(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェーハ（４０２）と、
少なくとも１つの電子デバイス（４１０）を含み前記半導体ウェーハ上に形成された電子デバイス層（９００）と、
第１の導電性メタライゼーション（４３２、４４２）および第２の導電性メタライゼーション（４４４、４３４）を備え前記電子デバイス層上に形成された複数の配線レベル（９０１、・・・、９００＋Ｎ）と、
前記配線レベル内に形成された少なくとも１つのＵ型電池（３８、３９）であって、Ｕ字形状電解質層と、前記Ｕ字形状電解質層の外側で前記Ｕ字形状電解質層に接触する第１の導電材料の第１の電極と、前記Ｕ字形状電解質層の内側で前記Ｕ字形状電解質層に接触する第２の導電材料の第２の電極とから成る前記Ｕ型電池と、
を備え、
前記第１の導電性メタライゼーションが前記少なくとも１つのＵ型電池の前記第１の電極を前記少なくとも１つの電子デバイスに導電的に接続させ、前記第２の導電性メタライゼーションが前記Ｕ型電池の前記第２の電極を前記少なくとも１つの電子デバイスに導電的に接続させている、
集積回路。
【請求項２】
前記配線レベルおよび前記少なくとも１つのＵ型電池が前記集積回路のＢＥＯＬ（Back-End-Of-Line）統合中に形成されている、請求項１に記載の集積回路。
【請求項３】
前記少なくとも１つのＵ型電池が直列接続された複数の電池のうちの１つである、請求項１に記載の集積回路。
【請求項４】
前記少なくとも１つのＵ型電池が並列接続された複数の電池のうちの１つである、請求項１に記載の集積回路。
【請求項５】
前記第１の導電性メタライゼーションが前記第１の電極に導電的に接触している第１の導体を備えており、
前記第２の導電性メタライゼーションが前記第２の電極に導電的に接触している第２の導体を備えており、
前記第１の導体および前記第２の導体の双方が前記電池を形成している前記配線レベルの外部に存在する、
請求項１に記載の集積回路。
【請求項６】
前記少なくとも１つのＵ型電池が、リチウム、リチウム化酸化バナジウム（Ｌｉ8 Ｖ2 Ｏ5 ）、ＡｇＩ、Ａｇ、およびＺｎから成る群から選択されたアノード材料と、Ｖ2 Ｏ5 、ＬｉＭｎ2 Ｏ4 、ＬｉＣｏＯ2 、Ｓｎ、Ｐｂ、およびＡｇから成る群から選択されたカソード材料と、リチウム・リン・オキシナイトライドから成る前記Ｕ字形状電解質層とを含んでいる、請求項１〜５のうちの１項に記載の集積回路。
【請求項７】
半導体ウェーハ（４０２）を準備する工程と、
前記半導体ウェーハ上に少なくとも１つの電子デバイスを含む電子デバイス層（９００）を形成する工程と、
前記電子デバイス層上に複数の配線レベル（９０１、・・・、９００＋Ｎ）を形成する工程と、
前記複数の配線レベル内に第１の導電性メタライゼーション（４３２、４４２）および第２の導電性メタライゼーション（４３４、４４４）を形成する工程と、
前記配線レベルに、露出した絶縁層を形成し、前記絶縁層中に、露出した第１の導電材料の層を形成する工程と、
前記露出した第１の導電材料の層および前記露出した絶縁層の上にレベル間誘電体（ＩＬＤ）層を形成する工程と、
前記ＩＬＤ層の一部を除去することにより、前記ＩＬＤ層内に、前記第１の導電材料の層の一部分を露出させる第１のトレンチを形成する工程と、
前記ＩＬＤ層および前記第１のトレンチの側壁の上、ならびに前記第１の導電材料の層上の前記第１のトレンチの内に電解質層を下地形状に忠実に堆積し、前記電解質層で画定された第２のトレンチを形成する工程と、
前記第２のトレンチ内および前記電解質層上に第２の導電材料をこの第２の導電材料が前記第２のトレンチを過充填するように堆積する工程と、
前記電解質層および前記第２の導電材料の表面部分を研磨除去して前記電解質層および前記第２の導電材料の平坦化した表面を得たのち、前記第１の導電材料の層を第１の電極とし、前記電解質層を電解質とし、前記第２の導電材料を第２の電極とするＵ型電池を形成する工程と、
を備え、
前記第１の導電性メタライゼーションが前記Ｕ型電池の前記第１の電極を前記少なくとも１つの電子デバイスに導電的に接続させ、前記第２の導電性メタライゼーションが前記Ｕ型電池の前記第２の電極を前記少なくとも１つの電子デバイスに導電的に接続させている、
集積回路を形成する方法。
【請求項８】
前記露出した第１の導電材料の層および前記露出した絶縁層の上にＩＬＤ層を形成する工程が、
前記露出した第１の導電材料の層および前記露出した絶縁層の上にエッチ・ストップ層を形成し、このエッチ・ストップ層上に前記ＩＬＤ層を形成する工程を備え、
前記ＩＬＤ層内に第１のトレンチを形成する工程が、さらに、
前記エッチ・ストップ層の一部を除去して前記第１の導電材料の層の前記部分を露出させる工程を備えている、
請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第１のトレンチを形成する工程のあとに、さらに、前記ＩＬＤ層上、前記第１のトレンチの側壁上、および前記第１の導電材料の層の前記露出した部分上に導電性の拡散障壁膜を下地形状に忠実に堆積する工程を備え、
前記下地形状に忠実に電解質層を堆積する工程が、前記拡散障壁膜上に前記電解質層を堆積する工程を含んでいる、
請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１のトレンチを形成する工程のあとに、さらに、前記ＩＬＤ層上、前記第１のトレンチの側壁上、および前記第１の導電材料の層の前記露出した部分上に拡散障壁膜を堆積する工程と、前記第１の導電材料の層の前記露出した部分上に存在する前記拡散障壁膜を除去する工程とを備え、
前記下地形状に忠実に電解質層を堆積する工程が、前記拡散障壁膜上、および前記第１の導電材料の層上の前記第１のトレンチ内に前記電解質層を堆積する工程を含んでいる、
請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の導電性メタライゼーションおよび前記第２の導電性メタライゼーションを形成する工程が、
平坦化した表面に複合ＩＬＤ層を形成する工程と、
前記複合ＩＬＤ層内に複合トレンチを形成して前記第２の導電材料の一部を露出させる工程と、
前記複合トレンチを前記第２の導電材料と導電的に接続する第３の導電材料で過充填する工程と、
前記第３の導電材料の表面部分を研磨除去して前記第３の導電材料の表面を平坦化し、前記第３の導電材料から成る導電性コンタクトを形成する工程とを備え、
前記第１の導電性メタライゼーションまたは前記第２の導電性メタライゼーションが前記導電性コンタクトを含んでいる、
請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
前記Ｕ型電池を形成する工程が第１のＵ型電池を形成する工程を備え、
前記第１のＵ型電池を形成する工程、前記第１の導電性メタライゼーションを形成する工程、および前記第２の導電性メタライゼーションを形成する工程が、
前記配線レベルに露出した絶縁層を形成し、この絶縁層内に、露出した導電性プレートを形成する工程と、
前記露出した導電性プレートおよび前記露出した絶縁層の上にレベル間誘電体（ＩＬＤ）層を形成する工程と、
前記ＩＬＤ層の一部を除去することにより前記ＩＬＤ内に第１のトレンチを形成して、前記導電性プレートの一部分を露出させる工程と、
前記ＩＬＤ層上、前記第１のトレンチの側壁上、および前記導電性プレートの前記露出した部分上に第１の導電材料の層を下地形状に忠実に堆積して前記第１の導電材料の層によって画定された第２のトレンチを形成する工程と、
前記第１の導電材料の層上に電解質層を堆積して前記電解質層によって画定された第３のトレンチを形成する工程と、
前記第３のトレンチ内および前記電解質層上に第２の導電材料を堆積して前記第３のトレンチを第２の導電材料で過充填する工程と、
前記第２の導電材料、前記電解質層、および前記第１の導電材料の層の表面部分を研磨除去して前記第２の導電材料を含む平坦化表面を形成する工程と、
を備え、
前記第１の導電性メタライゼーションが前記導電性プレートを含み、
前記第２の導電性メタライゼーションが、前記第２の導電材料と導電的に接続する第３の導電材料から成る導電性コンタクトを含み、
前記第１の導電材料の層を第１の電極とし、前記電解質層を電解質とし、前記第２の導電材料を第２の電極として二重拡張部付きＵ型電池を形成する、
請求項７に記載の方法。
【請求項１３】
前記配線レベルに、露出した絶縁層を形成し、前記絶縁層内に、露出した導電性プレートを形成する工程が、
前記露出した導電性プレートおよび前記露出した絶縁層の上にエッチ・ストップ層を形成し、前記エッチ・ストップ層上に前記ＩＬＤ層を形成する工程を備え、
前記ＩＬＤ層内に第１のトレンチを形成する工程が、さらに、
前記エッチ・ストップ層の一部を除去して前記導電性プレートの前記部分を露出させる工程を備えている、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
少なくとも１つのＵ型電池を含む直列接続した複数の電池を形成する工程を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１５】
少なくとも１つのＵ型電池を含む並列接続した複数の電池を形成する工程を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１の導電性メタライゼーションを形成する工程が、前記第１の電極に導電的に接触している第１の導電性コンタクトを形成する工程を含み、
前記第２の導電性メタライゼーションを形成する工程が、前記第２の電極に導電的に接触している第２の導電性コンタクトを形成する工程を含み、
前記第１の導電性コンタクトおよび前記第２の導電性コンタクトが、前記電池を形成している前記配線レベルの外部に存在する、
請求項７に記載の方法。
【請求項１７】
前記Ｕ型電池を形成する工程が、
リチウム、リチウム化酸化バナジウム（Ｌｉ8 Ｖ2 Ｏ5 ）、ＡｇＩ、Ａｇ、およびＺｎから成る群から選択されたアノード材料で前記電池のアノードを形成する工程と、
