JP2014032892A - Thin battery integrated semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents

Thin battery integrated semiconductor device and method of manufacturing the same Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable a thin battery integrated semiconductor device to be made thin without impairing both functions of a thin-film battery and a semiconductor circuit element.SOLUTION: The thin battery integrated semiconductor device includes a substrate 10, a thin film transistor 20 that is a semiconductor circuit element, and a thin-film battery 30. The thin film transistor 20 includes a gate electrode layer 21, a source electrode layer 24, and a drain electrode layer that are formed in a TFT region of the substrate 10. The thin-film battery 30 includes a positive electrode collector layer 31, a cathode electrode layer 33, a solid electrolyte layer 34, an anode electrode layer 35, and a negative electrode collector layer that are formed in a TFB region different from the TFT region of the substrate 10. A wiring layer 53 electrically connects the source electrode layer 24 and the negative electrode collector layer together.

Description

本発明は、薄型電池一体型半導体装置及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a thin battery integrated semiconductor device and a manufacturing method thereof.

近年、固体電解質を含む薄膜電池(Thin Film Battery (TFB))の開発が進められている。かかる薄膜電池は、そのすべての層が半導体プロセスによって形成される全固体型であるために小型軽量化及び大容量化が可能であるという大きな利点を有している。   In recent years, a thin film battery (TFB) including a solid electrolyte has been developed. Such a thin-film battery has a great advantage in that it can be reduced in size and weight and increased in capacity because all the layers thereof are all solid type formed by a semiconductor process.

特許文献1には、例えばトランジスタ、抵抗又はキャパシタといった素子の上方に薄膜電池が配置されていると共に両者が配線層を介して電気的に接続された薄膜電池一体型素子が開示されている。特許文献1の薄膜電池一体型素子によると、素子と薄膜電池とをリード線で接続する必要がなくなるために素子の高集積化を図ることが可能となる。   Patent Document 1 discloses a thin film battery integrated element in which a thin film battery is disposed above an element such as a transistor, a resistor, or a capacitor and both are electrically connected via a wiring layer. According to the thin film battery integrated element of Patent Document 1, since it is not necessary to connect the element and the thin film battery with lead wires, it is possible to achieve high integration of the element.

特開2000−106366号公報JP 2000-106366 A

しかしながら、特許文献1の薄膜電池一体型素子では、素子の上方に薄膜電池が配置されているために、例えば素子が薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor (TFT))である場合には当該素子を表示装置のスイッチング素子として用いることができない。さらに、特許文献1の薄膜電池一体型素子には、装置を薄型するのに適していないという不利益がある。   However, in the thin film battery integrated element of Patent Document 1, since the thin film battery is disposed above the element, for example, when the element is a thin film transistor (TFT), the element is connected to the display device. It cannot be used as a switching element. Furthermore, the thin film battery integrated element of Patent Document 1 has a disadvantage that it is not suitable for thinning the device.

本発明の目的は、薄膜電池と半導体回路素子のどちらの機能をも損なうことがなく、しかも薄型にすることができる薄型電池一体型半導体装置及びその製造方法を提供することである。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a thin battery integrated semiconductor device and a method for manufacturing the same, which can be made thin without impairing the functions of both the thin film battery and the semiconductor circuit element.

本発明に係る薄型電池一体型半導体装置は、基板と、前記基板の第1領域上に形成された、少なくとも1つの導電層を含む半導体回路素子と、前記基板の前記第1領域とは異なる第2領域上に形成された、正極集電体層、カソード電極層、固体電解質層、アノード電極層及び負極集電体層を含む全固体型の薄膜電池と、前記基板上に形成された、前記薄膜電池と前記半導体回路素子とを電気的に接続する配線層とを備えている。   A thin battery integrated semiconductor device according to the present invention includes a substrate, a semiconductor circuit element including at least one conductive layer formed on the first region of the substrate, and a first region different from the first region of the substrate. Formed on two regions, an all-solid-state thin film battery including a positive electrode current collector layer, a cathode electrode layer, a solid electrolyte layer, an anode electrode layer, and a negative electrode current collector layer; and the substrate formed on the substrate, A wiring layer for electrically connecting the thin film battery and the semiconductor circuit element;

これによると、半導体回路素子と薄膜電池とが互いに上下に重なるような位置関係にあるのではなく、これら両者が基板の互いに異なる領域に配置されているので、半導体回路素子を表示装置のスイッチング素子として用いることができるなど両者の機能を損なうことがなく、しかも装置を薄型にすることができる。   According to this, since the semiconductor circuit element and the thin film battery are not in a positional relationship such that they overlap each other, they are arranged in different regions of the substrate. The function of both can be used, and the apparatus can be made thin.

前記半導体回路素子の前記導電層は、前記薄膜電池の前記正極集電体層及び前記負極集電体層の少なくともいずれか一方と同じ材料からなることが好ましい。これによると、同じ材料からなる2つの層を同時に形成することが可能であるので、製造工程を簡略化することができる。   The conductive layer of the semiconductor circuit element is preferably made of the same material as at least one of the positive electrode current collector layer and the negative electrode current collector layer of the thin film battery. According to this, since two layers made of the same material can be formed at the same time, the manufacturing process can be simplified.

前記半導体回路素子の前記導電層が、前記薄膜電池の前記正極集電体層及び前記負極集電体層の少なくともいずれか一方、並びに、前記配線層と同じ材料からなることが好ましい。これによると、同じ材料からなる3つの層を同時に形成することが可能であるので、製造工程を簡略化することができる。   The conductive layer of the semiconductor circuit element is preferably made of the same material as at least one of the positive electrode current collector layer and the negative electrode current collector layer of the thin film battery and the wiring layer. According to this, since three layers made of the same material can be formed at the same time, the manufacturing process can be simplified.

前記半導体回路素子が2つの前記導電層を有しており、前記2つの導電層の一方が前記薄膜電池の前記正極集電体層及び前記負極集電体層の一方と同じ材料からなり、前記2つの導電層の他方が前記薄膜電池の前記正極集電体層及び前記負極集電体層の他方と同じ材料からなることが好ましい。これによると、同じ材料からなる二組の2つの層をそれぞれ同時に形成することが可能であるので、製造工程をより簡略化することができる。   The semiconductor circuit element has two conductive layers, and one of the two conductive layers is made of the same material as one of the positive electrode current collector layer and the negative electrode current collector layer of the thin film battery, It is preferable that the other of the two conductive layers is made of the same material as the other of the positive electrode current collector layer and the negative electrode current collector layer of the thin film battery. According to this, since two sets of two layers made of the same material can be formed simultaneously, the manufacturing process can be further simplified.

前記半導体回路素子が薄膜トランジスタであってもよい。   The semiconductor circuit element may be a thin film transistor.

複数の前記薄膜トランジスタを備えており、前記複数の薄膜トランジスタが、表示装置の画素ごとに配置されたスイッチング素子であってもよい。これによって、薄膜電池からなる電源が一体形成された表示装置を得ることができる。   A plurality of the thin film transistors may be provided, and the plurality of thin film transistors may be switching elements arranged for each pixel of the display device. Thus, a display device in which a power source made of a thin film battery is integrally formed can be obtained.

複数の前記半導体回路素子を備えており、前記複数の半導体回路素子が前記薄膜電池の充放電回路を構成していてもよい。これによって、薄膜電池とその充放電回路と両者間の配線とが1つの基板上に一体形成されたモジュールを提供することができる。   A plurality of the semiconductor circuit elements may be provided, and the plurality of semiconductor circuit elements may constitute a charge / discharge circuit of the thin film battery. Accordingly, it is possible to provide a module in which a thin film battery, a charge / discharge circuit thereof, and wiring between the two are integrally formed on one substrate.

前記薄膜電池が前記半導体回路素子の電源となっていてもよい。これによって、半導体回路素子とその電源である薄膜電池と両者間の配線とが1つの基板上に一体形成されたモジュールを提供することができる。   The thin film battery may be a power source for the semiconductor circuit element. As a result, it is possible to provide a module in which a semiconductor circuit element, a thin film battery as a power source thereof, and wiring between the two are integrally formed on one substrate.

本発明に係る薄型電池一体型半導体装置の製造方法は、基板の第1領域上に、少なくとも1つの導電層を含む半導体回路素子を形成する工程と、前記基板の前記第1領域とは異なる第2領域上に、正極集電体層、カソード電極層、固体電解質層、アノード電極層及び負極集電体層を含む全固体型の薄膜電池を形成する工程と、前記基板上に、前記薄膜電池と前記半導体回路素子とを電気的に接続する配線層を形成する工程とを備えており、前記半導体回路素子の前記導電層の形成を、前記薄膜電池の前記正極集電体層及び前記負極集電体層の一方の形成と同時に行うものである。   The manufacturing method of a thin battery integrated semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a semiconductor circuit element including at least one conductive layer on a first region of a substrate, and a step different from the first region of the substrate. Forming an all-solid-state thin film battery including a positive electrode current collector layer, a cathode electrode layer, a solid electrolyte layer, an anode electrode layer, and a negative electrode current collector layer on two regions; and the thin film battery on the substrate. And forming a wiring layer for electrically connecting the semiconductor circuit element to the semiconductor circuit element, and forming the conductive layer of the semiconductor circuit element by forming the positive current collector layer and the negative current collector of the thin film battery. This is performed simultaneously with the formation of one of the electric conductor layers.

これによって、上述した装置の製造を簡略化することができる。したがって、製造に要する時間を大幅に短縮することができる。   This simplifies the manufacture of the device described above. Therefore, the time required for manufacturing can be greatly shortened.

前記半導体回路素子の前記導電層の形成を、前記薄膜電池の前記正極集電体層及び前記負極集電体層の一方、並びに、前記配線層の形成と同時に行うことが好ましい。これによって、当該装置の製造を簡略化することができる。   The conductive layer of the semiconductor circuit element is preferably formed simultaneously with the formation of one of the positive electrode current collector layer and the negative electrode current collector layer of the thin film battery and the wiring layer. Thereby, the manufacture of the device can be simplified.

前記半導体回路素子が2つの前記導電層を有しており、前記半導体回路素子の前記2つの導電層の一方の形成を、前記薄膜電池の前記正極集電体層及び前記負極集電体層の一方の形成と同時に行い、前記半導体回路素子の前記2つの導電層の他方の形成を、前記薄膜電池の前記正極集電体層及び前記負極集電体層の他方の形成と同時に行うことが好ましい。これによって、当該装置の製造を簡略化することができる。   The semiconductor circuit element has the two conductive layers, and one of the two conductive layers of the semiconductor circuit element is formed on the positive current collector layer and the negative current collector layer of the thin film battery. It is preferable that the formation of the other of the two conductive layers of the semiconductor circuit element is performed simultaneously with the formation of the one of the positive electrode current collector layer and the negative electrode current collector layer of the thin film battery. . Thereby, the manufacture of the device can be simplified.

前記薄膜電池を形成する工程において、前記正極集電体層、前記カソード電極層、前記固体電解質層及び前記負極集電体層を形成した後に、前記アノード電極層を形成してもよい。これによって、最後にアノード電極層を形成するようにしているので、アノード電極層が保護膜で保護されるまでの期間を短くすることができる。   In the step of forming the thin film battery, the anode electrode layer may be formed after the positive electrode current collector layer, the cathode electrode layer, the solid electrolyte layer, and the negative electrode current collector layer are formed. Thereby, since the anode electrode layer is formed last, the period until the anode electrode layer is protected by the protective film can be shortened.

