TW200811891A - Thin film dielectrics with co-fired electrodes for capacitors and methods of making thereof - Google Patents
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Description
200811891 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 技術領域係嵌入式電容器。更特定言之，該技術領域包 括具有帶共燒電接點的薄膜介電質之電容器。 【先前技術】 將電容器嵌入印刷線路板（PWB)之作法允許減小電路尺 寸而提高電路性能。電容器一般係嵌入堆疊並藉由互連電 路連接之面板中，該面板堆疊形成一印刷線路板。
頒予Borland等人的美國專利案第7,029,971號中揭示箔 上燒成南介電常數薄膜電容器之製造。藉由首先將一薄電 容器介電質先驅物材料層沉積到一金屬箔上來形成箱上燒 成薄膜電容器。該金屬箔基板可以係銅箔而厚度一般可以 在12與36微米範圍内。所沉積的薄膜電容器介電材料接受 一燃燒或退火程序以使得該介電質結晶並增加顆粒生長而 因此增加該介電常數。可以在高溫（例如90(rc )下並且為避 免氧化下面的金屬箔而在一減少氧的大氣中，實施該燃燒 程序。在燃燒後，該介電層一般將係一均勻的陶瓷層而'可 具有約OMLO微米之厚度。接下來將一金屬電極：積於 箔上燒成的薄膜陶瓷電容器介電層上。 嵌入式電容器接受多個要求，例如可接受的崩潰電壓、 低泡漏電流、在-指定溫度範圍内的電容敎性、低介電 質損失、採用環境可接受材料之構造、高良率、製^單 性以及對印刷電路板製造技術之適應性。 &早 大面積（例如3。mmx3G mm)上高良率的薄膜電容器之製 122686.doc 200811891 造-般受該介電薄膜内因（例如）裂缝、孔洞、空隙及針孔 的存在所致缺陷密度之限制。此等缺陷-般將此類電容器 之尺寸限制為小於數毫米。❹，頒予palanduz的美國專 利案第7，G11,726號識別針對現今薄膜電容器技術之此等良 率限制及開發替代性方法之需要。 因此’當前電子電路中欲解決之—問題係以高良率生產 大面積的箱上燒成電容器而同時保持其他所需要的特性 (例如尚電容密度）。先前技術之方法中在該介電薄膜退火 後沉積頂部電極，其允許該頂部電極金屬滲透進已退火薄 膜之裂縫、缺陷及其他曝露的微結構特徵。 因此，用於解決以高良率製造大面積電容器的問題之一 機制係藉由在該薄膜介電質的高溫退火之前沉積該電容器 之頂部電極。本發明之方法使得能夠以高良率製造大面積 薄膜電容器。 【發明内容】 依據一第一具體實施例，一種製造一電容器之方法包 含：在一裸金屬箔上形成一介電層；將一頂部導電層沉積 於該介電層上；以及同時對該介電層與該頂部導電層進行 退火，其中該箔、該介電質及該導電層形成一電容器。 依據另一具體實施例，一種製造一電容器之方法包含： 在一基板上形成一薄金屬層；在該金屬層上形成一介電 貝’將一頂部導電層沉積於該介電層上；以及同時對該介 電層與在頂部上的頂部導電層進行退火，其中該金屬層、 該介電質及該頂部導電層形成一電容器。此具體實施例中 122686.doc 200811891 的基板可以係一金屬、一金屬箔、一陶瓷、一半導體或一 絕緣體。 依據以上方法構造之電容器可以係在大面積上以高良率 製造而且適用於嵌入印刷線路板内層面板，進而可以將該 内層面板併入印刷線路板。該等電容器具有高電容密度、 低損失切線及其他所需要的電性及物理特性。 依據一般實務，下述該等圖式之各種特徵不一定係按比 例繪製。可以擴大或縮小圖中各種特徵及元件之尺寸以更 清楚地解說本發明之具體實施例。 