CN115394556A - 电容器及制造该电容器的方法 - Google Patents
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Abstract
本公开提供一种电容器及制造该电容器的方法，所述电容器包括：基板，包括彼此间隔开的第一沟槽和第二沟槽；第一电极，设置在第一沟槽中以及基板的一个表面上；第二电极，设置在第二沟槽中以及基板的一个表面上，并与第一电极间隔开；第一焊盘电极和第二焊盘电极，分别布置在第一电极和第二电极上；以及钝化层，设置在第一电极和第二电极以及第一焊盘电极和第二焊盘电极上，并具有分别部分地暴露第一焊盘电极和第二焊盘电极的开口。
Description
本申请是申请日为2018年11月14日、申请号为201811352166.4的发明专利申请“电容器及制造该电容器的方法”的分案申请。
技术领域
本公开涉及一种电容器及制造该电容器的方法。
背景技术
近来，需要高容量数据传输的应用(例如虚拟现实(VR)和三维(3D)全息图)已经在市场上可买到。对于高容量数据传输，需要第5代(5G)移动通信，因此，近来对5G移动通信的需求已不断增加。
到目前为止，尚未清楚地确定5G移动通信频带，但预期将使用几十GHz的高频。因此，用于射频(RF)匹配5G移动通信的电容器预期具有30GHz或更高的高谐振频率和1pF的水平的容量。
通常，电容器在这样的高频下具有电感器的性质，因此，已知电容器被简单的金属图案(例如微带)代替。
然而，当微带实际设计成安装在电路板中时，由于微带的图案的失效而导致整个封装件废弃，因此存在良率显著降低的问题。
在经由电力烧结(power sintering)制造的通常的多层陶瓷电容器(MLCC)的情况下，存在如下问题：由于根据片的设计的限制输入端子和输出端子之间的距离而难以实现具有高谐振频率和低容量的电容器。
因此，需要开发具有高谐振频率和低容量、被单独制造并安装在电路板上的高频RF匹配电容器。
发明内容
本公开的一方面可提供一种高频射频(RF)匹配电容器，所述高频射频(RF)匹配电容器具有高谐振频率和低容量、被单独制造并且安装在电路板上。
本公开的另一方面可提供一种最小化焊盘电极之间的间隔和最小化电流路径以实现低的等效串联电感(ESL)的电容器。
根据本公开的示例性实施例，一种电容器包括：基板，包括彼此间隔开的第一沟槽和第二沟槽；第一电极，设置在所述第一沟槽中以及所述基板的一个表面上；第二电极，设置在所述第二沟槽中以及所述基板的所述一个表面上，并与所述第一电极间隔开；第一焊盘电极和第二焊盘电极，分别布置在所述第一电极和所述第二电极上；以及钝化层，设置在所述第一电极和所述第二电极以及所述第一焊盘电极和所述第二焊盘电极上，并具有分别部分地暴露所述第一焊盘电极和所述第二焊盘电极的开口。
根据本公开的另一示例性实施例，一种制造电容器的方法包括：制备基板；在所述基板中形成彼此间隔开的第一沟槽和第二沟槽；在所述第一沟槽和所述第二沟槽中以及在所述基板的一个表面上形成电极，并在所述电极上形成焊盘电极；去除所述焊盘电极的部分以将所述焊盘电极分为第一焊盘电极和第二焊盘电极，并去除所述电极的部分以将所述电极分为第一电极和第二电极；形成钝化层以覆盖所述第一电极和所述第二电极以及所述第一焊盘电极和所述第二焊盘电极；以及去除所述钝化层的部分以部分地暴露所述第一焊盘电极和所述第二焊盘电极。
附图说明
通过下面结合附图进行的详细描述，本公开的以上和其他方面、特征和其他优点将被更加清楚地理解，在附图中：
图1是根据本公开的实施例的电容器的示意性透视图；
图2是沿图1的线I-I'截取的截面图；
图3是根据本公开的另一实施例的电容器的截面图；
图4A至图4F是示出制造图1和图2的电容器的方法的示图；以及
图4G是示出用于制造图3的电容器的另外的工艺的示图。
具体实施方式
现在将详细地描述实施例，其示例被示出在附图中。然而，本公开可以以许多不同的形式来实现，且不应该被解释为局限于在这里所阐述的实施例。提供这些实施例，以使本公开将是彻底和完整的，并将本公开的构思充分地传达给本领域的技术人员。在附图中，为了清楚起见，夸大了元件的形状和尺寸。附图中相同的附图标记表示在附图的范围内具有相同功能的元件。
