TW202411621A - 熱輻射感測器和溫度感測單元的製造方法 - Google Patents

熱輻射感測器和溫度感測單元的製造方法 Download PDF

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Abstract

本公開提供一種熱輻射感測器，包括基板、位於基板上的反射鏡以及位於反射鏡上方的溫度感測單元。溫度感測單元包括第一絕緣層、位於第一絕緣層上的熱敏阻層、位於熱敏阻層上的第二絕緣層、位於第二絕緣層中且位於熱敏阻層正上方的電極層，以及位於第二絕緣層中且位於電極層正上方的金屬超穎介面。電極層包括彼此間隔的複數個電極。金屬超穎介面落於熱敏阻層上的投影區域不小於熱敏阻層。

Description

熱輻射感測器和溫度感測單元的製造方法
本公開內容是關於熱輻射感測器和熱輻射感測器中的溫度感測單元的製造方法。
熱輻射感測器(bolometer)是將待測物體所發出的紅外線轉換成電子訊號，從而判讀並顯示待測物體的溫度。舉例而言，在待測物體發出紅外線後，熱輻射感測器可以吸收紅外線而使熱輻射感測器中的熱敏阻層(thermistor)的溫度上升，從而改變熱敏阻層的電阻值。由於熱敏阻層的電阻值改變，使得熱輻射感測器中的電流產生變化，進而可以透過電路元件判讀對應的待測物體溫度。然而，熱輻射感測器對紅外線的響應頻寬和溫度上升速度可能會影響熱輻射感測器的精確度。因此，如何增加熱輻射感測器對特定波長的吸收效率以提升熱輻射感測器的精確度，是改善熱輻射感測器表現的重要課題。
根據本公開的一些實施方式，一種熱輻射感測器包括基板、位於基板上的反射鏡以及位於反射鏡上方的溫度感測單元。溫度感測單元包括第一絕緣層、位於第一絕緣層上的熱敏阻層、位於熱敏阻層上的第二絕緣層、位於第二絕緣層中且位於熱敏阻層正上方的電極層，以及位於第二絕緣層中且位於電極層正上方的金屬超穎介面。電極層包括彼此間隔的複數個電極。金屬超穎介面落於熱敏阻層上的投影區域不小於熱敏阻層。
在一些實施方式中，金屬超穎介面的厚度介於5奈米至20奈米間。
在一些實施方式中，金屬超穎介面中的超穎原子單晶胞包括十字形晶胞或X字形晶胞。
在一些實施方式中，金屬超穎介面中的超穎原子單晶胞的排列方式是三角晶格或四角晶格。
在一些實施方式中，電極層的電極包括第一電極組和第二電極組，第一電極組相鄰第二電極組，且第一電極組的複數個第一電極與第二電極組的複數個第二電極有所間隔。
在一些實施方式中，電極層的電極包括第一電極組和第二電極組，第一電極組的複數個第一電極與第二電極組的複數個第二電極交錯排列，且第一電極與第二電極彼此間隔。
在一些實施方式中，熱輻射感測器進一步包括複數個支撐柱位於基板上，其中支撐柱用以分離反射鏡和溫度感測單元。
在一些實施方式中，熱輻射感測器進一步包括複數個支撐旋臂連接溫度感測單元與支撐柱。
根據本公開的一些實施方式，一種製造溫度感測單元的方法包括以下步驟。形成熱敏阻層於第一絕緣層上。形成第二絕緣層的第一部分於熱敏阻層上，其中第一部分覆蓋熱敏阻層。形成電極層於第一部分上，其中電極層位於熱敏阻層正上方，第一部分暴露於電極層的複數個電極之間。形成第二絕緣層的第二部分於電極層上，其中第二部分覆蓋電極層和第一部分。形成金屬超穎介面於第二部分上，其中金屬超穎介面位於熱敏阻層正上方。形成第二絕緣層的第三部分於金屬超穎介面上，其中第三部分覆蓋金屬超穎介面和第二部分。
在一些實施方式中，形成金屬超穎介面包括以介於1.5%至35%間的占空比形成金屬超穎介面中的複數個超穎原子單晶胞。
為了實現提及主題的不同特徵，以下公開內容提供了許多不同的實施例或示例。以下描述組件、配置等的具體示例以簡化本公開。當然，這些僅僅是示例，而不是限制性的。例如，在以下的描述中，在第二特徵之上或上方形成第一特徵可以包括第一特徵和第二特徵以直接接觸形成的實施例，並且還可以包括在第一特徵和第二特徵之間形成附加特徵，使得第一特徵和第二特徵可以不直接接觸的實施例。另外，本公開可以在各種示例中重複參考數字和/或字母。此重複是為了簡單和清楚的目的，並且本身並不表示所討論的各種實施例和/或配置之間的關係。
