[发明专利]一种红外焦平面阵列探测器集成结构及制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，具体来讲涉及硅微传感器制造和微电子封装领域；更具体讲，尤其涉及一种红外焦平面阵列探测器集成结构和封装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、小型化等技术特点，受到了学术界和工业界的重视。目前业界研究重点集中在利用热电阻效应的非致冷微测热辐射计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。

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，完成集成电路IC制作之后，在集成电路IC层之上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、可靠性是非常不利的，最终会影响非制冷红外焦平面阵列探测器的性能。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明旨在提供一种红外焦平面阵列探测器集成结构及制作方法，本发明可以降低传统红外焦平面阵列探测器集成结构中红外敏感元件阵列与其信号处理集成电路IC的热干扰，提高非制冷红外焦平面阵列探测器稳定性、可靠性。

本发明公开了一种非制冷红外焦平面阵列探测器集成结构，如图1所示，包括：第一基体0000，所述第一基体0000具有相对的第一表面和第二表面，所述第一基体内有第一硅通孔微互连0010、第一电接触元件0020，红外敏感元件阵列0030，其中所述第一硅通孔微互连沿垂直于所述第一表面和第二表面的方向贯穿所述第一基体，所述第一电接触元件0020位于所述第一基体的第一表面，所述红外敏感元件阵列0030位于所述第一基体0000的第二表面，所述红外敏感元件阵列0030、第一电接触元件0020与所述第一硅通孔微互连0010电连接；以及第二基体0100，所述第二基体0100位于所述第一基体0000之下，所述第二基体0100的表面具有红外敏感元件阵列信号处理电路0110，和与其电连接的第二电接触元件0120，所述第二电电接触元件0120与所述第一电接触元件0020电连接；以及第二硅通孔微互连0200，所述第二硅通孔微互连沿垂直于所述第一基体第一表面和第二表面方向贯穿第一基体，位于红外敏感元件阵列的四周，可选的，所述第二硅通孔微互连沿垂直于第二基体第一表面方向贯穿第二基体，第二硅通孔微互连与第二基体信号处理集成电路IC电连接。

该集成结构含有焊盘0300，所述焊盘0300与所述第二硅通孔微互连TSV 0200电连接。

可选的，所述电接触元件可以是焊球(Solder)、微焊球(Micro solder)、微凸点(microbump)、金属盘等导电元件。

可选地，该集成结构含有真空封盖0400，所述真空封盖0400包含红外敏感元件阵列。

本发明公布了一种非制冷红外焦平面阵列探测器集成结构的制作方法

步骤1、提供第一晶圆，具有相对的第一表面和第二表面，在所述第一晶圆上制作第一硅通孔微互连(TSV)和第二硅通孔微互连(TSV)，在所述晶圆的第一表面上制作第一电接触元件，所述第一硅通孔微互连TSV以及第二硅通孔微互连与第一电接触元件电连接。

步骤2、提供第二晶圆，在所述第二晶圆的表面制作信号处理集成电路IC以及第二电接触元件；

步骤3、将所述第一电互连微元件和第二电互连微元件结合；

步骤4、在所述第一晶圆的第二表面上制作红外敏感元件阵列，在所述第一晶圆第二表面上制作焊盘，电连接第二硅通孔微互连。

可选地，在步骤1中，在制作第一硅通孔微互连TSV和第二硅通孔微互连TSV之后，第一电接触元件之前，制作电连接两者的一层金属或多层金属重新布线层(Redistribution Layer，RDL)

可选地，在步骤2中，在所述第二晶圆表面上制作信号处理集成电路之后，第二电接触元件之前，制作电连接两者的重新布线层(RDL)

可选地，在步骤3中，还包括在所述第一晶圆的第二表面进行减薄抛光。

可选地，在步骤3中，所述第一电接触元件与所述第二电接触元件的结合，可以采用基于电接触元件的的键合实现，如铜锡(CuSn)键合，铜铜(CuCu)键合，铜镍锡(CuNiSn)键合等；也可以采用电接触元件周围图形化的材料粘接实现，如二氧化硅低温键合，BCB等有机物粘接键合。