鋰電池、用于制造鋰電池的方法、集成電路以及制造集成電路的方法

鋰電池、用于制造鋰電池的方法、集成電路以及制造集成電路的方法
【專利摘要】一種鋰電池，包括：陰極、包括由硅制成的部件的陽極、設置在陰極與陽極之間的分離器元件、電解質以及襯底。陽極設置在襯底之上，或者陽極與襯底一體形成。
【專利說明】鋰電池、用于制造鋰電池的方法、集成電路以及制造集成電路的方法
【背景技術】
[0001]隨著諸如筆記本電腦、便攜式電話、相機之類的便攜式電子裝置使用的增多，以及隨著電流驅動汽車使用增多，具有高能量密度的鋰離子二次電池作為用于這些裝置的電源已經受到增多的關注。
[0002]傳統地，鋰離子二次電池包括:包括含鋰的過渡金屬氧化物等的正電極，包括碳材料的負電極，和非水電解質以及設置在正電極和負電極之間的分離器。
[0003]為了滿足對于容量和性能的需求，需要開發新的陽極材料，以使得電池的能量存儲容量可以增大并且可以以簡單方式制造得到的鋰電池。
[0004]此外，在許多應用中越來越多使用了需要相對低量電能的集成電路或電子裝置。本發明的一個目的在于提供一種向這些集成電路或電子裝置提供能量的小型化電池。
[0005]另一目的在于提供一種小型化電池的制造方法以及包括該小型化電池的集成電路和電子裝置。
[0006]在獨立權利要求中規定了問題的解決方案。在從屬權利要求中限定了實施例。

【發明內容】

[0007]根據鋰電池的實施例，鋰電池包括:陰極、包括由硅制成的部件的陽極、設置在陰極和陽極之間的分離器元件、電解質以及襯底。陽極設置在襯底之上，或者陽極與襯底一體形成。
[0008]根據制造鋰電池的方法的實施例，方法包括:在襯底的表面上形成陽極；形成分離器元件；形成陰極以使得分離器元件設置在陰極和陽極之間；以及在由陽極、陰極和襯底形成的空間中填充電解質。
[0009]根據集成電路的實施例，集成電路包括鋰電池以及形成在半導體襯底中的電路元件。鋰電池包括襯底以及包含由硅制成的部件的陽極。鋰電池形成在襯底中，或者形成在襯底之上的層中。
[0010]根據制造集成電路的方法的實施例，方法包括:在半導體襯底中形成電路元件；以及形成鋰電池。通過在半導體襯底的表面上形成陽極或者在半導體襯底之上的半導體層中形成陽極來形成鋰電池。
[0011]根據制造鋰電池的方法的另一實施例，方法包括:在第一半導體襯底中形成電路元件；通過在第二半導體襯底的表面上形成陽極而形成鋰電池；以及將第一半導體襯底和第二半導體襯底封裝在共同外殼中。
[0012]根據電子裝置的實施例，電子裝置包括電氣電路和鋰電池。鋰電池包括:陰極、包含由硅制成的部件的陽極、設置在陰極和陽極之間的分離器元件、電解質以及襯底。陽極設置在襯底之上，或者與襯底一體形成。
[0013]根據電子裝置的另一實施例，電子裝置包括電氣電路和集成電路。集成電路包括鋰電池以及形成在半導體襯底中的電路元件。鋰電池包括半導體襯底以及包含由硅制成的部件的陽極。鋰電池形成在半導體襯底中，或者在半導體襯底之上的層中。
[0014]通過閱讀以下具體描述以及通過查看附圖，本領域技術人員將認識到額外的特征和優點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]包括附圖以提供對本發明的實施例的進一步理解，并且附圖包含在該說明書中并且構成其一部分。附圖示出了本發明的實施例并且與說明書一起用于解釋其原理。本發明的其他實施例以及許多預期的優點將容易理解，因為通過參照以下具體描述它們將變得更容易理解。附圖的元件無需相對于彼此按比例繪制。相似的附圖標記標識對應的相似部件。
[0016]圖1A示出了鋰電池的截面圖；
[0017]圖1B示出了根據備選實施例的鋰電池的截面圖；
[0018]圖2A示出了包括鋰電池的集成電路的截面圖；
[0019]圖2B示出了包括鋰電池的集成電路的頂視圖；
[0020]圖3示出了根據實施例的電子裝置；
[0021]圖4示出了根據實施例的電子裝置；
[0022]圖5示出了根據實施例的電子裝置；
