CN110044494A - 一种热辐射探测器阵列及其制造方法 - Google Patents
一种热辐射探测器阵列及其制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110044494A CN110044494A CN201910222925.3A CN201910222925A CN110044494A CN 110044494 A CN110044494 A CN 110044494A CN 201910222925 A CN201910222925 A CN 201910222925A CN 110044494 A CN110044494 A CN 110044494A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- thermal radiation
- radiation absorption
- layer
- absorption layer
- heat
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 161
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 123
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 78
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 78
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 46
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 39
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 75
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 75
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 75
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 claims description 70
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 claims description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 19
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 13
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 12
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 8
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 8
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 8
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 5
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 5
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 claims description 4
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000007747 plating Methods 0.000 claims description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 3
- 238000004021 metal welding Methods 0.000 claims description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims 2
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 claims 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims 1
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 claims 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 22
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 4
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 3
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 3
- 229910001935 vanadium oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 206010057040 Temperature intolerance Diseases 0.000 description 2
- XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000008543 heat sensitivity Effects 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000001931 thermography Methods 0.000 description 2
- 206010037660 Pyrexia Diseases 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 1
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000011469 building brick Substances 0.000 description 1
- 238000007707 calorimetry Methods 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 238000000992 sputter etching Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/10—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
- G01J5/20—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using resistors, thermistors or semiconductors sensitive to radiation, e.g. photoconductive devices
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Measurement Of Radiation (AREA)
Abstract
本发明实施例提供一种热辐射探测器阵列及其制造方法，包括第一热辐射吸收层、第二热辐射吸收层和温度敏感器件，以及信号处理电路层。连接温度敏感器件的平面金属互连位于两层热辐射吸收层的下方，实现背照式结构和透射的热辐射的反射和二次吸收，显著提高热辐射吸收率和探测器性能。带有夹板结构的金属导体柱固定和支撑热辐射吸收层，提高热辐射吸收层的稳定性和强度。本发明解决了金属互连对热辐射吸收的影响以及热辐射吸收层的稳定性问题，实现热吸收面积大、可靠性高、电路全集成的三层结构的热辐射探测器阵列。
Description
技术领域
本发明实施例涉及传感器技术领域，尤其涉及一种热辐射探测器阵列及其制造方法。
背景技术
热辐射探测器将物体的热辐射温度差异转化为温度敏感器件的温度变化，进而通过温度敏感器件的物理或电学参数的变化，获得目标物体的温度辐射特征。
当由多个热辐射探测器组成阵列时，通过外部的光学系统，使阵列中不同单元实现对不同物体的温度测量，从而实现对目标物体的热成像。这种热量测量方法所采用的器件的噪声受温度影响较小，工作时一般不需要制冷，可以直接在常温下工作，因而价格便宜、易于使用和维护，可靠性好。由于非制冷的独特技术优势，并且随着热成像技术的不断进步，热探测器阵列在众多领域取得了广泛的应用。
低成本的热辐射成像技术应用范围十分广泛，例如烟雾中的视觉受限是消防的主要问题之一，热辐射成像的视觉辅助设备可将穿过烟雾背后的目标物体产生的热辐射转换为清晰的图像，有助于灾害救助；在汽车飞机辅助驾驶领域，热辐射成像能够在夜间观测到1公里甚至更远的目标物体，可以大幅度提高驾驶安全性。热辐射成像还广泛应用于公共事务，如安全、搜索、救援、巡逻和医疗诊断等，森林火灾预警，缉私、取证以及银行等核心区域的夜间安全监视；在能源、化工与工业领域，热辐射成像可以用于电力传输线、发电与变电设备、电力设备、化工成套设备等的非接触在线监测、微型飞行器夜间信息获取、工艺监测及过程质量控制、电子组件、印刷电路板发热研究，以及建筑外墙安全监测等。
目前氧化钒、非晶硅、二极管等都被用于热辐射探测器阵列制造。氧化钒电阻具有较高的热敏感系数，能够获得较大的输出灵敏度。非晶硅电阻的热灵敏度也较好。二极管作为一种温度敏感器件，在热探测器中也得到了应用，尽管其热灵敏度比上述电阻小，但是由于可以利用成熟的集成电路制造技术，近年来也得到了重视。
由于热辐射探测器测量的是物体的红外辐射引起的温度敏感元件的温度变化，为了抑制了吸收到的热量向衬底的传递以提高测量的灵敏度，温度敏感元件通常通过细长的绝热梁支撑悬空在衬底上方的方式。目前氧化钒、非晶硅等温度敏感元件的材料，可以直接利用低温沉积技术将这些材料沉积在信号处理电路表面的牺牲层上，再将牺牲层去除后实现热敏感器件的悬空。二极管由于需要单晶硅材料，不能沉积在牺牲层上方，一般采用SOI衬底制造，并将二极管下方的硅衬底刻蚀去除而实现悬空。
不管采用哪种元件作为温度敏感器件，都需要采用平面金属互连连接温度敏感器件与信号处理电路。由于金属对热辐射的吸收效率很低，因此平面金属互连区域几乎不吸收热辐射，使得原本就极为微弱的热辐射影响了测量的灵敏度。
针对这一问题，本发明提供一种双层热辐射吸收结构的背照式热辐射探测器结构及其制造方法。通过本发明的探测器结构，将无法实现热辐射吸收的金属平面互连放置在热辐射吸收层和温度敏感器件的下方，完全消除了平面金属互连对来自上方的热辐射的吸收的影响。
发明内容
针对上述问题，本发明实施例提供一种热辐射探测器阵列及其制造方法。
第一方面，本发明实施例提供一种热辐射探测器阵列，所述热辐射探测器阵列包括若干个热辐射探测器单元，包括：
对于任一个热辐射探测器单元，所述任一个热辐射探测器单元按照自上而下的顺序依次包括：第一热辐射吸收层、第二热辐射吸收层和信号处理电路层，所述第一热辐射吸收层通过导热柱与所述第二热辐射吸收层连接，所述第二热辐射吸收层通过金属导体柱与所述信号处理电路层连接；
所述第二热辐射吸收层下表面带有温度敏感器件，所述第二热辐射吸收层的下表面带有平面金属互连，所述平面金属互连分别与所述温度敏感器件、所述金属导体柱连接，且所述金属导体柱穿透所述平面金属互连；
所述金属导体柱在所述第二热辐射吸收层的上表面和下表面各有一个横向凸起，所述第二热辐射吸收层夹在两个横向凸起之间；
