一種紅外線感測(cè)芯片的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種紅外線感測(cè)芯片，該紅外線感測(cè)芯片包含：一晶圓基底、一圖案化多晶硅層和一內(nèi)聯(lián)機(jī)單元。本發(fā)明利用材料的選擇與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)令用以感測(cè)紅外線的吸收層可以與晶體管單元用同一個(gè)集成電路制程一起制作，同時(shí)藉由空腔的高度控制令入射的紅外線形成共振、提高紅外線的吸收效率，在降低制程成本的同時(shí)也維持本發(fā)明紅外線感測(cè)芯片的靈敏度。
【專利說明】一種紅外線感測(cè)芯片
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于集成電路領(lǐng)域，涉及一種紅外線感測(cè)芯片，尤其涉及一種用于偵測(cè)波長為λ的紅外線、利用焦電原理作動(dòng)且與集成電路整合為單芯片的紅外線感測(cè)芯片。
【背景技術(shù)】
[0002]自紅外線被發(fā)現(xiàn)以來，經(jīng)過多年的研究發(fā)展已經(jīng)能將紅外線漸漸應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域中，例如，利用紅外線傳感器來偵測(cè)物體的熱輻射，藉此不僅無須接觸物體即可監(jiān)控物體溫度變化，進(jìn)一步更能在黑暗中辨識(shí)物體位置與動(dòng)態(tài)。
[0003]紅外線傳感器主要可分為量子型及熱型兩種，量子型傳感器的感測(cè)原理是藉由吸收紅外線的能量使感測(cè)材料(如硫化鎘、硫化鉛構(gòu)成的光電二極管)內(nèi)產(chǎn)生自由載子，以偵測(cè)能量強(qiáng)度，而量子型傳感器有較高的靈敏度及快速的反應(yīng)時(shí)間這兩項(xiàng)主要優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)則是需要低溫致冷系統(tǒng)來降低感測(cè)系統(tǒng)的操作溫度，以降低環(huán)境背景溫度的干擾。
[0004]熱型傳感器當(dāng)其吸收紅外線的能量時(shí)，能使得感測(cè)組件的溫度產(chǎn)生變化，改變材質(zhì)本身的物理特性，如電阻，也就是一般所說的焦電原理。熱型傳感器的靈敏度及反應(yīng)時(shí)間都沒有量子型傳感器來得好，但熱型傳感器可操作在室溫下且不需要冷卻系統(tǒng)的輔助，此外熱能式傳感器吸收光譜范圍較廣且平坦，因此適合省電、可攜式的應(yīng)用。
[0005]一般來說，為了提高熱型傳感器的靈敏度，是選擇具有高電阻溫度系數(shù)(Temperature Coefficient of Resistance; TCR)的材料來做為感測(cè)組件，常見的高電阻溫度系數(shù)的材料有碲化汞鎘(HgCdTe)或氧化釩(V2O5),但這些材料的物料成本高，且制程通常也都無法整合于集成電路制程而必須將遠(yuǎn)紅外線的感測(cè)組件與轉(zhuǎn)換電訊號(hào)的晶體管芯片分開制作后，再利用鍵合(Bonding)將感測(cè)組件與晶體管電連接；此種方式除了整體傳感器的體積不易縮減外，鍵合技術(shù)也是導(dǎo)致良率不穩(wěn)的問題點(diǎn)之一。
[0006]近年來隨著制程與微機(jī)電技術(shù)的進(jìn)步，使得紅外線感測(cè)組件與電路讀取組件可以整合于單一芯片的制程中。