一种三维硅基片式薄膜电容器及其制造方法技术领域
本发明涉及电容器制造领域，具体涉一种三维硅基片式薄膜电容器及其制造方
法。
背景技术
随着电子技术的发展，电子信息产业进入后摩尔时代。无源器件在线路板中所占
体积比也越来越大，与电子线路“微型化、集成化、智能化”的发展趋势的矛盾日渐突出。为
了解决这一日渐突出的矛盾，电容器作为最基本的无源器件，其不可必免地要朝着体积小，
容量大，功耗低，性能稳定的方向发展。
在不改变体积的情况下，电容器的电容量的增加可以通过采用高K介质材料、增大
电极面积和减小电极间距的方式来实现；高K介质的使用会对电容器的温度特性存在影响；
减小电极间距必然导致电容器的介质耐电降低。因此，只有通过增大电极面积来满足电子
线路“微型化、集成化、智能化”的需求。
硅材料因其性能优良，价格便宜，制备方便而广泛使用在半导体产业中。
三维硅基片式薄膜电容器主要应用在航空航天、军事雷达、计算机通信，便携式电
子设备，汽车能源，家用电子等领域。随着硅基薄膜电容器的制造技术的不断进步，其性能
将不断得到提升，应用范围将不断扩大，进而推动硅基类器件技术的发展，提高我国的元器
件技术水平，使我国的电子元器件产品质量和挡次向更高层次发展，具有重要的社会效益。
发明内容
发明目的：本发明提供一种体积小、损耗低、耐咬高压、绝缘电阻高、温度系数小等
效串联电阻和等效串联电感低等特点的三维硅基片式薄膜电容器及其制造方法。
技术方案：一种三维硅基片式薄膜电容器，包括硅基体、微型孔洞、氧化硅层、氮化
硅层、顶部打底层、顶部金层、背部打底层和背部金层，所述硅基体一侧为抛光面，该抛光面
上设有若干个微形孔洞；所述硅基体的微形孔洞内壁和底部设有氧化硅层，在氧化硅层上
设有氮化硅层；所述顶部打底层设置在氮化硅层上，在顶部打底层上设置顶部金层，所述背
部打底层设置在硅基体的另一侧，在背部打底层上设有背部金层。
具体地，所述硅硅基体为硅材料，单面抛光，粗糙度要求0.05～0.1，晶向100，该硅
材料为低阻率硅基体，电阻率要求小于0.01Ω·cm，硅基体厚度不小于400μm。
具体地，所述微形孔洞的孔径2-10μm，孔深5-80μm。
具体地，所述顶部打底层和背部打底层为钛钨合金，厚度150～200nm；顶部金层厚
度为2～4μm，采用电镀方式加厚。
具体地，所述背部金层采用溅射镀膜方式，厚度0.8～1.5μm。
一种三维硅基片式薄膜电容器的制造方法，包括以下步骤：
步骤1，清洗：选取低电阻率硅基体，即电阻率小于0.01Ω·cm，厚度不小于400μm，
单面抛光，100晶向硅基体；用标准的1号硅片清洗液、2号硅片清洗液、丙酮、酒精和去离子
水清洗甩干，以待备用；
步骤2，热氧化：将硅基体送入氧化炉中进行干氧氧化，温度780℃，氮气10L/min，
氧气6L/min，时间20～60min；
步骤3，光刻：旋转涂胶；在95～110℃的热板上烘烤90±10秒；选取合适掩膜版，15
±5秒时间的曝光；显影；用8％的HF溶液腐蚀二氧化硅层形成刻蚀窗口；最后在120±10℃
的热板上烘干5～10分钟；
步骤4，孔洞刻蚀：利用博世刻蚀技术，在ICP刻蚀机中进行孔洞刻蚀；孔径2-10μm，
孔深5-80μm，刻蚀参数：线圈功率500W，极板功率20W，腔体气压3.5Pa，SF6流量135mL/min，
C4F8流量8mL/min，氧气流量8mL/min，刻蚀时间7秒；钝化参数：线圈功率500W，极板功率0，腔