Ｖ2 Ｏ5 、ＬｉＭｎ2 Ｏ4 、ＬｉＣｏＯ2 、Ｓｎ、Ｐｂ、およびＡｇから成る群から選択されたカソード材料で前記電池のカソードを形成する工程と、
を備え、
前記電池の電解質がリチウム・リン・オキシナイトライドを含んでいる、
請求項７〜１６のうちの１項に記載の方法。
【請求項１８】
電子デバイス層を形成する前記工程が、集積回路のＦＥＯＬ処理の間に前記電子デバイス層を形成する工程を含んでおり、
前記複数の配線レベルを形成する前記工程が、集積回路のＢＥＯＬ統合の間に前記配線レベルを形成する工程を含んでおり、
第１の導電性メタライゼーションおよび第２の導電性メタライゼーションを形成する前記工程が、集積回路のＢＥＯＬ統合の間に前記第１の導電性メタライゼーションおよび前記第２の導電性メタライゼーションを形成する工程を含んでおり、
Ｕ型電池を形成する前記工程が、集積回路のＢＥＯＬ統合の間に少なくとも１つの前記Ｕ型電池を形成する工程を含んでいる、
請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集積回路内に存在する小電流電子デバイスに電圧を供給する電池を当該集積回路内に実現する方法と構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路（半導体チップを含む）はバルクのシリコン基板に形成された電子デバイスと、これらの電子デバイスを導電的に（conductively）接続する金属配線パターンとを備え、電気回路を形成している。「伝導（conductive）」なる語およびその類似語は、ここでは断らないかぎり「電気的伝導（electrically conductive)」（＝導電）を意味する。電子デバイスには電界効果トランジスタ、バイポーラ・トランジスタ、ダイオードなどがある。金属配線パターンには導電性配線、金属めっきビア（バイア）などがある。集積回路では、金属配線パターンは多層構造をしている。この多層構造では、各層は誘電体材料などの絶縁材料中に埋め込まれた層内金属配線パターンを備えている。所定層の層内金属配線パターンは少なくとも１つの別の層の層内金属配線パターンに導電的に接続されているとともに、電子デバイスにも導電的に接続されている。
【０００３】
集積回路の電子デバイスはバイアス電圧と基準電圧を必要とする。これらは既存の電圧源すなわち標準の電圧源が供給している。既存の電圧源すなわち標準の電圧源には商取引によって容易に入手可能な電池などがある。非標準バイアス電圧と非標準基準電圧を必要とする特定の集積回路用途の場合、既存の電圧源すなわち標準の電圧源は不適切である。非標準バイアス電圧または非標準基準電圧とは、標準の電圧源が供給する電圧群に含まれていない任意の電圧のことである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特定の集積回路の特定の要件に従う非標準バイアス電圧と非標準基準電圧を供給する方法と構造体が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は集積回路内に次に示す構成要素を備えた電気化学構造体を実現するものである。すなわち、半導体ウェーハと、前記半導体ウェーハ上に形成された電子デバイス層と、前記電子デバイス層上に形成されたＮ（Ｎ＝１、２、３、・・・）個の配線レベルと、配線レベルＩ、Ｉ＋１、・・・、Ｋ（Ｉ＝１、２、・・・、Ｎ、Ｋ＝Ｉ、Ｉ＋１、・・・、Ｎ）内に形成された少なくとも１つの電池とである。ただし、前記電子デバイス層は少なくとも１つの電子デバイスを備えている。Ｎは少なくとも１であり、Ｎ個の配線レベルは配線レベル１、配線レベル２、・・・、配線レベルＮを表わしている。Ｎ個の配線レベルは第１の導電性メタライゼーションと第２の導電性メタライゼーションを備えている。前記第１の導電性メタライゼーションは前記少なくとも１つの電池の第１の電極を前記少なくとも１つの電子デバイスに接続させている。前記第２の導電性メタライゼーションは前記少なくとも１つの電池の第２の電極を前記少なくとも１つの電子デバイスに接続させている。
【０００６】
本発明は集積回路内に電気化学構造体を形成する方法を提供する。前記方法は、半導体ウェーハを準備する工程と、前記半導体ウェーハ上に電子デバイス層を形成する工程と、前記電子デバイス層上にＮ（Ｎ＝１、２、３、・・・）個の配線レベルを形成する工程と、配線レベルＩ、Ｉ＋１、・・・、Ｋ（Ｉ＝１、２、・・・、Ｎ、Ｋ＝Ｉ、Ｉ＋１、・・・、Ｎ）内に少なくとも１つの電池を形成する工程とを備えている。ただし、前記電子デバイス層は少なくとも１つの電子デバイスを備えている。Ｎは少なくとも１であり、Ｎ個の配線レベルは配線レベル１、配線レベル２、・・・、配線レベルＮを表わしている。Ｎ個の配線レベルは第１の導電性メタライゼーションと第２の導電性メタライゼーションを備えている。前記第１の導電性メタライゼーションは前記少なくとも１つの電池の第１の電極を前記少なくとも１つの電子デバイスに接続させている。前記第２の導電性メタライゼーションは前記少なくとも１つの電池の第２の電極を前記少なくとも１つの電子デバイスに接続させている。
【０００７】
本発明によれば、特定の集積回路の特定の要件に従う非標準バイアス電圧と非標準基準電圧を供給することができる。また、本発明によれば、小電力の入力しか必要としない集積回路に電圧を供給する、余分の配線レベルや大きなサイズや大きな容積を必要とする外部電圧源を使用する必要がなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
集積回路はとりわけＦＥＯＬ（Front-End-Of-Line)処理とこれに続くＢＥＯＬ（Back-End-Of-Line）統合によって製造されている。ＦＥＯＬ処理は半導体ウェーハ上に電子デバイス層を形成する工程から成る。これには電子デバイスを画定する補助工程（たとえばフォトリソグラフィ、熱処理、イオン打ち込み、酸化など）が含まれる。半導体ウェーハにはとりわけ埋め込み酸化層を備えた（あるいは備えない）バルク結晶シリコン・ウェーハがある。電子デバイスにはとりわけトランジスタ、バイポーラ・トランジスタ、ダイオードなどがある。ＢＥＯＬ統合では、電子デバイス層の表面および上方に多層構造体を形成することにより、電子デバイスを互いに導電的に接続して完全な電気回路を形成する。多層構造体の各層は絶縁材料中に埋め込んだ導電性メタライゼーション（たとえば金属めっきしたビア、導電配線など）を備えた配線レベルと考えられる。（レベル（level)とは表面が平坦なもののことである。）したがってここでは、多層構造体の１つの層を「配線レベル」と呼ぶ。各配線レベルはとりわけ次の工程群によって形成する。すなわち、先行して形成した層上に誘電体材料の層を設ける工程と、誘電体材料中にトレンチまたはビアを形成する工程と、トレンチまたはビアの中（あるいはトレンチまたはビアの側壁上）に金属を充填する工程と、誘電体材料層の露出表面を研磨（すなわち平坦化）する工程である。配線レベルを形成する結果として、各配線レベル内の導電性メタライゼーションは、別の配線レベル内の導電性メタライゼーションと導電的に接続される。そして、ＢＥＯＬ統合の結果として、集積回路の完成した回路群が形成される。確言すると、ＢＥＯＬ統合はできるかぎり、半導体ウェーハ上に（または半導体ウェーハ内に、あるいは半導体ウェーハに接続して）最初のメタライゼーションを形成する最初の工程で開始する。たとえ電子デバイス層の形成が完了していなくとも、このようにする。
【０００９】
本発明は集積回路内の上述した多層構造体の配線レベルに（あるいは配線レベル上に）電池を形成する方法と構造体を提供する。本発明に係る電池はＢＥＯＬ統合の間に少なくとも１つの配線レベル内に形成する。多層構造体の配線レベルを余分に形成して電池を形成しうるようにしているが、状況によっては配線レベルを余分に形成しなくとも電池を形成することができる。そのような状況とは、導電メタライゼーションがまばらにしか存在しない配線レベルの一部に電池を設ける場合である。本発明に係る電池は少なくとも１つの電子デバイスの上方に直接に形成するか、少なくとも１つの電子デバイスの上方ではあるが当該電子デバイスから横方向にずらした位置に形成する。
【００１０】
図１は本発明の実施形態によるバルク半導体ウェーハ４０２、このバルク半導体ウェーハ４０２に接続された電子デバイス層９００、ＢＥＯＬ統合中に電子デバイス層９００上に形成されたＮ個の配線レベル、およびＢＥＯＬ統合中に形成された電池４２０を備えた集積回路４００を示す図である。Ｎ個の配線レベルは配線レベル９０１、・・・、９００＋Ｊ、・・・、９００＋Ｎとして表記してあり、電池４２０は配線レベル９００＋Ｊに存在する（ただし、２＜Ｊ＜Ｎ）。集積回路４００の製造はバルク半導体ウェーハ４０２（たとえば埋め込み酸化層を有する〔有さない〕バルク単結晶シリコン・ウェーハ）を準備する工程で開始する。次いで、ＦＥＯＬ処理において、当業者に知られた任意の方法でバルク半導体ウェーハ４０２上に電子デバイス層９００を形成する。電子デバイス層９００は半導体材料（たとえばｐ型シリコン）の背景中に複数の電子デバイスを備えているが、集積回路全体では数百万個以上の電子デバイスを備えている。電子デバイスにはとりわけ電界効果トランジスタ、バイポーラ・トランジスタ、ダイオードなどの半導体装置がある。説明を目的として、電子デバイス層９００は電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）４１０を備えている。ＦＥＴ４１０はソース／ドレイン４１１、ソース／ドレイン４１２、チャネル４１３、ゲート４１４、ゲート絶縁膜４１５、および絶縁性スペーサ４１８を備えている。
【００１１】