如臺(tái)灣專利申請(qǐng)?zhí)?98132569(下稱2569案)所揭露的一種紅外線傳感器，在一硅基板上利用一集成電路制程形成晶體管區(qū)域與具有一紅外線檢測(cè)組件的紅外線感測(cè)區(qū)域，該紅外線檢測(cè)組件包括有一用以吸收紅外線的吸收單元，及一位在該吸收單元上用以感測(cè)紅外線并具有焦電特性的感溫體；另外，該硅基板還包括一對(duì)應(yīng)該感溫體位置而形成的空洞，該吸收單元是由硅氧化膜與硅氮化膜構(gòu)成，而該感溫體是以聚硅膜(polysilicon)構(gòu)成，因此由使用材料來看,2569案的確可以令紅外線感測(cè)組件與晶體管組件的制程相整合，但必須配合其他結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如增加紅外線吸收的吸收單元與提升絕熱效果、避免該感溫體的熱太快散失導(dǎo)致訊號(hào)減弱等組件來加強(qiáng)感測(cè)度，且2569案的一大技術(shù)特點(diǎn)在于利用聚硅膜構(gòu)成的補(bǔ)償膜結(jié)構(gòu)保護(hù)該吸收單元與該感溫體，并抑制該吸收單元與該感溫體的膜層翹曲以改善結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、提高感測(cè)效率。
[0007]雖然此2569案教導(dǎo)了組件整合的可能性，但如何基于制程整合的前提，進(jìn)一步地改善傳感器整體結(jié)構(gòu)、降低成本以符合市場(chǎng)需求、提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，即是 申請(qǐng)人:亟欲開發(fā)研究的方向之一。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的主要目的是提供一種能與集成電路整合為單芯片且使用、攜帶便利的紅外線感測(cè)芯片。
[0009]本發(fā)明的另一目的是提供一種能與2P集成電路制程整合為單芯片且使用、攜帶便利的紅外線感測(cè)芯片。
[0010]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0011]一種紅外線感測(cè)芯片,該紅外線感測(cè)芯片包含:
[0012]—晶圓基底，由半導(dǎo)體材料構(gòu)成，包括一頂面，及一相反于該頂面的底面；
[0013]一圖案化多晶硅層，位于晶圓基底的頂面，定義有一晶體管結(jié)構(gòu)區(qū)及一紅外線吸收區(qū)，該晶體管結(jié)構(gòu)區(qū)與晶圓基底相配合而形成多個(gè)可轉(zhuǎn)換電訊號(hào)的晶體管單元，該紅外線吸收區(qū)包括一主體部及兩連接該主體部并分隔設(shè)置的電接腳端部，該主體部吸收入射的紅外線后產(chǎn)生一電阻變化，并經(jīng)由電接腳端部與相對(duì)應(yīng)的晶體管單元電連接令該電阻變化透過晶體管單元轉(zhuǎn)換為一電訊號(hào)輸出；及
[0014]一內(nèi)聯(lián)機(jī)單元，位于晶圓基底與圖案化多晶硅層上，包括多層成預(yù)定電連接配置圖案的金屬層及一供紅外線入射至紅外線吸收區(qū)的開口，其中一金屬層具有一位于主體部正上方的反射區(qū)塊而與主體部配合界定出一空腔，該空腔與外界連通令紅外線能入射至該空腔中，且該反射區(qū)塊的下表面至紅外線吸收區(qū)的主體部的上表面的距離為(2η+1) λ/4，且η為正整數(shù)或零。
[0015]優(yōu)選的,所述晶圓基底還包括一個(gè)由頂面向底面方向延伸的內(nèi)環(huán)面,及一連接該內(nèi)環(huán)面底緣的基面，而該內(nèi)環(huán)面與該基面配合界定出一形成于所述晶圓基底中的第二共振腔，且該第二共振腔位于所述圖案化多晶硅層的所述主體部下方并與外界連通令紅外線能入射至該第二共振腔中，同時(shí)令所述主體部的下表面至基面的距離為(211+1)入/4，且11為正整數(shù)或零。
[0016]優(yōu)選的，具有所述反射區(qū)塊的所述金屬層還包括一環(huán)繞于所述反射區(qū)塊周緣的輔助蝕刻孔道，該輔助蝕刻孔道用以供一化學(xué)蝕刻液通入對(duì)所述內(nèi)聯(lián)機(jī)單元的部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行蝕刻而形成所述空腔，并令所述空腔藉此與外界連通。
