TW293918B - - Google Patents

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經濟部中央標準局負工消费合作社印製 ^93918 A7 •---- B7 五、發明説明（） 丄 本發明背景資料 本發明是有關於電容器及其製造，更特別和具有高介 電强度及低消耗功率（dissipation)因子性質之無定形 經氫化之碳介電質的電容器有關。 電容器通常被用作電路中的元件，它可用以降低電子 電源的不規則電壓變動，傳送脈衝訊號，產生或偵測到無. 線電頻率的甯磁波振動，提供電子時間延遲（delay)等 等。典型的電容器具有兩個或以:上經至少一個介電質層分 隔開來的導電性層。 已知有各種不同的材料可用作電容器中的介電質層。 近年來，較引人興趣的這類型材料爲無定形經碳化的碳， 亦稱作擬金剛石（diaraondlike)碳，在底下有時表成' DLC"。美國專利5，2 7 5，9 6 7對其的說明是主 要由S P3結構的碳構成，在短距離內具有金剛石的結構 ，但在長距離下則呈現不規則的無定形特色。如Ch era i ca丨 and Engineering News， 1 9 8 9年5月 1 5 日，第3 2 一 3 3頁中所說明的，該材料的薄膜通常是無定形的，但 可具有直徑通常小於2 — 2 0 nm之非常小的晶雅，並且 含有幾乎爲0至超過5 0%的氬。當其特徴爲每c c含有 超過0.2克的碳原子時，則它們擁有非常接近金剛石的 性質，包括髙介電强度及低消耗功率因子。 吾人有興趣進一步提升介電强度及降低消耗功率因子~ 。較高的介電强度將允許操作中之電應力（electric st-ress)有相對應的增加，以及降低達到特定電懕等級所需 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公着） ---------J-lt------IT------ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 戈93918 五、發明説明（2 ) 的薄膜厚度。薄膜厚度的降低可縮短澱稹時間，進而降低 成本。它還可增加每一層的電容（capacitance)，於是 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 只要較少的介電質層即足以提供總電容大小。消耗功率因 一—- ........ - ·- 子的降低可增加電容器的使用期限，並且可提供較髙的線 路效率。 消耗功率因子通常會隨著電容端末處的電壓訊號頻率 來變化。具有DLQ介電質朦的一般電容器在低至中間頻 率一等級爲6 0 — 1 0 0，Ο 0.:0Ηζ，這是馬達的特徵 頻率一時具有適度低的消耗功率因子。然而當頻超過1 ΜΗ z時；消耗功率因子會大幅增加，並造成電容器在如 此的頻率下將無法在物件操作中使用。 本發明是依據發現到當D L C薄膜摻有微晕ϋ時可 <. ...·· -.··. ........... 導致介電强度大幅增加，以及使高頻時的消耗功率因子獲 得降低。已知摻雜矽可減少磨擦係數和改進磨擦（tribo-logical)性質：參見 Demichel is 等人，1^七61_丨3丨3 5(^6- nce and Engineering， B11， 313—316 ( 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 1 9 9 2 )。然而，吾人相信並未有人報告過介m性質可 藉著摻雜矽來獲得改良。 本發明概要 本發明的一個特點是包含兩個或以上經至少—個介電 質層分隔開來之導電性層的電容器，該介電質厝爲其中矽 含置約爲1 — 1 0原子百分比之摻有矽的無定形經氫化的 碳。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） A7 __ _B7__ 五、發明説明（） 3 本發明的另一點是製造電容器的方法，它包含提供第 一個導電性層：將上述摻有矽之無定形經氫化的碳介電性 層滅:積在該導電性層上；以及將第二個導m性餍澱稹在該 介電質層上。 