200917511 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 -錄明係有關於―種感測器結構及其製造方法，尤指 •-種可提高焦電層與電極間溫度改變效率之感測器。 【先前技術】 由^半導體製程的進展快速，半導體科技元件趨向微 Γ 】问王5度。而於電子元件方面的應用具有很大的發 展，日力’渚如’表面聲波元件（Surface Ac〇ustic Wave Devices，SAW)、非揮發性記憶元件（N〇nv〇latile Mem〇ry Devices，NVRAM)、焦電紅外線感測器（pyr〇dectric Infrared Detectors)及壓電致動器（piez〇electnc Actuat〇rs) 等鐵電性(Ferroelectricity)陶瓷薄膜的材料。近年來，焦電 材料的發展漸趨成熟，逐漸應用在火警债測、影像處理， 使li控溫度的技術越趨成熟。
Lj 而感測器在現代生活中已拾演重要的角色，並對人類 生活提供相當便利而實用的功能，例如電腦滑鼠的位移感 測器’汽車倒車所使用的距離感夠器等，都是日常生活不 可或缺的技#。另-方®，當產生溫差時，熱感測器可以 針對溫度高低進行熱量多S的衡量。一般來說，溫度感測 器可分為接觸型與非接觸型’接觸型感測器因與待測物相 接觸’有可此使熱谷蓋杈小的待剩物之溫度改變；而捧接 觸型則是針對輕射熱做量測’故較適合用於高溫物體之量 測。 5 200917511 之，並配合學 緣是，本創作人有感上述缺失 來從事此方面之相闕經驗，悉心觀二’且依據多年 =運用，而提出-種設計合理且有效改善上述缺失之本 【發明内容】 本發明之主要目的，在於据 拌古、土 杜万、杈供—種感測器結構及苴萝 坆方法，該感測器結構可結合積體 再汉，、衣 雜-u, , 口谓粒冤路的設計，具有择祚 間早、政熱速度快等優點。 ’、 本备月之3目的，在於提供—種感哭 並制 造方法，該感測器結構 二、…'’口 /、衣 效率，進一:阿“層與電極間溫度改變的 , 乂回感測益對輻射熱之頻率響應。 其包士述：目的’本發明係提供-種感測器結構 内成形一二.一:包含—正面及—背面，其中該背面向 度，且設置於該基材之該正面上；;：下t:;一= 於該熱阻隔層之上方；—隹電芦，"：曰’“置 度’且設置於該下電極；7有-第-預定厚 置於該焦電層之上方，及—上電極層，其設 八中δ亥上电極層設有複數個鏤空 部。 a山 夕制達成上叙目❸’本發明係提供—種感測器結構 之表以方法’其包括：提佴一 ^ 層於該基材之-正面·心才J'成形一弟一熱阻隔 形-下電極層於4，： 基材之一背面;成 層於及第一熱阻隔層之上方；成形一焦電層於 200917511 該下電極層之上方. a# 成 上電極層於該焦電層之上方； 以及成形歧個鏤空部於該上電極層。 閱以進—步瞭解本發明之特徵及技術内容，請來 明之詳細說明與附圖，然而所附圖式僅提 、夕^ 並非用來對本發明加以限制者。 【實施方式】
一本發明係提供L器結構，其具有-焦電芦；者 :輻二:、：焦電元件，而使得表面溫度增加使其產生: 化’讓焦^層表面的電荷密度平衡發生變化，而使舞電層 兩端的電極產生相對應的熱輻射能訊號。在無中心對稱ς 的壓電結晶中’結晶格子中有—定極軸的極性結晶是所 电雙極平彳τ配列，若能使其方向—致垂直於感測器兩面， 則會在感測器兩面發生正、負表面電荷。焦電感測器是主 要债測紅料所產生的熱能，若紅外線所產线熱能完全 被感測器吸收關率響應就能夠增加，以提高感測之靈敏 度。 。。本發明提出-感測器結構丄，請參考第一圖。該感測 器結構1包括：-基材！ 〇，其包含—正面丄Q i及二背 面1 0 2 (請參考第三A圖），其中該背面丄〇 2向内： 形一凹槽1 0 3 ; —第一熱阻隔層丄i，其具有一第—預 定厚度，且設置於該基材1 〇之該正面丄〇丄上方；—下 電極層1 2，其設置於該熱阻隔層i丄之上方；一焦電層 1 3，其具有一第二預定厚度，且設置於該下電極層工2 200917511 之上方’’以及一上電極層丄4，其設置於該焦電層1 3之 上方，其中該上電極層14設有複數個鏤空部141(請 參考弟__ A圖及第二b圖）。 以下就感測器結構i做詳細說明。在本實施例中，該 基材10係為一矽基板，而該第一熱阻隔層i丄係為一由 低壓化學沈積製程（LPCVD)所製造之氮化 =該基材”之背面102亦會生成一第二= 呈古外再者°亥帛熱阻隔層1 1與該第二熱阻隔層1 5 微半H員定厚度，在本實施例中該第一預定厚度為1 、/、 cro meter )’上述厚度僅為說明本實施例並用
