專利名稱：介電結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及介電結(jié)構(gòu)領(lǐng)域。具體地，本發(fā)明涉及適合用在電容器制造中的介電結(jié)構(gòu)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
疊層的印刷電路板和多芯片模件用作電子元件如集成電路、電容器、電阻器、電感器和其他元件的支撐基板。常規(guī)地，將分立的無(wú)源元件，例如電阻器、電容器和電感器表面安裝到印刷電路板。這種表面安裝的無(wú)源元件占據(jù)了高達(dá)60％或更多的印刷電路板表面的有效區(qū)(real estate)，因此限制了可用于安裝如集成電路的有源元件的空間(space)。由于縮短了引線，所以從印刷電路板表面移除無(wú)源元件允許增加的有源元件密度、印刷電路板的進(jìn)一步最小化、增加的計(jì)算能力、降低的系統(tǒng)噪聲和降低的噪聲靈敏度。
可以通過(guò)在疊層的印刷電路板結(jié)構(gòu)內(nèi)部嵌入無(wú)源元件來(lái)實(shí)現(xiàn)從印刷電路板表面移除分立的無(wú)源元件。嵌入的電容已在提供非獨(dú)立的或“共用的”電容的電容性平面的上下文中討論過(guò)。電容性平面由通過(guò)聚合物基的介電層來(lái)絕緣的兩個(gè)疊層的金屬片構(gòu)成。共用的電容需要通過(guò)其它元件同步使用電容。這種共用電容不能充分地滿足仍起分立元件作用的嵌入電容器的需要。
使用聚合材料作為電容器電介質(zhì)的分立的嵌入電容器是公知的。這些材料經(jīng)受具有相對(duì)低的介電常數(shù)。已經(jīng)提出用高介電常數(shù)材料，例如某種陶瓷來(lái)填滿這種聚合體材料，來(lái)作為一種增加所述聚合體材料的電容密度的方式。然而，這種材料仍不能具有在新式的印刷電路板中所需要的足夠高的電容密度。通過(guò)在介電材料任一側(cè)的兩個(gè)電極較小區(qū)域來(lái)限定電容器的電容。
目前，已經(jīng)提出含有例如陶瓷或金屬氧化物的高介電常數(shù)材料的嵌入電容器。使用這種陶瓷或金屬氧化物作為電容器介電材料的一個(gè)問(wèn)題是，它們難以通過(guò)使用在常規(guī)印刷電路板產(chǎn)業(yè)中使用的技術(shù)來(lái)金屬化，也就是在其上制造電極。美國(guó)專利No.6,661,642(Allen等人)公開(kāi)了一種含有多層介電材料的電容器，所述多層介電材料包括第一和第二介電層，其中第一介電層包括足夠數(shù)量的電鍍摻雜劑，以促進(jìn)在多層電介質(zhì)上電鍍導(dǎo)電層。這種電鍍摻雜劑不利地影響總的介電常數(shù)，因此不利地影響多層介電材料的電容。美國(guó)專利No.6,819,540(Allen等人)公開(kāi)了一種含有多層介電材料的電容器，該介電材料包括第一和第二介電層，其中紋飾(texture)第一介電層，即具有粗糙表面。通過(guò)移除某一孔隙形成材料來(lái)紋飾第一介電層，這樣產(chǎn)生具有“負(fù)性的”外形的表面?！柏?fù)性的外形(negativetopography)”指在通過(guò)移除某些東西而形成的材料的粗糙表面，因此指通過(guò)在材料中形成孔隙來(lái)使得表面粗糙(或有紋飾)。當(dāng)移除孔隙形成材料時(shí)，在介電材料中形成通常含有空氣的孔或孔隙，，這導(dǎo)致多層介電材料的介電常數(shù)的整體降低，進(jìn)而降低電容器的電容。
需要電容器，尤其是嵌入電容器，它具有比常規(guī)高電容密度材料更易在其上制造電極的高電容密度。還需要提高電極對(duì)用在嵌入的電容器產(chǎn)品中的陶瓷介電電容器的附著力。
已經(jīng)意外地發(fā)現(xiàn)電鍍電極層對(duì)高介電常數(shù)材料的附著力可通過(guò)在介電材料中提供摻雜劑來(lái)提高，其中摻雜劑在高介電常數(shù)材料層的表面處提供正性的外形。具有“正性的外形(positive topography)”的介電材料意指具有通過(guò)添加另一種材料以使該表面含有突起而形成的粗糙表面的介電材料。本文所用的“突起”是指從介電材料的表面平面突出的任何結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供具有第一介電層和第二介電層的多層介電結(jié)構(gòu)，其中第一介電層包括摻雜劑。通常，第一介電層還包括具有≥10的介電常數(shù)的介電材料。在一個(gè)實(shí)施方案中，該摻雜劑具有大于或等于體介電材料的介電常數(shù)的介電常數(shù)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，摻雜劑具有基本上與體介電材料相同的介電常數(shù)。在另一實(shí)施例中，該摻雜劑和體介電材料具有相同的成分。含有摻雜劑的介電材料層具有正性的外形。通過(guò)本發(fā)明也可以預(yù)計(jì)具有包括足夠數(shù)量的摻雜劑以在介電層表面上提供電鍍導(dǎo)電層的介電材料層的介電結(jié)構(gòu)，其中介電層的表面具有與介電材料的良好粘結(jié)。通過(guò)本發(fā)明還可以預(yù)計(jì)含有這種介電結(jié)構(gòu)的電容器。
在另一實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種包括設(shè)置在諸如導(dǎo)電層的襯底上的介電層的介電結(jié)構(gòu)，其中介電層包括含有摻雜劑的區(qū)域和不含有摻雜劑的區(qū)域，含有摻雜劑區(qū)域在介電結(jié)構(gòu)的表面處形成正性的外形。此外，本發(fā)明提供包括第一電極、第二電極和設(shè)置在電極之間的介電結(jié)構(gòu)的電容器，其中介電結(jié)構(gòu)包括介電材料，所述介電材料包括含有摻雜劑的區(qū)域和不含有摻雜劑的區(qū)域，其中含有摻雜劑的區(qū)域與第一電極相鄰。任選地，含有摻雜劑的區(qū)域可與第二電極相鄰。該摻雜劑本身是一種介電材料。