此外，本文可以使用空間相對術語，諸如「在…下面」、「在…下方」、「下部」、「在…上面」、「上部」等，以便於描述一個元件或特徵與如圖所示的另一個元件或特徵的關係。除了圖中所示的取向之外，空間相對術語旨在包括使用或操作中的裝置的不同取向。裝置可以以其他方式定向(旋轉90度或在其他方向上)，並且同樣可以相應地解釋在此使用的空間相對描述符號。
本公開內容提供一種熱輻射感測器和熱輻射感測器中的溫度感測單元的製造方法。熱輻射感測器包括位於反射鏡上方的溫度感測單元，其中溫度感測單元包括熱敏阻層、位於熱敏阻層正上方的電極層以及位於電極層正上方的金屬超穎介面(metal meta-surface)。金屬超穎介面對特定波長具有高吸收度，使得熱輻射感測器所接收到的紅外線能量更容易傳遞到熱敏阻層中，從而提升溫度感測單元的靈敏度。因此，金屬超穎介面可以增加溫度感測單元對紅外線的吸收效率，以提供具有高精確度的熱輻射感測器。
依據本公開的一實施方式，第1圖繪示熱輻射感測器10的立體圖。熱輻射感測器10包括基板100、位於基板100上的反射鏡110，以及位於反射鏡110上方的溫度感測單元120。熱輻射感測器10的溫度感測單元120接收到來自待測物的紅外線之後，溫度感測單元120會將紅外線轉換成電子訊號，並經由電路將電子訊號傳遞至熱輻射感測器10的其他電路元件，從而判斷紅外線所對應的待測物溫度。
具體而言，熱輻射感測器10可以分為包括基板100與反射鏡110的第一部份以及包括溫度感測單元120的第二部分。第2A圖繪示第1圖中的熱輻射感測器10的第一部分的立體圖，第2B圖則繪示第2A圖中的熱輻射感測器10的第一部分的截面圖。基板100是用以承載其上方的元件。在一些實施方式中，基板100之中可以包括熱輻射感測器10的電路元件，例如讀取積體電路(read-out integrated circuit，ROIC)。
反射鏡110可用以反射進入熱輻射感測器10的紅外線。由於反射鏡110位於溫度感測單元120下方，反射鏡110可將紅外線反射向溫度感測單元120，使得溫度感測單元120不僅可以接收來自紅外線入射面(亦即，溫度感測單元120的上表面)的紅外線，更可以從朝向反射鏡110的背面(亦即，溫度感測單元120的下表面)接收經反射的紅外線。因此，反射鏡110可以增加溫度感測單元120所接收的紅外線量，從而提升熱輻射感測器10的靈敏度。在一些實施方式中，如第2A圖和第2B圖所示，反射鏡110可包括多層結構，使反射鏡110對紅外線具有高反射率。舉例而言，反射鏡110可包括鈦、氮化鈦、鋁或類似者形成的多層組合。
第3A圖繪示第1圖中的熱輻射感測器10的第二部分的立體圖，第3B圖繪示第3A圖中的熱輻射感測器10的第二部分的截面圖，第3C圖則繪示第3A圖中的熱輻射感測器10的第二部分的俯視圖。溫度感測單元120包括第一絕緣層130、位於第一絕緣層130上的熱敏阻層140、位於熱敏阻層140上的第二絕緣層150、位於第二絕緣層150中的電極層160，以及位於第二絕緣層150中的金屬超穎介面170。
詳細而言，溫度感測單元120接收紅外線之後，熱敏阻層140的溫度會隨之上升，使得熱敏阻層140的電阻值改變。因此，在熱輻射感測器10的電流流經熱敏阻層140後，熱輻射感測器10的電流訊號會產生變化，使熱輻射感測器10可以藉由變化的電流訊號判斷紅外線對應的待測物溫度。在一些實施方式中，熱敏阻層140的材料可包括氧化釩，例如VO、V 2O 3、VO 2或類似者。
第一絕緣層130用以承載熱敏阻層140，使得熱敏阻層140不會直接接觸其下方的反射鏡110。第二絕緣層150用以保護熱敏阻層140，使得熱敏阻層140與其上方的元件有所間隔。換而言之，第一絕緣層130與第二絕緣層150保護熱敏阻層140的表面，從而避免熱敏阻層140的表面損壞而影響其電阻值。
