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越多的關(guān)注作為電源。
[0003]此外，做出嘗試來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、陽極和包含鋰鹽的無水電解質(zhì)以及位于陽極和陰極之間的分隔物，該陰極包括包含鋰的過渡金屬氧化物等，該陽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的需求，可以以簡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、包括導(dǎo)電覆蓋元件的蓋和形成在第一襯底和蓋之間的腔，該蓋被附接到第一主表面。將電解質(zhì)布置在腔中。鋰離子電池還包括在第一襯底處的包括由半導(dǎo)體材料制成的部件的陽極和在蓋處的陰極。
[0007]根據(jù)另外的實(shí)施例，在具有第一主表面的第一半導(dǎo)體襯底中形成集成電路。該集成電路包括鋰離子電池并且進(jìn)一步包括包含導(dǎo)電覆蓋元件的蓋、形成在第一半導(dǎo)體襯底和蓋之間的腔和被布置在腔中的電解質(zhì)，該蓋被附接到第一主表面。該鋰離子電池還包括在第一半導(dǎo)體襯底處的包括由半導(dǎo)體材料制成的部件的陽極和在蓋處的電池的陰極。
[0008]根據(jù)另外的實(shí)施例，一種制造鋰離子電池的方法包括將蓋附接到第一襯底的第一主表面，該蓋包括導(dǎo)電覆蓋元件；在蓋和第一襯底之間形成腔；在第一襯底處形成包括由半導(dǎo)體材料制成的部件的陽極；在蓋處形成陰極；以及將電解質(zhì)填充到腔內(nèi)。
[0009]本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀以下詳細(xì)描述之后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明書中并且構(gòu)成該說明書的一部分。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^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1A圖示了根據(jù)一實(shí)施例的集成電路的橫截面視圖；
圖1B到IC圖示了根據(jù)一實(shí)施例的用于制造電池的方法的步驟； 圖1D和IE圖示了該電池的一般修改；
圖2A示出根據(jù)另外的實(shí)施例的集成電路的橫截面視圖；
圖2B到2F圖示了根據(jù)一實(shí)施例的制造電池的方法的步驟；以及圖3圖示了制造電池的方法。
【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。因?yàn)榭梢砸远鄠€(gè)不同取向來定位本發(fā)明的實(shí)施例的部件，所以使用方向術(shù)語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“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]如在本說明書中采用的，術(shù)語“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“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]如在本說明書中使用的術(shù)語“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]如在本說明書中使用的術(shù)語“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1A示出根據(jù)一實(shí)施例的集成電路的橫截面視圖。圖1A中圖示的集成電路I包括電池2和集成電路元件170。集成電路元件170可包括導(dǎo)電線171和另外的設(shè)備，例如包括電阻器、晶體管和另外元件的有源或無源半導(dǎo)體設(shè)備172。集成電路元件170可附加地包括用于生成電功率的設(shè)備。另外，集成電路元件170可包括用于執(zhí)行專用功能的部件，例如傳感器元件，包括例如電流傳感器、電壓傳感器等。
[0019]電極2包括陽極11和陰極12以及電解質(zhì)130。電池2包括外殼，外殼包括第一襯底100和蓋200。陰極材料210可被布置在蓋處以形成陰極12。例如，可以將電池實(shí)施為鋰離子電池，其中陽極包括由諸如硅的半導(dǎo)體材料制成的部件。
[0020]陽極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)。陽極11的有源硅表面可以是平面或圖案化的。例如，可以在陽極11的表面中形成諸如角錐體、溝槽和柱狀物的三維結(jié)構(gòu)。可以在陽極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)、鈀(Pd)或鉑(Pt)。可以使用與鋰形成合金的金屬。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11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陽極。此外，由于該合金層，防止在陽極表面上原生S1Jl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陽極中的并入，從而將改進(jìn)鋰離子電池的性能。此外，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。
[0021]陰極12可由一個(gè)或多個(gè)陰極材料210制成。作為陰極材料210，可以采用在鋰離子電池中使用的通常已知的電化學(xué)材料。示例包括LiCo02、LiN12, LiNi1^xCoxO2,Li (N1a85CoaiAlatl5)O2' Li (Nia33Coa33Mna33) O2、LiMn2O4 尖晶石和 LiFePO40
[0022]電解質(zhì)130可包括普遍用于鋰電池的電解質(zhì)鹽，諸如例如在無水非質(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、LiBF4或并不包括氟的鹽(例如LiPCl6，LiC104)、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，如果無氟鹽和無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件時(shí)可避免問題。
[0023]分隔物元件135將陽極11和陰極12在空間上和電氣上相互分隔。
[0024]分隔物元件135對(duì)于離子應(yīng)當(dāng)是能透過的，從而可以完成儲(chǔ)存的化學(xué)能到電能的轉(zhuǎn)化。分隔物元件135的材料的示例包括由諸如纖維玻璃、聚乙烯或多微孔材料的材料制成的無紡織物。此外