[发明专利]具有微电池的半导体结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体领域，更具体地，本发明涉及一种具有微电池的半导体结构及其制造方法。

背景技术

消费者电子器件变得更薄而微电子系统则变得小得多。对于消费者电子器件而言，电池是一个尺寸受限的因素。因此，为电池被广泛地使用在多种领域中，诸如，用于微型化的互补金属氧化物半导体(CMOS)和微机电系统(MEMS)。例如，微机电系统(MEMS)具有作为自主完成系统的微机电部件、传感器和致动器并且其需要采用用于电源的微电池。

现存的制造全固体电池的方法是形成薄膜式的功率存储器件，并且微电池的所有部件(诸如，集电器、正负电极和固体电解质)是通过沉积法所形成的薄层。

常常相互比较微电池和薄膜电池。通常，薄膜电池制造工艺不与近几十年中影响使用在半导体制造工艺中的硅技术的半导体封装技术相结合。

所考虑到的另一个问题是大多数微电池都是平面形状的。根据所使用的材料，微电池的工作电压在1V和4V之间，而且对于特定应用而言工作电压值是受限的，例如，传感器或制动器要求工作电压高于几十伏。而且，存在另一个应用限制因素，其中，全固体微电池的表面电容在几十μAh/cm²至几百μAh/cm²之间且该电压太低而不能使用。

现今市场上售卖的和以涂布技术制造的迷你电池具有在300μm和650μm之间的厚度且带有几μAh/cm²的表面电容。尽管迷你电池的表面电容比微电池的表面电容大得多，但是厚度使得他们无法集成在集成电路(IC)之上。

因此，需要解决上述缺陷/问题的微电池结构以及制造该微电池结构的万法。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的问题，根据本发明的一个方面，提供了一种集成结构，包括：第一电极，由第一导电材料形成，被埋置在第一半导体衬底中；第二电极，由第二导电材料形成，被埋置在第二半导体衬底中；以及电解质，设置在所述第一电极和所述第二电极之间，其中，所述第一半导体衬底和所述第二半导体衬底通过接合焊盘接合在一起，使得所述第一电极和所述第二电极被封闭在所述第一半导体衬底和所述第二半导体衬底之间，并且所述第二导电材料不同于所述第一导电材料。

在所述集成结构中，所述电解质是选自由NH₄Cl、ZnCl₂、H₂SO₄和聚醋酸乙烯酯(PVAc)聚合物凝胶所构成的组中的材料。

在所述集成结构中，所述第一导电材料包括选自由石墨、硬质碳、软质碳、钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)、铝(Al)、锌(Zn)、氧化锰(MnO₄)和铅(Pb)所构成的组中的材料，并且所述第二导电材料包括选自由LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiNiCoMnO₂、二氧化锂镍(LiNiO₂)、CuO₂和PbO₂所构成的组中的材料。

在所述集成结构中，所述第一半导体衬底和所述第二半导体衬底均包括硅(Si)。

在所述集成结构中，所述第一半导体衬底和所述第二半导体衬底通过共熔接合、瞬间液相接合、扩散接合、热压接合和熔融接合中的一种接合在一起。

在所述集成结构中，所述第一半导体衬底和所述第二半导体衬底通过形成在所述第一半导体衬底上的第一接合焊盘和形成在所述第二半导体衬底上的第二接合焊盘接合在一起，其中，所述第一和所述第二接合材料包括选自由Al/Si、Al/Ge、AlCu/Ge、Au/Si、Au/Ge、Au/Sn、Cu/Sn、Au/In、Ag/Sn、Cu/Cu、Al/Al、Au/Au、Si/Si、SiO₂/SiO₂和Si/SiO₂所构成的组中的一对材料。

在所述集成结构中，所述第一接合焊盘和所述第二接合焊盘与所述第一电极和所述第二电极相互间隔开。

在所述集成结构中，所述第一半导体衬底包括沟槽；所述第二半导体衬底包括被配置成至少部分地处在所述沟槽中的突出部件；以及所述第一接合焊盘和所述第二接合焊盘被配置在所述突出部件和所述沟槽的底面之间。

在所述集成结构中，所述第一电极和所述第二电极被图案化并且被配置成形成填充有所述电解质的腔。