专利名称：电容构造及其制作方法
技术领域：
本发明是涉及一种电容构造及其制作方法，特别是涉及一种运用湿式法来制作的电容构造及其制作方法。
背景技术：
电容为一种储能元件，在两平行的金属板间夹以介电材料，当施加一直流电源于该金属板上时，电荷因为不易通过所述绝缘材料而累积，如此于此两金属板间形成一电场而储存其能量。典型的整合无源元件(Integrated Passive Device, IPD)中可能在芯片尺寸的元件中包含电阻、电感及电容，其中电容部份的制作过程是在基本的金属-绝缘-金属(MIM)的结构中，使用两种或多种以上的材料来满足数值与性能的需求。至于绝缘层的制作过程中所使用的介电材料，其必须为低导电性。一般情况下，利用氮化硅溅射沉积的薄膜来做为整合无源电容材质，也就是所谓的干式物理沉积制造方法。然而，由于干式物理沉积工艺需要较长的沉积时间，且设备成本极高，因此使得上述整合无源元件的电容部份的制作时间及成本提闻。故，有必要提供一种电容构造及其制作方法，以解决现有技术所存在的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种电容构造，其运用湿式法来制作所述电容构造，相较现有干式制造方法使用沉积工艺需要较长的沉积时间及较高的设备与制造成本，本发明的湿式制造方法相对可节省电容的制作时间及降低成本，且能相对提升电容构造的电性表现。为达成本发明的前述目的，本发明提供一种电容构造，其包含:一第一金属层、一钽金属层、一复合材料层及一第二金属层。所述钽金属层设于所述第一金属层上；所述复合材料层设于所述钽金属层上，所述复合材料层包含五氧化二钽(Ta2O5)基材,并掺杂有二氧化钛(TiO2)复合材料颗粒(含有二氧化钛(Ti02)颗粒以及五氧化二钽(Ta2O5)与二氧化钛(TiO2)化合物颗粒)；及所述第二金属层设于所述复合材料层上。另外，本发明提供一种电容构造的制作方法，其包含以下步骤:提供一第一金属层；于所述第一金属层上沉积一钽金属层；阳极氧化所述钽金属层，使一部份所述钽金属层氧化成为一钽金属氧化层；将所述钽金属氧化层浸泡在一钛塩溶液中，使所述钛塩溶液渗入所述钽金属氧化层中；对上述浸泡后的钽金属氧化层进行一加热过程，使所述钽金属氧化层成为一复合材料层，其包含五氧化二钽(Ta2O5)基材及掺杂有二氧化钛(TiO2)复合材料颗粒(含有二氧化钛(Ti02)颗粒以及五氧化二钽(Ta2O5)与二氧化钛(TiO2)化合物颗粒)；及于所述复合材料层上沉积一第二金属层。
图1是本发明一实施例的电容构造的立体示意图。图2A-2F是本发明一实施例的电容构造的制作方法示意图。
具体实施例方式为让本发明上述目的、特征及优点更明显易懂，下文特举本发明较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下:在此特别说明，图中所绘的各物件并非按照各物件的标准比例，仅作为示意之用。请参照图1所示，图1是本发明一实施例的电容构造的立体示意图。本发明的电容构造100例如是应用做为一整合无源元件(iro)的电容构造，但不限于此。所述电容构造100包含:一第一金属层10、一钽(Ta)金属层20、一复合材料层30b及一第二金属层40。所述第一金属层10及所述第二金属层40例如是铜/铝(Cu/Al)的复合金属层；所述钽金属层20设于所述第一金属层10上；所述复合材料层30b设于所述钽金属层20上；及所述第二金属层40设于所述复合材料层30b上,其中所述复合材料层30b包含五氧化二钽(Ta2O5)基材并掺杂有二氧化钛(TiO2)复合材料颗粒31 (含有二氧化钛(Ti02)颗粒以及五氧化二钽(Ta2O5)与二氧化钛(TiO2)化合物颗粒)。在本发明一实施例中，所述第一金属层10及所述第二金属层40例如是铜/铝(Cu/Al)的复合金属层，且两者厚度分别为50至5000纳米(nm)之间，例如250、500或1000纳米。所述钽金属层20的厚度介于20至500纳米之间，例如为25、300或400纳米.。所述复合材料层30b的厚度介于1.5至800纳米之间，例如1.6、1.8、20、220、240、250或600纳米。所述二氧化钛复合材料颗粒31的粒径大致介于0.5至1000纳米之间，例如250、300或400纳米。所述复合材料层30b中二氧化钛复合材料颗粒31的掺杂重量比例介于0.1%至50%之间，例如0.5、1.0,2.0,2.5,5.0、7.5或8.0wt%。