CN102280456A

CN102280456A - 一种红外焦平面阵列探测器集成结构及制作方法

Info

Publication number: CN102280456A
Application number: CN2011101210516A
Authority: CN
Inventors: 马盛林; 朱蕴晖; 孙新; 金玉丰; 陈兢; 缪旻
Original assignee: Peking University
Current assignee: Peking University
Priority date: 2011-05-11
Filing date: 2011-05-11
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2031-05-11
Also published as: CN102280456B

Abstract

本发明公开了一种红外焦平面阵列探测器集成结构及制作方法，属于半导体制造领域。本结构包括：包括第一硅晶圆、第二硅晶圆，第一硅晶圆第二表面上设有红外敏感元件阵列和焊盘、第一表面上设有若干第一电接触元件，第一硅晶圆上设有若干第一硅通孔微互连、若干第二硅通孔微互连，红外敏感元件阵列通过第一硅通孔微互连与对应第一电接触元件电连接，焊盘通过第二硅通孔微互连与对应第一电接触元件电连接；第二硅晶圆第一表面上设有红外敏感元件阵列的信号处理电路和与信号处理电路电连接的若干第二电接触元件；第一电接触元件与第二电接触元件分别对应电连接。本发明降低了热干扰，提高非制冷红外焦平面阵列探测器稳定性、可靠性。

Description

一种红外焦平面阵列探测器集成结构及制作方法

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(RedistributionLayer，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。

可选地，在步骤4中，在制作红外敏感元件阵列之前，制作一层金属或多层金属重新布线层电连接红外敏感元件阵列和第一硅通孔微互连TSV。

可选地，在步骤4中，在所述第一晶圆第二表面上制作封装盖，实现红外敏感元件阵列的真空封装。

本发明公布了另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)，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，在所述第二晶圆的第一表面制作信号处理集成电路IC第二硅通孔微互连TSV，第二电接触元件；在所述第二晶圆第二表面制作焊盘，所述集成电路IC与所述第二硅通孔微互连TSV、第二电接触元件电连接。

步骤3、将所述第一电接触元件和第二电接触元件结合。

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。

可选地，在步骤1中，在制作第一硅通孔微互连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)。

与现有技术相比，本发明的积极效果为：

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。

附图说明

图1(a)～图1(d)为本发明红外焦平面阵列探测器集成结构示意图；

图2(a)～图2(h)为本发明实施例一红外焦平面阵列探测器集成结构制备方法流程图；

图3(a)～图3(h)为本发明实施例二红外焦平面阵列探测器集成结构制备方法流程图；

图4(a)～图4(h)为本发明实施例三红外焦平面阵列探测器集成结构制备方法流程图；

图5(a)～图5(h)为本发明实施例四红外焦平面阵列探测器集成结构制备方法流程图；

其中：

0000-第一晶圆基体，0010-第一晶圆硅通孔微互连TSV，0020-第一晶圆电接触元件，0030-红外敏感元件阵列，0040-重新布线层，0050-第一晶圆粘结层，0011-第一晶圆硅通孔，0012-复合层；

0100-第二晶圆基体，0110-红外敏感元件阵列信号处理电路，0120-第二晶圆电接触元件，0130-第二晶圆粘结层，0140-重新布线层；

0200-第二硅通孔微互连TSV，0210-第二硅通孔；

0300-焊盘；

0400-封盖。

具体实施方式

实施例一(流程如图2所示)