[0017]優(yōu)選的，所述圖案化多晶硅層的所述紅外線吸收區(qū)還具有一第二輔助蝕刻孔道，該第二輔助蝕刻孔道環(huán)繞于所述主體部的周緣且用以供另一化學(xué)蝕刻液通入對(duì)所述晶圓基底的部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行蝕刻而形成所述第二共振腔并令所述第二共振腔藉此與外界連通。
[0018]一種紅外線感測(cè)芯片,該紅外線感測(cè)芯片包含:
[0019]—晶圓基底，由半導(dǎo)體材料構(gòu)成；
[0020]—第一圖案化多晶娃層，位于該晶圓基底表面，定義有一晶體管結(jié)構(gòu)區(qū)及一第一紅外線吸收區(qū)，該晶體管結(jié)構(gòu)區(qū)與該晶圓基底相配合而形成多個(gè)可轉(zhuǎn)換電訊號(hào)的晶體管單元，該第一紅外線吸收區(qū)包括一主體部及兩連接該主體部并分隔設(shè)置的電接腳端部，該主體部吸收入射的紅外線后產(chǎn)生一電阻變化，并經(jīng)由電接腳端部與相對(duì)應(yīng)的晶體管單元電連接令該電阻變化透過該晶體管單元轉(zhuǎn)換為一電訊號(hào)輸出；
[0021]一第二圖案化多晶硅層，間隔形成于該第一圖案化多晶硅層上，且包括一位于該第一紅外線吸收區(qū)上方的第二紅外線吸收區(qū)與至少一貫穿該第二紅外線吸收區(qū)的穿孔，該第二紅外線吸收區(qū)吸收紅外線后產(chǎn)生一電阻變化并電連接于相對(duì)應(yīng)的晶體管單元而令該電阻變化透過晶體管單元轉(zhuǎn)換為一電訊號(hào)輸出，而該穿孔令入射的紅外線通過以到達(dá)該第一紅外線吸收區(qū)的主體部；及
[0022]一內(nèi)聯(lián)機(jī)單元，位于該晶圓基底表面上，包括多層成預(yù)定電連接配置圖案的金屬層，及一令紅外線入射至該第二紅外線吸收區(qū)的開口，其中一金屬層具有一位于該第二紅外線吸收區(qū)正上方的反射區(qū)塊而與該第二紅外線吸收區(qū)配合界定出一空腔，該空腔與該開口連通令紅外線能入射至該空腔中，且該反射區(qū)塊的一下表面至該第二紅外線吸收區(qū)的頂面的距離為(211+1)入/4，且11為正整數(shù)或零。
[0023]優(yōu)選的，所述第一紅外線吸收區(qū)的主體部與所述第二紅外線吸收區(qū)配合界定出一與所述空腔連通的輔助共振腔，且所述主體部頂面至所述第二紅外線吸收區(qū)底面的距離為(2η+1) λ /4，且η為正整數(shù)或零，以令入射至該輔助共振腔的紅外線產(chǎn)生共振現(xiàn)象。
[0024]優(yōu)選的，所述第二紅外線吸收區(qū)包括兩分隔設(shè)置的電連接端，電連接端分別與所述內(nèi)聯(lián)機(jī)單元電連接而將所述第二紅外線吸收區(qū)因?yàn)槲占t外線產(chǎn)生的電阻變化傳遞至相對(duì)應(yīng)的晶體管單元。
[0025]優(yōu)選的，所述第二紅外線吸收區(qū)與所述主體部藉由所述內(nèi)聯(lián)機(jī)單元而呈現(xiàn)電性并連。
[0026]由上述對(duì)本發(fā)明的描述可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用材料的選擇與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)令用以感測(cè)紅外線的吸收層可以與晶體管單元用同一個(gè)集成電路制程一起制作，同時(shí)藉由空腔的高度控制令入射的紅外線形成共振、提高紅外線的吸收效率，在降低制程成本的同時(shí)也維持本發(fā)明紅外線感測(cè)芯片的靈敏度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1是一剖面圖，說明本發(fā)明紅外線感測(cè)芯片的一第一較佳實(shí)施例；
[0028]圖2是一俯視圖，說明該第一較佳實(shí)施例的一紅外線吸收區(qū)實(shí)施態(tài)樣；
