TW201522922A - 紫外光感測器、紫外光感測裝置以及補償後的紫外光感測結果的感測方法 - Google Patents

紫外光感測器、紫外光感測裝置以及補償後的紫外光感測結果的感測方法 Download PDF

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TW201522922A TW103138388A TW103138388A TW201522922A TW 201522922 A TW201522922 A TW 201522922A TW 103138388 A TW103138388 A TW 103138388A TW 103138388 A TW103138388 A TW 103138388A TW 201522922 A TW201522922 A TW 201522922A
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Tom Hong-De Chang
Kao-Pin Wu
Shang-Ming Hung
Chih-Jen Fang
Yu-Bin Lin
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Abstract

一種紫外光感測器，其包含p型基材、n型區域及紫外光過濾層。該n型區域形成於該p型基材之表面。該紫外光過濾層對應該n型區域來設置。該n型區域位於該紫外光過濾層與該p型基材之間。一種紫外光感測裝置，其包含紫外光感測器、輔助光感測器及處理電路。該紫外光感測器因應周遭光線產生紫外光感測結果。該輔助光感測器因應周遭光線產生輔助光感測結果。該輔助光感測器的偵測波段不同於該紫外光感測器的偵測波段。該處理電路依據該紫外光感測結果與該輔助光感測結果進行運算，以得到補償後的紫外光感測結果。

Description

紫外光感測器、紫外光感測裝置以及補償後的紫外光感測結 果的感測方法
本發明係關於紫外光感測，尤指一種吸收短波長並且濾除可見光與紅外光成份的紫外光感測器、紫外光感測裝置及其相關的補償後的紫外光感測結果的感測方法。
長期暴露在紫外線的環境，會造成眼睛、皮膚、免疫系統造成不良的影響。為了掌握環境中的紫外線強度以做好相關的防護措施，一般會採用紫外光感測器來獲取環境中的紫外線資訊。然而，現有的紫外光感測器的製程複雜而具有較高的成本，並具有較大的體積而不利隨身攜帶。因此，使用者並不會隨身攜帶紫外光感測器，也就無法隨時取得環境中的紫外線資訊。
因此，需要一種創新的紫外光感測器，其可具有輕巧的體積以及高度的量測品質，使得使用者可隨時掌握環境中的紫外線資訊。
有鑑於此，本發明的目的之一在於提供一種吸收短波長並且濾除可見光與紅外光成份的紫外光感測器、紫外光感測裝置及其相關的補償後的紫外光感測結果的感測方法，來解決上述問題。
依據本發明之一實施例，其揭示一種紫外光感測器。該紫外光感 測器包含一p型基材、一n型區域以及一紫外光過濾層。該n型區域係形成於該p型基材之表面。該紫外光過濾層係對應該n型區域來設置，其中該n型區域係位於該紫外光過濾層與該p型基材之間。
依據本發明之一實施例，其揭示一種紫外光感測裝置。該紫外光 感測裝置包含一紫外光感測器、一輔助光感測器以及一處理電路。該紫外光感測器係用以因應周遭光線來產生一紫外光感測結果。該輔助光感測器係用以因應周遭光線來產生一輔助光感測結果，其中該輔助光感測器的偵測波段不同於該紫外光感測器的偵測波段。該處理電路係耦接於該紫外光感測器以及該輔助光感測器，用以依據該紫外光感測結果與該輔助光感測結果進行運算，以得到一補償後的紫外光感測結果。
依據本發明之一實施例，其揭示一種補償後的紫外光感測結果的 感測方法。該感測方法包含下列步驟：利用一紫外光感測器以因應周遭光線來產生一紫外光感測結果；利用一輔助光感測器以因應周遭光線來產生一輔助光感測結果，其中該輔助光感測器的偵測波段不同於該紫外光感測器的偵測波段；以及依據該紫外光感測結果與該輔助光感測結果進行運算，以得到一補償後的紫外光感測結果。
本發明所提供之紫外光感測架構不僅製程簡單且易於整合，並具有良好的靈敏度，故可廣泛應用於電子產品及個人可攜式裝置之中。
100、200、300、400、500、600、700、902‧‧‧紫外光感測器
110、210‧‧‧p型基材
120‧‧‧n型區域
130、230、430、530、630、730‧‧‧紫外光過濾層
220‧‧‧n型井
240‧‧‧鈍化層
