KR100387121B1 - Multi-layered Thin Film Battery Vertically Integrated and Fabrication Method thereof - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: Provided is a multi-layered thin film battery integrated vertically, which is produced by using a unit thin film battery capable of performing two functions of a current collector and a protection membrane simultaneously and has high energy and high electric current in the least area. CONSTITUTION: The multi-layered thin film battery integrated vertically is produced by a process comprising the steps of: forming the unit thin film battery(10) on a substrate(1); spreading an insulating material on the unit thin film battery(10) and planarizing the insulating material by a CMP(chemical-mechanical polishing) method to form a planarized insulating membrane(11), wherein the insulating material is quartz, SiO2, SOG(spin-on-glass), and TEOS(tetra-ethyl ortho-silicate); etching the planarized insulating membrane(11) to make contact windows for a TiN layer(2c) of an anode current collector(2) and a Ti layer(6b) of a cathode current collector and forming metal plug-in(17, 18) by using metal such as W and Ti; forming a second unit thin film battery(10a) on the insulating membrane(11) and repeating the steps to form a multi-layered thin film battery.

Description

수직 방향으로 집적된 다층 박막전지 및 그의 제조방법{Multi-layered Thin Film Battery Vertically Integrated and Fabrication Method thereof} The integrated multi-layer thin-film cell in the vertical direction, and a method of producing {Multi-layered Thin Film Battery Vertically Integrated and Fabrication Method thereof}

본 발명은 수직 방향으로 집적된 박막전지 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 특히 수직방향으로 다층으로 박막전지를 집적함에 의해 최소 면적으로 고 에너지, 고 전류량을 달성할 수 있는 다층 박막전지 및 그의 제조방법에 관한 것이다. The present invention, in particular the minimum area By vertically integrating the thin film cell in a multi-layer high-energy, and multi-layer thin-film cells that can achieve the amount of current, and a method of manufacture of the thin film battery and a method of manufacturing integrated in the vertical direction relate to.

재충전이 가능한 박막 전지는 단말기나 스마트 카드 등의 정보통신 단말기, 마이크로 로봇 및 인공심장과 같이 소형화, 포터블화 및 신체이식 등이 요구되는 각종 전자장치에 필수적인 전원공급장치로서 이용된다. Rechargeable thin film batteries are used as an integral power supply in various electronic devices requiring such miniaturization, a portable screen and a body implant, such as the information communication terminal, the micro robot and an artificial heart, such as the terminal or smart card.

이러한 박막전지에 대한 가능성은 오래전부터 예상되어 왔지만 1983년에서야 Kanehori 그룹에 의해 처음으로 만들어졌다(K.Kanehori, K.Matsumoto, K.Miyauchi, and T.Kudo, Solid State Ionics, 9-10, 1445 (1983) 참조). The potential for these thin film batteries came the expected long been made for the first time by a group Kanehori eseoya 1983 (K.Kanehori, K.Matsumoto, K.Miyauchi, and T.Kudo, Solid State Ionics, 9-10, 1445 see (1983)). 이 그룹은 Li을 음극, TiS 2 를 양극, 비정질 리튬 포스포실리케이트(lithium phosphosilicate)(Li 3.6 Si 0.6 P 0.4 O 4 )를 전해질로 하는 박막전지를 구현하였으며, 완전한 충전상태에서 2.5V의 OCV(open circuit voltage)을 얻었다. This group is a Li anode, a TiS 2 cathode phosphosilicate, amorphous lithium (lithium phosphosilicate) (Li 3.6 Si 0.6 P 0.4 O 4) were implemented to the thin film cell with an electrolyte, a 2.5V in full charged state OCV ( open circuit voltage) was obtained. 또한, 이 Li/Li 3.6 Si 0.6 P 0.4 O 4 /TiS 2 구조의 박막전지는 16 ㎂/㎠의 전류 밀도에서 2000번의 충방전이 가능하였다. In addition, the Li / Li 3.6 Si 0.6 P 0.4 O 4 / TiS 2 thin-film cells of the structure it was possible to charge and discharge times 2000 at a current density of 16 ㎂ / ㎠.

같은 콘퍼런스에서 Levasseur 그룹은 Li/1㎛ 리튬 보로실리케이트(lithium borosilicate)/TiS 2 박막전지를 발표하였고(A.Levasseur, M.Kbala, P.Hagenmuller,G.Couturier, and Y.Danto, Solid State Ionics, 9-10, 1439 (1983) 참조), 이후에 Li/Li 2 OB 2 O 3 -Li 2 SO 4 /티타늄 옥시설파이드(titanium oxysulfide) 박막전지를 제조하였다(G.Meunier, R.Dormoy, and A.Levasseur, Mater.Sci.Eng.B, 3, 19 (1989)). In the same conference group Levasseur Li / 1㎛ lithium borosilicate (lithium borosilicate) / TiS 2 thin film battery was released (A.Levasseur, M.Kbala, P.Hagenmuller, G.Couturier , and Y.Danto, Solid State Ionics , 9-10, 1439 (1983) reference), was prepared after the Li / Li 2 OB 2 O 3 -Li 2 SO 4 / titanium oxysulfide (thin Film titanium oxysulfide) to (G.Meunier, R.Dormoy, and A.Levasseur, Mater.Sci.Eng.B, 3, 19 (1989)). 이 경우, 62㎂/㎠의 큰 전류밀도에서 50번의 충방전이 가능하였다. In this case, the 50 single charge and discharge was possible in a large current density of 62㎂ / ㎠.

같은 해에 Creus 그룹은 3.1 V의 OCV를 가진 Li/비정질 Li 2 -SiS 2 -P 2 S 5 /V 2 O 5 -TeO 2 박막전지를 발표하였다(R.Creus, J.Sarradin, R.Astier, A.Pradel, and M.Ribes, Mater.Sci.Eng.B, 3, 109 (1989)). Creus group in the same year was released Li / amorphous Li 2 -SiS 2 -P 2 S 5 / V 2 O 5 -TeO 2 thin-film cells with the OCV of 3.1 V (R.Creus, J.Sarradin, R.Astier , A.Pradel, and M.Ribes, Mater.Sci.Eng.B, 3, 109 (1989)). 이들 박막전지는 공통적으로 Li과 전해질간의 반응에 기인하여 저 충방전 특성을 보였다. These thin film cells to common due to the reaction between Li and the electrolyte was a low charge-discharge characteristics. 이러한 문제는 이들 물질간의 완충제로 작용할 수 있는 LiI 층을 이용함으로써 상당히 개선 될 수 있었다. These problems could be considerably improved by using the LiI layer that can act as a buffer between these materials.

LiI층의 도입으로 전해질을 보호하는 이러한 기술을 도입하여 Eveready Battery Co.사는 Li/전해질/TiS 2 박막전지를 제조하였다(SDJones, JRAkridge, SGHumphrey, C.-C.Liu, and J.Sarradin, MRS Symp.Proc.Vol.210, eds. G.-A.Nazri, DFSchriver, RAHuggins, and M.Bulkanski, Mater.Res.Soc., Pittsburgh, PN, p.31, (1990) 및 SDJones and JRAkridge, J.Power Sources, 43-44, 505 (1993) 참조). The introduction of this technology to protect the electrolyte to the introduction of LiI layer Eveready Battery Co. lived were prepared Li / electrolyte / TiS 2 thin film battery (SDJones, JRAkridge, SGHumphrey, C. -C.Liu, and J.Sarradin, MRS Symp.Proc.Vol.210, eds. G.-A.Nazri, DFSchriver, RAHuggins, and M.Bulkanski, Mater.Res.Soc., Pittsburgh, PN, p.31, (1990) and SDJones and JRAkridge, J .Power Sources, 43-44, reference 505 (1993)).

이 경우 100㎂/㎠의 고 전류에서도 10000 사이클의 충방전 특성이 어떠한 변화도 없이 달성되었고, 더욱이 상온에서 거의 2년 동안 안정하게 98%의 초기 전위를 유지하였다. In this case 100㎂ / ㎠ of high current in the charge and discharge characteristics were achieved in the 000 cycles, without any change, and furthermore maintains the initial potential of the stable for almost two years at room temperature, 98%. 그러나, LiI층의 도입은 전지 제조 공정 상에 복잡성을 야기하고, 또한 약 2.8V의 전위구간에서만 안정하기 때문에 양극의 선택이나 고 에너지, 고충전용 전지 개발을 기대하기 어렵다(RAHuggins, in: Proc.Symp. Lithium Batteries, ed. ANDey, Vol. 87-1, The Electrochem. Soc., Pennington, NJ, (1987) p.356 참조). However, the introduction of LiI layer has caused complexity in the cell manufacturing process, and also because only a stable potential range of about 2.8V it is difficult to expect the choice of the positive electrode or the high-energy, difficulties only cell development (RAHuggins, in: Proc. see Symp. Lithium Batteries, ed. ANDey, Vol. 87-1, The Electrochem. Soc., Pennington, NJ, (1987) p.356).

1992년 말경에 Oak Ridge National Laboratory의 JBBates 그룹은 넓은 전위창(5.5 V)에서도 안정하며 양극간의 접촉특성 또한 매우 우수하여 충방전 특성 및 계면 저항을 줄일 수 있는 리튬 포스포러스 옥시니트라이드(Lithium phosphorus oxynitride: LiPON)를 개발하였다(JBBates, GRGruzalski, NJDudney, and CFLuck, Proc. 35th Power Sources Symp. (1992) p.337 및 JBBates, NJDudney, GRGruzalski, RAZuhr, A.Choudhury, CFLuck, and JDRobertson, J.Power Sources, 43-44, 103 (1993) 참조). In the late 1992 Oak Ridge National Laboratory JBBates group broad electrochemical window (5.5 V) in the stabilizing and contact characteristics between the anode also excellent in charge and discharge characteristics and the interface resistance reducing lithium phosphorus oxychloride knit that the fluoride (Lithium phosphorus oxynitride : we developed a LiPON) (.. JBBates, GRGruzalski, NJDudney, and CFLuck, Proc 35th Power Sources Symp (1992) p.337 and JBBates, NJDudney, GRGruzalski, RAZuhr, A.Choudhury, CFLuck, and JDRobertson, J.Power Sources, 43-44, reference 103 (1993)).

그후 이를 이용하여 여러 종류의 물질(Li x Mn 2 O 4 , TiS 2 , V 2 O 5 , LiCoO 2 )을 양극 물질로 한 박막 전지를 구현하였다(JBBates, GRGruzalski, NJDudney, CFLuck, X.-H.Yu, and SDJones, Solid State Technol., 36, 59 (1993) 및 B.Wang, JBBates, FXHart, BCSales, RAZuhr, and JDRobertson, J.Electrochem.Soc., 143, 3203 (1996) 참조). Then we implemented a thin film cell by a variety of materials (Li x Mn 2 O 4, TiS 2, V 2 O 5, LiCoO 2) as a positive electrode material by using this (JBBates, GRGruzalski, NJDudney, CFLuck , X.-H .Yu, and SDJones, Solid State Technol., 36, 59 (1993) and B.Wang, JBBates, FXHart, BCSales, RAZuhr, and JDRobertson, J.Electrochem.Soc., 143, 3203, see (1996)).

