CN110793679A - 一种柔性集成式阵列传感器及其晶圆级制造工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种柔性集成式阵列传感器及其制造工艺，其属于柔性传感器技术领域。所述阵列传感器包括硅晶圆和位于硅晶圆上的读出电路层、传感阵列层和聚合物衬底层。所述制造工艺包括：提供一硅晶圆，在该硅晶圆表面制作多个由m*n个传感单元构成的集成式阵列传感器；在各个阵列传感器之间对所述硅晶圆表面进行深槽刻蚀；在所述硅晶圆表面制作减薄支撑，将硅晶圆背面减薄至目标厚度使得各个阵列传感器所处的硅晶圆相互分离；其中，所述深槽的刻蚀深度等于或大于所述硅晶圆减薄后的目标厚度。该制造工艺能够克服现有采用硅基材料制作柔性阵列传感器阵列存在的减薄后芯片易翘曲破裂、机械划片损伤大的技术难点。

Description

一种柔性集成式阵列传感器及其晶圆级制造工艺
技术领域
本发明涉及柔性阵列传感器技术领域，具体涉及一种柔性集成式阵列传感器及其晶圆级制造工艺。
背景技术
当下，柔性传感器在人机交互、机器人电子皮肤、生物医学及健康医疗领域得到了广泛应用。而构成柔性传感器的传感单元可按测量对象分有压力、流量、温度、气体等诸多种类，还可按敏感机理分有压阻式、电容式、压电式等诸多种类。比如压电式柔性传感器是利用敏感材料的压电效应，当外力作用于敏感材料时，发生结构形变，引起其表面上出现正负束缚电荷，从而感知外部压力信息。
在众多种类的柔性传感器中，无论传感单元所属何种敏感机理以及面对何种测量对象，均需要经过读出电路处理后送入后端电路系统分析。而容易理解的是，为实现传感器能够大面积地响应外界信号并能够使后端系统检测出复杂的外界信息，其核心构成通常是由若干个传感单元搭建而成的阵列(或者点阵)模式，且每个传感单元都需要配置相应的读出电路，以响应作用至其上的外界信号，这决定了作为敏感检测的传感单元和作为放大或信号调理作用的读出电路在传感器阵列中总是共同出现而且会随阵列尺寸增大而不断增多。然而，目前的柔性阵列传感器发展状况是：
一方面，由于有机薄膜晶体管具有柔韧性好、低成本、工艺简单等特点，被广泛用于柔性电子领域，因此基于对传感器的柔性需求，大多采用有机薄膜晶体管制作读出电路，但是有机材料的载流子迁移率较低，从而导致采样频率偏低，无法满足高频信号的检测等问题。另一方面，在目前报道的大多数柔性阵列传感器中，内部传感单元与其读出电路处于分离的状态，它们大多通过打印电子或转印技术进行制造并通过引线方式与读出电路实现电连接以传递信号。可以理解的是，随着阵列尺寸的增加，引线数目越来越多(因为与阵列中的每个传感单元连接的读出电路均需要至少两条引线)，导致电路结构复杂，会产生较多的噪声及串扰，并且不利于提高传感器的空间分辨率。
另外，从柔性传感器的制作工艺上来看，目前的主流方法是通过打印电子或转印技术把有机或非晶材料直接印刷到柔性基体上，可作大面积低成本生产。但是与传统硅基材料相比，有机或非晶材料的载流子迁移率较低，从而制约了器件的运作频率和性能。而且，在如今晶圆级半导体制造工艺已相当成熟的技术背景下，虽众知传统硅基材料具有较高的载流子迁移率，利用硅基材料制作读出电路能够为传感器带来更好的采样频率和运行速度，但却仍然少见采用硅基材料制作读出电路与传感单元集于一体的高集成度、高灵敏度的柔性阵列传感器，究其原因在于工艺难度大，难以将本就呈刚性、脆性的硅材料减薄至一定厚度后使其完全保形并实现柔性化(因为晶圆减薄的目标厚度极小，其制程产生的薄膜应力会导致减薄后的芯片产生翘曲或者破裂)，而且减薄后的机械式划片步骤也容易损伤器件，从而大大降低器件成品率，增加成本。
