一种远红外线感测芯片制造技术

本发明专利技术公开了一种远红外线传感器，该远红外线传感器包含：一晶圆基底、一内联机单元及一图案化吸收层。本发明专利技术利用材料的选择与结构设计令该用以感测远红外线的图案化吸收层可以与该晶体管单元用同一个集成电路制程一起制作，同时藉由该空腔的高度控制令入射的远红外线形成共振、提高该图案化吸收层的吸收量，使得降低制程成本的同时也维持本发明专利技术远红外线感测芯片的灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
一种远红外线感测芯片
本专利技术属于集成电路领域，涉及一种远红外线感测芯片，尤其涉及一种与集成电 路整合为单芯片且用于远红外线侦测的远红外线感测芯片。
技术介绍
红外线感测装置的种类非常多，而红外线的感测应用之所以重要，是因为红外线 的波长范围覆盖了室温下物体所发出热辐射的波段且透过云雾能力比可见光强，所以在通 讯、探测、医疗、军事等方面有广泛的用途；例如，人体于室温下便会散发波长约在中红外线 至远红外线(Far Infrared, FIR)间、人眼不可见的热福射,而透过红外线感测组件就能成 为热影像、藉此捕捉其位置动态。红外线感测装置通常可以区分为量子型与热型两大类。量子型传感器主要动作原 理是利用光电效应，例如以硫化镉(CdS)、硫化铅(PbS)为材料的光电二极管，藉由入射光 能量所激发的电子而产生的导电率变化或感应电动势来进行感测，量子型传感器虽然有较 高的灵敏度、反应速度快，以及具有较佳的波长相关性，但材料成本昂贵且必须搭配冷却系 统，因此传感器产品的整体价格也就居高不下、体积也相对庞大，无法广泛地应用于民生市 场中。另一种则是热型传感器，如作动原理利用焦电效应(Pyroelectric effect)的焦 电型红外线传感器便是热型的代表作，而所谓焦电效应简单地说就是:利用温度的变化而 产生电荷之现象。热型传感器虽然灵敏度、反应速度没有量子型传感器好，但可于室温下操 作，不需再另外配设冷却装置；因此，若以大众化消费为目标且灵敏度普通的要求来看，热 型传感器的研究方向是一个较佳的选择。另外，众所皆知的是波长愈长的光，能量愈低，所以若是要用来侦测远红外线 的焦电型红外线传感器通常也就需要焦电效应较有效率(也就是必须具有高电阻温 度系数)的材料来做为感测膜，常见高电阻温度系数(Temperature Coefficient of Resistance ;TCR)的材料有碲化汞镉(HgCdTe)或氧化钒(V2O5)，这些材料的物料成本高，且 制程通常也都无法整合于集成电路制程而必须将远红外线的感测组件与转换电讯号的晶 体管芯片分开制作后，再利用键合(Bonding)将感测组件与晶体管电连接；此种方式除了 整体传感器的体积不易缩减外，键合技术也是导致良率不稳的问题点之一。当然，为了提高制程效率，近年来也有朝向整合感测组件与晶体管的研究出现。例 台湾专利申请号098132569 (下称2569案)所揭露的一种红外线传感器，在一硅基板上利 用一集成电路制程形成晶体管区域与具有一红外线检测组件的红外线感测区域，红外线检 测组件包括有一用以吸收红外线的吸收单元，及一位在吸收单元上用以感测红外线并具有 焦电特性的感温体；另外，硅基板还包括一对应感温体位置而形成的空洞，吸收单元是由硅 氧化膜与娃氮化膜构成，而感温体是以聚娃膜(polysilicon)构成，因此由使用材料来看， 2569案的确可以令红外线感测组件与晶体管组件的制程相整合，但必须配合其他结构设 计，如增加红外线吸收的吸收单元、提升绝热效果以避免感温体的热太快散失导致讯号减弱等组件来加强感测度，且2569案的一大技术特点在于利用一补偿膜结构保护吸收单元 与感温体，并抑制吸收单元与感温体的膜层翘曲以改善结构稳定性、提高感测效率。虽然此2569案教导了组件整合的可能性，但如何基于制程整合的前提，进一步地 改善传感器整体结构、降低成本以符合市场需求、提高市场竞争力，将温度传感器转为矩阵 影像输出，即是 申请人:亟欲开发研究的方向之一。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提供一种能与集成电路整合为单芯片且灵敏度佳的远红外 线感测芯片。本专利技术采用如下技术方案:一种远红外线传感器，该远红外线传感器包含:一晶圆基底，包括至少一以一集成电路制程制作的晶体管单元，该晶体管单元用 以将一电阻变化转换为一电讯号；一内联机单元，利用该集成电路制程形成于该晶圆基底上并包括一远离该晶圆基 底的顶面、一由该顶面朝该晶圆基底方向延伸的内环面，及一连接该内环面之一底缘的基 面，且该内环面与该基面配合界定出一形成于该内联机单元中的空腔；及一图案化吸收层，藉由该集成电路制程的制作而设置于该内联机单元上且由非晶 硅所构成，该图案化吸收层包括一位于该空腔上方的主体部及两连接该主体部并分隔设置 的电接脚端部，该两电接脚端部分别与该内联机单元电连接，以将该图案化远红线吸收层 因吸收该远红外线而产生的该电阻变化传递至该晶体管单元；其中，自该主体部的一下表面至该内联机单元的基面的一最短距离为(2n+l) λ/4，且η为正整数或零。