锂离子电池、集成电路和制造锂离子电池的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及锂离子电池、集成电路和制造锂离子电池的方法。
【背景技术】
[0002]随着诸如笔记本电脑、便携式电话、照相机等便携电子设备的增多使用并且随着电流驱动汽车的增多使用，具有高能量密度的锂离子二次电池吸引了越来越多的关注作为电源。
[0003]此外，正做出尝试来提供具有集成电源的半导体设备或基于半导体的设备。
[0004]锂离子二次电池典型地包括阴极、阳极和包含锂盐的无水电解质以及位于阳极和阴极之间的分隔物，该阴极包括包含锂的过渡金属氧化物等，该阳极典型地由碳材料制成。
[0005]为了满足对容量和性能的日益增长的需求，可以以简单方式制造的锂电池的新概念是所期望的。
【发明内容】
[0006]根据一实施例，一种锂离子电池包括具有第一主表面的第一衬底和包括绝缘材料的盖。该盖被附接到第一衬底的第一主表面，并且在第一衬底和盖之间限定腔。锂离子电池还包括在盖中的电互连元件，该电互连元件提供在盖的第一主表面和第二主表面之间的电连接。附加地，锂离子电池包括在腔中的电解质、在第一衬底处的阳极和在盖处的阴极，该阳极包括由半导体材料制成的部件。
[0007]根据另外的实施例，一种集成电路包括锂离子电池和集成电路元件。该锂离子电池包括具有第一主表面的第一衬底、包括绝缘材料的盖，该盖被附接到第一衬底的第一主表面，并且在第一衬底和盖之间限定腔。锂离子电池还包括在盖中的电互连元件，该电互连元件提供在盖的第一主表面和第二主表面之间的电连接。锂离子电池还包括在腔中的电解质、在第一衬底处的阳极和在盖处的阴极，该阳极包括由半导体材料制成的部件。
[0008]根据一实施例，一种制造锂离子电池的方法包括在包括绝缘材料的盖中形成电互连元件，该电互连元件提供在盖的第一主表面和第二主表面之间的电连接。该方法还包括在盖处形成阴极，在第一衬底的第一主表面处形成阳极，该阳极包括由半导体材料制成的部件。形成阴极或形成阳极包括限定腔。该方法还包括将电解质填充到腔内，并且将盖附接到第一衬底的第一主表面。
[0009]本领域技术人员在阅读以下详细描述并且在查看附图之后将认识到附加的特征和优点。
【附图说明】
[0010]包括附图以提供对本申请的实施例的进一步理解，并且附图被并入该说明书中并且构成该说明书的一部分。这些图图示了本发明的实施例并且与描述一起用于解释原理。将容易认识到本发明的其它实施例和许多预期的优点，因为通过参照以下详细描述它们变得更好理解。这些图的元素不一定是相对于彼此按照比例的。同样的附图标记指代对应的类似部分。
[0011]图1图示了根据一实施例的包括电池的集成电路的横截面视图；
图2A到2C图示了根据一实施例的制造电池的方法的元素；
图2D和2E图示了该电池的一般修改；
图3A到3C图示了根据一实施例的制造电池的方法的步骤；
图4示出了根据另外的实施例的包括电池的集成电路的横截面视图；
图5A到5F图示了根据一实施例的制造电池的步骤；
图6示出了根据另外的实施例的包括电池的集成电路的横截面视图；
图7A到7F图示了根据另外的实施例的制造电池的方法；以及图8图示了制造电池的一般方法。
【具体实施方式】
[0012]在以下详细描述中参考附图，附图形成其一部分并且在附图中通过图示的方式图示了其中可实践本发明的具体实施例。就此而言，参考被描述的图的取向，使用诸如“顶”、“底”、“前”、“后”、“居首”、“拖尾”等方向术语。因为可以以多个不同取向来定位本发明的实施例的部件，所以使用方向术语用于图示的目的并且绝非限制。应当理解的是，可以利用其他实施例，并且可以在不背离权利要求所限定的范围的情况下作出结构或逻辑改变。