第一絕緣層130與第二絕緣層150對紅外線可具有高吸收度，從而有助於溫度感測單元120吸收紅外線。具體而言，入射進溫度感測單元120的紅外線可以先由第一絕緣層130與第二絕緣層150所吸收。接著，第一絕緣層130與第二絕緣層150將所吸收的能量傳遞至熱敏阻層140，從而提升熱敏阻層140的溫度。在一些實施方式中，第一絕緣層130與第二絕緣層150的材料可包括氮化矽、二氧化矽或類似者。在一些實施方式中，第一絕緣層130和第二絕緣層150可以包括相同的材料。在一些其他實施方式中，第一絕緣層130和第二絕緣層150可以包括不同的材料。值得說明的是，由於第一絕緣層130位於反射鏡110和熱敏阻層140之間，第一絕緣層130可以吸收反射鏡110所反射的紅外線，並將能量傳遞至熱敏阻層140。
電極層160位於第二絕緣層150中且位於熱敏阻層140正上方。如第3B圖所示，第二絕緣層150的第一部分152分離電極層160和熱敏阻層140，使得電極層160和熱敏阻層140免於直接接觸。電極層160電性連接至熱敏阻層140，用以傳遞電流至熱敏阻層140。因此，熱敏阻層140產生的電流訊號可經由電極層160傳遞至熱輻射感測器10的其他元件(例如基板100中的讀取積體電路)。
電極層160包括彼此間隔的複數個電極。如第3B圖所示，第二絕緣層150穿過電極層160，使得第二絕緣層150填充電極層160的電極之間的間隙。換而言之，在俯視圖中，電極層160的面積小於熱敏阻層140的面積。電極層160的複數個電極均勻分布於第二絕緣層150中，使得溫度感測單元120的形變量降低，從而提升溫度感測單元120的結構平衡。值得說明的是，電極層160中彼此間隔的電極可以減少電極層160對紅外線的反射，從而避免影響其下方的熱敏阻層140吸收紅外線，因此可以提升熱輻射感測器10的精確度。在下文中，將進一步詳細描述電極層160(例如，參考第6A圖和第6B圖)。
金屬超穎介面170位於第二絕緣層150中且位於電極層160正上方。換而言之，金屬超穎介面170亦位於熱敏阻層140正上方。如第3B圖所示，第二絕緣層150的第二部分154分離電極層160和金屬超穎介面170，使得電極層160和金屬超穎介面170免於直接接觸。第二絕緣層150的第三部分156覆蓋金屬超穎介面170，以保護金屬超穎介面170和其下方的元件。在一些實施方式中，金屬超穎介面170與電極層160可藉由第二絕緣層150的第二部分154彼此電性分離。
金屬超穎介面170包括複數個超穎原子單晶胞(meta atom unit cell)，或者可簡稱為超穎原子。超穎原子單晶胞可以提供局部表面電漿效應，使得金屬超穎介面170對特定波長具有高吸收度。當金屬超穎介面170對紅外線具有高吸收度時，金屬超穎介面170所吸收的紅外線能量可以進一步傳遞至熱敏阻層140，使得熱敏阻層140的電阻產生改變。在一些實施方式中，金屬超穎介面170落於熱敏阻層140上的投影區域可以不小於熱敏阻層140，使得金屬超穎介面170所吸收的能量可以均勻傳遞至整個熱敏阻層140。
由於金屬超穎介面170對紅外線具有高吸收度，金屬超穎介面170可以增加溫度感測單元120對紅外線的吸收效率，從而增加熱輻射感測器10的精確度。此外，金屬超穎介面170可以增加溫度感測單元120對紅外線的響應頻寬，使得給定波長範圍內的紅外線更容易提升熱敏阻層140的溫度，因此增加熱輻射感測器10的靈敏度。
在一些實施方式中，金屬超穎介面170中的複數個超穎原子單晶胞可以形成二維陣列，使得金屬超穎介面170針對特定波長具有高吸收度。舉例而言，金屬超穎介面170可以針對人體輻射最強強度的波段(例如，波長介於約8微米至約14微米間)具有高吸收度，使得熱輻射感測器10適合應用於人體溫度測量。在一些較佳的實施方式中，金屬超穎介面170可以針對峰值介於約9微米至約10微米間的紅外線(例如，峰值為約9.5微米)具有高吸收度。