[0029]圖3是一俯視圖，說明該紅外線吸收區(qū)的另一實(shí)施態(tài)樣；
[0030]圖4是一剖面圖，說明本發(fā)明紅外線感測(cè)芯片的一第二較佳實(shí)施例；
[0031]圖5是一剖面圖，說明本發(fā)明紅外線感測(cè)芯片的一第三較佳實(shí)施例；
【具體實(shí)施方式】
[0032]以下通過【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0033]在本發(fā)明被詳細(xì)描述之前，應(yīng)當(dāng)注意在以下的說明內(nèi)容中，類似的組件是以相同的編號(hào)來表不。
[0034]參閱圖1與圖2，本發(fā)明紅外線感測(cè)芯片之第一較佳實(shí)施例，適用于偵測(cè)波長范圍在770nm至Iym的紅外線，包含一晶圓基底2、一位于該晶圓基底2上的圖案化多晶硅層
3、及一位于該圖案化多晶硅層3上的內(nèi)聯(lián)機(jī)單元，且本發(fā)明紅外線感測(cè)芯片利用結(jié)構(gòu)可特別針對(duì)波長為λ的紅外線進(jìn)行感測(cè)。
[0035]該晶圓基底2由半導(dǎo)體材料構(gòu)成,包括一頂面21,及一相反于該頂面21的底面22,而該圖案化多晶娃層3則是形成于該晶圓基底2的頂面21。
[0036]該圖案化多晶硅層3是由多晶硅(Poly-silicon)構(gòu)成，包括一紅外線吸收區(qū)31及一晶體管結(jié)構(gòu)區(qū)32，該晶體管結(jié)構(gòu)區(qū)32與該晶圓基底2相配合形成多個(gè)可轉(zhuǎn)換電訊號(hào)而用以讀取該紅外線吸收區(qū)31產(chǎn)生的電阻變化的晶體管單元321，因此在本第一較佳實(shí)施例中僅繪示兩個(gè)晶體管單元321，但可以輕易了解的是，在集成電路制程中可依需求，如周邊電路、電容器等等制作出所需要的晶體管數(shù)量與形式，此部分為本【技術(shù)領(lǐng)域】通常知識(shí)者所周知，故不在此多加贅述。
[0037]該紅外線吸收區(qū)31包括一主體部311及兩連接該主體部311并分隔設(shè)置的電接腳端部312，該主體部311吸收入射的紅外線后產(chǎn)生一電阻變化，而藉由該電接腳端部312與相對(duì)應(yīng)的晶體管單元321電連接令該電阻變化透過該晶體管單元321轉(zhuǎn)換為一電訊號(hào)輸出。特別說明的是，該紅外線吸收區(qū)31與該晶體管結(jié)構(gòu)區(qū)32 —樣是由多晶硅材料以相同的集成電路制程構(gòu)成，且多晶硅在吸收紅外線后因?yàn)闇囟壬仙?，使得材料電阻產(chǎn)生變化，也就是利用焦電原理來感測(cè)環(huán)境中的紅外線；值得一提的是，本發(fā)明利用集成電路制程中既有的步驟、原物料來制作出一般因?yàn)椴牧现瞥滔拗贫仨毞珠_制造的紅外線感測(cè)膜層(如先前技術(shù)所提的碲化汞鎘或氧化釩)，雖然，多晶硅的電阻溫度系數(shù)(TemperatureCoefficient of Resistance;TCR)與締化萊鎘或氧化鑰;相比并不高,但配合本發(fā)明另一結(jié)構(gòu)(空腔410)的設(shè)計(jì)加以改善便能使得本發(fā)明紅外線感測(cè)芯片的靈敏度有所提升，此部分結(jié)構(gòu)將于后段詳述。
[0038]該內(nèi)聯(lián)機(jī)單元位于該晶圓基底2與該圖案化多晶硅層3上，包括多層成預(yù)定電連接配置圖案的金屬層41與一供紅外線入射至該紅外線吸收區(qū)31的開口 40，該開口 40是對(duì)應(yīng)形成于該主體部311的上方。此外，為說明之便，在本第一較佳實(shí)施例中以兩層金屬層41為例，并定義金屬層41最接近該晶圓基底2的金屬層41為第一層金屬層41a、遠(yuǎn)離該晶圓基底2的金屬層41為第二層金屬層41b，更詳細(xì)地說，該內(nèi)聯(lián)機(jī)單元除了金屬層41之外，還包括多層絕緣支撐的介電層42，及多個(gè)電連接不同金屬層41間的介層窗43，而介電層42、介層窗43的配置是集成電路制程既有的制作步驟，且非本發(fā)明之技術(shù)重點(diǎn)，故不在此詳加說明。
