TW479123B - Thermopile-type infrared sensor and process for producing the same - Google Patents
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Description
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發明說明（1 ··· (2) 〔發明之背景〕 〔發明所屬之技術領域〕 本發明係有關於熱電堆型紅外線感测器及其製造方 法，詳而言之係有關藉改善感測器之熱電對圖案構造嘩长 提高S/Ν(信號/噪聲）比、改善熱電堆型 ' 外線感测器及其 I造時合格率之熱電堆型紅外線感測器之製造方法。 〔習知之技術〕 通常，熱型紅外線感測器之熱平衡式可如下的表示。 C·打…G· n ⑴ " 其中，c係熱容量、5τ係受光部溫度變化、G係受光 部與周圍之熱導、w係受光能量。受光能 exp(jot)變化時，5T係如下述表示。 叫=W。/G(l + 2广2 其中’熱時定數r係如下的表示。 ^ ^ C / G...... (3) 由上述式熱型紅外線感測器之敏感度作大（熱時定數 r作小）時有需要將熱容量C作小，熱傳導G作大。不過， G作大時，對同一受光能量受光部溫度變化5丁變小，感 度會降低。因而，謀求提高熱型紅外線感測器之感度或敏 感度係將G作小、更且有需要將c作小。由這樣的觀點而 a，熱電堆型紅外線感測器之感度及敏感度係將溫接點配 置之感熱部作為由數微米厚度構成之薄膜構造，將其熱容 量C及與基板之熱傳導G作成變小，作成可達成提高其熱 之特性。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
經濟部智慧財產局員工，消費合作社印製 4 479123 A7 B7 ♦ 經濟部智慧財產局員工.消費合作社印製 五、發明說明（2 再者’熱電堆等熱電元件之性能指數已可以次式表 示 z = α2· σ / λ 〇c τη^'2{μ / AL)......(4) 但是’ α :西貝克（溫差電動勢）係數 口：導電率、；I:熱傳導率、 m* :電子或正孔之有效質量、 #:載體之移動度、 λ L :格子熱傳導率 亦即，了解為提高熱電元件之電氣性能係由上式將西 貝克（溫差電動勢）係數α作大，導電率（7作大，而且有需 要將熱傳導率λ作小。因而，作為熱電材料係採用與金屬 相較性能指數ζ大的半導體材料。 一方面，作為熱電材料之η型矽之西貝克（溫差電動勢) 熱電係數α係表示如下。 « = (VF IT + 2k /q)...... (5) 但是’ VF :傳導帶之底與費米能級間之能量差、 T :絕對溫度、k ··波爾茲曼常數 q:電子的電荷 再者’ vF與導電率σ之關係是以如下的表示。 G 二 q · η · μ......(6) 但是，η:載體數、# :載體之移動長度 n ^ Nc /[exp (VF / kT )]…··· (7) 但是，Nc :傳導帶之實效狀態密度 (參考文獻，參照半導體設計、S· M· Sze著） -----·---------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
479123 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（3 因而，導電率σ係如下的表示。 σ = q · Nc · MUxV{VF/kT)·····. (8) 由上式了解為將西貝克（溫差電動勢）係數作大，有所 作大時則載體數減少’ σ變小之互相交換之關係。 再者，單結^之λ由於共有結切原子，雖格子熱傳導 率非常大的支’但多結晶⑪那樣結晶性變差時格子献傳 導率變小。而且有所謂”也變小，σ降低之互相交換關 係。因而’作為熱電材料之性能參數係可舉出不純物密度、 結晶性、熱電元件大小、熱電對數等，有需要施行該等參 數之最合適設計。 作為習知例1係在單結晶矽基板上採用半導體微細加 工技術，積層二氧化矽、氮化矽薄膜，作為熱電材料組合 使用Ρ型多結晶矽一金/鉻或η型多結晶矽一金/鉻，將最後 的基板藉EDP(乙撐二胺焦兒茶酚）各向異性蝕刻設置空洞 部，藉感熱〆作成薄膜架橋構造、謀求高感度化之熱電堆 被記載著。（文獻：參照「一種矽熱電堆為主的紅外線感 測配置用於自動製造」（即，電子裝置，券次；ED_33，編 號；1，頁次：72〜79，年份1986)。 再者，第21圖係在特開平3_191834號公報所宣告謀求 高感度化之熱電堆。該習知例2之熱電堆係在單結晶石夕基 板20設置外延層21 ,在外延層21内藉p型擴散層22形成熱 電對材料，更且隔著絕緣物23形成由其上n型多結晶矽層24 構成之熱電對材料，藉鋁層25與多結晶矽層24連接，開示 由單結晶矽一鋁多結晶矽構成之多層的熱電堆構造。藉熱 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公爱） 6 ---------------------^---------^^^1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 479123 A7 B7 五、發明說明（4 經 濟， 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 電材料多層的構成，增加每單位面積之熱電對數，並高功 率化’圖謀晶片尺寸之小型化。 〔發明欲解決之課題〕 不過’習知之熱電堆有如以下說明之問題。習知例! 之熱電堆係在單結晶石夕基板上積層二氧切、氮化石夕薄 膜，作為熱電材料係使用金/鉻與西貝克（溫差電動勢）係 數大的多結晶矽。不過，金由於熱傳導率高、吸收的熱之 散失很大’受光部之溫度上升比例並不足夠。亦即，有得 不到高的溫度上升值之缺點。 更且，使用p型多結晶矽作為熱電材料。不過，由於p 31夕、、Ό曰曰矽夕數載體之正孔移過度小，電阻率較高。因而， 由於輸出電壓與約翰遜熱噪聲之信號/噪聲比變低，作為 非接觸溫度計之感測器使用時有精確度差之缺點。再者， 熱電材料之多結晶矽層之圖案由於未分布、均一的配置（布 置）於薄膜架橋部全體，在各向異性蝕刻於薄膜時容易彎 曲或裂縫，有所謂合格率降低之問題點。 一方面，習知例2之熱電堆係為解決上述之問題 谋求咼感度化。於熱電材料使用單結晶石夕與多結晶石夕 個作成Ρ型與η型，藉反對起電力之極性謀求高輸出化 過，該熱電堆由於在熱電材料之一方使用在單結晶矽基板 表面擴散之Ρ型擴散層，有需要餘留由其層厚度5微米以 構成之外延層與單結晶矽層。 單結晶矽係藉控制不純物濃度，可將西貝克（溫差 動勢）係數作大，再者熱傳導率也與其他的材料有較高 且 各 不 上 電 之 ^--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .. •線· 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）
五、 發明說明（5) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 特徵。因而，即使厚度薄至10微米程度，由吸收膜構成的 感溫部内之溫接點部與形成於基板上之冷接點部之熱絕緣 也差，平均單位紅外線入射能量的感溫部之溫度上升變 化’結果有所謂輸出電壓變低之問題。 更且’在熱電材料使用p型與η型多結晶矽並在表觀 上，即使增加起電力，如前述ρ型多結晶矽層多數載體之 正孔由於與電子相較移動度小、電阻率很高、與η型矽相 較、輸出電壓與約翰遜熱噪聲之信號/噪聲比低，也與前 例同樣作為非接觸溫度計之感測器使用時也有精確变變低 之缺點。 更且，由於多結晶矽之圖案佈置未配置於薄膜薄部全 體，藉各向異性姓刻時之應力集中容易產生裂縫、有所謂 合格率變低之問題點或不純物未宣告最適合之滚度，有所 明作為熱電堆之信號/噪聲比得不到更高值之問題點。 本發明係鑑於如上述之課題而達成，提供一種可提高 輸出電壓一約輪遜熱噪聲之信號/噪聲比，以平坦強固 4膜構造形成、改善紅外線吸收特性或製造時之合格率 廉價的熱電堆型紅外線感測器及其製造方法作為目的。 〔為解決課題之手段〕 本發明係為解決上述問題點而達成，如申請專利範 第1項之發明係在具有空洞部之單結晶矽基板形成有熱 疋件之熱電堆型紅外線感測器， 其特徵在於： 在覆蓋前述空洞部之第1絕緣膜上、配置自晶片中 的 之 圍 電 心 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ---- ·1111. 本紙張尺度_巾_ (CNS)A4規格⑵〇 χ 297公釐） 479123
近旁放射狀的延伸之複數n型多結晶矽層，藉前述11型多結 晶石夕層與金屬薄膜層之接觸，分別於晶片中心側形成溫接 點部，於其周緣部側形成冷接點部，在前述金屬薄膜層將 鄰接之前述η型多結晶碎層間之溫接點部與冷接點部相互 連結，而在前述第1絕緣膜上至少形成一個直列連結之熱 電元件列。 ^ 再者，申請專利範圍第2項之發明係在具有空洞部之 單結晶矽基板上形成有熱電元件之熱電堆型紅外線感測 器，其特徵在於： 在覆蓋前述空洞部之第〗絕緣膜上，配置自晶片中心 近旁放射狀的延伸之複數η型多結晶矽層，藉前述11型多結 晶矽層與金屬薄膜層之接觸、分別於晶片中心側形成溫接 點部，於其周緣部側形成冷接點部，並在前述金屬薄膜層、 將鄰接之前述η型多結晶矽層間之溫接點部與冷接點部相 互連結，而在前述第1絕緣膜上至少形成一個直•列連結之 熱電元件列，且在前述熱電元件列上透過絕緣膜形成紅外 線吸收膜。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 .線. 两 :: 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 申請專利範圍第1或2項發明係自晶片中心近旁形成放 射狀的熱電堆元件，作成均一的分佈在絕緣膜上，作成熱 應力強的元件，同時在絕緣膜上形成許多元件，藉形成直 列連結之熱電元件列，可改善信號/噪聲比、提高檢出效 率。由於如此在絕緣膜上形成放射狀的熱電元件，由於在 一面可形成許多的熱電元件，而可提高檢出效率。再者， 申請專利範圍第2項之發明由於形成紅外線吸收膜、更加 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 9 479123 經濟部智慧財產局員工.消費合作社印製 A7 五、發明說明（7 ) 提南紅外線之檢出效率。 再者，申冑專利範圍第3項之發明係在具有空洞部之 單結晶石夕基板形成有熱電元件之熱電堆型紅外線感測器， 其特徵在於： 在覆蓋前述空洞部之第丨絕緣膜上、相互咬合地配置 自晶片中心近旁的圓周上與其外側複數之同心圓上位置向 晶片周緣方向放射狀的延伸之複數n型多結晶矽層，並在 覆蓋前述η型多結晶矽層與前述第丨絕緣膜之第2絕緣膜設 置開口部，透過前述開口部藉前述η型多結晶矽層與金屬 薄膜層之接觸，分別於晶片中心側形成溫接點部、於其周 緣部側形成冷接點部，並在前述金屬薄膜層，將鄰接之前 述η型多結晶矽層間之溫接點部與冷接點部相互連結，在 前述第1絕緣膜上形成直列連結之熱電元件列，且在前述 熱電元件列上透過絕緣膜形成紅外線吸收膜。 再者，申請專利範圍第4項之發明係在具有空洞部之 單結晶矽基板形成有熱電元件之熱電堆型紅外線感測器， 其特徵在於包含有： 第1絕緣膜，係設置於前述單結晶矽基板、用以覆蓋 空洞部； η型多結晶矽層，係在前述第1絕緣膜上、自晶片中心 近旁之圓周上與其外側複數之同心圓上位置向晶片周緣方 向放射狀的延伸、複數相互咬合那樣的配置； 第2絕緣膜，係形成於前述η型多結晶矽層與前述第1 絕緣膜上； ‘紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） --------訂·--------: (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 479123
經濟部智慧財產局員工1消費合作社印製 A7 五、發明說明（8 ) 開口部’係為分別形成溫接點部與冷接點部於複數11 型多結晶矽層之晶片中心側與周緣側，而形成於前述第2 絕緣膜者； 金屬薄膜層，係透過前述開口部、與前述η型多結晶 矽層接觸，用以形成前述溫接點部與冷接點部； 熱電元件列、係藉前述金屬薄膜層將前述溫接點部與 _ 冷接點部相互連結而形成； 第3絕緣膜，係形成於前述第2絕緣膜上與前述金屬薄 膜層上； 紅外線吸收膜，係覆蓋前述溫接點部那樣形成於前述 第3絕緣膜上；以及 電極襯塾部，係形成於前述直列連結的熱電元件列之 終端部。 申請專利範圍第3或4項之發明係採用與p型矽的多數 載體之正孔相較在多數載體具有移動度高的電子之^型多 結晶矽層作為熱電材料，藉控制不純物濃度與多結晶矽膜 形成時之成膜溫度控制結晶性，將格子熱傳導率作小、將 西貝克（溫差電動勢）係數α與導電率^·作成最合適，由於 熱電材料以η型多結晶矽層構成，與ρ型相較、成為載體的 電子之移動度較大，由於即使是同樣的西貝克（溫差電動 勢）係數，電阻率也較低，與習知的相較，可謀求提高輸 出電壓一約翰遜熱噪聲之信號/噪聲比。再者，將η型多結 晶矽膜之圖案佈置作為放射狀之條紋圖案配置於薄膜部全 體，更且由於將溫接點部設置於放射狀的條紋圖案之三個 ----------------------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
^123 A7 B7 五、 發明說明（9) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 同心圓上部份之構造’分散、緩和起因於多結晶矽層薄膜 部内之應力，可減少在薄膜部發生之裂縫或彎曲，並可/ 善各向異性蝕刻時之合格率。再者，可降低構成各熱電元 件的多結晶矽層之電阻，同時藉入射紅外線變成薄膜上高 溫度之部份，在中心附近係圓形的分佈，由於有效的抽2 輸出電壓，獲得S/N(信號/噪聲）比優越之紅外線感測器。 再者，申請專利範圍第5項之發明係在具有空洞部之 單結晶矽基板形成有熱電元件熱電堆型紅外線感測器，其 特徵在於： ^ 在覆蓋前述空洞部之第1絕緣膜上，相互咬合地配置 自晶片中心近旁之圓周上的位置向晶片周緣方向放射狀的 延伸之複數η型多結晶矽層，藉前述11型多結晶矽層與金屬 薄膜層之接觸、於晶片中心側形成溫接點部，於其周緣側 形成冷接點部，自前述溫接點部導出之前述金屬薄臈層 延於前述第1絕緣膜上、連結於鄰接之11型多結晶矽層之 述冷接點部、在前述第1絕緣膜上形成直列連結之熱電 件列，且在覆蓋前述熱電元件列之第2絕緣膜上形成紅 線吸收膜。 本發明係藉連結溫接點部與冷接點部之金屬薄臈層形 成於前述第1絕緣膜上，由於不需要前述第2絕緣膜與形成 於前述絕緣膜之開口部，可削減工數。 再者，申請專利範圍第6項之發明係在具有空洞部 .單結晶石夕基板形成有熱電元件之熱電堆型紅外線感測器 其特徵在於： 蔓 元外 之 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} ▼裝--------訂---------- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公复） 12 479123
