CN109638272A - 锂电池、用于制造锂电池的方法、集成电路以及制造集成电路的方法 - Google Patents

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Abstract

一种锂电池，包括：阴极、包括由硅制成的部件的阳极、设置在阴极与阳极之间的分离器元件、电解质以及衬底。阳极设置在衬底之上，或者阳极与衬底一体形成。

Description

锂电池、用于制造锂电池的方法、集成电路以及制造集成电路 的方法
本申请是申请日为2012年11月16日、申请号为201280066519.9、发明名称为“锂电池、用于制造锂电池的方法、集成电路以及制造集成电路的方法”的中国发明专利的分案申请。
技术领域
本公开的实施例涉及锂电池、用于制造锂电池的方法、集成电路以及制造集成电路的方法。
背景技术
随着诸如笔记本电脑、便携式电话、相机之类的便携式电子装置使用的增多，以及随着电流驱动汽车使用增多，具有高能量密度的锂离子二次电池作为用于这些装置的电源已经受到增多的关注。
传统地，锂离子二次电池包括：包括含锂的过渡金属氧化物等的正电极，包括碳材料的负电极，和非水电解质以及设置在正电极和负电极之间的分离器。
为了满足对于容量和性能的需求，需要开发新的阳极材料，以使得电池的能量存储容量可以增大并且可以以简单方式制造得到的锂电池。
此外，在许多应用中越来越多使用了需要相对低量电能的集成电路或电子装置。本发明的一个目的在于提供一种向这些集成电路或电子装置提供能量的小型化电池。
另一目的在于提供一种小型化电池的制造方法以及包括该小型化电池的集成电路和电子装置。
在独立权利要求中规定了问题的解决方案。在从属权利要求中限定了实施例。
发明内容
根据锂电池的实施例，锂电池包括：阴极、包括由硅制成的部件的阳极、设置在阴极和阳极之间的分离器元件、电解质以及衬底。阳极设置在衬底之上，或者阳极与衬底一体形成。
根据制造锂电池的方法的实施例，方法包括：在衬底的表面上形成阳极；形成分离器元件；形成阴极以使得分离器元件设置在阴极和阳极之间；以及在由阳极、阴极和衬底形成的空间中填充电解质。
根据集成电路的实施例，集成电路包括锂电池以及形成在半导体衬底中的电路元件。锂电池包括衬底以及包含由硅制成的部件的阳极。锂电池形成在衬底中，或者形成在衬底之上的层中。
根据制造集成电路的方法的实施例，方法包括：在半导体衬底中形成电路元件；以及形成锂电池。通过在半导体衬底的表面上形成阳极或者在半导体衬底之上的半导体层中形成阳极来形成锂电池。
根据制造锂电池的方法的另一实施例，方法包括：在第一半导体衬底中形成电路元件；通过在第二半导体衬底的表面上形成阳极而形成锂电池；以及将第一半导体衬底和第二半导体衬底封装在共同外壳中。
根据电子装置的实施例，电子装置包括电气电路和锂电池。锂电池包括：阴极、包含由硅制成的部件的阳极、设置在阴极和阳极之间的分离器元件、电解质以及衬底。阳极设置在衬底之上，或者与衬底一体形成。
根据电子装置的另一实施例，电子装置包括电气电路和集成电路。集成电路包括锂电池以及形成在半导体衬底中的电路元件。锂电池包括半导体衬底以及包含由硅制成的部件的阳极。锂电池形成在半导体衬底中，或者在半导体衬底之上的层中。
通过阅读以下具体描述以及通过查看附图，本领域技术人员将认识到额外的特征和优点。
附图说明
包括附图以提供对本发明的实施例的进一步理解，并且附图包含在该说明书中并且构成其一部分。附图示出了本发明的实施例并且与说明书一起用于解释其原理。本发明的其他实施例以及许多预期的优点将容易理解，因为通过参照以下具体描述它们将变得更容易理解。附图的元件无需相对于彼此按比例绘制。相似的附图标记标识对应的相似部件。
