专利名称：电容器结构的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及电容器领域。具体地说，本发明涉及例如在印刷电路板的制造中能够嵌埋在叠层介电材料中的电容器。
背景技术：
叠层印刷电路板以及多芯片组件做电子元件例如集成电路、电容器、电阻器、电感器和其它元件的支撑衬底(substrate)用。通常，分立无源元件例如电阻器、电容器和电感器表面安装到印刷电路板上。这种表面安装的分立的无源元件会占用印刷电路板的大量资源(real estate)，因此限制了用于安装有源元件例如集成电路的空间。由于缩短了引线，因此从印刷电路板表面去除无源元件能够增加有源元件的密度、进一步使印刷电路板微型化、增加计算能力、降低系统噪声和降低噪声灵敏度。在叠层印刷电路板结构内嵌埋无源元件使得能够从印刷电路板表面去除这些元件。
电容器的容量密度(capacitance density)取决于介电材料的厚度、介电材料介电材料的介电常数和电极的面积。介电材料厚度的减小而增加了电容器的容量密度。对于电容器来说，电容器的容量密度越大，所需的面积越小。缩小电容器所用的面积也缩小了使用该电容器所需的印刷电路板的空间量。因此，需要具有较薄电介质层和对应的较小面积的电容器。然而，当介电材料层变薄时，底层的导电衬底(电极)的外形值得考虑。
通常通过在导电衬底例如铜箔上沉积介电材料制备常规的可嵌埋的薄膜电容器结构，另一导电层沉积在与导电衬底相对的介电材料上。用来制备这些可嵌埋电容器的铜箔是在印刷电路板工业中通常使用的那些箔。
通常通过从溶液将铜电沉积到旋转圆筒上制备铜箔。与圆筒相邻的铜箔表面是光滑(光亮)表面，而另一表面具有非常高的粗糙度(不光滑面)。箔的不光滑表面一般提供对衬底例如聚合物层的更好粘接，所述聚合物层例如是光刻胶或者聚合物介电材料例如玻璃增强的环氧树脂。通常通过考虑表面的粗糙度即峰到谷的距离评估金属箔的外形结构。
如在聚合物涂层的情况下那样，将电容器介电材料涂覆到箔的不光滑表面提高了电容器介电材料和箔之间的粘接。这样，表面越粗糙，电容器介电材料与箔的粘接越好。然而，当使用薄电容器介电材料时，非常粗糙的表面引起其它问题。较粗糙的箔表面需要比较光滑的箔表面沉积更多的电容器介电材料，以得到具有给定容量密度的结构。与较光滑的箔所需的工序相比，添加更多的电容器介电材料需要额外的沉积工序。这些额外的工序会极大地增加工艺成本。
太粗糙的箔表面会引起电容器介电材料层的均匀性问题，导致短路。太光滑的箔表面会不利地影响电容器介电材料与箔的粘接。对于薄膜电容器制造来说，所希望的是具有足够光滑度的金属箔，一边提供具有希望的电容均匀性同时仍然提供与电容器介电材料的足够粘接强度的较薄电容器电介质材料层。
美国专利申请No.2003/0068517(Andresakis等人)公开了用于嵌埋无源元件的涂覆了镍的铜箔。在该专利申请中，使用常规的铜箔。该专利申请没有意识到制备包含可嵌埋薄膜电介质且不具有很大的短路数量的电容器所需的粗糙度和光滑度的平衡。
发明内容
本发明通过提供一种结构满足上述需要，该结构包含具有第一和第二表面的电极和设置在电极第一表面上的电容器介电材料，其中第一电极的第一表面具有≤200nm的Ra值，≤2000nm的Rz(din)值，≤250nm的W值。
本发明还提供一种包含具有第一和第二表面的电极、设置在电极第一表面上的阻挡层和设置在阻挡层上的电容器介电材料的结构，其中阻挡层是电沉积的镍层，并且包含＜3原子％的铜。
