集成散热结构的热电堆像元阵列芯片与驱动电路芯片的制作方法

本发明涉及半导体器件领域，尤其涉及一种集成散热结构的热电堆像元阵列芯片与驱动电路芯片。

背景技术：

1、现有的热电堆阵列主流技术是通过底硅刻蚀实现热电偶与支撑硅的热隔离，具体的，通过干法或湿法刻蚀掉热电偶下面的硅，使得热电偶底部悬空以实现绝热。其中，热电堆单个像元与iorc(读出电路)并排放置，即：roic电路没有设置在热电堆中单个像元下面，热电堆像元下面为单纯的硅，因而，导致芯片面积很大。而且，因为roic电路中的局部模块工作模式不同，使得读出电路芯片的局域温度不同。而roic芯片上的温度决定了热电堆像元冷端的温度；其中，常规设计中像元冷端温度会统一读取。因而，读出电路芯片的中存在的温度不均衡会导致像元冷端温度不均衡，进而导致了的局部热电堆像元信号的偏差，使部分像元信号“偏移”，使得读取到错误的温度信息，同步影响成像质量。

2、因而，研发一种小尺寸的新型热电堆阵列与读出电路的集成结构，同时，该集成结构能够使得像元下roic的温度差能迅速被消除，所有像元冷端温度一致，从而消除部分像元信号冷端温度误差导致的像元信号读取偏差，成为本领域技术人员亟待要解决的技术重点。

技术实现思路

1、本发明提供一种集成散热结构的热电堆像元阵列芯片与驱动电路芯片，以解决如何在减小热电堆像元阵列芯片与驱动电路芯片的集成电路的尺寸的同时，消除驱动电路芯片(像元冷端)中不同区域的温度不均衡问题。

2、根据本发明的第一方面，提供了一种集成散热结构的热电堆像元阵列芯片与驱动电路芯片，包括：

3、热电堆像元阵列芯片，包括：第一热电偶与第二热电偶；所述第一热电偶与所述第二热电偶沿水平方向相对设置；

4、驱动电路芯片，所述驱动电路芯片与所述第一热电偶和/或所述第二热电偶沿竖直方向依次堆叠，且所述热电堆像元阵列芯片电性连接于所述驱动电路芯片上；

5、第一金属层，所述第一金属层形成于所述第一热电偶和所述第二热电偶与所述驱动电路芯片之间，用于将所述热电堆像元阵列芯片与所述驱动电路芯片电性连接；

6、第一散热结构，形成于相邻的所述第一金属层之间的空隙中；其中，所述第一散热结构与所述第一金属层之间相互隔离；所述第一散热结构形成互连结构，以用于散发所述驱动电路芯片中的热量。

7、可选的，所述集成散热结构的热电堆像元阵列芯片与驱动电路芯片还包括：

8、绝缘介质层，形成于所述第一散热结构与所述第一金属层之间，以隔离所述第一散热结构与所述第一金属层。

9、可选的，所述第一散热结构形成的互连结构包括网络状互连结构。

10、可选的，集成散热结构的热电堆像元阵列芯片与驱动电路芯片还包括：

11、第二散热结构，所述第二散热结构形成于所述第一散热结构与所述第一金属层的顶端。

12、可选的，所述第一散热结构或/和所述第二散热结构包括金属板。

13、可选的，所述第一散热结构或/和所述第二散热结构的材料包括铜或铝。

14、可选的，所述集成散热结构的热电堆像元阵列芯片与驱动电路芯片还包括：

15、若干第一互连结构，所述若干第一互连结构形成于述驱动电路芯片的第一侧；所述驱动电路芯片的第一侧表征了所述驱动电路芯片的靠近所述第一热电偶或所述第二热电偶的一侧；

16、若干第二互连结构，所述若干第二互连结构形成于所述热电堆像元阵列芯片的第一侧；所述热电堆像元阵列芯片的第一侧表征了所述热电堆像元阵列芯片的靠近所述驱动电路芯片的一侧；其中，所述第二互连结构包括所述第一金属层；

