高端微型薄膜电容器的制作方法

本实用新型涉及电子技术领域，尤其涉及一种高端微型薄膜电容器。

背景技术：

薄膜电容器可大致分为三个发展阶段。第一阶段为塑料薄膜电容器(Plastic Film Capacitor)，是把铝等金属箔(Metal Foil)当成电极和塑料薄膜重叠后卷绕在一起制成的。第二阶段出现了金属化薄膜电容器(Metallized Film Capacitor)，是用真空蒸镀的方法在塑料薄膜上镀一层厚度仅为0.02μm～0.1μm的金属化薄膜为电极。该方法省去了金属箔电极的厚度，缩小电容器单位容量的体积，可以做成体积小、容量大的电容器。第三阶段为叉指电容器(Inter-Digital Capacitor，IDC)，是以处于同一平面内的交错结构的多个金属条(又称金属手指或叉指)之间的分布电容来代替平行板电容器的两个平行板，因结构简单、Q值较高，是集总线路中广泛采用的集总元件。

叉指电容器主要包括四个结构参数：叉指电极对数、叉指宽度、间隙距离和叉指电极厚度。因此，可以通过不同的交叉图形尺寸，选择介电常数不同的基板材料以及微调等多种方法控制电容量。为了提高叉指电容器的容量，需要在减小和充分利用有效总面积的同时，以纳米级甚至亚纳米级的加工精度，增加手指的数量，并按接近1:1的比值减小手指的宽度和间隙的宽度。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是，针对现有叉指电容器的电容容量有待提高的缺陷，提供了一种高端微型薄膜电容器。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种高端微型薄膜电容器，包括依次设置的衬底、绝缘打底膜、金属薄膜和保护膜；所述金属薄膜包括在同一平面上形成的第一部分金属薄膜和第二部分金属薄膜，所述第一部分金属薄膜包括第一电极、从所述第一电极引出的第一汇流条、沿横向从所述第一汇流条朝第二汇流条延伸的多个第一臂，以及第一臂上沿纵向朝一侧或者两侧伸出的多个第一金属手指；所述第二部分金属薄膜包括第二电极、从所述第二电极引出的第二汇流条、沿横向从所述第二汇流条朝第一汇流条延伸的多个第二臂，以及第二臂上沿纵向朝一侧或者两侧伸出并与所述第一金属手指横向间隔开的多个第二金属手指。

在根据本实用新型所述的高端微型薄膜电容器中，所述第一金属手指和第二金属手指中，宽度范围为500～800nm。

在根据本实用新型所述的高端微型薄膜电容器中，所述第一金属手指和第二金属手指中，金属手指的宽度与指间间隔的宽度比值为1:1。

在根据本实用新型所述的高端微型薄膜电容器中，所述衬底为石英硅。

在根据本实用新型所述的高端微型薄膜电容器中，所述绝缘打底膜和保护膜为二氧化硅。

在根据本实用新型所述的高端微型薄膜电容器中，所述金属薄膜为铜或金。

本实用新型的高端微型薄膜电容器，具有以下有益效果：本实用新型通过对金属薄膜图形的设计，采用离子束溅射沉积工艺可以制作出高端微型薄膜电容器，加工精度高，尤其可加工出金属手指宽度和指间间距宽度为1:1比值的叉指电容器，克服了现有叉指电容器加工中出现的手指之间剥离残留形成的短路，改善了在获得大的长宽比和较多的叉指数时出现叉指电容器频率降低等不足，从而提高叉指电容器的容量，扩大叉指电容器在集总线路中的应用。

附图说明

图1为根据本实用新型的高端微型薄膜电容器的剖面结构示意图；

图2为根据本实用新型优选实施例的高端微型薄膜电容器中金属薄膜的图形；

图3为根据本实用新型第一实施例的高端微型薄膜电容器的制备方法流程图；

图4为四靶台双离子束反应溅射沉积设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在附图中示出了根据本实用新型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。

