薄膜電容器及其制造方法與流程

本發明涉及電子元件領域，具體而言，涉及薄膜電容器及其制造方法。

背景技術：

電子元件是信息產業的基礎，而電容器是多種電子元件中使用面最廣、產量占電子元件總產量50％以上的電子元件。作為三大主要產品的陶瓷電容器、電解電容器和有機薄膜電容器的產量又占到電容器總產量的90％以上。包含有引線微型電容器、無引線片式電容器、集成電容器、納米電容器等的有機薄膜電容器中微型薄膜電容器又占了半壁江山。薄膜電容器按結構可分為卷繞式、疊片式和內串式，按電極可分為金屬膜(鋁膜、鋁鋅膜)、金屬箔和膜箔復合結構。

早期的薄膜電容器是在兩層鋁(Al)薄膜電極之間沉積SiO₂或Al₂O₃介質層。由于等離子體射頻濺射沉積(RFSD)，是在電離的等離子體中濺射沉積薄膜，多種粒子運動復雜，控制難度大，生成多層薄膜參數不夠穩定，影響薄膜電容的整體性能。

技術實現要素：

為了解決現有技術中存在的上述問題，本發明的目的至少部分地在于提供一種薄膜電容器及其制造方法。

根據本發明的一個方面，提供了一種薄膜電容器，其包括

半導體襯底；

第一金屬層，其位于所述半導體襯底上；

電介質層，其位于所述第一金屬層上；以及

第二金屬層，其位于所述電介質層上，與所述第一金屬層一起將所述電介質層夾在中間構成“三明治”結構。

可選地，所述第一金屬層、所述電介質層和所述第二金屬層中的至少一種為多層復合結構。

可選地，所述第一金屬層和所述第二金屬層由選自鋁、鎂、鋅等的材料中的至少一種形成。

可選地，所述電介質層由SiO₂、Al₂O₃、聚四氟乙烯或氮化鉭中的至少一種形成。

根據本發明的另一方面，提供了一種薄膜電容器制造方法，包括以下步驟：

S1：提供半導體襯底；

S2：在所述半導體襯底上制備第一光刻膠，以所述第一光刻膠為掩模，采用離子束濺射沉積在所述半導體襯底上形成第一金屬層，并去除所述第一光刻膠；

S3：在所述第一金屬層上制備第二光刻膠，以所述第二光刻膠為掩模，采用離子束濺射沉積在所述第一金屬層上形成電介質層，并去除所述第二光刻膠；以及

S4：在所述電介質層上制備第三光刻膠，以所述第三光刻膠為掩模，在所述電介質層上形成第二金屬層，并去除所述第三光刻膠。

根據本發明的薄膜電容器及其制造方法，由于采用聚四氟乙烯(Teflon)作為兩層鋁薄膜電極之間的電介質層，因此更適合濺射沉積，并且在室溫下即可沉積，且具有沉積速率較高的優點。

附圖說明

通過以下參照附圖對本公開實施例的描述，本公開的上述以及其他目的、特征和優點將更為清楚，在附圖中：

圖1是根據本發明的一個實施方式的薄膜電容器的結構示意圖；

圖2是根據本發明的一個實施方式的利用等離子體濺射沉積形成薄膜電容器的示意圖。

具體實施方式

以下，將參照附圖來描述本公開的實施例。但是應該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本公開的范圍。此外，在以下說明中，省略了對公知結構和技術的描述，以避免不必要地混淆本公開的概念。

在附圖中示出了根據本公開實施例的各種結構示意圖。這些圖并非是按比例繪制的，其中為了清楚表達的目的，放大了某些細節，并且可能省略了某些細節。圖中所示出的各種區域、層的形狀以及它們之間的相對大小、位置關系僅是示例性的，實際中可能由于制造公差或技術限制而有所偏差，并且本領域技術人員根據實際所需可以另外設計具有不同形狀、大小、相對位置的區域/層。

在本公開的上下文中，當將一層/元件稱作位于另一層/元件“上”時，該層/元件可以直接位于該另一層/元件上，或者它們之間可以存在居中層/元件。另外，如果在一種朝向中一層/元件位于另一層/元件“上”，那么當調轉朝向時，該層/元件可以位于該另一層/元件“下”。

離子束濺射沉積鍍膜(Ion Bean Sputtering Deposition，IBSD)，是由惰性氣體電離成等離子體，經引出、成束、加速、中和，形成高能高速的離子束，由離子束轟擊置于常溫高真空中的靶材，將濺射出的靶材原子沉積到基底上形成薄膜。由于離子源和濺射沉積加工區分離，與RFSD相比具有：①穩定性好：沉積過程是動量轉換，無相變，可以消除內應力和張力；②可控性、重現性好：可以納米級控制薄膜生長、薄膜微結構、薄膜織構和薄膜晶格取向；③成膜溫度低：常溫甚至是低溫成膜，基底不會變形；④清洗徹底：備有輔助離子源時，鍍膜前對基底進行預清洗，能提高薄膜和基底的附著力；⑤靶材粒子能量高，沉積的薄膜膜層密度高(有些膜層可以接近靶材密度)，雜質少，與基底的結合力高；⑥適用性廣：適用除有機材料和易分解材料以外的眾多材料；干法鍍膜，無環境問題。

