高端微型薄膜電容器的制作方法
本實用新型涉及電子技術領域，尤其涉及一種高端微型薄膜電容器。
背景技術：
薄膜電容器可大致分為三個發展階段。第一階段為塑料薄膜電容器(Plastic Film Capacitor)，是把鋁等金屬箔(Metal Foil)當成電極和塑料薄膜重疊后卷繞在一起制成的。第二階段出現了金屬化薄膜電容器(Metallized Film Capacitor)，是用真空蒸鍍的方法在塑料薄膜上鍍一層厚度僅為0.02μm～0.1μm的金屬化薄膜為電極。該方法省去了金屬箔電極的厚度，縮小電容器單位容量的體積，可以做成體積小、容量大的電容器。第三階段為叉指電容器(Inter-Digital Capacitor，IDC)，是以處于同一平面內的交錯結構的多個金屬條(又稱金屬手指或叉指)之間的分布電容來代替平行板電容器的兩個平行板，因結構簡單、Q值較高，是集總線路中廣泛采用的集總元件。
叉指電容器主要包括四個結構參數：叉指電極對數、叉指寬度、間隙距離和叉指電極厚度。因此，可以通過不同的交叉圖形尺寸，選擇介電常數不同的基板材料以及微調等多種方法控制電容量。為了提高叉指電容器的容量，需要在減小和充分利用有效總面積的同時，以納米級甚至亞納米級的加工精度，增加手指的數量，并按接近1:1的比值減小手指的寬度和間隙的寬度。
技術實現要素：
本實用新型要解決的技術問題是，針對現有叉指電容器的電容容量有待提高的缺陷，提供了一種高端微型薄膜電容器。
為了解決上述技術問題，本實用新型提供了一種高端微型薄膜電容器，包括依次設置的襯底、絕緣打底膜、金屬薄膜和保護膜；所述金屬薄膜包括在同一平面上形成的第一部分金屬薄膜和第二部分金屬薄膜，所述第一部分金屬薄膜包括第一電極、從所述第一電極引出的第一匯流條、沿橫向從所述第一匯流條朝第二匯流條延伸的多個第一臂，以及第一臂上沿縱向朝一側或者兩側伸出的多個第一金屬手指；所述第二部分金屬薄膜包括第二電極、從所述第二電極引出的第二匯流條、沿橫向從所述第二匯流條朝第一匯流條延伸的多個第二臂，以及第二臂上沿縱向朝一側或者兩側伸出并與所述第一金屬手指橫向間隔開的多個第二金屬手指。
在根據本實用新型所述的高端微型薄膜電容器中，所述第一金屬手指和第二金屬手指中，寬度范圍為500～800nm。
在根據本實用新型所述的高端微型薄膜電容器中，所述第一金屬手指和第二金屬手指中，金屬手指的寬度與指間間隔的寬度比值為1:1。
在根據本實用新型所述的高端微型薄膜電容器中，所述襯底為石英硅。
在根據本實用新型所述的高端微型薄膜電容器中，所述絕緣打底膜和保護膜為二氧化硅。
在根據本實用新型所述的高端微型薄膜電容器中，所述金屬薄膜為銅或金。
本實用新型的高端微型薄膜電容器，具有以下有益效果：本實用新型通過對金屬薄膜圖形的設計，采用離子束濺射沉積工藝可以制作出高端微型薄膜電容器，加工精度高，尤其可加工出金屬手指寬度和指間間距寬度為1:1比值的叉指電容器，克服了現有叉指電容器加工中出現的手指之間剝離殘留形成的短路，改善了在獲得大的長寬比和較多的叉指數時出現叉指電容器頻率降低等不足，從而提高叉指電容器的容量，擴大叉指電容器在集總線路中的應用。
附圖說明
圖1為根據本實用新型的高端微型薄膜電容器的剖面結構示意圖；
圖2為根據本實用新型優選實施例的高端微型薄膜電容器中金屬薄膜的圖形；
圖3為根據本實用新型第一實施例的高端微型薄膜電容器的制備方法流程圖；
圖4為四靶臺雙離子束反應濺射沉積設備的結構示意圖。
具體實施方式
為使本實用新型實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
