JP2003133420A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JP2003133420A JP2003133420A JP2001323358A JP2001323358A JP2003133420A JP 2003133420 A JP2003133420 A JP 2003133420A JP 2001323358 A JP2001323358 A JP 2001323358A JP 2001323358 A JP2001323358 A JP 2001323358A JP 2003133420 A JP2003133420 A JP 2003133420A
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- JP
- Japan
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- solid electrolyte
- electrolyte secondary
- secondary battery
- semiconductor device
- semiconductor substrate
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】固体電解質二次電池の充電および放電を担うイ
オンの半導体基板への拡散を防ぐ信頼性に優れた半導体
装置を提供する。 【解決手段】半導体基板の上に固体電解質二次電池が形
成された半導体装置であって、固体電解質二次電池直下
の半導体基板ａがＮ型の不純物をドープした拡散層ｇを
有する。固体電解質二次電池の負極に対する拡散層ｇの
電位差は、固体電解質二次電池の負極に対する正極の電
位差と同じか、またはそれ以上の電位差で固定されてい
る。半導体基板ａと固体電解質二次電池の接する部分に
バリア層ｈを有する。
オンの半導体基板への拡散を防ぐ信頼性に優れた半導体
装置を提供する。 【解決手段】半導体基板の上に固体電解質二次電池が形
成された半導体装置であって、固体電解質二次電池直下
の半導体基板ａがＮ型の不純物をドープした拡散層ｇを
有する。固体電解質二次電池の負極に対する拡散層ｇの
電位差は、固体電解質二次電池の負極に対する正極の電
位差と同じか、またはそれ以上の電位差で固定されてい
る。半導体基板ａと固体電解質二次電池の接する部分に
バリア層ｈを有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体チップと固
体電解質二次電池を共存可能な半導体装置に関するもの
である。
体電解質二次電池を共存可能な半導体装置に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】電子機器の小型化、軽量化に伴い、電池
についても小型化、軽量化の要望が強くなっている。こ
れまで、半導体チップのように劇的に縮小化が進んでい
る分野もある一方で、電池のように遅々として縮小化が
進まない分野もある。これらを合わせて一機に縮小化を
進めるため、従来から固体電解質二次電池を用いた半導
体基板一体型二次電池が注目されており、特許開示もい
くつかある。固体電解質二次電池を半導体基板上に形成
した半導体装置に関して、米国特許第５，５６７，２１
０号、第５，５９７，６６０号、特公昭６１−１６５９
６５、特開平６−１５３４１２、特開平１０−２８４１
３０等がある。
についても小型化、軽量化の要望が強くなっている。こ
れまで、半導体チップのように劇的に縮小化が進んでい
る分野もある一方で、電池のように遅々として縮小化が
進まない分野もある。これらを合わせて一機に縮小化を
進めるため、従来から固体電解質二次電池を用いた半導
体基板一体型二次電池が注目されており、特許開示もい
くつかある。固体電解質二次電池を半導体基板上に形成
した半導体装置に関して、米国特許第５，５６７，２１
０号、第５，５９７，６６０号、特公昭６１−１６５９
６５、特開平６−１５３４１２、特開平１０−２８４１
３０等がある。
【０００３】しかしこれらは、固体電解質二次電池の充
電および放電を担うイオンが半導体基板に与える影響に
ついての記述が全くない。
電および放電を担うイオンが半導体基板に与える影響に
ついての記述が全くない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】固体電解質二次電池で
ある発電要素から半導体基板にイオンが拡散されると、
半導体基板に形成されている集積回路の誤動作が生じ
る。例えば、リチウムイオンがアルミ配線と合金化した
り、トランジスタの拡散層にリチウムイオンが拡散され
その応答性や耐電圧性が劣化したり、集積回路のリーク
電流が増大するなど様々なトラブルが懸念される。
ある発電要素から半導体基板にイオンが拡散されると、
半導体基板に形成されている集積回路の誤動作が生じ
る。例えば、リチウムイオンがアルミ配線と合金化した
り、トランジスタの拡散層にリチウムイオンが拡散され
その応答性や耐電圧性が劣化したり、集積回路のリーク
電流が増大するなど様々なトラブルが懸念される。
【０００５】本発明は、このような課題を払拭するもの
で、固体電解質二次電池の充電および放電を担うイオン
の半導体基板への拡散を防ぐ信頼性に優れた半導体装置
を提供することを目的とする。
で、固体電解質二次電池の充電および放電を担うイオン
の半導体基板への拡散を防ぐ信頼性に優れた半導体装置
を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の半導体装
置は、半導体基板の上に固体電解質二次電池が形成され
た半導体装置であって、前記固体電解質二次電池直下の
半導体基板が、Ｎ型の不純物をドープした基板であるこ
と、またはＮ型の不純物をドープした拡散層を有するこ
とを特徴とするものである。
置は、半導体基板の上に固体電解質二次電池が形成され
た半導体装置であって、前記固体電解質二次電池直下の
半導体基板が、Ｎ型の不純物をドープした基板であるこ
と、またはＮ型の不純物をドープした拡散層を有するこ
とを特徴とするものである。
【０００７】請求項２記載の半導体装置は、請求項１に
おいて、Ｎ型の不純物をドープした半導体基板、または
Ｎ型の不純物をドープした拡散層は、固体電解質二次電
池の負極に対するそれらの電位差が固体電解質二次電池
の負極に対する正極の電位差と同じか、あるいはそれ以
上の電位差となっているものである。
おいて、Ｎ型の不純物をドープした半導体基板、または
Ｎ型の不純物をドープした拡散層は、固体電解質二次電
池の負極に対するそれらの電位差が固体電解質二次電池
の負極に対する正極の電位差と同じか、あるいはそれ以
上の電位差となっているものである。
【０００８】請求項３記載の半導体装置は、請求項１に
おいて、固体電解質二次電池の正極集電体の金属膜のサ
イズが、その上に形成される正極活物質と固体電解質と
負極活物質と負極集電体の積層膜よりも大きいものであ
る。
おいて、固体電解質二次電池の正極集電体の金属膜のサ
イズが、その上に形成される正極活物質と固体電解質と
負極活物質と負極集電体の積層膜よりも大きいものであ
る。
【０００９】請求項４記載の半導体装置は、請求項１に
おいて、固体電解質二次電池の正極が半導体基板側であ
るものである。
おいて、固体電解質二次電池の正極が半導体基板側であ
