一種mim電容及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電子元器件制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種采用藍(lán)寶石襯底作為介電材 料的M頂電容及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 陶瓷介質(zhì)電容器是一種廣泛使用的電容器，其全部數(shù)量約占電容器市場(chǎng)的70%左 右。在陶瓷介質(zhì)電容器中絕緣體材料主要使用陶瓷，其基本構(gòu)造是將陶瓷和內(nèi)部電極交相 重疊。常用陶瓷材料有Ti02(二氧化鈦）、BaTi03，CaZr03(鋯酸鈣）等。陶瓷電容器品種 繁多，外形尺寸相差甚大，小型封裝的貼片電容器常見(jiàn)長(zhǎng)寬尺寸約1 X 0. 5_，而大型的功率 陶瓷電容器長(zhǎng)寬尺寸可達(dá)0. 2米。按使用的介質(zhì)材料特性可分為I型、II型和半導(dǎo)體陶瓷 電容器；按無(wú)功功率大小可分為低功率、高功率陶瓷電容器；按工作電壓可分為低壓和高 壓陶瓷電容器；按結(jié)構(gòu)形狀可分為圓片形、管型、鼓形、瓶形、筒形、板形、疊片、獨(dú)石、塊狀、 支柱式、穿心式等。
[0003] I類(lèi)陶瓷電容器（ClassIceramic capacitor)，過(guò)去稱(chēng)高頻陶瓷電容器 (High-freqency ceramic capacitor)，是指用介質(zhì)損耗小、絕緣電阻高、介電常數(shù)隨溫度 呈線性變化的陶瓷介質(zhì)制造的電容器。它特別適用于諧振回路，以及其它要求損耗小和電 容量穩(wěn)定的電路，或用于溫度補(bǔ)償。I類(lèi)陶瓷電容器的尺寸通常不大。
[0004] 隨著民用和軍用工業(yè)的發(fā)展，電子電路對(duì)高頻I類(lèi)陶瓷電容器的要求越來(lái)越高， 主要要求集中在以下幾個(gè)方面： (1) 高頻下介電損耗要小?，F(xiàn)有常見(jiàn)的陶瓷電容介電損耗值tgS= (1~6)X104。越 小的tgS，可保證回路Q(chēng)值越高。高介電容器瓷工作在高頻下工作時(shí)，隨著頻率《上升、 tgS也將上升。在超高頻狀態(tài)下工作時(shí)，現(xiàn)有的陶瓷電容越來(lái)越能以滿(mǎn)足需求； (2) 體積電阻率P v高（P v>1012Q ? cm)，為保證高溫時(shí)能有效工作，要求P v高； (3) 介電強(qiáng)度Ep = V/d要高。高的Ep可使介電材料在內(nèi)電極間的厚度更薄?？闺姀?qiáng) 度Ep在介電材料的分布均勻性要好?，F(xiàn)有的陶瓷電容由于陶瓷材料的分散性，使得即使 E〈Ep，可能仍有擊穿，提高了風(fēng)險(xiǎn)性。
[0005] 針對(duì)I類(lèi)陶瓷電容器在高頻下使用時(shí)，介電損耗值tg S偏高和抗電強(qiáng)度Ep分布 不均勻的問(wèn)題，有必要發(fā)明一種絕緣體不是陶瓷材料，而采用氧化物單晶體的M頂電容及 其制造方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種介電損耗小且抗電強(qiáng)度分布均勻的M頂電 容，還提供一種上述M頂電容的制造方法。
[0007] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種M頂電容其創(chuàng)新點(diǎn)在于：包括襯 底，所述襯底為一藍(lán)寶石單晶晶片，在其上表面和下表面均依次沉積有過(guò)渡層和金屬層。
[0008] 本發(fā)明還提供了上述M頂電容的制造方法，其創(chuàng)新點(diǎn)在于：所述方法步驟具體如 下： (1) 將藍(lán)寶石晶體，即a -A1203單晶通過(guò)單線切割或掏料鉆鉆取的方式加工成單晶晶 棒； (2) 將單晶晶棒在多線切割機(jī)上切割加工成單晶晶片；（3)將單晶晶片清洗干凈后作 為沉積襯底，在襯底兩面先沉積一層與藍(lán)寶石結(jié)合性能較好的過(guò)渡層；（4)再通過(guò)磁控濺 射的方法在過(guò)度層的基礎(chǔ)上沉積導(dǎo)電性能好的金屬層；（5)以金屬層作為電極，引出接線 端；（6)完成上述M頂電容的封裝。
[0009] 進(jìn)一步地，所述步驟（1)中所述單晶晶棒為長(zhǎng)方形或圓柱形，所述a _A1203單晶襯 底的掏取方向?yàn)锳面、C面或M面。
[0010] 進(jìn)一步地，所述步驟（1)中所述切割線為金鋼石砂線。
[0011] 進(jìn)一步地，所述步驟（2)中單晶晶片的厚度為0? 1~1mm。
