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KR20070024473A - 층상 배리어구조와 그 형성방법 - Google Patents

층상 배리어구조와 그 형성방법 Download PDF

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KR20070024473A
KR20070024473A KR1020067016634A KR20067016634A KR20070024473A KR 20070024473 A KR20070024473 A KR 20070024473A KR 1020067016634 A KR1020067016634 A KR 1020067016634A KR 20067016634 A KR20067016634 A KR 20067016634A KR 20070024473 A KR20070024473 A KR 20070024473A
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KR
South Korea
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layer
barrier
deposited
barrier layer
physical
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KR1020067016634A
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English (en)
Inventor
데이비드 제이. 타노브스키
마크 엘. 젠슨
Original Assignee
사임베트 코퍼레이션
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Publication date
Application filed by 사임베트 코퍼레이션 filed Critical 사임베트 코퍼레이션
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Abstract

본 발명은 고체상태 에너지 저장소자와 이런 소자를 패키지회로에 집적하는 것에 관한 것으로, 구체적으로는 리튬배터리와 같은 고체상태의 박막 에너지 저장기구를 구비한 다양한 장치에 환경 배리어를 제공하는 방법과 시스템에 관한 것이고, 이때 배리어는 광경화성 물질로 형성된다. 본 발명은 환경 배리어(즉, 산소, 수증기, 질소, 이산화탄소 등과 같이 리튬이나 리튬화합물 등의 소자내 화합물에 치명적인 물질에 대한 배리어)를 제공한다. 이 배리어는 도체나 다른 회로소자, 예컨대 커패시터, 인덕터 등 박막배터리를 갖는 회로내 소자로서도 기능하고, 배터리의 예를 들면 전자칩에 연결된 리튬이나 리튬화합물이 있다.

Description

층상 배리어구조와 그 형성방법{LAYERED BARRIER STRUCTURE HAVING ONE OR MORE DEFINABLE LAYERS AND METHOD}
본 발명은 고체상태 에너지 저장소자와 이런 소자를 패키지회로에 집적하는 것에 관한 것으로, 구체적으로는 리튬배터리와 같은 고체상태의 박막 에너지 저장기구를 구비한 다양한 장치에 환경 배리어를 제공하는 방법과 시스템에 관한 것이고, 이때 배리어는 광경화성 물질로 형성된다.
컴퓨터, 핸드폰, 추적장치,스캐너 등의 여러 휴대장치에 전자소자들이 집적되었다. 휴대장치의 단점은 전원에 있다. 대개 전원으로 배터리를 사용하지만, 배터리는 사용중인 장치의 수명동안 동력을 충분히 공급할 수 있어야 한다. 요컨대 최근의 배터리는 대부분 부피가 커서 소형 제품에는 배터리를 장착할 수 없다. 따라서, 전자소자들이 집적되어 있는 소형 제품에 사용할 수 있는 소형배터리가 필요하다.
최근의 대부분의 배터리는 가격이 비싸서 대중화를 방해한다. 요컨대, 소매점에서는 별도의 제품으로서 배터리를 거의 취급하지 않고, 대부분 제품을 팔 때 끼워서 제공된다.
어떤 종류의 배터리는 산소나 수증기와 같은 치명적 환경물질로 인해 약화되 는 문제가 있다.
따라서, 신뢰성이 높고 수명이 길면서도 저렴하고 대량생산되는 배터리가 필요하다. 전자소자들이 집적되어 충분한 에너지저장능력을 갖추면서도 소형이고 경량인 배터리(전원)에 대한 필요성이 더욱 증대된다. 또, 비독성 물질로 배터리를 제조해야 한다. 또한, 유해한 환경물질에 대해 밀봉을 할 필요도 있다.
발명의 요약
본 발명은 환경 배리어(즉, 산소, 수증기, 질소, 이산화탄소 등과 같이 리튬이나 리튬화합물 등의 소자내 화합물에 치명적인 물질에 대한 배리어)를 제공한다. 이 배리어는 도체나 다른 회로소자, 예컨대 커패시터, 인덕터 등 박막배터리를 갖는 회로내 소자로서도 기능하고, 배터리의 예를 들면 전자칩에 연결된 리튬이나 리튬화합물이 있다.
본 발명은 기판, 기판에 연결된 회로, 및 기판과 회로에 연결된 박막배터리를 포함하는 시스템을 제공한다. 박막배터리는 회로에 동력을 공급한다. 층을 교대로 쌓은 환경 배리어를 붙이기도 하는데, 일부 층은 평탄화나 평활하 기능을 하는 물리구조층이고, 다른 층은 확산방지층이다. 물리구조층 기능을 하는 층은 포토레지스트, 광경화성, 에너지경화성 마스크층을 포함하여, 측면 경계(즉, 사이즈, 면적, 형상에 있어서의 경계)를 형성한다. 물리구조층은 유전체이다. 확산방지층은 유전체나 금속을 포함한다.
따라서, 본 발명은 장치와 방법을 모두 제공한다. 일반적으로, 장치는 전극 사이를 이동하면서 전류를 만드는 리튬이온의 움직임을 이용한다. 이 장치는 배터리로 기능하기도 한다. 배터리는 기판에 필름으로 형성되고, 배터리상에 회로가 형성된다. 이 회로도 기판에 필름으로서 스퍼터링되고, 배터리도 회로상에 박막으로서 스퍼터링된다. 회로와 배터리는 층상 배리어구조에 의해 주변 오염물로부터 밀봉된다. 층상 배리어구조는 물리구조층과 확산방지층을 포함한다. 물리구조층은 밀봉할 영역(예; 고체상태 리튬배터리) 위를 평탄화하고 고르는데 사용되는 포토레지스트 물질을 포함한다. 포토레지스트는 다른 부분에 대해서는 광경화 마스크 기능을 하여, 도전접점들을 원하는 곳에 선택적으로 형성할 수 있게 한다. 확산방지층으로는 알루미늄이나 실리콘옥사이드를 사용한다. 금속층과 유전체층을 교대로 쌓아서 커패시터와 같은 회로소자 기능을 gkefhr함은 물론, 그 밑의 소자들에 대해서는 확산방지층 기능을 하기도 한다.
경우에 따라, 기판에 접착제를 발라 물건이나 소자를 접착하기도 한다. 무선 배터리작동식 추적라벨을 붙여 이동과정을 추적할 수도 있다.
본 발명의 시스템은 배터리, 배터리를 활성화하는 소자, 필름상에 환경 배리어로 밀봉되어 소형 패키지나 제품으로 되는 회로를 포함한다. 또, 배터리, 활성화 소자 및 회로는 접착제가 도포된 유연한 시트에 형성될 수 있으므로, 패키지의 외부에 부착되거나 제품에 부착되는 라벨로 만들 수 있다. 소자의 특징이나 제품에 대한 기록정보를 조절하도록 제품이나 소자에 본 발명의 시스템을 병합할 수도 있다.
한편, 층상구조를 이용하는데, 층을 쌍으로 부착하되, 각각의 쌍은 물리구조층과 배리어층으로 구성하고, 배리어층의 기체투과율은 일일 0.1㎖/㎡ 이하로 낮다. 이런 층 여러 쌍으로 이루어진 층상 구조는 기체투과율을 줄여 부식이나 기타 배터리나 화합물에 대한 악영향을 줄이는데 효과적인바, 투과율 측정기구의 검사한계 밑으로 투과율을 낮출 수 있다.
전체 시스템이 저렴하므로, 이 시스템을 널리 사용할 수 있다. 그 결과, 제조업자나 판매업자, 심지어는 소매업자도 이런 시스템을 관련 물품이나 포장에 붙일 수 있다. 또, 이런 시스템은 경량이면서도 에너지 저장능력이 충분하다. 비독성 물질로 시스템을 제작할 수 있으므로, 제품이나 소자에 사용했을 때 전혀 해가 없다.
도 1A는 본 발명에 따른 환경 배리어를 갖춘 에너지 저장소자(100A)의 단면도;
도 1B는 본 발명에 따른 환경 배리어를 갖춘 에너지 저장소자(100B)의 단면도;
도 1C는 도 1B의 소자(100B)의 회로도(100C);
도 1D는 고체투과형 전해질 보호층을 통해 리튬을 도금하여 아노드를 형성하기 위한 장치(190)의 단면도;
도 2A는 본 발명에 따른 환경 배리어를 갖춘 에너지 저장소자(200A)의 단면도;
도 2B는 본 발명에 따른 환경 배리어를 갖춘 에너지 저장소자(200B)의 단면 도;
도 2C는 본 발명에 따른 환경 배리어를 갖춘 에너지 저장소자(200C)의 단면도;
도 2D는 다층형 환경 배리어를 갖춘 에너지 저장소자(200D)의 단면도;
도 2E는 다층형 환경 배리어를 갖춘 에너지 저장소자(200E)의 단면도;
도 2F는 다층형 환경 배리어를 갖춘 에너지 저장소자(200F)의 단면도;
도 3A는 공정중에 환경배리어 일부를 평탄화한 에너지 저장소자(300A)의 단면도;
도 3B는 공정중에 환경배리어 일부를 평탄화한 에너지 저장소자(300B)의 단면도;
도 3C는 공정중에 환경배리어 일부를 평탄화한 에너지 저장소자(300C)의 단면도;
도 4A는 평탄화된 다층 환경배리어를 갖춘 에너지 저장소자(400A)의 단면도;
도 4B는 평탄화된 다층 환경배리어를 갖춘 에너지 저장소자(400B)의 단면도;
도 4C는 평탄화된 다층 환경배리어를 갖춘 에너지 저장소자(400C)의 단면도;
도 5A는 공정 초기에 광경화되는 부분이 환경배리어에 있는 에너지 저장소자(500A)의 단면도;
도 5B는 공정 초기에 광경화되는 부분이 환경배리어에 있는 에너지 저장소자(500B)의 단면도;
도 5C는 공정 초기에 광경화되는 부분이 환경배리어에 있는 에너지 저장소자 (500C)의 단면도;
도 6A는 공정 후기에 광경화되는 부분이 환경배리어에 있는 에너지 저장소자(600A)의 단면도;
도 6B는 공정 후기에 광경화되는 부분이 환경배리어에 있는 에너지 저장소자(600B)의 단면도;
도 6C는 공정 후기에 광경화되는 부분이 환경배리어에 있는 에너지 저장소자(600C)의 단면도;
도 7A는 공정 후기에 광경화되는 부분이 환경배리어에 있는 에너지 저장소자(700A)의 단면도;
도 7B는 공정 후기에 광경화되는 부분이 환경배리어에 있는 에너지 저장소자(700B)의 단면도;
도 7C는 공정 후기에 광경화되는 부분이 환경배리어에 있는 에너지 저장소자(700C)의 단면도;
도 8A는 공정 후기에 광경화되는 부분이 환경배리어에 있는 에너지 저장소자(800A)의 단면도;
도 8B는 공정 후기에 광경화되는 부분이 환경배리어에 있는 에너지 저장소자(800B)의 단면도;
도 8C는 공정 후기에 광경화되는 부분이 환경배리어에 있는 에너지 저장소자(800C)의 단면도;
도 9A는 공정 후기에 광경화되는 부분이 환경배리어에 있는 에너지 저장소자 (900A)의 단면도;
도 9B는 공정 후기에 광경화되는 부분이 환경배리어에 있는 에너지 저장소자(900B)의 단면도;
도 9C는 공정 후기에 광경화되는 부분이 환경배리어에 있는 에너지 저장소자(900C)의 단면도;
도 10A는 공정 후기에 광경화되는 부분이 환경배리어에 있는 에너지 저장소자(1000A)의 단면도;
도 10B는 공정 후기에 광경화되는 부분이 환경배리어에 있는 에너지 저장소자(1000B)의 단면도;
도 10C는 공정 후기에 광경화되는 부분이 환경배리어에 있는 에너지 저장소자(1000C)의 단면도;
도 11은 환경배리어를 갖춘 장치의 사시도;
도 12A는 환경배리어에 광경화 부분이 있는 장치의 사시도;
도 12B는 도 12A의 장치(1200)의 회로도;
도 13은 시스템의 일부인 장치의 사시도;
도 14는 시스템의 일부인 장치의 사시도;
도 15는 스마트카드의 사시도;
도 16은 닥터블레이드(1622)를 사용해 평활층을 붙인 다음 평활층의 높이로 광경화하는 롤 장치(1600)의 개략도;
도 17은 오프셋 프레스를 사용해 평활층을 증착한 다음 높이를 고르게 하는 롤 장치(1700)의 개략도.