图1A示出了锂电池的截面图；
图1B示出了根据备选实施例的锂电池的截面图；
图2A示出了包括锂电池的集成电路的截面图；
图2B示出了包括锂电池的集成电路的顶视图；
图3示出了根据实施例的电子装置；
图4示出了根据实施例的电子装置；
图5示出了根据实施例的电子装置；
图6A和图6B示出了当执行制造锂电池的方法时载体的截面图和顶视图；
图7A和图7B示出了在载体中形成凹槽之后载体的截面图和顶视图；
图8示出了在执行进一步工艺步骤之后载体的截面图；
图9示出了包括凹槽的载体的示例的截面图；
图10示出了在执行进一步工艺步骤之后载体的截面图；
图11示意性示出了形成锂电池的方法；
图12示意性示出了制造集成电路的方法；以及
图13示出了包括电池的电子装置的示例。
具体实施方式
在以下具体描述中，参照了示出其中可以实施本发明的具体实施例的附图。在这点上，参考所描述的附图的定向而使用诸如“顶部”、“底部”、“正面”、“背面”、“前面”、“后面”等的方向性术语。因为本发明的实施例的部件可以以多个不同定向进行定位，所以方向性术语用于示意说明的目的并且绝非是限定性的。应该理解的是可以采用其他实施例并且可以不脱离由权利要求限定的范围而做出结构上或者逻辑上的改变。
在以下说明书中使用的术语“载体”或“半导体载体”可以包括具有半导体表面的任何基于半导体的结构。载体和结构应该理解为包括硅、绝缘体上硅(SOI)、蓝宝石上硅(SoS)、掺杂和未掺杂的半导体、由基部半导体基础支撑的硅外延层、以及其他半导体结构。此外，术语“载体”或“半导体载体”进一步包括任何类型半导体层，可以是单晶、多晶或非晶的，形成在合适的衬底材料上。此外，载体可以包括绝缘体。特定示例包括诸如石英玻璃(SiO2)的玻璃，陶瓷或聚合物。此外，术语“衬底”也可以包括具有半导体表面的任何基于半导体的结构。半导体无需是基于硅的。半导体也可以是碳化硅、硅锗、锗或砷化镓。衬底可以包括半导体或绝缘体。
特定示例包括诸如石英玻璃(SiO2)的玻璃，陶瓷或聚合物。
在本说明书的上下文的范围内使用的术语“连接”或“互连”意味着相应部件可以相互信号连接。例如，其他元件可以设置在部件之间。此外，相应部件无需物理连接，只要信号可以在它们之间交换。此外，术语“连接”和“互连”也涵盖了其中例如并未施加电压的情形。
图1A示出了锂电池2的示例的截面图。该截面图在如图6B中所示的II和II之间截取。
图1A示出的锂电池包括：阴极13、包括由硅制成的部件的阳极 17、设置在阴极13和阳极17之间的分离器元件18、电解质12以及衬底19，阳极17设置在衬底19之上。例如，阳极17可以与衬底19 一体形成。备选地，阳极17可以是形成在衬底19之上的附加层。阳极17、分离器元件18和电解质12可以布置在设置于硅本体1中的凹槽31中。例如，阳极17可以形成凹槽31的壁。凹槽31可以包括侧壁和底侧，并且阳极17可以形成凹槽31的底侧。阳极17可以进一步包括薄金属层11。
衬底19可以由如上所述任何材料制成。可以图案化衬底19。因此，如图1A所示，凹槽31可以形成在衬底19中。阳极17可以包括硅材料，该硅材料可以是单晶、多晶或非晶的。硅材料可以掺杂有任何掺杂剂，如传统上使用的诸如硼(B)、砷(As)、磷(P)或锑 (Sb)。阳极17的有源硅表面可以是平面的或者可以被图案化。例如，诸如棱锥、沟槽和柱体的三维结构可以形成在阳极的表面中。薄金属层11可以形成在阳极17的接触电解质12的表面之上。例如，金属层11可以包括银(Ag)、铝(Al)、金(Au)、钯(Pd)或铂 (Pt)。可以使用与锂形成合金的金属。其他示例包括Zn、Cd、Hg、 B、Ga、In、C、Si、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Se和Te。