体气压2.5Pa，SF6流量0，C4F8流量80mL/min，氧气流量0，钝化时间3秒；
步骤5，清洗，用8％的HF溶液漂洗经孔洞刻蚀的硅基体，然后用丙酮、酒精和去离
子水清洗甩干，以备热氧化；
步骤6，热氧化：将硅基体送入氧化炉中进行干氧氧化形成二氧化硅层，温度780
℃，氮气10L/min，氧气6L/min，时间20～60min；
步骤7，钝化层层积：将硅基体送入PECVD炉中进行氮化硅薄膜3沉积，沉积参数：极
板温度350℃，工作气压25Pa，功率400W，氨气流量25sccm，硅烷50sccm，氮气150sccm，时间5
～15min；
步骤8，退火处理：将硅基体送入退火炉中进行氮气气氛退火，退火温度780℃，退
火时间30分钟；
步骤9，顶电极溅射：用磁控溅射的方法依次在硅基体的功能层上溅射顶部钛钨打
底层和顶部金层；
步骤10，电镀：对顶部金层进行镀金加厚，金层厚度2～4μm；
步骤11，光刻：进行涂胶；在95～110℃的热板上烘烤90±10秒；曝光时间10±3秒；
显影；刻蚀顶部金层和顶部钛钨打底层；去胶；最后在120±10℃的热板上烘干5～10分钟；
步骤12，背部减薄：利用硅基体减薄机，采用机械减薄的方法对硅基体1进行减薄，
厚度要求100～120μm；
步骤13，清洗：依次用丙酮、酒精和去离子水清洗硅基体并甩干，待用；
步骤14，底电极溅射：用磁控溅射的方法依次在硅基体的背面溅射背部钛钨打底
层和背部金层；
步骤15，划片切割：采用机械切割的方法，对硅基体进行划片切割，制得尺寸符合
要求的电容器。
更具体地，所述步骤9、14中，钛钨打底层厚度为150±10nm；溅射功率400W，硅基体
温度200～400℃，氩气流量100±1sccm，本底真空度7×10-4Pa。
更具体地，所述步骤6干氧气体为氧气与氮所的混合气体，氮气的通入搅动腔体内
的氧气。
更具体地，所述步骤9中硅基体减薄后的厚度为100～120μm。
更具体地，所述步骤14中底电极金层溅射时间为20±2min。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的三维硅基片式薄膜电容
器采用在硅基体表面刻孔的方法来增大电容器的电极面积，实现了在相同容值下，最大限
度地减小了电容器的体积，提高了电容器的性能；具有体积小、损耗低、耐压高、绝缘电阻
高、温度系数小(50ppm/℃)、等效串联电阻(400mΩ)和等效串联电感(400pH)低等特点；由
于三维硅基片式薄膜电容器的制造工艺简单，性能稳定，与半导体工艺兼容，可以大规模制
造。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。
如图1所示，一种三维硅基片式薄膜电容器，包括硅基体1、微型孔洞8、氧化硅层2、
氮化硅层3、顶部打底层4、顶部金层5、背部打底层6和背部金层7，所述硅基体1的抛光面上
刻蚀形成微形孔洞8，所述硅基体的抛光面上和微形孔洞的内壁与底部形成氧化硅层2，在
氧化硅层2上形成氮化硅层3，所述顶部打底层4设置在氮化硅层3上，在顶部打底层4上设置
顶部金层5，所述背部打底层6设置在硅基体1的背面，在背部打底层6上溅射镀膜形成背部
金层7。
其中，基体为硅材料，基体为低阻率硅基体1，电阻率要求小于0.01Ω·cm，低电阻
率硅基底1能够进一步降低电容器的损耗；在电容器内部，电流由微型孔洞流向背电极，各
