具有用于激光圖案化的集成光熱阻擋層的薄膜結(jié)構(gòu)和裝置制造方法
【專利摘要】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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)堆疊中來實(shí)現(xiàn)的。光阻擋層是吸收或反射穿透介電層/半導(dǎo)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(kuò)散系數(shù)的導(dǎo)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(dá)不到熔化溫度Tm，或在一些實(shí)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(dá)不到(Tm)/3。
【專利說明】具有用于激光圖案化的集成光熱阻擋層的薄膜結(jié)構(gòu)和裝置
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]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(quán)益，通過引用將該申請全部并入本文。
[0003]本發(fā)明是根據(jù)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(fā)明中具有某些權(quán)利。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0004]本發(fā)明的實(shí)施方式涉及薄膜結(jié)構(gòu)和裝置的無掩模制造工藝，尤其涉及用于改進(jìn)激光圖案化的包括光熱阻擋層的結(jié)構(gòu)和裝置。
【背景技術(shù)】
[0005]用于諸如薄膜電池(thinfilm battery, TFB)、電致變色(electrochromic, EC)裝置、太陽能電池等的薄膜結(jié)構(gòu)和裝置的激光工藝是用于從基板前側(cè)(薄膜側(cè))選擇性地?zé)g/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(dǎo)體/電介質(zhì)，由于金屬的高熱擴(kuò)散系數(shù)，熱量很容易地從半導(dǎo)體/電介質(zhì)傳遞到下層金屬。參見作為熱區(qū)域105的估計程度的說明的圖1，其中可能發(fā)生由固定激光束101造成的激光燒蝕損傷一熱區(qū)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(qū)域105之內(nèi)——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(dǎo)體/電介質(zhì)102和進(jìn)入金屬103，所述部分激光可由金屬吸收并且進(jìn)一步增加金屬的溫度。下層金屬的溫度可在半導(dǎo)體/電介質(zhì)的激光燒蝕期間達(dá)到所述下層金屬的汽化點(diǎn)，這可導(dǎo)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(cè)的激光燒蝕從導(dǎo)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(zhì)(例如，LiPON) 204、陽極(例如，L1、S1-Li及其他夾層氧化物(intercalated oxide) ) 205、陽極集電器(anode current collector, ACC)和保護(hù)涂層207。然而,在TFB的激光直接圖案化期間，當(dāng)電解質(zhì)(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I微米的Ti/Au)可達(dá)到高達(dá)集電器層的汽化點(diǎn)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。