250‧‧‧介電層
262、264‧‧‧金屬層
320‧‧‧n型重摻雜區
660、760‧‧‧保護層
900‧‧‧紫外光感測裝置
904‧‧‧輔助光感測器
970‧‧‧處理電路
LS‧‧‧周遭光線
LV‧‧‧紫外光
d1、d2‧‧‧厚度
SU、SA‧‧‧感測頻譜
UVS‧‧‧紫外光感測結果
ALS‧‧‧輔助光感測結果
UVM‧‧‧補償後的紫外光感測結果
A‧‧‧紫外光感測參數
B‧‧‧輔助光感測參數
T1~TN‧‧‧時間點
UVS,1~UVS,N‧‧‧紫外光感測值
ALS,1~ALS,N‧‧‧輔助光感測值
UVM,1~UVM,N‧‧‧紫外光量測值
第1圖為本發明紫外光感測器之一實施例的截面圖。
第2圖為第1圖所示之紫外光感測器之一實作範例的截面圖。
第3圖為第1圖所示之紫外光感測器之一實作範例的截面圖。
第4圖為第1圖所示之紫外光感測器之一實作範例的截面圖。
第5圖為第1圖所示之紫外光感測器之一實作範例的截面圖。
第6圖為第1圖所示之紫外光感測器之一實作範例的截面圖。
第7圖為第1圖所示之紫外光感測器之一實作範例的截面圖。
第8圖繪示了本發明紫外光感測器與輔助光感測器之一實施例的感測頻譜圖。
第9圖為本發明紫外光感測裝置之一實施例的功能方塊示意圖。
第10圖為本發明決定紫外光感測參數與輔助光感測參數之一實施例的示意圖。
本發明所提供之紫外光感測結構可於晶圓層級(wafer level)來實現，並可去除來自非紫外光(例如，可見光、紅外光)的干擾。進一步的說明如下。
請參閱第1圖，其為本發明紫外光感測器之一實施例的截面圖。紫外光感測器100可包含(但不限於)一p型基材110、一n型區域120以及一紫外光過濾層130(例如，一紫外光帶通濾波層(ultraviolet bandpass filter layer))。於此實施例中，n型區域120可形成於p型基材110的表面，其中p型基材110與n型區域120之間會形成PN接面。換言之，藉由將n型區域120形成於p型基材110的表面，可實作出光二極體(或光偵測器)的架構。
紫外光過濾層130係對應n型區域120來設置，其中n型區域120位於紫外光過濾層130與p型基材110之間。當周遭光線LS入射至紫外光感測器100時，紫外光過濾層130可濾除周遭光線LS之中非紫外光的部份(亦 即，允許周遭光線LS之中紫外光LV通過紫外光過濾層130)，p型基材110與n型區域120之間的PN接面便可因應紫外光LV來產生一紫外光感測結果。
值得注意的是，第1圖所示之紫外光感測架構可實作於晶圓層級， 故可具有製程簡單、低成本、易於整合至其他元件架構的優點。另外，n型區域120可以因應不同需求而有多種的實施樣態。請參閱第2圖，其為第1圖所示之紫外光感測器100之一實作範例的截面圖。紫外光感測器200可包含一p型基材210、一n型井220(n well)以及一紫外光過濾層230，其中第1圖所示之p型基材110、n型區域120以及紫外光過濾層130可分別由p型基材210、n型井220以及紫外光過濾層230來實作之。紫外光感測器200另可包含一鈍化層(passivation layer)240、一介電層250(於此實作範例中，可由二氧化矽來實作之)、一金屬層262以及一金屬層264，其中鈍化層240可防止晶圓受到物理上或化學上的損害(例如，防水氣、防腐蝕)，而介電層250可提供電路所需的絕緣性。於此實作範例中，紫外光過濾層230可形成於鈍化層240上，介電層250可形成於鈍化層240與p型基材210之間。
請注意，以上各層之堆疊結構係僅供說明之需，並非用來作為本 發明之限制。只要介電層250是位於紫外光過濾層230與p型基材210之間，第2圖所示之感測架構可以有多種變化樣態。於一設計變化中，可以先將紫外光過濾層230塗佈/形成於介電層250上，再將鈍化層240覆蓋至紫外光過濾層230上。於另一設計變化中，省略鈍化層240也是可行的。另外，也可以省略介電層250而直接將紫外光過濾層230塗佈/形成於p型基材210上(n型井220上方)。
第1圖所示之n型區域120並不限於第2圖所示之n型井220。 請參閱第3圖，其為第1圖所示之紫外光感測器100之一實作範例的截面圖。第3圖所示之紫外光感測器300的架構係基於第2圖所示之紫外光感測器200的架構，兩者之間的主要差別在於第3圖所示之紫外光感測器300包含了一n型重摻雜區320(n+ region)以取代第2圖所示之n型井220。由於n型重摻雜區320摻雜濃度較高，使得n型重摻雜區320的摻雜深度較淺，縮短了紫外光自介電層250入射至p型基材210與n型重摻雜區320之PN接面之間的行進路徑，因此，可提昇紫外光感測器300的紫外光吸收度(亦即，紫外光感度)。
