一种三维集成系统及制备方法技术方案

本发明专利技术提供了一种三维集成系统及制备方法，所述集成系统包括纳米发电机、纳米电容结构、第一硅通孔结构和第二硅通孔结构；所述方法包括如下步骤：选择刻蚀衬底并在所述刻蚀衬底表面刻蚀出多个硅纳米孔并制备获得纳米电容结构；在所述纳米电容结构表面制备出共用电极的纳米发电机；对所述纳米发电机顶部两侧处理得到第一硅通孔结构和第二硅通孔结构；在所述第一硅通孔结构和所述第二硅通孔结构内部进行金属布线，将所述纳米电容结构与所述纳米发电机之间导通连接，以获得最终的集成系统，将压电发电机产生的电能储存在纳米电容结构之中，获得持续稳定的能量输出，而且整个系统尺寸易于微缩，占用面积小。

【技术实现步骤摘要】
一种三维集成系统及制备方法
本专利技术涉及集成电路制造技
，尤其涉及一种三维集成系统及制备方法。
技术介绍
在摩尔定律引领器件的小型化技术发展路线之外，功能化的微纳米器件集成形成多功能化的微纳米器件系统，并实现人体健康、环境监测、人机交互、个人电子以及生物诊断等方面的大规模网络，其重要性日益凸显。集成嵌入式的能量收集器件形成智能化的自供能系统是电子器件发展的重要方面，自供能器件可以将环境中的能源如热能、太阳能和机械能等转化为电能。其中，纳米发电机在自供能中具有较好的前景，可以驱动LCD，点亮LED等，并进一步为手机等便携式电子产品供能。然而，纳米发电机依赖环境中无法持续获得的能量源。因此，需要能量存储器件来维持器件不中断的工作，能量存储器件能够提供峰值负载，然而能量产生器件却无法提供。一般来讲，能量存储器件或者是电池，或者是电容。然而，电池一般都是独立的能量供应部件，很难与其它器件直接集成。此外，电池的另外一个缺点是它有限的放电效率。相比之下，电容可以提供更大的放电电流。使用电容作为能量存储的其它优势还包括较长的循环寿命和较高的功本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维集成系统，其特征在于，包括纳米发电机、纳米电容结构、第一硅通孔结构和第二硅通孔结构；/n所述纳米电容结构安装在所述纳米发电机底端，所述第一硅通孔结构和所述第二硅通孔结构分别设置在所述纳米发电机的顶部左右两侧，所述纳米发电机和所述纳米电容结构之间通过所述第一硅通孔结构、所述第二硅通孔结构集成在一起并电力连接，使得所述纳米发电机将产生的电能储存在所述纳米电容结构内部，且所述纳米电容结构与所述纳米发电机共用一个电极。/n

【技术特征摘要】
1.一种三维集成系统，其特征在于，包括纳米发电机、纳米电容结构、第一硅通孔结构和第二硅通孔结构；
所述纳米电容结构安装在所述纳米发电机底端，所述第一硅通孔结构和所述第二硅通孔结构分别设置在所述纳米发电机的顶部左右两侧，所述纳米发电机和所述纳米电容结构之间通过所述第一硅通孔结构、所述第二硅通孔结构集成在一起并电力连接，使得所述纳米发电机将产生的电能储存在所述纳米电容结构内部，且所述纳米电容结构与所述纳米发电机共用一个电极。


2.根据权利要求1所述的三维集成系统，其特征在于，所述纳米电容结构包括刻蚀衬底，所述刻蚀衬底上设置有多个硅纳米孔，所述刻蚀衬底表面和所述硅纳米孔表面由下到上依次设置有第一隔离介质、第一底部金属电极层、第一绝缘介质和第一顶部金属电极层，且所述硅纳米孔内部被完全填充。


3.根据权利要求2所述的三维集成系统，其特征在于，所述纳米发电机包括第二绝缘介质层和第二顶部金属电极层，所述第二顶部金属电极层外壁设置有第二隔离介质，所述第二隔离介质还覆盖在所述第一顶部金属电极层表面，所述第一顶部金属电极层和所述第二顶部金属电极层分别作为所述纳米发电机的两个电极，所述第二隔离介质两端均设置有端口，所述端口上设置有多晶硅。