[0006]明顯地，存在對于TFB、EC和類似結(jié)構(gòu)和裝置的激光直接圖案化的改進(jìn)方法的需要，所述方法不損害薄膜結(jié)構(gòu)和裝置的剩余層的功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]通常，本發(fā)明涉及薄膜結(jié)構(gòu)和裝置的無掩模激光直接圖案化，所述薄膜結(jié)構(gòu)和裝置諸如太陽能電池、電致變色裝置和TFB，在所述直接圖案化中，燒蝕需要以高選擇性在指定層處停止并且不影響下層，例如TFB的金屬電接觸層。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，通過激光直接圖案化選擇性除去指定層是通過將光熱阻擋層包括在待由燒蝕除去的指定層正下方的裝置/結(jié)構(gòu)堆疊中來實(shí)現(xiàn)的。(此處“在……下方”是通過激光束的方向來定義的——激光束在首次穿過指定層之后到達(dá)阻擋層。)光阻擋層可以是具有高熔點(diǎn)并且具有足夠厚度的金屬層，以吸收和/或反射穿透指定層的所有激光，并且熱阻擋層可以是具有足夠低的熱擴(kuò)散系數(shù)的導(dǎo)電層，以確保來自激光的大部分熱量被包含在待除去的層中。光熱阻擋層的厚度和熱阻擋層的熱擴(kuò)散系數(shù)可被指定以確保下層的溫度在激光燒蝕工藝期間被保持低于所述下層的熔點(diǎn)Tm。此外，光熱阻擋層的厚度和熱阻擋層的熱擴(kuò)散系數(shù)可被指定以確保下層溫度在激光燒蝕工藝期間被保持低于再結(jié)晶溫度——對于金屬通常是(Tm)/3。在不影響/損壞下層金屬層的情況下，可在金屬層與電介質(zhì)或半導(dǎo)體層之間，或甚至在不同金屬層之間實(shí)現(xiàn)選擇性，只要光熱阻擋層被并入在所述金屬層與電介質(zhì)或半導(dǎo)體層之間。在一些實(shí)施方式中，光熱阻擋層可以是單層。在其他實(shí)施方式中，光阻擋層和熱阻擋層在堆疊中的次序可顛倒。此外，激光照射可來自基板上方或基板下方一在后一種情況下，激光在到達(dá)待燒蝕/除去的裝置層之前穿過基板。 [0008]根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，通過激光束與激光直接圖案化兼容用于選擇性除去介電層和/或半導(dǎo)體層的薄膜裝置可包含:基板；第一裝置層，所述第一裝置層覆蓋所述基板；第一熱阻擋層，所述第一熱阻擋層覆蓋所述第一裝置層；第一光阻擋層，所述第一光阻擋層覆蓋所述第一熱阻擋層；和第二裝置層，所述第二裝置層覆蓋所述第一光阻擋層；其中所述第一光阻擋層是吸收或反射到達(dá)所述第一光阻擋層的一部分激光能量的金屬層，并且所述第一熱阻擋層是具有熱擴(kuò)散系數(shù)D的導(dǎo)電層，所述熱擴(kuò)散系數(shù)D足夠低以減少流過所述第一熱阻擋層的熱量，使得相鄰裝置層的溫度在激光直接圖案化期間超過所述相鄰裝置層的熔化溫度Tm。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施方式，通過激光束激光直接圖案化薄膜裝置用于選擇性除去介電層和/或半導(dǎo)體層的方法可包含:提供如上所述的薄膜裝置；和激光直接圖案化所述薄膜裝置，所述激光束除去所述第二裝置層的激光照射部分，其中所述激光束在到達(dá)所述第一光阻擋層之前穿過所述第二裝置層。替代地，或另外地，激光直接圖案化可除去所述第一裝置層的激光照射部分，其中所述激光束在到達(dá)所述第一熱阻擋層之前穿過所述第一裝置層。
[0010]本文描述了根據(jù)本發(fā)明的選擇性激光圖案化工具，和包括所述選擇性激光圖案化工具的設(shè)備。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]在結(jié)合附圖閱讀本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】的以下描述之后，本發(fā)明的這些及其他方面和特征對于本領(lǐng)域的那些技術(shù)人員將是顯而易見的，在所述附圖中:
[0012]圖1是在激光圖案化工藝期間暴露于激光束的分層結(jié)構(gòu)(layered structure)的截面圖；
[0013]圖2是薄膜電池(TFB)的截面圖；
[0014]圖3是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的在激光圖案化工藝期間具有暴露于激光束的光阻擋層和熱阻擋層的分層結(jié)構(gòu)的截面圖；[0015]圖4是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的具有光阻擋層和熱阻擋層的薄膜電池(TFB)的截面圖；
[0016]圖5是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的具有兩個光阻擋層和兩個熱阻擋層的薄膜電池(TFB)的截面圖；