이하 도면을 참조하여 본 발명에 대해 자세히 설명한다.
도면이나 설명상의 각각의 배터리는 하나 이상의 전지를 사용해 구현될 수 있고, 다수의 전지를 사용할 경우 이들 전지는 병렬이나 직렬로 연결된다. 즉, 경우에 따라 배터리의 전지는 하나이거나, 다수일 수 있다. 또, 설명중의 방향을 지칭하는 용어는 도면을 기준으로 한다.
설명중의 웨이퍼나 기판은 박막이나 필름을 붙여 집적회로(IC) 구조나 에너지 저장소자를 형성하는 표면노출형 모든 구조를 지칭한다. 기판에는 반도체웨이퍼, 플라스틱필름, 금속호일, 유리, 무기폴리머, 유기폴리머, 실리케이트, 마일라(Mylar) 필름 등, 본 발명에 따라 에너지 저장소자를 만들 수 있는 모든 구조를 포함한다. 기판에 추가로 층을 더 붙일 수도 있다. 이런 추가 층은 반도체, 코일, 안테나 등의 추가 구조를 포함한다. 예컨대, 웨이퍼와 기판에 반도체, 베이스 반도체나 절연체로 지지되는 에피택셜 반도체층은 물론 당업계에 알려진 다른 반도체구조를 도핑할 수도 아닐 수도 있다. 기판은 또한 그 위에 다른 필름이나 층을 부착하는 시초 물질로 설명되기도 한다.
배터리란 에너지 저장소자로서 하나 이상의 전지를 갖고, 전해질을 통해 이온을 움직이면서 부하에 연결되었을 때 전류를 공급하는 것을 말한다. 아노드와 캐소드 사이로 이온이 움직이는데, 그 이동방향은 배터리의 대전 여부에 좌우된다. 고체배터리로는 LiPON 전해질을 갖는 리튬이온전지가 있다.
여러 전극의 재료는 같을 수도, 다를 수도 있다. 배터리의 전극은 아노드와 캐소드이다. 여기에서는 아노드가 음전극이고 캐소드가 양전극이다. 커패시터의 전극은 유전체에 가까이 있는 판이다. 캐소드를 만들 때 사용되는 재료로는 리튬코발트 옥사이드, 리튬 망간 옥사이드, 리튬이온 포스페이트, 리튬 바나듐 옥사이드, 리튬 니켈 옥사이드 등이 있다. 니켈과 같은 캐소드 집전기는 캐소드의 전도율을 향상시키는데 사용된다. 경우에 따라, 산화조건이 아닌데서 캐소드를 만들기도 한다. 리튬니켈 코발트 옥사이드와 같은 금속혼합 옥사이드로 캐소드를 만들기도 한다. 음전극(아노드)의 집전부를 만드는데 사용되는 재료는 구리, 백금, 니켈 등이 있다. 이런 집전부는 리튬금속이 형성되는 (도금되거나 증착되는) 부분이다. 한편, 흑연과 같은 물질의 아노드 구조에 리튬이온을 삽입하기도 한다.
배터리나 전지의 전극 사이로 이온을 움직이게 하여 전류를 흐르게 하는 물질이 전해질이다. 전해질은 액체, 고체, 반고체, 다공성 고체와 액체의 조합체이기도 한데, 이온은 전해질을 통과한다. 전해질은 배터리에 전류를 생산하는데 사용되는 전극물질과 이온에 대해 화학적으로 불활성이거나 비반응성이다. 전해질로는 LiPON 등을 사용하고, 유리판에 도포하면 리튬이온이 흐른다.
유전체란 전력분산율이 거의 제로로 전기장을 유지하는 물질, 즉 전도율이 거의 제로인 물질을 말한다. 유전체는 절연체이기도 하다. 유전체에는 자유전자가 별로 없다. LiPON 막은 전극 사이에서 유전체로 기능하여 리튬이온을 제공하지 않는다. 이런 도체-LiPON-도체 구조가 커패시터를 이룬다.
배터리의 전극은 집전기에 연결된다. 아노드는 아노드 집전기에, 캐소드는 캐소드 집전기에 연결된다. 이런 집전기는 대개 구리나 알루미늄으로 이루어지고 배터리에서 생기는 전류의 방향을 조절하는 접점 기능을 한다. 집전기는 구리, 알루미늄, 니켈, 철, 금, 은, 백금, 몰리브덴, 마그네슘, 금속합금, 도전 세라믹, 다결정 실리콘이 많이 도핑된 반도체 등의 도체로 이루어진다.
본 발명의 장치는 절연층을 포함한다. 절연층은 전류를 거의 또는 전혀 흘리지 않는 물질로 이루어진다. 그 예로는 실리콘옥사이드, 실리콘 니트라이드, 알루미늄 옥사이드, LiPON, 폴리머 등이 있다.
본 발명의 평활층은 한가지나 여러 재료로 이루어지고, 접착층을 포함할 수 있다. 이런 접착층으로는 크롬을 함유하는 층이 대표적이다. 평활층은 표면을 균일하게 하기 위해 다른 층, 배리어층이나 집전기 위에 부착되는 층이다. 평활층을 원하는 구조로 더 성형할 수도 있다. 예컨대, 공정중에 평활층을 부착한 다음 평탄하게 그라인딩할 수도 있다. 경우에 따라서는 절연층을 평활층으로 활용하기도 한다. 평활층의 재료로는 폴리머, 유리, 포토레지스트, 잉크 등이 있다. 평활층은 스핀온되거나, 깊게 코팅되거나, 주조되거나, 두루마리형 기판에서 주걱이나 닥터블레이드로 발라질 수 있다. 평활층을 오프셋 인쇄프레스로 부착할 수도 있는데, 평활재료나 솔벤트 혼합물(잉크)를 원하는 곳에 바른다.
본 발명의 장치는 배리어층을 포함한다. 배리어층에 대해서는 미국특허 6,413,645에 소개되었다. 배리어층은 유해물질의 통과를 방지하기 위한 것이다. 예를 들어, 산소, 수증기 물 등이 침투하는 것을 방지한다. 배리어층에 여러 물질을 사용하기도 한다. 그 예로는 구리, 크롬, 알루미늄, 은, 금, 백금 등이 있다. 금속 산화물, 금속질화물, 금속 카바이드, 금속 옥시니트라이드, 금속 옥시보라이드 등을 사용하기도 한다. 금속산화물로는 실리콘 옥사이드, 알루미늄 옥사이드, 티타늄 옥사이드, 인듐 옥사이드, 주석 옥사이드, 인듐주석 옥사이드, 탄탈륨 옥사이드, 지르코늄 옥사이드, 니오븀 옥사이드 등이 있다. 금속질화물에는 알루미늄 니트라이드, 보론 니트라이드, 실리콘 니트라이드 등이 있다. 금속 옥시니트라이드에는 포스포러스 옥시니트라이드(LiPON), 알루미늄 옥시니트라이드, 실리콘, 옥시니트라이드, 보론 옥시니트라이드 등이 있다. 다른 물질로는 유리, 폴리머, 세라믹, (지르코늄 니트라이드, 티타늄 니트라이드, 하프늄 니트라이드, 탄탈륨 니트라이드, 니오븀 니트라이드, 텅스텐 디실리사이드, 티타늄 디보라이드, 지르코늄 디보라이드 등의) 써미트가 있다.
본 발명은 게터(getter) 층을 포함한다. 게터층에 대해서는 미국특허 5,654,084에 소개되었는데, 유독물질의 배리어층 침투를 방지하는데 도움을 주도록 주변의 유독물질을 흡수하거나 이에 반응하는 층을 말한다. 예를 들어, 티타늄, 탄탈륨, 인, 바륨, 에르븀, 루비듐, 티타늄-지르코늄 합금, 코발트 옥사이드, 카본, 히드라진, 소디움 설페이트 등을 함유하는 층을 사용해 물이나 산소가 배리어층을 통과하는 것을 줄일 수 있다.
