元件依供應電壓、環境溫度、金屬薄膜位移量、電容值變化等，預計元件規 格與趨勢，規格詳列於表5。由於 CIC 委託工研院(ITRI)製作之後製程是先利用 CF4/O2電漿非等向性蝕刻，去除後製程光罩所定義區域之介電層、場氧化層，再 經由濕蝕刻的方式將其空腔之金屬夾層加以蝕刻，讓上電極板與下電極板之間呈 現懸空狀態，其結構層上下方尚有 SiO2及 Passivation 層，而本設計在元件結構 性能模擬時，並不考慮其結構層之間的 SiO2及 Passivation 層，所以需使用乾蝕 刻或濕蝕刻將存在於結構上的 SiO2及 Passivation 層去除。以下為晶片處理的步 驟：
1. 先觀察結構是否有製作後製程，並初步觀察元件結構 2. 去除光阻，並利用 OM 觀察元件是否成功去除
3. 利用濕蝕刻去除金屬空腔夾層與結構上的 SiO2及Passivation 層
去光阻後觀察整體元件之OM 圖，如圖 26 所示，可看出元件的後製程所蝕 刻氧化層的輪廓相當清楚，第一道後製程是 CF4/O2電漿氣體非等向性蝕刻，垂 直蝕刻後製程所定義區域內的 SiO2，以便讓元件內的金屬空腔夾層經由後續濕 蝕刻方式去除，而元件主要結構也確實完整，重要的是經由一旁的蝕刻尺來明確 的知道元件之金屬夾層的蝕刻程度，以便斷定金屬層是否蝕刻完全。
表五. 預計規格列表
規格 結果
電源供應電壓 5V
環境溫度 25 °Ｃ～27°Ｃ
電容式壓力感測元件可承受的壓力變 化
-60 ~ 60 mmHg
電容式壓力感測元件之平行板位移量 0 ~ 0.584218 μm
最大位移量 0.584218 μm
圖26 去光阻後結構示意圖
利用光學顯微鏡做初步觀察後得知元件確實完整，接下來由濕蝕刻的方式，
經過30 分鐘的蝕刻液浸泡後，如圖 27(a)明顯的看出空腔內金屬層已被蝕刻液侵 蝕，再經由圖27(c)與圖 27(d)對照後，蝕刻尺內的金屬層也都完全蝕刻，由此可 知，空腔內金屬確實有被蝕刻乾淨。而Passivation 的部份也將由 Silox Vapox III 蝕刻液將其去除，連帶元件週遭的Oxide 也同步做蝕刻，整體去除完畢之後如圖 27(d)所示，由此可見，Passivation 的材質相當硬，導致蝕刻速率非常緩慢，因此 也破壞上平行板表面的結構，電極板的部分也因為蝕刻液浸泡，導致邊緣有些微 損壞的狀況發生，如圖 27(b)所示。為了保持受壓力平面結構的完整性，未來將
(a)上平行板結構 (b)電極結構
(c)整體結構 (d)蝕刻後整體結構 圖27 微感測器OM圖
第六章
結果與討論本文藉由微機電分析軟體 IntelliSuite 建立類中醫電容式壓力感測元件之性 能分析模型，藉以探討不同固定臂長度之金屬薄膜所能承受最大脈衝壓之極限與 最大位移量，再經由拼圖型與方塊型兩種形狀之金屬薄膜分析不同形狀金屬薄膜 對整體位移量的影響。拼圖型與方塊型微結構經改變固定臂長度模擬分析後，比 較拼圖型與方塊型在相同固定臂長度 20μm 時，在空腔 0.64μm 範圍內，拼圖型 有最明顯之Z 軸位移變化量，Z 軸變化量越明顯代表此電容式壓力感測元件在適 中的量測範圍內具有較高的靈敏度。
由理論得知相同脈衝壓施予感測薄膜時，中點之最大應力σmax應大於四邊全 固定之σmax，此將影響到負荷應力之範圍，因此須有最佳中點固定臂之設
計
，依 金屬薄膜形狀為拼圖型並結合最佳固定臂結構為20μm × 20μm 下，進行表面彎 曲度之模擬分析，其結果證實拼圖型金屬薄膜相較於方塊型，受壓時在表面上各位準最大位移量較相近，而相近的最大位移量表示其受到脈衝壓時電容量變化也 較為線性，且拼圖型金屬薄膜較方塊型擁有廣大線性範圍，也代表著量測範圍較 接近適用在量測人體的脈搏感測元件，故拼圖型電容式壓力感測元件各種模擬數 據之表現正符合本研究日後將應用在類中醫體外式脈搏感測器的目標上。
此元件在未來必須克服的難題可分為後製成微元件釋放與訊號量測系統兩 個方向，後製程之實驗部份，目前已取得晶片並有廠商可提供對鋁選擇比高之蝕 刻液，得以快速進行犧牲層鋁的濕蝕刻，若要完全釋放元件則還必須蝕刻 Passivation，但蝕刻程式過多容易造成元件過蝕刻而損壞，為求以最少蝕刻步驟 而達到元件釋放之成功率增加，未來在元件設計上將列為設計之重點，而訊號量 測系統又可分為訊號輸入與訊號擷取部份，訊號輸入部份是將壓力施於感測薄膜 之上，因微元件不需封裝故無法採用流體形式之壓力，故必須找非流體形式之壓 力替代，預計將朝向固態碰撞的方式給予壓力，藉此製作出性能優異的壓力感測 系統。
參考文獻
【1】D. L. Polla, “BioMEMS applications in medicine,” Micromechatronics and Human Science Proceedings of International Symposium on, pp.13-15, 2001.