步骤1、如图2(a)～图2(d)所示，提供第一晶圆，在所述第一晶圆上第一硅通孔微互连TSV和第二硅通孔微互连TSV，在所述第一晶圆第一表面制作第一电接触元件，所述第一硅通孔微互连TSV和第二硅通孔微互连TSV与所述第一电接触元件电连接。首先光刻，制作所述第一硅通孔微互连TSV和所述第二硅通孔微互连TSV的光刻掩膜，深度反应离子刻蚀(DRIE)硅基体，制作所述第一硅通孔0011和所述第二硅通孔0210，如图2(a)所示。所述第一硅通孔0011和所述第二硅通孔0210制作亦可采用其他技术，如激光打孔等。自底向上电镀填充所述第一硅通孔和所述第二硅通孔，首先沉积介质层、阻挡层、电镀种子层，如图2(b)，介质层实现TSV微互连与基体的电绝缘，阻挡层起到防止TSV微互连向衬底的电迁移。介质沉积可以采用等离子增强体化学气相沉积(PECVD)二氧化硅SiO₂，阻挡层、电镀种子层沉积可以溅射TiW/Cu。介质层、阻挡层、种子层的沉积亦可采用其他半导体薄膜沉积技术如ICP-PECVD，蒸发，湿法电化学沉积。电镀，利用电镀横向扩散效应封闭TSV通孔一端，然后自底向上电镀填充工艺填充TSV通孔。自底向上电镀填充所述第一硅通孔和所述第二硅通孔亦可其他方法制作，首先在另一辅助晶圆表面沉积电镀种子层，临时粘接所述晶圆与辅助晶圆电镀种子层所在面。利用辅助晶圆表面的种子层自底向上电镀填充TSV通孔，最后剥离辅助晶圆。去除电镀over-loading产生的多余的铜凸起、所述第一晶圆表面上的阻挡层、晶圆表面上的电镀种子层，可以采用半导体常规工艺如湿法腐蚀、干法刻蚀、化学机械抛光实现。完成所述第一硅通孔微互连TSV和所述第二硅通孔微互连TSV的制作，如图2(c)所示。在所述第一晶圆第一表面制作所述第一电接触元件0020，所述第一电接触元件可以是铜锡焊球、铜焊垫、铜锡焊垫等等。所述第一硅通孔微互连0010和所述第二硅通孔微互连0200与所述第一电接触元件电连接0020。可以直接电连接，亦可以制作一层金属或多层金属互连的重新布线层(RDL)0040连接。RDL重新布线层0040可以采用集成电路制造常规工艺加工，如图2(d)所示。

步骤2、如图2(e)所示，提供第二晶圆，在所述第二晶圆第一表面上，采用集成电路加工工艺，制作用于红外敏感元件阵列信号处理集成电路IC 0110，在所示第二晶圆第一表面上制作第二电接触元件0120，所述第二电接触元件元件与集成电路IC信号端口电连接。电镀制作所述第二电镀电接触元件0120，电镀微元件可以是铜Cu或者铜锡CuSn或者铜镍锡CuNiSn等。信号处理集成电路IC 0110与所述第二电接触元件的电连接可以采用直接电接触，亦可以制作RDL重新布线层0140连接。RDL重新布线层可以采用集成电路制造常规工艺加工。电镀制作电互连微元件0120，更具体来讲，沉积电镀铜阻挡层、种子层，制作电接触元件掩膜，电镀铜锡，或者铜镍锡。去除电接触元件以外的掩膜、电镀阻挡层、种子层。

步骤3、如图2(f)所示，所述第一晶圆第一表面的电接触元件与所述第二晶圆第一表面的电接触元件共晶键合实现电互连微元件结合。本步骤中，可以向所述第一晶圆第一表面和所述第二晶圆第一面之间缝隙填充有机物，增强键合机械强度。填充的有机物可以采用环氧树脂等半导体封装常规填充材料。

步骤4、如图2(g)所示，在第一晶圆第二表面制作红外敏感元件阵列和焊盘，所述焊盘电连接所述第二硅通孔微互连TSV，所述红外敏感元件阵列与所述第一硅通孔微互连电连接。在制作红外敏感元件阵列0030和焊盘0300之前，可以制作一层金属或多层金属的重新布线层RDL 0040，电连接所述第一硅通孔微互连TSV和所述红外敏感元件阵列，以及第二硅通孔微互连TSV和焊盘。首先在所述第一晶圆第二表面制作焊盘电连接所述第二硅通孔微互连，制作红外敏感元件阵列0030。采用表面牺牲层工艺，制作红外敏感元件阵列。牺牲层材料可以选择多晶硅、聚酰亚胺等材料。此步骤开始之前可以对TSV微互连暴露的一面进行减薄抛光，所述第一晶圆减薄至几微米至上百微米，具体数值可根据对红外敏感元件与信号处理集成电路IC热隔离的期望进行确定。减薄抛光可以采用化学机械抛光，亦可采用其他半导体减薄抛光工艺。