五、發明說明（10 ) 經濟部智慧財產局員工.消費合作社印製 在覆蓋前述空洞部之第丨絕緣膜上，自晶片中心近旁 之圓周上與其外側之複數同心圓上的位置向晶片周緣方向 放射狀的延伸之複數第以型多結晶矽層相互咬合的配置， y成覆蓋别述第1 n型多結晶石夕層與前述第1絕緣膜之第2絕 緣膜，在前述第2絕緣膜上具有與前述第匕型多結晶矽層 同樣的圖案形狀，對前述第丨η型多結晶矽層之圖案在圓周 方向形成錯開半節距之圖案構成之複數第2η型多結晶矽 層，形成覆蓋前述第2η型多結晶矽層上之第3絕緣膜，在 則述第1與第2η型多結晶矽層上之前述第2與第3絕緣膜設 置開口部，藉透過前述開口部與金屬薄膜之接觸，分別於 前述第1與第2η型多結晶矽層之晶片中心側形成溫接點 一 於其周緣側形成冷接點部’同時將前述溫接點部與鄰 接之η型多結晶矽層之冷接點部在前述金屬薄膜層相互的 連結’形成直列連結之熱電元件列，且在前述熱電元件列 上透過絕緣膜形成紅外線吸收膜。 本發明係藉與一層構造時同數的η型多結晶石夕層之圖 案佈置作成兩層構造，由於可擴寬!!型多結晶矽層之面積， 可降低多結晶矽層之電阻，其結果可提高信號/噪聲比。 再者，申請專利範圍第7項之發明係在申請專利範圍 第卜2、3、4、5或6項中任一項之熱電堆型紅外線感測器， 其中， 刖述早結晶石夕基板之面方位係（10 0)面，本發明由於 單結晶矽基板之面方位係（100)面，藉各向異性姓刻可有 效的形成空洞部。 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 13 III — I I I I I — — — — — — II ^ ·11111111 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 479123 A7
五、發明說明（11 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 再者，申請專利範圍第8項之發明係在申請專利範圍 第卜2、3、4、5或6項中任-項之熱電堆型紅外線感測器， 其中， 自晶片中心放射狀的配置之前述n型多結晶矽層係向 晶片周緣方向伸展之扇形圖案之組合，本發明為有效的使 用薄膜部之面積，由於在圓形平面取得相互咬合的η型多 結晶矽膜之圖案幅度較寬闊，可降低溫接點部與冷接點部 間的η型多結晶矽膜之電阻。因而，可提高熱電堆元件之 輸出電壓一約翰遜熱噪聲（信號/噪聲）比。再者，由於在 薄膜之全面形成η型多結晶矽膜，可作為應力等堅強之構 造。 再者，申請專利範圍第9項之發明係在申請專利範圍 第卜2、3、4、5或6項中任一項之熱電堆型紅外線感測器， 其中 前述溫接點部係配置於自晶片中心半徑Γ1〜r3之同心 圓上，且係rl<r2<r3之關係。 本發明係藉熱電元件之溫接點部配置於同心圓，可降 低構成各熱電元件的多結晶矽層之電阻，同時因入射紅外 線變成薄膜上之高溫度部份，由於在中心部附近係圓形的 分佈，可有效的抽出輸出電壓，可獲得信號/噪聲比優越 之紅外線感測器。 再者，申請專利範圍第10項之發明，係在申請專利範 圍第1、2、3、4、5或6項中任一項之熱電堆型紅外線感測 器，其中， (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) >裝---- ·111111. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 14 479123 •經濟部智慧財產局員工.消費合作社印制π A7 _____Β7____ 五、發明說明（I2 ) 設置於前述熱電元件列上之紅外線吸收膜係自蝴石夕g曼 系玻璃、聚醯亞胺系樹脂、乙烯基系樹脂或丙烯基系樹脂 之一種構成。 本發明係譬如由硼矽酸系玻璃構成之玻璃絕緣膜鍛 燒、熔化一次、可憾少氣孔，而且由於係硼矽酸系玻璃， 可擴大吸收紅外線之波長領域。再者，樹脂的情形，藉添 加顏料或碳粉末，由於可擴大紅外線吸收率或吸收之波長 域’可提高紅外線感測器之感度。 再者’申請專利範圍第11項之發明係在申請專利範圍 第1、2、3、4、5或6項中任一項之熱電堆型紅外線感測器， 其中， 覆蓋前述熱電元件列之絕緣膜係磷矽酸鹽玻璃與氮化 石夕之兩層絕緣膜，本發明可緩和薄膜部之應力。 再者，申請專利範圍第12項之發明係在申請專利範圍 第卜2、3、4、5或6項中任一項之熱電堆型紅外線感測器， 其中， 月’J述第1絕緣膜係由二氧化矽與氮化矽之兩層，或氮 化矽隔二氧化矽之三層構所構成，本發明係適宜的組合二 氧化矽與氮化矽、緩和薄膜部之應力，同時可作為空洞部 形成時之蝕刻停止層使用。 再者，申請專利範圍第13項之發明係在申請專利範圍 第1、2、3、4、5或6項中任一項之熱電堆型紅外線感測器， 其中， 前述η型多結晶矽層之周緣部除了形成溫接點部、冷 -------------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
4/^123 A7 五、發明說明（13 ) ' - 接點部外之部份，係形成階梯狀。 $月係藉η型多結晶矽膜之圖案邊緣形狀作成階 狀解决步進補償之問題，變成可將多結晶石夕膜 接觸的金屬薄膜層之膜厚作薄。由於藉它可降低金屬薄: 層之壓力、平坦的薄膜之製造變為容易，可提高合格率。 再者，申請專利範圍第14項之發明係在申請專利範圍 第卜2、3、4、5或6項中任—項之熱電堆型紅外線感測器， 其中， 刚述η型多結晶矽層之周緣斷面係錐形狀。 本發明係藉η型多結晶矽層之圖案邊緣形狀作成錐形 狀，可解決步進補償之問題結果，連結溫接點部與冷接點 4間的金屬肖膜層沒有斷線、同時由於金屬薄膜層之膜厚 可更薄，可降低因金屬薄膜層產生之應力，變成容易製造 平坦的薄膜部並提高合格率。 再者，申請專利範圍第15項之發明係在申請專利範圍 第卜2、3、4、5或6項中任一項之熱電堆型紅外線感測器， 其中， 月’J述η型多結晶矽層之電阻率係ι〜1〇兆歐·公分。 本發明係藉η型多結晶矽膜之電阻率在1〜1〇兆歐·公 分之範圍，變成可將西貝克係數與電氣電阻值之互相交換 關係作成最合適。亦即，η型多結晶矽層之電阻率比丨兆歐· 公分小時，西貝克係數變小，就不能獲得成為實用之輸出 電壓，10兆歐·公分以上時，雖西貝克係數變大但西貝克 係數之溫度係數與約翰遜熱噪聲也變大，有信號/噪聲比 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂--------- 經濟部智慧財產局員工.消費合作社印製 16 ^123 ^123 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（Μ) 降低之缺點’故η型多結晶石夕膜之電阻率在1〜ι〇兆歐·公 分之範圍較佳。 再者，申請專利範圍第16項之發明係在申請專利範圍 第卜2、3、4、5或6項中任一項之熱電堆型紅外線感測器， 其中， 覆蓋前述熱電元件列之絕緣膜係至少含有二氧化矽、 氮化矽、氮矽酸、磷矽酸鹽玻璃、三氧化二鋁、Sial〇n(一 種陶瓷）中之一種。 本發明係藉適宜組合使用成膜之二氧化矽、氮化矽或 氮矽酸作為純化膜，可製作氣密度高、且緩和加於薄膜部 之應力、平坦的薄膜部。更且，至少使用磷矽酸鹽玻璃、 三氧化二鋁、Sailon(—種陶瓷）中之一種，更且由於形成 硼矽酸系玻璃、可緩和加於薄膜部之應力。 再者，申請專利範圍第17項之發明係在申請專利範圍 第1、2、3、4、5或6項中任一項之由過濾材構成之窗材， 前述窗材係四角形或六角形，前述開口部之形狀與前述窗 材之形狀一致，且形成在前述開口部之各隅角部形成之凹 部，藉前述凹部以定位保存前述窗材。 申請專利範圍第19、20項之發明係在設置於捲裝之蓋 的開口部將窗材之形狀使其—致，將窗材嵌插於開口部而 固疋的，在窗材之隅角部嵌插之開口部形成彎曲之缺口 W，作成隅角部嵌入缺口部内、將間隙儘可能的作小。再 者申明專利範圍第20項之發明係在開口部之四隅形成突 出外側之凹部，將窗材嵌入開口部，且將窗材之四隅接 本紙張尺度適_ A4規格⑵Q χ挪公^
------------i, (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 線· 479123 經濟部智慧財產局員工，消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明（I5 ) 於凹部之底面，由於粘附窗材與蓋，可將蓋強固的固定於 窗材。再者’由於窗材與蓋之厚度方向可正確的對位，可 將窗材與蓋表面作成。 再者，申請專利範圍第21項之發明係在熱電堆型紅外 線感測器之製造方法， 包含下列步驟，即： 第1步驟，係在單結晶矽基板之兩面藉熱氧化、化學 氣相澱積或濺射形成第1絕緣膜； 第2步驟，係在前述第丨絕緣膜表面上藉化學氣相澱積 或賤射將多結晶矽層成膜； 第3步驟，係在前述多結晶矽層藉擴散不純物、形成 電阻率1〜10兆歐·公分範圍之η型多結晶矽層； 第4步驟，係臨摹前述η型多結晶矽層，形成自晶片中 心半徑rl之位置作為起點、自形成於外側半徑r2間放射狀 之扇形圖案條紋狀的延伸到前述基板上之圖案、還有自晶 片中心半徑Γ2之位置作為起點向外周方向放射狀條紋狀的 延伸到前述基板上之圖案與最離開半徑^之位置作為起點 朝向外周方向條紋狀的延伸到前述基板上之圖案構成之第 1圖案； 第5步驟，係在以前述第1圖案形成的複數之^型多結 晶矽層及第1絕緣膜上，藉化學氣相澱積、玻璃塗布或濺 射形成第2絕緣膜； 第6步驟，係在相對於溫接點部及冷接點部各部份之 前述第2絕緣膜設置開口部； (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------^---------*
A7 五、 發明說明（l6 Ο 經 濟- 部 智 慧 財 產 局 員 工 ’消 費 合 作 社 印 製 第乂驟係、於則述第6步驟之後，藉滅射或蒸鑛將金 屬薄膜層成膜；以及 第8步驟’係臨摹前述金屬薄膜層，將前述η型多結晶 石夕層與前述金屬薄膜層在前述開口部電阻接觸，直列連結 由溫接點部與冷接點部構成之各熱電元件，形成熱電元件 列；並包含有： 在則述金屬薄膜層與前述第2絕緣膜上形成第3絕緣 、 在曰曰片中央部形成紅外線吸收膜，最後步驟其中， ，述單結晶矽基板裡面之前述第i絕緣膜設置開口部， 〜d在刖述基板之裡面形成空洞部，自裡面露出前述第 1絕緣獏之步驟。 再者，申請專利範圍第22項之發明係熱電堆型紅外線 感測器之製造方法， 包含下列步驟，即 ^第1步驟，係將單結晶矽基板之兩面藉熱氧化、化學 氣相澱積或濺射形成第1絕緣膜； 第2步驟，係在前述第丨絕緣膜上藉化學氣相澱積或濺 射將多結晶石夕層成膜； 第3步驟，係在前述多結晶矽層藉擴散不純物形成 阻率在1〜10兆歐·公分範圍之η型多結晶矽層； 第4步驟，係在前述η型多結晶矽層，臨摹自晶片中〜 半拴Γΐ之位置作為起點、自形成於外側半徑r2間放射狀的 扇形圖案條紋狀延伸到前述基板之圖案、更且自晶片中心 電 心 -------------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
19 479123 A7 五、發明說明（Π ) U之位置作為起點自外周方向放射狀條紋狀的延伸到 刚述基板上之圖案與最離開的半卵之位置作為起點朝向 外周方向條紋狀延伸到前述基板上之圖案，姓刻前述η型 多結晶矽層之一部份並作成台面狀； 4夕第5步驟，係藉臨摹與以前述第4步驟形成的台面狀^ 型多結晶矽層相似、更大的圖案，留下並蝕刻前述台面狀 η型多結晶石夕層周緣部之㈣多結晶石夕層，形成附帶錐形的 階梯狀η型多結晶矽層； 第6步驟，係在前述第5步驟之後的前述階梯狀η型多 釔曰曰矽層上形成第2絕緣膜，在相對於溫接點部及冷接點 部各部份之前述第2絕緣膜設置開口部； 第7步驟，係在前述第6步驟之後，藉濺射或蒸鍍將金 屬薄膜層成膜；以及 第8步驟，係臨摹前述金屬薄膜層，將前述階梯狀^型 多結晶石夕層與前述金屬、薄膜層纟前述開口部電阻接觸，直 列連結自 >益接點部與冷接點部冑成之各熱電元彳，形成熱 電元件列； 並包含有·· 第9步驟，係在前述第2絕緣膜與前述金屬薄膜層上形 成第3絕緣膜，在前述第3絕緣膜上形成紅外線吸收膜；以 及 第10步驟，係在前述單結晶矽基板之裡面形成空洞 部’自裡面露出前述第1絕緣膜。 再者，申請專利範圍第23項之發明係熱電堆型紅外線 本紙張尺度適用中國國豕標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ▼裳--------訂---------. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 20
479123 五、發明說明（is) 感測器之製造方法，包含下列步驟，即： 第1步驟’係在單結晶矽基板之兩面形成第1絕緣膜； 第2步驟，係在前述第丨絕緣膜上藉化學氣相澱積或濺 射將第1多結晶矽層成膜； 第3步驟’係由自晶片中心半徑r 1之位置作為起點， 自形成於外側半徑r2間的放射狀扇狀圖案條紋狀延伸到前 述基板上之圖案，自晶片中心半徑r2之位置作為起點向外 周方向放射狀條紋狀的延伸到前述基板上之圖案及最離開 的半徑r 3之位置作為起點朝向外周方向條紋狀延伸到前述 基板上之圖案所構成之第丨圖案那樣，臨摹前述第丨多結晶 夕層之後，堆積第2多結晶石夕層、擴散不純物、藉電阻率 在1〜10兆歐·公分範圍之前述第丨圖案形成第“型多結晶 矽層與第2n型多結晶矽層； 第4步驟，係前述第3步驟之後，將前述第以型多結晶 矽層藉臨摹以與前述第丨圖案相似、更大的第2圖案，藉前 述第2圖案將n型多結晶矽層之周緣形成附帶錐形狀之階梯 狀； 第5步驟，係前述第4步驟之後，藉前述第2圖案在^^型 多結晶矽層上形成第2絕緣膜，在相對於溫接點部與冷接 點部在各部份之前述第2絕緣膜設置開口部； 第6步驟，係前述第5步驟之後，藉濺射或蒸鍍將金屬 薄膜層成膜；以及 第7步驟，係臨摹前述金屬薄膜層，將前述n型多結晶 石夕層與前述金屬薄膜層在前述開口部電阻接觸，連結溫 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4 &格（210 χ 297公釐） 1~21---- ^--------^---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -經^部智慧財產局員工.消費合作社印製 479123 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（l9 點部與冷接點部，形成直列連結之熱電元件列； 並包含有： 第8步驟，係在前述第2絕緣膜與前述金屬薄膜層上形 成第3絕緣膜之後，在前述第3絕緣膜上形成紅外線吸收 膜；以及 第9步驟，係在前述單結晶矽基板之裡面形成空洞部， 自裡面露出前述第1絕緣膜。 再者申明專利範圍第24項之發明係熱電堆型紅外線 感測器之製造方法， 包含下列步驟，即： 七第1步驟，係在單結晶矽基板之兩面、藉熱氧化、化 學氣相澱積或濺射形成第1絕緣膜； 第2步驟，係在前述第〖絕緣膜表面上藉化學氣相澱積 或錢射將第1多結晶矽層成膜； 、第3步驟，係在前述第丨多結晶矽層藉擴散不純物、形 成電阻在1〜10兆歐·公分範圍之第In型多結晶矽層； 第4步驟，係臨摹前述第“型多結晶矽層，形成由晶 片中^半控：r 1之位置作為起點、自形成於外側半徑間放 射狀的扇形圖案條紋狀的延伸到前述基板上之圖案、更且 曰片中〜半徑r2之位置作為起點向外周方向放射狀條紋 狀的延伸到前述基板上之圖案與最離開的半徑r3之位置作 為起點朝向外周方向條紋狀的延伸到前述基板上之圖案構 成之第1圖案； 第5步驟，係在前述第丨圖案形成之複數η型多結晶矽 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ^--------^---------.