17、其中，所述若干第二互连结构形成于所述若干第一互连结构的顶端，以使得所述热电堆像元阵列芯片与所述驱动电路芯片电性连接。

18、可选的，所述热电堆像元阵列芯片还包括：

19、第一支撑柱，形成于所述第一热电偶与对应的第二互连结构之间，以连接所述第一热电偶与对应的所述第二互连结构；

20、第二支撑柱，形成于所述第二热电偶与对应的所述第二互连结构之间，以连接所述第二热电偶与对应的所述第二互连结构；

21、其中，所述第一金属层分别通过对应的所述第一支撑柱或所述第二支撑柱连接对应的所述第一热电偶或所述第二热电偶。

22、可选的，所述驱动电路芯片还包括：第二金属层与第三金属层，形成于沿水平方向上远离所述若干第一互连结构的两侧；

23、集成散热结构的热电堆像元阵列芯片与驱动电路芯片还包括：若干pad孔，分别形成于对应的所述第二金属层与所述第三金属层的顶端。

24、可选的，所述第一热电偶与所述第二热电偶均包括吸热区域；

25、集成散热结构的热电堆像元阵列芯片与驱动电路芯片还包括：若干集热部件；所述若干集热部件分别形成于对应的所述第一热电偶和所述第二热电偶的顶端，且所述若干集热部件的顶端的面积大于对应的所述吸热区域的面积；其中，所述若干集热部件用于吸收热量。

26、可选的，若干集热部件具体包括：

27、第一刻蚀截止层，

28、集热层，所述集热层形成于所述第一刻蚀截止层表面；

29、第三支撑柱，所述第三支撑柱形成于对应的所述第一刻蚀截止层与对应的所述第一热电偶或所述第二热电偶之间；其中，所述集热层的面积大于对应的所述吸热区域的面积。

30、可选的，所述集成散热结构的热电堆像元阵列芯片与驱动电路芯片还包括：

31、第一金属塞；所述第一金属塞形成于对应的所述第一金属层或所述第一散热结构与所述第二散热结构之间。

32、根据本发明的第二方面，提供了一种集成散热结构的热电堆像元阵列芯片与驱动电路芯片的制作方法，用于制作本发明第一方面的任一项所述的集成散热结构的热电堆像元阵列芯片与驱动电路芯片，包括：

33、形成所述驱动电路芯片；

34、形成所述热电堆像元阵列芯片、牺牲层、第一衬底、所述第一散热结构以及所述第一金属层；其中，所述热电堆像元阵列芯片包括：所述第一热电偶与所述第二热电偶；所述第一热电偶与所述第二热电偶形成于所述第一衬底上方，且所述第一热电偶与所述第二热电偶沿水平方向相对设置；所述牺牲层填充于所述第一衬底与所述热电堆像元阵列芯片之间的空隙中；所述第一金属层形成于所述牺牲层的表面，且分别连接对应的所述第一热电偶或所述第二热电偶；所述第一散热结构成于相邻的所述第一金属层之间的空隙中；其中，所述第一散热结构与所述第一金属层之间相互隔离；所述第一散热结构形成互连结构，以用于散发所述驱动电路芯片中的热量；

35、将所述驱动电路芯片的第一侧键合于所述热电堆像元阵列芯片结构的第一侧上；

36、去除所述第一衬底；

37、去除所述牺牲层。

38、可选的，去除所述第一衬底之后，还包括：

39、形成图形化的牺牲层；所述图形化的牺牲层包裹所述第一热电偶与所述第一热电偶，且填充于所述第一热电偶、所述第二热电偶以及所述第一衬底之间的空隙中；

40、形成所述若干pad孔，所述若干pad孔分别形成于对应的所述第二金属层和所述第三金属层的顶端。

41、可选的，形成所述若干pad孔之后，还包括：释放所述图形化的牺牲层，以去除所述牺牲层。

42、可选的，形成所述热电堆像元阵列芯片、牺牲层、第一衬底、所述第一散热结构以及所述第一金属层时，还包括：形成所述第二散热结构与所述第二互连结构。

43、可选的，形成所述热电堆像元阵列芯片、牺牲层、第一衬底、所述第一散热结构以及所述第一金属层，具体包括：

44、提供一所述第一衬底；

45、形成所述第一热电偶、所述第二热电偶、所述第一支撑柱以及所述第二支撑柱；

46、所述第一热电偶与所述第二热电偶形成于所述第一衬底的上方，且沿水平方向排列；所述第一支撑柱形成于所述第一热电偶的表面，所述第二支撑柱形成于所述第二热电偶的表面；其中，所述牺牲层填充于所述第一支撑柱和所述第二支撑柱的表面与所述第一衬底的表面之间；

