热电产生器制造技术

本公开提供一种热电产生器，其包括一热电结构以及一桥式整流器。上述热电结构包括一半导体基底、设置在上述半导体基底上的一第一金属层、设置在上述第一金属层上的一介电层、设置在上述介电层上的一第二金属层，以及设置在上述介电层内且耦接于上述第一电极与上述第二电极之间的多第一材料。上述第一金属层包括多第一电极。上述第二金属层包括多第二电极。上述桥式整流器根据来自上述热电结构的一电能而提供一输出电压。上述热电结构是根据上述第一金属层与上述第二金属层之间的一温度差而提供上述电能。上述第一材料是一热电材料。本公开提供的热电产生器可提高能源利用效率。

【技术实现步骤摘要】
热电产生器
本公开实施例有关于一种热电产生器，且特别有关于一种晶圆内的热电产生器。
技术介绍
用以将周遭稀疏能量转换为电力的能量收集(Energyharvesting)技术可做为电子装置的供应电源。近来，用于物联网(InternetofThings，IoT)应用的超低功率(ultra-low-power，ULP)电路需要能自体发电(self-generating)。此外，需要非常小的超低功率电路，例如，尺寸为毫米或是更小。
技术实现思路
本公开实施例提供一种热电产生器。上述热电产生器包括一热电结构以及耦接于上述热电结构的一桥式整流器。上述热电结构包括一半导体基底、设置在上述半导体基底上的一第一金属层、设置在上述第一金属层上的一介电层、设置在上述介电层上的一第二金属层，以及设置在上述介电层内且耦接于上述第一电极与上述第二电极之间的多第一材料。上述第一金属层包括多第一电极。上述第二金属层包括多第二电极。上述桥式整流器根据来自上述热电结构的一电能而提供一输出电压。上述热电结构是根据上述第一金属层与上述第二金属层之间的一温度差而提供上述电能。上述第一材料是一热电材料。附图说明图1A至图1H是显示根据本公开一些实施例所述的制造热电产生器的热电结构的中间阶段的剖面图；图2A至图2G是显示根据本公开一些实施例所述的图1H中热电结构的第一类型纳米线和/或第二类型纳米线的形状；图3是显示根据本公开一些实施例所述的热电产生器；图4是显示根据本公开一些实施例所述的桥式整流器；图5是显示根据本公开一些实施例所述的热电产生器；图6是显示根据本公开一些实施例所述的热电产生器；图7是显示根据本公开一些实施例所述的热电产生器；图8是显示根据本公开一些实施例所述的微能量收集装置的热电结构的上视图；图9是显示根据本公开一些实施例所述的微能量收集装置的热电结构的上视图；以及图10是显示根据本公开一些实施例所述的微能量收集装置的热电结构的上视图。附图标记说明：100、100A、100B、100C、500_1-500_n、500A-500C～热电结构；110～半导体基底；120～第一介电层；125A-125C～元件；130、130_1-130_7、130_a、130_b、130A-130D～第一电极；140～第二介电层；142～孔洞；144～多晶材料；150、155～掩模；160～第一类型纳米线；165～第三类型纳米线；170～第二类型纳米线；180、180_1-180_6～第二电极；300A、300B、300C、400～热电产生器；310A、310B、310C～微能量收集装置；320A、320B、420～桥式整流器；330a、330b、340a、340b～端点；410～微能量收集装置；430～能量储存装置；440～电源管理电路；C1～电容；D1-D4～二极管；IN1、IN2～输入端；M1-M4～晶体管；OUT1、OUT2～输出端；以及Vout～输出电压。具体实施方式为让本公开实施例的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出实施例，并配合说明书附图，作详细说明如下：以下的公开内容提供许多不同的实施例或范例以实施本公开的不同特征。以下的公开内容叙述各个构件及其排列方式的特定范例，以简化说明。另外，以下公开书不同范例可能重复使用相同的参考符号及/或标记。这些重复为了简化与清晰的目的，并非用以限定所讨论的不同实施例及/或结构之间有特定的关系。下文描述实施例的各种变化。通过各种视图与所示出的的实施例，类似的元件标号用于标示类似的元件。应可理解的是，额外的操作步骤可实施于所述方法之前、之间或之后，且在所述方法的其他实施例中，可以取代或省略部分的操作步骤。热电(thermoelectric)电源产生器能够将材料的温度差传换成电能，特别是电信号。这种转换称为塞贝克(Seebeck)效应。