本纸張尺度剌巾關家標準（CNS)A伐格⑵G χ 297公爱） 經„濟部智慧財產局員工.消費合作社印製 A7 發明說明（2〇 層及第1絕緣膜上藉化學氣相澱積、玻璃塗布或濺射形成 第2絕緣膜； 第6步驟，係在前述第5步驟之後，堆積前述第2多結 夕層在則述第2多結晶石夕層藉擴散不純物、摻雜並形 成電阻率在1〜10兆歐·公分範圍之第2η型多結晶矽層； 第7步驟，係前述摻雜步驟之後，形成由相對於前述 第1η型多結晶矽層之第i圖案，在圓周方向錯開半節距所 構成的前述第2n型多結晶矽層之第2圖案； 第8步驟，係在圖案化之前述第1與第2η型多結晶矽層 上形成第3絕緣膜，在相對於溫接點部及冷接點部各部份 之則述第2或第3絕緣膜設置開口部； 第9步驟，係在前述第3絕緣膜上形成金屬薄膜層並臨 摹，藉在前述開口部前述第i、第2η型多結晶矽層與前述 金屬薄膜層之接觸形成之前述溫接點部與冷接點部連結形 成熱電元件列； 第10步驟，係在前述第3絕緣膜與前述金屬薄膜層上 形成第4絕緣膜，在前述第4絕緣膜上形成紅外線吸收膜； 以及 、， ★ π步驟，係在前述單結晶矽基板之裡面形成空洞 部’自裡面露出前述第1絕緣膜。 再者，申請專利範圍第25項之發明係熱電堆型紅外線 感測器之製造方法， 包含下列步驟，即： 第1步驟，係在面方位（100)之單結晶矽基板之兩面， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 23 ----.-----------------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 五、發明說明（2i ) 藉熱氧化、化學氣相搬積或減射形成第鴻緣膜； …第2步驟’係在前述第1絕緣膜表面上藉化學氣相澱積 或濺射將第1多結晶矽層成膜； 第3步驟，係在前述多結晶石夕層藉擴散不純物形成電 阻率在1〜U)兆歐·公分範圍之_多結晶矽層； 第4步驟，係臨摹前述n型多結晶石夕層，形成自晶片中 心半徑以位置料起點，自形成於外側半如間放射狀 的扇型圖案條紋狀的延伸到前述基板上之圖案、更且自晶 中半kr2之位置作為起點、向外周方向放射狀的條紋 狀的延伸到前述基板上之圖案與最離開的半徑^之位置作 案I 朝肖外周方向條紋狀的延伸到前述基板上之圖 第5步驟，係在前述第i絕緣膜及前述打型多結晶石夕層 上將金屬薄臈層成膜； •夕第6步驟，係臨摹前述金屬薄膜層，將圖案化之前述η 3L夕結晶石夕層之前述溫接點部與冷接點部藉與前述金屬薄 膜層之接觸而形成，同時藉前述金屬薄膜層將前述溫接點 4與冷接點部相互連結而形成熱電元件列； 第7步驟，係在前述第i絕緣膜、前述金屬薄膜層盥前 述^案化之η型多結晶石夕層上形成絕緣膜，在該絕緣膜上 之曰曰片中央部形成紅外線吸收膜；以及 第8步驟，係蝕刻前述基板以形成空洞部，自裡面露 出前述第1絕緣膜。 再者，申請專利範圍第26項之發明係在申請專利範圍 479123 經，濟部智慧財產局員工.消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（22 ) 第21、22、23、24或25項中任一項之熱電堆型紅外線感測 器之製造方法，其中 形成於前述熱電元件列上之紅外線吸收膜係由硼石夕酸 系玻璃、聚醯亞胺系樹脂、乙稀基系樹脂或丙埽基系樹脂 中之一種所構成。 再者’申請專利範圍第27項之發明係在申請專利範圍 第21、22、23、24或25項中任一項之熱電堆型紅外線感測 器之製造方法，其中， 其係經加熱步驟而將前述紅外線吸收膜之表面作成具 有凹凸條紋狀圖案。 本發明由於紅外線吸收膜形成凹凸，可提高紅外線之 吸收率。 再者’申請專利範圍第28項之發明係在申請專利範圍 第27項熱電堆型紅外線感測器之製造方法，其中 前述紅外線吸收膜之膜厚係丨〜15微米，而前述紅外 線吸收膜之表面則形成有1〜10微米之凹凸。 本發明由於紅外線吸收膜之膜厚在15微米以上時則降 低吸收效率，故1〜15微米之範圍較為理想，由於凹凸之 尺寸作成10微米以上時，可提高反射率、降低吸收率，藉 作成1〜10微米之範圍’可提高吸收效率。 在上述製造方法其中，藉減壓化學氣相殿積將多結晶 矽層成膜時之溫度作為攝氏600度〜700度，進行矽之結晶 化並多結晶化，則載體移動度變高、多結晶矽膜之電阻率 降低，將西貝克（溫差電動勢）熱電係數作高，則可提高輸 本纸張尺度適用中關家標準（CNS)A4 £格（21Q χ 297公爱） 25
--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · -_線· 479123 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明（23) 出電壓一約翰遜熱噪聲（信號/噪聲）比之一種熱電堆型紅 外線感測器之製造方法。 本發明係藉熱電元件之溫接點部配置於同心圓、可降 低構成各熱電元件的η型多結晶矽層之電阻，同時藉入射 紅外線薄膜上變成高溫度部份由於左中心部附近係圓形的 分布，可有效的抽出輸出電壓，可獲得信號/噪聲比優越 之紅外線感測器，同時η型多結晶矽層之布置藉自前述空 洞部中心部配置溫接點於半徑r 1 < Γ2 < r3的同心圓之各圓 周上，則構成因多結晶矽層在薄膜内發生之應力並不會其 中。 此外，本發明之熱電堆型紅外線感測器係依使用形 態、有將熱電堆元（晶片）按裝於基板使用的情形或將晶片 封裝使用的情形，本發明之熱電堆型紅外線感測器作為該 封裝，則使用熱傳導率高的金屬盒或由三氧化二鋁或氮化 鋁構成之陶瓷壓電元件，藉該晶片以陶瓷壓電元件封入， 對周圍溫度之變化追從性變佳，在封裝内不會發生溫度 差，變成可咼精確度的施行冷接點部之溫度補償。 〔發明之實施形態〕 以下，就有關於本發明熱電堆型紅外線感測器及其製 造方法，參照表示其實施形態之圖式予以說明。此外，本 發明係參照實施形態1到4說明之。 (實施形態1) 關於本發明之實施形態丨，參照第！圖〜第6圖予以說 明。第1圖係表示有關於實施形態丨熱電堆型紅外線感測器 本纸張尺度適”國國家標準（CNS)A4規格⑵◦ χ 297公爱巧_________ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ▼裝---------訂---------\ 479123 A7
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五、發明說明（24 ) 之熱電堆元件（晶片）一部份缺口斜視圖，第2圖係為說明 熱電堆型紅外線感測器之各熱電元件之連結之說明圖。第 3(a)圖係第1圖的多結晶矽層之平面圖，絕緣膜、純化膜 及樹脂吸收膜等之圖示係省略的，第3(b)圖係形成絕緣膜 時之第3(a)圖X-X斷面圖。第4圖表示本實施形態熱電堆型 紅外線感測器之概要的部份平面圖，第5圖係形成絕緣膜 時之在第4圖所示部份斷面圖。第6(a)、（b)圖係在熱電堆 元件形成純化膜或紅外線吸收膜之模式斷面圖。 第1圖其中，在單結晶矽基板1形成空洞部13，如覆蓋 空洞部13，形成絕緣臈2a並形成薄膜部14。覆蓋空洞部13 之絕緣膜2a上係形成放射狀的n型多結晶矽層，在該等n型 多結晶矽層與鋁等金屬薄膜層之接觸部形成溫熱點部與冷 接點部。由於在金屬薄膜層，將鄰接之η型多結晶矽層間 之溫接點部與冷接點部相互連結，直列連結之熱電元件列 即形成於絕緣膜2a上。溫接點部係形成於空洞部13上之絕 緣膜2a上，冷接點部係形成於單結晶矽基板丨上之絕緣膜“ 上。熱電70件列之引出線係連結形成於外周部之電極襯墊 部12。如此覆蓋基板i之空洞部13那樣，形成薄膜架橋狀 的絕緣膜2a，其上面藉熱電元件列形成感熱部。更且，將 如後述如覆蓋感熱部形成純化膜與紅外線吸收膜等。 首先，為容易瞭解本實施形態、參照第2圖就各熱電 元件之連結予以說明。如第2圖所示，在絕緣膜上形成島 狀的η型多結晶石夕層3ι〜33〇η型多結晶石夕私之溫接點部 Ta係藉金屬薄膜層7知型多結晶石夕私之冷接點部几連 297公釐） 裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺錢財國國家標準（C'NS)A4規格（2：^ 27 479123 經濟部智慧財產局員工.消費合作社印製 A7 ---------- B7_ — 五、發明說明（25 ) 結’且η型多結晶矽層％之溫接點部Ta係在金屬薄膜層連 接於η型多結晶矽層3S之冷接點部Tb。如此η型多結晶矽層 之溫接點部Ta係藉金屬薄膜層7、連結於鄰接之η型多結晶 石夕層之冷接點部Tb，熱電元件係在金屬薄膜層7直列連結 並形成熱電元件列，該等之最終端係如第1圖所示，連結 於電極襯塾部12。 接著’參照第3(a)圖說明時，本實施形態熱電堆型紅 外線感測器之圖案，n型多結晶矽層3 i〜33與配線圖案之 金屬薄膜層71〜73係放射狀的形成，形成熱電元件列。譬 如、接點部Ta四個係形成於晶片中心近旁的圓周上，36個 形成於其外側同心圓之圓周上，更且40個形成於其外側同 〜圓之圓周上’更且4〇個形成於其外側同心圓之圓周上。 該等熱元件之冷接點部几係與形成於基板絕緣膜上之晶 片周緣的溫接點部形成同數8〇個。如此熱電元件放射狀的 形成於晶片中心。 熱電堆型紅外線感測器之圖案係組合島狀的η型多結 晶石夕層3i〜之各種圖案所構成，η型多結晶矽層3l係晶 片中心側主要的扇形圖案與自該扇型圖案與自該扇型圖案 向晶片周緣方向延伸之條紋狀部所構成。η型多結晶矽層3ι 的條紋狀部所構成。n型多結晶矽層3!的條紋狀部之圖案 形狀係釣型之n型多結晶矽層，除去與其他圖案之咬合部 份以外’晶片周緣部之寬度係擴展形狀。在該η型多結晶 石夕層3 i之缺口位置係咬合那樣的配置條紋狀的鉤型之η型 多結晶矽層32，在η型多結晶矽層3!、32之缺口部係咬合 本紙張尺度適用中國國冢標準（CNS)A4規格（21G X 297公爱） 28 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
---------------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖示第4圖之A-A、B-B、C-C、D-D斷面圖，該圖係形成 絕緣膜。第6(a)、（b)圖係為說明本實施形態熱電堆型紅外 線感測器熱電元件之膜構成之模式斷面圖。 本貫施形態之熱電堆型紅外線感測器係如第4圖、第5 圖所示，η型多結晶矽層3!〜33之溫接點部Ta分別形成於 自晶片中心c半徑rl到半徑r2間之扇形圖案3a與自該扇形 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 29 A7 A7 經濟部智慧財產局員工.消費合作社印製 ' --—------ 五、發明說明（27 ) 圖案3a延伸到近外緣部條紋狀之鉤型圖案3b構成，鈞型圖 案3b係自半徑r2到半徑r3與自半徑r3向外周部有些變成寬 度擴展的扇狀。彌補η型多結晶碎層3 i之缺口部那樣，幵; 成η型多結晶矽層32，η型多結晶矽層之圖案係由自半徑 r2向外周方向延伸到接近基板外緣部之鉤型圖案3b，構成 之條紋狀圖案。彌補釣型圖案3 b、3 b ’之缺口部那樣，配 置η型多結晶矽層33之圖案，η型多結晶矽層33之圖案係由 自半徑r3向外周方向延伸條紋狀圖案3c構成。此外，半徑 rl〜r3係rl<r2<r3之關係。此外，半徑rl係接近中心c之 位置。再者，在晶片中心c留下圓形之多結晶矽層也可。 η型多結晶矽層3!〜33係覆蓋絕緣膜4，η型多結晶石夕 層的扇形圖案3a頂端部之絕緣膜4係如第5(a)圖所示形成 接觸孔（開口部）15a，η型多結晶矽層32、33頂端部之絕緣 膜也如第5(b)、（c)圖所示，分別形成開口部15b、15c。由 於在該等開口部15a〜15c金屬薄膜層7電阻接觸，形成溫 接點部Ta。η型多結晶矽層3l〜h之他端係如第5(d)圖所 示，在絕緣膜4形成開口部15d ,由於金屬薄膜層7與自開 口部15d露出之n型多結晶矽層電阻接觸，形成冷接點部 Tb。如此，η型多結晶矽層3l〜33係在其晶片中心側形成 溫接點部Ta，在他端形成冷接點部Tb。 如此’本實施形態之熱電堆型紅外線感測器係以一層 之η型多結晶矽層構成’在形成於單結晶矽基板1表面之絕 緣膜2a上係條紋狀、多數放射狀的形成η型多結晶矽層3。 而且在形成於絕緣膜2 a及η型多結晶碎層3上之絕緣膜4 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 30 -----·----------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