本発明によると、半導体回路素子と薄膜電池とが互いに上下に重なるような位置関係にあるのではなく、これら両者が基板の互いに異なる領域に配置されているので、半導体回路素子を表示装置のスイッチング素子として用いることができるなど両者の機能を損なうことがなく、しかも装置を薄型にすることができる。   According to the present invention, since the semiconductor circuit element and the thin film battery are not in a positional relationship such that they overlap each other, they are arranged in different regions of the substrate. The device can be made thin without impairing the functions of both, such as being usable as an element.

本発明の第1実施形態に係る薄型電池一体型半導体装置であるアクティブマトリックス型液晶表示装置用駆動モジュールの模式的な平面図である。1 is a schematic plan view of a drive module for an active matrix liquid crystal display device which is a thin battery integrated semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. 図1に描かれた薄型電池一体型半導体装置の部分断面図である。FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the thin battery integrated semiconductor device depicted in FIG. 1. 図2とは異なる位置における薄型電池一体型半導体装置の部分断面図である。FIG. 3 is a partial cross-sectional view of a thin battery integrated semiconductor device at a position different from FIG. 2. 図1に描かれた薄型電池一体型半導体装置における薄膜電池周辺の回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram around a thin film battery in the thin battery integrated semiconductor device depicted in FIG. 1. 図1に描かれた薄型電池一体型半導体装置の製造方法を工程順に表した断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing the thin battery integrated semiconductor device depicted in FIG. 第1実施形態の変形例に係る薄型電池一体型半導体装置であるモノリシックTFBモジュールの模式的な平面図である。It is a typical top view of the monolithic TFB module which is a thin battery integrated semiconductor device which concerns on the modification of 1st Embodiment. 本発明の第2実施形態に係る薄型電池一体型半導体装置の製造方法を工程順に表した断面図である。It is sectional drawing showing the manufacturing method of the thin battery integrated semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment of this invention to process order. 図7に描かれた製造方法の変形例を工程順に示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing a modification of the manufacturing method depicted in FIG. 7 in the order of steps. 本発明の第3実施形態に係る薄型電池一体型半導体装置の製造方法を工程順に表した断面図である。It is sectional drawing showing the manufacturing method of the thin battery integrated semiconductor device which concerns on 3rd Embodiment of this invention to process order. 本発明の第4実施形態に係る薄型電池一体型半導体装置の製造方法を工程順に表した断面図である。It is sectional drawing showing the manufacturing method of the thin battery integrated semiconductor device which concerns on 4th Embodiment of this invention to process order. 変形例に係る薄型電池一体型半導体装置における薄膜電池周辺の回路図である。It is a circuit diagram around a thin film battery in a thin battery integrated semiconductor device according to a modification.

〔第1実施形態〕
図1に、本発明の第1実施形態に係る薄型電池一体型半導体装置であるアクティブマトリックス型液晶表示装置(Active-Matrix Liquid-Crystal Display)用駆動モジュール1(以下、単に「駆動モジュール」と称する)を示す。この駆動モジュール1を、図示しない液晶層、偏光板、カラーフィルタ及び対向基板などと積層することによって液晶表示装置が製造される。
[First Embodiment]
FIG. 1 shows an active-matrix liquid-crystal display drive module 1 (hereinafter simply referred to as “drive module”), which is a thin battery-integrated semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. ). A liquid crystal display device is manufactured by laminating the drive module 1 with a liquid crystal layer, a polarizing plate, a color filter, a counter substrate, and the like (not shown).

駆動モジュール1は、例えばガラス又はシリコンからなる絶縁性の基板10に、TFT領域2、TFB領域3及び制御回路領域4の3つの領域が設けられたものである。TFT領域2には、液晶のスイッチング素子としての複数の薄膜トランジスタ(TFT)が画素ごとに二次元的に配列されている。TFB領域3には、薄膜電池(TFB)が形成されている。制御回路領域4には、メモリ、TFT領域2に形成された複数の薄膜トランジスタを制御する回路、及び、TFB領域3に形成された薄膜電池の充放電回路(DC−DCコンバータ、AC−DCコンバータ、DC−ACコンバータなどを含む)が形成されている。制御回路領域4には、薄膜トランジスタ、抵抗、キャパシタ、ダイオードなどの複数の半導体回路素子が形成されている。   The drive module 1 is obtained by providing three regions of a TFT region 2, a TFB region 3, and a control circuit region 4 on an insulating substrate 10 made of, for example, glass or silicon. In the TFT region 2, a plurality of thin film transistors (TFTs) as liquid crystal switching elements are two-dimensionally arranged for each pixel. In the TFB region 3, a thin film battery (TFB) is formed. The control circuit area 4 includes a memory, a circuit for controlling a plurality of thin film transistors formed in the TFT area 2, and a charge / discharge circuit for a thin film battery formed in the TFB area 3 (DC-DC converter, AC-DC converter, DC-AC converter etc. are formed. In the control circuit region 4, a plurality of semiconductor circuit elements such as thin film transistors, resistors, capacitors, and diodes are formed.

TFT領域2とTFB領域3との間には、これら両領域に形成された半導体回路素子と薄膜電池とを電気的に接続する配線層が設けられた配線領域5aが形成されている。TFB領域3と制御回路領域4との間には、これら両領域に形成された半導体回路素子と薄膜電池とを電気的に接続する配線層が設けられた配線領域5bが形成されている。制御回路領域4とTFT領域2との間には、これら両領域に形成された半導体回路素子同士を電気的に接続する配線層が設けられた配線領域5cが形成されている。配線領域5a、5b、5c内の配線層は、当該配線領域内だけでなく、当該配線層によって接続される半導体回路素子及び/又は薄膜電池が存在するTFT領域2、TFB領域3及び制御回路領域4まで延在している。配線領域5aの詳細については後述する。   Between the TFT region 2 and the TFB region 3, there is formed a wiring region 5a provided with a wiring layer for electrically connecting the semiconductor circuit elements formed in these regions and the thin film battery. Between the TFB region 3 and the control circuit region 4, there is formed a wiring region 5b provided with a wiring layer for electrically connecting the semiconductor circuit elements formed in these regions and the thin film battery. Between the control circuit region 4 and the TFT region 2, there is formed a wiring region 5c provided with a wiring layer for electrically connecting the semiconductor circuit elements formed in both the regions. The wiring layers in the wiring regions 5a, 5b, and 5c are not only in the wiring region, but also in the TFT region 2, the TFB region 3, and the control circuit region in which semiconductor circuit elements and / or thin film batteries connected by the wiring layer exist. It extends to 4. Details of the wiring region 5a will be described later.

TFT領域2に形成された薄膜トランジスタ20及びTFB領域3に形成された薄膜電池30を、図2及び図3を参照しつつ説明する。図2及び図3は、薄膜トランジスタ20及び薄膜電池30の互いに異なる位置での断面図である。なお、薄膜トランジスタ20の幅が数十μm程度であるのに対して薄膜電池30の幅は数インチ程度であるため、見やすさを考慮して図面における両者の縮尺は互いに異なるものとしている。   The thin film transistor 20 formed in the TFT region 2 and the thin film battery 30 formed in the TFB region 3 will be described with reference to FIGS. 2 and 3 are cross-sectional views of the thin film transistor 20 and the thin film battery 30 at different positions. In addition, since the width of the thin film transistor 20 is about several tens μm while the width of the thin film battery 30 is about several inches, the scales of the two in the drawings are different from each other in view of ease of viewing.

薄膜トランジスタ20は、逆スタガ型(ボトムゲート)構造を有している。すわなち、薄膜トランジスタ20は、基板10上に形成された膜厚150nm〜1000nmのゲート電極層21、ゲート電極層21を覆う膜厚30nm〜500nmのゲート絶縁膜22、ゲート絶縁膜22上に形成された膜厚30nm〜300nmの半導体層23、並びに、半導体層23上に形成された膜厚150nm〜1000nmのソース電極層24及びドレイン電極層25を有している。また、ソース電極層24及びドレイン電極層25の互いに近接対向した端部は、半導体層23上に形成された絶縁層である50nm〜500nmのエッチストッパ層26上に位置している。薄膜トランジスタ20を含む駆動モジュール1の全体は封止保護膜としてのパッシベーション膜27によって覆われている。ゲート電極層21に正の電圧が印加されると半導体層23近傍にチャネルが形成され、当該チャネルを介してソース電極層24とドレイン電極層25とが導通して電流が流れる。   The thin film transistor 20 has an inverted staggered (bottom gate) structure. That is, the thin film transistor 20 is formed on the gate electrode layer 21 having a thickness of 150 nm to 1000 nm formed on the substrate 10, the gate insulating film 22 having a thickness of 30 nm to 500 nm covering the gate electrode layer 21, and the gate insulating film 22. The semiconductor layer 23 having a thickness of 30 nm to 300 nm and the source electrode layer 24 and the drain electrode layer 25 having a thickness of 150 nm to 1000 nm formed on the semiconductor layer 23 are provided. Further, the end portions of the source electrode layer 24 and the drain electrode layer 25 that are close to each other are located on an etch stopper layer 26 of 50 nm to 500 nm that is an insulating layer formed on the semiconductor layer 23. The entire drive module 1 including the thin film transistor 20 is covered with a passivation film 27 as a sealing protective film. When a positive voltage is applied to the gate electrode layer 21, a channel is formed in the vicinity of the semiconductor layer 23, and the source electrode layer 24 and the drain electrode layer 25 are conducted through the channel and current flows.

ゲート電極層21の材料としては、例えば、Ti、Al、Ta、W、Pt、Mo、Cu及びNi、これらの窒化物、酸化物及びシリサイド、並びに、これら同士の化合物から選択されたものを用いることができる。ゲート電極層21は、単層構造及び複数層の積層構造のいずれを有していてもよい。一例として、下から順に、Ti(膜厚30nm)/Al(膜厚200nm)/Ti(膜厚300nm)の3層積層構造を有するゲート電極層21を形成してもよい。   As the material of the gate electrode layer 21, for example, a material selected from Ti, Al, Ta, W, Pt, Mo, Cu and Ni, nitrides thereof, oxides and silicides, and compounds of these materials is used. be able to. The gate electrode layer 21 may have either a single layer structure or a stacked structure of a plurality of layers. As an example, the gate electrode layer 21 having a three-layer stacked structure of Ti (film thickness 30 nm) / Al (film thickness 200 nm) / Ti (film thickness 300 nm) may be formed sequentially from the bottom.

ゲート絶縁膜22は、単層構造及び複数層の積層構造のいずれを有していてもよく、その材料としては、例えば、Si酸化物又はSi窒化物を用いることができる。一例として、下から順に、Si窒化物(膜厚300nm)/Si酸化物(膜厚50nm)の2層積層構造を有するゲート絶縁膜22を形成してもよい。また、半導体層23の材料としては、アモルファスSi、微結晶Si、多結晶Si、IGZO、SiC、カーボン薄膜、ZnO、GaN、IZO及び有機半導体単薄膜から選択されたものを用いることができる。一例として、膜厚100nmのアモルファスSiからなる単層構造を有する半導体層23を形成してもよい。   The gate insulating film 22 may have either a single layer structure or a multi-layered structure, and as its material, for example, Si oxide or Si nitride can be used. As an example, the gate insulating film 22 having a two-layer stacked structure of Si nitride (film thickness 300 nm) / Si oxide (film thickness 50 nm) may be formed sequentially from the bottom. As the material of the semiconductor layer 23, a material selected from amorphous Si, microcrystalline Si, polycrystalline Si, IGZO, SiC, carbon thin film, ZnO, GaN, IZO, and an organic semiconductor single thin film can be used. As an example, the semiconductor layer 23 having a single layer structure made of amorphous Si having a thickness of 100 nm may be formed.

