一種用于形成鋰離子型電池的方法，包括以下步驟：在至少局部導(dǎo)電的襯底上形成絕緣層，該絕緣層具有貫通開口；相繼且保形地沉積包括陰極集電極層、陰極層、電解質(zhì)層以及陽極層的層疊，該層疊具有的厚度小于所述絕緣層的厚度；在所述結(jié)構(gòu)上形成陽極集電極層，該陽極集電極層填充所述開口中剩余的空間；以及平坦化所述結(jié)構(gòu)，以露出所述絕緣層的上表面。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種。技術(shù)背景鋰離子型電池具有如下優(yōu)點包括固態(tài)不易燃電解質(zhì)，該電解質(zhì)在寬范圍的溫度 下還具有良好的離子導(dǎo)電性。這樣的電池可以有利地用在移動電子設(shè)備(例如移動電話或 便攜式計算機)中。為了形成薄膜鋰離子電池、典型地為尺寸小于2. 5cmX2. 5cm的電池，通常采用通 過陰影掩膜(shadow mask)濺射的技術(shù)。這樣的技術(shù)包括將陰影掩膜放在支承物或襯底上， 并且通過該掩膜來濺射形成電池的不同的層。然而，對于大規(guī)模生產(chǎn)薄膜鋰離子型電池而言，使用陰影掩膜相對昂貴。實際上， 對于涉及掩膜的每一次濺射，所濺射的成分也沉積在掩膜上。因此，在每次使用掩膜之間， 需要移除和回收掩膜上所沉積的不同的層。憑借通過陰影掩膜進(jìn)行濺射而形成電池的技術(shù)也有不適用于形成較小尺寸(小 于3mm的側(cè)面長度)的電池的缺點，對于這類尺寸出現(xiàn)掩膜對準(zhǔn)問題。現(xiàn)在，這樣的電池可 以有利地用作備用電池，以在主電池出現(xiàn)故障時將關(guān)鍵數(shù)據(jù)保存在存儲器中。為了形成小的鋰離子型電池，可以考慮采用集成電路領(lǐng)域中公知且受控的光刻技 術(shù)。然而，這樣的技術(shù)在應(yīng)用于大的襯底表面積上時相對昂貴。此外，光刻方法需要使用通 過濕法工藝(通常為基于溶劑的水混合物)移除的樹脂，這將引起與基于高活性鋰的電池 層的化學(xué)反應(yīng)。這樣的技術(shù)的實現(xiàn)方式因此對于制造鋰離子型電池而言是復(fù)雜的。因此，需要一種方法，使得能夠以薄膜技術(shù)形成相對廉價的鋰離子型電池，適用于 存在形成此電池的高活性材料的情況。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的實施例的目的在于提供一種方法，使得能夠形成垂直薄膜鋰離子型電 池，與這樣的電池中存在的材料的反應(yīng)性兼容。本專利技術(shù)的實施例的另一目的在于提供一種方法，用于以合理的成本形成小型垂直 薄膜鋰離子型電池。因而，本專利技術(shù)的實施例提供一種用于形成鋰離子型電池的方法，包括以下步驟 (a)在至少局部導(dǎo)電的襯底上形成包括貫通開口的絕緣層；(b)相繼且保形地沉積包括陰 極集電極層、陰極層、電解質(zhì)層以及陽極層的層疊(stack)，該層疊具有的厚度小于所述絕 緣層的厚度；(C)在所述結(jié)構(gòu)上形成填充所述開口中的剩余空間的陽極集電極層；以及(d) 平坦化該結(jié)構(gòu)，以露出所述絕緣層的上表面。根據(jù)本專利技術(shù)的實施例，所述方法在步驟(d)之后還包括步驟在所述結(jié)構(gòu)上形成 至少一個保護(hù)層，在所述陽極集電極層上的所述保護(hù)層中形成開口，以及在所述保護(hù)層的 開口中以及所述保護(hù)層的一部分之上形成導(dǎo)電區(qū)域。根據(jù)本專利技術(shù)的實施例，所述方法還包括步驟在所述導(dǎo)電層上形成第一接觸部，以 及在所述襯底上形成第二接觸部。根據(jù)本專利技術(shù)的實施例，所述方法在步驟(C)之前還包括形成籽晶層的步驟。根據(jù)本專利技術(shù)的實施例，所述陽極集電極層是在所述籽晶層上在低溫下通過電解生 長而形成的，所述籽晶層以鈦和銅的層疊形成。