るものである。
【００１０】請求項５記載の半導体装置は、請求項２に
おいて、固体電解質二次電池の正極が半導体基板側であ
る。
おいて、固体電解質二次電池の正極が半導体基板側であ
る。
【００１１】請求項６記載の半導体装置は、半導体基板
の上に固体電解質二次電池が形成された半導体装置であ
って、前記半導体基板と前記固体電解質二次電池の接す
る部分にバリア層を有し、前記固体電解質二次電池の直
下の半導体基板が、Ｎ型の不純物をドープした半導体基
板であること、またはＮ型の不純物をドープした拡散層
を有することを特徴とするものである。
の上に固体電解質二次電池が形成された半導体装置であ
って、前記半導体基板と前記固体電解質二次電池の接す
る部分にバリア層を有し、前記固体電解質二次電池の直
下の半導体基板が、Ｎ型の不純物をドープした半導体基
板であること、またはＮ型の不純物をドープした拡散層
を有することを特徴とするものである。
【００１２】請求項７記載の半導体装置は、請求項６に
おいて、バリア層が無機化合物であり、チッ化ケイ素、
および二酸化ケイ素から選択されたものである。
おいて、バリア層が無機化合物であり、チッ化ケイ素、
および二酸化ケイ素から選択されたものである。
【００１３】請求項８記載の半導体装置は、請求項６に
おいて、バリア層が有機化合物であり、ポリイミド、エ
ポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、およびフェノール樹脂
から選択されたものである。
おいて、バリア層が有機化合物であり、ポリイミド、エ
ポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、およびフェノール樹脂
から選択されたものである。
【００１４】請求項９記載の半導体装置は、請求項６に
おいて、バリア層が金属であり、白金，金，ニッケル，
銅，タングステン，モリブデン，およびこれらを主体と
してなる合金から選択されたものである。
おいて、バリア層が金属であり、白金，金，ニッケル，
銅，タングステン，モリブデン，およびこれらを主体と
してなる合金から選択されたものである。
【００１５】請求項１０記載の半導体装置は、請求項
１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項
６、請求項７、請求項８、請求項９において、拡散層の
サイズは、その上に形成する固体電解質二次電池のサイ
ズよりも大きく、前記拡散層の領域内に前記固体電解質
二次電池が形成されているものである。
１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項
６、請求項７、請求項８、請求項９において、拡散層の
サイズは、その上に形成する固体電解質二次電池のサイ
ズよりも大きく、前記拡散層の領域内に前記固体電解質
二次電池が形成されているものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】請求項１と請求項２に記載の発明
は、例えば半導体装置である集積回路が形成された半導
体基板において、固体電解質二次電池を形成する予定の
領域に、あらかじめ例えば燐や砒素等の５価元素の不純
物をドープした拡散層を設け、その燐や砒素等の不純物
をドープした拡散層は固体電解質二次電池の負極に対す
る電位差が固体電解質二次電池の負極に対する正極の電
位差と同じか、あるいはそれより大きい電位差となって
いることを特徴とする半導体装置である。
は、例えば半導体装置である集積回路が形成された半導
体基板において、固体電解質二次電池を形成する予定の
領域に、あらかじめ例えば燐や砒素等の５価元素の不純
物をドープした拡散層を設け、その燐や砒素等の不純物
をドープした拡散層は固体電解質二次電池の負極に対す
る電位差が固体電解質二次電池の負極に対する正極の電
位差と同じか、あるいはそれより大きい電位差となって
いることを特徴とする半導体装置である。
【００１７】この半導体装置によれば、固体電解質二次
電池直下の半導体基板を固体電解質二次電池の負極に対
する電位差が固体電解質二次電池の負極に対する正極の
電位差と同じか、あるいはそれより大きい電位差に固定
できるため、発電要素から半導体基板にイオンが拡散さ
れることを防ぐことができる。この半導体装置によれ
ば、発電要素から半導体基板へのイオンの拡散が抑えら
れるため、半導体基板に形成されている集積回路の誤動
作が生じない半導体装置を提供できる。
電池直下の半導体基板を固体電解質二次電池の負極に対
する電位差が固体電解質二次電池の負極に対する正極の
電位差と同じか、あるいはそれより大きい電位差に固定
できるため、発電要素から半導体基板にイオンが拡散さ
れることを防ぐことができる。この半導体装置によれ
ば、発電要素から半導体基板へのイオンの拡散が抑えら
れるため、半導体基板に形成されている集積回路の誤動
作が生じない半導体装置を提供できる。
【００１８】請求項３に記載の発明は、半導体装置であ
る集積回路が形成された半導体基板において、固体電解
質二次電池を形成する際に、正極の集電体である金属膜
が固体電解質膜、負極活物質膜、負極集電体膜の積層膜
よりも大きく、固体電解質二次電池を上面から見ると、
最外周に正極の金属集電体が例えば０．１μｍ以上突出
していることを特徴とする半導体装置である。
る集積回路が形成された半導体基板において、固体電解
質二次電池を形成する際に、正極の集電体である金属膜
が固体電解質膜、負極活物質膜、負極集電体膜の積層膜
よりも大きく、固体電解質二次電池を上面から見ると、
最外周に正極の金属集電体が例えば０．１μｍ以上突出
していることを特徴とする半導体装置である。
【００１９】この半導体装置によれば、固体電解質二次
電池を形成する正極活物質、固体電解質、負極活物質と
半導体基板の境界部に正極集電体の金属バリア層が設け
られるため、後述の請求項６から請求項９の特徴と同様
に発電要素から半導体基板にイオンが拡散されることを
防ぐことができる。更に、固体電解質二次電池直下の半
導体基板を固体電解質二次電池の負極に対する電位差が
固体電解質二次電池の負極に対する正極の電位差と同じ
か、あるいはそれより大きい電位差に固定できるため、
発電要素から半導体基板にイオンが拡散されることを防
ぐことができ、半導体基板に形成されている集積回路の
誤動作が生じない信頼性の高い半導体装置を提供でき
る。
電池を形成する正極活物質、固体電解質、負極活物質と
半導体基板の境界部に正極集電体の金属バリア層が設け
られるため、後述の請求項６から請求項９の特徴と同様
に発電要素から半導体基板にイオンが拡散されることを
防ぐことができる。更に、固体電解質二次電池直下の半
導体基板を固体電解質二次電池の負極に対する電位差が
固体電解質二次電池の負極に対する正極の電位差と同じ
か、あるいはそれより大きい電位差に固定できるため、
発電要素から半導体基板にイオンが拡散されることを防
ぐことができ、半導体基板に形成されている集積回路の
誤動作が生じない信頼性の高い半導体装置を提供でき
る。
【００２０】請求項４と請求項５に記載の発明は、上述
の固体電解質二次電池の正極が半導体基板と接する側に
形成されていることを特徴とする半導体装置である。
の固体電解質二次電池の正極が半導体基板と接する側に
形成されていることを特徴とする半導体装置である。