[0023]圖6A和圖6B示出了當執行制造鋰電池的方法時載體的截面圖和頂視圖；
[0024]圖7A和圖7B示出了在載體中形成凹槽之后載體的截面圖和頂視圖；
[0025]圖8示出了在執行進一步工藝步驟之后載體的截面圖；
[0026]圖9示出了包括凹槽的載體的示例的截面圖；
[0027]圖10示出了在執行進一步工藝步驟之后載體的截面圖；
[0028]圖11示意性示出了形成鋰電池的方法；
[0029]圖12示意性示出了制造集成電路的方法；以及
[0030]圖13示出了包括電池的電子裝置的示例。
【具體實施方式】
[0031]在以下具體描述中，參照了示出其中可以實施本發明的具體實施例的附圖。在這點上，參考所描述的附圖的定向而使用諸如“頂部”、“底部”、“正面”、“背面”、“前面”、“后面”等的方向性術語。因為本發明的實施例的部件可以以多個不同定向進行定位，所以方向性術語用于示意說明的目的并且絕非是限定性的。應該理解的是可以采用其他實施例并且可以不脫離由權利要求限定的范圍而做出結構上或者邏輯上的改變。
[0032]在以下說明書中使用的術語“載體”或“半導體載體”可以包括具有半導體表面的任何基于半導體的結構。載體和結構應該理解為包括硅、絕緣體上硅(SOI)、藍寶石上硅(SoS)、摻雜和未摻雜的半導體、由基部半導體基礎支撐的娃外延層、以及其他半導體結構。此外，術語“載體”或“半導體載體”進一步包括任何類型半導體層，可以是單晶、多晶或非晶的，形成在合適的襯底材料上。此外，載體可以包括絕緣體。特定示例包括諸如石英玻璃(S12)的玻璃，陶瓷或聚合物。此外，術語“襯底”也可以包括具有半導體表面的任何基于半導體的結構。半導體無需是基于硅的。半導體也可以是碳化硅、硅鍺、鍺或砷化鎵。襯底可以包括半導體或絕緣體。[0033]特定示例包括諸如石英玻璃(S12)的玻璃，陶瓷或聚合物。
[0034]在本說明書的上下文的范圍內使用的術語“連接”或“互連”意味著相應部件可以相互信號連接。例如，其他元件可以設置在部件之間。此外，相應部件無需物理連接，只要信號可以在它們之間交換。此外，術語“連接”和“互連”也涵蓋了其中例如并未施加電壓的情形。
[0035]圖1A示出了鋰電池2的示例的截面圖。該截面圖在如圖6B中所示的II和II之間截取。
[0036]圖1A示出的鋰電池包括:陰極13、包括由硅制成的部件的陽極17、設置在陰極13和陽極17之間的分離器元件18、電解質12以及襯底19，陽極17設置在襯底19之上。例如，陽極17可以與襯底19 一體形成。備選地，陽極17可以是形成在襯底19之上的附加層。陽極17、分離器元件18和電解質12可以布置在設置于硅本體I中的凹槽31中。例如，陽極17可以形成凹槽31的壁。凹槽31可以包括側壁和底側，并且陽極17可以形成凹槽31的底側。陽極17可以進一步包括薄金屬層11。
[0037]襯底19可以由如上所述任何材料制成。可以圖案化襯底19。因此，如圖1A所示，凹槽31可以形成在襯底19中。陽極17可以包括硅材料，該硅材料可以是單晶、多晶或非晶的。硅材料可以摻雜有任何摻雜劑，如傳統上使用的諸如硼(B)、砷(As)、磷(P)或銻(Sb)。陽極17的有源硅表面可以是平面的或者可以被圖案化。例如，諸如棱錐、溝槽和柱體的三維結構可以形成在陽極的表面中。薄金屬層11可以形成在陽極17的接觸電解質12的表面之上。例如，金屬層11可以包括銀(Ag)、鋁(Al)、金(Au)、鈀(Pd)或鉬(Pt)。可以使用與鋰形成合金的金屬。其他示例包括Zn、Cd、Hg、B、Ga、In、C、S1、Ge、Sn、Pb、As、Sb、B1、Se和Te。金屬層11的厚度可以小于lOOnm，并且例如大于lnm。例如，Ag在大約500mV電壓下與Li形成合金,而Si在大約330mV電壓下形成合金。因此，當施加Ag金屬層時,在利用鋰對Si材料充電以使得鋰離子將以均勻方式移動至Si陽極之前，Ag-Li合金將在17的表面處形成。此外，由于合金層，防止了在陽極表面上形成原生S12層，以使得進一步增強了鋰離子的輸運。此外，在Si陽極中插入Li原子將以更均勻方式完成，以使得將改進鋰電池的性能。此外，由于薄金屬層的存在，增強了在充電和放電期間電極的機械穩定性。