所述第一热辐射吸收层和所述第二热辐射吸收层用于吸收目标物体的热辐射，并将吸收的热辐射转换为温度变化，所述温度敏感器件将所述温度变化转换为电信号变化，所述信号处理电路用于处理所述电信号。
第二方面，本发明实施例提供一种热辐射探测器阵列的制造方法，包括：
采用第一硅圆片制造所述信号处理电路，所述第一硅圆片表面制造有金属焊盘，采用第二硅圆片制造所述第二热辐射吸收层和所述温度敏感器件，利用干法刻蚀，在所述第二硅圆片表面的平面金属互连上刻蚀第一通孔，所述第一通孔与所述第二硅圆片上所述金属焊盘对应；
在所述第一硅圆片表面涂覆可加热分解的高分子薄膜，作为所述第一硅圆片和所述第二硅圆片的高分子键合层，在所述高分子键合层表面刻蚀凹槽，所述凹槽与所述第二硅片上所述金属焊盘对应，所述凹槽的平面尺寸大于所述平面金属互连上的所述第一通孔的尺寸，将所述第二硅圆片翻转,所述第二硅圆片的所述平面金属互连上的所述第一通孔与所述第一硅圆片的所述金属焊盘对准,利用所述高分子键合层将所述第一硅圆片与所述第二硅圆片键合为一体；
从背面减薄所述第二硅圆片,保留所述第二热辐射吸收层和所述温度敏感器件；
在与所述平面金属互连上所述第一通孔对应的位置，刻蚀所述第二硅圆片的所述第二热辐射吸收层使其穿通，经过所述平面金属互连上所述第一通孔后，继续刻蚀穿通所述高分子键合层，直到所述信号处理电路表面上所述金属焊盘，形成贯穿所述第二热辐射吸收层的第二通孔；
在所述第二通孔内部沉积金属，形成所述金属导体柱，所述金属导体柱在所述高分子键合层的所述凹槽位置横向展宽,形成下横向凸起,当所述金属导体柱完全填充所述第二通孔后，继续沉积预设时间，使所述金属导体柱在所述第二硅圆片表面横向扩展,形成上横向凸起；
在所述第二热辐射吸收层表面涂覆可加热分解的高分子薄膜作为牺牲层，在所述牺牲层上刻蚀第三通孔；
在所述牺牲层上方沉积所述第一热辐射吸收层，所述第一热辐射吸收层同时填充所述第三通孔，形成所述导热柱，刻蚀所述第一热辐射吸收层将其分割为阵列；
在真空中加热，使所述高分子键合层和所述高分子牺牲层分解。
本发明实施例提供一种热辐射探测器阵列及其制造方法，这种结构温度探测器上方制造双层热辐射吸收层，将平面金属互连制造在热辐射吸收层的下方，避免了热辐射被平面金属互连阻挡而降低热吸收率；平面金属互连作为热辐射的反射层，使透射经过双层热辐射吸收层的热辐射被再次反射回双层热辐射吸收层,增大了对热辐射的吸收率；在金属导体柱与第二热辐射吸收层上下表面的接触位置，制造固定在金属导体柱上的横向凸起，用以夹持和固定悬空的第二热辐射吸收层，增强稳定性和强度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一种热辐射探测器阵列的结构示意图；
图2为本发明实施例一种热辐射探测器阵列的制造方法的流程图；
图3为本发明实施例提供的第一硅圆片信号处理电路圆片的示意图；
图4为本发明实施例提供的第二硅圆片绝缘体硅(SOI)圆片示意图；
图5为本发明实施例提供的在第一硅圆片上涂覆高分子键合层的示意图；
图6为本发明实施例提供的将第二硅圆片翻转后与第一硅圆片面对面键合后的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的去除第二硅圆片的衬底层后的结构示意图；
图8为本发明实施例提供的刻蚀第二圆片埋氧层、器件层和高分子键合层后的结构示意图；
图9为本发明实施例提供的制造金属导体柱后的结构示意图；
图10为本发明实施例提供的制造高分子牺牲层后的结构示意图；
图11为本发明实施例提供的制造热辐射吸收层后的结构示意图；
图12为本发明实施例提供的去除高分子键合层和高分子牺牲层后的结构示意图。
附图标记：
100，信号处理电路硅片； 101，信号处理电路的晶体管；
102，介质层和互连金属； 103，金属焊盘；
110，高分子键合层； 111，凹槽；
201，SOI圆片的埋氧层； 202，SOI圆片的单晶硅器件层；
203，温度敏感器件； 204，平面金属互连；
205，第一通孔； 206，第二通孔；
207，缝隙； 208，支撑臂；
209，金属导体柱； 210，第一夹板；
211，第二夹板； 310，高分子薄膜；
311，第三通孔； 300，第一热辐射吸收层；
301，导热柱； 200，第二热辐射吸收层。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例一种热辐射探测器阵列的结构示意图，如图1所示，所述热辐射探测器阵列包括若干个热辐射探测器单元，包括：
对于任一个热辐射探测器单元，所述任一个热辐射探测器单元按照自上而下的顺序依次包括：第一热辐射吸收层、第二热辐射吸收层和信号处理电路层，所述第一热辐射吸收层通过导热柱与所述第二热辐射吸收层连接，所述第二热辐射吸收层通过金属导体柱与所述信号处理电路层连接；
所述第二热辐射吸收层下表面带有温度敏感器件，所述第二热辐射吸收层的下表面带有平面金属互连，所述平面金属互连分别与所述温度敏感器件、所述金属导体柱连接，且所述金属导体柱穿透所述平面金属互连；
所述金属导体柱在所述第二热辐射吸收层的上表面和下表面各有一个横向凸起，所述第二热辐射吸收层夹在两个横向凸起之间；
所述第一热辐射吸收层和所述第二热辐射吸收层用于吸收目标物体的热辐射，并将吸收的热辐射转换为温度变化，所述温度敏感器件将所述温度变化转换为电信号变化，所述信号处理电路用于处理所述电信号。
图1中由上至下依次为第一热辐射吸收层、第二热辐射吸收层和信号处理电路层。第一热辐射吸收层通过导热柱支撑悬空在第二热辐射吸收表面，第二热辐射吸收层通过金属导体柱支撑悬空在信号处理电路表面。第一热辐射吸收层吸收目标物体的热辐射，所吸收的热量通过导热柱支撑传递给下方的第二热辐射吸收层。
同时，未被第一热辐射吸收层所吸收的热辐射，被第二热辐射吸收层继续吸收。两层热辐射吸收层吸收的热量，共同使第二热辐射吸收层的温度发生变化，通过制造在第二热辐射吸收层下方的温度敏感器件，转化为电信号变化，并通过连接第二热辐射吸收层的金属连线和信号处理电路层的金属导体柱,传递给信号处理电路进行处理。
