[发明专利]非制冷红外焦平面阵列探测器单片集成结构及制作方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体制造领域，具体来讲涉及硅微传感器制造和微电子封装领域；尤其涉及一种新型红外焦平面阵列探测器单片集成结构以及其制作方法。

背景技术

非制冷红外焦平面阵列探测器具有无须制冷、高响应度、高灵敏度、小型化的技术优势，受到了学术界和工业界的重视。目前，业界研究的重点和热点主要集中在利用热电阻效应的微测辐射热计红外焦平面阵列探测器和基于双材料效应的微悬臂梁式红外焦平面阵列探测器两种。非制冷红外焦平面阵列探测器的单片集成方案主要采用Post-CMOS工艺制作，首先在硅晶圆上制作用于红外敏感元件阵列信号处理的集成电路IC，在完成集成电路IC制作之后，在信号处理集成电路IC层之上利用表面牺牲层工艺制作红外敏感元件阵列。

采用这种集成结构，由于红外敏感元件阵列紧接其信号处理集成电路IC，红外敏感元件阵列吸收的热量会传输到集成电路IC区域，随着工作时间的增长，热量积累，温度升高；这对信号处理集成电路IC的稳定性、可靠性会造成危害。另外，由于信号处理集成电路IC与红外敏感元件阵列处于同一表面，增加了红外焦平面阵列的真空封装技术挑战。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种红外焦平面阵列探测器单片集成结构，解决非制冷红外焦平面阵列探测器的红外敏感元件阵列与其信号处理电路热串扰问题，提高红外焦平面阵列探测器的稳定性、可靠性。

本发明的技术方案为：

一种非制冷红外焦平面阵列探测器单片集成结构，包括硅晶圆，所述硅晶圆具有相对的第一表面和第二表面；其特征在于，所述硅晶圆第一表面上设有红外焦平面敏感元件阵列，所述硅晶圆第二表面上设有所述红外焦平面敏感元件阵列的信号处理电路，所述硅晶圆上设有硅通孔微互连，所述红外焦平面敏感元件阵列通过所述硅通孔微互连与所述信号处理电路电连接。

进一步的，所述硅通孔微互连为TSV微互连。

进一步的，所述硅通孔微互连包括垂直于所述第一表面和第二表面的方向贯穿所述晶圆的硅通孔，所述硅通孔内壁依次沉积有介质层、阻挡层、种子层；所述种子层内设有导电材料。

进一步的，包括一第二硅晶圆，所述第二硅晶圆一表面设有能容纳所述红外焦平面敏感元件阵列的凹坑，且该表面外围设有粘接环，所述粘接环环绕所述凹坑；所述红外焦平面敏感元件阵列所在表面上设有与所述粘接环对应的粘接环；所述红外焦平面敏感元件阵列所在表面与所述凹坑所在表面通过粘接环连接。

进一步的，所述红外焦平面敏感元件阵列通过一重新布线层与所述硅通孔微互连电连接；所述信号处理电路通过一重新布线层与所述硅通孔微互连电连接。

一种非制冷红外焦平面阵列探测器单片集成结构制作方法，其步骤为：

1)在所选硅晶圆的第一表面上制备红外焦平面敏感元件阵列的信号处理电路；

2)在所述硅晶圆上制备硅通孔微互连，并与所述信号处理电路电连接；

3)在与所述硅晶圆第一表面相对的第二表面上制备红外焦平面敏感元件阵列，并与所述硅通孔微互连电连接。

进一步的，所述硅通孔微互连为TSV微互连。

进一步的，所述硅通孔微互连的制作方法为：

1)制作TSV硅通孔掩膜，反应离子刻蚀所述信号处理电路表面介质层，深度反应离子刻蚀所述硅晶圆的硅基体，完成TSV硅通孔的制作；

2)在所述硅通孔内侧依次沉积介质层、阻挡层、种子层；

3)电镀导电材料，填充所述硅通孔，得到所述硅通孔微互连。

进一步的，所述硅通孔微互连的制作方法为：

1)制作TSV硅盲孔掩膜，反应离子刻蚀所述信号处理电路表面介质层，深度反应离子刻蚀所述硅晶圆的硅基体，完成TSV硅盲孔的制作；

2)在所述硅盲孔内侧依次沉积介质层、阻挡层、种子层；

3)制作电镀掩膜，电镀导电材料，填充所述硅盲孔；

4)减薄抛光所述硅晶圆，直至在所述信号处理电路所在面相对的一面暴露出所述硅盲孔的导电材料，得到所述硅通孔微互连。

进一步的，在一第二硅晶圆一表面上制备一能容纳所述红外焦平面敏感元件阵列的凹坑，且该表面外围设有粘接环，所述粘接环环绕所述凹坑；在所述红外焦平面敏感元件阵列所在表面上设有与所述粘接环对应的粘接环；利用所述粘接环将所述红外焦平面敏感元件阵列所在表面与所述凹坑所在表面对准键合，实现真空封装。

进一步的，所述红外焦平面敏感元件阵列通过一重新布线层与所述硅通孔微互连电连接；所述信号处理电路通过一重新布线层与所述硅通孔微互连电连接.