步骤5、如图2(h)所示，在第一晶圆红外敏感元件阵列所在面装载真空封盖0400，分割红外焦平面阵列探测器。制作和装载硅封盖可以采用以下方法：提供第三晶圆，在所述第三硅晶圆第一表面制作凹坑，容纳红外敏感元件阵列，凹坑可以采用DRIE刻蚀的方法，亦可采用湿法腐蚀，如KOH，TMAH腐蚀。其次在硅晶圆凹坑所在表面制作粘接环，如铜锡环，环绕凹坑。分割硅封盖晶圆。在所述第一晶圆第一表面红外敏感元件阵列周围制作与硅封盖粘接环对应的粘接环，如铜；各项同性刻蚀释放红外敏感元件阵列。硅封盖以芯片-晶圆(chip-wafer)方式键合在红外敏感元件阵列所在一面，实现真空封装。亦可以采用其他透红外材料制作封盖，粘接材料亦可以采用其他真空密封材料。

实施例二(流程如图3所示)

步骤1、如图3(a)～图3(d)所示，提供第一晶圆，在所述第一晶圆上制作所述第一硅通孔微互连TSV和所述第二硅通孔微互连TSV，在所述第一晶圆第一表面制作第一电接触元件，所述第一硅通孔微互连TSV和所述第二硅通孔微互连TSV与所述第一电接触元件电连接；在所述第一晶圆第一表面制作图形化的粘接层0050，暴露出电接触元件0020；所述第一电接触元件0020外表面与所述图形化粘接层外表面0050在同一水平面。首先光刻，制作所述第一硅通孔微互连TSV和所述第二硅通孔微互连TSV的光刻掩膜，深度反应离子刻蚀(DRIE)硅基体，制作所述第一硅通孔0011和所述第二硅通孔0210，如图3(a)所示。所述第一硅通孔0011和所述第二硅通孔0210制作亦可采用其他技术，如激光打孔等。自底向上电镀填充所述第一硅通孔和所述第二硅通孔，首先沉积介质层、阻挡层、电镀种子层，介质层实现TSV微互连与基体的电绝缘，阻挡层起到防止TSV微互连向衬底的电迁移。介质沉积可以采用等离子增强体化学气相沉积(PECVD)二氧化硅SiO₂，阻挡层、电镀种子层沉积可以溅射TiW/Cu。介质层、阻挡层、种子层的沉积亦可采用其他半导体薄膜沉积技术如ICP-PECVD，蒸发，湿法电化学沉积。电镀，利用电镀横向扩散效应封闭TSV通孔一端，然后自底向上电镀填充工艺填充TSV通孔。自底向上电镀填充所述第一硅通孔和所述第二硅通孔亦可其他方法制作，首先在另一辅助晶圆表面沉积电镀种子层，临时粘接所述晶圆与辅助晶圆电镀种子层所在面。利用辅助晶圆表面的种子层自底向上电镀填充TSV通孔，最后剥离辅助晶圆。去除电镀over-loading产生的多余的铜凸起、所述第一晶圆表面上的阻挡层、晶圆表面上的电镀种子层，可以采用半导体常规工艺如湿法腐蚀、干法刻蚀、化学机械抛光实现。完成所述第一硅通孔微互连TSV和所述第二硅通孔微互连TSV的制作，如图3(c)所示。在所述第一晶圆第一表面制作所述第一电接触元件0020，所述第一电接触元件可以是铝、铜等金属垫等。所述第一硅通孔微互连0010和所述第二硅通孔微互连0200与所述第一电接触元件电连接0020。可以直接电连接，亦可以制作一层金属或多层金属互连的重新布线层(RDL)0040连接。RDL重新布线层0040可以采用集成电路制造常规工艺加工，如图3(d)所示。沉积二氧化硅层，作为粘接层，图形化暴露出所述第一电接触单元。粘接层也可以选择其他无机物、有机物等材料。无机物可以选择铜，银，金等。

