用于形成薄膜锂离子电池的方法技术

一种用于形成锂离子型电池的方法，包括以下连续步骤：在衬底中形成沟道；相继且保形地沉积包括阴极集电极层、阴极层、电解质层、以及阳极层的层叠，该层叠具有的厚度小于所述沟道的深度；在所述结构上形成填充所述沟道中剩余的空间的阳极集电极层；以及平坦化所述结构，以露出所述阴极集电极层的上表面。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。技术背景锂离子型电池具有如下优点包括固态不易燃电解质，该电解质还在宽范围的温 度下具有良好的离子导电性。这样的电池可以有利地用在移动电子设备(例如移动电话或 便携式计算机)中。为了形成薄膜锂离子电池、典型为尺寸小于2. 5cmX2. 5cm的电池，通常采用通过 阴影掩膜(shadow mask)溅射的技术。这样的技术包括将阴影掩膜放在支承物或衬底上， 并且通过该掩膜来溅射形成电池的不同的层。然而，对于大规模生产薄膜锂离子型电池而言，使用阴影掩膜相对昂贵。实际上， 对于涉及掩膜的每一次溅射，所溅射的成分也沉积在掩膜上。因此，在每次使用掩膜之间， 需要移除和回收掩膜上所沉积的不同的层。凭借通过阴影掩膜进行溅射而形成电池的技术也有不适用于形成较小尺寸(小 于3mm的侧面长度)的电池的缺点，由于对于这样的尺寸出现掩膜对准问题。现在，这样的 电池可以有利地用作备用电池，以在主电池出现故障时将关键数据保存在存储器中。为了形成小的锂离子型电池，可以预期采用集成电路领域中公知且受控的光刻技 术。然而，这样的技术在应用于大的衬底表面积上时相对昂贵。此外，光刻方法需要使用通 过湿法工艺(通常为基于溶剂的水混合物)移除的树脂，这将引起与基于高活性锂的电池 层的化学反应。这样的技术因而不适合用于形成锂离子型电池。因此，需要一种方法，使得能够以薄膜技术形成相对廉价且小型的锂离子型电池， 适用于存在形成这样的电池的高活性材料的情况。
技术实现思路
本专利技术的一实施例的目的在于提供一种使得能够形成平面薄膜锂离子型电池的 方法，该方法与这样的电池中存在的材料的活性兼容。本专利技术的一实施例的另一目的在于提供一种使得能够以合理的成本形成小型平 面薄膜锂离子型电池的方法。因而，本专利技术实的一施例提供一种用于形成锂离子型电池的方法，包括以下连续 步骤(a)在衬底中形成沟道；(b)相继且保形地沉积层叠，该层叠包括阴极集电极层、阴极层、电解质层以及阳 极层，该层叠具有的厚度小于所述沟道的深度；(c)在所述结构上形成填充沟道中剩余的空间的阳极集电极层；以及(d)平坦化所述结构，以露出所述阴极集电极层的上表面。根据本专利技术的一实施例，所述方法在步骤(d)之后还包括以下步骤在所述结构上形成保护层，并且在所述保护层中在所述阳极集电极层上限定第一 贯通开口并且在所述阴极集电极层上限定第二贯通开口 ；以及在所述第一开口和所述第二开口中且在所述保护层的一部分上分别形成第一导 电区域和第二导电区域。根据本专利技术的一实施例，所述方法还包括步骤在所述第一导电区域上形成第一 接触部，并且在所述第二导电区域上形成第二接触部。根据本专利技术的一实施例，所述方法在步骤(C)之前还包括形成籽晶层的步骤。根据本专利技术的一实施例，所述阳极集电极层是在所述籽晶层上在低温下通过电解 生长而得以形成的，所述籽晶层由钛和铜的层叠形成。根据本专利技术的一实施例，所述衬底由硅或者氧化硅制成，所述阴极集电极层由钛、 钨、钼、钽、钼、或者这些材料的合金或层叠制成，所述阴极层由钛锂氧代硫化物(LiTiOS)、 钴锂氧化物(LiCoO2)、或者能够插入锂在锂离子型电池中可用作阴极的任何材料制成，所 述电解质层由锂磷氮氧化物(LiPON)制成，所述阳极层以硅、锗、碳、或者这些材料的合金 或层叠制成，所述阳极集电极层由铜制成。根据本专利技术的一实施例，所述阴极集电极层、所述阴极层、所述电解质层、以及所 述阳极层是通过物理气相沉积形成的。根据本专利技术的一实施例，所述保护层由包括第一层和第二 S^2层的层叠形成，所 述第一层由陶瓷、A1203、SiN或者^O2制成。根据本专利技术的一实施例，所述沟道具有范围在5 μ m至30 μ m之间的深度，所述阴 极集电极层具有范围在IOOnm至500nm之间的厚度，所述阴极层具有范围在Ιμπι至ΙΟμπι 之间的厚度，所述电解质层具有范围在1 μ m至3 μ m之间的厚度，以及所述阳极层具有范围 在IOnm至800nm之间的厚度。根据本专利技术的一实施例，还提供一种锂离子型电池，包括衬底，该衬底包括沟道； 阴极集电极层，该阴极集电极层在所述沟道的壁和底部上且在所述衬底上；包括阴极层、电 解质层、阳极层以及阳极集电极层的层叠，该层叠沿着所述沟道的壁和底部在所述阴极集 电极层上形成，所述层叠填充所述沟道；以及保护层，在所述绝缘层和所述层叠上延伸，分 别在所述阳极集电极层和所述阴极集电极层上在所述保护层中形成有第一和第二贯通开下面将结合附图在具体实施例的以下非限制性描述中详细讨论本专利技术的前述目 的、特征和优点。附图说明图IA至图IE示出根据本专利技术第一实施例的用于形成薄膜平面锂离子型电池的方 法的步骤的结果；图2A和图2B示出根据本专利技术第二实施例的用于形成薄膜平面锂离子型电池的方 法的步骤的结果；以及图3A至图3D示出根据本专利技术第三实施例的用于形成薄膜平面锂离子型电池的方 法的步骤的结果。具体实施方式为了清楚，在不同附图中相同部件具有相同标号，此外，通常在小的薄膜构件的表 示中，各个附图并非是按比例的。图IA至图IE示出用于形成薄膜平面锂离子型电池的方法的步骤的结果(两个电 极接触部都形成在器件的表面)。在图IA所示的步骤中，以包括衬底10的结构开始，其中形成沟道12。作为示例， 衬底10可以由硅、高电阻系数的硅、或者氧化硅制成。沟道12可以例如借助于预先形成有 适当图案的树脂通过光刻而获得。优选地，沟道12具有范围在5 μ m至30 μ m之间的深度， 衬底的表面尺寸范围在700 μ m至900 μ m之间。在衬底10的上表面上以及在沟道12的底部和壁上形成有形成锂离子型电池的不 同的层的层叠14。层叠14可以通过连续的物理气相沉积(PVD)形成。层叠14包括以下各层。-形成阴极集电极的第一层16。作为示例，该层可以由钛、钨、钼、钽、钼或者这些 材料的合金或层叠而制成，并且具有范围在IOOnm至500nm之间的厚度。-形成电池阴极的第二层18，由例如LiTiOS(钛锂氧代硫化物)或者LiCoO2(钴 锂氧化物)的材料制成，具有范围在1 μ m至10 μ m之间的厚度，更通常地，层18可以由在 锂离子型电池中可用作阴极的引入锂的任何材料制成。-形成电池电解质的第三层20，例如由LiPON(锂磷氮氧化物)或者能够形成固态 锂离子单格电池电解质的任何其它材料制成。第三层20具有范围在1 μ m至3 μ m之间的厚度。-形成电池阳极的第四层22，例如由硅、锗、碳或这些材料的层叠或合金制成。第 四层具有范围在ΙΟμπι至800μπι之间的厚度。因而，形成锂离子型电池的有源部分的层叠14可以具有范围在5μπι至15μπι之 间的厚度，该厚度小于沟道12的深度。在层叠14上形成有形成用于阳极集电极的籽晶层的第五层Μ。作为示例，该层 可以由钛和铜的层叠而形成。该层还形成保护屏障，用于层叠的较低层，并且主要用于特别 由活性锂化合物形成的层18和20。作为示例，籽晶层M可以具有范围在IOOnm至300nm 之间的厚度。应注意，如果形成阳极集电极层的材料能够直接形成在电池阳极上，则籽晶层 M可以省略。应注意，在图1以及之后所有附图中，示出构成锂离子型电池的单个基本单格电 池(elementary本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于形成锂离子型电池的方法，包括以下连续步骤：（ａ）在衬底（１０）中形成沟道（１２）；（ｂ）相继且保形地沉积层叠（１４），该层叠包括阴极集电极层（１６）、阴极层（１８）、电解质层（２０）以及阳极层（２２），该层叠具有的厚度小于所述沟道的深度；（ｃ）在所述结构上形成填充所述沟道（１２）中剩余的空间的阳极集电极层（２６）；以及（ｄ）平坦化所述结构，以露出所述阴极集电极层（１６）的上表面。

