JP2004281593A

JP2004281593A - 固体薄膜二次電池を内蔵する半導体装置

Info

Publication number: JP2004281593A
Application number: JP2003069100A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Baba; 守馬場
Original assignee: Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2003-03-14
Filing date: 2003-03-14
Publication date: 2004-10-07
Anticipated expiration: 2023-03-14
Also published as: JP3989389B2

Abstract

【課題】近い将来のマイクロマシーニング、ナノマシーニングの到来時において、微細加工が可能な電子素子と一体型のマイクロ二次電池は不可欠な技術となる。従来技術は、回路素子やＩＣの基板の上に薄膜電池を搭載させたハイブリッド型ということが出来るもので、いずれも薄膜電池が半導体基板の上にモノリシックに作られたものではなかった。
【構成】半導体素子基板の表面改質により形成した多孔質膜を負極活物質とする固体薄膜二次電池を該基板上に形成することにより固体薄膜二次電池をモノリシックに内蔵させたことを特徴とする半導体装置。半導体素子基板に作り込んだ電子素子と固体薄膜二次電池がモノリシックに回路構成できる。多孔質膜は半導体素子基板のＳｉ結晶表面を表面改質して作製した多孔質シリコン膜か半導体素子基板のＳｉＣ結晶表面を表面改質して作製したカーボンナノチューブ膜とすることができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子基板の一部を負極活物質として用いて基板の上に固体薄膜二次電池を形成することにより固体薄膜二次電池をモノリシック（ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ）に内蔵させた半導体装置、さらに、これにより電子素子と固体薄膜二次電池がモノリシックに回路構成されている半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器を構成する個々の電子デバイスや半導体素子（例えば、ＩＣ：集積回路、ＬＳＩ：大規模集積回路など）への電力の供給は、現在、ＡＣ電源からの電子機器全体への集中型電力供給方式がとられている。すなわち、電力供給ラインに多くの個別電子デバイスが結線されている。これに代わる方式は、パソコンや携帯電話用電池パックの例のように、電源として電池を用いる電池方式であるが、この場合もＡＣ電源が電池に置き換わっただけで集中型電力供給方式であることには変わりがない。また、個別素子への複数の電池を用いた分散型電力供給方式があるが、この場合も、例えば、個々のＬＳＩに電力を供給する場合、ＬＳＩを搭載した機械的支持基板の上に電池を並置して搭載する方式であり、電力供給は基本的には外部結線でなされる。
【０００３】
近年の電子機器のダウンサイジングの急速な進展に対応して、半導体基板上に二次電池を直接形成して搭載する技術が開発されてきた（例えば、特許文献１〜６）。特許文献１、２記載の発明は、基本的に固体薄膜二次電池であり、この薄膜電池がＳｉ回路の絶縁層上に積層されて搭載され、あらためて金属部を介して回路素子に電源を供給しているものであり、薄膜電池の構成部である負極活物質及び集電体自身が半導体ウエハーの一部をなしているものではない。
【０００４】