步骤2、如图3(e)所示，提供第二晶圆，在所述第二晶圆第一表面上，采用集成电路加工工艺，制作用于红外敏感元件阵列信号处理集成电路IC 0110，在所述第一表面上制作电接触元件0120，电接触元件与集成电路IC信号端口电连接。在所述第二晶圆第二表面制作与所述第一晶圆对应的图形化的粘接层0130，暴露出所述第二电接触元件0120；所述图形化得粘接层可以采用图形化的二氧化硅层，所述第二电接触元件外表面0120与所述图形化粘接层外表面0130在同一水平面。电接触元件0120可以是金、银、铜、铝等金属。信号处理集成电路IC 0110与电接触元件0120电连接。可以通过一层金属或者多层金属的重新布线层RDL 0140实现。RDL重新布线层0140可以采用集成电路制造常规工艺加工。。

步骤3、如图3(f)所示，所述第一晶圆第一表面和所述第二晶圆第二表面通过图形化得二氧化硅层低温键合；实现所述第一电接触元件与所述第二电接触元件的结合。

步骤4、如图3(g)所示，在第一晶圆第二表面制作红外敏感元件阵列0030和焊盘0300，所述焊盘电连接所述第二硅通孔微互连TSV，所述红外敏感元件阵列与所述第一硅通孔微互连电连接。在制作红外敏感元件阵列0030和焊盘0300之前，可以制作一层金属或多层金属的重新布线层RDL 0040，电连接所述第一硅通孔微互连TSV和所述红外敏感元件阵列0030，以及第二硅通孔微互连TSV 0020和焊盘0300。首先在所述第一晶圆第二表面制作焊盘电连接所述第二硅通孔微互连，制作红外敏感元件阵列0030。采用表面牺牲层工艺，制作红外敏感元件阵列。牺牲层材料可以选择多晶硅、聚酰亚胺等材料。此步骤开始之前可以对TSV微互连暴露的一面进行减薄抛光，所述第一晶圆减薄至几微米至上百微米，具体数值可根据对红外敏感元件与信号处理集成电路IC热隔离的期望进行确定。减薄抛光可以采用化学机械抛光，亦可采用其他半导体减薄抛光工艺。

步骤5、如图3(h)所示，在第一晶圆红外敏感元件阵列所在面装载真空封盖0400，分割红外焦平面阵列探测器。制作和装载硅封盖可以采用以下方法：提供第三晶圆，在所述第三硅晶圆第一表面制作凹坑，容纳红外敏感元件阵列，凹坑可以采用DRIE刻蚀的方法，亦可采用湿法腐蚀，如KOH，TMAH腐蚀。其次在硅晶圆凹坑所在表面制作粘接环，如铜锡环，环绕凹坑。分割硅封盖晶圆。在所述第一晶圆二表面红外敏感元件阵列周围制作与硅封盖粘接环对应的粘接环，如铜；各项同性刻蚀释放红外敏感元件阵列。硅封盖以芯片-晶圆(chip-wafer)方式键合在红外敏感元件阵列所在一面，实现真空封装。亦可以采用其他透红外材料制作封盖，粘接材料亦可以采用其他真空密封材料。

实施例三(流程如图4所示)

