[发明专利]一种红外线感测芯片

说明书

技术领域

本发明属于集成电路领域，涉及一种红外线感测芯片，尤其涉及一种用于侦测波长为λ的红外线、利用焦电原理作动且与集成电路整合为单芯片的红外线感测芯片。

背景技术

自红外线被发现以来，经过多年的研究发展已经能将红外线渐渐应用在各个领域中，例如，利用红外线传感器来侦测物体的热辐射，藉此不仅无须接触物体即可监控物体温度变化，进一步更能在黑暗中辨识物体位置与动态。

红外线传感器主要可分为量子型及热型两种，量子型传感器的感测原理是藉由吸收红外线的能量使感测材料（如硫化镉、硫化铅构成的光电二极管）内产生自由载子，以侦测能量强度，而量子型传感器有较高的灵敏度及快速的反应时间这两项主要优点，缺点则是需要低温致冷系统来降低感测系统的操作温度，以降低环境背景温度的干扰。

热型传感器当其吸收红外线的能量时，能使得感测组件的温度产生变化，改变材质本身的物理特性，如电阻，也就是一般所说的焦电原理。热型传感器的灵敏度及反应时间都没有量子型传感器来得好，但热型传感器可操作在室温下且不需要冷却系统的辅助，此外热能式传感器吸收光谱范围较广且平坦，因此适合省电、可携式的应用。

一般来说，为了提高热型传感器的灵敏度，是选择具有高电阻温度系数(Temperature Coefficient of Resistance;TCR)的材料来做为感测组件，常见的高电阻温度系数的材料有碲化汞镉(HgCdTe)或氧化钒(V₂O₅)，但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。

近年来随着制程与微机电技术的进步，使得红外线感测组件与电路读取组件可以整合于单一芯片的制程中。如台湾专利申请号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，该红外线检测组件包括有一用以吸收红外线的吸收单元，及一位在该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，该硅基板还包括一对应该感温体位置而形成的空洞，该吸收单元是由硅氧化膜与硅氮化膜构成，而该感温体是以聚硅膜(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与提升绝热效果、避免该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聚硅膜构成的补偿膜结构保护该吸收单元与该感温体，并抑制该吸收单元与该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，即是申请人亟欲开发研究的方向之一。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种能与集成电路整合为单芯片且使用、携带便利的红外线感测芯片。

本发明的另一目的是提供一种能与2P集成电路制程整合为单芯片且使用、携带便利的红外线感测芯片。

本发明采用如下技术方案：

一种红外线感测芯片，该红外线感测芯片包含：

一晶圆基底，由半导体材料构成，包括一顶面，及一相反于该顶面的底面；

一图案化多晶硅层，位于晶圆基底的顶面，定义有一晶体管结构区及一红外线吸收区，该晶体管结构区与晶圆基底相配合而形成多个可转换电讯号的晶体管单元，该红外线吸收区包括一主体部及两连接该主体部并分隔设置的电接脚端部，该主体部吸收入射的红外线后产生一电阻变化，并经由电接脚端部与相对应的晶体管单元电连接令该电阻变化透过晶体管单元转换为一电讯号输出；及

一内联机单元，位于晶圆基底与图案化多晶硅层上，包括多层成预定电连接配置图案的金属层及一供红外线入射至红外线吸收区的开口，其中一金属层具有一位于主体部正上方的反射区块而与主体部配合界定出一空腔，该空腔与外界连通令红外线能入射至该空腔中，且该反射区块的下表面至红外线吸收区的主体部的上表面的距离为(2n+1)λ/4，且n为正整数或零。