特許文献３記載の発明も、同様に、薄膜電池がメモリチップのＳｉ_３Ｎ_４などのパッシベ−ション膜上に積層されて搭載された半導体メモリ用電源装置である。特許文献４記載の発明も、特許文献１記載の発明と同様で、固体薄膜二次電池の基板であるＳｉウェーハは単なる薄膜二次電池を搭載させる物理的基板に過ぎず、半導体的な特性をもつ必要はなく、Ｓｉウェーハ上にモノリシックに作製された回路素子に電力を供給するために、Ｓｉウェーハを物理的基板として借用したものと言える。特許文献５記載の発明も、回路素子（ＩＣであろうが個別回路素子であろうが）が搭載されている同じ基板に薄膜電池も搭載したものに過ぎない。特許文献６記載の発明は、基板と薄膜電池及びスーパーコンデンサーとの間には電気的あるいは半導体的な接触あるいは相互作用は全くない。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭５９−３１５７０号公報
【特許文献２】
特開平６−１５３４１２号公報
【特許文献３】
特開昭５９−２５５３１（特公平４−１０３０３）号公報
【特許文献４】
特開平１０−２８４１３０号公報
【特許文献５】
特開２００１−７６７１０号公報
【特許文献６】
特開２００１−３１３２３７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近い将来のマイクロマシーニング、ナノマシーニングの到来時において、微細加工が可能な電子素子と一体型のマイクロ二次電池は不可欠な技術となる。ハイブリッド（ｈｙｂｒｉｄ：混成型）ＩＣというのは、モノリシックＩＣのそばに個別（ｄｉｓｃｒｅｔｅ：ディスクリート）素子を搭載して混成させたものを意味するが、上記の特許文献１〜６に開示される従来技術は、回路素子やＩＣの基板の上に薄膜電池を搭載させたハイブリッド型ということが出来るもので、いずれも薄膜電池が半導体基板の上にモノリシックに作られたものではなかった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、固体薄膜二次電池を半導体基板にハイブリッドに搭載しただけの従来の半導体装置とは基本的に異なり、半導体素子基板それ自体の表面改質により半導体素子基板の表面の一部に形成した多孔質膜を負極活物質とする固体薄膜二次電池を形成することによって、固体薄膜二次電池をモノリシックに内蔵させた半導体装置を実現し、これにより電子素子と固体薄膜二次電池がモノリシックに回路構成されている半導体装置を提供するものである。
【０００８】
すなわち、本発明は、（１）半導体素子基板の表面改質により形成した多孔質膜を負極活物質とする固体薄膜二次電池を該基板上に形成することにより固体薄膜二次電池をモノリシックに内蔵させたことを特徴とする半導体装置、である。
また、本発明は、（２）半導体素子基板に作り込んだ電子素子と固体薄膜二次電池がモノリシックに回路構成されていることを特徴とする上記（１）の半導体装置、である。
また、本発明は、（３）多孔質膜が半導体素子基板のＳｉ結晶表面を表面改質して作製した多孔質シリコンであることを特徴とする上記（１）または（２）の半導体装置、である。
また、本発明は、（４）多孔質膜が半導体素子基板のＳｉ結晶表面に積層作製した多孔質シリコンであることを特徴とする上記（１）または（２）の半導体装置、である。
また、本発明は、（５）多孔質膜が半導体素子基板のＳｉＣ結晶表面を表面改質して作製したカーボンナノチューブであることを特徴とする上記（１）または（２）の半導体装置、である。
また、本発明は、（６）多孔質膜が半導体素子基板のＳｉＣ結晶表面に積層作製したカーボンナノチューブであることを特徴とする上記（１）または（２）の半導体装置、である。
また、本発明は、（７）フォトリソグラフィーによる半導体微細加工技術を用いて多孔質膜を負極活物質とする固体薄膜二次電池を所望の形状にパターニングしたことを特徴とする上記（１）ないし（６）のいずれかの半導体装置、である。
【０００９】
