一种平板电容器及其制备方法

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体指一种平板电容器及其制备方法。

背景技术

微电容是一种利用MEMS(微机电)工艺制作的小型电容器，按照应用领域可以分为压力传感器、加速度计、接近传感器等，其中，平行板电容因为其简单的工艺及设计在产品中较为常见。

平板电容的上极板400与下极板100之间通常为空白电介质，此电介质直接决定了电容器的容值，容值越大，后端电路的检测成本越低，综合考虑生产成本等因素，电容器件的尺寸往往设置为0.25mm2～25.00mm

为了避免上述问题发生，业内一般在上下极板之间镀一层绝缘膜700，如二氧化硅层或氮化硅层等，具体结构参见图1所示，此外，为了防止绝缘膜700和上极板400、下极板100之间发生粘附还会将部分绝缘膜去除形成凸点。但是，无论是何种方式都必须增加镀膜的工序，由此生产成本、时间以及人力物力都会相应增加。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中为防止短路需要进行镀膜的问题，提供一种平板电容器及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种平板电容器，包括：下极板，所述下极板为掺杂硅，其掺杂三族或五族元素中的一种；调节层，所述调节层设置于所述下极板外表面，其上设有第一通孔，所述第一通孔内容纳电介质；器件层，所述器件层设置于所述调节层上，其上设有与所述第一通孔连通的第二通孔；上极板，所述上极板为设置于所述第二通孔内的掺杂硅，其掺杂三族或五族元素中的一种且与所述下极板掺杂元素非同族。

在本发明的一个实施例中，所述上极板与所述下极板基材均为掺杂硅，所述上极板与所述下极板掺杂元素均为三族或五族元素中的一种且二者掺杂元素非同族。

在本发明的一个实施例中，所述上极板与所述下极板掺杂浓度均大于1e18cm

在本发明的一个实施例中，所述调节层为二氧化硅层。

在本发明的一个实施例中，所述器件层基材为掺杂硅，掺杂元素为三族或五族元素中的一种，其掺杂浓度小于1e19cm

在本发明的一个实施例中，所述电介质为空气。

在本发明的一个实施例中，所述上极板及所述下极板外均设有保护层，所诉保护层基材为二氧化硅。

在本发明的一个实施例中，其还包括衬底，所述衬底设有与所述第一通孔连通的第三通孔，所述下极板设置于所述第三通孔内。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种平板电容器的制备方法，用以制备上述平板电容器，具体包括以下步骤：S1、在所述下极板表面依次设置调节层及器件层；S2、在所述器件层中形成第二通孔；S3、在所述器件层上表面低压气相沉积所述上极板材料，使其注入或扩散至第二通孔内；S4、在所述调节层中制备第一通孔，使所述上极板与所述下极板间隔设置，得到所述平板电容器。

在本发明的一个实施例中，在所述上极板上布设渗透孔，将腐蚀液通过所述渗透孔接触并溶解所述调节层以形成所述第一通孔。

为解决上述技术问题，本发明提供另一种平板电容器的制备方法，具体包括以下步骤：S1、在第一衬底表面设置调节层；S2、在第一衬底中注入或扩散所述下极板；S3、在所述调节层中制备第一通孔以容纳电介质，得到第一晶圆；S4、在第二衬底表面依次设置保护层及器件层；S5、制备第二通孔并在所述第二通孔内注入或扩散所述上极板，得到第二晶圆；S6、将所述第一晶圆与所述第二晶圆连接，使所述上极板与所述下极板均与所述电介质接触，得到所述平板电容器。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明所述的平板电容器通过上极板与下极板的掺杂元素及结构设置，实现了无论正偏还是反偏均可实现防止电容器短路的目的。本平板电容器相比于常规电容器从结构上进行改进，无需镀附绝缘膜、不额外增加成本的同时从根本上解决了上下极板存在短路风险的问题。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

图1是现有技术中防止电容短路的常规剖面结构；

图2是本发明一优选实施例中本平板电容器的剖面结构；

图3是本发明另一实施例中平板电容器的剖面结构；

图4是本发明一优选实施例中平板电容器制备方法的流程示意图；

图5是本发明第三优选实施例中平板电容器制备方法的流程示意图。

说明书附图标记说明：100、下极板；200、调节层；210、第一通孔；300、器件层；310、第二通孔；400、上极板；410、渗透孔；500、衬底；600、保护层；700、绝缘膜。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

实施例一

本实施例提供一种平板电容器，包括：下极板100，所述下极板100为掺杂硅，其掺杂三族或五族元素中的一种；调节层200，所述调节层200设置于所述下极板100外表面，其上设有第一通孔300，所述第一通孔300内容纳电介质；器件层300，所述器件层300设置于所述调节层200上，其上设有与所述第一通孔300连通的第二通孔310；上极板400，所述上极板400为设置于所述第二通孔310内的掺杂硅，其掺杂三族或五族元素中的一种且与所述下极板100掺杂元素非同族。

本平板电容器通过上极板400与下极板100的掺杂元素及结构设置，实现了无论正偏还是反偏均可实现防止电容器短路的目的，本平板电容器相比于常规电容器从结构上进行了改进，实现了无需镀附绝缘膜700、不额外增加成本的同时从根本上解决了上下极板100存在短路风险的问题。