【００２１】この半導体装置によれば、固体電解質二次
電池の放電時に負極からデインターカレーションしたイ
オンが半導体基板に拡散することを抑えることができる
ため、半導体基板に形成されている集積回路の誤動作が
生じない半導体装置を提供できる。
電池の放電時に負極からデインターカレーションしたイ
オンが半導体基板に拡散することを抑えることができる
ため、半導体基板に形成されている集積回路の誤動作が
生じない半導体装置を提供できる。
【００２２】請求項６から請求項９に記載の発明は、例
えば半導体装置である集積回路が形成された半導体基板
において、固体電解質二次電池を形成する予定の領域
に、あらかじめ例えば燐や砒素等の５価元素の不純物を
ドープしたN型拡散層を設け、そのＮ型の不純物をドー
プした拡散層は固体電解質二次電池の負極に対する電位
差が固体電解質二次電池の負極に対する正極の電位差と
同じか、またはそれ以上の電位差で固定されており、更
に半導体基板と固体電解質二次電池との境界部にバリア
層として例えばポリイミド等の有機化合物の膜がスピン
コーター装置を使った塗布・乾燥法により成膜される
か、またはＣＶＤ法により窒化珪素膜等が成膜されてい
るか、蒸着法かスパッタ法により金属銅の膜等が成膜さ
れていることを特徴とする半導体装置である。
えば半導体装置である集積回路が形成された半導体基板
において、固体電解質二次電池を形成する予定の領域
に、あらかじめ例えば燐や砒素等の５価元素の不純物を
ドープしたN型拡散層を設け、そのＮ型の不純物をドー
プした拡散層は固体電解質二次電池の負極に対する電位
差が固体電解質二次電池の負極に対する正極の電位差と
同じか、またはそれ以上の電位差で固定されており、更
に半導体基板と固体電解質二次電池との境界部にバリア
層として例えばポリイミド等の有機化合物の膜がスピン
コーター装置を使った塗布・乾燥法により成膜される
か、またはＣＶＤ法により窒化珪素膜等が成膜されてい
るか、蒸着法かスパッタ法により金属銅の膜等が成膜さ
れていることを特徴とする半導体装置である。
【００２３】バリア層は、無機化合物として例えばチッ
化ケイ素、および二酸化ケイ素から選択され、有機化合
物としてポリイミド、エポキシ樹脂、ポリエステル樹
脂、およびフェノール樹脂から選択され、金属として白
金，金，ニッケル，銅，タングステン，モリブデン，お
よびこれらを主体としてなる合金から選択される。
化ケイ素、および二酸化ケイ素から選択され、有機化合
物としてポリイミド、エポキシ樹脂、ポリエステル樹
脂、およびフェノール樹脂から選択され、金属として白
金，金，ニッケル，銅，タングステン，モリブデン，お
よびこれらを主体としてなる合金から選択される。
【００２４】この半導体装置によれば、固体電解質二次
電池と半導体基板の境界部にバリア層が設けられている
ため、発電要素から半導体基板にイオンが拡散されるこ
とを防ぐことができる。更に、固体電解質二次電池の直
下部の半導体基板を固体電解質二次電池の負極に対する
電位差が固体電解質二次電池の負極に対する正極の電位
差と同じか、あるいはそれより大きい電位差で固定でき
るため、発電要素から半導体基板にイオンが拡散される
ことを防ぐことができ、半導体基板に形成されている集
積回路の誤動作が生じない信頼性の高い半導体装置を提
供できる。
電池と半導体基板の境界部にバリア層が設けられている
ため、発電要素から半導体基板にイオンが拡散されるこ
とを防ぐことができる。更に、固体電解質二次電池の直
下部の半導体基板を固体電解質二次電池の負極に対する
電位差が固体電解質二次電池の負極に対する正極の電位
差と同じか、あるいはそれより大きい電位差で固定でき
るため、発電要素から半導体基板にイオンが拡散される
ことを防ぐことができ、半導体基板に形成されている集
積回路の誤動作が生じない信頼性の高い半導体装置を提
供できる。
【００２５】請求項１０に記載の発明は、半導体装置で
ある集積回路が形成された半導体基板において、固体電
解質二次電池を形成する予定の領域に、あらかじめ例え
ば燐や砒素等の５価元素の不純物をドープしたN型拡散
層を設け、そのＮ型の不純物をドープした拡散層が固体
電解質二次電池のサイズよりも０．１μｍ以上大きく、
拡散層の領域内に固体電解質二次電池が形成されている
ことを特徴とする半導体装置である。
ある集積回路が形成された半導体基板において、固体電
解質二次電池を形成する予定の領域に、あらかじめ例え
ば燐や砒素等の５価元素の不純物をドープしたN型拡散
層を設け、そのＮ型の不純物をドープした拡散層が固体
電解質二次電池のサイズよりも０．１μｍ以上大きく、
拡散層の領域内に固体電解質二次電池が形成されている
ことを特徴とする半導体装置である。
【００２６】この半導体装置によれば、固体電解質二次
電池を形成する際にズレが生じても例えば５価元素のＮ
型拡散層領域から固体電解質二次電池がはみ出すことが
無く発電要素から半導体基板にイオンが拡散されること
を防ぐことができ、信頼性の高い半導体装置を提供でき
る。
電池を形成する際にズレが生じても例えば５価元素のＮ
型拡散層領域から固体電解質二次電池がはみ出すことが
無く発電要素から半導体基板にイオンが拡散されること
を防ぐことができ、信頼性の高い半導体装置を提供でき
る。
【００２７】請求項１から請求項１０を兼ね備えた半導
体装置の一実施の形態の断面図を図３に示す。ここで、
固体電解質二次電池の正極が半導体基板と接する側に形
成されていることが重要であることを示すため、負極が
半導体基板と接する側に形成されている半導体装置の断
面図を図４に示す。図３と図４において、それぞれ放電
時の電池のイオンの動きをＡ、Ｂの矢印で示している。
ａは半導体基板、ｇはＮ型拡散層、ｈはポリイミド膜、
ｉは正極集電体、ｋはＮ型拡散層電位取りだし端子、ｍ
は正極活物質、ｎは固体電解質、ｏは負極活物質、ｐは
負極集電体、ｒは表面保護膜である。
体装置の一実施の形態の断面図を図３に示す。ここで、
固体電解質二次電池の正極が半導体基板と接する側に形
成されていることが重要であることを示すため、負極が
半導体基板と接する側に形成されている半導体装置の断
面図を図４に示す。図３と図４において、それぞれ放電
時の電池のイオンの動きをＡ、Ｂの矢印で示している。
ａは半導体基板、ｇはＮ型拡散層、ｈはポリイミド膜、
ｉは正極集電体、ｋはＮ型拡散層電位取りだし端子、ｍ
は正極活物質、ｎは固体電解質、ｏは負極活物質、ｐは
負極集電体、ｒは表面保護膜である。
【００２８】図４に示す通り負極が半導体基板ａと接す
る側に形成されている半導体装置では、イオンが基板に
引っ張られるＢの動きが生じる。ポリイミド膜ｈおよび
負極集電体ｐで防ぐことはできるが、膜ピンホール等の
欠陥があれば基板中へのイオンの拡散は進行するため、
図３に示すように固体電解質二次電池の正極を半導体基
板ａと接する側に形成して、信頼性の高い半導体装置と
した。ここで用いる固体電解質薄膜材料としては，銀イ
オン導電性固体電解質，銅イオン導電性固体電解質，リ
チウムイオン導電性固体電解質，プロトン導電性固体電
解質を用いることができる。リチウムイオン導電性固体
電解質薄膜を用いた場合には，電極材料薄膜としては，
ＬｉxＣｏＯ2，ＬｉxＮｉＯ2，ＬｉxＭｎ2Ｏ4，ＬｉxＴ
ｉＳ2，ＬｉxＭｏＳ2，ＬｉxＭｏＯ2，ＬｉxＶ2Ｏ5，Ｌ
ｉxＶ6Ｏ13，金属リチウム，Ｌｉ3/4Ｔｉ5/3Ｏ4等通常
リチウム電池に用いられる化合物を所望する電池電圧に