詳細說明；較佳體系 和傳統的電容器一樣，本發明的電容器包含兩個或以 上經至少一個介電質層分隔開來;的導電性層。它們包括堆 稹式（stacked)電容器，其中多個導電性層有被超過一 個的介電質靥所分隔開來。導電性層爲導電性金屬，通常 是鋁，鋅或鋁/鋅合金。 本發明電容器中之一個或以上的介電質靨主要是 D L C。已知有各種不同的方法可用來使D L C澱稹在導 電性層上；它們包括電漿增强的化學蒸氣澱稹法（以下稱 作、PECVD，），串級（cascaded)電弧法，喷濺法 和離子束澱稹法。 經濟部中央樣準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 在典型的PECVD操作中，碳的來源是揮發性有機 化合物，比如Cl-4烷類，丁二烯，乙炔，丙酮，丁酮， 甲苯或乙苯。通常較宜爲像甲烷及丁二烯的烴類。有機化 合物一般是以像氬氣的惰性氣體來加以稀釋。典型的澱稹 條件包括氬氣及有機化合物流置大約爲6 0 — 8 0 seem，動力密度大約爲〇 . 5 — 0 . 75W/cm2 ，基材溫度大約爲2 0 — 4 0 °C·，壓力大約爲1 〇 〇 — 3 0 0毫托耳，和時間大約爲2 0 — 4 0分鐘，以便製造 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS )八4规格（210X297公釐） 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A7 _B7 _ 五、發明説明（4 ) 出厚度大約爲7，000 — 10，000A的碳薄興。 在導電性層進行澱稹之前，通常較宜調整導電性層的 條件以供碳層黏著上來。其進行是在較高的動力密度一通 常是在約0 . 5 — 0 . 7 5W/cm2之間一下通以大約 1 0 — 1 5分鐘的氬氣流量——般約爲6 0 — 8 0 s c cm。當該調整條件的操作完成時，可開始短暫的有 機化合物流動以便提供黏附界面。然後可降低動力，維持 氬氣和有機化合物的流動，並持:績進行澱稹直到製造出所 需求厚度一通常約爲5，000 — 10 ，000A —的介 電質層爲止。 依搛本發明，在澉積操作中加入的材料包括摻雜置的 矽化合物。適合的矽化合物包括矽烷（即矽一氫化合物） ，四烷氧基矽烷和聚有機矽氧烷（以下稱作^矽酮#)。 由於其高揮發性，較宜爲矽烷（即化學式s i nH2n + 2的 ........ ··,… ·. · - · 矽一氫化合物）和像四乙氧基矽烷之較低碳數的烷氧基矽 烷較低碳數'是指含有最多7個碳原子的烷氧基）， 其中尤以矽烷（Si H4 )最適合。 當矽化合物爲像矽烷或四乙氧基矽烷的揮發物時，可 方便納入澱稹時所用的氬氣中。像矽酮的非揮發性矽化合 物可在澱稹容器中和在引起大氣飽和的條侏下進行加熱。 —般來講，所用的條件爲可在合理時間內提供所需求 之矽比例者。在納入氬氣的情形中，適用的條件通常是氬~ 氣中含有容稹濃度約爲1一10%—以矽試劑及氬氣總和. 爲計算基準一的矽試劑。通常較宜在碳激稹巳經開始後才 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X297公釐） n ~ ---------裝-------訂-----Η線 --~- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 加 3918 五、發明説明（c ) 0 逐漸加入矽試劑。可使用化學分析電子光譜（ESCA) 的分析法來測定矽的比例。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 澱稹方法的最後階段通常是在和基材起始調整條件所 用的相同條件下進行的。道些包括高的動力値，沒有矽試 劑和逐漸減少碳化合物的流量。 本發明方法可用來製造含有兩個經單一介電質層分隔 開來之導電性層的電容器。另外使許多之多重介電質及導 電性厝進行澱稹也是在本發明範4內。 藉著使用兩個矽晶園一各個晶圓有以噴濺法塗覆上厚 度爲1 0 0 0A的鋁一的實施例來說明本發明。控制組晶 * -...... 圆是如以下的氬氣電漿處理來調整條件：