[0038]已經觀察到在第一次充電周期期間充電時間將增大。這可以是由于存在于陽極17的表面上的薄金屬層11而引起。然而，在數次充電周期之后，充電速率將等于采用不具有金屬層的陽極的情形。
[0039]對于陰極13，可以采用用于鋰離子電池的通常已知的電學材料。示例包括LiCoO2，LiN12, LiNi1^CoxO2, LiNia85Co0.^l0 0502, LiNi0.33Co0.33Mn0.3302, LiMn2O4 尖晶石和 LiFePO4。電解質12可以包括通常用于鋰電池的電解質，諸如例如在無水疏質子溶劑中的LiPF6、LiBF4的鹽類，諸如丙烯碳酸鹽、二甲基碳酸鹽或1，2-二甲氧基甲烷、乙烯碳酸鹽、二乙基碳酸鹽和其他聚合物，例如聚偏氟乙烯(PVDF)或聚偏氟乙烯六氟丙烯(PVDF-HFP)或其他聚合物，Li3PO4N 等。
[0040]分離器18將陽極17和陰極13相互空間地和電學地分離開。然而，分離器18必需對于離子是可滲透的，以使得可以完成存儲的化學能向電能的轉換。分離器18的材料的示例包括由諸如纖維玻璃、聚乙烯或微孔材料之類的材料制成的非紡織纖維。此外，可以使用由可以包括若干層的微孔薄片制成的薄膜。其他示例包括涂覆有陶瓷材料的非紡織纖維。本領域中已知其他示例。
[0041]密封劑14可以形成在陰極13之上。密封劑14提供了水包封和氣閉包封。密封劑14的材料的示例包括已知的聚合物，例如聚酰亞胺。鈍化層10形成在不形成陽極17的硅本體I的那些部分之上。更具體地，鈍化層10覆蓋了凹槽31的側壁。此外，鈍化層10覆蓋了襯底19的外側或電池的外殼。鈍化層10可以包括不同材料，諸如氧化硅(S12)、氮化硅(Si3N4)、聚合物、醢亞氨、旋涂玻璃(SOG)、聚乙烯、金屬或這些材料的任意組合，例如聚合物和金屬的層疊結構。鈍化層10防止鋰原子擴散至相鄰部件。
[0042]導電層15、16形成在電池2的背側上。例如，諸如銅的金屬層16可以形成在背側上，諸如TiW的界面層15設置在陽極材料17與銅層16之間。例如，界面層15的厚度可以在50至150nm的范圍內，例如lOOnm。此外,銅層16的厚度可以大于500nm,例如I μ m或更大。備選地，使用例如由多晶硅或摻雜硅制成的掩埋層或溝道，也可以放電電流。
[0043]電池2可以是可再充電的或二次鋰離子電池。根據其他實施例，電池2可以是不可再充電的一次電池。
[0044]圖1A中示出的電池2具有改進的能量存儲容量，因為娃具有插入鋰的大容量。換言之，可以存儲或者插入硅中的鋰原子的量遠大于傳統情形中。因為陽極17包括硅，可以采用硅或通用半導體工藝方法。特別地，用于制造小型化尺寸的方法可以有效地適用于制造與傳統電池相比具有小尺寸的電池。根據實施例，封裝包括了由半導體工藝已知的材料，諸如玻璃或模塑化合物。根據其他實施例，陽極17與襯底19 一體形成。在這些情形中，可可以采用半導體工藝方法以便于進一步小型化電池2。根據已知的半導體工藝方法，可以形成小尺寸結構以使得可以實現在硅材料中更快、更均勻和更有效地插入鋰。另外，帶來了更高的機械長期穩定性。此外，能夠將額外的部件集成在包括鋰電池的單個裸片中。
[0045]如圖1A所示，陽極17設置在形成于硅本體I中的凹槽31中。可選地，陽極17進一步包括三維表面結構，以使得增大了陽極17的有源表面。因此，可以防止由于鋰化反應而使得硅體積增大的有害效應。此外，由于分離器18的存在，減緩了硅體積的增大，因此減小了由于鋰化反應導致的機械應力。在如圖1A所示結構中，襯底19形成了電池2的外殼34。根據實施例，陽極17可以與襯底19和外殼34 —體形成。
[0046]圖1B示出了鋰電池2的另一示例的截面圖。該截面圖例如可以在如圖3B中所示的II和II之間截取。
