一体式能量采集与存储器件结构制造技术

本实用新型专利技术涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种一体式能量采集与存储器件结构，于一衬底的正面表面上制备有离子掺杂区和金属连接线，以作为能量采集器；且该衬底的背面表面上还制备有由多层金属层构成的堆栈式能量存储器，即基于同一衬底，将能量采集器与能量存储器集成为一体的堆栈式三维结构，以有效的降低半导体器件的体积。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及半导体器件制备
，尤其涉及一种一体式能量采集与存储器件结构。
技术介绍
随着半导体技术的日新月异，应用于集成电路中的超低功耗芯片得到快速发展，尤其是当前诸如物联网及可穿戴智能设备等便携式设备的飞速进步，对于低功耗芯片及自供电的需求更加迫切。由于低功耗芯片的用电量非常低，所以可通过将低功耗芯片与能够采集环境中能量的采集器进行集成，以构成自供电电子系统；例如，在无线互联的应用中，可将微控制器、传感器输入的模拟/数字(A/D)转换器及无线射频收发器等模块进行集成，并结合能量收集装置(如光伏能量收集器)及电能存储设备(如可充电电池)等，以构成无源自供电的传感器系统。但是，基于用户对于便携式设备更轻更便捷更智能的携带要求，当前便携式设备中的无源系统中的各个模块均为相互的分立的元器件，进而致使整个系统的重量及性能，尤其是体积等参数均无法满足用户的需求，且制造成本过高，使得高性能的设备无法及时的得到推广应用。
技术实现思路
针对上述技术问题，本申请提供了一种一体式能量采集与存储器件结构及其制备方法，基于同一衬底，通过将能量采集器与存储器集成为一体的堆栈式三维结构，以有效的降低器件的质量及体积等参数，且有效兼容当前器件制备工艺，在保持制备器件优良性能的前提下，大大降低工艺成本。本申请提供了一种一体式能量采集与存储器件结构，可应用于无源自供电传感器系统中，所述一体式能量采集与存储器件结构包括:衬底，具有正面表面及相对于该正面表面的背面表面，且该衬底中制备有第一类型掺杂区和第二类型掺杂区；第一保护层，覆盖在所述衬底的正面表面上；金属连接线，包括第一金属连接线和第二金属连接线，且所述第一金属连接线贯穿所述第一保护层与位于所述第一类型掺杂区中所述衬底的正面表面接触，所述第二金属连接线贯穿所述第一保护层与位于所述第二类型掺杂区中所述衬底的正面表面接触；电容器，设置于所述衬底的背面表面上，且该电容器包括第一电极和第二电极；第二保护层，覆盖所述电容器暴露的表面；金属互联线，包括第一金属互联线和第二金属互联线，且所述第一金属互联线贯穿所述第二保护层与所述第一电极连接，所述第二金属互联线贯穿所述第二保护层与所述第二电极连接；其中，所述金属连接线凸出于所述第一保护层暴露的表面，所述金属互联线凸出于所述第二保护层暴露的表面。作为一个优选的实施例，上述的一体式能量采集与存储器件结构中，所述电容器还包括:绝缘层，将所述第一电极和所述第二电极予以隔离。作为一个优选的实施例，上述的一体式能量采集与存储器件结构中:所述绝缘层的材质为高介电常数(K)材料。作为一个优选的实施例，上述的一体式能量采集与存储器件结构中:所述绝缘层的材质为氧化铪(HfO)、氧化硅(SixOy)、氧化钽(TaO)或氧化铝(AlO)等氧化物。作为一个优选的实施例，上述的一体式能量采集与存储器件结构中，所述电容器包括:若干交替叠置的金属层；介质层，位于所述金属层之间，以将相邻的所述金属层均予以隔离；第一层间金属互联线，将奇数层的金属层均依次连接，以构成所述第一电极；第二层间金属互联线，将偶数层的金属层均依次连接，以构成所述第二电极；第一通孔介质层，位于所述第一层间金属互联线与偶数层的金属层之间；第二通孔介质层，位于所述第二层间金属互联线与奇数层的金属层之间；其中，所述第一电极与所述第二电极交叉叠置，以构成所述电容器的两个极板；所述第一通孔介质层、所述第二通孔介质层与所述介质层共同构成将所述两个极板予以隔离的绝缘层。作为一个优选的实施例，上述的一体式能量采集与存储器件结构还包括:射频天线，设置于所述第一保护层或所述第二保护层暴露的表面上，以采集能量。作为一个优选的实施例，上述的一体式能量采集与存储器件结构中:所述射频天线包括非闭合的钩状结构的射频能量采集单元和光能量采集单元等结构，以采集光能量和/或射频能量等各种形式的能量。