此外，本发明提供一种形成电极结构的方法，包括下列步骤提供具有第一表面的金属箔；使金属箔与电镀镍的溶液接触，并且施加足够的阳极电势，以便在金属箔的第一表面上沉积镍层，其中镀镍的第一表面具有≤200nm的Ra值，≤2000nm的Rz(din)值，≤250nm的W值。
图1A-1C示出了本发明的一个实施例的截面图。
图2A-2C示出了本发明的又一实施例的截面图。
图3A-3C示出了形成本发明电容器的一种方法。
图4A-4H示出了布图本发明电容器的一种方法。
图5A-5D示出了根据本发明形成嵌埋电容器的一种方法。
图6示出了本发明的涂覆镍的铜箔。
图7示出了可比较的涂覆镍的铜箔。
图中，相同的附图标记表示相同的元件。
具体实施例方式
如本说明书中所使用的，下列缩略语应具有下列含义，除非上下文明确表示其它含义℃＝摄氏度；rpm＝每分钟的转数；mol＝摩尔；hr＝小时；min＝分钟；sec＝秒；nm＝纳米；μm＝微米；cm＝厘米；in.＝英寸；nF＝纳法；wt％＝重量百分比。
在本说明书中，术语“印刷布线板”和“印刷电路板”可交换使用。“沉积”和“镀覆”可交换使用，并且既包含化学镀，又包含电镀。“多层”指的是两层或者多层。术语“电容器介电材料”指的是用来形成电容器的一层或多层介电材料。“叠层介电材料”指的是在多层材料的制造中使用并其能够在其内嵌埋产品、例如电容器的有机介电材料。“烷基”指的是线性、支链和环状烷基。不定冠词指的是单复数。所有百分比都是重量百分比，除非另外提示。所有数值范围都是包含端点的，并且可以以任何顺序组合，除非很明显地这些数值范围限于总计100％。
通常，通过在电极上设置电容器介电材料层形成本发明的介电结构。这种结构适于电容器的制造。本发明提供了包含具有第一和第二表面的电极以及设置在电极第一表面上的电容器介电材料的结构，其中电极的第一表面具有≤200nm的Ra值，≤2000nm的Rz(din)值，≤250nm的W值。第一和第二电极表面指的是电极的第一和第二主表面。
第一电极包含第一导电层。在本发明中可以适当地采用各种导电层。通常，导电层是金属层。这种导电层可以是自支撑的，如金属箔的情况那样，或者可以沉积在衬底上。适当的金属箔包含铜、银、镍、铂、铱、金、锡、铝及其合金，例如不锈钢，但不限于此。适当的合金包含那些包含锡的合金例如锡铜或者锡铋、铬和铋，但不限于此。优选的金属箔是铜、银、金、铂、铝、镍、钛和不锈钢。
适用于本发明的导电金属箔可以具有宽范围的厚度。通常，这种导电金属箔具有从0.005mm至0.5mm(0.0002至0.02英寸)范围内的额定厚度。金属箔厚度经常用重量表示。例如，适当的铜箔具有每929cm2从3.5到397g的重量(每平方英尺0.125至14盎司)，特别是具有每929cm2从7到170g的重量(每平方英尺0.25至6盎司)，尤其具有每929cm2从14到140g的重量(每平方英尺0.5至5盎司)。
可以利用常规的电沉积技术制备金属箔。例如，利用圆筒阴极制备导电箔，所述圆筒阴极具有足以给予箔的圆筒表面所需的表面粗糙度水平的表面。以这种方式，在不需要后续表面处理的情况下，可以生产具有≤200nm的Ra值、≤2000nm的Rz(din)值和≤250nm的W值的箔。这可以利用常规的抛光方法实现。可以选择的是，可以用光致抗蚀剂涂覆圆筒，光致抗蚀剂可以是干膜，也可以是液体光致抗蚀剂，然后通过掩模利用适当波长的光化学辐射(actinic radiation)成像，接着进行光致抗蚀剂显影。然后蚀刻圆筒，剥离剩余的光致抗蚀剂，以便提供具有希望的表面纹理的圆筒。这种形成了纹理的圆筒将提供具有希望的表面光滑度的箔。