金属层 11的厚度可以小于100nm，并且例如大于1nm。例如，Ag在大约 500mV电压下与Li形成合金，而Si在大约330mV电压下形成合金。因此，当施加Ag金属层时，在利用锂对Si材料充电以使得锂离子将以均匀方式移动至Si阳极之前，Ag-Li合金将在17的表面处形成。此外，由于合金层，防止了在阳极表面上形成原生SiO2层，以使得进一步增强了锂离子的输运。此外，在Si阳极中插入Li原子将以更均匀方式完成，以使得将改进锂电池的性能。此外，由于薄金属层的存在，增强了在充电和放电期间电极的机械稳定性。
已经观察到在第一次充电周期期间充电时间将增大。这可以是由于存在于阳极17的表面上的薄金属层11而引起。然而，在数次充电周期之后，充电速率将等于采用不具有金属层的阳极的情形。
对于阴极13，可以采用用于锂离子电池的通常已知的电学材料。示例包括LiCoO2，LiNiO2，LiNi1-xCoxO2，LiNi0.85Co0.1Al0.05O2， LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2，LiMn2O4尖晶石和LiFePO4。电解质12可以包括通常用于锂电池的电解质，诸如例如在无水疏质子溶剂中的LiPF6、 LiBF4的盐类，诸如丙烯碳酸盐、二甲基碳酸盐或1,2-二甲氧基甲烷、乙烯碳酸盐、二乙基碳酸盐和其他聚合物，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。
分离器18将阳极17和阴极13相互空间地和电学地分离开。然而，分离器18必需对于离子是可渗透的，以使得可以完成存储的化学能向电能的转换。分离器18的材料的示例包括由诸如纤维玻璃、聚乙烯或微孔材料之类的材料制成的非纺织纤维。此外，可以使用由可以包括若干层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纺织纤维。本领域中已知其他示例。
密封剂14可以形成在阴极13之上。密封剂14提供了水包封和气闭包封。密封剂14的材料的示例包括已知的聚合物，例如聚酰亚胺。钝化层10形成在不形成阳极17的硅本体1的那些部分之上。更具体地，钝化层10覆盖了凹槽31的侧壁。此外，钝化层10覆盖了衬底19的外侧或电池的外壳。钝化层10可以包括不同材料，诸如氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、聚合物、醯亚氨、旋涂玻璃(SOG)、聚乙烯、金属或这些材料的任意组合，例如聚合物和金属的层叠结构。钝化层10防止锂原子扩散至相邻部件。
导电层15、16形成在电池2的背侧上。例如，诸如铜的金属层 16可以形成在背侧上，诸如TiW的界面层15设置在阳极材料17与铜层16之间。例如，界面层15的厚度可以在50至150nm的范围内，例如100nm。此外，铜层16的厚度可以大于500nm，例如1μm或更大。备选地，使用例如由多晶硅或掺杂硅制成的掩埋层或沟道，也可以放电电流。
电池2可以是可再充电的或二次锂离子电池。根据其他实施例，电池2可以是不可再充电的一次电池。
图1A中示出的电池2具有改进的能量存储容量，因为硅具有插入锂的大容量。换言之，可以存储或者插入硅中的锂原子的量远大于传统情形中。因为阳极17包括硅，可以采用硅或通用半导体工艺方法。特别地，用于制造小型化尺寸的方法可以有效地适用于制造与传统电池相比具有小尺寸的电池。根据实施例，封装包括了由半导体工艺已知的材料，诸如玻璃或模塑化合物。根据其他实施例，阳极17 与衬底19一体形成。在这些情形中，可可以采用半导体工艺方法以便于进一步小型化电池2。根据已知的半导体工艺方法，可以形成小尺寸结构以使得可以实现在硅材料中更快、更均匀和更有效地插入锂。另外，带来了更高的机械长期稳定性。此外，能够将额外的部件集成在包括锂电池的单个裸片中。