モノリシックＩＣ／ＬＳＩは、Ｓｉウェーハ（広くは半導体素子基板）の表面にいろいろな微細加工技術（リソグラフィー技術）を施して微小なダイオードやトランジスターを多数作成したものであり、表面から下方（内部）に向かって、モノリシックな微細加工技術として熱拡散やイオン打ち込み技術を駆使してＳｉウェーハの表面下の数ミクロンの領域の特性を部分的に改質（例えば、ｐ形やｎ形に改質してダイオードやトランジスターを形成）するものである。
【００１０】
本発明は、この部分的改質手段と同じく、リソグラフィー技術を用いて半導体素子基板それ自体の表面改質により「多孔質膜」を形成し、該多孔質膜を負極活物質層とする固体薄膜二次電池を該基板上に形成することによって固体薄膜二次電池を内蔵させ、さらに、この半導体素子基板に電子素子を作り込み、これらの電子素子と固体薄膜二次電池をモノリシックに回路構成した半導体装置を得るものである。
【００１１】
なお、本明細書において、半導体素子基板とは、ＳｉウエーハやＳｉＣウエハーなどの半導体単結晶基板で、（ａ）まだ、ＩＣ／ＬＳＩの作製前の基板と、（ｂ）すでに、ＩＣ／ＬＳＩを作製済みの基板の両者を指している。本発明においては、半導体素子基板の上にモノリシックに固体薄膜二次電池を作製するが、そのとき、二次電池と電子回路素子（ＩＣ／ＬＳＩ）のどちらを先に作り込むかはプロセス上の問題であり、適宜選択実施できる。
【００１２】
また、「多孔質シリコン」とは、陽極化成などによって作製されたスケルトン構造のシリコン結晶であり、ポーラスシリコン（ＰＳ）とも言われ、表面多孔質層は、数ナノメートルから１０数ナノメートルの直径をもつ多数の物理的細孔と微小径の結晶質シリコンから構成されたいわゆる結晶性スケルトン（骨格状）構造をなす特異なシリコン結晶であることが知られている（例えば、岩波「理化学辞典」第５版、岩波書店）。
【００１３】
陽極化成で結晶シリコンのかなりの部分が溶け去り、その際、結晶表面から垂直方向に（円）筒状に多数の孔が開く。その結果、残った構造は孔だらけのスケルトン構造となり、残った骨格の部分は単結晶構造を維持することになる。
なお、従来、非晶質シリコンや微晶質シリコン薄膜を集電体上に被覆して負極活物質とすること（例えば、特開２００２−８３５９４号公報、特開２００２−３１３３１９号公報）や球状半導体においてシリコン−リチウム合金層を負極活物質とすること（例えば、特開２００３−４６０７７号公報）が知られているが、「多孔質シリコン」はこれらと異なる物質である。
【００１４】
半導体材料からなる「多孔質膜」の作製に際しては、ＳｉやＳｉＣの単結晶基板（ウエハー）を、前者のＳｉでは、例えば陽極化成という手法を用いてＳｉ原子を基板表面から選択的に溶かし去って表面領域を孔だらけにして、数ナノメートルから１０数ナノメートルの直径の多数の孔を持つ、いわゆるポーラスシリコン層を形成し、後者のＳｉＣでは、高温熱処理という手法を用いて、Ｓｉ原子を基板表面から選択的に除去して表面領域を孔だらけにして、いわゆるカーボンナノチューブ層を形成して、それらを薄膜二次電池の負極活物質とする。
【００１５】
本発明における固体薄膜二次電池を内蔵させた半導体装置においては、該電池から素子基板に作り込んだ電子素子への電力供給は外部結線を経ないで、ＬＳＩにおける他の電子素子と同様に内部結線によるモノリシックな配線が可能である。
【００１６】
よって、ＳｉやＳｉＣ単結晶基板上にモノリシックに全固体薄膜二次電池を電子素子と一体型で製造が可能となり、個々の素子は電源（電池）内蔵形電子素子と見ることができる。その結果、各種電子素子や電子回路の安定性や信頼性、さらに利便性は格段に向上する。例えば、将来の飲み込み型体内医療検査ボールないしカプセルや、物品管理などに威力を発揮するＲＦ−ＩＣチップなどへの応用が期待できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の多孔質シリコンを負極活物質とする固体薄膜二次電池を内蔵させた半導体装置の固体薄膜二次電池部分の一形態を示す概念図である。多孔質シリコンは従来発光素子などとして用いることが知られており、その形成方法自体は公知である。