より組み合わせて用いることができる。リチウムイオン
導電性固体電解質としては，Ｌｉ2Ｓ−ＳｉＳ2，Ｌｉ3
ＰＯ4−Ｌｉ2Ｓ−ＳｉＳ2，ＬｉＩ−Ｌｉ2Ｓ−Ｓｉ
Ｓ2，ＬｉＩ，ＬｉＩ−Ａｌ2Ｏ3，Ｌｉ3Ｎ，Ｌｉ3Ｎ−
ＬｉＩ−ＬｉＯＨ，Ｌｉ2Ｏ−ＳｉＯ2，Ｌｉ2Ｏ−Ｂ2Ｏ
3，ＬｉＩ−Ｌｉ2Ｓ−Ｐ2Ｏ5，ＬｉＩ−Ｌｉ2Ｓ−Ｂ2Ｓ
3，Ｌｉ3.6Ｓｉ0.6Ｐ0.4Ｏ4，ＬｉＩ−Ｌｉ3ＰＯ4−Ｐ2
Ｓ5等が用いることができる。また、固体電解質薄膜に
銅イオン導電体を用いた場合には，金属Ｃｕ，Ｃｕ
2Ｓ，ＣｕxＴｉＳ2，Ｃｕ2Ｍｏ6Ｓ7.8等を用いることが
できる。銅イオン導電性固体電解質としては，ＲｂＣｕ
4Ｉ1.5Ｃｌ3.5，ＣｕＩ−Ｃｕ2Ｏ−ＭｏＯ3，Ｒｂ4Ｃｕ
16Ｉ7Ｃｌ13等を用いることができる。また，固体電解
質薄膜に銀イオン導電体を用いた場合には，金属Ａｇ，
Ａｇ0.7Ｖ2Ｏ5，ＡｇxＴｉＳ2等を用いることができ
る。銀イオン導電性固体電解質膜としてはα―ＡｇＩ，
Ａｇ6Ｉ4ＷＯ4，Ｃ6Ｈ5ＮＨＡｇ5Ｉ6，ＡｇＩ−Ａｇ2Ｏ
−ＭｏＯ3，ＡｇＩ−Ａｇ2Ｏ−Ｂ2Ｏ3，ＡｇＩ−Ａｇ2
Ｏ−Ｖ2Ｏ5等を用いることができる。さらにプロトン導
電性固体電解質を用いた場合には形成する電池がニッケ
ル水素電池の場合には，負極にＴｉＦｅ，ＺｎＭｎ2，
ＺｒＶ2，ＺｒＮｉ2，ＣａＮｉ5，ＬａＮｉ5，ＭｍＮｉ
5，Ｍｇ2Ｎｉ，Ｍｇ2Ｃｕ，正極にはＮｉ（ＯＨ）2を用
いることができる。プロトン導電体としてはＬａＭｇ
0.5Ｃｅ0.5Ｏ3，Ｌａ2Ｚｒ2Ｏ7，α―Ａｌ2Ｏ3等を用い
ることができる。
る側に形成されている半導体装置では、イオンが基板に
引っ張られるＢの動きが生じる。ポリイミド膜ｈおよび
負極集電体ｐで防ぐことはできるが、膜ピンホール等の
欠陥があれば基板中へのイオンの拡散は進行するため、
図３に示すように固体電解質二次電池の正極を半導体基
板ａと接する側に形成して、信頼性の高い半導体装置と
した。ここで用いる固体電解質薄膜材料としては，銀イ
オン導電性固体電解質，銅イオン導電性固体電解質，リ
チウムイオン導電性固体電解質，プロトン導電性固体電
解質を用いることができる。リチウムイオン導電性固体
電解質薄膜を用いた場合には，電極材料薄膜としては，
ＬｉxＣｏＯ2，ＬｉxＮｉＯ2，ＬｉxＭｎ2Ｏ4，ＬｉxＴ
ｉＳ2，ＬｉxＭｏＳ2，ＬｉxＭｏＯ2，ＬｉxＶ2Ｏ5，Ｌ
ｉxＶ6Ｏ13，金属リチウム，Ｌｉ3/4Ｔｉ5/3Ｏ4等通常
リチウム電池に用いられる化合物を所望する電池電圧に
より組み合わせて用いることができる。リチウムイオン
導電性固体電解質としては，Ｌｉ2Ｓ−ＳｉＳ2，Ｌｉ3
ＰＯ4−Ｌｉ2Ｓ−ＳｉＳ2，ＬｉＩ−Ｌｉ2Ｓ−Ｓｉ
Ｓ2，ＬｉＩ，ＬｉＩ−Ａｌ2Ｏ3，Ｌｉ3Ｎ，Ｌｉ3Ｎ−
ＬｉＩ−ＬｉＯＨ，Ｌｉ2Ｏ−ＳｉＯ2，Ｌｉ2Ｏ−Ｂ2Ｏ
3，ＬｉＩ−Ｌｉ2Ｓ−Ｐ2Ｏ5，ＬｉＩ−Ｌｉ2Ｓ−Ｂ2Ｓ
3，Ｌｉ3.6Ｓｉ0.6Ｐ0.4Ｏ4，ＬｉＩ−Ｌｉ3ＰＯ4−Ｐ2
Ｓ5等が用いることができる。また、固体電解質薄膜に
銅イオン導電体を用いた場合には，金属Ｃｕ，Ｃｕ
2Ｓ，ＣｕxＴｉＳ2，Ｃｕ2Ｍｏ6Ｓ7.8等を用いることが
できる。銅イオン導電性固体電解質としては，ＲｂＣｕ
4Ｉ1.5Ｃｌ3.5，ＣｕＩ−Ｃｕ2Ｏ−ＭｏＯ3，Ｒｂ4Ｃｕ
16Ｉ7Ｃｌ13等を用いることができる。また，固体電解
質薄膜に銀イオン導電体を用いた場合には，金属Ａｇ，
Ａｇ0.7Ｖ2Ｏ5，ＡｇxＴｉＳ2等を用いることができ
る。銀イオン導電性固体電解質膜としてはα―ＡｇＩ，
Ａｇ6Ｉ4ＷＯ4，Ｃ6Ｈ5ＮＨＡｇ5Ｉ6，ＡｇＩ−Ａｇ2Ｏ
−ＭｏＯ3，ＡｇＩ−Ａｇ2Ｏ−Ｂ2Ｏ3，ＡｇＩ−Ａｇ2
Ｏ−Ｖ2Ｏ5等を用いることができる。さらにプロトン導
電性固体電解質を用いた場合には形成する電池がニッケ
ル水素電池の場合には，負極にＴｉＦｅ，ＺｎＭｎ2，
ＺｒＶ2，ＺｒＮｉ2，ＣａＮｉ5，ＬａＮｉ5，ＭｍＮｉ
5，Ｍｇ2Ｎｉ，Ｍｇ2Ｃｕ，正極にはＮｉ（ＯＨ）2を用
いることができる。プロトン導電体としてはＬａＭｇ
0.5Ｃｅ0.5Ｏ3，Ｌａ2Ｚｒ2Ｏ7，α―Ａｌ2Ｏ3等を用い
ることができる。
【００２９】
【実施例１】以下、本発明の実施例について図を参照し
て説明する。
て説明する。
【００３０】図１の（１）〜（５）および図２の（１）
〜（４）は本発明にかかる形成方法の工程順断面図を示
している。図１の（１）は半導体集積回路が搭載される
シリコン基板ａを示す。まず図１（２）に示すようにプ
ラズマＣＶＤ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅ
ｐｏｓｉｔｉｏｎ）によってシリコン酸化膜ｃを１５０
０Å形成する。反応ガスはＳｉＨ4、Ｎ2Ｏを用いて、成
長温度は３８０℃、プラズマは５０ｋＨｚ、４ｋＷで発
生する。その上に感光性レジストをスピンコーター（２
０００ｒｐｍ）を用いて３０００Åの膜厚に塗布し、１
００℃で１５分間のベーキングを行いレジスト膜ｂを形
成する。
〜（４）は本発明にかかる形成方法の工程順断面図を示
している。図１の（１）は半導体集積回路が搭載される
シリコン基板ａを示す。まず図１（２）に示すようにプ
ラズマＣＶＤ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅ
ｐｏｓｉｔｉｏｎ）によってシリコン酸化膜ｃを１５０
０Å形成する。反応ガスはＳｉＨ4、Ｎ2Ｏを用いて、成
長温度は３８０℃、プラズマは５０ｋＨｚ、４ｋＷで発
生する。その上に感光性レジストをスピンコーター（２
０００ｒｐｍ）を用いて３０００Åの膜厚に塗布し、１
００℃で１５分間のベーキングを行いレジスト膜ｂを形
成する。
【００３１】次に図１（３）に示すようにパターニング
された石英マスクｄを用いてＰＬＡ露光装置（Ｐａｒａ
ｌｌｅｒ Ｌｉｎｅ Ａｌｉｅｎｅｒ）により、短波長
光線ｅを照射する。その後、有機アルカリの現像液（テ
トラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）に浸しレ
ジスト膜ｂのパターニングが完了する。次に、ＲＩＥド
ライエッチングにより、レジスト膜ｂが被覆していない
部分のシリコン酸化膜ｃをエッチングする。ドライエッ
チングはＲＦ：１３．５６ＭＨｚ、エッチングガス：Ｃ
ＨＦ3で行う。この時、マスク合わせマークも形成して
おく。以降のレジスト露光工程はこのマークを基準にし
てマスク合わせを行う。これによって後工程で形成さ
れ、パターニングされる成膜が各々の間でずれが生じな
いことになる。最後にレジスト膜ｂをレジスト剥離液に
浸漬して除去する。
された石英マスクｄを用いてＰＬＡ露光装置（Ｐａｒａ
ｌｌｅｒ Ｌｉｎｅ Ａｌｉｅｎｅｒ）により、短波長
光線ｅを照射する。その後、有機アルカリの現像液（テ
トラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）に浸しレ
ジスト膜ｂのパターニングが完了する。次に、ＲＩＥド
ライエッチングにより、レジスト膜ｂが被覆していない
部分のシリコン酸化膜ｃをエッチングする。ドライエッ
チングはＲＦ：１３．５６ＭＨｚ、エッチングガス：Ｃ
ＨＦ3で行う。この時、マスク合わせマークも形成して
おく。以降のレジスト露光工程はこのマークを基準にし
てマスク合わせを行う。これによって後工程で形成さ
れ、パターニングされる成膜が各々の間でずれが生じな
