薄膜电容器及其制造方法与流程

本发明涉及电子元件领域，具体而言，涉及薄膜电容器及其制造方法。

背景技术：

电子元件是信息产业的基础，而电容器是多种电子元件中使用面最广、产量占电子元件总产量50％以上的电子元件。作为三大主要产品的陶瓷电容器、电解电容器和有机薄膜电容器的产量又占到电容器总产量的90％以上。包含有引线微型电容器、无引线片式电容器、集成电容器、纳米电容器等的有机薄膜电容器中微型薄膜电容器又占了半壁江山。薄膜电容器按结构可分为卷绕式、叠片式和内串式，按电极可分为金属膜(铝膜、铝锌膜)、金属箔和膜箔复合结构。

早期的薄膜电容器是在两层铝(Al)薄膜电极之间沉积SiO₂或Al₂O₃介质层。由于等离子体射频溅射沉积(RFSD)，是在电离的等离子体中溅射沉积薄膜，多种粒子运动复杂，控制难度大，生成多层薄膜参数不够稳定，影响薄膜电容的整体性能。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明的目的至少部分地在于提供一种薄膜电容器及其制造方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种薄膜电容器，其包括

半导体衬底；

第一金属层，其位于所述半导体衬底上；

电介质层，其位于所述第一金属层上；以及

第二金属层，其位于所述电介质层上，与所述第一金属层一起将所述电介质层夹在中间构成“三明治”结构。

可选地，所述第一金属层、所述电介质层和所述第二金属层中的至少一种为多层复合结构。

可选地，所述第一金属层和所述第二金属层由选自铝、镁、锌等的材料中的至少一种形成。

可选地，所述电介质层由SiO₂、Al₂O₃、聚四氟乙烯或氮化钽中的至少一种形成。

根据本发明的另一方面，提供了一种薄膜电容器制造方法，包括以下步骤：

S1：提供半导体衬底；

S2：在所述半导体衬底上制备第一光刻胶，以所述第一光刻胶为掩模，采用离子束溅射沉积在所述半导体衬底上形成第一金属层，并去除所述第一光刻胶；

S3：在所述第一金属层上制备第二光刻胶，以所述第二光刻胶为掩模，采用离子束溅射沉积在所述第一金属层上形成电介质层，并去除所述第二光刻胶；以及

S4：在所述电介质层上制备第三光刻胶，以所述第三光刻胶为掩模，在所述电介质层上形成第二金属层，并去除所述第三光刻胶。

根据本发明的薄膜电容器及其制造方法，由于采用聚四氟乙烯(Teflon)作为两层铝薄膜电极之间的电介质层，因此更适合溅射沉积，并且在室温下即可沉积，且具有沉积速率较高的优点。

附图说明

通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1是根据本发明的一个实施方式的薄膜电容器的结构示意图；

图2是根据本发明的一个实施方式的利用等离子体溅射沉积形成薄膜电容器的示意图。

具体实施方式

以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。

离子束溅射沉积镀膜(Ion Bean Sputtering Deposition，IBSD)，是由惰性气体电离成等离子体，经引出、成束、加速、中和，形成高能高速的离子束，由离子束轰击置于常温高真空中的靶材，将溅射出的靶材原子沉积到基底上形成薄膜。由于离子源和溅射沉积加工区分离，与RFSD相比具有：①稳定性好：沉积过程是动量转换，无相变，可以消除内应力和张力；②可控性、重现性好：可以纳米级控制薄膜生长、薄膜微结构、薄膜织构和薄膜晶格取向；③成膜温度低：常温甚至是低温成膜，基底不会变形；④清洗彻底：备有辅助离子源时，镀膜前对基底进行预清洗，能提高薄膜和基底的附着力；⑤靶材粒子能量高，沉积的薄膜膜层密度高(有些膜层可以接近靶材密度)，杂质少，与基底的结合力高；⑥适用性广：适用除有机材料和易分解材料以外的众多材料；干法镀膜，无环境问题。

图1是根据本发明的一个实施方式的薄膜电容器的结构示意图。

在图1中，根据本发明的一个实施方式的薄膜电容器包括：半导体衬底1；两个金属层2，其位于半导体衬底上并且在两层金属层之间形成有电介质层3，该电介质层3与其上下两侧相对设置的金属层2共同构成“三明治”结构。