I I I 11111111 經·濟部智慧財產局員工.消費合作社印製 479123 A7 _ B7 五、發明說明（28) 形成開口部15a〜15d，在絕緣膜4上將鋁等之金屬薄膜層 成膜之後’臨摹並將溫接點部與冷接點部相互連結形成金 屬薄膜層7。 ； 上述實施形態之各熱電元件直列連結之熱電元件列上 係如第6(a)圖所示，形成氮化矽之絕緣膜8，覆蓋其感熱 部中央之溫接點部Ta那樣，形成二氧化矽（絕緣膜）1 〇被覆 之硼矽酸系玻璃層9。再者，如第6(b)圖所示，覆蓋感熱 > 部中央之溫接點部Ta那樣，形成藉PSG(罐矽酸鹽玻璃）層 一與氮化矽之絕緣膜8，更且為使紅外線之吸收良好，覆 蓋薄膜中央部（感熱部）那樣形成樹脂吸收膜16。如此藉形 成玻璃層或樹脂吸收膜，可提高作為感測器之紅外線吸收 特性。絕緣膜8係在氮化矽以外，至少含有二氧化石夕、 PSG(磷矽酸鹽玻璃）、三氧化二鋁、sial〇n(—種陶究）中之 一種。 此外，第6(a)圖之絕緣膜10係為自蝕刻步驟中保護硼 石夕酸系玻璃層9而形成。該棚石夕酸系玻璃層9與絕緣膜1 〇係 姓刻除去並留下薄膜中央部、玻璃層9與絕緣膜1〇係具有 作為紅外線吸收膜之機能。一方面，第6(b)圖之樹脂吸收 膜16係使用聚醯亞胺系樹脂、乙烯基系樹脂、苯酚系樹脂、 環氧基系樹脂、丙烯基系樹脂及合成橡膠等。再者，在基 板1之裡面係形成絕緣膜2b，將絕緣膜2b藉餘刻開口，藉 自裡面藉驗性蝕刻等之蝕刻液各向異性蝕刻，形成空洞部 13。此外，第1圖所示之電極襯墊部12係蝕刻開口絕緣膜8 之一部份，臨摹形成金屬薄膜11、12。金屬薄膜層u、12 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 31 ----,---------裳--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ^/^123 ^/^123 A7 B7
經濟部智慧財產局員工.消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 接著，就實施形態1熱電堆型紅外線感測器之製造方 法的一實施形態，參照第1圖〜第6圖予以說明。 ① 基板1係面方位（100)，其厚度係由400微米程度之 半導體單結晶石夕基板構成，以攝氏900〜11 〇〇度程度之溫 度熱氧化’在基板1之兩面形成由厚度〇1〜1微米之二氧 化矽（Si〇2)構成之絕緣膜2a、2b。此外，絕緣膜2a係二氧 化矽之一層、二氧化矽+氮化矽之兩層、或二氧化矽+氮 化矽+二氧化矽+氮化矽+二氧化矽之三層構造之任一種 也可。 ② 該絕緣膜2a上係藉LP-CVD低壓一化學氣相澱積法 或濺射法形成膜厚〇」〜2微米之無膠漿多結晶矽層，更且 在該矽膜以三氣化磷酸作為不純物源，以攝氏8〇〇〜115〇 度之溫度摻雜磷。將形成於摻雜後表面之磷矽酸鹽玻璃 (PSG)藉緩衝氫氟酸蝕刻。該多結晶矽層變成電阻率 兆歐·公分之η型多結晶矽層。 ③ 在η型多結晶矽層3上形成膜厚丨〜4微米之光致抗蝕 劑。該抗蝕劑作為掩膜，如第4圖所示，形成由自晶片中 心放射狀的條紋狀之多結晶矽層構成之圖案。該條紋狀圖 案係由自晶片中心作為起點自半徑rl向其外周方向半徑r2 間之扇狀圖案3a與自扇狀圖案3a延伸到接近基板外緣部的 圖案3b之條紋狀圖案所形成。更且，形成由自半徑以向晶 片外周方向延伸到接近前述基板之外緣部之釣型圖案3b， 32
(請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 · 479123 A7 B7 ♦ 經'濟部智慧財產局員工.消費合作社印製 五、發明說明（30) 與自半徑1*3向外周方向延伸到接近前述基板之外緣部的條 紋狀圖案3c構成之圖案。 該η型多結晶矽之各圖案係將_多結晶矽層使用反應 性離子蝕刻（RIE)等臨摹，η型多結晶矽層3ι〜33係島狀， 在相互咬合之配置形成。此外，藉離子蝕刻作為η型多結 晶矽膜之蝕刻氣體，譬如六氟化硫較佳，藉設定矽膜之蝕 刻氣體，譬如六敦化硫較佳，藉設定適當的條件，蝕刻過 之η型多結晶矽層3ι〜33之邊緣形狀變成錐形狀。藉將各η 型多結晶矽層之邊緣形狀作成錐形狀，可改善形成於矽層 上之上層膜之步進補償之問題（配線之斷線等）。此外，藉 各向同性蝕刻η型多結晶矽層，將其周緣部形成錐形狀或 階梯狀也可。 ④ 更且，將鋁一矽藉濺射法堆積到膜厚〇2〜丨微米之 後，使用磷酸作為蝕刻劑臨摹而形成金屬薄膜層7。在該 步驟中，形成多數的溫接點部丁a與冷接點部Tb ,由熱電 元件直列連結之熱電元件列形成感熱部。 ⑤ 接著，在感熱部上，藉等離子化學氣相澱積法或濺 射法，形成膜厚0.2〜2微米之氮化矽作為絕緣膜，更且在 絕緣膜8上形成膜〇·3〜3微米之硼矽酸系玻璃層9。硼矽酸 系玻璃層9係藉在攝氏3〇〇〜600度之溫度退火並軟炼，可 改善氣孔降低或步進補償，更且，在硼矽酸系玻璃層9上、 係藉賤射法、形成膜厚〇· 1〜2微米之二氧化石夕1 〇。此外， 絕緣膜8係作成可緩和膜之張力或壓縮壓力，自二氧化矽、 氮化矽或氮矽酸的材料之中選擇並組合使用。譬如作為二 ^--------^---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 479123 A7
五、發明說明（31 ) 經濟部智慧財產局員工.消費合作社印製 氧化矽之兩層、或在二氧化矽隔著氮化矽之三層構造。 ⑥ 钱刻除去薄膜部14上之蝴石夕酸系玻璃層9與二氧化 矽10之一部份，留下薄膜中央部作為紅外線吸收膜。 ⑦ 電極襯墊部係蝕刻絕緣膜8之一部份並開口，臨幕 金屬薄膜層11、12，在絕緣膜8重疊那樣的形成。⑧ 最終步驟係藉#刻基板1裡面之絕緣膜2b並開口， 藉自裡面將基板1藉鹼性蝕刻劑等之蝕刻液作各向異性蝕 刻’在基板1形成空洞部13。 在最終步驟基板1裡面之餘刻，譬如，將（1 〇 〇 )面單结 晶石夕藉氫氧鉀作各向異性蝕刻時，如第i圖所示，形成54.7 度角度之錐形。該製造方法由於有在分批處理時可大量的 處理之優點，有可製作廉價的元件之優點。不過，該製造 方法由於形成起因於結晶構造之錐形，在晶片上產生無用 的部份，晶片尺寸之縮小化有困難。 面對晶片尺寸縮小化之要求係採用藉乾蝕刻法將矽基 板垂直的蝕刻之製造方法。該製造方法係藉採用RIE(電抗 離子蝕刻裝置）之乾蝕刻技術，將單結晶矽可在87〜9〇度 之角度垂直的蝕刻加工。該方法係使用適用於可發生高密 度等離子體之ICP(感耦等離子體）之ICP-RIE裝置，作為蝕 刻之掩膜作用二氧化矽或抗蝕劑，將矽基板有可能垂直的 蝕刻。藉使用如此的方法加工，可縮小晶片尺寸。 接著，以第6(b)圖為例說明關於樹脂製紅外線吸收膜 之製造方法。樹脂吸收膜（紅外線吸收膜）16係覆蓋薄膜中 央部那樣的形成。紅外線吸收膜16係選擇聚醯亞胺系樹 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 34 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
479123 A7 Ο 經一 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 五、發明說明（32) 月曰乙稀基祕月曰或丙稀基系樹脂中至少一種，在該樹脂中 添加顏料用以提高碳等的紅外線吸收特性。 作為上述紅外線吸收膜之成膜方法，有使用自旋塗層 之光電金屬版印刷術或印刷法。譬如採用光電金屬版印刷 法之紅外線吸收膜之成膜方法係在使用自旋塗層之晶片上 滴下感光性抗蝕劑，塗布之抗蝕劑之膜厚作為01微米〜30 微米。 k姓劑膜係藉恆溫槽或熱板等之加熱手段，在攝氏80 120度程度之溫度加熱（預烤）。預烤之後，成膜之膜係 藉掩膜校準器將希望的圖案校準之後，曝光顯像、除去成 為紅外線吸收膜部份之抗蝕劑。接著，經過潤洗步驟之後， 被事後烘烤，形成最後的形狀。 接著，將成為紅外線吸收膜含碳微粒子之樹脂液自旋 塗層為膜厚1〜30微米。更且，在攝氏80度〜12〇度程度之 溫度加熱（事先烘烤）之後，藉溶解抗蝕劑之剝離液卸下。 最終被加熱（事後烘烤）而形成最後的紅外線吸收膜。該最 終加熱步驟其中，藉控制溫度、時間、加熱方法，雖出示 於第19圖，但在成膜之樹脂吸收膜之表面形成凹凸由ι〜1〇 微米構成之條紋狀圖案。此外，第19圖之圖像係表示藉熱 板在約攝氏150〜300度最終加熱2〜15分鐘時的吸收膜之 表面。 作為使用於紅外線吸收膜之樹脂，在本發明宣告之樹 脂以外，使用感光性樹脂也可。使用感光性樹脂時，可省 略卸下步驟。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 35 I — — — — —---* 裝·-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂_ · --線· 479123
五、發明說明（33) 此外，使用光電金屬版印刷術臨摹時，自施塗層後之 表面係形成凹凸1微米以下非常平坦的膜。該平坦的膜有 在曝光時增加析象清晰度等許多的優點。不過，由於光學 的係平坦，入射之紅外線在該表面反射。藉習知之成膜方 法所形成平坦的膜之紅外線透射率，雖在波長10微米其中 係5%程度，但由於反射率高至25%程度，紅外線吸收率 實際上降低。 不過，如本實施形態，藉在紅外線吸收膜之表面形成 1〜10微米的凹凸之條紋狀圖案，在紅外線吸收膜之表面 形成的凹凸入射紅外線會散亂，紅外線之反射率可降低 10%程度。藉降低紅外線吸收膜之反射率，紅外線吸收率 即提高、感測器之輸出可提高約5%。 (實施形態2) 經濟部智慧財產局員工，消費合作社印製 就有關於本發明熱電堆型紅外線感測器之實施形態 2 ,參照第7圖〜第9圖予以說明。第7圖表示熱電堆型紅外 線感測器之圖案的1/2概略圖。第8圖係表示全圖案的1/4 之概略主要部份擴大圖。此外，第7圖、第8圖係省略絕緣 膜或純化層等之圖示。第9(a)〜（d)圖係圖示在第8圖所示 A-A、B-B、C-C、D-D斷面之膜構成。 本實施形態係降低實施形態ln型多結晶矽層31〜^之 電阻，提高信號/噪聲比作為目的，將n型多結晶矽層之膜 厚作厚者，其圖案表示於第7圖。本實施形態係與實施形 態1同樣，使用具有空洞部之單結晶矽基板，在其兩面形 成絕緣膜。形成於絕緣膜上之熱電材料之^型多結晶石夕層 A7
-經，濟部智慧財產局員工.消費合作社印製 五、發明說明（34 係有將一層的多結晶矽層之膜厚較厚的形成之製造方法① 與形成兩層之η型多結晶矽層較厚的形成之製造方法②。 首先’就實施形態2之熱電堆型紅外線感測器、參照 第7圖予以說明時，就如在上述實施形態之說明，η型多結 晶石夕層3i〜33係自絕緣膜上之晶片中心放射狀的配置，且 形成相互分離之島狀。此第3(a)圖之n型多結晶矽層3ι〜^ 之圖案還小些的臨摹並蝕刻，形成台面狀的η型多結晶矽 層3 η〜3S1。其後，藉形成η型多結晶矽層h之圖案， 該等之周緣部具有附帶錐形的階梯狀之形狀。在其上形成 第2絕緣膜4並形成開口部後，藉濺射並臨摹金屬薄膜層， 前述開口部其中，藉η型多結晶矽層與金屬薄膜層接觸， 形成溫接點部Ta與冷接點部Tb。藉該等η型多結晶矽層之 周緣部作成附錐形之階梯狀、解除陡峭的斷坡，可防止在 金屬薄膜層之η型多結晶矽層的周緣部之金屬薄膜層的斷 線。 接著，就藉①一層之多結晶矽層的製造方法之實施形 態簡單的說明之。在單結晶矽基板形成絕緣膜2&，藉低壓 一化學氣相澱積法或濺射法，在絕緣膜2a上形成膜厚〇1 〜2微米之無膠漿。多結晶、矽層，更且在該多結晶矽層 將三氯化碟酸作為不純物源、在攝氏8〇〇〜丨15〇度之溫度 純化磷而形成η型多結晶矽層。該η型多結晶矽層電阻率為 1〜10兆歐·公分。形成η型多結晶矽層之後，藉緩衝氫氟 酸除去其表面之磷矽酸鹽玻璃（PSG)，接著，以與實施形 態1之圖案相似、較小的圖案臨摹，形成台面狀的η型多結 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 37 ----.---------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ^123 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印
