[发明专利]一种三维硅基片式薄膜电容器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及电容器制造领域，具体涉一种三维硅基片式薄膜电容器及其制造方法。

背景技术

随着电子技术的发展，电子信息产业进入后摩尔时代。无源器件在线路板中所占体积比也越来越大，与电子线路“微型化、集成化、智能化”的发展趋势的矛盾日渐突出。为了解决这一日渐突出的矛盾，电容器作为最基本的无源器件，其不可必免地要朝着体积小，容量大，功耗低，性能稳定的方向发展。

在不改变体积的情况下，电容器的电容量的增加可以通过采用高K介质材料、增大电极面积和减小电极间距的方式来实现；高K介质的使用会对电容器的温度特性存在影响；减小电极间距必然导致电容器的介质耐电降低。因此，只有通过增大电极面积来满足电子线路“微型化、集成化、智能化”的需求。

硅材料因其性能优良，价格便宜，制备方便而广泛使用在半导体产业中。

三维硅基片式薄膜电容器主要应用在航空航天、军事雷达、计算机通信，便携式电子设备，汽车能源，家用电子等领域。随着硅基薄膜电容器的制造技术的不断进步，其性能将不断得到提升，应用范围将不断扩大，进而推动硅基类器件技术的发展，提高我国的元器件技术水平，使我国的电子元器件产品质量和挡次向更高层次发展，具有重要的社会效益。

发明内容

发明目的：本发明提供一种体积小、损耗低、耐咬高压、绝缘电阻高、温度系数小等效串联电阻和等效串联电感低等特点的三维硅基片式薄膜电容器及其制造方法。

技术方案：一种三维硅基片式薄膜电容器，包括硅基体、微型孔洞、氧化硅层、氮化硅层、顶部打底层、顶部金层、背部打底层和背部金层，所述硅基体一侧为抛光面，该抛光面上设有若干个微形孔洞；所述硅基体的微形孔洞内壁和底部设有氧化硅层，在氧化硅层上设有氮化硅层；所述顶部打底层设置在氮化硅层上，在顶部打底层上设置顶部金层，所述背部打底层设置在硅基体的另一侧，在背部打底层上设有背部金层。

具体地，所述硅硅基体为硅材料，单面抛光，粗糙度要求0.05～0.1，晶向100，该硅材料为低阻率硅基体，电阻率要求小于0.01Ω·cm，硅基体厚度不小于400μm。

具体地，所述微形孔洞的孔径2-10μm，孔深5-80μm。

具体地，所述顶部打底层和背部打底层为钛钨合金，厚度150～200nm；顶部金层厚度为2～4μm，采用电镀方式加厚。

具体地，所述背部金层采用溅射镀膜方式，厚度0.8～1.5μm。

一种三维硅基片式薄膜电容器的制造方法，包括以下步骤：

步骤1，清洗：选取低电阻率硅基体，即电阻率小于0.01Ω·cm，厚度不小于400μm，单面抛光，100晶向硅基体；用标准的1号硅片清洗液、2号硅片清洗液、丙酮、酒精和去离子水清洗甩干，以待备用；

步骤2，热氧化：将硅基体送入氧化炉中进行干氧氧化，温度780℃，氮气10L/min，氧气6L/min，时间20～60min；

步骤3，光刻：旋转涂胶；在95～110℃的热板上烘烤90±10秒；选取合适掩膜版，15±5秒时间的曝光；显影；用8％的HF溶液腐蚀二氧化硅层形成刻蚀窗口；最后在120±10℃的热板上烘干5～10分钟；

步骤4，孔洞刻蚀：利用博世刻蚀技术，在ICP刻蚀机中进行孔洞刻蚀；孔径2-10μm，孔深5-80μm，刻蚀参数：线圈功率500W，极板功率20W，腔体气压3.5Pa，SF₆流量135mL/min，C₄F₈流量8mL/min，氧气流量8mL/min，刻蚀时间7秒；钝化参数：线圈功率500W，极板功率0，腔体气压2.5Pa，SF₆流量0，C₄F₈流量80mL/min，氧气流量0，钝化时间3秒；

步骤5，清洗，用8％的HF溶液漂洗经孔洞刻蚀的硅基体，然后用丙酮、酒精和去离子水清洗甩干，以备热氧化；

步骤6，热氧化：将硅基体送入氧化炉中进行干氧氧化形成二氧化硅层，温度780℃，氮气10L/min，氧气6L/min，时间20～60min；

步骤7，钝化层层积：将硅基体送入PECVD炉中进行氮化硅薄膜3沉积，沉积参数：极板温度350℃，工作气压25Pa，功率400W，氨气流量25sccm，硅烷50sccm，氮气150sccm，时间5～15min；

步骤8，退火处理：将硅基体送入退火炉中进行氮气气氛退火，退火温度780℃，退火时间30分钟；