虽然在图1中未示出，但根据本发明的薄膜电容器还设置有一个或更多个外部电极，用于分别向两个金属层施加电压。该外部电极例如可以由锌或者其他合适的金属构成。

下面，结合图2详细描述根据本发明的一个实施方式的薄膜电容器的制造方法。

图2是根据本发明的一个实施方式的利用离子束溅射沉积形成薄膜电容器的示意图。

首先，提供半导体衬底。该半导体衬底例如可以是硅衬底15或者其他适于金属原子沉积的其他类型的半导体衬底。

接下来，将硅衬底15固定在旋转工件台14上，并在硅衬底15上制备用于形成第一金属层电极的光刻胶。此处，该光刻胶掩模图案的尺寸可以为0.6×1.25cm，即期望形成的第一金属层电极的尺寸为0.6×1.25cm。

将铝靶12固定在靶台13上。随后执行抽真空过程。具体而言，首先用机械泵粗抽真空，然后用分子泵精抽真空，使得真空仓内的真空度达到6.0×10^-3以上，并且在后续等离子体溅射沉积过程中保持该真空度不变。

随后，向真空仓内的离子源11充入惰性气体。此处，充入的惰性气体为氩气Ar。然后打开高压电源，使得氩气辉光放电成Ar⁺等离子体。将Ar⁺等离子体通过引出、成束、加速、中和等过程形成Ar离子束17，对固定在靶台13上的铝靶12进行轰击。铝靶12受到高速Ar⁺离子束的轰击，溅射出铝原子16。靶材12上溅射出的铝原子16沉积在有光刻胶图案的硅衬底上，形成铝膜电极。通过控制离子束溅射时间，使得形成的铝膜电极厚度为100～300nm，例如100nm，150nm，200nm，250nm，300nm，优选地为200nm。接下来，关闭高压电源并打开真空仓，取出硅衬底，并清洗残余的光刻胶。至此，在硅衬底上形成了作为第一金属层电极的铝膜。

随后，在硅衬底上制备电介质层的光刻胶。此处，该光刻胶掩模图案的尺寸可以为1.05×1.05cm，即期望形成的电介质层的尺寸为1.05×1.05cm。

将铝靶材替换为聚四氟乙烯靶材，重复上述离子束溅射沉积过程，在作为第一金属层电极的铝膜上形成聚四氟乙烯膜，作为本发明的电介质层。通过控制离子束溅射沉积的时间，将所形成的聚四氟乙烯膜的尺寸控制为表面颗粒和凸起的平均尺寸Ra<10nm。

接下来，关闭高压电源并打开真空仓，取出硅衬底，并清洗残余的光刻胶。至此，在硅衬底的第一金属层上形成了作为电介质层的聚四氟乙烯膜。

随后，在硅衬底15的聚四氟乙烯膜上制备第二金属层电极的光刻胶。此处，该光刻胶掩模图案的尺寸可以为0.6×1.25cm，即期望形成的第二金属层电极的尺寸为0.6×1.25cm。

随后，将聚四氟乙烯靶材替换为铝靶材，并重复上述离子束溅射沉积过程，在作为电介质层的聚四氟乙烯膜上形成铝膜，作为本发明的第二金属层电极。

至此，形成了根据本发明的一个实施方式的薄膜电容器。

虽然在本发明的一个实施方式中以离子束溅射沉积铝膜作为例子描述了本发明，但本发明不限于此。在其他实施方式中，可以采用铝合金作为靶材，在硅衬底上沉积铝合金的金属膜作为第一和第二金属层。例如，可以在硅衬底上沉积以铝为主要成分且包含锌或镁的铝合金膜作为金属膜。

此外，虽然在本发明的一个实施方式中以离子束溅射聚四氟乙烯膜作为例子描述了本发明，但本发明不限于此。在其他实施方式中，可以在第一金属层和第二金属层之间沉积SiO₂、Al₂O₃、氮化钽膜作为本发明的电介质膜。

此外，虽然在本发明的一个实施方式中，第一金属层、电介质层和第二金属层均为单层结构，但本发明不限于此，而是可以包含多层结构。例如，第一金属层和第二金属层可以分别包含由不同金属层构成的叠层结构，电介质层可以包含由聚四氟乙烯和其他电介质构成的叠层结构。

在以上的描述中，对于各层的构图、溅射沉积等技术细节并没有做出详细的说明。但是本领域技术人员应当理解，可以通过各种技术手段，来形成所需形状的层、区域等。另外，为了形成同一结构，本领域技术人员还可以设计出与以上描述的方法并不完全相同的方法。另外，尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。

以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。本公开的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。