현재의 박막전지 분야는 이 그룹에 의해 좌우되고 있으며, 이들 전지 중 LiCoO 2 양극을 이용한 박막 전지가 가장 우수한 특성을 보였다. Current of the thin film battery field has been dominated by the group, the thin film battery using LiCoO 2 positive electrode of these batteries showed the most excellent properties. 이 경우, 상온에서 4.2-3.8V의 고 전위에서 1㎃/㎠의 높은 전류밀도 하에서도 10 4 번의 충방전 특성 평가 결과 0.0001%의 특성 변화만을 나타내었다(B.Wang, JBBates, FXHart,BCSales, RAZuhr, and JDRobertson, J.Electrochem.Soc., 143, 3203 (1996) 참조). In this case, in the high voltage of 4.2-3.8V at room temperature under a high current density of 1㎃ / ㎠ 10 four charge-discharge characteristics evaluation results are shown only the characteristic change of 0.0001% (B.Wang, JBBates, FXHart, BCSales, RAZuhr, and JDRobertson, J.Electrochem.Soc., 143, 3203, see (1996)).

다른 양극 물질에 비해 LiCoO 2 물질이 가장 좋은 특성을 보이는 이유는 상기 문헌에 언급된 바와같이 4.2-3.8 V사이에서 고 비용량을 얻을 수 있고, 공정 상의 재현성이 우수하며, 고 전류밀도를 얻을 수 있으며, 용량을 늘릴 목적으로 두꺼운 2㎛ 두께의 양극을 써도 어떠한 균열 없이 우수한 특성을 보이기 때문이다. The reason seems to LiCoO 2 material, the best characteristics compared to the other positive electrode can be obtained, the specific capacity and between 4.2-3.8 V, as mentioned in the above document, is excellent in reproducibility in the process, and to obtain the current density and, because show excellent properties without any cracking of the positive electrode use 2㎛ thick thickness in order to increase the capacity.

최근에는 180℃의 저 융점 및 공기와의 반옹성을 지닌 Li 음극의 문제를 극복하고자 음극재료로서 SnO 2 가 개발되었다(Y.Idota, T.Kubota, A.Matsufuji, Y.Maekawa, and T.Miyasaka, Science, 276, 1395 (1997) 참조). Recently, a SnO 2 was developed as a negative electrode material in order to overcome the problem, the Li anode with a half ongseong of the low melting point of 180 ℃ and air (Y.Idota, T.Kubota, A.Matsufuji, Y.Maekawa , and T. Miyasaka, Science, 276, 1395 (see 1997)).

한편, 이러한 박막 전지의 제조 시 외부 환경과 박막 전지의 구성 물질-특히 Li 음극-간의 반응을 없앨 목적으로 전지 제조의 마지막 공정으로서 보호막을 증착시키는 것이 필수적이며, 패릴린(parylene)을 기초로 한 금속, 절연체 등과의 결합층이 보고된 바 있다(JBBates, NJDudney, and KAWeatherspoon, 미합중국 특허 제5,561,004호 (1996) 참조). Meanwhile, the materials of construction of such a thin film battery manufacture of the external environment and the thin film battery, especially Li anode - is essential to deposit a protective film as the final step of the battery production in order to eliminate the reaction of, on the basis of the L Lilin (parylene) It has been reported as a bonding layer of metal, an insulator (see JBBates, NJDudney, and KAWeatherspoon, U.S. Patent No. 5,561,004 (1996)).

따라서, 현재 보호막으로 패럴린을 기본으로 하는 조합이 널리 사용되고 있으나, 이는 고온 영역에서 고분자 물질의 열화특성으로 인한 단점을 보이고 있다. Thus, although the combination of the parallel-lean with the current protective film to the default widely used, which shows the disadvantages due to the degradation characteristics of the polymer material in a high temperature region.

또한, 일반적으로 사용되는 박막전지의 전류 집전체로는 Pt가 가장 널리 이용되고 있는데 이 Pt는 가격면에서 매우 비싼 재료이고, 기판을 이루는 Si과의 접촉특성이 떨어지는 단점이 있다. In addition, a current collector of a thin film battery is commonly used there and Pt is the most widely used is Pt has a disadvantage of poor contact properties with Si form a very expensive material, and the substrate on price.

한편, 최소 면적에서 고 에너지, 고 전류량을 얻고자 박막전지의 집적화가 요구되어지는데, 아직까지 수평 방향으로의 박막전지의 집적화가 시도되고 있지만(USP 제5,445,906호 참조), 수직 방향으로의 박막전지의 집적에 대해선 보고된 바가 없다. On the other hand, to gain high energy and high current in the minimum area makin required the integration of a thin film battery, yet the integration of thin-film cell in the horizontal direction is tried to but (see 5,445,906 No. USP), a thin film battery in the vertical direction the not been reported about the integrated.

이에, 본 발명자들은 보호막과 전류 집전체의 역할을 동시에 달성할 수 있는 Ti 또는 W계 물질들의 조합을 통해서 제조된 단위 박막전지를 제안하며, 이 단위 박막전지에 대해 CMP(chemical-mechanical polishing) 처리와 금속 플러그-인(plug-in) 처리를 도입함으로써 수직 방향으로 집적된 박막전지의 제조가 가능함을 발견하고, 본 발명을 완성하게 되었다. Thus, the present inventors have proposed a production unit of thin film batteries through a combination of Ti or W-based material to achieve the role of the entire protective film and the current collector at the same time and, CMP (chemical-mechanical polishing) process for this unit of thin-film cells and a metal plug-in was found that the manufacture of the integrated thin-film cell in the vertical direction is possible, and completed the present invention by introducing a (plug-in) process.

따라서, 본 발명의 목적은 매우 낮은 전류 저항 특성을 가지며 일련의 연속공정으로 금속실리사이드/금속/금속질화막 및 금속질화막/금속/금속질화막 형성이 가능한 Ti 또는 W계 물질의 조합을 이용하여 양극 전류집전체와, 음극 전류집전체 및 보호막의 두 가지 기능을 동시에 달성할 수 있고, 이 단위 박막전지에 대해 CMP 처리와 금속 플러그-인(plug-in) 처리를 도입하여 수직 방향으로 집적함으로써 고 에너지를 지닌 다층 박막전지의 제조방법을 제공하는 데 있다. It is therefore an object of the present invention is very has a lower current resistance characteristic sequence of step a metal silicide / metal / metal nitride film and a metal nitride / metal / metal nitride film formed using a combination of available Ti or W-based material the positive electrode current collector whole and, it is possible to achieve the two functions of the collector and the protective film negative electrode current collector at the same time, CMP processing and the metal plugs on the unit thin-film cells - by the introduction of a (plug-in) process integrated in the vertical direction and the energy having to provide a method for preparing a multi-layer thin-film cells.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 제조방법에 따라 제조된 특성이 안정되고 우수하며 제조공정이 단순하여 다층 박막전지의 형성에 적합한 구조를 갖는 단위 박막전지와 이 구조를 이용하여 수직방향으로 집적된 다층 박막전지를 제공하는 데 있다. Further, another object of the present invention to stabilize the characteristics prepared according to the process wherein the manufacture is excellent, and by using this structure and the unit thin-film cell having a structure suitable for the formation of multi-layer thin-film cell in the simple manufacturing process integrated in the vertical direction there is provided a multi-layer thin-film cells.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 박막전지의 단면도, 1 is a cross-sectional view of the unit thin-film battery according to one embodiment of the invention,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 수직 방향으로 2층 집적된 박막전지의 단면도, Figure 2 is a cross-sectional view of the thin film battery 2 layer integrated in the vertical direction in accordance with an embodiment of the invention,

도 3a 내지 도 3k는 본 발명에 따른 단위 박막전지의 제조공정을 보여주는 공정 단면도, Figures 3a to 3k are sectional views showing the manufacturing process of the thin film battery unit according to the invention,

도 4a 내지 도 4f는 본 발명에 따른 수직방향으로 집적된 박막전지의 제조공정을 보여주는 공정 단면도이다. Figure 4a-4f are cross-sectional views showing the manufacturing process of the integrated thin-film cell in the vertical direction in accordance with the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호설명 * * Code Description of the Related Art *

1 ; One ; 기판 2,12 ; 2,12 substrate; 양극 전류집전체 The positive electrode current collector

2a,12a ; 2a, 12a; TiSi2 2b,6b,12b,16b ; TiSi2 2b, 6b, 12b, 16b; Ti Ti

2c,6a,6c,12c,16a,16c ; 2c, 6a, 6c, 12c, 16a, 16c; TiN 2d,6d ; TiN 2d, 6d; 접촉영역 Contact area

3 ; 3; 양극 4 ; Cathode 4; 전해질 Electrolytes

5 ; 5; 음극 7,8 ; Cathode 7,8; 금속 리드선 Metals lead

10,10a ; 10,10a; 단위 박막전지 11 ; A thin film battery unit 11; 평탄 절연막 A flat insulating film

11a,11b ; 11a, 11b; 접촉창 17,18 ; Contact windows 17 and 18; 금속 플러그-인 Metal plug-in

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 수직 방향으로 양극 전류집전체, 양극, 전해질, 음극 및 음극 전류집전체가 순차적으로 기판 위에 집적된 박막전지에 있어서, 상기 양극 전류집전체와 음극 전류집전체가 각각 Ti 및 W계 물질 중 어느 하나의 다층 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 수직 방향으로 집적된 박막전지를 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention provides a positive electrode current vertically home, anode, electrolyte, cathode and anode current collector of the whole integrated on in sequence a substrate a thin film battery, the positive electrode current collector and negative electrode current collector provides an integrated thin-film cell in the vertical direction, it characterized in that the whole composed of each of Ti and W-based material of any one of the multi-layer structure.