ＦＥＯＬ処理に続いてＢＥＯＬ統合を行う。ＢＥＯＬ統合では、Ｎ個の配線レベル（Ｎ≧１）を形成する。また、絶縁材料（たとえば誘電体材料）中に埋め込む導電性メタライゼーションを形成する工程も含まれる。導電性メタライゼーションには導電性配線、金属めっきビアなどがある。導電性メタライゼーションは電子デバイス層９００上の電子デバイス群を導電的に接続するように機能する。導電性メタライゼーションを表わす符号４３２は配線レベル９０１、・・・、９００＋Ｊ中の導電性メタライゼーションを表わしており、各配線レベル内のあらゆる種類の導電性メタライゼーション（たとえば導電性配線、金属めっきビアなど）を含んでいる。導電性メタライゼーションを表わす符号４３４は配線レベル９０１、・・・、９００＋Ｊ中の導電性メタライゼーションを表しており、各配線レベル内のあらゆる種類の導電性メタライゼーション（たとえば導電性配線、金属めっきビアなど）を含んでいる。電気導体４４２は一種の導電性メタライゼーションであり、配線レベル９００＋Ｊ−１中の導電性プレート、導電性プラグ、または同様の導電性閉塞空間を表わしている。電気導体４４４も一種の導電性メタライゼーションであり、配線レベル９００＋Ｊ＋１中の導電性プレート、導電性プラグ、または同様の導電性閉塞空間を表わしている。図示してないが、配線レベル９００＋Ｊ＋２、・・・、９００＋Ｎもあらゆる種類の導電性メタライゼーション（たとえば導電性配線、金属めっきビアなど）を備えている。
【００１２】
当業者に知られている任意の方法を用いて、電子デバイス層９００上に配線レベル９０１を形成し、配線レベル９００＋Ｉ−１上に配線レベル９００＋Ｉを形成する（ただしＩ＝２、３、・・・、Ｎ）。Ｎ個の配線レベルの各々はとりわけ次の工程群によって形成する。すなわち、先行して形成した配線レベル上に（あるいは配線レベル９０１を形成する場合には電子デバイス層９００上に）誘電体材料の層を設ける工程と、誘電体材料中にトレンチまたはビアを形成する工程と、トレンチまたはビアの中（あるいはトレンチまたはビアの側壁）に金属（たとえば銅）を充填する工程と、形成した配線レベルの露出表面を研磨（すなわち平坦化）する工程である。配線レベルを形成する工程によって、各配線レベルが別の配線レベルに、ＦＥＯＬ処理中に形成された少なくとも１つの電子デバイスに、および／または、集積回路４００の外部にある少なくとも１つの電子構造体または電気装置に導電的に接続される。（「Ａおよび／またはＢ」は「ＡおよびＢ、Ａ、またはＢ」を表わす。）以上のようにして、集積回路４００の完全な回路が形成される。
【００１３】
図２〜図７に付随する電池３８、図８〜図１３に付随する電池３９、または図１３に付随する電池１７０を形成する場合に後述するように、電池４２０はＪ番目の配線レベル中に形成する。電池４２０はＪ番目の配線レベルに関係して通常実行される別のプロセス（たとえばフォトリソグラフィを用いたビアの形成、ダマシン・プロセスによるメタライゼーションの付加など）と並行して形成する。電池４２０には導体４４２に導電的に接続された負端子４２２がある。電池４２０には導体４４４に導電的に接続された正端子４２４がある。電池４２０はＦＥＴ４１０に次の導電経路によって電圧を供給する。すなわち、正端子４２４−導体４４４−導電性メタライゼーション４３４−ＦＥＴ４１０のソース／ドレイン４１２から成る導電経路と、負端子４２２−導体４４２−導電性メタライゼーション４３２−ＦＥＴ４１０のソース／ドレイン４１１から成る導電経路とである。上述したように、電池４２０はＪ番目の配線レベルに存在する。ただし、Ｊは１≦Ｊ≦Ｎの範囲の任意の正整数を表わす。したがって、電池４２０は集積回路４００中の任意の配線レベルに形成することができる。あるいは、電池４２０は配線レベル９００＋Ｎの表面４４８に形成することもできる。一般に、電池４２０は配線レベル９００＋Ｉから９００＋Ｋ（Ｉは値１、２、・・・、Ｎのうちの任意の値であり、ＫはＩ、Ｉ＋１、・・・、Ｎのうちの任意の値である）までの範囲の配線レベルに存在しうる。また一般に、電池４２０は単一の電池、後述する図１５〜１７に例示するように直列接続された複数個の電池、または後述する図１８に例示するように並列接続された複数個の電池を表わしている。
【００１４】
図１に示す配線レベル構成は特定の例であり、多くの別の配線レベル構成が可能である。たとえば、図１の電池４２０は単一の配線レベル９００＋Ｊに設けられているが、電池４２０は複数の配線レベルに存在してもよい。具体的には、図１４の電池１７０は後述するように、第１の導電層１７２（これは電極である）、電解質１７４、および第２の導電層１７６（これも電極てある）を備えているが、各々は異なる配線レベルに存在している。あるいは、第１の導電層１７２、電解質１７４、および第２の導電層１７６は単一の配線レベルに存在していてもよい。同様に、導電性メタライゼーションは必要な配線レベルに設けることができる。上述した形態の配線レベルは説明と記述を目的としたものである。したがって、本発明はここに開示した精密な形で尽きているわけではないし、それに限定されもしない。多くの変更と変形が可能である。当業者に明らかなような変更は特許請求の範囲で定義されている本発明の範囲内である。
【００１５】
配線レベルの表現法上の制限をここにまとめておく。すなわち、電池また電池の一部（たとえば電池の電極）を含む配線レベルは電池の物理的範囲を符号４５０の方向に超えることはできない。したがって、図１において、単一の配線レベルは電池４２０と導体４４２の双方を含むことはできない。なぜなら、導体４４２は電池４２０の物理的範囲を超えている、すなわち導体４４２は電池４２０の正端子４２４と負端子４２２との間のスペースを占めていないからである。これに対して、電池４２０の正端子４２４と負端子４２２との間に複数配線レベルを定義することができる。なぜなら、そのような複数配線レベルの各配線レベルは電池４２０の物理的範囲を超えないからである。また、複数配線レベル内に電池を設けることができる点に留意されたい。たとえば、２配線レベル内に電池を設けることができる。この結果、２配線レベルの第１の配線レベルに電池の第１の電極を設け、２配線レベルの第２の配線レベルに電池の電解質と第２の電極を設けることができる。以上説明した配線レベルに関する表現法上の制限は、導電性メタライゼーションの配置と電池の配置との間の関係に対する本発明の特徴を明確にするのに役立つ。
【００１６】
電池４２０が設けられている配線レベル９００＋Ｊ（あるいは配線レベル９００＋Ｊ内の複数配線レベル〔このように定義されている場合〕）には、導体４４４と導体４４２の双方を配置することができない。しかし、電池４２０は９０度（すなわち符号４５０の方向から符号４５１の方向へ）回転させることができる。このような回転の結果、電池４２０の正端子と負端子を図１９に示すように位置させることができる。すなわち、電池４２０の正端子と負端子に接続した導体（たとえば導体４４４と導体４４２）が電池４２０が設けられているのと同じ配線レベル９００＋Ｊ（あるいは配線レベル９００＋Ｊ内の同じ複数配線レベル〔このように定義されている場合〕）に位置している。まとめとして、電池４２０が設けられている場所に対する導体４４４と導体４４２の配置について２つの可能性が本発明の範囲に含まれる。第１の可能性は、導体４４４と導体４４２の双方を電池４２０が設けられている配線レベルまたは複数配線レベルの外に配置するものである。第２の可能性は、導体４４４と導体４４２の双方を電池４２０が設けられている配線レベルまたは複数配線レベルの内に配置するものである。
【００１７】
ここで、図２０（ａ）、図２０（ｂ）、図２０（ｃ）、および図２１に示すように、電池の幾何学的形状をいくつか提示しておく。ここで提示する電池の幾何学的形状にはＵ型電池、拡張部付きＵ型電池、およびＳ型電池がある。
【００１８】
図２０（ａ）は本発明の実施形態による、Ｕ型電池の電解質６００を示す図である。電解質６００は（断面が）「Ｕ」字形状をしており、ベース６０２、アーム６０４、およびアーム６０６を備えている。ベース６０２、アーム６０４、およびアーム６０６は一体となって空洞６１０を画定している。
【００１９】
図２０（ｂ）は本発明の実施形態による、図２０（ａ）の電解質６００を備えたＵ型電池６５０を示す図である。空洞６１０は部分的にあるいは完全に導電材料で充填されて空洞電極６２０を形成している。電解質６００のベース６０２の一部には、導電材料を有するベース電極６２２が接触している。一般に、Ｕ型電池６５０の電解質６００は正確に「Ｕ」字形である必要はないが、ベース、２個のアーム、および空洞を備えている必要がある。この結果、空洞を部分的にあるいは完全に導電材料で充填すると、結果として得られる空洞電極の導電材料はベースと２個のアームに接触することになる。
【００２０】
図２０（ｃ）は図２０（ｂ）のＵ型電池６５０に拡張部６２４、６２６を付加した拡張部付きＵ型電池６７０を示す図である。拡張部６２４、６２６は各々、ベース電極６２２の導電材料を含んでおり、電解質６００のアーム６０４、６０６の一部にそれぞれ接触している必要がある。拡張部６２４、６２６が両方ともある場合、電池６７０は二重拡張部付きＵ型電池である。拡張部６２４、６２６のどちらか一方しかない場合（両方共ないのは不可）、電池６７０は単一拡張部付きＵ型電池である。
【００２１】
図２１は本発明の実施形態によるＳ型電池６８０を示す図である。Ｓ型電池６８０は２つの電極６８２と６８６の間に挟まれた電解質６８４を備えている。Ｓ型電池の特徴は２つの電極の間に挟まれた電解質が成層構造をしている（すなわち層化構造をしている）点である。
【００２２】
本発明の電池によれば、非標準バイアス電圧または非標準基準電圧を必要とする特定用途用に外部の電圧源を使用する必要がなくなる。また、本発明の電池によれば、小電力入力を必要とする集積回路に電圧または電流をそれぞれ供給する外部電圧源または外部電流源（このような外部電圧源または外部電流源は望みのものよりも多くの配線レベル、大きな寸法、大きな占有体積を必要とする）を使用する必要がなくなる。たとえば、本発明の電池は生物医学用途に使うのが有利である。というのは、生物医学用途では、人体に挿入するカテーテルにセンサを取り付けているが、このセンサは当該センサの集積回路に電力を供給する電池を当該集積回路に備えているからである。別の例として、本発明の電池はディスク駆動装置のヘッドの小電力集積回路内に形成することができる。そうすれば、本発明の電池はディスク駆動装置のヘッドが必要とする電力を供給するとともに定期的に再充電を受けることもできる。また、ＢＥＯＬ統合の間に電池が受ける熱サイクルをＦＥＯＬ処理と比べて低減することができる。なぜなら、本発明の電池がＢＥＯＬ統合の間にさらされる温度はＦＥＯＬ処理と比べて低いからである。本発明の電池はとりわけ反応性の高いリチウムまたはリチウム化酸化バナジウム（Ｌｉ8 Ｖ2 Ｏ5)を含んでいるから、熱サイクルの低減は好都合である。