本發(fā)明也提供一種提高催化的和電鍍的電極對(duì)介電層的附著力的方法，包括步驟在襯底上設(shè)置介電結(jié)構(gòu)，所述介電結(jié)構(gòu)具有具有正性外形的表面，該介電結(jié)構(gòu)包括具有含有介電摻雜劑的區(qū)域和不含有摻雜劑的區(qū)域的介電材料，該介電材料具有≥10的介電常數(shù)；并在介電結(jié)構(gòu)的表面上電鍍導(dǎo)電層。含有摻雜劑的區(qū)域形成具有正性外形的介電結(jié)構(gòu)的表面。這種方法還可用在電容器制造中。在這種電容器中，該襯底通常是底部導(dǎo)電層。通常，介電材料是陶瓷。更通常地，該介電材料和摻雜劑都是陶瓷。
本發(fā)明還提供一種形成上述的介電結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括步驟在襯底上沉積第一介電材料層，在第一介電材料上沉積含有介電摻雜劑的介電材料層，并退火介電材料層以形成介電結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明提供了一種電子器件，例如印刷電路板，包括上述的電容器。具體地，本發(fā)明提供一種包括嵌入的電容材料的印刷電路板，其中嵌入的電容材料包括介電結(jié)構(gòu)，介電結(jié)構(gòu)包括具有含有摻雜劑的區(qū)域和不含有摻雜劑的區(qū)域的介電材料，其中含有摻雜劑的區(qū)域形成了介電結(jié)構(gòu)的表面。通常，第一介電層還包括具有≥10的介電常數(shù)的介電材料。這里也可以預(yù)計(jì)上述的印刷電路板的制造方法。
本發(fā)明還提供芯片電容器、多芯片模件和其他的含有上述的介電結(jié)構(gòu)的表面安裝電容器。


圖1A-C說(shuō)明本發(fā)明的介電結(jié)構(gòu)，并非按比例。
圖2A-C說(shuō)明一種形成本發(fā)明的電容器的工藝。
圖3A-H說(shuō)明一種構(gòu)圖本發(fā)明電容器的工藝。
圖4A-D說(shuō)明一種根據(jù)本發(fā)明形成嵌入的電容器的工藝。
在圖中，相同的參考數(shù)字表示相同的元件。
具體實(shí)施例方式
如貫穿本說(shuō)明書所使用的，以下的縮寫具有以下的意思℃＝攝氏度；rpm＝轉(zhuǎn)每分鐘；mol＝摩爾；hr＝小時(shí)；min＝分鐘；sec＝秒；nm＝納米；μm＝微米(microns)＝微米(micrometers)；cm＝厘米；in＝英寸；nF＝納法拉；和wt％＝重量百分比。
貫穿本說(shuō)明書，術(shù)語(yǔ)“印刷引線板”和“印刷電路板”可互換使用。貫穿本說(shuō)明書，“沉積”和“電鍍”互換使用，并包括非電解電鍍和電解電鍍兩種?！岸鄬印币庵竷蓪踊蚋鄬?。術(shù)語(yǔ)“介電結(jié)構(gòu)”意指在電容器中用作電介質(zhì)的單層或多層介電材料?！巴榛币庵钢辨湹?、支鏈的和環(huán)狀的烷基。術(shù)語(yǔ)“一個(gè)(a和an)”意指單復(fù)數(shù)。
所有的百分比是按重量計(jì)的，除非另加注解。所有的數(shù)字范圍都包括的且可以以任何順序組合，除非很清楚的強(qiáng)制這種數(shù)字范圍合計(jì)達(dá)100％。
本發(fā)明提供一種包括介電材料層的介電結(jié)構(gòu)，介電材料層包括摻雜劑。在本發(fā)明中有用的摻雜劑是介電材料，并且可以是可起電容器的電介質(zhì)作用的任一種。本文所用“摻雜劑”指在體介電材料中存在的任一種介電材料，其向體介電材料表面提供正性的外形。術(shù)語(yǔ)“體介電材料”意指用形成介電材料層且含有摻雜劑的介電材料。這種介電結(jié)構(gòu)特別適用于制造電容器，例如用于可嵌入到疊層的印刷電路板中的電容器的制造。這種電容器含有在介電結(jié)構(gòu)的相對(duì)表面上且與介電結(jié)構(gòu)密切接觸的一對(duì)電極(導(dǎo)電層或金屬層)。電容密度通過(guò)電極表面面積、介電結(jié)構(gòu)的介電常數(shù)和電容器的厚度來(lái)確定。本發(fā)明對(duì)于給定的幾何面積提供在電極表面面積中的增加，而不增加短路的可能性。
通常，在本介電結(jié)構(gòu)中有用的介電材料是合適于用作電容器電介質(zhì)的任一種。依據(jù)電容器的設(shè)計(jì)需要，可以使用各種介電材料。合適的“低”介電常數(shù)材料包括具有2至＜10的介電常數(shù)的聚合體。特別有用的低介電常數(shù)材料是具有3至9的介電常數(shù)的那些?！爸械取苯殡姵?shù)意指≥10的介電常數(shù)，且優(yōu)選＞10。在一個(gè)實(shí)施方案中，介電材料具有“高”介電常數(shù)，例如≥50，且優(yōu)選≥100。在另一實(shí)施方案中，介電材料具有≥10的介電常數(shù)，通?！?5，且更通常為≥50。
通常，當(dāng)介電結(jié)構(gòu)含有單個(gè)的介電材料層時(shí)，這種介電材料具有＞10的介電常數(shù)且包括摻雜劑。這種單個(gè)的介電材料層具有與電極相鄰的含有摻雜劑的區(qū)域。當(dāng)介電結(jié)構(gòu)含有多個(gè)介電材料層時(shí)，與電極相鄰，即與電極密切接觸的介電層含有摻雜劑。這種最頂部的介電材料可以是具有各種介電常數(shù)的任一材料。
可適當(dāng)?shù)厥褂脧V泛的各種介電材料。示范性的低介電常數(shù)材料包括而不限于聚合體，例如環(huán)氧樹(shù)脂、聚酰亞胺聚氨酯、包括聚芳撐醚的聚芳撐、聚砜、多硫化合物、氟化聚酰亞胺和氟化聚芳撐。