步骤1、如图4(a)～图4(d)所示，提供第一晶圆，在所述第一晶圆上第一硅通孔微互连TSV 0010在所述第一晶圆第一表面制作第一电接触元件0020，所述第一硅通孔微互连TSV与所述第一电接触元件电连接。首先光刻，制作所述第一硅通孔微互连TSV的光刻掩膜，深度反应离子刻蚀(DRIE)硅基体，制作所述第一硅通孔0011，如图4(a)所示。所述第一硅通孔0011制作亦可采用其他技术，如激光打孔等。自底向上电镀填充所述第一硅通孔，首先沉积介质层、阻挡层、电镀种子层，介质层实现TSV微互连与基体的电绝缘，阻挡层起到防止TSV微互连向衬底的电迁移。介质沉积可以采用等离子增强体化学气相沉积(PECVD)二氧化硅SiO₂，阻挡层、电镀种子层沉积可以溅射TiW/Cu。介质层、阻挡层、种子层的沉积亦可采用其他半导体薄膜沉积技术如ICP-PECVD，蒸发，湿法电化学沉积。电镀，利用电镀横向扩散效应封闭TSV通孔一端，然后自底向上电镀填充工艺填充TSV通孔。自底向上电镀填充所述第一硅通孔亦可其他方法制作，首先在另一辅助晶圆表面沉积电镀种子层，临时粘接所述晶圆与辅助晶圆电镀种子层所在面。利用辅助晶圆表面的种子层自底向上电镀填充TSV通孔，最后剥离辅助晶圆。去除电镀over-loading产生的多余的铜凸起、所述第一晶圆表面上的阻挡层、晶圆表面上的电镀种子层，可以采用半导体常规工艺如湿法腐蚀、干法刻蚀、化学机械抛光实现。完成所述第一硅通孔微互连TSV，如图4(c)所示。在所述第一晶圆第一表面制作所述第一电接触元件0020，所述第一电接触元件可以是铜锡焊球、铜焊垫、铜锡焊垫等等。所述第一硅通孔微互连0010与所述第一电接触元件电连接0020。可以直接电连接，亦可以制作一层金属或多层金属互连的重新布线层(RDL)0040连接。RDL重新布线层0040可以采用集成电路制造常规工艺加工，如图4(d)所示。

步骤2、如图4(e)所示，提供第二晶圆，在所述第二晶圆第一表面上，采用CMOS工艺，制作用于红外敏感元件阵列信号处理集成电路IC 0110，制作第二硅通孔微互连TSV 0200，所述第二硅通孔微互连与信号处理集成电路IC通过所述第二晶圆第一表面上的一层金属互连或多层金属重新布线层RDL 0140连接；在所示第二晶圆第一表面上的一层金属或多层金属互连重新布线层RDL0140制作第二电接触元件0120，所述第二电接触元件元件通过重新布线层RDL与集成电路IC信号端口电连接。所述第二硅通孔微互连TSV制作方法如实施例一、实施例二、实施例三之步骤一中方法相同。电镀制作所述第二电接触元件0120，电镀微元件可以是铜Cu或者铜锡CuSn或者铜镍锡CuNiSn等。RDL重新布线层0140可以采用集成电路制造常规工艺加工。电镀制作电互连微元件0120，更具体来讲，沉积电镀铜阻挡层、种子层，制作电接触元件掩膜，电镀铜锡，或者铜镍锡。去除电接触元件以外的掩膜、电镀阻挡层、种子层。

步骤3、如图4(f)所示，所述第一晶圆第一表面的电接触元件0020与所述第二晶圆第一表面的电接触元件0120共晶键合实现电互连微元件结合。本步骤中，可以向所述第一晶圆第一表面和所述第二晶圆第一面之间缝隙填充有机物，增强键合机械强度。填充的有机物可以采用环氧树脂等半导体封装常规填充材料。

步骤4、如图4(g)所示，在第一晶圆第二表面制作红外敏感元件阵列0030，所述红外敏感元件阵列与所述第一硅通孔微互连0010电连接。在制作红外敏感元件阵列之前，可以制作一层金属或多层金属互连的重新布线层RDL 0040，电连接所述第一硅通孔微互连TSV和所述红外敏感元件阵列。首先采用表面牺牲层工艺，制作红外敏感元件阵列。牺牲层材料可以选择多晶硅、聚酰亚胺等材料。此步骤开始之前可以对TSV微互连暴露的一面进行减薄抛光，所述第一晶圆减薄至几微米至上百微米，具体数值可根据对红外敏感元件与信号处理集成电路IC热隔离的期望进行确定。减薄抛光可以采用化学机械抛光，亦可采用其他半导体减薄抛光工艺。