【００１８】
本発明の半導体装置を作製するには、まず、半導体素子基板となるＳｉ結晶基板１を対象として、その二次電池を形成したい一部の表面を、例えば、陽極化成法（例えば、特開平４−３５６９７７号公報、特開平５−３７０００号公報、特開平８−３３５７１３号公報などに開示されているようにその方法自体は公知である）や導電性探針を用いた電気分解法（例えば、特開平５−２３４９８３号公報に開示されているようにその方法自体は公知である）などにより改質して「多孔質シリコン」層２を形成する。
【００１９】
多孔度を制御した膜からなる「多孔質シリコン」層２を負極活物質として用いることにより、構造的にミクロな多孔質層がリチウムイオンの有効な収容層となり、また、同時にリチウムイオンの脱挿入の容易さにより効率のよい二次電池動作を実現する。
【００２０】
シリコン素子基板表面に陽極化成によってスケルトン構造をつくる場合は、もともとの結晶表面から下方に向かって、スケルトン構造が掘り込まれるようにして化成が進んで膜が形成されることになるので、シリコン素子基板の結晶面の上に多孔質シリコン層が載せられる構造とは異なる。
【００２１】
この多孔質シリコン層２からなる負極活物質上に、固体電解質３と正極活物質４を積層して、集電極５を正極とし、Ｓｉ結晶１を負極としてリチウムイオン二次電池を構成したとき、上記のような構造を有する多孔質シリコン層２は、リチウムイオンＬｉ^＋の脱・挿入を可能として、かつリチウムイオン二次電池の負極活物質として有効に働く。
【００２２】
Ｓｉ結晶基板１の背面に形成したドープ濃度の高い高ドープ層６は、Ｓｉ結晶とリード線金属との接触界面で、半導体及び金属の仕事関数の違いになどよってオーム性接触（電流が双方向に自由に流れる状態）が維持できない場合、界面のＳｉ領域に適当な不純物原子（異種原子）をドープして界面の障壁を下げ、界面抵抗を小さくしてオーム性接触を実現するための層である。
【００２３】
例えば、ｐ形Ｓｉウェーハの場合は、Ａｌなどの元素周期表のＩＩＩ族元素がその目的に合っており、特に、ＳｉとＡｌの合金層（ハイドープ層）はｐ形の強い領域という意味でｐ^＋層と表記され、金属に近い電気伝導を示す。なお、ｎ形Ｓｉウェーハの場合は、Ｖ族元素をドーピングしてｎ^＋層を作る必要があるが、これらの技術はＩＣやＬＳＩなどの電子素子製造においては基本技術の一つである。
【００２４】
二次電池の負極側電極の取り出し方に関しては、多孔質シリコン層２の場合、Ｓｉ素子基板１の背面の高ドープ領域（ｐ型Ｓｉの場合はアクセプター不純物の高濃度添加、また、ｎ型Ｓｉの場合はドナー不純物の高濃度添加）から直接負極を取り出す。なお、多孔質シリコン層２から直接負極を取り出してもよい。
【００２５】
図２は、本発明のカーボンナノチューブを負極活物質とする固体薄膜二次電池を内蔵させた半導体装置の固体薄膜二次電池部分の一形態を示す概念図である。素子基板となるＳｉＣ結晶表面を高温熱処理法により改質してカーボンナノチューブ層２を形成する。このようなカーボンナノチューブ層の形成方法自体は公知である（例えば、特開２０００−１０９３０８号公報や本発明者らが発表した「ＳｉＣによるカーボンナノチューブ薄膜の作製と評価」岩手県工業技術センター研究報告、第９号、２００２年、参照）。
【００２６】
すなわち、ＳｉＣはＣとＳｉが交互に配列した単結晶であるが、このウエハーを真空中で加熱すると、雰囲気中の微量なＯ_２がＳｉＣのＳｉ原子と結びつき、揮発性のＳｉＯとなってＳｉ原子が素子基板から除去される。残されたＣ原子は構造を再構成してカーボンナノチューブに成長し、表面にカーボンナノチューブ薄膜が形成される。
【００２７】