[0017]圖6是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的具有光阻擋層和熱阻擋層的薄膜電池(TFB)和通過基板入射到TFB結(jié)構(gòu)上的激光束的截面圖；
[0018]圖7是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的選擇性激光圖案化工具的示意圖；
[0019]圖8是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的用于TFB制造的薄膜沉積群集工具的示意圖；
[0020]圖9是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的具有用于TFB制造的多個串聯(lián)(in-line)工具的薄膜沉積系統(tǒng)的代表圖；和
[0021]圖10是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的用于TFB制造的串聯(lián)沉積工具的代表圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0022]現(xiàn)在將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方式，所述實(shí)施方式提供作為本發(fā)明的說明性實(shí)例，以便使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明。顯著地，以下附圖和實(shí)例并不意味著將本發(fā)明的范圍限于單個實(shí)施方式，而是其他實(shí)施方式經(jīng)由互換一些或所有所描述或圖示的元件也是可能的。此外，在本發(fā)明的某些元件可使用已知部件部分地或完全地實(shí)施的情況下，將只對所述已知部件中為理解本發(fā)明所必須的那些部分進(jìn)行描述，并且將省略對所述已知部件的其他部分的詳細(xì)描述以免模糊本發(fā)明。在本說明書中，不應(yīng)將圖示單個部件的實(shí)施方式視為限制；更確切些，本發(fā)明意在涵蓋包括多個相同部件的其他實(shí)施方式，并且反之亦然，除非在本文中另外明確說明。此外， 申請人:不希望本說明書或要求保護(hù)的范圍中的任何術(shù)語被歸屬于罕見的或特殊的含義，除非照此做出明確闡述。進(jìn)一步，本發(fā)明涵蓋通過舉例說明在本文中提及的已知部件的現(xiàn)在和將來的已知等同物。
[0023] 通常，本發(fā)明涉及薄膜結(jié)構(gòu)和裝置的無掩模激光直接圖案化，所述薄膜結(jié)構(gòu)和裝置諸如太陽能電池、電致變色裝置和TFB，在所述直接圖案化中，燒蝕需要以高選擇性在指定層處停止并且不影響下層，例如TFB的金屬電接觸層。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，通過激光直接圖案化選擇性除去指定層是通過將光熱阻擋層包括在待由燒蝕除去的指定層正下方的裝置/結(jié)構(gòu)堆疊中來實(shí)現(xiàn)的。(此處“在……下方”是通過激光束的方向來定義的——激光束在首次穿過指定層之后到達(dá)阻擋層。參見其中光阻擋層310和熱阻擋層320被集成到裝置堆疊中的圖3。)光阻擋層可以是具有高熔化溫度和足夠厚度的金屬層，以吸收和/或反射穿透指定層的所有激光；此外，光阻擋層可具有鏡狀表面或可具有粗糙表面。熱阻擋層可以是具有足夠低的熱擴(kuò)散系數(shù)的層，以確保來自激光的大部分熱量被包含在介電層/半導(dǎo)體層中。光熱阻擋層的厚度和熱阻擋層的熱擴(kuò)散系數(shù)可被指定以確保下層的溫度在激光燒蝕工藝期間被保持低于所述下層的熔點(diǎn)Tm。此外，光熱阻擋層的厚度和熱阻擋層的熱擴(kuò)散系數(shù)可被指定以確保下層溫度在激光燒蝕工藝期間被保持低于再結(jié)晶溫度——對于金屬通常是(Tm)/3。在不影響/損壞下層金屬層的情況下，可在金屬層與電介質(zhì)或半導(dǎo)體層之間，或甚至在不同金屬層之間實(shí)現(xiàn)選擇性，只要光熱阻擋層被并入在所述金屬層與電介質(zhì)或半導(dǎo)體層之間。圖3和圖1的比較說明用于阻止熱區(qū)域305延伸到金屬層103中的熱阻擋層320的功能。圖3中的等溫線306表明在熱阻擋層320中的裝置堆疊之內(nèi)的較高溫度梯度；所述等溫線并不是計算或測量獲得的，而是基于所觀察到的激光損傷的程度而估計的。在一些實(shí)施方式中，光熱阻擋層可以是單層——例如單層熱電金屬材料。在其他實(shí)施方式中，光阻擋層和熱阻擋層在堆疊中的次序可顛倒。光熱阻擋層可被集成到堆疊中，同時避免將應(yīng)力或表面形態(tài)問題引入到堆疊中。在一些實(shí)施方式中，為了裝置的功能性，光阻擋層和熱阻擋層兩者必須都是導(dǎo)電的——例如在TFB中，當(dāng)光阻擋層和熱阻擋層用在裝置堆疊中的CCC的正上方時。