步骤5、如图4(h)所示，在第一晶圆第二表面装载真空封盖0400，在所述第二晶圆第二表面制作焊盘0300，电连接所述第二硅通孔微互连TSV 0200，分割红外焦平面阵列探测器。制作和装载硅封盖可以采用以下方法：提供第三晶圆，在所述第三硅晶圆第一表面制作凹坑，容纳红外敏感元件阵列，凹坑可以采用DRIE刻蚀的方法，亦可采用湿法腐蚀，如KOH，TMAH腐蚀。其次在硅晶圆凹坑所在表面制作粘接环，如铜锡环，环绕凹坑。分割硅封盖晶圆。在所述第一晶圆第二表面红外敏感元件阵列周围制作与硅封盖粘接环对应的粘接环，如铜；各项同性刻蚀释放红外敏感元件阵列。硅封盖以芯片-晶圆(chip-wafer)或者晶圆-晶圆(Wafer-wafer)方式键合在红外敏感元件阵列所在一面，实现真空封装。亦可以采用其他透红外材料制作封盖，粘接材料亦可以采用其他真空密封材料。

实施例四(流程如图5所示)

步骤1、如图5(a)～图5(d)所示，提供第一晶圆，在所述第一晶圆上制作所述第一硅通孔微互连TSV，在所述第一晶圆第一表面制作第一电接触元件，所述第一硅通孔微互连TSV与所述第一电接触元件电连接；在所述第一晶圆第一表面制作图形化的粘接层0050，暴露出电互连微元件0020；所述第一电接触元件0020外表面与所述图形化粘接层外表面0050在同一水平面。首先光刻，制作所述第一硅通孔微互连TSV的光刻掩膜，深度反应离子刻蚀(DRIE)硅基体，制作所述第一硅通孔0011，如图5(a)所示。所述第一硅通孔0011制作亦可采用其他技术，如激光打孔等。自底向上电镀填充所述第一硅通孔，首先沉积介质层、阻挡层、电镀种子层，介质层实现TSV微互连与基体的电绝缘，阻挡层起到防止TSV微互连向衬底的电迁移。介质沉积可以采用等离子增强体化学气相沉积(PECVD)二氧化硅SiO₂，阻挡层、电镀种子层沉积可以溅射TiW/Cu。介质层、阻挡层、种子层的沉积亦可采用其他半导体薄膜沉积技术如ICP-PECVD，蒸发，湿法电化学沉积。电镀，利用电镀横向扩散效应封闭TSV通孔一端，然后自底向上电镀填充工艺填充TSV通孔。自底向上电镀填充所述第一硅通孔亦可其他方法制作，首先在另一辅助晶圆表面沉积电镀种子层，临时粘接所述晶圆与辅助晶圆电镀种子层所在面。利用辅助晶圆表面的种子层自底向上电镀填充TSV通孔，最后剥离辅助晶圆。去除电镀over-loading产生的多余的铜凸起、所述第一晶圆表面上的阻挡层、晶圆表面上的电镀种子层，可以采用半导体常规工艺如湿法腐蚀、干法刻蚀、化学机械抛光实现。完成所述第一硅通孔微互连TSV的制作，如图5(c)所示。在所述第一晶圆第一表面制作所述第一电接触元件0020，所述第一电接触元件可以是铝、铜等金属垫等。所述第一硅通孔微互连0010与所述第一电接触元件电连接0020。可以直接电连接，亦可以制作一层金属或多层金属互连的重新布线层(RDL)0040连接。RDL重新布线层0040可以采用集成电路制造常规工艺加工，如图5(d)所示。沉积二氧化硅层，作为粘接层，图形化暴露出所述第一电接触单元。粘接层也可以选择其他无机物、有机物等材料。无机物可以选择铜，银，金等。

