专利名称：复合型电容的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种复合型电容(hybrid capacitor),且特别涉及一种可稳压 并在高频下降低噪声的复合型电容及其制造方法。
背景技术：
为因应电子产品的多功能需求，将不同功能的IC以三维堆叠型态封装 成一多功能IC模块，是系统级封装(System in Package, SiP)的技术趋势。当 不同IC做三维堆叠整合时，为解决上、下层IC接脚不配合的问题，会加一 层中介层来作为上、下芯片信号的再布局，使上、下层IC相配合。随着堆 叠层数的提高，以表面组装器件(surface mounted device, SMD)电容布局于 电路板上并不足以达到稳定多层芯片堆叠下的稳压需求。
另外，随着IC工作频率的加快，高频下的去噪声若仅靠电路板上的去 耦合电容，则因传输路径在IC多层堆叠下会路径过长，导致等校串联电感 增加，高频噪声不易去除。
发明内容
本发明提供一种复合型电容，可提供大电容，以提供芯片间的稳压。
本发明另提供一种复合型电容，可去除高频干扰。
本发明提出一种复合型电容，包括一个基板、至少一平行板电容与至少 一贯通孔电容，其中基板具有数个贯通孔，而平行板电容则位于基板上。至 于贯通孔电容位于至少一贯通孔中并与平行板电容并联。贯通孔电容本身也 可全部或部分并联。这种贯通孔电容至少包括一层正极层、 一层第一介电层、 一层第 一 负极层及一层第二负极层。上述正极层至少位于上述贯通孔的内表 面，且正极层至少于贯通孔之内的表面为一多孔结构。第一介电层则至少位 于正极层的多孔结构上。至于第一负极层是覆盖于第一介电层的表面，第二 负极层是覆盖于第一负极层的表面，其中第二负极层的电导率大于第一负极 层的电导率。本发明另提出一种复合型电容，包括一个基板、至少一平行板电容与至 少一贯通孔电容，其中基板具有数个贯通孔，而贯通孔电容位于至少一贯通 孔中。上述贯通孔电容至少包括一层正极层、 一层第一介电层、 一层第一负 极层及一层第二负极层。上述正极层至少位于上述贯通孔的内表面，且正极 层至少于贯通孔的内表面为一多孔结构。第一介电层则位于正极层的多孔结 构上。至于第一负极层是覆盖于第一介电层的表面，第二负极层是覆盖于第 一负极层的表面，其中第二负极层的电导率大于第一负极层的电导率。至于 平行板电容则位于基板上围绕上述贯通孔电容，并与贯通孔电容并联。贯通 孔电容本身也可全部或部分并联。
在本发明的实施例中，上述贯通孔电容的正极层的材料包括铝(A1)、钽
(Ta)、铌(Nb)或一氧化铌(NbO)。
在本发明的实施例中，上述贯通孔电容的第一介电层包括延伸至贯通孔 以外的基板表面。
在本发明的实施例中，上述贯通孔电容的第一负极层的材料包括有机半 导体、无机半导体或有机-无机混合(organic-inorganichybrid)导电材料。其中， 无机半导体包括二氧化锰(Mn02)、有机半导体则包括电荷转移错盐或导电高 分子。前述导电高分子包括聚吡咯(polypyrrole)、聚噻吩(polythiophene)或聚 苯胺(polyaniline)。而当第一负极层的材料是导电高分子时，可为单一导电高 分子材料或混合的两种导电高分子材料。
在本发明的实施例中，上述贯通孔电容的第一负极层包括多层结构。 在本发明的实施例中，上述贯通孔电容的第二负^L层包括含碳与金属的 复合层，其中的金属包括银、铜、金或镍。
在本发明的实施例中，上述贯通孔电容的第二负极层包括纯金属层。 在本发明的实施例中，上述贯通孔电容的第二负极层包括填满贯通孔。 在本发明的实施例中，上述基板包括硅基板、有机基板、金属基板或绝 缘基板。
在本发明的实施例中，上述基板中的贯通孔呈阵列排列。 在本发明的实施例中，上述平行板电容至少包括一层第一导体层、位于 第一导体层上的一层第二介电层以及一层第二导体层，第二介电层位于第一 导体层与第二导体层之间。其中，平行板电容的第二介电层的介电系数约为
