多源自供電集成電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及多源自供電集成電路，具體涉及一種與雙源能源采集器集成的自供電集成電路，屬于能源采集與電路集成應(yīng)用的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，能夠高效、低成本地獲取周圍環(huán)境的能量并將其轉(zhuǎn)換為電能以替代或增強(qiáng)電池或其他常規(guī)電源、為低功耗電子設(shè)備供電的發(fā)電技術(shù)正越來越多地得到應(yīng)用；上述發(fā)電技術(shù)常包括光伏發(fā)電、壓電式發(fā)電、電動(dòng)式發(fā)電、溫差電等形式，如何將多種發(fā)電技術(shù)綜合利用、形成多種能源采集的技術(shù)目前鮮少出現(xiàn)。
[0003]在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)等的應(yīng)用中，有大量用于遠(yuǎn)程探測(cè)環(huán)境和當(dāng)?shù)匚锢韰?shù)(如溫度、壓力、流速、補(bǔ)平、化學(xué)物質(zhì)存在以及生物條件等)的傳感器，此類傳感器大多應(yīng)用在極端、偏遠(yuǎn)地區(qū)甚至危險(xiǎn)的環(huán)境中，當(dāng)與傳感器配套使用的電源發(fā)生電量耗盡或者產(chǎn)生故障時(shí)，更換電源十分不便，且可能給工作人員的人身安全帶來危險(xiǎn)，甚至有的傳感器一旦安裝后電源根本無法更換(比如檢測(cè)飛行器表面缺陷的傳感器)；此外，有些傳感器需要長(zhǎng)期使用幾十年(如10?30年)，那么就需要提供長(zhǎng)期穩(wěn)定的可靠電量供應(yīng)。所以，急需一種可以長(zhǎng)期提供可靠電量供應(yīng)以及能在各種極端險(xiǎn)惡環(huán)境中使用的自供電系統(tǒng)。
[0004]雖然各種發(fā)電技術(shù)和集成電路已經(jīng)分別有相關(guān)的報(bào)道，但是將多種能源采集技術(shù)與集成電路集成為一個(gè)器件是一項(xiàng)全新的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)這一全新的技術(shù)需要解決一系列新的問題，如:如何將多種能源采集技術(shù)與集成電路集成在一塊硅片襯底上；如何選擇合適的材料以及制備工藝來保證器件良好的性能等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的如下缺點(diǎn):(1)現(xiàn)有的能源采集技術(shù)只能轉(zhuǎn)化單一能源為電能；(2)現(xiàn)有自供電系統(tǒng)的能量采集部分和存儲(chǔ)部分為分立的元件，體積和成本較大，不便于安裝或更換；(3)現(xiàn)有的自供電系統(tǒng)尚未出現(xiàn)能量采集和集成電路相集成的技術(shù)；(4)不能穩(wěn)定地長(zhǎng)期提供電量；(5)不能在各種極端險(xiǎn)惡環(huán)境中使用；而本發(fā)明提供了一種多源自供電集成電路，其能夠采集多種能源，綜合利用；體積小、成本低；長(zhǎng)期穩(wěn)定提供電量；能在各種極端險(xiǎn)惡環(huán)境中使用。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0007]多源自供電集成電路，包括多源能量采集器和集成電路，所述多源能量采集器和集成電路共同集成在P型或N型襯底上，所述多源能量采集器包括PN結(jié)和覆蓋在PN結(jié)上的抗反射層；所述集成電路設(shè)置在與PN結(jié)相反一面的襯底上；所述多源能量采集器的P區(qū)和N區(qū)分別通過金屬導(dǎo)線從所述襯底內(nèi)部直接連接到集成電路，能量采集器采集能量后為集成電路供電。
[0008]所述多源能量采集器還包括射頻能源采集天線，射頻能源采集天線設(shè)置在抗反射層上或者設(shè)置在與PN結(jié)相反一面的襯底上，或者同時(shí)在這兩個(gè)面都設(shè)置；所述射頻能源采集天線連接到集成電路，天線采集能量后為集成電路供電。
[0009]進(jìn)一步地，所述射頻能源采集天線與集成電路之間還設(shè)有乘法電路。所述乘法電路設(shè)置在襯底外部或者集成在襯底內(nèi)。
[0010]所述P區(qū)和N區(qū)分別設(shè)有重?fù)诫s區(qū)，重?fù)诫s區(qū)與集成電路相連。
[0011]—種多源自供電集成電路的制備方法，包括如下步驟:
[0012](1)在P型或N型襯底上形成多源能量采集器的PN結(jié)，在具有PN結(jié)一面的襯底上通過絕緣體鈍化工藝形成抗反射層；
[0013](2)在與PN結(jié)相反一面的襯底上覆蓋外延層，在外延層上利用集成電路制備工藝制備集成電路；
[0014](3)通過光刻和刻蝕工藝在襯底內(nèi)部形成兩個(gè)連接孔，其中一個(gè)連接孔貫穿外延層并深入到襯底內(nèi)部與P區(qū)連通，另外一個(gè)連接孔貫穿外延層并深入到襯底內(nèi)部與N區(qū)連通；然后使用金屬沉積工藝形成兩條所述金屬導(dǎo)線，分別連接到集成電路為其供電。
[0015]進(jìn)一步地，在抗反射層的表面或者在與PN結(jié)相反一面的襯底上，或者同時(shí)在這兩個(gè)表面上，通過金屬淀積工藝形成射頻能源采集天線；然后使用金屬沉積、光刻、剝離或掩膜工藝形成金屬連接線，將射頻能源采集天線連接到集成電路為其供電。