如图1A所示，阳极17设置在形成于硅本体1中的凹槽31中。可选地，阳极17进一步包括三维表面结构，以使得增大了阳极17的有源表面。因此，可以防止由于锂化反应而使得硅体积增大的有害效应。此外，由于分离器18的存在，减缓了硅体积的增大，因此减小了由于锂化反应导致的机械应力。在如图1A所示结构中，衬底19 形成了电池2的外壳34。根据实施例，阳极17可以与衬底19和外壳 34一体形成。
图1B示出了锂电池2的另一示例的截面图。该截面图例如可以在如图6B中所示的II和II之间截取。
图1B中示出的锂电池2包括：阴极13、包含由硅制成的部件的阳极17、设置在阴极13和阳极17之间的分离器18、电解质12，所有这些形成在衬底19上。可以图案化衬底19。例如，可以在衬底19 中形成多个凹槽或柱体。例如，可以通过刻蚀形成凹槽或柱体。备选地，可以在平面表面之上选择性地生长凹槽或柱体以便于形成延伸部分19a。延伸部分19a可以相对于衬底19的平面表面具有深度d，其中深度d为20至100μm。衬底19可以由如上所述任何材料构成。凹槽或柱体无需具有矩形剖面形状。根据实施例，也可以采用诸如棱锥或其他的不同形状。
阳极17可以包括半导体层17a，半导体层17a可以包括如上所述任何半导体材料。阳极17可以形成为在衬底19的表面之上的层。例如，在衬底19的电池部分中，形成阳极17的半导体层17a覆盖了衬底19的整个表面。然而，将清楚地理解的是，根据其他实施例，衬底19可以是半导体衬底，并且衬底19的表面部分形成了得到的电池 2的阳极17。以如上所述类似方式，薄金属层11可以形成在接触电解质12的阳极17的表面之上。金属层11的材料可以选自如上所述的材料。金属层11的厚度可以小于100nm，例如大于1nm。图1B中所示电池2的其余部件可以与如图1A所示电池的其余部件相同。钝化层10形成在衬底19和电池2的侧壁部分上。阴极13形成在分离器18之上，以便于包围电解质12。密封剂14可以如上所述形成在阴极13之上。
图2A和图2B示出了包括电池2和电路元件20的集成电路36。在如图2B所示的III和III之间截取图2A的截面图。在图2A中，电池2可以具有与图1A和图1B所示结构类似的结构。此外，电路元件20可以形成在半导体衬底1中或上。例如，电路元件20可以包括晶体管、电阻器、电容器、MEMS(微机电系统)装置、传感器、能量采集器，例如从外部源(例如太阳能、热能、风能、盐分梯度和动能)获得能量的装置、用于接收能量的装置，用于转换能量的装置(例如，诸如太阳能电池)，用于发射能量的装置(诸如RFID(射频识别装置))，显示装置，视频装置或音频装置，音乐播放器，信号处理电路，信息处理电路，信息存储电路或任何这些装置和其他装置的部件。电路元件20的其他示例包括控制充电或放电过程的电路。例如，电路元件20可以配置用以控制电池2的充电以使得在已经达到其全部存储容量之前停止充电。电路元件20可以形成在半导体衬底1 中，或者它们可以形成在位于半导体衬底之上的层中。电池2可以形成在相同的半导体衬底1中。备选地，电池2可以形成在放置在半导体衬底1之上的层中。元件分离沟槽30可以形成在电池2和电路元件20之间以便于防止锂原子扩散进入集成电路3中。可以采用如此前所述的钝化层10的材料填充元件分离沟槽30。取决于采用的制造方法，集成电路36的钝化层10和元件分离沟槽30可以由相同层制成。