いことになる。最後にレジスト膜ｂをレジスト剥離液に
浸漬して除去する。
【００３２】次に図１（４）に示すようにイオン注入機
によりＮ型の不純物である燐イオンｆを１００ＫｅＶの
電圧で加速し、１０14／ｃｍ2の量を打ち込む。その後
１０００℃、１時間の加熱処理を炉で行い、Ｎ型拡散層
ｇを形成する（図１（５））。Ｎ型拡散層領域は深さ３
μｍで面積は縦横１ｃｍの１ｃｍ2とした。その後、フ
ッ酸水溶液（５ｖｏｌ％）に５分間浸漬してシリコン酸
化膜ｃを除去する。ここまでの工程は、半導体装置の形
成工程の中で行う。
によりＮ型の不純物である燐イオンｆを１００ＫｅＶの
電圧で加速し、１０14／ｃｍ2の量を打ち込む。その後
１０００℃、１時間の加熱処理を炉で行い、Ｎ型拡散層
ｇを形成する（図１（５））。Ｎ型拡散層領域は深さ３
μｍで面積は縦横１ｃｍの１ｃｍ2とした。その後、フ
ッ酸水溶液（５ｖｏｌ％）に５分間浸漬してシリコン酸
化膜ｃを除去する。ここまでの工程は、半導体装置の形
成工程の中で行う。
【００３３】半導体装置である集積回路が形成された半
導体基板の上に、スピンコーター（１０００ｒｐｍ）を
用いてポリイミド膜ｈを１μｍの厚みで形成する（図２
（１））。その後、図１（３）と同じフォトリソグラフ
ィ技術を使ってバリア層としてポリイミド膜ｈを縦横
１．５ｃｍの面積２．２５ｃｍ2にパターニングし、そ
の上に正極の集電体として金属アルミ膜ｉを真空蒸着装
置により（１０ｍＴｏｒｒ）、厚み１μｍ、縦横９ｍｍ
の８１ｍｍ2形成し、前述同様のフォトリソグラフィ技
術とＲＩＥドライエッチング装置を用いて、集電体金属
アルミ膜ｉとＮ型拡散層ｇの電位取りだし端子ｋをパタ
ーニングする（図２（２））。その上にＬｉＣｏＯ2の
正極活物質膜ｍを金属マスク（ＳＵＳ３０４）を用いて
スパッタする。スパッタ条件は２００Ｗパワー、Ａｒ／
Ｏ2＝３／１を２０ＳＣＣＭ、２０ｍＴｏｒｒとする。
成膜は厚み５μｍ、縦横８ｍｍの６４ｍｍ2で形成し、
４００℃で２時間アニ−ルを行い、その上にＬｉ2Ｓ−
ＳｉＳ2−Ｌｉ3ＰＯ4の固体電解質膜ｎを厚み２μｍで
形成し、更にその上に、グラファイトの負極活物質膜ｏ
を厚み５μｍで形成し、順にレーザーアブレーション法
により積層する。レーザーアブレーションの条件は、レ
ーザー：ＹＡＧレーザー２６６ｎｍ、エネルギー密度：
２０２５ｍＪ／ｃｍ2、繰り返し周波数１０Ｈｚ、ショ
ット数：３６０００、基板温度：８００℃、１０-2Ｔｏ
ｒｒで行う。それらの成膜はそれぞれ、前述と同様のフ
ォトリソグラフィ技術とＲＩＥドライエッチング装置を
用いて面積が縦横７ｍｍの４９ｍｍ2にパターニングす
る。更にその上に負極の集電体の金属銅膜ｐをパターニ
ングされた金属マスク（ＳＵＳ３０４）を用いて、真空
蒸着法で１μｍ、縦横７ｍｍの４９ｍｍ2形成する（図
２（３））。最後にスピンコーター（１５００ｒｐｍ）
を用いて、液状エポキシ樹脂（日立化成製：ＣＥＬ−Ｃ
−１１０２）を１μｍ形成し、１５０℃３時間の熱硬化
で表面保護膜ｒを形成し、前述と同様のフォトリソグラ
フィ技術とＲＩＥドライエッチング装置を用いてパター
ニングする（図２（４））。
導体基板の上に、スピンコーター（１０００ｒｐｍ）を
用いてポリイミド膜ｈを１μｍの厚みで形成する（図２
（１））。その後、図１（３）と同じフォトリソグラフ
ィ技術を使ってバリア層としてポリイミド膜ｈを縦横
１．５ｃｍの面積２．２５ｃｍ2にパターニングし、そ
の上に正極の集電体として金属アルミ膜ｉを真空蒸着装
置により（１０ｍＴｏｒｒ）、厚み１μｍ、縦横９ｍｍ
の８１ｍｍ2形成し、前述同様のフォトリソグラフィ技
術とＲＩＥドライエッチング装置を用いて、集電体金属
アルミ膜ｉとＮ型拡散層ｇの電位取りだし端子ｋをパタ
ーニングする（図２（２））。その上にＬｉＣｏＯ2の
正極活物質膜ｍを金属マスク（ＳＵＳ３０４）を用いて
スパッタする。スパッタ条件は２００Ｗパワー、Ａｒ／
Ｏ2＝３／１を２０ＳＣＣＭ、２０ｍＴｏｒｒとする。
成膜は厚み５μｍ、縦横８ｍｍの６４ｍｍ2で形成し、
４００℃で２時間アニ−ルを行い、その上にＬｉ2Ｓ−
ＳｉＳ2−Ｌｉ3ＰＯ4の固体電解質膜ｎを厚み２μｍで
形成し、更にその上に、グラファイトの負極活物質膜ｏ
を厚み５μｍで形成し、順にレーザーアブレーション法
により積層する。レーザーアブレーションの条件は、レ
ーザー：ＹＡＧレーザー２６６ｎｍ、エネルギー密度：
２０２５ｍＪ／ｃｍ2、繰り返し周波数１０Ｈｚ、ショ
ット数：３６０００、基板温度：８００℃、１０-2Ｔｏ
ｒｒで行う。それらの成膜はそれぞれ、前述と同様のフ
ォトリソグラフィ技術とＲＩＥドライエッチング装置を
用いて面積が縦横７ｍｍの４９ｍｍ2にパターニングす
る。更にその上に負極の集電体の金属銅膜ｐをパターニ
ングされた金属マスク（ＳＵＳ３０４）を用いて、真空
蒸着法で１μｍ、縦横７ｍｍの４９ｍｍ2形成する（図
２（３））。最後にスピンコーター（１５００ｒｐｍ）
を用いて、液状エポキシ樹脂（日立化成製：ＣＥＬ−Ｃ
−１１０２）を１μｍ形成し、１５０℃３時間の熱硬化
で表面保護膜ｒを形成し、前述と同様のフォトリソグラ
フィ技術とＲＩＥドライエッチング装置を用いてパター
ニングする（図２（４））。
【００３４】この様にして作成した電池は、正常に充放
電が行えて３００μＡｈの容量が得られた。また電池に
隣接するＭＯＳトランジスタの基本特性異常も認められ
なかった。
電が行えて３００μＡｈの容量が得られた。また電池に
隣接するＭＯＳトランジスタの基本特性異常も認められ
なかった。
【００３５】
【実施例２】実施例１と同様に、Ｎ型拡散層を形成した
半導体基板の上に、プラズマＣＶＤ法によりシリコン窒
化膜を１０００Å形成する。反応ガスはＳｉＨ4、ＮＨ3
を用いて、成長温度は４２０℃、プラズマは５０ｋＨ
ｚ、４ｋＷで発生させる。その後、その上に感光性レジ
ストをスピンコーター（２０００ｒｐｍ）を用いて３０
００Åの膜厚に塗布し、１００℃で１５分間のベーキン
グを行いレジスト膜を形成する。次にパターニングされ
た石英マスクを用いてＰＬＡ露光装置（Ｐａｒａｌｌｅ
ｒ Ｌｉｎｅ Ａｌｉｅｎｅｒ）により、短波長光線を
照射する。その後、有機アルカリの現像液（テトラメチ
ルアンモニウムハイドロオキサイド）に浸しレジスト膜
のパターニングが完了する。次に、ＲＩＥドライエッチ
ングにより、レジスト膜が被覆していない部分のシリコ
ン窒化膜をエッチングする。ドライエッチングはＲＦ：
１３．５６ＭＨｚ、エッチングガス：ＣＨＦ3で行う。
最後にレジスト膜をレジスト剥離液に浸漬して除去し、
シリコン窒化膜をバリア層として縦横１．５ｃｍの面積
２．２５ｃｍ2にパターニングする。その上に正極の集
電体の金属アルミ膜を真空蒸着法で（１０ｍＴｏｒ
ｒ）、厚み０．７μｍ、縦横９ｍｍの８１ｍｍ2形成
し、前述と同様のフォトリソグラフィ技術とＲＩＥドラ
イエッチング装置を用いて、集電体金属アルミ膜とＮ型
拡散層の電位取りだし端子をパターニングする。その上
にＬｉＭｎ2Ｏ4の正極活物質膜を金属マスク（ＳＵＳ３
０４）を用いてスパッタする。スパッタ条件は２００Ｗ
パワー、Ａｒ／Ｏ2＝４／１を３０ｓｃｃｍ、１０ｍＴ
ｏｒｒとする。成膜は厚み５μｍ、縦横８ｍｍの６４ｍ
ｍ2で形成し、その上にＬｉ3ＰＯ4をターゲットとして
Ｎ2雰囲気中でスパッタ（ＲＦパワー３５Ｗ、２０ｍＴ
ｏｏｒ）を実施して、Ｌｉ3ＰＯ4-XＮXの固体電解質膜
を厚み１０００Å、縦横８ｍｍの６４ｍｍ2で形成す
