[发明专利]一体式能量采集与存储器件结构及其制备方法

说明书

本发明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及其制备方法，可基于传统半导体工艺的基础上，通过先于衬底的正面表面上制备离子掺杂区和金属连接线，以形成能量采集器；并继续于上述衬底的背面表面上制备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。

技术领域

本发明涉及半导体器件制备技术领域，尤其涉及一种一体式能量采集与存储器件结构及其制备方法。

背景技术

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。

发明内容

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(Si_xO_y)、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：