本纸張尺度刺巾關家鮮祕⑵“挪公爱.了 五、發明說明（35 曰曰矽層3η〜3;ι，接著，以與實施形態1之n型多鈐曰矽層 同一的圖案臨摹，形成階梯狀之η型多結晶石夕層3〜3 : 其後，經在實施形態1說明之製造步驟，形成純化膜與紅 外線吸收膜等，可製造熱電堆型紅外線感測器。 接著，就藉0兩層之多結晶矽層的製造方法之實施形 態簡單的說明之。參照第7圖〜第9圖予以說明。此外，將 圖案化之一層的多結晶矽層作成覆蓋第2層之多結晶石夕層 那樣，與在①之製造方法說明之形狀大致相同的形狀，相 當於η型多結晶矽層3〗〜33之部份係在一層與兩層之多結 晶矽層形成，η型多結晶矽層相當之部份係在一層 之多結晶矽層形成。首先，在單結晶矽基板形成絕緣膜以， 藉LP(低壓）—化學氣相澱積法或濺射法、在絕緣膜&上形 成膜厚0.1〜2微米之無膠漿多結晶矽層。接著，接用形成 上述η型多結晶矽層3^-3^之掩膜，形成相互分離之多結 晶矽層之圖案。更且在前述多結晶矽層上，以同樣的製造 方法，形成0·1〜2微米之無膠漿多結晶矽層。接著，在該 等多結晶矽層，將三氣化磷酸作為不純物源，在攝氏8〇〇 〜Η50度之溫度純化磷。接著，使用η型多結晶矽層3ι〜& 之圖案形成相當於η型多結晶矽層3ι〜33之圖案。該n型多 結晶矽層電阻率為1〜10兆歐·公分。經如此的製造步驟， 在絕緣層上η型多結晶矽層3ι〜放射狀的形成於晶片中 心，在η型多結晶矽層3!〜33上，分別形成與n型多結晶矽 層3i〜33相似、較小的11型多結晶矽層3!1〜。接著，在 該等上面形成絕緣膜並形成開口部，形成將n型多結晶矽 38 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) _裝--------訂--------- 發明說明（36) 層作為熱電材料的各熱電元件之溫接點部Ta與冷接點部 Tb，且形成各熱電元件直列連結之熱電元件列。此外， 作為熱電材料之η型多結晶石夕層係如上述將藉無膠浆多結 夕層之圖帛層-層的形成作為兩層接著，擴散不純 ，為η型多結晶矽層也可，在每—層純化不純物於多結 晶矽層，形成兩層之η型多結晶矽層也佳。 而且’ η型多結晶碎層33之溫接點部Ta係如第9⑷圖所示， 在形成於η型多結晶梦層33上的絕緣膜4之開口部Me，金 屬薄膜層7與„型多結晶矽層33接觸，通過絕緣膜4上，連 結於鄰接的η型多結晶石夕層31之冷接點部几。如此形成溫 接點部Ta與冷接點部Tb之熱電㈣係如第6⑷、（b)圖所 示，覆蓋純化膜與前述溫接點部那樣形成紅外線吸收膜， 進一步就本實施形態詳細的說明時，η型多結晶矽層1 之溫接點部Ta係如第9⑷圖所示’在形成於n型多結晶矽 層3,上的絕緣膜4之開σ部…㈣多結晶w 3丨與金屬 薄膜層7接觸而形成。該金屬薄膜層7係如第_、⑷圖所 示’無需通過η型多結晶石夕層3"上，將n型多結晶石夕層3丨之 絕緣膜4上延伸於晶片周緣方向。而且，金屬薄膜層7係如 第9(d)圖如示，在開口部15d接觸於㈣多結晶石夕層形 成冷接點部Tbi型多結晶傾&之溫接點部Ta係如第9⑻ 圖所示’在開”15b n型多結晶梦料與金屬薄琪層了接 觸而形成’金屬薄膜層7係如第9(e)圖所示，通過以絕緣 膜4覆盍之n型多結晶梦層32上，如第9_所示在鄰接 之"型多結晶㈣33之開口部15d接觸、形成冷接點部几。 /423 /423 % 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 1、發明說明（37) 製作熱電堆型紅外線感測器。 當然，本實施形態係與上述實施形態同樣、η型多結 晶矽層3 i〜3;之圖案係自晶片中心放射狀的咬合那樣形成 於絕緣膜上，藉放射狀均一的配置於絕緣膜2a上，可均_ 的分布薄膜構造之應力。且，η型多結晶石夕層之周緣係為 規避陡峭的斷坡作成錐形狀。 就有關於本發明熱電堆型紅外線感測器之實施形態， 參照第10圖及第11圖予以說明。第1 〇圖係圖示本實施形雖 的1/4圖案之概略，第U圖係表示第10圖之冬A、b-B、 C、D-D、E-E斷面之膜構成。本實施形態係如第1 〇圖、第 11圖所示，藉金屬薄膜層7配置於絕緣膜2a上，以絕緣膜4 覆蓋以往所說明臨摹之n型多結晶矽層，不需要在該絕緣 膜4形成開口部15之製造步驟。因而，實施形態3之製造方 法由於係自實施形態1之製造方法除去形成開口部15的絕 緣膜4之製造步驟，可省略其詳細的說明。 第10圖、第11圖其中，本實施形態係在單結晶矽基板 之絕緣膜2a上，藉與以往說明之製造步驟和同樣的步驟， 形成多結晶矽層施行不純物擴散，接著，臨摹形成η型多 結晶矽層3i〜33。構成熱電元件係為一方之材料，兼帶配 線之金屬薄層7係自溫接點部Ta通過絕緣膜2a上連結於冷 接點部Tb那樣的構成。因而，n型多結晶矽層3!之圖案係 與上述圖案多少的不同，除去藉金屬薄膜層7配線正下面 之η型多結晶矽層，形成於絕緣膜2&上。 η型多結晶矽層Ji-S3雖與上述實施形態大致相同 ------------裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
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五、發明說明（38) E4 經濟部智慧財產局員工，消費合作社印製 案仁η型夕結晶矽層3丨之圖案係具有楔之扇狀圖案h。 =型多、结晶石夕層3ι與金屬、薄膜層7之接觸部^形成溫接點 邛Ta，自該溫接點部Ta伸長之金屬薄膜層7係通過在扇狀 圖案之η型多結晶矽層3ι溝部露出之絕緣膜。上，連結在 與金屬薄膜層7的接觸部7(1之冷接點部Tb。再者，自n型 多結晶矽層32之接觸部几通過絕緣膜仏上，與鄰接之^型 多結晶矽層3;之接觸部7c接觸。更且，自η型多結晶矽層^ 之接觸部7c通過絕緣膜2a上，與鄰接之η型多結晶矽層& 之接觸部7d接觸。形成直列連結之熱電元件列。 本貫施形態係不需要用以形成開口部之絕緣膜，有可 削減製造工數之優點，也可期待提高合格率。再者，藉將 η型多結晶矽層之周緣部作成階梯狀，可防止金屬薄膜之 配線圖案斷線，更且由於^型多結晶矽層與金屬薄膜層均 等的配置於晶片表面，變成可防止因應力而發生之裂縫。 (實施形態4) 就有關於本發明熱電堆型紅外線感測器之實施形態， 參照第12圖〜第14圖予以說明。第12圖係熱電堆型紅外線 感測器之1/4圖案之概略表示圖，第14(a)、（b)係表示第π 圖之Α·Α、Β·Β、C-C、D-D、E-E斷面圖。再者，第12圖 雖未圖示覆蓋熱電元件之絕緣膜，但第14圖、第15圖則圖 示絕緣膜。再者，第12圖係藉金屬薄膜層與η型多結晶石夕 層之接觸形成之溫接點部Ta與冷接點部Tb作為接觸部圖 示，為形成溫接點部Ta與冷接點部Tb在絕緣膜形成的開 口部之圖示係省略了。 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 41 --------^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工，消費合作社印製 479123 A7 _ B7 五、發明說明（39) 此外，本實施形態，熱電元件的熱電材料之η型多結 晶石夕層係隔著絕緣膜兩層的形成。亦即，第1層η型多結晶 矽層係與實施形態1之圖案同一的圖案，對該實施形態1之 η型多結晶矽層之圖案、透過絕緣膜將同一圖案之η型多結 晶石夕層向圓周方向錯開半節距形成的。只要與第1圖之實 施形態同一圖案，雖可形成160個之熱電元件、但只要形 成80個的熱電元件就可，分別形成第1層η型多結晶矽層之 40個、第2層η型多結晶石夕層之40個，由於形成8〇個的熱電 元件，實用上是沒有問題。 第13(a)〜（c)圖、第14(a)、（b)圖表示第12圖之Α-Α、 Β·Β、C-C、D-D、E-E斷面圖。該等之圖係表示通過溫接 點部Ta或冷接點部Tb的切斷面之斷面圖。該實施形態係 將一層之多結晶矽層作為階梯狀，形成錐形，被覆熱電元 件之純化膜或紅外線吸收膜係作為與上述實施形態同樣的 態樣。 參照第12圖〜第14圖說明時，與實施形態丨同樣，在 單結晶矽基板形成之絕緣膜2a上，第ιη型多結晶矽層31〜 3 3與上述貫施幵> 態同樣條紋狀多數放射狀的形成著。其上 部係形成絕緣膜4，更且第2η型多結晶矽層5ι〜53條紋狀 的形成於絕緣膜4上。N型多結晶矽層5!〜53之第2圖案係 相對於η型多結晶矽層3l〜3S之第1圖案錯開半節距之圖 案。而且，在其上形成絕緣膜6。第丨條紋狀之11型多結晶 矽層3!〜3;上之兩層的絕緣膜4、6係形成開口部，第211型 多結晶矽層5i〜53上之絕緣膜6也形成開口部。該等之開 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂---------·
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五、發明說明（4〇) 經養部智慧財產局員工，消費合作社印製 口。ίΜ系用以形成熱電元件之溫接點部與冷接點冑，在絕緣 膜6上’將㈣之金屬薄膜層朗，藉臨摹、將構成熱電 元件的一方之材料之配線形成兼帶金屬薄膜層7，η型多結 晶矽層3i〜33、5l〜53與金屬薄膜層7之接觸部成為熱電元 件之溫接點部Ta與冷接點部Tb。 溫接點部Ta之斷面係表示於第13(a)〜（c)圖，冷接點 部Tb之斷面係表示於第14(a)、（13)圖。第ln型多結晶矽層I 〜3s之冷接點部係表示於第14(b)圖，在設置於絕緣膜4之 開口部金屬薄膜層7與η型多結晶矽層3i〜33接觸而形成。 第2η型多結晶矽層5i〜53之冷接點部係表示於第14(a)圖， 在設置於絕緣膜6之開口部、金屬薄膜層7與n型多結晶矽 層5!〜53接觸，形成冷接點部Tb。而且，第2η型多結晶石夕 層之溫接點部Ta與鄰接的第In型多結晶矽層之冷接點部 Tb連結，在金屬薄膜層7，構成直列連結之熱電元件列。 更且，構成多數溫接點部之薄膜部係如第6(a)、（b)圖所示， 形成由絕緣膜8構成之純化膜與紅外線吸收膜。 雖上述實施形態1〜3之情形也同樣，但藉氮化矽形成 在絕緣膜8上由硼矽酸系玻璃層9構成之紅外線吸收膜，可 提高作為感測器之紅外線吸收特性。此外，絕緣膜1 〇係形 成由前述紅外線吸收膜構成之感熱部時，自蝕刻步驟中用 以保護硼酸系玻璃層9而成膜。電極襯墊部12係蝕刻絕緣 膜8之一部份並開口，臨摹金屬膜11、12，在絕緣膜8重疊 那樣的形成。再者，如第6(b)圖所示，在薄膜中央部作為 紅外線吸收膜16,形成由聚醯亞胺系樹脂、乙烯基系樹脂、 本、紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 43 ·---------裳--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 479123 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（41 ) 或丙稀基系樹脂等構成之樹脂膜也可。如此，即使一層構 造之η型多結晶石夕層、兩層構造之η型多結晶石夕層，也可形 成第6圖所示之純化膜或紅外線吸收膜等。 接著’關於本貫施形態之製造方法，參照第12圖〜第 14圖予以說明。此外，在形成於單結晶矽基板表裡之絕緣 膜2a上形成第1層η型多結晶石夕層之步驟，由於與以 往說明之製造步驟同樣，省略其說明，從接下來的步驟說 明之。 ① 在第12圖虛線表示的第ln型多結晶矽層^〜^上 4，進行形成絕緣膜4之步驟。絕緣膜4係藉(低壓）一化 學氣相澱積法形成膜厚0.丨〜2微米之二氧化矽。此外，作 為絕緣膜4係如前述熱氧化多結晶矽層，藉在多結晶矽表 面形成約10毫微米〜100毫微米之二氧化矽作為層間絕緣 膜之構成，當然可謀求層間絕緣性之提高。 ② 前進第2η型多結晶⑨層之形成步驟，首先，將基板 溫度作為攝氏600度〜700度，藉LP(低壓）一化學氣相澱積 法在該絕緣膜4上形成膜厚〇.丨〜2微米之無膠多結晶矽 膜，更且藉離子砸入法，施行磷離子砸入之後，在攝氏肋〇 〜1150度之溫度熱處理以擴散磷。藉該純化步驟，無膠漿 多結晶矽層變成電阻率丨〜⑺兆歐·公分之η型多結晶矽 層。 ③ 在前述η型多結晶矽層上、形成膜厚i〜4微米之光 致抗姓劑膜，係與$ln型多結晶石夕膜31〜33形成時以同樣 的圖案，對自晶片中心C面對第ln型多結晶矽膜3丨〜^之 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------^---------·