本发明实施例提供一种热辐射探测器阵列，这种结构温度探测器上方制造双层热辐射吸收层，将平面金属互连制造在热辐射吸收层的下方，避免了热辐射被平面金属互连阻挡而降低热吸收率；平面金属互连作为热辐射的反射层，使透射经过双层热辐射吸收层的热辐射被再次反射回双层热辐射吸收层,增大了对热辐射的吸收率；在金属导体柱与第二热辐射吸收层上下表面的接触位置，制造固定在金属导体柱上的横向凸起，用以夹持和固定悬空的第二热辐射吸收层，增强稳定性和强度。
图2为本发明实施例一种热辐射探测器阵列的制造方法的流程图，如图2所示，该方法包括：
S1，采用第一硅圆片制造所述信号处理电路，所述第一硅圆片表面制造有金属焊盘，采用第二硅圆片制造所述第二热辐射吸收层和所述温度敏感器件，利用干法刻蚀，在所述第二硅圆片表面的平面金属互连上刻蚀第一通孔，所述第一通孔与所述第二硅圆片上所述金属焊盘对应；
S2，在所述第一硅圆片表面涂覆可加热分解的高分子薄膜，作为所述第一硅圆片和所述第二硅圆片的高分子键合层，在所述高分子键合层表面刻蚀凹槽，所述凹槽与所述第二硅片上所述金属焊盘对应，所述凹槽的平面尺寸大于所述平面金属互连上的所述第一通孔的尺寸，将所述第二硅圆片翻转,所述第二硅圆片的所述平面金属互连上的所述第一通孔与所述第一硅圆片的所述金属焊盘对准,利用所述高分子键合层将所述第一硅圆片与所述第二硅圆片键合为一体；
S3，从背面减薄所述第二硅圆片,保留所述第二热辐射吸收层和所述温度敏感器件；
S4，在与所述平面金属互连上所述第一通孔对应的位置，刻蚀所述第二硅圆片的所述第二热辐射吸收层使其穿通，经过所述平面金属互连上所述第一通孔后，继续刻蚀穿通所述高分子键合层，直到所述信号处理电路表面上所述金属焊盘，形成贯穿所述第二热辐射吸收层的第二通孔；
S5，在所述第二通孔内部沉积金属，形成所述金属导体柱，所述金属导体柱在所述高分子键合层的所述凹槽位置横向展宽,形成下横向凸起,当所述金属导体柱完全填充所述第二通孔后，继续沉积预设时间，使所述金属导体柱在所述第二硅圆片表面横向扩展,形成上横向凸起；
S6,在所述第二热辐射吸收层表面涂覆可加热分解的高分子薄膜作为牺牲层，在所述牺牲层上刻蚀第三通孔；
S7，在所述牺牲层上方沉积所述第一热辐射吸收层，所述第一热辐射吸收层同时填充所述第三通孔，形成所述导热柱，刻蚀所述第一热辐射吸收层将其分割为阵列；
S8，在真空中加热，使所述高分子键合层和所述高分子牺牲层分解。
本发明实施例公开一种实现热辐射探测器阵列的制造方法，该方法利用三维集成技术将热辐射探测器阵列与信号处理电路集成，通过双层热辐射吸收层提高热辐射吸收率，通过将平面金属互连制造在第二热辐射吸收层下方，实现无金属遮挡的背照式热辐射吸收结构，通过带有夹板结构的金属导体柱加强热辐射吸收层的稳定性，并采用可加热分解的高分子材料作为键合层和第一热辐射吸收层下方的牺牲层材料。
下面将结合附图，以硅二极管作为温度敏感器件，举例对本发明实施方式作进一步地详细描述。
图3为本发明实施例提供的第一硅圆片信号处理电路圆片的示意图。首先利用集成电路制造工艺，制造用于热辐射探测器阵列的信号处理电路，信号处理电路采用常规体硅圆片制造，图中100是信号处理电路硅片，101是信号处理电路的晶体管，102是信号处理电路的介质层和互连金属，103是用于与金属导体柱连接的金属焊盘。
图4为本发明实施例提供的第二硅圆片绝缘体硅(SOI)圆片示意图，如图4所示，第二硅圆片为绝缘体硅圆片(简称SOI圆片)，图中220是SOI芯片的衬底层，201是SOI圆片的埋氧层，202是SOI圆片的单晶硅器件层，203是在SOI的器件层上制造的温度敏感器件，204是连接温度敏感器件203与金属导体柱的平面金属互连，205是在平面金属互连204上对应第一硅圆片表面的金属焊盘位置刻蚀的第一通孔。平面金属互连204包括两个互连，分别连接温度敏感器件的两端，并且铺满整个单元的表面，只在单元中心对称位置分割为2个互连。除了作为电信号的互连，大面积的平面金属互连204还作为热辐射反射层，将第二热辐射吸收层未能吸收的热辐射反射回第一和第二热辐射吸收层，进行第二次吸收，以提高热辐射的吸收率。金属互连的第一通孔205的直径决定金属导体柱的直径。
图5为本发明实施例提供的在第一硅圆片表面涂覆高分子键合层的示意图，如图5所示，采用悬涂的方法，在SOI表面涂覆可加热分解的高分子材料如聚甲基乙撑碳酸酯(PPC)薄膜，加热固化后形成高分子键合层110。以光刻胶作为掩膜，利用反应离子刻蚀方法,在高分子键合层表面刻蚀凹槽111，凹槽111的位置对应第一硅圆片表面的金属焊盘的位置，凹槽111的直径大于金属互连第一通孔205的直径。
图6为本发明实施例提供的将第二硅圆片翻转后与第一硅圆片面对面键合后的结构示意图，如图6所示，将SOI圆片翻转，使SOI表面的温度敏感器件203朝下，通过涂覆在信号处理电路圆片表面的高分子键合层110，在150度和氮气的环境中将SOI圆片与信号处理电路进行面对面的键合。
图7为本发明实施例提供的去除第二硅圆片的衬底层后的结构示意图，如图7所示，利用机械研磨或干法刻蚀技术，将SOI圆片的衬底层220全部去除，只留下埋氧层201和器件层202。
图8为本发明实施例提供的刻蚀第二圆片埋氧层、器件层和高分子键合层后的结构示意图，如图8所示，利用反应离子刻蚀方法，刻蚀SOI的埋氧层201、器件层202，以及高分子键合层110，在对应信号处理电路表面金属焊盘103的位置形成贯穿的第二通孔206；并刻蚀出缝隙207形成支撑臂208,并分割相邻的探测器单元。第二通孔206穿过金属互连的第一通孔205，其第二通孔206的直径由第一通孔205决定。
图9为本发明实施例提供的制造金属导体柱后的结构示意图，如图9所示，利用化学镀或者电镀的方法，在第二通孔206内沉积金属形成金属导体柱209，金属导体柱209贯穿埋氧层201、器件层202和高分子键合层110。由于高分子键合层110表面刻蚀的凹槽111的存在，金属导体柱209在沉积过程中遇到凹槽111时会横向扩展，填充凹槽111后形成第一夹板210。当金属导体柱209达到埋氧层201的表面时，继续填充一段时间，使金属在埋氧层201的表面横向扩展，形成第二夹板211。第一夹板210和第二夹板211共同夹持和固定第二热辐射吸收层，加强稳定性。