[0047]圖1B中示出的鋰電池2包括:陰極13、包含由硅制成的部件的陽極17、設置在陰極13和陽極17之間的分離器18、電解質12，所有這些形成在襯底19上。可以圖案化襯底
19。例如，可以在襯底19中形成多個凹槽或柱體。例如，可以通過刻蝕形成凹槽或柱體。備選地，可以在平面表面之上選擇性地生長凹槽或柱體以便于形成延伸部分19a。延伸部分19a可以相對于襯底19的平面表面具有深度d，其中深度d為20至100 μ m。襯底19可以由如上所述任何材料構成。凹槽或柱體無需具有矩形剖面形狀。根據實施例，也可以采用諸如棱錐或其他的不同形狀。
[0048]陽極17可以包括半導體層17a，半導體層17a可以包括如上所述任何半導體材料。陽極17可以形成為在襯底19的表面之上的層。例如，在襯底19的電池部分中，形成陽極17的半導體層17a覆蓋了襯底19的整個表面。然而，將清楚地理解的是，根據其他實施例，襯底19可以是半導體襯底，并且襯底19的表面部分形成了得到的電池2的陽極17。以如上所述類似方式，薄金屬層11可以形成在接觸電解質12的陽極17的表面之上。金屬層11的材料可以選自如上所述的材料。金屬層11的厚度可以小于10nm,例如大于lnm。圖1B中所示電池2的其余部件可以與如圖1A所示電池的其余部件相同。鈍化層10形成在襯底19和電池2的側壁部分上。陰極13形成在分離器18之上，以便于包圍電解質12。密封劑14可以如上所述形成在陰極13之上。
[0049]圖2A和圖2B示出了包括電池2和電路元件20的集成電路36。在如圖2B所示的III和III之間截取圖2A的截面圖。在圖2A中，電池2可以具有與圖1A和圖1B所示結構類似的結構。此外，電路元件20可以形成在半導體襯底I中或上。例如，電路元件20可以包括晶體管、電阻器、電容器、MEMS(微機電系統)裝置、傳感器、能量采集器，例如從外部源(例如太陽能、熱能、風能、鹽分梯度和動能)獲得能量的裝置、用于接收能量的裝置，用于轉換能量的裝置(例如，諸如太陽能電池)，用于發射能量的裝置(諸如RFID(射頻識別裝置))，顯示裝置，視頻裝置或音頻裝置，音樂播放器，信號處理電路，信息處理電路，信息存儲電路或任何這些裝置和其他裝置的部件。電路元件20的其他示例包括控制充電或放電過程的電路。例如，電路元件20可以配置用以控制電池2的充電以使得在已經達到其全部存儲容量之前停止充電。電路元件20可以形成在半導體襯底I中，或者它們可以形成在位于半導體襯底之上的層中。電池2可以形成在相同的半導體襯底I中。備選地，電池2可以形成在放置在半導體襯底I之上的層中。元件分離溝槽30可以形成在電池2和電路元件20之間以便于防止鋰原子擴散進入集成電路3中。可以采用如此前所述的鈍化層10的材料填充元件分離溝槽30。取決于采用的制造方法，集成電路36的鈍化層10和元件分離溝槽30可以由相同層制成。
[0050]圖2B示出了如圖2A所示集成電路36的頂視圖。電池2由元件分離溝槽30所包圍，可以采用氧化硅和/或氮化硅填充元件分離溝槽30。在裸片的外圍部分中，示出了集成電路3。將清楚地理解的是，圖2B僅示出了布置的示例并且易于構思其他合適的布置。根據實施例，可以由一個集成電路3實施傳感器或利用能量的另一部件。此外，可以由另一集成電路3實施能量采集器。采用該配置，可以在集成電路36中產生并且存儲用于驅動傳感器的電能。切口 35可以設置在集成電路36的邊緣處。數若干這樣的集成電路36可以串聯連接。焊接焊盤可以設置在集成電路36的外殼外側。
