CN110892497A - 用于制造电容元件及其他装置的采用表面面积放大的基底 - Google Patents

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Abstract

由基底(1)提供放大的表面面积，该基底(1)包括：基层(2)，该基层具有限定多个第一沟槽(3)和介于中间的第一平台(4)的第一主表面(2A)；以及覆盖层(12)，该覆盖层设置在基层(2)的第一主表面(2A)上并以基本保形的方式覆盖第一沟槽(3)和第一平台(4)，其中，覆盖层的远离基层的第一主表面(2A)的表面(12A)包括多个第二沟槽(13)和介于中间的第二平台(14)，第二沟槽和第二平台以比第一沟槽和第一平台的比例小的比例被限定。基底可以用于制造电容元件，在电容元件中设置有薄膜层并且薄膜层以保形的方式覆盖覆盖层的第二沟槽和第二平台，以创建具有高的电容密度的金属‑绝缘体‑金属结构。

Description

用于制造电容元件及其他装置的采用表面面积放大的基底
本发明涉及电气/电子装置制造的领域。更具体地，本发明涉及采用表面面积放大技术的基底、制造方法和所制造的装置。
在各种应用中，利用所谓的“表面面积放大”技术、即用以增大表面的表面面积而不增加由该表面在平面上的投影所覆盖的占地面积的技术可能是有利的。下面将仅出于说明的目的来描述这种应用的两个示例，这些示例不是详尽的。
例如，在化学传感器中，可以借助于在感测材料层(例如金属氧化物层)的表面上的吸附这种化学物种的分子来检测特定的化学物种。通过增大感测材料层的表面面积，可以改善传感器的灵敏度和/或检测速度。在这种情况下，表面面积放大技术可以涉及通过将传感器材料沉积在具有纹理表面的基底上来形成感测层，纹理表面即为具有凹凸特征(例如突出部或柱和/或凹陷部或沟槽，注意到的是，在该领域中，“沟槽”不必为长形开孔，而是可以是例如具有相同的长度尺寸和宽度尺寸的开孔，比如具有方形或圆形横截面的开孔，如在附图中可以看到的)的表面。
作为另一示例，已知的是通过将交替的导电材料、电绝缘材料和导电材料沉积在纹理化的基底表面上、即在包括大体沿基底的厚度方向延伸的沟槽的基底表面上和/或在具有从基底表面突起的柱型结构的基底表面上来形成三维电容器。可以通过增大其上形成有电极层和介电层的纹理特征的纵横比——例如，通过将沟槽制造得更深和/或通过将沟槽制造得更窄使得对于给定的占地面积可以设置更多数量的沟槽——来放大电极层和介电层的表面面积，并且由此可以增大电容密度。
然而，当试图使用上述技术来增大表面面积放大的程度时，可能出现问题。
考虑3D电容器的示例，可能期望的是使功能层(例如，金属-绝缘体-金属层)沉积在具有1μm至30μm深但仅30nm至100nm宽的沟槽的基底上。在这种受限的几何形状中，难以使材料沉积在沟槽表面上。常规地，可以采用诸如化学气相沉积(CVD)或原子层沉积(ALD)之类的技术，以将前驱物引入到沟槽中，使得前驱物物种能够与沟槽壁材料反应并形成期望的金属(或绝缘体)层。但是，在极度受限的空间比如具有大纵横比的沟槽中，前驱物物种的扩散速率受到限制和/或不均匀，于是这可能导致以下问题中的一个或更多个问题：
-非常慢的沉积速率，
-不良的保形沉积，从而导致膜厚度或膜材料性能方面的变化，
-高的加工成本。
已经被采用以形成用于形成3D电容器的模板的技术涉及使用阳极氧化来形成纹理化的基底表面(电容器的电极层和介电层随后被沉积在该基底表面上)。例如，可以在硅基底上形成铝层，然后可以执行阳极氧化过程以在铝层中形成高密度的均匀的、自组装的沟槽或“孔”。严格来说，孔是在阳极氧化过程期间形成的氧化铝层中限定的；因此，可以说这些孔是在AAO——阳极氧化铝——中形成的。在一些情况下，孔的底部处的氧化物层被去除，使得每个孔的内部可以与设置在模板的远离孔的开口的侧部处的导电层连通。
图1图示了通过阳极氧化形成的上述类型的模板，并且示出了该模板的占地面积(即，由模板到平面上的投影所占据的表面面积)比在模板中通过孔的内表面与孔之间的平台的表面组合而提供的表面面积小得多。
尽管使用阳极氧化来形成用于生产3D电容器的模板在提高电容密度的方面可能是有益的，但是使用上述技术生产的AAO中的孔深度通常不大于10μm，这是因为通常要被阳极氧化的金属层具有有限的厚度。如果试图形成厚度大于10μm或15μm的铝(或用于阳极氧化的其他金属)层，则会出现困难。通常，用于阳极氧化的金属通过CVD或物理气相沉积(PVD)工艺沉积，并且试图沉积厚度大于约10μm至15μm的层可能导致以下问题中的一个或更多个问题：
-过长的加工时间(从而导致生产率下降)，
-需要更频繁地清洁制造设备(并且，因此，维护成本更高)，
-对膜微观结构的控制不佳(过热、重组)。