도 1A는 본 발명에 따른 주변 방지층이 달린 에너지 저장소자(100A)의 단면도이다. 기판(110)이 제공된다. 기판(110)에 연결된 것은 (진공증착으로 형성된) 니켈 등의 캐소드 집전기(131)로서, 그 위에서 캐소드(138)가 (진공증착법 등으로) 전기기계적으로 결합된다. 캐소드(138) 위에는 전해질(135)이 형성되어 캐소드 집 전기(131) 및 기판(110)과 연속으로 접촉한다. 캐소드(138) 위에 아노드 집전기(137)가 형성되고, 이 집전기(137)와 캐소드(138) 사이에 전해질(135)이 있다. 또, 절연층(141)이 매끄러운 층으로 작용하면서 전해질(135), 아노드 집전기(137), 캐소드 집전기(131) 및 기판(110)과 접촉한다. 경우에 따라, 절연층(141)을 관통하는 구멍(148)이 집전기(137) 중앙 부근에 형성되고, 도전성 확산방지층(142)이 부착된다. 경우에 따라, 확산방지층(142)은 아노드 접점(149)까지 흐르는 아노드 전류를 위한 전도체를 이루기도 한다. 또는, 확산방지층(142)은 배터리(101)를 완전히 덮고서도, 환경적인 열화를 받기 쉬운 소자의 가장자리를 넘어 1mm까지 충분히 옆으로 이어진다.
또, 아노드 집전기(137)와 접촉하게 제2 유전층(243)을 증착한다. 경우에 따라, 도전성을 갖는 방지층(244)을 제2 유전층(243)에 접촉하게 부착하고 캐소드 집전기(131)와 전기적으로 접촉시킨다. 아노드 접점부(149)와 캐소드 접점부(249)를 제공한다. 경우에 따라, 도전층(142), 유전층(243) 및 도전층(244)이 도 1B의 배터리(101)와 병렬로 연결된 커패시터를 형성한다. 확산층은 배터리(101) 밑에도 제공된다.
도 1B는 도 1A의 소자와 거의 비슷한 소자(100B)의 단면도이되, 배터리(101)를 대전시킨 뒤의 상태이고, 캐소드(138)의 이온은 전해질(135)을 통해 아노드 집전기(137)로 흘러 아노드(136)를 형성한다. 아노드(136)를 형성하는 재료의 종류는 형성되는 배터리(101)의 종류와 화학물질에 따라 좌우된다. 경우에 따라 소자(100B)에 리튬이온을 사용하고, 형성된 아노드(136)는 리튬금속을 포함하기도 한 다. 확산방지층은 배터리(101) 밑에 배치되거나, 배터리층을 붙이기 전에 기판(110) 위에 붙이거나 기판 바닥에 붙인다.
도 1C는 도 1B의 소자(100B)의 회로도(100C)이다. 배터리(101)는 전해질(135)에 의해 분리된 2개 층(142,244)으로 이루어진 커패시터(102)와 병렬 연결된다. 커패시터(102)의 용량값은 2개 층(142,244)을 분리하는 유전층(243)의 면적, 두께 및 유전율의 함수이다.
도 2A는 본 발명에 따른 주변 방지층(160)을 갖춘 에너지 저장소자(101A)를 갖는 소자(200A)의 단면도이다. 기판(111)이 있다. 기판(111)에는 베이스(110), 확산방지층(121) 및 유전체나 절연체 층(122)이 있고, 그 위에 도전층(130)이 형성된다. 확산방지층(121)은 도체(알루미늄, 금, 구리, 몰리브덴 등의 금속)이므로 절연층(122)을 필요로 한다. 절연층(122)은 실리콘 옥사이드, LiPON, 알루미늄 옥사이드, 폴리머 등의 전기절연물질을 포함한다. 확산방지층(121)는 자체적으로 절연성을 갖고(절연 실리콘 옥사이드, LiPON, 실리콘 니트라이드, 실리콘 옥시니트라이드, 보론 니트라이드, 세라믹, 써미트(cermit), 금속산화물, 금속질화물, 금속 카바이드, 금속 옥시보라이드, 금속 옥시니트라이드 등을 포함하되, 금속은 알루미늄, 인듐, 주석, 인듐주석, 지르코늄, 니오븀, 탄탈륨 등), 층(122)은 생략해도 된다. 기판(111)은 후술하는 공정의 일부분으로 이루어지는바, 폴리머 필름 기판베이스(110)로 시작해서 그 위에 확산방지층(121)과 절연층(122)이 교대로 적층되거나 절연성 확산방지층(121)만 적층된다.
알루미늄, 니켈 등의 도전층(130)은 2개 부분(130,132)에 별도로 증착되거나 형성된다. 이어서, 니켈로 된 캐소드 집전기(133)를 증착한다. 캐소드 집전기(133) 위에 LiCoO2 등의 캐소드 물질(138)을 증착한 다음, LiPON 등의 전해질(135)로 덮는다. 아노드 집전기(137)를 증착한 다음, 하나 이상의 배리어(140)로 밀봉한 뒤 전해질(135)을 통해 아노드 물질을 도금한다. 배리어(140)는 포토레지스트, 폴리우레탄, 플라스틱, 비정질 실리콘 옥사이드와 같은 유리, 실리콘 니트라이드, LiPON 등으로 된 절연층(141)을 증착하여 형성된다. 이어서, 확산방지층(142)을 붙이는데, 절연층(141)을 층(142)의 품질을 높이고, 확산방지층(142)은 그 밑의 층이 평활하지 않을 경우 얻기가 어렵다. 그 밑의 구조의 가장자리와, (스퍼터링 작업에서 생기는) 찌꺼기, 분진 등이 배리어에 파손과 파괴를 일으키고, 평활층으로 인해 배리어를 붙이기 쉬운 경사가 생긴다.
아노드(136)의 넓이는 캐소드(138)와 거의 비슷하다(도 2A 참조).
도 2B는 도 2A의 200A와 구조가 비슷한 소자(200B)의 단면도이되, 아노드와 캐소드가 서로 바뀌었다. 캐소드와 캐소드 접점은 아노드와 아노드 접점 다음에 증착된다. 아노드 접점과 전해질을 증착한 다음, 캐소드와 후속 층들을 붙이기 전에 아노드 접점에 전해질을 덮는다. 이 경우, 아노드 집전기를 붙여 LiPON 전해질(상화방지 보호층 기능을 함)로 덮은 다음 (프로필렌 카보네이트/LiPF6 전해액과 같은) 액체용매중에서 사전대전작업을 실시하여 전해질/보호층을 통해 아노드 집전기에 리튬층을 부착하고, 이어서 나머지 배터리층을 붙일 수 있다는 점에서 유리하다.
도 1D는 전해액(191)과 고체투과성 전해질 보호층(135)을 통해 리튬을 도금 하여 아노드(136)를 형성하는데 사용되는 장치(190)의 단면도이다. 이 도금장치(190)는 뚜껑(193)이 달린 유리용기(192)를 갖추고, 뚜껑에 전기접속구(194)가 달려있다. 좌측 접속구(194)는 (리튬이온에 투과되는) 고체전해질(135)로 덮인 아노드 접점(137)과 기판(110)을 갖는 소자(201B)에 연결된다. 우측 접속구(194)는 희생 리튬 카운터전극(195)에 연결된다. 전극(195)과 소자(201B)은 전해액(191) 안에 담겨있다. 아르곤이나 질소와 같은 불활성대기(196)로 용기(192)를 채운다.
프로필렌 카보네이트/LiPF6와 같은 전해액(191)에서의 전기도금을 통해 구리 아노드 접점(137)에 리튬 아노드(136)를 형성한다. LiPON 층(135)은 유기 전해액(191)의 영향을 거의 받지 않아, 리튬이온 도체나 절연체이다. 전해질의 성질로 인해 Li+가 희생 리튬전극(195)로부터 전해액(191)과 고체전해질(135)을 통해 흐를 수 있으므로, 리튬 금속만이 LiPON층(135) 밑의 구리접점(137)에 도금된다. 도금용 희생리튬 카운터전극(195)은 리튬 금속이다. 전류밀도 0.6mA/㎠ 이상 1.2mA/㎠ 이하에서 전기도금이 이루어지고, 전극(195)과 아노드(136) 사이의 전압은 0.6mA에서 약 40mV이다. 적정량의 전류(0.3mA-hr)가 전달된 뒤 도금이 끝난다. 구리접점(137)은 리튬을 도금한 뒤 은빛으로 반짝인다.
건조한 순수질소로 채워진 상자안에서 리튬 도금장치(190)에 배터리(101)를 연결하여, 전극(195)의 부식을 막고 전해액(191)내의 수분을 줄인다. 이 상자는 접속구(194)를 전극에 연결한 유리용기(192)에 /LiPON 소자(201B), 리튬전극(195), 전해액(191)을 로딩하는데에만 사용된다. 뚜껑(193)을 빨리 닫으면서 (질소로 충전된 상자의) 상단으로 아르곤을 넣어서 용기(192)를 씻어낸다. 도금장치(190)를 실 온으로 유지하여 전원(예; EG&G 273A potentiostat)에 연결하고, 이 전원은 도금용 전류원으로 이용된다. 아노드(136)를 도금한 뒤, 후속 층들을 붙이는 이후의 공정에 대비하여 도금장치(190)를 다시 상자에 넣어 도금된 샘플(201B)을 제거한다. LiPON 밑에 리튬이 있는 샘플(201B)을 실온상태로 만들되, 탄소/공기 캐소드를 붙여서 후속 테스트를 한다. 실내 상대습도는 45%이지만, 전기도금된 리튬의 색은 변색되지 않는다. LiPON 층(135)은 주변의 산소나 수증기로 인해 예상되는 급속부식을 방지한다. 이소프로필 알코올로 씻어내고 질소로 건조시켜 배터리(201B)에서 잔류 전해액(191)을 제거한다.
