微機電系統的觀念，是將半導體製程技術融合機械的觀念和原理而發 展的新興應用，其起源可推碩至1960年對機械微小化的研究，經過了數十 年，隨著半導體製造技術漸進的成熟，以傳統電子、電機、機械和近代物 理科學，將半導體製造技術延伸發展出目前的微機電系統，其技術包含了 微製造技術、接合技術、組裝技術、檢測技術等等。就微製造技術方面主 要分為半導體微加工、LIGA 技術、微機械加工三個大類。
在半導體微加工上更是引用了積體電路的半導體製程技術，其製程簡 單的說有三個基本製程，即薄膜沉積（Deposition）、微影（Lithography）、
蝕刻（Etching）等，其特點為容易大量生產、製程之元件大小極小，而就 其製程不同又可分為體型微細加工(Bulk Micromachining)和面微細加工 (Surface Micromachining)，缺點是其可製作之結構受到半導體製程的製程限 制所侷限。
LIGA則是使用同步輻射產生之X-ray對矽表面做模具結構，在利用模完 成之模具做設射出成型等加工方式做加工，優點是容易製作高深寬比的結 構，但其缺點是此模具的製作過於昂貴、而且其石刻製程受限變化不大、
除此之外同步輻射全台只有一台，全世界總共也只有五十餘台。微機器加 工是使用製作更精密的機械工具，來對元件做加工，特點是可不再受限於 半導體或LIGA製程的製程約束，製作任意想要之結構，但其缺點為難以製 作極小、或是大量陣列式的元件。
其中微感測器是微機電系統中最早被商品化的產品之一，它用已成熟 的半導體製程技術與基本的機械及材料等力學，也因此其發展極為快速。
其中又以壓力感測器的製作最為成熟。這些微壓力感測器被使用在汽車的 輪胎壓力量測、工業的氣體壓力感測器、以及家中使用的智慧型空調系統….
等等。
在本文所要研究的主題為微力感測器。以傳統機械製作的力感測器因 為體積大，無法做動態量測，並且其讀取壓力數據不易，不適合作動態自 動量測及監控，後來改用電子式壓力感測器，可把所需要量測的物理量轉 換成電訊號，方便做訊號的處理，並與整個系統做自動的控制。近年來半 導體技術的成熟與微機電系統的興起，又將感測器帶入更微小化的階段。
經過微小化的感測器不但可以保有原有的特性，其優點在於：微結構的熱 時間常數(Thermal Time Constant)很短不易受到溫度的干擾、而還有元件共
振頻率高，工作頻帶加寬、感測區域面積變小、空間解析度提高等優點。
就矽壓力感測器的歷史演進[6]，可推至50年代，其當時半導體的壓阻 特性與工作原理的研究的始祖首推貝爾實驗室(Bell Lab)，第一篇半導體壓 阻特性的論文由C.S. Smith[10]等人發表於1954年，主要介紹矽和鍺元件的 壓阻特性，並發現其壓阻特性遠超過一般金屬材料兩個階數(Order)，非常 適合拿來做壓阻材料。於1958年，由Kulite、Honeywell、MicroSystems三家 公司的共同設計，第一個以矽為壓阻的壓力元件問世，其利用薄膜形變來 對壓阻材料產生材料特性改變，而其製作方式主要比較傾向微機械加工和 比較粗糙的手工接合，雖然並非使用半導體的加工技術，但其薄膜撓度施 力壓阻的元件結構與概念，奠定往後矽壓力感測元件的基本雛形，其當時 元件大小約1/2英吋。1961年，Kulite公司將之前之同設計得結構加以改良，
將原本需手工來接合矽壓阻材料，改用離子摻雜擴散(Diffused)的方式改變 矽薄板的壓阻特性來製作壓力元件，而其結構是用挖穿的金屬和矽薄板作 接合而成，其簡化了原本製程而不需再接合極小易脆的矽壓阻，也改進了 元件的效能，但此時之元件依然無法有效的縮小，約1/3英吋。1966年，