[0051]圖3不出了電子裝置50的實施例,其中若干芯片布置在一個層內并且由一個外殼55所包圍。換言之，根據該配置，包括電池的若干部件由共用封裝所封裝。然而，它們并非是單片集成的。如所示，在載體襯底54的一側上，可以布置若干芯片，該若干芯片例如包括其中如已經在圖1A或圖1B中所示設了電池的電池襯底51和集成電路(IC)襯底53。可以在電池襯底51和IC襯底53之間設置中間元件52a、52b、52c，中間元件52a、52b、52c可以例如包括諸如聚合物、陶瓷或其他的絕緣材料。參照圖2A如上所述的電路元件20可以設置在IC襯底53內。電池襯底51和IC襯底53借由載體襯底54而物理地相互連接。此夕卜，導電線可以設置在載體襯底54內以便于在這些部件之間實現電接觸。例如，載體襯底54可以由諸如陶瓷、聚合物等的任何合適的襯底材料或絕緣襯底材料制成。載體襯底54的厚度可以是20至100 μ m。電池襯底51和IC襯底53的厚度可以大致為200 μ m。如圖3所示的電子裝置50的尺寸可以例如大致類似于半導體芯片的尺寸，在IX Imm2至數百mm2范圍內，例如4X4mm2或5X 5mm2。具有4X4mm2尺寸的這種電池的典型存儲容量可以在約1mAh的量級。根據實施例，可以在IC襯底53中設置傳感器或者其他利用電能的部件，而電池設置在電池襯底51中，以及能量采集器設置在IC襯底53或其他集成電路襯底中。采用該配置，可以在也包括傳感器的電子裝置50中產生并且存儲用于驅動傳感器的電能。
[0052]圖4示出了電子裝置60的其他示例。電子裝置60包括第一襯底61和第二襯底62。參照圖1A或圖1B如上所述的電池設置在第一襯底61內。例如參照圖2A如上所述包括電路元件20的集成電路的電氣電路可以設置在第二襯底62內。此外，這些部件或電路兀件也可以設置在第一襯底61內。例如,一些電氣電路可以設置在第一襯底61內，而額外的集成電路或電路元件可以設置在第二襯底62內。第一和第二襯底61、62可以設置在一個層中。然而，它們也可以設置在不同層中。例如，它們可以堆疊。第一和第二襯底61、62可以具有相同或不同的尺寸。第一和第二襯底和/或第一和第二襯底61、62的元件可以借由一個或多個接觸接線63互連。它們可以由外殼65包圍。此外，可以經由接觸64訪問在電子裝置60的外殼65內的部件。電子裝置60內的部件的具體布置可以例如取決于使用的具體條件以及電子裝置60的【具體實施方式】。根據實施例，電池設置在第一襯底61中，傳感器或其他利用能量的部件可以設置在第二襯底62中，以及能量采集器可以設置在第一或第二襯底61、62中。采用該配置，可以在也包括傳感器的電子裝置60中產生并且存儲用于驅動傳感器的電能。電子裝置60的典型尺寸約為1X1至數百mm2，例如小于1X 10mm2。
[0053]圖5示出了電子裝置70的另一實施例。電子裝置70包括第一電池71a，以及可選的第二電池71b。將清楚地理解的是，電子裝置70可以包括多于兩個電池。第一和第二電池71a、71b由單獨的外殼72a、72b包圍。此外，第一和第二電池71a、71b相互連接。電子裝置70進一步包括由單獨的外殼73包圍的電子部件74。電子部件74的示例包括如上所述任何類型的電子裝置和電路元件20。電子部件74的其他示例包括計算機，例如個人計算機或筆記本電腦、服務器、路由器，游戲控制臺，例如視頻游戲控制臺、作為進一步示例的便攜式視頻游戲控制臺，圖像處理卡，個人數字處理，數字相機，手機，諸如任何類型音樂播放器的音頻系統，視頻系統，或者諸如汽車、摩托車的運輸裝置、個人運輸器的運輸裝置，或者可以電池驅動的任何類型設備。本領域技術人員易于想到可以電池驅動的電子裝置的其他示例。例如，電子裝置74可以是便攜式或者非便攜式電子裝置。根據如圖5所示布置，電池71a、71b以及電子部件74分立地封裝并且可以組裝以便于形成功能性電子裝置70。電子裝置70的典型尺寸例如在I X I至數百mm2的范圍內。
[0054]圖6至圖10示出了制造電池和/或集成電路的工藝的示例。
[0055]以下描述的工藝使用了半導體技術中已知的若干種方法。因此，關于電池制造的所執行的任何步驟也可以用于處理可以形成在相同芯片上的集成電路。圖6至圖10示出的示例僅示出了制造電池的步驟。然而，將清楚地理解的是，盡管附圖中未明確示出，但是所采用的工藝或者其一部分也可以用于處理電路元件。