[0013]实施例的描述不是限制。特别地，后文描述的实施例的元素可以与不同实施例的元素组合。
[0014]在以下描述中使用的术语“晶片”、“衬底”或“半导体衬底”可包括具有半导体表面的任何基于半导体的结构。晶片和结构应当被理解为包括硅、绝缘体上硅(SOI)、蓝宝石上娃(SOS)、掺杂和未掺杂半导体、由基本半导体基座支撑的娃的外延层和其它半导体结构。半导体不需要是基于硅的。半导体还可以是硅锗、锗、或砷化镓。根据其它实施例，碳化硅(SiC)或氮化镓(GaN)可形成半导体衬底材料。
[0015]如在本说明书中采用的，术语“耦合”和/或“电耦合”不意味着意指元件必须直接耦合在一起一一可在“耦合”或“电耦合”的元件之间提供介于中间的元件。术语“电连接”旨在描述在电连接在一起的元件之间的低欧姆电连接。
[0016]如在本说明书中使用的术语“横向”和“水平”旨在描述与半导体衬底或半导体本体的第一表面平行的取向。这可以例如是晶片或管芯的表面。
[0017]如在本说明书中使用的术语“垂直”旨在描述被布置为与半导体衬底或半导体本体的第一表面正交的取向。
[0018]图1示出根据一实施例的集成电路I的横截面视图。集成电路I包括电池2和集成电路元件140。图1中示出的锂离子电池2包括阳极11、阴极12、电解质130和包括第一衬底100、盖200和结合构件225的外壳。
[0019]阳极11包括半导体材料。例如阳极11可包括可以是单晶、多晶或非晶的硅材料。硅材料可以掺杂有如常规使用的任何掺杂剂，例如硼(B)、砷(As)、磷(P)、镝(Sb)、镓(Ga)、铟(In)或砸(Se)。阳极11的有源硅表面可以是平面或图案化的。例如，可以在阳极的表面中形成诸如沟槽、角锥体和柱状物的三维结构。可以在阳极11的表面之上形成薄金属层(未示出)，该薄金属层接触电解质130。例如金属层可包括银(Ag)、铝(Al)、金(Au) JE(Pd)或铂(Pt)。可以使用与锂形成合金的金属。另外的示例包括Zn、Cd、B、Ga、In、Th、C、S1、Ge、Sn、Pb、As、Sb、B1、Se和Te。金属层的厚度可小于10nm并且多于lnm。因此，当施加Ag金属层时，将在利用锂对Si材料充电之前在阳极11的表面处形成Ag-Li合金，从而Li离子将以均质的方式移动到Si阳极。此外，归因于该合金层，防止在阳极表面上原生S12层的形成，从而进一步增强离子的输送。此外，将以更加均质的方式完成Li原子在Si阳极中的并入，从而将改进锂离子电池的性能。由于薄金属层的存在，增强了在充电和放电期间的电极的机械稳定性。如将被清楚理解的，在不存在薄金属层的情况下，阳极可以由硅制成。
[0020]阴极12可包括一个或多个阴极材料215。作为阴极材料215，可以使用在锂离子电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。形成阴极的材料可以被实施为在适当的衬底或绝缘载体上形成的层。
[0021]电解质130可包括普遍用于锂电池的电解质，诸如例如在无水非质子溶剂(诸如碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯或1，2-二甲氧甲烷、碳酸亚乙酯、碳酸二乙酯等)中的LiPF6,1^8?4或不包括氟的盐(例如LiPCl 6，LiCl4),聚合物(例如聚偏二氟乙烯(PVDF))或其它聚合物、诸如Li3PO4N的固体电解质等。例如，可使用液体电解质，例如承受不了高于80°C的高温的电解质。如将清楚理解的是，还可使用承受得了高于80°C的温度的固体或液体电解质。如将从以下描述中变得清楚的是，如果无氟盐和无氟溶剂被用作电解质，则当锂离子电池的外壳包括由玻璃制成的部