可以选择的是，可以通过常规金属箔的表面处理或者表面修正得到适当的金属箔。例如，可以在常规的金属箔表面上沉积导电材料层，例如镍、铜或者银层，使得提供具有≤200nm的Ra值、≤2000nm的Rz(din)值和≤250nm的W值的表面。可以通过各种技术、包含溅射、电沉积、化学沉积和浸渍镀覆在金属箔上沉积这种导电材料层。在另一个例子中，可以化学抛光金属箔。化学抛光采用蚀刻剂，以有选择地去除一部分箔表面，从而提供光滑而平坦的箔，并且通常在铜上得到光亮的表面。当起始的金属箔比需要的更粗糙时，化学抛光尤其适用。任选地，在化学抛光之前可以预清洗金属箔，例如通过使金属箔与适当的清洁剂(例如可以从Rohm and Haas Electronic Materials得到的RONACLEAN GP-300LF)接触。通过使其与适当的蚀刻剂(例如可以从Rohm and Haas Electronic Materials得到的CHEM-POLISH 14-1BRIGHT DIP)接触，随后用水清洗，然后金属镀覆，以便提供具有需要的表面粗糙度的金属箔。这种金属镀覆可以是化学镀例如化学镀镍或者电解镀覆。
沉积在衬底上的导电层包含设置在衬底上的自支撑的和非自支撑的层。衬底上的自支撑导电层的例子包含层叠到衬底上的金属箔，所述衬底例如是聚合物介电材料，例如环氧树脂或者填充了玻璃的环氧树脂材料。非自支撑的导电层包含直接沉积在衬底上的锡金属层。衬底包含包含导电和非导电金属的金属和介电材料，但不限于此。介电材料的例子包含有机介电材料、无机介电材料及其混合物。适当的介电材料包含聚酰亚胺、聚丙烯酸酯、聚芳撑醚、聚砜、环氧树脂、填充玻璃的有机电介质例如填充玻璃的环氧树脂或者聚酰亚胺和陶瓷，但不限于此。可以通过各种手段包括溅射、化学气相沉积(“CVD”)、物理汽相沉积、燃烧化学气相沉积(“CCVD”)、受控气氛的CCVD(“CACCVD”)、电沉积、化学镀、浸渍镀覆和层叠(但不限于此)在衬底上沉积导电层。
本发明的第一电极具有≤200nm的Ra值、≤2000nm的Rz(din)值和≤250nm的W值的表面。表面的粗糙度一般由表面纹理的精细的不规则外形构成，并且包含Ra和Rz(din)。“Ra”指的是偏离平均线的轮廓(峰)高度的绝对值的算术平均，所述平均线记录在一定的评估长度(平均粗糙度)内。在一个实施例中，Ra≤100nm，通常≤50nm。Ra值在1-200nm是适当的。Rz(din)值是在500μm的测量长度内任何5个连续采样长度的平均最大峰至谷高度。峰至谷距离是表面形貌(surface feature)的高度和表面中槽或者谷之间的距离。“峰”是位于中心线之上的轮廓的给定部分上的最大高度的点。“谷”是位于中心线之下的轮廓的给定部分上的最大深度的点。在一个实施例中，Rz(din)≤1000nm，通常≤600nm。Rz(din)值的适当范围是1-2000nm，通常在100-2000nm，更普通的是200-1000nm，再普通的是200-600nm。波纹(Waviness)是表面纹理的更宽间隔的部件，并且包含其间隔大于粗糙度采样长度且小于波纹采样长度的所有不规则外形。波纹高度(“W”)是通过滤过10μm过滤器已经去除粗糙度的修改轮廓的峰至谷高度。在一个实施例中，W≤150nm，更通常≤75nm。例举的W值范围是1-250nm。在标准ASMEB46.1-2002、Surface Texture(Surface Roughness，Waviness andLay)、American Society of Mechanical Engineers，2003中提供了粗糙度和波纹参数的进一步描述以及确定这些参数值的方法。可以利用任何适当的常规表面光度仪测量金属箔的表面粗糙度。