依據本公開的一些實施方式，第4A圖至第4H圖繪示金屬超穎介面的俯視示意圖，其中金屬超穎介面可以作為第3A圖至第3C圖所示的金屬超穎介面170。第4A圖至第4H圖分別繪示具有不同超穎原子單晶胞的金屬超穎介面。第4A圖至第4H圖繪示的超穎原子單晶胞可以使金屬超穎介面針對特定波長(例如波長介於約9微米至約10微米間)具有高吸收度，從而增加熱輻射感測器10的精確度。
在一些實施方式中，金屬超穎介面中的超穎原子單晶胞的排列方式可以是四角晶格。舉例而言，第4A圖至第4D圖繪示具有不同形狀的超穎原子單晶胞，且各個超穎原子單晶胞以四角晶格排列。在一些其他實施方式中，金屬超穎介面中的超穎原子單晶胞的排列方式可以是三角晶格(triangular lattice)，或在一些示例中亦可稱為六角晶格(hexagonal lattice)。當超穎原子單晶胞以上述方式均勻分散在第二絕緣層中時，金屬超穎介面對紅外線可具有高吸收度，且金屬超穎介面能將所吸收的紅外線能量均勻傳遞至下方的熱敏阻層。此外，在一些實施方式中，超穎原子單晶胞可以具有不同的尺寸，且不同尺寸的超穎原子單晶胞交錯排列於金屬超穎介面中，如第4G圖和第4H圖所示。
在一些實施方式中，金屬超穎介面中的超穎原子單晶胞可以包括十字形晶胞，如第4A圖、第4B圖、第4C圖、第4E圖與第4G圖所示，其中第4A圖所示的晶胞為相連的多個晶胞，其餘圖示則繪示彼此分離的多個晶胞。在一些其他實施方式中，金屬超穎介面中的超穎原子單晶胞可以包括X字形晶胞，如第4D圖、第4F圖與第4H圖所示。
具體而言，透過調整超穎原子單晶胞的寬度以及超穎原子單晶胞的排列週期，可以使超穎原子單晶胞形成十字形或X字形。當超穎原子單晶胞具有上述形狀時，金屬超穎介面可針對特定波長(例如波長介於約9微米至約10微米間)具有高吸收度。舉例而言，當超穎原子單晶胞的寬度介於約0.05微米至約0.35微米間，且超穎原子單晶胞的排列週期介於約2微米至約3微米間時，超穎原子單晶胞可以形成如第4A圖所示的十字形晶胞(在一些示例中，第4A圖所示的超穎原子單晶胞亦可稱為窗型晶胞)。值得說明的是，若超穎原子單晶胞的週期小於2微米或大於3微米，金屬超穎介面對紅外線的吸收峰值以及頻寬範圍會發生顯著變化，使得金屬超穎介面的高吸收波段偏離預期的特定波長。
在一些實施方式中，可以將超穎原子單晶胞的寬度與超穎原子單晶胞的排列週期的比值(寬度/週期)定義為占空比(duty cycle)，並以占空比作為調控超穎原子單晶胞形狀的製程條件。具體而言，金屬超穎介面的占空比可以介於1.5%至35%之間，使得金屬超穎介面針對介於約9微米至約10微米間的波長具有高吸收度。例如，當金屬超穎介面的占空比介於1.5%至20%之間時，超穎原子單晶胞可以形成如第4A圖所示的十字形晶胞，使得金屬超穎介面對約9.5微米的波長具有高吸收度。
參考回第3A圖至第3C圖，金屬超穎介面170可具有合適的厚度，從而增加熱輻射感測器10針對特定波長的吸收度。在一些實施方式中，金屬超穎介面170的厚度可介於5奈米至20奈米間，使得金屬超穎介面170對波長介於約9微米至約10微米間的紅外線具有高吸收度。若金屬超穎介面170的厚度小於5奈米，金屬超穎介面170對紅外線的吸收度可能不足以顯著增加溫度感測單元120對紅外線的吸收效率；若金屬超穎介面170的厚度大於20奈米，金屬超穎介面170對紅外線的吸收峰值與頻寬可能會明顯偏離預期的特定吸收波長範圍。
第5圖繪示使用不同示例的溫度感測單元所測得的溫度與紅外線波長的關係圖，其中所使用的溫度感測單元類似於第3A圖至第3C圖所示的溫度感測單元120。第5圖中示出的示例包括比較例與實施例1至實施例4，其中比較例的溫度感測單元未包括金屬超穎介面，實施例1至實施例4的溫度感測單元分別包括厚度為5奈米、10奈米、15奈米和20奈米的金屬超穎介面。