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經'濟部智慧財產局員工，消費合作社印製 五、發明說明（42 ) 第1圖案’向圓周方向錯開半節距之第2圖案，如第圖實 線所不的臨摹。藉此，形成自晶片中心面向周邊部放射狀 „狀圖案。該放射狀圖案與以往形成於底基的第_ 夕、口曰曰夕層3丨〜33之條紋圖案同一。該圖案作為掩膜，藉 採用RIE(電抗離子敍刻）等，臨摹η型多結晶石夕層ϋ。 ④將第1及第2η型多結晶石夕層31〜33及51〜53的條紋圖 案邊緣4上之絕緣膜4及6藉光電金屬版印刷術臨摹，藉 RIE(電k離子|纟刻）法似彳，形成開^部用以形成溫接點 部與冷熱部。 ⑤分別在第In型多結晶矽層3ι〜33與第2n型多結晶石夕 層5,〜53，為形成溫接點部與冷接點部並連結，藉濺射法 將鋁矽之金屬薄膜層7成膜到膜〇·2〜1微米，接著，藉 光電金屬版印刷術臨摹，使用磷酸作為蝕刻劑蝕刻，連結 各溫接點部Ta、冷接點部Tb，料形成底基電極概塾部 用以形成朝外部之抽出電極12。 ⑤形成金屬薄膜層7之後，藉等離子化學氣相澱積法 或濺射法，形成氮化矽、二氧化矽等膜厚〇2〜2微米之絕 緣膜8。更且，藉濺射法將膜厚〇·3〜3微米之硼酸系玻璃 層9成膜於絕緣膜8上。該玻璃層9以攝氏3〇〇〜6〇〇度之溫 度熱處理，用以減低氣孔並改善步進補償，減低該氣孔之 步驟即使在上述實施形態也有效果。 ⑦在熱處理之前述玻璃層9上，藉濺射法形成由膜厚 〇·5〜2微米構成的二氧化矽之絕緣膜1〇。而且，藉光電金 屬版印刷術臨摹，留下薄膜中央部、蝕刻除去硼酸系玻璃 I---.---------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 479123 A7 B7 五、發明說明（43 ) 層9及絕緣膜10。更且，藉光電金屬版印刷術臨摹、蝕刻 除去電極襯墊部上之絕緣膜8，成膜鉻為50〜300毫微米、 金為100〜500毫微米厚度之後，作為電極襯塾11、12，藉 卸下臨幕® ⑧將基板1之裡面絕緣膜2b藉光電金屬版印刷術蝕刻 形成開口部，自裡面將單結晶矽基板1以鹼性蝕刻劑等各 向異性蝕刻除去基板部份，形成空洞部丨3，完成含成為紅 外線受光部溫接點部的薄膜部14形成之感測器晶片。 而且’在最後步驟，作為紅外線吸收膜之樹脂膜之形 成方法有網板印刷法、油墨喷射法、或自旋塗層樹脂之後， 使其硬化、藉光電金屬版印刷術臨摹形成之方法等。油墨 喷射法的情形係即使形成空洞部之後也可形成樹脂膜。此 外，配合需要、為提高紅外線吸收特性，於樹脂分散碳等 也可。 更且，上述貫施形態其中，作為形成於金屬薄膜層7 上之絕緣膜係在二氧化矽、氮化矽、氮矽酸以外，含pSG(磷 石夕酉文鹽玻璃）二氧化二链、Sial〇n(一種陶瓷）之任一種絕緣 經濟部智慧財產局員工.消費合作社印製 膜也可。再者’覆蓋金屬薄膜層7之絕緣膜以填矽酸鹽玻 璃與氮化矽構成的也佳。 上述實施形態之熱電堆型紅外線感測器係通常如第i 5 圖所示封入包裝作為紅外線檢出器使用。同圖表示熱電堆 元件TA固定於芯軸SA上之狀態。使用之芯軸SA，譬如以 鐵或鐵一鎳一鈷等之金屬製、在固定熱堆電元件TA之中 央部係形成凹部。· 479123 A7 五、發明說明（44 ) 經 濟， 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 再者’熱電堆元件TA係藉熱傳導性非常好的粘合劑 固定於芯軸上。使用於溫度補償用之熱敏電阻觸點。TB 也藉導電性焊錫膏粘合於芯軸上。熱電堆元件TA之電極 4電極知子。卩之連結係以金線或紹一石夕線藉線結合連結。 載置固定熱電堆元件丁八與熱敏電阻觸點TB於芯軸sa 上並電氣式連結之後，將紅外線滲透性過濾材藉環氧系粘 合劑或銲藥粘合固定於蓋開口部之附帶窗蓋子SB、被覆 於在軸SA藉焊接等之方法氣密封止。封裝内以乾燥氮、 氬、氪或氙氣等熱傳導性低之氣體封止、或以真空封止。 藉以熱傳導性氣體或真空封止，可減低前述封止氣體朝周 圍環境氣體之熱傳導，可謀求紅外線檢出器之高輸出化。 一方面，附帶窗之蓋子SB係設置成為窗材之紅外線 滲透性過濾材F。紅外線滲透性過濾材在矽基板或鍺 之基板表面’為控制透射率、由於形成由硫化鋅或鍺等構 成的數十層之多層膜，為非常的高價。因而，為製造廉價 的紅外線感測器，有必要將封裝尺寸作小、過濾器尺寸儘 夏作小。不過，過濾器尺寸極端的小時，因入射紅外線線 量減少，致感測器輸出降低。 從如此觀點而言，就過濾器尺寸可能範圍内、有效能 利用之蓋子構造’參照第16(c)、（d)圖予以說明。附帶窗 之蓋子SB係在蓋子SB設置開口部27，構成在該開口部27 嵌入紅外線透射性過濾材F。不過，使用壓床等之金屬模 具加工、製作時，開口部27係圓形時雖不成問題，但四角 形或六角形之開口部時，由於存在隅角部份，在四角形或 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 47 -----.---------裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .. --線- -I I / · ^123 A7 ----------B7_ ------ 五、發明說明（45 ) 六角形之邊與邊交接部份之隅角有發生圓形之加工特性。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 譬如、開口部27係正方形，其一邊係2公厘時，開口 部27之隅角部份之圓形係半徑為最小在〇·2〜〇·3公厘。半 徑係0.2公厘時，間隙G1變成約0.1公厘。考慮開口部之加 工精確度時，其間隙變成更多。 如此，為使過濾材F之角嵌入開口部27那樣，在開口 部之隅角部形成圓形，因可插入過濾材F，間隙G1變更大。 由於發生該間隙G1，在過滤材F與開口部27之钻合需要多 量的钻合劑。再者，粘合劑有漏出入射側之面之虞，理想 的係作為以下說明的第16(a)、（13)之附帶窗之蓋子沾構 造。當然，即使該間隙G1之情形，藉填充樹脂28，也能 充分實施。 經濟部智慧財產局員工，消費合作社印製 接著，就第16(a)、（b)圖附帶窗之蓋子構造予以說明。 在同圖其中、附帶窗之蓋子SB係在蓋子SB設置開口部％， 在戎開口部26嵌入紅外線透射性過濾材F。開口部％該等 之隅角係形成圓形的缺口部，藉切粒加工運出之紅外線透 射性過濾材F之四隅角係分別嵌入圓形或彎曲之缺口部 26a,嵌插於開口部26。過濾材卩與蓋子沾之間隙Q、可 考慮加工精確度之容許誤差之尺寸，可作成非常小。 如此，開口部26之隅角部其中，藉各邊之延長上之交 點，藉在外側方向形成缺口部26a，將窗材？嵌插於開口部 /夺不會掛住，藉起因於隅角部之開口部與窗材之間隙， 可作為更加小。因而，提高氣密封止之信賴性，轴合㈣ 擠出窗材表面等之不良可作成最小限度。
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經濟部智慧財產局員工.消費合作社印製 接著，參照第17(a)、（b)圖，就其他的實施形態予以 說明。同圖係表示附帶窗之蓋子構造一部份缺口斜視圖， 同圖（a)係為設置窗材形成的開口部，自蓋子内部側之斜 視圖’同圖（b)表示設置窗材之蓋子外觀之斜視圖。 在同圖其中’蓋子SB係設置四角形之開口部26，在 開口部26之四隅設置凹部26b。凹部26b係自蓋子裡面側向 外側犬出那樣形成。窗材F是四角形，由於調節凹部26b 之深度，窗材F嵌入開口部26時，窗材F之表面（紅外線入 射面）與蓋子SB之表側成為一面。當然，窗材ρ當喪入開 口部26時，即使蓋子SB表面有稍微凹凸時，雖也無問題， 但不產生高低差異那樣的嵌入則較理想。接著，在窗材F 之周圍與凹部26b、自蓋子SB之裡側填充樹脂，將窗材ρ 固定於蓋子之開口部26。該開口部26係窗材F之尺寸一 致’窗材F頂接固定於四隅凹部26b之底部。因而，本實 施形態可以窗材F之全面作面吸收紅外線之面，可作成此 習知的窗材之形狀更小的形狀，具有高價的窗材F有助降 低成本的經濟上效果。 第18(a)圖係使用氧化鋁那樣的陶瓷封裝作為封裝之 例子’熱電堆元件TA或熱敏電阻觸點TB藉線結合配線， 第18(b)圖係在陶瓷封裝内，熱電堆元件TA之空洞部侧成 為紅外線之受光面那樣的載置，表示作為熱敏電阻觸點TB 使用面實裝型之例子。氧化鋁係熱傳導率高到20 W/m · K 程度’作為紅外線檢出器之盒子使用時，由於在封裝時發 生之溫度分布變小，有測定溫度誤差小之優點。作為封裝 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 49 --------------裝--------訂----------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) /叫3 A7 ------------- 五、發明說明（47 ) 材料，並非限定於氧化鋁，只要使用氮化鋁，由於熱傳導 率大到170W/m · K可獲得更佳的特性。以如第18(b)圖的 形狀使用時，在空洞部側形成硼矽酸系玻璃或紅外線吸收 膜時好。 接著’關於本發明之熱電堆型紅外線感測器之紅外線 吸收光譜，參照第20圖予以說明。第20(a)圖表示在薄膜 部二氧化矽膜時之紅外線吸收特性，同圖（b)表示在薄膜 部形成硼矽酸鋁玻璃膜時之紅外線吸收特性。由同圖（b) 清楚明白，作為硼矽酸系玻璃9(參照第6(a)圖），使用硼矽 酸雜玻璃時，在約6〜11微米之波長有吸收帶（換算溫度約 攝氏-10〜210度）。再者，由同圖（a)明白清楚，二氧化石夕 膜係在約8〜9.5微米之波長有吸收帶（換算溫度約攝氏3〇 〜90度）亦即，如實施形態之熱電堆型紅外線感測器，藉 爛石夕酸系玻璃作為絕緣膜使用，與習知使用之二氧化石夕膜 相較，可檢知廣泛的溫度範圍。更且，使用氮化矽膜作為 純化膜時，在10〜12微米之波長有吸收帶，藉成膜時導入 氧作成氮矽酸膜，可將吸收帶移至短波長側。因而，藉組 合氮矽酸與硼矽酸玻璃膜，可擴張吸收帶，可更加提高感 度。此外，作為硼矽酸系玻璃膜，雖表示使用硼矽酸鉛玻 璃膜，雖表示使用硼矽酸鉛玻璃膜之情形，但代替鉛添加 其他的元素作為熱處理者也可。當然，無添加之硼矽酸玻 璃膜也佳。 此外，本實施形態雖在一層之η型多結晶矽層形成80 個熱電元件，但並不限定於此，藉改變晶片中心同心圓之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂---------· 經濟部智慧財產局員工.消費合作社印製 50 479123 A7 B7 ♦ 經濟部智慧財產局員工.消費合作社印製 五、發明說明（48 ) 半徑或圖案寬度，可進一步增減個數。實施形態2係在受 光能量密度1.25平mW/平方公分之條件下、可製造信號/ 噪聲比84分貝之感測器。 此外，本發明之熱電堆型紅外線感測器，由於小型且 可雨精確度的非接觸溫度測定，變成最適合作為可高速的 測疋人的體溫之耳式體溫計用感測器之感測器。 再者，本發明其中，在元件表面形成一個以上之熱電 元件列’構成熱電元件列在外部直列連結也可。 〔發明之效果〕 如上述，根據本發明，藉使用n型多結晶矽層作為熱 電材料，與ρ型多結晶矽層相較，成為載體的電子之移動 度較大，即使同樣的電阻率、由於西貝克（溫差電動勢）係 數變大、輸出電壓一約翰遜熱噪聲之信號/噪聲比變大。 不過，如實施形態1〜3,藉自熱電元件之空洞部中心朝半 徑rl<r2<r3之距離順序同心圓的配置溫接點部，可緩和 因η型多結晶矽層薄膜部之應力集中，且藉儘可能更寬形 成η型多結晶矽層之條紋寬度，構成可減低熱電堆元件之 電阻其結果，輸出電壓對約翰遞熱噪聲之信號/噪聲比 可高，再者，由於薄膜部全體的應力減低，可提高各向異 性触刻時之合格率，纟結果變成有可製造廉價的熱電堆元 件之優點。 更且，如實施形態4所示，將η型多結晶矽層透過絕緣 膜積層至兩層，或將上下矽膜之圖案錯開半節距形成，更 且，藉自熱電堆元件空洞部之中心朝半徑rl<r2<r3
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發明說明（49) 經濟部智慧財產局員工.消費合作社印製 離順序同心圓的配置溫接點部，可緩和因n型多結晶矽層 薄膜部之應力集中，再者，將與實施形態卜3的情形心 的溫接點數之圖案，形成錯開的兩層η型矽層時，可擴展 形成條紋寬度，熱電堆元件之電阻可低。其結果，可更加 提高輸出電壓對約翰遜熱噪聲之信號/噪聲比，又由於薄 膜部全體之應力可降低，可提高各向異性㈣時之合格 率’可製造廉價的熱電堆型紅外線感測器。 再者，根據本發明、作為構成熱電堆之熱電材料，藉 將η型多結晶石夕膜之電阻率作成以歐·公分〜職歐·公 分，將輸出電壓與約輪遜熱燥聲之信號/噪聲比作大，可 將電壓感度之溫度依存性作小。換言之，多結晶西貝克（溫 差電動勢）係數變小，不能獲得成為實用之輸出電壓，為 增大輸出電壓，由於非增加接點數不可，所以，勢電對之 全長變長，有製造合格率降低之缺點。再者，1〇兆歐·公 分以上時，雖西貝克（溫差電動勢）係數變大、約翰遜熱燥 聲也變大、有信號/噪聲比降低之缺點。 再者，藉η型多結晶矽層之電阻率設定於1兆歐·公分 之範圍，熱電對數、η型多結晶石夕層之圖案形狀及溫接點 部之位置、感測器之信號/噪聲比等之參數可最適合，有 以製造合格率等之關係容易量產之優點。 再者’藉η型多結晶石夕層之圖案邊緣形狀作成階梯狀 或錐形狀’由於可緩和對成膜於多結晶石夕層上的膜之步進 補償，變成多結晶石夕層之膜厚可作厚。再者，由於斷坡變 低變緩，故成膜於多結晶層上之膜可薄膜化，並設有斷坡 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） . ^裝--------II--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} ^123