图2B示出了如图2A所示集成电路36的顶视图。电池2由元件分离沟槽30所包围，可以采用氧化硅和/或氮化硅填充元件分离沟槽 30。在裸片的外围部分中，示出了集成电路3。将清楚地理解的是，图2B仅示出了布置的示例并且易于构思其他合适的布置。根据实施例，可以由一个集成电路3实施传感器或利用能量的另一部件。此外，可以由另一集成电路3实施能量采集器。采用该配置，可以在集成电路36中产生并且存储用于驱动传感器的电能。切口35可以设置在集成电路36的边缘处。数若干这样的集成电路36可以串联连接。焊接焊盘可以设置在集成电路36的外壳外侧。
图3示出了电子装置50的实施例，其中若干芯片布置在一个层内并且由一个外壳55所包围。换言之，根据该配置，包括电池的若干部件由共用封装所封装。然而，它们并非是单片集成的。如所示，在载体衬底54的一侧上，可以布置若干芯片，该若干芯片例如包括其中如已经在图1A或图1B中所示设了电池的电池衬底51和集成电路(IC)衬底53。可以在电池衬底51和IC衬底53之间设置中间元件52a、52b、52c，中间元件52a、52b、52c可以例如包括诸如聚合物、陶瓷或其他的绝缘材料。参照图2A如上所述的电路元件20可以设置在IC衬底53内。电池衬底51和IC衬底53借由载体衬底54而物理地相互连接。此外，导电线可以设置在载体衬底54内以便于在这些部件之间实现电接触。例如，载体衬底54可以由诸如陶瓷、聚合物等的任何合适的衬底材料或绝缘衬底材料制成。载体衬底54的厚度可以是20至100μm。电池衬底51和IC衬底53的厚度可以大致为200μm。如图3所示的电子装置50的尺寸可以例如大致类似于半导体芯片的尺寸，在1×1mm2至数百mm2范围内，例如4×4mm2或5×5mm2。具有4×4mm2尺寸的这种电池的典型存储容量可以在约10mAh的量级。根据实施例，可以在IC衬底53中设置传感器或者其他利用电能的部件，而电池设置在电池衬底51中，以及能量采集器设置在IC衬底53或其他集成电路衬底中。采用该配置，可以在也包括传感器的电子装置50中产生并且存储用于驱动传感器的电能。
图4示出了电子装置60的其他示例。电子装置60包括第一衬底 61和第二衬底62。参照图1A或图1B如上所述的电池设置在第一衬底61内。例如参照图2A如上所述包括电路元件20的集成电路的电气电路可以设置在第二衬底62内。此外，这些部件或电路元件也可以设置在第一衬底61内。例如，一些电气电路可以设置在第一衬底 61内，而额外的集成电路或电路元件可以设置在第二衬底62内。第一和第二衬底61、62可以设置在一个层中。然而，它们也可以设置在不同层中。例如，它们可以堆叠。第一和第二衬底61、62可以具有相同或不同的尺寸。第一和第二衬底和/或第一和第二衬底61、62 的元件可以借由一个或多个接触接线63互连。它们可以由外壳65包围。此外，可以经由接触64访问在电子装置60的外壳65内的部件。电子装置60内的部件的具体布置可以例如取决于使用的具体条件以及电子装置60的具体实施方式。根据实施例，电池设置在第一衬底 61中，传感器或其他利用能量的部件可以设置在第二衬底62中，以及能量采集器可以设置在第一或第二衬底61、62中。采用该配置，可以在也包括传感器的电子装置60中产生并且存储用于驱动传感器的电能。电子装置60的典型尺寸约为1×1至数百mm2，例如小于 10×10mm2。