1 2000、厚度约为0.1nm 10pm。在本发明的实施例中，上述平行板电容的第二介电层的材料则是锆钛酸
4贝(barium zirconate titanate, BZT)、 4太酸名愁4贝(barium strontium titanate, BST)、 钛酸钡(barium titanate)、含有铅(Pb)、铌(Nb)、钨(W)、钙(Ca)、镁(Mg)和锌 (Zn)其中至少 一种元素的钬酸钡(barium titanate)、钬酸铅(lead titanate)、锆钬 酸铅(lead zirconate titanate, PZT)、多晶镧改性4告钬酸铅(polycrystalline lanthanum-modified lead zirconate titanate, PLZT)、 银酸鉛(lead niobate)及其 衍生物、以及鴒酸铅(lead tungstate)及其衍生物所组成的族群中选择的 一种材 料。
在本发明的实施例中，上述第 一导体层或第二导体层和正极层可为相同 的导电材料。
在本发明的实施例中，上述第 一导体层或第二导体层和第二负极层可为 相同的导电材料。
在本发明的实施例中，上述基板包括金属基板。而上述金属基板的一部
分可作为平行板电容的第一导体层；或者，上述金属基板的一部分可作为贯 通孔电容的正极层。
在本发明的实施例中，上述平行板电容的形状包括六角形、圆形、方形 或环形。
在本发明的实施例中，上述贯通孔电容的形状包括六角形、圆形、方形 或环形。
可得到一个大电容的复合型电容。另外，通过具多孔结构的正极层的贯通孔 电容与平行板电容的配合，能设计出符合需求的本发明的复合型电容。因此，
本发明的复合型电容能在一个芯片大小里提供大于O.lpF的电容量，以提供 芯片间的稳压，同时去除l~4GHz的高频干扰。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并 配合附图，作详细说明如下。
图l是一种复合型电容的基板立体图，依照本发明的第一实施例。
图2是图1的II-II线段的剖面示意图。
3是图2的一种变形例的复合型电容的剖面示意图。图4是依照本发明的第二实施例的 一 种复合型电容的剖面示意图。
图5是依照本发明的第三实施例的一种复合型电容的上视图。
图6是图5的VI-VI线段的剖面示意图。
图7是图5的一种变形例的复合型电容的上视图。
图8是图7的复合型电容的阻抗与频率的模拟曲线图。
图9A至图9C是第三实施例的三种变形例。
附图标记说明
10、40、 50:复合型电容100、500:基板
102、402、 502:贯通孔
110、410、 510、 710a、 710b、 710c、910a、910b、 910c:平行板电容
112、412:第一导体层114、414:第二导体层■
116、416:第二介电层
120、420、 520、 720、 900a、 900b、900c:贯通孔电容
122、422:正才及层124、424:第一介电层
126、426:第一负极层128、428:第二负极层
130、300:多孔结构140、440:电^各配线
142、442:凸块144、530:绝缘层
400:金属基板444:绝缘层
具体实施例方式
下文中请参阅附图来更充分地了解本发明，其中附图显示本发明的各实 施例。不过，本发明还可用多种不同形式来实践，且不应将其解释为限于下 文所陈述的实施例。实际上，提供这些实施例只是为了使本发明被披露得更 详尽且完整，同时由此将本发明的范畴完全传达至本领域技术人员。在图中， 为明确起见可能将各层的尺寸以及相对尺寸作夸张的描绘。
图1是依照本发明的第 一实施例的一种具有复合型电容的基板或硅中介 层。图2是图i的n-n线段的剖面示意图。
