第二实施例同样包含一形成于该薄膜23中央区域的凸块5，但是在本实施例中，凸块5主要是由蚀刻基材1所形成，而位于该振动空间11中，同样可以改善压力传感器输出的线性度。
综上所述，借由该元件结构层2形成有凹槽22以形成介于该凹槽22与该振动空间11之间的可振动的薄膜23，而能利用离子植入技术，在该元件结构层2的该凹槽22以外够厚的区域，植入较高浓度的离子形成导线区26，而在厚度较薄的薄膜23区域植入较低浓度的离子形成压阻区25，借此避免漏电的风险，并借由薄膜23够薄而能满足所需的输出灵敏度。
以上所述者，仅为本发明的实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明的范围。