如第5圖所示，若比較各溫度感測單元在不同波長下測得的溫度變化曲線，實施例1至實施例4所測得的溫度峰值高於比較例所測得的溫度峰值，說明包括金屬超穎介面的溫度感測單元對紅外線具有更高的吸收度。若針對波長介於約8微米至約10微米間的紅外線，實施例1至實施例4所測得的溫度明顯高於比較例所測得的溫度，說明包括金屬超穎介面的溫度感測單元對波長介於約8微米至約10微米間的紅外線具有更高的吸收度。此外，在波長介於約8微米至約10微米之間，實施例1至實施例4的溫度曲線下的面積大於比較例的溫度曲線下的面積，說明包括金屬超穎介面的溫度感測單元在波長介於約8微米至約10微米間時具有更大的響應頻寬。
值得說明的是，當金屬超穎介面的厚度逐漸增加時，溫度曲線峰值所對應的波長逐漸變小。舉例而言，如實施例1與實施例4所示，當金屬超穎介面的厚度為5奈米時，溫度曲線峰值所對應的波長可以為約9.5微米；當金屬超穎介面的厚度增加至20奈米時，溫度曲線峰值所對應的波長可以左移至約9微米。因此，從第5圖中的示例可知，金屬超穎介面的厚度可能影響溫度感測單元對紅外線的吸收度與吸收頻寬。
第3A圖至第3C圖所示的金屬超穎介面170可具有合適的材質，從而增加熱輻射感測器10針對特定波長的吸收度。此外，金屬超穎介面170的材料本身可具有低熱容量(heat capacity)，使得金屬超穎介面170在吸收紅外線之後可將大部分的能量傳遞至熱敏阻層140，因此避免金屬超穎介面170影響熱輻射感測器10的精確度。在一些實施方式中，金屬超穎介面170的超穎原子單晶胞可包括鉻，使得金屬超穎介面170對波長介於約8微米至約14微米間的紅外線具有高吸收度。在一些較佳的實施方式中，金屬超穎介面170的超穎原子單晶胞可包括鈦、氮化鈦或上述組合，使得金屬超穎介面170對波長介於約9微米至約10微米間的紅外線具有高吸收度。在一些實施方式中，金屬超穎介面170與電極層160可包括相同的材料，例如金屬超穎介面170與電極層160皆由鈦、氮化鈦、類似者或上述組合所形成。
如前文所述，電極層160的複數個電極均勻分布於第二絕緣層150中，從而降低溫度感測單元120的形變量。另一方面，電極層160的複數個電極可以增加電極層160的表面面積、降低電極層160的接觸電阻。依據本公開的一些實施方式，第6A圖至第6B圖繪示電極層160與電極層160′的俯視示意圖。第6A圖中的電極層160和第6B圖中的電極層160′可應用於第1圖所示的溫度感測單元120中，然而電極層160與電極層160′僅作為示例，其他實施方式中的溫度感測單元120可使用其他形狀或排列方式的電極層。
在一些實施方式中，如第6A圖所示，電極層160可包括第一電極組160a和第二電極組160b。第一電極組160a和第二電極組160b各自包括複數個電極。第一電極組160a中的電極彼此間隔，且第二電極組160b中的電極彼此間隔。第一電極組160a相鄰於第二電極組160b，使得第一電極組160a中的電極與第二電極組160b中的電極有所間隔。在一些示例中，第6A圖所示的電極層160也可稱為柵型(grating)電極層。
在一些實施方式中，如第6B圖所示，電極層160′可包括第一電極組160a′和第二電極組160b′。第一電極組160a′和第二電極組160b′各自包括複數個電極，且第一電極組160a′的電極與第二電極組160b′的電極交錯排列。交錯排列的電極之間倆倆彼此間隔，從而進一步降低電極層160′的接觸電阻。在一些示例中，第6A圖所示的電極層160也可稱為指叉型(interdigitated)電極層。
在第6A圖與第6B圖所繪示的實施方式中，電極層160與電極層160′中的電極的縱軸方向與電流方向一致。然而，在一些其他實施方式中，電極層160與電極層160′的電極縱軸方向可垂直於電流方向。在一些實施方式忠，電極層160與電極層160′中的電極寬度可介於約1微米至約3微米間，且電極之間的間距可介於約1微米至約5微米，使得電極層160與電極層160′具有低接觸電阻。