然而，期望的是能够增大可以实现的表面放大的程度。
本发明是鉴于以上问题而做出的。
本发明提供了一种基底，该基底包括具有第一主表面的基层，该第一主表面包括多个第一沟槽和介于中间的第一平台，其特征在于，在基层的所述第一主表面上设置有厚度大于5μm的覆盖层，并且该覆盖层以基本保形的方式覆盖第一沟槽和第一平台，其中：
覆盖层的远离基层的第一主表面的表面包括多个第二沟槽和介于中间的第二平台，第二沟槽和第二平台以比第一沟槽和第一平台的比例小的比例被限定，
第一平台的厚度大于1μm，以及
比率R＝D/H大于0.5，其中，D是覆盖层(12)的覆盖两个相邻的第一平台(4)的表面之间的自由空间的尺寸，并且H是第一平台的高度。
如先前段落中所述并且如在附图(特别是图5A)中可以看到的，覆盖层以保形的方式覆盖第一沟槽和第一平台，即覆盖层遵循位于下方的基底的第一主表面的轮廓，并且覆盖层沿着其长度具有基本恒定的厚度。因此，在宏观比例上，第一主表面的纹理由覆盖层的周缘再现。但是，覆盖层的周缘本身具有较小数量级的纹理；换句话说，第二沟槽和第二平台在覆盖层中设置在覆盖层的位于第一沟槽上的部分中、覆盖层的形成在第一沟槽的侧壁上的部分中以及覆盖层的位于基底的第一主表面中的第一平台上的部分中。
利用当前制造工艺，不可能实现覆盖层与基层的纹理的轮廓的完美一致性。然而，在根据本发明实施方式的基底中提供了高度的保形度，优选地实现了70％或更大的保形率。保形率表示始终沿着基层的纹理的覆盖层的厚度的均匀性。在保形度是理想的的情况下，覆盖层严格地遵循基层的表面中的轮廓。可以使用各种方法来量化保形率。例如，在最大厚度是覆盖层的最大厚度、最小厚度是覆盖层的最小厚度并且平均厚度是覆盖层的平均厚度的情况下，保形率可以被定义为(最大厚度-最小厚度)/平均厚度。
上述基底利用了下述多级表面面积放大技术：其中，具有纹理表面——该纹理表面的纹理特征具有相对较小的第一比例——的覆盖层被以保形的方式设置在基层表面上，该基层表面本身也是纹理化的并且具有相对较大的第二比例的纹理特征。
实际上，该技术结合了两级纹理化处理以增加由基底提供的总表面面积：第一级纹理化处理由基层的第一主表面中的第一沟槽和第一平台提供，并且第二级纹理化处理由覆盖层的远离基层的第一主表面的表面中的第二沟槽和第二平台提供。
与在平坦的基部上设置纹理化的覆盖层的情况相比，通过在本身具有适当的较大比例的纹理特征的基层上设置纹理化的覆盖层可以增大由基底所提供的总表面面积，而不增大基底的占地面积。
与在平坦的(未经纹理化的)基层上设置纹理化的覆盖层的基底相比，根据本发明的上述基底可以包括具有较低纵横比的第二沟槽并且仍实现相同的(或增大的)总表面面积。较低的纵横比有助于气态或液态材料在第二沟槽内的循环并且可以增大材料层在第二沟槽的壁上的沉积的速度和/或均匀性。
与在平坦的(未经纹理化的)基层上设置纹理化的覆盖层的基底相比，根据本发明的上述基底可以包括较薄的覆盖层并且仍实现相同的(或增大的)总表面面积。在覆盖层较薄、例如为10μm或更小的情况下，可以改善对覆盖层的微观结构的控制。此外，在覆盖层较薄、例如为10μm或更小的情况下，可以将生产覆盖层所需的加工时间减少至实用的时间段以及/或者将对于清洁制造设备的需要减少至可接受的水平，从而允许降低维护成本。
覆盖层的厚度大于5μm，第一平台的宽度大于1μm，并且比率R大于0.5。通过将第一平台的宽度设置成大于1μm，在制造基底的过程期间促进了第一平台的物理完整性，从而降低了破损或变形的风险。通过将覆盖层的厚度设置成大于5μm，可以获得相当大的程度的表面放大。通过将比率R设置成大于0.5，可以促进将覆盖层形成为与位于下方的第一平台和第一沟槽的形状一致的能力。遵照特征的这种组合可以在电容元件中提供较好的均匀性并降低缺陷的风险，从而提高基底的制造过程的产量。
在本发明的某些实施方式中，比率R＝D/H在0.5至3.0的范围内，其中，D是被覆盖层覆盖的两个相邻的第一平台之间的间隙，并且H是第一平台的高度。在比率R在0.5至3.0的范围内的情况下，促进了覆盖层与位于下方的第一沟槽和第一平台的轮廓的一致性，并且可以实现表面面积放大因素的不可忽略的改进。
在本发明的某些实施方式中，第一沟槽具有与基层的第一主表面垂直或相对于第一主表面成小于90°的角度延伸的侧壁。换句话说，提供对基层的纹理化的第一平台可以具有从几乎平坦变化成梯形而至矩形的各种横截面形状(其中，横截面在垂直于晶片表面的任何平面中截取)。
第一沟槽可以互连并形成与其自身相交的连续轮廓。以这种方式，形成了连续的流动路径，并且这种方式可以例如在覆盖层材料在基层的第一主表面上的沉积期间改善气态或液态材料在第一沟槽内的扩散的速度和均匀性。