作为一个优选的实施例，上述的一体式能量采集与存储器件结构中:在位于所述第一类型掺杂区的衬底中制备有第一类型重掺杂区，在位于所述第二类型掺杂区的衬底中制备有第二类型重掺杂区，且所述第一类型重掺杂区的离子浓度大于所述第一类型掺杂区中的离子浓度，所述第二类型重掺杂区的离子浓度大于所述第二类型掺杂区中的离子浓度；其中，所述第一金属连接线与位于所述第一类型重掺杂区中的衬底的表面接触，所述第二金属连接线与位于所述第二类型重掺杂区中的衬底的表面接触。作为一个优选的实施例，上述的一体式能量采集与存储器件结构中:所述第一类型掺杂区和所述第一类型重掺杂区均为P型掺杂区，所述第二类型掺杂区和所述第二类型重掺杂区均为N型掺杂区。作为一个优选的实施例，上述的一体式能量采集与存储器件结构中:所述N型掺杂区中的离子为氩(Ar)离子或磷(P)离子等，所述P型掺杂区中的离子为硼(B)离子或氟化硼(BF2)离子等。作为一个优选的实施例，上述的一体式能量采集与存储器件结构中:所述衬底为半导体衬底或柔性材料，或玻璃基板。作为一个优选的实施例，上述的一体式能量采集与存储器件结构中:采用图形化工艺进行所述一体式能量采集与存储器件结构的制备。作为一个优选的实施例，上述的一体式能量采集与存储器件结构中:所述第一保护层为氮化硅或氧化硅，所述金属连接线的材质为铝，所述金属互联线、所述第一电极和所述第二电极的材质均为钨(W)、铜(Cu)或氮化钛(TiN)等金属或金属化合物。本申请还提供了一种制备一体式能量采集与存储器件结构的方法，可应用于无源自供电传感器系统的制备工艺中，所述方法包括:提供承载晶圆和设置有第一类型掺杂区的衬底，且该衬底具有一正面表面及相对于该正面表面的背面表面；基于所述衬底的正面表面，于所述第一类型掺杂区中制备第二类型掺杂区；制备第一保护层覆盖所述衬底的正面表面后，分别于所述第一类型掺杂区和所述第二类型掺杂区之上，制备贯穿该第一保护层并部分覆盖所述衬底的正面表面的金属连接线，且该金属连接线凸出于第一保护层暴露的表面；将所述承载晶圆键合至第一保护层之上，并使得所述金属连接线均嵌入在所述承载晶圆中，以固定所述衬底；于所述衬底的背面表面上制备具有第一电极和第二电极的电容器；制备第二保护层覆盖所述电容器暴露的表面后，刻蚀该第二保护层分别至所述第一电极和所述第二电极的表面，以形成将所述第一电极部分表面予以暴露的第一互联线通孔和将所述第二电极部分表面予以暴露的第二互联线通孔；于所述第一互联线通孔和所述第二互联线通孔中充满金属后，形成金属互联线；其中，所述金属互联线凸出于所述第二保护层暴露的表面。作为一个优选的实施例，上述的制备一体式能量采集与存储器件结构的方法还包括:于所述第一保护层或所述第二保护层暴露的表面上制备射频天线，以用于采集能量。作为一个优选的实施例，上述的制备一体式能量采集与存储器件结构的方法中:所述射频天线包括非闭合的钩状结构的射频能量采集单元和光能量采集单元等结构，以采集诸如光能量和/或射频能量等各种形式的能量。作为一个优选的实施例，上述的制备一体式能量采集与存储器件结构的方法中:所述衬底为半导体衬底或柔性材料，或玻璃基板。作为一个优选的实施例，上述的制备一体式能量采集与存储器件结构的方法中:采用图形化工艺进行所述一体式能量采集与存储器件结构的制备本文档来自技高网...

【技术保护点】
一体式能量采集与存储器件结构，其特征在于，应用于无源自供电传感器系统中，所述一体式能量采集与存储器件结构包括：衬底，具有正面表面及相对于该正面表面的背面表面，且该衬底中制备有第一类型掺杂区和第二类型掺杂区；第一保护层，覆盖在所述衬底的正面表面上；金属连接线，包括第一金属连接线和第二金属连接线，且所述第一金属连接线贯穿所述第一保护层与位于所述第一类型掺杂区中所述衬底的正面表面接触，所述第二金属连接线贯穿所述第一保护层与位于所述第二类型掺杂区中所述衬底的正面表面接触；电容器，设置于所述衬底的背面表面上，且该电容器包括第一电极和第二电极；第二保护层，覆盖所述电容器暴露的表面；金属互联线，包括第一金属互联线和第二金属互联线，且所述第一金属互联线贯穿所述第二保护层与所述第一电极连接，所述第二金属互联线贯穿所述第二保护层与所述第二电极连接；其中，所述金属连接线凸出于所述第一保护层暴露的表面，所述金属互联线凸出于所述第二保护层暴露的表面。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈远宁，戴征武，
申请(专利权)人：宁波微能物联科技有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江;33