Honeywell公司使用微機械製程的方式，在矽薄板背面研磨出所需的凹槽 (cavity) 結 構 ， 這 個 構 想 使 往 後 用 化 學 蝕 刻 的 體 型 微 細 加 工 (Bulk-micromachining)來製作壓力感測器，在此萌芽。
1970年，Kulite公司成功的使用等向性蝕刻(Isotropic Etching)化學的方 式取代先前用機械研磨的方式製作其結構，大大提升元件生產的可行性。
並於1974年，National Semiconductor公司將矽壓力感測器量產商品化，這個 壓力感測器除了感測壓力部分外，還包含了溫度補償，算是一個完整的壓 力感測產品。1976年，Kulite公司首度利用非等項性蝕刻(Anisotropic Etching) 這種有方向性的蝕刻技巧來製作感測結構，其凹槽大小可經由半導體製程
的光罩來定義，而欲蝕科之厚度和形狀皆可由蝕刻時間來掌控，如此可製 作出更精準的結構。而此間使用之等向與非等向蝕刻技術，皆是往後微機 電體微加工中最重要的製程技術。1978年，Endevco公司嘗試使用中心凸塊 (Center Bossed)的結構消弭結構受到壓力而非線性的形變，而電路上使用惠 司登電橋來消除壓阻因子非線性段。隔年Honeywell使用離子佈植(Ion Implantation)來控制壓阻特性與溫度對阻值(TCR)和靈敏度(TCS)的效應；
Kultie則是加入溫度補償來降低溫度效應。這些設計使得壓力元件更加穩定 準確。
到1980年代開始使用以面型微細加工技術(Surface Micromachining)製 程來設計壓力感測器，此面型加工壓力感測器與體型加工壓力感測器的不 同是面型加工在建立了犧牲層(Sacrificial Layer)與定義完結構層後，再用濕 蝕刻(Wet Etching)將犧牲層去除來建立感測器的結構，此等技術是可以將元 件做的更小，更可以做到感測器陣列(Array)，相對的使用面加工的困難度 比起體加工提高許多。
1990年，Chung, G. S. [7]等人利用SOI(Silicon-On-Insulator)架構的二氧 化矽當作蝕刻停止層(Etching Stop Layer)，正面將壓阻定義出來，背面以 KOH 從蝕刻成薄膜，皆停止在二氧化矽，即完成初步壓力元件。面積為360
×1140µm2 的長方形，而量測壓力範圍為0.04 mV/V/mm Hg –700 mm Hg。
1991年，S. Susumu[8]等人利用面型微細加工技術製作以氮化矽為薄膜之元 件，再於薄膜上以化學沉積之多晶矽，並摻雜硼3x1015cm−2。元件尺寸為
µm
80 ×80µm，而靈敏度大約為10 V/V/kPa。1998年，E. K. Vesten[9]等人利 用表面微細加工技術製作壓力感測器以多晶矽(Poly-Si)作為薄膜材質，並以 摻 雜 硼 的 多 晶 矽 為 壓 阻 ， 其 大 小 為 面 積 為 103µm×103 µm， 靈 敏 度 為 2.0µV /V /mmHg，已應用於血壓的量測。
往後壓阻壓力感測器設計原理和觀念大致相同，其結構與壓阻的設計 改良目的在降低成本簡化製程、縮小元件體積、補償溫度效應、能得到更 大的量測範圍、靈敏度、線性度等等、甚至能和CMOS等驅動或量測電路相 結合，此些亦為本篇論文所提之壓阻壓力感測器改良的設計方向。
綜合以上矽壓阻式感測器的發展，若將已熟悉的機械的觀念配合上現 有的積體電路的製程技術，即使的壓阻式壓力感測器應用趨於可行。此微 壓力感測器將可能取代傳統感測器，所不能達到的量測解析度帶入新的領 域，不論在學術研究、工業用、家庭、個人等等，將會帶給人類另一個新 的貢獻。