【技术特征摘要】
FR 2009-9-28 09/566771.一种用于形成锂离子型电池的方法，包括以下连续步骤(a)在衬底(10)中形成沟道(12)；(b)相继且保形地沉积层叠(14)，该层叠包括阴极集电极层(16)、阴极层(18)、电解质 层00)以及阳极层(22)，该层叠具有的厚度小于所述沟道的深度；(c)在所述结构上形成填充所述沟道(12)中剩余的空间的阳极集电极层06)；以及(d)平坦化所述结构，以露出所述阴极集电极层(16)的上表面。2.根据权利要求1所述的方法，在步骤(d)之后还包括以下步骤在所述结构上形成保护层08，30)，并且在所述保护层中、在所述阳极集电极层06) 上限定第一贯通开口(32，50)，并且在所述阴极集电极层(16)上限定第二贯通开口(34， 56)；以及在所述第一开口和所述第二开口中以及在所述保护层的一部分上分别形成第一导电 区域(36,44,52)和第二导电区域(38,46,58) 3.根据权利要求2所述的方法，还包括步骤在所述第一导电区域(36,44,5 上形成 第一接触部(40，48，64)，并且在所述第二导电区域(38，46，58)上形成第二接触部(42，49， 62)。4.根据权利要求1所述的方法，在步骤(c)之前还包括形成籽晶层04)的步骤。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述阳极集电极层06)是在所述籽晶层04)上 在低温下通过电解生长而形成的，所述籽晶层由钛和铜的层叠形成。6.根据权利要求2所述的方法，其中，所述衬底(10)由硅或氧化硅制成，所述阴极集 电极层(16)以钛、钨、钼、钽、钼、或者这些材料的合金或层叠制成，所述阴极层(...

【专利技术属性】
技术研发人员：皮埃尔布隆，
申请(专利权)人：意法半导体图尔公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]