覆盖层可以是阳极氧化层，例如阳极氧化铝层，并且第二沟槽可以是阳极氧化层中的孔。在这种情况下，阳极氧化层中的孔易于成纳米级，并且这使基底所提供的表面面积显著增加。基层的第一主表面中的第一沟槽和第一平台可以是微米级的，从而使得能够使用较简单的制造工艺来对基层的第一主表面进行纹理化。
覆盖层可以是电绝缘的，并且可以在第二沟槽和第二平台上设置有三个薄膜层的堆叠件且该堆叠件以保形的方式覆盖第二沟槽和第二平台。堆叠件的第一层可以是导电的，堆叠件的第二层可以是电绝缘的，并且堆叠件的第三层可以是导电的。三层膜的堆叠件因此可以形成具有高电容密度的电容结构。
在不同的情况下，覆盖层可以是导电的，并且可以在覆盖层的第二沟槽和第二平台上设置有第一薄膜层且该第一薄膜层以保形的方式覆盖覆盖层的第二沟槽和第二平台，第一薄膜层是电绝缘的或导电的。这样的结构尤其可以用于形成具有大的感测面积的化学感测元件。替代性地，在第一薄膜层是电绝缘的并且在第一薄膜层上设置有第二薄膜层——该第二薄膜层是导电的——且该第二薄膜层以保形的方式覆盖第一薄膜层的情况下，该分层构型可以形成具有高电容密度的电容结构。
本发明还提供了一种采用如上所述的电容结构的电容元件。该电容元件可以具有高的电容密度。
本发明还进一步提供了一种系统级封装模块，该系统级封装模块包括与集成电路集成在一起的如上所述的基底或电容元件。这样的系统级封装模块受益于如上所述的基底的改进性能。
本发明还提供了一种如上所述的化学传感器元件，其中，第一薄膜层是适于吸附所选分子的化学感测层。可以借助于感测层的增大的表面面积来改进化学传感器元件的反应速度和/或灵敏度。
本发明还进一步提供了一种制造基底的方法，该方法包括：
形成具有第一主表面的基层，该第一主表面限定多个第一沟槽和介于中间的第一平台，以及
在基层的所述第一主表面上形成覆盖层以以保形的方式覆盖第一沟槽和第一平台，覆盖层的远离基层的第一主表面的表面包括多个第二沟槽和介于中间的第二平台，第二沟槽和第二平台以比第一沟槽和第一平台的比例小的比例被限定。
由基底提供的表面面积通过根据以上方法制造基底而被放大，而无需增大第二沟槽的纵横比。
可以使用不同的方法来在基层的第一主表面中提供纹理。根据消减方法，基层是单片层，并且通过对该单片层进行蚀刻形成了第一主表面中的纹理。消减方法仅需要少量的加工步骤。根据替代性的添加方法，通过提供具有未经纹理化(平坦)表面的第一子基层并在该平坦表面上形成包括构成第一平台的突出部的第二子基层来形成基层。添加方法使得不同的材料能够被用于第一子基层和第二子基层，这增加了设计自由度。
根据参照附图仅通过说明而非限制的方式给出的对本发明的某些实施方式的描述，本发明的其他特征和优点将变得明显，在附图中：
图1是用以说明表面面积放大的图；
图2是示意性地表示通过根据本发明的实施方式的基底的一部分的横截面的图；
图3A和图3B图示了在根据图2的实施方式的基底中对基层进行纹理化的不同图案，其中：
图3A示出了下述纹理化图案：其中，连续的沟槽围绕从基层的根部表面突起的突出部/柱，以及
图3B示出了下述纹理化图案：其中，在连续的平台区域中形成离散的沟槽；
图4示出了图2的实施方式中的覆盖层的一部分的放大图；
图5A是示意性地表示通过根据本发明的实施方式的使用单片式基层的基底的一部分的横截面的图；
图5B是示意性地表示通过根据本发明的实施方式的使用包括第一子基层和第二子基层的基层的基底的一部分的横截面的图；
图6是示意性地图示了形成在根据本发明的实施方式的基底的覆盖层上的功能层的图；
图7是示意性地图示了根据本发明的实施方式的电容结构的图；
图8是示意性地图示了根据本发明的实施方式的电容结构的图；
图9是示意性地图示了根据本发明的实施方式的系统级封装模块的图；以及
图10是流程图，其示出了根据本发明的实施方式的制造方法中的各步骤。
现在将参照图2至图5B来描述根据本发明的实施方式的基底1。
根据图2至图5B的实施方式的基底1包括基层2，基层2的第一主表面2A具有包括第一沟槽3和第一平台4的纹理特征。第一沟槽3和第一平台4是比例相对较大的纹理特征。在下面的描述中，将假设基层2的第一主表面中的纹理特征是微米级特征，即具有微米级尺寸的沟槽和平台。但是，本发明不限于基层2中的比例相对较大的纹理特征是微米级的情况。
基层2中的纹理特征的图案没有特别限制。根据图3A中所图示的第一图案化方法，纹理特征包括呈从基层的根部层面2R突起的突出部(或柱)的形式的第一平台4，并且突出部之间的空间对应于连续的沟槽3。第一平台4可以彼此等距，但这不是必需的。第一平台4可以布置在例如六边形点阵或立方点阵上的阵点处，但这不是必须的。当纹理特征的图案中存在规律性(例如恒定的沟槽宽度和形状)时，则由于例如使布局和过程控制更容易而使制造简化。例如，在平台4等距并且设置在规则的点阵上的情况下，沟槽(对应于第一平台4之间的空间)具有更均匀的宽度/深度，从而有助于气体(蚀刻剂或沉积前驱物)在制造过程期间的循环。