[0024]圖4提供將光阻擋層410和熱阻擋層420并入到TFB中用于在激光圖案化期間保護(hù)陰極集電器的實(shí)例。激光阻擋層410吸收和/或反射穿過層堆疊的所有或大部分激光，所述層堆疊包括以下之一或更多:保護(hù)涂層207、陽極集電器(ACC) 206、陽極205、電解質(zhì)204和陰極203，并且熱阻擋層320限制在堆疊中產(chǎn)生的熱量在堆疊的激光處理期間擴(kuò)散到陰極集電器(CCC)202。光熱阻擋層的材料性質(zhì)和厚度被選擇以保持陰極集電器的溫度低于Tm以避免CCC的熔化，并且在一些實(shí)施方式中，被選擇以保持陰極集電器的溫度低于再結(jié)晶溫度，對于金屬大約是(Tm)/3，以避免CCC在堆疊的激光燒蝕期間再結(jié)晶。此外，當(dāng)與處理沒有光熱阻擋層的TFB相比時，由于堆疊中的熱量含量(concentration of heat)更大,所以激光燒蝕工藝的效率增加。
[0025]在圖4的TFB的實(shí)例中，光阻擋層410可以是非常薄的金屬層，例如厚度小于100 A的金膜所述金屬層可吸收和/或反射穿透堆疊的半導(dǎo)體/電介質(zhì)的激光。熱阻擋層420可以是薄的(對于納秒(nano-second)激光通常大于1000 A,并且對于皮秒
(pico-second)激光通常大于100 A)但具有極低的熱擴(kuò)散系數(shù)的導(dǎo)電層，例如，熱擴(kuò)散系數(shù)為1.2xl0_2cm2/s的ITO(氧化銦錫)和熱擴(kuò)散系數(shù)為6.4xl0_2cm2/s的鈦。應(yīng)注意，熱阻擋層的熱擴(kuò)散系數(shù)通常小于0.1cmVs并且熱阻擋層的厚度通常接近于或大于擴(kuò)散長度——擴(kuò)散長度是由V (Dt)給定的，其中τ是激光脈沖持續(xù)時間并且D是材料的熱擴(kuò)散系數(shù)。光熱阻擋層可被結(jié)合成一層，只要該層足夠厚以吸收沒有被反射的大部分激光并且熱擴(kuò)散系數(shù)足夠低以保持CCC的溫度低于Tm，并且在一些實(shí)施方式中低于(Tm)/3。例如，當(dāng)皮秒激光被用于激光圖案化時，100 A厚的鈦膜可用于光熱阻擋層二者。
[0026]在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，可將多對光熱阻擋層并入結(jié)構(gòu)或裝置堆疊中。圖5圖示將兩對光熱阻擋層并入TFB堆疊中的實(shí)例。光阻擋層511和熱阻擋層512可用于在激光圖案化保護(hù)涂層207時保護(hù)半導(dǎo)體/電介質(zhì)堆疊(層203、204、205和206)，而光阻擋層510和熱阻擋層520可用于在激光圖案化半導(dǎo)體/電介質(zhì)堆疊時保護(hù)CCC202。光熱阻擋層可被置于TFB的其他層之間，盡管如果所述光熱阻擋層被置于具有高導(dǎo)熱性的陰極與電解質(zhì)之間或置于具有高導(dǎo)熱性的電解質(zhì)與陽極之間，可能有對于匹配某些材料性質(zhì)的進(jìn)一步要求。應(yīng)注意，當(dāng)使用多于一對光熱阻擋層時，每一對光熱阻擋層可用于產(chǎn)生不同的圖案。
[0027]在具有光熱阻擋層的本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施方式中，對于TFB可能需要通過基板的
沖模圖案化(die patterning),如圖6所示。激光601是從基板的背面使用-換句話說，