[0056]圖6A不出了載體的一部分的截面圖，而圖6B不出了載體的平面圖。圖6A的截面圖從如圖6B所示I和I之間截取。在以下附圖中，在II和II之間的截面圖也示出為如圖6A和圖6B所示。分離溝槽30形成在載體中。分離溝槽以大深度延伸進入載體中以使得在稍后工藝步驟中可以減薄載體的背側以便于使用分離溝槽30相互隔離相鄰的電池。使用通常已知的工藝方法形成分離溝槽，包括用于限定分離溝槽位置的光刻方法，以及如半導體工藝領域通常已知的包括干法刻蝕和濕法刻蝕的已知的工藝的刻蝕。圖6B示出了平面圖的示例。如圖6B所示，分離溝槽包圍了載體部分I的中心部分。盡管所示分離溝槽30具有矩形形狀，但是可以采取任何其他形狀。特別地，分離溝槽可以形成為豎直和水平連續線以便于形成網格。每個分離溝槽30的寬度可以被選擇以使得可以由形成如稍后所述擴散阻擋層的材料合適的填充分離溝槽30。
[0057]此后，凹槽31可以形成在載體I的表面中。凹槽31可以由已知的刻蝕方法形成，例如如果使用單晶硅的載體，則取決于晶向而使用KOH的濕法刻蝕方法以用于提供凹槽的傾斜側表面。然而，將清楚地理解的是，可以采用備選的刻蝕方法。凹槽31的深度可以被選擇以便于實現所需的電池存儲容量。凹槽31的底側形成了有源硅表面。圖7A示出了形成凹槽31之后在I和I之間裸片的截面圖，圖7B示出了裸片的平面圖。
[0058]可以具有擴散阻擋功能的鈍化層10形成在載體的表面之上，而留下了凹槽31的底側未被覆蓋。鈍化層10可以包括氧化硅(S12)和/或氮化硅(Si3N4),聚合物，醢亞氨、旋涂玻璃(SOG)，聚乙烯或者這些材料的任意組合。其他示例包括金屬或金屬與上述材料的組合。在沉積鈍化層10期間，可以由合適的材料掩蔽凹槽31的底側以便于防止鈍化層10的沉積。層厚度可以被調整以在分離溝槽30中形成保形襯層或填充層。例如，如果分離溝槽30用于在稍后工藝步驟中隔離單個電池，則鈍化層10可以形成保形襯層。另一方面，如果分離溝槽30在稍后工藝步驟中用作元件隔離溝槽，則鈍化層10可以形成填充層。圖8示出了在形成鈍化層10作為保形襯層之后的示例的截面圖。
[0059]隨后，可選地，可以執行用于在有源表面中形成三維結構的處理，以便于增大其表面積。該處理可以包括光刻方法以及由刻蝕工藝的圖案化，執行電化學工藝，濕法化學工藝，通過使用合適的沉積工藝而形成原生高溫結構。因此，促進了 Li離子的插入，并且補償了由于插入鋰而引起的陽極材料的機械膨脹。例如，溝槽、棱錐、柱體等可以形成在凹槽31的底側上。例如，可以使用鈍化層10作為掩模而執行這些步驟。圖9示出了從凹槽31的底側豎直延伸的溝槽結構32。溝槽結構32可以具有約20至700 μ m的從凹槽31的平面底側測得的深度d。然而，可以在溝槽結構32中額外地形成子結構。例如，可以在每個溝槽結構32中形成水平延伸的子結構。作為進一步示例，間隙孔等可以形成在溝槽結構32中以便于增強其表面積。
[0060]此后，薄金屬層11形成在形成陽極的暴露的硅材料之上。金屬層11可以具有約10至10nm的厚度。材料可以包括具有與鋰形成合金可能性的金屬，諸如Ag、Al、Au、Pd或Pt。其他示例包括 Zn、Cd、Hg、B、Ga、En、Th、C、S1、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Be、Se、Te。可以通過濺射或通常已知的任何其他沉積工藝形成金屬層11。此后，在凹槽31中形成分離器或分離器堆疊18。可以由通常已知的方法形成分離器或分離器堆疊18。隨后，電解質材料12填充進入凹槽31中。這也可以通過通常已知的方法完成。
[0061]此后，陰極13布置在凹槽31之上。陰極13的材料可以包括如上所述的示例。可以通過通常已知的方法形成陰極13。最終，密封劑14形成在陰極13的表面之上。此后，可以從背側減薄裸片。例如，這可以通過化學機械拋光(CMP)或刻蝕完成。由于該減薄步驟，可以隔離單個電池。然而，例如鋸切或激光切割的隔離元件的備選方法是可能的。圖10示出了在電池隔離之后截面圖的示例。