【實施方式】 本文說明經由將該介電質與該頂部電極共燒在具有大面 積電極之金屬箔及經金屬塗布的基板上製造高良率薄膜電 容器之方法。 Λ 在本文之用詞中，損失因數等於耗散因數及正切變量 (δ)，而高介電常數等於高介電電容率並表示一大於5〇〇之 值》而且，在本文之用詞中，燃燒等於退火，而大面積電 極或電容器表示等於或大於2麵之電極直徑，而高良率表 示高於60%之良率。 可耩由各種沉積技術，包括濺鍍及化學溶液沉積，來製 備金屬箱或經金屬塗布的基板上之薄膜介電質。當大面積 =極接又處理時，本文所說明的共燒薄膜電容器具有高良 率、。該等薄膜介電質具有在05至1〇微米範圍内之燒成厚 度並具有可接受的電容密度。 予 一介電質之電容密度與其電容率（或介電常數κ)成比 122686.doc 200811891 例’即除以該介電質的厚度。因此，可以藉由在該電容器 中使用一薄膜、高介電常數高κ”）的介電質來獲得一高 電容密度的電容器。 高K鐵電介電質包括一般分子式ABO3之4弓鈦礦，例如晶 體鈦酸鋇（BT)、锆鈦酸鉛（PZT)、锆鈦酸鉛鑭（PLZT)、銳 酸鉛鎂（PMN)及鈦酸鋇锶（BST)。本發明之方法之薄膜、 高介電常數介電層可包含一或多個高K鐵電介電質。 可以向該高介電常數材料添加取代基及摻雜劑陽離子以 提高介電特性。該薄膜電容器中所需要的特性將決定所添 加摻雜劑之特定組合。 少量的合適摻雜劑包括具有較佳的R2〇3氧化物化學計量 式之稀土陽離子，其中尺係一稀土陽離子（例如Y、Η〇、
Dy、La、Eu)。稀土摻雜劑提高所產生的介電質中之絕緣 電阻。 過渡金屬陽離子摻雜劑（例如Μη及Fe)亦可用於提高介電 貝中的還原電阻並提高絕緣電阻。具有較佳的m〇2氧化物 化學計量式之其他過渡金屬陽離子亦可以係合適的摻雜劑 陽離子，其中_ 一金屬，例如Zr、Hf、Sn、Ce。此等過 渡金屬陽離子藉由將BaTi〇3之三個相位過渡，，收縮，，（即偏 移）成在溫度空間内彼此更加接近來使得該介電質中的電 容率的溫度之相依性變平滑。 具#較佳的MO(其中M係一鹼土金屬，例如。、心、
Mg)氧化物化學計量式之金屬陽離子亦可用於將介電質溫 最值偏移至較低溫度，從而進一步使得該介電質的溫 122686.doc 200811891 度相依之回應變平滑。 上述摻雜劑或其混合物可以用於鈣鈦礦，例如各種濃度 的BaTi〇3或BaSrTi〇3。一較佳的濃度範圍係介於最終配方 之約0與5摩爾百分比之間。 可以藉由一廣泛範圍的沉積方法，包括化學溶液沉積 (CSD)、化學汽相沉積（CVD)、蒸鍍及濺鍍，來沉積高κ薄 膜介電材料。為在此等介電膜中獲得高κ，需要一高溫、 沉積後退火步驟來實現該薄膜介電質中的結晶及晶體生 長。可以在80(TC或更高溫度下實施該退火步驟。在一具 體實施例中，在使用銅箔之情況下，採用歷時3〇分鐘之 900 C可以在一減少氧的大氣下實行退火，以避免在採 用一卑金屬之情況下氧化該金屬電極。 由於晶體鈦酸鋇及鈦酸鋇锶顯示高介電常數而且無鉛， 因而此等材料對於以高良率製造大面積電容器而言尤其有 用口此’本文5兒明製造包含高良率的電容器之方法。該 ;丨電貝係形成於該底部電極上。該底部電極可以係沉積於 陶瓷基板上之一金屬箔或一電極。該頂部電極係沉積於 該介電質上，而整個結構係共燒以形成該最終電容器。此 專電容器具有高良率與大面積電極。 本發明之一具體實施例提供一種製造一電容器之方法， 其包含··提供一金屬箔；在該金屬箔上形成一介電層；在 該介電質上形成一頂部電極；以及對該金屬箔、介電質及 頂部電極進行退火；其中在將該金屬帛退火後，介電質與 頂部電極便形成-高電容密度電容器。在另—具體實施例 122686.doc 200811891 中，上面的介電層係藉由化學溶液沉積或濺鍍形成。在本 發明之另-具體實施例中，上面的頂部電極係藉由錢鍵或 蒸鍍形成。 如上面所提到，藉由上文及下文所說明之方法，使用濺 鍍及化學溶液沉積（CSD)技術來形成該等電容器介電質， 而使用濺鍍與蒸鍍技術來形成該等頂部電極。 介電質之濺鍍沉積 鈦酸鋇鳃目標成分定義形成於該第一電極上的介電質組 成物。在一具體實施例中，一目標組成物係 Ba〇75Sr〇25Ti〇3，而在另一摻雜版本中，即，使用