步骤2、如图5(e)所示，提供第二晶圆0100，在所述第二晶圆第一表面上，采用集成电路加工工艺，制作用于红外敏感元件阵列信号处理集成电路IC 0110，制作第二硅通孔微互连TSV 0200，所述第二硅通孔微互连与信号处理集成电路IC通过所述第二晶圆第一表面上的一层金属互连或多层金属重新布线层RDL 0140互连连接；在所示第二晶圆第一表面上的一层金属或多层金属互连重新布线层RDL 0140制作第二电接触元件0120，所述第二电接触元件通过重新布线层RDL0140与集成电路IC信号端口电连接。所述第二硅通孔微互连TSV制作方法如实施例一、实施例二、实施例三之步骤一中方法相同。在所述第一表面上制作电接触元件0120，电接触元件与集成电路IC信号端口电连接。在所述第二晶圆第一表面制作与所述第一晶圆对应的图形化的粘接层0130，暴露出所述第二电接触元件0120；所述图形化的粘接层可以采用图形化的二氧化硅层，所述第二电接触元件外表面0120与所述图形化粘接层外表面0130在同一水平面。电接触元件0120可以是金、银、铜、铝等金属。信号处理集成电路IC 0110与电接触元件0020通过一层金属或者多层金属的重新布线层RDL实现电连接。RDL重新布线层0040可以采用集成电路制造常规工艺加工。。

步骤3、如图5(f)所示，所述第一晶圆第一表面和所述第二晶圆第二表面通过图形化得二氧化硅层低温键合；实现所述第一电接触元件与所述第二电接触元件的结合。

步骤4、如图5(g)所示，在第一晶圆第二表面制作红外敏感元件阵列0030，所述红外敏感元件阵列与所述第一硅通孔微互连0010电连接。在制作红外敏感元件阵列之前，可以制作一层金属或多层金属的重新布线层RDL 0040，电连接所述第一硅通孔微互连TSV和所述红外敏感元件阵列。采用表面牺牲层工艺，制作红外敏感元件阵列0030。牺牲层材料可以选择多晶硅、聚酰亚胺等材料。此步骤开始之前可以对TSV微互连暴露的一面进行减薄抛光，所述第一晶圆减薄至几微米至上百微米，具体数值可根据对红外敏感元件与信号处理集成电路IC热隔离的期望进行确定。减薄抛光可以采用化学机械抛光，亦可采用其他半导体减薄抛光工艺。

步骤5、如图5(h)所示，在所述第一晶圆第二表面装载真空封盖0400，在所述第二晶圆第二表面制作焊盘0300，电连接所述第二硅通孔微互连TSV，分割红外焦平面阵列探测器。制作和装载硅封盖可以采用以下方法：提供第三晶圆，在所述第三硅晶圆第一表面制作凹坑，容纳红外敏感元件阵列，凹坑可以采用DRIE刻蚀的方法，亦可采用湿法腐蚀，如KOH，TMAH腐蚀。其次在硅晶圆凹坑所在表面制作粘接环，如铜锡环，环绕凹坑。分割硅封盖晶圆。在所述第一晶圆第二表面红外敏感元件阵列周围制作与硅封盖粘接环对应的粘接环，如铜；各项同性刻蚀释放红外敏感元件阵列。硅封盖以芯片-晶圆(chip-wafer)或者晶圆-晶圆(wafer-wafer)方式键合在红外敏感元件阵列所在一面，实现真空封装。亦可以采用其他透红外材料制作封盖，粘接材料亦可以采用其他真空密封材料。

Claims

1.一种红外焦平面阵列探测器集成结构，其特征在于包括第一硅晶圆、第二硅晶圆，所述第一硅晶圆、第二硅晶圆分别具有相对的第一表面和第二表面；所述第一硅晶圆第二表面上设有红外敏感元件阵列和焊盘、第一表面上设有若干第一电接触元件，所述第一硅晶圆上设有若干第一硅通孔微互连、若干第二硅通孔微互连，所述红外敏感元件阵列通过所述第一硅通孔微互连与对应所述第一电接触元件电连接，所述焊盘通过所述第二硅通孔微互连与对应所述第一电接触元件电连接；所述第二硅晶圆第一表面上设有所述红外敏感元件阵列的信号处理电路和与所述信号处理电路电连接的若干第二电接触元件；所述第一电接触元件与所述第二电接触元件分别对应电连接。

