本发明专利技术提供了非制冷红外焦平面阵列探测器单片集成结构及制作方法，属于半导体制造领域。本结构包括硅晶圆，硅晶圆具有相对的第一表面和第二表面；硅晶圆第一表面上设有红外焦平面敏感元件阵列，第二表面上设有红外焦平面敏感元件阵列的信号处理电路，硅晶圆上设有硅通孔微互连，红外焦平面敏感元件阵列通过硅通孔微互连与信号处理电路电连接。与现有技术相比，本发明专利技术实现了红外敏感元件阵列与其信号处理电路的有效热隔离，降低红外敏感元件阵列传导到其信号处理电路的热量，提高了信号处理电路的性能与可靠性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术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。本专利技术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.本专利技术的红外焦平面阵列探测器集成结构如图2所示，其包括基体0000、红外敏感元件阵列0200、信号处理电路0300，其中所述基体0000具有相对的第一表面和第二表面，所述基体0000内有硅通孔微互连0100，所述硅通孔以垂直于所述第一表面和第二表面的方向贯穿所述基体0000 ；所述红外敏感元件阵列0200位于所述基体0000的第一表面上；所述信号处理电路0300位于所述基体0000的第二表面上；所述红外敏感元件阵列0200与所述信号处理电路0300之间通过所述硅通孔微互连0100实现电学连接。相应地，本专利技术还提供了一种新型红外焦平面阵列探测器集成结构的制作方法， 该方法包括a)提供第一晶圆，在所述第一晶圆上制作用于红外焦平面阵列敏感元件的信号处理电路；b)在所述第一晶圆上制作硅通孔微互连，实现信号处理电路与硅通孔之间电学连接；c)在所述第一晶圆上的与所述信号处理电路相对的表面制作红外敏感元件阵列， 实现红外敏感元件阵列与硅通孔微互连之间电学连接。与现有技术相比，本专利技术的积极效果为采用本专利技术提供的红外焦平面阵列探测器集成结构及其制造方法，实现了红外敏感元件阵列与其信号处理电路的有效热隔离，降低红外敏感元件阵列传导到其信号处理电路的热量，提高了信号处理电路的性能与可靠性。同时，由于红外敏感元件阵列与其信号处理电路分别位于基体的相对的两个表面，减小了整个红外焦平面阵列探测器的面积，降低单片集成真空封装的技术难度，有利于实现圆片级真空封装，降低封装成本，实现小型化。附图说明图1是根据本专利技术的红外焦平面阵列探测器集成结构的制作方法的流程图；图2为本专利技术非制冷红外焦平面阵列探测器单片集成结构；图3(a) 图3(h)是根据本专利技术的红外焦平面阵列探测器集成结构的制作工艺流程图；图4(a) 图4(b)为实施例二中TSV微互联制作流程；其中，0000-第一晶圆基体，0100-TSV微互连，0200-红外敏感元件阵列，0300-信号处理电路，0400-第一二晶圆，0110-硅通孔，0111-硅盲孔，0120-介质层、阻挡层、种子层组成的保护层，0130-导电材料(铜)，0210-第一晶圆封装粘接环，0220-牺牲层，0310-金属线，0320-介质层，0330-窗口，0410-凹坑，0420-第二晶圆封装粘接环。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术进行进一步详细描述，本专利技术的制备流程如图1所示实施例一步骤1、采用标准CMOS工艺制作用于红外焦平面敏感元件阵列信号处理集成电路 IC0300。步骤2、制作TSV微互连0100，实现TSV微互连与信号处理集成电路IC的电连接， 如图3(d)所示。首先光刻，制作TSV硅通孔掩膜，反应离子刻蚀(RIE)信号处理集成电路 IC表面介质层，深度反应离子刻蚀(DRIE)硅基体，完成TSV硅通孔0100的制作如图3(b) 所示。硅通孔0110制作亦可采用其他技术，如激光打孔等。沉积介质层、阻挡层、电镀种子层0120如图3 (c)，介质层实现TSV微本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一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。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：马盛林，孙新，朱蕴晖，金玉丰，缪旻，陈兢，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：11
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