激光在到達(dá)待除去的層之前先穿過基板——這需要具有適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)性質(zhì)(在激光波長下的低吸收)的基板。例如，紅外線IR(infrared，紅外)激光可用于硅基板，或者如果基板是玻璃，那么UV-VIS (ultraviolet-visible,紫外-可見)激光可用于從基板側(cè)沖模圖案化?！吧蠈印钡某ナ且环N“爆炸(explosion)”工藝，所述工藝在“上”層的熔化之前發(fā)生；該“爆炸”工藝僅需要少量的激光通量(fluence)，例如，對于在玻璃基板上的典型TFB堆疊，激光通量為小于lj/cm2。在圖6所示的堆疊中，在CCC202中的來自激光的熱量可能足以使CCC熔化并且汽化，爆炸性地除去來自基板和裝置的CCC上方的層堆疊(所述堆疊可包括層203、204、205、206和207，以及光阻擋層610和熱阻擋層620)。應(yīng)注意，對于該“爆炸”工藝，光熱阻擋層并不總是需要的，但是在熱阻擋層將熱量集中在熱阻擋層下方的層(在該實(shí)例中為CCC)中的情況下，光熱阻擋層可有幫助。應(yīng)注意，除非采取預(yù)防措施，否則“爆炸”工藝產(chǎn)生可能再沉積在裝置上的顆粒(particulate)和熔融材料。然而，可開發(fā)集成方案以減輕潛在的再沉積問題。
[0028]此外，本發(fā)明的一些實(shí)施方式包括使用單對光熱阻擋層以從堆疊頂部和通過基板兩者由直接激光圖案化產(chǎn)生兩個不同圖案——通過基板的圖案化用于界定基板上的分離裝置，和從堆疊頂部的圖案化用于圖案化光熱阻擋層上方的堆疊。可能需要不同激光以產(chǎn)生兩種圖案。
[0029]使用激光從基板區(qū)域完全除去層堆疊的方法(其中激光在到達(dá)待除去的層之前穿過基板，并且其中堆疊包括在基板之上的第一層、在第一層之上的熱阻擋層、和在熱阻擋層之上的光阻擋層)可包括:使用激光束從基板背側(cè)照射層堆疊區(qū)域，激光束通過基板穿透第一層，其中第一層被燒蝕并且將第一層上方的整個堆疊從激光已通過的基板表面吹除。光阻擋層是吸收或反射穿透基板和第一層的第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(kuò)散系數(shù)的導(dǎo)電層，以確保在基板之上的第一層的溫度超過所述第一層的熔化溫度。
[0030]傳統(tǒng)激光劃線或激光投影技術(shù)可用于本發(fā)明的選擇性激光圖案化工藝。激光的數(shù)目可以是:一個，例如具有皮秒脈沖寬度的UV/VIS激光(由激光通量/劑量控制選擇性)；兩個，例如UV/VIS和IR納秒和皮秒激光的組合(由激光波長/通量/劑量控制選擇性);或多個(由激光波長/通量/劑量控制選擇性)。激光劃線系統(tǒng)的掃描方法可以是通過電流計的工作臺(stage)運(yùn)動、光束運(yùn)動或所述運(yùn)動兩者。激光劃線系統(tǒng)的激光光斑(spot)大小的直徑可從100微米調(diào)整到1cm。在基板處對于激光投影系統(tǒng)的激光面積可以是5mm2或更大。此外，可以使用其他激光類型和配置。
[0031]圖7是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的選擇性激光圖案化工具700的示意圖。工具700包括用于在基板704上圖案化裝置703的激光701。此外，還圖示用于通過基板704圖案化的激光702，盡管激光701可用于通過基板704圖案化(如果基板被翻轉(zhuǎn))。提供用于保持和/或移動基板704的基板保持器/工作臺705。工作臺705可具有孔以容納通過基板圖案化的激光。工具700可被配置用于在激光燒蝕期間固定的基板，或移動的基板——激光701/702也可為固定的或可移動的；在一些實(shí)施方式中，基板和激光兩者可以是可移動的，在此情況下，該移動是通過控制系統(tǒng)調(diào)整的。工具700的獨(dú)立版本(stand-alone version)被圖示在圖7中，所述工具包括SMF并且還包括手套箱和前腔室。圖7所示的實(shí)施方式為根據(jù)本發(fā)明的工具的一個實(shí)例——可以設(shè)想該工具的許多其他配置，例如，手套箱在無鋰的TFB的情況下可能并非必要。此外，工具700可位于具有適當(dāng)環(huán)境的室中，所述室類似于如在鋰箔制造中使用的干燥室。