図３は、高温熱処理前のＳｉＣと１時間熱処理後のＳｉＣのラマン散乱スペクトルを示すグラフである。熱処理前のＳｉＣでは、７７０ｃｍ^−１の強いピークと、１０１０ｃｍ^−１、１５３０ｃｍ^−１、１７２０ｃｍ^−１の弱いピークが見られる。このＳｉＣを熱処理すると各ピークは減退し、１５６０ｃｍ^−１と１５９０ｃｍ^−１に新しいピーク（Ｇバンド）が観測された。この結果は報告されている単層ナノチューブによる実験結果と一致する。一方、１３７０ｃｍ^−１付近にわずかな散乱光が観測されている。これはグラファイトにおけるピーク（Ｄバンド）であり、緒晶格子の乱れに由来すると考えられている。
【００２８】
本試料では、Ｄバンドの散乱強度はきわめて弱いため、表面のカーボンナノチューブ薄膜は非常に高い結晶性をもっていると推測される。このとき、表面多孔質層は、数ナノメートルオーダーの直径をもつ炭素原子からのみなる多数のチューブがＳｉＣ結晶基板１に対して垂直方向に配向した構造をなす。この上に、固体電解質３と正極活物質４を積層して、集電極５を正極とし、ＳｉＣ結晶基板１を負極としてリチウムイオン二次電池を構成したとき、上記のような構造を有するカーボンナノチューブ層２は、リチウムイオン（Ｌｉ^＋）の脱・挿入を可能として、かつリチウムイオン二次電池の負極活物質として有効に働く。
【００２９】
二次電池の負極側電極の取り出し方に関して、カーボンナノチューブ層２はもともと導電性をもっており、この層（膜）から直接負極を取り出す。なお、ＳｉＣ結晶基板１の背面の高ドープ層６からの電極取り出しも可能である。
【００３０】
本発明における固体薄膜二次電池を内蔵した半導体装置においては、以上の特性から、ＬＳＩにおける他の電子素子と同様に、個々の薄膜二次電池がどの電子素子または電子素子群あるいは回路ブロックに電力供給するのか、フォトリソグラフィーによる半導体微細加工技術を用いて、予め用意された設計図に沿って所望の形状にパターニングすることにより、同一半導体チップ上に作製することが可能である。
【００３１】
通常のＩＣ／ＬＳＩチップにはメモリ回路や論理回路などが集積されているだけである。図４には、従来のＩＣ／ＬＳＩチップの概念図を示している。通常、図４の（Ａ）に示すように、モールド１６上にＩＣ／ＬＳＩチップ１１を搭載し、ピン１７を介して外部電源に接続する。図４の（Ｂ）は、モールド１６上に固体薄膜二次電池１４を搭載した例であり、二次電池１４とピン１７を外部結線１８で接続する。
【００３２】
図５及び図６には、本発明のモノリシック二次電池内蔵型半導体素子基板のＩＣ／ＬＳＩチップの概念図を示している。図５の（Ａ）は、ＩＣチップ１１にモノリシックに形成した固体薄膜二次電池を内部結線によりＩＣ／ＬＳＩ部に接続したケースを示す、図５の（Ｂ）は、外部結線１８で接続したケースを示している。本発明の半導体装置においては、図５の（Ｂ）に示すように、外部結線ももちろん可能であるが、この場合は、モノリシック方式のメリットは大幅に失われることになる。
【００３３】
図６は、図５の（Ａ）におけるＩＣ／ＬＳＩチップ１１を拡大して示す平面図である。図６に示すように、ＩＣ／ＬＳＩチップ１１上に、主としてメモリ回路部１２に電力を供給するためのモノリシック二次電池群１４Ａ及び、主として論理回路部１３に電力を供給するためのモノリシック二次電池群１４Ｂが回路群と一緒に集積されている。両者は、それぞれ複数の内部結線１５Ａ、１５Ｂにより電気的に接続することができる。
【００３４】
例えば、多孔質シリコンを負極活物質とする固体薄膜二次電池の場合、陽極側（例えば、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４活物質）の集電極からのリード線の取り出し法は、ＬＳＩの代表的な素子の一つであるＭＯＳ−ＦＥＴにおけるドレーン電極及びソース電極からのビアホールを介したリード線の取り出し法と同じ手法を用いることが出来る。一方、陰極側（多孔質シリコン層）の集電極としてはＳｉ素子基板の背面電極（オーミック接触電極）を用いることが出来る。