【００２３】
図２〜７は本発明の実施形態による、集積回路（たとえば図１とともに上述した集積回路４００）内で使用する電池をＢＥＯＬ統合中に形成する装置と方法を示す図である。
【００２４】
図２は第１の電気化学基板１の前方断面図である。第１の電気化学基板１はＳｉＯ2 など任意の誘電体材料を含む基板２と、基板２内に設けられた第１の導電層８とを備えている。第１の導電層８は当業者に知られた任意の方法、たとえばベイヤー（Beyer)の米国特許第５９６５４５９号（１９９９年）に記載されているダマシン手順を用いて形成する。基板２は配線レベル（たとえば図１の集積回路４００に関連して上述した配線レベル９０１、９０２、・・・、９００＋Ｎの任意のもの）の一部を表わしている。まず、基板２を電子デバイス層９００の表面、または図１に関連して上述した配線レベル９０１、・・・、９００＋Ｊ、・・・、９００＋Ｎのうちの１つのものの表面に当業者に知られた任意の方法を用いて堆積する。
【００２５】
次いで、基板２を当業者に知られた任意の方法、たとえばとりわけフォトリソグラフィ法でパターニングしエッチングする。この結果、浅い第１のトレンチ３が形成される。第１のトレンチ３の符号５の方向における幅は約０．３μｍ（すなわちミクロン）〜約５μｍであり、高さは約０．３μｍ〜約５μｍである。次いで、第１のトレンチ３を第１の導電材料で充填したのち、たとえばＣＭＰ（chemical mechanical polishing)によって研磨して余分の第１の導電材料を除去するとともに処理した基板２の表面４を平坦化する。第１のトレンチ３を第１の導電材料で充填すると、第１の導電層８が形成される。第１の導電層８の形成には、ベイツ（Bates)らの米国特許第５３３８６２５号（１９９４ねん）に記載されているバナジウムの反応性スパッタリング、または当業者に知られた任意の方法を用いる。第１の導電材料がＶ2 Ｏ5 である場合、第１の導電材料は電解質セルのカソードとして機能する。第１の導電材料がＬｉ8 Ｖ2 Ｏ5 である場合、第１の導電材料は電解質セルのアノードとして機能する。電気化学基板１に由来する電解質セルが図５において後に示す電池３８である。
【００２６】
図３（ａ）は図２の平坦化した基板２上にエッチ・ストップ層９（たとえばシリコン窒化層）を形成し、エッチ・ストップ層９上に第１のレベ間ル誘電体（ＩＬＤ）層１０を形成したのちの図である。エッチ・ストップ層９と第１のＩＬＤ層１０は当業者に知られた任意の方法で形成することができる。エッチ・ストップ層９はエッチングに対する障壁層として機能するとともに、引き続いて行うパターニング工程、ウエット・エッチング工程、または平坦化工程（これらは図５に関連して後述する）において残存イオンが基板２中に化学的に拡散するのを防止する。エッチ・ストップ層９の厚さは約０．０１５μｍ〜約０．３μｍである。エッチ・ストップ層９のエッチ・ストップ機能が不要の場合には、エッチ・ストップ層９を省略してもよい。第１のレベル間誘電体（ＩＬＤ）層１０の厚さは約０．２８５μｍ〜約４．７μｍである。
【００２７】
次いで、当業者に知られた任意の方法（たとえば次に示す２工程）で、第１のＩＬＤ層１０中に第２のトレンチ１３を形成する。すなわち、第１の工程では、当業者に知られた任意の適切なフォトリソグラフィ法を用いて、第１のＩＬＤ層１０をパターニングしエッチングする。このパターニングとエッチングによって、第１のＩＬＤ層１０の一部が除去され、エッチ・ストップ層９上に第１のＩＬＤ層１０の一部が残される。第２の工程では、エッチ・ストップ層９の第１の部分１８をパターニングしエッチングして、エッチ・ストップ層９の第１の部分１８を除去する。これにより、第１の導電層８の第１の部分１７上にエッチ・ストップ層９の第２の部分１５が残り、第１の導電層８の第２の部分１１が露出される。
【００２８】
第２のトレンチ１３の断面が矩形である場合、第２のトレンチには第１の壁３２、第２の壁３４、および底壁がある。ただし、底壁は第１の導電層８の露出した第２の部分１１の表面３６とほぼ同一の平面を形成している。あるいは、第２のトレンチ１３の断面は円形でもよい。
【００２９】
図３（ｂ）は図３（ａ）の代替物であり、図３（ａ）のエッチ・ストップ層９を拡散障壁膜１４で置換したものである。拡散障壁膜１４は第２のＩＬＤ層１０の表面上、第２のトレンチ１３の第１の壁３２および第２の壁３４の上、および第１の導電層８の表面３６上に設ける。拡散障壁膜１４は当業者に知られた任意の方法で堆積することができる。拡散障壁膜１４は拡散障壁膜として機能し、不純物がバルク半導体ウェーハ（たとえば図１のバルク半導体ウェーハ４０２）中およびバルク半導体ウェーハの直上の電子デバイス層（たとえば図１の層９００）中に漏れるのを防止する。このような不純物はとりわけ電気化学基板１中の電池の電解質に由来する。図１を例にすると、不純物は電池４２０の電解質−導体４４２−導電性メタライゼーション４３２−ＦＥＴ４１０のゲート４１４の順に漏れて浸透する。別の例としては、不純物は電池４２０の電解質−導体４４４−導電性メタライゼーション４３４−ＦＥＴ４１０のソース／ドレイン４１２の順に漏れて浸透する。拡散障壁膜１４の材料は第１の導電層８を電解質層４１（図４、図５に関連して後述するように引き続いて形成する電解質層４１）から絶縁しないように導電材料を用いる必要がある。あるいは、拡散障壁膜１４の底部１６をＲＩＥ（reactive ion etching) で除去する場合には、拡散障壁膜１４に導電材料を用いる必要はない（ＲＩＥでは第１の導電層８は電解質層４１から電気的に絶縁されない）。拡散障壁として効果的に機能するために、拡散障壁膜１４の厚さを当該拡散障壁膜１４の材料で決まる最小の値にする必要がある。いくつかの材料に代表的な最小厚さは約５ｎｍである。（後述する）図４〜図７には図３（ａ）のエッチ・ストップ層９が示されているが、図４〜図７でもこのエッチ・ストップ層９の代わりに図３（ｂ）の拡散障壁層１４を用いてもよい。同様に、（後述する）図８〜図１８には図３（ａ）のエッチ・ストップ層９と類似のエッチ・ストップ層８９（特に図９を参照）が示されているが、図８〜図１８でもエッチ・ストップ層８９の代わりに拡散障壁層（たとえば図３（ｂ）の拡散障壁層１４）を用いてもよい。
【００３０】
図４は図３（ａ）の第１のＩＬＤ層１０の残存部分１２上、第２のトレンチの第１の壁３２上、第２のトレンチの第２の壁３４上、および第１の導電層８の第２の部分１１の表面３６上に電解質層４１を形成し、電解質層４１中に第３のトレンチ４４が得られた状態を示す図である。第３のトレンチ４４はとりわけ符号６で示す方向と垂直な平面での断面が矩形または円形である。電解質層４１は第１のＩＬＤ層１０上の第１の部分４８と第１のＩＬＤ層１０中の第２の部分４２とから成る。電解質層４１は当業者に知られた任意の方法、たとえばベイツらの米国特許第５３３８６２５号（１９９４年）に記載された方法で形成することができる。ベイツらによれば、リチウム・リン・オキシナイトライド（Lipon)または同様の材料などの電解質材料を、Ｎ2 雰囲気中でＬｉ3 ＰＯ4 のＲＦマグネトロン・スパッタリングなどの知られた方法で約０．１１μｍ〜約１．８μｍの均一な厚さになるように下地形状に忠実に堆積する。次いで、電解質層４１上に第２の導電層４９を下地形状に忠実に形成する。第２の導電層４９は電解質層４１の第１の部分４８の上方の第１の部分５０と電解質層４１の第２の部分４２中の第２の部分５３とから成る。第２の導電層４９は第２の導電材料、たとえば金属リチウムまたはリチウム化酸化バナジウム（Ｌｉ8 Ｖ2 Ｏ5)を含んでいる。この結果、第３のトレンチ４４は第２の導電材料で充填される。ここでも先ほどと同様に、ベイツらの米国特許第５３３８６２５号に記載された方法で、リチウム・リン・オキシナイトライド（Lipon)の膜の上に金属リチウムの膜を堆積する。
【００３１】
図５はたとえばＣＭＰなど当業者に知られた任意の方法を用いて図４の第２の導電層４９の第１の部分５０と電解質層４１の第１の部分４８を除去して構造体１の表面５７を平坦化した図である。図５に示す例では、構造体１の平坦化によって、導電金属のプラグすなわちコンタクト４６（以前は図３（ａ）の第２の導電層４９の第２の部分５３）が形成される。コンタクト４６の（符号６の方向の）高さは約０．２２５μｍ〜約３．８μｍであり、（符号５の方向の）幅は約０．０８μｍ〜約１．４μｍである。電解質層４１（すなわち図４に示す第２の部分４２）によって、導電金属のプラグすなわちコンタクト４６の第２の導電材料と第１の導電層８の第２の部分１１とは分離されている。
【００３２】
図５に示す構造体１は電解質セルすなわち電池３８を備えている。電池３８において、第１の導電層８と第１の導電プラグすなわちコンタクト４６は電極であり、電解質層４１はリチウム・イオンその他のアルカリ金属イオンが電池３８のアノードから電池３８のカソードへ移動する際に依拠する媒質を提供している。たとえば、電池３８において、導電プラグすなわちコンタクト４６が金属リチウムまたはＬｉ8 Ｖ2 Ｏ5 などの第２の導電材料に由来するからアノードであり、第１の導電層８がＶ2 Ｏ5 などの第１の導電材料に由来するからカソードである場合、電池の放電サイクルの間、リチウム・イオンは導電プラグすなわちコンタクト４６から第１の導電層８へ移動する。これとは逆に、電池３８において、第１の導電層８が金属リチウムまたはＬｉ8 Ｖ2 Ｏ5 などの第１の導電材料に由来するからアノードであり、導電プラグすなわちコンタクト４６がＶ2 Ｏ5 などの第２の導電材料に由来するからカソードである場合、電池の放電サイクルの間、リチウム・イオンは第１の導電層８から導電プラグすなわちコンタクト４６へ移動する。