[0032]圖8是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的用于制造TFB裝置的處理系統(tǒng)800的示意圖。處理系統(tǒng)800包括連接到群集工具的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口(standard mechanicalinterface, SMIF),所述群集工具裝備有反應(yīng)等離子體清潔(reactive plasma clean, RPC)腔室和處理腔室C1-C4，所述群集工具可在如上所述的工藝步驟中使用。也可將手套箱附接到群集工具。手套箱可將基板存儲在惰性環(huán)境(例如，在諸如He、Ne或Ar的惰性氣體下)中，這在堿金屬/堿土金屬沉積之后很有用。如果需要，也可使用連接到手套箱的前腔室——前腔室是氣體交換腔室(惰性氣體交換為空氣，反之亦然)，所述腔室允許基板被傳遞進(jìn)出手套箱，而不污染手套箱中的惰性環(huán)境。(應(yīng)注意，手套箱也可被具有足夠低露點(diǎn)的干燥室環(huán)境替代，所述足夠低露點(diǎn)同樣地由鋰箔制造商使用。)腔室C1-C4可被配置用于制造薄膜電池裝置的工藝步驟，所述工藝步驟例如可包括:沉積如上所述的TFB堆疊和選擇性激光圖案化所述堆疊。適當(dāng)?shù)娜杭ぞ咂脚_的實(shí)例包括AKT的顯示器群集工具，諸如第10代顯示器群集工具或AppliedMaterial (應(yīng)用材料公司)的用于較小基板的Centura?和Endura?。應(yīng)當(dāng)理解，雖然已針對處理系統(tǒng)1100圖示了群集布置，但是可利用其中處理腔室布置成一行而無傳遞腔室的線性系統(tǒng)，以便基板連續(xù)地從一個腔室移動到下一個腔室。
[0033]圖9圖示根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的具有多個串聯(lián)工具910、920、930和940等的串聯(lián)制造系統(tǒng)500的代表圖。串聯(lián)工具可包括用于沉積和圖案化TFB裝置的所有層的工具。此外，串聯(lián)工具可包括預(yù)調(diào)節(jié)和后調(diào)節(jié)腔室。例如，工具910可以是在基板移動通過真空氣閘室(vacuum airlock)915到沉積工具920中之前用于建立真空的排空(pump down)腔室。一些或所有串聯(lián)工具可以是被真空氣閘室915分離的真空工具。應(yīng)注意，工藝管線中的工藝工具和指定工藝工具的次序?qū)⒂杀皇褂玫闹付═FB裝置制造方法確定——指定TFB裝置制造方法的具體實(shí)例在上文中提供。此外，基板可移動通過水平定向或垂直定向的串聯(lián)制造系統(tǒng)。此外，選擇性激光圖案化模塊還可被配置用于在激光燒蝕期間固定的基板，或移動的基板。
[0034]為了描繪基板通過諸如圖9所示的串聯(lián)制造系統(tǒng)的移動，在圖10中圖示僅具有一個原位串聯(lián)工具910的基板傳送帶950。含有基板1010的基板保持器955 (圖示基板保持器被部分地切去以便基板可見)被安裝在傳送帶950上，或傳送帶950的等效裝置上，用于移動保持器和基板通過串聯(lián)工具910，如圖所示。用于處理工具910的適當(dāng)?shù)拇?lián)平臺可以是 Applied Material (應(yīng)用材 料公司)的 Aton? 和 New Aristo?。
[0035]用于形成根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的諸如薄膜電池的電化學(xué)裝置的設(shè)備可包含--第一系統(tǒng)，用于在基板上覆蓋沉積(blanket depositing)堆疊,所述堆疊包括陰極集電器層、熱阻擋層、光阻擋層、陰極層、電解質(zhì)層、陽極層、陽極集電器層和保護(hù)涂層；和第二系統(tǒng)，用于直接激光圖案化所述堆疊。第一系統(tǒng)可以是群集工具、串聯(lián)工具、獨(dú)立工具、或一個或更多個上述工具的組合，并且第二系統(tǒng)可以是獨(dú)立工具或可被集成到第一系統(tǒng)中。類似設(shè)備可用于制造太陽能裝置等，其中第一系統(tǒng)被配置以用于沉積指定裝置和光熱阻擋層所需的堆疊，并且第二系統(tǒng)是用于直接激光圖案化所述堆疊，如上所述。
[0036]雖然本發(fā)明已參照TFB在本文中描述，但是本發(fā)明的教導(dǎo)和原理也可應(yīng)用到用于制造其他薄膜結(jié)構(gòu)和裝置的改進(jìn)方法，所述其他薄膜結(jié)構(gòu)和裝置諸如太陽能電池和諸如電致變色裝置之類的其他電化學(xué)裝置，其中激光燒蝕需要以高選擇性在指定層處停止并且不影響下層。
[0037]雖然本發(fā)明已參照本發(fā)明的某些實(shí)施方式特定地描述，但是對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)顯而易見的是，可在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)方面的修改和變化。