為了進一步提昇紫外光感測器的感度，另可將第2圖/第3圖所示之介電層250係經由一縮減處理，使得位於n型區域(例如，n型井220/n型重摻雜區320)上方之介電層250的厚度小於並未位於n型區域(例如，n型井220/n型重摻雜區320)上方之介電層250的厚度。以第3圖為例，在鈍化層240形成於介電層250上之後，可採用回蝕(etch back)技術以部份地去除位於n型重摻雜區320上方之介電層250(如第4圖所示)，使得位於n型重摻雜區320上方之介電層250的厚度(如第4圖所示之厚度d1)小於並未位於n型重摻雜區320上方之介電層250的厚度(如第4圖所示之厚度d2)。接下來，再將紫外光過濾層430對應設置於n型重摻雜區320上方。相較於第3圖所示之紫外光感測器300來說，周遭光線LS經由第4圖所示之紫外光過濾層430而入射至p型基材210與n型重摻雜區320之PN接面的行進路徑較短，故可提昇紫外光感測器400的紫外光感度。
值得注意的是，上述縮減處理並不限於回蝕技術，且可施加於任何基於第1圖所示之紫外光感測架構所實作之紫外光感測器(例如，第2圖所示之紫外光感測器200)。另外，也可以將位於n型重摻雜區320上方之介電層250全部去除之後(如第5圖所示)，再將紫外光過濾層530形成/塗佈 於p型基材210之上，以實作出具有高感度的紫外光感測器500。
雖然第1圖~第5圖所示之紫外光過濾層係設置於基材上方，然 而，這並非用來作為本發明之限制。請參閱第6圖，其為第1圖所示之紫外光感測器100之一實作範例的截面圖。第6圖所示之紫外光感測器600的架構係基於第5圖所示之紫外光感測器500的架構，兩者之間主要的差別在於紫外光感測器600另包含一保護層660(例如，一保護玻璃(cover glass))，其中保護層660至少對應n型重摻雜區320來設置，並可用來保護位於p型基材210上的元件與電路(未繪示於第6圖中)。於此實作範例中，紫外光感測器600之紫外光過濾層630係塗佈於保護層660之上。於一設計變化中，也可以將紫外光過濾層630塗佈於保護層660面對p型基材210之一側。於另一設計變化中，紫外光過濾層630也可直接塗佈於p型基材210上(如第5圖所示之紫外光過濾層530)。簡言之，不論紫外光過濾層是位於保護層與介電層之間，或保護層位於紫外光過濾層與介電層之間，只要紫外光能經由保護層、紫外光過濾層、介電層而抵達基材之中的PN接面即可。
第1圖~第4圖所示之紫外光感測架構也可採用第6圖所示之保護層設計。請參閱第7圖，其為第1圖所示之紫外光感測器100之一實作範例的截面圖。第7圖所示之紫外光感測器700的架構係基於第3圖所示之紫外光感測器300的架構，兩者之間主要的差別在於紫外光感測器700另包含一保護層760(例如，一保護玻璃)，其中保護層760至少對應n型重摻雜區320來設置，以及紫外光過濾層730係塗佈於保護層760之上。由於熟習技藝者經由閱讀第1圖~第6圖的相關說明之後，應可了解紫外光過濾層730設置於保護層760與p型基材210之間的實施樣態以及保護層760設置於紫外光過濾層760與p型基材210之間的實施樣態，故進一步的說明在此便不再贅述。
由上可知，第1圖~第7圖所示之紫外光感測架構具有製程簡單、易於整合以及靈敏度高的優點，故可廣泛應用於電子產品及個人可攜式裝置。另外，為了進一步提昇紫外光感測的靈敏度，本發明所提供之紫外光感測架構另可包含一輔助光感測器，其可補償紫外光感測器所得到的感測結果。
第8圖繪示了本發明紫外光感測器之一實施例的感測頻譜圖。由第8圖可知，雖然感測頻譜SU於波長400奈米之後的響應很小，但是若紫外光感測器之紫外光接收總量相較於非紫外光(例如，可見光)接收總量是不足的，則最後得到的紫外光感測結果可能仍會有所誤差。因此，本發明所提供之紫外光感測架構可藉由同時包含紫外光感測器與輔助光感測器，來補償紫外光感測器所得到的感測結果。請參閱第9圖，其為本發明紫外光感測裝置之一實施例的功能方塊示意圖。紫外光感測裝置900可包含一紫外光感測器902、一輔助光感測器904以及一處理電路970。紫外光感測器902可因應周遭光線LS來產生一紫外光感測結果UVS，而輔助光感測器904可因應周遭光線LS來產生一輔助光感測結果ALS，其中紫外光感測器902可採用第1圖~第7圖所示之紫外光感測器100~700或其他類型的紫外光感測器來實作之。輔助光感測器904的偵測波段不同於紫外光感測器902的偵測波段，以便補償紫外光感測結果UVS。處理電路970係耦接於紫外光感測器902以及輔助光感測器904，並可依據紫外光感測結果UVS與輔助光感測結果ALS進行運算，以得到一補償後的紫外光感測結果UVM。