【００３３】
電極８と４６が薄膜リチウム電池の電極である場合には、電極８と４６はリー（Lee)らが記載しているような材料から成る。その場合、カソードはＶ2 Ｏ5 、電解質はリチウム・リン・オキシナイトライド（Lipon)、アノードはＬｉ8 Ｖ2 Ｏ5 である。「可撓性Ａｌ基板上に形成した全固体ロッキングチェア（揺り椅子）型リチウム電池」（エレクトロケミカル・アンド・ソリッド・ステート・レターズ第２巻第９号第４２５〜４２７頁（１９９９年））（"All-Solid-State Rocking Chair Lithium Battery on a Flexible Al Substrate", Electrochemical and Solid-State Letters, 2(9) 425-427 (1999)）参照。ベイツの米国特許第５５６７２１０号（１９９６年）には、表面積対リチウム／Lipon ／Ｖ2 Ｏ5 電池の出力に関係する性能特性が記載されている。ベイツは、非晶質ＬｉＭｎ2 Ｏ4 カソードは単結晶ＬｉＣｏＯ2 よりも低い放電速度を実現できる、そして室温での電池製造を必要とする用途には非晶質ＬｉＭｎ2 Ｏ4 カソードを推奨する、と述べている。ジョン・Ｂ・ベイツの資料、ｖ１−５／１／９８、ＵＲＬ「http://www.ccs.ornl.gov/3M/bates.html 」（John B. Bates' Material, v1-5/1/98, url "http://www.ccs.ornl.gov/3M/bates.html" ）参照。また、パーク（Park）らの「リチウム・マンガン酸化物を用いた全固体リチウム薄膜再充電可能電池」（エレクトロケミカル・アンド・ソリッド・ステート・レターズ第２巻第２号（１９９９年２月）第５８〜５９頁）（Park et al., "All-Solid-State Lithium Thin-Film Rechargeable Battery With Lithium Manganese Oxide", Electrochemical and Solid-State Letters, 2(2) Feb. (1999) 58-59)も参照（Ｌｉ／Lipon ／ＬｉＭｎ2 Ｏ4 から成る薄膜電池が記載されており、「４．０［ボルト］Ｖのほぼ一定のポテンシャル、良好なクーロン効率、および高電流密度に耐える能力を有する。メタライゼーションによって平面微細電池を直列に接続した。」パークらは直列接続した８個の電池から約３２ボルト（Ｖ）の高電圧を得ることができたと述べている）。黒川らの米国特許第５３０８７２０号（１９９４年）には、「リチウムを可逆的に吸蔵・解放する材料」から成るアノード、「非水性電解質、およびリチウム、ニッケル、および酸素を含む複合酸化物を有する正電極」を備えた非水性電池が開示されている。別の電解質セルはＭ／ＰｂＳｎＩ4 ／（ＡｇＩ，Ａｇ）から成る。ただし、ＭはカソードでありＳｎまたはＰｂから成り、ＰｂＳｎＩ4 は電解質であり、ＡｇＩとＡｇはアノードである。Ｔ．Ａ．クク（Kuku）の「真空堆積したＰｂＳｎＩ4 薄膜に関するイオン輸送の研究」（シン・ソリッド・フィルム第３４０巻第１号第２９２〜２９６頁（１９９９年）（T. A. Kuku, "Ion Transport Studies on Vacum Deposited PbSnI4 Thin Films", Thin Solid Films, 340(1) 292-296 (1999) ）参照。グレガー（Gregor）は銀（Ａｇ）カソード、酸化銀（Ａｇ2 Ｏ）電解質、および銅（Ｃｕ）から成り、基板上に形成された電界効果トランジスタにバイアス・ポテンシャルを供給する微細素子として好適な薄膜電池の形成を提案した。「薄膜電圧源」ＩＢＭテクニカル・ディスクロージャ・ブリテン、１９６４年１１月、第４３３頁（"Thin Film Voltage Source", IBM Technical Disclosure Bulletin, Nov. 1964 p.433）参照。また、電解質セルは水中で水酸化カリウムを用いることによりＡｇ／Ｚｎ電池から構成することもできる。
【００３４】
図６は図５の導電性金属プラグすなわちコンタクト４６に至る経路を形成したあとの図である。上記経路は相互接続ビア６５とコンタクト・ホールすなわちビア７２から成る。導電性金属プラグすなわちコンタクト４６に至る経路は当業者に知られた手法、たとえば「デュアル・ダマシン」手法を用いて形成することができる。たとえば、クローニン（Cronin）らの米国特許第５７５９９１１号（１９９８年）には、２枚のマスクを用いてパターニングした導電線群を同時に形成する「デュアル・ダマシン」手法が記載されている。そこでは、集積回路において絶縁層を通過し下に形成されたメタライゼーションに至るスタッド・ビア接続をＢＥＯＬ統合中に形成している。また、デュアル・ダマシン手法を記載したクローニンの米国特許第５９６０２５４号（１９９９年）も参照。さらに、デュアル・ダマシン手法を記載したチョウ（Chow）らの米国特許第４７８９６４８号（１９８８年）も参照。本発明ではデュアル・ダマシン手法を用いる準備として、まず平坦化した表面５７上に第２のＩＬＤ層５８を形成する。第２のＩＬＤ層５８は厚さが約０．１５μｍ〜約２．５μｍであり、レベル間誘電体材料たとえばとりわけスパッタリングした石英から成る。次いで、コンタクト・ホールすなわちビア７２をフォトリソグラフィ法を用いて画定する。このフォトリソグラフィは当業者に知られた方法によって第２のＩＬＤ層５８上にフォトレジストから成る第１のマスク層６３を形成することによって行う。位置合わせを容易にするために、たとえばクローニンらの米国特許第５７５９９１１号に記載されているような標準の位置合わせ手段を用いる。次いで、第２のＩＬＤ層５８上または第１のマスク層６３上にエッチ・ストップ層（図示せず）を堆積してもよい。次いで、第２のＩＬＤ層５８および第１のマスク層６３の上に、レベル間誘電体材料たとえばとりわけスパッタリングしたガラスなどから成る第３のＩＬＤ層６０を形成する。
【００３５】
次いで、第３のＩＬＤ層６０を「デュアル・ダマシン」手法で必要な第２のマスクを用いてパターニングし、当業者に知られたパターニングとエッチングに適切な方法を用いてエッチングする。第３のＩＬＤ層６０の一部を除去し残存部分６２を残した結果、第３のＩＬＤ層６０中に第１のマスク層６３に至る相互接続ビア６５が形成される。さらに、第１のマスク層６３によるエッチングから保護されていない、第２のＩＬＤ層５８の部分を除去し第２のＩＬＤ層５８の残存部分５５を残すことにより、第２のＩＬＤ層５８中にコンタクト・ホールすなわちビア７２を形成する。
【００３６】
図７は図６の相互接続ビア６５とコンタクト・ホールすなわちビア７２を第３の導電材料で充填することにより第２の導電性プラグすなわちコンタクト８５を形成したあとの図である。第３の導電材料には任意の導電材料とりわけＣｕ、Ｗ、Ａｌ、ＴｉＮ、Ｔａまたは類似の材料がある。余分の第３の導電材料は当業者に知られたエッチングまたはＣＭＰによって除去する。この結果、電気化学構造体１の平坦化した表面８２が得られる。この平坦化によって、第３のＩＬＤ層６０および第２の導電性プラグすなわちコンタクト８５の表面８２が得られる。第２の導電性プラグすなわちコンタクト８５の表面８２は表面８２から第１の導電性プラグすなわちコンタクト４６まで伸びている。
【００３７】
相互接続ビア６５とコンタクト・ビア７２の断面が矩形である場合、表面８２から第１の導電性プラグすなわちコンタクト４６までの符号６の方向の高さは約０．２μｍ〜約３．７μｍであり、コンタクト・ホールすなわちビア７２（図６参照）の符号５の方向の幅は約０．７μｍ〜約１．２μｍであり、相互接続ビア６５（図６参照）の符号５の方向の幅は約０．１７μｍ〜約２．９μｍである。
【００３８】
第２のＩＬＤ層５８と第３のＩＬＤ層６０は組み合わされて複合ＩＬＤ層を形成している。一般に、複合ＩＬＤ層は少なくとも１つの積層されたＩＬＤ層を含んでいる。同様に、相互接続ビア６５とコンタクト・ホールすなわちビア７２（図６参照）は組み合わされて複合トレンチを形成している。一般に、複合トレンチは少なくとも１つの連続的に積層されたトレンチを、連続するトレンチが部分的にあるいは完全にオーバーラップするように含んでいる。たとえば、相互接続ビア６５とコンタクト・ホールすなわちビア７２はインタフェース６４でオーバーラップしているトレンチ群である（図６参照）。
【００３９】
図７の電池３８は図２０（ａ）と図２０（ｂ）に関連して上述したＵ型電池の一例である。
【００４０】
図７の電気化学構造体１を図１の集積回路４００に関係付けると、電池３８は配線レベル９００＋Ｊに存在し、第２の導電性プラグすなわちコンタクト８５は配線レベル９００＋Ｊ＋１に存在する。したがって、第２の導電性プラグすなわちコンタクト８５は電池３８の導電性プラグを電池３８が電力を供給すべき少なくとも１つの電子デバイスに電気的に接続された他の配線レベルに伸ばしている。たとえば、第２の導電性プラグすなわちコンタクト８５は、上述したように図１の導電性メタライゼーション４３４を経由してＦＥＴ４１０に電気的に接続している、図１の導体４４４に類似している。
【００４１】
図８〜図１３は本発明の実施形態により、集積回路（たとえば図１に関連して上述した集積回路４００）中で使用するあるいは集積回路上で使用する電池をＢＥＯＬ統合中に形成する装置と方法を示す図である。
【００４２】
図８は絶縁材料７５と第１の導電性プレート８８を含む絶縁層８４から成る電気化学構造体７１の前方断面図である。絶縁層８４は配線レベル（たとえば図１の集積回路４００に関連して上述した配線レベル９０１、・・・、９００＋Ｎのうちの任意のもの）を表わしている。配線レベルは誘電体材料中に埋め込んだ導電性メタライゼーションを備えている。絶縁材料にはＳｉＯ2 など任意の誘電体材料がある。
【００４３】