通常，介電材料從中和高介電常數(shù)材料及其混合物中選擇。示范性的中和高介電常數(shù)材料包括但非限于陶瓷、金屬氧化物及其組合物。合適的陶瓷和金屬氧化物包括而非限于二氧化鈦(“TiO2”)、氧化鉭例如Ta2O5、具有分子式BaaTibOc的鈦酸鋇，其中a和b獨(dú)立地是從0.5至1.25和c是2.5至5、鈦酸鍶例如SrTiO3、鈦酸鍶鋇，例如具有分子式BaxSryTizOq的那些，其中x和y獨(dú)立地選自0至1.25，z是0.8至1.5和q是2.5至5、例如PbZryTi1-yO3的鈦酸鉛鋯、具有分子式(PbxM1-x)(ZryTi1-y)O3的多種摻雜鈦酸鉛鋯，其中M是例如堿土金屬和如鈮和鑭的過(guò)渡金屬的各種金屬的任一種，其中x表示鉛含量，y是氧化物的鋯含量、鋰鈮氧化物例如LiNbO3、鈦酸鉛鎂例如(PbxMg1-x)TiO3和鉛鎂鈮氧化物例如(PbxMg1-x)NbO3，和鈦酸鉛鍶(PbxSr1-x)TiO3。當(dāng)電容器介電材料包括BaaTibOc時(shí)，其優(yōu)選a和b都是1和c是3，也就是BaTiO3。其他合適的介電材料包括但不限于諸如烷基倍半硅氧烷(silsesquioxanes)，例如芳基倍半硅氧烷、氫化倍半硅氧烷(hydridosilsesquioxanes)及其混合物；二氧化硅；和硅氧烷；包括前述的任一種的混合物。合適的烷基倍半硅氧烷包括(C1-C10)烷基倍半硅氧烷，例如甲基倍半硅氧烷、乙基倍半硅氧烷、丙基倍半硅氧烷和丁基倍半硅氧烷。優(yōu)選介電材料包括陶瓷、金屬氧化物或其混合物。陶瓷是在本發(fā)明中特別有用的介電材料。這種陶瓷介電材料可用在多種晶體結(jié)構(gòu)中，晶體結(jié)構(gòu)包括而不限于鈣鈦礦(ABO3)、綠燒石(A2B2O7)、金紅石和其他結(jié)構(gòu)的多形變體，該多形變體具有用作電容器電介質(zhì)的合適的電學(xué)特性。
當(dāng)使用聚合體/陶瓷或聚合體/金屬氧化物復(fù)合物電容器介電材料時(shí)，陶瓷或金屬氧化物材料可作為粉末與聚合體混合。當(dāng)使用陶瓷或金屬氧化物而沒(méi)有聚合體時(shí)，這種陶瓷或金屬氧化物可通過(guò)各種方式-沉積，該方式例如是但不限于溶膠凝膠、物理和/或反應(yīng)蒸發(fā)、濺射、基于激光的沉積技術(shù)、化學(xué)氣相沉積(“CVD”)、燃燒化學(xué)氣相沉積(“CCVD”)、受控制氣體的化學(xué)氣相沉積(“CACCVD”)、氫化物氣相沉積、液相外延和電致外延。優(yōu)選地，這種陶瓷或金屬氧化物材料通過(guò)使用溶膠凝膠技術(shù)來(lái)沉積。
在這種溶膠凝膠處理中，如這里通過(guò)沉積鈦酸鍶鋇(“BST”)電容器電介質(zhì)來(lái)示范的，將醇化鈦、鋇的前體和鍶的前體的溶液以希望的化學(xué)計(jì)量法反應(yīng)并用溶劑/水溶液可控制地水解。然后通過(guò)合適的方法將薄的附著的水解溶液膜(或“溶膠”)涂敷到襯底上，合適的方法例如浸漬涂布、在1000至3000rpm的旋涂或彎液面涂敷(meniscus coating)。彎液面涂敷是特別合適的技術(shù)。
在彎液面涂敷中，將襯底置于真空吸盤上。然后倒置該吸盤以將襯底定位在敷料棒(applicator bar)上方的涂敷位置。該敷料棒是具有封閉端、開(kāi)口端和沿著管的長(zhǎng)度開(kāi)的狹槽的管，該狹槽與管的內(nèi)部相聯(lián)系，敷料棒水平設(shè)置以便狹槽位于管的上部表面。將涂敷的材料例如溶膠經(jīng)由開(kāi)口端提供給敷料棒。在一個(gè)實(shí)施方案中，經(jīng)由開(kāi)口端將該材料吸到管中。在另一實(shí)施方案中，將敷料棒設(shè)置在容器內(nèi)部。溶膠流經(jīng)該管并經(jīng)由狹槽流出管，形成彎液面。襯底位于敷料棒上方，以便將要涂敷的襯底表面接觸溶膠的彎液面。敷料棒在襯底下移動(dòng)，以在襯底表面上提供溶膠涂敷。任選地，一片將涂敷的襯底例如一卷銅箔之類的金屬箔可在上面移動(dòng)傳送，或在任選方案中為固定的敷料棒以涂敷襯底表面。
任選地，將被涂敷電容器電介質(zhì)的襯底可以2至12厘米/分鐘(1至5英寸/分鐘)且優(yōu)選從2至8厘米/分鐘的平均速度浸到溶膠中。
以下的涂敷，將膜加熱到200至600℃的溫度大約5至10分鐘以揮發(fā)有機(jī)物質(zhì)并提供干燥的“凝膠”膜。可使用其他的合適的溫度和時(shí)間，對(duì)其的選擇在本領(lǐng)域技術(shù)人員的能力范圍內(nèi)。需要多次的涂敷以增加膜的厚度。而主要的有機(jī)物和水通過(guò)加熱到500℃而從膜中移除；BST膜仍只是部分結(jié)晶的。
自溶膠凝膠工藝沉積的膜或?qū)拥暮穸热Q于旋轉(zhuǎn)速度(旋涂)、涂敷速度(例如彎液面涂敷)和溶液的粘性。通常，層的厚度是25nm或更大，更通常是50nm或更大，最通常是100nm或更大。具體使用的厚度在25至700nm的范圍內(nèi)，且更具體從50至250nm。電容器介電結(jié)構(gòu)的總厚度由在介電結(jié)構(gòu)中每層的厚度的總和確定。
然后退火該膜達(dá)一段時(shí)間，以提供所希望的晶體結(jié)構(gòu)。例如，這種膜可在600至800℃的溫度下退火。通常，退火持續(xù)時(shí)間為大約15分鐘，然而可使用各種退火時(shí)間且退火時(shí)間取決于具體的陶瓷介電成分和襯底。這種退火時(shí)間的選擇是在本領(lǐng)域技術(shù)人員能力范圍內(nèi)的。希望的退火條件是在650℃持續(xù)約15分鐘。可在各種氣氛例如空氣或如氮和氬的惰性氣氛中進(jìn)行這種退火。該膜可任選地進(jìn)一步退火以提高該膜的結(jié)晶性。該任選的步驟可包括例如以200℃/hr的速度在合適的氣氛中加熱該膜至600至900℃的最后的退火溫度，直到實(shí)現(xiàn)希望的結(jié)晶性。任選地，該膜可使用快速熱退火(“RTA”)技術(shù)來(lái)退火，其為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知。
優(yōu)選作為醇化鈦的是異丙醇鈦。所述“鋇的前體”可選自例如羧酸鋇和乙二醇與氧化鋇的反應(yīng)產(chǎn)物的各種鋇的化合物。示范性的羧酸鋇包括而不限于甲酸鋇、醋酸鋇和丙酸鋇。典型的乙二醇是乙二醇和丙二醇。在添加醇化鈦之前，一般用乙醇將乙二醇-氧化鋇的反應(yīng)產(chǎn)物稀釋。所述“鍶的前體“可以是任何合適的鍶的化合物，例如羧酸鍶如甲酸鍶、醋酸鍶和丙酸鍶。用作稀釋劑的合適的乙醇包括而非限于乙醇、異丙基乙醇、甲醇、丁醇和戊醇。
可按如下準(zhǔn)備BST，盡管也可使用其他的合適的制法。將醋酸鋇和醋酸鍶溶解在乳酸和水的溶液中。將螯合劑添加到溶液中且將該溶液加熱到回流。然后加入合適的溶劑并蒸餾出水以提供鋇/鍶(“Ba/Sr”)溶液。在分離的反應(yīng)容器中，用螯合劑和溶劑來(lái)攪拌異丙醇鈦，以提供鈦(“Ti”)溶液。該Ti溶液與Ba/S溶液混合，且將該混合物加熱至回流。然后以溶劑和混合物稀釋反應(yīng)混合物至一體積，例如準(zhǔn)備好用于通過(guò)旋涂或彎液面涂敷來(lái)涂敷襯底的BST溶膠。