图10为本发明实施例提供的制造高分子牺牲层后的结构示意图，如图10所示，利用旋涂方法，在埋氧层201的表面涂覆可加热分解的高分子薄膜310作为牺牲层；利用反应离子刻蚀，在PPC高分子牺牲层310上刻蚀第三通孔311。
图11为本发明实施例提供的制造热辐射吸收层后的结构示意图，如图11所示，利用低温化学气相沉积方法，在高分子牺牲层310表面沉积氮化硅薄膜形成第一热辐射吸收层300，氮化硅同时填充第三通孔311形成导热柱301；利用反应离子刻蚀，将第一热辐射吸收层300刻蚀为对应每个温度敏感单元的独立单元。
图12为本发明实施例提供的去除高分子键合层和高分子牺牲层后的结构示意图，如图12所示，在真空环境下对键合的圆片整体加热到200度，使高分子键合层110和高分子牺牲层310的材料PPC分解，PPC分解后变成气体排出，使第二热辐射吸收层200(包括埋氧层201、器件层202和温度敏感器件203以及平面金属互连204)通过导体金属导体柱209和支撑臂208支撑悬空在信号处理电路圆片100的上方，第一热辐射吸收层300通过导热柱301支撑悬空在第二热辐射吸收层200的上方。
至此，通过高分子材料作为键合层的临时键合技术，实现了温度敏感器件和信号处理电路的集成；通过可加热分解的高分子材料作为键合层及牺牲层，并最后加热使键合层及牺牲层分解去除，实现了第一热辐射吸收层和第二热辐射吸收层的悬空；通过带有夹板结构，增强第二热辐射吸收层的稳定性。
综上，本发明实施例提供的一种热辐射探测器阵列制造方法的有益效果是：
利用可加热分解的高分子材料实现了对两层热辐射吸收层和温度敏感器件层与信号处理电路的集成，同时实现对热辐射吸收层和温度敏感器的机械支撑使其悬空并实现电信号连接；
利用可加热分解的高分子材料作为键合层和第一热辐射吸收层的牺牲层，通过加热使这两层分解，简单高效地实现了两层热辐射吸收层的悬空释放，从而实现了集成有信号处理电路的三层结构的热辐射探测器阵列；
带有夹板结构的金属导体柱，不仅同时作为热辐射吸收层悬空的支撑结构和温度敏感器件的电信号互连，而且提高了热辐射吸收层的稳定性和强度；
采用双层热辐射吸收层，提高了热辐射的吸收率，提高了传感器的灵敏度；平面金属位于两层热辐射吸收层的下方，实现了背照式结构，避免了平面金属对热辐射吸收的影响；同时，大面积的平面金属互连作为热反射层，将未能被两层热辐射吸收层所吸收的辐射反射回去，实现热辐射的第二次吸收，提高了热辐射探测阵列的性能。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种热辐射探测器阵列，所述热辐射探测器阵列包括若干个热辐射探测器单元，其特征在于，包括：
对于任一个热辐射探测器单元，所述任一个热辐射探测器单元按照自上而下的顺序依次包括：第一热辐射吸收层、第二热辐射吸收层和信号处理电路层，所述第一热辐射吸收层通过导热柱与所述第二热辐射吸收层连接，所述第二热辐射吸收层通过金属导体柱与所述信号处理电路层连接；
所述第二热辐射吸收层下表面带有温度敏感器件，所述第二热辐射吸收层的下表面带有平面金属互连，所述平面金属互连分别与所述温度敏感器件、所述金属导体柱连接，且所述金属导体柱穿透所述平面金属互连；
所述金属导体柱在所述第二热辐射吸收层的上表面和下表面各有一个横向凸起，所述第二热辐射吸收层夹在两个横向凸起之间；
所述第一热辐射吸收层和所述第二热辐射吸收层用于吸收目标物体的热辐射，并将吸收的热辐射转换为温度变化，所述温度敏感器件将所述温度变化转换为电信号变化，所述信号处理电路用于处理所述电信号。
2.一种如权利要求1所述热辐射探测器阵列的制造方法，其特征在于，包括：
采用第一硅圆片制造所述信号处理电路，所述第一硅圆片表面制造有金属焊盘，采用第二硅圆片制造所述第二热辐射吸收层和所述温度敏感器件，利用干法刻蚀，在所述第二硅圆片表面的平面金属互连上刻蚀第一通孔，所述第一通孔与所述第二硅圆片上所述金属焊盘对应；
在所述第一硅圆片表面涂覆可加热分解的高分子薄膜，作为所述第一硅圆片和所述第二硅圆片的高分子键合层，在所述高分子键合层表面刻蚀凹槽，所述凹槽与所述第二硅片上所述金属焊盘对应，所述凹槽的平面尺寸大于所述平面金属互连上的所述第一通孔的尺寸，将所述第二硅圆片翻转,所述第二硅圆片的所述平面金属互连上的所述第一通孔与所述第一硅圆片的所述金属焊盘对准,利用所述高分子键合层将所述第一硅圆片与所述第二硅圆片键合为一体；
从背面减薄所述第二硅圆片,保留所述第二热辐射吸收层和所述温度敏感器件；
在与所述平面金属互连上所述第一通孔对应的位置，刻蚀所述第二硅圆片的所述第二热辐射吸收层使其穿通，经过所述平面金属互连上所述第一通孔后，继续刻蚀穿通所述高分子键合层，直到所述信号处理电路表面上所述金属焊盘，形成贯穿所述第二热辐射吸收层的第二通孔；
在所述第二通孔内部沉积金属，形成所述金属导体柱，所述金属导体柱在所述高分子键合层的所述凹槽位置横向展宽,形成下横向凸起,当所述金属导体柱完全填充所述第二通孔后，继续沉积预设时间，使所述金属导体柱在所述第二硅圆片表面横向扩展,形成上横向凸起；
在所述第二热辐射吸收层表面涂覆可加热分解的高分子薄膜作为牺牲层，在所述牺牲层上刻蚀第三通孔；
在所述牺牲层上方沉积所述第一热辐射吸收层，所述第一热辐射吸收层同时填充所述第三通孔，形成所述导热柱，刻蚀所述第一热辐射吸收层将其分割为阵列；
在真空中加热，使所述高分子键合层和所述高分子牺牲层分解。
3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述温度敏感器件为单晶硅二极管。
4.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述金属导体柱的材料为镍。
5.根据权利要求2所述方法，其特征在于，通过化学镀镍金的方法，在所述金属焊盘表面沉积金。