エッチストッパ層26は、単層構造及び複数層の積層構造のいずれを有していてもよく、その材料としては、例えば、Si酸化物又はSi窒化物を用いることができる。一例として、下から順に、Si酸化物(膜厚60nm)/Si窒化物(膜厚200nm)の2層積層構造を有するエッチストッパ層26を形成してもよい。   The etch stopper layer 26 may have either a single layer structure or a multilayer structure of multiple layers, and as the material thereof, for example, Si oxide or Si nitride can be used. As an example, the etch stopper layer 26 having a two-layer structure of Si oxide (film thickness 60 nm) / Si nitride (film thickness 200 nm) may be formed sequentially from the bottom.

ソース電極層24及びドレイン電極層25は、単層構造及び複数層の積層構造のいずれを有していてもよく、その材料としては、例えば、Ti、Al、Ta、W、Pt、Mo、Cu及びNi、これらの窒化物、酸化物及びシリサイド、並びに、これら同士の化合物から選択されたものを用いることができる。一例として、膜厚200nmのCuからなる単層構造を有するソース電極層24及びドレイン電極層25を形成してもよい。パッシベーション膜27は、単層構造及び複数層の積層構造のいずれを有していてもよく、その材料としては、例えば、Si酸化物又はSi窒化物を用いることができる。一例として、下から順に、Si窒化物(膜厚250nm)/Si酸化物(膜厚700nm)の2層積層構造を有するパッシベーション膜27を形成してもよい。   The source electrode layer 24 and the drain electrode layer 25 may have either a single-layer structure or a multi-layered structure, and examples of the material include Ti, Al, Ta, W, Pt, Mo, and Cu. And Ni, their nitrides, oxides and silicides, and compounds selected from these can be used. As an example, the source electrode layer 24 and the drain electrode layer 25 having a single layer structure made of Cu with a thickness of 200 nm may be formed. The passivation film 27 may have either a single layer structure or a multi-layer stacked structure, and as the material thereof, for example, Si oxide or Si nitride can be used. As an example, the passivation film 27 having a two-layer stacked structure of Si nitride (film thickness 250 nm) / Si oxide (film thickness 700 nm) may be formed sequentially from the bottom.

薄膜電池30は、基板10上に形成された膜厚150nm〜1000nmの正極集電体層31、正極集電体層31の周縁部を覆いそれ以外の部分を露出させる膜厚30nm〜500nmのゲート絶縁膜22、並びに、正極集電体層31上に順次形成されたカソード電極層33、固体電解質層34、アノード電極層35及び負極集電体層36を有している。薄膜電池30においては、正極集電体層31、カソード電極層33、固体電解質層34、アノード電極層35及び負極集電体層36がこの順番に通電されるように積層されている。   The thin film battery 30 includes a positive electrode current collector layer 31 having a film thickness of 150 nm to 1000 nm formed on the substrate 10, a gate having a film thickness of 30 nm to 500 nm that covers the peripheral part of the positive electrode current collector layer 31 and exposes other portions. The insulating film 22 includes a cathode electrode layer 33, a solid electrolyte layer 34, an anode electrode layer 35, and a negative electrode current collector layer 36 which are sequentially formed on the positive electrode current collector layer 31. In the thin film battery 30, the positive electrode current collector layer 31, the cathode electrode layer 33, the solid electrolyte layer 34, the anode electrode layer 35, and the negative electrode current collector layer 36 are laminated so as to be energized in this order.

カソード電極層33の周縁部はゲート絶縁膜22の周縁部上に位置しており、固体電解質層34はカソード電極層33よりも平面視サイズが若干小さく、アノード電極層35は固体電解質層34よりも平面視サイズが若干小さく、負極集電体層36はアノード電極層35よりも平面視サイズが若干小さい。そのため、薄膜電池30は、カソード電極層33から負極集電体層36に掛けてその側面がテーパー形状となっている。これによって層間の導通を抑制することができる。薄膜電池30は、薄膜トランジスタ20と同様にパッシベーション膜27によって覆われている。   The peripheral edge of the cathode electrode layer 33 is located on the peripheral edge of the gate insulating film 22, the solid electrolyte layer 34 has a slightly smaller size in plan view than the cathode electrode layer 33, and the anode electrode layer 35 is smaller than the solid electrolyte layer 34. Further, the size in plan view is slightly smaller, and the negative electrode current collector layer 36 is slightly smaller in size in plan view than the anode electrode layer 35. Therefore, the side surface of the thin film battery 30 is tapered from the cathode electrode layer 33 to the negative electrode current collector layer 36. Thereby, conduction between layers can be suppressed. The thin film battery 30 is covered with a passivation film 27 in the same manner as the thin film transistor 20.

正極集電体層31は、ゲート電極層21と同じ膜厚及び同じ構造を有していて、ゲート電極層21と同じ材料からなる。負極集電体層36は、ソース電極層24及びドレイン電極層25と同じ膜厚及び同じ構造を有していて、ソース電極層24及びドレイン電極層25と同じ材料からなる。なお、後述するように、正極集電体層31は、ゲート電極層21と同時に形成される。また、負極集電体層36は、ソース電極層24及びドレイン電極層25並びに後述の配線層53と同時に形成される。   The positive electrode current collector layer 31 has the same thickness and the same structure as the gate electrode layer 21 and is made of the same material as the gate electrode layer 21. The negative electrode current collector layer 36 has the same thickness and the same structure as the source electrode layer 24 and the drain electrode layer 25 and is made of the same material as the source electrode layer 24 and the drain electrode layer 25. As will be described later, the positive electrode current collector layer 31 is formed simultaneously with the gate electrode layer 21. The negative electrode current collector layer 36 is formed at the same time as the source electrode layer 24, the drain electrode layer 25, and a wiring layer 53 described later.

カソード電極層33の材料としては、例えばLiMnO又はLiCoOを用いることができる。固体電解質層34の材料としては、例えばLiPON、LiPO又はLiBONを用いることができる。アノード電極層35の材料としては、例えばLi、C又はVOを用いることができる。カソード電極層33、固体電解質層34、アノード電極層35は、いずれも膜厚500nm〜2000nmである。負極集電体層36の膜厚は150nm〜1000nmである。   As a material for the cathode electrode layer 33, for example, LiMnO or LiCoO can be used. As a material of the solid electrolyte layer 34, for example, LiPON, LiPO, or LiBON can be used. As a material of the anode electrode layer 35, for example, Li, C, or VO can be used. The cathode electrode layer 33, the solid electrolyte layer 34, and the anode electrode layer 35 all have a film thickness of 500 nm to 2000 nm. The film thickness of the negative electrode current collector layer 36 is 150 nm to 1000 nm.

配線領域5aには、配線層53と、配線層53の下に形成されたゲート絶縁膜22とが形成されている。配線層53は、TFT領域2に形成されたソース電極層24及びTFB領域3に形成された負極集電体層36と連続した同一層として形成されている。   In the wiring region 5a, a wiring layer 53 and a gate insulating film 22 formed under the wiring layer 53 are formed. The wiring layer 53 is formed as the same layer as the source electrode layer 24 formed in the TFT region 2 and the negative electrode current collector layer 36 formed in the TFB region 3.

つまり、ソース電極層24及び負極集電体層36がそのまま配線領域5aに延在したものが配線層53である。したがって、上述のように、負極集電体層36は、ソース電極層24及びドレイン電極層25並びに配線層53と同じ材料からなる。このように、配線層53は、薄膜トランジスタ20と薄膜電池30とを電気的に接続している。   That is, the wiring layer 53 is obtained by extending the source electrode layer 24 and the negative electrode current collector layer 36 as they are to the wiring region 5a. Therefore, as described above, the negative electrode current collector layer 36 is made of the same material as the source electrode layer 24, the drain electrode layer 25, and the wiring layer 53. Thus, the wiring layer 53 electrically connects the thin film transistor 20 and the thin film battery 30.

なお、薄膜トランジスタ20及び薄膜電池30を構成する各導電層(正極集電体層31、ゲート電極層21、負極集電体層36、ソース電極層24及びドレイン電極層25、カソード電極層33、固体電解質層34、アノード電極層35)の材料としては、基本的には導電率が良好であればどのようなものでも用いることが可能である。しかしながら、微細加工が施される薄膜トランジスタ20内の導電層はチッピングが生じにくい性質があることが好ましく、薄膜電池30内の導電層は隣接する層との相互作用によって電池特性が低下しにくいことが好ましい。つまり、薄膜トランジスタ20と薄膜電池30とでは導電層に要求される性質が異なる一方において、薄膜トランジスタ20及び薄膜電池30の導電層が同時形成されることを考慮して、最適な材料を選択することが望まれる。   In addition, each conductive layer (the positive electrode current collector layer 31, the gate electrode layer 21, the negative electrode current collector layer 36, the source electrode layer 24 and the drain electrode layer 25, the cathode electrode layer 33, the solid, which constitutes the thin film transistor 20 and the thin film battery 30 As the material of the electrolyte layer 34 and the anode electrode layer 35), basically any material can be used as long as the conductivity is good. However, it is preferable that the conductive layer in the thin film transistor 20 to be subjected to microfabrication has a property that chipping does not easily occur. preferable. That is, while the properties required for the conductive layer are different between the thin film transistor 20 and the thin film battery 30, it is possible to select an optimal material in consideration that the conductive layers of the thin film transistor 20 and the thin film battery 30 are formed simultaneously. desired.

図4に、薄膜トランジスタ20と薄膜電池30との接続関係を模式的に示す。図4に示すように、薄膜トランジスタ20のソース電極層24が配線層53を介して薄膜電池30の負極集電体層36に接続されている。駆動モジュール1のドレイン電極層25は、キャパシタとしての液晶素子61を介して図示しない対向電極に接続される。ゲート電極層21の電位を制御することでソース−ドレイン間の電流をオンオフさせることができ、これによって液晶素子61を駆動することができる。   FIG. 4 schematically shows the connection relationship between the thin film transistor 20 and the thin film battery 30. As shown in FIG. 4, the source electrode layer 24 of the thin film transistor 20 is connected to the negative electrode current collector layer 36 of the thin film battery 30 through the wiring layer 53. The drain electrode layer 25 of the drive module 1 is connected to a counter electrode (not shown) via a liquid crystal element 61 as a capacitor. By controlling the potential of the gate electrode layer 21, the current between the source and the drain can be turned on and off, whereby the liquid crystal element 61 can be driven.