상기 기판으로서 Si 기판을 사용할 때 양극 전류집전체와 음극 전류집전체는 각각 TiN/Ti/TiSi 2 와 TiN/Ti/TiN으로 이루어지는 것이 바람직하다. When using a Si substrate as the substrate a positive electrode current collector and negative electrode current collector is preferably made of respective TiN / Ti / TiSi 2 and TiN / Ti / TiN.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명의 단위 박막전지는 수직 방향으로 양극 전류집전체, 양극, 전해질, 음극 및 음극 전류집전체가 순차적으로 기판 위에 집적된 박막전지에 있어서, 상기 음극 전류집전체가 노출된 음극을 모두 둘러싸면서 일측 부분이 전해질의 일측면을 거쳐 기판에 도달하도록 형성되어 확산장벽 역할을 하는 금속 질화물층과, 상기 금속 질화물층의 상부면과 일측면을 거쳐 기판으로 연장 형성되어 플러그-인이 접속되는 접촉영역을 형성하는 금속층과, 상기 플러그-인이 접속되는 접촉영역을 제외한 금속층의 표면에 형성되어 확산 장벽에 의한 보호막의 역할을 병행하는 금속 질화물층으로 구성되어, 음극 전류 집전기능과 보호막으로서의 역할을 동시에 수행하는 것을 특징으로 하는 수직 방향으로 집적된 박막전지를 제공한 In accordance with another feature of the invention, the unit thin-film battery of the present invention whole in a thin film battery integrated on to a full vertical direction of an anode current collector, anode, electrolyte, cathode and anode current collector sequentially substrate, the anode current collector are formed extending in the substrate through the top surface and one side of the formed so as to across the one side of the one side portion electrolyte surrounding all of the exposed negative electrode from reaching the substrate metal to the diffusion barrier nitride layer and the metal nitride layer plug-in connection metal layer and the plug that forms a contact area that is - is formed on the surface of the metal layer except for the contact area that the connection consists of a metal nitride layer that parallel acts as a protective film by diffusion barrier, cathode current providing the integrated thin-film battery in the vertical direction, characterized in that to serve as a current collecting function and a protective film at the same time 다. All.

더욱이, 상기 단위 박막전지는 박막전지 위에 절연물질로 도포되어 상부면에평탄면을 제공하는 평탄 절연막과, 상기 평탄 절연막 상부에 평탄 절연막 하부의 제1층 박막전지와 동일한 구성을 갖는 제2층 박막전지와, 상기 제1층 박막전지와 제2층 박막전지를 상호 접속하기 위한 제1 및 제2 접속수단을 더 포함하는 것에 의해 2층 박막전지를 구성할 수 있게 된다. Furthermore, the unit thin-film battery is a thin film battery is coated with an insulating material over the second layer thin film having the flat insulating film to provide a flat surface on the top surface, the same configuration as that of the flat insulating film above the first layer a thin film battery of the flat insulating film underlying the cells and, wherein it is possible to configure a two-layer film battery by further comprising: a first layer a thin film battery and the first and second connection means for interconnecting the second layer a thin film battery.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 본 발명은 기판과, 상기 기판 위에 수직방향으로 각각 층별로 형성된 다수의 박막전지와, 각각 상기 다수의 박막전지 사이에 삽입되어 다수의 박막전지를 서로 절연시키기 위한 절연물질로 형성되며 상부면에 평탄면을 제공하는 다수의 평탄 절연막과, 상기 다수의 박막전지를 상호 접속하기 위한 접속수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 수직 방향으로 집적된 다층 박막전지를 제공한다. In accordance with another feature of the invention, the invention is a substrate, and a plurality of formed in each floor in the vertical direction on the substrate a thin film battery and, respectively, is inserted between the plurality of thin-film batteries for a plurality of thin-film cells to isolate from each other forming an insulating material and provides a multi-layer thin-film battery integrated in the vertical direction, characterized in that consisting of a plurality of the flat insulating film, a connection means for interconnecting the plurality of thin film batteries to provide a flat surface on the top surface.

상기 다수의 평탄 절연막 각각은 수정, SiO 2 , TEOS, SOG 중 어느 하나와, 이들의 조합 중에서 선택된 어느 하나로 이루어며, 상기 다수의 평탄 절연막 각각은 박막전지의 체적변화에 대한 완충층의 역할을 할 수 있는 절연물질로 이루어지는 것이 바람직하다. Each of the plurality of the flat insulating film is any one of the modifications, SiO 2, TEOS, SOG, said place selected by any one among these combinations, each of the plurality of the flat insulating film can serve as a buffer for the volume change of the thin-film cells it is formed of an insulating material, which is preferred.

이 경우, 상기 제2층 내지 최상층 박막전지 각각은 상기 평탄 절연막 위에 형성된 Ti 및 W계 중 어느 하나의 물질의 조합으로 이루어진 양극 전류집전체와, 상기 양극 전류집전체 위에 형성된 양극과, 상기 양극의 노출된 상부면과 측면 및 일측 기판의 일부를 덮고 있는 전해질과, 상기 전해질 위에 형성된 음극과, 상기 음극과 공기와의 반응을 차단하기 위하여 음극과 전해질의 일측면 및 일측 기판의일부를 덮고 있는 Ti 및 W계 중 어느 하나의 물질의 조합으로 이루어진 음극 전류집전체로 구성되며, 상기 음극 전류집전체는 산소와의 반응성을 차단하는 보호막 역할을 겸하는 것을 특징으로 한다. In this case, the second layer to the top layer film battery Each of the positive electrode formed on the positive electrode current collector and the positive electrode current collector made of a combination of any one material selected from the group consisting of Ti and W-based formed on the flat insulating film, the anode Ti covering a portion of the cathode and the electrolyte one side and one side of the substrate in order to block the electrolyte covering a portion of the exposed top surface side and one side of the substrate, a negative electrode and reaction with the negative electrode and the air is formed on the electrolyte and is composed of a negative electrode current collector made of a combination of one material of W-based, whole the negative electrode current collector is characterized in that it also functions as a protective film acts to block the reactivity with oxygen.

여기서, 상기 양극 전류집전체는 Ti/TiN 조합으로 구성되고, 상기 음극 전류집전체는 TiN/Ti/TiN 조합으로 구성되며, 상기 평탄 절연막이 산소를 포함하고 있는 경우 양극 전류집전체는 최하부에 확산장벽 역할을 하는 TiN층을 더 포함하는 것이 바람직하다. Here, the positive electrode current collector is Ti / is composed of TiN combination, the negative electrode current collector is composed of a TiN / Ti / TiN combination, the total spread to the bottom when the flat insulating film containing oxygen cathode current collector may further include a TiN layer, a barrier is desirable.

상기 제1층 박막전지는 상기 기판 위에 형성된 Ti 및 W계 중 어느 하나의 물질의 조합으로 이루어진 양극 전류집전체와, 상기 양극 전류집전체 위에 형성된 양극과, 상기 양극의 노출된 상부면과 측면 및 일측 기판의 일부를 덮고 있는 전해질과, 상기 전해질 위에 형성된 음극과, 상기 음극이 공기와의 반응을 차단하기 위하여 음극과 전해질의 일측면 및 일측 기판의 일부를 덮고 있는 Ti 및 W계 중 어느 하나의 금속물질의 조합으로 이루어진 음극 전류집전체로 구성되며, 상기 양극 전류집전체는 기판이 Si인 경우 TiN/Ti/TiSi 2 와 TiW/W/WSi 2 중 어느 하나로 구성되는 것이 바람직하다. The first layer a thin film battery is either full and positive electrode current collector made of a combination of materials of the positive electrode current collector of the positive electrode is formed overall on and, in the positive electrode exposed upper surface and side surfaces and of Ti and W-based formed on the substrate electrolyte covering a portion of one substrate and, as a negative electrode formed on the electrolyte, wherein the cathode is the one covering a portion of one side surface and one substrate of the negative electrode and the electrolyte of the Ti and W-based in order to block the reaction with the air one is composed of a negative electrode current collector made of a combination of a metal material, the positive electrode current collector is preferably a substrate composed of any one of a case of Si TiN / Ti / TiSi 2 and TiW / W / WSi 2.

본 발명에 따른 수직방향으로 집적된 다층 박막전지를 제조하는 방법은 기판 위에 수직방향으로 제1층 박막전지를 형성하는 제1단계와, 상기 제1층 박막전지 위에 절연물질을 도포한 후 상부면을 평탄하게 처리하여 제1평탄 절연막을 형성하는 제2단계와, 상기 제1평탄 절연막을 통하여 제1층 박막전지의 양극 및 음극 전류집전체에 대한 제1 및 제2 플러그-인을 형성하는 제3단계와, 상기 제1평탄 절연막의 상부에 순차적으로 제1 내지 제3단계를 반복하여 제2 내지 제n 층의 박막전지를 형성하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다. Method for producing a multi-layer thin-film cells integrated in a vertical direction according to the invention the top surface after the first step of forming a first layer a thin film battery in the vertical direction on the substrate, applying an insulating material over the first layer a thin film battery the a second step of forming a first planar insulating film and the flat handle, first and second plug for the positive electrode and the negative electrode current collector of the first layer a thin film battery through the first flat insulation-agent to form a step 3 and repeats the first to third stage in sequence on the first flat insulating film is characterized in that it consists of forming a thin-film cells of the second to n-th layer.

이 경우, 상기 제1층 박막전지를 형성하는 단계는 Si 기판 위에 형성된 금속실리사이드막/금속막/금속질화막으로 이루어진 양극 전류집전체를 형성하는 단계와, 상기 양극 전류집전체 위에 양극을 형성하는 단계와, 상기 양극의 노출된 상부면과 측면 및 일측 기판의 일부를 덮도록 전해질을 형성하는 단계와, 상기 전해질 위에 음극을 형성하는 단계와, 상기 음극이 공기와의 반응을 차단하기 위하여 음극과 전해질의 일측면 및 일측 기판의 일부를 덮도록 금속질화막/금속막/금속질화막으로 이루어진 음극 전류집전체를 형성하는 단계로 구성될 수 있다. In this case, the step forming a step, and a positive electrode on the whole of the positive electrode current collector to form a positive electrode current collector made of a metal silicide film / metal film / metal nitride film formed on a Si substrate to form the first layer a thin film battery and the exposed upper surface of the positive electrode and the side and forming an electrolyte so as to cover a portion of one substrate, and forming a cathode on the electrolyte, wherein the cathode is the negative electrode and the electrolyte in order to block the reaction with the air the work may be of a step of forming a negative electrode current collector made of a portion of a side surface and one substrate of a metal nitride / metal film / metal nitride film to cover.

또한, 상기 제2 내지 제n 층의 박막전지를 형성하는 단계 각각은 상기 평탄 절연막 위에 금속막/금속질화막을 연속공정으로 성장시켜 양극 전류집전체를 형성하는 단계와, 상기 양극 전류집전체 위에 양극을 형성하는 단계와, 상기 양극의 노출된 상부면과 측면 및 일측 기판의 일부를 덮도록 전해질을 형성하는 단계와, 상기 전해질 위에 음극을 형성하는 단계와, 상기 음극이 공기와의 반응을 차단하기 위하여 음극과 전해질의 일측면 및 일측 기판의 일부를 덮도록 금속질화막/금속막을 연속공정으로 성장시켜 음극 전류집전체를 형성하는 단계로 구성될 수 있다. Further, the second to the step of forming a thin-film cell in the n-layer each of the positive electrode over the entire stage, and the cathode current collector to form a positive electrode current collector with a metal film / a metal nitride film on the flat insulating film is grown in a continuous process ; and forming a cathode on the electrolyte forming the electrolyte so as to cover a portion of the top surface side and one side of the substrate exposed in the positive electrode, said negative electrode to block the reaction with air to form a to grow as a cathode and an electrolyte, and a side continuous process, a metal nitride / metal film so as to cover a portion of one side of the substrate to be composed to form a negative electrode current collector.