只要其提供具有正性的外形的體介電材料層，在本發(fā)明中可使用很多種電介質(zhì)摻雜劑。選擇該摻雜劑，使其具有至少為體介電材料的介電常數(shù)值的1/2的介電常數(shù)。優(yōu)選地，該摻雜劑具有基本上與體介電材料的相同或更大的介電常數(shù)。通過(guò)“基本上相同的介電常數(shù)”意指該摻雜劑具有在體介電材料的介電常數(shù)的25％(即±25％)之內(nèi)的介電常數(shù)。在一個(gè)實(shí)施方案中，該摻雜劑具有在體材料的介電常數(shù)的10％(即，±10％)之內(nèi)且優(yōu)選在5％之內(nèi)的介電常數(shù)。在另一實(shí)施方案中，該摻雜劑和體介電材料具有基本上相同的熱膨脹系數(shù)(“CTE”)?！盎旧舷嗤腃TE”意指摻雜劑的CTE是體介電材料的CTE的±25％。在一個(gè)實(shí)施方案中，摻雜劑的介電常數(shù)不小于體介電材料的介電常數(shù)。
本摻雜劑通常為具有10nm或更大的平均尺寸(例如直徑)的介電材料顆粒。通常，摻雜劑具有20nm或更大的尺寸，更通常為25nm或更大，最通常為50nm或更大。實(shí)際操作中的摻雜劑的尺寸上限等于具體介電層的厚度。更通常地，摻雜劑的尺寸是介電材料層的厚度的75至150％。在一個(gè)實(shí)施方案中，摻雜劑的尺寸達(dá)到300nm。通常地，摻雜劑的尺寸達(dá)到250nm，且更通常為高達(dá)200nm。有效的摻雜劑尺寸范圍是從10至300nm，且通常為從10至250nm。摻雜劑顆?？梢允侨魏魏线m的形狀，例如但不限于團(tuán)粒、球粒、桿狀、環(huán)狀、錐狀、角錐狀、新月?tīng)睢A盤狀、蛋狀、針狀或雪茄煙狀。這種摻雜劑顆?？梢允菃为?dú)的顆?；蚴悄鄣?。
用作摻雜劑的示范性介電材料是上述的介電材料的任何一種。在一個(gè)實(shí)施方案中，摻雜劑和體介電材料具有相同的成分?？傮w上講，當(dāng)摻雜劑是陶瓷時(shí)，這種摻雜劑是焙燒過(guò)的，即，這種摻雜劑在體電介質(zhì)的任何退火之前已經(jīng)保持希望的結(jié)晶性。這種摻雜劑一般為商業(yè)上可獲得的，例如自Advanced Nano Technologies(Welshpool，Australia)買到的，或可通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)中公知的各種方法來(lái)準(zhǔn)備，例如通過(guò)溶膠凝膠技術(shù)和CCVD技術(shù)。
當(dāng)溶膠凝膠處理用于沉積電容器電介質(zhì)層時(shí)，優(yōu)選在沉積膜之前將摻雜劑添加到介電材料溶膠中。當(dāng)使用氣相沉積方法時(shí)，優(yōu)選該摻雜劑與體介電材料共同沉積。優(yōu)選通過(guò)并入溶膠凝膠前體來(lái)沉積本發(fā)明的含有摻雜劑的介電層并通過(guò)合適的方式(溶膠凝膠處理)將其沉積到襯底上。
在體介電材料中存在足夠數(shù)量的摻雜劑以便當(dāng)形成體介電材料的膜時(shí)提供正性的外形。這種正性的外形提供對(duì)隨后涂敷的電極的良好粘著力。必要的摻雜劑的最小量取決于具體的摻雜劑尺寸、體介電材料層和將沉積的導(dǎo)電材料層的厚度。該最小量恰在本領(lǐng)域技術(shù)人員的能力范圍內(nèi)。通常地，在體介電材料中的摻雜劑的量按體積計(jì)是從5至90％的范圍內(nèi)，更通常地按體積計(jì)從15至85％，最通常地按體積計(jì)從25至85％。
電容器的介電結(jié)構(gòu)的這種摻雜的介電層為隨后的涂敷或電鍍電極提供增加了的粘著力。這種電極包括導(dǎo)電材料，且還可包括一個(gè)或多個(gè)阻擋層和接觸反應(yīng)層。本文所用的術(shù)語(yǔ)“阻擋層”是指防止或阻礙導(dǎo)電材料層氧化，或如果是銅電極防止銅向陶瓷電介質(zhì)中遷移的任何層。示范性的阻擋層包括而非限于鎳、鎳合金，例如鎳磷、鎳銅和鎳鉻、鎢、鈦、氮化鈦、鉭和氮化鉭。“接觸反應(yīng)層”是指催化地促進(jìn)電極形成的層，例如催化地促進(jìn)非電鍍金屬沉積或電鍍的層。示范性的導(dǎo)電材料包括但不限于，導(dǎo)電聚合體、金屬，例如銅、銀、金、鋁、鉑、鈀、鎳、錫、鉛和任何這些的合金和金屬氧化物。合適的合金包括錫-鉛、錫-銅、錫-鉍、錫-銀和錫-銀-銅，以及含有作為合金金屬的鉍、銦和銻的一種或多種的合金。合適的導(dǎo)電聚合體包括，填充了金屬的聚合體，例如填充了銅的聚合體和填充了銀的聚合體、聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩和石墨。也可以使用其他的導(dǎo)電材料。在本發(fā)明中有用的電極可含有多于一個(gè)的導(dǎo)電材料層。例如，在本電容器中有用的電極可包括銅層和銀層?？梢院线m地使用其他的導(dǎo)電材料的組合。通過(guò)摻雜劑顆粒與這種電極電性接觸的表面面積來(lái)增加頂部、底部或頂部和底部電極的有效面積。
總體上來(lái)講，本發(fā)明的介電結(jié)構(gòu)通過(guò)在襯底上設(shè)置一個(gè)或多個(gè)介電材料層來(lái)形成，襯底通常是導(dǎo)電的。這種導(dǎo)電襯底起該電容器的底部電極的作用。這種導(dǎo)電襯底可包括上述的導(dǎo)電材料的任一種。特別合適的導(dǎo)電襯底是金屬箔，例如銅箔、銀箔和金箔。這種箔任選地包括一個(gè)或多個(gè)涂層，涂層例如是脫模層、粘著提高層和/或阻擋層。例如，銅箔可由鎳涂敷。
在可選實(shí)施方案中，該介電結(jié)構(gòu)可在可分離的(releasable)襯底上形成，其不需要是導(dǎo)電的。合適的可分離的襯底包括聚合體薄片和可分離的金屬箔。例如，金屬箔可通過(guò)使用介于金屬箔和介電材料層之間的脫模層而變得可分離。這種可包括某種金屬氧化物的脫模層在本領(lǐng)域中是公知的。在這種可分離的襯底上形成希望的介電結(jié)構(gòu)之后，在暴露的頂部介電層表面上形成電極。然后該介電結(jié)構(gòu)從可分離的襯底上移除，且在暴露的底部介電層表面上形成電極。在這種結(jié)構(gòu)中，頂部和底部介電材料都含有摻雜劑。
