鋰離子電池、集成電路和制造鋰離子電池的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鋰離子電池、集成電路和制造鋰離子電池的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著諸如筆記本電腦、便攜式電話、照相機(jī)等便攜電子設(shè)備的增多使用并且隨著電流驅(qū)動(dòng)汽車的增多使用，具有高能量密度的鋰離子二次電池吸引了越來(lái)越多的關(guān)注作為電源。
[0003]此外，正做出嘗試來(lái)提供具有集成電源的半導(dǎo)體設(shè)備或基于半導(dǎo)體的設(shè)備。
[0004]鋰離子二次電池典型地包括陰極、陽(yáng)極和包含鋰鹽的無(wú)水電解質(zhì)以及位于陽(yáng)極和陰極之間的分隔物，該陰極包括包含鋰的過(guò)渡金屬氧化物等，該陽(yáng)極典型地由碳材料制成。
[0005]為了滿足對(duì)容量和性能的日益增長(zhǎng)的需求，可以以簡(jiǎn)單方式制造的鋰電池的新概念是所期望的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)一實(shí)施例，一種鋰離子電池包括具有第一主表面的第一襯底和包括絕緣材料的蓋。該蓋被附接到第一襯底的第一主表面，并且在第一襯底和蓋之間限定腔。鋰離子電池還包括在蓋中的電互連元件，該電互連元件提供在蓋的第一主表面和第二主表面之間的電連接。附加地，鋰離子電池包括在腔中的電解質(zhì)、在第一襯底處的陽(yáng)極和在蓋處的陰極，該陽(yáng)極包括由半導(dǎo)體材料制成的部件。
[0007]根據(jù)另外的實(shí)施例，一種集成電路包括鋰離子電池和集成電路元件。該鋰離子電池包括具有第一主表面的第一襯底、包括絕緣材料的蓋，該蓋被附接到第一襯底的第一主表面，并且在第一襯底和蓋之間限定腔。鋰離子電池還包括在蓋中的電互連元件，該電互連元件提供在蓋的第一主表面和第二主表面之間的電連接。鋰離子電池還包括在腔中的電解質(zhì)、在第一襯底處的陽(yáng)極和在蓋處的陰極，該陽(yáng)極包括由半導(dǎo)體材料制成的部件。
[0008]根據(jù)一實(shí)施例，一種制造鋰離子電池的方法包括在包括絕緣材料的蓋中形成電互連元件，該電互連元件提供在蓋的第一主表面和第二主表面之間的電連接。該方法還包括在蓋處形成陰極，在第一襯底的第一主表面處形成陽(yáng)極，該陽(yáng)極包括由半導(dǎo)體材料制成的部件。形成陰極或形成陽(yáng)極包括限定腔。該方法還包括將電解質(zhì)填充到腔內(nèi)，并且將蓋附接到第一襯底的第一主表面。
[0009]本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀以下詳細(xì)描述并且在查看附圖之后將認(rèn)識(shí)到附加的特征和優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0010]包括附圖以提供對(duì)本申請(qǐng)的實(shí)施例的進(jìn)一步理解，并且附圖被并入該說(shuō)明書中并且構(gòu)成該說(shuō)明書的一部分。這些圖圖示了本發(fā)明的實(shí)施例并且與描述一起用于解釋原理。將容易認(rèn)識(shí)到本發(fā)明的其它實(shí)施例和許多預(yù)期的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)橥ㄟ^(guò)參照以下詳細(xì)描述它們變得更好理解。這些圖的元素不一定是相對(duì)于彼此按照比例的。同樣的附圖標(biāo)記指代對(duì)應(yīng)的類似部分。
[0011]圖1圖示了根據(jù)一實(shí)施例的包括電池的集成電路的橫截面視圖；
圖2A到2C圖示了根據(jù)一實(shí)施例的制造電池的方法的元素；
圖2D和2E圖示了該電池的一般修改；
圖3A到3C圖示了根據(jù)一實(shí)施例的制造電池的方法的步驟；
圖4示出了根據(jù)另外的實(shí)施例的包括電池的集成電路的橫截面視圖；
圖5A到5F圖示了根據(jù)一實(shí)施例的制造電池的步驟；
圖6示出了根據(jù)另外的實(shí)施例的包括電池的集成電路的橫截面視圖；
圖7A到7F圖示了根據(jù)另外的實(shí)施例的制造電池的方法；以及圖8圖示了制造電池的一般方法。
【具體實(shí)施方式】
[0012]在以下詳細(xì)描述中參考附圖，附圖形成其一部分并且在附圖中通過(guò)圖示的方式圖示了其中可實(shí)踐本發(fā)明的具體實(shí)施例。就此而言，參考被描述的圖的取向，使用諸如“頂”、“底”、“前”、“后”、“居首”、“拖尾”等方向術(shù)語(yǔ)。因?yàn)榭梢砸远鄠€(gè)不同取向來(lái)定位本發(fā)明的實(shí)施例的部件，所以使用方向術(shù)語(yǔ)用于圖示的目的并且絕非限制。應(yīng)當(dāng)理解的是，可以利用其他實(shí)施例，并且可以在不背離權(quán)利要求所限定的范圍的情況下作出結(jié)構(gòu)或邏輯改變。