상기 평탄 절연막이 산소를 포함하는 경우 양극 전류집전체의 최하부와 음극 전류집전체의 최상부에 금속질화막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다. When the the flat insulating film containing oxygen is preferred to further comprise the step of forming a metal nitride film on top of the positive electrode current collector and the lowermost negative electrode current collector.

상기 제2단계에 사용된 절연물질은 수정(quartz), SiO 2 , TEOS, SOG 중 어느 하나의 물질과 이들간의 조합 중 어느 하나로 이루어지며, 상기 제2단계의 평탄화 처리는 CMP 처리가 바람직하고, 더욱이, 상기 절연물질은 박막전지의 체적변화에 대한 완충층(buffer layer)의 역할을 할 수 있는 CMP 처리된 절연물질로 이루어지는 것이 좋다. Wherein the insulating material used in step 2 is made of any of the modifications (quartz), SiO 2, a combination between TEOS, SOG one material with those of the one, and the planarization process in the second step is preferably in a CMP process, Moreover, the insulating material is preferably made of a CMP-treated insulating materials that can serve as a buffer layer (buffer layer) for the volume change of the thin film battery.

상기한 바와같이 본 발명에서는 전류 집전체 및 보호막으로 Ti계 또는 W계 물질의 조합을 이용한다. A combination of a Ti-based or W-based material as a current collector and the protective film in the present invention as described above. Ti계 물질은 종래의 단점을 동시에 극복할 수 있다. Ti-based material may overcome the conventional drawbacks at the same time. 이는 Ti/TiSi 2 /Si 구조를 만들므로써 Si과의 접촉 특성을 향상시킬 수 있으며, 우수한 확산 장벽(diffusion barrier) 특성을 지닌 TiN 층을 도입함으로써 산소나 공기로부터의 열화를 방지 할 수 있다. This can prevent the deterioration from the oxygen and air by introducing a TiN layer having a can improve the contact characteristic, and an excellent diffusion barrier (diffusion barrier) properties of the Si meurosseo make the Ti / TiSi 2 / Si structure.

또한, 최소 면적에서 고 에너지를 지닌 박막전지를 제조하기 위하여, 단위 박막전지에 대해 CMP 처리 및 플러그-인 처리를 함으로써 수직 방향으로의 집적을 수행한다. Further, in order to manufacture a thin-film battery having a high energy in the minimum area, CMP processing and the plug unit for a thin film battery-performs integrated in the vertical direction by the treatment. CMP처리는 다른 여타의 평탄화 공정(planarization process)중에서 가장 우수한 평탄 특성을 지니며, 이를 이용하여 수직 방향으로의 박막전지의 집적을 달성할 수 있다. CMP processing said Genie the most excellent characteristics among the flat planarization (planarization process) of the other other, it is possible to achieve integration of a thin film battery in the vertical direction by using this. 또한, 평탄 공정에 사용되는 절연 물질은 박막전지의 구동 시 나타날 수 있는 체적 변화에 대해 완충층(buffer layer)의 역할을 할 수 있는 물질을 사용하는 것이 바람직하다. The insulating material used for the planar process, it is preferable to use a material that can act as a buffer layer (buffer layer) for the volume changes that may occur during operation of the thin-film battery.

(실시예) (Example)

이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. It will be described below in more detail, the present invention through the embodiments. 그러나 이들은 본 발명을 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐 본 발명이 이들에 의해 한정되는 것은 아니다. However, it is not intended to be the only provided to illustrate the present invention in detail invention limited by these.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 박막전지의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 수직 방향으로 2층 집적된 박막전지의 단면도이다. 1 is a cross-sectional view of the unit thin-film battery according to one embodiment of the invention, Figure 2 is a cross-sectional view of the thin film battery 2 layer integrated in the vertical direction in accordance with an embodiment of the invention.

먼저 도 1을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 박막전지(10)는 Si 기판(1)과, 상기 Si 기판(1) 위에 형성된 Ti계 물질로 이루어진 양극 전류 집전체(2)와, 상기 양극 전류 집전체(2) 위에 형성되며 예를들어, LiCoO 2 로 이루어진 양극(3)과, 상기 양극(3)의 노출된 상부면과 측면 및 일측 Si 기판(1)의 일부를 덮고(overlaying) 있으며 예를들어, LiPON로 이루어진 전해질(4)과, 상기 전해질(4) 위에 형성되며 예를들어, SnO 2 로 이루어진 음극(5)과, 상기 음극(5)이 공기와의 반응을 차단하기 위하여 음극(5)과 전해질(4)의 일측면 및 일측 Si 기판(1)의 일부를 덮고 있는 Ti 또는 W계 물질로 이루어진 음극 전류 집전체(6)로 구성되어 있다. First, with reference to Figure 1, the unit thin-film battery 10 according to an embodiment of the present invention, the Si substrate 1 and the Si substrate 1, a positive electrode current collector 2 made of a Ti-based material formed on, the positive electrode current collector (2) is formed on, for example, covering a portion of the anode 3 and the cathode 3, the exposed top surface side and one side of the Si substrate (1) of consisting of LiCoO 2 (overlaying ), and for example, to contain, block the electrolyte (4) and the electrolyte (4) is formed on, for example, a cathode 5, a reaction with the cathode 5 of air consisting of SnO 2 made of LiPON to consist of the cathode 5 and the electrolyte 4, one side and one Si negative electrode current collector 6 made of Ti or W-based material covering a portion of a substrate (1).

상기 기판(1)은 Si 이외에도 글래스, 알루미나, 사파이어 각종 반도체 또는 폴리머 물질로 이루어질 수 있고, 음극(5)은 SnO 2 이외에 Li으로 이루어질 수 있다. The substrate (1) in addition to Si can be made of glass, alumina, sapphire various semiconductor or polymeric material, the cathode 5 may be made of Li in addition to SnO 2.

본 발명에 있어서 양극 전류 집전체(2)는 바람직하게는 3층 구조로 이루어진 TiSi 2 (2a)/Ti(2b)/TiN(2c)를 사용하며, 이 경우 Si 기판(1) 위에 Ti을 스퍼터링 방법으로 증착하여 Ti층(2b)을 형성한 후에 약 700 ℃에서 어닐링(annealing) 처리를함으로써 TiSi 2 층(2a)을 형성시키고, 그 후 질소(N 2 ) 분위기에서 Ti을 스퍼터링함으로써 TiN층(2c)을 형성하게 된다. In the present invention, the positive electrode current collector 2 preferably uses a TiSi 2 (2a) / Ti ( 2b) / TiN (2c) made of a three-layer structure, in which case the sputtering a Ti on Si substrate (1) by deposited by the method by the annealing (annealing) process at about 700 ℃ after forming a Ti layer (2b) to form a TiSi 2 layer (2a), sputtering a Ti then nitrogen (N 2) atmosphere, a TiN layer ( to 2c) it is formed.

이 경우 TiN층(2c)은 Ti층(2b)과 일측 Si 기판(1)의 일부를 덮도록 형성되고, TiN층(2c)의 타측에는 일부가 노출되어 본체기기와 연결되는 금속 리드선(7)이 연결된다. In this case, the TiN layer (2c) is a Ti layer (2b) and formed to cover a portion of one side of the Si substrate 1, exposed the other part of the side of the TiN layer (2c) of metal lead wires connected to the main apparatus (7) It is connected.

또한, 음극 전류 집전체(6)로는 TiN(6a)/Ti(6b)/TiN(6c)를 사용하며, 이 경우 질소(N 2 ) 분위기에서 Ti을 스퍼터링함으로써 TiN층(6a)을 형성한 후에 Ti층(6b)과 TiN(6c)을 스퍼터링 방법으로 형성한다. Further, roneun negative electrode current collector 6, and using TiN (6a) / Ti (6b) / TiN (6c), in this case after forming the TiN layer (6a) by the sputtering of Ti in a nitrogen (N 2) atmosphere to form a Ti layer (6b) and TiN (6c) by a sputtering method.

이 경우 TiN(6a)층은 음극(5)의 노출된 부분을 모두 둘러싸며 일측은 전해질(4)의 일측을 따라 Si 기판(1)까지 연장 형성되고, Ti층(6b)은 TiN(6a)층의 상부면으로부터 일측을 따라 Si 기판(1)까지 연장 형성되며, TiN층(6c)은 도 1과 같이 Si 기판(1)의 상부에 형성된 부분을 제외하고 Ti층(6b)의 상부면에 형성되어, 노출된 Ti층(6b)에 금속 리드선(8)이 연결된다. It said both surrounding the exposed portion side is formed extending along the one side of the electrolyte (4) to the Si substrate (1), Ti layer (6b) in this case TiN (6a) layer is the cathode 5 is TiN (6a) the top surface along the side of an upper surface of the layer is formed extending to the Si substrate 1, TiN layer (6c) has a top portion and a Ti layer (6b), except for formed on the Si substrate 1 as shown in Figure 1 is formed, a metal lead wire (8) is connected to the exposed Ti layer (6b).

이 경우 TiN층(6c)은 Ti층(6b)의 모든 상부면에 형성되고, 금속 리드선(8)이 TiN층(6c)에 연결되는 것도 가능하다. In this case, the TiN layer (6c), it is also possible to be formed on all the top surface, the metal lead wire (8) of the Ti layer (6b) is connected to the TiN layer (6c). 또한, 이와 반대로 금속 리드선(7)은 Ti층(2b)에 연결되는 것도 가능하다. Also, as opposed to the metal lead wire 7 it may be connected to a Ti layer (2b).

본 발명에서 각각 양극 전류 집전체(2)와 음극 전류 집전체(6)로 사용되는 TiN/Ti/TiSi 2 와 TiN/Ti/TiN의 Ti계 물질은 하기 표 1과 같이 비저항이 매우 낮으며, 종래에 사용되고 있던 Pt과 비교하더라도 떨어지지 않는 값을 가지고 있음을 알 수있다. It had specific resistance is very low, as each positive electrode current collector 2 and the negative electrode current collector (6) TiN / Ti / TiSi 2 and TiN / Ti / Ti-based material of TiN used in the following Table 1. In the present invention, it can be seen that it has a value that does not fall even when compared with Pt was used in the prior art.

