具有微电池的半导体结构及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种集成结构的一个实施例，该集成结构包括由埋置在第一半导体衬底中的第一导电材料形成的第一电极；由埋置在第二半导体衬底中的第二导电材料形成的第二电极；以及设置在第一和第二电极之间的电解质。通过接合焊盘将第一和第二半导体衬底接合在一起，从而使得第一和第二电极被封闭在第一和第二半导体衬底之间。第二导电材料不同于第一导电材料。本发明专利技术还提供了一种具有微电池的半导体结构及其制造方法。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了一种集成结构的一个实施例，该集成结构包括由埋置在第一半导体衬底中的第一导电材料形成的第一电极；由埋置在第二半导体衬底中的第二导电材料形成的第二电极；以及设置在第一和第二电极之间的电解质。通过接合焊盘将第一和第二半导体衬底接合在一起，从而使得第一和第二电极被封闭在第一和第二半导体衬底之间。第二导电材料不同于第一导电材料。本专利技术还提供了一种。【专利说明】
本专利技术涉及半导体领域，更具体地，本专利技术涉及一种。
技术介绍
消费者电子器件变得更薄而微电子系统则变得小得多。对于消费者电子器件而言，电池是一个尺寸受限的因素。因此，为电池被广泛地使用在多种领域中，诸如，用于微型化的互补金属氧化物半导体(CMOS)和微机电系统(MEMS)。例如，微机电系统(MEMS)具有作为自主完成系统的微机电部件、传感器和致动器并且其需要采用用于电源的微电池。现存的制造全固体电池的方法是形成薄膜式的功率存储器件，并且微电池的所有部件(诸如，集电器、正负电极和固体电解质)是通过沉积法所形成的薄层。常常相互比较微电池和薄膜电池。通常，薄膜电池制造工艺不与近几十年中影响使用在半导体制造工艺中的硅技术的半导体封装技术相结合。所考虑到的另一个问题是大多数微电池都是平面形状的。根据所使用的材料，微电池的工作电压在IV和4V之间，而且对于特定应用而言工作电压值是受限的，例如，传感器或制动器要求工作电压高于几十伏。而且，存在另一个应用限制因素，其中，全固体微电池的表面电容在几十μ Ah/cm2至几百μ Ah/cm2之间且该电压太低而不能使用。现今市场上售卖的和以涂布技术制造的迷你电池具有在300 μ m和650 μ m之间的厚度且带有几μ Ah/cm2的表面电容。尽管迷你电池的表面电容比微电池的表面电容大得多，但是厚度使得他们无法集成在集成电路(IC)之上。因此，需要解决上述缺陷/问题的微电池结构以及制造该微电池结构的万法。
技术实现思路
为了解决现有技术中所存在的问题，根据本专利技术的一个方面，提供了一种集成结构，包括:第一电极，由第一导电材料形成，被埋置在第一半导体衬底中；第二电极，由第二导电材料形成，被埋置在第二半导体衬底中；以及电解质，设置在所述第一电极和所述第二电极之间，其中，所述第一半导体衬底和所述第二半导体衬底通过接合焊盘接合在一起，使得所述第一电极和所述第二电极被封闭在所述第一半导体衬底和所述第二半导体衬底之间，并且所述第二导电材料不同于所述第一导电材料。在所述集成结构中，所述电解质是选自由NH4C1、ZnCl2, H2SOjP聚醋酸乙烯酯(PVAc)聚合物凝胶所构成的组中的材料。在所述集成结构中，所述第一导电材料包括选自由石墨、硬质碳、软质碳、钛酸锂(Li4Ti5O12)、铝(Al)、锌(Zn)、氧化锰(MnO4)和铅(Pb)所构成的组中的材料，并且所述第二导电材料包括选自由LiCo02、LiMn2O4, LiNiCoMnO2、二氧化锂镍(LiNiO2)、CuO2和PbO2所构成的组中的材料。在所述集成结构中，所述第一半导体衬底和所述第二半导体衬底均包括硅(Si)。在所述集成结构中，所述第一半导体衬底和所述第二半导体衬底通过共熔接合、瞬间液相接合、扩散接合、热压接合和熔融接合中的一种接合在一起。在所述集成结构中，所述第一半导体衬底和所述第二半导体衬底通过形成在所述第一半导体衬底上的第一接合焊盘和形成在所述第二半导体衬底上的第二接合焊盘接合在一起，其中，所述第一和所述第二接合材料包括选自由Al/S1、Al/Ge、AlCu/Ge、Au/S1、Au/Ge、Au/Sn、Cu/Sn、Au/In、Ag/Sn、Cu/Cu、Al/Al、Au/Au、Si/S1、Si02/Si02 和 Si/Si02 所构成的组中的一对材料。