[0013]實(shí)施例的描述不是限制。特別地，后文描述的實(shí)施例的元素可以與不同實(shí)施例的元素組合。
[0014]在以下描述中使用的術(shù)語(yǔ)“晶片”、“襯底”或“半導(dǎo)體襯底”可包括具有半導(dǎo)體表面的任何基于半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)。晶片和結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)被理解為包括硅、絕緣體上硅(SOI)、藍(lán)寶石上娃(SOS)、摻雜和未摻雜半導(dǎo)體、由基本半導(dǎo)體基座支撐的娃的外延層和其它半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體不需要是基于硅的。半導(dǎo)體還可以是硅鍺、鍺、或砷化鎵。根據(jù)其它實(shí)施例，碳化硅(SiC)或氮化鎵(GaN)可形成半導(dǎo)體襯底材料。
[0015]如在本說(shuō)明書中采用的，術(shù)語(yǔ)“耦合”和/或“電耦合”不意味著意指元件必須直接耦合在一起一一可在“耦合”或“電耦合”的元件之間提供介于中間的元件。術(shù)語(yǔ)“電連接”旨在描述在電連接在一起的元件之間的低歐姆電連接。
[0016]如在本說(shuō)明書中使用的術(shù)語(yǔ)“橫向”和“水平”旨在描述與半導(dǎo)體襯底或半導(dǎo)體本體的第一表面平行的取向。這可以例如是晶片或管芯的表面。
[0017]如在本說(shuō)明書中使用的術(shù)語(yǔ)“垂直”旨在描述被布置為與半導(dǎo)體襯底或半導(dǎo)體本體的第一表面正交的取向。
[0018]圖1示出根據(jù)一實(shí)施例的集成電路I的橫截面視圖。集成電路I包括電池2和集成電路元件140。圖1中示出的鋰離子電池2包括陽(yáng)極11、陰極12、電解質(zhì)130和包括第一襯底100、蓋200和結(jié)合構(gòu)件225的外殼。
[0019]陽(yáng)極11包括半導(dǎo)體材料。例如陽(yáng)極11可包括可以是單晶、多晶或非晶的硅材料。硅材料可以摻雜有如常規(guī)使用的任何摻雜劑，例如硼(B)、砷(As)、磷(P)、鏑(Sb)、鎵(Ga)、銦(In)或砸(Se)。陽(yáng)極11的有源硅表面可以是平面或圖案化的。例如，可以在陽(yáng)極的表面中形成諸如溝槽、角錐體和柱狀物的三維結(jié)構(gòu)。可以在陽(yáng)極11的表面之上形成薄金屬層(未示出)，該薄金屬層接觸電解質(zhì)130。例如金屬層可包括銀(Ag)、鋁(Al)、金(Au) JE(Pd)或鉑(Pt)?？梢允褂门c鋰形成合金的金屬。另外的示例包括Zn、Cd、B、Ga、In、Th、C、S1、Ge、Sn、Pb、As、Sb、B1、Se和Te。金屬層的厚度可小于10nm并且多于lnm。因此，當(dāng)施加Ag金屬層時(shí)，將在利用鋰對(duì)Si材料充電之前在陽(yáng)極11的表面處形成Ag-Li合金，從而Li離子將以均質(zhì)的方式移動(dòng)到Si陽(yáng)極。此外，歸因于該合金層，防止在陽(yáng)極表面上原生S12層的形成，從而進(jìn)一步增強(qiáng)離子的輸送。此外，將以更加均質(zhì)的方式完成Li原子在Si陽(yáng)極中的并入，從而將改進(jìn)鋰離子電池的性能。由于薄金屬層的存在，增強(qiáng)了在充電和放電期間的電極的機(jī)械穩(wěn)定性。如將被清楚理解的，在不存在薄金屬層的情況下，陽(yáng)極可以由硅制成。
[0020]陰極12可包括一個(gè)或多個(gè)陰極材料215。作為陰極材料215，可以使用在鋰離子電池中使用的通常已知材料，例如 LiCo02、LiN12, LiNi1^xCoxO2, Li (Ni00；85Co0；^10；05)O2,Li (Nicu3Cocu3Mncu3) O2、LiMn2O4尖晶石和LiFePO4。形成陰極的材料可以被實(shí)施為在適當(dāng)?shù)囊r底或絕緣載體上形成的層。
[0021]電解質(zhì)130可包括普遍用于鋰電池的電解質(zhì)，諸如例如在無(wú)水非質(zhì)子溶劑(諸如碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯或1，2-二甲氧甲烷、碳酸亞乙酯、碳酸二乙酯等)中的LiPF6,1^8?4或不包括氟的鹽(例如LiPCl 6，LiCl4),聚合物(例如聚偏二氟乙烯(PVDF))或其它聚合物、諸如Li3PO4N的固體電解質(zhì)等。例如，可使用液體電解質(zhì)，例如承受不了高于80°C的高溫的電解質(zhì)。如將清楚理解的是，還可使用承受得了高于80°C的溫度的固體或液體電解質(zhì)。如將從以下描述中變得清楚的是，如果無(wú)氟鹽和無(wú)氟溶劑被用作電解質(zhì)，則當(dāng)鋰離子電池的外殼包括由玻璃制成的部