请参照图i和图2，第一实施例的复合型电容io包括一个基板ioo、至
少一平行板电容110与至少一贯通孔电容120,其中基板ioo具有数个贯通 孔102,而平行板电容110则位于基板IOO上。至于贯通孔电容120位于至 少一贯通孔102中并与平行板电容110并联。这种贯通孔电容120至少包括一层正极层122、 一层第一介电层124、 一层第一负极层126及一层第二负 极层128。在第一实施例中，基板100为硅基板，此外基板100还可以是有 机基板、金属基板或绝缘基板。上述基板100中的贯通孔102可选择以阵列 排列，且除了设置贯通孔电容120之外，还可当作电路配线140的一部分， 譬如通过凸块142连接功率输出入端(Power)与信号端(Signal),而贯通孔电 容120则是接地(Ground)。而且，第一实施例虽然是显示圆形的贯通孔电容 120，但本发明不应被解释为限于第一实施例中所描绘的特定形状，而可包 括其他可施行的形状，如六角形、圆形、方形或环形等贯通孔电容。
请继续参照图2，正极层122至少位于贯通孔102的内表面，其中正极 层122的材料例如铝(A1)、钽(Ta)、铌(Nb)或一氧化铌(NbO)等。而且，正极 层122至少于贯通孔102的内表面为多孔结构130，如图2右上的放大图。 第一介电层124则位于正极层122的多孔结构130上；举例来说，当正极层 122为铝层，而多孔结构130是金属铝经蚀刻后的结构，则第一介电层124 则为多孔结构130经阳极氧化后形成在多孔结构130表面的氧化铝(八1203)。 前述多孔结构130亦可称为"海绵状结构"。至于第一负极层126是覆盖于 第一介电层124的表面。第一负极层126的材料例如有机半导体、无机半导 体或有机-无机混合(organic-inorganic hybrid)导电材料，其中无机半导体譬如 二氧化锰(Mn02)、有机半导体则例如电荷转移错盐或导电高分子。而上述导 电高分子例如聚吡咯(polypyrrole)、聚p塞p分(polythiophene)、聚苯胺(polyaniline) 或其它合适的导电高分子。而第一负极层126的材料也可选择是单一导电高 分子材料或混合的两种导电高分子材料。此外，第一负极层126也可以是多 层结构，而不限于第一实施例所描述的单一层结构。
请再度参照图2，上述第一负极层126的材料因为具有自修补作用，所 以在高漏电区域会有自行绝缘化的能力，用以降低电容元件的漏电。第二负 极层128则是填满上述贯通孔102，以覆盖第一负极层126表面，其中第二 负极层128的电导率大于第一负极层126的电导率。上述第二负极层128包 括含碳与金属的复合层，其中复合层中的金属包括银、铜、金或镍；也就是 说，第二负极层128的材料可为C/Ag或C/Cu或C/Au。第二负极层128 也可以是纯金属层。上述第二负极层128包括填满上述贯通孔。
请继续参照图2,上述平行板电容110至少包括一层第一导体层112、 位于第一导体层112上的一层第二导体层114以及一层第二介电层116,第二介电层116位于第一导体层112与第二导体层114之间，其中平行板电容 110的电容量譬如在O.lpF以下。此外，平行板电容110除了和图2—样设 置在基板100的一面外，也可选斧没置在基板100的双面上。其中，平行板 电容110的第二介电层116的介电系数例如为1-2000、厚度例如为 0.1pm 10^im之间。在第一实施例中，上述第二介电层116的材料例如是锆 4太酸4贝(barium zirconate titanate ， BZT) 、 4太酸IS4贝(barium strontium titanate ， BST)、钛酸钡(barium titanate)、含有Pb、 Nb、 W、 Ca、 Mg和Zn其中至少 一种元素的4太酸钡(barium titanate)、钛酸铅(lead titanate)、锆钛酸铅(lead zirconate titanate ， PZT)、 多晶镧改性#■ 4太酸铅(polycrystalline lanthanum-modified lead zirconate titanate, PLZT)、 铌酉吏4g(lead niobate)及其 衍生物、以及鵠酸铅(lead tungstate)及其衍生物所组成的族群中选择的 一种材 料。