図2及び図3ではTFT領域2の薄膜トランジスタ20とTFB領域3の薄膜電池30とを例に説明した。しかし、図2及び図3で説明した関係は、制御回路領域4に形成された薄膜トランジスタ、抵抗、キャパシタ、ダイオードなどの複数の半導体回路素子と、TFB領域の薄膜電池30との間についても成り立つ。すなわち、配線領域5bには、図示しない1又は2つの配線層と、ゲート絶縁膜とが形成されている。この場合、下方配線層は、制御回路領域4に形成されたゲート電極層(或いはその他の導電層)及びTFB領域3に形成された正極集電体層31と連続した同一層として形成されている。上方配線層は、制御回路領域4に形成されたソース電極層(或いはその他の導電層)及びTFB領域3に形成された負極集電体層36と連続した同一層として形成されている。   2 and 3, the thin film transistor 20 in the TFT region 2 and the thin film battery 30 in the TFB region 3 have been described as examples. However, the relationship described with reference to FIGS. 2 and 3 also holds between a plurality of semiconductor circuit elements such as thin film transistors, resistors, capacitors, and diodes formed in the control circuit region 4 and the thin film battery 30 in the TFB region. That is, one or two wiring layers (not shown) and a gate insulating film are formed in the wiring region 5b. In this case, the lower wiring layer is formed as the same layer as the gate electrode layer (or other conductive layer) formed in the control circuit region 4 and the positive electrode current collector layer 31 formed in the TFB region 3. . The upper wiring layer is formed as the same layer as the source electrode layer (or other conductive layer) formed in the control circuit region 4 and the negative electrode current collector layer 36 formed in the TFB region 3.

次に、駆動モジュール1の製造方法について、図2に描かれたTFT領域2の薄膜トランジスタ20及びTFB領域3の薄膜電池30を中心に説明する。なお、説明を省略するが、制御回路領域4内の半導体回路素子も薄膜トランジスタ20及び薄膜電池30と同時に形成する。   Next, a method for manufacturing the drive module 1 will be described focusing on the thin film transistor 20 in the TFT region 2 and the thin film battery 30 in the TFB region 3 depicted in FIG. Although not described, the semiconductor circuit elements in the control circuit region 4 are formed simultaneously with the thin film transistor 20 and the thin film battery 30.

まず、図5(a)に示すように、基板10上の全面にPVD(Physical Vapor Deposition)によって導電層をした後、レジストを用いたエッチング工程を含むフォトリソグラフィによって、この導電層からゲート電極層21及び正極集電体層31を同時に形成する。   First, as shown in FIG. 5A, a conductive layer is formed on the entire surface of the substrate 10 by PVD (Physical Vapor Deposition), and then the conductive layer is removed from the conductive layer by photolithography including an etching process using a resist. 21 and the positive electrode current collector layer 31 are formed simultaneously.

次に、図5(b)に示すように、CVD(Chemical Vapor Deposition)によって、基板10の全面をゲート絶縁膜22で覆う。しかる後、図5(c)に示すように、CVD、PVD又はインクジェット印刷法で成膜された半導体層から、エッチング工程を含むフォトリソグラフィによって、平面視においてゲート電極層21と重なる半導体層23をゲート絶縁膜22上に形成する。   Next, as shown in FIG. 5B, the entire surface of the substrate 10 is covered with a gate insulating film 22 by CVD (Chemical Vapor Deposition). Thereafter, as shown in FIG. 5C, a semiconductor layer 23 that overlaps with the gate electrode layer 21 in a plan view is formed by photolithography including an etching process from a semiconductor layer formed by CVD, PVD, or inkjet printing. It is formed on the gate insulating film 22.

そして、図5(d)に示すように、CVDによって成膜された絶縁層から、フォトリソグラフィによって、半導体層23上にエッチストッパ層26を形成する。しかる後、図5(e)に示すように、ゲート電極層21上の図示範囲外にあるゲート絶縁膜22の一部領域及び正極集電体層31上にあるゲート絶縁膜22の一部領域を、エッチング工程を含むフォトリソグラフィによって除去する。その結果、図示範囲外にゲート電極層21を露出させるコンタクトホールが形成されると共に、ゲート絶縁膜22にコンタクトホール32aが形成されて正極集電体層31の上面が露出する。   Then, as shown in FIG. 5D, an etch stopper layer 26 is formed on the semiconductor layer 23 by photolithography from the insulating layer formed by CVD. Thereafter, as shown in FIG. 5E, a partial region of the gate insulating film 22 outside the illustrated range on the gate electrode layer 21 and a partial region of the gate insulating film 22 on the positive electrode current collector layer 31 Are removed by photolithography including an etching step. As a result, a contact hole that exposes the gate electrode layer 21 is formed outside the illustrated range, and a contact hole 32a is formed in the gate insulating film 22 so that the upper surface of the positive electrode current collector layer 31 is exposed.

引き続いて、図5(f)に示すように、スパッタリング又はPVDによる成膜及びエッチング工程を含むフォトリソグラフィによって、正極集電体層31上に、カソード電極層33、固体電解質層34及びアノード電極層35を順次形成する。なお、このときTFT領域2の薄膜トランジスタ20は図示しない絶縁膜によって保護しておくことが好ましい。   Subsequently, as shown in FIG. 5 (f), the cathode electrode layer 33, the solid electrolyte layer 34, and the anode electrode layer are formed on the positive electrode current collector layer 31 by photolithography including film formation and etching processes by sputtering or PVD. 35 are formed sequentially. At this time, the thin film transistor 20 in the TFT region 2 is preferably protected by an insulating film (not shown).

次に、図5(g)に示すように、PVDによる成膜及びエッチング工程を含むフォトリソグラフィによって、半導体層23上にソース電極層24及びドレイン電極層25を形成し、これと同時に、アノード電極層35上に負極集電体層36を形成すると共に、ソース電極層24と負極集電体層36とを電気的に接続する配線層53を形成する。しかる後、図5(h)に示すように、基板10の全面を覆うパッシベーション膜27を形成する。   Next, as shown in FIG. 5G, a source electrode layer 24 and a drain electrode layer 25 are formed on the semiconductor layer 23 by photolithography including a film formation and etching process by PVD, and at the same time, an anode electrode A negative electrode current collector layer 36 is formed on the layer 35, and a wiring layer 53 that electrically connects the source electrode layer 24 and the negative electrode current collector layer 36 is formed. Thereafter, as shown in FIG. 5H, a passivation film 27 covering the entire surface of the substrate 10 is formed.

このようにして製造された駆動モジュール1は、しかる後に、その全域がカラーフィルタ及び対向基板によって封止される。そのため、TFT領域2の薄膜トランジスタ20だけでなく、TFB領域3の薄膜電池30及び制御回路領域4の半導体回路素子も、大気や水分にさらされることがなく、さらに物理的衝撃から保護される。   The entire area of the drive module 1 manufactured in this way is then sealed with a color filter and a counter substrate. Therefore, not only the thin film transistor 20 in the TFT region 2 but also the thin film battery 30 in the TFB region 3 and the semiconductor circuit element in the control circuit region 4 are not exposed to the atmosphere or moisture, and are further protected from physical impact.

以上の工程によって製造された駆動モジュール1においては、薄膜トランジスタ20と薄膜電池30とが、互いに上下に重なるような位置関係にあるのではなく、基板10の異なる領域上に形成されているために、薄膜トランジスタ20を液晶表示装置のスイッチング素子として用いることができて薄膜トランジスタ20の機能を損なうことがない。また、薄膜トランジスタ20と薄膜電池30とが互いに上下に重なるような位置関係にある場合よりも、駆動モジュール1を薄型にすることができる。   In the drive module 1 manufactured by the above process, the thin film transistor 20 and the thin film battery 30 are not in a positional relationship such that they overlap each other, but are formed on different regions of the substrate 10. The thin film transistor 20 can be used as a switching element of a liquid crystal display device, and the function of the thin film transistor 20 is not impaired. Moreover, the drive module 1 can be made thinner than the case where the thin film transistor 20 and the thin film battery 30 are in a positional relationship such that they overlap each other.

また、ゲート電極層21及び正極集電体層31が互いに同じ材料からなるので、製造工程が簡略化される。また、本実施形態では、ソース電極層24、負極集電体層36及び配線層53も互いに同じ材料からなるので、製造工程がより簡略化される。   Further, since the gate electrode layer 21 and the positive electrode current collector layer 31 are made of the same material, the manufacturing process is simplified. In the present embodiment, since the source electrode layer 24, the negative electrode current collector layer 36, and the wiring layer 53 are also made of the same material, the manufacturing process is further simplified.

本実施形態に係る駆動モジュール1においては薄膜トランジスタ20が液晶表示装置の画素ごとに配置されているので、薄膜電池30からなる電源が一体形成された液晶表示装置を得ることができる。また、制御回路領域4内に薄膜電池30の充放電回路が構成されているので、薄膜電池30とその充放電回路と両者間の配線とが1つの基板上に一体形成された駆動モジュール1を提供することができる。さらに、本実施形態によると、スイッチング素子である薄膜トランジスタ20とその電源である薄膜電池30と両者間の配線とが1つの基板上に一体形成された駆動モジュール1を提供することができる。このように、本実施形態に係る駆動モジュール1によると、駆動モジュール1にさらに外部装置(電源又は充放電回路など)を接続する必要がなくなる。したがって、電源としての薄膜二次電池が内蔵された、超薄型電子ペーパー端末及び液晶表示領域を有するICカードを実現することが可能となる。   In the drive module 1 according to the present embodiment, since the thin film transistor 20 is arranged for each pixel of the liquid crystal display device, a liquid crystal display device in which a power source including the thin film battery 30 is integrally formed can be obtained. In addition, since the charging / discharging circuit of the thin film battery 30 is configured in the control circuit region 4, the driving module 1 in which the thin film battery 30, the charging / discharging circuit thereof, and the wiring between them are integrally formed on one substrate is provided. Can be provided. Furthermore, according to the present embodiment, it is possible to provide the drive module 1 in which the thin film transistor 20 that is a switching element, the thin film battery 30 that is a power source thereof, and the wiring between them are integrally formed on one substrate. Thus, according to the drive module 1 according to the present embodiment, it is not necessary to further connect an external device (such as a power supply or a charge / discharge circuit) to the drive module 1. Therefore, it is possible to realize an ultra-thin electronic paper terminal and an IC card having a liquid crystal display area in which a thin film secondary battery as a power source is built.

また、本実施形態に係る駆動モジュール1の製造方法によると、正極集電体層31とゲート電極層21とを同時に形成すると共に、負極集電体層36とソース電極層24及びドレイン電極層25と配線層53とを同時に形成するので、薄膜トランジスタ20と薄膜電池30とを別々に製造する場合に比較して、駆動モジュール1の製造を簡略化することができる。例えば、図5に示したように薄膜トランジスタ20と薄膜電池30とを同時に製造する場合に、薄膜トランジスタ20だけを製造する場合から増加する工程は、図5(f)に示したカソード電極層33、固体電解質層34及びアノード電極層35を順次形成する工程だけである。したがって、駆動モジュール1の製造に要する時間を大幅に短縮することができ、製造コスト削減をも図ることができる。   In addition, according to the method for manufacturing the drive module 1 according to the present embodiment, the positive electrode current collector layer 31 and the gate electrode layer 21 are simultaneously formed, and the negative electrode current collector layer 36, the source electrode layer 24, and the drain electrode layer 25 are formed. Since the thin film transistor 20 and the thin film battery 30 are separately manufactured, the manufacturing of the drive module 1 can be simplified. For example, when the thin film transistor 20 and the thin film battery 30 are manufactured at the same time as shown in FIG. 5, the number of steps increased from the case of manufacturing only the thin film transistor 20 is the same as the cathode electrode layer 33 and the solid shown in FIG. Only the step of sequentially forming the electrolyte layer 34 and the anode electrode layer 35 is performed. Therefore, the time required for manufacturing the drive module 1 can be greatly shortened, and the manufacturing cost can be reduced.