为了清楚地描述本公开，在附图中，可省略与描述无关的部分，为了描述方便，可夸大某些层和区域的厚度，并且附图中相同的附图标记表示在本公开的范围内具有相同功能的元件。另外，除非存在不同的公开内容，否则当某个部分“包括”某个组件时，这表示该部分还可包括另一个组件而不是排除另一个组件。
在附图中，X轴方向被定义为第一方向或纵向方向，Y轴方向被定义为第二方向或宽度方向，Z轴方向被定义为第三方向或厚度方向。
图1是根据本公开的实施例的电容器的示意性透视图。图2是沿图1的线I-I'截取的截面图。
参照图1和图2，根据本公开的实施例的电容器100可包括：基板110，包括彼此间隔开的第一沟槽T1和第二沟槽T2；第一电极121，设置在第一沟槽T1中以及基板的一个表面上；第二电极122，设置在第二沟槽T2中以及基板的一个表面上，与第一电极间隔开；第一焊盘电极131和第二焊盘电极132，分别设置在第一电极121和第二电极122上；钝化层140，设置为覆盖第一电极121和第二电极122以及第一焊盘电极131和第二焊盘电极132，第一焊盘电极131和第二焊盘电极132通过钝化层140而部分地暴露。
基板110可具有但不限于大致六面体形状。另外，基板110可具有预定尺寸，但是没有具体限制，例如，电容器100可以是包括形成在基板110上的钝化层140的长度×宽度×厚度为0.4mm×0.2mm×0.2mm的0402尺寸的电容器。
基板110可利用具有高电阻的介电材料或硅(Si)形成，但本公开不限于此。例如，基板110可利用选自由Si、SiO2、Al2O3、MgO、LaAlO3和SrTiO3组成的组中的任何一种或它们的组合形成。
基板110可包括彼此间隔开的第一沟槽T1和第二沟槽T2。
沟槽指通过在深度方向(z轴方向)上从基板110的一个表面穿入至基板110中预定深度而形成的结构。
在经由电力烧结制造的通常的多层陶瓷电容器(MLCC)的情况下，可将容量实现为1pF的水平，但即使假设MLCC具有0402的尺寸(最小的尺寸)，输入端子和输出端子之间的距离仍然是400μm，因此，不能确保高的谐振频率。
另一方面，本公开可提供一种电容器，该电容器最小化第一电极和第二电极在基板上彼此分开的距离l2，并且通过使用沟槽最小化电流路径来降低等效串联电感(ESL)，并实现高谐振频率和低容量。
如图2所示，第一沟槽T1和第二沟槽T2不穿透基板的结构可有利地补偿第一电极121和第二电极122与基板110之间的粘合力。
可考虑所要求的电容器容量、封装件厚度等来设计第一沟槽T1和第二沟槽T2的深度d、沟槽在宽度方向(Y轴方向)上的长度(未示出)以及第一沟槽T1和第二沟槽T2彼此间隔开的距离l1。
例如，可通过如下方法获得具有容量为1.04pF的电容器：使用利用具有介电常数(specific inductive capacity)为11.7的Si形成的基板，将沟槽的深度d设定为100μm，将沟槽在宽度方向(Y轴方向)上的长度设定为200μm，并且将第一沟槽T1和第二沟槽T2彼此间隔开的距离l1设定为0.2μm。
第一沟槽T1和第二沟槽T2彼此间隔开的距离l1可不受具体限制，但是，例如，在利用具有介电常数为11.7的Si形成的基板的情况下，第一沟槽T1和第二沟槽T2彼此间隔开的距离l1可以是150nm至2μm。
当第一沟槽T1和第二沟槽T2彼此间隔开的距离l1小于150nm时，会存在即使通过少量的力沟槽的侧壁也可能容易塌陷的担忧，当第一沟槽T1和第二沟槽T2彼此间隔开的距离l1大于2μm时，会存在电容器容量可能过度增大的担忧。
第一沟槽T1和第二沟槽T2可在纵向方向上具有等于或大于10nm的厚度w。
当第一沟槽T1和第二沟槽T2的厚度w小于10nm时，会存在等效串联电阻(ESR)可能增大并且频率特性也可能受到影响的担忧。
随着第一沟槽T1和第二沟槽T2的厚度w增大，有利地减小了电阻，并且因此，厚度的上限没有具体限制。然而，当第一沟槽T1和第二沟槽T2的厚度w过高时，用内电极填充第一沟槽T1和第二沟槽T2的制造时间长，因此，考虑到生产率，可将厚度w限制至适当的厚度。
第一电极121可布置在第一沟槽T1中并布置在基板110的一个表面上。第一电极121的设置在第一沟槽T1中的部分可用作内电极，第一电极121的设置在基板110的一个表面上的部分可与第一焊盘电极131一起用作外电极。