る。更にその上にパターニングされた金属マスク（ＳＵ
Ｓ３０４）を用いて、金属Ｌｉを蒸着する（１０ｍＴｏ
ｒｒ）。金属Ｌｉは厚み２０００Åで形成する。更にそ
の上にパターニングされた金属マスク（ＳＵＳ３０４）
を用いて、負極の集電体の金属銅膜を蒸着法で厚み１０
００Åで形成する。それらの成膜はそれぞれ、前述と同
様のフォトリソグラフィ技術とＲＩＥドライエッチング
装置を用いて面積が縦横８ｍｍの６４ｍｍ2にパターニ
ングする。最後にスピンコーター（１０００ｒｐｍ）を
用いて、表面保護膜として感光性のポリイミドを１μｍ
形成し、前述と同様のフォトリソグラフィ技術を用いて
パターニングする。
半導体基板の上に、プラズマＣＶＤ法によりシリコン窒
化膜を１０００Å形成する。反応ガスはＳｉＨ4、ＮＨ3
を用いて、成長温度は４２０℃、プラズマは５０ｋＨ
ｚ、４ｋＷで発生させる。その後、その上に感光性レジ
ストをスピンコーター（２０００ｒｐｍ）を用いて３０
００Åの膜厚に塗布し、１００℃で１５分間のベーキン
グを行いレジスト膜を形成する。次にパターニングされ
た石英マスクを用いてＰＬＡ露光装置（Ｐａｒａｌｌｅ
ｒ Ｌｉｎｅ Ａｌｉｅｎｅｒ）により、短波長光線を
照射する。その後、有機アルカリの現像液（テトラメチ
ルアンモニウムハイドロオキサイド）に浸しレジスト膜
のパターニングが完了する。次に、ＲＩＥドライエッチ
ングにより、レジスト膜が被覆していない部分のシリコ
ン窒化膜をエッチングする。ドライエッチングはＲＦ：
１３．５６ＭＨｚ、エッチングガス：ＣＨＦ3で行う。
最後にレジスト膜をレジスト剥離液に浸漬して除去し、
シリコン窒化膜をバリア層として縦横１．５ｃｍの面積
２．２５ｃｍ2にパターニングする。その上に正極の集
電体の金属アルミ膜を真空蒸着法で（１０ｍＴｏｒ
ｒ）、厚み０．７μｍ、縦横９ｍｍの８１ｍｍ2形成
し、前述と同様のフォトリソグラフィ技術とＲＩＥドラ
イエッチング装置を用いて、集電体金属アルミ膜とＮ型
拡散層の電位取りだし端子をパターニングする。その上
にＬｉＭｎ2Ｏ4の正極活物質膜を金属マスク（ＳＵＳ３
０４）を用いてスパッタする。スパッタ条件は２００Ｗ
パワー、Ａｒ／Ｏ2＝４／１を３０ｓｃｃｍ、１０ｍＴ
ｏｒｒとする。成膜は厚み５μｍ、縦横８ｍｍの６４ｍ
ｍ2で形成し、その上にＬｉ3ＰＯ4をターゲットとして
Ｎ2雰囲気中でスパッタ（ＲＦパワー３５Ｗ、２０ｍＴ
ｏｏｒ）を実施して、Ｌｉ3ＰＯ4-XＮXの固体電解質膜
を厚み１０００Å、縦横８ｍｍの６４ｍｍ2で形成す
る。更にその上にパターニングされた金属マスク（ＳＵ
Ｓ３０４）を用いて、金属Ｌｉを蒸着する（１０ｍＴｏ
ｒｒ）。金属Ｌｉは厚み２０００Åで形成する。更にそ
の上にパターニングされた金属マスク（ＳＵＳ３０４）
を用いて、負極の集電体の金属銅膜を蒸着法で厚み１０
００Åで形成する。それらの成膜はそれぞれ、前述と同
様のフォトリソグラフィ技術とＲＩＥドライエッチング
装置を用いて面積が縦横８ｍｍの６４ｍｍ2にパターニ
ングする。最後にスピンコーター（１０００ｒｐｍ）を
用いて、表面保護膜として感光性のポリイミドを１μｍ
形成し、前述と同様のフォトリソグラフィ技術を用いて
パターニングする。
【００３６】この様にして作成した電池は、半導体基板
上のシリコン窒化膜を含めた厚みが２．６μｍと薄型
で、正常に充放電が行えた。また電池に隣接するＭＯＳ
トランジスタの基本特性異常も認められなかった。
上のシリコン窒化膜を含めた厚みが２．６μｍと薄型
で、正常に充放電が行えた。また電池に隣接するＭＯＳ
トランジスタの基本特性異常も認められなかった。
【００３７】Ｌｉイオンの固体電解質としてはＬｉ2Ｏ
−ＳｉＯ2、Ｌｉ2Ｏ−Ｂ2Ｏ3、Ｌｉ−Ｌｉ2Ｓ−Ｐ
2Ｏ5、ＬｉＩ−Ｌｉ2Ｓ−Ｂ2Ｓ3、Ｌｉ3.6Ｓｉ0.6Ｐ0.4
Ｏ4、ＬｉＩ−Ｌｉ3ＰＯ4−Ｐ2Ｓ5なども有効であっ
た。
−ＳｉＯ2、Ｌｉ2Ｏ−Ｂ2Ｏ3、Ｌｉ−Ｌｉ2Ｓ−Ｐ
2Ｏ5、ＬｉＩ−Ｌｉ2Ｓ−Ｂ2Ｓ3、Ｌｉ3.6Ｓｉ0.6Ｐ0.4
Ｏ4、ＬｉＩ−Ｌｉ3ＰＯ4−Ｐ2Ｓ5なども有効であっ
た。
【００３８】
【実施例３】実施例１と電池の構成（形状、膜厚、構
造）、製造方法は同じにして、負極にＣｕ、固体電解質
としてＲｂＣｕＩ1.5Ｃl3.5、正極にＴｉＳ2を用いて固
体電解質二次電池を作製した。レート特性は実施例１の
Ｌｉ系に比べて低下したが、サイクル寿命等は同等であ
った。また、電池と混成した集積回路の誤動作も認めら
れなかった。
造）、製造方法は同じにして、負極にＣｕ、固体電解質
としてＲｂＣｕＩ1.5Ｃl3.5、正極にＴｉＳ2を用いて固
体電解質二次電池を作製した。レート特性は実施例１の
Ｌｉ系に比べて低下したが、サイクル寿命等は同等であ
った。また、電池と混成した集積回路の誤動作も認めら
れなかった。
【００３９】Ｃｕ系の固体電解質としては他にＲｂ4Ｃ
ｕ16Ｉ7Ｃｌ13、Ｒｂ4Ｃｕ16Ｉ7Ｃｌ 13、ＣｕＩ−Ｃｕ2
Ｏ−ＭｏＯ3等も有効であった。
ｕ16Ｉ7Ｃｌ13、Ｒｂ4Ｃｕ16Ｉ7Ｃｌ 13、ＣｕＩ−Ｃｕ2
Ｏ−ＭｏＯ3等も有効であった。
【００４０】
【実施例４】実施例２と電池の構成（形状、膜厚、構
造）、製造方法は同じにして、負極にＡｇ、固体電解質
としてＡｇ6Ｉ4ＷＯ4、正極にＶ2Ｏ5を用いて固体電解
質二次電池を作製した。レート特性は実施例１のＬｉ系
に比べて低下したが、サイクル寿命等は同等であった。
また、電池と混成した集積回路の誤動作も認められなか
った。
造）、製造方法は同じにして、負極にＡｇ、固体電解質
としてＡｇ6Ｉ4ＷＯ4、正極にＶ2Ｏ5を用いて固体電解
質二次電池を作製した。レート特性は実施例１のＬｉ系
に比べて低下したが、サイクル寿命等は同等であった。
また、電池と混成した集積回路の誤動作も認められなか
った。
【００４１】Ａｇ系の固体電解質としては他にＡｇＩ−
Ａｇ2Ｏ−ＭｏＯ3、α―ＡｇＩ、Ｃ 6Ｈ5ＮＨＡｇ5Ｉ6、
ＡｇＩ−Ａｇ2Ｏ−Ｂ2Ｏ3、ＡｇＩ−Ａｇ2Ｏ−Ｖ3Ｏ5等
も有効であった。
Ａｇ2Ｏ−ＭｏＯ3、α―ＡｇＩ、Ｃ 6Ｈ5ＮＨＡｇ5Ｉ6、
ＡｇＩ−Ａｇ2Ｏ−Ｂ2Ｏ3、ＡｇＩ−Ａｇ2Ｏ−Ｖ3Ｏ5等
も有効であった。
【００４２】
【実施例５】実施例１と電池の構成（形状、膜厚、構
造）、製造方法は同じにして、バリア層の有機化合物が
エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂でも
有効であった。またポリイミドを含めたそれらの有機化
合物の厚みが１０００Å以上（１０００Å、５０００
Å）でも電池と混成した集積回路の誤動作は認められ
ず、有効であった。
造）、製造方法は同じにして、バリア層の有機化合物が
エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂でも
有効であった。またポリイミドを含めたそれらの有機化
合物の厚みが１０００Å以上（１０００Å、５０００
Å）でも電池と混成した集積回路の誤動作は認められ
ず、有効であった。
【００４３】
【実施例６】実施例２と電池の構成（形状、膜厚、構
造）、製造方法は同じにして、バリア層の無機化合物が
二酸化ケイ素でも有効であった。またチッ化ケイ素を含
めたそれらの無機化合物の厚みが１００Å以上（１００
Å、５００Å）でも電池と混成した集積回路の誤動作は
認められず、有効であった。
造）、製造方法は同じにして、バリア層の無機化合物が
二酸化ケイ素でも有効であった。またチッ化ケイ素を含