个孔洞之间的电阻形成并联，孔数越多，电容器的ESR和ESL就越小，损耗就越低，并且基体
为单面抛光，粗糙度要求0.05～0.1，这样的粗糙度能够保证金属膜良好的附着在基体1上。
微形孔洞的孔径2-10μm，孔深5-80μm；在相同的体积下，微型孔洞的底部和侧壁面
积使得电容器的电极极板总面积增加，相应地，电容器的耐压值也得到增加，采用微型孔洞
的方法，可以使得电容器的耐压值提高5～10倍。
氧化硅层2和氮化硅层共同构成薄膜电容器的功能层，双功能层相互配合，有效降
低了粒子在电容器内贯穿的几率，提高了电容器的稳定性和耐压值。
顶部打底层和背部打底层为钛钨合金，厚度150～200nm。
顶部金层厚度为2～4μm，采用电镀方式加厚。
背部金层采用溅射镀膜方式实现，厚度0.8～1.5μm。
该三维硅基片式薄膜电容器通过以下步骤制造：
a.清洗：选取低电阻率硅基体1(电阻率小于0.01Ω·cm)，厚度不小于400μm，单面
抛光，100晶向硅基体1；用标准的1号硅片清洗液、2号硅片清洗液、丙酮、酒精和去离子水清
洗甩干，以待备用；
b.热氧化：将硅基体1送入氧化炉中进行干氧氧化，温度780℃，氮气10L/min，氧气
6L/min，时间20～60min；
c.光刻：旋转涂胶；在95～110℃的热板上烘烤90±10秒；选取合适掩膜版，15±5
秒时间的曝光；显影；用8％的HF溶液腐蚀二氧化硅层形成刻蚀窗口；最后在120±10℃的热
板上烘干5～10分钟；
d.孔洞刻蚀：利用博世刻蚀技术，在ICP刻蚀机中进行孔洞刻蚀；孔径2-10μm，孔深
5-80μm。刻蚀参数：线圈功率500W，极板功率20W，腔体气压3.5Pa，SF6流量135mL/min，C4F8流
量8mL/min，氧气流量8mL/min，刻蚀时间7秒；钝化参数：线圈功率500W，极板功率0，腔体气
压2.5Pa，SF6流量0，C4F8流量80mL/min，氧气流量0，钝化时间3秒；
e.清洗，用8％的HF溶液漂洗经孔洞刻蚀的硅基体，然后用丙酮、酒精和去离子水
清洗甩干，以备热氧化；
f.热氧化：将硅基体1送入氧化炉中进行干氧氧化形成二氧化硅层2，温度780℃，
氮气10L/min，氧气6L/min，根据理论仿真的厚度来决定氧化时间，一般情况20～60min；
g.钝化层沉积：将硅基体1送入PECVD炉中进行氮化硅薄膜3沉积，沉积参数：极板
温度350℃，工作气压25Pa，功率400W，氨气流量25sccm，硅烷50sccm，氮气150sccm，时间5～
15min；
h.退火处理：将硅基体送入退火炉中进行氮气气氛退火，退火温度780℃，退火时
间30分钟；
i.顶电极溅射：用磁控溅射的方法依次在硅基体的功能层面上溅射顶部钛钨打底
层和顶部金层；
j.电镀：对顶电极金层5进行镀金加厚，金层厚度2～4μm；
k.光刻：进行涂胶；在95～110℃的热板上烘烤90±10秒；曝光时间10±3秒；显影；
刻蚀顶部金层和顶部钛钨层；去胶；最后在120±10℃的热板上烘干5～10分钟；
l.背部减薄：利用硅基体减薄机，采用机械减薄的方法对硅基体进行减薄，厚度要
求100～120μm；
m.清洗：依次用丙酮、酒精和去离子水清洗硅基体并甩干，待用；
n.底电极溅射：用磁控溅射的方法依次在硅基体的背面溅射背部钛钨打底层和背
部金层；
o.划片切割：采用机械切割的方法，对硅基体1进行划片切割，制得尺寸符合要求
的电容器。