[0039]特別的是，該第一層金屬層41a具有一位于該主體部311正上方的反射區(qū)塊411而與該主體部311配合界定出一空腔410，該空腔410與外界連通令紅外線能入射至該空腔410中，且該反射區(qū)塊411的一下表面至該紅外線吸收區(qū)31的主體部311的上表面的距離Hl為(211+1)入/4，且11為正整數(shù)或零，λ為紅外線的波長數(shù)值；也就是說，該空腔410的高度為所要吸收的紅外線四分之一波長的整數(shù)倍，使得入射至該空腔410的紅外線在該空腔410中形成共振效果、增加該主體部311的紅外線吸收效率、進(jìn)而改善偵測(cè)的靈敏度；除此之外，由于該反射區(qū)塊411是由金屬(如銅)所構(gòu)成，因此具有良好的光反射效果使紅外線在該空腔410進(jìn)行多次的反射、共振而增強(qiáng)波峰值。
[0040]補(bǔ)充說明的還有，該第一層金屬層41a還包括一環(huán)繞于該反射區(qū)塊411周緣的輔助蝕刻孔道412，該輔助蝕刻孔道412用以供一化學(xué)蝕刻液通入對(duì)內(nèi)聯(lián)機(jī)單元的部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行蝕刻以形成該空腔410，并令該空腔410藉此與外界連通，更仔細(xì)地說，該化學(xué)蝕刻液是由該輔助蝕刻孔道412進(jìn)入，開始向下進(jìn)行選擇性的蝕刻至該由多晶硅構(gòu)成的紅外線吸收區(qū)31并控制蝕刻時(shí)間以形成該空腔410 ;以往雖然也有類似在紅外線感測(cè)層體的下方形成空洞的結(jié)構(gòu)，但其空洞的效果在于隔熱，避免紅外線感測(cè)層體吸收紅外線后產(chǎn)生的溫度太快散失、導(dǎo)致感測(cè)靈敏度不足，而與本發(fā)明所強(qiáng)調(diào)之控制該空腔410的高度、令入射波形成共振、增強(qiáng)紅外線吸收的構(gòu)造無關(guān)、也無法達(dá)到本發(fā)明所訴求之功效，在此特別說明以茲分辨。
[0041]參閱圖3，該紅外線吸收區(qū)31的主體部311除了如圖2所示成矩形平板狀外亦可成彎曲蛇狀(Serpent)，而電接腳端部312則是形成于該蛇狀的主體部311的頭尾兩端；在此說明的是，該紅外線吸收區(qū)31的圖案是取決于設(shè)計(jì)的考慮，但實(shí)施態(tài)樣當(dāng)然不僅限制于本第一較佳實(shí)施例所揭不。
[0042]當(dāng)紅外線由該開口 40入射，并到達(dá)該紅外線吸收區(qū)31的主體部311時(shí)，部分由該主體部311直接吸收、部分紅外線則再多次的反射后被吸收，部分紅外線則在反射行進(jìn)過程中散失，而波長λ的紅外線更可藉由該預(yù)定高度距離Hl的空腔410產(chǎn)生共振以提高該紅外線吸收區(qū)31的主體部311的溫度變化、電阻變化量，進(jìn)而提高整體感測(cè)的靈敏度。也就是說，雖然多晶硅的電阻溫度系數(shù)低于傳統(tǒng)常用的高電阻溫度系數(shù)的材料，如碲化汞鎘(HgCdTe)或氧化釩(V2O5),但配合該空腔410高度的限制令入射紅外線達(dá)到共振效果，以及經(jīng)由該內(nèi)聯(lián)機(jī)單元4的直接電連接而降低訊號(hào)傳遞損失的設(shè)計(jì)，而令本發(fā)明利用多晶硅構(gòu)成的紅外線吸收區(qū)31在低材料成本、低制程成本的制作下仍可達(dá)到所需的感測(cè)靈敏度。
[0043]再次強(qiáng)調(diào)的是，由于本發(fā)明是利用一般集成電路閘極材料-多晶硅的制程同時(shí)來制備出該紅外線吸收區(qū)31，故不僅材料、機(jī)臺(tái)設(shè)備與一般的集成電路制程兼容，因此，以往必須分開制作的紅外線感測(cè)組件、晶體管組件可整合為系統(tǒng)單芯片來制作，使得整體紅外線感測(cè)芯片的體積可更薄型化、提高產(chǎn)品的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。