五、發明說明（5〇 經濟部智慧財產局員工.消費合作社印製 上之金屬膜斷線等之問題。 更且，藉使用硼矽酸系玻璃或SiNO(氮矽酸）作為紅外 線吸收膜，與習知之二氧化矽相較，可謀求3〇%程度之高 輸出化。再者’與由樹脂等構成之吸收膜相較，由於可形 成於各向異性蝕刻之前，變成可削減元件製作成本。 此外’藉使用三氧化二鋁或氮化鋁等之陶瓷作為封裝 材’可製作一種廉價且溫度偏差少的小型之熱電堆元件。 再者，藉使用將電阻值以狹偏差分類之觸點散熱電阻 或薄膜熱敏電阻作為冷接點溫度補償元件，作為非接觸溫 度感測器使用時，可削減出貨時校正工數或高精確度的測 定對象物體之溫度。 再者’本發明由於將形成於元件之紅外線吸收膜之表 面作成條紋狀，可抑制紅外線之反射、提高吸收率，可提 南紅外線之檢出效率，同時有助於信號/噪聲比之提高。 再者，本發明由於在蓋子按裝高價的窗材，可不浪費 有效的利用窗材，由於在蓋子形成開口部，可提供一種廉 4貝的紅外線感測器。再者，形成於開口部之四隅的凹部， 由於強固的有效固定窗材於蓋子，可有效的密封注入蓋子 内之惰性氣體。 〔圖式之簡單的說明〕 〔第1圖〕 表示本發明熱電堆型紅外線感測器之實施形態1之一 部份缺口斜視圖。 〔第2圖〕 . Μ--------^---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
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本紙張尺度適用中關表標準（cNS)A4規格⑽χ 297公爱） ”、、說明本發明之熱電堆型紅料❹B 〔第3圖〕 _ ⑷係第1圖之熱電堆型紅外線感測器之平面圖 其X-X斷面圖。 、 〔第4圖〕 第1圖的熱電堆型紅外線感測器之部份擴大平面圖。 〔第5圖〕 ⑷〜⑷係第4圖之A-A、B_B、c-c、㈣斷面圖。 〔第6圖〕 ⑷係有關於本發明熱電堆型紅外線感測器之一實施 j之模式斷面圖’（b)係表示其他的實施例之模式斷面圖。 〔第7圖〕 表示本發明熱電堆型紅外線感測器之實施形態2之部 份平面圖。 〔第8圖〕 第7圖之熱電堆型紅外線感測器之部份擴大平面圖。 〔第9圖〕 (a)〜（d)係第8圖之A-A、B-B、C-C、D-D斷面圖。 〔第10圖〕 表示本發明熱電堆型紅外線感測器之實施形態3之部 份擴大平面圖。 〔第11圖〕 (a)〜（e)係第 1〇 圖之 A-A、B-B、C-C、D-D、Ε·Ε斷面 圖。 54
(請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ▼裝--------訂---------, 479123
五、發明說明（52 〔第12圖〕份二明熱電堆型紅外線感測11之實施形態4之部 〔第13圖〕 (a)〜（c)係第1〇圖之α·α、 〔第14圖〕 Β-Β、C-C斷面圖 -經濟部智慧財產局員工，消費合作社印製
it1 ⑷、⑻係第10圖之DO、Ε·_〔f 1」圖〕〜 表示將熱電堆元件收納於芯軸型之封裝構 造之分解斜視圖。 〔第16圖〕 ⑷、（c)係用以收納熱電堆元件的蓋子之正面圖，⑻、 (d)係其斷面圖。 〔第17圖〕 (a)係自蓋子之裡側之一部份缺口斜視圖，（b)係自蓋 子之表側之一部份缺口斜視圖。 〔第18圖〕 (a)、（b)係表示將熱電堆元件收納於陶瓷封裝型之封 裝構造分解斜視圖。 〔第19圖〕 表不升y成於紅外線吸收膜表面之條紋狀凹凸之數位像 片。 〔第20圖〕 一一 -^ 錢 面圖 明熱電堆型紅外線感測器之紅外線吸收特性表示 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 55 , 裝--------訂---------^ f請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 479123 A7 B7_ 五、發明說明（53 ) 圖。 〔第21圖〕 習知之熱電堆元件之主要部份斜視圖。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝--------訂--------- 4 經濟部智慧財產局員工.消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 56 479123 Α7 Β7 五、發明說明（54 ) 文件標號對照 經濟部智慧財產局員工，消費合作社印製 1…單結晶石夕基板 2(2a、2b)…絕緣膜 3…多結晶石夕層 3 i〜3 3…η型多結晶石夕層 3 12〜332···多結晶石夕層 3a…扇型圖案 3b、3b’…鉤型圖案 3c…條紋狀圖案 4…絕緣膜 5···多結晶矽層 5ι〜53…多結晶石夕層（η型） 6···絕緣膜 7、'〜73···金屬薄膜層 7 a〜7 d…接觸部 8···絕緣膜 8r"PSG(填石夕酸鹽玻璃） L···氮化石夕 9···硼矽酸玻璃 10…二氧化矽（絕緣膜） 11、12···電極襯墊(金屬薄膜) 13…空洞部 14…薄膜部 15、15a〜15d···開口部 16…紅外線吸收膜 20…單結晶矽基板 21…外延層 22…p型擴散層 23…絕緣物 24…η型多結晶矽層 25…鋁層 26···開口部 26b…凹部 C…晶片中心 F…窗材 TA…熱電堆元件 TB…熱敏電阻觸點 Ta…溫接點部 Tb···冷接點部 SA…芯軸 SB…蓋子 r 1、r2、r3 ·· ·半;^ ----.---------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
Claims (1)
- 479123 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1· -種熱電堆型紅外線感測器，係在具有空洞部之單結 晶矽基板形成有熱電元件者，其特徵在於·· 在覆蓋前述空洞部之第1絕緣膜上，配置自晶片中 心近旁放射狀的延伸的複數_多結晶碎層，藉前^ 型多結晶矽層與金屬薄膜之接觸，分別於晶片中心側 ，形成溫接點部，於其周緣部側形成冷接點部，並在 前述金屬薄膜層將_之前述n型多結^層間之溫接 點部與冷接點部相互連結，而在前述第i絕緣膜上至少 形成一個直列連結之熱電元件列。 一種熱電堆型紅外線感測器，係在具有空洞部之單結 晶矽基板形成有熱電元件者，其特徵在於： 在覆蓋前述空洞部之第丨絕緣膜上，配置自晶片中 心近旁放射狀的延伸之複數n型多結晶矽層，藉前述 型多結晶矽層與金屬薄膜層之接觸，分別於晶片中 側形成溫接點部，於其周緣側形成冷接點部，並在前 述金屬薄膜層將鄰接之前述n型多結晶矽層間之温接點 4與冷接點部相互連結，而在前述第1絕緣膜上至少形 成一個直列連結之熱電元件列，且在前述熱電元件列 2. η 心 . --------IT---------線4^- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工诮費合作社印製 上透過絕緣膜形成紅外線吸收膜。 ^ · 一種熱電堆型紅外線感測器，係在具有空洞部之單 晶石夕基板形成有熱電元件者，其特徵在於： 在覆蓋刖述空洞部之第1絕緣膜上，相互咬合地配 置自晶片中心近旁之圓周上與其外側的複數之同心 上之位置向晶片周圍方向以放射狀延伸的複數η型多 結 圓 結 ‘紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 58 479123 A8 B8 C8 D8Μ 濟- 部 ，智 慧 財 產 局 員 工 •消 費 合 作 社 印 製 六、申請專利範圍 晶矽層，並在覆蓋前述11型多結晶矽層與前述第丨絕緣 膜之第2絕緣膜設置開口部，透過前述開口部藉前述〇 型多結晶矽層與金屬薄膜之接觸，分別於晶片中心側 形成溫接點部，於其周緣側形成冷接點部，並在前述 金屬薄膜層將鄰接的前述η型多結晶矽層間的溫接點部 與冷接點部相互連結，而在前述第丨絕緣膜上至少形成 直列連結之熱電元件列，且在前述熱電元件列上透過 絕緣膜形成紅外線吸收膜。 4· 一種熱電堆型紅外線感測器，係在具有空洞部之單結 晶矽基板形成有熱電元件者，其特徵在於包含有： 第1絕緣膜，係設置於前述單結晶矽基板，用以覆 蓋空洞部； 複數η型多結晶矽層，係配置在前述第丨絕緣膜上 ，自晶片中心近旁的圓周上與其外側的複數之同心圓 上的位置向晶片周緣方向放射狀的延伸並相互咬合； 第2絕緣膜，係形成於前述η型多結晶矽層與前述 第1絕緣膜上； 開口部，係為分別形成溫接點部與冷接點部於複 數之η型多結晶矽層之晶片中心側與周緣側而形成於前 述第2絕緣膜者； 金屬薄膜層，係透過前述開口部與前述η型多結晶 矽層接觸’以形成前述溫接點部與冷接點部； 熱電元件列’係藉前述金屬薄膜層將前述溫接點 部與冷接點部相互連結而形成； 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公爱） 59 479123 六、申請專利範圍 第3絕緣膜，係形成於前述第2絕緣膜上與前述金 屬薄膜層上； 紅外線吸收膜，係做成覆蓋前述溫接點部，形成 於前述第3絕緣膜上；以及 電極襯墊部，係形成於前述直列連結的熱電元件 列之終端部； 5. 經 濟 部 智 慧 財 產 局 6. ，消 費 合 作 社 印 製 一種熱電堆型紅外線感測器，係在具有空洞部之單結 晶石夕基板形成有熱電元件者，其特徵在於： 在覆蓋前述空洞部之第1絕緣膜上，相互咬合地配 置自晶片中心近旁的圓周上與其外側複數的同心圓上 之位置向晶片周緣方向放射狀的延伸的複數11型多結晶 矽層，藉前述η型多結晶矽層與金屬薄膜層之接觸，於 晶片中心側形成溫接點部，並於其周緣部側形成冷接 點部，並使自前述溫接點部導出之前述金屬薄膜層蔓 延於前述第1絕緣膜以連結鄰接之η型多結晶矽層的前 述冷接點部，而在前述第1絕緣膜上形成直列連結之熱 電το件列，且在覆蓋前述熱電元件列第2絕緣膜上形成 紅外線吸收膜。 一種熱電堆型紅外線感測器，係在具有空洞部之單結 晶矽基板形成有熱電元件者，其特徵在於： 在覆蓋前述空洞部之第1絕緣膜上，相互咬合地配 置自晶片中心近旁之圓周上與其外側之複數的同心圓 上之位置向晶片周緣方向放射狀延伸的複數第ln型多 結晶矽層，形成覆蓋前述第1 η型多結晶矽層與前述第i 本紙張尺度適用中賴家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱 60 六申請專利範圍 4 •經冬部智慧財產局員工誚費合作社印製 ΐΓ:,Γ絕緣膜’在前述第2絕緣膜上具有與前述 =多結晶梦層同樣的圖案形狀，並形成由相對於 月』迹第In型多結晶石夕層之圖幸 、 回周方向錯開半間距 :所構成的複數第2„型多結晶石夕層，且形成覆蓋 =第㈣多結晶石夕層上之第3絕緣膜，在前述第】與 立2η型多結晶石夕層上之前述第2與第3絕緣膜設置開口 部，透過前述開口部藉與金屬薄膜之接觸，分別於前 述第1與第2 η型多結晶石夕層之晶片中心側形成溫接點部 ，於其周緣側形成冷接點部，同時，在前述金屬薄膜 層將前述溫接點部與鄰接的η型多結晶石夕狀冷接點部 相互連結，形成直列連結之熱電元件列，且在前述熱 電元件列上透過絕緣膜形成紅外線吸收膜。 7·如申請專利範圍第丨、2、3、4、5或6項中任一項之熱 電堆型紅外線感測器，其中，前述單結晶矽基板之面 方位係（100)面。 如申#專利範圍第1、2、3、4、5或6項中任一項之熱 電堆型紅外線感測器，其中，自晶片中心放射狀的配 置之則述η型多結晶石夕層係向晶片周緣方向伸展的扇型 圖案之組合。 9·如申请專利範圍第1、2、3、4、5或6項中任一項之熱 電堆型紅外線感測器，其中，前述溫接點部係自晶片 中心至半徑rl〜r3之同心圓上，具有ri<r2<r3之關係 〇 10·如申請專利範圍第2、3、4、5或6項中任一項之熱電均 本表張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 61 479123 A8B8C8D8 經濟部智慧財產局員工謂費合作社印製 六、申請專利範圍 型紅外線感測器，其中，設置於前述熱電元件列上之 紅外線吸收膜係由硼矽酸系玻璃、聚醯亞胺系樹脂、 乙烯基系樹脂或丙烯基系樹脂之一種所構成。 11·如申請專利範圍第1、2、3、4、5或6項中任一項之熱 電堆型紅外線感測器，其中，覆蓋前述熱電元件列之 絕緣膜係PSG(磷矽酸鹽玻璃）與SiN(氮化矽）之兩層絕 緣膜。 12·如申請專利範圍第i、2、3、4、5或6項中任一項之熱 電堆型紅外線感測器，其中，前述第丨絕緣膜係由二氧 化石夕（Si〇2)與氮化石夕（SiN)之兩層或以二氧化石夕夾住氮 化矽之三層構造所構成。 13 ·如申凊專利範圍第1、2、3、4、5或6項中任一項之熱 電堆型紅外線感測器，其中，前述η型多結晶矽層之周 緣部除了形成溫接點部，冷接點部之部份以外，形成 階梯狀。 14.如申請專利範圍第1、2、3、4、5或6項中任一項之熱 電堆型紅外線感測器，其中，前述η型多結晶矽層之周 緣斷面係錐形狀。 15·如申請專利範圍第1、2、3、4、5或6項中任一項之熱 電堆型紅外線感測器，其中，前述η型多結晶矽膜之電 阻率係1〜10兆歐·公分。 