根據(jù)本專利技術(shù)的實施例，所述襯底以摻雜硅或者金屬制成，所述陰極集電極層以鈦、 鎢、鉬、鉭、鉬、或者這些材料的層疊制成，所述陰極層以鈦鋰氧代硫化物(LiTiOS)、鈷鋰氧 化物(LiCoO2)、或者能夠引入鋰的任何材料制成，所述電解質(zhì)層以鋰磷氮氧化物(LiPON)制 成，所述陽極層以硅、鍺、碳、或者這些材料的合金或?qū)盈B制成，以及所述陽極集電極層以銅 制成。根據(jù)本專利技術(shù)的實施例，所述陰極集電極層、所述陰極層、所述電解質(zhì)層以及所述陽 極層是通過物理氣相沉積(PVD)形成的。根據(jù)本專利技術(shù)的實施例，所述保護(hù)層是以第一層和第二 SiO2層的層疊形成的，所述 第一層以陶瓷、A1203、SiN或^O2制成。根據(jù)本專利技術(shù)的實施例，所述絕緣層具有范圍在5 μ m至30 μ m之間的厚度，所述陰 極集電極層具有范圍在IOOnm至500nm之間的厚度，所述陰極層具有范圍在Ιμπι至ΙΟμπι 之間的厚度，所述電解質(zhì)層具有范圍在1 μ m至3 μ m之間的厚度，以及所述陽極層具有范圍 在IOnm至800nm之間的厚度。本專利技術(shù)的實施例還提供一種鋰離子型電池，包括支撐絕緣層的至少局部導(dǎo)電的 襯底，該絕緣層包括第一貫通開口 ；以及在所述開口的壁和底部上的包括陰極集電極層、陰 極層、電解質(zhì)層、陽極層以及陽極集電極層的層疊，所述層疊填充所述第一開口。附圖說明下面將結(jié)合附圖在具體實施例的以下非限制性描述中詳細(xì)討論本專利技術(shù)的前述目 的、特征和優(yōu)點，其中，圖1至圖7示出根據(jù)本專利技術(shù)實施例的方法的步驟的結(jié)果。具體實施方式為了清楚，在不同附圖中相同部件具有相同標(biāo)號，此外，通常在小的薄膜構(gòu)件的表 示中，各個附圖并非是按比例的。圖1至圖7示出用于形成鋰離子型電池的方法的步驟的結(jié)果。在圖1所示的步驟中，從包括導(dǎo)電襯底10的結(jié)構(gòu)開始，在導(dǎo)電襯底10上形成絕緣 材料層12。在絕緣材料層中形成開口 14，該開口 14跨越該層的整個厚度。作為示例，襯底 10可以具有范圍在500 μ m至800 μ m之間的厚度，并且可以由摻雜硅或者金屬制成。絕緣 層12可以由氧化硅制成。為了獲得這種結(jié)構(gòu)，絕緣層可以全部沉積在導(dǎo)電襯底10上，此后，借助于預(yù)先形 成所適用的圖案的樹脂，可以通過光刻而蝕刻該層以創(chuàng)建開口 14。優(yōu)選地，氧化物層具有范 圍在5 μ m至30 μ m之間的厚度。應(yīng)注意，在圖1以及之后的附圖中，示出構(gòu)成鋰離子型電池的單個基本單格電池 (elementary cell)。應(yīng)理解，在襯底10上可以彼此相鄰地形成很多電池(battary)。其中，絕緣區(qū)域12使得能夠為不同的基本電池定界。作為示例，兩個相鄰電池的有源區(qū)域可 以分隔開小于Imm的距離，例如范圍在200 μ m至500 μ m之間的距離。應(yīng)注意，兩個基本電 池之間的劃線(scribe line)可以小于ΙΟΟμπι。在圖2所示的步驟中，在絕緣部分12的上表面和壁上，以及在導(dǎo)電襯底10的外表 面上，在圖1的器件上形成了形成鋰離子型電池的不同層的層疊16。層疊16可以是通過連 續(xù)的物理氣相沉積(PVD)而形成的。層疊14包括以下各層。-形成陰極集電極的第一層18。作為示例，該層可以由鈦、鎢、鉬、鉭、鉬、或者這些 材料的合金或?qū)盈B而制成，并且具有范圍在IOOnm至500nm之間的厚度。-形成電池陰極的第二層20，以例如LiTiOS(鈦鋰氧代硫化物)、LiCoO2 (鈷鋰氧 化物)或者Lii^ePO4 (鋰鐵磷酸鹽)的材料制成，具有范圍在Iym至ΙΟμπι之間的厚度。更 通常地，層20可以由在鋰離子型電池中可用作陰極的引入鋰的任何材料制成。