Bao.sS^Nbo.^MgG.o^Mno.omTio.mCb。 介電質之化學溶液沉積及熱處理 该化學先驅物溶液包含所需高介電常數材料之每一成分 之所需數量以及可用於實現其他目的（例如，消除裂縫）之 添加劑。因此’若所需高介電常數材料係鈥酸鋇，則該化 學先驅物溶液可包含醋酸鋇及異丙醇鈦。 可以由以下化學物以其個別數量來製造純BaTi〇3。 醋酸鋇 5 · 12克 異丙醇鈦 5.68克 乙醯丙酮 4·12毫升 醋酸 43·52毫升 該醋酸係用於該醋酸鋇及該異丙醇鈦之一溶解介質，而 該乙醯丙酮係用於異丙醇鈦之一穩定劑。可以添加在錯酸 鋇重量的8至12%範圍内之二乙醇胺（DEA)，以便防止該介 122686.doc •11- 200811891 電膜之破裂。因此，例如，對於前面段落中的先驅物溶 液，該DEA添加總量可以係〇 58 g。 將該先驅物溶液沉積於該銅箱基板上。合適的溶液沉積 方法包括浸潰、狹缝模具塗布、凹槽式塗布、喷灑或旋 塗。在一具體實施例中，使用旋塗，而所使用的旋轉時間 及速度係30秒而每分鐘3〇〇〇轉。
在沉積後，乾燥包含該先驅物溶液之基板以移除溶劑。 可以施加額外的沉積以將厚度建立到所需值。在一具體實 鉍例中，使用歷時5至1〇分鐘之一乾燥溫度25〇。〇，並使用 六個連續的沉積及乾燥步驟來獲得最終所需厚度。 在已獲传所需乾燥厚度後’以_更高溫度對該基板進行 熱處理以燒盡並移除在經乾燥的溶液沉積膜中留下的所有 或絕大多數有機成分。該熱處理溫度高収以燒盡並移除 該有機材料，纟高得不足以實質上令無機介電質結晶。在 接受熱處理時，經乾燥的介電質分解以最初形成很精細的 乳化鋇及減鈦、碳酸鹽、碳酸氧化物及其混合物之粒 子’而隨後接著該等碳酸鹽及碳酸氧化物分解而其餘氧化 物混合物發生反應以形成鈦酸鋇。在一具體實施例中，所 使用的條件係30分鐘、溫度㈣。c、在保護下面的銅落之 一適當還原大氣中。 電極沉積 在所產生的介電 方法形成的電容器 刷、蒸鍍或其他合 質上形成一頂部電極。該箔用作藉由此 之底部電極。例如，可以藉由濺鍍、印 適的沉積方法來形成該頂部電極。在一 122686.doc -12- 200811891 具體實施例中，你用：私 更用濺鍍的鉑頂部電極。在另一具體實施 例中，使用另-銅頂部濺鍍電極。 退火 在該頂邛電極沉積後，對經塗布的基板進行退火。退火 使知/儿積的；I電質稠化並結晶。針對沉積於—金屬箱基板 上之；|電貝，可以在一低氧分壓環境中於一高溫下實施退 火。該退火溫度將比該金屬箔基板之溶點更低。一合適的 總壓力裱境約為1個大氣壓。在-具體實施例中，銅箔係 用作忒基板，爐溫約為900。〇，而氧分壓約為10-12個大氣 壓。可以藉由讓爐溫以約3〇°c/分鐘之一速率斜坡上升至 900 C來執行退火。將該爐保持m9〇〇〇c歷時3〇分鐘。 上述900°C之退火溫度便於將銅箔用作該基板並允許所 沉積的介電質結晶。 亦可以在高於900°C之退火溫度下獲得有利的結果。為 避免氧化該金屬基板而與適當大氣組合之更高溫度（例如 12 0 0 C )便於使用各種金屬基板，例如鎳。此外，若該基 板之化學性質允許，則可以在空氣中實施退火，從而不需 要一還原大氣。此類基板可以包括貴金屬箔或上面沉積有 貴金屬電極之陶瓷氧化物組成物。 可以藉由讓高純度氮氣泡化並流經一溫度受控制的水浴 來獲得低氧分壓。還可以使用其他氣體組合，例如向該氣 體混合物添加少量含氫的形成氣體。該水浴可處於一約 25°C之溫度。 用於電容器之上述退火程序一般避免將該銅箔或電極氧 122686.doc -13 - 200811891 化為ChO或CuO。