第二电极122可布置在第二沟槽T2中并且布置在基板110的一个表面上，并可与第一电极121间隔开。第二电极122的布置在第二沟槽T2中的部分可用作内电极，并且第二电极122的设置在基板110的一个表面上的部分可与第二焊盘电极132一起用作外电极。
也就是说，第一电极121和第二电极122可以以第一电极121的形成在第一沟槽T1中的部分以及第二电极122的形成在第二沟槽T2中的部分用作内电极这样的方式布置为隔着基板的一部分彼此面对，因此，当具有不同极性的电压分别施加到第一电极121和第二电极122时，第一电极121和第二电极122可用作电容器。
可使用原子层沉积(ALD)工艺来形成第一电极121和第二电极122。由于ALD工艺具有优异的台阶覆盖(step-coverage)、易于调节薄膜的厚度并形成均匀的薄膜，因此即使沟槽的厚度w小，第一电极121和第二电极122也可稳定地形成在沟槽中。
第一电极121和第二电极122可利用例如银(Ag)、铅(Pb)、铂(Pt)、镍(Ni)和铜(Cu)中的一种或其合金的导电金属形成，而本公开不限于此。
第一电极和第二电极的布置在基板的一个表面上的部分彼此间隔开的距离l2可等于或小于第一沟槽和第二沟槽彼此间隔开的距离l1，并且可等于或大于150nm。
当第一电极和第二电极的布置在基板的一个表面上的部分彼此间隔开的距离l2大于第一沟槽和第二沟槽彼此间隔开的距离l1时，会存在布置在第一沟槽中的第一电极和布置在第二沟槽中的第二电极的电流路径断开的担忧，并且当距离l2小于150nm时，电流从第一电极的设置在基板的一个表面上的部分直接流到第二电极的设置在基板的一个表面上的部分，因此，会存在第一电极和第二电极可能不能用作电容器的担忧。
第一焊盘电极131和第二焊盘电极132可分别布置在第一电极121和第二电极122上。
第一焊盘电极131和第二焊盘电极132可分别电连接到第一电极121和第二电极122，并且可防止第一电极121和第二电极122被氧化。例如，第一焊盘电极131和第二焊盘电极132可利用金(Au)形成。
钝化层140可形成为覆盖第一电极121和第二电极122以及第一焊盘电极131和第二焊盘电极132，并且可形成为通过其部分地暴露第一焊盘电极131和第二焊盘电极132。
钝化层140可保护第一电极121和第二电极122以及第一焊盘电极131和第二焊盘电极132，并且可经由钝化层140部分地暴露第一焊盘电极131和第二焊盘电极132，以使具有不同极性的电压分别施加到第一焊盘电极131和第二焊盘电极132。
钝化层140可利用氧化硅(SiO2)形成，但不限于此。
图3是根据本公开的另一实施例的电容器200的截面图。
除第一沟槽251和第二沟槽252形成为穿透基板210之外，根据本公开的另一实施例的电容器200可与图1的电容器的组件相同。
当第一沟槽251和第二沟槽252形成为穿透基板210时，第一电极221和第二电极222可从基板210的下表面部分地暴露。
第一沟槽251和第二沟槽252形成为穿透基板210，因此，可进一步减小电容器尺寸并且可调节沟槽深度以调节电容器的容量。
根据本公开的上述配置的电容器可具有高谐振频率和低容量，并且可有利的是，电容器与电路板分开制造并且安装在电路板上。
焊盘电极之间的间隔可被最小化并且电流路径可被最小化，从而降低电容器的等效串联电感(ESL)和等效串联电阻(ESR)。
制造电容器的方法
图4A至图4F是示出制造图1和图2的电容器的方法的示图。
参照图4A至图4F，根据图1的实施例的电容器的制造方法可通过制备基板110(图4A)开始。
然后，可在基板110上形成彼此间隔开的第一沟槽T1和第二沟槽T2(图4B)。可通过蚀刻基板110的一个表面来形成第一沟槽T1和第二沟槽T2。
可考虑所需求的电容器容量、封装件厚度等来设计第一沟槽T1和第二沟槽T2的深度d、沟槽在宽度方向(Y轴方向)上的长度(未示出)以及第一沟槽T1和第二沟槽T2间隔开的距离l1。
然后，可在第一沟槽T1和第二沟槽T2中以及在基板110的一个表面上形成电极120，并且可在电极120上设置焊盘电极130(图4C)。