此外，图2是用剖面说明来描述，而剖面说明只是将其作理想化示意说 明，因此可能会因为设计需求以^/或是容许度而与图中的形状有所不同，所 以本发明不应被解释为限于第 一实施例中所描绘的特定形状，而是包括其他 可施行的形状。举例而言，图2中的平行板电容110形状包括六角形、圓形、 方形等平面形状。因此，剖面图本质上为示意性的，其形状并不意味元件的 精确形状，且不用以限制本发明的范围。而上述第一导体层112或第二导体 层114可选择采用和正极层122相同的导电材料；抑或选择采用和第二负极 层128相同的导电材料。至于在基板100表面覆盖的则是绝缘层144。
图3则是图2的一种变形例的复合型电容的剖面示意图，其中使用和图 2中相同的元件符号来代表相同的构件。请参照图3,其与图2最大差异在 于正极层122的多孔结构300是延伸至贯通孔102以外的基板100表面。换 言之，位于多孔结构300表面的第一介电层(未绘示)也将延伸至贯通孔102 以外的基^1100表面，因此贯通 孔电容量将更大。
图4是依照本发明的第二实施例的 一种复合型电容的剖面示意图。
请参照图4，第二实施例的复合型电容40包括一个金属基板400、至少 一平行板电容410与至少一贯通孔电容420,其中金属基板400具有数个贯 通孔402。金属基板400的一部分可作为平行板电容410的第一导体层412, 而平行板电容410的第二导体层414则位于第二介电层416表面上，第二介 电层416则位于金属基板400表面与第二导体层414之间。至于第二介电层416可选择的材料请参照第一实施例。
请继续参照图4，贯通孔电容420位于贯通孔402并与平行板电容410 并联。而且，由于第二实施例是采用金属基板的关系，所以金属基板400的 一部分可作为贯通孔电容420的正极层422。而多孔结构430就位于贯通孔 402的内表面。第一介电层424则位于多孔结构430上，如图4右上的放大 图。关于第一负极层426和第二负极层428的位置、材料与结构的选择均可 参照第一实施例，故不再赘述。另外，因为金属基板400的关系，所以连接 正极的部位不需作贯通孔。至于传输信号的贯通孔，则还要在贯通孔402和 电路配线440间设置一绝缘层444。而金属基板400中的贯通孔402也可选 择以阵列排列，且贯通孔电容420与第一实施例一样，除可为圆形外，也可 包括其他可施行的形状，如六角形、圆形、方形或环形等。此外，图4中的 平行板电容410形状可以是六角形、圆形、方形等平面形状。此外，金属基 板400的一部分可作为第一导体层和正极层，也可选择在金属基板400上另 外溅射其他导电材料作为第一导体层或正极层。
图5是依照本发明的第三实施例的一种复合型电容的上视图。图6是图 5的VI-VI线l殳的剖面示意图。
请参照图5和图6，第三实施例的复合型电容50包括一个基板500、至 少一平行板电容510与至少一贯通孔电容520,其中基板500具有贯通孔502， 而贯通孔电容520即位于贯通孔502中。上述贯通孔电容520的结构与第一 实施例的贯通孔电容相同，所以使用第 一 实施例的元件符号表示相同或类似 的元件。至于平行板电容510则位于基板500上围绕上述贯通孔电容520, 并与贯通孔电容520并联。上述平行板电容510的结构与第一实施例的平行 板电容类似，所以使用第一实施例的元件符号表示相同或类似的元件。而在 平行板电容510与基板500表面还覆盖一层绝缘层530。