藉由針對在退火期間使用的高處理溫度 而選擇一適當的低氧分廢來避免氧化。可靠地避免銅氧化 而不會有害地還原該介電質之一氧分壓範圍係介於1><10_9 與1X1(T14個大氣壓之間。因此，可以在退火期間不存在該 銅箔的任何氧化或嚴重的介電質劣化之條件下形成高品質 ‘ 的BaTi〇3、BaSrTi〇3或其他高介電常數層。替代性的金屬 ^ 箱及退火溫度可能需要不同的大氣壓。如F.D. Richards^ 及J.H.E. Jeffes lron Steel Inst，16〇: 261，叫時）所說 ^ 日月’可以依據與溫度成函數關係之形成氧化物的標準自由 能量來計算此等大氣壓。 再充氧 可以視需要讓該電容器接受一再充氧處理以提高該介電 質之絕緣電阻。再充氧可對應於在約1〇·4個大氣壓之氧分 壓、45(TCT的30分鐘退火。再充氧可以係整合進（例如）該 退火之冷卻步驟，或者係在冷卻後作為一分離步驟來執 _ η右如上所述使用適當的受體摻雜劑，則該再充氧步驟 可能並非必要步驟。此一受體摻雜劑包括錳、鎂等。 以下粍例解說在依據本發明而製備的介電質及併入該介 電質的電容器中之有利特性。 猎由磁電管濺鍍將- 1微米厚的鈦酸鋇鳃 〇’25Ti〇3)介電質先驅物薄膜沉積到一 2英对英时 、 盘’斤π潔鋼4上。該銅箔係可從〇☆ 公司獲 122686.doc -14· 200811891 得之工業標準PLSP銅箔。將該介電質先驅物沉積到該銅箔 之較光滑侧或，，鼓”側。在一5微米X 5微米與2〇微米χ 2〇微 米之區域，測量該銅箱之RMS (Ro〇t Mean叫仙代；均方 根）值，並確定其分別係12奈米及2〇奈米。藉由使用一 5:ι 之Ar:〇2比率與— 13(rc之基板溫度，在一 1〇毫托壓力下實 行/儿積。該錢鍍目標直徑係4英对，而箔至目標之距離係 8.5 cm。藉由使用一25。"離轴"幾何結構來配置濺鍍源。該 射頻濺鍍功率係30瓦特，而沉積時間係12〇分鐘。在沉積 後，藉由約UT12個大氣壓之氧分壓在一以氮為主的大氣中 於900°C對該介電膜進行30分鐘的退火。藉由透過一陰影 遮罩的磁電管濺鍍，將一鉑頂部電極陣列沉積於已退火介 電層之頂部上。該陰影遮罩包含2〇、24、24、28、21、21 個樣本’各樣本分別係3 mm、2 mm、1 mm、0.75 mm、 〇·5 mm、0.25 mm直徑之電極。該鉑電極厚度約為〇15 μηι 〇 在/儿積该專始電極後’藉由使用一 Hewlett Packard
I 4192A LF阻抗分析器來針對0.25、〇·5、〇·75、1、2及3 mm 直控電容器測量該等電容器之電容及損失因數。藉由使用 一 〇·〇5 V的振盪電壓，於10 KHz與1 KHz之0與1伏特偏壓 下測試電容器。短路或不呈現任何電容或具有一大於15〇/〇 的損失因數之電容器係視為不可接受的電容器並包括於良 率損失資料中。圖i以曲線圖形式顯示該等結果，其中將 S> 料^曰疋為”粗糖”猪資料。具有〇 ·2 5 mm直徑電極 之電容器具有100%之良率，但具有3 mm直徑電極之電容 122686.doc •15- 200811891 器具有零良率。 範例2 為確定該銅、落$ Ii 冬—I 先⑺度在該低良率中是否係一關鍵因 以猎將鋼蒸錄到—玻璃板上來製造报光滑㈣微米厚 5泊$鍍後，將該等箱從該玻璃板移除，*產生2英 吋X 1英吋之钿炫 + ^ 、 / 。在一 5微米X 5微米與20微米X 20微米 2域’測量該蒸鍍㈣之RMS值，並確定其分別係14
