本發(fā)明是有關(guān)于一種半導(dǎo)體元件的制造方法，且特別是有關(guān)于一種電容器的制造方法。

背景技術(shù)：

一般的個(gè)人電腦，例如筆記本(notebook,NB)電腦，在中央處理單元(central processing unit,CPU)電源供應(yīng)電路的電容(例如輸入電容)部分，常常使用多層陶瓷電容(Multi-Layer Ceramic Capacitor,MLCC)或是超級電容器(SC)，其中超級電容器又稱為電雙層電容元件(electrical double layer capacitor,EDLC)，以降低成本以及縮小元件面積。然而，一般的多層陶瓷電容或是超級電容的體積較大，且使用的溫度范圍也受到較大的限制，無法在低溫(如：低于-40℃)或是高溫(如：高于70℃)的范圍使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種電容器的制造方法，其具有輕薄化及快速充電的特性，具有大的使用溫度范圍。

本發(fā)明提供的電容器的制造方法包括下列步驟。提供一基材與一第一導(dǎo)電材料層，其中第一導(dǎo)電材料層位于基材上。移除部分第一導(dǎo)電材料層，以暴露出部分基材而形成多個(gè)第一內(nèi)電極，其中這些第一內(nèi)電極沿一第一方向排列，且相鄰的這些第一內(nèi)電極之間具有一間隙。沿一第二方向進(jìn)行一原子層沉積步驟，以形成一介電層，其中第一方向與第二方向垂直，以使介電層覆蓋這些第一內(nèi)電極以及基材被暴露出的所述部分，且介電層未填滿這些間隙。形成一第二導(dǎo)電材料層，填入未被介電層填滿的這些間隙，以形成多個(gè)第二內(nèi)電極。

基于上述，本發(fā)明的實(shí)施例的電容器的制造方法由于可利用原子層沉積法形成介電層，因此能形成厚度均勻而且很薄的介電層，而可具有輕薄化及 快速充電的特性。此外，由于電容器是采用氮化物或金屬的材質(zhì)來形成第一內(nèi)電極與第二內(nèi)電極，并采用鈦酸鋇、鈦酸鍶或鈦酸鍶鋇的材質(zhì)來堆棧地形成介電層，且采用金屬的材質(zhì)來形成第一外電極與第二外電極。因此，本實(shí)施例的電容器可具有較大的溫度使用范圍，因此可克服較為嚴(yán)苛的溫度條件。

為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合所附圖式作詳細(xì)說明如下。

附圖說明

圖1至圖5是本發(fā)明一實(shí)施例的電容器的制作流程的剖面示意圖。

具體實(shí)施方式

圖1至圖5是本發(fā)明一實(shí)施例的電容器的制作流程的剖面示意圖。請參照圖1，首先，提供一基材110與一第一導(dǎo)電材料層120a，其中第一導(dǎo)電材料層120a位于基材110上。舉例而言，在本實(shí)施例中，基材110的材質(zhì)包括金屬(例如是銅、銀或鋁)，因此基材110可作為第一外電極使用。此外，第一導(dǎo)電材料層120a的材質(zhì)包括氮化物(例如是一氮化鈦(TiN)、氮化鉭(TaN)或是氮化銅(CuN))、金屬(例如是銅、鉑、銀、釕(Ru)或鎳)或其他適合的材質(zhì)，但本發(fā)明不以此為限。

接著請參照圖2，移除部分第一導(dǎo)電材料層120a，以暴露出部分基材110而形成多個(gè)第一內(nèi)電極120，其中這些第一內(nèi)電極120沿一第一方向D1排列，且相鄰的第一內(nèi)電極120之間具有一間隙S。于一實(shí)施例中，第一導(dǎo)電材料層120a采用氮化物(例如是一氮化鈦)時(shí)，其可采用四氟化碳(CF4)與氬(Ar)的感應(yīng)耦合電漿(等離子體)進(jìn)行蝕刻，其中四氟化碳(CF4)約占20％的比例，工藝條件為以700瓦特的功率、-150伏特的電壓，且工藝溫度約為攝氏40度左右、壓力約為15毫托。于一實(shí)施例中，第一導(dǎo)電材料層120a為金屬(例如是銅)，其可采用烴類(例如甲烷氣體)電漿進(jìn)行蝕刻，其中甲烷氣體的氣體流量約為65sccm，且工藝溫度約為攝氏10度左右、壓力約為20毫托。應(yīng)注意的是，如上述于本步驟中移除部分第一導(dǎo)電材料層的方法當(dāng)視實(shí)際狀況調(diào)整，并非以此為限制。