在第三实施例中，基板500可为硅基板，此外基板500还可以是金属基 板、有机基板或绝缘基板。当基板500是金属基板时，基板500的一部分可 作为平行板电容510的第一导体层、另 一部分可作为贯通孔电容520的正极 层。
请再度参照图5，图中的平行板电容510和贯通孔电容520是配置在呈 阵列排列的六角形图案。因此，可以根据所需的电容量设计平行板电容的位 置与数量，如图7。在图7中显示一个由单一贯通孔电容720和三圈平行板电容710a、 710b与710c所构成的复合型电容70，且平行板电容710a、 710b 与710c可选择不同介电系数的电容，而得到图8的阻抗(Impedance)与频率 (Fr叫uency)的模拟曲线图。从图8可知，第三实施例的复合型电容能依照需 求，设计在大范围的频率内都有低阻抗的复合型电容。
请再度参照图6与图7，当平行板电容710a、 710b与710c要和贯通孔 电容720并联时，除了在基板500的同一面并联，也可于基板500双面都配 置平行板电容，或于基板双面作交错配置的平行板电容设计。另外，第三实 施例的平行板电容和贯通孔电容还可以有其他变形，如图9A的圆形贯通孔 电容900a和环型平行板电容910a、图9B的方形贯通孔电容900b和方框平 行板电容910b、图9C的六角形贯通孔电容900c和六角环型平行板电容910c 等。
此外，虽然以上各实施例的复合型电容中都只显示一个贯通孔电容，但 本发明所属技术领域的技术人员在参阅以上实施例之后，应可理解贯通孔电 容的数量也可依照需求增加，成为互相并联的贯通孔电容。
综上所述，本发明的复合型电容可通过具多孔结构的正极层的贯通孔电 容与平行板电容的配合，而设计出符合需求的复合型电容。举例来说，本发 明的复合型电容能在一个芯片大小里提供大于0.1nF的电容量，以提供芯片 间的稳压；而且，本发明的复合型电容能够去除1 4GHz的高频干扰。而且， 这种复合型电容适于作为石圭中介层基板电容(silicon interposer substrate capacitor, SISC),当然也可设置在IC底下的有机基板。
虽然本发明已以优选实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，本领 域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因 此本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。
权利要求
1. 一种复合型电容，包括基板，该基板具有多个贯通孔；至少一平行板电容，位于该基板上；以及至少一贯通孔电容，位于至少一贯通孔中并与该平行板电容并联，该贯通孔电容至少包括正极层，至少位于该贯通孔的内表面，其中该正极层至少于贯通孔的内表面为一多孔结构；第一介电层，至少位于该正极层的该多孔结构上；第一负极层，覆盖于该第一介电层的表面；以及第二负极层，覆盖于该第一负极层的表面，其中该第二负极层的电导率大于该第一负极层的电导率。
2. —种复合型电容，包括 基板，该基板具有多个贯通孔；至少一贯通孔电容，位于至少一贯通孔中，该贯通孔电容至少包括正极层，至少位于该贯通孔的内表面，其中该正极层至少于贯通孔的内 表面为一多孔结构；第一介电层，至少位于该正极层的该多孔结构上；第一负极层，覆盖于该第一介电层的表面；以及第二负极层，覆盖于该第一负极层的表面，其中该第二负极层的电导率 大于该第一负极层的电导率；以及至少一平行板电容，位于该基板上围绕该贯通孔电容并与该贯通孔电容 并联。
3. 如权利要求1或2所述的复合型电容，其中该贯通孔电容的该正极层 的材料包括铝、钽、铌或一氧化铌。
4. 如权利要求1或2所述的复合型电容，其中该贯通孔电容的该第一介 电层包括延伸至该贯通孔以外的该基板表面。
