КРЕМНИЕВЫЙ КОНДЕНСАТОР

Полезная модель относится к области электронной техники, а именно к конструкции кремниевых конденсаторов, применяемых в СВЧ технике.
Известен кремниевый конденсатор, содержащий кремниевую подложку, изолирующий слой на подложке, первый электрод, изолирующий слой конденсатора, второй электрод, контактные площадки электродов, линию разделения конденсаторов на отдельные кристаллы (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).
В данном аналоге в качестве несущего элемента конденсатора используется кремний. Кремний выбран из-за того, что технология его обработки широко известна и используется в микроэлектронике.
В качестве изоляторов в таких конденсаторах используется оксид и/или нитрид кремния. Эти материалы по своим физическим характеристикам хорошо согласуются с кремнием и металлами.
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. Контактные площадки выполняют в виде участков металлизации или и в виде выводных контактных шариков («бампов»).
Линия разделения на отдельные кристаллы конденсаторов формируется удалением всех изолирующих слоев и металлов из участков по периферии кристаллов шириной 50-70 мкм. Кристаллы разделяют по линии разделения путем разрезания алмазными дисками.
Удаление всех изолирующих слоев и металлов из линии разделения проводят для исключения затупления инструмента и исключения формирования сколов кристалла кремниевого конденсатора.
Основным недостатком таких конденсаторов является то, что при разделении пластины на кристаллы нужно открывать изолирующий слой и при сварке контактных площадок гибким проводником, проводник может касаться края кристалла, что приводит к дефекту конденсатора в виде короткого замыкания и снижению надежности. А при формировании контактных площадок в виде «бампов» припой может растечься по плате и замкнуться на торец кристалла.
Наиболее близким к предлагаемому является кремниевый конденсатор, содержащий кремниевую подложку, слой, изолирующий подложку, первый электрод, изолирующий слой конденсатора, второй электрод, контактные площадки электродов, линию разделения конденсаторов на отдельные кристаллы и защитный элемент, изолирующий линию разделения от контактных площадок электродов (см. например патент США №6,621,143 класс. H01L 29/00).
В данном конденсаторе защитный элемент выполнен в виде толстого изолирующего слоя (полиамида), толщиной 5-20 мкм, либо слоя окисла под металлизацией второго электрода толщиной 2-5 мкм на пассивной части конденсатора, в том числе и под линией скайбирования.
Основным недостатком таких конденсаторов является усложнение процесса изготовления из-за применения толстых слоев изолирующего материала. Например, при применении полиамида в качестве защитного элемента, граница полиамида вдоль линии разделения должна иметь отступ от линии разделения на 5-20 мкм, для того, чтобы не повредить полиамид при разделении конденсаторов на кристаллы. Если отступа не будет, то инструмент для разделения будет повреждать периферию защитного элемента (полиимида) и в слое полиимида будут задиры, что не исключает короткое замыкание выводов конденсатора с кремниевой подложкой конденсатора. Аналогичное явление происходит и при использовании окисла в качестве защитного элемента.
Техническим результатом данной полезной модели упрощение изготовления за счет исключения работы с толстыми изолирующими слоями.
Указанный технический результат достигается тем, что в отличие от известных кремниевых конденсаторов, в предлагаемом кремниевом конденсаторе, содержащем кремниевую подложку, слой, изолирующий подложку, первый электрод, изолирующий слой конденсатора, второй электрод, контактные площадки электродов, линию разделения конденсаторов на отдельные кристаллы и защитный элемент, изолирующий линию разделения от контактных площадок электродов, в предлагаемом - защитный элемент, изолирующий линию разделения, выполнен в виде канавки в подложке глубиной 5≤h≤30 мкм, по дну которой проходит линия разделения.
Выполнение защитного элемента, изолирующего линию разделения в виде канавки, по дну которой проходит линия разделения, позволяет исключить короткое замыкание выводов на кристалл, так как все грани кристалла с рабочей стороны покрыты изолирующим слоем подложки и изолирующим слоем конденсатора.
Минимальный размер глубины канавки обусловлен тем, что при глубине меньше 5 мкм, изоляция недостаточна.
Максимальный размер глубины канавки обусловлен тем, что при более глубокой канавке пластины могут раскалываться.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется фигурой. На фиг. 1 изображен разрез кремниевого конденсатора.
Позициями на фиг. 1 обозначены:
1 - кремниевая подложка;
2 - слой, изолирующий подложку;
3 - первый электрод из слоев титан-платины-золота;
4 - изолятор из оксинитридакремния кремния;
5 - второй электрод из слоев титана-платины-золота;
6 - линия разделения конденсаторов;
7 - защитный элемент;
8 - контактная площадка к первому слою;
h - глубина канавки.
Для изготовления конденсаторов использовались кремниевые подложки 1 ориентации 100, диаметром 100 мм, легированные сурьмой до сопротивления 0,01 Ом⋅см, толщиной 420 мкм. Затем на рабочей поверхности методами фотолитографии формируется канавка защитного элемента 7 глубиной h, например 15 мкм, по дну которой проходит линия разделения конденсаторов 6.
2
Далее на рабочую поверхность наносится слой диэлектрика SiO 2, изолирующий подложку, 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. Слой титана служит для адгезии. Слой платины является барьерным слоем. Слой золота используется для пайки или сварки. Далее методом фотолитографии формируется изолирующий слой 4 из оксида и нитрида толщиной 1,5 мкм. Сверху изолирующего слоя наносится второй электрод из слоев титана-платины-золота 5, толщиной 0,1-0,1-2 мкм соответственно. Методом фотолитографии из этого покрытия формируются верхние обкладки на левом и правом конденсаторе. Затем кремниевую пластину утоняют до толщины 120-200 мкм. На правом конденсаторе показано другое выполнение контактной площадки к первому слою 8 конденсатора.