由多个层的堆叠来实施的锂微电池的制造方法，所述多个层依次包括：由第一材料制成的第一层(11)，由第二材料制成的第二层(12)，固体电解质层(13)和第一电极(14)。该方法还包括蚀刻形成由第一材料制成的第一图案(M1)以及由第二材料制成的第二图案(M2)，该第二图案限定了该电解质层(13)的覆盖区域(13”)以及非覆盖区域(13’)。然后用第二图案(M2)作为蚀刻掩模来蚀刻非覆盖区域(13’)。在蚀刻该第一图案(M1)之后，在第二图案(M2)上形成了锂基层，该锂基层和该第二图案形成了第二锂基电极。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及图案化固体电解质层，具体涉及一种。
技术介绍
锂微电池是一种利用Li+离子的电化学蓄电池并具有多个薄层构成的活性堆叠。活性堆叠由固体电解质分隔的两个电极形成，一个是正极而另一个是负极。 固体电解质是具有高度离子传导性的电绝缘体。该固体电解质通常具有由锂化组件形成的基体。而且，正极为锂嵌入材料，例如锂化金属氧化物。 称为“锂金属”微电池的锂微电池包括由金属化锂构成的负极。而且，称为“锂金属”微电池的锂微电池包括由锂嵌入或插入材料形成的负极。 锂微电池由于其高的质量密度和低毒性而特别有优势。但锂微电池对空气和潮气非常敏感。 锂基层实际上非常易反应，化学性质非常不稳定。出现在形成锂微电池的薄层中的锂以及某些情况下的硫，这使得这些层在空气中具有高度吸湿性和化学不稳定性。这种类型的薄层，尤其是固体电解质层，实际上难以图案化。 因此，在制造和封装锂微电池的各个步骤上必须特别注意。 为了实现微电池的制造，常规技术包括连续沉积微电池的薄层，特别是通过真空沉积技术。 通常用阴影掩模板实施固体电解质层的图案化。通过具有凹槽的掩模板可实施真空沉积，例如PVD(物理气相沉积)。掩模放置在基底上并且在整个沉积过程中固定在适当的位置。然后移除掩模板，基底具有了所需的图案。 这种掩模技术产生颗粒污染并且掩模板也会划伤其所放置在的膜，从而容易损伤微电池。而且当微电池的尺寸很小时，阴影掩模板会产生边缘或阴影效应，这不利于实现微电池合格地工作。 国际专利申请W02012173874还公开了一种，采用通过激光烧蚀(laser ablat1n)对由锂和磷氮氧化合物(LiPON)制成的电解质层进行图案化的技术。采用通过阴影掩模板的沉积，用传统方法制造形成电极的薄层和集流体。而且在不采用阴影掩模板的情况下沉积固体电解质，采用Imm2尺寸的脉冲激光束对后者实施图案化。激光束必须对其上形成微电池的基底的整个有用表面进行扫描。 此外，这种技术非常依赖于所用的基底和沉积在下层的层的性能。该方法还需要采用不同的设备，这增加了固体电解质层暴露在空气和湿气中的风险。因此，这种制造方法的实施缓慢且复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种，该方法容易实施、成本低廉并且与微电子领域中所实施的技术兼容。 通过提供一种实现了该目的，该制造方法具有以下连续步骤: 提供多个层的堆叠，该堆叠依次包括: 由第一材料制成的第一层； 由构造为与锂原子结合的第二材料制成的第二层； 固体电解质层； 第一电极； 蚀刻该第一和第二材料以形成由第一材料制成的第一图案以及由第二材料制成的第二图案，该第二图案限定该电解质层的覆盖区域以及非覆盖区域； 用第二图案作为蚀刻掩模来蚀刻电解质层的非覆盖区域，并且消除该第一图案； 在第二图案上形成锂基层，该第二材料构造得使锂原子扩散到第二图案中，锂基层和第二图案形成锂基第二电极。 在优选方式中，形成第一图案和第二图案包括如下步骤: 蚀刻第一材料，以限定由设置在第二层上的第一材料制成的第一图案； 采用第一图案作为蚀刻掩模蚀刻第二材料，以形成第二图案。 而且，优选同时实施蚀刻电解质层的非覆盖区域以及蚀刻第一图案。 优选，采用电解质层作为蚀刻停止层，通过等离子体蚀刻来实施第二材料的蚀刻。 而且，根据本专利技术的其他实施例，本专利技术的技术方案具有其他优点和非限定性特征: 锂基层和第一图案的第一材料经历热处理，该热处理被配置为使锂原子扩散到第二图案中； 第二电极具有至少90%的锂原子浓度； 通过选自LiP0N、LiSiP0N、硫代-LiSiCON(Th1-LiSiCON)或 LiBON 的材料形成电解质层； 通过选自S1、Ge、Sn、C、Au或Pt的材料形成第二层； 通过选自Al、A1203、T1、N1、Cr或LiPON的材料形成第一层； 通过在第一层上沉积光阻层，随后对第一材料进行光刻步骤以及蚀刻步骤来形成第一图案。 【附图说明】 通过本专利技术的仅出于非限定性示例目的给出的并在附图中表示的具体实施例的下文说明，本专利技术的其他优点和特征将会变得更加明显，其中: 图1至5以示意方式以截面图的形式表示了根据一个实施例的微电池的制造步骤； 图6以示意方式以截面图的形式表示了根据一个实施例的微电池的制造步骤的变形例； 图7以示意方式以截面图的形式表示了根据一个实施例的微电池的另一制造步骤的变形例。 