물질 matter 비저항(μΩ-㎝) Resistivity (μΩ-㎝) 용융점(℃) Melting point (℃)
Ti Ti 40 40 1668 1668
TiSi 2 TiSi 2 13-20 13-20 1500 1500
TiN TiN 70-90 70-90 3290 3290
Pt Pt 10.6 10.6 1768.4 1768.4
PtSi PtSi 28-30 28-30 1229 1229

또한, 모든 Ti계 물질은 용융점도 1000℃이상으로 매우 높으므로 열적 안정성이 매우 우수함을 알 수 있다. Further, all the Ti-based material can be seen that the thermal stability Fantastic extremely high melting point to above 1000 ℃ Fig. 이러한 특성에 기인하여 TiSi 2 층(2a)을 이용함으로써 Ti와 Si간의 계면 특성을 향상할 수 있으며, 또한 TiN층(2c)은 Ti와 산소와의 반응을 차단하는 우수한 확산장벽(diffusion barrier) 특성으로 Ti와 산화물간의 열적, 화학적 안정성을 달성 할 수 있다. Due to this characteristic by using a TiSi 2 layer (2a) and to improve the interfacial properties between Ti and Si, also a TiN layer (2c) is an excellent diffusion barrier (diffusion barrier) properties to block the reaction of Ti with oxygen as it is possible to achieve thermal and chemical stability between Ti and oxides.

더욱이, 본 발명의 단위 박막전지(10)는 음극 전류집전체(6)로 상기한 특성을 갖는 TiN/Ti/TiN 3층막 구조를 사용함으로써 음극 산화물과 외부 산소 및 공기와의 차단 특성을 향상시킬 수 있어 별도의 보호막이 필요 없게 하므로 공정 단순화의 부대효과를 가져올 수 있다. Moreover, to improve the barrier properties of the cathode oxide and an external oxygen and air unit thin-film battery 10 of the present invention by using a TiN / Ti / TiN 3-layer film structure having the above characteristics as a negative electrode current collector 6 it can eliminate the need for a separate protective film, so can lead to side effects of the process simplified.

한편, 본 발명에서는 도 1에 개시된 단위 박막전지 구조를 이용하여 수직방향의 다층구조로 집적된 다층 박막전지를 제안한다. On the other hand, by using the thin film battery unit structures disclosed in the present invention, Figure 1 proposes a multi-layer thin-film cells integrated into a multi-layer structure in the vertical direction.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 다층구조의 예로서 2층으로 집적된 박막전지를 나타낸다. Figure 2 shows a thin-film battery integrated into two layers as an example of a multi-layer structure according to one embodiment of the invention. 다층구조 박막전지는 도 1과 같이 1층구조의 단위 박막전지(10)를 형성하고, 이어서 절연물질로서 수정(quartz), SiO 2 , SOG(Spin-On-Glass),TEOS(Tetra-Ethyl Ortho-Silicate)(Si(OC 2 H 5 ) 4 ) 등의 물질이나 이들간의 조합으로 이뤄질 수 있는 물질을 단위 박막전지(10)의 상부에 도포한다. Multi-layered thin film battery form a unit thin-film battery 10 of the single-layer structure as shown in Figure 1, and then modified as insulating material (quartz), SiO 2, SOG (Spin-On-Glass), TEOS (Tetra-Ethyl Ortho -Silicate) (Si (OC 2 H 5) 4) is applied a substance which can be made of a combination between these substances and the like on top of the unit thin-film battery 10.

그후 상기 절연물질에 대한 평탄화 공정(Planarization Process)을 예를들어, CMP(chemical-mechanical polishing) 방법을 이용하여 상부면이 평탄화된 절연막(11)을 형성한다. Then the planarization process (Planarization Process) for the insulating material, for example, to form by using a CMP (chemical-mechanical polishing) method with the upper surface planarization insulating film 11. 상기 CMP 처리는 여러 평탄화 공정 중에서 평탄 특성이 가장 우수한 방법인 것으로 알려져 있으나 다른 평탄화 공정을 사용하는 것도 물론 가능하다. The CMP process is known to be the best method flat characteristic from a number of planarization process, but can of course also be used for other planarizing process.

상기 평탄 절연막(11)으로 사용되는 절연물질은 비정질 물질이므로 박막전지의 구동시에 나타날 수 있는 체적변화에 대한 완충층(Buffer Layer)으로서 역할도 하게 된다. Since the insulating material is used as the flat insulating film 11 is an amorphous material will also act as a buffer layer (Buffer Layer) for the volume changes that can occur at the same time obtain a thin film battery.

이어서, 평탄 절연막(11)을 식각하여 양극 전류집전체(2)의 TiN층(2c)과 음극 전류집전체(6)의 Ti층(6b)에 대한 접촉창(11a,11b)을 형성하고, W, Ti 등의 금속물질을 사용하여 금속 플러그-인(plug-in)(17,18)을 형성한다. Then, by etching the flat insulating film 11 to form a contact window (11a, 11b) of the TiN layer (2c) and the negative electrode a Ti layer (6b) of the current collector 6 of the positive electrode current collector (2), using a metal material such as W, Ti and a metal plug-in to form a (plug-in) (17,18).

그후 그 위에 다시 2층 단위 박막전지(10a)를 제조하고 이를 반복함으로써 수직 방향으로 다층의 박막전지(10,10a, ...)를 집적할 수 있다. Then it is possible to integrate the thin-film cell (10,10a, ...) of the multi-layer in the vertical direction by making the two-layer film battery unit (10a) back on, and repeat this.

즉, 금속 플러그-인(17)과 연결된 Ti층(12b)과 TiN층(12c)을 형성하여 양극 전류집전체(12)를 형성하고, 양극(13), 전해질(14), 음극(15) 및 음극 전류집전체(16:16a,16b,16c)를 순차적으로 형성하면 2층 단위 박막전지(10a)가 완성된다. That is, a metal plug-in 17, electrolyte 14, cathode 15 and connected to a Ti layer (12b) and a TiN layer (12c), the positive electrode 13 to form a positive electrode current collector 12, and to form, and a cathode current collector (16: 16a, 16b, 16c) to be formed is a sequential two-layer film battery unit (10a) is completed.

이 경우 만약 CMP 처리된 평탄 절연막(11)이 산소 성분을 포함하는 절연막으로 이루어진 경우에는 Ti층(12b)을 형성하기 전에 확산장벽 역할을 하기 위한 TiN층을 먼저 형성하는 것이 바람직하다. In this case, if the CMP process the flat insulating film 11 is made of an insulating film containing an oxygen component is preferable to form the TiN to the diffusion barrier layer before forming the Ti layer (12b), first.

또한 다층 박막전지인 경우 음극(15)으로서 Li은 용융점이 180℃로 낮기 때문에 어닐링 공정에서 문제가 발생하므로 높은 용융점을 갖는 SnO2 물질을 사용하는 것이 바람직하다. Also, since when the multi-layer thin-film battery as a cathode (15) Li is a problem in the annealing process due to the low melting point to 180 ℃ SnO2 is preferred to use a material having a higher melting point.

동일한 방식으로, 3층 이상의 단위 박막전지는 상기 2층 단위박막전지(10a)와 동일한 구조로 적층될 수 있다. In the same manner, a thin film battery units of three or more layers may be stacked in the same structure as the two-layer film battery unit (10a).

따라서 상기한 다층 박막전지는 최소 면적에서 고 에너지를 지닌 박막전지를 구성하는 것이 가능하게 되어 종래에 1차원적인 단위 박막전지의 용량을 적어도 2배 이상 증가시킬 수 있게 된다. Therefore, the above multi-layer thin-film cells are able to and it is possible to configure a thin film battery having an energy capacity of the one-dimensional unit of a conventional thin film battery in the minimum area can be increased at least twice.

이 경우 본 발명에서는 다층구조를 이루는 단위 박막전지로는 도 1에 도시된 실시예의 구조 이외에도 예를들어, USP 제5,561,004호에 도시된 단위 박막전지와 예를들어, USP 제5,445,906호에 도시된 다수의 직렬 또는 병렬 접속된 평면적인 박막전지 등 어떤 구조에 대하여도, 본 발명에 따른 평탄화 처리와 금속 플러그-인(plug-in) 처리를 실시함에 의해 수직방향으로 다층구조의 박막전지를 구성할 수 있게 된다. In this case, in the present invention, for example, in addition to the structure of the embodiment shown in FIG. 1 in the unit thin-film battery forming a multi-layered structure, for the unit thin-film battery in the example shown in USP No. 5,561,004 call, the number shown in the call USP No. 5,445,906 a serial or a flat thin film batteries are connected in parallel, such as is also with respect to certain structures, it flattened and a metal plug according to the present invention can configure the thin-film cells of the multi-layer structure in the vertical direction by performing the in (plug-in) process it is possible.

이하에 도 3a 내지 도 3k를 참고하여 상기한 단위 박막전지(10)에 대한 제조방법을 더욱더 상세하게 설명한다. Figure 3a to the following be described in more detail a manufacturing method for the thin film one unit cell 10 with reference to 3k.

먼저 도 3a와 같이 기판(1)으로는 Si이나 각종 반도체, 알루미나, 글래스,사파이어 또는 폴리머 물질로 등 여러 물질이 이용될 수 있는데 여기서는 Si을 이용한 예를 설명한다. First, can be of many different materials, such as used in Si or various types of semiconductor, alumina, glass, sapphire or polymer material is a substrate 1 as shown in Figure 3a there will be described here for example with Si. 그후 도 3b와 같이 양극 전류 집전체(2)를 증착하기 위하여 처음에 Ti층(2b)을 스퍼터(sputter)나 증착기(evaporator)를 이용하여 10Å 내지 2㎛로 성장시킨다. Then a Ti layer (2b) at the first time to deposit a positive electrode current collector (2) as shown in Figure 3b using a sputtering (sputter) or the evaporator (evaporator) is grown to 10Å to 2㎛.

이어서, 도 3c와 같이 약 700 ℃에서 후속 어닐링을 통해 Ti층(2b)와 Si 기판(1) 사이에 계면 특성을 향상시킬 수 있는 TiSi 2 층(2a)을 형성시킨다. Then, to form a TiSi 2 layer (2a) to improve the interfacial properties between Ti layer (2b) and the Si substrate 1 through the subsequent annealing at about 700 ℃ as shown in Figure 3c. 이 층의 두께는 5Å으로부터 1㎛에 이르기까지 자유로이 변화시킬 수 있다. The thickness of this layer can vary freely up to the 1㎛ from 5Å.

그후 양극 전류집전체(2)의 최종단계로 Ti층(2b)위에 질소분위기에서 Ti를 스퍼터링(sputtering)함으로써 도 3d와 같이 Ti층(2b)과 산소와의 반응을 차단하는 확산 장벽의 역할을 할 수 있는 TiN층(2c)을 형성시킬 수 있으며, 이에 대한 막의 두께로는 5Å 내지 1㎛까지 자유로이 이용될 수 있다. Then it acts as a diffusion barrier, which also block the Ti layer (2b) and reaction with oxygen, such as 3d by positive electrode current collector (2) to Ti in a nitrogen atmosphere over a Ti layer (2b) to the final step sputtering (sputtering) of and to form a TiN layer (2c), a film of this thickness can be can be freely used to 5Å to 1㎛.