【００３５】
これら多数の固体薄膜二次電池群は、個々の回路の消費電力の大小によって最適に設計され、集積回路と同様なフォトリソグラフィーなどの微細加工技術によって製作される。通常これらのモノリシック固体薄膜二次電池群は回路群のバックアップ電源として機能するが、特定の二次電池群と特定の機能を持つ回路群や駆動電圧を必要とする回路群との組み合わせから、最終的には１電子素子対１電池として機能する。
【００３６】
【実施例】
（実施例１）
電子素子を形成するための半導体素子基板として、比抵抗４〜７（Ω・ｃｍ）のｐ型Ｓｉウェハーを１．５×１．５（ｃｍ^２）に切り出した。このＳｉウェハーの裏面（粗面研磨）に集電極としてＡｌを蒸着、次に、ＳｉとＡｌの間にオーミックコンタクトを得るため１〜２×１０^−５Ｔｏｒｒの真空中で５８０℃、８分間の熱処理を行った。その後、Ｓｉ結晶表面のみがフッ化水素（ＨＦ）溶液に触れて改質されるようにＡｌ面に耐酸性のワックスで絶縁を施し、ＨＦ（４０ｗｔ％）：エタノール（９９．５ｗｔ％）＝１：１混合溶液中で暗所にて陽極化成し多孔質シリコン（ＰＳ）層を形成した。
【００３７】
このＰＳ上に、ＲＦマグネトロンスパッタ装置を用いて、Ｌｉ_３ＰＯ_４からなる固体電解質層とＬｉＭｎ_２Ｏ_４からなる正極活物質層を積層した。最後にＤＣマグネトロンスパッタで集電極としてＶ（バナジウム）を積層してリチウムイオン二次電池を構成した。スパッタ条件は下記のとおりである。
Ｌｉ_３ＰＯ_４：ＲＦ１００Ｗ，２０ｍＴｏｒｒ（Ｎ_２），１，０００ｎｍ厚
ＬｉＭｎ_２Ｏ_４：ＲＦ１００Ｗ，２０ｍＴｏｒｒ（Ａｒ），８００ｎｍ厚
Ｖ：ＤＣ０．６Ａ，２０ｍＴｏｒｒ（Ａｒ），２００ｎｍ厚
リチウムイオン二次電池を構成した後にＳｉウェーハ基板の背面の高ドープ領域から直接負極を取り出した。
【００３８】
図７は、半導体素子基板上にモノリシックに形成した固体薄膜二次電池の放電時間と開放端子電圧の関係を示す充放電特性（有効動作面積０．６４ｃｍ^２）のグラフである。５０回を越える充放電曲線が重ねられているが、それらの充放電曲線はほぼ同一の軌跡を描いていること、また放電容量も約７ｕＡＨ／ｃｍ^２の値を示していることから、良好な充放電特性が確認された。
【００３９】
また、図８は、この固体薄膜二次電池のサイクル数と放電容量の関係を示すサイクル特性のグラフである。放電容量が最初の１，２回目を除けば、サイクル数に対してほとんど一定の値を示し、更に幾分増加の傾向さえも見てとれる。このような良好なサイクル特性は固体薄膜二次電池の特徴の一つであり、またモノリシックな作製法で半導体素子基板の上に作り込まれた固体薄膜二次電池では最初の特性報告である。
【００４０】
（実施例２）
電子素子を形成するための半導体素子基板として、表面が炭素で終端された５ｍｍ×５ｍｍのｎ形４Ｈ−ＳｉＣ（０００１）を用意した。このＳｉＣ結晶表面を雰囲気式電気炉により、１×１０^−２Ｔｏｒｒ，１５００℃で１時間熱処理して表面改質してカーボンナノチューブ層を形成した。
【００４１】
このカーボンナノチューブ層上に、実施例１と同条件で、Ｌｉ_３ＰＯ_４からなる固体電解質層とＬｉＭｎ_２Ｏ_４からなる正極活物質層を積層してリチウムイオン二次電池を構成した。カーボンナノチューブ層（膜）はもともと導電性を持っており、この層（膜）から直接負極を取り出した。
【００４２】
図９は、半導体素子基板上にモノリシックに形成した固体薄膜二次電池の充放電時間と開放端子電圧の関係を示す充放電特性（有効動作面積０．３６ｃｍ^２）のグラフである。約４０回の充放電曲線が重ねられているが、それらの充放電曲線はほぼ同一の軌跡を描いており、良好な充放電特性が確認された。
【００４３】