在本实用新型的上下文中，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”。

请参阅图1，为根据本实用新型的高端微型薄膜电容器的剖面结构示意图。如图1所示，本发明提供的高端微型薄膜电容器包括：衬底100、绝缘打底膜200、金属薄膜300和保护膜400。其中。绝缘打底膜200沉积在衬底100上，金属薄膜300沉积在绝缘打底膜200上，保护膜400沉积在金属薄膜300上。

请参阅图2，为根据本实用新型优选实施例的高端微型薄膜电容器中金属薄膜的图形。在该实施例中，本实用新型的高端微型薄膜电容器为一种叉指电容器。如图2所示，前述金属薄膜300进一步包括在同一平面上形成的第一部分金属薄膜和第二部分金属薄膜。其中第一部分金属薄膜包括第一电极311、第一汇流条312、多个第一臂313和多个第一金属手指314。其中，第一电极311用于与外部引线连接。第一汇流条312从第一电极311引出，且呈弧形。第一汇流条312上具有沿横向朝第二汇流条322延伸的所述多个第一臂313。每个第一臂313上具有沿纵向朝一侧或者两侧伸出的所述多个第一金属手指314。与之对应的，第二部分金属薄膜包括第二电极321、从所述第二电极321引出的第二汇流条322、沿横向从第二汇流条322朝第一汇流条312延伸的多个第二臂323，以及第二臂323上沿纵向朝一侧或者两侧伸出的多个第二金属手指324。该第二金属手指324需要与第一金属手指314横向间隔开。在第一金属手指314和第二金属手指324中，每个金属手指的宽度范围为500～800nm，指间间隔的宽度范围为500～800nm，金属手指的宽度与指间间隔的宽度的比值为1:1。由于叉指电容的电容值大小与金属手指的个数有关，因此，在总面积固定的情况下，如果要得到较大的电容值，就需要制作出更细的金属手指。本实用新型设计的叉指电容的两个电极不仅通过第一臂和第二臂之间形成横向交叉，还通过多个金属手指形成纵向交叉，有效地在控制电容体积的同时提高了电容容量。

请参阅图3，为根据本实用新型第一实施例的高端微型薄膜电容器的制备方法流程图。如图所示，该第一实施例提供的高端微型薄膜电容器的制备过程如下：

首先，在步骤S1中，提供衬底100。该衬底100可以采用塑料、陶瓷和玻璃等材料。优选地，该衬底100为石英硅衬底，其机械性能和金属化性能较佳。

随后，在步骤S2中，通过离子束溅射沉积工艺在衬底100上沉积绝缘打底膜200。优选地，步骤S2中，可以将氩气充入离子源，经辉光放电产生氩等离子体并经引出、成束、加速、中和形成氩离子束轰击二氧化硅(SO₂)靶材，SO₂靶材溅射出来的粒子沉积到衬底100上，形成SO₂绝缘打底膜。该步骤中设置的氩离子束的离子能量为200～1000eV，离子束流密度为0.2～0.8mA/cm²。

随后，在步骤S3中，在绝缘打底膜200上制作图形化的光刻胶，以图形化的光刻胶为掩模，通过离子束溅射沉积工艺在绝缘打底膜200上沉积金属薄膜300。优选地，步骤S3中，可以在绝缘打底膜200上制作图形化的光刻胶之后，将氩气充入离子源，经辉光放电产生氩等离子体并经引出、成束、加速、中和形成氩离子束轰击金属靶材，金属靶材溅射出来的粒子沉积到SO₂绝缘打底膜上，形成金属薄膜300。该步骤中设置的离子束的离子能量为200～1000eV，离子束流密度为0.2～0.8mA/cm²。金属靶材可以为金属铝靶材，或者其它适用于制备薄膜电阻的金属材料，如铜和金等。该步骤S3中图形化的光刻胶的图形取决于图形化的金属薄膜300的图形。在绝缘打底膜200上制作与图2中金属薄膜的形状互补的图形化的光刻胶，使得绝缘打底膜200的裸露部分即未被图形化的光刻胶遮挡的部分与金属薄膜300的图形相同。再通过离子束溅射沉积工艺完成金属薄膜300的制作。