그 다음 공정으로 LiCoO 2 등의 양극물질을 기존에 널리 쓰이는 방법인 스퍼터와 어닐링을 통해 TiN층(2c) 위에 선택적으로 증착시키며, 도 3e와 같이 금속 플러그가 연결될 TiN층(2c)의 일부가 노출되어 금속 플러그가 접속되는 접촉영역(2d)을 형성하도록 양극(3)을 형성시킨다. The next step as LiCoO 2 through a widely used method of sputtering and annealed in conventional positive electrode material such as sikimyeo selectively deposited on the TiN layer (2c), part of the exposure of the TiN layer (2c) connected to the metal plug as shown in Figure 3e It is to form a positive electrode (3) so as to form a contact region (2d) which is connected to the metal plug. 이 경우 TiN층(2c)으로 인하여 Ti층(2b)과 양극물질에서의 산소성분간의 반응성을 차단 할 수 있게 된다. In this case, due to the TiN layer (2c) it is possible to block the reactivity between the oxygen component in the Ti layer (2b) and the positive electrode material.

이러한 양극 전류집전체(2)의 특성은 단지 Ti계 물질에만 국한되는 것은 아니며 낮은 비저항을 가지면서 TiSi 2 층(2a)과 같이 계면특성을 향상시키는 층과 낮은 비저항을 가지면서 TiN층(2c)과 같이 산소와의 반응성을 차단하는 확산장벽의 역할을 할 수 있는 물질이라면 어떤 물질도 사용 가능하다. Properties of such positive electrode current collector (2) is not necessarily only limited to Ti-based material while having a layer with a low specific resistance to improve the interface characteristics, such as TiSi 2 layer (2a) while having a low resistivity TiN layer (2c) If the materials that may serve as a diffusion barrier to block the reactivity with oxygen, as is also possible to use a substance. 양극 전류집전체(2)로서 Ti계 물질 조합 이외에 W를 이용하여 TiW/W/WSi 2 도 사용될 수 있다. As a positive electrode current collector (2) can also be TiW / W / WSi 2 used by a W in addition to Ti-based material in combination.

고체 전해질(4)로는 기존의 성장방법인 스퍼터링을 통해 도 3f와 같이 노출된 양극(3)을 둘러싸면서 일측 부분이 Si 기판(1)에 도달하여 양극과 음극을 분리하도록 성장시키며, LiPON 등의 여러 전해물질을 사용할 수 있다. Such as a solid electrolyte (4) include sikimyeo growth surrounding the anode 3 is exposed as shown in Figure 3f through sputtering conventional growth method is one part to reach the Si substrate 1 to separate the anode and the cathode, LiPON You can use various electrolytes.

이어서 음극(7)으로는 기존의 방법인 스퍼터링 또는 증착방식을 이용하여 도 3g와 같이 전해질(4)의 상부에만 선택적으로 성장시키며, Li 또는 SnO 2 등 여러 음극물질을 성장시킨다. Then the negative electrode 7 is to be used sikimyeo the conventional method or the sputtering deposition method to grow selectively only on the upper portion of the electrolyte (4), such as 3g, to grow a number of cathode materials such as Li or SnO 2.

그후 음극 전류집전체(6)를 성장시키며 그 과정은 다음과 같다. Then sikimyeo growing the negative electrode current collector 6, the procedure is as follows. 우선 도 3h와 같이 음극(5)과의 산소 반응성을 차단할 목적으로 확산 장벽인 TiN층(6a)을 질소분위기에서 스퍼터링을 통해 10Å에서 2㎛ 두께까지 성장시킨다. Priority to grow a negative electrode (5) TiN layer (6a) of the diffusion barrier in order to block the reactivity with oxygen, such as 10Å at 3h via sputtering in a nitrogen atmosphere to 2㎛ thickness. 이 경우 TiN층(6a)은 노출된 음극(5)을 모두 둘러싸면서 일측 부분이 전해질(4)의 일측면을 거쳐 Si 기판(1)에 도달하도록 형성된다. In this case, the TiN layer (6a) is formed to wrap around all of the exposed negative electrode 5 is a side section through one side of the electrolyte (4) reaching the Si substrate 1.

그후 도 3i와 같이 TiN층(6a)의 상부면과 일측면을 거쳐 Si 기판(1)에 도달하여 추후 금속 플러그가 접속되는 접촉영역(6d)을 형성하도록 스퍼터링에 의해 Ti층(6b)을 10Å 내지 2㎛ 두께로 성장시키고, 계속하여 도 3j와 같이 TiN층(6c)을 스퍼터링을 통해 금속 플러그가 접속되는 접촉영역(6d)을 제외하고 Ti층(6b)의 상부면과 일측면에 성장시키며 두께는 10Å 내지 3㎛로 변화시킬 수 있다. Then also 10Å a TiN layer (6a) the top surface and one through the side to reach the Si substrate 1 by sputtering to form a contact area (6d) to be later metal plug is connected to a Ti layer (6b) of the as 3i to 2㎛ was grown to the thickness, sikimyeo continuously FIG except for TiN layer contact area (6d) is (6c) of the metal plug is connected via sputtering as 3j and grown on the upper surface and one side surface of the Ti layer (6b) the thickness can be varied to 10Å to 3㎛.

이러한 음극 전류집전체(6)의 경우 확산 장벽을 이용함으로써 보호막의 역할을 병행할 수 있는 부가 효과도 기대할 수 있다. For this negative electrode current collector (6) side-effect that can be used by a diffusion barrier in parallel acts as a protective film can be expected. 이러한 음극 전류집전체(6)의 특성은 양극 전류집전체(2)와 유사하게 Ti계 물질 이외에 낮은 비저항을 가지면서 확산 장벽의 특성을 지닌 W계 물질, 즉 TiW도 사용 가능하다. These characteristics of the negative electrode current collector 6 may also be used as W-based materials, that is, TiW while similarly have a low specific resistance than Ti-based material and a positive electrode current collector (2) with the characteristics of the diffusion barrier.

상기 방법으로 단위 박막전지(10)를 제조할 수 있으며, 단지 단위 박막전지(10)만을 이용하고자 한다면 접촉영역(2d,6d)에 금속 리드선(7,8)을 접속하여 이용하면 된다. It may be prepared the thin film battery unit 10 in the above-described method, if only the unit only wants to use a thin film battery 10 are connected by using a metal lead wires (7, 8) in the contact region (2d, 6d).

도 4a 내지 도 4f는 수직방향으로 집적된 다층 박막전지의 공정순서를 나타낸 것으로 먼저 도 3a 내지 도 3j와 같이 단위 박막전지(10)의 제조공정을 거치게 된다. Figure 4a-4f are subjected to the manufacturing process of the thin film battery unit 10 as the first to Figure 3a to 3j illustrates a process sequence of a multi-layer thin-film battery integrated in the vertical direction.

그후 단위 박막전지(10) 위에 PECVD(plasma-enhanced chemical vapor deposition)이나 스핀 코팅(spin coating), 또는 스퍼터링 등의 여러 방법중 하나를 이용하여 도 4b와 같이 절연막을 형성시키고 상부면을 평탄화 처리, 바람직하게는 CMP 처리를 통하여 CMP 처리된 절연막(11)을 형성시킨다. Then the unit thin-film battery (10) PECVD (plasma-enhanced chemical vapor deposition) on or spin-coating (spin coating), or an insulating film is formed as shown in Fig. 4b, using one of several methods, such as sputtering and planarized to the top surface, preferably, to form CMP-treated insulating film 11 by a CMP process.

이 절연막(11)은 박막전지 위로 10Å 내지 5㎛ 두께로 성장시킬 수 있으며 수정, SiO 2 , TEOS, SOG 등의 모든 절연 물질과 이들간의 조합으로서 구성될 수 있다. The insulating film 11 may be configured as a combination between the insulating material and all of these, such as a thin film battery up to 10Å 5㎛ can be grown to a thickness and modifications, SiO 2, TEOS, SOG. 또한 상기 절연막(11)은 박막전지의 체적변화에 대한 완충층의 특성을 띌 수 있는 절연 물질로 이루어지는 것이 바람직하다. In addition, the insulating film 11 is preferably made of an insulating material that can be sensibly the properties of the buffer layer to the volume change of the thin film battery.

이어서 도 4c 및 도 4d와 같이 평탄 절연막(11)을 식각하여 양극 전류집전체(2)의 일부인 TiN층(2c)과 음극 전류집전체(6)의 일부인 Ti층(6b)에 대한 접촉영역(2d,6d)에 접촉창(11a,11b)을 형성하고, W, Ti 등의 금속물질을 사용하여 금속 플러그-인(plug-in)(7,8)을 형성한다. Then the contact area of ​​the part, which is part Ti layer (6b) of the TiN layer (2c) and the negative electrode current collector (6) of the body (2) by etching the flat insulating film 11 as shown in Figure 4c and Figure 4d a cathode current collector ( forming a contact window (11a, 11b) to 2d, 6d), and using a metal material such as W, Ti metal plug-in to form a (plug-in) (7,8).

그후 그 위에 다시 2층 단위 박막전지(10a)를 제조하기 위하여 도 4e와 같이 먼저 금속 플러그-인(17)과 연결된 Ti층(12b)을 형성한 후 이어서 도 4f와 같이 순차적으로 나머지 공정을 진행하면, 2층 단위 박막전지(10a)가 완성된다. Continue with the rest of the process in sequential order, such as after the formation of the Ti layer (12b) associated with the 17, then FIG. 4f - then the above as shown in Figure 4e to manufacture a two-layer unit of the thin film battery (10a) back to the first metal plugs When, the two-layer film battery unit (10a) is completed.

이 경우 만약 평탄 절연막(11)이 산소 성분을 포함하는 절연막으로 이루어진 경우에는 Ti층(12b)을 형성하기 전에 확산장벽 역할을 하기 위한 TiN층을 질소분위기에서 스퍼터링을 통하여 5Å 내지 1㎛ 두께로 먼저 형성하는 것이 바람직하다. In this case, if the first case the flat insulating film 11 is made of an insulating film containing oxygen component, the TiN layer for a diffusion barrier before forming the Ti layer (12b) by 5Å to 1㎛ thickness by sputtering in a nitrogen atmosphere to form is preferred.

더욱이, 다층 박막전지인 경우 각각의 음극 전류집전체(6,16, ...)가 모두 상기한 3중막으로 구성될 필요는 없고 평탄 절연막(11)이 산소 성분을 포함하고 있지 않다면 최상층의 박막전지만 3중막으로 표면부에 TiN층을 구비하는 것도 가능하다. Furthermore, the multi-layer thin-film cell in each case of the negative electrode current collector (6,16, ...) is not, both not need not be composed of the three medial planar insulating film 11, the oxygen component comprises a thin film of the uppermost layer a battery three tunica media can also be provided with a TiN layer on the surface portion.