本发明的第一电极可以随意地包含设置在导电层上的阻挡层。阻挡层一般起到防止导电层氧化的作用，并且还可以使金属箔和电容器介电材料之间的热膨胀错配系数变小。在铜导电层的情况下，阻挡层防止铜迁移到电容器介电材料中。铜迁移是短路的公知原因。阻挡层可以是导电层的任意表面上，也可以在导电层的两个表面上。通常，阻挡层至少在离电容器介电材料最近的表面上。当导电层是铜箔时，优选使用阻挡层。阻挡层的厚度可以在宽范围内变化，例如0.1-3μm，尤其0.25-2.5μm，但不限于此。
阻挡层对于本领域技术人员来说是公知的。适当的阻挡层包含锌、铟、锡、镍、钴、黄铜和青铜，但不限于此。优选的阻挡层是那些具有类似于底层导电层的热膨胀系数的阻挡层。可以通过浸渍镀覆、通过溅射、通过CVD、通过CACCVD和通过CCVD电解地、化学地沉积阻挡层。优选，电解地、化学地或者通过浸渍镀覆沉积阻挡层。对于铜来说，特别适合的阻挡层是含镍层，尤其电沉积的含镍层。含铬层作为阻挡层不是优选的，因为铬对某些电容器介电材料有害。可以在阻挡层和电容器介电材料之间设置额外的粘接促进剂，然而这些粘接促进剂不是必须的。
在可选择实施例中，本发明提供了一种结构，包含具有第一和第二面的电极、设置在电极的第一表面上的阻挡层和设置在阻挡层上的电容器介电材料，其中阻挡层是在镍层体中包含＜3原子％铜的电沉积镍层。镍层可以是镍或者适当的镍合金，例如镍—磷合金。镍-铬和镍-铜合金并不特别适合于本申请。镍层中存在≥3原子％的铜对镍层的电性能以及其它性能例如蚀刻性能、镍阻挡层与导电层的粘接、热处理性能和后续的在叠层介电材料中嵌埋电容器的工艺等都产生了显著的影响。优选电沉积镍层中的铜以＜2原子％的量存在。镍层中其它适合的铜量为≤1原子％，甚至≤0.5原子％。可以通过各种方式得到高纯度电镀镍层，例如通过使用本领域技术人员的能力范围内很容易实现的高纯度镍电镀液、通过多个镍层的电沉积。例如，利用较高纯度的试剂在第一电沉积镍层之后沉积第二电沉积镍层。在一个实施例中，镍层具有＜3原子％铜的第一区和具有≤1原子％的第二区。在具体的实施例中，第一电极包含具有0.5-2μm总厚度的铜箔和镍阻挡层，其中阻挡层包含与铜箔相邻、例如高达10nm厚、具有＜3原子％铜的第一区；例如10-20nm、具有≤1原子％铜的第二区；具有≤0.5原子％铜的第三区。在另一个实施例中，镍层包含分别≤1原子％的铁和钴，优选基本上不含铁和钴。利用常规技术例如EDS和XPS确定铜和其它金属杂质的量。
电沉积阻挡层的另外的好处在于，可以使用它来定制导电层的表面粗糙度，以便提供一种电极，该电极具有需要的粗糙度即具有≤200nm的Ra值、≤2000nm的Rz(dm)值和≤250nm的W值的表面粗糙度的表面。以这种方式，没有达到所需要的表面粗糙度的导电层，可以在沉积了阻挡层之后，达到所需要的表面粗糙度。
例如，金属箔具有不拥有需要粗糙度的第一表面，可以利用镍镀覆该金属箔，使得得到的镀镍表面拥有需要的粗糙度。据此，本发明提供一种形成电极结构的方法，包括下列步骤提供具有第一表面的金属箔，使金属箔与镍电镀液接触，施加足够的阳极电势以在金属箔的第一表面上沉积镍层，其中镀镍的第一表面具有≤200nm的Ra值、≤2000nm的Rz(din)值和≤250nm的W值。在一个实施例中，金属箔是铜箔。
在本结构中可以使用各种电容器介电材料。通常，从中和高介电常数材料及其混合物中选择电容器介电材料。在一个实施例中，电容器介电材料具有≥7的介电常数，在另一个实施例中，电容器介电材料具有例如≥10的介电常数，一般≥25，更常见的是≥50，再常见的是≥100。