參考回第1圖，熱輻射感測器10可包括其他支撐元件，使得溫度感測單元120位於反射鏡110上方。在一些實施方式中，熱輻射感測器10的支撐元件可包括支撐柱115和支撐旋臂180。支撐柱115位於基板100上且位於溫度感測單元120與反射鏡110之間。支撐旋臂180連接溫度感測單元120和支撐柱115，使得溫度感測單元120可以藉由支撐旋臂180固定於支撐柱115的一端而與反射鏡110分離。如第1圖所示，支撐旋臂180可以具有L型結構，使得成對的支撐旋臂180圍繞溫度感測單元120。
支撐柱115與支撐旋臂180用以分離反射鏡110和溫度感測單元120，使得溫度感測單元120懸浮於反射鏡110上方而不會直接接觸反射鏡110。因此，在一些示例中，熱輻射感測器10也可稱為懸浮式熱輻射感測器。在一些實施方式中，反射鏡110和溫度感測單元120之間的空隙可以填充具有隔熱功能的空氣，從而避免溫度感測單元120的升溫影響熱輻射感測器10的其他元件。
在一些實施方式中，熱輻射感測器10可包括位於支撐柱115上的導電錨190。導電錨190電性連接至電極層160與熱敏阻層140，使得熱敏阻層140的電流訊號可以通過電極層160與導電錨190傳遞到熱輻射感測器10中的其他元件，例如基板100中的讀取積體電路。
根據本公開的一實施方式，第7A圖至第7G圖繪示製造溫度感測單元的不同中間階段的立體圖與俯視圖，其中所製成的溫度感測單元可應用於熱輻射感測器中。例如，第7A圖至第7G圖所繪示的製程步驟可以用於製造第3A圖至第3C圖所示的熱輻射感測器10的溫度感測單元120。具體而言，製造溫度感測單元的步驟包括形成熱敏阻層於第一絕緣層上、形成第二絕緣層於熱敏阻層上、形成電極層於第二絕緣層中，以及形成金屬超穎介面於第二絕緣層中。在以下敘述中，將進一步說明上述各步驟。值得理解的是，可以在第7A圖至第7G圖所繪示的製程之前、期間或之後增加額外的步驟，並且在其他的實施方式中可以取代、刪減或邏輯性地移動所述的步驟。
參考第7A圖，提供第一絕緣層130。在一些實施方式中，可經由沉積製程將第一絕緣層130的材料沉積在承載基板(未特別繪示)上，並經由圖案化製程將材料層圖案化為溫度感測單元所需的形狀，從而形成第一絕緣層130。在圖案化製程之後，經圖案化的材料層可進一步包括支撐旋臂180，使得第一絕緣層130與支撐旋臂180是一體成形的，因此提供所製成的溫度感測單元與與支撐旋臂180之間穩固的連接。
參考第7B圖，形成熱敏阻層140於第一絕緣層130上，使得熱敏阻層140覆蓋第一絕緣層130。在一些實施方式中，可以經由氣相沉積製程在第一絕緣層130上形成熱敏阻層140，例如物理氣相沉積(physical vapor deposition，PVD)、化學氣相沉積(chemical vapor deposition，CVD)或類似者。在一些實施方式中，熱敏阻層140可形成在第一絕緣層130上，而未形成在支撐旋臂180上，從而將熱敏阻層140集中在溫度感測單元的感測區內。
參考第7C圖，形成第二絕緣層的第一部分152於熱敏阻層140上，使得第一部分152覆蓋熱敏阻層140。在一些實施方式中，可經由類似於第7A圖所述的步驟將第二絕緣層(例如第3B圖所示的第二絕緣層150)的材料沉積在熱敏阻層140上，使得第一部分152的形狀對應下方的熱敏阻層140與第一絕緣層130。在一些實施方式中，第二絕緣層的材料可形成在支撐旋臂180上，使得第一部分152與支撐旋臂180是一體成形的，且在第7C圖所示的步驟之後，第一部分152的上表面與支撐旋臂180的上表面齊平。
參考第7D圖，形成電極層160於第一部分152上，其中電極層160位於熱敏阻層140正上方。第一部分152上的電極層160包括複數個電極，且電極之間具有間隙。因此，第一部分152暴露於電極層160的電極之間。在一些實施方式中，可經由沉積製程將電極層160的材料沉積在第一部分152上，並經由圖案化製程將材料層圖案化為電極層160的多個電極。在一些其他實施方式中，可經由電鍍製程形成電極層160的多個電極。在一些實施方式中，電極層160的延伸部分162可以形成在支撐旋臂180上，使得電極層160可透過延伸部分162電性連接到其他元件。舉例而言，電極層160的延伸部分162可電性連接至熱敏阻層140與熱輻射感測器中的讀取電路元件，從而將熱敏阻層140的電流訊號傳遞至讀取電路元件。