发明内容
本发明的第一个目的是针对现有技术中所存在的上述不足而提供一种柔性集成式阵列传感器，其用于解决现有柔性阵列传感器存在的传感单元与读出电路连接引线数目多、噪声和串扰较大，以及采用有机薄膜晶体管制作读出电路带来的采样频率低和高频信号检测能力弱的问题。
本发明的第二个目的是一种柔性集成式阵列传感器的制造工艺，其用于替代传统柔性传感器的转印或印刷制造手段，并克服现有采用硅基材料制作柔性阵列传感器存在的减薄后芯片易翘曲破裂、机械划片损伤大的技术难点。
为实现上述第一个目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种柔性集成式阵列传感器，其包括：
读出电路层，其构造在一适于柔性应用的硅晶圆上，并包括若干个读出电路单元；
传感阵列层，其与所述读出电路层堆叠构造，并包括若干个传感单元，每个所述传感单元均通过导电钨塞与一个所述读出电路单元连接以构成一个检测单元，这些检测单元在硅晶圆上呈m*n阵列化分布以形成检测阵列。
进一步的是，所述柔性集成式阵列传感器还包括聚合物衬底层，所述聚合物衬底层包括覆盖构造在所述检测阵列上的顶部聚合物衬底；或者还包括：覆盖构造在所述硅晶圆背离所述检测阵列设置一侧的底部聚合物衬底。
进一步的是，所述柔性集成式阵列传感器还包括：聚合物钝化层，其构造在顶部聚合物衬底和检测阵列之间，该聚合物钝化层包括若干个接触孔，通过接触孔和连接金属实现两个或两个以上相互分离的检测阵列之间的电连接。
为实现上述第二个目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种柔性集成式阵列传感器的晶圆级制造工艺，其包括：
S1、提供一硅晶圆，通过半导体工艺在该硅晶圆表面制作多个由m*n个检测单元组成的检测阵列；
S2、在各检测阵列之间对所述硅晶圆表面进行深槽刻蚀使检测阵列之间相互分离，刻蚀深度等于或大于所述硅晶圆后续减薄后的目标厚度；
S3、在各检测阵列上方制作顶部聚合物衬底层并对其图形化，然后在图形化的顶部聚合物衬底层上制作减薄支撑，将硅晶圆背面减薄至目标厚度使得各个检测阵列所处的硅晶圆相互分离；
S4、去掉减薄支撑，释放制得柔性集成式阵列传感器。
进一步的是，所述S3中，制作顶部聚合物衬底层之前还可以包括：
先在各检测阵列上方制作聚合物钝化层并对其开设接触孔，利用所述接触孔使至少两个相互分离的检测阵列之间通过连接金属进行电连接；然后在聚合物钝化层上方制作顶部聚合物衬底层并对二者共同图形化。
相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、本发明所提供的柔性集成式阵列传感器，以硅基材料制作读出电路，与普通有机材料相比，载流子迁移率高，具有更高的采样频率和运行速度，灵敏度显著提升。
2、本发明所提供的柔性集成式阵列传感器，通过将硅基读出电路与传感阵列堆叠构造形成检测阵列，与现有柔性集成式阵列传感器相比，引线数目减少，电路结构大大优化，实现了传感器阵列与读出电路的单芯片集成，有效地提高了传感器的增益、空间分辨率、信噪比和抗干扰能力，更便于应用于电子皮肤和仿生机器人等多个高端领域。
3、本发明所述的柔性集成式阵列传感器制造工艺采用了晶圆级制备方法，其通过在硅晶圆上各检测阵列之间刻蚀出等于或略大于目标厚度的深槽方式，使得既能够在对硅晶圆背面进行减薄时释放薄膜应力而防止减薄后的芯片产生翘曲或者破裂现象，又能够在减薄工艺后释放器件，无需再进行机械式划片，可避免传统的划片工艺给晶圆带来的损伤；同时，带有接触孔的聚合物钝化层的设置，可实现不同敏感机理和/或不同性能的相互分离的检测阵列之间通过连接金属进行电连接，有效地提高了多功能柔性硅基器件制备的可行性。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明实施例一的具有单一功能检测阵列的柔性集成式阵列传感器的结构示意图；