캐소드(138)는 탄소입자/플리플루오로아크릴레이트 에어 캐소드 코팅을 포함한다. 이런 탄소-공기 캐소드(138) 형성을 위해, 폴리플루오로아크릴레이트(예; 2M Novec-1700; 5% 고체) 용액으로 (Alpha Aesar, 도체, 합성, -325 메시 등의) 흑연분말 슬러리를 만든다. 이 용액의 탄소는 중량비로 15%이다. 마이크로셀(201B)을 슬러리에 담갔다가 잽싸게 빼낸다. Novec 용액은 거의 순식간에 마르면서 LiPON 층에 탄소/폴리플루오로아크릴레이트 접착층만을 남겨둔다. 이렇게 담그는 과정을 3-4회 반복하여 탄소/폴리플루오라아크릴레이트로 코팅한다. 캐소드 집전기는 없다. 도체(예; 구리) 도선을 붙여 그 밑의 소자를 활성화시킬 수도 있다.
이런 탄소/폴리플루오로아크릴레이트 에어 캐소드(138)는 전해질(예; 프로필렌 카보네이트/LiPF6)에 의해 활성화된다. 전해질은 탄소/폴리플루오로아크릴레이트 에어 캐소드의 상대적으로 개방된 구조로 스며들어 LiPON 전해질(135)을 적신다.
이런 하이브리드 고체성태 유기전해질 전지의 제작과정을 계량화하여 고성능 전지를 만든다. 리튬의 전기도금은 두루마리 형태로 하고, 아노드 접점과 LiPON 층만을 진공증착한다. 이렇게 하면 웨브 형태에서의 두꺼운 진공증착층에서 생기는 문제를 크게 줄일 수 있다.
도 2C는 소자(200C)의 단면도이다. 전극(2)이 아노드이고 전극(1)이 캐소드이면, 도 2A의 소자(200A)와 비슷하지만, 아노드(136)와 아노드접점(137)이 캐소드(138)의 경계선 넘어까지 확장한다(도 2C의 우측으로 확장). 전극(1)이 아노드이고 전극(2)이 캐소드이면, 도 2B의 소자(200B)와 비슷하지만, 캐소드(138)와 캐소드접점(137)이 아노드(136)의 경계선 넘어까지 확장한다(도 2C의 우측으로 확장). 도 2C에도시된 구성은 캐소드와 아노드를 어떻게 선택하는가에 따라 좌우된다. 이 구성은 캐소드(138)로부터 아노드 물질(136)를 도금한 다음 조립한 결과는 아니다(도 2A 참조).
도 2D는 도 2A에도시된 소자(200A)에 평활층(243)과 방지층(244)을 더 붙여서 형성된 소자(200D)의 단면도이다. 추가된 배리어 구조(240)는 평활층(243)과 방지층(244)에 의해 형성되는 구조로서, 더 평탄하게 하면서 격벽기능을 보강하여 보호기능을 강화하고, 또 방지층(142)에 생길 수 있는 핀홀이 층(244)에 생길 수 있는 핀홀과는 어긋나게 된다. 이런 핀홀의 어긋남으로 인해 측면 길이가 더 길어지게 되어, 결국 소자(101A)에 해로운 물질의 양이 감축된다.
다층 배리어(240)는 포토레지스트 층(141), 알루미늄 (확산방지)층(142), 포토레지스트 (실리콘 옥사이드나 다른 유전체) 층(243), 알루미늄 (다른 확산방지) 층(244)을 포함한다. 경우에 따라서는, 알루미늄과 같은 금속을 층(142)에 사용하고, 유전체층(243)과 금속층(244)을 이용해 커패시터와 같은 회로소자를 제공함은 물론, 그 밑의 소자에 대한 또다른 확산방지층 역할을 하기도 한다.
기판(111)의 배터리에 외부 전자회로를 연결하기도 하는데 이에 대해서는 도 12A에서 후술한다. 외부회로를 박막층으로 부착하기도 한다. 이 회로는 배터리에서 떨어져 있을 수도 있는데, 배터리와는 별도로 제작된다.
도 2E는 평활층(243)과 방지층(244)를 도 2B의 소자(200B)에 추가로 부착한 소자(200E)의 단면도이다. 이 경우, 도 2D의 소자(200D)에서 설명한 장점을 갖는다.
도 2F는 평활층(243)과 방지층(244)를 도 2C의 소자(200C)에 추가로 부착한 소자(200F)의 단면도이다. 이 경우, 도 2D의 소자(200D)에서 설명한 장점을 갖는다.
기판(111)에 박막층을 연속으로 붙여 소자(101A~C)를 만들지만, 소자를 별도로 제작한 다음 기판(111)에 (접착, 열접합, 이온접착 등의 방법으로) 붙이기도 한다.
소자(101)는 환경 배리어(160)로 둘러싸인다. 환경 배리어(160)는 기판(110)의 상하면에 형성되는 기판측 배리어(120)와 커버배리어(140)를 포함한다. 기판(111)은 산소나 수증기가 침투할 수 있는 기판베이스(110)를 포함하고, 배리어(120), 배리어층(121), 절연층(122)을 필요로 한다. 기판베이스(110)는 자체적으로 배리어(유리판, 알루미늄 호일, 기타 확산방지물질)이고, 이 경우 기판(111)은 기 판베이스(110)만을 포함하며(별도의 배리어층(120)이 불필요함), 주변 밀봉을 위해서 커버배리어(140)만 필요하다. 기판베이스(110)가 알루미늄 호일과 같은 도체이면 절연층(122)이 필요할 수 있다.
도 2B에서, 소자(200B)는 박막 리튬배터리(101B)를포함하고, 이 배터리는 도전층(130)을 포함하며, 도전층은 2개의 나란한 영역인 캐소드 도전층(132)과 아노드 도전층(131)으로 이루어진다. 소자(101)의 모든 전기소자는 환경 배리어(160)의 보호를 받는다. 도전층(131,132)은 알루미늄이나 구리로 이루어져 배터리(101B)와 다른 회로소자 사이의 도체 역할을 한다. 하나 이상의 접점층(139), 예컨대 접점층(133,134)은 각각 캐소드(138)와 아노드(136)의 집점기로 기능한다. 접점층(133,134,137)의 기능을 도전층(131,133)이 대체할 경우, 층(133,134,137)은 생략된다.
캐소드(138)는 리튬코발트 옥사이드(LiCoO2)를 함유한다. 전해질(135)은 LiPON이다. 아노드(136)나 아노드접점(137)은 구리, 금, 알루미늄 등 도전율을 높이는 물질로 되거나 포함하는 층이다. "Method and Apparatus for Integrated-battery Device"란 명칭의 미국특허 6,805,998이나 "Device Enclosures with Integrated Batteries"란 명칭의 2001.3.23일자 미국특허출원 09/816,602, 및 "Battery-Operated Wireless-Communication Apparatus and Method"란 명칭의 2001.3.23일자 미국특허출원 09/815,884에서 소개한대로, (이온빔과 같은) 에너지 보조기구를 이용해 이들 층을 붙인다.
커버배터리(160)는 밀봉할 영역(고체상태 리튬배터리) 위를 평활하게 하는데 사용되는 포토레지스트 물질을 포함하는 물리적 층(141)으로 포함한다. 포토레지스트는 자체적으로 감광 마스크 기능을 하므로, 층(141)에 접점을 원하는대로 선택적으로 형성하거나, 그 밑의 층을 선택적으로 에칭이나 이온제거할 수 있다. 확산방지층(142)으로서, 포토레지스트 층(141)에 알루미늄이나 실리콘 옥사이드를 증착한다.
도 3A는 평탄화된 환경 배리어를 갖는 에너지 저장소자를 포함하는 소자(300A)의 단면도이다. 층(341)을 붙인 다음 CMP 공정등으로 349 평면으로 평탄화한다. 층(341)은 비교적 두툼하게 붙이므로, 이 층을 평탄화해도, 소자(101A)의 모든 부분이 349 평면 밑에 놓이고, 349 윗부분은 제거된다. 소자(101A)에 대해서는 도 2A에서 설명한 것과 같다. 도 3A의 349 윗쪽 재료를 제거한 뒤, 배리어 구조를 추가한다(도 4A 참조).
도 4A는 환경 배리어(440)가 평탄화된 뒤의 에너지 저장소자를 갖는 소자(400A)의 단면도이다. 다층구조의 환경 배리어(440)는 평탄화된 포토레지스트층(341), 알루미늄 확산방지층(442), 또다른 포토레지스트 (실리콘옥사이드, LiPON, 기타 유전체) 층(443), 다른 알루미늄 확산방지층(444)을 포함한다. 층(442)에는 알루미늄 등의 금속을 사용하고, 유전체층(443)과 금속층(444)은 커패시터와 같은 회로소자 기능을 하는 외에도 그 밑의 소자에 대한 확산방지층 기능도 한다.
도 3B는 평탄화된 환경 배리어를 갖는 에너지 저장소자를 포함하는 소자(300B)의 단면도이다. 층(341)을 붙인 다음 CMP 공정등으로 349 평면으로 평탄화 한다. 층(341)은 비교적 두툼하게 붙이므로, 이 층을 평탄화해도, 소자(101B)의 모 든 부분이 349 평면 밑에 놓이고, 349 윗부분은 제거된다. 소자(101B)에 대해서는 도 2B에서 설명한 것과 같다. 도 3B의 349 윗쪽 재료를 제거한 뒤, 배리어 구조를 추가한다(도 4B 참조).
도 4B는 환경 배리어(440)가 평탄화된 뒤의 에너지 저장소자를 갖는 소자(400B)의 단면도이다. 다층구조의 환경 배리어(440)는 도 4A에서 설명하였다.
도 3C는 평탄화된 환경 배리어를 갖는 에너지 저장소자를 포함하는 소자(300C)의 단면도이다. 층(341)을 붙인 다음 CMP 공정등으로 349 평면으로 평탄화 한다. 층(341)은 비교적 두툼하게 붙이므로, 이 층을 평탄화해도, 소자(101C)의 모든 부분이 349 평면 밑에 놓이고, 349 윗부분은 제거된다. 소자(101C)에 대해서는 도 2B에서 설명한 것과 같다. 도 3C의 349 윗쪽 재료를 제거한 뒤, 배리어 구조를 추가한다(도 4C 참조).
도 4C는 환경 배리어(440)가 평탄화된 뒤의 에너지 저장소자를 갖는 소자(400C)의 단면도이다. 다층구조의 환경 배리어(440)는 도 4A에서 설명하였다.