[0062]隨后在載體I的背側上形成背側金屬化層。例如，首先可以通過已知的方法形成TiW的界面層15，隨后形成諸如銅或任何其他合適導電材料的金屬層16。金屬層16可以具有500nm至50 μ m的厚度。
[0063]此后，可以圖案化金屬層16以便于形成導電線以用于泄放由電池產生的電流。
[0064]盡管已經在圖6至圖10中示出了用于制造電池的步驟，將清楚地理解的是，可以修改方法以使得可以制造如圖2所示的集成電路。例如，對于制造包括形成在半導體襯底中的電路的集成電路以及鋰電池而言，可以形成元件分離溝槽30(參見圖2A)以便于具有如下寬度以使得在形成鈍化層的步驟中形成了填充層。
[0065]圖11示出了流程圖，示出了形成電池的方法的示例。如所示，方法包括在襯底的表面上形成陽極(Sll)，形成分離器元件(S21)，形成陰極(S31)以使得分離器元件設置在陰極和陽極之間，以及在由陽極、陰極和襯底形成的空間中填充電解質(S41)。例如，形成陽極可以包括通過在襯底中形成凹槽而圖案化襯底的表面，其中凹槽的壁形成了陽極。方法可以進一步包括在硅本體的至少一部分之上形成包括金屬的層(S51)。
[0066]圖12示出了制造集成電路的方法。如所示，方法可以包括在半導體襯底中形成電路元件(S2，S21，S22，S23)以及形成鋰電池(S3)，其中形成鋰電池包括在半導體襯底的表面上或者在半導體襯底之上半導體層中形成陽極(S31，S32，S33)。在半導體襯底中形成電路元件(S21，S22，S23)以及形成鋰電池(S31，S32，S33)可以包括共同的工藝步驟。例如，相應的方法可以包括共同的和非共同的工藝步驟。因此，依次執行一些工藝步驟，而同時執行其他工藝步驟。
[0067]圖13示意性示出了根據實施例的電子裝置40。如圖13所示，電子裝置40可以包括電氣電路41以及電池42。電池42可以是在此如上所述的電池，例如參照圖1A和圖1B0根據其他實施例，電池42可以是例如參照圖2A和圖2B如上所述的集成電路。更具體地，電池42可以額外地包括如圖2A所示的電路元件20。備選地，電池42和電氣電路41可以如圖3和圖4闡釋的那樣實施在單獨的芯片或裸片上。當電池42和電氣電路41設置在單獨的芯片上時，電池42可以經由互連44與電氣電路41連接。電氣電路41可以包括用于處理數據的處理裝置。電氣電路41可以進一步包括用于顯示數據的一個或多個顯示裝置。電子裝置41可以進一步包括用于傳輸數據的發射器。電子裝置41可以進一步包括配置用于實施特定電子系統的部件。根據實施例，電子裝置41可以進一步包括能量采集器43，可以輸送電能至電池42，能量從太陽能、熱能、動能或其他能量形式產生。例如，電子裝置40可以是傳感器，諸如輪胎氣壓傳感器，其中電氣電路41進一步包括傳感器電路，以及可選地將感測的數據發送至外部接收器的發射器。根據另一實施例，電子裝置40可以是致動器，RFID標簽或智能卡。例如，智能卡可以額外地包括指紋傳感器，其可以使用由電池42輸送的電能而工作。
[0068]盡管已經如上描述了本發明實施例，但是明顯的是可以實施其他實施例。例如，其他實施例可以包括權利要求中所述特征的任意子組合，或者如上給出示例中所述元件的任意子組合。因此，所附權利要求的精神和范圍不應限定于在本文中包含的實施例的描述。
【權利要求】
1.一種鋰電池，包括: 陰極； 陽極，包括由硅制成的部件； 分離器元件，設置在所述陰極和所述陽極之間； 電解質；以及 襯底，所述陽極設置在所述襯底之上，或者所述陽極與所述襯底一體形成。
2.根據權利要求1所述的鋰電池，其中，在所述襯底中形成凹槽，以及所述陽極、所述分離器元件和所述電解質布置在所述凹槽中。
3.根據權利要求1或2所述的鋰電池，其中，所述陽極形成所述凹槽的壁。
4.根據權利要求2所述的鋰電池，其中，所述凹槽包括側壁和底側，并且所述陽極形成所述凹槽的所述底側。
5.根據前述權利要求任一項所述的鋰電池，其中，所述陽極進一步包括如下層，所述層包括設置在所述陽極的面向所述電解質的一側上的金屬。