例举的中和高介电常数的电容器材料包含陶瓷、金属氧化物、聚合材料及其组合，但不限于此。适当的陶瓷和金属氧化物包含但不限于二氧化钛(“TiO2”)、氧化钽例如Ta2O5、具有式BaaTibOc(其中a和独立地为0.5-1.25，c为2.5-5)的钛酸钡、钛酸锶例如SrTiO3、钛酸锶钡例如具有式BaxSryTizOq(其中x和y独立地选自0-1.25，z为0.8-1.5，q为2.5-5)、钛酸铅锆例如PbZryTi1-yO3、具有式(PbxM1-x)(ZryTi1-y)O3的掺杂的钛酸铅锆系列(其中M是多种如碱土金属的金属以及如铌和镧的过渡金属中的任意金属，x代表氧化物的铅含量，y代表锆含量)、锂铌氧化物例如LiNbO3、钛酸铅镁例如(PbxMg1-x)TiO3、铅镁铌氧化物例如(PbxMg1-x)NbO3以及钛酸铅锶(PbxSr1-x)TiO3。当电容器介电材料包含BaaTibOc时，优选a和b都是1，c是3，即BaTiO3。其它适当的电容器介电材料包含但不限于倍半硅氧烷(silsesquioxanes)例如烷基倍半硅氧烷、芳基倍半硅氧烷、氢化倍半硅氧烷及其混合物；硅石；硅氧烷等，包含前述任意的混合物。适当的烷基倍半硅氧烷包含(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。优选电容器介电材料包含陶瓷、金属氧化物及其混合物。在本发明中陶瓷是特别实用的介电材料。这些陶瓷电容器介电材料可以使用多种晶体结构，包含钙钛矿(ABO3)、烧绿石(A2B2O7)、金红石和其它结构的同质异像体，但不限于此，这些材料具有用作电容器电介质的适当的电性能。
当使用聚合物/陶瓷或者聚合物/金属氧化物复合电容器介电材料时，陶瓷或者金属氧化物材料可以作为粉末与聚合物混合。当在不使用聚合物的情况下使用陶瓷或者金属氧化物时，可以通过多种手段沉积陶瓷或者金属氧化物，例如但不限于，溶胶-凝胶、凹凸涂覆、浸渍涂覆、物理和/或反应蒸发、溅射、基于激光的沉积技术、化学气相沉积、燃烧化学气相沉积、气氛受控的化学气相沉积、氢化物气相沉积、液相外延和电外延。优选，利用溶胶-凝胶金属沉积陶瓷或者金属氧化物材料。
在这种溶胶-凝胶工艺中，如这里通过沉积钛酸钡锶(“BST”)电容器介电材料所例举的，钛的醇盐、钡前体和锶前体的溶液以需要的化学计量反应，并且在溶剂/水溶液的情况下可控制地水解。优选钛的醇盐是异丙醇钛(titanium isopropoxide)。“钡前体”可以选自多种钡化合物，例如羧酸钡以及乙二醇和氧化钡的反应产物。例举的羧酸钡非限制性地包含甲酸钡、醋酸钡和丙酸钡。典型的乙二醇是乙二醇和丙二醇。在添加钛的醇盐之前，一般用醇稀释乙二醇-钡氧化物的反应产物。“锶前体”可以是任何适当的锶化合物，例如羧酸锶，像甲酸锶、醋酸锶和丙酸锶。用作稀释剂的适当的醇包含但不限于乙醇、异丙醇、甲醇、丁醇和戊醇。
作为溶胶沉积技术的例子，可以如下制备BST。在乳酸和水的溶液中溶解醋酸钡和醋酸锶。向溶液添加螯合剂，并将溶液加热到回流。然后添加适当的溶剂，蒸发掉水，以提供Ba/Sr溶液。在单独的反应容器中，利用螯合剂和溶剂搅拌异丙醇钛，以提供Ti溶液。将Ti溶液与Ba/Sr溶液合并，并加热该混合物到回流。然后用溶剂将反应混合物稀释到一定体积，该混合物、BST溶胶准备用于涂覆衬底，例如通过旋涂或者凹凸涂覆(meniscus coating)。
然后通过适当的方法、例如浸渍涂覆、1000-3000rpm的旋涂或者凹凸涂覆将水解溶液(或者“溶胶”)的薄粘附膜涂覆到衬底上。凹凸涂覆是特别适用的技术。