도 5A는 도 4A 이후의 제작과정의, 감광성 부분을 포함한 환경 배리어를 갖는 에너지 저장소자를 포함하는 소자(500A)의 단면도이다. 층(141)에 구멍(505)을 형성한다. 빛이나 전자빔과 같은 에너지원에 선택적으로 노출되는 포토레지스트로 된 층(141)을 만든 다음 구멍(505)을 형성한다. 층(141) 재료를 분무나 증착법 등으로 마스크나 스텐실을 통해 붙여, 구멍(505)에 물질이 붙지 않게 한다. 소자(500A)의 아랫부분에 대해서는 도 2A에서 설명한 것과 같다.
도 6A는 감광성 부분을 포함한 환경 배리어를 갖는 에너지 저장소자를 포함 하는 소자(600A)의 단면도이다. 알루미늄, 구리, 금, 기타 적당한 금속이나 금속합금 또는 금속세라믹 등의 금속으로 확산방지층(642)을 만든다. 금속층(642)은 회로소자 기능을 하고, 또한 구멍(505)의 포토레지스트(141)를 통해 605에서 그 밑의 도전층(131)과 접촉한다. 소자(600A)의 아랫부분에 대해서는 도 5A에서 설명한 것과 같지만, 층(642)만 추가되었다.
도 5B는 도 4B 이후의 제작과정의, 감광성 부분을 포함한 환경 배리어를 갖는 에너지 저장소자를 포함하는 소자(500B)의 단면도이다. 층(141)에 구멍(505)을 형성한다. 빛과 같은 에너지원에 선택적으로 노출되는 포토레지스트로 된 층(141)을 만든 다음 구멍(505)을 형성한다. 층(141) 재료를 분무나 증착법 등으로 마스크나 스텐실을 통해 붙여, 구멍(505)에 물질이 붙지 않게 한다. 소자(500B)의 아랫부분에 대해서는 도 2B에서 설명한 것과 같다.
도 6B는 감광성 부분을 포함한 환경 배리어를 갖는 에너지 저장소자를 포함하는 소자(600B)의 단면도이다. 알루미늄, 구리, 금, 기타 적당한 금속이나 금속합금 또는 금속세라믹 등의 금속으로 확산방지층(642)을 만든다. 금속층(642)은 회로소자 기능을 하고, 또한 구멍(505)의 포토레지스트(141)를 통해 605에서 그 밑의 도전층(131)과 접촉한다. 소자(600B)의 아랫부분에 대해서는 도 5B에서 설명한 것과 같지만, 층(642)만 추가되었다.
도 5C는 도 4C 이후의 제작과정의, 감광성 부분을 포함한 환경 배리어를 갖는 에너지 저장소자를 포함하는 소자(500C)의 단면도이다. 층(141)에 구멍(505)을 형성한다. 빛과 같은 에너지원에 선택적으로 노출되는 포토레지스트로 된 층(141) 을 만든 다음 구멍(505)을 형성한다. 층(141) 재료를 분무나 증착법 등으로 마스크나 스텐실을 통해 붙여, 구멍(505)에 물질이 붙지 않게 한다. 소자(500C)의 아랫부분에 대해서는 도 2C에서 설명한 것과 같다.
도 6C는 감광성 부분을 포함한 환경 배리어를 갖는 에너지 저장소자를 포함하는 소자(600C)의 단면도이다. 알루미늄, 구리, 금, 기타 적당한 금속이나 금속합금 또는 금속세라믹 등의 금속으로 확산방지층(642)을 만든다. 금속층(642)은 회로소자 기능을 하고, 또한 구멍(505)의 포토레지스트(141)를 통해 605에서 그 밑의 도전층(131)과 접촉한다. 소자(600C)의 아랫부분에 대해서는 도 5C에서 설명한 것과 같다.
도 7C는 차후의 공정에서 만들어지는 (도 7C의 좌측의) 감광성 부분을 포함한 환경 배리어를 갖는 에너지 저장소자를 포함하는 소자(700C)의 단면도이다. 층(743)에 (도 7A 우측에) 구멍(705)을 형성한다. 빛과 같은 에너지원에 선택적으로 노출되는 포토레지스트로 된 층(743)을 만든 다음 구멍(705)을 형성한다. 층(743) 재료를 분무나 증착법 등으로 마스크나 스텐실을 통해 붙여, 구멍(705)에 물질이 붙지 않게 한다. 소자(700C)의 아랫부분에 대해서는 도 6C에서 설명한 것과 같되 층(743)만 추가되었다.
도 8A는 차후의 공정에서 만들어지는 감광성 부분(743,846)을 포함한 환경 배리어를 갖는 에너지 저장소자를 포함하는 소자(800A)의 단면도이다. 포토레지스트층(743)에 형성된 구멍(705)에서 에칭 등의 공정으로 금속층(642)과 포토레지스트층(141)을 제거했다. 이어서 구멍(805)을 갖는 층(846)을 형성한다. 빛과 같은 에너지원에 선택적으로 노출되는 포토레지스트로 된 층(846)을 만든 다음 구멍(805)을 형성한다. 층(846) 재료를 분무나 증착법 등으로 마스크나 스텐실을 통해 붙여, 구멍(805)에 물질이 붙지 않게 한다. 소자(800A)의 아랫부분에 대해서는 도 7A에서 설명한 것과 같되, 구멍(705)의 잔류물질은 에칭 등으로 제거하고 층(846)을 추가했으며, 구멍(805)에서 물질을 제거했다.
도 7B는 차후의 공정에서 만들어지는 (도 7B의 좌측의) 감광성 부분을 포함한 환경 배리어를 갖는 에너지 저장소자를 포함하는 소자(700B)의 단면도이다. 층(743)에 (도 7B 우측에) 구멍(705)을 형성한다. 빛과 같은 에너지원에 선택적으로 노출되는 포토레지스트로 된 층(743)을 만든 다음 구멍(705)을 형성한다. 층(743) 재료를 분무나 증착법 등으로 마스크나 스텐실을 통해 붙여, 구멍(705)에 물질이 붙지 않게 한다. 소자(700B)의 아랫부분에 대해서는 도 6C에서 설명한 것과 같다.
도 8B는 차후의 공정에서 만들어지는 감광성 부분(743,846)을 포함한 환경 배리어를 갖는 에너지 저장소자를 포함하는 소자(800B)의 단면도이다. 포토레지스트층(743)에 형성된 구멍(705)에서 에칭 등의 공정으로 금속층(642)과 포토레지스트층(141)을 제거했다. 이어서 구멍(805)을 갖는 층(846)을 형성한다. 빛과 같은 에너지원에 선택적으로 노출되는 포토레지스트로 된 층(846)을 만든 다음 구멍(805)을 형성한다. 층(846) 재료를 분무나 증착법 등으로 마스크나 스텐실을 통해 붙여, 구멍(805)에 물질이 붙지 않게 한다. 소자(800B)의 아랫부분에 대해서는 도 7B에서 설명한 것과 같되, 구멍(705)의 잔류물질은 에칭 등으로 제거하고 층(846)을 추가했으며, 구멍(805)에서 물질을 제거했다.
도 7C는 차후의 공정에서 만들어지는 (도 7C의 좌측의) 감광성 부분을 포함한 환경 배리어를 갖는 에너지 저장소자를 포함하는 소자(700C)의 단면도이다. 층(743)에 (도 7C 우측에) 구멍(705)을 형성한다. 빛과 같은 에너지원에 선택적으로 노출되는 포토레지스트로 된 층(743)을 만든 다음 구멍(705)을 형성한다. 층(743) 재료를 분무나 증착법 등으로 마스크나 스텐실을 통해 붙여, 구멍(705)에 물질이 붙지 않게 한다. 소자(700C)의 아랫부분에 대해서는 도 6C에서 설명한 것과 같다.
도 8B는 차후의 공정에서 만들어지는 감광성 부분(743,846)을 포함한 환경 배리어를 갖는 에너지 저장소자를 포함하는 소자(800C)의 단면도이다. 포토레지스트층(743)에 형성된 구멍(705)에서 에칭 등의 공정으로 금속층(642)과 포토레지스트층(141)을 제거했다. 이어서 구멍(805)을 갖는 층(846)을 형성한다. 빛과 같은 에너지원에 선택적으로 노출되는 포토레지스트로 된 층(846)을 만든 다음 구멍(805)을 형성한다. 층(846) 재료를 분무나 증착법 등으로 마스크나 스텐실을 통해 붙여, 구멍(805)에 물질이 붙지 않게 한다. 소자(800C)의 아랫부분에 대해서는 도 7C에서 설명한 것과 같되, 구멍(705)의 잔류물질은 에칭 등으로 제거하고 층(846)을 추가했으며, 구멍(805)에서 물질을 제거했다.
도 9A는 차후의 공정에서 만들어지는 감광성 부분을 포함한 환경 배리어를 갖는 에너지 저장소자를 포함하는 소자(900A)의 단면도이다. 알루미늄 등의 금속으로 확산방지층(947)을 만든다. 이 금속층(947)은 회로소자 기능을 하여, 구멍(805)에서 포토레지스트(846)를 통해 905에서 그 밑의 도전층(132)과 접촉한다. 포토레지스트층(948)은 나중에 도전층(947) 위에 입혀진다. 소자(900A)의 아랫부분에 대 해서는 도 8A에서 설명하였고, 2개 층(947,948)을 더 추가했다.
도 10A는 차후의 공정에서 만들어지는 감광성 부분을 포함한 환경 배리어를 갖는 에너지 저장소자를 포함하는 소자(1000A)의 단면도이다. 포토레지스트층(948)을 제거해 구멍(1003,1004)을 노출했다. 이들 구멍에 포토레지스트층(1049)을 입혔다. 외부와의 연결을 위해 구멍(1006)을 통해 금속층(642)을 노출시킨다. 마찬가지로, 외부와의 연결을 위해 구멍(1007)을 통해 금속층(947)을 노출시킨다. 이 소자(1000A)의 아랫부분은 도 9A에서 설명한 것과 같지만, 층(1049)을 추가했고, 구멍(1003,1004)의 물질을 먼저 제거한 다음 구멍(1005)의 물질을 제거했다.