图2为图1所示柔性集成式阵列传感器体现检测单元构造的截面示意图；
图3为本发明制备实施例一的具有单一功能检测阵列的柔性集成式阵列传感器的各步骤截面示意图；
图4为本发明实施例二的具有双功能检测阵列的柔性集成式阵列传感器的结构示意图；
图5为图4所示柔性集成式阵列传感器体现检测单元构造的截面示意图；
图6为本发明制备实施例二的具有双功能检测阵列的柔性集成式阵列传感器的各步骤截面示意图。
其中，100硅晶圆；110深槽；200检测阵列；200a检测单元；300支撑晶圆；310键合材料；210读出电路层；211读出电路单元；220介质层；221、222导电钨塞；230压电传感阵列层；231压电传感单元；231a上电极层；231b下电极层；231c压电材料层；240第一连接金属；250聚合物；251第一接触孔；260聚合物质钝化层；261第二接触孔；262第二连接金属；270顶部聚合物衬底层；280底部聚合物衬底层；290焊盘。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与作用更加清楚及易于了解，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步阐述：
基于本发明背景技术提出的不足，本发明提供了一种无需采用复杂引线方式连接传感单元和读出电路单元的柔性集成式阵列传感器，该阵列传感器中可以是通过半导体工艺制备的以不同敏感机理测量不同对象的微传感器作为传感单元。而不管何种微传感器作为传感单元，传感单元对外界被测对象的变化均可转化为被其读出电路接收和响应的电荷、电流或电压变化并进行信号调理，送至后端系统以检测外界信息。
实施例一
本发明提出了一种具有单一检测阵列的柔性集成式阵列传感器，并且通过以压电式测量机理的微压力传感器作为检测阵列中的传感单元展开说明本发明提出的思想。该实施例实现了柔性阵列传感器的单一功能检测。
如图1-2所示，本发明提供一种柔性集成式阵列传感器，其包括构造在一适于柔性应用的硅晶圆100上的读出电路层210，其包括若干个读出电路单元211；和构造在所述读出电路层210上的压电传感阵列层230，其包括若干个压电传感单元231，每个压电传感单元231均通过导电钨塞221、222与一个读出电路单元211连接以构成一个检测单元200a，这些检测单元200a在硅晶圆上呈m*n阵列化分布以形成检测阵列200(图1中检测单元200a以3*2阵列化分布作为检测阵列200的示意)。其中，导电钨塞221、222的制作方式包括但不限于在读出电路层210上先构造介质层220，然后在介质层220中构造若干与各读出电路单元211连接的导电钨塞221、222。该介质层220优先采用二氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。
基于本发明的上述构造，检测阵列中的传感单元能够达到空间分辨率小于1mm。其中，所述读出电路层210中的各读出电路单元211为采用半导体工艺制作的微集成电路，优先采用CMOS电路、双极型电路或者薄膜晶体管电路的任意一种，可根据具体实施而定，它的制作方式可通过对硅片进行氧化、刻蚀、光刻、离子注入等工艺完成。其作用主要是用作信号读出以及后续信号调理，响应压电传感单元的压力信号并转换为可被后端系统识别接收的电压信号(或电流信号)。另外，所述适于柔性应用的硅晶圆为厚度小于100μm的薄硅片,可通过成熟的减薄工艺制得。