參考第7E圖，形成第二絕緣層的第二部分154於電極層160上，使得第二部分154覆蓋電極層160和第一部分152。在一些實施方式中，可經由類似於第7A圖所述的步驟將第二絕緣層的材料沉積在電極層160上，使得第二部分154的形狀對應下方的第一部分152。在一些實施方式中，第二絕緣層的材料可形成在支撐旋臂180上，使得第二部分154與支撐旋臂180是一體成形的，且在第7E圖所示的步驟之後，第二部分154的上表面與支撐旋臂180的上表面齊平。在電極層160包括延伸部分162的實施方式中，第二部分154可覆蓋並保護支撐旋臂180上的延伸部分162。
參考第7F圖，形成金屬超穎介面170於第二部分154上，其中金屬超穎介面170位於熱敏阻層140與電極層160正上方。金屬超穎介面170包括複數個超穎原子單晶胞，且超穎原子單晶胞未覆蓋整個第二部分154，使得第二部分154暴露於超穎原子單晶胞之間。在一些實施方式中，可經由沉積製程或電鍍製程形成金屬超穎介面170的多個超穎原子單晶胞。在一些實施方式中，形成超穎原子單晶胞的占空比可以介於1.5%至35%之間，使得金屬超穎介面170針對特定波長具有高吸收度。在一些實施方式中，金屬超穎介面170可形成在第二部分154上，而未形成在支撐旋臂180上，從而將金屬超穎介面170集中在溫度感測單元的感測區內。
參考第7G圖，形成第二絕緣層的第三部分156於金屬超穎介面170上，使得第三部分156覆蓋金屬超穎介面170和第二部分154。在一些實施方式中，可經由類似於第7A圖所述的步驟將第二絕緣層的材料沉積在金屬超穎介面170上，使得第三部分156的形狀對應下方的第二部分154。在一些實施方式中，第二絕緣層的材料可形成在支撐旋臂180上，使得第三部分156與支撐旋臂180是一體成形的，且在第7G圖所示的步驟之後，第三部分156的上表面與支撐旋臂180的上表面齊平。
上述的步驟可以在熱敏阻層正上方的絕緣層中直接形成金屬超穎介面，從而簡化溫度感測單元的製程。在一些實施方式中，第二絕緣層的第一部份與熱敏阻層、第二絕緣層的第二部分與電極層，或者第二絕緣層的第三部分與金屬超穎介面可以在同一個製程腔體中形成，或者在形成前一材料層之後可以在真空中將承載基板傳送至形成下一材料層的製程腔體，使得熱敏阻層、電極層或金屬超穎介面免於接觸外界的氧氣而造成材料層的損壞。
根據本公開上述實施方式，本公開的熱輻射感測器的溫度感測單元包括第一絕緣層、第一絕緣層上的熱敏阻層、熱敏阻層上的第二絕緣層，以及第二絕緣層中的電極層與金屬超穎介面。位於熱敏阻層正上方的金屬超穎介面可以增加溫度感測單元對紅外線的吸收效率，使得熱敏阻層更容易吸收特定波長的能量，從而提升溫度感測單元的靈敏度與精確度。此外，電極層中彼此之間具有間隙的複數個電極可以降低溫度感測單元的形變量，且可避免影響熱敏阻層吸收來自電極層上方的紅外線。
前面概述一些實施例的特徵，使得本領域技術人員可更好地理解本公開的觀點。本領域技術人員應該理解，他們可以容易地使用本公開作為設計或修改其他製程和結構的基礎，以實現相同的目的和/或實現與本文介紹之實施例相同的優點。本領域技術人員還應該理解，這樣的等同構造不脫離本公開的精神和範圍，並且在不脫離本公開的精神和範圍的情況下，可以進行各種改變、替換和變更。
10:熱輻射感測器 100:基板 110:反射鏡 115:支撐柱 120:溫度感測單元 130:第一絕緣層 140:熱敏阻層 150:第二絕緣層 152:第一部分 154:第二部分 156:第三部分 160,160′:電極層 160a,160a′:第一電極組 160b,160b′:第二電極組 162:延伸部分 170:金屬超穎介面 180:支撐旋臂 190:導電錨