舉例來說，在輔助光感測器904係由一可見光感測器(其具有第8圖所示之感測頻譜SA)來實作之的情形下，處理電路970可將紫外光感測結果UVS與輔助光感測結果ALS進行運算，扣除紫外光感測結果UVS包含的可見光感測資訊(例如，波長大於400奈米的感測量)，以估算/獲取真實環 境中的紫外線資訊(周遭光線LS所具有的紫外線強度)。
於此實施例中，處理電路970可依據下列運算式來得到補償後的 紫外光感測結果：，其中A為一紫外光感測參數，以及B 為一輔助光感測參數。由於紫外光感測參數A與輔助光感測參數B均為已知的感測參數，因此，處理電路970便可依據紫外光感測結果UVS與輔助光感測結果ALS來得到補償後的紫外光感測結果UVM。
於一實作範例中，紫外光感測參數A與輔助光感測參數B可借助於一紫外光強度計(ultraviolet meter)來事先決定之。請連同第9圖來參閱第10圖。第10圖為本發明決定紫外光感測參數與輔助光感測參數之一實施例的示意圖。首先，可利用紫外光感測器902於複數個時間點T1~TN(N為大於1之正整數)進行感測操作以得到複數個紫外光感測值UVS,1~UVS,N，以及利用輔助光感測器904於複數個時間點T1~TN進行感測操作以得到複數個輔助光感測值ALS,1~ALS,N。接下來，處理電路970便可依據一紫外光強度計(未繪示於第9圖中)於複數個時間點T1~TN所測得的複數個紫外光量測值UVM,1~UVM,N、複數個紫外光感測值UVS,1~UVS,N以及複數個輔助光感測值ALS,1~ALS,N，決定出一近似直線「UVS=A×UVM+B×ALS」之中的紫外光感測參數A與輔助光感測參數B。由於熟習技藝者應可了解將複數個紫外光量測值UVM,1~UVM,N、複數個紫外光感測值UVS,1~UVS,N及複數個輔助光感測值ALS,1~ALS,N分別代入該近似直線之UVM、UVS及ALS，以決定紫外光感測參數A以及輔助光感測參數B的運算細節，故進一步的說明在此便不再贅述。
為了方便說明，以上係以直線近似的實作範例來說明之，然而，這並非用來作為本發明之限制。於一設計變化中，處理電路970也可以依據 複數個紫外光量測值UVM,1~UVM,N、複數個紫外光感測值UVS,1~UVS,N以及複數個輔助光感測值ALS,1~ALS,N來決定一近似曲線的感測參數。於另一設計變化中，處理電路970也可依據不同的紫外光感測結果UVS(紫外光感測量)及/或輔助光感測結果ALS(輔助光感測量)來決定運算的方法(例如，運算式/近似函數/近似直線)。
舉例來說，處理電路970可依據紫外光感測結果UVS與該輔助光感測結果ALS之間的比例(例如，紫外光感測值與輔助光感測值之間的比例)來決定要採用的運算式/近似函數/近似直線。於一實作範例中(但本發明不限於此)，處理電路970可儲存一運算式列表FL，其中運算式列表FL包含有不同的運算式F1~F3，其分別對應於不同的天候情形(晴天、陰天、雨天)。具體地說，若紫外光感測量與輔助光感測量之間的比例落於一第一數值區間(其意味著目前的天候為晴天)，處理電路970會決定運算式F1為相應的近似函數；若紫外光感測量與輔助光感測量之間的比例落於一第二數值區間(其意味著目前的天候為陰天)，處理電路970會決定運算式F2為相應的近似函數；若紫外光感測量與輔助光感測量之間的比例落於一第三數值區間(其意味著目前的天候為雨天)，處理電路970會決定運算式F3為相應的近似函數。接下來，處理電路970可根據所決定之運算式的感測參數來得到補償後的紫外光感測結果UVM。
由上可知，只要輔助光感測器904的偵測波段不同於紫外光感測器902的偵測波段，便可基於所得到的感測結果來進行補償。因此，採用其他類型的感測器(例如，紅外光感測器)以作為輔助光感測器904也是可行的。
值得注意的是，輔助光感測器904與紫外光感測器902可整合於 相同的製程中。舉例來說(但本發明不限於此)，輔助光感測器904可具有與第1圖所示之紫外光感測器100相似的架構，而兩者之間主要的差別在於輔助光感測器904不具有紫外光過濾層130，或是具有不同於紫外光過濾層130的過濾層。由此可知，第9圖所示之紫外光感測裝置900不僅可進一步提昇紫外光感測的靈敏度，仍可保有製程簡單及易於整合的特性。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