不只及1·5不米而且約等於該玻璃板之RMS值。 一使與广例1中所述者相同之條件，藉由磁電管濺鍍將 微米厚的鈦酸鋇勰(Ba。”Sr。” Ti〇。介電質先驅物薄膜 儿積2到蒸鍍的銅箔上。製造三個箔。在沉積後，藉由約 個大氣壓之氧分壓在一以氮為主的大氣中於它對 =’I電膜進行30分鐘的退火。冑由透過一陰影遮罩的磁電 e濺鍍，將一鉑頂部電極陣列沉積於已退火介電層之頂部 上。該陰影遮罩包含20、24、24、28、21、21個樣本，各 樣本分別係、3 _、2 醜、1 醜、〇·75 mm、〇·5 mm、〇·25 麵直控之電極。㈣電極厚度約為G.15 μιη。 在/儿積該等鉑電極後，使用與範例1中所用者相同之設 備針對0.25、〇·5、〇·75、1、2及3 mm直徑之電容器測量 該等電容器之電容及損失因數。短路或不呈現任何電容或 具有一大於15%的損失因數之電容器係視為不可接受的電 ♦為並包括於良率損失資料中。圖1以曲線圖形式顯示該 等結果，其中將產生於蒸鍍箔上的電容器指定為"光滑，，箔 資料同樣，具有〇·2 5 mm直徑電極之電容器具有高良 122686.doc -16 - 200811891 率，而具有3 mm電極之電容器顯示很低或者為零的良率 範例3 使用與範例1中所用者相同之條件，藉由磁電管濺鍍將 一 1微米厚的鈦酸鋇锶（BaowSr^TiO3)介電質先驅物薄膜 沉積到一 2英吋χΐ英吋的〇.5盎司清潔pLS鋼箔之鼓側上。 藉由約1〇·12個大氣壓之氧分壓，在一以氮為主的大氣中 於900。(：對該介電膜進行30分鐘的退火。藉由透過—陰影
遮罩的磁t管濺鍍，將直徑為卜2、3及5贿的銘頂^
極之一陣列沉積於已退火介電層之頂部上。該鉑電極厚度 約為〇·15微米。 X 圖2中以曲線圖形式顯示該等結果，其中來自此實驗之 資料係指定為”傳統"。對於！ mm直徑電極電容器，工作電 容器之良率約為12%，而對於2、3及5 mm直徑之電極尺 寸’工作電容器之良率為零。 範例4 使，用與範例1中所用者相同之條件，藉由磁電管賤鍍將 1微米厚的鈦酸鋇锶（Ba〇 nTiOj介電質先驅物薄膜 儿積到一 2英吋xl英吋的0·5盎司清潔PLSP銅箔之鼓側上。 α糟由透過一陰影遮罩的磁電管濺鍍在該介電層之頂部上 製備直杈為1、2、3及5 mm的鉑頂部電極之一陣列。該鉑 ::厚度約為0·15微米。藉由約1〇、大氣壓之氧分壓， 以氮為主的大氣中於90(rc對具有鉑頂部電極的介 膜進行30分鐘的退火。 圖2中以曲線圖形式顯示該等結果，其中來自此實驗之 122686.d〇( -17- 200811891 資料係扣疋為共燒"，而顯示針對所有該等1、2、3及5 mm直徑電極之工作電極良率為丨〇〇%。表丨給定對於隨機選 擇的電容器系列針對每一電極直徑之平均電容及損失值。 表1 電極直徑 (mm) 平均電容 (nF) 平均損失 1 3.1 2.0% 2 10.4 2.1% 3 26.5 5.6%
範例5 使用與範例1中所用者相同之條件，藉由磁電管濺鍍將 一 1微米厚的鈦酸鋇锶（Ba〇 η% 25Ti〇3)介電質先驅物薄膜 沉積到一 4英吋XI英吋的〇·5盘司清潔PLSP銅箔之鼓側上。 藉由使用一簡單的剝離遮罩來定義一 2〇 mm><20 mm頂部電 極接觸區域。藉由磁電管濺鍍將一鉑頂部電極沉積於該介 電層及該剝離遮罩之頂部上。藉由將該剝離遮罩溶解於丙 酮中來將其移除。該鉑電極厚度約為〇15微米。藉由約ΙΟ-υ個大 氣壓之 氧分壓 ，在一 以氮為 主的大 氣中於 9〇〇〇c 對具 有20 mmx20 mm鉑頂部電極之介電膜進行3〇分鐘的退火。 圖3顯示在具有該20 mmx20 mm共燒鉑電極的薄膜電容 器之彳月況下的電容及損失對頻率之關係。該電容密度類似 於在範例4的較小電容器中所見之電容密度。 範例6 在1〇毫托之壓力下藉由一 40 seem的氬流量，使用射頻 122686.doc -18- 200811891 磁電管賤鍵將-5麵厚鉻黏合層冑沉積於一清潔的經拋光 3英对直徑單晶<100>鑭紹（LaA1〇3)基板上。緊跟在沉積該 鉻黏合層後’且在不破壞真空之條件下1 一〇5微米厚 銅膜沉積於該鉻黏合層之頂部上以形成一用於該電容器之 底部電極。 