例如，材料中的温度差会引起材料内的自由电荷载子从材料的热侧扩散到材料的冷侧，从而产生热电电压。图1A至图1H是显示根据本公开实施例一些实施例所述的制造热电产生器的热电结构100的中间阶段的剖面图。图1A是显示半导体基底110、半导体基底110上方的第一介电层120，以及元件125A-125C。在一些实施例中，半导体基底110可以是大块(bulk)半导体基底、绝缘体上半导体(semiconductor-on-insulator，SOI)基底、多层或倾斜基底或类似。半导体基底110的半导体可包括元素半导体，例如硅、锗或类似物。再者，半导体基底110更可以是晶圆，而热电结构110是设置在晶圆的热电产生器中。在一些实施例中，第一介电层120可以是包括金属互连的层间介电层(inter-layerdielectric，ILD)。热电产生器的电路包括元件125A-125C。在一些实施例中，元件125A-125C为电路内的晶体管，而晶体管的汲/源极区是设置在半导体基底110内，其中晶体管的栅极区是设置在第一介电层120内。在其他实施例中，元件125A-125C可以是电路中的主动元件或是无源元件。在图1B中，执行沉积制程与蚀刻制程，用以在第一介电层120上方的第一金属层中形成第一电极130。在一些实施例中，第一金属层为底部金属层。在图1C中，执行沉积制程，用以在第一介电层120上方的形成第二介电层140。再者，第二介电层140会覆盖第一电极130。在一些实施例中，第二介电层140为层间介电层(ILD)。在图1D中，执行蚀刻制程，用以在第二介电层140中形成孔洞142。第一电极130的上表面会经由孔洞142而暴露。孔洞142与第一电极130之间的排列将详述于后。在图1E中，执行电镀制程或沉积制程(例如化学气相沉积(ChemicalVaporDeposition，CVD)或是原子层沉积(AtomicLayerDeposition，ALD))，用以在孔洞142中沉积/生长多晶材料144。在一些实施例中，多晶材料144包括铋(Bismuth)、碲化铋(Bi2Te3)、硒化铋(Bi2Se3)或是碲化铅(PbTe)的热电材料。在图1F中，将由光致抗蚀剂材料所形成的掩模150设置在第二介电层140上。掩模150具有特定图样，以便覆盖多晶材料144的第一部分。执行植入制程，用以将第一类型材料(如标号152所显示)植入至多晶材料144的第二部分，而多晶材料144的第二部分并未被掩模150所覆盖。于是，形成了具有第一类型掺杂物的纳米线160。在完成植入制程之后，将掩模150移除。在图1G中，将由光致抗蚀剂材料所形成的掩模155设置在第二介电层140上。掩模155具有特定图样，以便覆盖多晶材料144的第二部分。执行植入制程，用以将第二类型材料(如标号154所显示)植入至多晶材料144的第一部分，而多晶材料144的第一部分并未被掩模155所覆盖。于是，形成了具有第二类型掺杂物的纳米线170。在完成植入制程之后，将掩模155移除。在一些实施例中，第一类型材料是包括碲的N型材料，而第二材料是包括锡、硼或镓的P型材料。在其他实施例中，第一类型材料是包括锡、硼或镓的P型材料，而第二材料是包括碲的N型材料。在图1H中，执行沉积制程与蚀刻制程，用以在第二介电层140上的第二金属层中形成第二电极180。于是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热电产生器，其特征在于，包括：一热电结构，包括：一半导体基底；一第一金属层，设置在上述半导体基底上，包括多第一电极；一介电层，设置在上述第一金属层上；一第二金属层，设置在上述介电层上，包括多第二电极；以及多第一材料，设置在上述介电层内且耦接于上述第一电极与上述第二电极之间；以及一桥式整流器，耦接于上述热电结构，用以根据来自上述热电结构的一电能而提供一输出电压，其中上述热电结构是根据上述第一金属层与上述第二金属层之间的一温度差而提供上述电能，其中上述第一材料是一热电材料。

【技术特征摘要】
2016.03.01 US 15/057,7341.一种热电产生器，其特征在于，包括：一热电结构，包括：一半导体基底；一第一金属层，设置在上述半导体基底上，包括多第一电极；一介电层，设置在上述第一金属层上；一第二金属层，设置在上述介电层上，...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚皮耶·柯林基，林佑明，
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