在附圖中示出了根據本實用新型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。
在本實用新型的上下文中，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”。
請參閱圖1，為根據本實用新型的高端微型薄膜電容器的剖面結構示意圖。如圖1所示，本發明提供的高端微型薄膜電容器包括：襯底100、絕緣打底膜200、金屬薄膜300和保護膜400。其中。絕緣打底膜200沉積在襯底100上，金屬薄膜300沉積在絕緣打底膜200上，保護膜400沉積在金屬薄膜300上。
請參閱圖2，為根據本實用新型優選實施例的高端微型薄膜電容器中金屬薄膜的圖形。在該實施例中，本實用新型的高端微型薄膜電容器為一種叉指電容器。如圖2所示，前述金屬薄膜300進一步包括在同一平面上形成的第一部分金屬薄膜和第二部分金屬薄膜。其中第一部分金屬薄膜包括第一電極311、第一匯流條312、多個第一臂313和多個第一金屬手指314。其中，第一電極311用于與外部引線連接。第一匯流條312從第一電極311引出，且呈弧形。第一匯流條312上具有沿橫向朝第二匯流條322延伸的所述多個第一臂313。每個第一臂313上具有沿縱向朝一側或者兩側伸出的所述多個第一金屬手指314。與之對應的，第二部分金屬薄膜包括第二電極321、從所述第二電極321引出的第二匯流條322、沿橫向從第二匯流條322朝第一匯流條312延伸的多個第二臂323，以及第二臂323上沿縱向朝一側或者兩側伸出的多個第二金屬手指324。該第二金屬手指324需要與第一金屬手指314橫向間隔開。在第一金屬手指314和第二金屬手指324中，每個金屬手指的寬度范圍為500～800nm，指間間隔的寬度范圍為500～800nm，金屬手指的寬度與指間間隔的寬度的比值為1:1。由于叉指電容的電容值大小與金屬手指的個數有關，因此，在總面積固定的情況下，如果要得到較大的電容值，就需要制作出更細的金屬手指。本實用新型設計的叉指電容的兩個電極不僅通過第一臂和第二臂之間形成橫向交叉，還通過多個金屬手指形成縱向交叉，有效地在控制電容體積的同時提高了電容容量。
請參閱圖3，為根據本實用新型第一實施例的高端微型薄膜電容器的制備方法流程圖。如圖所示，該第一實施例提供的高端微型薄膜電容器的制備過程如下：
首先，在步驟S1中，提供襯底100。該襯底100可以采用塑料、陶瓷和玻璃等材料。優選地，該襯底100為石英硅襯底，其機械性能和金屬化性能較佳。
隨后，在步驟S2中，通過離子束濺射沉積工藝在襯底100上沉積絕緣打底膜200。優選地，步驟S2中，可以將氬氣充入離子源，經輝光放電產生氬等離子體并經引出、成束、加速、中和形成氬離子束轟擊二氧化硅(SO2)靶材，SO2靶材濺射出來的粒子沉積到襯底100上，形成SO2絕緣打底膜。該步驟中設置的氬離子束的離子能量為200～1000eV，離子束流密度為0.2～0.8mA/cm2。
隨后，在步驟S3中，在絕緣打底膜200上制作圖形化的光刻膠，以圖形化的光刻膠為掩模，通過離子束濺射沉積工藝在絕緣打底膜200上沉積金屬薄膜300。優選地，步驟S3中，可以在絕緣打底膜200上制作圖形化的光刻膠之后，將氬氣充入離子源，經輝光放電產生氬等離子體并經引出、成束、加速、中和形成氬離子束轟擊金屬靶材，金屬靶材濺射出來的粒子沉積到SO2絕緣打底膜上，形成金屬薄膜300。該步驟中設置的離子束的離子能量為200～1000eV，離子束流密度為0.2～0.8mA/cm2。金屬靶材可以為金屬鋁靶材，或者其它適用于制備薄膜電阻的金屬材料，如銅和金等。該步驟S3中圖形化的光刻膠的圖形取決于圖形化的金屬薄膜300的圖形。在絕緣打底膜200上制作與圖2中金屬薄膜的形狀互補的圖形化的光刻膠，使得絕緣打底膜200的裸露部分即未被圖形化的光刻膠遮擋的部分與金屬薄膜300的圖形相同。再通過離子束濺射沉積工藝完成金屬薄膜300的制作。