當結合附圖閱讀時，從以下詳細描述中可以最好地理解本公開的各方面。應注意，根據工業中的標準方法，各種特徵未按比例繪製。實際上，為了清楚地討論，可任意增加或減少各種特徵的尺寸。 第1圖依據本公開的一實施方式繪示熱輻射感測器的立體圖。 第2A圖繪示第1圖中的熱輻射感測器的局部立體圖。 第2B圖繪示第2A圖中的熱輻射感測器的截面圖。 第3A圖繪示第1圖中的熱輻射感測器的局部立體圖。 第3B圖繪示第3A圖中的熱輻射感測器的截面圖。 第3C圖繪示第3A圖中的熱輻射感測器的俯視圖。 第4A圖至第4H圖依據本公開的一些實施方式繪示金屬超穎介面的俯視示意圖。 第5圖依據本公開的一些實施方式繪示溫度感測單元所測得的溫度與紅外線波長的關係圖。 第6A圖至第6B圖依據本公開的一些實施方式繪示電極層的俯視示意圖。 第7A圖至第7G圖依據本公開的一實施方式繪示在製造熱輻射感測器的溫度感測單元的中間階段的立體圖與俯視圖。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
10:熱輻射感測器
100:基板
110:反射鏡
115:支撐柱
120:溫度感測單元
170:金屬超穎介面
180:支撐旋臂
190:導電錨

Claims (10)

  1. 一種熱輻射感測器，包括： 一基板； 一反射鏡，位於該基板上；及 一溫度感測單元，位於該反射鏡上方，其中該溫度感測單元包括： 一第一絕緣層； 一熱敏阻層，位於該第一絕緣層上； 一第二絕緣層，位於該熱敏阻層上； 一電極層，位於該第二絕緣層中且位於該熱敏阻層正上方，其中該電極層包括彼此間隔的複數個電極；及 一金屬超穎介面，位於該第二絕緣層中且位於該電極層正上方，其中該金屬超穎介面落於該熱敏阻層上的投影區域不小於該熱敏阻層。
  2. 如請求項1所述之熱輻射感測器，其中該金屬超穎介面的厚度介於5奈米至20奈米間。
  3. 如請求項1或2任一項所述之熱輻射感測器，其中該金屬超穎介面中的超穎原子單晶胞包括十字形晶胞或X字形晶胞。
  4. 如請求項1或2任一項所述之熱輻射感測器，其中該金屬超穎介面中的超穎原子單晶胞的排列方式是三角晶格或四角晶格。
  5. 如請求項1或2任一項所述之熱輻射感測器，其中該電極層的該些電極包括一第一電極組和一第二電極組，該第一電極組相鄰該第二電極組，且該第一電極組的複數個第一電極與該第二電極組的複數個第二電極有所間隔。
  6. 如請求項1或2任一項所述之熱輻射感測器，其中該電極層的該些電極包括一第一電極組和一第二電極組，該第一電極組的複數個第一電極與該第二電極組的複數個第二電極交錯排列，且該些第一電極與該些第二電極彼此間隔。
  7. 如請求項1或2任一項所述之熱輻射感測器，進一步包括複數個支撐柱位於該基板上，其中該些支撐柱用以分離該反射鏡和該溫度感測單元。
  8. 如請求項7所述之熱輻射感測器，進一步包括複數個支撐旋臂連接該溫度感測單元與該些支撐柱。
  9. 一種製造溫度感測單元的方法，包括： 形成一熱敏阻層於一第一絕緣層上； 形成一第二絕緣層的一第一部分於該熱敏阻層上，其中該第一部分覆蓋該熱敏阻層； 形成一電極層於該第一部分上，其中該電極層位於該熱敏阻層的正上方，該第一部分暴露於該電極層的複數個電極之間； 形成該第二絕緣層的一第二部分於該電極層上，其中該第二部分覆蓋該電極層和該第一部分； 形成一金屬超穎介面於該第二部分上，其中該金屬超穎介面位於該熱敏阻層正上方；及 形成該第二絕緣層的一第三部分於該金屬超穎介面上，其中該第三部分覆蓋該金屬超穎介面和該第二部分。
  10. 如請求項9所述之方法，其中形成該金屬超穎介面包括以介於1.5%至35%間的占空比形成該金屬超穎介面中的複數個超穎原子單晶胞。
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