[发明专利]与CMOS器件集成的三维固态电池

说明书

技术领域

本发明涉及固态电池，并且更具体地，涉及与相同芯片上的互补金属氧化物半导体（CMOS）器件集成的固态电池、制造该固态电池的方法及其设计结构。

背景技术

电化学电池是将化学能转换为电能的器件。典型地，电化学电池由相连接以充当直流电源的电池元（cell）的组构成。一般地，电池元由以下三个不相似物质构成：正电极，典型地称为阴极；负电极，典型地称为阳极；以及第三物质，电解质。正和负电极导电。电解质在电极上化学作用。电解质作为离子导电体而工作，以在电极之间传送电子。因此，电池元是将化学能（离子能）转换为电能的流电单元（galvanic unit）。

本领域公知基于固态电解质的电化学能源。这些（平面）能源或“固态电池”高效地将化学能转换为电能，并可以用作便携式电子装置的电源。在小尺度下，这种电池可以用于将电能供给至例如微电子模块。随着如可植入设备、小型自动设备、智能卡、集成照明解决方案（OLED）或助听器之类的新应用领域出现，期望小尺寸集成电池变得在日常生活中越发重要。这些低功率和小体积的应用需要具有大体积能量/功率密度的电池。由于小尺寸，重量（gravimetric）能量/功率密度较不重要。因此，对这些应用供电的极好候选是薄膜全固态电池。

目前，在现有技术中已经描述并公开三维（3D）固态电池的若干设计。期望将固态电池与CMOS电路集成。

发明内容

在本发明的一方面，一种电池结构，包括在衬底中形成的多个电池元。所述多个电池元包括覆盖在第一绝缘层之上的第一集流器层和覆盖在所述第一集流器层之上的第一电极层。所述电池结构还包括覆盖在构图的第二电极层之上的第二集流器层。所述构图的第二电极层覆盖在所述衬底之上，并形成所述电池元的多个子阵列。所述电池结构还包括覆盖在所述第二集流器层之上的第二绝缘层。所述第二绝缘层基本上横向围绕第一接触衬垫和第二接触衬垫。所述第一接触衬垫电连接至所述第一集流器层，并且所述第二接触衬垫电连接至所述第二集流器层。所述第一接触衬垫和所述第二接触衬垫通过至少两个电线与位于所述衬底上的电路电连通。

在本发明的另一方面，一种用于制造电池结构的方法，包括：在衬底中形成多个电池元。所述多个电池元包括第一绝缘层和第一集流器层。所述方法还包括：形成覆盖在所述多个电池元之上的第二集流器层。所述方法还包括：形成覆盖在所述第二集流器层之上的第二绝缘层。所述方法还包括：在所述第二绝缘层中形成第一接触衬垫和第二接触衬垫。所述第一接触衬垫电连接至所述第一集流器层，并且所述第二接触衬垫电连接至所述第二集流器层。所述方法还包括：通过至少两个电线将所述第一接触衬垫和第二衬垫与位于所述衬底上的电路相连接。

在本发明的另一方面，提供了一种在机器可读介质中体现的设计结构，用于设计、制造或测试集成电路。所述设计结构包括本发明的结构和/或方法。

将参照以下详细描述和附图来获得对本发明的更全面理解以及本发明的其他特征和优势。应当理解，以上总体描述和以下详细描述均是示例性和说明性的，并且不应被视为限制所描述和要求保护的本发明的范围。此外，还可以提供除本文所阐述外的特征或变型。例如，本发明的实施例涉及详细描述中描述的特征的各种组合和子组合。

附图说明

作为本发明的示例性实施例的非限制性示例，参照所标注的多个附图，在以下详细描述中描述本发明。

图1示出了根据现有技术的半导体衬底中的固态电池的透视图；

图2示出了图1的固态电池结构的横截面视图；

图3示出了根据本发明的实施例的固态电池结构的俯视图；

图4示出了图3的固态电池结构的横截面视图；

图5示出了根据本发明的实施例的与相同衬底上的电路集成的图3的固态电池结构的俯视图；

图6示出了图5的集成结构的横截面视图；以及

图7是在半导体设计、制造和/或测试中使用的设计过程的流程图。

具体实施方式