5. 如权利要求1或2所述的复合型电容，其中该贯通孔电容的该第一负 极层的材料包括有机半导体、无机半导体或有机-无机混合导电材料。
6. 如权利要求5所述的复合型电容，其中该无机半导体包括二氧化锰。
7. 如权利要求5所述的复合型电容，其中该有机半导体包括电荷转移错 盐或导电高分子。
8. 如权利要求7所述的复合型电容，其中该导电高分子包括聚吡咯、聚 噻吩或聚苯胺。
9. 如权利要求7所述的复合型电容，其中该第一负极层的材料包括单一 导电高分子材料或混合的两种导电高分子材料。
10. 如权利要求1或2所述的复合型电容，其中该贯通孔电容的该第一 负极层包括多层结构。
11. 如权利要求1或2所述的复合型电容，其中该贯通孔电容的该第二 负极层包括含碳与金属的复合层。
12. 如权利要求11所述的复合型电容，其中该复合层中的金属包括银、 铜、金或4臬。
13. 如权利要求1或2所述的复合型电容，其中该贯通孔电容的该第二 负极层包括纯金属层。
14. 如一又利要求1或2所述的复合型电容，其中该贯通孔电容的该第二 负极层包括填满该贯通孔。
15. 如权利要求1或2所述的复合型电容，其中该基板包括硅基板、有 机基板、金属基板或绝缘基板。
16. 如权利要求1或2所述的复合型电容，其中该基板中的该贯通孔呈 阵列排列。
17. 如权利要求1或2所述的复合型电容，其中该平行板电容至少包括 第一导体层；第二导体层，位于该第一导体层上；以及 第二介电层，位于该第一导体层与该第二导体层之间。
18. 如权利要求17所述的复合型电容，其中该平行板电容的该第二介电 层的介电系数为1~2000。
19. 如权利要求17所述的复合型电容，其中该平行板电容的该第二介电 层的厚度为0.1nm 10^im。
20. 如权利要求17所述的复合型电容，其中该平行板电容的该第二介电 层的材料是自锆钛酸钡、钬酸锶钡、钛酸钡、含有Pb、 Nb、 W、 Ca、 Mg 和Zn其中至少一种元素的钛酸钡、钛酸铅、锆钛酸铅、多晶镧改性锆钛酸铅、铌酸铅及其衍生物、以及鴒酸铅及其衍生物所组成的族群中选择的一种 材料。
21. 如权利要求17所述的复合型电容，其中该第一导体层或该第二导体 层和该正极层为相同的导电材料。
22. 如权利要求17所述的复合型电容，其中该第一导体层或该第二导体 层和该第二负极层的金属为相同的导电材料。
23. 如权利要求17所述的复合型电容，其中该基板包括金属基板。
24. 如权利要求23所述的复合型电容，其中该金属基板的一部分作为该 平行板电容的该第一导体层。
25. 如权利要求1或2所述的复合型电容，其中该基板包括金属基板。
26. 如权利要求25所述的复合型电容，其中该金属基板的一部分作为该 贯通孔电容的该正极层。
27. 如权利要求1或2所述的复合型电容，其中该平行板电容的形状包 括六角形、圓形、方形或环形。
28. 如权利要求1或2所述的复合型电容，其中该贯通孔电容的形状 包括六角形、圆形、方形或环形。
全文摘要
本发明公开了一种复合型电容，其包含一个基板、至少一平行板电容与至少一贯通孔电容，上述基板具有数个贯通孔，而平行板电容则位于基板上。至少一贯通孔电容与至少一平行板电容并联。这种贯通孔电容至少包括一层正极层、一层第一介电层、一层第一负极层及一层第二负极层。而正极层位于至少一贯通孔的内表面，且正极层的表面为多孔结构。第一介电层则位于正极层的多孔结构上。至于第一负极层是覆盖于第一介电层的表面，第二负极层是覆盖于第一负极层的表面，其中第二负极层的电导率大于第一负极层的电导率。
文档编号H01G4/38GK101471181SQ20071030545
公开日2009年7月1日 申请日期2007年12月28日 优先权日2007年12月28日
发明者刘淑芬, 吴邦豪, 李明林, 蔡丽端, 郑丞良 申请人:财团法人工业技术研究院