めたそれらの無機化合物の厚みが１００Å以上（１００
Å、５００Å）でも電池と混成した集積回路の誤動作は
認められず、有効であった。
【００４４】
【実施例７】実施例１と電池の構成（形状、膜厚、構
造）、製造方法は同じにして、Ｎ型拡散層領域を形成す
るイオンが砒素でも有効であった。イオン注入機により
砒素イオンを１５０ＫｅＶの電圧で加速し、１０16／ｃ
ｍ2の量を打ち込み、その後で１２００℃、１時間の加
熱処理を炉で行い、Ｎ型拡散層を形成した場合でも電池
と混成した集積回路の誤動作は認められず、有効であっ
た。
造）、製造方法は同じにして、Ｎ型拡散層領域を形成す
るイオンが砒素でも有効であった。イオン注入機により
砒素イオンを１５０ＫｅＶの電圧で加速し、１０16／ｃ
ｍ2の量を打ち込み、その後で１２００℃、１時間の加
熱処理を炉で行い、Ｎ型拡散層を形成した場合でも電池
と混成した集積回路の誤動作は認められず、有効であっ
た。
【００４５】
【実施例８】実施例１において完成した集積回路と電池
の混成チップを、半導体装置で用いられるリードフレー
ム上に銀ペーストで接着し、２００℃加熱硬化１５分の
後、集積回路と電池の混成チップとアウターリードを金
ワイヤーでワイヤーボンダ−を使って接続した。その
後、半導体チップをパッケージングするようにエポキシ
樹脂（日立化成製）を使って、トランスファー成形し
た。あるいは、ブチルゴム系樹脂（日東電工製：ＬＳＳ
８１０）をディップした。あるいは、アウターリードが
外部端子となるように液晶ポリマーフィルム（クラレ
製）で挟み、２８０℃加熱シールを行った。これらいず
れの場合も集積回路の誤動作は認められず、固体電解質
二次電池は正常に充放電が行えた。
の混成チップを、半導体装置で用いられるリードフレー
ム上に銀ペーストで接着し、２００℃加熱硬化１５分の
後、集積回路と電池の混成チップとアウターリードを金
ワイヤーでワイヤーボンダ−を使って接続した。その
後、半導体チップをパッケージングするようにエポキシ
樹脂（日立化成製）を使って、トランスファー成形し
た。あるいは、ブチルゴム系樹脂（日東電工製：ＬＳＳ
８１０）をディップした。あるいは、アウターリードが
外部端子となるように液晶ポリマーフィルム（クラレ
製）で挟み、２８０℃加熱シールを行った。これらいず
れの場合も集積回路の誤動作は認められず、固体電解質
二次電池は正常に充放電が行えた。
【００４６】なお、この発明において、半導体基板がＮ
型の不純物をドープした基板であってもよい。この場合
は拡散層を設けずに直接またはバリア層を介して基板上
に固体電解質二次電池が形成される。
型の不純物をドープした基板であってもよい。この場合
は拡散層を設けずに直接またはバリア層を介して基板上
に固体電解質二次電池が形成される。
【００４７】また、この発明は、固体電解質二次電池の
負極が半導体基板側であってもよい。
負極が半導体基板側であってもよい。
【００４８】
【発明の効果】請求項１と請求項２に記載の発明によれ
ば、固体電解質二次電池直下の半導体基板は固体電解質
二次電池の負極との電位差が固体電解質二次電池の負極
に対する正極との電位差と同じ、またはそれより大きい
電位差で固定できるため、発電要素から半導体基板にイ
オンが拡散されることを防ぐことができる。この半導体
装置によれば、発電要素から半導体基板へのイオンの拡
散が抑えられるため、半導体基板に形成されている集積
回路の誤動作が生じない、信頼性に優れた半導体装置を
提供することができる。
ば、固体電解質二次電池直下の半導体基板は固体電解質
二次電池の負極との電位差が固体電解質二次電池の負極
に対する正極との電位差と同じ、またはそれより大きい
電位差で固定できるため、発電要素から半導体基板にイ
オンが拡散されることを防ぐことができる。この半導体
装置によれば、発電要素から半導体基板へのイオンの拡
散が抑えられるため、半導体基板に形成されている集積
回路の誤動作が生じない、信頼性に優れた半導体装置を
提供することができる。
【００４９】請求項３に記載の発明によれば、固体電解
質二次電池を形成する正極活物質、固体電解質、負極活
物質と半導体基板の境界部に正極集電体の金属バリア層
が設けられるため、後述の請求項６から請求項９の特徴
と同様に発電要素から半導体基板にイオンが拡散される
ことを防ぐことができる。更に、固体電解質二次電池直
下の半導体基板は固体電解質二次電池の負極との電位差
が固体電解質二次電池の負極に対する正極の電位差と同
じか、またはそれより大きい電位差で固定できるため、
発電要素から半導体基板にイオンが拡散されることを防
ぐことができ、半導体基板に形成されている集積回路の
誤動作が生じない信頼性の高い半導体装置を提供でき
る。
質二次電池を形成する正極活物質、固体電解質、負極活
物質と半導体基板の境界部に正極集電体の金属バリア層
が設けられるため、後述の請求項６から請求項９の特徴
と同様に発電要素から半導体基板にイオンが拡散される
ことを防ぐことができる。更に、固体電解質二次電池直
下の半導体基板は固体電解質二次電池の負極との電位差
が固体電解質二次電池の負極に対する正極の電位差と同
じか、またはそれより大きい電位差で固定できるため、
発電要素から半導体基板にイオンが拡散されることを防
ぐことができ、半導体基板に形成されている集積回路の
誤動作が生じない信頼性の高い半導体装置を提供でき
る。
【００５０】請求項４と請求項５に記載の発明によれ
ば、固体電解質二次電池の放電時に負極からデインター
カレーションしたイオンが半導体基板に拡散することを
抑えることができるため、半導体基板に形成されている
集積回路の誤動作が生じない半導体装置を提供できる。
ば、固体電解質二次電池の放電時に負極からデインター
カレーションしたイオンが半導体基板に拡散することを
抑えることができるため、半導体基板に形成されている
集積回路の誤動作が生じない半導体装置を提供できる。
【００５１】請求項６から請求項９に記載の発明によれ
ば、固体電解質二次電池と半導体基板の境界部にバリア
層が設けられているため、発電要素から半導体基板にイ
オンが拡散されることを防ぐことができる。更に、固体
電解質二次電池の直下部の半導体基板は固体電解質二次
電池の負極との電位差が固体電解質二次電池の負極に対
する正極の電位差と同じか、またはそれより大きい電位
差で固定できるため、発電要素から半導体基板にイオン
が拡散されることを防ぐことができ、半導体基板に形成
されている集積回路の誤動作が生じない信頼性の高い半
導体装置を提供できる。
ば、固体電解質二次電池と半導体基板の境界部にバリア
層が設けられているため、発電要素から半導体基板にイ
オンが拡散されることを防ぐことができる。更に、固体
電解質二次電池の直下部の半導体基板は固体電解質二次
電池の負極との電位差が固体電解質二次電池の負極に対
する正極の電位差と同じか、またはそれより大きい電位
差で固定できるため、発電要素から半導体基板にイオン
が拡散されることを防ぐことができ、半導体基板に形成
されている集積回路の誤動作が生じない信頼性の高い半
導体装置を提供できる。
【００５２】請求項１０に記載の発明によれば、固体電
解質二次電池を形成する際にズレが生じても例えば５価
元素のＮ型拡散層領域から固体電解質二次電池がはみ出
すことが無く発電要素から半導体基板にイオンが拡散さ
れることを防ぐことができ、信頼性の高い半導体装置を
提供できる。