最后，在步驟S4中，去除圖形化的光刻膠，通過離子束濺射沉積工藝在金屬薄膜300上沉積保護膜400，得到高端微型薄膜電容器。優選地，步驟S4中可以將氬氣充入離子源，經輝光放電產生氬等離子體并經引出、成束、加速、中和形成氬離子束轟擊SO2靶材，SO2靶材濺射出來的粒子沉積到金屬薄膜上，形成SO2保護膜。該步驟中設置的離子束的離子能量為200～1000eV，離子束流密度為0.2～0.8mA/cm2。優選地，前述步驟S2～S4中離子束濺射沉積的氬氣工作壓強為2.0×10-2Pa，系統本底壓強為5×10-4Pa。離子束濺射沉積工藝中工件臺自轉速度為8～10rpm，沉積角度為45°。
本實用新型高端微型薄膜電容器中金屬手指的寬度及間距極小，如果制作過程中稍有誤差，將可能在金屬手指之間造成金屬粒子的殘留形成短路，導致電容的成品率降低。因此，本實用新型通過離子束濺射沉積技術，加工出的高端微型薄膜電容器的金屬手指可以達到納米級精度，使得金屬手指本身的寬度與間隙的寬度設計比值達到1:1，獲得大電容值。
請參閱圖4，為四靶臺雙離子束反應濺射沉積設備的結構示意圖。本實用新型的薄膜壓力傳感器但不限于采用該四靶臺雙離子束反應濺射沉積設備制備。如圖4所示，該四靶臺雙離子束反應濺射沉積設備包括主離子源1、輔離子源2、工件臺3和可旋轉的四靶臺4。主離子源1和輔離子源2位于真空室5的兩側相對設置，兩者的發射軸平行且間隔預定距離。四靶臺4位于真空室中部主離子源的離子束9發射方向上，具有四個靶面，可用于固定金屬靶材和二氧化硅靶材。工件臺3用于固定工件6，位于輔離子源2的離子束10發射方向上，同時位于四靶臺4工作靶面的離子束濺射粒子11沉積的方向上。該工件臺3上還設有用于遮擋工件臺3上工件6的可開關的工件臺擋板8。如圖所示，四靶臺4與主離子源1呈45度設置，工件臺3與輔離子源2呈45度設置。
下面結合圖4的設備對本實用新型的高端微型薄膜電容器的制備過程進行具體描述。該實施例中在襯底100如石英硅襯底上依次在鍍上SiO2絕緣打底膜、金屬薄膜和SiO2保護膜，形成“三明治”夾層結構。具體的制備步驟如下：
1)提供石英硅襯底、金屬靶材和SiO2靶材，將石英硅襯底作為工件6固定在工件臺3上，將SiO2靶材和金屬靶材分別固定到可旋轉的四靶臺4的兩個靶位上，該金屬靶材可以選取鋁靶材。工件臺3上設置有工件臺擋板8。設置工件臺3自轉速度＝9rpm，沉積角度＝45°。設置氬氣工作壓強＝2.0×10-2Pa；關閉真空倉5，啟動6路電源控制系統和機械泵/分子泵雙機抽真空系統，使系統本底壓強≦5×10-4Pa。
2)閉合工件臺擋板8，轉動四靶臺4選取二氧化硅靶材，將氬氣Ar充入主離子源1，經輝光放電產生氬等離子體并經引出、成束、加速、中和形成低能氬主離子束轟擊SiO2靶材進行清潔，徹底清除SiO2靶材表面的雜質。該步驟中設置的低能氬主離子束的離子能量為200～700eV，離子束流密度為0.2～0.6mA/cm2。
3)打開工件臺擋板8，將氬氣Ar充入輔離子源2，經輝光放電產生氬等離子體并經引出、成束、加速、中和形成低能氬輔離子束轟擊石英硅襯底以增加附著力，同時徹底清除襯底表面的雜質。該步驟中設置的低能氬輔離子束的離子能量為200～700eV，離子束流密度為0.2～0.6mA/cm2。
