4.2.1 SOI 晶 圓 晶 背 矽 蝕 刻
本 製 程 之 目 的 是 利 用 ICP 蝕 刻 技 術 對 已 經 完 成 正 面 電 路 製 作 之 SOI 晶 圓 進 行 背 面 矽 蝕 刻 製 程 ， 使 元 件 之 感 測 隔 膜 達 到 設 計 之 尺 寸 值 (圖 3.3.2)，
由 於 SOI 晶 圓 本 身 於 元 件 層 與 基 材 之 間 夾 二 氧 化 矽 層 可 直 接 做 為 ICP 之 蝕 刻 停 止 層 ， 因 此 製 作 流 程 較 為 簡 潔 。
流 程 上 ， 先 進 行 晶 圓 清 洗 製 程 ， 接 續 進 行 晶 圓 背 面 之 第 五 道 微 影 製 程 ， 製 程 對 準 需 使 用 雙 面 對 準 機 制 進 行 晶 圓 正 、 背 面 對 準 鍵 對 準 ， 微 影 製 程 完 成 後 ， 利 用 乾 蝕 刻 製 程 進 行 晶 圓 背 面 之 介 電 層 蝕 刻 ， 移 除 晶 背 隔 膜 區 域 的 介 電 層 ， 定 義 出 ICP 蝕 刻 之 範 圍 。
當 ICP 蝕 刻 完 成 後，利 用 乾 蝕 刻 與 濕 蝕 刻 技 術 對 氮 化 矽 與 二 氧 化 矽 介 電 層 進 行 移 除 製 程 ， 使 晶 圓 背 面 可 與 7740 玻 璃 進 行 陽 極 接 合 製 程 (anodic bonding)。 (圖 4.2.1)
7740 glass
圖 4.2.1 SOI壓 力 感 測 器 剖 面 圖
4.2.2 磊 晶 晶 圓 晶 背 矽 蝕 刻
使 用 磊 晶 晶 圓 進 行 壓 力 感 測 器 製 作 方 法 上 ， 本 研 究 改 變 傳 統 單 純 使 用 電 化 學 蝕 刻 停 止 之 晶 背 矽 蝕 刻 技 術 ， 過 程 中 將 晶 背 矽 蝕 刻 過 程 分 為 ICP 蝕 刻 與 電 化 學 蝕 刻 停 止 兩 階 段 進 行 ， 第 一 階 段 ICP 蝕 刻 中 ， 先 進 行 10μ m 厚 膜 光 阻 之 微 影 製 程，利 用 厚 膜 光 阻 作 為 晶 圓 背 面 介 電 層 蝕 刻 與 深 度 350μ m 矽 蝕 刻 之 遮 罩 ， 蝕 刻 完 成 後 移 除 表 面 殘 留 光 阻 ， 併 進 行 晶 圓 清 洗 。 第 一 階 段 ICP 蝕 刻 製 程 完 成 後 ， 晶 圓 背 面 已 有 相 當 之 蝕 刻 深 度 ， 晶 圓 較 為 脆 弱 ， 所 以 於 製 作 過 程 中 應 小 心 取 放 晶 圓 ， 避 免 晶 圓 破 裂 情 形 發 生 。
圖 4.2.2 ICP蝕 刻 後 結 構 SEM圖 片
第 二 階 段 進 行 電 化 學 蝕 刻 停 止 製 程 ， 製 程 中 設 定 於 濃 度 30%之 氫 氧 化 鉀 (KOH)蝕 刻 液 中 進 行，製 程 溫 度 為 80℃，蝕 刻 率 約 1.4μ m/min，藉 由 蝕 刻 停 止 機 制 使 整 個 蝕 刻 過 程 停 止 於 磊 晶 晶 圓 之 P-n 接 面 ， 達 到 隔 膜 設 計 厚 度 與 較 佳 均 勻 性 。 (圖 4.2.3)
藉 由 深 寬 比 例 的 數 值 觀 察 發 現 數 值 雖 略 小 於 設 計 上 之 1.414 但 並 無 太 大 差 異 ， 因 此 可 藉 由 此 數 值 推 得 當 第 一 階 段 之 ICP 蝕 刻 厚 度 均 勻 度 每 偏 差 10μ m 時 ， 反 應 最 終 之 隔 膜 尺 寸 變 異 量 約 為 14μ m。 (圖 4.2.5)