解質二次電池を形成する際にズレが生じても例えば５価
元素のＮ型拡散層領域から固体電解質二次電池がはみ出
すことが無く発電要素から半導体基板にイオンが拡散さ
れることを防ぐことができ、信頼性の高い半導体装置を
提供できる。
【図１】本発明の一実施の形態の電池の製造プロセスを
示し、Ｎ型拡散層の形成までの断面図である。
示し、Ｎ型拡散層の形成までの断面図である。
【図２】図１に続き、さらに電池を形成する製造プロセ
スの断面図である
スの断面図である
【図３】本発明の一実施の形態における電池の放電時の
イオンの動きを示す図２（４）の拡大図である。
イオンの動きを示す図２（４）の拡大図である。
【図４】電池の負電極を基板側に配置した場合の電池の
放電時のイオンの動きを示す断面図である。
放電時のイオンの動きを示す断面図である。
ａ 半導体基板
ｂ フォトレジスト膜
ｃ シリコン酸化膜
ｄ マスク
ｅ 短波長光線
ｆ イオン注入
ｇ Ｎ型拡散層
ｈ ポリイミド膜
ｉ 正極集電体
ｋ Ｎ型拡散層電位取りだし端子
ｍ 正極活物質
ｎ 固体電解質
ｏ 負極活物質
ｐ 負極集電体
ｒ 表面保護膜
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 伊藤 修二
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器
産業株式会社内
(72)発明者 岩本 和也
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器
産業株式会社内
(72)発明者 樋口 洋
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器
産業株式会社内
(72)発明者 宇賀治 正弥
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器
産業株式会社内
(72)発明者 柴野 靖幸
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器
産業株式会社内
Ｆターム(参考） 5F038 BB10 EZ20
5H017 AA04 AS01 AS10 BB01 BB08
BB16 CC01 DD03 EE01 HH04
5H029 AJ12 AK02 AK03 AK05 AL03
AL11 AL12 AM11 BJ04 BJ12
CJ02 CJ15 CJ22 CJ24 DJ07
DJ17 EJ01 HJ07
Claims (10)
- 【請求項１】 半導体基板の上に固体電解質二次電池が
形成された半導体装置であって、前記固体電解質二次電
池直下の半導体基板が、Ｎ型の不純物をドープした基板
であること、またはＮ型の不純物をドープした拡散層を
有することを特徴とする半導体装置。 - 【請求項２】 Ｎ型の不純物をドープした半導体基板、
またはＮ型の不純物をドープした拡散層は、固体電解質
二次電池の負極に対するそれらの電位差が前記固体電解
質二次電池の負極に対する正極の電位差と同じか、ある
いはそれ以上の電位差となっている請求項１記載の半導
体装置。 - 【請求項３】 固体電解質二次電池の正極集電体の金属
膜のサイズが、その上に形成される正極活物質と固体電
解質と負極活物質と負極集電体の積層膜よりも大きい請
求項１記載の半導体装置。 - 【請求項４】 固体電解質二次電池の正極が半導体基板
側である請求項１記載の半導体装置。 - 【請求項５】 固体電解質二次電池の正極が半導体基板
側である請求項２記載の半導体装置。 - 【請求項６】 半導体基板の上に固体電解質二次電池が
形成された半導体装置であって、前記半導体基板と前記
固体電解質二次電池の接する部分にバリア層を有し、前
記固体電解質二次電池の直下の半導体基板が、Ｎ型の不
純物をドープした半導体基板であること、またはＮ型の
不純物をドープした拡散層を有することを特徴とする半
導体装置。 - 【請求項７】 バリア層が無機化合物であり、チッ化ケ
イ素、および二酸化ケイ素から選択されたものである請
求項６記載の半導体装置。 - 【請求項８】 バリア層が有機化合物であり、ポリイミ
ド、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、およびフェノー
ル樹脂から選択されたものである請求項６記載の半導体
装置。 - 【請求項９】 バリア層が金属であり、白金，金，ニッ
ケル，銅，タングステン，モリブデン，およびこれらを
主体としてなる合金から選択されたものである請求項６
記載の半導体装置。 - 【請求項１０】 拡散層のサイズは、その上に形成する
固体電解質二次電池のサイズよりも大きく、前記拡散層
の領域内に前記固体電解質二次電池が形成されている請
求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請
求項６、請求項７、請求項８、請求項９記載の半導体装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001323358A JP3708474B2 (ja) | 2001-10-22 | 2001-10-22 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001323358A JP3708474B2 (ja) | 2001-10-22 | 2001-10-22 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003133420A true JP2003133420A (ja) | 2003-05-09 |
| JP3708474B2 JP3708474B2 (ja) | 2005-10-19 |
Family
ID=19140258
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001323358A Expired - Lifetime JP3708474B2 (ja) | 2001-10-22 | 2001-10-22 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3708474B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2009509289A (ja) * | 2005-06-15 | 2009-03-05 | インフィニット パワー ソリューションズ， インコーポレイテッド | 障壁層保護基板を有する電気化学装置 |
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| US8445130B2 (en) | 2002-08-09 | 2013-05-21 | Infinite Power Solutions, Inc. | Hybrid thin-film battery |
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-
2001
- 2001-10-22 JP JP2001323358A patent/JP3708474B2/ja not_active Expired - Lifetime
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