도 9B는 차후의 공정에서 만들어지는 감광성 부분을 포함한 환경 배리어를 갖는 에너지 저장소자를 포함하는 소자(900B)의 단면도이다. (도 9A의 설명 참조). 소자(900B)의 아랫부분에 대해서는 도 8B에서 설명하였고, 2개 층(947,948)을 더 추가했다.
도 10B는 차후의 공정에서 만들어지는 감광성 부분을 포함한 환경 배리어를 갖는 에너지 저장소자를 포함하는 소자(1000B)의 단면도이다. (도 10A의 설명 참조). 이 소자(1000B)의 아랫부분은 도 9B에서 설명한 것과 같지만, 층(1049)을 추가했고, 구멍(1003,1004)의 물질을 먼저 제거한 다음 구멍(1005)의 물질을 제거했다.
도 9C는 차후의 공정에서 만들어지는 감광성 부분을 포함한 환경 배리어를 갖는 에너지 저장소자를 포함하는 소자(900C)의 단면도이다. (도 9A의 설명 참조). 소자(900C)의 아랫부분에 대해서는 도 8C에서 설명하였고, 2개 층(947,948)을 더 추가했다.
도 10C는 차후의 공정에서 만들어지는 감광성 부분을 포함한 환경 배리어를 갖는 에너지 저장소자를 포함하는 소자(1000C)의 단면도이다. (도 10A의 설명 참조). 이 소자(1000C)의 아랫부분은 도 9C에서 설명한 것과 같지만, 층(1049)을 추가했고, 구멍(1003,1004)의 물질을 먼저 제거한 다음 구멍(1005)의 물질을 제거했다.
도 11은 기판(111)상의 환경 배리어구조(140)를 갖는 소자(101)의 사시도이다. 전술한 바와 같이, 배리어구조(140)는 평활층(141)과 확산방지층(142)을 포함한다.
도 12A는 환경 배리어구조(140)를 갖는 (박막 리튬배터리와 같은) 소자(101)를 갖는 소자(1200)의 단면도이다. 배리어구조(140)는 나선형 유도코일과 같은 인덕터(1201)로 패턴화되는 도전층(142)을 갖는다. 이런 제1 확산방지층(142)과 함께 평활층(243)과 확산방지층(244)이 커패시터(1202)를 형성한다. 커패시터(1202)는 배터리(101)와 병렬연결되므로, 배터리(101)의 용량을 넘는 서지전류원 기능을 한다. 인덕터(1201)는 배터리(101)에 직렬연결된다.
도 12B는 도 12A의 소자(1200)의 회로도이다. 배터리(101)는 박막 리튬배터리이고, 커패시터(1202)는 배터리(101)에 병렬연결되며, 인덕터(1201)는 배터리(101)와 커패시터(1202)에 직렬연결된다.
도 13은 에너지 저장소자(1330)를 이용하는 랩탑컴퓨터 등의 정보처리시스템(1300)의 전개사시도이다. 정보처리시스템(1300)은 컴퓨터, 웍스테이션, 서버, 수 퍼컴퓨터, 핸드폰, 자동차, 세탁기, 방송장비 등을 포함한다. 패키지 회로(1320)는 메모리(1321), 전원(에너지 저장소자)(1330), (키보드, 마우스, 음성인식장치 등의) 입력장치(1312), (CD, DVD 등의) 입출력장치(1313), (디스켓 등의) 입출력장치(1314), (디스플레이, 프린터, 오디오 등의) 출력장치(1311), 무선통신안테나(1340)에 연결되는 컴퓨터프로세서를 포함하고, 상단, 중간, 하단 틀(1310,1315,1316)을 갖는 케이스에 수용된다. 에너지 저장소자(1330)는 케이스의 표면에 얇은 층 형태로 바로 부착된다.
도 14는 도 13과 비슷한 구성의 정보처리시스템(1400)을 보여준다. 정보처리시스템(1400)으로는 포켓컴퓨터, PDA, 페이저, Blackberry 타입의 장치, 핸드폰, GPS, 디지털카메라, MP3 등이 포함된다. 패키지 회로(1420)는 메모리(1421), 전원(1430), (키보드, 조이스틱, 음성인식장치 등의) 입력장치(1412), (휴대용 메모리카드, 외부 인터페이스 등의) 입출력장치(1414), (디스플레이, 프린터, 오디오 등의) 출력장치(1411), 무선통신안테나(1440)에 연결되는 컴퓨터프로세서를 포함하고, 상단, 하단 틀(1410,1416)을 갖는 케이스에 수용된다. 에너지 저장소자(1430)는 케이스의 표면에 얇은 층 형태로 바로 부착된다.
도 15는 정보처리시스템(1500)을 보여준다. 정보처리시스템(1500)은 착용식 컴퓨터, 스마트 ID카드, 신용카드, ID카드, RFID 스티커, MP3 등을 포함한다. 패키지 회로(1520)는 메모리(1521), 전원(1530), 무선통신안테나(1540)에 연결되는 컴퓨터프로세서를 포함하고, 케이스(1510) 안에 수납된다.
도 16은 닥터블레이드(1622)를 이용해 평활층(1641)을 붙여서 광경화하는 롤 장치(1600)의 개략도이다. 소스 롤(1601)은 기판(110)을 공급하고, 기판 위에는 소자 성형기(1610)에 의해 다수의 소자(110)가 붙여진다. 평활층(1641)은 기판(110)상의 소자(101) 위로 덮여진다. 평활재료인 솔벤트 혼합물(1625)을 부드러운 주걱(1621)을 사용해 평활증착부(1620)에서 기판에 바른 다음, 닥터블레이드(1622)로 높이를 고르는데, 이런 방법은 인쇄조각분야에서 잘 알려진 것이다. 이렇게 되면 기판(110)의 표면과 이곳에 고정된 소자(110) 위로 평활물질(1641)이 남게 된다. 증착된 평활물질은 뒤에 광경화되어 옆으로의 확장이 제한된다.즉, 증착할 때마다 외부경계와 구멍이 형성된다. 예를 들어, 광경화부(1630)에서는 마스크(1631)를 통해 빛을 노출시키되 평활층(141)은 남겨둔다. 현상부(1640)에서는 그외의 평활물질(1641)을 제거한다. 배리어 증착부(1650)에서는 배리처층(142)을 붙인다. 이어서, 다른 평활층이나 배리어층을 증착하고, 그 결과물을 롤러(1602)로 수거한다.
도 17은 오프셋 프레스를 이용해 평활층을 붙이는 롤 장치(1700)의 개략도이다. 기본적으로 오프셋 인쇄프레스인 장치(1700)로 평활층(141)을 붙이도, 평활재료인 솔벤트 혼합물(1625; 잉크)를 주걱(1621)을 사용해 오프셋 인쇄판(1721)에 분무한 다음, 닥터블레이드(1622)로 높이를 고르고, 이어서 인쇄판(1721)을 소자(101)에 대고 눌러 평활재료나 솔벤트 혼합물(1641)을 인쇄판(1721)의 홈(1722)에서 필요한 곳으로 전사한다. 솔벤트 혼합물(1641)를 건조시켜 솔벤트는 증발시키고 평활층(141)만을 남긴다. 인쇄판상의 패턴은 평활층의 측면경계를 정의한다. 배리어 증착부(1650)에서는 배리어층(142)을 증착한다. 또다른 평활층이나 배리어층을 증착한 다음, 최종 생성물을 롤러(1602)로 수거한다.
고체 리튬배터리 기술은 산소, 수증기, 질소, 이산화탄소를 포함한 공기의 성분에 대단히 민감하다. 어떤 환경에서도 배터리의 수명을 늘리려면, 배터리로부터 활성배터리 물질로 반응물이 전달되는 것을 방지하는 배리어를 이용한다. 한쌍 이상의 층 구조를 이용하되, 유기폴리머, 유리, 반고체 물질의 층과, 금속, 세라믹, 기타 기체투과율이 일일 0.1 ㎖/㎡ 이하로 낮은 재료로 된 층으로 쌍을 이루는 것이 검출한계 이하로 기체투과를 줄이는데 효과적이다. 산소와 수증기의 경우, 일일 검출한계는 대개 산소는 0.005㎖/㎡, 수증기는 0.005g/㎡이다. 본 발명자들의 판단으로는, 고체배터리의 수명을 늘리는데 산소의 경우 0.001㎖/㎡ 이하, 수증기의 경우 0.00005g/㎡ 이하가 바람직하다고 본다.
유기폴리머, 유리, 반고체 물질층의 기능은 낮은 기체투과율을 갖는 물질을 도포하기 위한 매끄러운 표면을 제공하는 한편, 후속 층에 결함을 유도할 수 있는 이전 층의 표면결함 등을 제거하는데 있다. 광경화 물질의 용도와 장점에 대해 설명한다. 고체상태 배터리나 기타 전자소자를 갖는 장치는 전기연결이 필요하므로, 어떤 층이나 배리어 구조에서는 접점패드로 완벽히 만족할 수 없다. 유기폴리머, 유리, 기타 반고체 층은 전자기선(기타 에너지원)에 대한 노출이나 차단에 의해 패턴화될 수 있어 다른 물질보다 접점패드에 접근하기에 유리하고, 배리어를 손상시키지 않고도 패턴을 쉽게 완성할 수 있다.
1.2 ㎛ Al, 스핀온 포토레지스트(Shipley 1813, 3000 rpm 스핀온, 램프에 노출되어 170℃에서 15분내에 경화). 1.2㎛ Al로 된 층 구조를 50㎛ 폴리이미드 필름에 붙였다. Mocon사에서 평가한 바에 의하면, 50℃와 100% 상대습도에서 수증기 투 과율은 검출한계(일일 0.005g/㎡) 밑에 있었다.
본 발명의 한가지 특징은, 측면 경계를 갖는 환경 배리어와 박막 배터리를 갖는 소자를 제공하는데 있다.
기판, 기판에 부착된 제1 소자, 및 제1 소자를 밀봉하는 층상 배리어 구조를 포함하는 장치를 제공하되, 층상 배리어 구조는 측면경계를 갖는 제1 물리구조 층과 배리어층을 포함한다. 제1 물리구조층의 측면경계는 광경화되며, 포토레지스트층이고, 제1 배리어층은 알루미늄층이다. 제1 물리구조층은 유기폴리머, 유리, 반고체층을 포함한다.