100‧‧‧紫外光感測器
110‧‧‧p型基材
120‧‧‧n型區域
130‧‧‧紫外光過濾層
LS‧‧‧周遭光線
LV‧‧‧紫外光

Claims (14)

  1. 一種紫外光感測器，包含：一p型基材；一n型區域，形成於該p型基材之表面；以及一紫外光過濾層，對應該n型區域來設置，其中該n型區域係位於該紫外光過濾層與該p型基材之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之紫外光感測器，其中該n型區域係為一n型井(n well)。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之紫外光感測器，其中該n型區域係為一n型重摻雜區(n+ region)。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之紫外光感測器，另包含：一保護層，至少對應該n型區域來設置，其中該紫外光過濾層係位於該保護層與該p型基材之間，或該保護層係位於該紫外光過濾層與該p型基材之間。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之紫外光感測器，另包含：一介電層，形成於該紫外光過濾層與該p型基材之間，其中該介電層係經由一縮減處理，使得位於該n型區域上方之介電層的厚度係小於並未位於該n型區域上方之介電層的厚度。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之紫外光感測器，另包含：一保護層，至少對應該n型區域來設置，其中該紫外光過濾層係位於該保護層與該介電層之間，或該保護層係位於該紫外光過濾層與該介電層 之間。
  7. 一種紫外光感測裝置，包含：一紫外光感測器，用以因應周遭光線來產生一紫外光感測結果；一輔助光感測器，用以因應周遭光線來產生一輔助光感測結果，其中該輔助光感測器的偵測波段不同於該紫外光感測器的偵測波段；以及一處理電路，耦接於該紫外光感測器以及該輔助光感測器，用以依據該紫外光感測結果與該輔助光感測結果進行運算，以得到一補償後的紫外光感測結果。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之紫外光感測裝置，其中該運算的方法係為 ，UVM代表該補償後的紫外光感測結果，UVS代表該紫 外光感測結果，ALS代表該輔助光感測結果，A為一紫外光感測參數，以及B為一輔助光感測參數。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之紫外光感測裝置，其中該處理電路係依據該紫外光感測結果與該輔助光感測結果之間的比例來決定該運算的方法。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之紫外光感測裝置，其中該輔助光感測器係為一可見光感測器或一紅外光感測器。
  11. 一種補償後的紫外光感測結果的感測方法，包含：利用一紫外光感測器以因應周遭光線來產生一紫外光感測結果；利用一輔助光感測器以因應周遭光線來產生一輔助光感測結果，其中該輔助光感測器的偵測波段不同於該紫外光感測器的偵測波段；以及依據該紫外光感測結果與該輔助光感測結果進行運算，以得到一補償後的 紫外光感測結果。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之感測方法，其中該運算的方法係為 ，UVM代表該補償後的紫外光感測結果，UVS代表該紫 外光感測結果，ALS代表該輔助光感測結果，A為一紫外光感測參數，以及B為一輔助光感測參數。
  13. 如申請專利範圍第10項所述之感測方法，其中依據該紫外光感測結果與該輔助光感測結果進行運算的步驟包含：依據該紫外光感測結果與該輔助光感測結果之間的比例來決定該運算的方法。
  14. 如申請專利範圍第10項所述之感測方法，其中該輔助光感測器係為一可見光感測器或一紅外光感測器。
TW103138388A 2013-12-12 2014-11-05 紫外光感測器、紫外光感測裝置以及補償後的紫外光感測結果的感測方法 TW201522922A (zh)

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