[0016]進(jìn)一步地，所述射頻能源采集天線與集成電路之間還連接有乘法電路。所述乘法電路設(shè)置在襯底外部，或者與集成電路同時(shí)集成在襯底內(nèi)。
[0017]在PN結(jié)的P區(qū)和N區(qū)內(nèi)分別制備有重?fù)诫s區(qū)，兩個(gè)連接孔分別與重?fù)诫s區(qū)連通。
[0018]本發(fā)明具有的有益效果如下:
[0019](1)本發(fā)明能夠綜合采集多種能源。一體化的光伏太陽能電池和射頻能源采集天線形成多能源采集系統(tǒng)，可以作為本發(fā)明自供電模塊上的唯一電源或者備用電源。由于本發(fā)明有兩種方式供電，避免了供電不穩(wěn)定性的問題。
[0020](2)本發(fā)明的多源自供電集成電路的優(yōu)勢(shì)是可以在險(xiǎn)惡環(huán)境、不安全環(huán)境下，或者無電源或不可更換電池情況下，或者系統(tǒng)需要非常長(zhǎng)期的運(yùn)作(如10-30年)的情況下使用。
[0021](3)本發(fā)明與傳感器聯(lián)合使用，可用于遠(yuǎn)程監(jiān)視環(huán)境或其他當(dāng)?shù)貤l件敏感期間的數(shù)據(jù)，例如:在傳感器網(wǎng)絡(luò)中使用的對(duì)森林條件進(jìn)行遠(yuǎn)程和持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的監(jiān)測(cè)，以提供早期檢測(cè)數(shù)據(jù)和森林火災(zāi)的位置，或者本發(fā)明用于檢測(cè)飛行器的的表面缺陷等。
[0022](4)本發(fā)明將光伏太陽能電池、射頻能源采集天線以及集成電路集成設(shè)置在同一塊硅片襯底上，體積縮小，成本大大降低。由于光伏太陽能電池和射頻發(fā)電工藝與集成電路工藝兼容，所以幾乎不增加生產(chǎn)成本，而且本發(fā)明外加能源采集器件成本較低，體積小。
[0023](5)本發(fā)明能在各種環(huán)境中使用，如偏遠(yuǎn)地區(qū)、森林防火、不方便換電池、使用期長(zhǎng)(10-30年)、節(jié)點(diǎn)過多、更換電池費(fèi)用太高、電池對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的污染等。
【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明的集成電路和太陽能電池的連接方式的示意圖；
[0025]圖2是實(shí)施例中的乘法電路的示意圖；
[0026]圖3是實(shí)施例中的射頻能源采集天線的放大示意圖；
[0027]其中，1-P型襯底(P區(qū))，2-N區(qū)，3-抗反射層，4_射頻能源采集天線，5_晶體管，6-集成電路聯(lián)線，7-外延層，8-絕緣層，9-淺孔，10-深孔，11-棚■極，12-源極，13-漏極。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0029]本實(shí)施例的多源自供電集成電路的結(jié)構(gòu)如下:光伏太陽能電池和射頻能源采集天線4以及集成電路共同制作在一個(gè)共同的P型襯底1上，光伏太陽能電池和射頻能源采集天線4分別通過電路連接為集成電路提供能量。
[0030]襯底1為半導(dǎo)體硅片，該硅片的厚度約為700微米，可以是直徑為100毫米、200毫米或300毫米的圓形或正方形的硅晶片。
[0031]如圖1所示，在P型襯底1的背面，用N型摻雜劑形成一個(gè)摻雜的N區(qū)2，N區(qū)2的厚度約為1?2微米，其和P型襯底1 (即P區(qū))形成太陽能電池的PN結(jié)，還可以進(jìn)一步地分別在PN結(jié)的P區(qū)和N區(qū)2內(nèi)制備形成重?fù)诫s區(qū)。其中，上述摻雜采用離子注入的方式(如磷、砷等離子)，后加一個(gè)或多個(gè)熱退火工藝激活(如1000°C爐管內(nèi)高溫?cái)U(kuò)散約1小時(shí)，快速熱退火800-1000。。(RTP)約1秒?3分鐘，1100_1300°C激光退火約1秒_2分鐘)，以上形成高效率的太陽能電池。
[0032]在P型襯底1的背面，覆蓋一個(gè)或多個(gè)抗反射層3用作保護(hù)層，抗反射層3的材質(zhì)可為氮化硅(SixNy)或氧化硅(S1z)等具有高介電常數(shù)的絕緣材質(zhì)，以上絕緣鈍化工藝包括等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法(PECVD)和化學(xué)氣相沉積法(CVD)等。
[0033]然后在抗反射層3的表面，通過金屬沉積工藝(如濺射的方式)形成射頻能源采集天線4，濺射的金屬包括鋁、金、銀、鎢、銅或氮化鈦等；然后使用光刻或其他圖形產(chǎn)生方式，如剝離(lift off)、掩膜(shadow mask)等和金屬沉積工藝形成金屬連接線，將射頻能源采集天線4連接到集成電路為其供電。
[0034]在P型襯底1的正面，覆蓋大約3微米厚的外延層7，在外延層7上設(shè)有集成電路(包括PM0S和NM0S晶體管5)和其它電路器件；該其他電路器件包括乘法電路(即電壓倍增電路)，具體電路結(jié)構(gòu)如圖2所示，該乘法電路由標(biāo)準(zhǔn)集成電路工藝實(shí)現(xiàn)，由射頻能源采集天線4輸入能源，輸出可以為集成電路供給能量。該乘法電路也可以不