在凹凸涂覆中，将衬底定位于真空吸盘上。然后倒置吸盘，以将衬底置于涂覆棒上的涂覆位置。涂覆棒是具有封闭端、开口端和沿着管长度延伸的狭缝的管，该狭缝与管的内部连通，涂覆棒水平设置，使得狭缝在管的上表面。将待涂覆的材料例如溶胶通过开口端提供给涂覆棒。在一个实施例中，材料是用泵从开口端压进管中，在另一个实施例中，将涂覆棒设置在蓄料器中。溶胶流过管，并且通过狭缝流出管，形成凹凸(meniscus)。衬底位于涂覆棒的上面，使得待涂覆的衬底表面接触溶胶的凹凸。涂覆棒在衬底下面移动，以在衬底表面上提供溶胶涂层。或者，待涂覆的衬底卷材(a web of substrate)，例如金属箔(例如铜箔、尤其是镀了镍的铜箔)卷，可以在移动的或者固定的涂覆棒上通过，以涂覆衬底表面。
或者，可以按2-12cm/分钟(1-5英寸/分钟)、一般2-8cm/分钟的平均速度将待涂覆电容器介电材料的衬底浸入溶胶中。
涂覆之后，在200-600℃的温度下将膜加热5-15分钟，以挥发有机物质，呈现干燥的“凝胶”膜。可以使用其它适当的温度和时间，在本领域技术人员的能力范围内选择。为了增加膜厚，会需要多次涂敷(multiple coatongs)。虽然通过在500℃加热从膜中去除了主要的有机物质和水；但是BST膜仍然仅是部分结晶的。
由溶胶-凝胶工艺沉积的膜或者层的厚度部分取决于旋转速度(旋涂)、涂覆速度(例如凹凸涂覆)和溶液的粘度。通常，层的厚度为25nm或者更大，更典型的是50nm或者更大，尤其100nm或者更大。特别实用的厚度在25-700nm的范围内，尤其50-250nm。由介电结构中每层的厚度总和确定电容器介电结构的总厚度。
然后给膜退火一段时间，以提供需要的晶体结构。例如，可以在500-800C的温度范围使这些膜退火。通常，退火持续大约15分钟，然而，可以使用多种退火时间，取决于特定的陶瓷介电成分和衬底。这种退火时间的选择在本领域技术人员的能力内。希望的退火条件是555-650℃，大约15分钟。可以在各种气氛例如空气或者如氮气和氩气的惰性气氛下进行这种退火。可以任选地进一步使该膜退火，以便提高膜的结晶度。该任选的步骤可以包含在适当气氛中例如在200℃/小时的速度下加热该膜，到最后600-900的退火温度，直到得到需要的结晶度。或者，可以利用本领域技术人员公知的快速热退火技术使该膜退火。
电容器介电材料可以包含第二电极镀覆增强区。可以使用各种镀覆增强区，例如具有孔或者空隙的区域、例如美国专利No.6,819,540(Allen等人)公开的区域、包含镀覆掺杂剂的区域、例如美国专利No.6,661,642(Allen等人)公开的区域、或者具有正形(positivetopography)掺杂剂的区域、例如待批美国专利申请序列号11/191,486(Rzeznik)公开的。
电容器一般包含电极对，电容器介电材料夹在两电极之间。可以根据本发明通过在上述结构中的电容器介电材料上设置第二电极制备电容器。这种第二电极设置在与第一电极相邻的表面相对的电容器介电材料的表面上。本电容器尤其适用于印刷电路板制造，其中可以在有机聚合介电材料中嵌埋这种电容器。
第二电极包含可以是任何适当导电材料的第二导电层，例如上述材料。此外，第二导电层可以包含导电聚合物。适当的导电聚合物包含填充金属的聚合物，例如填充铜的聚合物和填充银的聚合物；聚乙炔；聚苯胺；聚吡咯、聚噻吩和石墨。第二电极包含第二导电层，可以包含一个或者多个阻挡层和催化层。上述任何阻挡层都是适当的。“催化层”指的是催化促进电极形成的层，例如催化促进化学金属沉积或者电镀的层。
任意的第一或者第二电极、或者第一和第二电极二者可以包含多于一个的导电材料层。例如，本电容器中使用的电极可以包含铜层和镍层。可以适当采用导电材料的其它组合。任意的第一或者第二层、或者第一和第二层可以包含多于一个的阻挡层。