なお、上述した実施形態において、正極集電体層31、カソード電極層33、固体電解質層34、アノード電極層35及び負極集電体層36をこの順序で形成しているが、形成順を逆にしてもよい。また、正極集電体層31、カソード電極層33、固体電解質層34、アノード電極層35及び負極集電体層36の順番に通電されるのであれば、形成順序が入れ替わってもよい。   In the above-described embodiment, the positive electrode current collector layer 31, the cathode electrode layer 33, the solid electrolyte layer 34, the anode electrode layer 35, and the negative electrode current collector layer 36 are formed in this order, but the formation order is reversed. It may be. Moreover, as long as it supplies with electricity in order of the positive electrode collector layer 31, the cathode electrode layer 33, the solid electrolyte layer 34, the anode electrode layer 35, and the negative electrode collector layer 36, the formation order may be switched.

〔第1実施形態の変形例〕
次に、本発明の第1実施形態の変形例について、図6を参照しつつ説明する。図6に示されているには、薄型電池一体型半導体装置であるモノリシックTFBモジュール1’である。このTFBモジュール1’は、例えばガラス又はシリコンからなる絶縁性の基板10’に、TFB領域3’及び充放電回路領域4’が設けられたものである。
[Modification of First Embodiment]
Next, a modification of the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 shows a monolithic TFB module 1 ′ which is a thin battery integrated semiconductor device. The TFB module 1 ′ is obtained by providing a TFB region 3 ′ and a charge / discharge circuit region 4 ′ on an insulating substrate 10 ′ made of, for example, glass or silicon.

TFB領域3’には、第1実施形態で説明したTFB領域3と同様の構造を有する1つの薄膜電池が形成されている。充放電回路領域4’には、TFB領域3’に形成された薄膜電池の充放電回路(DC−DCコンバータ、AC−DCコンバータ、DC−ACコンバータなどを含む)が形成されている。充放電回路領域4’には、薄膜トランジスタ、抵抗、キャパシタ、ダイオードなどの複数の半導体回路素子が形成されている。充放電回路領域4’に形成された薄膜トランジスタは、第1実施形態のTFT領域2に形成された薄膜トランジスタ20と同様の構造を有している。   In the TFB region 3 ′, one thin film battery having the same structure as the TFB region 3 described in the first embodiment is formed. In the charge / discharge circuit region 4 ′, a charge / discharge circuit (including a DC-DC converter, an AC-DC converter, a DC-AC converter, etc.) of the thin film battery formed in the TFB region 3 ′ is formed. A plurality of semiconductor circuit elements such as thin film transistors, resistors, capacitors, and diodes are formed in the charge / discharge circuit region 4 ′. The thin film transistor formed in the charge / discharge circuit region 4 ′ has the same structure as the thin film transistor 20 formed in the TFT region 2 of the first embodiment.

TFB領域3’と充放電回路領域4’との間には、これら両領域に形成された半導体回路素子と薄膜電池とを電気的に接続する配線層が設けられた配線領域5b’が形成されている。   Between the TFB region 3 ′ and the charge / discharge circuit region 4 ′, there is formed a wiring region 5b ′ provided with a wiring layer for electrically connecting the semiconductor circuit elements formed in these regions and the thin film battery. ing.

本変形例のTFBモジュール1’においても、第1実施形態と同様に、TFB領域3’の正極集電体層と充放電回路領域4’に形成された薄膜トランジスタのゲート電極層と両者を接続する配線層とが、同じ材料で同時に形成されている。また、TFB領域3’の負極集電体層と充放電回路領域4’に形成された薄膜トランジスタのソース電極層及びドレイン電極層25と両者を接続する配線層とが、同じ材料で同時に形成されている。したがって、本変形例に係るTFBモジュール1’を薄型にすることができ、その製造工程が簡略化される。さらに、TFBモジュール1’の製造に要する時間を大幅に短縮することができ、製造コスト削減をも図ることができる。また、充放電回路領域4’内に薄膜電池の充放電回路が構成されているので、薄膜電池とその充放電回路と両者間の配線とが1つの基板上に一体形成されたTFBモジュール1’を提供することができる。   Also in the TFB module 1 ′ of this modification, as in the first embodiment, the positive electrode current collector layer in the TFB region 3 ′ and the gate electrode layer of the thin film transistor formed in the charge / discharge circuit region 4 ′ are connected to each other. The wiring layer is formed of the same material at the same time. In addition, the negative electrode current collector layer in the TFB region 3 ′ and the source electrode layer and drain electrode layer 25 of the thin film transistor formed in the charge / discharge circuit region 4 ′ and the wiring layer connecting the two are formed of the same material at the same time. Yes. Therefore, the TFB module 1 'according to this modification can be made thin, and the manufacturing process is simplified. Furthermore, the time required for manufacturing the TFB module 1 'can be greatly shortened, and the manufacturing cost can be reduced. In addition, since the charging / discharging circuit of the thin film battery is configured in the charging / discharging circuit region 4 ′, the TFB module 1 ′ in which the thin film battery, the charging / discharging circuit thereof, and the wiring between them are integrally formed on one substrate. Can be provided.

〔第2実施形態〕
次に、本発明の第2実施形態に係る薄型電池一体型半導体装置であるアクティブマトリックス型液晶表示装置用駆動モジュール(以下、単に「駆動モジュール」と称する)について説明する。この駆動モジュールは、第1実施形態で説明した駆動モジュール1と同じく、絶縁性の基板に、TFT領域、TFB領域及び制御回路領域の3つの領域が設けられたものである。ただし、本実施形態においては、TFT領域の薄膜トランジスタ及びTFB領域の薄膜電池の構造が第1実施形態のものとは相違している。以下に説明するように、本実施形態において、TFT領域の薄膜トランジスタは、スタガ型(トップゲート)構造を有している。
[Second Embodiment]
Next, a drive module for an active matrix liquid crystal display device (hereinafter simply referred to as “drive module”), which is a thin battery integrated semiconductor device according to a second embodiment of the present invention, will be described. Similar to the drive module 1 described in the first embodiment, this drive module is an insulating substrate provided with three regions, a TFT region, a TFB region, and a control circuit region. However, in this embodiment, the structure of the thin film transistor in the TFT region and the thin film battery in the TFB region is different from that of the first embodiment. As will be described below, in this embodiment, the thin film transistor in the TFT region has a staggered (top gate) structure.

まず、本実施形態に係る駆動モジュールの製造方法について、図7(g)に描かれたTFT領域の薄膜トランジスタ120及びTFB領域の薄膜電池130を中心に説明する。なお、制御回路領域内の半導体回路素子も薄膜トランジスタ120及び薄膜電池130と同時に形成されるものとする。   First, the manufacturing method of the drive module according to the present embodiment will be described focusing on the thin film transistor 120 in the TFT region and the thin film battery 130 in the TFB region depicted in FIG. It is assumed that the semiconductor circuit elements in the control circuit region are formed simultaneously with the thin film transistor 120 and the thin film battery 130.

まず、図7(a)に示すように、ガラス、プラスチック、PET、樹脂フィルム又は半導体からなる基板110上の全面に、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜又は炭素化合物からなる絶縁膜であるベースコート111を形成する。しかる後、CVD、PVD又はインクジェット印刷法で全面に成膜された半導体層から、エッチング工程を含むフォトリソグラフィによって、薄膜トランジスタ120の形成領域に半導体層121を形成する。半導体層121は、例えば有機半導体単結晶薄膜であってよい。   First, as shown in FIG. 7A, a base coat 111 that is an insulating film made of a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a carbon compound is formed on the entire surface of a substrate 110 made of glass, plastic, PET, a resin film, or a semiconductor. Form. Thereafter, a semiconductor layer 121 is formed in a formation region of the thin film transistor 120 from a semiconductor layer formed over the entire surface by CVD, PVD, or inkjet printing by photolithography including an etching process. The semiconductor layer 121 may be, for example, an organic semiconductor single crystal thin film.

そして、図7(b)に示すように、CVDによって、全面をゲート絶縁膜122で覆う。それから、ゲート絶縁膜122を介して半導体層121に不純物(リン又はボロン)をドーピングする。   Then, as shown in FIG. 7B, the entire surface is covered with a gate insulating film 122 by CVD. Then, the semiconductor layer 121 is doped with impurities (phosphorus or boron) through the gate insulating film 122.

次に、図7(c)に示すように、PVDによって導電層をした後、エッチング工程を含むフォトリソグラフィによって、この導電層からゲート電極層123及び正極集電体層133を同時に形成する。しかる後、図7(d)に示すように、CVDによって、全面を層間絶縁膜124で覆う。   Next, as shown in FIG. 7C, after a conductive layer is formed by PVD, a gate electrode layer 123 and a positive electrode current collector layer 133 are simultaneously formed from this conductive layer by photolithography including an etching process. Thereafter, as shown in FIG. 7D, the entire surface is covered with an interlayer insulating film 124 by CVD.

そして、図7(e)に示すように、ゲート電極層123上にある層間絶縁膜124の一部領域、半導体層121上にあるゲート絶縁膜122及び層間絶縁膜124の一部領域(2個所)、及び、正極集電体層133上にある層間絶縁膜124の一部領域を、エッチング工程を含むフォトリソグラフィによって除去する。その結果、層間絶縁膜124にゲート電極層123を露出させるコンタクトホール124aが形成され、ゲート絶縁膜122及び層間絶縁膜124に半導体層121を露出させるソース/ドレインコンタクト用のコンタクトホール124b、124cがそれぞれ形成されると共に、層間絶縁膜124に124dが形成されて正極集電体層133の上面が露出する。   7E, a partial region of the interlayer insulating film 124 over the gate electrode layer 123, a partial region of the gate insulating film 122 and the interlayer insulating film 124 over the semiconductor layer 121 (two locations). And a partial region of the interlayer insulating film 124 on the positive electrode current collector layer 133 is removed by photolithography including an etching process. As a result, a contact hole 124a exposing the gate electrode layer 123 is formed in the interlayer insulating film 124, and contact holes 124b and 124c for source / drain contacts exposing the semiconductor layer 121 to the gate insulating film 122 and the interlayer insulating film 124 are formed. Each is formed, and 124 d is formed in the interlayer insulating film 124 to expose the upper surface of the positive electrode current collector layer 133.

引き続いて、図7(f)に示すように、スパッタリング又はPVDによる成膜及びエッチング工程を含むフォトリソグラフィによって、正極集電体層133上に、カソード電極層134、固体電解質層135及びアノード電極層136を順次形成する。   Subsequently, as shown in FIG. 7 (f), the cathode electrode layer 134, the solid electrolyte layer 135, and the anode electrode layer are formed on the positive electrode current collector layer 133 by photolithography including film formation by sputtering or PVD and an etching process. 136 are formed sequentially.

次に、図7(g)に示すように、PVDによる成膜及びエッチング工程を含むフォトリソグラフィによって、コンタクトホール124aを埋めてゲート電極層123と接続されたゲート配線層126と、コンタクトホール124b、124cを埋めて半導体層123とそれぞれ接続されたソース電極層127及びドレイン電極層128とを形成し、これと同時に、アノード電極層136上に負極集電体層137を形成すると共に、ソース電極層127と負極集電体層137とを電気的に接続する配線層(図示せず)を形成する。しかる後、基板10の全面を覆うパッシベーション膜(図示せず)を形成する。   Next, as shown in FIG. 7G, the contact hole 124a is filled and connected to the gate electrode layer 123 by photolithography including a PVD film formation and etching process, and the contact hole 124b, The source electrode layer 127 and the drain electrode layer 128 that are respectively connected to the semiconductor layer 123 are formed by filling the semiconductor layer 123. At the same time, the negative electrode current collector layer 137 is formed on the anode electrode layer 136 and the source electrode layer A wiring layer (not shown) that electrically connects 127 and the negative electrode current collector layer 137 is formed. Thereafter, a passivation film (not shown) that covers the entire surface of the substrate 10 is formed.