接著請參照圖3，沿一第二方向D2進(jìn)行一原子層沉積步驟，以形成一介電層130。也就是說，在本實(shí)施例中，介電層130是利用原子層沉積法而形 成，且第二方向D2即為用以形成介電層130的前驅(qū)物的流動方向。更詳細(xì)而言，在本實(shí)施例中，第一方向D1與第二方向D2垂直。如此一來，即可在只進(jìn)行一次原子層沉積步驟的情況下，就形成所需的介電層130，而不用反復(fù)進(jìn)行多次原子層沉積步驟，而可降低工藝難度以及節(jié)省工藝步驟與成本。

具體而言，如圖3所示，介電層130填入這些間隙S之間，并覆蓋第一內(nèi)電極120以及基材110被暴露出的所述部分，而未填滿這些間隙S。舉例而言，在本實(shí)施例中，介電層130的材質(zhì)包括鈦酸鋇(BTO,BaTiO3)、鈦酸鍶(STO,SrTiO3)或鈦酸鍶鋇(BST)，且介電層130以堆棧方式形成，而介電層130的厚度范圍落在5納米與50納米之間。舉例而言，上述原子層沉積步驟約在以壓力為1托，且工藝溫度約介于攝氏200度至攝氏400度的范圍的工藝條件下進(jìn)行。應(yīng)注意的是，此處的數(shù)值范圍皆僅是作為例示說明之用，其并非用以限定本發(fā)明。

之后，可執(zhí)行遠(yuǎn)程氧電漿退火工藝或是離子注入退火工藝。于一實(shí)施例中，遠(yuǎn)程氧電漿退火工藝?yán)缡怯趬毫?00毫托、而溫度為250℃至500℃的環(huán)境中進(jìn)行。離子注入退火工藝可采用鋯(Zr)、鑭(La)、鈰(Ce)、鈷(Co)、錳(Mn)，其中當(dāng)采用鈷或錳等金屬進(jìn)行離子注入退火工藝時(shí)，其工藝條件例如是以250仟電子伏特，并在溫度為350℃的環(huán)境中進(jìn)行離子注入，而在溫度為700℃的環(huán)境中進(jìn)行退火。應(yīng)注意的是，此處的數(shù)值范圍皆僅是作為例示說明之用，其并非用以限定本發(fā)明。

接著請參照圖4，形成一第二導(dǎo)電材料層140a，填入這些未被介電層130填滿的間隙S，以形成多個(gè)第二內(nèi)電極140。舉例而言，在本實(shí)施例中，形成第二導(dǎo)電材料層140a的方法亦為原子層沉積法，且第二導(dǎo)電材料層140a的材質(zhì)包括氮化物(例如是一氮化鈦(TiN)、氮化鉭(TaN)或氮化銅(CuN))、金屬(例如是銅、鉑、銀、釕(Ru)或鎳)或其他適合的材質(zhì)，但本發(fā)明不以此為限。舉例而言，當(dāng)?shù)诙?dǎo)電材料層140a的材質(zhì)采用氮化物時(shí)，其原子層沉積的工藝條件約在以壓力約介于為0.01毫托至0.1毫托，且工藝溫度約介于攝氏300度至攝氏450度的范圍的環(huán)境下進(jìn)行。而當(dāng)?shù)诙?dǎo)電材料層140a的材質(zhì)采用金屬時(shí)，其原子層沉積的工藝條件約在以壓力約為8托，且工藝溫度約介于攝氏375度至攝氏475度的范圍的環(huán)境下進(jìn)行。應(yīng)注意的是，此處的數(shù)值范圍皆僅是作為例示說明之用，其并非用以限定本發(fā)明。