最后，在步骤S4中，去除图形化的光刻胶，通过离子束溅射沉积工艺在金属薄膜300上沉积保护膜400，得到高端微型薄膜电容器。优选地，步骤S4中可以将氩气充入离子源，经辉光放电产生氩等离子体并经引出、成束、加速、中和形成氩离子束轰击SO₂靶材，SO₂靶材溅射出来的粒子沉积到金属薄膜上，形成SO₂保护膜。该步骤中设置的离子束的离子能量为200～1000eV，离子束流密度为0.2～0.8mA/cm²。优选地，前述步骤S2～S4中离子束溅射沉积的氩气工作压强为2.0×10^-2Pa，系统本底压强为5×10^-4Pa。离子束溅射沉积工艺中工件台自转速度为8～10rpm，沉积角度为45°。

本实用新型高端微型薄膜电容器中金属手指的宽度及间距极小，如果制作过程中稍有误差，将可能在金属手指之间造成金属粒子的残留形成短路，导致电容的成品率降低。因此，本实用新型通过离子束溅射沉积技术，加工出的高端微型薄膜电容器的金属手指可以达到纳米级精度，使得金属手指本身的宽度与间隙的宽度设计比值达到1:1，获得大电容值。

请参阅图4，为四靶台双离子束反应溅射沉积设备的结构示意图。本实用新型的薄膜压力传感器但不限于采用该四靶台双离子束反应溅射沉积设备制备。如图4所示，该四靶台双离子束反应溅射沉积设备包括主离子源1、辅离子源2、工件台3和可旋转的四靶台4。主离子源1和辅离子源2位于真空室5的两侧相对设置，两者的发射轴平行且间隔预定距离。四靶台4位于真空室中部主离子源的离子束9发射方向上，具有四个靶面，可用于固定金属靶材和二氧化硅靶材。工件台3用于固定工件6，位于辅离子源2的离子束10发射方向上，同时位于四靶台4工作靶面的离子束溅射粒子11沉积的方向上。该工件台3上还设有用于遮挡工件台3上工件6的可开关的工件台挡板8。如图所示，四靶台4与主离子源1呈45度设置，工件台3与辅离子源2呈45度设置。

下面结合图4的设备对本实用新型的高端微型薄膜电容器的制备过程进行具体描述。该实施例中在衬底100如石英硅衬底上依次在镀上SiO₂绝缘打底膜、金属薄膜和SiO₂保护膜，形成“三明治”夹层结构。具体的制备步骤如下：

1)提供石英硅衬底、金属靶材和SiO₂靶材，将石英硅衬底作为工件6固定在工件台3上，将SiO₂靶材和金属靶材分别固定到可旋转的四靶台4的两个靶位上，该金属靶材可以选取铝靶材。工件台3上设置有工件台挡板8。设置工件台3自转速度＝9rpm，沉积角度＝45°。设置氩气工作压强＝2.0×10^-2Pa；关闭真空仓5，启动6路电源控制系统和机械泵/分子泵双机抽真空系统，使系统本底压强≦5×10^-4Pa。

2)闭合工件台挡板8，转动四靶台4选取二氧化硅靶材，将氩气Ar充入主离子源1，经辉光放电产生氩等离子体并经引出、成束、加速、中和形成低能氩主离子束轰击SiO₂靶材进行清洁，彻底清除SiO2靶材表面的杂质。该步骤中设置的低能氩主离子束的离子能量为200～700eV，离子束流密度为0.2～0.6mA/cm²。