〔第2実施形態の変形例〕
次に、本発明の第2実施形態の変形例として、TFB領域の薄膜電池の製造工程を第2実施形態から変更したものについて、図8を参照しつつ説明する。本変形例に係る駆動モジュール及びその製造方法は以下に説明する以外は上述した第2実施形態と同じであるので、その詳細な説明を省略する。
[Modification of Second Embodiment]
Next, as a modification of the second embodiment of the present invention, a manufacturing process of a thin film battery in the TFB region is changed from that of the second embodiment and will be described with reference to FIG. Since the drive module and the manufacturing method thereof according to this modification are the same as those of the second embodiment described above except for the following description, the detailed description thereof is omitted.

本変形例に係る駆動モジュールの製造方法は、図7(e)で説明した工程までは第2実施形態と共通である。図8(a)は図7(e)と同じ断面図である。この後、図8(b)に示すように、スパッタリング又はPVDによる成膜及びエッチング工程を含むフォトリソグラフィによって、正極集電体層133上に、カソード電極層134’及び固体電解質層135’を順次形成する。   The manufacturing method of the drive module according to this modification is common to the second embodiment up to the step described with reference to FIG. FIG. 8A is the same cross-sectional view as FIG. Thereafter, as shown in FIG. 8B, a cathode electrode layer 134 ′ and a solid electrolyte layer 135 ′ are sequentially formed on the positive electrode current collector layer 133 by photolithography including film formation by sputtering or PVD and an etching process. Form.

次に、図8(c)に示すように、スパッタリング又はPVDによる成膜及びエッチング工程を含むフォトリソグラフィによって、層間絶縁膜124上に、カソード電極層134’及び固体電解質層135’とは絶縁される(例えば離隔して形成される又は側面に絶縁膜が形成される)ように負極集電体層137’を形成する。このとき、同時に、薄膜トランジスタのゲート配線層126と、ソース電極層127及びドレイン電極層128とを形成すると共に、ソース電極層127と負極集電体層137’とを電気的に接続する配線層(図示せず)を形成する。   Next, as shown in FIG. 8C, the cathode electrode layer 134 ′ and the solid electrolyte layer 135 ′ are insulated from each other on the interlayer insulating film 124 by photolithography including film formation by sputtering or PVD and an etching process. The negative electrode current collector layer 137 ′ is formed so as to be formed (for example, formed separately or an insulating film is formed on a side surface). At the same time, the gate wiring layer 126 of the thin film transistor, the source electrode layer 127 and the drain electrode layer 128 are formed, and the wiring layer (which electrically connects the source electrode layer 127 and the negative electrode current collector layer 137 ′). (Not shown).

しかる後、図8(d)に示すように、スパッタリング又はPVDによる成膜及びエッチング工程を含むフォトリソグラフィによって、固体電解質層135’及び負極集電体層137’上に、アノード電極層136’を形成する。それから、基板10の全面を覆うパッシベーション膜(図示せず)を形成する。   Thereafter, as shown in FIG. 8D, an anode electrode layer 136 ′ is formed on the solid electrolyte layer 135 ′ and the negative electrode current collector layer 137 ′ by photolithography including film formation by sputtering or PVD and an etching process. Form. Then, a passivation film (not shown) that covers the entire surface of the substrate 10 is formed.

本変形例によって製造された薄膜電池は、アノード電極層136’が最後に成膜されるが、正極集電体層133、カソード電極層134’、固体電解質層135’、アノード電極層136’及び負極集電体層137’の順番に通電されるように構成されている。本変形例によると、薄膜電池を構成する複数層の中でアノード電極層136’を最後に形成するようにしているので、アノード電極層136’がパッシベーション膜で保護されるまでの期間を短くすることができる。なお、本変形例は、第2実施形態だけでなく、第1実施形態及び後述する第3、第4実施形態にも適用することが可能である。   In the thin film battery manufactured according to this modification, the anode electrode layer 136 ′ is formed last, but the positive electrode current collector layer 133, the cathode electrode layer 134 ′, the solid electrolyte layer 135 ′, the anode electrode layer 136 ′, and The anode current collector layer 137 ′ is configured to be energized in the order. According to this modification, the anode electrode layer 136 ′ is formed last among the plurality of layers constituting the thin film battery, and therefore the period until the anode electrode layer 136 ′ is protected by the passivation film is shortened. be able to. This modification can be applied not only to the second embodiment but also to the first embodiment and third and fourth embodiments described later.

〔第3実施形態〕
次に、本発明の第3実施形態に係る薄型電池一体型半導体装置であるアクティブマトリックス型液晶表示装置用駆動モジュール(以下、単に「駆動モジュール」と称する)について説明する。この駆動モジュールは、第1実施形態で説明した駆動モジュール1と同じく、絶縁性の基板に、TFT領域、TFB領域及び制御回路領域の3つの領域が設けられたものである。本実施形態においては、TFT領域の薄膜トランジスタの構造が第1及び第2実施形態のものとは相違しており、TFB領域の薄膜電池の構造が第2実施形態のものと同じである。以下に説明するように、本実施形態において、TFT領域の薄膜トランジスタは、スタガ型(トップゲート)構造を有している。
[Third Embodiment]
Next, a drive module for an active matrix liquid crystal display device (hereinafter simply referred to as “drive module”), which is a thin battery integrated semiconductor device according to a third embodiment of the present invention, will be described. Similar to the drive module 1 described in the first embodiment, this drive module is an insulating substrate provided with three regions, a TFT region, a TFB region, and a control circuit region. In this embodiment, the structure of the thin film transistor in the TFT region is different from that of the first and second embodiments, and the structure of the thin film battery in the TFB region is the same as that of the second embodiment. As will be described below, in this embodiment, the thin film transistor in the TFT region has a staggered (top gate) structure.

まず、本実施形態に係る駆動モジュールの製造方法について、図9(g)に描かれたTFT領域の薄膜トランジスタ220及びTFB領域の薄膜電池230を中心に説明する。なお、制御回路領域内の半導体回路素子も薄膜トランジスタ220及び薄膜電池230と同時に形成されるものとする。   First, the manufacturing method of the drive module according to the present embodiment will be described focusing on the thin film transistor 220 in the TFT region and the thin film battery 230 in the TFB region depicted in FIG. It is assumed that the semiconductor circuit elements in the control circuit region are formed simultaneously with the thin film transistor 220 and the thin film battery 230.

まず、図9(a)に示すように、ガラス、プラスチック、PET、樹脂フィルム又は半導体からなる基板210の全面に、CVD、PVD又はインクジェット印刷法で半導体層を成膜し、その半導体層から、エッチング工程を含むフォトリソグラフィによって、薄膜トランジスタ220の形成領域に半導体層221を形成する。半導体層221は、例えば有機半導体単結晶薄膜であってよい。   First, as shown in FIG. 9A, a semiconductor layer is formed on the entire surface of a substrate 210 made of glass, plastic, PET, a resin film, or a semiconductor by CVD, PVD, or inkjet printing, and from the semiconductor layer, A semiconductor layer 221 is formed in a formation region of the thin film transistor 220 by photolithography including an etching step. The semiconductor layer 221 may be, for example, an organic semiconductor single crystal thin film.

そして、図9(b)に示すように、PVDによる成膜及びエッチング工程を含むフォトリソグラフィによって、半導体層221上にソース電極層222及びドレイン電極層223を形成し、これと同時に、基板210上に正極集電体層231を形成する。しかる後、図9(c)に示すように、CVDによって、全面をゲート絶縁膜224で覆う。それから、ゲート絶縁膜224を介して半導体層221に不純物(リン又はボロン)をドーピングする。   Then, as shown in FIG. 9B, a source electrode layer 222 and a drain electrode layer 223 are formed on the semiconductor layer 221 by photolithography including film formation and etching processes by PVD, and at the same time, on the substrate 210. A positive electrode current collector layer 231 is formed on the substrate. Thereafter, as shown in FIG. 9C, the entire surface is covered with a gate insulating film 224 by CVD. Then, the semiconductor layer 221 is doped with impurities (phosphorus or boron) through the gate insulating film 224.

次に、図9(d)に示すように、ソース電極層222及びドレイン電極層223上にあるゲート絶縁膜224の一部領域(2個所)、及び、正極集電体層231上にあるゲート絶縁膜224の一部領域を、エッチング工程を含むフォトリソグラフィによって除去する。その結果、ゲート絶縁膜224にソース電極層222及びドレイン電極層223を露出させるコンタクトホール224a、224bがそれぞれ形成されると共に、ゲート絶縁膜224にコンタクトホール224cが形成されて正極集電体層231の上面が露出する。   Next, as shown in FIG. 9D, partial regions (two places) of the gate insulating film 224 over the source electrode layer 222 and the drain electrode layer 223 and the gate over the positive electrode current collector layer 231. A partial region of the insulating film 224 is removed by photolithography including an etching process. As a result, contact holes 224a and 224b that expose the source electrode layer 222 and the drain electrode layer 223 are formed in the gate insulating film 224, respectively, and a contact hole 224c is formed in the gate insulating film 224 so that the positive electrode current collector layer 231 is formed. The upper surface of is exposed.

続いて、図9(e)に示すように、スパッタリング又はPVDによる成膜及びエッチング工程を含むフォトリソグラフィによって、正極集電体層231上に、カソード電極層233、固体電解質層234及びアノード電極層235を順次形成する。   Subsequently, as shown in FIG. 9E, the cathode electrode layer 233, the solid electrolyte layer 234, and the anode electrode layer are formed on the positive electrode current collector layer 231 by photolithography including a film formation and etching process by sputtering or PVD. 235 are sequentially formed.

次に、図9(f)に示すように、PVDによる成膜及びエッチング工程を含むフォトリソグラフィによって、ソース電極層222とドレイン電極層223との間においてゲート絶縁膜224を介して半導体層221と対向するゲート電極層225と、コンタクトホール224a、224bを埋めてソース電極層222及びドレイン電極層223とそれぞれ接続されたソース配線層226及びドレイン電極層227とを形成し、これと同時に、アノード電極層235上に負極集電体層236を形成すると共に、ソース配線層226と負極集電体層236とを電気的に接続する配線層(図示せず)を形成する。しかる後、基板210の全面を覆うパッシベーション膜228を形成する。   Next, as illustrated in FIG. 9F, the semiconductor layer 221 is formed between the source electrode layer 222 and the drain electrode layer 223 through the gate insulating film 224 by photolithography including a film formation and etching process by PVD. An opposing gate electrode layer 225 and a source wiring layer 226 and a drain electrode layer 227 that fill the contact holes 224a and 224b and are connected to the source electrode layer 222 and the drain electrode layer 223, respectively, are formed at the same time. A negative electrode current collector layer 236 is formed over the layer 235, and a wiring layer (not shown) that electrically connects the source wiring layer 226 and the negative electrode current collector layer 236 is formed. Thereafter, a passivation film 228 covering the entire surface of the substrate 210 is formed.