6.根据权利要求2所述方法，其特征在于，包括：所述的可加热分解的高分子材料为聚碳酸酯、聚甲基乙撑碳酸酯和聚碳酸丙烯环己烯酯中的一种。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910222925.3A CN110044494B (zh) | 2019-03-22 | 2019-03-22 | 一种热辐射探测器阵列及其制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910222925.3A CN110044494B (zh) | 2019-03-22 | 2019-03-22 | 一种热辐射探测器阵列及其制造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110044494A true CN110044494A (zh) | 2019-07-23 |
| CN110044494B CN110044494B (zh) | 2021-04-13 |
Family
ID=67275004
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910222925.3A Active CN110044494B (zh) | 2019-03-22 | 2019-03-22 | 一种热辐射探测器阵列及其制造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110044494B (zh) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111879419A (zh) * | 2020-08-03 | 2020-11-03 | 无锡物联网创新中心有限公司 | 一种红外热探测器及其制作方法 |
| CN112038476A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-12-04 | 中芯集成电路（宁波）有限公司上海分公司 | 热电堆传感器的制作方法 |
| CN112117365A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-12-22 | 中芯集成电路（宁波）有限公司上海分公司 | 热电堆传感器的制作方法 |
| CN112117367A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-12-22 | 中芯集成电路（宁波）有限公司上海分公司 | 热电堆传感器的制作方法 |
| CN112117364A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-12-22 | 中芯集成电路（宁波）有限公司上海分公司 | 热电堆传感器的制作方法 |
| CN112117362A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-12-22 | 中芯集成电路（宁波）有限公司上海分公司 | 热电堆传感器及其制作方法、电子设备 |
| CN112117361A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-12-22 | 中芯集成电路（宁波）有限公司上海分公司 | 热电堆传感器及其制作方法、电子设备 |
| CN112117368A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-12-22 | 中芯集成电路（宁波）有限公司上海分公司 | 热电堆传感器的制作方法 |
| CN112117369A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-12-22 | 中芯集成电路（宁波）有限公司上海分公司 | 热电堆传感器的制作方法 |
| CN112117374A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-12-22 | 中芯集成电路（宁波）有限公司上海分公司 | 热电堆传感器的制作方法 |
| CN112117366A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-12-22 | 中芯集成电路（宁波）有限公司上海分公司 | 热电堆传感器的制作方法 |
| CN112117371A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-12-22 | 中芯集成电路（宁波）有限公司上海分公司 | 热电堆传感器的制作方法 |
| WO2022002169A1 (zh) * | 2020-06-30 | 2022-01-06 | 中芯集成电路（宁波）有限公司上海分公司 | 热电堆传感器及其制作方法、电子设备 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI815153B (zh) * | 2021-07-27 | 2023-09-11 | 原相科技股份有限公司 | 雙吸收層的遠紅外光感測器及其製造方法 |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06137943A (ja) * | 1992-10-29 | 1994-05-20 | Nec Corp | 熱型赤外線センサ |
| CN1904568A (zh) * | 2005-07-28 | 2007-01-31 | 中国科学院微电子研究所 | 光－机械式双层结构非制冷红外成像焦平面阵列 |
| JP2007024542A (ja) * | 2005-07-12 | 2007-02-01 | Matsushita Electric Works Ltd | 検査方法及び検査装置 |
| CN1926416A (zh) * | 2004-03-04 | 2007-03-07 | 原子能委员会 | 包括有源和无源微辐射热计的辐射热检测装置的制造方法 |