47、形成所述第二互连结构与所述第一散热结构；所述第二互连结构形成于所述牺牲层的表面，且接触对应的所述第一支撑柱或所述第二支撑柱；以使得所述第一金属层通过对应的所述第一支撑柱或所述第二支撑柱连接对应的所述第一热电偶或所述第二热电偶；其中，所述第一金属层通过对应的所述第一支撑柱或所述第二支撑柱连接对应的所述第一热电偶或所述第二热电偶。

48、可选的，形成所述第一热电偶、所述第二热电偶、所述第一支撑柱以及所述第二支撑柱之前，还包括：

49、形成所述第一刻蚀截止层与所述第三支撑柱；所述第一刻蚀截止层形成于所述第一衬底表面，且沿水平方向排列；所述第三支撑柱形成于对应的所述第一刻蚀截止层的顶端，且连接对应的所述第一热电偶或所述第二热电偶。

50、可选的，形成所述第一热电偶、所述第二热电偶、所述第一支撑柱以及所述第二支撑柱之后，还包括：

51、形成所述释放阻挡层；所述释放阻挡层形成于所述第一支撑柱、所述第二支撑柱以及所述牺牲层的顶端。

52、可选的，形成所述第二互连结构与所述第一散热结构时，还包括：

53、形成所述绝缘介质层；所述绝缘介质层形成于所述释放阻挡层的表面，覆盖所述第一金属层，且填充于若干所述第二互连结构之间、所述第一散热结构之间、以及所述第二互连结构与所述第一散热结构之间的空隙中。

54、可选的，形成所述第二互连结构与所述第一散热结构时，还包括：形成所述第二散热结构与所述第一金属塞；所述第一金属塞连接所述第二散热结构与对应的所述第一金属层或所述第一散热结构。

55、可选的，形成所述第二散热结构与所述第一金属塞具体包括：

56、形成所述第一金属塞；所述第一金属塞形成于对应的所述第一金属层与所述第一散热结构的顶端；

57、形成所述第二散热结构；所述第二散热结构形成于对应的所述第一金属塞的顶端。

58、可选的，释放所述图形化的牺牲层之前，还包括：

59、形成所述集热层，所述集热层形成于所述第一刻蚀截止层的顶端。

60、可选的，形成所述驱动电路芯片时还包括：形成所述第一互连结构。

61、根据本发明的第三方面，提供了一种传感器，包括本发明第一方面的任一项所述的集成散热结构的热电堆像元阵列芯片与驱动电路芯片。

62、根据本发明的第四方面，提供了一种传感器的制作方法，包括本发明第二方面的任一项所述的集成散热结构的热电堆像元阵列芯片与驱动电路芯片的制作方法。

63、本发明提供的一种集成散热结构的热电堆像元阵列芯片与驱动电路芯片，通过将驱动电路芯片与第一热电偶和/或第二热电偶沿竖直方向依次堆叠，且热电堆像元阵列芯片电性连接于驱动电路芯片上，以形成垂直堆叠的热电堆像元阵列芯片与驱动电路芯片结构，缩小了器件尺寸；进一步地，通过在相邻的第一金属层之间的空隙中设置第一散热结构，其中，第一散热结构与第一金属层之间相互隔离，且第一散热结构形成互连结构；由于设置的第一散热结构可以分散驱动电路芯片中不同区域的温度，使得驱动电路芯片中的温度均匀分布；可见，本发明提供的技术方案，解决了垂直堆叠的热电堆像元阵列芯片与驱动电路芯片中存在的温度不均衡导致的像元冷端温度不均衡的问题，消除了局部热电堆像元信号的偏差，以及部分像元信号“偏移”，使得读取到的温度信息更准确，大大提高了热电堆像元阵列芯片与驱动电路芯片的成像质量。另外，本发明提出的设计与cmos工艺全兼容，适合大规模量产。