〔第4実施形態〕
次に、本発明の第4実施形態に係る薄型電池一体型半導体装置であるアクティブマトリックス型液晶表示装置用駆動モジュール(以下、単に「駆動モジュール」と称する)について説明する。この駆動モジュールは、第1実施形態で説明した駆動モジュール1と同じく、絶縁性の基板に、TFT領域、TFB領域及び制御回路領域の3つの領域が設けられたものである。本実施形態においては、TFT領域の薄膜トランジスタ及びTFB領域の薄膜電池の構造が第1〜第3実施形態のものとは相違している。以下に説明するように、本実施形態において、TFT領域の薄膜トランジスタは、スタガ型(トップゲート)構造を有している。
[Fourth Embodiment]
Next, a drive module for an active matrix liquid crystal display device (hereinafter simply referred to as “drive module”), which is a thin battery integrated semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention, will be described. Similar to the drive module 1 described in the first embodiment, this drive module is an insulating substrate provided with three regions, a TFT region, a TFB region, and a control circuit region. In the present embodiment, the structures of the thin film transistor in the TFT region and the thin film battery in the TFB region are different from those in the first to third embodiments. As will be described below, in this embodiment, the thin film transistor in the TFT region has a staggered (top gate) structure.

まず、本実施形態に係る駆動モジュールの製造方法について、図10(g)に描かれたTFT領域の薄膜トランジスタ320及びTFB領域の薄膜電池330を中心に説明する。なお、制御回路領域内の半導体回路素子も薄膜トランジスタ320及び薄膜電池330と同時に形成されるものとする。   First, the manufacturing method of the drive module according to the present embodiment will be described focusing on the thin film transistor 320 in the TFT region and the thin film battery 330 in the TFB region depicted in FIG. It is assumed that the semiconductor circuit elements in the control circuit region are formed simultaneously with the thin film transistor 320 and the thin film battery 330.

まず、図10(a)に示すように、ガラス、プラスチック、PET、樹脂フィルム又は半導体からなる基板310上に、PVDによる成膜及びエッチング工程を含むフォトリソグラフィによって、ソース電極層321及びドレイン電極層322を形成し、これと同時に、正極集電体層331を形成する。   First, as shown in FIG. 10A, a source electrode layer 321 and a drain electrode layer are formed on a substrate 310 made of glass, plastic, PET, a resin film or a semiconductor by photolithography including a PVD film forming and etching process. At the same time, the positive electrode current collector layer 331 is formed.

続いて、図10(b)に示すように、スパッタリング又はPVDによる成膜及びエッチング工程を含むフォトリソグラフィによって、正極集電体層331上に、カソード電極層332、固体電解質層333及びアノード電極層334を順次形成する。   Subsequently, as shown in FIG. 10B, the cathode electrode layer 332, the solid electrolyte layer 333, and the anode electrode layer are formed on the positive electrode current collector layer 331 by photolithography including a film formation and etching process by sputtering or PVD. 334 are formed sequentially.

次に、図10(c)に示すように、CVD、PVD又はインクジェット印刷法で半導体層を成膜し、その半導体層から、エッチング工程を含むフォトリソグラフィによって、ソース電極層321とドレイン電極層322との間の基板310上に、両端部がソース電極層321及びドレイン電極層322上に位置する半導体層323を形成する。しかる後、図10(d)に示すように、CVDによって、全面をゲート絶縁膜324で覆う。それから、ゲート絶縁膜324を介して半導体層323に不純物(リン又はボロン)をドーピングする。   Next, as illustrated in FIG. 10C, a semiconductor layer is formed by CVD, PVD, or inkjet printing, and the source electrode layer 321 and the drain electrode layer 322 are formed from the semiconductor layer by photolithography including an etching step. A semiconductor layer 323 having both ends positioned on the source electrode layer 321 and the drain electrode layer 322 is formed over the substrate 310 therebetween. Thereafter, as shown in FIG. 10D, the entire surface is covered with a gate insulating film 324 by CVD. Then, the semiconductor layer 323 is doped with impurities (phosphorus or boron) through the gate insulating film 324.

しかる後、図10(e)に示すように、ソース電極層321及びドレイン電極層322上にあるゲート絶縁膜324の一部領域(2個所)、及び、アノード電極層334上にあるゲート絶縁膜324の一部領域を、エッチング工程を含むフォトリソグラフィによって除去する。その結果、ゲート絶縁膜324にソース電極層321及びドレイン電極層322を露出させるコンタクトホール324a、324bがそれぞれ形成されると共に、ゲート絶縁膜324にコンタクトホール324cが形成されてアノード電極層334の上面が露出する。   Thereafter, as shown in FIG. 10E, partial regions (two locations) of the gate insulating film 324 over the source electrode layer 321 and the drain electrode layer 322, and the gate insulating film over the anode electrode layer 334 A partial region of 324 is removed by photolithography including an etching process. As a result, contact holes 324a and 324b for exposing the source electrode layer 321 and the drain electrode layer 322 are formed in the gate insulating film 324, and a contact hole 324c is formed in the gate insulating film 324 so that the upper surface of the anode electrode layer 334 is formed. Is exposed.

続いて、図10(f)に示すように、PVDによる成膜及びエッチング工程を含むフォトリソグラフィによって、ソース電極層321とドレイン電極層322との間においてゲート絶縁膜324を介して半導体層323と対向するゲート電極層325と、コンタクトホール324a、324bを埋めてソース電極層321及びドレイン電極層322とそれぞれ接続されたソース配線層326及びドレイン電極層327とを形成し、これと同時に、アノード電極層334上に負極集電体層335を形成すると共に、ソース配線層326と負極集電体層335とを電気的に接続する配線層(図示せず)を形成する。しかる後、基板310の全面を覆うパッシベーション膜328を形成する。   Subsequently, as illustrated in FIG. 10F, the semiconductor layer 323 is interposed between the source electrode layer 321 and the drain electrode layer 322 through the gate insulating film 324 by photolithography including a PVD film formation and etching process. An opposing gate electrode layer 325 and a source wiring layer 326 and a drain electrode layer 327 that fill the contact holes 324a and 324b and are connected to the source electrode layer 321 and the drain electrode layer 322, respectively, are formed at the same time. A negative electrode current collector layer 335 is formed over the layer 334, and a wiring layer (not shown) that electrically connects the source wiring layer 326 and the negative electrode current collector layer 335 is formed. Thereafter, a passivation film 328 covering the entire surface of the substrate 310 is formed.

第2〜第4実施形態に係る駆動モジュールによっても、上述した第1実施形態と同様の効果を得ることができる。   Even with the drive modules according to the second to fourth embodiments, the same effects as those of the first embodiment described above can be obtained.

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更を上述の実施形態に施すことが可能である。例えば、上述した第1〜第4実施形態では、薄膜トランジスタのソース電極と薄膜電池の負極集電体層との間にはこれらと同じ材料で同時に形成される配線層を設けて両者を電気的に接続していたが、薄膜トランジスタのゲート電極と薄膜電池の正極集電体層との間にはこれらと同じ材料で同時に形成される配線層を設けて両者を電気的に接続していなかった。しかしながら、薄膜トランジスタ以外の半導体回路素子を形成する場合には、この半導体回路素子に含まれる2つの導電層の一方と薄膜電池の正極集電体層及び負極集電体層の一方とをこれらと同じ材料で同時に形成される第1配線層を介して電気的に接続し、半導体回路素子に含まれる2つの導電層の他方とTFBの正極集電体層及び負極集電体層の他方とをこれらと同じ材料で同時に形成される第2配線層を介して電気的に接続してもよい。   The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various design changes can be made to the above-described embodiments as long as they are described in the claims. Is possible. For example, in the first to fourth embodiments described above, a wiring layer formed simultaneously with the same material is provided between the source electrode of the thin film transistor and the negative electrode current collector layer of the thin film battery, and both are electrically connected. Although they were connected, a wiring layer formed of the same material as that at the same time was provided between the gate electrode of the thin film transistor and the positive electrode current collector layer of the thin film battery, and the two were not electrically connected. However, when forming a semiconductor circuit element other than the thin film transistor, one of the two conductive layers included in the semiconductor circuit element and one of the positive electrode current collector layer and the negative electrode current collector layer of the thin film battery are the same as these. Electrical connection is made through a first wiring layer formed simultaneously with the material, and the other of the two conductive layers included in the semiconductor circuit element and the other of the positive current collector layer and the negative current collector layer of the TFB are connected to these. They may be electrically connected via a second wiring layer formed simultaneously with the same material.

具体例として、図11には、薄膜電池430と共に半導体回路素子である抵抗440とキャパシタ450とが並列接続された回路を示されている。この場合において、薄膜電池430の正極集電体層431と抵抗440の一方の端子を構成する導電層441とキャパシタ450の一方の端子を構成する導電層451とが、これらと同じ材料で同時に形成された配線層405を介して接続されている。さらに、薄膜電池430の負極集電体層432と抵抗440の他方の端子を構成する導電層442とキャパシタ450の他方の端子を構成する導電層452とが、これらと同じ材料で同時に形成された配線層406を介して接続されている。   As a specific example, FIG. 11 shows a circuit in which a thin film battery 430 and a resistor 440 which is a semiconductor circuit element and a capacitor 450 are connected in parallel. In this case, the positive electrode current collector layer 431 of the thin film battery 430, the conductive layer 441 constituting one terminal of the resistor 440, and the conductive layer 451 constituting one terminal of the capacitor 450 are simultaneously formed of the same material. Are connected via the wiring layer 405 formed. Further, the negative electrode current collector layer 432 of the thin film battery 430, the conductive layer 442 constituting the other terminal of the resistor 440, and the conductive layer 452 constituting the other terminal of the capacitor 450 were formed of the same material at the same time. They are connected via the wiring layer 406.

図11に示した薄型電池一体型半導体装置の製造方法として、薄膜電池430と抵抗440とが並列接続されてキャパシタ450が形成されない簡略化した場合を例に説明する。このような薄型電池一体型半導体装置を製造するには、例えば図5で説明した製造方法において、抵抗440の一方の端子となるゲート電極層21と正極集電体層31との間に、これらを電気的に接続する配線層を図5(a)で示した工程で同時に設ける。そして、ゲート絶縁膜22に開口を設けて半導体層23とゲート電極層21とを接触させる。エッチストッパ層26及びドレイン電極層25の形成を取りやめる。しかる後、抵抗体として機能する半導体層23上に形成した、抵抗440の他方の端子となるソース電極層24と、負極集電体層36との間に、これらを電気的に接続する配線層53を図5(g)で示した工程で同時に設ける。なお、キャパシタを形成する場合には、半導体層23の代わりに誘電体膜を形成すればよい。   As a manufacturing method of the thin battery integrated semiconductor device shown in FIG. 11, a simplified case where the thin film battery 430 and the resistor 440 are connected in parallel and the capacitor 450 is not formed will be described as an example. In order to manufacture such a thin-battery integrated semiconductor device, for example, in the manufacturing method described with reference to FIG. 5, between the gate electrode layer 21 serving as one terminal of the resistor 440 and the positive electrode current collector layer 31, A wiring layer for electrically connecting the two is simultaneously provided in the step shown in FIG. Then, an opening is provided in the gate insulating film 22 so that the semiconductor layer 23 and the gate electrode layer 21 are brought into contact with each other. The formation of the etch stopper layer 26 and the drain electrode layer 25 is canceled. Thereafter, a wiring layer electrically connected between the source electrode layer 24, which is the other terminal of the resistor 440, and the negative electrode current collector layer 36 formed on the semiconductor layer 23 functioning as a resistor. 53 is provided simultaneously in the step shown in FIG. In the case of forming a capacitor, a dielectric film may be formed instead of the semiconductor layer 23.