本發(fā)明的介電結(jié)構(gòu)在電容器的形成中是有用的。這種介電結(jié)構(gòu)可含有一個(gè)或多個(gè)電容器介電層。當(dāng)在該介電結(jié)構(gòu)使用兩個(gè)或多個(gè)介電層時(shí)，與電極相鄰的介電層，即與電極歐姆接觸的介電層通常含有足夠數(shù)量的介電摻雜劑以在與電極接觸的層的表面上提供正性的外形。在一個(gè)實(shí)施方案中，各個(gè)與電極相鄰的介電層含有介電的摻雜劑。當(dāng)使用三個(gè)或多個(gè)介電層時(shí)，與電極相鄰的一個(gè)或兩個(gè)介電層含有介電摻雜劑。在具有三個(gè)或多個(gè)介電層的介電結(jié)構(gòu)中，不與電極相鄰的介電層不需要、但可以選擇地含有摻雜劑。具有多個(gè)介電層的介電結(jié)構(gòu)允許制造具有全面修整過(guò)的介電常數(shù)的介電結(jié)構(gòu)。
圖1A說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的多層介電結(jié)構(gòu)，具有一層含有摻雜劑的介電層。將具有分立的介電層2a、2b和2c的多層介電疊層2設(shè)置在導(dǎo)電襯底1上，例如鎳涂敷的銅箔。將具有摻雜劑4的頂部介電層3設(shè)置在介電疊層2的表面上。在一個(gè)實(shí)施方案中，各個(gè)介電層2a、2b、2c和3都是BST層。在另一實(shí)施方案中，摻雜劑4也是BST。頂部介電層3具有正性的外形。為了形成電容器，在頂部介電層3的表面上提供電極(未示出)。圖1B說(shuō)明與在圖1A中所示的相同的多層介電結(jié)構(gòu)，只是介電層2a也含有摻雜劑4。
在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供包括設(shè)置在導(dǎo)電襯底上的體介電材料層的介電結(jié)構(gòu)，其中體介電材料包括摻雜劑，且其中體介電材料具有≥10的介電常數(shù)。體介電材料與導(dǎo)電襯底歐姆接觸。優(yōu)選地，這種體介電材料是陶瓷。在另一個(gè)實(shí)施方案中，導(dǎo)電的襯底是金屬箔。在另一個(gè)實(shí)施方案中，摻雜劑具有基本上與體介電材料相同的介電常數(shù)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，摻雜劑和體介電材料具有基本上相同的CTE。
當(dāng)使用多個(gè)介電材料層時(shí)，各個(gè)介電材料層可以相同或不同。在一個(gè)實(shí)施方案中，優(yōu)選各個(gè)介電層包括相同介電材料。在可選實(shí)施方案中，使用不同的介電材料以形成各種介電層。一個(gè)不同的陶瓷介電材料的合適的組合的實(shí)例是由其自身或與一個(gè)或多個(gè)其它的介電層組合的一個(gè)或多個(gè)氧化鋁、氧化鋯、鈦酸鋇鍶、鈦酸鋇、鈦酸鉛鋯和鈦酸鋁鑭鋯的交替層。
在一個(gè)實(shí)施方案中，該含有摻雜劑的介電層可用作介電疊層的最頂層，以提供隨后沉積的具有良好粘著力的電極?！敖殡姱B層”意指密切接觸的兩個(gè)或多個(gè)介電層。在該實(shí)施方案中，在含有摻雜劑的介電層下方的層可通過(guò)任何合適的方法沉積，例如但不限于，例如通過(guò)彎液面涂敷和旋涂的溶膠凝膠技術(shù)、CVD、CCVD、CACCVD或這些的任意組合。含有摻雜劑的介電層下方的這種介電層可由任何合適的介電材料構(gòu)成，其中介電材料可與用在含有摻雜劑的介電層中的介電材料相同或不同。
介電結(jié)構(gòu)的總的厚度取決于選擇的電容器介電材料以及希望的總的電容量。在多層介電結(jié)構(gòu)中，該介電層可以是均勻厚度或是變化的厚度。這種結(jié)構(gòu)可由很多薄層、一個(gè)或多個(gè)厚層或厚和薄層的混合構(gòu)成。這種選擇恰在本領(lǐng)域技術(shù)人員的能力范圍之內(nèi)。示范性的介電層可具有10nm至100μm的厚度。
優(yōu)選地，含有摻雜劑的介電層的厚度＜介電結(jié)構(gòu)的總厚度的50％。進(jìn)一步優(yōu)選地，含有摻雜劑的介電層的厚度＜介電結(jié)構(gòu)的總厚度的40％，更優(yōu)選＜介電結(jié)構(gòu)的總厚度的30％和最優(yōu)選＜介電結(jié)構(gòu)的總厚度的25％。
當(dāng)使用陶瓷介電結(jié)構(gòu)時(shí)，可加熱整個(gè)多層介電結(jié)構(gòu)以提供具有希望的晶體結(jié)構(gòu)的介電結(jié)構(gòu)。在一個(gè)可選實(shí)施方案中，首先退火不含有摻雜劑的介電凝膠層(由溶膠凝膠形成)以形成希望的結(jié)晶性，隨后沉積含有摻雜劑的電介質(zhì)溶膠。然后加熱該含有摻雜劑的溶膠以形成凝膠并然后退火以提供希望的結(jié)晶性。
在退火之后，自多層干燥的陶瓷凝膠制備的介電結(jié)構(gòu)可以保持或不保持其多層結(jié)構(gòu)，也就是這種退火的陶瓷介電結(jié)構(gòu)可示出單個(gè)的介電層。該介電結(jié)構(gòu)具有含有摻雜劑的區(qū)域和不含有摻雜劑的區(qū)域，含有摻雜劑的區(qū)域在介電結(jié)構(gòu)的表面處，并在表面處形成正性的外形?？蛇x地，由干燥的陶瓷凝膠組成的多層介電結(jié)構(gòu)的退火提供具有第一含有摻雜劑的區(qū)域、第二含有摻雜劑的區(qū)域和不含有摻雜劑的區(qū)域，第一和第二含有摻雜劑的區(qū)域在介電結(jié)構(gòu)的相對(duì)表面上，且不含摻雜劑的區(qū)域設(shè)置在第一和第二含有摻雜劑的區(qū)域之間，其中多層介電結(jié)構(gòu)的頂部和底部層都含有介電摻雜劑。
圖1C說(shuō)明具有設(shè)置在導(dǎo)電襯底1上的介電層5的介電結(jié)構(gòu)，介電層5具有不含有摻雜劑的區(qū)域5a和具有摻雜劑4的含有摻雜劑的區(qū)域5b，含有摻雜劑的區(qū)域5b位于與導(dǎo)電襯底1相對(duì)的介電層5的表面。圖1D說(shuō)明具有設(shè)置在導(dǎo)電襯底1上的介電層5的介電結(jié)構(gòu)，介電層5具有不含摻雜劑的區(qū)域5a，具有摻雜劑4的第一含有摻雜劑的區(qū)域5b和與導(dǎo)電襯底1相鄰的第二含有摻雜劑的區(qū)域5c。