【權(quán)利要求】
1.一種薄膜裝置，所述薄膜裝置通過激光束與激光直接圖案化兼容用于選擇性除去介電層和/或半導(dǎo)體層，所述薄膜裝置包含: 基板； 第一裝置層，所述第一裝置層覆蓋所述基板； 第一熱阻擋層，所述第一熱阻擋層覆蓋所述第一裝置層， 第一光阻擋層，所述第一光阻擋層覆蓋所述第一熱阻擋層；和 第二裝置層，所述第二裝置層覆蓋所述第一光阻擋層； 其中所述第一光阻擋層是吸收或反射到達(dá)所述第一光阻擋層的一部分激光能量的金屬層，并且所述第一熱阻擋層是具有熱擴(kuò)散系數(shù)D的導(dǎo)電層，所述熱擴(kuò)散系數(shù)D足夠低以減少流過所述第一熱阻擋層的熱量，使得相鄰裝置層的溫度在激光直接圖案化期間超過所述相鄰裝置層的熔化溫度Tm。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述相鄰裝置層是所述第二裝置層并且其中所述第一光阻擋層是吸收穿透所述第二裝置層的一部分所述激光能量或?qū)⑺鲆徊糠炙黾す饽芰砍龅谝谎b置層反射的金屬層，并且所述第一熱阻擋層是具有熱擴(kuò)散系數(shù)D的導(dǎo)電層，所述熱擴(kuò)散系數(shù)D足夠低以減少從所述第二裝置層流入所述第一裝置層的熱量，使得所述第一裝置層的溫度在激光直接圖案化期間達(dá)不到所述第一裝置層的熔化溫度Tm’。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述相鄰裝置層是所述第一裝置層并且其中所述第一光阻擋層是吸收穿透所述第一裝置層的一部分所述激光能量或?qū)⑺鲆徊糠炙黾す饽芰砍龅诙b置層反射的金屬層，并且所述第一熱阻擋層是具有熱擴(kuò)散系數(shù)D的導(dǎo)電層，所述熱擴(kuò)散系數(shù)D足夠低以減少從所述第一裝置層流入所述第二裝置層的熱量，使得所述第一裝置層 的溫度在激光直接圖案化期間超過所述第一裝置層的熔化溫度Tm’。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述第一熱阻擋層是具有足夠低的熱擴(kuò)散系數(shù)的導(dǎo)電層，以減少從所述第二裝置層流入所述第一裝置層的熱量，使得所述第一裝置層的溫度在激光直接圖案化期間達(dá)不到所述第一裝置層的(Tm)/3。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述第一光阻擋層和所述第一熱阻擋層是同一層。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，進(jìn)一步包含: 在所述第二裝置層之內(nèi)的第二熱阻擋層和覆蓋所述第二熱阻擋層的第二光阻擋層； 其中所述第二裝置層包含由所述第二熱阻擋層覆蓋的所述第二裝置層的第一部分和覆蓋所述第二光阻擋層的所述第二裝置層的第二部分，并且其中所述第二光阻擋層是吸收穿透所述第二裝置層的所述第二部分的一部分所述激光能量或?qū)⑺鲆徊糠炙黾す饽芰砍龅诙b置層的所述第一部分反射的金屬層，并且所述第二熱阻擋層是具有熱擴(kuò)散系數(shù)D的導(dǎo)電層，所述熱擴(kuò)散系數(shù)D足夠低以減少從所述第二裝置層的所述第二部分流入所述第二裝置層的所述第一部分的熱量，使得所述第二裝置層的所述第一部分的溫度在激光直接圖案化期間達(dá)不到所述第二裝置層的所述第一部分的熔化溫度Tm"。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述薄膜裝置是薄膜電池，所述第一裝置層是集電器層并且所述第二裝置層的所述第一部分是堆疊，所述堆疊包含陽極集電器、陽極、電解質(zhì)和陰極，并且所述第二裝置層的所述第二部分是保護(hù)涂層。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述薄膜裝置是薄膜電池。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述第一裝置層是集電器層并且所述第二裝置層是堆疊，所述堆疊包含陽極集電器、陽極、電解質(zhì)和陰極。
10.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述第一光阻擋層是金的金屬層，所述金的金屬層的厚度小于10納米。
11.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述第一熱阻擋層是氧化銦錫層。