在图1A中，示出了本发明的一个实施例，电容器介电材料2设置在第一电极1上。第一电极1是适当的铜箔，更优选镀镍的铜箔。电容器电介质是任何适当的材料，例如陶瓷、尤其是BST、钛酸钡、钛酸锆铝或者钛酸铅镧锆。当第一电极1是铜时，优选第一电极包含在铜电极的一个或者两个表面上的阻挡层，例如镍。通过在电容器介电材料2的表面上设置第二电极5制备电容器，如图1B所示。在这种电容器中，第二电极可以由任何适当的导电材料构成。图1C示出了电容器的进一步的实施例，该电容器包含第二电极5，第二电极5包含设置在电容器介电材料2和第二导电层5b之间的阻挡层5a。据此，本发明提供了一种电容器，其包含第一电极、第二电极和设置在第一电极及第二电极之间的电容器介电材料，与电容器介电材料相邻的第一电极的表面具有≤200nm的Ra值、≤2000nm的Rz(din)值和≤250nm的W值。本发明还提供了一种形成电容器的方法，包括步骤在第一电极表面上设置电容器介电材料，该表面具有≤200nm的Ra值、≤2000nm的Rz(din)值和≤250nm的W值；和在电容器介电材料上设置第二电极。
本发明结构的进一步实施例示于图2A，其中电容器介电材料2设置在第一电极1上，第一电极1包含第一导电层3和第一阻挡层4。第二阻挡层(未示出)可以设置在与包含第一阻挡层4的表面相对的导电层3的表面上。与电容器介电材料相邻的第一电极1的表面具有≤200nm的Ra值、≤2000nm的Rz(din)值和≤250nm的W值。可以通过在电容器介电材料2的表面上设置第二电极5制备电容器，如图2B所示。在该电容器中，第二电极可以由任何适当的导电材料构成。图2C示出了电容器的进一步的实施例，该电容器包含第一电极1、第二电极5和设置在第一电极及第二电极之间的电容器介电材料2，其中第一电极1包含第一导电层3和第一阻挡层4，第二电极5包含第二阻挡层5a和第二导电层5b。本领域技术人员应理解第二阻挡层(未示出)可以设置在与第一阻挡层相对的第一导电层的表面上。
本发明的电容器尤其适用于层状印刷电路板中的嵌埋电容器。在叠层印刷电路板的制造过程中，这种电容器嵌埋在叠层电介质中。层状电介质一般是有机聚合物，例如环氧树脂、聚酰亚胺、纤维增强的环氧树脂和在印刷电路板的制造中用作电介质的其它有机聚合物。通常，层状电介质具有≤6的介电常数，一般具有3-6范围内的介电常数。本电容器可以通过本领域已知的各种手段嵌埋，例如美国专利No.5,155,655(Howard等人)公开的。
图3A-C示出了本发明的可嵌埋电容器的一个普通形成方法。电容器介电材料层25涂覆在电极20上，例如通过凹凸涂覆。当电介质层25由陶瓷例如BST构成时，一般包含BST前体(未示出)的多层沉积。当导电衬底20是涂覆箔例如涂覆镍的铜箔时，它包含铜层20a，铜层20a的相对主表面上设置有镍层20b和20c。应理解，层20b和20c还可以包含另外的材料层或者材料的替代层(alternate layer)。退火之后，一般将涂覆了陶瓷电介质的电极20叠加到聚合层状电介质30上，如图3B所示。接着，将第二电极27提供到电容器介电材料层25的表面上，参见图3C。可以通过任何适当的手段例如通过化学镀覆之后的电解镀覆形成电极27。在一个实施例中，电极27包含第一层27a例如化学镀镍阻挡层和第二层27b例如电镀铜层。