また、図１０は、この固体薄膜二次電池のサイクル数と放電時間の関係を示すサイクル特性のグラフである。放電容量が最初の１，２回目を除けば、サイクル数に対してほとんど一定の値を示し、更に幾分増加の傾向さえもみてとれる。このような良好なサイクル特性は固体薄膜二次電池の特徴の一つであり、またモノリシックな作製法で半導体素子基板の上に作り込まれた固体薄膜二次電池では、前述した多孔質シリコン負極電池の場合とともに最初の特性報告である。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の固体薄膜二次電池を内蔵させた半導体装置は、半導体素子基板上に固体薄膜二次電池を従来例のようにハイブリッドではなく、モノリシックに形成したものであり、半導体装置の分散電源に好適であり、その他ＩＣカードなどの電源として有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の多孔質シリコンを負極活物質とする固体薄膜二次電池を内蔵させた半導体装置の固体薄膜二次電池部分の一形態を示す概念図である。
【図２】図２は、本発明のカーボンナノチューブを負極活物質とする固体薄膜二次電池を内蔵させた半導体装置の固体薄膜二次電池部分の一形態を示す概念図である。
【図３】図３は、ＳｉＣ表面の熱処理前後のラマン散乱スペクトルを示すグラフである。
【図４】図４の（Ａ）及び（Ｂ）は、従来のＩＣ／ＬＳＩチップの概念図である。
【図５】図５の（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明のモノリシック二次電池内蔵型半導体素子基板のＩＣ／ＬＳＩチップの概念図を示している。
【図６】図６は、図５の（Ａ）におけるＩＣ／ＬＳＩチップを拡大して示す平面図である。
【図７】図７は、実施例１の半導体素子基板上にモノリシックに形成した固体薄膜二次電池の充放電特性のグラフである。
【図８】図８は、実施例１の半導体素子基板上にモノリシックに形成した固体薄膜二次電池のサイクル特性のグラフである。
【図９】図９は、実施例２の半導体素子基板上にモノリシックに形成した固体薄膜二次電池の充放電特性のグラフである。
【図１０】図１０は、実施例２の半導体素子基板上にモノリシックに形成した固体薄膜二次電池のサイクル特性のグラフである。

Claims

半導体素子基板の表面改質により形成した多孔質膜を負極活物質とする固体薄膜二次電池を該基板上に形成することにより固体薄膜二次電池をモノリシックに内蔵させたことを特徴とする半導体装置。
半導体素子基板に作り込んだ電子素子と固体薄膜二次電池がモノリシックに回路構成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
多孔質膜が半導体素子基板のＳｉ結晶表面を表面改質して作製した多孔質シリコンであることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置。
多孔質膜が半導体素子基板のＳｉ結晶表面に積層作製した多孔質シリコンであることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置。
多孔質膜が半導体素子基板のＳｉＣ結晶表面を表面改質して作製したカーボンナノチューブであることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置。
多孔質膜が半導体素子基板のＳｉＣ結晶表面に積層作製したカーボンナノチューブであることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置。
フォトリソグラフィーによる半導体微細加工技術を用いて多孔質膜を負極活物質とする固体薄膜二次電池を所望の形状にパターニングしたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の半導体装置。