また、本発明に係る薄型電池一体型半導体装置は、半導体回路素子の導電層が、薄膜電池の正極集電体層及び負極集電体層のいずれとも異なる材料からなるものであってもよい。また、半導体回路素子が2つの導電層を有する場合において、これら2つの導体層が、薄膜電池の正極集電体層及び負極集電体層のいずれとも異なる材料からなるものであってもよい。   In the thin battery integrated semiconductor device according to the present invention, the conductive layer of the semiconductor circuit element may be made of a material different from both the positive electrode current collector layer and the negative electrode current collector layer of the thin film battery. When the semiconductor circuit element has two conductive layers, these two conductor layers may be made of a material different from both the positive electrode current collector layer and the negative electrode current collector layer of the thin film battery.

さらに、本発明に係る薄型電池一体型半導体装置は、薄膜電池と半導体回路素子とが配線層を介して接続されていれば、薄膜トランジスタが薄膜電池の充放電回路を構成していなくてもよいし、薄膜電池が薄膜トランジスタの電源でなくてもよい。上述した実施形態では薄型電池一体型半導体装置として、アクティブマトリックス型液晶表示装置及びモノリシックTFBモジュールの2つを例示したが、本発明はそれ以外の装置にも適用可能である。   Furthermore, in the thin battery integrated semiconductor device according to the present invention, the thin film transistor may not constitute the charge / discharge circuit of the thin film battery as long as the thin film battery and the semiconductor circuit element are connected via the wiring layer. The thin film battery may not be a power source of the thin film transistor. In the above-described embodiments, two active matrix type liquid crystal display devices and monolithic TFB modules are exemplified as thin battery integrated semiconductor devices. However, the present invention can be applied to other devices.

1 駆動モジュール(薄型電池一体型半導体装置)
2 TFT領域(第1領域)
3 TFB領域(第2領域)
4 制御回路領域(第1領域)
5a、5b、5c 配線領域
10 基板
20 薄膜トランジスタ(半導体回路素子)
21 ゲート電極層
22 ゲート絶縁膜
23 半導体層
24ソース電極層
25 ドレイン電極層
26 エッチストッパ層
27 パッシベーション膜
30 薄膜電池
31 正極集電体層
33 カソード電極層
34 固体電解質層
35 アノード電極層
36 負極集電体層
53 配線層
61 液晶素子
1. Drive module (thin battery integrated semiconductor device)
2 TFT area (first area)
3 TFB area (second area)
4 Control circuit area (first area)
5a, 5b, 5c Wiring region 10 Substrate 20 Thin film transistor (semiconductor circuit element)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 Gate electrode layer 22 Gate insulating film 23 Semiconductor layer 24 Source electrode layer 25 Drain electrode layer 26 Etch stopper layer 27 Passivation film 30 Thin film battery 31 Positive electrode collector layer 33 Cathode electrode layer 34 Solid electrolyte layer 35 Anode electrode layer 36 Negative electrode collection Electrical layer 53 Wiring layer 61 Liquid crystal element

Claims (12)

基板と、
前記基板の第1領域上に形成された、少なくとも1つの導電層を含む半導体回路素子と、
前記基板の前記第1領域とは異なる第2領域上に形成された、正極集電体層、カソード電極層、固体電解質層、アノード電極層及び負極集電体層を含む全固体型の薄膜電池と、
前記基板上に形成された、前記薄膜電池と前記半導体回路素子とを電気的に接続する配線層とを備えていることを特徴とする薄型電池一体型半導体装置。
A substrate,
A semiconductor circuit element including at least one conductive layer formed on the first region of the substrate;
An all-solid-state thin film battery including a positive electrode current collector layer, a cathode electrode layer, a solid electrolyte layer, an anode electrode layer, and a negative electrode current collector layer formed on a second region different from the first region of the substrate When,
A thin-film battery-integrated semiconductor device comprising a wiring layer formed on the substrate for electrically connecting the thin-film battery and the semiconductor circuit element.
前記半導体回路素子の前記導電層が、前記薄膜電池の前記正極集電体層及び前記負極集電体層の少なくともいずれか一方と同じ材料からなることを特徴とする請求項1に記載の薄型電池一体型半導体装置。   2. The thin battery according to claim 1, wherein the conductive layer of the semiconductor circuit element is made of the same material as at least one of the positive electrode current collector layer and the negative electrode current collector layer of the thin film battery. Integrated semiconductor device. 前記半導体回路素子の前記導電層が、前記薄膜電池の前記正極集電体層及び前記負極集電体層の少なくともいずれか一方、並びに、前記配線層と同じ材料からなることを特徴とする請求項2に記載の薄型電池一体型半導体装置。   The conductive layer of the semiconductor circuit element is made of the same material as at least one of the positive electrode current collector layer and the negative electrode current collector layer of the thin film battery and the wiring layer. 2. A thin battery-integrated semiconductor device according to 2. 前記半導体回路素子が2つの前記導電層を有しており、
前記2つの導電層の一方が前記薄膜電池の前記正極集電体層及び前記負極集電体層の一方と同じ材料からなり、前記2つの導電層の他方が前記薄膜電池の前記正極集電体層及び前記負極集電体層の他方と同じ材料からなることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の薄型電池一体型半導体装置。
The semiconductor circuit element has two of the conductive layers;
One of the two conductive layers is made of the same material as one of the positive electrode current collector layer and the negative electrode current collector layer of the thin film battery, and the other of the two conductive layers is the positive electrode current collector of the thin film battery. The thin battery-integrated semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, wherein the thin-film battery integrated semiconductor device is made of the same material as the other of the first layer and the negative electrode current collector layer.
前記半導体回路素子が薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の薄型電池一体型半導体装置。   The thin-film battery integrated semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor circuit element is a thin film transistor. 複数の前記薄膜トランジスタを備えており、
前記複数の薄膜トランジスタが、表示装置の画素ごとに配置されたスイッチング素子であることを特徴とする請求項5に記載の薄型電池一体型半導体装置。
A plurality of the thin film transistors,
6. The thin battery integrated semiconductor device according to claim 5, wherein the plurality of thin film transistors are switching elements arranged for each pixel of the display device.
複数の前記半導体回路素子を備えており、
前記複数の半導体回路素子が前記薄膜電池の充放電回路を構成していることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の薄型電池一体型半導体装置。
A plurality of the semiconductor circuit elements,
The thin-film battery integrated semiconductor device according to claim 1, wherein the plurality of semiconductor circuit elements constitute a charge / discharge circuit of the thin film battery.
前記薄膜電池が前記半導体回路素子の電源となっていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の薄型電池一体型半導体装置。   The thin-film battery integrated semiconductor device according to claim 1, wherein the thin film battery is a power source for the semiconductor circuit element. 薄型電池一体型半導体装置の製造方法であって、
基板の第1領域上に、少なくとも1つの導電層を含む半導体回路素子を形成する工程と、
前記基板の前記第1領域とは異なる第2領域上に、正極集電体層、カソード電極層、固体電解質層、アノード電極層及び負極集電体層を含む全固体型の薄膜電池を形成する工程と、
前記基板上に、前記薄膜電池と前記半導体回路素子とを電気的に接続する配線層を形成する工程とを備えており、
前記半導体回路素子の前記導電層の形成を、前記薄膜電池の前記正極集電体層及び前記負極集電体層の一方の形成と同時に行うことを特徴とする薄型電池一体型半導体装置の製造方法。
A manufacturing method of a thin battery integrated semiconductor device,
Forming a semiconductor circuit element including at least one conductive layer on a first region of the substrate;
An all-solid-state thin film battery including a positive electrode current collector layer, a cathode electrode layer, a solid electrolyte layer, an anode electrode layer, and a negative electrode current collector layer is formed on a second region different from the first region of the substrate. Process,
Forming a wiring layer on the substrate for electrically connecting the thin film battery and the semiconductor circuit element;
The method for producing a thin-battery integrated semiconductor device, wherein the formation of the conductive layer of the semiconductor circuit element is performed simultaneously with the formation of one of the positive electrode current collector layer and the negative electrode current collector layer of the thin film battery. .
前記半導体回路素子の前記導電層の形成を、前記薄膜電池の前記正極集電体層及び前記負極集電体層の一方、並びに、前記配線層の形成と同時に行うことを特徴とする請求項9に記載の薄型電池一体型半導体装置の製造方法。   10. The conductive layer of the semiconductor circuit element is formed simultaneously with the formation of one of the positive electrode current collector layer and the negative electrode current collector layer of the thin film battery and the wiring layer. A manufacturing method of the thin-battery integrated semiconductor device described in 1. 前記半導体回路素子が2つの前記導電層を有しており、
前記半導体回路素子の前記2つの導電層の一方の形成を、前記薄膜電池の前記正極集電体層及び前記負極集電体層の一方の形成と同時に行い、
前記半導体回路素子の前記2つの導電層の他方の形成を、前記薄膜電池の前記正極集電体層及び前記負極集電体層の他方の形成と同時に行うことを特徴とする請求項9又は10に記載の薄型電池一体型半導体装置の製造方法。
The semiconductor circuit element has two of the conductive layers;
Forming one of the two conductive layers of the semiconductor circuit element simultaneously with forming one of the positive electrode current collector layer and the negative electrode current collector layer of the thin film battery;
The other of the two conductive layers of the semiconductor circuit element is formed simultaneously with the formation of the other of the positive electrode current collector layer and the negative electrode current collector layer of the thin film battery. A manufacturing method of the thin-battery integrated semiconductor device described in 1.
前記薄膜電池を形成する工程において、前記正極集電体層、前記カソード電極層、前記固体電解質層及び前記負極集電体層を形成した後に、前記アノード電極層を形成することを特徴とする請求項9〜11のいずれか1項に記載の薄型電池一体型半導体装置の製造方法。   In the step of forming the thin film battery, the anode electrode layer is formed after the positive electrode current collector layer, the cathode electrode layer, the solid electrolyte layer, and the negative electrode current collector layer are formed. Item 12. A method for manufacturing a thin-battery integrated semiconductor device according to any one of Items 9 to 11.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018504737A (en) * 2014-12-18 2018-02-15 インテル コーポレイション Portable electronic device having surface mount battery and integrated battery cell
JP2020513139A (en) * 2017-04-10 2020-04-30 インプリント エネルギー、インコーポレイテッド Protective film for printed electrochemical cells and method of packaging electrochemical cells
CN113363592A (en) * 2021-06-08 2021-09-07 四川启睿克科技有限公司 Chip and battery integrated integration method and device

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018504737A (en) * 2014-12-18 2018-02-15 インテル コーポレイション Portable electronic device having surface mount battery and integrated battery cell
JP2020513139A (en) * 2017-04-10 2020-04-30 インプリント エネルギー、インコーポレイテッド Protective film for printed electrochemical cells and method of packaging electrochemical cells
JP7039808B2 (en) 2017-04-10 2022-03-23 インプリント エネルギー、インコーポレイテッド Protective film for printed electrochemical cells and how to package electrochemical cells
CN113363592A (en) * 2021-06-08 2021-09-07 四川启睿克科技有限公司 Chip and battery integrated integration method and device

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