[发明专利]一种自供电集成电路芯片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种自供电的集成电路芯片及其制备方法。

背景技术

半导体芯片是在半导体衬底上通过注入、淀积、光刻和刻蚀等工艺方法实现的具有一 定功能的结构、器件或由器件组合而成的集成电路。集成电路是传统半导体芯片的主流应 用，是信息技术发展的基石。

集成电路是采用半导体制作工艺，在一块较小的硅片上制作许多晶体管及电阻器、电 容器等元器件，并按照多层布线或遂道布线的方法将元器件组合成的完整的电子电路。集 成电路广泛应用于生活的各个方面。其中金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET) 是构成集成电路的基本器件之一。它的主要优点是输入阻抗高、功耗低、抗干扰能力强且 适合大规模集成。由N型MOSFET和P型MOSFET组成的互补金属-氧化物-半导体场效应 晶体管(CMOS)拥有静态功耗几乎为零、上升和下降时间处于同数量级、制作工艺简单等 优点，是构成大规模集成电路的基本单元。目前几乎所有的集成电路都需要由外部的电源 或电池进行供电。

太阳能是一种可再生能源，而且其资源丰富，既可以免费使用，又无需运输，对环境 没有任何污染。据Dataquest的统计资料显示，目前全世界共有136个国家投入到普及应 用太阳能电池的热潮中，其中有95个国家正在大规模地进行太阳能电池的研制开发并积 极生产各种相关的节能新产品。

太阳能电池主要包括晶体硅太阳能电池、薄膜太阳能电池(主要包括非晶硅a-Si，铜 铟镓硒CIGS、碲化镉CdTe电池)、III-V族半导体化合物电池(主要以砷化镓GaAs电池 为代表)、染料敏化太阳能电池等。目前晶体硅电池和薄膜电池已大规模商业化，GaAs电 池处于小规模示范阶段，染料敏化电池还处于实验室研究阶段。晶体硅太阳能电池主要包 括P-N结型太阳能电池和金属-绝缘体-半导体(MIS)型太阳能电池，通常在单晶硅或 多晶硅衬底上制备。晶体管太阳能电池制备工艺成熟，性能稳定，但是和CMOS集成电路 工艺不兼容。

目前的集成电路都使用外部电源供电，这在一定程度上增加了集成电路的使用复杂度 和维护成本，同时也限制了集成电路的使用范围。如果能够将太阳能电池集成到含有集成 电路的半导体芯片中并为该集成电路供电，那就能降低集成电路的使用和维护成本并扩大 集成电路的应用范围。自供电的集成电路特别适合于使用在室外的低功耗电子设备中，因 此也正逐渐成为半导体技术的研究热点之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够自供电集成电路芯片及该集成电路芯片的制备方法。

本发明提出的集成电路芯片，包括一个半导体衬底以及制备在该衬底上的集成电路和 太阳能电池。所述的集成电路由所述的太阳能电池进行供电。所述的集成电路包含金属- 氧化物-半导体场效应晶体管。所述的金属-氧化物-半导体场效应晶体管为N型金属- 氧化物-半导体，或P型金属-氧化物-半导体场效应晶体管。所述的太阳能电池包括第 一电极层、第二电极层、置于第一电极层和第二电极层之间的栅极结构、和置于第二电极 层和栅极结构之间的半导体衬底，其中第一电极层具有丝网状的结构，并且其中由于从第 一电极层侧入射的光而产生光电动势。

上述集成电路芯片中，所述的金属一氧化物-半导体场效应晶体管包括半导体衬底、 在半导体衬底之上的栅极结构、位于栅极结构两侧半导体衬底中的源区和漏区以及栅极结 构两侧的侧墙结构。

上述半导体场效应晶体管中，所述的栅极结构包括至少一个导电层和一个将导电层与 半导体衬底隔离的绝缘层。

上述栅极结构中，所述的绝缘层是二氧化硅、氮化硅、氧化铝、其它高K介质或它们 之中几种的混合物。所述的绝缘层的厚度范围是1纳米至20纳米。

上述栅极结构中，所述的导电层为多晶硅、氮化钛、氮化钽、钨金属或金属硅化物。

上述太阳能电池中，所述的半导体衬底为单一的N型或单一的P型。或者所述的半导 体衬底层同时具有由杂质掺杂形成的N型和P型区域，并且它们之间形成一个P-N结。

上述太阳能电池中，所述的半导体衬底层为单晶硅、多晶硅、硅锗、锗或其它三五族 半导体材料。

上述太阳能电池中，所述的栅极结构包括至少拥有一个导电层和一个将导电层与半导 体衬底隔离的绝缘层。