自供电电子器件结构及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种自供电电子器件结构及其制备方法。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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】
[0005]针对上述技术问题，本申请提供了一种自供电电子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沟槽式三维结构，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。
[0006]本申请提供了一种自供电电子器件结构，可应用于无源自供电传感器系统中，所述自供电电子器件结构包括:
[0007]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，所述衬底的背面表面上还开设有沟槽；
[0008]第一保护层，覆盖在所述衬底的正面表面上；
[0009]金属连接线，至少一根所述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，至少另一根所述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；
[0010]底部金属层覆盖所述凹槽的底部及侧壁，且该底部金属层还覆盖所述衬底的背面表面；
[0011]介质层，覆盖所述底部金属层暴露的表面；
[0012]顶部金属层，覆盖所述介质层暴露的表面，并充满所述沟槽；
[0013]第二保护层，覆盖所述顶部金属层暴露的表面；
[0014]金属互联线，至少一根所述金属互联线贯穿所述第二保护层与位于所述沟槽之上的所述顶部金属层的表面接触，至少另一根所述金属互联线依次贯穿所述第二保护层和所述介质层与位于所述沟槽一侧的所述底部金属层的表面接触；
[0015]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的表面。
[0016]作为一个优选的实施例，上述的自供电电子器件结构还包括:
[0017]通孔保护层，设置于贯穿所述顶部金属层的所述金属互联线与所述顶部金属层之间。
[0018]作为一个优选的实施例，上述的自供电电子器件结构中:
[0019]所述通孔保护层的材质均为氮化硅(SixNy)或氧化硅(S1z)等材料。
[0020]作为一个优选的实施例，上述的自供电电子器件结构还包括:
[0021]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。
[0022]作为一个优选的实施例，上述的自供电电子器件结构中所述射频天线包括光能量采集单元和非闭合的钩状结构的射频能量采集单元，以采集诸如光能量和/或射频能量等各种形式的能量。
[0023]作为一个优选的实施例，上述的自供电电子器件结构中:
[0024]所述衬底中还制备有第一类型重掺杂区和第二类型重掺杂区，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:
[0025]其中，所述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。
[0026]作为一个优选的实施例，上述的自供电电子器件结构中:
[0027]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。
[0028]作为一个优选的实施例，上述的自供电电子器件结构中:
[0029]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。
[0030]作为一个优选的实施例，上述的自供电电子器件结构中:
[0031]所述衬底可为半导体衬底或柔性材料或玻璃基板等。
[0032]作为一个优选的实施例，上述的自供电电子器件结构中:
[0033]采用图形化工艺进行所述自供电电子器件结构的制备。
[0034]作为一个优选的实施例，上述的自供电电子器件结构中:
[0035]所述第一保护层和所述介质层的材质均为氮化硅(SixNy)或氧化硅(S1z)等材料，所述金属连接线的材质为铝(Al)或其他金属，所述底部金属层的材质为硅化钴(CoSi2)等材质，所述介质层的材质为氧化铪(HfO)或氧化钽(TaO)或其他材料，所述顶部金属层的材质为铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)或其他金属，所述金属互联线的材质为铝(Al)、银(Ag)、金(Au)或其他金属。
[0036]作为一个优选的实施例，上述的自供电电子器件结构中:
[0037]所述介质层的厚度为1nm?lOOnm，所述顶部金属层的厚度为50nm?20000nm，所述金属互联线的高度为100nm?20000nm，所述通孔保护层的厚度为1nm?lOOnm，所述第二保护层的厚度为1nm?20000nmo
[0038]本申请还提供了一种制备自供电电子器件结构的方法，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:
[0039]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；
[0040]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；
[0041]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；
[0042]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；
[0043]刻蚀所述衬底的背面表面并停止在第一类型掺杂区中，以形成沟槽；
[0044]制备底部金属层覆盖所述沟槽的底部及其侧壁，且该底部金属层还覆盖所述衬底的背面表面；继续制备介质层覆盖所述底部金属层后，沉积顶部金属层充满所述沟槽；
[0045]于所述沟槽的一侧，部分刻蚀所述顶部金属层和所述介质层至所述底部金属层的上表面，以形成第一通孔；继续沉积第二保护层后，去除部分所述第二保护层至所述顶部金属层，以形成位于所述沟槽之上的第二通孔；
[0046]于所述第一通孔和所述第二通孔中填充金属，以形成金属互联线。
[0047]作为一个优选的实施例，上述的制备自供电电子器件结构的方法还包括:
[0048]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。
[0049]作为一个优选的实施例，上述的制备自供电电子器件结构的方法中:
[0050]所述射频天线包括光能量采集单元和非闭合的钩状结构的射频能量采集单元，以采集光能量和/或射频能量。
[0051]作为一个优选的实施例，上述的制备自供电电子器件结构的方法中:
[0052]所述衬底为半导体衬底或柔性材料，或玻璃基板等。
[0053]作为一个优选的实施例，上述的制备自供电电子器件结构的方法中:
[0054]采用图形化工艺进行所述自供电电子器件结构的制备。
[0055]作为一个优选的实施例，上述的制备自供电电子器件结构的方法中:
[0056]所述图形化工艺包括光刻工艺和/或蒸镀工艺和/或印刷工艺。
[0057]作为一个优选的实施例，上述的制备自供电电子器件结构的方法还包括:
[0058]于制备所述第二类型掺杂区之后，且在制备所述第一保护层之前，先于所述第二类型掺杂区中制备第二类型重掺杂区，于所述第一类型掺杂区中制备第一类型重掺杂区；
[0059]其中，所述金属连接线分别位于所述第一类型重掺杂区和所述第二类型重掺杂区之上。
[0060]作为一个优选的实施例，上述的制备自供电电子器件结构的方法中:
[0061 ] 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；
[0062]其中，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。
[0063]作为一个优选的实施例，上述的制备自供电电子器件结构的方法中:
[0064]依次采用离子注入工艺和退火工艺制备所述第一类型掺杂区、所述第一类型重掺杂区、所述第二类型掺杂区和所述第二类型重掺杂区。
[0065]作为一个优选的实施例，上述的制备自供电电子器件结构的方法中:
[0066]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，所述退火工艺为炉管退火工艺或快速热退火(RTP)工艺等。
[0067]作为一个优选的实施例，上述的