因此，本發(fā)明提供包括第一電極、第二電極和設(shè)置在第一和第二電極之間的電容器電介質(zhì)的電容器，該電容器電介質(zhì)具有不含摻雜劑的區(qū)域和含有摻雜劑的區(qū)域，其中含有摻雜劑的區(qū)域與第一電極相鄰。在這種電容器中，電容器電介質(zhì)可任選地具有與第二電極相鄰的第二含有摻雜劑的區(qū)域，其中不含有摻雜劑的區(qū)域設(shè)置在第一和第二含有摻雜劑的區(qū)域之間。在一個(gè)實(shí)施方案中，電容器電介質(zhì)是陶瓷。
在另一實(shí)施例中，進(jìn)一步紋飾電容器電介質(zhì)表面以進(jìn)一步提高電極的粘著。可通過(guò)各種方法實(shí)現(xiàn)這種進(jìn)一步的變形，包括但不限于，激光構(gòu)造、使用可移除的成孔劑(porogen)、化學(xué)蝕刻和機(jī)械方法例如物理磨損。該可移除的成孔劑可以是聚合物，例如聚合物的顆粒、線型聚合物、星型聚合物或樹(shù)枝型聚合物，或是與介電單體共聚以形成具有易滑動(dòng)(可移動(dòng))元件的嵌段共聚物的單體或聚合體。在可選實(shí)施例中，成孔劑可與電介質(zhì)前體預(yù)聚合或預(yù)反應(yīng)以形成可為單體、低聚體或聚合體的溶膠。然后退火這種預(yù)聚合材料以形成介電層。合適的成孔劑為例如美國(guó)專利Nos.6,271,273(You等人)、5,895,263(Carter等人)和6,420,441(Allen等人)中公開(kāi)的那些。這種成孔劑在形成有紋飾的電容器電介質(zhì)中的使用在美國(guó)專利No.6,819,540(Allen等人)中公開(kāi)。優(yōu)選提供適當(dāng)紋飾過(guò)的表面同時(shí)提供獲得介電常數(shù)的控制的方法。
電介質(zhì)表面的激光構(gòu)造可以通過(guò)任何現(xiàn)有技術(shù)中公知的激光構(gòu)造或燒蝕的方法實(shí)現(xiàn)。在這種方法中，在沉積電極(金屬化)層之前，介電疊層的表面進(jìn)行激光構(gòu)造，例如激光燒蝕。這種激光燒蝕一般由計(jì)算機(jī)控制，因此允許在預(yù)定的圖案中移除精確數(shù)量的電容器介電材料。示范性的圖案包括而非限于，溝槽、凹坑、波紋、網(wǎng)紋、多角形和裂縫。
具有含有摻雜劑的介電層的介電結(jié)構(gòu)可通過(guò)各種方法金屬化(以形成電極)，包括而不限于，非電解電鍍、化學(xué)氣相沉積、濺射、蒸發(fā)、物理氣相沉積、電解電鍍和浸漬涂敷。非電解電鍍可通過(guò)各種公知的方法來(lái)合適地完成。可以非電解電鍍的合適的金屬包括但不限于，銅、金、銀、鎳、鈀、錫、鉛及其合金。浸漬涂敷可通過(guò)各種公知的方法來(lái)完成。金、銀、錫和鉛可通過(guò)浸漬涂敷合適地沉積。
電解電鍍可通過(guò)各種公知的方法來(lái)完成。能以電解沉積的示范性的金屬包括但不限于，銅、金、銀、鎳、鈀、錫、錫-鉛、錫-銀、錫-銅和錫-鉍。在電解電鍍之前，將含有摻雜劑的介電層表面制成充分導(dǎo)電的，從而為希望的導(dǎo)電材料的電解電鍍作準(zhǔn)備?？梢酝ㄟ^(guò)非電解電鍍沉積金屬層、沉積導(dǎo)電聚合體、沉積導(dǎo)電膠、沉積導(dǎo)電阻擋層或通過(guò)本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的其他合適的方法來(lái)將介電層制成導(dǎo)電的。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到，導(dǎo)電材料的附加層可沉積在第一導(dǎo)電材料上。這種附加的導(dǎo)電層可以與第一導(dǎo)電層相同或不同。該附加的導(dǎo)電層可通過(guò)浸漬涂敷、通過(guò)化學(xué)氣相沉積、通過(guò)物理氣相沉積、通過(guò)CACCVD、通過(guò)CCVD和通過(guò)其他合適的方法來(lái)非電解、電解地沉積。例如，當(dāng)導(dǎo)電層通過(guò)非電解沉積時(shí)，可隨后電解電鍍這種非電解沉積以建立較厚的金屬沉積物。這種隨后的電解沉積的金屬可以與非電解沉積的金屬相同或不同。
本發(fā)明提供一種提高電極與介電層的粘著力的方法，包括步驟在襯底層上沉積體陶瓷介電材料，該材料包括足夠數(shù)量的介電摻雜劑以在層的表面中提供正性的外形；和在介電層的表面上電鍍電極。
本發(fā)明的電容器的一種使用是用作疊層的印刷電路板中的嵌入電容器。這種電容器在制造疊層的印刷電路板期間嵌入到疊層的電介質(zhì)中。該疊層的電介質(zhì)通常為有機(jī)聚合體，例如環(huán)氧樹(shù)脂、聚酰亞胺、纖維加強(qiáng)的環(huán)氧樹(shù)脂和其他的在制造印刷電路板中用作電介質(zhì)的有機(jī)聚合體?？傮w上講，疊層的電介質(zhì)具有≤6的介電常數(shù)，且通常具有在3至6范圍內(nèi)的介電常數(shù)。該電容器可通過(guò)各種現(xiàn)有技術(shù)中公知的方法來(lái)嵌入，例如在美國(guó)專利No.5,155,655(Howard等人)中公開(kāi)的那些。
圖2A-C說(shuō)明形成本發(fā)明的嵌入的電容器的一種方法。在導(dǎo)電襯底20上涂敷具有含有摻雜劑的區(qū)域(未示出)的電容器介質(zhì)層25，例如通過(guò)彎液面涂敷。當(dāng)介電層25由例如BST的陶瓷構(gòu)成時(shí)，其通常包括多層BST前體(未示出)的沉積，與電極相鄰的至少一個(gè)含有介電摻雜劑(未示出)。當(dāng)導(dǎo)電襯底20是涂敷的箔，例如鎳涂敷的銅箔時(shí)，其含有具有設(shè)置在銅層20a的相對(duì)主面上的鎳層20b和20c的銅層20a。將意識(shí)到，層20b和20c也可包括附加的材料層或例如鎳合金的交替材料層，例如鎳-鉻和鎳-磷。在退火之后，通常將導(dǎo)電襯底20層疊至聚合體的疊層電介質(zhì)30，如圖2B中所示。接下來(lái)，將電極27提供至電容器介電層25的表面，該表面具有正性的外形(未示出)，見(jiàn)圖2C。電極27可通過(guò)任何合適的方法形成，例如通過(guò)電解電鍍之前的非電解電鍍。在一個(gè)實(shí)施方案中，電極27包括第一層27a，例如非電解的鎳層，和第二層27b，例如電解電鍍的銅層。