上述方案中，本发明采用硅基材料作为衬底，通过半导体制程工艺制作由若干读出电路单元构成的读出电路层和由若干压电传感单元构成的压电传感阵列层，并让它们建立起一对一连接关系形成检测阵列。应用时，当压电传感阵列层中某一或某几个传感单元检测到有接触压力时，会通过产生正负感应电荷而被相应的硅基读出电路单元快速响应，以送入后端系统处理。这种将读出电路单元与传感单元在垂直方向上进行单芯片集成的技术手段可通过成熟的半导体工艺进行制备，不仅能够减少引线数目，简化电路结构从而解决传统引线连接的集成手段带来的线路复杂问题，又能够基于硅基材料的高载流子迁移率特性解决传统有机读出电路存在的采样频率低、高频信号检测能力弱的问题。
本实施例进一步的实施细节是：如图2所示，所述在介质层220中对应每个读出电路单元211构造有两组导电钨塞221、222；其中,每个压电传感单元231均包括自上往下分布的上电极层231a、压电材料层231c和下电极层231b，且令各传感单元的下电极层231b直接通过一组导电钨塞221与对应读出电路单元211的第一个接线部位相连接，令各传感单元的上电极层231a间接通过一组导电钨塞222与对应读出电路单元211的第二个接线部位相连接，如图2所示。即一个读出电路单元211是通过两组钨塞221、222分别与一个压电传感单元231的上电极层231a和下电极层231b进行连接。其中，所述上电极层231a和下电极层231b优先采用钼、钛、铝、铜、钽或金，二者可以采用同一种或者不同种电极材料。而所述压电材料层231c则作为整个传感阵列的敏感材料，其优先采用锆钛酸铅、氮化铝、钪掺杂氮化铝或氧化锌构成的压电薄膜，当有外界压力作用于其上时，会在上电极层231a和下电极层231b分别产生电量相等的正负电荷，然后经过所连接的导电钨塞221、222送至对应读出电路单元211。
上述提到压电传感单元231的上电极层231a是间接通过钨塞222与读出电路单元211进行连接。如图2所示，本发明中给出了其中一种实施方式，即通过利用连接金属240实现压电传感单元231的上电极层231a与对应钨塞222的连接。这里，使用连接金属240由于是半导体制备工艺中的常规方法，所以不做展开说明。经过上述结构布置，每个压电传感单元231的下电极层231b通过一组钨塞221与对应读出电路单元的第一个接线部位连接，每个压电传感单元231的上电极层231a通过连接金属240和另一组钨塞222与对应读出电路单元的第二个接线部位连接，至此便建立起“一个压电传感单元231对应连接一个读出电路单元211”的连接关系，从而在硅晶圆上形成了由m*n个检测单元200a组成的检测阵列200。
本实施例进一步的实施细节是：如图2所示，所述柔性集成式阵列传感器还包括聚合物衬底层，所述聚合物衬底层可以仅包括覆盖构建在所述检测阵列200上的顶部聚合物衬底层270，也可以是还包括构造在所述硅晶圆背离所述检测阵列200设置一侧的底部聚合物衬底层280。本实施例优先采用的是顶部聚合物衬底层270与底部聚合物衬底层280兼具(如图2所示)。这里，聚合物衬底层通过常规的旋涂或淀积技术手段完成在相应层上的附着，本发明不涉及具体改进，故不展开说明。聚合物衬底层材料在具体实施时可选取聚酰亚胺、聚酯、聚氨酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚烯烃、环氧树脂、聚碳酸酯、聚酰胺、丙烯酸树脂、有机硅树脂、派瑞林类材料中的任意一种或组合。前述提到的派瑞林类材料在本领域技术人员具体实施中可以采用Pary lene C、Pary lene D、Pary lene F、Pary leneN、Parylene HT等。