藉 由 表 4-2-1 中 可 發 現 結 合 ICP 與 ECE 蝕 刻 技 術 所 製 作 之 感 測 隔 膜 厚 度 平 均 為 17.4μ m， 與 設 計 值 17μ m 僅 有 微 量 的 誤 差 ， 而 隔 膜 寬 度 尺 寸 的 變 異 量 為 76μ m， 由 實 驗 數 據 分 析 後 ， 可 發 現 此 變 異 量 之 大 小 受 到 第 一 階 段 ICP 蝕 刻 均 勻 性 之 影 響 ， ICP 蝕 刻 後 隔 膜 厚 度 越 厚 ， 則 ECE 蝕 刻 後 隔 膜 尺 寸 也 越 小 (圖 4.2.4)， 因 此 如 欲 使 隔 膜 尺 寸 獲 得 更 佳 的 控 制 能 力 ， 應 於 製 程 中 監 控 ICP 蝕 刻 均 勻 度 。
圖 4.2.3 ICP與 電 化 學 蝕 刻 結 合 之 結 構 剖 面 圖
晶 圓 厚 度 ICP 後 隔 膜 厚 度 ECE 後 隔 膜 厚 度 ECE 蝕 刻 深 度 開 孔 尺 寸 隔 膜 尺 寸 尺 寸 差 異 深 寬 比 例 值
#01 414.3 105.4 17.3 88.1 1131.8 1008.2 61.8 1.426
#02 414.0 134.3 17.6 116.7 1133.0 968.6 82.2 1.420
#03 412.6 142.2 17.4 124.8 1135.4 955.2 90.1 1.385
#04 415.3 145.3 17.4 127.9 1137.3 947.1 95.1 1.345
#05 414.5 137.1 17.4 119.7 1142.6 964.9 88.9 1.347
#06 414.0 125.2 17.1 108.1 1143.1 983.5 79.8 1.355
#07 413.1 93.2 17.0 76.2 1144.0 1023.6 60.2 1.266
#08 415.2 105.0 17.8 87.2 1139.2 1014.3 62.5 1.396
#09 414.3 129.5 17.9 111.6 1139.7 982.7 78.5 1.422
#10 413.1 139.8 17.8 122.0 1139.6 963.6 88.0 1.386
#11 415.2 140.8 18.0 122.8 1138.4 956.8 90.8 1.352
#12 412.6 131.2 17.6 113.6 1137.0 972.6 82.2 1.382
#13 414.0 108.1 17.6 90.5 1133.7 1008.8 62.5 1.449 表 4-2-1 ICP與 ECE蝕 刻 後 隔 膜 尺 寸 紀 錄 表
圖 4.2.4 ICP蝕 刻 後 隔 膜 厚 度 影 響 最 終 隔 膜 尺 寸
圖 4.2.5 ECE蝕 刻 深 度 與 底 部 尺 寸 縮 減 比 例 值
第5章 量測與分析
本 章 節 中 紀 錄 實 驗 製 作 過 程 中 之 相 關 元 件 幾 何 尺 寸 與 電 性 量 測 結 果 ， 尺 寸 量 測 部 分 主 要 紀 錄 隔 膜 寬 度 與 隔 膜 厚 度 ； 電 性 量 測 主 要 測 試 數 據 為 元 件 電 路 分 別 於 晶 背 蝕 刻 前 後 之 電 壓 輸 出 值 與 電 阻 值 ， 並 檢 測 元 件 輸 入 一 大 氣 壓 力 後 之 電 壓 輸 出 值 ， 藉 由 此 數 值 與 晶 背 蝕 刻 後 之 電 壓 輸 出 值 計 算 ， 求 得 實 驗 設 計 之 壓 力 感 測 器 的 輸 出 靈 敏 度 ， 分 析 其 與 有 限 元 素 法 分 析 之 實 體 模 擬 輸 出 值 差 異 量 ， 探 討 可 能 之 兩 者 誤 差 來 源 。
