КРЕМНИЕВЫЙ КОНДЕНСАТОР

Полезная модель относится к области электронной техники, а более конкретно - к конструкции кремниевых конденсаторов, применяемых в СВЧ технике.
Известен кремниевый конденсатор, состоящий из первой обкладки, изготовленной на кремниевой пластине с нанесенным слоем диэлектрика, второй обкладки конденсатора из алюминия или благородного металла и контактных площадок к электродам конденсатора (см., например, спецификацию на СВЧ-конденсаторы MNS серии фирмы A/MCOM«MNS Microwave Chip Capacitors» изм. Rev. V4 http://cdn.macom.com/datasheets/MA4M_Series.pdf, патент США №6,538,300 класс. H01L 29/00).
В данных аналогах в качестве несущего элемента конденсатора используется кремний. Кремний выбран из-за того, что технология его обработки широко известна и используется в микроэлектронике.
В качестве одной из контактных площадок используется обратная сторона кремниевой пластины, а другой - верхние металлические электроды.
В качестве изоляторов в таких конденсаторах используется нитрид и/или оксид кремния. Эти материалы по своим физическим характеристикам хорошо согласуются с кремнием и металлами, используемыми для обкладок конденсаторов.
Толщина изолирующих слоев лежит в пределах от 10 нм до 2-3 мкм. Большие толщины изоляторов не используют из-за различия коэффициента термического расширения, модуля Юнга и коэффициента Пуассона. Из-за этого получение конденсаторов малой емкости требует небольших размеров контактных площадок, а небольшие контактные площадки усложняют сборку таких конденсаторов.
Основным недостатком таких конденсаторов является то, что емкость ограничена величиной контактной площадки.
Для увеличения размеров контактных площадок используют последовательное соединение двух емкостей с удвоенной площадью (см. патент США №6,621,142 класс.H01L 29/00). Такая конструкция конденсатора позволяет применять его с использованием прогрессивного метода перевернутого монтажа.
Так как контактные площадки (т.е. верхние электроды конденсатора) должны быть удалены друг от друга, а нижний электрод конденсатора имеет повышенную длину, чтобы осуществить метод перевернутого монтажа, то паразитная индуктивность конденсатора увеличивается за счет шины, соединяющей нижние обкладки конденсатора, что затрудняет применение таких конденсаторов на СВЧ.
Кроме того, полупроводниковые пластины, используемые в качестве одной из обкладок конденсатора, имеют повышенное последовательно сопротивление, что приводит к потерям сигнала на СВЧ.
Наиболее близким к предлагаемому является кремниевый конденсатор, состоящий из первой обкладки с двумя участками для формирования емкостей, соединенных шиной, изготовленной из кремниевой пластины с нанесенным слоем диэлектрика, и двух вторых обкладок конденсатора над участками для формирования емкостей на первой обкладке из алюминия или благородного металла (см. например патент России №2,460,164 класс. H01G 4/08).
Шина выполнена сплошной из материала первой обкладки конденсатора, шириной равной ширине соединяемых обкладок.
Основным недостатком таких конденсаторов является паразитная индуктивность, образованная шиной при соединении двух последовательных емкостей с удвоенной площадью.
Техническим результатом данной полезной модели является уменьшение паразитной индуктивности конденсаторов.
Указанный технический результат достигается тем, что в отличие от известных кремниевых конденсаторов, в предлагаемом кремниевом конденсаторе, состоящем из первой обкладки с двумя участками для формирования емкостей, соединенных шиной, изготовленной из кремниевой пластины с нанесенным слоем диэлектрика, и двух вторых обкладок конденсатора над участками для формирования емкостей на первой обкладке из алюминия или благородного металла; первая обкладка выполнена из металла, а шина выполнена многополосной, с шириной полосы шины 4d≤а≤6d и зазором 1d≤b≤2d между полосами шины, где d - толщина металла первой обкладки.
Выполнение первой обкладки из металла позволяет шину сделать многополосной, что снижает ее индуктивность.
Минимальный размер полосы шины 4d обусловлен тем, что при меньших размерах полосы шины, она будет растравлена при формировании.
Максимальный размер полосы шины 6d обусловлен тем, что при больших размерах полосы шины, количество полос будет меньше и эффективность полос шины по уменьшению индуктивности снижается.
Минимальный размер зазора 1d между полосами шины обусловлен тем, что при меньших размерах зазора между полосами шины, они будут смыкаться, и эффективность полос шины по уменьшению индуктивности снижается.
Максимальный размер зазора 2d между полосами шины обусловлен тем, что при больших размерах полосы шины, количество полос шины будет меньше и эффективность по уменьшению индуктивности снижается.
Уменьшение ширины шины ограничено разрешающей способностью фотолитографии.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется фигурой. На фиг. 1 изображен разрез кремниевого конденсатора.
Позициями на фиг. 1-2 обозначены
1 - кремниевая подложка;
2
2 - слой SiO;
3 - первый электрод из слоев титан-платина-золото;
4 - слой изолятора из оксинитрида кремния;
5 - второй электрод из слоев титан-платина-золото;
6 - шина;
а - ширина элемента шины;
b - зазор между элементами шины.
2
Для изготовления конденсаторов использовались кремниевые подложки 1, диаметром 100 мм, легированные сурьмой до сопротивления 0,01 Ом⋅см, толщиной 420 мкм (см. фиг. 1). На рабочую поверхность наносится слой диэлектрика SiO 2 толщиной 1,5 мкм, далее методом магнетронного распыления наносят первый электрод 3 шириной 98 мкм и длиной 500 мкм из слоев титана-платины-золота общей толщиной 1,2 мкм, и на нем методом фотолитографии формируют первые обкладки конденсатора размером 98×98 мкм и соединяющие их шину 14 проводников шириной 5 мкм и зазорами между полосами шины 2 мкм.
Слой титана служит для адгезии. Слой платины является барьерным слоем. Слой золота используется для пайки.
Далее методом фотолитографии формируется слой изолятора слой из оксинитрида кремния 4 толщиной 2 мкм (см. фиг. 1).
Сверху изолирующего слоя наносится второй электрод из слоев титана-платины-золота 5, толщиной 0,1 - 0,1 - 1 мкм соответственно. Методом фотолитографии из этого покрытия формируется верхние обкладки конденсатора.
Затем кремниевую пластину 1 утоняют до толщины 120-200 мкм.
Данная конструкция высокочастотного конденсатора позволяет уменьшить в 14 раз паразитную индуктивность шины, соединяющей первые обкладки конденсатора.