在图3A中所图示的情况下，构成第一平台4的突出部可以形成为各种形状。下面是用于第一平台4的一些示例性形状的非穷举列表：圆柱形、平行六面体形、棱锥形、四角形或者具有呈十字形、三脚形、或任何其他旋转对称形状的形式的横截面形状(在平行于第一主表面2a的平面中)。此外，第一平台4不必具有旋转对称形状；纹理可以例如包括由线性壁分隔开的简单的平行线性沟槽。在使用由线性壁分隔开的平行线性沟槽的实施方式中，在沟槽相交以形成连续的沟槽的情况下，有助于气体(蚀刻剂或沉积前驱物)在制造过程期间的循环。
第一沟槽3具有侧壁3s，侧壁3s可以相对于基层的第一主表面2A以小于90°或等于90°的角度延伸。当侧壁以这种方式成角度时，第一平台4具有恒定的横截面或者可以随着侧壁延伸远离基层2的根部层面2R而稍微渐缩。当将覆盖层材料(在下面描述)沉积在第一平台4和第一沟槽3上时，这种类型的形状有助于形成保形层，并且良好的保形度用于促进在覆盖层所中产生的孔隙率的均匀性。
根据图3B中所图示的第二图案化方法，纹理特征包括连续的平台区域4，该连续的平台区域4具有沿基层2的厚度方向下行的多个离散的沟槽。应当指出的是，图3B是高度示意性的，并且在实践中，第一沟槽3的开口将比所图示的开口以更大程度张开(以便促进下文稍后描述的覆盖物的保形沉积)。离散的沟槽的形状和间隔没有特别限制。但是，当沟槽的横截面积沿着沟槽的长度基本恒定时，这有助于促进沉积在平台区域4和离散的沟槽上的覆盖层的保形度。
由图3A图示的图案化方法利用了连续的沟槽并且与涉及不连续的沟槽的图3B的情况相比具有在蚀刻过程期间改善气体循环并且改善沉积在第一平台4和第一沟槽上的覆盖层的保形度方面的优点。
图2是示意性地表示通过根据本发明的实施方式的基底的一部分的横截面的图。如在图2中能够看到的，覆盖层12形成在基层2的第一主表面2a上并且以保形的方式覆盖第一沟槽3和第一平台4。图4示出了覆盖层12的一部分的放大图，从而可以理解该覆盖层12的结构。图4(a)是表示立体图的图，而图4(b)是表示横截面图的图。图4(c)是从侧面观察的覆盖层12的TEM高分辨率图像，并且图4(d)是从上方观察的覆盖层12的图像。
在覆盖层12的远离基层2的表面12A中形成有包括第二沟槽13和第二平台14的纹理特征。第二沟槽13和第二平台14是比例相对较小的纹理特征，即，第二沟槽13和第二平台14具有比基层2中的纹理特征的比例小的比例。换句话说，覆盖层12中的纹理特征的尺寸(即，第二沟槽13的直径和第二沟槽13的间距)小于基层2中的纹理特征的尺寸。
在下面的描述中，将假设覆盖层12的远离基层的表面12A中的纹理特征是纳米级特征，即具有纳米级尺寸的沟槽和平台，例如形成在AAO中的孔。但是，本发明不限于覆盖层12中的比例相对较小的纹理特征是纳米级的情况。然而，对于覆盖层12的表面12A中的纹理特征优选的是亚微米级的，并且对于覆盖层12的表面12A中的纹理特征更优选的是纳米级的。同样，本发明不限于通过阳极氧化工艺形成第二沟槽的情况，可以使用其他工艺(例如各向异性蚀刻)。
虽然如上所述在被阳极氧化以形成覆盖层12的材料的厚度大于约10μm或15μm的情况下可能出现问题，但是不期望将预阳极氧化材料层形成得过薄，因为这限制了在成品结构中可以获得的总表面面积。对于某些应用，有利的是将覆盖层12的厚度设置成大于5μm，使得在完成多级纹理化基底的制造时获得相当大的表面面积。
基层2中的纹理特征可以使用如将参照图5A描述的消减过程来产生。更具体地，根据本消减方法，例如通过使用光刻技术蚀刻基层以实现对第一平台4和第一沟槽3进行期望的图案化而在单片式基层2中形成纹理特征。在这种情况下，基层2是“单片式的”，使得公共层形成第一平台并形成该平台从其延伸的根部部分，但是这不排除可以在基层2上层压一个或更多个附加层的可能性。
替代性地，可以使用如将参照图5B描述的添加过程来产生基层2中的纹理特征。更具体地，根据本添加方法，使用具有基本平坦的形状(或者至少基本平坦的、未经纹理化的表面)的第一子基层2a来生产具有期望的纹理特征的基层2，在该第一子基层2a形成有第二子基层2b。第二子基层2b的各部分形成第一平台4。第二子基层2b可以例如作为连续层沉积在第一子基层2a上并且然后被蚀刻以留下第一平台4。尽管图5B图示了存在两个子基层2a、2b的情况，但是应当理解的是，可以使用三个或多于三个的子基层来产生期望的比例相对较大的纹理。
在图2、图5A和图5B中所图示的实施方式中，在基层2与覆盖层12之间插入附加层10和11。附加层10是可以用于促进基层2与覆盖层12的材料之间的粘附的金属层。该金属层10还可以用于实现电互连。各种材料可以被用于金属层10，包括但不限于铝、钛或铜。