如图3所示，本发明进一步还提供了一种制造具有单一功能检测阵列的柔性集成式阵列传感器的半导体制备工艺，并以检测阵列中某行方向/列方向上的两个检测单元在硅晶圆上形成时的各步骤截面示意图作为讲解说明。请参照图3理解本发明的下述制造步骤：
S1、提供硅晶圆100，通过半导体工艺在该硅晶圆100表面制作多个由m*n个检测单元200a组成的检测阵列200；其中每个检测阵列200均包括：
——S11、在所述硅晶圆100表面制作包含多个读出电路单元211的读出电路层210(见图3中S111)，以及构造与各读出电路单元211连接的导电钨塞221、222(见图3中S112)；
——S12、在所述读出电路层210上制作压电传感单元231，并通过图形化形成包含m*n个压电传感单元231的压电传感阵列层，然后使各压电传感单元的每个电极分别直接或利用连接金属240通过导电钨塞221、222与对应读出电路单元211相连接形成多个检测单元200a，从而制得所述检测阵列200(见图3中S121-S124)。
S2、在各个检测阵列200之间对所述硅晶圆100表面进行深槽110刻蚀使检测阵列200之间相互分离，刻蚀深度等于或大于所述硅晶圆100后续减薄后的目标厚度；
S3、在各检测阵列200上方制作顶部聚合物衬底层270(见图3中S31)并对其图形化(见图3中S32)，然后在图形化的顶部聚合物衬底层270上制作减薄支撑(见图3中S33)，将硅晶圆100背面减薄至目标厚度使得各个检测阵列200所处的硅晶圆相互分离(见图3中S34)；
S4、在减薄后的硅晶圆100背面旋涂或淀积底部聚合物衬底层280(见图3中S41)并通过图形化使其与顶部聚合物衬底层270相适配(见图3中S42)，之后去掉减薄支撑，释放制得柔性集成式阵列传感器(见图3中S43)。
对上述S1的说明：S11所述“构造与各读出电路单元211连接的导电钨塞221、222”具体为先在读出电路层上制作介质层220，并在介质层220中构造与各读出电路单元211两个接线部位连接的两组钨塞221、222(见图3中S112)。S12具体实施可以是：在介质层220上依次制作下电极层231b、压电材料层231c、上电极层231a(见图3中S121)，通过图形化形成包含m*n个相互分离的压电传感单元231的压电传感阵列层230(见图3中S122)，此时各下电极层231b直接通过导电钨塞221与对应读出电路单元211的第一个接线部位连接，然后制作连接上电极层231a与导电钨塞222之间的连接金属240以让各上电极层231a与读出电路单元211的第二个接线部位相连接，从而便形成了由m*n个检测单元构成的一个检测阵列。而在制作连接金属240时，可以是在压电传感阵列层230上先淀积一层聚合物250(见图3中S123)，让聚合物250在各压电传感单元231的上电极层231a和与之对应的导电钨塞222位置形成第一接触孔251，然后再把第一连接金属240连接在二者的第一接触孔251之间即可(见图3中S124)。
对上述S2的说明：对硅晶圆的深槽110刻蚀方法可以优先采用比较成熟的离子束刻蚀法或反应离子刻蚀法，这里不展开说明。可以理解的是，多个检测阵列200是同步整体通过半导体工艺形成于硅晶圆100上的，因此在各个检测阵列200之间对硅晶圆100的深槽刻蚀便会让各检测阵列相互分离(结合图3中S2理解)。