2.一种红外焦平面阵列探测器集成结构，其特征在于包括第一硅晶圆、第二硅晶圆，所述第一硅晶圆、第二硅晶圆分别具有相对的第一表面和第二表面；所述第一硅晶圆第二表面上设有红外敏感元件阵列、第一表面上设有若干第一电接触元件，所述第一硅晶圆上设有若干第一硅通孔微互连，所述红外敏感元件阵列通过所述第一硅通孔微互连与对应所述第一电接触元件电连接；所述第二硅晶圆第一表面上设有所述红外敏感元件阵列的信号处理电路和与所述信号处理电路电连接的若干第二电接触元件、第二表面上设有焊盘，所述第二硅晶圆上设有若干第二硅通孔微互连，所述焊盘通过所述第二硅通孔微互连与对应所述第二电接触元件电连接；所述第一电接触元件与所述第二电接触元件分别对应电连接。

3.如权利要求1或2所述的红外焦平面阵列探测器集成结构，其特征在于所述第一硅通孔微互连包括垂直于所述第一硅晶圆第一表面和第二表面的方向贯穿所述第一硅晶圆的硅通孔，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；所述第二硅通孔微互连包括垂直于所述第二硅晶圆第一表面和第二表面的方向贯穿所述第二硅晶圆的硅通孔，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。

4.如权利要求3所述的红外焦平面阵列探测器集成结构，其特征在于所述第一电接触元件与所述第二电接触元件采用金属键合实现电连接，或在电接触元件周围设置图形化的粘接材料实现电连接。

5.如权利要求3所述的红外焦平面阵列探测器集成结构，其特征在于所述红外敏感元件阵列通过一重新布线层与所述第一硅通孔微互连；所述第一电接触元件通过一重新布线层与所述第一硅通孔微互连、第二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第二电接触元件电连接。

6.一种红外焦平面阵列探测器集成结构制作方法，其步骤为：

1)在所选第一硅晶圆上制备若干第一硅通孔微互连、若干第二硅通孔微互连；

2)在所选第一硅晶圆的第一表面上制备若干第一电接触元件，并与所述第一硅通孔微互连的一端、第二硅通孔微互连的一端对应电连接；

3)在所选第二硅晶圆的第一表面上制备红外敏感元件阵列的信号处理电路以及与所述信号处理电路电连接的若干第二电接触元件；

4)将所述第一电接触元件与所述第二电接触元件分别对应电连接；

5)在所选第一硅晶圆的第二表面上制备所述红外敏感元件阵列和焊盘，并且所述红外敏感元件阵列与所述第一硅通孔微互连另一端对应电连接、所述焊盘与所述第二硅通孔微互连的另一端对应电连接。

7.一种红外焦平面阵列探测器集成结构制作方法，其步骤为：

1)在所选第一硅晶圆上制备若干第一硅通孔微互连；

2)在所选第一硅晶圆的第一表面上制备若干第一电接触元件，并与所述第一硅通孔微互连的一端对应电连接；

4)在所选第二硅晶圆上制备若干第二硅通孔微互连，其一端与所述第二电接触元件对应电连接；

5)将所述第一电接触元件与所述第二电接触元件分别对应电连接；

6)在所选第一硅晶圆的第二表面上制备所述红外敏感元件阵列，并与所述第一硅通孔微互连另一端对应电连接；

7)在所选第二硅晶圆的第二表面制备焊盘，并与所述第二硅通孔微互连的另一端对应电连接。

8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于所述硅通孔微互连的制作方法为：

1)制作所述第一硅通孔微互连、第二硅通孔微互连的硅通孔掩膜；

2)深度反应离子刻蚀所述硅晶圆的硅基体，完成硅通孔的制作；

3)在所述硅通孔内侧依次沉积介质层、阻挡层、种子层；

4)电镀导电材料，填充所述硅通孔，得到所述硅通孔微互连。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于所述第一电接触元件与所述第二电接触元件采用金属键合实现电连接，或在电接触元件周围设置图形化的粘接材料实现电连接。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于所述红外敏感元件阵列通过一重新布线层与所述第一硅通孔微互连；所述第一电接触元件通过一重新布线层与所述第一硅通孔微互连、第二硅通孔微互连电连接；所述信号处理电路经一重新布线层与所述第二电接触元件电连接。