Si本:：’熱阻隔層有低的傳導率，可減少大部份的 102向内成形，、=亦：為f且隔層。在該背面 程所形成，該凹槽10曰3二3:'凹槽103係以餘刻製 應值。 0 3可增加該感測器結構！之焦電響 而在第一熱阻隔層1 域’其主要為下電極 p為焦电效應的發生區 之結構。電極層可用：i】、f電層13與上電極層14 量吸收層。上述金屬具有;效=2作為電極或能 傳率和低熱容量，此仏 的及收此力，也具有高熱 本實施例，，該下電二=二焦電感測器之響應。在 金金屬層，且該金金屬；。f亥上電極層“分別為- 而金金屬層與矽基板的】〇〇奈米（職。_meter)。 不良，兩者中間需要一第一 8 200917511 i:二之附著性;在本實施例中該第-黏 黏著金層與石夕基板之介岸。_认成之絡金屬層’以作為 方亦具有一第二黏著;y在該上電極層“下 在本實施财，該焦電層^ …叙氧化辞層，且該第二預定厚度為_有二 施態樣，並非用以限制本^ί3的㈣、厚度均為一實 第二Hi電極層1 4設有複數個鏤空部1 4 1 (請參考 用:且有^^ B圖）。該等鏤空部1 4 1可根據實際應 ，例如圓形鏤空部141可增加對熱 ;b， ： $可為其他應用目的而設置方形鏤空部14 調整:而在另-實施例中，該焦電層 該層。該加強層2 ◦係成形於該上電 1 :接觸：、“1 4 1之中，但並不與該上電極層 度W:該加強層20可用以降低在高頻情況ΪΪ :’、吸收熱輪射的時間’若熱輕射吸收率增加，將能使 缚膜㈣化反應時間縮短並增加高頻區段之應用價值（請 芩考弟五Α及五Β圖)。第五Β圖為第五Α圖中Β_Β剖： 之側視圖，其中該加強層2 0設置於該鏤空部丄4工中， 該上電極層14之間具有一預定寬度W。而第五B圖 僅、·曰出方形鏤空部1 4 1，但並不以此為限。 200917511 々"以下將對製作流程詳細的說明。請參考第四圖，配合 第三A到三j圖。步驟（1):提供一基材丄〇，且成带二 第-熱阻隔層1 1於該基材之一正面工〇工；在本實施中 使用-⑽）方向之石夕晶圓，並以—低壓化學沈 (LPCVD)所製造之氮化矽層作為第一熱阻隔層丄丄: 時在本步驟中—第二熱阻隔層丄5亦生成於該基材U 之-背面1 0 1 (請參考第三B圖）。步驟⑺ 凹槽1 0 3於該基材工〇之一背面丄〇丄。在步驟 用：_液_該基材10直到該朗二二吏 度為5〇 //m的矽薄層（請泉考 對準的動作，確伴非等；與曰曰圓的的平邊作-確的厚产及方/ 後㈣窗型孔薄膜具有正 或二::二::::方式中所使用之曝光、顯影 述。 ’‘、、般丰钕肢領域常用技術，在此不再贅 步驟（3 ):成形—下+ 战办下電極層12於該 ，而本實施例中該下電極層工2 第一熱阻隔層1 係以一電子束蒸 層與6夕基板的附 2 1加強兩者之 1係為藉由蒸鍍 與發基板之介層 縫制p如制 电徑層1 2 戮衣知所製造之今 著力X自 至孟屬層，但由於金金屬 耆力不良’兩者中間需要 附著性；在本每站者層1 制# 本只她例中該第一黏著層i ? 製程而形成之钦八伊„ 1^ 鉻金屬層，以作為黏著金 10 200917511 (請參考第3E圖），甘+二 (nan〇-meter ) ”中該金屬層厚度為奈米 (nan〇-meter)。接^絡金屬層之厚度為1〇奈米 與該第-黏著声！？;餘刻方式成形該下電極層12 實施方式中係;<金=；^請參考第㈣），而在本 (Ce_)2⑽⑽爾^酸/過熟㈣刻液 兩金屬層之蝕刻步驟。—。次+過氧化氫進行該 方^⑷：成形—焦電層13於該下電極層12 方。