附加层11在本示例性实施方式中是用于对形成在覆盖层12中的孔的深度进行控制的阳极氧化终止层，在本示例性实施方式中，在阳极氧化过程期间在覆盖层中形成第二沟槽13。各种材料可以被用于该阳极氧化终止层，包括但不限于：钛或钨。下面关于参照图10描述的制造方法给出关于阳极氧化终止层11的更多信息。
根据用于形成基层2和覆盖层12的材料和/或根据用于形成覆盖层12的制造技术，可以在基层2与覆盖层12之间插入与层10、11相比不同的层(或额外的层)。同样，层10和11在合适的情况下可以被省去。
已经执行了模拟以评估基层2的纹理特征的尺寸如何影响可以实现的表面面积放大的程度。
第一组模拟计算了在下述情况下可以实现的表面面积放大率：其中，在纹理化的基层2上形成有10μm厚的AAO覆盖层，比率R＝D/H取值为1(其中，D是覆盖层12的覆盖两个相邻的第一平台4的相对表面之间的自由空间的尺寸，并且H是第一平台4的高度)，并且a)对于第一平台的高度H(或第一沟槽的深度)以及b)对于第一平台4的宽度W(或相邻沟槽之间的间隙)使用了不同的值。
下面的表1示出了该第一组模拟的结果，并且表1包括：根据使可能的表面面积放大最大的最佳计算公式所确定的表面面积放大值“最大放大”以及根据使表面面积放大率最大的“最佳”计算公式的表面面积放大值，以及根据使可能的表面面积放大率最小的不利计算公式所确定的表面面积放大值“最小放大”。注意，表1中所包括的高度值和宽度值以微米表示。
表1
Figure BDA0002361048970000101
Figure BDA0002361048970000111
在表1中，未用灰色阴影表示的单元格对应于在表面放大方面产生了显著改善并且提供了从加工和/或稳固性角度看较现实的基层几何形状的宽度值和高度值的组合。因此，这些单元格对应于在纹理化的基层2上形成有10μm厚的AAO覆盖层且比率R＝D/H取值为1的情况下优选的宽度值和高度值的组合。
在表1中，单粗体轮廓包围了六个单元格的组，这六个单元格对应于在表面放大方面产生了特别显著的益处并且提供了从加工和稳固性角度看现实的基层几何结构的宽度值和高度值的组合。因此，这六个单元格对应于对于在纹理化的基层2上形成有10μm厚的AAO覆盖层且比率R＝D/H取值为1的情况下的宽度参数和高度参数而言的更优选的设置范围。
在表1中，双粗体轮廓包围了一个单元格，该单元格对应于针对可接受的高度/宽度比提供了从加工和稳固性角度看现实的最大放大的宽度值和高度值的组合。因此，该单元格对应于在纹理化的基层2上形成有10μm厚的AAO覆盖层且比率R＝D/H取值为1的情况下当前认为对于加工而言最佳的设置。
第二组模拟计算了在下述情况下可以实现的表面面积放大率：其中，在纹理化的基层2上形成有10μm厚的AAO覆盖层，比率R＝D/H取值为0.5，并且a)对于第一平台的高度H(或第一沟槽的深度)以及b)对于第一平台4的宽度W使用了不同的值。
下面的表2示出了该第二组模拟的结果，并且如同表1，表2示出了分别根据最佳计算公式和不利计算公式所确定的“最大放大”值和“最小放大”值。如同表1，在表2中，高度值和宽度值以微米表示。
表2
Figure BDA0002361048970000121
在表2中，未用灰色阴影表示的单元格对应于在表面放大方面产生了显著改善并且提供了从加工和/或稳固性角度看较现实的基层几何形状的宽度值和高度值的组合。因此，这些单元格对应于在纹理化的基层2上形成有10μm厚的AAO覆盖层且比率R＝D/H取值为0.5的情况下优选的宽度值和高度值的组合。
在表2中，单粗体轮廓包围了六个单元格的组，这六个单元格对应于在表面放大方面产生了特别显著的益处并且提供了从加工和稳固性角度看现实的基层几何结构的宽度值和高度值的组合。因此，这六个单元格对应于在纹理化的基层2上形成有10μm厚的AAO覆盖层且比率R＝D/H取值为0.5的情况下对于宽度参数和高度参数而言更优选的设置范围。
在表2中，双粗体轮廓包围了一个单元格，该单元格对应于针对可接受的高度/宽度比提供了从加工和稳固性角度看现实的最大放大的宽度值和高度值的组合。因此，该单元格对应于在纹理化的基层2上形成有10μm厚的AAO覆盖层且比率R＝D/H取值为0.5的情况下当前认为对于加工而言最佳的设置。
从表1和表2可以看到，考虑到最佳计算，可以通过将第一平台4的高度设置成至少1μm来获得1.0或更佳的表面面积放大率。
从表1和表2可以看到，考虑到最佳计算和不利计算两者，可以通过将第一平台4的宽度设置在0.5μm至256μm的范围内并将第一平台4的高度设置在0.5μm至256μm的范围内来获得1.0或更佳的表面面积放大率。当第一平台的宽度大于1μm时，结构的机械强度得到改善。可以通过将第一平台4的宽度设置在2μm至8μm的范围内并将第一平台4的高度设置在16.0μm至64.0μm的范围内而在改善的表面面积放大率与结构机械强度之间取得良好的折衷。
