[发明专利]用于制造薄膜电池的方法与混合型工厂

说明书

背景技术

技术领域

本发明的实施例涉及薄膜电池领域，特别地，本发明的实施例涉及用于制造薄膜电池的方法与工厂。

相关技术的描述

目前现有技术的制造薄膜电池的方案通常基于常规技术的调整，所述调整是通过（1）利用遮光掩模进行图案化技术与（2）执行基于单步图案化的整合方案。上述方法的复杂性问题相当明显。例如，沉积腔室或工具通常配有具有特定大气条件的手套箱（glove boxes），所述手套箱被设计为管理和保护薄膜电池中的材料层并保护沉积负载掩模（deposition laden masks），所述材料层是对正常环境敏感的。手套箱的使用可能是操作麻烦的且会使工艺增加明显的成本以及对产量有潜在影响，所述成本为资本与操作费用两方面。此外，基于遮光掩模的图案化会增加其他有害问题以及拥有成本的增加，所述有害问题例如是对准精度和潜在缺陷造成的产量影响，所述拥有成本的增加是由于为了图案传输的精确与减少缺陷而导致的额外部件与频繁的掩模再生工艺。

目前，尚未组装出制造薄膜电池的完整工厂，尽管已经公开了基于常规技术的某些部件。图1描绘用于制造薄膜电池的基于常规设备的实例。参照图1，适于制造薄膜电池的沉积工具100设有手套箱102。例如，手套箱102通常包括与溅射工艺相关的沉积工具100。虽然未显示，但通常需要额外的手套箱以用于例如是随后进行空气敏感层沉积工艺的锂腔室或其他腔室或处理工具。

发明内容

本发明的实施例包括用于制造薄膜电池的方法和工厂。

在一个实施例中，用于制造锂基薄膜电池的混合型工厂架构包括用于沉积有源层的处理工具。处理工具包括用于沉积有源层的群集工具。混合型工厂架构还包括用于沉积有源层的内嵌（in-line）工具、以及锂蒸镀工具，所述锂蒸镀工具具有将锂蒸镀工具耦接至群集工具和耦接至内嵌工具的一个或多个手套箱。

在一个实施例中，用于制造锂基薄膜电池的混合型工厂架构包括用于沉积金属或半导体层的第一处理工具。还包括用于沉积有源层的第二处理工具。第二处理工具包括用于沉积有源层的群集工具、用于沉积有源层的内嵌工具、以及锂蒸镀工具，所述锂蒸镀工具具有将锂蒸镀工具耦接至群集工具和耦接至内嵌工具的一个或多个手套箱。还包括用于沉积介电层的第三处理工具。还包括用于执行反应性离子蚀刻的第四处理工具。还包括用于沉积薄膜电池的特制层（specialty layer）的第五处理工具。

附图简要说明

图1描绘用于制造薄膜电池的常规设备配置的实例。

图2描绘根据本发明实施例的、预期通过本文所述的制造工艺与工具配置所制造的典型薄膜电池的截面图。

图3描绘根据本发明实施例的、利用掩模工艺的200毫米薄膜电池制造工厂的方块图。

图4描绘表示根据常规方法的、用于制造薄膜电池的集成方案中的操作的流程图。

图5描绘表示根据本发明实施例的、用于制造薄膜电池的集成方案中的操作的流程图。

图6描绘表示根据本发明实施例的、用于制造薄膜电池的集成方案中的操作的流程图。

图7描绘根据本发明实施例相对于常规处理设备的配置的、适于包括锂阳极并入与阴极锂化的薄膜电池方法的200毫米群集工具的配置。

图8描绘根据本发明实施例相对于常规处理设备的配置的、适于包括形成合金阳极的薄膜电池方法的200毫米群集工具的配置。

图9描绘根据本发明实施例的、利用优化掩模工艺的200毫米薄膜电池制造工厂的方块图。

图10描绘根据本发明实施例的、利用无掩模集成工艺的200毫米薄膜电池制造工厂的方块图。

图11描绘根据本发明实施例的利用无掩模集成工艺的内嵌（in-line）大面积涂覆器薄膜电池制造工厂的方块图。

图12描绘根据本发明实施例的、设计用于高产量的、利用无掩模集成工艺的内嵌大面积涂覆器薄膜电池制造工厂的方块图。

图13描绘根据本发明实施例的、组合式200毫米与内嵌大面积涂覆器薄膜电池制造工厂的方块图。

图14描绘根据本发明实施例的、具有包括原位（in situ）掩模管理的掩模集成的、用于制造薄膜电池的高容量制造工具组的方块图。

图15描绘根据本发明实施例的、利用标准锂蒸镀工具的200毫米薄膜电池制造工厂的方块图。