可使用原子层沉积(ALD)工艺来形成电极120。ALD工艺具有优异的台阶覆盖、容易调节薄膜的厚度并形成均匀的薄膜，即使沟槽的厚度w小，电极120也可稳定地形成在第一沟槽T1和第二沟槽T2中。
接着，可部分地去除焊盘电极130以将焊盘电极130分为第一焊盘电极131和第二焊盘电极132，并且可部分地去除电极120以将电极120分为第一电极121和第二电极122(图4D)。可使用光致抗蚀剂工艺或蚀刻工艺部分地去除焊盘电极130和电极120。
然后，可形成钝化层140以覆盖第一电极121和第二电极122以及第一焊盘电极131和第二焊盘电极132(图4E)。
接着，可部分地去除钝化层140以形成开口H1和H2，以部分地暴露第一焊盘电极131和第二焊盘电极132(图4F)，从而完成图1的电容器。可使用光致抗蚀剂工艺部分地去除钝化层140。
图4G是示出用于制造图3的电容器200的另外的工艺的示图。
如图4F所示，在完成图1的电容器100之后，可另外执行研磨基板的与其上形成有钝化层的一个表面相对的表面，如图4G所示。
可经由研磨工艺获得按照沟槽穿透基板这样的方式构造的图3的电容器200，并且在暴露第一电极和第二电极之后，还可另外执行研磨工艺以调节沟槽的深度，从而调节电容器的容量。
本公开可提供一种具有高谐振频率和低容量、与电路板分开制造并且安装在电路板上的高频RF匹配电容器。
本公开还可提供一种最小化焊盘电极之间的间隔并最小化电流路径来降低等效串联电感(ESL)和等效串联电阻(ESR)的电容器。
虽然以上已经示出并描述了示例性实施例，但对本领域技术人员而言将明显的是，在不脱离由所附权利要求限定的本公开的范围的情况下，可做出修改和变型。
Claims (11)
1.一种电容器，所述电容器包括：
基板，包括彼此间隔开的第一沟槽和第二沟槽；
第一电极，设置在所述第一沟槽中以及所述基板的一个表面上；
第二电极，设置在所述第二沟槽中以及所述基板的所述一个表面上，并与所述第一电极间隔开；
第一焊盘电极和第二焊盘电极，分别布置在所述第一电极和所述第二电极上；以及
钝化层，设置在所述第一电极和所述第二电极以及所述第一焊盘电极和所述第二焊盘电极上，并具有分别部分地暴露所述第一焊盘电极和所述第二焊盘电极的开口，
其中，所述第一沟槽和所述第二沟槽以150nm至2μm的距离彼此间隔开。
2.根据权利要求1所述的电容器，其中，所述第一沟槽和所述第二沟槽在所述基板的纵向方向上具有10nm或更大的厚度。
3.根据权利要求1所述的电容器，其中，所述第一电极和所述第二电极使用原子层沉积工艺形成。
4.根据权利要求1所述的电容器，其中，所述第一沟槽和所述第二沟槽穿透所述基板。
5.根据权利要求1所述的电容器，其中，所述第一电极和所述第二电极包括银、铅、铂、镍和铜中的一种或它们的合金。
6.根据权利要求1所述的电容器，其中，所述第一焊盘电极和所述第二焊盘电极包括金。
7.根据权利要求1所述的电容器，其中，所述基板包括硅。
8.一种制造电容器的方法，所述方法包括：
制备基板；
在所述基板中形成彼此间隔开的第一沟槽和第二沟槽；
在所述第一沟槽和所述第二沟槽中以及在所述基板的一个表面上形成电极，并在所述电极上形成焊盘电极；
去除所述焊盘电极的部分以将所述焊盘电极分为第一焊盘电极和第二焊盘电极，并去除所述电极的部分以将所述电极分为第一电极和第二电极；
形成钝化层以覆盖所述第一电极和所述第二电极以及所述第一焊盘电极和所述第二焊盘电极；以及
去除所述钝化层的部分以部分地暴露所述第一焊盘电极和所述第二焊盘电极，
其中，所述第一沟槽和所述第二沟槽以150nm至2μm的距离彼此间隔开。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，使用原子层沉积工艺在所述第一沟槽和所述第二沟槽中以及所述基板的所述一个表面上形成所述电极。
10.根据权利要求8所述的方法，所述方法还包括：在去除所述钝化层的所述部分之后，研磨所述基板的与形成有所述钝化层的所述一个表面相对的表面。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，通过所述研磨暴露所述第一沟槽和所述第二沟槽。
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