在本发明的某些实施方式中，覆盖层的厚度大于5μm，第一平台的宽度大于1μm，并且比率R大于0.5。通过遵照范围的这种组合，提高了生产多级纹理化基底的制造过程的产量。
在本发明的某些实施方式中，比率R＝D/H被设置在0.5至3.0的范围内。在将比率R设置成0.5或更大的情况下，促进了形成与位于下方的第一平台和第一沟槽的形状一致的覆盖层的能力。在比率R高于3.0的情况下，表面面积放大的增益变得可忽略不计。
根据本发明的实施方式的多级纹理化基底可以用于制造各种电气/电子元件。通常，用于制造这样的元件的过程包括对覆盖层12的表面12A进行功能化，即，在表面12A上形成一个或更多个层。
图6图示了可以通过在覆盖层22的远离基层的表面上设置薄膜层26而产生的第一结构。图6至图8以简化形式图示了覆盖层的仅一部分，基层2未被示出。在该示例中，覆盖层22是导电的，并且薄膜层26设置在覆盖层22的第二沟槽和第二平台上且以保形的方式覆盖覆盖层22的第二沟槽和第二平台。取决于目标应用，薄膜层26可以是电绝缘的或导电的，并且可以相应地选择用于薄膜层26的材料(和薄膜层26的厚度)。可以通过适合于覆盖层和薄膜层的材料以及第二沟槽的尺寸的工艺来在覆盖层22上形成薄膜层26。例如，可以使用ALD。
例如，可以使用图6的结构来形成化学感测元件。在这样的情况下，薄膜层26可以由在其上吸附目标化学物种的分子的材料形成。
图7图示了可以通过在覆盖层22的远离基层的表面上设置薄膜层26和27而产生的第二结构。在该示例中，覆盖层22是导电的，并且薄膜层26和27设置在覆盖层22的第二沟槽和第二平台上且以保形的方式覆盖覆盖层22的第二沟槽和第二平台。在该示例中，薄膜层26是电绝缘的，并且薄膜层27是导电的。以这种方式形成了3D电容结构。可以设置连接至电容结构的底部电极的端子23。虽然图7将端子23表示为仿佛端子23与覆盖层22物理接触，但是实际上端子23附接至基层并且电连接至电容结构的底部电极。可以设置连接至电容结构中的顶部电极的端子24。可以根据电容结构的期望电容来选择用于薄膜层26、27的材料以及这些层的厚度。可以通过适合于覆盖层和薄膜层的材料以及第二沟槽的尺寸的工艺来在覆盖层22上形成薄膜层26和27。例如，可以使用ALD。
图8图示了可以通过在覆盖层32的远离基层的表面上设置三个薄膜层36、37和38的堆叠件而产生的第三结构。在该示例中，覆盖层32是电绝缘的，并且薄膜层36、37、38的堆叠件设置在覆盖层32的第二沟槽和第二平台上且以保形的方式覆盖覆盖层32的第二沟槽和第二平台。在该示例中，薄膜层36是导电的，薄膜层37是电绝缘的(即，绝缘体)，并且薄膜层38是导电的。以这种方式形成了下述3D电容结构：其中，导电层36是底部电极，绝缘层37是绝缘体，并且导电层38是顶部电极。
在图8的结构的变型中，可以通过选择性地溶解形成在阳极氧化终止层上的氧化物来在孔的底部处进行电接触，使得导电层36接触位于阳极氧化终止层下方的金属层。
可以设置连接至电容结构的底部电极的端子33。虽然图8将端子33表示为仿佛端子33与底部电极/导电层38物理接触，但是实际上端子33可以附接至基层并且电连接至电容结构的底部电极。可以设置连接至电容结构中的顶部电极的端子34。可以根据电容结构的期望电容来选择用于薄膜层36、37和38的材料以及这些层的厚度。可以通过适合于覆盖层和薄膜层的材料以及第二沟槽的尺寸的工艺来在覆盖层32上形成薄膜层36、37和38。例如，可以使用ALD。
图9示出了可以使用根据本发明的实施方式的基底来制造的系统级封装件(SIP)100，该基底120可以实现一个或多个电容元件(以及可选地实现各种附加部件，例如无源部件、互连件等)。
在图9的SIP 100中，根据本发明的实施方式的基底120以倒装芯片的方式结合至安装基底130，该安装基底130可以是引线框架。包括集成电路115的有源管芯110以倒装芯片的方式结合至基底120。因此，根据本发明的基底120与集成电路115集成在一起。
图10图示了制造根据本发明的实施方式的多级纹理化基底的方法。所图示的方法包括：形成(S1)具有第一主表面(2A)的基层2，该第一主表面限定多个第一沟槽3和介于中间的第一平台(4)。当已经形成基层2时，在基层2的第一主表面2A上形成(S2)覆盖层12以以保形的方式覆盖第一沟槽3和第一平台4。覆盖层的远离基层的第一主表面2A的表面12A包括多个第二沟槽13和介于中间的第二平台14，第二沟槽13和第二平台14以比第一沟槽和第一平台的比例小的比例被限定。
可以以各种方式、例如使用上述消减过程或添加过程来形成基层2中的纹理。