경우에 따라서는 광경화 배리어층을 더 포함한다. 이 층은 소자와 기판 사이에서, 소자를 증착한 뒤 기판에 증착되지만, 소자에 증착한 다음 그 결과물을 기판에 증착하기도 한다. 또는, 소자와 광경화층 사이에 기판을 배치하고 광경화층을 기판에 증착하기도 하며, 배리어층을 광경화층에 증착하기도 한다.
또는, 소자와 기판 사이에 배리어 구조를 배치하기도 하는데, 이 경우 배리어구조가 광경화층과 알루미늄 확산방지층을 포함한다.
또, 제1 소자는 박막 리튬배터리와, 측면 경계를 이루고 배터리를 덮는 제1 물리구조층을 포함하기도 한다.
또, 제1 배리어층은 알루미늄, 금, 구리, 철, 이들의 화합물과 같은 금속을 포함한다. 제1 배리어층은 알루미늄이나 세라믹을 포함하고, 측면경계를 이룬다. 경우에 따라, 제1 소자는 박막 리튬배터리를 포함하고, 제1 배리어층은 측면경계를 이루면서 배터리를 덮는 기체배리어층을 포함한다. 제1 배리어층은 광경화성이고, 회로배선 기능을 가지며, 기체투과율이 낮은 재료를 포함한다.
배리어구조는 제1 배리어층을 덮는 제2 물리구조층과, 제2 물리구조층을 덮는 제2 배리어층을 더 포함하기도 한다. 이 경우, 제1 물리구조층은 포토레지스트를, 제1 배리어층은 알루미늄을, 제2 물리구조층은 포토레지스트를, 그리고 제2 배리어층은 알루미늄을 포함한다. 제2 물리구조층은 광경화되는 측면 경계를 갖는다. 제1, 제2 배리어층들은 커패시터로서 회로에 연결된다. 경우에 따라서는, 여러개의 층들이 교대로 배치되면서 리튬배터리를 갖는 전기회로에 연결되기도 하며, 층상 배터리 구조로 밀봉된 제1 소자가 리튬배터리를 포함한다. 이들 다수의 층들중 몇개는 서로 연결되어 전기회로의 수동소자를 구성하고, 전기회로의 일부분을 이룬다.
제2 소자가 기판에 부착되어 층상 배리어구조로 덮이기도 하는데, 이 배리어구조는 다수의 층들이 서로 연결되어 수동 전기회로의 수동소자를 이루고, 또한 전기회로의 일부를 이룬다.
제1 물리구조층은 포토레지스트이다. 이 소자는 박막 리튬배터리를 포함하고, 제1 물리구조층은 포토리소그래피를 이용해 측면이 제한되면서도 배터리를 덮는다. 제1 배리어층은 회로배선층으로서, 제1 물리구조층을 덮는 금속으로 이루어진다. 한편, 층상의 배리어구조는 제1 배리어 금속층을 덮는 제2 포토레지스트층과, 제2 포토레지스트층을 덮는 제2 금속층을 더 포함하고, 제1, 제2 금속층들은 커패시터로서 소자의 회로에 연결된다.
본 발명의 장치는 기판, 기판에 부착된 제1 소자, 및 소자의 표면을 구성하 는 수단을 포함해 제1 소자를 밀봉하는 수단으로 포함하는데, 소자의 표면을 구성하는 수단은 측면 경계를 이룬다. 또, 이 장치는 소자의 표면을 구성하는 수단에 증착되는 기체차단수단을 더 포함한다.
상기 물리적 표면구성수단의 측면경계는 광경화성 포토레지스트로 이루어지고, 기체차단수단은 알루미늄이다.
물리적 표면구성수단은 유기폴리머, 유리, 반고체 물질층이고, 그 측면경계는 광경화성이며, 기판에 부착된 제1 소자는 기판에 증착된 후속층들을 갖는 박막 리튬배터리를 포함하며, 표면구성수단은 광경화되어 이 배터리를 덮는다.
기체차단수단은 알루미늄 등의 금속이나 세라믹을 포함한다.
본 발명은 또한 제1 소자를 기판에 부착하고, 제1 소자를 밀봉하는 층상 배리어구조를 형성하는 방법을 제공하기도 하는데, 배리어구조의 형성시, 측면경계를 갖는 제1 물리구조층을 증착한 다음 제1 배리어층을 증착한다.
이 방법은 제1 물리구조층의 측면 경계를 광경화하는 단계를 포함한다.
제1 물리구조층을 증착할 때 포토레지스트를 증착한 다음, 제1 배리어층을 증착한다.
제1 물리구조층을 증착할 때, 유기폴리머, 유리, 반고체 물질의 층을 증착한다.
이 방법은 제1 물리구조층의 측면경계를 광경화하는 단계를 더 포함하는데, 제1 소자가 증착된 기판을 공급할 때 기판상에 층들을 연속 증착하여 박막 리튬배터리를 증착하고, 제1 물리구조층을 광경화하여 배터리를 덮는다.
또, 제1 배리어층을 증착할 때 알루미늄 등의 금속이나, 세라믹을 증착한다. 제1 층상 배리어구조를 형성할 때 제1 배리어층의 측면경계를 형성하기도 한다. 또, 제1 소자가 부착된 기판을 제공할 때 기판상에 연속적인 층형태로 박막 리튬배터리를 증착하고, 제1 배리어층을 증착할 때 측면으로 경계를 이루면서 배터리를 덮는 기체 배리어층을 증착한다.
한편, 제1 배리어층을 광경화하는 단계를 더 포함하기도 하는데, 이런 광경화시 회로배선기능을 형성한다. 배리어층을 증착할 때 기체투과율이 낮은 물질을 증착한다. 제1 층상 배리어구조를 형성할 때 제1 배리어층에 제2 물리구조층을 증착하고, 제2 물리구조층에 제2 배리어층을 증착한다. 제1 물리구조층의 증착시 포토레지스트를, 제1 배리어층의 증착시 알루미늄을, 제2 물리구조층의 증착시 포토레지스트를, 제2 배리어층 증착시 알루미늄을 증착한다. 제2 물리구조층의 측면경계를 광경화하기도 한다.
또, 제1, 제2 배리어층들을 연결해 회로에 연결된 커패시터를 형성하고, 물리구조층과 배리어층을 다수개 교대로 증착하되, 이들 층의 측면경계를 규정한다. 이런 층들을 리튬배터리를 갖는 전기회로에 연결하고, 제1 층상 배터리구조의 형성시 리튬배터리를 밀봉한다. 또, 이들 층을 증착할 때 이들 층들을 서로 연결하여 전기회로의 수동소자를 형성하고, 제1 소자도 전기회로의 일부를 형성한다.
또, 본 발명의 방법은, 기판에 제2 소자를 부착하는 단계; 제1 층상 배리어구조로 제2 소자를 덮는 단계; 및 제1 층상 배리어구조의 다수의 층들을 연결해 전기회로의 수동소자를 형성하고, 제1, 제2 소자들을 연결해 전기회로의 일부를 이루 는 단계를 더 포함하기도 한다.
또, 제1 물리구조층을 증착할 때 포토레지스트를 증착하기도 한다. 제1 소자가 박막 리튬배터리를 포함하고, 포토리소그래피를 이용해 제1 물리구조 포토레지스트층의 측면경계를 형성하되 배터리를 덮도록 한다. 또, 제1 배리어층이 회로배선층을 이루기도 한다.
제1 배리어층을 증착할 때 제1 물리구조 포토레지스트층에 금속을 증착한다.
제1 층상 배리어구조를 형성할 때 제1 배리어 금속층에 제2 포토레지스트층을, 그리고 제2 포토레지스트층에 제2 금속층을 증착하고, 이들 금속층을 커패시터로서 소자의 회로에 연결하기도 한다.
또, 제1 소자가 배터리를 포함하고, 배터리에 회로를 연결하며, 이 회로는 프로세서, 메모리,입력장치 및 출력장치를 포함하기도 하고, 안테나를 더 포함하기도 한다.
또, 본 발명의 방법은 제1 층상 배리어구조로부터 소자의 반대쪽에 광경화 배리어층을 증착하는 단계를 더 포함하는데, 이 경우 소자와 기판 사이에 광경화 배리어층을 배치하되, 광경화 배리어층을 기판이나 소자에 증착한다.
또, 제1 층상 배리어구조를 형성할 때 제1 배리어층의 측면경계를 에칭하거나, 제1 배리어층을 증착하는 도중에 제1 배리어층의 측면경계를 마스킹한다.

Claims (76)

  1. 기판;
    기판에 부착된 제1 소자; 및
    제1 소자를 밀봉하고, 측면 경계를 갖는 제1 물리구조층과, 제1 배리어층을 갖는 층상 배리어구조;를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 제1 물리구조층의 측면경계가 광경화되는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제1항에 있어서, 제1 물리구조층이 포토레지스트이과 제1 배리어층이 알루미늄인 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제1항에 있어서, 제1 소자와 기판 사이에 기판배리어 구조를 더 구비한 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 기판배리어 구조가 광경화층을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 기판배리어 구조가 알루미늄 확산방지층을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 소자가 박막 리튬배터리를 포함하고, 제1 물리구조층은 측면으로 경계를 이루면서 배터리를 덮는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제1항에 있어서, 제1 배리어층이 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제1항에 있어서, 제1 배리어층이 알루미늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제1항에 있어서, 제1 배리어층이 세라믹을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제1항에 있어서, 제1 배리어층이 측면경계를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1 소자가 박막 리튬배터리를 포함하고, 제1 배리어층은 측면으로 경계를 이루면서 배터리를 덮는 기체배리어층을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제11항에 있어서, 제1 배리어층이 광경화성인 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제13항에 있어서, 제1 배리어층이 회로배선기능을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제1항에 있어서, 배리어층의 기체투과율이 낮은 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제1항에 있어서, 층상 배리어구조가 제1 배리어층을 덮는 제2 물리구조층과, 제2 물리구조층을 덮는 제2 배리어층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제16항에 있어서, 제1 물리구조층은 포토레지스트를, 제1 배리어층은 알루미늄을, 제2 물리구조층은 포토레지스트를, 제2 배리어층은 알루미늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제17항에 있어서, 제2 물질구조층의 측면경계가 광경화성인 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제17항에 있어서, 제1 배리어층과 제2 배리어층이 커패시터로서 회로에 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제16항에 있어서, 측면경계를 이루는 배리어층과 물리구조층이 여러개 교대 로 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 교대로 배치된 다수의 층들이 리튬배터리를 포함한 전기회로에 연결되고, 층상 배터리구조로 밀봉되는 제1 소자가 리튬배터리를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 제20항에 있어서, 상기 층들이 서로 연결되어 전기회로의 수동소자를 형성하고, 상기 제1 소자 역시 전기회로의 일부를 이루는 것을 특징으로 하는 장치.