圖1是根據本發明的一個實施方式的薄膜電容器的結構示意圖。

在圖1中，根據本發明的一個實施方式的薄膜電容器包括：半導體襯底1；兩個金屬層2，其位于半導體襯底上并且在兩層金屬層之間形成有電介質層3，該電介質層3與其上下兩側相對設置的金屬層2共同構成“三明治”結構。

雖然在圖1中未示出，但根據本發明的薄膜電容器還設置有一個或更多個外部電極，用于分別向兩個金屬層施加電壓。該外部電極例如可以由鋅或者其他合適的金屬構成。

下面，結合圖2詳細描述根據本發明的一個實施方式的薄膜電容器的制造方法。

圖2是根據本發明的一個實施方式的利用離子束濺射沉積形成薄膜電容器的示意圖。

首先，提供半導體襯底。該半導體襯底例如可以是硅襯底15或者其他適于金屬原子沉積的其他類型的半導體襯底。

接下來，將硅襯底15固定在旋轉工件臺14上，并在硅襯底15上制備用于形成第一金屬層電極的光刻膠。此處，該光刻膠掩模圖案的尺寸可以為0.6×1.25cm，即期望形成的第一金屬層電極的尺寸為0.6×1.25cm。

將鋁靶12固定在靶臺13上。隨后執行抽真空過程。具體而言，首先用機械泵粗抽真空，然后用分子泵精抽真空，使得真空倉內的真空度達到6.0×10^-3以上，并且在后續等離子體濺射沉積過程中保持該真空度不變。

隨后，向真空倉內的離子源11充入惰性氣體。此處，充入的惰性氣體為氬氣Ar。然后打開高壓電源，使得氬氣輝光放電成Ar⁺等離子體。將Ar⁺等離子體通過引出、成束、加速、中和等過程形成Ar離子束17，對固定在靶臺13上的鋁靶12進行轟擊。鋁靶12受到高速Ar⁺離子束的轟擊，濺射出鋁原子16。靶材12上濺射出的鋁原子16沉積在有光刻膠圖案的硅襯底上，形成鋁膜電極。通過控制離子束濺射時間，使得形成的鋁膜電極厚度為100～300nm，例如100nm，150nm，200nm，250nm，300nm，優選地為200nm。接下來，關閉高壓電源并打開真空倉，取出硅襯底，并清洗殘余的光刻膠。至此，在硅襯底上形成了作為第一金屬層電極的鋁膜。

隨后，在硅襯底上制備電介質層的光刻膠。此處，該光刻膠掩模圖案的尺寸可以為1.05×1.05cm，即期望形成的電介質層的尺寸為1.05×1.05cm。

將鋁靶材替換為聚四氟乙烯靶材，重復上述離子束濺射沉積過程，在作為第一金屬層電極的鋁膜上形成聚四氟乙烯膜，作為本發明的電介質層。通過控制離子束濺射沉積的時間，將所形成的聚四氟乙烯膜的尺寸控制為表面顆粒和凸起的平均尺寸Ra<10nm。

接下來，關閉高壓電源并打開真空倉，取出硅襯底，并清洗殘余的光刻膠。至此，在硅襯底的第一金屬層上形成了作為電介質層的聚四氟乙烯膜。

隨后，在硅襯底15的聚四氟乙烯膜上制備第二金屬層電極的光刻膠。此處，該光刻膠掩模圖案的尺寸可以為0.6×1.25cm，即期望形成的第二金屬層電極的尺寸為0.6×1.25cm。

隨后，將聚四氟乙烯靶材替換為鋁靶材，并重復上述離子束濺射沉積過程，在作為電介質層的聚四氟乙烯膜上形成鋁膜，作為本發明的第二金屬層電極。

至此，形成了根據本發明的一個實施方式的薄膜電容器。

雖然在本發明的一個實施方式中以離子束濺射沉積鋁膜作為例子描述了本發明，但本發明不限于此。在其他實施方式中，可以采用鋁合金作為靶材，在硅襯底上沉積鋁合金的金屬膜作為第一和第二金屬層。例如，可以在硅襯底上沉積以鋁為主要成分且包含鋅或鎂的鋁合金膜作為金屬膜。

此外，雖然在本發明的一個實施方式中以離子束濺射聚四氟乙烯膜作為例子描述了本發明，但本發明不限于此。在其他實施方式中，可以在第一金屬層和第二金屬層之間沉積SiO₂、Al₂O₃、氮化鉭膜作為本發明的電介質膜。

此外，雖然在本發明的一個實施方式中，第一金屬層、電介質層和第二金屬層均為單層結構，但本發明不限于此，而是可以包含多層結構。例如，第一金屬層和第二金屬層可以分別包含由不同金屬層構成的疊層結構，電介質層可以包含由聚四氟乙烯和其他電介質構成的疊層結構。

在以上的描述中，對于各層的構圖、濺射沉積等技術細節并沒有做出詳細的說明。但是本領域技術人員應當理解，可以通過各種技術手段，來形成所需形狀的層、區域等。另外，為了形成同一結構，本領域技術人員還可以設計出與以上描述的方法并不完全相同的方法。另外，盡管在以上分別描述了各實施例，但是這并不意味著各個實施例中的措施不能有利地結合使用。

以上對本公開的實施例進行了描述。但是，這些實施例僅僅是為了說明的目的，而并非為了限制本公開的范圍。本公開的范圍由所附權利要求及其等價物限定。不脫離本公開的范圍，本領域技術人員可以做出多種替代和修改，這些替代和修改都應落在本公開的范圍之內。