【2】Chia-Chu Chiang, Chou-Ching K. Lin, Ming-Shuang Ju, “An implantable capacitive pressure sensor for biomedical applications,” Sensors and Actuators A(Physical), vol. 134, no.2, pp. 382-388, 2007.
【3】E. Kalvesten, L. Smith, L. Tener2 and G. Stemme, “The first surface
micromachined pressure sensor for cardiovascular pressure measurements,”
Micro Electro Mechanical Systems Annual International Workshop on, pp.574-579, 1998.
【4】M. Elwenspoek, R Wiegerink, Mechanical microsensors, (Berlin New York : Springer press, 1th ), 2001
Conference on, pp.89-90, 2005.
【6】鄭英周、張培仁。淺談 CMOS-MEMS 之發展與未來。STPI 電子月刊，90，
2003。
【7】蔡健忠，《微光機電系統設計與模擬》，(臺北：高力圖書有限公司，初版)，
2005。
【8】中醫藥資訊網
http://www.ccmp.gov.tw/public/public_print.asp?selno=1022&relno=1022
【9】E. Kalvestern et al., “The first surface micromachined pressure for
cardiovascular pressure measurements,” in Proc. MEMS, pp. 574-579, 1998.
【10】J.M. Borky and K.D. Wise, “Integrated signal conditioning for silicon pressure sensor,” IEEE Trans. Electron Devices, vol. 26, pp. 1906-1910, 1979.
【11】Samaun et al., “An IC piezoresistive pressure sensor for biomedical instrumentation,” IEEE Trans. on Biomed. Eng., vol. 20, pp. 101-109, 1973.
【12】W.H. Ko et al., “Development of a miniature pressure transducer for biomedical applications, “ IEEE Trans. Electron Devices, vol. 26, pp. 1896-1905, 1979.
【13】P. Melvås et al., “A surface-micromachined resonant-beam pressure-sensing structure,” J. Microelectromechanical Syst., vol.10, no. 4, pp. 498-501, 2001.
【14】T. Katsumata et al., “Micromachined 125 μm diameter ultra
miniaturefiber-optic pressure sensor for catheter,” Trans. Inst. Elect. Eng. Jpn.
E, vol. 120 E, pp.58-63, 2000.
【15】L. Tenerz et al., “A fiberoptic silicon pressure microsensor for measurements incoronary arteries,” in Transducers ’91, 1991.
【16】C. S. Sander, J. W. Knutti, J. D. Meindl, “A monolithic capacitive pressure sensor with pulse-period output,” IEEE Trans. Devices ED-17, pp. 927-930, 1980.
【17】M. Habibi, E. Lueder, T. Kallfass, and D. Horst. Surface micromachined capacitive absolute pressure sensor array on a glass substrate. Sensors and
Actuators A (Physical), 46(1-3), 125-128, 1995.
【18】V. Casey, S. O’Sullivan, J.A. McEwen, “Interface pressurefor IVRA and other biomedical applications,” Medical engineering and physics, v26, pp. 177-182, 2004.
【19】J. Ji et al., “An ultraminiature CMOS pressure sensor for a multiplexed
cardiovascular catheter,” IEEE Trans. on Electron Devices, vol. 39, no. 10, pp.
2260-2267, 1992.
【20】W. H. Ko et al., “A high-sensitivity integrated-circuit capacitive pressure sensor,” IEEE Trans. on Electron Devices, vol. 29, pp. 48-56, 1982.
【21】C. S. Sander et al., “A monolithic capacitive pressure sensor with pulse-period output, IEEE Trans. Electron Devices, vol. 27, pp. 927-930, 1980.
【22】M.S.J. Smith et al., “Analysis, design, and performance of a capacitive pressure sensor IC,” IEEE Trans. Biomed. Eng., vol. 33, pp. 163-174, 1986.
【23】Chip Implementation Center, CIC User Handbook – 0.35μm CMOS MEMS Process v.2.0, July 2006.
【24】TSMC, TSMC 0.35UM MIXED SIGNAL POLYCIDE 3.3V/5V DESIGN RULE, v. 2.3, 2006
【25】W. Tiefenthaler, S. Gimpl, G. Wechselberger, and A. Benzer. Touch sensitivity with sterile standard surgical gloves and single-use protective gloves.
Anaesthesia, 69(10), 959-961, 2006
【26】楊龍傑，《掌握微機電》，(台中：滄海書局，初版)，2006。
【27】簡仁德、張子毅、張柳春譯，《材料科學與工程》，(臺北：學銘圖書有限 公司，第二版)，2006。
【28】朱銘祥譯，《微機電系統與微系統-設計與製造》，(臺北：麥格羅希爾有限 公司，初版)，2003。
97 年度
已發表“ Investigation of the Micro Structure on a Capacitive Pressure Sensor Applied in the Diagnosis by Feeling the Pulse in Chinese Medicine by CMOS-MEMS Process ” , APCOT 2008