覆盖层12的表面12A中的纹理可以以各种方式产生。在一个示例性制造过程中，沉积铝层以以保形的方式覆盖基层2的第一沟槽3和第一平台4，并且然后执行阳极氧化过程以在铝层中形成孔。在于沉积铝层之前沉积阳极氧化终止层、比如图2的层11的情况下，在每个孔的底部处形成了氧化物层(例如TiOx、WOx等)。如有需要，则然后可以例如利用钾基或钠基缓冲蚀刻溶液来执行选择性蚀刻过程以蚀刻掉孔的底部处的氧化物，同时在孔的侧壁上留下Al2O3。在比如图2的层10的金属层位于阳极氧化终止层11下方的情况下，该方法可以允许在孔的底部处与金属层10进行电连接。
尽管上面已经参照某些特定实施方式对本发明进行了描述，但是将理解的是，本发明不受特定实施方式的特殊性的限制。在所附权利要求的范围内，可以在特定实施方式中做出许多变型、改型和演变方案。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种基底(1)，所述基底(1)包括具有第一主表面(2A)的基层(2)，所述第一主表面(2A)限定多个第一沟槽(3)和介于中间的第一平台(4)，其特征在于，所述基底包括厚度大于5μm的覆盖层(12)，所述覆盖层(12)设置在所述基层(2)的所述第一主表面(2A)上并且以基本保形的方式覆盖所述第一沟槽(3)和所述第一平台(4)，其中：
所述覆盖层的远离所述基层的所述第一主表面(2A)的表面(12A)包括多个第二沟槽(13)和介于中间的第二平台(14)，所述第二沟槽(13)和所述第二平台(14)以比所述第一沟槽和所述第一平台的比例小的比例被限定，
所述第一平台(4)的厚度(T)大于1μm，并且
比率R＝D/H大于0.5，其中，D是所述覆盖层(12)的覆盖两个相邻的第一平台(4)的表面之间的自由空间的尺寸，并且H是所述第一平台(4)的高度。
2.根据权利要求1所述的基底(1)，其中，所述比率R＝D/H不超过3.0。
3.根据权利要求1或2所述的基底(1)，其中，所述第一沟槽(3)具有相对于所述基层的所述第一主表面(2A)成≤90°的角度延伸的侧壁(3s)。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的基底(1)，其中，所述第一沟槽(3)互连并且形成与其自身相交的连续轮廓。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的基底，其中，所述覆盖层(12)是阳极氧化层，并且所述第二沟槽是所述阳极氧化层中的孔(13)。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的基底，其中，所述覆盖层(22)是导电的，并且在所述覆盖层(22)的所述第二沟槽(13)和所述第二平台(14)上设置有第一薄膜层(26)且所述第一薄膜层(26)以基本保形的方式覆盖所述覆盖层(22)的所述第二沟槽(13)和所述第二平台(14)，所述第一薄膜层(26)是电绝缘的或导电的。
7.根据权利要求6所述的基底，其中，所述第一薄膜层(26)是电绝缘的，并且在所述第一薄膜层(26)上设置有第二薄膜层(27)且所述第二薄膜层(27)以基本保形的方式覆盖所述第一薄膜层(26)，所述第二薄膜层(27)是导电的。
8.根据权利要求1至5中的任一项所述的基底，其中，所述覆盖层(32)是电绝缘的，并且在所述第二沟槽(13)和所述第二平台(14)上设置有三个薄膜层(36-38)的堆叠件且所述堆叠件以基本保形的方式覆盖所述第二沟槽(13)和所述第二平台(14)，所述堆叠件的第一层(36)是导电的，所述堆叠件的第二层(37)是电绝缘的，并且所述堆叠件的第三层(38)是导电的。
9.根据权利要求8所述的基底，其中，通过所述第二沟槽(13)的底部与所述堆叠件的所述第一层(36)进行电接触。
10.一种电容元件，所述电容元件包括根据权利要求7或权利要求8所述的基底。
11.一种系统级封装模块(100)，所述系统级封装模块(100)包括与集成电路(115)单片集成在一起的根据权利要求1至9中的任一项所述的基底(120)或根据权利要求11所述的电容元件。
12.一种化学传感器元件，所述化学传感器元件包括根据权利要求7所述的基底，其中，所述第一薄膜层(26)是适于吸附所选分子的化学感测层。
13.一种制造基底的方法，所述方法包括：
形成(S1)具有第一主表面(2A)的基层(2)，所述第一主表面(2A)限定多个第一沟槽(3)和介于中间的第一平台(4)，以及
在所述基层(2)的所述第一主表面(2A)上形成(S2)覆盖层(12)从而以基本保形的方式覆盖所述第一沟槽(3)和所述第一平台(4)，所述覆盖层的远离所述基层的所述第一主表面(2A)的表面(12A)包括多个第二沟槽(13)和介于中间的第二平台(14)，所述第二沟槽(13)和所述第二平台(14)以比所述第一沟槽和所述第一平台的比例小的比例被限定。