絶縁層８４は通常、電子デバイス層９００上、あるいは上述した図１の配線レベル９０１、・・・、９００＋Ｊ、・・・、９００＋Ｎのうちの１つの上に、当業者に知られた任意の方法を用いて形成する。たとえば、絶縁層８４を形成するのにＣＶＤ（chemical vapor deposition)または同様の手法を用いることができる。絶縁材料７５には平坦化したＳｉＯ2 、ガラス材料（たとえばリフローしたＰＳＧ（phosphosilicate glass)）、ＳｉＯ2 と窒化シリコンとの混合物、または高分子（たとえばポリイミド）などの絶縁材料がある。絶縁材料７５が窒化シリコン（すなわちＳｉ3 Ｎ4)、プラスチック、または同様の材料から成る場合、Ｓｉ3 Ｎ4 やプラスチックなどはさらにイオン障壁として機能し、処理後に残留する残留イオンが下にある集積回路チップたとえば電子デバイス層９００を汚染するのを防止する。これにより、下にある集積回路の回路が機能障害を起こすのを防止することができる。残留イオンにはとりわけアルカリ金属イオンたとえばリチウム・イオンやナトリウム・イオン、または塩化物イオンなどがある。処理にはとりわけ絶縁層８４の表面８２のウエット化学エッチングとＣＭＰがある。
【００４４】
第１の導電性プレート８８は当業者に知られた任意の方法、たとえばベイヤー（Beyer)の米国特許第５９６５４５９号に記載されているダマシン手順を用いて形成する。第１の導電性プレート８８の（符号８３の方向の）幅は約０．３μｍ〜約５μｍであり、第１の導電性プレート８８の（符号８１の方向の）高さは約０．３μｍ〜約５μｍである。
【００４５】
図９は図８の絶縁層８４上にエッチ・ストップ層８９を形成したのち、エッチ・ストップ層８９上にレベル間誘電体（ＩＬＤ）層９０を順次形成したあとの図である。エッチ・ストップ層８９にはとりわけ窒化シリコンを用い、当業者に知られた任意の方法たとえばＣＶＤを用いて形成する。エッチ・ストップ層８９はエッチングに対する障壁として機能し、図１３に関連して後述する引き続いて行うパターニング工程または平坦化工程に由来する残留イオンが絶縁層８４に拡散するのを防止する。エッチ・ストップ層８９は窒化シリコンまたはアルミナなどの材料で形成することができる。エッチ・ストップ層８９の（符号８１の方向の）厚さは約０．０１５μｍ〜約０．３μｍである。エッチ・ストップ層９の厚さは約０．０１５μｍ〜約０．３μｍである。エッチ・ストップ層８９のエッチ・ストップ機能が不要である場合には、エッチ・ストップ層８９を省略してもよい。ＩＬＤ層９０はエッチ・ストップ層８９上に、たとえばスパッタリングした石英または酸化物などの材料を含むレベル間誘電体材料で形成する。ＩＬＤ層９０の（符号８１の方向の）厚さは約０．２８５μｍ〜約４．７μｍである。次いで、第２のトレンチ１３を形成する図３（ａ）に関連して上述したのと同じ手順を用いて、ＩＬＤ層９０上に第１のトレンチ９３を形成する。
【００４６】
図１０は図９のＩＬＤ層９０上、第１のトレンチ（図９参照）の第１の壁１０２上、第１の導電性プレート８８上、および第１のトレンチ（図９参照）の第２の壁上に第１の導電層１１０を下地形状に忠実に約０．０８μｍ〜約１．３μｍの均一な厚さに堆積したあとの図である。第１の導電層１１０を堆積した結果、第１の導電層１１０内に第２のトレンチ１１５が形成されている。第１の導電層１１０は図５に示す電池３８の電極を形成する際に用いるのに適切な任意の導電材料で形成することができる。
【００４７】
図１１は図１０の第２のトレンチ１１５の第１の壁１２２上、第２の壁１２４上、および底面１２５上に電解質層１２１をたとえば約０．０８μｍ〜約１．３μｍの均一の厚さに下地形状に忠実に堆積したあとの図である。電解質層１２１を堆積した結果、電解質層１２１内に第３のトレンチ１２３が形成されている。電解質層１２１は公知の方法、たとえばベイツらの米国特許第５３３８６２５号（１９９４年）に記載されＮ2 雰囲気中でＬｉ3 ＰＯ4 をＲＦマグネトロン・スパッタリングする方法を用いて形成することができる。電解質層１２１はリチウム・リン・オキシナイトライド（Lipon)または同様の材料などの電解質材料で形成する。
【００４８】
図１２は図１１の第３のトレンチ１２３を第２の導電材料で充填したあとの図である。この充填は電解質層１２１上に第２の導電層１３５を堆積することにより行う。
【００４９】
図１３は図１２の第２の導電層１３５、電解質層１２１、および第１の導電層１１０の部分を平坦化によって除去したあとの図である。この平坦化は図５に示す構造体１の平坦化に関連して上述したように、当業者に知られた任意の方法たとえばＣＭＰなどを用いて行うことができる。この平坦化によって、導電性コンタクト１６５に加え、第２の導電層１３５の残留部分１５２、電解質層１２１の残留部分、および第１の導電層１１０の残留部分が残される。図１３は第１の導電層１１０の残留部分と第２の導電層１３５の残留部分１５２とを電極（それぞれアノードとカソード、またはカソードとアノード）として備え、さらに電解質層１２１の残留部分を電解質として備えている。導電性コンタクト１６５は第２の導電層１３５の残留部分１５２と導電的に接触している（図１２参照）。導電性コンタクト１６５の（符号８１の方向の）高さは約０．１５μｍ〜約２．５μｍであり、（符号８３の方向の）幅は約０．０４μｍ〜約０．７μｍである。
第２の導電層１３５の残留部分１５２の（符号８１の方向の）高さは約０．１５μｍ〜約２．５μｍであり、（符号８３の方向の）幅は約０．１μｍ〜約１．７μｍである。
【００５０】
電池３９は図２０（ｃ）に関連して上述した二重拡張部付きＵ型電池の一例である。第１の導電層１１０を形成する図１０の工程を変更して第１の導電層１１０が第１の壁１０２または第２の壁に形成されるのを防止すれば、電池３９は図２０（ｃ）に関連して上述した単一拡張部付きＵ型電池の一例になる。
【００５１】
電池３９はその電解質層１２１が「Ｕ」字形状をしているから、Ｕ字形状電解質を備えた電池の一例である。また、Ｕ字形状電解質１２１は符号８１の方向に伸びた「アーム」１１７と１１８を備えている。１つの電極すなわち第１の導電層１１０がアーム１１７、１１８に接触している。したがって、電池３９は電極アーム・コンタクトを有しＵ字形状電解質を備えた電池であると考えられる。
【００５２】
図１３の電気化学構造体７１を図１の集積回路に関係付けると、電池３９は配線レベル９００＋Ｊに存在し、第１の導電性プラグ８８は配線レベル９００＋Ｊ−１に存在する。したがって、導電性コンタクト１６５は電池３９の導電性接続を、電池３９が電力を供給すべき少なくとも１つの電子デバイスに電気的に接続された他の配線レベルにまで伸ばしている。たとえば、導電性コンタクト１６５は導電性メタライゼーション４３４を経由してＦＥＴ４１０のソース／ドレイン４１２に電気的に接続しているように上述した、図１の導体４４４に類似している。同様に、導電性プレート６８は導電性メタライゼーション４３２を経由してＦＥＴ４１０のゲート４１４に電気的に接続している、図１の導体４４２に類似している。
【００５３】
図１４は本発明の実施形態による、集積回路（たとえば図１に関連して上述した集積回路４００）内または集積回路上で使用する、電気化学構造体１８１から成る電池１７０をＢＥＯＬ統合中に形成する装置と方法を示す図である。
【００５４】
電気化学構造体１８１は第１の絶縁層１７１と第２の絶縁層１８０との間に設けられた平面状の電池１７０を備えている。第１の絶縁層１７１は平面状の電池１７０の第１の電極として機能する第１の導電層１７２に電気的に接続された第１の導電性プレート１７３を備えている。第２の絶縁層１８０は平面状の電池１７０の第２の電極として機能する第２の導電層１７６に電気的に接続された第１の導電性プレート１８２を備えている。
【００５５】
第１の導電性プレート１７３は当業者に知られた任意の方法で第１の絶縁層１７１中に形成することができるが、たとえば次に示す３工程によって形成する。第１の工程では、上述した図１の電子デバイス層９００上、または配線レベル９０１、・・・、９００＋Ｎ−１上に、当業者に知られた任意の方法を用いて第１の絶縁層１７１を堆積する。第２の工程では、第１の絶縁層１７１の第１の部分をたとえばＲＩＥで除去して第１の絶縁層１７１の第２の部分１７７を残す。この結果、第１のトレンチ１７８が形成される。第３の工程では、第１のトレンチに導電性金属を充填して第１の導電性プレート１７３を形成する。第２の絶縁層１８０中の第２の導電性プレート１８２は第１の導電性プレート１７３を形成した方法と同様の方法で形成することができる。これには第２のトレンチ１７９の形成も含まれる。第１の導電性プレート１７３と第２の導電性プレート１８２はとりわけＣｕ、Ｗ、Ａｌ、ＴｉＮ、Ｔａ、または同様の金属を含む導電性金属で形成する。第１の導電性プレート１７３または第２の導電性プレート１８２が銅を含んでいる場合、第１の導電性プレート１７３または第２の導電性プレート１８２はそれぞれトレンチ１７８または１７９内へのダマシン銅めっきによって形成することができる。
【００５６】
平面状の電池１７０は第１の絶縁層１７１上に第１の導電層１７２を、第１の導電層１７２上に電解質層１７４を、電解質層１７４上に第２の導電層１７６を順次堆積することにより形成することができる。第１の導電層１７２と第２の導電層１７６はアノードまたはカソードとしての機能によって決まる適切な材料で形成することができる。電解質層１７４はＬｉｐｏｎまたはそれと等価の材料で形成することができる。第１の導電層１７２と第２の導電層１７６の（符号８１の方向の）厚さは約０．１μｍ〜約１．３μｍである。電解質層１７４の（符号８１の方向の）厚さは約０．０４μｍ〜約０．７μｍである。
【００５７】