3)打开工件台挡板8，将氩气Ar充入辅离子源2，经辉光放电产生氩等离子体并经引出、成束、加速、中和形成低能氩辅离子束轰击石英硅衬底以增加附着力，同时彻底清除衬底表面的杂质。该步骤中设置的低能氩辅离子束的离子能量为200～700eV，离子束流密度为0.2～0.6mA/cm²。

4)将氩气Ar充入主离子源1，经辉光放电产生氩等离子体并经引出、成束、加速、中和形成高能氩主离子束轰击二氧化硅靶材，SiO₂靶材溅射出来的粒子沉积到石英硅衬底上，生成SiO₂绝缘打底膜。该步骤中设置的高能氩主离子束的离子能量为200～1000eV，离子束流密度为0.2～0.8mA/cm²。

5)在SiO₂绝缘打底膜上制作图形化的光刻胶，该图形化的光刻胶的图形优选为与图2所示图形互补。图2中金属手指宽度和指间间距的宽度的比值为1:1。

6)闭合工件台挡板8，转动四靶台4选取金属靶材，将氩气Ar充入主离子源1，经辉光放电产生氩等离子体并经引出、成束、加速、中和形成低能氩主离子束轰击金属靶材进行清洁，彻底清除金属靶材如Al靶材表面的杂质。该步骤中设置的低能氩主离子束的离子能量为200～700eV，离子束流密度为0.2～0.6mA/cm²。

7)打开工件台挡板8，将氩气Ar充入辅离子源2，经辉光放电产生氩等离子体并经引出、成束、加速、中和形成低能氩辅离子束轰击SiO₂绝缘打底膜以增加附着力。该步骤中设置的低能氩辅离子束的离子能量为200～700eV，离子束流密度为0.2～0.6mA/cm²。

8)将氩气Ar充入主离子源1，经辉光放电产生氩等离子体并经引出、成束、加速、中和形成高能氩主离子束轰击金属靶材。金属靶材溅射出来的粒子沉积到SiO₂绝缘打底膜上，生成金属薄膜300。该步骤中设置的高能氩主离子束的离子能量为200～1000eV，离子束流密度为0.2～0.8mA/cm²。

9)去除剩余的图形化的光刻胶。

10)闭合工件台挡板8，转动四靶台4选取SiO₂靶材，将氩气Ar充入主离子源1，经辉光放电产生氩等离子体并经引出、成束、加速、中和形成低能氩主离子束轰击SiO₂靶材进行清洁，彻底清除SiO2靶材表面的杂质。该步骤中设置的低能氩主离子束的离子能量为200～700eV，离子束流密度为0.2～0.6mA/cm²。

11)打开工件台挡板8，将氩气Ar充入辅离子源2，经辉光放电产生氩等离子体并经引出、成束、加速、中和形成低能氩辅离子束轰击金属薄膜300以增加附着力。该步骤中设置的低能氩辅离子束的离子能量为200～700eV，离子束流密度为0.2～0.6mA/cm²。

12)将氩气Ar充入主离子源1，经辉光放电产生氩等离子体并经引出、成束、加速、中和形成高能氩主离子束轰击SiO₂靶材，SiO₂靶材溅射出来的粒子沉积到金属薄膜300上，生成SiO₂保护膜。该步骤中设置的高能氩主离子束的离子能量为200～1000eV，离子束流密度为0.2～0.8mA/cm²。

最后，打开真空仓5和工件台挡板8，取出工件6，得到“三明治”夹层结构的本实用新型高端微型薄膜电容器。前述步骤2～3、6～7以及10～11均为可选步骤。

综上所述，本实用新型采用离子束溅射沉积制作高端微型薄膜电容器，通过对金属薄膜图形的设计，可以加工出金属手指宽度和指间间距宽度为1:1比值的叉指电容器，克服了现有叉指电容器加工中出现的手指之间剥离残留形成的短路，改善了在获得大的长宽比和较多的叉指数时出现叉指电容器频率降低等不足，从而提高叉指电容器的容量，扩大叉指电容器在集总线路中的应用。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。