在所述集成结构中，所述第一接合焊盘和所述第二接合焊盘与所述第一电极和所述第二电极相互间隔开。在所述集成结构中，所述第一半导体衬底包括沟槽；所述第二半导体衬底包括被配置成至少部分地处在所述沟槽中的突出部件；以及所述第一接合焊盘和所述第二接合焊盘被配置在所述突出部件和所述沟槽的底面之间。在所述集成结构中，所述第一电极和所述第二电极被图案化并且被配置成形成填充有所述电解质的腔。在所述集成结构中，所述第一电极包括第一鳍部件；所述第二电极包括第二鳍部件；以及所述第一鳍部件和所述第二鳍部件被配置成相互交错的。根据本专利技术的另一方面，提供了一种微电池结构，包括:第一衬底，具有第一凹部；第二衬底，具有第二凹部且与所述第一衬底相接合，使得所述第一凹部和所述第二凹部相对准来在所述第一衬底和所述第二衬底之间形成腔；阳极，形成在所述第一衬底上且设置在所述腔中；阴极，形成在所述第二衬底上且设置在所述腔中；以及电解质，处在所述腔中且分布在所述第一电极和所述第二电极之间，其中，所述阳极包括第一鳍部件，并且所述阴极包括与所述第一鳍部件相交错的第二鳍部件。在所述微电池结构，其中，所述第一衬底和所述第二衬底均包括硅衬底；所述阳极包括第一导电材料；以及所述阴极包括不同于所述第一导电材料的第二导电材料。在所述微电池结构中，所述第一导电材料包括选自由石墨、硬质碳、软质碳、钛酸锂(Li4Ti5O12)、铝(Al)、锌(Zn)、氧化锰(MnO4)和铅(Pb)所构成的组中的材料，并且所述第二导电材料包括选自由LiCo02、LiMn2O4, LiNiCoMnO2、二氧化锂镍(LiNiO2)、CuO2和PbO2所构成的组中的材料。在所述微电池结构中，所述电解质包括选自由NH4C1、ZnCl2、H2SO4和聚醋酸乙烯酯(PVAc)聚合物凝胶所构成的组中的材料。在所述微电池结构中，所述第一衬底和所述第二衬底之一包括朝向所述腔的开□。在所述微电池结构中，通过选自由阳极接合工艺、真空接合工艺、粘附接合工艺、增强接合工艺、等离子体活化接合工艺、扩散接合工艺、共熔接合工艺和直接接合工艺所构成的组中的接合技术将所述第一衬底和所述第二衬底接合在一起。在所述微电池结构中，所述第一半导体衬底和所述第二半导体衬底通过形成在所述第一半导体衬底上的第一接合部件和形成在所述第二半导体衬底上的第二接合部件接合在一起，其中，所述第一接合部件和所述第二接合部件包括选自由Al/S1、Al/Ge、AI Cu/Ge、Au/S1、Au/Ge、Au/Sn、Cu/Sn、Au/In 和 Ag/Sn 所构成的组中的一对材料。根据本专利技术的又一方面，提供了一种用于形成微电池结构的方法，所述方法包括:进行蚀刻以在所述第一衬底中形成第一凹部；在所述第一衬底的所述第一凹部上形成阳极；进行蚀刻以在所述第二衬底上形成第二凹部；在所述第二衬底的所述第二凹部上形成阴极；将所述第一和所述第二衬底接合在一起，使得所述第一凹部和所述第二凹部相对准以在所述第一衬底和所述第二衬底之间形成腔，所述阳极和所述阴极被封闭在所述腔中；以及将电解质设置在所述第一衬底和所述第二衬底之间的所述腔中。在所述方法中，在所述第一衬底中形成所述阳极包括:在所述第一衬底的所述第一凹部中沉积第一导电材料；以及蚀刻所述第一导电材料，以形成具有多个鳍部件的所述阳极。在所述方法中，在所述腔中设置所述电解质包括:进行蚀刻以在所述第一衬底和所述第二衬底之一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成结构，包括：第一电极，由第一导电材料形成，被埋置在第一半导体衬底中；第二电极，由第二导电材料形成，被埋置在第二半导体衬底中；以及电解质，设置在所述第一电极和所述第二电极之间，其中，所述第一半导体衬底和所述第二半导体衬底通过接合焊盘接合在一起，使得所述第一电极和所述第二电极被封闭在所述第一半导体衬底和所述第二半导体衬底之间，并且所述第二导电材料不同于所述第一导电材料。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：倪其聪，王乙翕，邱义勋，苏钦豪，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71