[0012] 進(jìn)一步地，所述步驟（3)中的過(guò)渡層所用材料為鈦、鎳、銦、錫中的一種或幾種。
[0013] 進(jìn)一步地，所述步驟（4)中的金屬層所用材料為Ag、Au、Al、Cu中的一種或多種。
[0014] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于： (1) 本發(fā)明的M頂電容，其襯底為一藍(lán)寶石單晶晶片，其采用藍(lán)寶石襯底作為介質(zhì)材 料，藍(lán)寶石具有電阻率高、介電損耗小（比常用材料小一個(gè)數(shù)量級(jí))，抗電強(qiáng)度高等特性，因 此在高步頻下使用時(shí)性能要遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于常用的陶瓷材料；另外，由于藍(lán)寶石是單晶材料，其介 電強(qiáng)度Ep = V/d很高，同時(shí)單晶結(jié)構(gòu)的一致性使抗電強(qiáng)度Ep在材料內(nèi)的分布均勻性非常 好，沒(méi)有擊穿風(fēng)險(xiǎn)，提高了使用的穩(wěn)定性； (2) 本發(fā)明的M頂電容制造方法有6個(gè)步驟， 第一步的優(yōu)點(diǎn)，其中由于藍(lán)寶石為高硬度碎性材料，因此其加工 方式不能采用簡(jiǎn)單的機(jī)械加工，而是要采用線切割或掏料鉆的方式進(jìn)行加工；為了制 造適合電容形狀的薄片形狀，首先要將藍(lán)寶石晶體加工成長(zhǎng)方形或圓柱形的棒狀，以方便 多線切割機(jī)進(jìn)行多線切割； 第二步的優(yōu)點(diǎn)，采用多線切割，加工晶片表面損傷層淺，粗糙度小，切片加工出片率 尚； 第三步和第四步的優(yōu)點(diǎn)，先在襯底沉積與與藍(lán)寶石材料結(jié)合較好的材料，將其作為過(guò) 渡層，再在過(guò)渡層上沉積根據(jù)實(shí)際需要的電極材料，是一種比較合理的做法； (3) 本發(fā)明單晶襯底的掏取方向?yàn)锳面、C面或M面，藍(lán)寶石材料是一種各向異性的材 料，單晶晶片兩面的晶向決定了介電材料的電學(xué)性能，電學(xué)性能數(shù)據(jù)如下表所示：
當(dāng)晶片兩面的晶向?yàn)镃向時(shí)，晶片兩面與晶體的C面平行，在表中表示為|| C，當(dāng)晶片兩 面的晶向?yàn)锳向或M向時(shí)，晶片兩面與晶體的C面垂直，在表中表示為丄C ;將晶片晶向即 不是C向、也不是A向或M向時(shí)，電學(xué)性能數(shù)據(jù)介于兩者之間；從晶向定向方法上，藍(lán)寶石C 向、A向和M向相對(duì)容易定向，因此建議M頂電容制造時(shí)，鍍膜的表面為C面、A面或M面； (4) 切割線選擇的優(yōu)點(diǎn)，可加工非導(dǎo)電材料，刀縫損失小且可自由改變切割位向； (5) 本發(fā)明的M頂電容制造方法，藍(lán)寶石單晶棒加工成厚度為0. 1~1_的單晶晶片， 既滿(mǎn)足了藍(lán)寶石作為M頂電容的介電材料的實(shí)際需求，又避免浪費(fèi)了價(jià)格較高的藍(lán)寶石材 料； (6) 從與藍(lán)寶石的結(jié)合性能上看，鈦、鎳、銦、錫等金屬是與藍(lán)寶石材料結(jié)合較好的材 料，因此將其作為過(guò)渡層； (7) 制造中，采用的金屬材料Ag、Au、Al、Cu中的一種或多種， 具有良好的導(dǎo)電性能和抗腐蝕性能。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1為本發(fā)明M頂電容的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 如圖1所不，本發(fā)明公開(kāi)了 一種MIM電容，包括襯底3,襯底3為一藍(lán)寶石單晶晶 片，在其上表面依次沉積有過(guò)度層2和金屬層1，其下表面依次沉積有過(guò)度層4和金屬層5。 [0017]上述M頂電容的制造方法，該方法具體步驟為： 第一步，取80公斤泡生法藍(lán)寶石晶錠一個(gè)，用2英寸內(nèi)徑金剛石空心圓柱形薄壁掏料 鉆掏取圓柱形晶棒，掏取方向?yàn)镃面，偏差為±3°以?xún)?nèi)；掏完后去除頭尾不平坦部分，形成 平坦端面；再對(duì)端面進(jìn)行精確定向后，將圓柱形晶棒晶向通過(guò)機(jī)械加工，使其端面晶向在C 向±0. 5°以?xún)?nèi)；總共獲得總長(zhǎng)度為2600mm的2英寸圓柱形晶棒； 第二步，將2英寸圓柱形晶棒分6次安裝到金鋼砂線多線切割機(jī)上，進(jìn)行多線切割；切 割時(shí)線槽槽距為〇. 5mm，線徑為0. 24mm ;切割后獲得的單晶晶片為0. 26mm，晶向?yàn)镃向，偏 差±0. 5°以?xún)?nèi)； 第三步，將單晶晶片清洗干凈后放入磁控濺射爐，首先在兩面層積一層〇. 01mm厚的Ni 層作為過(guò)渡層； 第四步，在過(guò)渡層的基礎(chǔ)上再層積一層0. 05mm厚的Au層作為金屬層； 第五步，從金屬層引出接線端，并完成M頂電容的封裝。