接著藉由使用一9:1之Ar:〇2比率，在一2〇毫托壓力下， 藉由雙磁電管濺鍍將一摻雜的鈦酸鋇鳃（Ba〇 5Sk5Ti〇3)介 電質先驅物薄膜沉積於該Cu膜之頂部上。針對該等濺鍍源 的每一源之濺鍍目標直徑為3英吋，而針對該等兩個濺鍍 源的每一源之箔至目標距離（中心至中心）約為4英吋。該等 濺鍍源係以”離軸"幾何結構來配置而該目標表面幾乎垂直 於該箔表面。該射頻濺鍍功率在一源上為15〇瓦特而在另 一源上為10瓦特。針對每一濺鍍源，摻雜的鈦酸鋇勰目標 組成物係 Bao.5S1V5Nbo._Mg❶·。❹36Mn❹肩14TiG.988〇3。依據一 經校準的3 nm/min沉積速率，所沉積的膜厚度係估計為〇.5 微米。所沉積的膜厚度係估計為〇_5微米。藉由約2χΐ〇-12 個大氣壓之氧分壓，在一以氮為主的大氣中於9〇〇t對該 介電膜進行10分鐘的退火。 接著，透過具有45個2 mm直徑電容器及40個】mm直徑 電容器的圖案之-陰影遮罩，將一〇·5微米厚的銅頂部電 極濺鍍沉積到該介電膜之表面上。 該等1及2mm電容器具有一 〇%之良率。 範例7 在1〇笔托之壓力下藉由一 40 sccm的氬流量，使用射頻 122686.doc -19· 200811891 磁電管濺鍍將一 5 nm厚鉻黏合層膜沉積於一清潔的經拋光 3英吋直徑單晶<1〇〇>鑭鋁（LaAl〇3)基板上。緊跟在沉積該 鉻黏合層後，且在不破壞真空之條件下，將一〇·5微米厚 銅膜沉積於該鉻黏合層之頂部上以形成一用於該電容器之 底部電極。 接著，藉由使用與範例6中所用者相同的目標及介電質 /儿積條件，將一摻雜的鈦酸鋇勰先驅物薄膜沉積於該銅膜 之頂部上。所沉積的膜厚度係估計為〇·5微米。接著，透 過與範例6中所用者相同的陰影遮罩，將一〇·5微米厚銅頂 部電極濺鍍沉積到該介電膜之表面上。藉由約⑺^個大氣 壓之氧分壓，在一以氮為主的大氣中於9〇(rc對具有銅頂 4電極接點之該介電膜進行10分鐘的退火。 該等1 mm電容器之一良率係100%。此等36個電容器之 平均電谷值係4.47 nF (0.57 pF/cm2)。平均耗散因數係 3·0% 〇 該等2 mm電容器之一良率係93%。平均電容值係231 nF。平均耗散因數係1.6%。 圖4係對於該等2 mm電容器之一電容器該電容（實心點資 料）及耗散因數（菱形資料點）對所施加電壓的關係之一曲線 圖該資料解說對於摻雜的BaG.5SrG.5Ti03介電薄膜該介電 常數之預期可調諧值。 範例8 藉由播Η + , 义用在一 10¾托壓力下的氬並使用射頻磁電管濺 又；〇·5微米厚的Cu膜沉積於一 2英吋x2英吋的0.5盎司 122686.doc -20 - 200811891 清潔PLSP銅箱之鼓侧上。接著，藉由使用與範例6中所用 者相同的目標及介電質沉積條件，將—摻雜的鈦酸㈣ (Ba^Sr^TiO3)介電質先驅物薄膜沉積於該Cu膜之頂部 上。所沉積的膜厚度係估計為〇 · 5微米。 接著，透過一具有45個1 mm直徑電容器的圖案之陰影 遮罩，將一 0·5微米厚的釕頂部電極濺鍍沉積到該介電膜 之表面上。藉由約10·12個大氣壓之氧分壓，在一以氮為主 的大氣中於900°C對具有釕頂部電極接點的介電膜進行ι〇 分鐘的退火。 該等2 mm電容器之-良率係8〇%。該平均電容值係435 nF(1.4pF/cm2)，而該平均耗散因數係44〇/〇。 範例9 精由使用在耄托壓力下的氬並使用射頻磁電管錢 鍍，將一0·5微米厚的銅膜沉積於一 2英吋χ2英吋的盎司 清潔PLSP銅落之鼓側上。 接著，藉由使用與範例6中所用者相同的目標及介電質 沉積條件，將一摻雜的鈦酸鋇勰介電質先驅物薄膜沉積於 該銅膜之頂部上。所沉積的膜厚度係估計為〇·5微米。 接著，透過與範例6中所用者相同的陰影遮罩，將一0.5 微米厚的銅頂部電極濺鍍沉積到該介電膜之表面上。藉由 約1。〇·12個大氣壓之氧分壓，在一以氮為主的大氣中於 900 C對具有銅頂部電極接點之介電膜進行⑺分鐘的退 火。 