因此，本發(fā)明提供一種制造多層疊層印刷電路板的方法，包括步驟在多層的疊層印刷電路板的一層或多層中嵌入電容材料，其中嵌入的電容材料包括介電結(jié)構(gòu)，介電結(jié)構(gòu)包括含有摻雜劑的區(qū)域和不含有摻雜劑的區(qū)域，其中含有摻雜劑的區(qū)域與導(dǎo)電襯底相鄰并與導(dǎo)電襯底歐姆接觸。在可選實(shí)施方案中，在制造集成電路、芯片電容器、芯片封裝、多芯片模塊和撓性電路但不限于此的制造中，該介電結(jié)構(gòu)在電容器的形成中是有用的。
在將該電容器嵌入到電子器件，例如印刷電路板中之前，可對(duì)電容器蝕刻以形成分立電容器，或可選地，用作形成共用電容器的片。嵌入的分立的電容器的形成在圖3A-3H中說(shuō)明。提供具有底部電極(鎳涂敷的銅箔)20的電容器35、具有在介電層(未示出)表面提供正性的外形的含有摻雜劑的區(qū)域的電容介電層25例如BST，還有在聚合體的疊層電介質(zhì)30上的頂部電極(電鍍有非電解的鎳的銅)27，見(jiàn)圖3A。在頂部電極27上設(shè)置有光刻膠(干躁的或是液體的，例如可從Rohm and Haas Electronic Materials，Marlborough，Massachusetts獲得的SN 35)，在適當(dāng)?shù)牟ㄩL(zhǎng)將該光刻膠成像并顯影，以提供圖案化的光刻膠50，如在圖3B中所示，其暴露出沒(méi)有光刻膠的部分頂部電極27。接下來(lái)，例如通過(guò)2N HCl/10％CuCl2來(lái)蝕刻頂部電極，其移除了沒(méi)有光刻膠的頂部電極的區(qū)域。然后剝?nèi)D案化的光刻膠50，以提供具有圖案化的頂部電極28和電容器介電層25的暴露區(qū)域的電容器，如在圖3C中所示。光刻膠的第二敷層涂敷在圖案化的頂部電極之上。在適當(dāng)?shù)牟ㄩL(zhǎng)下將該光刻膠成像并顯影，以提供圖案化的光刻膠55，如在圖3D中所示，其中圖案化的光刻膠55覆蓋圖案化的頂部電極28和部分電容器介電層25。接下來(lái)，例如通過(guò)用適當(dāng)?shù)奶沾晌g刻劑的蝕刻法來(lái)移除電容器介電層25的暴露部分，以提供在圖3E中示出的具有圖案化的頂部電極28、圖案化的電容器介電層26和暴露的部分底部電極20的結(jié)構(gòu)。光刻膠的第三敷層涂敷到圖案化的頂部電極、圖案化的電容器介電層和部分底部電極的上方。在適當(dāng)?shù)牟ㄩL(zhǎng)下將該光刻膠成像并顯影，以提供圖案化的光刻膠60，如在圖3F中所示，其中圖案化的光刻膠60覆蓋圖案化的頂部電極28、圖案化的電容器介電層26和部分底部電極20。然后例如用2N HCl/10％CuCl2來(lái)蝕刻沒(méi)有光刻膠的底部電極區(qū)域，然后移除圖案化的光刻膠60，以在聚合體疊層電介質(zhì)30上提供分立的電容器40，如圖3G所示。接下來(lái)，將分立的電容器40層疊到已嵌入到分立的電容器40中的第二聚合體的疊層電介質(zhì)45上。
在將分立的電容器嵌入到疊層電介質(zhì)中之后，形成接觸。圖4A說(shuō)明設(shè)置在聚合體的疊層電介質(zhì)70上并嵌入在聚合體的疊層電介質(zhì)80中的分立電阻器75。聚合體的疊層電介質(zhì)80可以光成像或不光成像。然后在聚合體的疊層電介質(zhì)80中提供通孔。當(dāng)聚合體的疊層電介質(zhì)為光可成像時(shí)，可使用光成像技術(shù)形成這種通孔。也可通過(guò)穿孔形成這種通孔，例如使用CO2、YAG或其他的合適的激光來(lái)激光穿孔。圖4B說(shuō)明具有第一通孔85a和第二通孔86a的嵌入分立電容器。第一通孔85a暴露出圖案化的頂部電極28，且第二通孔86a暴露出圖案化的底部電極21。然后分別在第一通孔85a和第二通孔86a中形成第一接觸85b和第二接觸86b，如在圖4C中所示。這種接觸可通過(guò)任何合適的方法形成，例如非電解電鍍。在圖4D中示出可選的第一接觸85c和可選的第二接觸86c?？蛇x的接觸85c和86c可通過(guò)任何合適的方法形成，例如通過(guò)非電解電鍍、電解電鍍或非電解電鍍和電解電鍍的組合。用于形成可選的接觸的合適的電鍍工藝是CUPULSE電鍍工藝(可從Rohm and Haas ElectronicMaterials獲得)。
接下來(lái)的實(shí)施例將進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的各方面。
實(shí)施例1將醋酸鋇，Ba(CH3COO)2，(1mol)溶解在20mol乙醇、25mol醋酸和1mol丙三醇的混合溶液中，然后攪拌該溶液2hr。攪拌之后，將1mol的Ti[O(CH2)3CH3]4添加到該溶液中，之后再攪拌2hr，以制備鈦酸鋇溶膠。
該溶膠的樣品是在導(dǎo)電的含銅的襯底上以2000rpm旋涂30sec。在旋涂該溶液之后，將該樣品在氮?dú)鈿夥罩杏?70℃下的退火1hr，之后在空氣中進(jìn)行400℃下1hr和700℃下1hr的兩個(gè)連續(xù)退火步驟。使用該工序制備的退火的電介質(zhì)樣品的厚度是～100nm。
以溶膠的總體積計(jì)，向溶膠的另一樣品中添加作為介電摻雜劑的鈦酸鋇(BaTiO3)顆粒，提供40體積％的足夠數(shù)量。然后使用上面公開(kāi)的條件，向退火過(guò)的電介質(zhì)樣品的介電表面涂敷該含有摻雜劑的溶膠。然后在400℃下處理該樣品1hr以形成凝膠。在700℃下進(jìn)行向鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的最終相轉(zhuǎn)化。預(yù)期介電結(jié)構(gòu)具有含有作為介電摻雜劑的鈦酸鋇的頂部介電層并具有正性的外形。
實(shí)施例2將實(shí)施例1的介電結(jié)構(gòu)置于常規(guī)的非電解的鎳電鍍槽，以在含有介電摻雜劑的介電層上沉積鎳電極。然后將該非電解鎳電鍍的電介質(zhì)置于常規(guī)的鎳電鍍的電鍍槽，以增加鎳沉積的厚度。
實(shí)施例3重復(fù)實(shí)施例2的工序，只是將非電解地鎳電鍍的電介質(zhì)置于常規(guī)的電沉淀銅電鍍槽，以在非電解鎳層上沉積銅層。
實(shí)施例4重復(fù)實(shí)施例1中的工序，只是摻雜劑以按體積計(jì)48％的數(shù)量存在。
實(shí)施例5重復(fù)實(shí)施例1中的工序，只是介電摻雜劑是鈦酸鋇鍶，且以按體積計(jì)35％的數(shù)量存在。
實(shí)施例6重復(fù)實(shí)施例5的工序，只是摻雜劑以按體積計(jì)45％的數(shù)量存在。