具體而言，如圖4所示，這些第一內(nèi)電極120與這些第二內(nèi)電極140交 錯(cuò)排列，且介電層130位于這些第一內(nèi)電極120與這些第二內(nèi)電極140之間，并覆蓋這些第一內(nèi)電極120與這些第二內(nèi)電極140的表面。

接著請參照圖5，形成一第二外電極150于這些第二內(nèi)電極140上，且第二外電極150亦覆蓋了位于這些第二內(nèi)電極140之間的部分介電層130，如此，即可形成電容器100。舉例而言，在本實(shí)施例中，形成第二外電極150的方法為物理氣相沉積法，且第二外電極150的材質(zhì)包括金屬(例如是銅或銀)或其他適合的材質(zhì)，但本發(fā)明不以此為限。當(dāng)?shù)诙怆姌O150的材質(zhì)采用銅時(shí)，其工藝條件約在以基礎(chǔ)壓力約為3.1×10^-6大氣壓、工作氣壓約為3.3×10^-2大氣壓的環(huán)境下進(jìn)行濺鍍，且工藝溫度約介于攝氏300度至攝氏400度的范圍的環(huán)境下進(jìn)行。應(yīng)注意的是，此處的數(shù)值范圍皆僅是作為例示說明之用，其并非用以限定本發(fā)明。

如此，由于電容器100是在第一內(nèi)電極120上利用原子層沉積法形成介電層130，而可形成厚度均勻而且很薄的介電層130。舉例而言，設(shè)若電容器100長30毫米(mm)、寬30毫米、高5毫米，在本實(shí)施例中，介電層130將可達(dá)到厚度50納米(nm)、內(nèi)電極厚度5納米，且在介電層130采用的材質(zhì)為碳酸鋇(BaTiO3)，其介電值為1500的情況下，電容器100將可以具有43.4法拉第(F)的電容量。因此，電容器100與已知的超級電容器相較，將可有10倍以上體積能量密度表現(xiàn)。若再把電容器100的介電層130做到更小約5納米左右，其電容量可增為100倍左右，而可具有輕薄化及快速充電的特性。應(yīng)注意的是，此處的數(shù)值范圍皆僅是作為例示說明之用，其并非用以限定本發(fā)明。

另一方面，由于電容器100是采用氮化物或金屬的材質(zhì)來形成第一內(nèi)電極120與第二內(nèi)電極140，并采用鈦酸鋇、鈦酸鍶或鈦酸鍶鋇等的材質(zhì)來堆棧地形成介電層130，且采用金屬的材質(zhì)來形成第一外電極與第二外電極150。因此，本實(shí)施例的電容器100可具有較大的溫度使用范圍，舉例而言，電容器100的溫度使用范圍落在-55℃與125℃之間，且于此區(qū)間內(nèi)，其電容量的變化不超過10％，因此可克服較為嚴(yán)苛的溫度條件。

此外，由于本實(shí)施例的電容器100的電容量已有良好的表現(xiàn)，因此可不需進(jìn)行熱處理工藝來提高介電系數(shù)，進(jìn)而達(dá)到增加電容器100的電容量的要求。如此，在不進(jìn)行熱處理工藝的情況下，電容器100亦具有可撓性，而具有較廣泛的應(yīng)用范圍。另一方面，本實(shí)施例的電容器100不需傳統(tǒng)堆棧的工 藝，而可一次性地完成精密堆棧的多層陶瓷電容，且因其電容大到已可作為電池使用，因此本實(shí)施例的電容器100亦可稱為多層陶瓷電池(Multi-Layer Ceramic Battery,MLCB)。

綜上所述，本發(fā)明的實(shí)施例的電容器的制造方法由于可利用原子層沉積法形成介電層，因此能形成厚度均勻而且很薄的介電層，而可具有輕薄化及快速充電的特性。此外，由于電容器是采用氮化物或金屬的材質(zhì)來形成第一內(nèi)電極與第二內(nèi)電極，并采用鈦酸鋇、鈦酸鍶或鈦酸鍶鋇的材質(zhì)來堆棧地形成介電層，且采用金屬的材質(zhì)來形成第一外電極與第二外電極。因此，本實(shí)施例的電容器可具有較大的溫度使用范圍，因此可克服較為嚴(yán)苛的溫度條件。雖然本發(fā)明已以實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動與潤飾，故本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。