优选的，所述内联机单元还包括多层成预定电连接配置图案的金属层，其中一金 属层具有一反射区块，该反射区块位于该空腔下方，且该反射区块的一上表面是所述内联 机单元的基面。优选的，所述图案化吸收层的所述主体部具有一个相反于所述主体部的下表面且 经粗糙化的上表面，而所述主体部的下表面是经平坦化以令其表面平整。优选的,所述远红外线吸收层的厚度是50至400nm。优选的，所述图案化吸收层的非晶硅是利用一电浆化学气相沉积法所制得，且其 制程温度是小于400 °C。优选的，所述图案化吸收层还包括一辅助蚀刻孔道，该辅助蚀刻孔道位于所述主 体部的一周缘，并由所述主体部的上表面延伸至其下表面，且该辅助蚀刻孔道连通所述内 联机单元的空腔。优选的，所述主体部成矩形平板状由上述对本专利技术的描述可知，与现有技术相比，本专利技术利用材料的选择与结构设 计令该用以感测远红外线的图案化吸收层可以与该晶体管单元用同一个集成电路制程一 起制作，同时藉由该空腔的高度控制令入射的远红外线形成共振、提高该图案化吸收层的 吸收量，使得降低制程成本的同时也维持本专利技术远红外线感测芯片的灵敏度。【附图说明】图1是一剖面图，说明本专利技术远红外线感测芯片的一较佳实施例；图2是一俯视图，说明该较佳实施例的一图案化吸收层的实施态样；图3是一俯视图，说明该图案化吸收层的另一实施态样。【具体实施方式】以下通过【具体实施方式】对本专利技术作进一步的描述。参阅图1与图2，本专利技术远红外线感测芯片适用于侦测波长范围在8μπι至14 μ m 的远红外线，而本专利技术远红外线感测芯片之一较佳实施例包含一晶圆基底2、一位于该晶圆 基底2上的内联机单元3、一位于该内联机单元3上的图案化吸收层4，并特别用来感测波 长为λ的远红外线。该晶圆基底2包括至少一用以将一电阻变化转换为一电讯号的晶体管单元21，且 该晶体管单元21是以依预定的集成电路制程制作，在本较佳实施例中是绘示三个晶体管 单元21，但可以轻易了解的是，在该集成电路制程中是依需求，如周边电路、电容器等等制 作出所需要的晶体管数量与形式。该内联机单元3亦是依该集成电路制程形成在该晶圆基底2上，包括一顶面311、 一由该顶面311朝该晶圆基底2方向延伸的内环面312、一连接该内环面312之底缘的基 面313、一由该内环面312与该基面313围绕界定而出的空腔310，且该空腔310的高度是 被限制的，此限制高度容后再述。更详细地说，一般所知该内联机单元3是包括多层成预定 电连接配置图案且由铝或铜构成的金属层32、多层绝缘支撑的介电层33，及多个电连接不 同金属层32间的介层窗34,而为说明之便,本较佳实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种远红外线传感器，该远红外线传感器包含：一晶圆基底，包括至少一以一集成电路制程制作的晶体管单元，该晶体管单元用以将一电阻变化转换为一电讯号；一内联机单元，利用该集成电路制程形成于该晶圆基底上并包括一远离该晶圆基底的顶面、一由该顶面朝该晶圆基底方向延伸的内环面，及一连接该内环面之一底缘的基面，且该内环面与该基面配合界定出一形成于该内联机单元中的空腔；及一图案化吸收层，藉由该集成电路制程的制作而设置于该内联机单元上且由非晶硅所构成，该图案化吸收层包括一位于该空腔上方的主体部及两连接该主体部并分隔设置的电接脚端部，该两电接脚端部分别与该内联机单元电连接，以将该图案化远红线吸收层因吸收该远红外线而产生的该电阻变化传递至该晶体管单元；其中，自该主体部的一下表面至该内联机单元的基面的一最短距离为(2n+1)λ/4，且n为正整数或零。

【技术特征摘要】
1.一种远红外线传感器，该远红外线传感器包含:一晶圆基底，包括至少一以一集成电路制程制作的晶体管单元，该晶体管单元用以将一电阻变化转换为一电讯号；一内联机单元，利用该集成电路制程形成于该晶圆基底上并包括一远离该晶圆基底的顶面、一由该顶面朝该晶圆基底方向延伸的内环面，及一连接该内环面之一底缘的基面，且该内环面与该基面配合界定出一形成于该内联机单元中的空腔；及一图案化吸收层，藉由该集成电路制程的制作而设置于该内联机单元上且由非晶硅所构成，该图案化吸收层包括一位于该空腔上方的主体部及两连接该主体部并分隔设置的电接脚端部，该两电接脚端部分别与该内联机单元电连接，以将该图案化远红线吸收层因吸收该远红外线而产生的该电阻变化传递至该晶体管单元；其中，自该主体部的一下表面至该内联机单元的基面的一最短距离为(2η+1) λ/4，且 η为正整数或零。2.根据权利要求1所述的一种远红外线感测芯片，其特征在于:所述内联机单元还包括多层成预定电连接配置图...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶文冠，
申请(专利权)人：叶文冠，绿亚电子泉州有限公司，
类型：发明
国别省市：