6.根據前述權利要求任一項所述的鋰電池，其中，所述陽極形成在設置在所述襯底之上的層中，并且其中形 成所述陽極的所述層完全覆蓋所述襯底的其中形成所述電池的部分。
7.根據前述權利要求任一項所述的鋰電池，其中，所述襯底的表面被圖案化。
8.根據權利要求7所述的鋰電池，其中，多個凹槽形成在所述襯底的表面中。
9.根據權利要求8所述的鋰電池，其中，所述凹槽具有20至100μ m的深度。
10.一種制造鋰電池的方法，包括: 在襯底的表面上形成陽極； 形成分離器元件； 形成陰極以使得所述分離器元件設置在所述陰極與所述陽極之間；以及 在由所述陽極、所述陰極和所述襯底形成的空間中填充電解質。
11.根據權利要求10所述的方法，其中，形成陽極包括通過在所述襯底中形成凹槽而圖案化所述襯底的表面，所述凹槽的壁形成所述陽極。
12.根據權利要求11所述的方法，其中，所述凹槽包括側壁和底側，并且所述陽極形成所述凹槽的所述底側。
13.根據權利要求10所述的方法，其中，形成陽極包括通過在所述襯底的表面中形成子結構而圖案化所述襯底的表面。
14.根據權利要求10至13中任一項所述的方法，進一步包括，在所述襯底的面向所述電解質的至少一部分之上形成包括金屬的層。
15.—種集成電路,包括: 電路元件，形成在半導體襯底中；以及 鋰電池，包括: 陽極，包括由硅制成的部件；以及 襯底，其中所述鋰電池形成在所述襯底中或者在所述襯底之上的層中。
16.根據權利要求15所述的集成電路，其中，所述鋰電池形成在形成于所述襯底之上的半導體層中。
17.根據權利要求15或16所述的集成電路，其中，所述電路元件選自由以下項構成的組:能量接收裝置，能量發射裝置，信號處理電路，信息處理電路，信息存儲電路，晶體管，電容器，電阻器，MEMS(微機電系統)裝置，傳感器，致動器，能量采集器，用于轉換能量的裝置，顯示裝置，視頻裝置，音頻裝置，音樂播放器，以及任何所述裝置的部件。
18.—種制造集成電路的方法，包括: 在半導體襯底中形成電路元件；以及 形成鋰電池，其中形成鋰電池包括在所述半導體襯底的表面上或者在所述半導體襯底之上半導體層中形成陽極。
19.根據權利要求18所述的方法，其中，所述形成鋰電池進一步包括: 形成分離器元件； 形成陰極以使得所述分離器元件設置在所述陰極與所述陽極之間；以及 在由所述陽極、所述陰極和所述半導體襯底或半導體層形成的空間中填充電解質。
20.根據權利要求18或19所述的方法，其中，形成所述電路元件和形成所述鋰電池包括共同的處理步驟。
21.—種制造集成電路的方法，包括: 在第一半導體襯底中形成電路元件； 形成鋰電池，包括在第二半導體襯底的表面上形成陽極；以及 在共同外殼中封裝所述第一半導體襯底和所述第二半導體襯底。
22.根據權利要求21所述的方法，其中，所述第一半導體襯底和所述第二半導體襯底布置在一個層中。
23.根據權利要求21所述的方法，其中，堆疊所述第一半導體襯底和所述第二半導體襯底。
24.—種電子裝置，包括: 電氣電路；以及 根據權利要求1至9中任一項所述的鋰電池。
25.根據權利要求24所述的電子裝置，其中，所述電子裝置選自由傳感器、致動器、RFID(射頻識別裝置)標簽以及智能卡構成的組。
26.一種電子裝置，包括: 電氣電路；以及 集成電路，包括: 電路元件，形成在半導體襯底中；以及 鋰電池，包括: 陽極，包括由硅制成的部件；以及 半導體襯底，其中所述鋰電池形成在所述半導體中或者在所述半導體襯底之上的層中。
27.根據權利要求26所述的電子裝置，其中，所述電子裝置選自由傳感器、致動器、RFID(射頻識別裝置)標簽以及智能卡構成的組。
【文檔編號】H01M6/40GK104040767SQ201280066519
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2012年11月16日 優先權日:2011年11月21日
【發明者】M·福斯特, K·施穆特, B·格勒, G·齊格, M·佐爾格, P·施威策爾, M·斯特納德 申請人:英飛凌科技奧地利有限公司