对上述S3的说明：在所述硅晶圆100表面制作减薄支撑，本发明优先采用的是通过键合材料310临时键合另一硅晶圆(以下简称支撑晶圆300)的实施方式(参照图3中S33)。其目的是为了便于对硅晶圆100的背面执行减薄工艺，因为硅晶圆100减薄的目标厚度极小，加上深槽110的刻蚀已将各阵列器件进行预划分，因此需要在对硅晶圆100背面进行减薄之前为各阵列器件提供一硬性支撑，以顺利完成减薄。至于具体的减薄技术和临时键合技术，可采用现有成熟的半导体工艺，本发明未对减薄技术、临时键合技术做任何改进，故不作展开说明。比如最常用的硅晶圆背面减薄技术有磨削、化学机械抛光、湿法腐蚀、等离子体刻蚀和干式抛光等。另外，前述“减薄支撑”在具体实施时还可以是以粘贴蓝膜的方式进行代替。如果采用临时键合支撑晶圆300的方式，仅需要解键合去掉减薄支撑即可释放制得具有单一功能检测阵列的柔性集成式阵列传感器。
对上述S3、S4的说明：本发明对聚合物衬底层的两处“图形化”工艺均是为了让处于检测阵列间隔区域覆盖在深槽上的聚合物衬底去掉(参照图3中S32、S42)，从而在减薄后能够顺利释放器件得到具有单一功能检测阵列的柔性集成式阵列传感器。可以理解的是，该两处“图形化”工艺的位置即为硅晶圆上的深槽刻蚀位置。值得说明的是，前述底部聚合物衬底层280在具体实施时可以省去，而仅保留顶部聚合物衬底层270。本发明在该实施例中采用了较为优选的实施方式(即顶部聚合物衬底层270和底部聚合物衬底层280均制作)。另外，在对顶部聚合物衬底层270进行图形化时，通常还会包括制作用于实现传感器与外部系统连接的焊盘290(参照图3中S32)，由于这部分属于本领域技术人员基于成熟工艺能够实施并理解的，因此不做展开说明。
本发明在本实施例给出的上述工艺，首先通过在硅晶圆100上先制作若干个由m*n个检测单元200a组成的检测阵列200(以压电式微压力传感器为例，每个检测单元200a均包括一个压电传感单元231和对应的读出电路单元211)，然后在各检测阵列200之间刻蚀出等于或略大于目标厚度的深槽方式(参照图3)：一方面是能够释放硅晶圆100减薄过程中产生的薄膜应力，防止硅晶圆翘曲和破裂；另一方面是省去传统硅晶圆减薄后的划片步骤，使得无需对硅晶圆100进行机械划片便能释放其上制作的器件，有效避免了传统的划片工艺给晶圆带来的损伤。这样的创新工艺为硅基材料应用于柔性集成传感领域提供了可能性。本发明中所述硅晶圆100减薄后的目标厚度小于100μm。这个厚度的晶圆具有良好的柔韧性，有效地提高了柔性集成式传感器阵列制备的可行性。
经过上述制造，本发明制得的具有单一功能检测阵列的柔性阵列传感器在器件内部将压电传感单元231和读出电路单元211堆叠构造，这样的阵列传感器不仅集成度大大地提高，而且解决了引线过多带来的电路结构复杂、噪声、干扰等诸多困扰研发工作者的问题，为制作集成式压电阵列传感器提供了基础。
另需说明的是，本发明中在制造阵列传感器时所采用的各种图形化工艺均采用成熟的晶圆级半导体制造技术，而所采用的各种刻蚀剂则根据不同待刻蚀的材料进行实际选择，且是易得的材料，故不再额外说明。
实施例二
如图4-5所示，本发明提供了一种具有两个不同检测阵列200、200’的柔性集成式阵列传感器，其与实施例一的区别在于该柔性集成式阵列传感器至少能够实现双功能检测，即在具体制作时仅需将两个检测阵列中的传感阵列层构造成不同敏感机理和/或不同性能的微传感器即可。在图4-5中可看到，左侧检测阵列200具有检测单元200a，右侧检测阵列200’具有检测单元200a’，二者具有不同的传感单元。可以理解的是，本领域技术人员可以参照该实施例给出的思想，制得具有两个以上不同检测阵列的柔性阵列传感器。