上述各层厚度、颗粒尺寸或掺杂比例是以应用做为一整合无源元件(IPD)的电容构造时为例，若应用做为其他电容构造时，亦可能对应调整各层厚度、颗粒尺寸或掺杂比例，故并不以此为限。请参照图2A-2F所示，图2A-2F是本发明一实施例的电容构造的制作方法示意图。首先，如图2A所示，提供一第一金属层10，其做为电容构造的其中一电极使用。所述第一金属层10例如是铜/铝(Cu/Al)的复合金属层，沉积的方法例如可采用溅射(Sputtering)等现有物理沉积工艺,而沉积的厚度并不加以限制,例如为50至1000纳米。接着，如图2B所不,于所述第一金属层10上沉积一钽金属层20,沉积的方法例如可采用派射(Sputtering)等现有物理沉积工艺,此时所述钽金属层20的原始厚度介于1.2至600纳米，例如140、150、200或300纳米。再接着，如图2C所示，阳极氧化所述钽金属层20，使一部份位于上层的所述钽金属层20氧化成为一钽金属氧化层30 (即所述钽金属氧化层30位于所述钽金属层20上)。阳极氧化(Anodization)的方法例如将所述钽金属层20置于电解水产生氧气与氢气的环境中进行阳极氧化，其温度保持在室温(25°C)，反应时间为0.5至120分钟。在阳极氧化后，所述钽金属层20的厚度缩小至20至50纳米(例如20、30或40纳米)，而所述钽金属氧化层30的厚度则介于150至280纳米之间(例如150纳米)。并且，在此步骤完成阳极氧化之后可另包含一加热(退火)过程，以使所述钽金属氧化层30的表面结构紧实，所述加热过程的温度介于350至450°C (例如400°C )，反应时间为5至100分钟。
如图2D所示，将具有所述钽金属氧化层30的半成品浸入一钛塩溶液310中，使所述钛塩溶液310渗入到所述钽金属氧化层30a中。所述钛塩溶液310例如为硝酸钛(Ti (NO3) 4水溶液，所述硝酸钛水溶液包含重量比例为0.001%至50%的硝酸钛,钛离子于所述钛塩溶液310中的含量约为10至3500毫克/公升。上述浸泡温度介于25至100°C (例如80°C )，及浸泡的时间为I至16小时(例如10、12或14小时)。此时，所述钽金属氧化层30a的厚度大致不变。如图2E所示，将上述半成品由所述钛塩溶液310中取出，并对上述浸泡后的钽金属氧化层30a进行一加热(退火)过程，使所述钽金属氧化层30a成为一复合材料层30b。当所述钽金属氧化层30a中所含的钛塩溶液310 (硝酸钛)受热时,将分解为二氧化钛(TiO2)及二氧化氮(NO2),且二氧化氮(NO2)气体将蒸发离开所述钽金属氧化层30a，使所述钽金属氧化层30a转变形成一复合材料层30b，其包含五氧化二钽(Ta2O5)基材及掺杂有二氧化钛复合材料颗粒31 (含有二氧化钛(Ti02)颗粒以及五氧化二钽(Ta2O5)与二氧化钛(TiO2)化合物颗粒)。此加热过程中的温度介于摄150至800°C (例如400°C )，加热时间介于0.1至30小时之间(例如0.5小时)。此时，所述复合材料层30b的厚度大致相同于所述钽金属氧化层30a的厚度；所述复合材料层30b中二氧化钛复合材料颗粒31的掺杂重量比例介于0.001%至50%之间，例如1.38wt% ;所述二氧化钛复合材料颗粒31的粒径大致介于0.5至10000纳米之间。最后,如图2F所不,在冷却后,进一步于所述复合材料层30b上沉积一第二金属层40，其做为电容构造的另一电极使用。所述第二金属层40例如亦是选自铜/铝(Cu/Al)的复合金属层、任何导电金属及其合金金属层或导电无机非金属层(如石墨、石墨烯、铟锡氧化物(ITO)),沉积的方法例如可采用派射(Sputtering)等现有物理沉积工艺,而沉积的厚度并不加以限制，例如为50至1000纳米。通过上述电容构造的制作方法可制作成本发明的电容构造100，其依序包含一第一金属层10、一钽金属层20、一复合材料层30b及一第二金属层40。由于本发明通过含浸一钛塩溶液310使其渗入所述钽金属氧化层30a中以及通过一加热过程使所述钛塩溶液310分解及二氧化氮(NO2)气体蒸发，最终使所述钽金属氧化层30a转变形成包含五氧化二钽(Ta2O5)基材及二氧化钛(TiO2)复合材料颗粒31的复合材料层30b，以完成制作所述电容构造的介电材料(绝缘)层的一部份。