平面状の電池１７０は既存のパターニングとエッチング、たとえば当業者に知られたＲＩＥを用いて電池１７０を所望の特徴たとえば形状に最適化し、平面状の電池１７０が平面状の電池１７０を備えた集積回路内またはその表面に適合しうるように形成する。ベイツの米国特許第５５６７２１０号には、リチウム／Ｌｉｐｏｎ／Ｖ2 Ｏ5 電池の表面積と出力に関係する性能特性が記載されている。また、電池１７０の形状を最適化することにより、平電池１７０の出力電力を用途の要件に適合させることができる。電池１７０の材料（すなわち第１の導電層１７２、電解質層１７４、および第２の導電層１７４の各材料）によって当該電池１７０の出力電圧が制御される（たとえばバイアス電圧または基準電圧として約１〜約５ボルトの電圧が供給される）。
【００５８】
ＩＬＤ層１８０はレベル間誘電体材料たとえばスパッタリングした石英を第２の導電層１７６上に堆積して形成することができる。ＩＬＤ層１８０の（符号８１の方向の）厚さは約０．３μｍ〜約５μｍである。第１の絶縁層１７１の表面３１１と第２の絶縁層１８０の表面３１２の形成は、当業者に知られた任意の方法たとえば上述したＣＭＰを用いて行うことができる。
【００５９】
電池１７０は図２１に関連して上述したＳ型電池の一例である。
【００６０】
図１４の電気化学構造体１８１を図１の集積回路４００に関係付けると、電池１７０は配線レベル９００＋Ｊに存在し、第１の導電層１７３は配線レベル９００＋Ｊ−１に存在し、第２の導電層１８２は配線レベル９００＋Ｊ＋１に存在する。したがって、第１の導電性プレート１７３と第２の導電性プレート１８２は電池１７０の導電性接続を、電池１７０が電力を供給すべき少なくとも１つの電子デバイスに電気的に接続された他の配線レベルに伸ばしている。たとえば、第１の導電性プレート１７３と第２の導電性プレート１８２はそれぞれ、図１の導電性メタライゼーション４３２と導電性メタライゼーション４３４を経由してＦＥＴ４１０に電気的に接続している上述した、図１の導体４４２と導体４４４に類似している。
【００６１】
図１５〜図１７は本発明の実施形態による、直列接続した電池群の前方断面図である。図１５の構造体１８６、図１６の構造体２０７、および図１７の構造体２０８は直列に導電的に接続された電池群の異なる構成である。図１５〜図１７の電池群は集積回路の形成中に行うＢＥＯＬ統合工程中に形成する。
【００６２】
図１５は集積回路において絶縁物１８７中に埋め込まれた電池１８８と電池１８９を備えた電気化学構造体１８６の前方断面図である。電池１８８と電池１８９は電池１８８の負端子が電池１８９の正端子に導電性相互接続１９６、１９８、２００によって電気的に接続されるように、直列に接続されている。導電性相互接続１９６、１９８、２００はとりわけＣｕ、Ｗ、Ａｌ、ＴｉＮ、Ｔａ、または同様の金属を含む導電性金属で形成することができる。電池１８８と電池１８９は図２〜図７の電池３８、図８〜図１３の電池３９、または図１４の電池１７０を形成する上述した任意の方法（および上述した任意の材料）で形成することができる。導電性プレート１９４は電池１８８の正端子に導電的に接触しており、導電性プレート２０２は電池１８９の負端子に導電的に接触している。
【００６３】
図１５の電気化学構造体１８６を図１の集積回路４００に関係付けると、電池１８８、電池１８９、および導電性相互接続１９８は配線レベル９００＋Ｊに存在し、導電性プレート２０２と導電性相互接続１９６は配線レベル９００＋Ｊ−１に存在し、導電性プレート１９４と導電性相互接続２００は配線レベル９００＋Ｊ＋１に存在する。したがって、導電性プレート２０２と導電性プレート１９４は直列接続された電池１８８、１８９の導電性接続を、直列接続された電池１８８、１８９が電力を供給すべき少なくとも１つの電子デバイスに電気的に接続されたたの配線レベルに伸ばしている。たとえば、導電性プレート２０２と導電性プレート１９４はそれぞれ、図１の導電性メタライゼーション４３２と導電性メタライゼーション４３４を経由してＦＥＴ４１０に電気的に接続している上述した、図１の導体４４２と導体４４４に類似している。
【００６４】
図１５には３つの配線レベルがある。直列接続された電池１８８と１８９は同じ配線レベルにあるけれども、たとえばとりわけ少なくとも１つの導電性相互接続を（導電性相互接続１９８と同様に）使用して電池１８８または電池１８９を図示した配線レベルの下または上の配線レベルに移動させることにより、直列接続された電池１８８と１８９を異なる配線レベルに再配置することもできる。
【００６５】
図１６は図１５の電気化学構造体１８６において導電性相互接続１９８を電池２１０で置換した電気化学構造体２０７の前方断面図である。電気化学構造体２０７は集積回路中の絶縁物１８７内に埋め込んだ電池１８８、電池２０１、および電池１８９を備えている。電池１８８、電池２０１、および電池１８９は電池１８８の負端子が電池２０１の正端子に導電性相互接続１９６で電気的に接続され、電池２０１の負端子が電池１８９の正端子に導電性相互接続２００で電気的に接続されることにより、直列に接続されている。導電性相互接続１９６、２００はとりわけＣｕ、Ｗ、Ａｌ、ＴｉＮ、Ｔａ、または同様の金属を含む導電性金属で形成することができる。電池１８８、２０１、１８９は図２〜図７の電池３８、図８〜図１３の電池３９、または図１４の電池１７０を形成する上述した任意の方法（および上述した任意の材料）で形成することができる。導電性プレート１９４は電池１８８の正端子に導電的に接触しており、導電性プレート２０２は電池１８９の負端子に導電的に接触している。
【００６６】
図１６の電気化学構造体２０７を図１の集積回路４００に関係付けると、電池１８８、２０１、１８９は配線レベル９００＋Ｊに存在し、導電性プレート２０２と導電性相互接続１９６は配線レベル９００＋Ｊ−１に存在し、導電性プレート１９４と導電性相互接続２００は配線レベル９００＋Ｊ＋１に存在する。したがって、導電性プレート２０２と導電性プレート１９４は直列接続された電池１８８、２０１、１８９の導電性接続を、直列接続された電池１８８、２０１、１８９が電力を供給すべき少なくとも１つの電子デバイスに電気的に接続された他の配線レベルに伸ばしている。たとえば、導電性プレート２０２と導電性プレート１９４はそれぞれ、図１の導電性メタライゼーション４３２と導電性メタライゼーション４３４を経由してＦＥＴ４１０に電気的に接続している上述した、図１の導体４４２と導体４４４に類似している。
【００６７】
図１６には３つの配線レベルがある。直列接続された電池１８８、２０１、１８９は同じ配線レベルにあるけれども、たとえばとりわけ少なくとも１つの導電性相互接続を（導電性相互接続１９８と同様に）使用して電池１８８、電池２０１、および／または電池１８９を図示した配線レベルの下または上の配線レベルに移動させることにより、直列接続された電池１８８、２０１、１８９を異なる配線レベルに再配置することもできる。一般に、直列接続された電池１８８、２０１、１８９を、すべて図１６に示すのと同じ配線レベルに存在させる、あるいは、各々を異なる配線レベルに存在させる、あるいは、上述した３つの電池のうち２つを同じ配線レベルに存在させ、第３（すなわち残り）の電池を異なる配線レベルに存在させる、ことができる。
【００６８】
図１７は集積回路中の絶縁物２０９内に埋め込まれた電池２１４、電池２１６、および電池２１８を備えた電気化学構造体２０８の前方断面図である。電池２１４、電池２１６、および電池２１８は図示するように導電性相互接続を介在させずに、（接触によって）直接に直列接続されている。電池２１４、電池２１６、および電池２１８は図２〜図７の電池３８、図８〜図１３の電池３９、または図１４の電池１７０を形成する上述した任意の方法（および上述した任意の材料）で形成することができる。Ｔ字形の導電性コンタクト２１０は電池２１４の正端子に導電的に接触しており、Ｈ字形の導電性コンタクト２２０は電池２１８の負端子に導電的に接触している。
【００６９】
図１７の電気化学構造体２０８を図１の集積回路４００に関係付けると、電池２１４、２１６、２１８は配線レベル９００＋Ｊに存在し、Ｈ字形の導電性コンタクト２２０は配線レベル９００＋Ｊ−１に存在し、Ｔ字形の導電性コンタクト２１０は配線レベル９００＋Ｊ＋１に存在する。したがって、Ｈ字形の導電性コンタクト２２０とＴ字形の導電性コンタクト２１０は直列接続された電池２１４、２１６、２１８の導電性接続を、直列接続された電池２１４、２１６、２１８が電力を供給すべき少なくとも１つの電子デバイスに電気的に接続された他の配線レベルに伸ばしている。たとえば、Ｈ字形の導電性コンタクト２２０とＴ字形の導電性コンタクト２１０はそれぞれ、図１の導電性メタライゼーション４３２と導電性メタライゼーション４３４を経由してＦＥＴ４１０に電気的に接続している上述した、図１の導体４４２と導体４４４に類似している。
【００７０】
Ｈ字形の導電性コンタクト２２０の構成要素２２１、２２２、および２２３は異なる配線レベルに形成することができる。異なる配線レベルに対する割り当てには、構成要素２２１、２２２、および２２３を単一の配線レベルに割り当てる、あるいは、構成要素２２１および２２２を第１の配線レベルに割り当て、構成要素２２３を第２の配線レベルに割り当てる、あるいは、構成要素２２１を第１の配線レベルに割り当て、構成要素２２２を第２の配線レベルに割り当て、構成要素２２３を第３の配線レベルに割り当てる、などがある。
【００７１】
図１７の電池２１８、２１６、２１４から成る直列接続は上述した図８〜図１３に示す手順に従いＵ型電池を直列接続することにより実現することができる。確言するに、まず第１の導電層１１０を第１の導電層と名付ける。図１３における留意点を挙げると、第１工程では、ＩＬＤ層９０上に第１の導電層（これは第１の極性たとえば正極性の電極として機能する）を下地形状に忠実に堆積する。第２工程では、第１の導電層上に電解質層１２１を下地形状に忠実に堆積する。これにより、電解質層１２１にトレンチが形成される。第３工程では、電解質層１２１によって画定されたトレンチ内に第２の導電層（）を下地形状に忠実に堆積して、第１の導電層と電解質層１２１と第２の導電層とを備えた第１のＵ型電池を形成する。次の留意点を挙げると、下地形状に忠実な各堆積によって、電解質層１２１について上述したように下地形状に忠実な堆積層内にトレンチが形成される。第１のＵ型電池と直列に第２のＵ型電池を形成するには、次に示す３工程による。すなわち、第２の導電層上に第３の導電層（これは第１の極性の電極として機能する）を下地形状に忠実に堆積し、第３の導電層上に第４の導電層（これは第２の極性の電極として機能する）を下地形状に忠実に堆積する。したがって、第２のＵ型電池は第３の導電層と、第２の電解質層と、第４の導電層とを備えている。上述した３工程から成るプロセスは必要な回数だけ繰り返すことができる。上記３工程の各繰り返しによって、先行して形成したＵ型電池と直列に新たなＵ型電池が形成される。最後のＵ型電池を形成する第３工程は下地形状に忠実に堆積する工程であるが、この第３工程を、最後に下地形状に忠実に堆積した電解質層のトレンチを導電材料で、図１１の第３のトレンチを充填することにより図１２の第２の導電層１３５を形成する方法に類似した方法により充填する工程で置換することができる。