[0044]參閱圖4，本發(fā)明紅外線感測(cè)芯片之第二較佳實(shí)施例，與該第一較佳實(shí)施例相似，其不同之處在于該晶圓基底2還包括一個(gè)位于該紅外線吸收區(qū)31的主體部311下方的第二共振腔20，且該紅外線吸收區(qū)31還具有一連通該第二共振腔20的第二輔助蝕刻孔道313。
[0045]更詳細(xì)地說，該第二輔助蝕刻孔道313環(huán)繞于該主體部311的周緣且用以供另一化學(xué)蝕刻液通入對(duì)該晶圓基底2的部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行蝕刻而形成該第二共振腔20，并令該第二共振腔藉此與外界連通；而該晶圓基底2經(jīng)過蝕刻后，該晶圓基底2會(huì)形成一由該頂面21向該底面22方向延伸的內(nèi)環(huán)面23，及一連接該內(nèi)環(huán)面23底緣的基面24，因此借著該內(nèi)環(huán)面23與該基面24即配合界定出該第二共振腔20，同時(shí)控制蝕刻時(shí)間令該主體部311的下表面至該基面24的距離Η2為(2η+1) λ /4，且η正整數(shù)或零。
[0046]同時(shí)借著該第二輔助蝕刻孔道313令入射的紅外線也有部分進(jìn)入到該第二共振腔20中，且利用該高度為Η2的第二共振腔20使在該第二共振腔20反射行進(jìn)且波長為入的紅外線產(chǎn)生共振，進(jìn)一步改善該紅外線吸收區(qū)31的主體部311對(duì)于入射紅外線的吸收效果、提高感測(cè)靈敏度。
[0047]參閱圖5，本發(fā)明紅外線感測(cè)芯片之第三較佳實(shí)施例，與該第一較佳實(shí)施例相似，不同之處在于本第三較佳實(shí)施例還包含一間隔形成于該圖案化多晶硅層3上的第二圖案化多晶硅層5，且該第二圖案化多晶硅層5包括一個(gè)位于該圖案化多晶硅層3的紅外線吸收區(qū)31上方的第二紅外線吸收區(qū)51，及至少一貫穿該第二紅外線吸收區(qū)51的穿孔52。這邊補(bǔ)充說明的是，該第二圖案化多晶硅層5是利用集成電路中的2P(2poly)制程(一般是用于電容的IC設(shè)計(jì))來進(jìn)行，因此，整體制作仍是以集成電路制程為主、不需額外的材料設(shè)備，故仍可達(dá)到本發(fā)明紅外線感測(cè)組件與電路組件整合為系統(tǒng)單芯片的效果。[0048]而該第二圖案化多晶硅層5的第二紅外線吸收區(qū)51之上表面與該第一層金屬層41a的反射區(qū)塊411配合界定出一高度H3的空腔410’，該H3是(2η+1) λ /4，且η為正整數(shù)或零、λ是入射的紅外線波長，令入射于該空腔410’的紅外線在該空腔410’中形成共振而增強(qiáng)該第二紅外線吸收區(qū)51的紅外線吸收率；同時(shí)，該第二紅外線吸收區(qū)51具有兩分別位于兩側(cè)的電連接端511,電連接端511經(jīng)過內(nèi)聯(lián)機(jī)單元的電連接能將該第二紅外線吸收區(qū)51因吸收紅外線產(chǎn)生的電阻變化傳遞至相對(duì)應(yīng)的晶體管單元321，更詳細(xì)的說，本第三較佳實(shí)施例中是該第二紅外線吸收區(qū)51與該紅外線吸收層31是藉由內(nèi)聯(lián)機(jī)單元形成并聯(lián)的電連接以提高感測(cè)靈敏度。
[0049]較佳的，該第二紅外線吸收區(qū)51與該圖案化多晶硅層3的主體部311之間也利用該穿孔52進(jìn)行蝕刻而形成一輔助共振腔53，該輔助共振腔53與該穿孔52相連通且令該第二紅外線吸收區(qū)51與該圖案化多晶硅層3的主體部311的間隔距離L亦為(2η+1) λ /4，且η為正整數(shù)或零，將可令入射至該輔助共振腔53的紅外線產(chǎn)生共振效果，同時(shí)加強(qiáng)該第二紅外線吸收區(qū)51與該主體部311對(duì)紅外線的吸收效果，進(jìn)而增加整體裝置對(duì)紅外線的感測(cè)靈敏度。