如图4-5所示，其展示了具有两个不同检测阵列200、200’的柔性集成式阵列传感器，其与实施例一的不同点在于，在顶部聚合物衬底270和检测阵列200之间构造有聚合物钝化层260，该聚合物钝化层260上开设有若干个第二接触孔261(参照图6)，通过第二接触孔261和第二连接金属262实现两个(或两个以上)相互分离的检测阵列之间的电连接。即相对于实施例一而言，本实施例二在结构上仅是增加了一层聚合物钝化层260并利用该钝化层上的第二接触孔261通过第二连接金属262实现两个相互分离的检测阵列之间的电连接。其他结构设计不变，这里不做展开说明。该聚合物钝化层260在具体实施时也可以优先采用聚酰亚胺、聚酯、聚氨酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚烯烃、环氧树脂、聚碳酸酯、聚酰胺、丙烯酸树脂、有机硅树脂、派瑞林类材料中的任意一种。
在具体制造工艺上，本实施例二与实施例一的主要差别在于步骤三S3’。结合图6，所述S3’中，在制作顶部聚合物衬底层270之前还包括：先在各检测阵列200上方制作聚合物钝化层260(见图6中S31’)并对其开设第二接触孔261(见图6中S32’)，利用所述第二接触孔261让两个相互分离的检测阵列200之间通过第二连接金属262进行电连接(见图6中S33’)；然后在聚合物钝化层260上方制作顶部聚合物衬底层270(见图6中S34’)并对二者共同图形化(见图6中S35’)。从图6中S35’看到，在图形化聚合物钝化层260和顶部聚合物衬底层270时也包括制作用于实现传感器与外部系统连接的焊盘290。
这里，对聚合物钝化层260和顶部聚合物衬底层270共同图形化是为了将它们覆盖在深槽上的部分去掉以便在减薄后顺利释放器件并得到具有两个不同检测阵列的柔性集成式阵列传感器。至于具体的图形化位置，本领域技术人员在实施时可按照目标柔性阵列传感器所需的检测阵列数量与分布进行灵活选择。而本发明图4-5中仅仅示出了具有两个不同检测阵列200、200’的柔性阵列传感器结构示意图作为讲解说明。
当聚合物钝化层260和顶部聚合物衬底层270图形化完成并且焊盘290也制作完毕后,接着重复后续减薄支撑制作、晶圆背面减薄步骤，见图6中S36’、S37’，这里不做展开说明。减薄完成后，还可以包括S4'：在减薄后的硅晶圆100背面旋涂或淀积底部聚合物衬底层280(见图6中S41’)并通过图形化使其与顶部聚合物衬底层270相适配(见图6中S42’)，之后去掉减薄支撑(见图6中S43’)，释放制得具有双功能检测阵列的柔性集成式阵列传感器。值得注意的是，本领域技术人员若需制备具有两个及以上不同检测阵列的柔性阵列传感器，那在S1’中会涉及到根据不同的传感单元所需的半导体工艺进行灵活选择，而本发明给出图4-6仅做传感单元的示意。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (13)

1.一种柔性集成式阵列传感器，其特征在于，包括：
读出电路层，其构造在一适于柔性应用的硅晶圆上，并包括若干个读出电路单元；
传感阵列层，其与所述读出电路层堆叠构造，并包括若干个传感单元，每个所述传感单元均通过导电钨塞与一个所述读出电路单元连接以构成一个检测单元，这些检测单元在硅晶圆上呈m*n阵列化分布以形成检测阵列。