4)將氬氣Ar充入主離子源1，經輝光放電產生氬等離子體并經引出、成束、加速、中和形成高能氬主離子束轟擊二氧化硅靶材，SiO2靶材濺射出來的粒子沉積到石英硅襯底上，生成SiO2絕緣打底膜。該步驟中設置的高能氬主離子束的離子能量為200～1000eV，離子束流密度為0.2～0.8mA/cm2。
5)在SiO2絕緣打底膜上制作圖形化的光刻膠，該圖形化的光刻膠的圖形優選為與圖2所示圖形互補。圖2中金屬手指寬度和指間間距的寬度的比值為1:1。
6)閉合工件臺擋板8，轉動四靶臺4選取金屬靶材，將氬氣Ar充入主離子源1，經輝光放電產生氬等離子體并經引出、成束、加速、中和形成低能氬主離子束轟擊金屬靶材進行清潔，徹底清除金屬靶材如Al靶材表面的雜質。該步驟中設置的低能氬主離子束的離子能量為200～700eV，離子束流密度為0.2～0.6mA/cm2。
7)打開工件臺擋板8，將氬氣Ar充入輔離子源2，經輝光放電產生氬等離子體并經引出、成束、加速、中和形成低能氬輔離子束轟擊SiO2絕緣打底膜以增加附著力。該步驟中設置的低能氬輔離子束的離子能量為200～700eV，離子束流密度為0.2～0.6mA/cm2。
8)將氬氣Ar充入主離子源1，經輝光放電產生氬等離子體并經引出、成束、加速、中和形成高能氬主離子束轟擊金屬靶材。金屬靶材濺射出來的粒子沉積到SiO2絕緣打底膜上，生成金屬薄膜300。該步驟中設置的高能氬主離子束的離子能量為200～1000eV，離子束流密度為0.2～0.8mA/cm2。
9)去除剩余的圖形化的光刻膠。
10)閉合工件臺擋板8，轉動四靶臺4選取SiO2靶材，將氬氣Ar充入主離子源1，經輝光放電產生氬等離子體并經引出、成束、加速、中和形成低能氬主離子束轟擊SiO2靶材進行清潔，徹底清除SiO2靶材表面的雜質。該步驟中設置的低能氬主離子束的離子能量為200～700eV，離子束流密度為0.2～0.6mA/cm2。
11)打開工件臺擋板8，將氬氣Ar充入輔離子源2，經輝光放電產生氬等離子體并經引出、成束、加速、中和形成低能氬輔離子束轟擊金屬薄膜300以增加附著力。該步驟中設置的低能氬輔離子束的離子能量為200～700eV，離子束流密度為0.2～0.6mA/cm2。
12)將氬氣Ar充入主離子源1，經輝光放電產生氬等離子體并經引出、成束、加速、中和形成高能氬主離子束轟擊SiO2靶材，SiO2靶材濺射出來的粒子沉積到金屬薄膜300上，生成SiO2保護膜。該步驟中設置的高能氬主離子束的離子能量為200～1000eV，離子束流密度為0.2～0.8mA/cm2。
最后，打開真空倉5和工件臺擋板8，取出工件6，得到“三明治”夾層結構的本實用新型高端微型薄膜電容器。前述步驟2～3、6～7以及10～11均為可選步驟。
綜上所述，本實用新型采用離子束濺射沉積制作高端微型薄膜電容器，通過對金屬薄膜圖形的設計，可以加工出金屬手指寬度和指間間距寬度為1:1比值的叉指電容器，克服了現有叉指電容器加工中出現的手指之間剝離殘留形成的短路，改善了在獲得大的長寬比和較多的叉指數時出現叉指電容器頻率降低等不足，從而提高叉指電容器的容量，擴大叉指電容器在集總線路中的應用。
最后應說明的是：以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術方案的精神和范圍。
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