-形成電池電解質(zhì)的第三層22，例如以LiPON(鋰磷氮氧化物)或能夠形成固態(tài)鋰 離子單格電池的電解質(zhì)的任何其它材料制成。第三層22具有范圍在1 μ m至3 μ m之間的 厚度。-形成電池陽極的第四層對，例如以硅、鍺、碳或這些材料的層疊或合金制成。第 四層具有范圍在IOnm至SOOnm之間的厚度。因此，形成鋰離子型電池的有源部分的層18至M的層疊16可以具有范圍在5 μ m 至15 μ m之間的厚度，該厚度小于絕緣層12的厚度。在層疊16上形成有形成用于陽極集電極的籽晶層的第五層沈。作為示例，該層可 以由鈦和銅的層疊形成。該層還形成保護(hù)屏障，用于層疊的較低層，并且主要用于特別由活 性鋰化合物形成的層22和24。作為示例，籽晶層沈可以具有范圍在IOOnm至300nm之間 的厚度。應(yīng)注意，如果形成陽極集電極層的材本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
一種用于形成鋰離子型電池的方法，包括以下步驟：（ａ）在至少局部導(dǎo)電的襯底（１０）上形成絕緣層（１２），該絕緣層包括貫通開口（１４）；（ｂ）相繼且保形地沉積層疊（１６），該層疊（１６）包括陰極集電極層（１８）、陰極層（２０）、電解質(zhì)層（２２）以及陽極層（２４），該層疊具有的厚度小于所述絕緣層的厚度；（ｃ）在所述結(jié)構(gòu)上形成陽極集電極層（２８），該陽極集電極層（２８）填充所述貫通開口（１４）中剩余的空間；以及（ｄ）平坦化該結(jié)構(gòu)，以露出所述絕緣層（１２）的上表面。
【技術(shù)特征摘要】
FR 2009-9-28 09/566761.一種用于形成鋰離子型電池的方法，包括以下步驟(a)在至少局部導(dǎo)電的襯底(10)上形成絕緣層(12)，該絕緣層包括貫通開口(14)；(b)相繼且保形地沉積層疊(16)，該層疊(16)包括陰極集電極層(18)、陰極層(20)、 電解質(zhì)層0 以及陽極層(M)，該層疊具有的厚度小于所述絕緣層的厚度；(c)在所述結(jié)構(gòu)上形成陽極集電極層( )，該陽極集電極層08)填充所述貫通開口 (14)中剩余的空間；以及(d)平坦化該結(jié)構(gòu)，以露出所述絕緣層(12)的上表面。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，在所述步驟(d)之后還包括以下步驟在所述陽極集電極層08)之上，在所述結(jié)構(gòu)上形成至少一個保護(hù)層(30，32)，并且在 所述保護(hù)層中限定開口(34)；以及在所述保護(hù)層的開口中以及在所述保護(hù)層的一部分之上形成導(dǎo)電區(qū)域(36)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括在所述導(dǎo)電層08)上形成第一接觸部(38)且 在所述襯底(10)上形成第二接觸部0 的步驟。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，在所述步驟(c)之前還包括形成籽晶層06)的步驟。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述陽極集電極層08)是在所述籽晶層06)上 在低溫下通過電解生長而形成的，所述籽晶層由鈦和銅的層疊形成。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述襯底(10)由摻雜硅或者金屬制成，所述陰極 集電極層(18)由鈦、鎢...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：皮埃爾布隆，
申請(專利權(quán))人：意法半導(dǎo)體圖爾公司，
類型：發(fā)明
國別省市：FR[法國]
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