2.如权利要求1所述的一种柔性集成式阵列传感器，其特征在于，所述传感阵列层中的传感单元为半导体工艺制备的微传感器；且每个传感单元均包括至少两个电极，并令每个电极分别直接或利用连接金属通过导电钨塞与对应读出电路单元相连接。
3.如权利要求1或2所述的一种柔性集成式阵列传感器，其特征在于，还包括聚合物衬底层，所述聚合物衬底层包括：
顶部聚合物衬底，其覆盖构造在所述检测阵列上；或者还包括：
底部聚合物衬底，其覆盖构造在所述硅晶圆背离所述检测阵列设置的一侧。
4.如权利要求3所述的一种柔性集成式阵列传感器，其特征在于，还包括：聚合物钝化层，其构造在顶部聚合物衬底和检测阵列之间，该聚合物钝化层包括若干个接触孔，通过接触孔和连接金属实现两个或两个以上相互分离的检测阵列之间的电连接。
5.如权利要求4所述的一种柔性集成式阵列传感器，其特征在于，用于制作聚合物衬底层和聚合物钝化层的材料包括聚酰亚胺、聚酯、聚氨酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚烯烃、环氧树脂、聚碳酸酯、聚酰胺、丙烯酸树脂、有机硅树脂、派瑞林类材料等。
6.如权利要求2所述的一种柔性集成式阵列传感器，其特征在于，所述传感单元的电极材料包括钼、钛、铝、铜、钽、金等。
7.如权利要求1所述的一种柔性集成式阵列传感器，其特征在于，所述适于柔性应用的硅晶圆为厚度小于100μm的薄硅片。
8.如权利要求1所述的一种柔性集成式阵列传感器，其特征在于，所述读出电路单元为采用半导体工艺制作的微集成电路，优先采用CMOS电路、双极型电路或者薄膜晶体管电路。
9.如权利要求1-8任一项所述的一种柔性集成式阵列传感器的晶圆级制造工艺，其特征在于，包括：
S1、提供一硅晶圆，通过半导体工艺在该硅晶圆表面制作多个由m*n个检测单元组成的检测阵列；
S2、在各检测阵列之间对所述硅晶圆表面进行深槽刻蚀使检测阵列之间相互分离，刻蚀深度等于或大于所述硅晶圆后续减薄后的目标厚度；
S3、在各检测阵列上方制作顶部聚合物衬底层并对其图形化，然后在图形化的顶部聚合物衬底层上制作减薄支撑，将硅晶圆背面减薄至目标厚度使得各个检测阵列所处的硅晶圆相互分离；
S4、去掉减薄支撑，释放制得柔性集成式阵列传感器。
10.如权利要求9所述的一种柔性集成式阵列传感器的晶圆级制造工艺，其特征在于，所述S1中，在硅晶圆表面制作一个由m*n个检测单元组成的检测阵列的方法包括：
S11、在所述硅晶圆表面制作包含多个读出电路单元的读出电路层，以及构造与各读出电路单元连接的导电钨塞；
S12、在所述读出电路层上制作传感单元，并通过图形化形成包含m*n个传感单元的传感阵列层，然后使各传感单元的每个电极分别直接或利用连接金属通过导电钨塞与对应读出电路单元相连接以制得所述检测阵列。
11.如权利要求9或10所述的一种柔性集成式阵列传感器的晶圆级制造工艺，其特征在于，所述S2中，所述深槽的刻蚀方法包括离子束刻蚀和反应离子刻蚀。
12.如权利要求9或10所述的一种柔性集成式阵列传感器的晶圆级制造工艺，其特征在于，所述S3中，在制作顶部聚合物衬底层之前还可以包括：
先在各检测阵列上方制作聚合物钝化层并对其开设接触孔，利用所述接触孔使至少两个相互分离的检测阵列之间通过连接金属进行电连接；然后在聚合物钝化层上方制作顶部聚合物衬底层并对二者共同图形化。
13.如权利要求12所述的一种柔性集成式阵列传感器的晶圆级制造工艺，其特征在于，所述S4中，去掉减薄支撑之前还可以包括：
在减薄后的硅晶圆背面旋涂或淀积底部聚合物衬底层，并通过图形化使其与顶部聚合物衬底层相适配。
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