該等1 mm電容器之一良率係1〇〇%。平均電容值係6.〇9 122686.doc • 21 · 200811891 nF(0.75 pF/cm2)。平均耗散因數係！ 7〇/〇。 该等2 mm電容器之一良率係98%。平均電容值係2 nF(0.93 pF/cm2)。平均耗散因數係i 5%。 範例10 使用與範例6中所用者相同之介電質沉積條件，藉由雙 磁電管濺鍍將與範例6中相同的組成物之一摻雜的鈦酸鋇 鳃先驅物薄膜沉積到一2英吋χ2英吋的〇·5盘司清潔？1^§1>銅 落之鼓侧上。 藉由約2χ1〇-12個大氣壓之氧分壓，在一以氮為主的大氣 中於90 0C對該介電膜進行1〇分鐘的退火。 接著，透過與範例6中所用者相同的陰影遮罩，將一 〇.5 微米厚的銅頂部電極濺鍍沉積到該介電膜之表面上 該等1 mm電容器之一良率係11%。平均電容值係6 32 nF °平均耗散因數係5.2%。 該等2 mm電容器之一良率係〇〇/〇。 範例11 使用與範例1中所用者相同之條件，藉由磁電管錢鍍將 一 1微米厚的鈦酸鋇鳃（Ba〇 who 25丁丨〇3)介電質先驅物薄膜 沉積到一 2英吋XI英吋的〇·5盘司清潔pLSp銅箔之鼓侧上。 藉由透過一陰影遮罩蒸鍍銅，在該介電層之頂部上製備 一 2 mm直徑的銅頂部電極。製備三個樣本，各樣本具有一 不同的蒸鍍銅厚度。該銅之厚度係0.4微米、〇·6微米及0.8 微米。藉由約1〇·12個大氣壓之氧分壓，在一以氮為主的大 氣中於90〇。(：對具有2 mm銅頂部電極之介電膜進行3〇分鐘 122686.doc -22- 200811891 的退火。 圖5中以曲線圖形式顯示該等結果，其中藉由使用〇 4微 米厚的蒸鍍銅頂部電極來獲得高良率。圖6顯示針對具有 一蒸鍍銅電極之2 mm直徑電容器該電容及損失因數對偏壓 之關係。 範例12 將一鈦酸鋇化學溶液旋塗到一清潔pLsp銅箔之鼓側 上使用歷時一 30秒鐘週期之一 3000 rpm的旋轉速度。在 250 C下將該膜乾燥8分鐘。藉由交替進行該旋塗與乾燥， 再進行五次沉積。接著，藉由約^!7個大氣壓之氧分壓在 一以氮為主的大氣中於65〇。〇對該等膜進行3〇分鐘的熱處 理。。從圖7所示X射線繞射資料選擇此溫度，該資料顯示 65(TC高於碳酸氧化鋇鈦（Ba2Ti2 ο〆％)分解之溫度但低於 鈦酸鋇實質上結晶之溫度 藉由透過一陰影遮罩的磁電管濺鍍，將十六個3 mm直 徑始頂部電極之_陣列沉積於已熱處理介電層之頂部上。 該鉑電極厚度約為0·1微米。藉由約ΙΟ·12個大氣壓之氧分 麼’在-以氮為主的大氣巾於9G(rc對具有麵頂部電極之 燒盡的介電膜進行30分鐘的退火。 该電容器良率係93·75%，或者係測量為15/16。圖_示 一 3 mm電容器的電容及損失因數對頻率之關係。 如乾例1、2及3中詳細說明及圖〗與圖2所示，對於具有 直徑大於lmm的頂部翻電極之電容器，其中在對該介電質 退火後施加該頂部麵電極之傳統的滅鑛薄膜傳統處理不允 122686.doc -23- 200811891 許可接受的良率。相反’如範例4及5中詳細說明以及如圖 2及圖3所示，在使用大面積鈾頂部電極之情況下，將該頂 部鉑電極與下面的介電質共燒允許高良率。 如範例6及10中詳細說明，對於具有頂部銅電極之電容 器其中在對該介電貝退火後施加一頂部鋼電極之傳統的 減鍍薄膜處理針不允許可接受的良率。相反，如範例7、9