| JP2007263768A (ja) * | 2006-03-28 | 2007-10-11 | Matsushita Electric Works Ltd | 赤外線センサ |
| CN101298997A (zh) * | 2008-04-29 | 2008-11-05 | 清华大学 | 双层结构的室温红外探测器阵列及其制造方法 |
| CN102226721A (zh) * | 2011-04-06 | 2011-10-26 | 电子科技大学 | 一种非制冷红外探测焦平面器件 |
| CN102393252A (zh) * | 2011-09-29 | 2012-03-28 | 电子科技大学 | 一种双层微测辐射热计及其制作方法 |
| CN102564601A (zh) * | 2010-12-22 | 2012-07-11 | 精工爱普生株式会社 | 热式光检测装置、电子设备、热式光检测器及其制造方法 |
| US20160079306A1 (en) * | 2014-09-12 | 2016-03-17 | Excelitas Technologies Singapore Pte. Ltd. | Surface Micro-Machined Infrared Sensor Using Highly Temperature Stable Interferometric Absorber |
-
2019
- 2019-03-22 CN CN201910222925.3A patent/CN110044494B/zh active Active
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06137943A (ja) * | 1992-10-29 | 1994-05-20 | Nec Corp | 熱型赤外線センサ |
| CN1926416A (zh) * | 2004-03-04 | 2007-03-07 | 原子能委员会 | 包括有源和无源微辐射热计的辐射热检测装置的制造方法 |
| JP2007024542A (ja) * | 2005-07-12 | 2007-02-01 | Matsushita Electric Works Ltd | 検査方法及び検査装置 |
| CN1904568A (zh) * | 2005-07-28 | 2007-01-31 | 中国科学院微电子研究所 | 光－机械式双层结构非制冷红外成像焦平面阵列 |
| JP2007263768A (ja) * | 2006-03-28 | 2007-10-11 | Matsushita Electric Works Ltd | 赤外線センサ |
| CN101298997A (zh) * | 2008-04-29 | 2008-11-05 | 清华大学 | 双层结构的室温红外探测器阵列及其制造方法 |
| CN102564601A (zh) * | 2010-12-22 | 2012-07-11 | 精工爱普生株式会社 | 热式光检测装置、电子设备、热式光检测器及其制造方法 |
| CN102226721A (zh) * | 2011-04-06 | 2011-10-26 | 电子科技大学 | 一种非制冷红外探测焦平面器件 |
| CN102393252A (zh) * | 2011-09-29 | 2012-03-28 | 电子科技大学 | 一种双层微测辐射热计及其制作方法 |
| US20160079306A1 (en) * | 2014-09-12 | 2016-03-17 | Excelitas Technologies Singapore Pte. Ltd. | Surface Micro-Machined Infrared Sensor Using Highly Temperature Stable Interferometric Absorber |
Cited By (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112117369A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-12-22 | 中芯集成电路（宁波）有限公司上海分公司 | 热电堆传感器的制作方法 |
| CN112117368B (zh) * | 2020-06-30 | 2024-03-05 | 中芯集成电路（宁波）有限公司上海分公司 | 热电堆传感器的制作方法 |
| CN112117374A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-12-22 | 中芯集成电路（宁波）有限公司上海分公司 | 热电堆传感器的制作方法 |
| CN112117367A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-12-22 | 中芯集成电路（宁波）有限公司上海分公司 | 热电堆传感器的制作方法 |
| CN112117364A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-12-22 | 中芯集成电路（宁波）有限公司上海分公司 | 热电堆传感器的制作方法 |
| CN112117362A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-12-22 | 中芯集成电路（宁波）有限公司上海分公司 | 热电堆传感器及其制作方法、电子设备 |
| CN112117361A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-12-22 | 中芯集成电路（宁波）有限公司上海分公司 | 热电堆传感器及其制作方法、电子设备 |
| CN112117368A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-12-22 | 中芯集成电路（宁波）有限公司上海分公司 | 热电堆传感器的制作方法 |