[0050]綜上所述，本發(fā)明紅外線感測(cè)芯片以焦電效應(yīng)的作動(dòng)原理為基礎(chǔ)、并與晶體管單元321整合成單芯片為前提，通過選擇于一般硅芯片的集成電路制程的多晶硅做為紅外線吸收的材料，再配合高度限制為(2η+1) λ/4，且η為正整數(shù)或零的空腔410、410’、第二共振腔20和輔助共振腔53，令入射至該空腔410、410’、第二共振腔20和輔助共振腔53中的波長為λ的紅外線可在反射行進(jìn)過程中形成共振，使得該主體部311、該第二紅外線吸收區(qū)51對(duì)紅外線的吸收效果提升，進(jìn)而改善了偵測(cè)靈敏度；同時(shí)，該藉由金屬層41的制作而形成的反射區(qū)塊411因?yàn)榻饘俨牧蠈?duì)光波的高反射特性使得入射的紅外線大部分能反射射向該第二紅外線吸收區(qū)51，進(jìn)一步提高對(duì)紅外線的吸收效率；因此本發(fā)明紅外線感測(cè)芯片不僅制程成本低，且可與晶體管整合為單芯片制程縮小體積、改善電傳導(dǎo)路徑的損耗使得感測(cè)靈敏度佳，故確實(shí)能達(dá)成本發(fā)明之目的。
[0051]上述僅為本發(fā)明的三個(gè)【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的設(shè)計(jì)構(gòu)思并不局限于此，凡利用此構(gòu)思對(duì)本發(fā)明進(jìn)行非實(shí)質(zhì)性的改動(dòng)，均應(yīng)屬于侵犯本發(fā)明保護(hù)范圍的行為。
【權(quán)利要求】
1.一種紅外線感測(cè)芯片,該紅外線感測(cè)芯片包含:
一晶圓基底，由半導(dǎo)體材料構(gòu)成，包括一頂面，及一相反于該頂面的底面； 一圖案化多晶硅層，位于晶圓基底的頂面，定義有一晶體管結(jié)構(gòu)區(qū)及一紅外線吸收區(qū)，該晶體管結(jié)構(gòu)區(qū)與晶圓基底相配合而形成多個(gè)可轉(zhuǎn)換電訊號(hào)的晶體管單元，該紅外線吸收區(qū)包括一主體部及兩連接該主體部并分隔設(shè)置的電接腳端部,該主體部吸收入射的紅外線后產(chǎn)生一電阻變化，并經(jīng)由電接腳端部與相對(duì)應(yīng)的晶體管單元電連接令該電阻變化透過晶體管單元轉(zhuǎn)換為一電訊號(hào)輸出；及 一內(nèi)聯(lián)機(jī)單元，位于晶圓基底與圖案化多晶硅層上，包括多層成預(yù)定電連接配置圖案的金屬層及一供紅外線入射至紅外線吸收區(qū)的開口，其中一金屬層具有一位于主體部正上方的反射區(qū)塊而與主體部配合界定出一空腔，該空腔與外界連通令紅外線能入射至該空腔中，且該反射區(qū)塊的下表面至紅外線吸收區(qū)的主體部的上表面的距離為(211+1)入/4，且11為正整數(shù)或零。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紅外線感測(cè)芯片，其特征在于:所述晶圓基底還包括一個(gè)由頂面向底面方向延伸的內(nèi)環(huán)面,及一連接該內(nèi)環(huán)面底緣的基面,而該內(nèi)環(huán)面與該基面配合界定出一形成于所述晶圓基底中的第二共振腔，且該第二共振腔位于所述圖案化多晶硅層的所述主體部下方并與外界連通令紅外線能入射至該第二共振腔中，同時(shí)令所述主體部的下表面至基面的距離為(211+1)入/4，且11為正整數(shù)或零。