12.一種通過激光束激光直接圖案化薄膜裝置用于選擇性除去介電層和/或半導(dǎo)體層的方法，包含: 提供薄膜裝置，所述薄膜裝置包含: 基板； 第一裝置層，所述第一裝置層覆蓋所述基板； 第一熱阻擋層，所述第一熱阻擋層覆蓋所述第一裝置層， 第一光阻擋層，所述第一光阻擋層覆蓋所述第一熱阻擋層；和 第二裝置層，所述第二裝置層覆蓋所述第一光阻擋層； 其中所述第一光阻擋層是吸收穿透所述第二裝置層的一部分所述激光能量或?qū)⑺鲆徊糠炙黾す饽芰砍龅谝谎b置層反射的金屬層，并且所述第一熱阻擋層是具有熱擴(kuò)散系數(shù)D的導(dǎo)電層，所述熱擴(kuò)散系數(shù)D足夠低以減少從所述第二裝置層流入所述第一裝置層的熱量，使得所述第一裝置層的溫度在激光直接圖案化期間達(dá)不到所述第一裝置層的熔化溫度Tm’ ；和 激光直接圖案化所述薄膜裝置，所述激光束除去所述第二裝置層的激光照射部分，其中所述激光束在到達(dá)所述第一光阻擋層之前穿過所述第二裝置層。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述薄膜裝置進(jìn)一步包含在所述第二裝置層之內(nèi)的第二熱阻擋層和覆蓋所述第二熱阻擋層的第二光阻擋層，并且其中所述第二裝置層包含由所述第二熱阻擋層覆蓋的所述第二裝置層的第一部分和覆蓋所述第二光阻擋層的所述第二裝置層的第二部分，并且其中所述第二光阻擋層是吸收穿透所述第二裝置層的所述第二部分的一部分所述激光能量或?qū)⑺鲆徊糠炙黾す饽芰砍龅诙b置層的所述第一部分反射的金屬層，并且所述第二熱阻擋層是具有熱擴(kuò)散系數(shù)D的導(dǎo)電層，所述熱擴(kuò)散系數(shù)D足夠低以減少從所述第二裝置層的所述第二部分流入所述第二裝置層的所述第一部分的熱量，使得所述第二裝置層的所述第一部分的溫度在激光直接圖案化期間達(dá)不到所述第二裝置層的所述第一部分的所述熔化溫度Tm"，并且其中所述激光直接圖案化進(jìn)一步包含除去所述第二裝置層的所述第二部分的激光照射部分。
14.一種通過一個或更多個激光束激光直接圖案化薄膜裝置用于選擇性除去介電層和/或半導(dǎo)體層的方法，包含: 提供薄膜裝置，所述薄膜裝置包含: 基板； 第一裝置層，所述第一裝置層覆蓋所述基板； 第一熱阻擋層，所述第一熱阻擋層覆蓋所述第一裝置層， 第一光阻擋層，所述第一光阻擋層覆蓋所述第一熱阻擋層；和 第二裝置層， 所述第二裝置層覆蓋所述第一光阻擋層； 其中所述第一光阻擋層是吸收來自第一激光束穿透層的一部分所述激光能量或?qū)⑺鲆徊糠炙黾す饽芰砍龅诙b置層反射的金屬層，并且所述第一熱阻擋層具有熱擴(kuò)散系數(shù)D，所述熱擴(kuò)散系數(shù)D足夠低以減少從所述第一裝置層流入所述第二裝置層的熱量，使得所述第一裝置層的溫度在以所述第一激光束激光直接圖案化期間達(dá)到所述第一裝置層的熔化溫度Tm’ ；和 使用所述第一激光束激光直接圖案化所述薄膜裝置，所述激光直接圖案化除去所述第一裝置層的激光照射部分，其中所述第一激光束在到達(dá)所述第一熱阻擋層之前穿過所述第一裝置層，并且其中與所述第一裝置層的所述照射部分對應(yīng)的所述第一熱阻擋層、所述第一光阻擋層和所述第二層的各部分隨著所述第一裝置層的所述照射部分的除去而除去。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，進(jìn)一步包含:使用第二激光束激光直接圖案化所述薄膜裝置，所述第二激光直接圖案化除去所述第二裝置層的激光照射部分，其中所述第二激光束在到達(dá)所述第一光阻擋層之前穿過所述第二裝置層，并且其中所述第一光阻擋層是吸收穿透所述第二裝置層的來自所述第二激光 束的一部分所述激光能量或?qū)⑺鲆徊糠炙黾す饽芰砍龅谝谎b置層反射的金屬層，所述第一熱阻擋層是具有熱擴(kuò)散系數(shù)D的導(dǎo)電層，所述熱擴(kuò)散系數(shù)D足夠低以減少從所述第二裝置層流入所述第一裝置層的熱量，使得所述第一裝置層的溫度在使用所述第二激光束的激光直接圖案化期間達(dá)不到所述第一裝置層的熔化溫度Tm’。
【文檔編號】H01L21/301GK103733311SQ201280038837
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2012年8月8日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月8日
【發(fā)明者】宋道英, 沖·蔣, 秉·圣·利奧·郭, 約瑟夫·G·戈登 申請人:應(yīng)用材料公司