16·如申請專利範圍第1、2、3、4、5或6項中任一項之熱 電堆型紅外線感測器，其中，覆蓋前述熱電元件列之 絕緣膜係二氧化矽、氮化矽、氮矽酸、填矽酸鹽玻璃 本紙張〜沒洲中關家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚） ----------------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 62,經濟部如曰慧財產局員工诮費合作社印製 、二氧化二I呂、Sialon(—種陶兗）中之一種。 Π·如申請專利範圍第！、2、3、4、5或6項中任一項之熱 電堆型紅外線感測器，其中，前述金屬薄膜層係鋁、 鉻、鈕、鉬、鎢、鎳、鉻中至少一種構成。 如申咕專利範圍第2、3、4、5或6項中任一項之熱電堆 型紅外線感測器，其中，前述紅外線吸收膜之表面具 有凹凸之條紋狀圖案。 &如申請專利範圍第h2、3、4、5或6項中任一項之熱 電堆型紅外線感測器，其中，在封入前述熱電堆型紅 外線感測器的捲裝之蓋部份形成之開口部，設置有由 透過紅外線的過濾材構成之窗材，前述窗材係四角形 或六角形，前述開口部之形狀與前述窗材之形狀係一 致，且在前述開口部之各隅角部形成之缺口部係形成 於比前述四角形或六角形各邊之交點還外側。 2〇·如申請專利範圍第卜2、3、4、5或6項中任一項之熱 電堆型紅外線感測器，其中，在封入前述熱電堆型紅 外線感測器的捲裝之蓋部份形成之開口部，設置由透 過紅外線的過濾材構成之窗材，前述窗材係四角形或 六角形，前述開口部之形狀與前述窗材之形狀係一致 ，且形成在前述開口部之各隅角部形成之凹部，藉前 述凹部以定位保持前述窗材。 21·—種熱電堆型紅外線感測器之製造方法，包含以下步 驟，即： 第1步驟’係在單結晶矽基板之兩面藉熱氧化、化本紙張尺度中關家標準 X 297公釐） 479123 六'申請專利範圍 學氣相澱積或濺射形成第1絕緣膜； 第2步驟，係在前述第1絕緣膜表面上藉化學氣相 搬積或濺射將多結晶矽層成膜； 第3步驟，係在前述多結晶石夕層藉擴散不純物形成 電阻率1〜10兆歐·公分範圍之η型多結晶矽層； 訂 第4步驟，係臨摹前述η型多結晶矽層，形成自晶 片中心到半徑^之位置作為起點，自形成於外側的I 徑d間放射狀之扇形圖案到條紋狀的前述基板上延伸 疋圖案、還有自晶片中心到半徑r2之位置作為起點到 向外周方向放射狀的前述基板上條紋狀的延伸之圖案 與最離開半徑r3之位置作為起點朝向外周方向到前述 基板上條紋狀延伸之圖案所構成之第1圖案； 第5步驟，係在以前述第丨圖案形成之複數的n型多 結晶矽層及第1絕緣膜上，藉化學氣相澱積玻璃塗布或 濺射形成第2絕緣膜； 第6步驟，係在對應於溫接點部及冷接點部各部份 之前述第2絕緣膜設置開口部； 第7步驟，係於前述第6步驟之後，藉濺射或蒸鍍 將金屬薄膜層成膜；以及 第8步驟，係臨摹前述金屬薄膜層，將前述11型多 結晶矽層與前述金屬薄膜層在前述開口部電阻接觸， 由溫接點部與冷接點部構成之各熱電元件直列連結， 形成熱電元件列； 並包含有： 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱 64 六、申請專利範圍 在前述金屬薄膜層與前述第2絕緣膜上形成第3絕 緣膜，且在晶片中央部形成紅外線吸收膜，最後步驟 其中，在前述單結晶矽基板裡面之前述第丨絕緣膜設置 開°卩藉钱刻在别述基板裡面形成空洞部，自前述 第1絕緣膜裡面露出之步驟。 22. —種熱電堆型紅外線感測器之製造方法，包含以下步 驟，即： 第1步驟，係將單結晶石夕基板之兩面藉熱氧化、化 學氣相殿積或濺射形成第1絕緣膜； 第2步驟，係在前述第丨絕緣膜上藉化學氣相澱積 或濺射將多結晶矽層成膜； 第3步驟，係在前述多結晶矽層藉擴散不純物形成 電阻率1〜10兆歐·公分範圍之n型多結晶矽層； 第4步驟，係臨摹在前述η型多結晶石夕層，自晶片 中心到半徑rl之位置作為起點自形成於外側之半徑r2 間的放射狀之扇形圖案條紋狀的延伸到前述基板之圖 案、還有自晶片中心到半徑。之位置作為起點到外周 方向放射狀的前述基板上條紋狀的延伸之圖案與最離 開半徑r3之位置作為起點、朝向外周方向到前述基板 上條紋狀的延伸之圖案，將前述11型多結晶矽層之一部 份#刻作成台面狀； 第5步驟，係在以前述第4步驟形成之台面狀n型多 結晶矽層，藉臨摹相似、更大的圖案，餘會前述台面 狀η型多結晶矽層周緣部之n型多結晶矽層並蝕刻，形 經濟部智慧財產局員工誚費合作社印製 六、申請專利範圍 成附帶錐狀階梯狀η型多結晶矽層； 夕2 6步驟’係在前述第5步驟之後的前述階梯狀^型 夕結晶石夕層上形成第2絕緣⑮，在對應於溫接點部及冷 接點部各個部份之前述第2絕緣膜設置開口部；" 第7步驟，係在前述第6步驟之後，藉濺射或蒗鍍 將金屬薄獏層成膜；以及 、又 ，第8步驟，係臨摹前述金屬薄膜層，將前述階梯狀 η型多結晶矽層與前述金屬薄膜層在前述開口部電阻接 觸，直列連結自溫接點部與冷接點部構成之各熱電元 件，形成熱電元件列； 並包含有： 第9步驟，係在前述第2絕緣膜與前述金屬薄膜層 上形成第3絕緣膜，在前述第3絕緣膜上形成紅外線吸 收膜；以及 第10步驟，係在前述單結晶矽基板裡面形成空洞 部，自裡面露出前述第i絕緣膜。 23. —種熱電堆型紅外線感測器之製造方法，包含以下步 驟，即： 第1步驟，係在單結晶矽基板之兩面形成第1絕緣 膜； 第2步驟，係在前述第丨絕緣膜上藉化學氣相澱積 或濺射將第1多結晶矽層成膜； 第3步驟，係自晶片中心半徑rl之位置作為起點， 自形成於外側半徑r2間放射狀的扇狀圖案條紋狀的延 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） -------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 66Μ 部 、智 慧 財 產 局 .消 費 合 社 印 製 ^C8 ^^^ _ 08______ ^、申請專利範圍 伸到則述基板上之圖案，自晶片中心半徑d之位置作 為起點到向外周方向放射狀的前述基板上條紋狀的延 伸之圖案與最離開半徑6之位置作為起點變成由朝向 外周方向到前述基板上條紋狀的延伸之圖案構成之第i 圖案那樣，臨摹前述第丨多結晶矽層之後，堆積第2多 結晶矽層、擴散不純物、藉電阻率丨〜1〇兆歐·公分範 圍之刚述第1圖案形成第In型多結晶矽層與第2n型多結 晶石夕層； 第4步驟，係在前述第3步驟之後，將前述第以型 多結晶矽層藉臨摹與前述第丨圖案相似、更大的第2圖 案，藉前述第2圖案η型多結晶矽層之周緣形成附帶錐 形狀之階梯狀； 第5步驟，係前述第4步驟之後，在藉前述第2圖案 η型多結晶矽層上形成第2絕緣膜，在相對於溫接點部 與冷接點部之各個部份之前述第2絕緣膜設置開口部； 第6步驟，係前述第5步驟之後，藉濺射或蒸鍍將 金屬薄膜層成膜； 第7步驟’係臨摹前述金屬薄膜層，將前述型多 結晶石夕層與前述金屬薄膜層在前述開口部電阻接觸， 連結溫接點部與冷接點部、形成直列連結之熱電元件 列； 並包含有： 第8步驟，係在前述第2絕緣膜與前述金屬薄膜層 上形成第3絕緣膜之後，在前述第3絕緣膜上形成紅外 本紙張尺錢㈣關賴（21G χ 297公&_ 67 經濟部智慧財產局員工誚費合作社印 479123 六、申請專利範圍 線吸收膜；以及 第9步驟，係在前述單結晶矽基板裡面形成空洞部 ’自裡面露出前述第1絕緣膜。 24·—種熱電堆型紅外線感測器之製造方法，包含下列步 驟，即： ^ 第1步驟，係在單結晶矽基板之兩面藉熱氧化、化 學氣相澱積或濺射形成第1絕緣膜； 第2步驟，係在前述第丨絕緣膜表面上藉化學氣相 赢積或錢射將第1多結晶石夕層成膜； 第3步驟，係在前述第丨多結晶矽層藉擴散不純物 形成電阻率1〜1G兆歐·公分範圍之第_多結晶石夕層 第4步驟，係形成由臨摹前述第^型多結晶矽層， 自晶片中心半徑^之位置作為起點自形成於外側半徑 1*2間放射狀的扇形圖案條紋狀的延伸到前述基板上之 圖案、還有自晶片中心半徑!*2之位置作為起點向外周 方向放射狀的到前述基板上條紋狀的延伸之圖案與最 離開半徑r*3之位置作為起點朝向外周方向到前述基板 上條紋狀的延伸之圖案所構成之第丨圖案； 第5步驟，係在以前述第丨圖案形成之複數的n型多 結晶矽層及第1絕緣膜上、藉化學氣相澱積、玻璃塗布 或濺射形成第2絕緣膜； 第6步驟，係在前述第5步驟之後，堆積第2多結晶 矽層，在前述第2多結晶矽層藉擴散不純物、砌圓頂拱 本纸張尺度適用中國國豕準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） · ΦΜ--------1---------^φί (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 68 o 經 濟· 部 慧 財 產 局 •消 費 合ί; 社 印 製 申請專利範圍 形成電阻率1 A8 B8 C8 D8 10兆歐·公分範圍之第2η型多結晶石夕層 第7步驟，係前述第6步驟之後，形成由相對於前 述第In型多結晶矽層之第丨圖案，在圓周方向錯開半間 距所構成的前述第2n型多結晶矽層之第2圖案； 第8步驟，係在圖案化之前述第1與第以型多結晶 矽層上形成第3絕緣膜，在相對於溫接點部及冷接點部 各個部份之前述第2或第3絕緣膜設置開口部； 第9步驟，係在前述第3絕緣膜上形成金屬薄膜層 並臨摹，在前述開口部藉連結前述第1與第2η型多結晶 夕層與則述金屬薄膜層之接觸形成之前述溫接點部與 冷接點部而形成熱電元件列； 第10步驟，係在前述第3絕緣膜與前述金屬薄膜層 上形成第4絕緣膜，在前述第4絕緣膜上形成紅外線吸 收膜；以及 第11步驟，係在前述單結晶矽基板之裡面形成空 洞部，自裡面露出前述第丨絕緣膜。 25· —種熱電堆型紅外線感測器之製造方法，包含下列步 驟，即： 第1步驟，係在單結晶矽基板之兩面藉熱氧化、化 學氣相殿積或濺射形成第1絕緣膜； 第2步驟，係在前述第丨絕緣膜表面上藉化學氣相 澱積或濺射將第1多結晶矽層成膜； 第3步驟，係在前述多結晶矽層藉擴散不純物形成 ---------------M i — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂·. 線-經濟部智慧財產局員工1費合作社印製 479123 A8 B8 C8 ___ —___D8 六、申請專利範圍 電阻率1〜10兆歐·公分範圍之η型多結晶矽層； 第4步驟，係臨摹前述η型多結晶矽層，形成自晶 片中心半徑rl之位置作為起點，自形成於外側半徑r2 間放射狀的扇型圖案條紋狀的延伸到前述基板上之圖 案’還有自晶片中心半徑r2之位置作為起點向外周方 向放射狀的到前述基板上條紋狀延伸之圖案與最離開 的半徑r3之位置作為起點朝向外周方向條紋狀的延伸 到前述基板上之圖案； 第5步驟’係在前述第1絕緣膜及前述^型多結晶石夕 層上將金屬薄膜層成膜； 第6步驟，係臨摹前述金屬薄膜層，將圖案化之前 述η型多結晶矽之前述溫接點部與冷接點部藉與前述金 屬薄膜層之接觸形成之同時，藉前述金屬薄膜層、前 述溫接點部與冷接點部相互連結形成熱電元件列； 第7步驟，係在前述第1絕緣膜、前述金屬薄膜層 與前述圖案化之η型多結晶矽層上形成絕緣膜，在該絕 緣膜上之晶片中央部形成紅外線吸收膜；以及 第8步驟’係姓刻前述基板形成空洞部，自裡面露 出前述第1絕緣膜。 26.如申請專利範圍第21、22、23、24或25項中任一項之 熱電堆型紅外線感測器之製造方法，其中在前述熱電 元件列上形成之紅外線吸收膜係由硼矽酸系玻璃、聚 醯亞胺系樹脂、乙烯基系樹脂或丙烯基系樹脂中之一 種所構成。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ----：----------------訂---------線^^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 70 479123 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 27·如申請專利範圍第21、22、23、24或25項中任一項之 熱電堆型紅外線感測器之製造方法，其係經加熱步驟 而將前述紅外線吸收膜之表面作成具有凹凸之條紋狀 圖案。 28·如申請專利範圍第27項熱電堆型紅外線感測器之製造 方法，其中前述紅外線吸收膜之膜厚係1〜15微米，而 ^ 前述紅外線吸收膜之表面則形成有1〜10微米之凹凸。 --------------裝— (請先閱讀背面之注音》事項再填寫本頁} 訂.· -線· ,經濟部%慧財產局員工誚費合作社印製 本紙張&度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐 71
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