壓力，毫托耳 氬氣流.量，s c 動力密度，W/ 基材溫度，°C 時間，分鐘 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 然後將丁二烯加入7 5 s c cm的電漿中，並使黏著 界面進行1分鐘的澱稹。使動力密度降低至0 . 1 1W/ cm2 ，並進行30分鐘的DLC澱稹以達到大約 8 5 0 0A的厚度。然後再度使動力密度上升至0 . 6 1 W/cm2 ，並使丁二烯流量逐渐減少至0。 以相同方式處理本發明的第二個晶圖，不同的是澱積 本紙張尺度逋用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X297公釐） A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印策 五、發明説明（c ) 0 步驟中的想氣流置以含有2 (容稹）％矽之的氬氣流置來 取代。澱稹完成時，再度以氬氣取代矽一氬氣混合物，然 後以和控制組相同的方式來停止澱稹。 以噴濺方式來使各個DLC薄膜上澱稹有直徑6 .4 mm和厚度2 5 Ο A的鋁點電極陣列，並進行介電强度及 消耗功率因子的量測。結果列在下表中。 原子％的矽，依據ESCA量測 介電强度，liV/cm: 平均値 最大値 消耗功率因子： 1 0 0 k Η z 1MHz 很明顯的，無論是在平均値及最大介電强度上，以及 在宽廣頻率範圍內維持低且一致的消耗功率因子上，本發 明之摻有矽的樣品均要儍於控制組。 控制組 0 摻雜有Si 2 03 • 05 .05 ^裝 訂 專 - •一 . (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙浪尺度適用中國國家棣準（CNS ) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

1. ^99018^ I8 D8 六、申請專利範圍 1 .—種含有兩個或以上經至少一個介電質層分隔開 來之導竃性厝的電容器，該_導電性層是矽含量約爲1 - 1 〇原子％之摻有矽的無定形經氫化的碳° 2 .如申請專利範園第1項的電容器，其中導電性層 爲鋁，鋅或鋁/鋅合金。 3 . —種用以製造電容器的方法，它包含提供第一個 導竃性層；將介電質層澱稹<該導電性層上，該介電質層 爲矽含置約爲1- 10原子％之接有矽的無定形經氫化的 碳；以及將第二個導電性層澱稹在該介電質靥上。 4 .如申請專利範園第3項的方法，其中導電性層爲 鋁，鋅或鋁/鋅合金。 5 .如申請專利範圍第3項的方法，其中揮發性有機 化合物爲介電質層中無定形經氫化碳的來源。 6 .如申請專利範圍第5項的方法，其中有機化合物 爲匸^*烴類，丁二烯，乙炔，丙酮，丁酮，甲苯或乙苯 Ο 經 濟 部 中 A 梯 •準 局 員 工 消 费 合 作 社 印 製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 7 .如申請專利範圍第3項的方法，其中使第一個導 電性層在動力密度範園爲約〇 . 5 — 0 . 75W/cm2 下接受氬氣流經通過來調整其條件以供介電性層黏著上去 〇 8 .如申請專利範圍第3項的方法、其中介電質層中 矽的來源爲矽烷，四烷氣基矽烷或多有機矽氧烷。 9 .如申腈專利範圍第8項的方法，其中矽的來源爲 矽烷，S i Η 4 。 本紙張尺度適用中國國家梂準（CNS〉Α4現格（210Χ297公釐） -10 划 3918 六、申請專利範圍 1 〇 .如申請專利範園第9項的方法，其中矽烷是以 容稹澳度一以矽烷試劑及氬氣的總量爲計算基準-約爲1 —1 0 %和連同氬氣一起加入。 11.如申請專利範圍第3項的方法，其中介電質層 是以電漿增强化學蒸氣澱積法，串級電弧法，噴濺法，或 離子束澱積法來進行澱積。 ^装-- * t'- (請先閔讀背面之注意事項再填寫本頁) 、vs 泉 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X297公釐）