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種紅外線感測(cè)芯片，其特征在于:具有所述反射區(qū)塊的所述金屬層還包括一環(huán)繞于所述反射區(qū)塊周緣的輔助蝕刻孔道，該輔助蝕刻孔道用以供一化學(xué)蝕刻液通入對(duì)所述內(nèi)聯(lián)機(jī)單元的部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行蝕刻而形成所述空腔，并令所述空腔藉此與外界連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種紅外線感測(cè)芯片，其特征在于:所述圖案化多晶硅層的所述紅外線吸收區(qū)還具有一第二輔助蝕刻孔道，該第二輔助蝕刻孔道環(huán)繞于所述主體部的周緣且用以供另一化學(xué)蝕刻液通入對(duì)所述晶圓基底的部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行蝕刻而形成所述第二共振腔并令所述第二共振腔藉此與外界連通。
5.一種紅外線感測(cè)芯片,該紅外線感測(cè)芯片包含: 一晶圓基底，由半導(dǎo)體材料構(gòu)成； 一第一圖案化多晶娃層，位于該晶圓基底表面，定義有一晶體管結(jié)構(gòu)區(qū)及一第一紅外線吸收區(qū)，該晶體管結(jié)構(gòu)區(qū)與該晶圓基底相配合而形成多個(gè)可轉(zhuǎn)換電訊號(hào)的晶體管單元，該第一紅外線吸收區(qū)包括一主體部及兩連接該主體部并分隔設(shè)置的電接腳端部，該主體部吸收入射的紅外線后產(chǎn)生一電阻變化，并經(jīng)由電接腳端部與相對(duì)應(yīng)的晶體管單元電連接令該電阻變化透過該晶體管單元轉(zhuǎn)換為一電訊號(hào)輸出； 一第二圖案化多晶娃層，間隔形成于該第一圖案化多晶娃層上，且包括一位于該第一紅外線吸收區(qū)上方的第二紅外線吸收區(qū)與至少一貫穿該第二紅外線吸收區(qū)的穿孔，該第二紅外線吸收區(qū)吸收紅外線后產(chǎn)生一電阻變化并電連接于相對(duì)應(yīng)的晶體管單元而令該電阻變化透過晶體管單元轉(zhuǎn)換為一電訊號(hào)輸出，而該穿孔令入射的紅外線通過以到達(dá)該第一紅外線吸收區(qū)的主體部；及 一內(nèi)聯(lián)機(jī)單元，位于該晶圓基底表面上，包括多層成預(yù)定電連接配置圖案的金屬層，及一令紅外線入射至該第二紅外線吸收區(qū)的開口，其中一金屬層具有一位于該第二紅外線吸收區(qū)正上方的反射區(qū)塊而與該第二紅外線吸收區(qū)配合界定出一空腔，該空腔與該開口連通令紅外線能入射至該空腔中，且該反射區(qū)塊的一下表面至該第二紅外線吸收區(qū)的頂面的距離為(2η+1) λ /4,且η為正整數(shù)或零。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種紅外線感測(cè)芯片，其特征在于:所述第一紅外線吸收區(qū)的主體部與所述第二紅外線吸收區(qū)配合界定出一與所述空腔連通的輔助共振腔，且所述主體部頂面至所述第二紅外線吸收區(qū)底面的距離為(2η+1) λ/4，且η為正整數(shù)或零，以令入射至該輔助共振腔的紅外線產(chǎn)生共振現(xiàn)象。
7.根據(jù)權(quán)利 要求6所述的一種紅外線感測(cè)芯片，其特征在于:所述第二紅外線吸收區(qū)包括兩分隔設(shè)置的電連接端，電連接端分別與所述內(nèi)聯(lián)機(jī)單元電連接而將所述第二紅外線吸收區(qū)因?yàn)槲占t外線產(chǎn)生的電阻變化傳遞至相對(duì)應(yīng)的晶體管單元。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種紅外線感測(cè)芯片，其特征在于:所述第二紅外線吸收區(qū)與所述主體部藉由所述內(nèi)聯(lián)機(jī)單元而呈現(xiàn)電性并連。
【文檔編號(hào)】H01L27/144GK103617997SQ201310600772
【公開日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月25日
【發(fā)明者】葉文冠 申請(qǐng)人:葉文冠, 綠亞電子（泉州）有限公司