本步驟中，該隹 「包位層丄2之上 賤鍍生成之氧化辞> 日$利用—減鑛機(RFSPutter) (η跡贿小請心;；乳化辞層之厚以_奈米 罩圖形，可避免因钱刻該焦電層13，：疋義其先 導诵，斗 包曰丄」，每成上、下電極的 成+柽產4比…電層1 3，當沉積上電極時，不會造 ==階梯覆蓋的問題，致使 二 而该軋化鋅層以-兩階段濺鍍^ 率濺鍍一第一味5、 无便用一弟一功 本每施方4 B 以—弗二功率濺鍍一第二時間。在 本^方式係先以賤鑛功率12〇w _ I”小時 90W :賤鑛3小時。相及的兮韦 丹 M、止—n反的5亥乳化鋅層係以一單階段_方 濺錢6小時，但以上濺_ f不用以限制本發明。另外，該焦電層i 3上方更包括一 焦電薄膜零輻射的時門：二用以降低在向頻情況下 /± — … 0間’右熱輻射吸收率增加，將能 使溥膜的極化反應時間縮短並增加古在 (請參考第五A圖及第五㈣)。…、4之應繼 11 200917511 稷署 - 乡可弟二Η圖，刀又少一工龟裡層丄4於該焦 電層1 3之上方。而本實施例中該上電極層1 4係以一電 子束瘵鍍製程所製造之金金屬層，但由於金金屬層與矽基 板的附著力不良，兩者中間需要一第二黏著層工4 2加強 兩者之附著性；在本實施例中該第二黏著層丄4 2係為藉 由洛鑛製程而形成之鉻金屬層，以作為黏著金層與石夕基板 ，介層，其中該金屬層厚度為奈米（n__meter)，而 ^鉻金屬層之厚度為1()奈米（nan〇_mete小而第三Η圖 2 Α部分為航。在此步驟之後，利用㈣去除光阻Α， 在使用Lift>〇ff法，腺τ兩φ μ /v h 將不而要的至、鉻剝離掉，剩下所需 電極，即為步驟⑷：成形複數個鏤空部丄4 1” 時參考第三1圖與第二圖。而_妻 而具有不同的形狀，例如圓形 的而設置方形物=:之=」、亦可為其他應用目 1可視應用情況㈣行換句⑼，該等鏤空部Η 另外，在步驟（6)之後， 於該焦電層13之上方，其切加強屏=層2〇 極層1 4之鏤空们4 ]亥加強層2 0設置於該上電 “之間具有-預定丄且=強層20與該上電極層 該上電極層丄4步：一加強層2 〇亦可於沈積 驟之後，亦即ΛιΓΛ是使下電極層12裸露之步 條件進行調整。U層2Q之步驟可依照實際的製程 12 200917511 最後，以氧化鋅的蝕刻液（H3P04 ·· CH3c〇〇〇h : Ή20 1 . 1 . ίο)银刻該氧化鋅層，使下電 以利往後打線作業（請參考第三㈣）。 之後，更包括—晶圓切割製程(Dicing)將每一感測器 結構1切割成單一元件。 紅上所述，本發明具有下列諸優點： 1、 本發明提出之氧化鋅线薄膜感測器，以非接觸 的方式4行溫度感測（熱量）的測量，不但結合積體電 路的設計與製程，具有操制單，散熱速度快的特點。 2、 另一方面，本發明利用雙階段的濺鍍製程 ^薄膜，更配合鎳沈制的設置，可有效提高本感測器；; -电壓頻率響應。 惟以上所述僅為本發明之較佳實施例，非意欲偈限本 "月之專利保護範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式内 ^所為之等效變化，均同理皆包含於本發明之權利保護範 圍内，合予陳明。 【圖式簡單說明】 第圖係本發明感測裔結構之第一實施例之側視圖。 f二A圖係本發明感測器結構之方形鏤空部之上視圖。 第一B圖係本發明感測為結構之圓形鏤空部之上視圖。 第二A圖至第三J圖係本發明感測器結構製造方法之示 思圖。 200917511 第四圖係本發明感測器結構製造方法之流程圖。 第五A圖係本發明感測器結構之第二實施例之上視圖。 第五B圖係本發明第五A圖中B-B剖線之側視圖。 【主要元件符號說明】 1----感測器結構 1 〇---基材 10 2——背面 11 ---第一熱阻隔層 12 ---下電極層 13 ---焦電層 14 ---上電極層 1_ 4 1 ’ 一鏤空部 15 ---第二熱阻隔層 2 0---加強層 A----光阻 W----寬度 10 1---正面 10 3---凹槽 12 1---第一黏著層 14 1---鏤空部 14 2---第二黏著層 15 1---方型窗口 14