以图2所示的平板电容器为参照物，本实施例中下极板100、电介质以及上极板400由下至上依次设置，其中，电介质设置于调节层200内部，上极板400设置于器件层300内部，具体地，本实施例中，上极板400为三族元素掺杂硅，下极板100为五族元素掺杂硅，进一步地，上极板400掺杂硼或镓元素，下极板100掺杂磷、氮或砷元素，更进一步地，上极板400与下极板100掺杂浓度均为2e18cm

本实施例中，调节层200设置于下极板100的上方，其厚度与电介质厚度相同，操作人员能够通过改变调节层200的厚度实现对电介质厚度的调节，具体地，本实施例中，调节层200为二氧化硅层，其上设有第一通孔210，第一通孔210均沿上下方向贯穿调节层200以实现上下基板能够通过电介质连接的目的，进一步地，本实施例中，电介质为空气，图2仅展示了本电容器的剖视示意图，本实施例中，在调节层200表面实际间隔布设有多个第一通孔210以同时容纳多部分电介质，进而形成多个电容结构，对于第一通孔210的具体数量以及形状本发明不作具体限制。

参见图2所示，本实施例中，器件层300的基材为掺杂硅，掺杂元素为三族或五族元素，掺杂浓度<1e19 cm

下面阐述本平板电容器的工作原理：

本实施例中，通过对上极板400和下极板100的结构设置以及不同元素的掺杂，实现了在不增加镀膜的情况下预防上下电极接触后造成短路的目的。如果上极板400掺杂三族元素，下极板100掺杂五族元素，通电后，如果上极板400接高电势、下极板100接低电势，根据掺杂的元素及浓度的不同，导通后的电阻为1-10kΩ，一般能耐受20V以下的电势差而不受影响。如果上极板400接低电势、下极板100接高电势，根据掺杂的元素与浓度的不同，击穿电压约为20V～150V，即两极板可耐受20V～150V的电势差而不短路。对于微电容来说，上述耐压值一般高于实际电压，完全可以起到保护作用。

实施例二

参见图3所示，本实施例提供另一种平板电容器，其包括实施例一中的平板电容器，并且上极板400及下极板100外均设有保护层600，进一步地，保护层600的基材为二氧化硅。此外，本实施例中将下极板100安装于衬底500中以减小下极板100的生产成本，具体地，衬底500设有与第一通孔210连通的第三通孔，下极板100设置于第三通孔内。本实施例中，第三通孔在竖直方向上与第一通孔210及第二通孔310连通，其内部设有下极板100。

综上，本平板电容器，通过上极板400与下极板100的掺杂元素及结构设置，实现了无论正偏还是反偏均可实现防止电容器短路的目的，此外，调节层200还能够改变电介质的厚度，进而可以自由调节电容器容值。本平板电容器相比于常规电容器从结构上进行改进，无需镀附绝缘膜700、不额外增加成本的同时从根本上解决了上下极板100存在短路风险的问题。

实施例三

参见图4所示，本实施例提供一种平板电容器的制备方法，用以制备实施例一中的平板电容器，具体包括以下步骤：

S1、在所述下极板100表面依次设置调节层200及器件层300,如图4(a)所示；

S2、在所述器件层300中形成第二通孔310,如图4(b)所示；

S3、在所述器件层300上表面低压气相沉积所述上极板400材料，使其注入至第二通孔310内，如图4(c)所示，之后刻蚀所述上极板400直至完整暴露出所述器件层300，以使上极板400与器件层300的上下表面持平，从而便于后续加工处理,如图4(d)所示；

S4、在所述调节层200中制备第一通孔300，使所述上极板400与所述下极板100间隔设置，得到所述平板电容器，具体地，上极板400上布设渗透孔410，将腐蚀液通过所述渗透孔410接触并溶解所述调节层200以形成所述第一通孔300，至此完成本平板电容器的制备,如图4(e)所示。

实施例四

本实施例提供另一种平板电容器的制备方法，用以制备实施例二中的平板电容器，具体包括以下步骤：

S1、在第一衬底500表面设置调节层200，参见图5(a1)及图5(a2)所示；

S2、在第一衬底中注入或扩散下极板100，参见图5(a3)所示；

S3、在所述调节层200中制备第一通孔300以容纳电介质，参见图5(a4)所示，得到第一晶圆；

S4、在第二衬底表面依次设置保护层及器件层，参见图5(b1)所示；

S5、制备第二通孔并在所述第二通孔内注入或扩散所述上极板，得到第二晶圆，参见图5(b2)所示；

S6、将所述第一晶圆与所述第二晶圆连接，使所述上极板与所述下极板均与所述电介质接触，得到所述平板电容器，参见图5(c)所示。具体地，本实施例中，将第二晶圆扣合于第一晶圆上表面，且保证上极板400与下极板100均与电介质接触，之后可依据实际使用情况去除第二晶圆中的基材，至此完成本平板电容器的制备。此种结构设置无需渗透孔410的设置，在简化第一通孔210制备过程的基础上兼具减少加工成本的优势。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。