【具体实施方式】 根据图1至5所描述的第一实施例，该方法包括设置堆叠10，该堆叠10依次包括由第一材料制成的第一层11，由第二材料制成的第二层12,固体电解质层13和第一电极14。特别地，薄层12至14被设计为形成锂微电池。 薄膜11至14可以通过传统微电子工业技术连续沉积在基底15上，例如通过物理气相沉积(PVD)、真空蒸发沉积或化学气相沉积(CVD)。薄层11至14的厚度在几纳米至几十微米之间变化。 基底15 —般为能够包括集成电路的硅晶片，该基底还可以由玻璃或陶瓷制成。基底15可以由钝化层覆盖，该钝化层通常由氧化硅形成，或通过由氧化物层和氮化硅层形成的双层形成。基底15也可以形成第一电极14。 而且，第一电极14 一般是产生Li+离子或包含锂嵌入材料的电极。用作第一电极14的活性材料的材料可以是非锂化材料，例如氧化钒(VxOy)或硫氧化钛(T1xSy)。电极14的材料还可以是锂化材料，例如锂钴氧化物(LiCoO2)或锂镍氧化物(LiN12)等。 基底15还可以具有其他薄层，优选形成微电池的集流体的层。通常，这些集流体由金属层形成，例如由钼、铬、金、钛等制成。这些集流体的制造步骤独立于堆叠10的形成步骤。换句话说，微电池的集流体可以在堆叠10的形成步骤之前、期间或之后被制造。 如图1所示，固体电解质层13设置在第一电极14上。固体电解质13是可渗透锂离子的层，优选锂基。换句话说，电解质13构造成能够传导锂Li+离子。优选地，固体电解质13的材料是电绝缘材料。固体电解质13可由锂硼氮氧化合物(LiBON)、锂硅磷氮氧化合物(LiSiPON)等制成。在优选方式中，固体电解质13由锂磷氮氧化合物(LiPON)制成，表示为 “lipon”。 堆叠10还包括设置在固体电解质13上的双层。该双层由设置在由第二材料制成的第二层12上的由第一材料制成的第一层11形成。该双层设计成形成用以具体图案化固体电解质层13的蚀刻掩模。 第一层11为牺牲层，并可由铝(Al)、氧化铝(Al2O3)、钛(Ti)、镍(Ni)、铬(Cr)等形成。 第二层12优选由一种材料构成，该材料构造成与锂原子结合，或至少使锂原子在第二层12中具有扩散性。该第二材料可以由硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、碳(C)、金(Au)、钼(Pt)等形成。第二层12构造为形成极性与第一电极14相反的第二电极16。 层11和12的厚度在几纳米至几十纳米之间,优选在5nm和10nm之间。 一种还包括蚀刻第一和第二材料以形成第一图案Ml和第二图案M2的步骤，如图2所示。 第一图案Ml由第一材料制成。第二图案M2由第二材料制成并构造为限定固体电解质层13的覆盖区域13”和非覆盖区域13’。在实本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种锂微电池的制造方法，包括以下连续步骤：设置多个层(10)的堆叠，其依次包括：由第一材料制成的第一层(11)；由构造为与锂原子结合的第二材料制成的第二层(12)；固体电解质层(13)；第一电极(14)；蚀刻所述第一材料和所述第二材料以形成由所述第一材料制成的第一图案(M1)以及由所述第二材料制成的第二图案(M2)，所述第二图案限定所述电解质层(13)的非覆盖区域(13’)以及覆盖区域(13”)；用所述第二图案(M2)作为蚀刻掩模来蚀刻所述电解质层(13)的非覆盖区域(13’)，并且蚀刻所述第一图案(M1)；以局部方式在所述第二图案(M2)上形成锂基层(16)，所述第二材料构造成使得锂原子扩散到所述第二图案(M2)中，所述锂基层(16)和所述第二图案(M2)形成锂基第二电极(17)。
【技术特征摘要】
2013.07.29 FR 13/018171.一种锂微电池的制造方法，包括以下连续步骤: 设置多个层(10)的堆叠，其依次包括: 由第一材料制成的第一层(11); 由构造为与锂原子结合的第二材料制成的第二层(12)； 固体电解质层(13)； 第一电极(14)； 蚀刻所述第一材料和所述第二材料以形成由所述第一材料制成的第一图案(Ml)以及由所述第二材料制成的第二图案(M2)，所述第二图案限定所述电解质层(13)的非覆盖区域(13’ )以及覆盖区域(13”)； 用所述第二图案(M2)作为蚀刻掩模来蚀刻所述电解质层(13)的非覆盖区域(13’)，并且蚀刻所述第一图案(Ml)； 以局部方式在所述第二图案(M2)上形成锂基层(16)，所述第二材料构造成使得锂原子扩散到所述第二图案(M2)中，所述锂基层(16)和所述第二图案(M2)形成锂基第二电极(17)。2.根据权利要求1的方法，其特征在于，形成所述第一图案和所述第二图案(M1，M2)包括如下步骤: 蚀刻所述第一材料，以限定由设置在所述第二层(12)上的第一材料制成的第一图案(Ml)； 采用所述第一图案(Ml)作为蚀刻掩...
【专利技术属性】
技术研发人员：S·欧卡希，A·巴金，
申请(专利权)人：原子能和代替能源委员会，
类型：发明
国别省市：法国;FR
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