상기한 바와같이 평탄화 공정과 플러그-인 공정 및 단위 박막전지 형성공정을 반복함으로써 수직 방향으로 다층의 박막전지(10,10a, ...)를 순차적으로 집적할 수 있다. Planarization process, and a plug as described above - of the process and components of the thin film multi-layer thin-film cells of the cell formation process is repeated a vertical direction, by (10,10a, ...) it can be integrated successively.

이 경우 층과 층 사이에 금속 플러그-인을 어떤 결선방식으로 연결시키느냐에 따라 직렬 또는 병렬로 연결된 박막전지를 제조할 수 있게 된다. In this case, the metal plug between layer and layer, it is possible to manufacture a thin-film cells connected in series or in parallel depending on the connection sikineunya of any wiring. 즉, 상기한 도 2와 같이 제1층 단위 박막전지(10)의 제1 및 제2 플러그-인(17,18)이 각각 제2층 단위 박막전지(10a)의 양극 전류집전체(12) 및 음극 전류집전체(16)와 접속되면 병렬 연결된 박막전지가 구성되고, 이와 반대로 제1층 단위 박막전지(10)의 제1 및제2 플러그-인(17,18)이 각각 제2층 단위 박막전지(10a)의 음극 전류집전체(16) 및 양극 전류집전체(12)와 접속되면 직렬 연결된 박막전지가 구성된다. That is, the first and second plug unit of the first layer a thin film battery 10 as described above, a 2-in (17, 18) the positive electrode current collector 12 of the second unit layer film battery (10a), respectively and an anode current collector when connected to the body (16) and is connected parallel film battery configuration, as opposed to the first mitje second plug unit of the first layer a thin film battery 10-in (17, 18), each second unit layer films When connected to the negative electrode current collector 16 and the positive electrode current collector 12 in the battery (10a) is connected in series thin-film cells is configured.

이러한 결선방식은 박막전지가 사용되는 본체기기의 전원 요구사항에 따라 결정될 것이다. This wiring scheme is determined according to the power demand of the main apparatus is a thin film battery is used.

상기한 단위 박막전지의 실시예 설명에서는 전류 집전체로서 Ti 또는 W계열의 물질을 이용한 것을 예시하였으나 다층 박막전지의 구조에 있어서는 종래와 같이 Pt 등을 사용하는 것도 가능하고, 보호막으로서 Ti 또는 W계열의 물질 대신에 패릴린(Parylene) 등을 사용하는 것도 가능하다. Embodiment of the above unit thin-film battery embodiments described in the as possible to a current collector using a Pt or the like as is conventional in the structure of the multi-layer thin-film cells, but illustrates that using the material of the Ti or W series, and a protective film Ti or W Series instead of the material it is also possible to use, such as L Lilin (Parylene).

즉, 본 발명의 기본개념은 제한된 면적 내에서 다층 박막전지의 구현에 있으며, 이 경우 이용되는 단위 박막전지는 구조에 크게 제한되지 않으므로 어떤 종류의 단위 박막전지에서도 본 발명의 기술을 적용하여 구현될 수 있다. That is, the basic idea of ​​the invention is the implementation of a multi-layer thin-film battery in a limited area, this case does not use the unit thin-film cell which is largely limited to the structure to be implemented by applying the technique of the present invention in the unit thin-film cells of any kind can.

상기한 바와같이 본 발명의 수직 방향으로 집적된 다층 박막전지는 기존의 단위 박막전지에 비해 별도의 보호막을 생략할 수 있어 저 비용, 공정 상의 단순화를 달성할 수 있으며, 수평 방향으로 집적된 기존의 박막전지 기술과 비교해 볼 때 최소의 단위 면적으로 고 에너지, 고 전류량을 지닌 박막전지의 제조가 가능하게 된다. The multi-layer thin-film battery integrated in the vertical direction of the present invention as described above, it is possible to omit the separate protective film compared with the conventional unit thin-film cells, and can achieve a simplified on a low cost process, the integrated existing in a horizontal direction the production of thin film battery having a high energy, and the minimum amount of current per unit area when compared to the thin film cell technology is possible. 이를 통해, 단말기나 스마트 카드 등의 정보통신기기의 동력원으로 이용될 수 있다. Through this, it can be used as a power source for information of a communication device such as a terminal or a smart card.

더욱이 본 발명에서는 전류 집전체 및 보호막으로서 Ti 또는 W계 물질의 조합을 이용하여 실리사이드 접합구조를 만들므로써 Si과의 접촉 특성을 향상시킬 수있으며, 우수한 확산 장벽(diffusion barrier) 특성을 지닌 질화물 층을 도입함으로써 산소나 공기로부터의 열화를 방지 할 수 있기 때문에 종래의 단점을 동시에 극복할 수 있다. Furthermore, in the present invention may be meurosseo to as a current collector and the protective film using a combination of Ti or W-based materials to create a silicide junction structure improves the contact properties with Si, a nitride layer with an excellent diffusion barrier (diffusion barrier) properties introduced by it is possible to overcome the conventional drawbacks at the same time it is possible to prevent the deterioration from the oxygen or air.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다. And later, but illustrating the present invention, for example, a particular preferred embodiment of the description, the present invention is ordinary skill in the art to which this invention pertains without departing from the spirit of the present invention shall not be limited to the above-described embodiment various changes and modifications by those would be.

Claims (19)