图5示出了电子装置70的另一实施例。电子装置70包括第一电池71a，以及可选的第二电池71b。将清楚地理解的是，电子装置70 可以包括多于两个电池。第一和第二电池71a、71b由单独的外壳72a、 72b包围。此外，第一和第二电池71a、71b相互连接。电子装置70进一步包括由单独的外壳73包围的电子部件74。电子部件74的示例包括如上所述任何类型的电子装置和电路元件20。电子部件74的其他示例包括计算机，例如个人计算机或笔记本电脑、服务器、路由器，游戏控制台，例如视频游戏控制台、作为进一步示例的便携式视频游戏控制台，图像处理卡，个人数字处理，数字相机，手机，诸如任何类型音乐播放器的音频系统，视频系统，或者诸如汽车、摩托车的运输装置、个人运输器的运输装置，或者可以电池驱动的任何类型设备。本领域技术人员易于想到可以电池驱动的电子装置的其他示例。例如，电子装置74可以是便携式或者非便携式电子装置。根据如图5 所示布置，电池71a、71b以及电子部件74分立地封装并且可以组装以便于形成功能性电子装置70。电子装置70的典型尺寸例如在1×1 至数百mm2的范围内。
图6至图10示出了制造电池和/或集成电路的工艺的示例。
以下描述的工艺使用了半导体技术中已知的若干种方法。因此，关于电池制造的所执行的任何步骤也可以用于处理可以形成在相同芯片上的集成电路。图6至图10示出的示例仅示出了制造电池的步骤。然而，将清楚地理解的是，尽管附图中未明确示出，但是所采用的工艺或者其一部分也可以用于处理电路元件。
图6A示出了载体的一部分的截面图，而图6B示出了载体的平面图。图6A的截面图从如图6B所示I和I之间截取。在以下附图中，在II和II之间的截面图也示出为如图6A和图6B所示。分离沟槽30 形成在载体中。分离沟槽以大深度延伸进入载体中以使得在稍后工艺步骤中可以减薄载体的背侧以便于使用分离沟槽30相互隔离相邻的电池。使用通常已知的工艺方法形成分离沟槽，包括用于限定分离沟槽位置的光刻方法，以及如半导体工艺领域通常已知的包括干法刻蚀和湿法刻蚀的已知的工艺的刻蚀。图6B示出了平面图的示例。如图 6B所示，分离沟槽包围了载体部分1的中心部分。尽管所示分离沟槽30具有矩形形状，但是可以采取任何其他形状。特别地，分离沟槽可以形成为竖直和水平连续线以便于形成网格。每个分离沟槽30 的宽度可以被选择以使得可以由形成如稍后所述扩散阻挡层的材料合适的填充分离沟槽30。
此后，凹槽31可以形成在载体1的表面中。凹槽31可以由已知的刻蚀方法形成，例如如果使用单晶硅的载体，则取决于晶向而使用 KOH的湿法刻蚀方法以用于提供凹槽的倾斜侧表面。然而，将清楚地理解的是，可以采用备选的刻蚀方法。凹槽31的深度可以被选择以便于实现所需的电池存储容量。凹槽31的底侧形成了有源硅表面。图7A示出了形成凹槽31之后在I和I之间裸片的截面图，图7B示出了裸片的平面图。
可以具有扩散阻挡功能的钝化层10形成在载体的表面之上，而留下了凹槽31的底侧未被覆盖。钝化层10可以包括氧化硅(SiO2) 和/或氮化硅(Si3N4)，聚合物，醯亚氨、旋涂玻璃(SOG)，聚乙烯或者这些材料的任意组合。其他示例包括金属或金属与上述材料的组合。在沉积钝化层10期间，可以由合适的材料掩蔽凹槽31的底侧以便于防止钝化层10的沉积。层厚度可以被调整以在分离沟槽30中形成保形衬层或填充层。例如，如果分离沟槽30用于在稍后工艺步骤中隔离单个电池，则钝化层10可以形成保形衬层。另一方面，如果分离沟槽30在稍后工艺步骤中用作元件隔离沟槽，则钝化层10可以形成填充层。图8示出了在形成钝化层10作为保形衬层之后的示例的截面图。
随后，可选地，可以执行用于在有源表面中形成三维结构的处理，以便于增大其表面积。该处理可以包括光刻方法以及由刻蚀工艺的图案化，执行电化学工艺，湿法化学工艺，通过使用合适的沉积工艺而形成原生高温结构。因此，促进了Li离子的插入，并且补偿了由于插入锂而引起的阳极材料的机械膨胀。例如，沟槽、棱锥、柱体等可以形成在凹槽31的底侧上。例如，可以使用钝化层10作为掩模而执行这些步骤。图9示出了从凹槽31的底侧竖直延伸的沟槽结构32。沟槽结构32可以具有约20至700μm的从凹槽31的平面底侧测得的深度d。然而，可以在沟槽结构32中额外地形成子结构。例如，可以在每个沟槽结构32中形成水平延伸的子结构。作为进一步示例，间隙孔等可以形成在沟槽结构32中以便于增强其表面积。