4.根据权利要求3所述的三维集成系统，其特征在于，所述第一硅通孔结构贯穿所述多晶硅并与所述第一顶部金属电极层接触，所述第二硅通孔结构贯穿所述多晶硅、第二隔离介质、第一顶部金属电极层和所述第一绝缘介质，并与所述第一底部金属电极层接触，所述第一硅通孔结构的侧壁、上表面和所述第二硅通孔结构侧壁、上表面以及所述第二隔离介质上表面设置有第三隔离介质。


5.根据权利要求4所述的三维集成系统，其特征在于，所述第三隔离介质内部还设置有沟槽结构，所述沟槽结构与所述第二硅通孔结构相邻设置，所述沟槽结构与所述第一硅通孔结构之间通过第三隔离介质分隔开。


6.根据权利要求5所述的三维集成系统，其特征在于，所述第一硅通孔结构、所述第二硅通孔结构、所述沟槽结构表面均设置有一层铜扩散阻挡层，所述铜扩散阻挡层将所述第一底部金属电极层与所述第二顶部金属电极层电连接，所述铜扩散阻挡层表面设置有一层铜籽晶层，所述铜籽晶层表面设置有铜金属层，所述第一硅通孔结构、所述第二硅通孔结构、所述沟槽结构内部被所述铜扩散阻挡层、铜籽晶层、铜金属层组成的结构完全填充。


7.根据权利要求6所述的三维集成系统，其特征在于，位于所述沟槽结构与所述第一硅通孔结构之间的所述第三隔离介质的高度与所述铜金属层的高度相同。


8.根据权利要求6所述的三维集成系统，其特征在于，所述第一硅通孔结构顶部设置有第一金属接触凸点，所述第二硅通孔结构顶部设置有第二金属接触凸点，所述第一金属接触凸点通过所述第一硅通孔结构与所述第一顶部金属电极层导通连接，所述第二金属接触凸点通过所述第二硅通孔结构与所述第一底部金属电极层导通连接，所述第一金属接触凸点和所述第二金属接触凸点均与所述铜金属层接触连接。


9.一种三维集成系统的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
选择刻蚀衬底并在所述刻蚀衬底表面刻蚀出多个硅纳米孔并制备获得纳米电容结构；
在所述纳米电容结构表面制备出共用电极的纳米发电机；
对所述纳米发电机顶部两侧处理得到第一硅通孔结构和第二硅通孔结构；
在所述第一硅通孔结构和所述第二硅通孔结构内部进行金属布线，将所述纳米电容结构与所述纳米发电机之间导通连接，以获得最终的集成系统。


10.根据权利要求9所述的三维集成系统的制备方法，其特征在于，所述在硅衬底表面刻蚀出多个硅纳米孔并制备获得纳米电容结构的具体过程包括：
选择刻蚀衬底并在所述刻蚀衬底结构上确定出硅纳米孔的图形结构；
根据所述图形结构在所述刻蚀衬底上刻蚀获得多个硅纳米孔以形成阵列；
在所述硅纳米孔内表面和所述刻蚀衬底顶端表面沉积获得第一隔离介质；
在所述第一隔离介质表面沉积获得第一底部金属电极层、第一绝缘介质和第一顶部金属电极层。


11.根据权利要求10所述的三维集成系统的制备方法，其特征在于，所述第一隔离介质包括SiO2、Si3N4、SiON、SiCOH、SiCOFH中的至少一种，所述第一隔离介质的厚度为100～200nm。


12.根据权利要求10所述的三维集成系统的制备方法，其特征在于，所述第一底部金属电极层和所述第一顶部金属电极层包括TaN、TiN、WN、MoN、Ni和Ru中的至少一种，所述第一底部金属电极层的厚度为50～150nm，所述第一顶部金属电极层的厚度为100～300nm。


13.根据权利要求10所述的三维集成系统的制备方法，其特征在于，所述第一绝缘介质包括Al2O3、ZrO2、TiO2、HfO2、La2O3、HfZrO、HfAlO、HfTiO中的至少一种，所述第一绝缘介质的厚度为10～50nm。


14.根据权利要求10所述的三维集成系统的制备方法，其特征在于，所述硅纳米孔的刻蚀方法包括干法刻蚀比如离子铣刻蚀、等离子刻蚀、反应离子刻蚀、深度反应离子刻蚀、激光烧蚀，或者通过使用蚀刻剂溶液的湿法刻蚀中的至少一种。


15.根据权利要求10所述的三维集成系统的制备方法，其特征在于，获得...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱宝，陈琳，孙清清，张卫，
申请(专利权)人：复旦大学，上海集成电路制造创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31