  1. 수직 방향으로 양극 전류집전체, 양극, 전해질, 음극 및 음극 전류집전체가 순차적으로 기판 위에 집적된 박막전지에 있어서, In the vertical direction the positive electrode current collector, cathode, electrolyte, anode and cathode current collector is integrated over the entire substrate in sequence a thin film battery,
    상기 양극 전류집전체와 음극 전류집전체가 각각 Ti 및 W계 물질 중 어느 하나의 다층 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 수직 방향으로 집적된 박막전지. The positive electrode current collector and the cathode current collector is a thin film battery integrated in the vertical direction, it characterized in that each consisting of one of the multi-layer structure of Ti and W-based material.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기판으로서 Si 기판을 사용할 때 양극 전류집전체와 음극 전류집전체는 각각 TiN/Ti/TiSi 2 와 TiN/Ti/TiN으로 이루어진 것을 특징으로 하는 수직 방향으로 집적된 박막전지. The method of claim 1, wherein the anode current when using a Si substrate as the substrate current collector and cathode current collector is integrated in the vertical direction which is characterized by being a respective TiN / Ti / TiSi 2 and TiN / Ti / TiN film battery .
  3. 수직 방향으로 양극 전류집전체, 양극, 전해질, 음극 및 음극 전류집전체가 순차적으로 기판 위에 집적된 박막전지에 있어서, In the vertical direction the positive electrode current collector, cathode, electrolyte, anode and cathode current collector is integrated over the entire substrate in sequence a thin film battery,
    상기 음극 전류집전체는 The cathode current collector is
    노출된 음극을 모두 둘러싸면서 일측 부분이 전해질의 일측면을 거쳐 기판에 도달하도록 형성되어 확산장벽 역할을 하는 금속 질화물층과, Is formed so that after the one side of the one side portion electrolyte surrounding all of the exposed negative electrode from reaching the substrate and the metal nitride layer of the diffusion barrier,
    상기 금속 질화물층의 상부면과 일측면을 거쳐 기판으로 연장 형성되어 플러그-인이 접속되는 접촉영역을 형성하는 금속층과, It is formed extending in the substrate through the top surface and one side surface of the metal nitride layer plug-metal layer to form a contact area for the connection and,
    상기 플러그-인이 접속되는 접촉영역을 제외한 금속층의 표면에 형성되어 확산 장벽에 의한 보호막의 역할을 병행하는 금속 질화물층으로 구성되어, Is formed on the surface of the metal layer other than the contact area for the connection it consists of a metal nitride layer that serves as a protective film in parallel by the diffusion barrier, - the plug
    음극 전류 집전기능과 보호막으로서의 역할을 동시에 수행하는 것을 특징으로 하는 수직 방향으로 집적된 박막전지. A thin film battery cathode current integrated with current collecting function and a vertical direction, characterized in that to perform the function as a protective film at the same time.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 박막전지 위에 절연물질로 도포되어 상부면에 평탄면을 제공하는 평탄 절연막과, According to claim 1, and a flat insulating film is coated with an insulating material on the thin-film battery provides a flat surface on the top surface,
    상기 평탄 절연막 상부에 평탄 절연막 하부의 제1층 박막전지와 동일한 구성을 갖는 제2층 박막전지와, And the second layer a thin film battery having the same configuration as the flat upper insulation film first layer a thin film battery of the flat insulating film on the bottom,
    상기 제1층 박막전지와 제2층 박막전지를 상호 접속하기 위한 제1 및 제2 접속수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 방향으로 집적된 박막전지. The first layer a thin film battery and the second thin film layer a cell interconnect to a first and a thin film battery integrated in the vertical direction, characterized in that it further comprises second connecting means.
  5. 기판과, A substrate,
    상기 기판 위에 수직방향으로 각각 층별로 형성된 다수의 박막전지와, And a plurality of thin-film cells formed in each floor in the vertical direction on the substrate,
    각각 상기 다수의 박막전지 사이에 삽입되어 다수의 박막전지를 서로 절연시키기 위한 절연물질로 형성되며 상부면에 평탄면을 제공하는 다수의 평탄 절연막과, Each of the plurality of the flat insulating film is inserted between said plurality of thin film batteries is formed of an insulating material for insulating from each other a plurality of thin film batteries to provide a flat surface on the top surface,
    상기 다수의 박막전지를 상호 접속하기 위한 접속수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 수직 방향으로 집적된 다층 박막전지. The multi-layer thin-film battery integrated in the vertical direction, characterized in that consisting of a connection means for interconnecting the plurality of thin-film cells.
  6. 제5항에 있어서, 상기 다수의 평탄 절연막 각각은 수정, SiO 2 , TEOS, SOG 중 어느 하나와, 이들의 조합 중에서 선택된 어느 하나로 이루어지며, 박막전지의 체적변화에 대한 완충층의 역할을 할 수 있는 절연물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수직 방향으로 집적된 다층 박막전지. The method of claim 5, wherein each of the plurality of the flat insulating film is formed of any one of the modifications, SiO 2, TEOS, SOG, of one selected from the group consisting a combination thereof, that can act as a buffer for the volume change of the thin-film cells the multi-layer thin-film battery integrated in the vertical direction, characterized in that formed from a dielectric material.
  7. 제5항에 있어서, 상기 다수의 박막전지 각각은 동일 평면상에 집적된 다수의 단위 박막전지로 구성되는 것을 특징으로 하는 수직 방향으로 집적된 다층 박막전지. The method of claim 5, wherein the plurality of thin-film cells each of which the multi-layer thin-film battery integrated in the vertical direction, characterized in that the thin film consisting of a plurality of unit cells integrated in a same plane.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 각각의 평탄 절연막은 각각의 박막전지 위로 10Å 내지 5㎛ 두께로 성장되는 것을 특징으로 하는 수직 방향으로 집적된 다층 박막전지. Claim 6 or claim 7, wherein each of the flat insulating film, each of the thin film battery up to 10Å 5㎛ a multi-layer thin-film battery integrated in the vertical direction characterized in that the growth in thickness.
  9. 제5항에 있어서, 상기 제2층 내지 최상층 박막전지 각각은 The method of claim 5, wherein each of the second layer to the top layer is a thin film battery
    상기 평탄 절연막 위에 형성된 Ti 및 W계 중 어느 하나의 물질의 조합으로 이루어진 양극 전류집전체와, Total and positive electrode current collector made of a combination of any one material selected from the group consisting of Ti and W-based formed on the flat insulating film,
    상기 양극 전류집전체 위에 형성된 양극과, An anode formed on the whole of the positive electrode current collector and,
    상기 양극의 노출된 상부면과 측면 및 일측 기판의 일부를 덮고 있는 전해질과, Electrolyte covering a portion of the top surface side and one side of the substrate exposed to the cathode and,
    상기 전해질 위에 형성된 음극과, And a cathode formed on the electrolyte,
    상기 음극과 공기와의 반응을 차단하기 위하여 음극과 전해질의 일측면 및 일측 기판의 일부를 덮고 있는 Ti 및 W계 중 어느 하나의 물질의 조합으로 이루어진 음극 전류집전체로 구성되며, It consists of a total of the cathode and the anode current which is a combination of any one material selected from the group consisting of Ti and W-based covering a portion of the cathode and the electrolyte and one side of one substrate to block the reaction with the house air,
    상기 음극 전류집전체는 산소와의 반응성을 차단하는 보호막 역할을 겸하는 것을 특징으로 하는 수직 방향으로 집적된 다층 박막전지. The cathode current collector is a multi-layer thin-film battery integrated in the vertical direction, characterized in that also functions as a protective film acts to block the reactivity with oxygen.
  10. 제9항에 있어서, 상기 양극 전류집전체는 Ti/TiN 조합으로 구성되고, 상기 음극 전류집전체는 TiN/Ti/TiN 조합으로 구성되는 것을 특징으로 하는 수직 방향으로 집적된 다층 박막전지. 10. The method of claim 9, wherein the positive electrode current collector is Ti / TiN is composed of a combination, the negative electrode current collector is TiN / Ti / TiN combination a multi-layer thin-film battery integrated in the vertical direction, characterized in that consisting of.
  11. 제10항에 있어서, 상기 평탄 절연막이 산소를 포함하고 있는 경우 양극 전류집전체는 최하부에 확산장벽 역할을 하는 TiN층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 방향으로 집적된 다층 박막전지. 11. The method of claim 10, wherein if the flat insulating film containing oxygen cathode current collector is the lowest-cost multi-layer thin film integrated in the vertical direction, characterized in that further comprising a TiN layer cell of the diffusion barrier on.
  12. 제5항에 있어서, 상기 제1층 박막전지는 The method of claim 5, wherein the first layer is a thin film battery
    상기 기판 위에 형성된 Ti 및 W계 중 어느 하나의 물질의 조합으로 이루어진 양극 전류집전체와, Total and positive electrode current collector made of a combination of any one material selected from the group consisting of Ti and W-based formed on the substrate,
    상기 양극 전류집전체 위에 형성된 양극과, An anode formed on the whole of the positive electrode current collector and,
    상기 양극의 노출된 상부면과 측면 및 일측 기판의 일부를 덮고 있는 전해질과, Electrolyte covering a portion of the top surface side and one side of the substrate exposed to the cathode and,
    상기 전해질 위에 형성된 음극과, And a cathode formed on the electrolyte,
    상기 음극이 공기와의 반응을 차단하기 위하여 음극과 전해질의 일측면 및 일측 기판의 일부를 덮고 있는 Ti 및 W계 중 어느 하나의 금속물질의 조합으로 이루어진 음극 전류집전체로 구성되며, The negative electrode is a form part of one side surface and one substrate of the negative electrode and the electrolyte to the negative electrode current collector made of a combination of any of the metal materials of the Ti and W-based covering in order to block the reaction with the air,
    상기 양극 전류집전체는 기판이 Si인 경우 TiN/Ti/TiSi 2 와 TiW/W/WSi 2 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 수직 방향으로 집적된 다층 박막전지. The positive electrode current collector is the substrate when the Si TiN / Ti / TiSi 2 and TiW / W / WSi 2 by any one feature of the multi-layer thin-film battery integrated in the vertical direction as that of the configuration.
  13. 수직방향으로 집적된 다층 박막전지를 제조하는 방법에 있어서, A method for manufacturing a multi-layer thin-film cells integrated in a vertical direction,
    기판 위에 수직방향으로 제1층 박막전지를 형성하는 제1단계와, A first step of forming a first layer a thin film battery in the vertical direction on the substrate,
    상기 제1층 박막전지 위에 절연물질을 도포한 후 상부면을 평탄하게 처리하여 제1평탄 절연막을 형성하는 제2단계와, A second step of forming the first layer a thin film battery of claim 1, a flat insulating film and the flat handle of the top surface after coating an insulating material on top,
    상기 제1평탄 절연막을 통하여 제1층 박막전지의 양극 및 음극 전류집전체에 대한 제1 및 제2 플러그-인을 형성하는 제3단계와, And a third step of forming a person, - a first and a second plug for the positive electrode and the negative electrode current collector of the first layer a thin film battery through the first planar dielectric film
    상기 제1평탄 절연막의 상부에 순차적으로 제1 내지 제3단계를 반복하여 제2 내지 제n 층의 박막전지를 형성하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 수직 방향으로 집적된 다층 박막전지의 제조방법. Preparation method of the first in sequence on top of a flat insulating film first to the multi-layer thin-film battery integrated in the vertical direction, characterized in that comprising the step of forming the second to the thin film cell in the n-th layer, repeat step 3 .
  14. 제13항에 있어서, 상기 제1층 박막전지를 형성하는 단계는 14. The method of claim 13, wherein forming the first layer is a thin film battery
    Si 기판 위에 형성된 금속실리사이드막/금속막/금속질화막으로 이루어진 양극 전류집전체를 형성하는 단계와, Forming a positive electrode current collector made of a metal silicide film / metal film / metal nitride film formed on the Si substrate,
    상기 양극 전류집전체 위에 양극을 형성하는 단계와, And forming a cathode over the entire cathode current collector,
    상기 양극의 노출된 상부면과 측면 및 일측 기판의 일부를 덮도록 전해질을 형성하는 단계와, And forming an electrolyte so as to cover a portion of the top surface and the side surfaces and one side of the positive electrode substrate exposed,
    상기 전해질 위에 음극을 형성하는 단계와, And forming a cathode over the electrolyte,
    상기 음극이 공기와의 반응을 차단하기 위하여 음극과 전해질의 일측면 및 일측 기판의 일부를 덮도록 금속질화막/금속막/금속질화막으로 이루어진 음극 전류집전체를 형성하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 수직 방향으로 집적된 다층 박막전지의 제조방법. Characterized in that consists of the steps of the negative electrode to form a negative electrode current collector made of a portion of one side surface and one substrate of the negative electrode and the electrolyte metal nitride film / metal film / metal nitride film so as to cover in order to block the reaction with the air the method for producing a multi-layer thin-film battery integrated in the vertical direction.
  15. 제13항에 있어서, 상기 제2 내지 제n 층의 박막전지를 형성하는 단계 각각은 The method of claim 13, wherein each step of forming a thin-film cell of the second to n-th layer
    상기 평탄 절연막 위에 금속막/금속질화막을 연속공정으로 성장시켜 양극 전류집전체를 형성하는 단계와, And the step of the metal film / a metal nitride film on the flat insulating film growth in a continuous process for forming the positive electrode current collector,
    상기 양극 전류집전체 위에 양극을 형성하는 단계와, And forming a cathode over the entire cathode current collector,
    상기 양극의 노출된 상부면과 측면 및 일측 기판의 일부를 덮도록 전해질을 형성하는 단계와, And forming an electrolyte so as to cover a portion of the top surface and the side surfaces and one side of the positive electrode substrate exposed,
    상기 전해질 위에 음극을 형성하는 단계와, And forming a cathode over the electrolyte,
    상기 음극이 공기와의 반응을 차단하기 위하여 음극과 전해질의 일측면 및 일측 기판의 일부를 덮도록 금속질화막/금속막을 연속공정으로 성장시켜 음극 전류집전체를 형성하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 수직 방향으로 집적된 다층 박막전지의 제조방법. To the negative electrode is grown into a cathode and the electrolyte one side and the metal nitride film / metal film is a continuous process so as to cover a portion of one substrate in order to block the reaction with the air, characterized in that comprising the step of forming the negative electrode current collector the method for producing a multi-layer thin-film battery integrated in the vertical direction.
  16. 제15항에 있어서, 상기 평탄 절연막이 산소를 포함하는 경우 양극 전류집전체의 최하부와 음극 전류집전체의 최상부에 금속질화막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 방향으로 집적된 다층 박막전지의 제조방법. The method of claim 15 wherein the multilayer thin film integrated in the vertical direction to the step of the flat insulating film to form a metal nitride film on top of the positive electrode current collector of the entire bottom and an anode current collector when containing oxygen, characterized in that it further comprises a method of manufacturing a battery.
  17. 제13항에 있어서, 상기 제2단계에 사용된 절연물질은 수정(quartz), SiO 2 , TEOS, SOG 중 어느 하나의 물질과 이들간의 조합 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수직 방향으로 집적된 다층 박막전지의 제조방법. 14. The method of claim 13, wherein the insulating material used in the second step is modified (quartz), SiO 2, TEOS, SOG any one of the integrated multi-layer in the vertical direction to the material of any one being composed of a combination between these method of manufacturing a thin film battery.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제2단계의 평탄화 처리는 CMP(chemical-mechanical polishing) 처리인 것을 특징으로 하는 수직 방향으로 집적된 박막전지의 제조방법. The method of claim 17 wherein the planarization process of the second stage of the CMP process for producing an integrated thin-film cell in the vertical direction, characterized in that (chemical-mechanical polishing) process is.
  19. 제13항에 있어서, 상기 절연물질은 박막전지의 체적변화에 대한 완충층(buffer layer)의 역할을 할 수 있는 CMP 처리된 절연물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수직방향으로 집적된 박막전지의 제조방법. The method of claim 13, wherein said insulating material The method of manufacturing a thin film cell with a thin film battery integrated in the vertical direction, characterized in that comprising the CMP-treated insulating materials that can serve as a buffer layer (buffer layer) for the volume change of the.
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