[發明專利]具有用于激光圖案化的集成光熱阻擋層的薄膜結構和裝置

有效

• 申請號: 201610273983.5
• 申請日: 2012-08-08
• 公開（公告）號: CN105789680B
• 公開（公告）日: 2019-05-28
• 發明（設計）人: 宋道英;沖·蔣;秉·圣·利奧·郭;約瑟夫·G·戈登
• 申請（專利權）人: 應用材料公司
• 主分類號: H01M10/04
• 分類號: H01M10/04
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 徐金國;趙靜

通過激光直接圖案化選擇性除去諸如太陽能電池、電致變色裝置和薄膜電池之類的薄膜結構和裝置的指定層是通過將光熱阻擋層包括在緊鄰于待由激光燒蝕除去的指定層的裝置/結構堆疊中來實現的。光阻擋層是吸收或反射穿透介電層/半導體層的一部分激光能量的金屬層，并且熱阻擋層是具有足夠低的熱擴散系數的導電層，以減少流入下層金屬層的熱量，使得下層金屬層的溫度達不到熔化溫度T_m，或在一些實施方式中，使得下層金屬層的溫度在激光直接圖案化期間達不到(T_m)/3。

本申請是申請日為2012年8月8日申請的申請號為201280038837.4，并且發明名稱為“具有用于激光圖案化的集成光熱阻擋層的薄膜結構和裝置”的發明專利申請的分案申請。

相關申請的交叉引用

本申請請求于2011年8月8日提出申請的美國臨時申請第61/521,212號的權益，通過引用將該申請全部并入本文。

本發明是根據由美國國防部授予的第W15P7T-10-C-H604號合同、在美國政府的支持下做出的。政府在本發明中具有某些權利。

技術領域

本發明的實施方式涉及薄膜結構和裝置的無掩模制造工藝，尤其涉及用于改進激光圖案化的包括光熱阻擋層的結構和裝置。

背景技術

用于諸如薄膜電池(thin film battery,TFB)、電致變色(electrochromic,EC)裝置、太陽能電池等的薄膜結構和裝置的激光工藝是用于從基板前側(薄膜側)選擇性地燒蝕/劃線(scribe)各種層，留下某些完整并且未受損壞的層。對于從金屬選擇性激光燒蝕/劃線半導體/電介質，由于金屬的高熱擴散系數，熱量很容易地從半導體/電介質傳遞到下層金屬。參見作為熱區域105的估計程度的說明的圖1，其中可能發生由固定激光束101造成的激光燒蝕損傷——熱區域穿透金屬層103并且甚至延伸到基板/下層104中；估計的等溫線106被圖示在熱區域105之內——等溫線并不是計算或測量獲得的，而是基于觀察到的激光損傷程度而估計的。此外，部分激光可穿透半導體/電介質102和進入金屬103，所述部分激光可由金屬吸收并且進一步增加金屬的溫度。下層金屬的溫度可在半導體/電介質的激光燒蝕期間達到所述下層金屬的汽化點，這可導致下層金屬的熔化和汽化，并且引起薄膜裝置的功能損壞。例如，在TFB處理中，可能需要使用來自前側的激光燒蝕從導電集電器(current collector)層之上除去介電層以允許形成粘合墊(bonding pad)。參見圖示典型的薄膜電池(TFB)堆疊(stack)的圖2，所述薄膜電池堆疊包括基板201、陰極集電器(cathode current collector,CCC)202、陰極(例如，LiCoO₂)203、電解質(例如，LiPON)204、陽極(例如，Li、Si-Li及其他夾層氧化物(intercalated oxide))205、陽極集電器(anode current collector,ACC)和保護涂層207。然而，在TFB的激光直接圖案化期間，當電解質(例如，LiPON)和陰極(例如，LiCoO₂)正在由激光燒蝕除去時，集電器層(通常為小于1微米的Ti/Au)可達到高達集電器層的汽化點的高溫。該高溫引起集電器熔化或者甚至汽化，并且高溫不可避免地降低電流收集效率和TFB整體的充電/放電效率。

明顯地，存在對于TFB、EC和類似結構和裝置的激光直接圖案化的改進方法的需要，所述方法不損害薄膜結構和裝置的剩余層的功能。

發明內容