| CN112117365A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-12-22 | 中芯集成电路（宁波）有限公司上海分公司 | 热电堆传感器的制作方法 |
| CN112038476A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-12-04 | 中芯集成电路（宁波）有限公司上海分公司 | 热电堆传感器的制作方法 |
| CN112117371A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-12-22 | 中芯集成电路（宁波）有限公司上海分公司 | 热电堆传感器的制作方法 |
| CN112117366A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-12-22 | 中芯集成电路（宁波）有限公司上海分公司 | 热电堆传感器的制作方法 |
| CN112117364B (zh) * | 2020-06-30 | 2023-02-21 | 中芯集成电路（宁波）有限公司上海分公司 | 热电堆传感器的制作方法 |
| WO2022002169A1 (zh) * | 2020-06-30 | 2022-01-06 | 中芯集成电路（宁波）有限公司上海分公司 | 热电堆传感器及其制作方法、电子设备 |
| CN112117362B (zh) * | 2020-06-30 | 2023-02-17 | 中芯集成电路（宁波）有限公司上海分公司 | 热电堆传感器及其制作方法、电子设备 |
| CN112117371B (zh) * | 2020-06-30 | 2023-02-17 | 中芯集成电路（宁波）有限公司上海分公司 | 热电堆传感器的制作方法 |
| CN112117366B (zh) * | 2020-06-30 | 2023-02-17 | 中芯集成电路（宁波）有限公司上海分公司 | 热电堆传感器的制作方法 |
| CN111879419B (zh) * | 2020-08-03 | 2021-04-16 | 无锡物联网创新中心有限公司 | 一种红外热探测器及其制作方法 |
| CN111879419A (zh) * | 2020-08-03 | 2020-11-03 | 无锡物联网创新中心有限公司 | 一种红外热探测器及其制作方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110044494B (zh) | 2021-04-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110044494A (zh) | 一种热辐射探测器阵列及其制造方法 | |
| US9521958B2 (en) | Gas cell and coating method of gas cell | |
| US9688053B2 (en) | Devices formed with techniques for bonding substrates using an intermediate layer | |
| TWI336394B (en) | Infrared ray sensor and manufacturing method for the same therefore | |
| JP5751544B2 (ja) | 非冷却マイクロボロメータを製造する際に使用するシリコン・オン・インシュレーター（ｓｏｉ）相補型金属酸化物半導体（ｃｍｏｓ）ウェーハ | |
| JP2007509315A (ja) | ２層構造のボロメータ型赤外線センサ及びその製造方法 | |
| CN104246457B (zh) | 具有高填充水平的热电堆红外线传感器结构 | |
| CN103698020B (zh) | 复合薄膜作为红外吸收层的热电堆红外气体探测器及其加工方法 | |
| CN110687065B (zh) | 一种红外光源的制备方法及一种红外气体传感器 | |
| CN102226721A (zh) | 一种非制冷红外探测焦平面器件 | |
| CN102393249A (zh) | 一种热释电红外探测器及其制备方法 | |
| CN202924718U (zh) | 双材料微悬臂梁、电磁辐射探测器 | |
| JPH07209089A (ja) | 赤外線センサ | |
| CN103855238B (zh) | 一种背入射浸没式热敏薄膜型红外探测器 | |
| Midtbo et al. | Fabrication and characterization of CMUTs realized by wafer bonding | |
| CN116002606B (zh) | 一种红外热辐射探测器及制作方法 | |
| CN109399552B (zh) | 一种微机电系统红外探测器的制作方法 | |
| CN103072941B (zh) | 基于表面牺牲层工艺的mems器件自封装制备方法 | |
| JPH09113352A (ja) | マイクロレンズ付赤外線検出素子およびその製造方法 | |
| KR102587111B1 (ko) | 볼로미터 멤스 소자 및 볼로미터 멤스 소자의 제조 방법 | |
| CN115060371A (zh) | 一种微测辐射热计、制作方法及红外探测器 | |
| CN111044158A (zh) | 制造检测具有改进的封装结构的电磁辐射的装置的方法 | |
| CN113735053B (zh) | 一种微机电红外传感器及其制备方法 | |
| CN203774352U (zh) | 背入射浸没式热敏薄膜型红外探测器 | |
| CN103058123B (zh) | 一种自封装的mems器件及红外传感器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |