（in-line) 工具的薄膜沉積系統(tǒng)的代表圖；和
[0027] 圖10為根據本發(fā)明的一些實施方式用于制造垂直TFB的串聯(lián)沉積工具的代表圖。
【具體實施方式】
[0028] 現(xiàn)將參照附圖詳細描述本發(fā)明的實施方式，這些實施方式作為本發(fā)明的說明性實 例提供，以便使本領域技術人員能夠實施本發(fā)明。本文所提供的附圖僅為裝置和裝置工藝 流程的代表圖，且這些附圖并未按比例繪制。值得注意的是，以下的附圖和實例并不意味將 本發(fā)明的范圍限制于單個實施方式，且經由互換一些或全部所描述或所示出的元件所得的 其他實施方式也是可能的。此外，在使用已知部件可部分地或完全地實施本發(fā)明的某些元 件時，將僅描述這些已知部件中理解本發(fā)明所必需的那些部分，且將省略這些已知部件中 其他部分的詳細描述，以免模糊本發(fā)明。在本說明書中，示出單個部件的實施方式不應被視 為限制；更確切地說，本發(fā)明意在涵蓋包括多個相同部件的其他實施方式，且反之亦然，除 非本文另有明確說明。此外，除非另有明確闡述，申請人不希望本說明書或權利要求范圍中 的任何術語被歸屬于罕見的或特殊的意義。另外，本發(fā)明涵蓋本文以說明方式提及的已知 部件的現(xiàn)在和未來的已知同等物。
[0029] 在傳統(tǒng)的TFB制造中，所有層使用原位遮光掩模圖案化，通過背側磁體、 Kapton?磁帶或通過使用一些夾具（fixture)以將堆疊保持在一起，來將原位遮光掩模 固定于裝置基板。此外，傳統(tǒng)TFB(諸如圖1的TFB)的陽極和陰極集電器通常在裝置的同一 側上向外連接。根據本發(fā)明的實施方式，本文提出了一種垂直TFB電池結構，所述垂直TFB 電池結構的陽極和陰極分別從頂部膜側和底部基板向外電連接。與傳統(tǒng)TFB配置相比，這 種垂直TFB配置大大地增加了基板利用率和產率。在本發(fā)明中，針對TFB制造中的所有層 (包括接合襯墊和保護涂層）提出了不使用任何遮光掩模的覆蓋沉積，以取代原位圖案化 沉積。該流程亦可并入用于接合、封裝和/或保護涂層的工藝。覆蓋層的圖案化可通過激 光燒蝕工藝進行。
[0030] 在可能不破壞真空的情況下，可連續(xù)地覆蓋沉積所述垂直TFB的所有有源層（陰 極集電器、陰極、電解質、陽極和陽極集電器）。這顯著地增加了膜沉積產量。
[0031] 整個TFB工藝僅需三個激光步驟：第一激光步驟是隔離/界定TFB沖模，該步驟可 使用低激光通量從背側進行；第二激光步驟是燒蝕封裝層/Li保護層，以打開用于在ACC上 沉積接合襯墊的區(qū)域；最后的激光步驟是從背側燒蝕光刻膠（photoresist)和/或基板。
[0032] 根據本發(fā)明的一些實施方式，一種制造薄膜電池的方法可包括以下步驟：在導電 基板上沉積覆蓋層的第一堆疊，所述第一堆疊包括陰極集電器層、陰極層（根據需要退火 該層）、電解質層、陽極層和陽極集電器層；激光沖模圖案化所述第一堆疊，以形成一個或 更多個第二堆疊（各第二堆疊形成獨立TFB的核心）；在所述一個或更多個第二堆疊之上 覆蓋沉積封裝層；激光圖案化所述封裝層，以為一個或更多個獨立堆疊的每一者上的ACC 打開接觸區(qū)域；視滲透阻擋的適當要求，可重復進行重復的覆蓋沉積封裝層和隨后的ACC 圖案化；在所述封裝層和這些ACC的接觸區(qū)域之上覆蓋沉積金屬襯墊層；和激光圖案化所 述金屬襯墊層，以電隔離一個或更多個TFB的每一者的ACC，該步驟可通過激光切割以獲取 單獨的TFB來實現(xiàn)。
[0033] 更詳細而言，如圖3A至圖3F的實例所示，工藝開始于提供導電基板301，諸如不銹 鋼基板。在圖3A中，示出了在所述基板上覆蓋沉積下列層：CCC302、陰極303、電解質304、陽 極305和ACC306。用于這些層的每一者的材料的實例為：CCC為Pt加（plus)粘附層（諸 如Ti)或Ti/Au;陰極為LiCo02;i解質為LiPON;陽極為Li或Si;且ACC為Ti/Au或Cu。 在沉積陰極層之后，可對所述陰極進行退火，例如可在600°C或以上退火所述陰極兩個小時 或以上，以便產生晶體結構。如果需要，則可在這些步驟期間對非Li陽極電池進行干法鋰 化。（例如，以氧化軌陰極層為例。若對電極（counterelectrode)或陽極不為Li，則將需 要添加載荷子（chargecarrier)至"系統(tǒng)"。這可使用所謂的干法鋰化工藝實行。所述工 藝包括：沉積陰極層，且若需要，則退火所述陰極層；和在所述陰極之上沉積Li。若將遮光 掩模工藝用于陰極，那么可使用相同的遮光掩模。所沉積的鋰與所述陰極層"反應/插入"， 形成鋰化陰極層。若陽極側為另一插入化合物或復合/反應基材料（諸如Sn和Si)，則對 于陽極側可遵循相同的一般程序。）在圖3B中，激光沖模圖案化可用于形成一個或更多個 獨立裝置（該圖僅示出一個裝置，然而，在單個基板上可形成多個裝置）；所述激光沖模圖 案化可通過前側或背側激光輻射實現(xiàn)。在圖3C中，覆蓋沉積封裝層307 ;所述封裝層可通 過例如覆蓋電介質沉積或聚合物沉積或以上兩者的組合。在圖3D中，前側激光圖案化可用 于移除所述封裝層，以打開ACC的接觸區(qū)域。圖3C和圖3D的步驟可重復進行，以滿足滲透 阻擋層的要求。在圖3E中，覆蓋沉積接觸襯墊層308,所述襯墊層可為諸如A1或Cu之類的 金屬，以用于最終連接至外部電路。在圖3F中，從切割巷道（alley)中激光燒蝕所述襯墊； 然而，為具有更好的電絕緣，可將封裝層留在基板上。隨后可使用激光切割，以獲取獨立裝 置。此外，若需要，則可沉積和圖案化更多個保護層（有機層、介電層或金屬層）。
[0034] 根據本發(fā)明的另一些實施方式，一種制造薄膜電池的方法可包括以下步驟：在非 導電基板上沉積覆蓋層的第一堆疊，所述第一堆疊包括沖模圖案化輔助層（視需要）、陰極 集電器層、陰極層（根據需要退火該層）、電解質層、陽極層和陽極集電器層；激光沖模圖案 化所述第一堆疊，以形成一個或更多個第二堆疊（各第二堆疊形成獨立TFB的核心）；在 所述一個或更多個第二堆疊之上覆蓋沉積封裝層；激光圖案化所述封裝層，以為一個或更 多個第二堆疊的每一者上的ACC打開陽極接觸區(qū)域；在封裝層和ACC的陽極接觸區(qū)域之上 覆蓋沉積金屬襯墊層；激光圖案化所述金屬襯墊層以電隔離一個或更多個TFB的每一者的 ACC;和穿過基板打開一個或更多個薄膜電池的每一者的陰極集電器上的陰極接觸區(qū)域。
[0035] 更詳細而言，如圖4A至圖4G的實例所示，工藝開始于提供非導電基板401，諸如 Si3N4/硅、云母或玻璃。（注意，若使用Si基板，則為使該基板"非導電"，可在沉積堆疊之 前在表面上沉積電介質，且在圖4G所示的步驟后，將需要進一步的激光燒蝕步驟，以打開 底部接觸）。在圖4A中，示出了在所述基板上覆蓋沉積下列層：沖模圖案化輔助層402、 CCC403、陰極404、電解質405、陽極406和ACC407。用于這些層的每一者的材料的實例為： 沖模圖案化輔助層為非晶硅（a-Si)層或微晶硅（yc-Si)層；CCC為Pt加粘附層（諸如Ti) 或Ti/Au;陰極為1^&)02;電解質為LiPON;陽極為Li或Si;且ACC為Ti/Au或Cu。在沉積 陰極層后，可退火所述陰極。如果需要，則可以在這些步驟期間對非Li陽極電池進行干法 鋰化。在圖4B中，激光沖模圖案化可用于形成一個或更多個獨立裝置（該圖僅示出一個裝 置，然而，在單個基板上可形成多個裝置）；所述激光沖模圖案化可通過前側或背側激光輻 射實現(xiàn)。在圖4C中，覆蓋沉積封裝層408 ;所述封裝層可通過覆蓋電介質沉積或聚合物沉積 或以上兩者的組合，例如SiN/聚合物/SiN/聚合物。在圖4D中，使用前側激光圖案化來移 除所述封裝層，以打開ACC的接觸區(qū)域；此外，前側或背側激光輻射可用以移除鄰近于堆疊 邊緣的封裝層的薄條帶（strip)(這些條帶約為所述封裝層距離所述堆疊的邊緣的厚度）， 而所述封裝層的剩余部分留在切割巷道中，以有助于切割工藝。所述薄條帶的寬度可在10 微米至1000微米的范圍內，在實施方式中為10微米至500微米的范圍內，在其他實施方式 中為30微米至200微米的范圍內。（注意，切割軌道上的剩余的封裝層可減少由切割基板 材料引起的缺陷，且亦可用作對準引導線（guideline)。）移除鄰近于堆疊的邊緣的封裝層 的目的在于隨后的襯墊金屬409沉積將起額外的滲透阻擋層的作用。在圖4E中，覆蓋沉積 接觸襯墊層409,所述襯墊層可為諸如A1或Cu之類的金屬。（當為了避免與Li形成合金， 諸如當使用Li陽極時，接觸襯墊層409可為Cu。）在圖4F中，從所述切割巷道激光燒蝕所 述襯墊層和封裝層。為完成該處理，提供了兩種不同的工藝流程作為實例，第一種為基于激 光的工藝，第二種為基于蝕刻的工藝。
[0036] 在第一工藝流程中，如圖4G所示，激光燒蝕基板以暴露CCC，允許穿過基板進行背 側接觸。通常，超快激光用以蝕刻穿過所述基板，而不損害CCC。此外，當激光移除工藝接近 CCC時，可對超快激光通量進行控制而以小于50A每脈沖的速度移除層，且因此最小化CCC 材料的移除。可用另一真空沉積形成背側接觸，或可通過涂覆導電漿料（slurry)或導電膏 (paste)形成?？捎媒雍霞夹g或焊接形成到外部電路的接觸。通常在建立背側接觸之后進 行切割。此外，若需要，則可沉積和圖案化更多個保護層（有機層、介電層或金屬層）。
[0037] 如圖5A所示，在第二工藝流程中，以圖4F中的結構開始，反轉所述裝置，并在所 述基板的背側上旋轉涂覆光刻膠410。在圖5B中，激光燒蝕光刻膠（或一些抗蝕刻聚合 物）410,以暴露所述基板，在此處將形成到達CCC的過孔（via)。若需要，則可在此工藝的 這一時刻沉積和圖案化更多個保護層（介電層、有機層或金屬層）。在圖5C中，蝕刻基板以 形成到達CCC的過孔?？刹捎脗鹘y(tǒng)的干式蝕