  23. 제1항에 있어서, 기판에 부착되어 층상 배리어 구조로 덮이는 제2 소자를 더 포함하고, 층상 배리어구조가 다수의 교대로 배치되는 층들을 포함하며, 이들 층은 서로 연결되어 전기회로의 수동소자를 형성하고, 상기 제1, 제2 소자들 역시 전기회로의 일부를 이루는 것을 특징으로 하는 장치.
  24. 제1항에 있어서, 제1 물리구조층이 포토레지스트인 것을 특징으로 하는 장치.
  25. 제24항에 있어서, 상기 소자가 박막 리튬배터리를 포함하고, 제1 물리구조 포토레지스트층은 포토리소그래피를 이용해 측면으로 제한되어 배터리를 덮는 것을 특징으로 하는 장치.
  26. 제25항에 있어서, 제1 배리어층이 회로배선층을 이루는 것을 특징으로 하는 장치.
  27. 제24항에 있어서, 제1 배리어층이 제1 물리구조 포토레지스트층을 덮는 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  28. 제27항에 있어서, 층상 배리어구조가 제1 배리어 금속층을 덮는 제2 포토레지스트층과 제2 포토레지스트층을 덮는 제2 금속층을 포함하고, 이들 제1, 제2 금속층들은 커패시터로서 소자의 회로에 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
  29. 제1항에 있어서, 상기 소자가 배터리를 포함하고, 이 배터리에 연결된 회로를 더 포함하며, 이 회로는 프로세서, 메모리 입력장치 및 출력장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  30. 제1항에 있어서, 회로가 안테나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  31. 기판;
    기판에 부착된 제1 소자; 및
    제1 소자를 밀봉하는 수단;을 포함하고,
    상기 밀봉수단은 소자의 표면을 물리적으로 구성하면서 측면경계를 갖는 수단과, 이 수단에 증착되는 기체차단수단을 구비한 것을 특징으로 하는 장치.
  32. 제31항에 있어서, 상기 표면구성수단의 측면경계가 광경화되는 것을 특징으로 하는 장치.
  33. 제31항에 있어서, 상기 표면구성수단이 포토레지스트를 포함하고, 상기 기체차단수단이 알루미늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  34. 제31항에 있어서, 상기 표면구성수단이 유기폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  35. 제31항에 있어서, 상기 표면구성수단이 유리를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  36. 제31항에 있어서, 상기 표면구성수단이 반고체층을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  37. 제31항에 있어서, 상기 표면구성수단의 측면경계가 광경화되고, 기판에 부착된 제1 소자는 기판에 층들을 연속 증착한 박막 리튬배터리를 포함하며, 상기 표면 구성수단이 광경화되면서 배터리를 덮는 것을 특징으로 하는 장치.
  38. 제31항에 있어서, 상기 기체차단수단이 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  39. 제31항에 있어서, 상기 기체차단수단이 알루미늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  40. 제31항에 있어서, 상기 기체차단수단이 세라믹을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  41. 제1 소자가 부착된 기판을 제공하는 단계; 및
    제1 소자를 밀봉하는 제1 층상 배리어구조를 형성하는 단계;를 포함하고,
    제1 층상 배리어구조 형성 단계에서, 측면경계를 갖는 제1 물리구조층을 부착한 다음 제1 배리어층을 부착하는 것을 특징으로 하는 방법.
  42. 제41항에 있어서, 제1 물리구조층의 측면경계를 광경화하는 것을 특징으로 하는 방법.
  43. 제41항에 있어서, 제1 물리구조층을 증착할 때 포토레지스트를 증착하고, 제 1 배리어층을 증착할 때 알루미늄을 증착하는 것을 특징으로 하는 방법.
  44. 제41항에 있어서, 제1 물리구조층을 증착할 때 유기폴리머를 증착하는 것을 특징으로 하는 방법.
  45. 제41항에 있어서, 제1 물리구조층을 증착할 때 유리를 증착하는 것을 특징으로 하는 방법.
  46. 제41항에 있어서, 제1 물리구조층을 증착할 때 반고체층을 증착하는 것을 특징으로 하는 방법.
  47. 제41항에 있어서, 제1 물리구조층의 측면경계를 광경화하고, 제1 소자가 부착된 기판을 제공할 때 기판상에 연속적인 층 형태로 박막 리튬배터리를 증착하고, 제1 물리구조층을 광경화하여 이 배터리를 덮는 것을 특징으로 하는 방법.
  48. 제41항에 있어서, 제1 배리어층을 증착할 때 금속을 증착하는 것을 특징으로 하는 방법.
  49. 제41항에 있어서, 제1 배리어층을 증착할 때 알루미늄을 증착하는 것을 특징으로 하는 방법.
  50. 제41항에 있어서, 제1 배리어층을 증착할 때 세라믹을 증착하는 것을 특징으로 하는 방법.
  51. 제41항에 있어서, 제1 층상 배리어구조를 형성할 때 제1 배리어층의 측면경계를 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  52. 제51항에 있어서, 제1 소자가 부착된 기판을 제공할 때 기판상에 연속적인 층형태로 박막 리튬배터리를 증착하고, 제1 배리어층을 증착할 때 측면으로 경계를 이루면서 배터리를 덮는 기체 배리어층을 증착하는 것을 특징으로 하는 방법.
  53. 제41항에 있어서, 제1 배리어층을 광경화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  54. 제53항에 있어서, 상기 광경화시 회로배선기능을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  55. 제41항에 있어서, 배리어층을 증착할 때 기체투과율이 낮은 물질을 증착하는 것을 특징으로 하는 방법.
  56. 제41항에 있어서, 제1 층상 배리어구조를 형성할 때 제1 배리어층에 제2 물리구조층을 증착하고, 제2 물리구조층에 제2 배리어층을 증착하는 것을 특징으로 하는 방법.
  57. 제56항에 있어서, 제1 물리구조층의 증착시 포토레지스트를, 제1 배리어층의 증착시 알루미늄을, 제2 물리구조층의 증착시 포토레지스트를, 제2 배리어층 증착시 알루미늄을 증착하는 것을 특징으로 하는 방법.
  58. 제57항에 있어서, 제2 물리구조층의 측면경계를 광경화하는 것을 특징으로 하는 방법.
  59. 제57항에 있어서, 제1, 제2 배리어층들을 연결해 회로에 연결된 커패시터를 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  60. 제46항에 있어서, 물리구조층과 배리어층을 다수개 교대로 증착하되, 이들 층의 측면경계를 규정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  61. 제60항에 있어서, 상기 층들을 리튬배터리를 갖는 전기회로에 연결하고, 제1 층상 배터리구조의 형성시 리튬배터리를 밀봉하는 것을 특징으로 하는 방법.
  62. 제60항에 있어서, 상기 층들을 증착할 때 이들 층들을 서로 연결하여 전기회로의 수동소자를 형성하고, 상기 제1 소자도 전기회로의 일부를 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  63. 제61항에 있어서,
    기판에 제2 소자를 부착하는 단계;
    제1 층상 배리어구조로 제2 소자를 덮는 단계; 및
    제1 층상 배리어구조의 다수의 층들을 연결해 전기회로의 수동소자를 형성하고, 제1, 제2 소자들을 연결해 전기회로의 일부를 이루는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  64. 제61항에 있어서, 제1 물리구조층을 증착할 때 포토레지스트를 증착하는 것을 특징으로 하는 방법.
  65. 제64항에 있어서, 상기 제1 소자가 박막 리튬배터리를 포함하고, 포토리소그래피를 이용해 제1 물리구조 포토레지스트층의 측면경계를 형성하되 배터리를 덮는 것을 특징으로 하는 방법.
  66. 제65항에 있어서, 제1 배리어층이 회로배선층을 이루도록 하는 것을 특징으로 하는 방법.
  67. 제64항에 있어서, 제1 배리어층을 증착할 때 제1 물리구조 포토레지스트층에 금속을 증착하는 것을 특징으로 하는 방법.
  68. 제67항에 있어서, 제1 층상 배리어구조를 형성할 때 제1 배리어 금속층에 제2 포토레지스트층을, 그리고 제2 포토레지스트층에 제2 금속층을 증착하고, 이들 금속층을 커패시터로서 소자의 회로에 연결하는 것을 특징으로 하는 방법.
  69. 제41항에 있어서, 상기 소자가 배터리를 포함하고, 배터리에 회로를 연결하며, 이 회로는 프로세서, 메모리,입력장치 및 출력장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  70. 제41항에 있어서, 상기 회로가 안테나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  71. 제41항에 있어서, 제1 층상 배리어구조로부터 소자의 반대쪽에 광경화 배리어층을 증착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  72. 제71항에 있어서, 소자와 기판 사이에 광경화 배리어층을 배치하는 것을 특징으로 하는 방법.
  73. 제71항에 있어서, 광경화 배리어층을 기판에 증착하는 것을 특징으로 하는 방법.
  74. 제71항에 있어서, 광경화 배리어층을 소자에 증착하는 것을 특징으로 하는 방법.
  75. 제41항에 있어서, 제1 층상 배리어구조를 형성할 때 제1 배리어층의 측면경계를 에칭하는 것을 특징으로 하는 방법.
  76. 제41항에 있어서, 제1 층상 배리어구조를 형성함에 있어서 제1 배리어층을 증착하는 도중에 제1 배리어층의 측면경계를 마스킹하는 것을 특징으로 하는 방법.
KR1020067016634A 2004-01-06 2005-01-06 층상 배리어구조와 그 형성방법 KR20070024473A (ko)

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