[0018] 以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征以及本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技 術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明 本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些 變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及 其等效物界定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種M頂電容，其特征在于：包括襯底，所述襯底為一藍(lán)寶石單晶晶片，在其上表面 和下表面均依次沉積有過(guò)渡層和金屬層。2. -種權(quán)利要求1所述的MIM電容的制造方法，其特征在于，所述方法步驟具體如下： (1)將藍(lán)寶石晶體，即a -Al2O3單晶通過(guò)單線切割或掏料鉆鉆取的方式加工成單晶晶 棒；（2)將單晶晶棒在多線切割機(jī)上切割加工成單晶晶片；（3)將單晶晶片清洗干凈后作 為沉積襯底，在襯底兩面先沉積一層與藍(lán)寶石結(jié)合性能較好的過(guò)渡層；（4)再通過(guò)磁控濺 射的方法在過(guò)度層的基礎(chǔ)上沉積導(dǎo)電性能好的金屬層；（5)以金屬層作為電極，引出接線 端；（6)完成上述M頂電容的封裝。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的M頂電容的制造方法，其特征在于：所述步驟（1沖所述單晶 晶棒為長(zhǎng)方形或圓柱形，所述a -Al2O3單晶襯底的掏取方向?yàn)锳面、C面或M面。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的M頂電容的制造方法，其特征在于：所述步驟（1)中所述切割 線為金鋼石砂線。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的MIM電容的制造方法，其特征在于：所述步驟（2)中單晶晶片 的厚度為〇? 1~lmm〇6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的M頂電容的制造方法，其特征在于：所述步驟（3)中的過(guò)渡層 所用材料為鈦、鎳、銦、錫中的一種或幾種。7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的MIM電容的制造方法，其特征在于：所述步驟（4)中的金屬層 所用材料為Ag、Au、Al、Cu中的一種或多種。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種MIM電容，包括襯底，所述襯底為一藍(lán)寶石單晶晶片，在其上表面和下表面均依次沉積有過(guò)渡層和金屬層；一種上述MIM電容的制造方法，所述方法步驟具體如下：（1）將藍(lán)寶石晶體通過(guò)單線切割或掏料鉆鉆取的方式加工成單晶晶棒；（2）將單晶晶棒在多線切割機(jī)上切割加工成單晶晶片；（3）將單晶晶片清洗干凈后作為沉積襯底，在襯底兩面先沉積過(guò)渡層；（4）再在過(guò)渡層的基礎(chǔ)上沉積金屬層；（5）以金屬層作為電極，引出接線端；（6）完成上述MIM電容的封裝。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：藍(lán)寶石作為介質(zhì)材料，電阻率高、介電損耗小，抗電強(qiáng)度高；單晶結(jié)構(gòu)一致使抗電強(qiáng)度Ep在材料內(nèi)的分布均勻性非常好，沒(méi)有擊穿風(fēng)險(xiǎn)，提高了MIM電容的穩(wěn)定性。
【IPC分類(lèi)】H01L23/522, H01L29/92, H01L21/02
【公開(kāi)號(hào)】CN105070707
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510415355
【發(fā)明人】馬遠(yuǎn), 吳勇, 周健杰
【申請(qǐng)人】江蘇中電振華晶體技術(shù)有限公司
【公開(kāi)日】2015年11月18日
【申請(qǐng)日】2015年7月16日