此后，薄金属层11形成在形成阳极的暴露的硅材料之上。金属层11可以具有约10至100nm的厚度。材料可以包括具有与锂形成合金可能性的金属，诸如Ag、Al、Au、Pd或Pt。其他示例包括Zn、 Cd、Hg、B、Ga、En、Th、C、Si、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Be、Se、 Te。可以通过溅射或通常已知的任何其他沉积工艺形成金属层11。此后，在凹槽31中形成分离器或分离器堆叠18。可以由通常已知的方法形成分离器或分离器堆叠18。随后，电解质材料12填充进入凹槽31中。这也可以通过通常已知的方法完成。
此后，阴极13布置在凹槽31之上。阴极13的材料可以包括如上所述的示例。可以通过通常已知的方法形成阴极13。最终，密封剂 14形成在阴极13的表面之上。此后，可以从背侧减薄裸片。例如，这可以通过化学机械抛光(CMP)或刻蚀完成。由于该减薄步骤，可以隔离单个电池。然而，例如锯切或激光切割的隔离元件的备选方法是可能的。图10示出了在电池隔离之后截面图的示例。
随后在载体1的背侧上形成背侧金属化层。例如，首先可以通过已知的方法形成TiW的界面层15，随后形成诸如铜或任何其他合适导电材料的金属层16。金属层16可以具有500nm至50μm的厚度。
此后，可以图案化金属层16以便于形成导电线以用于泄放由电池产生的电流。
尽管已经在图6至图10中示出了用于制造电池的步骤，将清楚地理解的是，可以修改方法以使得可以制造如图2所示的集成电路。例如，对于制造包括形成在半导体衬底中的电路的集成电路以及锂电池而言，可以形成元件分离沟槽30(参见图2A)以便于具有如下宽度以使得在形成钝化层的步骤中形成了填充层。
图11示出了流程图，示出了形成电池的方法的示例。如所示，方法包括在衬底的表面上形成阳极(S11)，形成分离器元件(S21)，形成阴极(S31)以使得分离器元件设置在阴极和阳极之间，以及在由阳极、阴极和衬底形成的空间中填充电解质(S41)。例如，形成阳极可以包括通过在衬底中形成凹槽而图案化衬底的表面，其中凹槽的壁形成了阳极。方法可以进一步包括在硅本体的至少一部分之上形成包括金属的层(S51)。
图12示出了制造集成电路的方法。如所示，方法可以包括在半导体衬底中形成电路元件(S2，S21，S22，S23)以及形成锂电池(S3)，其中形成锂电池包括在半导体衬底的表面上或者在半导体衬底之上半导体层中形成阳极(S31，S32，S33)。在半导体衬底中形成电路元件(S21，S22，S23)以及形成锂电池(S31，S32，S33)可以包括共同的工艺步骤。例如，相应的方法可以包括共同的和非共同的工艺步骤。因此，依次执行一些工艺步骤，而同时执行其他工艺步骤。
图13示意性示出了根据实施例的电子装置40。如图13所示，电子装置40可以包括电气电路41以及电池42。电池42可以是在此如上所述的电池，例如参照图1A和图1B。根据其他实施例，电池42 可以是例如参照图2A和图2B如上所述的集成电路。更具体地，电池42可以额外地包括如图2A所示的电路元件20。备选地，电池42 和电气电路41可以如图3和图4阐释的那样实施在单独的芯片或裸片上。当电池42和电气电路41设置在单独的芯片上时，电池42可以经由互连44与电气电路41连接。电气电路41可以包括用于处理数据的处理装置。电气电路41可以进一步包括用于显示数据的一个或多个显示装置。电子装置41可以进一步包括用于传输数据的发射器。电子装置41可以进一步包括配置用于实施特定电子系统的部件。根据实施例，电子装置41可以进一步包括能量采集器43，可以输送电能至电池42，能量从太阳能、热能、动能或其他能量形式产生。例如，电子装置40可以是传感器，诸如轮胎气压传感器，其中电气电路41进一步包括传感器电路，以及可选地将感测的数据发送至外部接收器的发射器。根据另一实施例，电子装置40可以是致动器，RFID 标签或智能卡。例如，智能卡可以额外地包括指纹传感器，其可以使用由电池42输送的电能而工作。
