制冷型红外探测器芯片结构及其制备方法与流程

本发明涉及微电子工艺中半导体加工，尤其涉及一种制冷型红外探测器芯片结构及其制备方法。

背景技术：

1、红外焦平面探测技术具有光谱响应波段宽、可获得更多地面目标信息、能昼夜工作等显著优点，广泛应用于农牧业、森林资源的调查、开发和管理、气象预报、地热分布、地震、火山活动，太空天文探测等领域。

2、红外焦平面探测器主要由探测器芯片（光敏芯片）、读出电路、金属杜瓦、制冷机及处理电路等部分组成，探测器芯片与读出电路通过倒装互连的方式形成芯片组封装在金属杜瓦内，制冷机提供探测器工作所需的低温环境。

3、随着技术的发展，红外探测器小型化、集成化与智能化的的趋势逐渐加深，在这种趋势下更复杂功能的读出电路设计、更高的工作频率、更强的信号响应率使得红外探测器单位面积功耗大幅提升，更高的热功耗不仅对制冷机的冷量提出了更高的要求，还直接影响了探测器高性能工作的持续性、稳定性和可靠性，因此更易于实现高效制冷的红外探测器芯片结构设计成为红外探测器性能提升与进一步小型化、集成化与智能化的关键。

4、现有红外探测器芯片结构中，产生热量的读出电路与需要保持低温的红外光敏芯片直接接触，读出电路工作时产生局部的热量，会导致红外光敏芯片区域性温度变化，进而影响探测器性能。并且受限于传统红外探测器芯片结构，红外探测器制冷机产生的冷量，需要经过读出电路进行传输，大量的冷量消耗在无需制冷或冷量需求极低的硅基读出电路内部。

技术实现思路

1、针对上述现有技术的不足，本发明提供一种制冷型红外探测器芯片结构及其制备方法，采用如下技术方案：

2、第一方面，提供一种制冷型红外探测器芯片结构，包括：

3、冷量传输层，其上制备有与红外光敏芯片像素排布相同的金属通孔阵列；

4、红外光敏芯片，设置于所述冷量传输层的第一表面，并且红外光敏芯片像素与所述金属通孔阵列电性键合连接；

5、读出电路，设置于所述冷量传输层的与所述第一表面相对的第二表面，所述读出电路通过金属凸点与所述金属通孔阵列电性连接；且所述冷量传输层与所述读出电路之间存在间隙，所述间隙内填充有用于隔绝冷量的材料；

6、其中，所述冷量传输层向所述红外光敏芯片传递冷量的效率高于所述冷量传输层向所述读出电路传递冷量的效率，实现所述红外光敏芯片与所述读出电路的分别控温。

7、第二方面，提供一种制冷型红外探测器芯片结构的制备方法，制备如第一方面所述的制冷型红外探测器芯片结构，包括：

8、在一冷量传输层上制备贯穿其第一表面和第二表面的金属通孔阵列和双面对准标记；所述金属通孔阵列红外光敏芯片像素排布相同；

9、根据所述双面对准标记将红外光敏芯片的像素电极与所述冷量传输层第一表面的所述金属通孔对准，电学连通并键合连接；

10、在所述冷量传输层的第二表面以及读出电路上分别制备金属凸点；

11、通过倒装互连工艺，将所述读出电路通过所述金属凸点连接至所述冷量传输层的第二表面；

12、在所述冷量传输层与所述读出电路之间的间隙内填充用于隔绝冷量的材料。

13、本申请具有以下有益效果：

14、本申请提出了一种制冷型红外探测器芯片结构，此结构将需要保持稳定低温的红外光敏芯片和读出电路分置于冷量传输层两面。利用冷量传输结构两面冷量传输效率的差异，实现红外光敏芯片高冷量传输，读出电路低冷量传输，对红外光敏芯片和读出电路实现分别控温。本申请的方案利用读出电路可高温工作，对冷量需求极低的特点，既保证的红外光敏芯片的稳定低温需求，又降低了红外探测器芯片的总冷量需求，解决了传统红外探测器冷量传输先经过读出电路，冷量被电路无效消耗后到达红外芯片的制冷效率低问题，为实现高性能红外探测器组件小型化提供了解决方案。

1.一种制冷型红外探测器芯片结构，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制冷型红外探测器芯片结构，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的制冷型红外探测器芯片结构，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的制冷型红外探测器芯片结构，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的制冷型红外探测器芯片结构，其特征在于，

6.一种制冷型红外探测器芯片结构的制备方法，其特征在于，