及11中詳細說明’將該頂部鋼電極與下面的介電質共燒允 許明顯提高的良率。範例8還顯示在使用—共燒程序時釘 電極可以獲得高良率。範例u顯示㈣鍍外還可以使用蒸 鍍的銅頂部電極而且一最佳厚度約為〇4微米。 範例12顯示可以將共燒程序之良率提高延伸至化學溶液 沉積膜。 本發明前面的說明已經解說及說明本發明。此外本揭 示内容僅顯示並制本發明之選定具體實施例，但是還應 瞭解’本發明㈣用於㈣其他組合、修改及環境而能夠 進行改變、修改而不脫離本文所表述的本發明之概念範 驚、與以上教導内容相稱及/或不脫離熟習相關技術之技 藝及知識。 上文所述之具體實施例進一步係希望解說實作本發明之 習知的最佳模式並使得熟習此項技術者能夠在此類或其他 具體實施例中並結合或本發明之特定應用或使用所需要的 各種修改來利用本發明。因&，本說明内容並不希望將本 發明限制於此處所揭示之形式。而且，還希望將隨附申請 專利範圍解釋為包括詳細說明中未明確定義之替代性具體 122686.doc •24- 200811891 實施例。 【圖式簡單說明】 以上詳'細說明參考以下圖式，其中相同的數字表示相同 的元件，而且其中： /圖1係箔上燒成電容器良率對濺鍍鉑頂部電極直徑的關 -係之曲線圖，其中該介電質係在施加該鉑頂部電極之前 退火（傳統處理）。該資料將針對很光滑的箔與工業標準的 粗链治而使用傳統處理之箔上燒成電容器良率相比較。 • 圖2係針對共燒及傳統處理的箔上燒成電容器良率對濺 鍍鉑頂部電極直徑的關係之一曲線圖。 圖3係在具有一共燒的20 mmx20 mm濺鍍鉑頂部電極之 一泊上燒成電容器之情況下電容及損失值對頻率的關係之 一曲線圖。 圖4係在具有一共燒的20 mm直徑濺鍍頂部銅電極之_ 消上燒成電容器之情況下該電容（實心點資料）及耗散因數 (菱形資料點）對所施加電壓之關係之一曲線圖。 • 圖5係在2 mm直徑共燒電極之情況下箔上燒成電容器良 率對蒸鍍的銅頂部電極厚度之關係之一曲線圖。 圖6係在具有一2 mm蒸鍍共燒頂部銅電極之一濺鍍電容 器之情況下電谷及損失因數對偏壓之關係之一曲線圖。 圖7係顯示經熱處理的在銅箔上化學溶液沉積之鈦酸鋇 膜之各種X射線資料之一曲線圖。 圖8在一燒盡的由化學溶液導出之鈦酸鋇膜上之一 3瓜瓜 共燒錢鍍頂部麵電極之情況下電容及損失因數相對於頻率 之關係之一曲線圖。 122686.doc -25-
Claims (1)
- 200811891 十、申請專利範圍： 1· 一種製造電容器之方法，其包含： 提供一金屬箔； 在該金屬箔上形成一介電層； 在該介電質上形成一頂部電極； . 以及對該金屬箔、介電質及頂部電極進行退火； 其中在對該金屬箔進行退火後，將介電質與頂部電極 共燒以形成一高電容密度電容器。 • 2· 一種製造電容器之方法，其包含： 提供一非導電基板； 在該非導電基板上形成一第一電極； 在該第一電極上形成一介電層； 在δ亥介電質上形成一頂部電極； 以及對該基板、第一電極、介電質及頂部電極進行退 火；其中在對該基板進行退火後，將第一電極、介電質及 頂部電極共燒以形成一高電容密度電容器。 如明求項1之方法’其中該金屬箔係銅。 如明求項1或請求項2之方法，其中該頂部電極係鉑、銅 或舒。 5·如π求項1或請求項2之方法，其中該介電層係選自由鈦 :鈦駚鋇锶、鈦酸鉛錯、鈮酸鉛鎂、锆鈦酸鉛鑭及 其混合物組成的群組。 6.如明求項1或請求項2之方法，其中該介電質係一換雜的 122686.doc 200811891 組成物。 其中該介電質具有一介於 其進一步包含：視需要再 其中藉由濺鍍來沉積該介 7·如請求項1或请求項2之方法 0.1與2微米之間的退火厚度< 8·如請求項1或請求項2之方法 充氧該電容器。 9 ·如請求項1或請求項2之方法 電質。 電質係藉由化學 之前經歷一燒盡 10_如請求項1或請求項2之方法，其中該介溶液沉積來沉積，並在施加該頂部電極 熱處理。 11.如請求項1或請求項2之方法，《中該頂部電極係藉由藏 鍍或蒸鍍來沉積。 種電谷器’其藉由如請求項1或請求項2之方法製得。 13. —種印刷線路電路板、插入型基板或其他有機基板，其 包含一藉由如請求項1之方法製得之電容器。 14· 一種陶瓷基板電路，其包含一藉由如請求項2之方法製 得之電容器。 122686.doc
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