【００７２】
図１５、図１６、図１７にはそれぞれ、集積回路中に直列接続した２個の電池、３個の電池、３個の電池が示されているが、本発明には集積回路中に直列接続した任意個数の電池が含まれる。
【００７３】
図１８は集積回路中の絶縁物２４９内に埋め込んだ電池２４２と電池２４４を備えた電気化学構造体２４０の前方断面図である。電池２４２と電池２４４は並列に接続されている。すなわち、図示するように、電池２４２、２４４の負端子は導電性プレート２４８に導電的に接続されており、電池２４２、２４４の正端子は導電性プレート２４６に導電的に接続されている。
【００７４】
図１８の電気化学構造体２４０を図１の集積回路４００に関係付けると、電池２４２と電池２４４は配線レベル９００＋Ｊに存在し、導電性プレート２４８は配線レベル９００＋Ｊ−１に存在し、導電性プレート２４６は配線レベル９００＋Ｊ＋１に存在する。したがって、導電性プレート２４８と導電性プレート２４６は並列接続された電池２４２、２４４の導電性接続を、並列接続された電池２４２、２４４が電力を供給すべき少なくとも１つの電子デバイスに電気的に接続された他の配線レベルに伸ばしている。たとえば、導電性プレート２４８と導電性プレート２４６ははそれぞれ、図１の導電性メタライゼーション４３２と導電性メタライゼーション４３４を経由してＦＥＴ４１０に電気的に接続している上述した、図１の導体４４２と導体４４４に類似している。
【００７５】
電池が並列接続した図１８の電気化学構造体２４０は、図１９の配線レベル９００＋Ｊなど単一の配線レベル内に設けることもできる。
【００７６】
図１８には集積回路内で並列接続した２個の電池を示したが、本発明には集積回路内で並列接続した任意個数の電池が含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明によれば、集積回路内に電池を形成することができるから、特定の集積回路の特定の要件に従う非標準バイアス電圧と非標準基準電圧を供給することができる。また、本発明によれば、小電力の入力しか必要としない集積回路に電圧を供給する、余分の配線レベルや大きなサイズや大きな容積を必要とする外部電圧源を使用する必要がなくなる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の実施形態による、電池と導電性メタライゼーションを備えた集積回路の前方断面図である。
【図２】本発明の実施形態による、基板と該基板内に設けた第１の導電層とを備えた第１の電気化学構造体の前方断面図である。
【図３】（ａ）図２の基板上にエッチ・ストップ層と第１のレベル間誘電体（ＩＬＤ）層を堆積し、第１のＩＬＤ層とエッチ・ストップ層の内にトレンチを形成することにより第１の導電層の第１の部分を露出させたあとの図である。（ｂ）図３（ａ）のエッチ・ストップ層を第１のＩＬＤ層の表面、第２のトレンチの第１の壁と第２の壁、および第１の導電層の表面に形成した拡散障壁膜で置換した図である。
【図４】図３（ａ）の第２のトレンチの壁上および第１の導電層の第１の部分上に電解質層を下地形状に忠実に形成して電解質層内に第３のトレンチを得たのち、第３のトレンチを第２の導電材料で充填したあとの図である。
【図５】図４の第１のＩＬＤ層の表面を平坦化して電解質層の余分の電解質材料と余分の第２の導電材料を除去したあとの図である。
【図６】図５の第１のＩＬＤ層の表面に第２のＩＬＤ層と第３のＩＬＤ層を形成し、第３のＩＬＤ層と第２のＩＬＤ層の内に相互接続ビアとコンタクト・ホールをそれぞれ形成したあとの図である。
【図７】図６の相互接続ビアとコンタクト・ホールを第３の導電材料で充填し、平坦化によって余分な第３の導電材料を除去したあとの図である。
【図８】本発明の実施形態による、絶縁層内に設けた第１の導電性プレートを備えた第２の電気化学構造体の前方断面図である。
【図９】図８の絶縁層上にエッチ・ストップ層を形成し、エッチ・ストップ層上に第１のレベル間誘電体（ＩＬＤ）層を形成し、第１のＩＬＤ層とエッチ・ストップ層の内に第１のトレンチを形成することにより第１の導電性プレートの一部分を露出させたあとの図である。
【図１０】図９の第１のトレンチの第１の壁および第２の壁ならびに第１の導電性プレートの上記部分の上に第１の導電層を下地形状に忠実に形成して第１の導電層の内に第２のトレンチを得たあとの図である。
【図１１】図１０の第２のトレンチの第１の壁、第２の壁、および底壁の上に電解質層を下地形状に忠実に形成して電解質層内に第３のトレンチを得たあとの図である。
【図１２】図１１の第３のトレンチを第２の導電材料で充填したあとの図である。
【図１３】図１２の第１のＩＬＤ層の表面を平坦化して第２の導電材料、電解質層、および第１の導電材料の部分を除去し、第２の導電材料の残存部分で導電性コンタクトを形成したあとの図である。
【図１４】本発明の実施形態による、平面状の電池の前方断面図である。
【図１５】本発明の実施形態による、直列に接続された２個の電池の前方断面図である。
【図１６】本発明の実施形態による、直列に接続された３個の電池の前方断面図である。
【図１７】本発明の実施形態による、直列に接続された３個の電池の前方断面図である。
【図１８】本発明の実施形態による、並列に接続された３個の電池の前方断面図である。
【図１９】図１において電池を９０度回転させ、回転させた電池に適合するように導電性メタライゼーションの大きさを調整したあとの図である。
【図２０】（ａ）本発明の実施形態による、Ｕ型電池の電解質を示す図である。（ｂ）図２０（ａ）の電解質を備えたＵ型電池を示す図である。（ｃ）拡張部を付加したあとの図２０（ｂ）のＵ型電池を示す図である。
【図２１】本発明の実施形態によるＳ型電池を示す図である。
【符号の説明】
【００７９】
１  第１の電気化学基板
２  基板
３  第１のトレンチ
４  表面
５  方向
８  第１の導電層
９  エッチ・ストップ層
１０  第１のＩＬＤ層
１２  残存部分
１３  第２のトレンチ
１５  第２の部分
１７  第１の部分
３２  第１の壁
３４  第２の壁
３６  表面
３８  電池
４１  電解質層
４４  第３のトレンチ
４８  第１の部分
４９  第２の導電層
５０  第１の部分
５３  第２の部分
５５  残存部分
５７  表面
５８  第２のＩＬＤ層
６０  第３のＩＬＤ層
６２  残存部分
６３  第１のマスク層
６４  インタフェース
６５  相互接続ビア
７１  電気化学構造体
７２  コンタクト・ホールすなわちビア
７５  絶縁材料
８２  表面
８４  絶縁層
８５  第２の導電性プラグすなわちコンタクト
８８  第１の導電性プレート
８９  エッチ・ストップ層
９０  ＩＬＤ層
９３  第１のトレンチ
１０２  第１の壁
１０５  第２の壁
１１０  第１の導電層
１１５  第２のトレンチ
１２１  電解質層
１２２  第１の壁
１２３  第３のトレンチ
１２４  第２の壁
１３５  第２の導電層
１５２  残留部分
１６５  導電性コンタクト
１７０  電池
１７１  第１の絶縁層
１７２  第１の導電層
１７３  第１の導電性プレート
１７４  電解質層
１７６  第２の導電層
１７８  第１のトレンチ
１７９  第２のトレンチ
１８０  第２の絶縁層
１８１  電気化学構造体
１８２  第２の導電性プレート
１８６  構造体
１８７  絶縁物
１８８  電池
１８９  電池
１９４  導電性プレート
１９６  導電性相互接続
１９８  導電性相互接続
２００  導電性相互接続
２０１  電池
２０２  導電性プレート
２０７  構造体
２０８  構造体
２０９  絶縁物
２１０  導電性コンタクト
２１４  電池
２１６  電池
２１８  電池
２２０  導電性コンタクト
２２１  構成要素
２２２  構成要素
２２３  構成要素
２４０  電気化学構造体
２４２  電池
２４４  電池
２４６  導電性プレート
２４８  導電性プレート
２４９  絶縁物
３１１  表面
３１２  表面
４００  集積回路
４０２  バルク半導体ウェーハ
４１０  電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）
４１１  ソース／ドレイン
４１２  ソース／ドレイン
４１３  チャネル
４１４  ゲート
４１５  ゲート絶縁膜
４１８  絶縁性スペーサ
４２０  電池
４２２  負端子
４２４  正端子
４３２  導電性メタライゼーション
４３４  導電性メタライゼーション
４４２  電気導体
４４４  電気導体
６００  電解質
６０２  ベース
６０４  アーム
６０６  アーム
６２０  空洞電極
６２４  拡張部
６２６  拡張部
６５０  Ｕ型電池
６７０  Ｕ型電池
６８０  Ｓ型電池
６８２  電極
６８４  電解質
６８６  電極
９００  電子デバイス層
９００＋Ｊ−１  配線レベル
９００＋Ｊ  配線レベル
９００＋Ｊ＋１  配線レベル
９００＋Ｎ  配線レベル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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