實(shí)施例7重復(fù)實(shí)施例5的工序，只是摻雜劑以按體積計(jì)42％的數(shù)量存在。
實(shí)施例8將醋酸鋇，Ba(CH3COO)2(1mol)和醋酸鍶，Sr(CH3COO)2(1mol)溶解在乳酸(5mol)和水(5mol)的混合溶液中。在溶解之后，將7mol的二乙醇胺添加到溶液中，且然后回流該混合物兩個(gè)小時(shí)。然后，添加15mol的1-丁醇，且蒸餾溶液以除去水并提供鋇/鍶備用液。
通過(guò)混合異丙醇鈦(2mol)、二乙醇胺(7mol)和1-丁醇(7mol)來(lái)在分離的反應(yīng)器中準(zhǔn)備鈦備用液。然后將鈦備用液添加到鋇/鍶備用液中，并回流2小時(shí)該混合物，以準(zhǔn)備BST溶膠。然后用1-丁醇稀釋該溶膠，以為彎液面涂敷提供希望的濃度和粘性。該溶膠分成2部分。部分1只含有溶膠。部分2與BST顆粒組合(按體積計(jì)為40％)。該顆粒是預(yù)燒陶瓷顆粒。
將一片鎳涂敷的銅箔(ca.45cm×60cm)定位在彎液面涂敷器的真空吸盤上。將該吸盤倒置且將該箔定位在涂敷的位置。將BST溶膠(部分1)裝入到涂敷容器1中。該溶膠流出涂敷棒頂部表面上的狹槽而形成彎液面。涂敷鎳的銅箔與彎液面接觸，然后涂敷棒沿著銅箔的長(zhǎng)度方向移動(dòng)來(lái)沉積BST敷層。然后加熱真空吸盤以部分干燥BST涂層。然后該箔通過(guò)傳送帶化的熔爐(450℃/15分鐘)，以從BST膜中揮發(fā)有機(jī)成分。然后在此將箔定位在真空吸盤上，按需要重復(fù)涂敷工藝以沉積希望數(shù)量的BST層。
在沉積了希望數(shù)量的BST凝膠涂敷層(例如2層)之后，含有BST顆粒的溶膠的部分2裝入到第二彎液面涂敷容器中。使用上述的涂敷工藝，將摻雜了BST顆粒的BST溶膠的敷層沉積在BST凝膠敷層上。然后加熱真空吸盤以部分地干燥該膜。接下來(lái)，該箔通過(guò)傳送帶化的熔爐(450℃/15分鐘)，以從摻雜了BST的BST凝膠敷層中揮發(fā)有機(jī)成分。
然后在空氣中650℃下退火該涂敷層，以提供具有含有BST摻雜劑的區(qū)域和不含有摻雜劑的區(qū)域的BST鈣鈦礦介電膜，該不含有摻雜劑的區(qū)域與鎳涂敷的銅箔相鄰。預(yù)期BST鈣鈦礦介電膜具有在與鎳涂敷的銅相對(duì)的介電膜表面上的正性的外形。
實(shí)施例9實(shí)施例8中的介電結(jié)構(gòu)經(jīng)歷常規(guī)的非電解鎳電鍍槽，以在含有BST摻雜劑的BST介電層上沉積鎳電極。然后，該非電解鎳電鍍的電介質(zhì)置于常規(guī)的酸銅電鍍槽，以在非電解鎳層上沉積銅層。
實(shí)施例10實(shí)施例8中的介電結(jié)構(gòu)置于常規(guī)的非電解鎳電鍍槽，以在含有BST摻雜劑的BST介電層上沉積鎳導(dǎo)電層。然后，該鎳電鍍的電介質(zhì)置于常規(guī)的鎳電鍍槽，以增加鎳沉積的厚度。
實(shí)施例11重復(fù)實(shí)施例8的工序，只是BST摻雜劑以按體積計(jì)65％的數(shù)量存在。
實(shí)施例12重復(fù)實(shí)施例8的工序，只是摻雜劑是鈦酸鋇(“BT”)顆粒，且BT顆粒以按體積計(jì)18％的數(shù)量存在。
實(shí)施例13來(lái)自實(shí)施例12的介電結(jié)構(gòu)與常規(guī)的非電解銅電鍍槽接觸，以在含有BT摻雜劑的介電層上沉積銅層。
實(shí)施例14重復(fù)實(shí)施例8的工序，只是BST摻雜劑按體積計(jì)以52％的數(shù)量存在。
實(shí)施例15通過(guò)濺射在來(lái)自實(shí)施例14的介電結(jié)構(gòu)上沉積鋁層。
實(shí)施例16重復(fù)實(shí)施例9的工序，只是鎳電鍍槽是常規(guī)的鎳-磷電鍍槽。
實(shí)施例17以表格中列出的數(shù)量使用摻雜劑來(lái)重復(fù)實(shí)施例1和8的工序。

權(quán)利要求
1.一種介電結(jié)構(gòu)，包括設(shè)置在襯底上的介電材料層，其中介電材料包括含有介電摻雜劑的區(qū)域和不含有摻雜劑的區(qū)域，含有摻雜劑的區(qū)域在介電結(jié)構(gòu)的表面處形成正性的外形。
2.如權(quán)利要求1所述的介電結(jié)構(gòu)，其特征在于所述介電摻雜劑具有基本上與介電材料的介電常數(shù)相同的介電常數(shù)。
3.如權(quán)利要求1所述的介電結(jié)構(gòu)，其特征在于所述介電材料具有≥10的介電常數(shù)。
4.如權(quán)利要求1所述的介電結(jié)構(gòu)，其特征在于襯底是導(dǎo)電層。
5.一種電容器，包括第一電極、第二電極和設(shè)置在所述電極之間的介電結(jié)構(gòu)，其中介電結(jié)構(gòu)包括含有介電摻雜劑的區(qū)域和不含有介電摻雜劑的區(qū)域的介電材料，其中含有介電摻雜劑的區(qū)域與第一電極相鄰。
6.如權(quán)利要求5所述的電容器，其特征在于所述介電材料選自陶瓷、金屬氧化物及其組合物。
7.如權(quán)利要求5所述的電容器，其特征在于介電材料和摻雜劑具有基本上相同的介電常數(shù)。
8.如權(quán)利要求5所述的電容器，其特征在于介電層和摻雜劑具有基本上相同的熱膨脹系數(shù)。
9.一種電子器件，包括權(quán)利要求5的電容器。
10.一種形成權(quán)利要求1的介電結(jié)構(gòu)的方法，包括步驟在襯底上設(shè)置第一介電材料層，在第一介電材料上設(shè)置含有介電摻雜劑的介電材料層，并退火介電材料層以形成介電結(jié)構(gòu)。
全文摘要
公開(kāi)了一種介電結(jié)構(gòu)，特別適合用在具有介電材料層的電容器中，所述介電材料層包括提供正性的外形的摻雜劑。還公開(kāi)了形成這種介電結(jié)構(gòu)的方法。這種介電結(jié)構(gòu)顯示出隨后涂敷的導(dǎo)電層的增加了的粘著性。
文檔編號(hào)H05K1/16GK1776842SQ20051011322
公開(kāi)日2006年5月24日 申請(qǐng)日期2005年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月29日
發(fā)明者M·A·勒扎尼卡 申請(qǐng)人:羅門哈斯電子材料有限公司