尽管已经如上描述了本发明实施例，但是明显的是可以实施其他实施例。例如，其他实施例可以包括权利要求中所述特征的任意子组合，或者如上给出示例中所述元件的任意子组合。因此，所附权利要求的精神和范围不应限定于在本文中包含的实施例的描述。

Claims (14)

1.一种锂电池，包括：
阴极；
半导体衬底，形成阳极；
分离器元件，设置在所述阴极和所述阳极之间以将所述阴极与所述阳极相互电学地分离开；以及
液态电解质；
其中所述阳极由硅制成并且一体形成在所述半导体衬底中，
其中在所述半导体衬底中形成凹槽，并且所述凹槽包括侧壁和底侧，以及
其中所述凹槽的所述底侧被图案化成三维结构，经图案化的三维结构形成所述阳极，其中所述三维结构由所述液态电解质包围。
2.根据权利要求1所述的锂电池，其中所述凹槽的所述侧壁以及所述半导体衬底的外侧由钝化层覆盖。
3.根据权利要求1所述的锂电池，其中所述阳极形成所述凹槽的壁。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的锂电池，其中所述阳极进一步包括如下层，所述层包括设置在所述阳极的面向所述液态电解质的一侧上的金属。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的锂电池，其中所述阳极形成在设置在所述半导体衬底之上的层中，并且其中形成所述阳极的所述层完全覆盖所述半导体衬底的其中形成所述电池的部分。
6.根据权利要求5所述的锂电池，其中多个凹槽形成在所述半导体衬底的表面中。
7.根据权利要求6所述的锂电池，其中所述凹槽具有20至100μm的深度。
8.一种制造锂电池的方法，包括：
在半导体衬底的表面上形成阳极，其中所述阳极由硅制成并且一体形成在所述半导体衬底中；
形成分离器元件；
在所述半导体衬底之上形成阴极以使得所述分离器元件设置在所述阴极与所述阳极之间；以及
在由所述阳极、所述阴极和所述半导体衬底形成的空间中填充液态电解质，
其中，所述分离器元件将所述阴极与所述阳极相互电学地分离开，
其中在所述半导体衬底中形成凹槽，并且所述凹槽包括侧壁和底侧，以及
其中所述凹槽的所述底侧被图案化成三维结构，经图案化的三维结构形成所述阳极，其中所述三维结构由所述液态电解质包围。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述凹槽的所述侧壁以及所述半导体衬底的外侧由钝化层覆盖。
10.根据权利要求8所述的方法，所述凹槽的壁形成所述阳极。
11.根据权利要求8所述的方法，其中形成阳极包括通过在所述半导体衬底的表面中形成子结构而图案化所述半导体衬底的表面。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的方法，进一步包括，在所述半导体衬底的面向所述液态电解质的至少一部分之上形成包括金属的层。
13.一种电子装置，包括：
电气电路；以及
根据权利要求1至7中任一项所述的锂电池。
14.根据权利要求13所述的电子装置，其中所述电子装置选自由传感器、致动器、RFID(射频识别装置)标签以及智能卡构成的组。
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