5.1 元件尺寸量測
根 據 章 節 3.5 之 細 部 尺 寸 設 計 表 3-5-1 內 容，TPS、APS 與 BPS 感 測 器 設 計 之 正 方 形 感 測 隔 膜 尺 寸 分 別 為 500μ m、 900μ m 與 1200μ m， 隔 膜 後 度 均 設 計 為 17μ m， 元 件 實 際 製 作 過 程 所 量 測 之 結 果 如 下 列 表 5-1-1、 表 5-1-2、表 5-1-3 圖 5.1.1 至 圖 5.1.6，於 隔 膜 厚 度 製 作 結 果 上 發 現 TPS、APS 及 BPS 之 隔 膜 厚 度 量 測 平 均 值 分 別 為 16.73μ m、 17.58μ m 與 17.7μ m，
三 款 設 計 之 製 作 結 果 以 TPS 最 為 接 近 設 計 值 17μ m，其 於 兩 者 分 別 大 於 設 計 值 約 0.6μ m 與 0.7μ m。
隔 膜 尺 寸 量 測 上 分 別 量 取 隔 膜 之 水 平 與 垂 直 兩 方 向 之 尺 寸 ， 量 測 結 果 顯 示 三 款 設 計 之 隔 膜 尺 寸 平 均 值 均 與 設 計 值 相 當 接 近，誤 差 量 均 小 於 1%，
變 異 量 也 皆 落 於 ±20μ m 以 內 。
由 量 測 結 果 觀 察 後 ， 顯 示 使 用 乾 溼 複 合 蝕 刻 之 製 作 方 式 確 實 可 使 得 感 測 器 隔 膜 製 作 上 ， 達 到 與 典 型 濕 蝕 刻 製 程 可 符 合 之 相 同 生 產 規 範 需 求 。
表 5-1-1 TPS隔 膜 厚 度 量 測 紀 錄 表
量 測 位 置 #01 #02 #03 #04 #05 #06 #07 #08 #09 ICP 蝕 刻 後 111.4 99.6 96.2 99.0 95.9 90.1 98.0 91.6 87.2 ECE 蝕 刻 後 17.0 16.4 16.2 17.1 17.0 17.0 16.8 16.4 16.7
單 位 ： μ m
圖 5.1.1 TPS隔 膜 水 平 尺 寸 量 測 統 計 圖
圖 5.1.2 TPS隔 膜 垂 直 尺 寸 量 測 統 計 圖
表 5-1-2 APS隔 膜 厚 度 量 測 紀 錄 表
量 測 位 置 #01 #02 #03 #04 #05 #06 #07 #08 #09 ICP 蝕 刻 後 97.0 93.8 96.0 98.4 100.8 101.4 102.0 102.5 105.7 ECE 蝕 刻 後 17.8 17.5 17.5 17.6 17.5 17.4 17.7 17.7 17.5
單 位 ： μ m
圖 5.1.3 APS隔 膜 水 平 尺 寸 量 測 統 計 圖
圖 5.1.4 APS隔 膜 垂 直 尺 寸 量 測 統 計 圖
表 5-1-3 BPS隔 膜 尺 寸 量 測 紀 錄 表 量 測
位 置 #01 #02 #03 #04 #05 #06 #07 #08 #09 ICP 蝕
刻 後 93.4 100.3 102.3 107.4 103.2 100.6 106.2 109.2 111.2 ECE 蝕
刻 後 17.2 17.4 17.5 17.9 17.6 17.6 18.5 17.8 17.8 單 位 ： μ m
圖 5.1.5 BPS隔 膜 水 平 尺 寸 量 測 統 計 圖
圖 5.1.6 TPS隔 膜 垂 直 尺 寸 量 測 統 計 圖