14.根据权利要求13所述的制造方法，其中，形成所述基层(2)包括：蚀刻所述基层的主表面以形成所述第一沟槽(3)和所述第一平台(4)，或者在第一子基层(2a)上设置第二子基层(2b)，其中，所述第一平台(4)和所述第一沟槽的侧壁(3s)由所述第二子基层(2b)的各部分形成。

Claims (14)

1.一种基底(1)，所述基底(1)包括具有第一主表面(2A)的基层(2)，所述第一主表面(2A)限定多个第一沟槽(3)和介于中间的第一平台(4)，其特征在于，所述基底包括厚度大于5μm的覆盖层(12)，所述覆盖层(12)设置在所述基层(2)的所述第一主表面(2A)上并且以基本保形的方式覆盖所述第一沟槽(3)和所述第一平台(4)，其中：
所述覆盖层的远离所述基层的所述第一主表面(2A)的表面(12A)包括多个第二沟槽(13)和介于中间的第二平台(14)，所述第二沟槽(13)和所述第二平台(14)以比所述第一沟槽和所述第一平台的比例小的比例被限定，
所述第一平台(4)的厚度(T)大于1μm，并且
比率R＝D/H大于0.5，其中，D是所述覆盖层(12)的覆盖两个相邻的第一平台(4)的表面之间的自由空间的尺寸，并且H是所述第一平台(4)的高度。
2.根据权利要求1所述的基底(1)，其中，所述比率R＝D/H不超过3.0。
3.根据权利要求1或2所述的基底(1)，其中，所述第一沟槽(3)具有相对于所述基层的所述第一主表面(2A)成≤90°的角度延伸的侧壁(3s)。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的基底(1)，其中，所述第一沟槽(3)互连并且形成与其自身相交的连续轮廓。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的基底，其中，所述覆盖层(12)是阳极氧化层，并且所述第二沟槽是所述阳极氧化层中的孔(13)。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的基底，其中，所述覆盖层(22)是导电的，并且在所述覆盖层(22)的所述第二沟槽(13)和所述第二平台(14)上设置有第一薄膜层(26)且所述第一薄膜层(26)以基本保形的方式覆盖所述覆盖层(22)的所述第二沟槽(13)和所述第二平台(14)，所述第一薄膜层(26)是电绝缘的或导电的。
7.根据权利要求6所述的基底，其中，所述第一薄膜层(26)是电绝缘的，并且在所述第一薄膜层(26)上设置有第二薄膜层(27)且所述第二薄膜层(27)以基本保形的方式覆盖所述第一薄膜层(26)，所述第二薄膜层(27)是导电的。
8.根据权利要求1至5中的任一项所述的基底，其中，所述覆盖层(32)是电绝缘的，并且在所述第二沟槽(13)和所述第二平台(14)上设置有三个薄膜层(36-38)的堆叠件且所述堆叠件以基本保形的方式覆盖所述第二沟槽(13)和所述第二平台(14)，所述堆叠件的第一层(36)是导电的，所述堆叠件的第二层(37)是电绝缘的，并且所述堆叠件的第三层(38)是导电的。
9.根据权利要求8所述的基底，其中，通过所述第二沟槽(13)的底部与所述堆叠件的所述第一层(36)进行电接触。
10.一种电容元件，所述电容元件包括根据权利要求7或权利要求8所述的基底。
11.一种系统级封装模块(100)，所述系统级封装模块(100)包括与集成电路(115)单片集成在一起的根据权利要求1至9中的任一项所述的基底(120)或根据权利要求11所述的电容元件。
12.一种化学传感器元件，所述化学传感器元件包括根据权利要求7所述的基底，其中，所述第一薄膜层(26)是适于吸附所选分子的化学感测层。
13.一种制造基底的方法，所述方法包括：
形成(S1)具有第一主表面(2A)的基层(2)，所述第一主表面(2A)限定多个第一沟槽(3)和介于中间的第一平台(4)，以及
在所述基层(2)的所述第一主表面(2A)上形成(S2)覆盖层(12)从而以基本保形的方式覆盖所述第一沟槽(3)和所述第一平台(4)，所述覆盖层的远离所述基层的所述第一主表面(2A)的表面(12A)包括多个第二沟槽(13)和介于中间的第二平台(14)，所述第二沟槽(13)和所述第二平台(14)以比所述第一沟槽和所述第一平台的比例小的比例被限定。
14.根据权利要求13所述的制造方法，其中，形成所述基层(2)包括：蚀刻所述基层的主表面以形成所述第一沟槽(3)和所述第一平台(4)，或者在第一子基层(2a)上设置第二子基层(2b)，其中，所述第一平台(4)和所述第一沟槽的侧壁(3s)由所述第二子基层(2b)的各部分形成。
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