因此，在金属-绝缘-金属(MIM)的电容结构中，所述钽金属层20及所述复合材料层30b即共同构成介电材料(绝缘)层，其中所述复合材料层30b的二氧化钛复合材料颗粒31是属于高介电(high-k)常数的掺质，所述二氧化钛复合材料颗粒31的掺杂重量比例介于0.1%至10%之间。一般而言，钛成份的掺杂比例与电容的电性表现有关，使用者可依需要设计所需要的钛成份的掺杂比例。例如，准备一对照组，具有由钽金属层及单纯的五氧化二钽(Ta2O5)基材层所共同组成的介电材料(绝缘)层，以便与本发明由所述钽金属层20及所述复合材料层30b共同组成的介电材料(绝缘)层的实验组作比较，在维持大致相同总厚及相同的击穿电压(breakage voltage)与漏电流(leakage current)的前题下,本发明可以使电容构造的介电材料(绝缘)层的介电常数增加近20%，而电容能力则提高为225%。因此，综上所述，相较现有干式制造方法使用沉积工艺需要较长的沉积时间及较高的设备与制造成本，本发明的湿式制造方法可节省电容的制作时间及降低成本，且能相对提升电容构造的电性表现。本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已公开的实施例并未限制本发明的范围。相反的，包含于权利要求书的精神及范围的修改及均等设置均包括于本发明的范围内。
权利要求
1.一种电容构造，其特征在于:所述电容构造包含: 一第一金属层; 一钽金属层，设于所述第一金属层上； 一复合材料层，设于所述钽金属层上，所述复合材料层包含五氧化二钽基材，并掺杂有二氧化钛复合材料颗粒，所述二氧化钛复合材料颗粒是包含二氧化钛颗粒以及五氧化二钽与二氧化钛化合物颗粒；及 一第二金属层，设于所述复合材料层上。
2.如权利要求1所述的电容构造，其特征在于:所述复合材料层中二氧化钛复合材料颗粒的掺杂重量比例介于0.01%至50%之间。
3.如权利要求1所述的电容构造，其特征在于:所述二氧化钛复合材料颗粒的粒径介于0.5至10000纳米之间。
4.一种电容构造的制作方法，其特征在于:所述电容构造的制作方法包含以下步骤: (a)提供一第一金属层； (b)于所述第一金属层上沉积一钽金属层； (C)阳极氧化所述钽金属层，使一部份所述钽金属层氧化成为一钽金属氧化层； (d)将所述钽金属氧化层浸泡在一钛塩溶液中，使所述钛塩溶液渗入所述钽金属氧化层中； (e)对上述浸泡后的钽金属氧化层进行一加热过程，使所述钽金属氧化层成为一复合材料层，其包含五氧化二钽基材及掺杂有二氧化钛复合材料颗粒，所述二氧化钛复合材料颗粒是包含二氧化钛颗粒以及五氧化二钽与二氧化钛化合物颗粒；及 (f)于所述复合材料层上沉积一第二金属层。
5.如权利要求4所述的电容构造的制作方法，其特征在于:所述钛塩溶液是硝酸钛水溶液。
6.如权利要求4所述的电容构造的制作方法，其特征在于:在步骤(d)中的浸泡温度介于25至100°C，及浸泡时间介于I至16小时。
7.如权利要求4所述的电容构造的制作方法，其特征在于:在步骤(e)加热过程的温度介于150至800°C。
8.如权利要求7所述的电容构造的制作方法，其特征在于:在步骤(e)的加热过程中，加热时间介于0.1至30小时之间。
9.如权利要求4所述的电容构造的制作方法，其特征在于:所述复合材料层中二氧化钛复合材料颗粒的掺杂重量比例介于0.1%至50%之间。
10.如权利要求4所述的电容构造的制作方法，其特征在于:所述二氧化钛复合材料颗粒的粒径介于0.5至10000纳米之间。
全文摘要
本发明公开一种电容构造及其制作方法，所述电容构造包含一第一金属层、一钽金属层、一复合材料层及一第二金属层。所述钽金属层设于所述第一金属层上；所述复合材料层设于所述钽金属层上；以及所述第二金属层设于所述复合材料层上。所述复合材料层包含五氧化二钽基材，并掺杂有二氧化钛复合材料颗粒。本发明通过一阳极氧化处理使所述钽金属层上形成一钽金属氧化层，再利用一钛塩溶液以及通过一加热过程形成所述复合材料层，以作为所述电容构造的介电材料层。相较现有干式制造方法使用沉积工艺需要较长的沉积时间及较高的设备与制造成本，本发明的湿式制造方法可节省电容的制作时间及降低成本，且能相对提升电容构造的电性表现。
文档编号H01L23/64GK103151339SQ201310046969
公开日2013年6月12日 申请日期2013年2月8日 优先权日2013年2月8日
发明者钟旻华, 周泽川, 唐和明, 杨秉丰 申请人:日月光半导体制造股份有限公司