据此，本发明提供了一种形成多层层状印刷电路板的方法，包括步骤在多层叠层印刷电路板的层中嵌埋一种结构，其中嵌埋的结构包含设置在电极表面上的电容器介电材料，其中该表面具有≤200nm的Ra值、≤2000nm的Rz(din)值和≤250nm的W值。电容器介电材料与电极欧姆接触。在可选择的实施例中，本发明提供一种制造多层叠层印刷电路板的方法，包括步骤在多层叠层印刷电路板的层中嵌埋一种结构，其中该嵌埋的结构包含设置在电极表面上的电容器介电材料，其中该电极包含设置在导电层第一表面上的阻挡层，其中阻挡层是包括≤0.5原子％铜的电沉积镍层，其中该阻挡层与电容器介电材料欧姆接触。
在电子器件例如印刷电路板中嵌埋本电容器之前，可以蚀刻以形成分立电容器，或者用作片以形成分区电容器。嵌埋的分立电容器的形成示于图4A-4H。参见图4A，提供一种电容器35，该电容器35具有第一电极(涂覆镍的铜箔)20和第二电极(镀覆铜的化学镀镍)27，该第一电极20具有与电容器介电材料层25例如BST相邻的第一表面(未示出)，该表面具有≤200nm的Ra值、≤2000nm的Rz(din)值和≤250nm的W值，第二电极27在聚合叠层电介质30上。应理解，第一电极的与第一表面相对的表面可以比第一表面更粗糙，以便提供与后续涂覆的聚合物介电材料(未示出)足够的粘接性。在第二电极27上，设置光致抗蚀剂(干膜或者液体例如RADIANCE或者SN 35，获自Rohm and Haas ElectronicMaterials，Marlborough，马萨诸塞州)，在适当的波长使光致抗蚀剂成像，并且显影，以提供布图的光致抗蚀剂50，如图4B所示，露出裸露于光致抗蚀剂之外的第二电极27的一部分。接着，例如用2N HCl/10％CuCl2蚀刻第二电极，去除裸露于光致抗蚀剂之外的第二电极的区域，然后剥离布图的光致抗蚀剂50，以便提供具有布图的第二电极28和电容器介电层25的暴露区域的电容器，如图4C所示。在布图的顶部电极上涂覆光致抗蚀剂的第二涂层。在适当的波长使该光致抗蚀剂成像，并且显影以提供布图的光致抗蚀剂55，如图4D所示，其中布图的光致抗蚀剂55覆盖布图的第二电极28和电容器介电材料层25的一部分。然后去除电容器介电层25暴露部分，例如通过适当的陶瓷蚀刻，以提供图4E所示的结构，其具有布图的第二电极28、布图的电容器介电层26和第一电极20的暴露部分。在布图的第二电极、布图的电容器介电层和第一电极的一部分上涂覆光致抗蚀剂的第三涂层。在适当的波长使该光致抗蚀剂成像，并且显影，以提供布图的光致抗蚀剂60，如图4F所示，其中布图的光致抗蚀剂60覆盖布图的第二电极28、布图的电容器介电层26和第一电极20的一部分。应理解，在这一点上，在不进行进一步处理的情况下，可以利用该电容器作为分区电容器。然后例如用2N HCl/10％CuCl2蚀刻裸露于光致抗蚀剂之外的第一电极的区域，接着去除布图的光致抗蚀剂60，以便提供在聚合物叠层电介质30上的分立电容器40，如图4G所示。接着，将分立电容器40层叠到嵌埋分立电容器40的第二聚合物叠层电介质45上，如图4H所示。在可选择的实施例中(未示出)，可以在单个步骤中蚀刻第二电极、电容器电介质层和第一电极。
在叠层电介质中嵌埋分立电容器之后，形成与顶部和底部电极的接触。图5A示出了设置在聚合物叠层电介质70上并且嵌埋在聚合物叠层电介质80中的分立电容器75。聚合物叠层电介质80可以是或者可以不是可光成像的。接着在聚合物叠层电介质80中设置通路(vial)。当聚合物叠层电介质是可光成像的时，可以利用光成像技术形成这些通路。这些通路还可以通过钻孔、例如利用CO2、YAG或者其它适当激光的激光钻孔形成。图5B示出了具有第一通路85a和第二通路86a的嵌埋分立电容器。第一通路85a露出布图的第二电极28，第二通路86a露出布图的第一电极21。然后分别在第一通路85a和第二通路86a中形成第一接触85b和第二接触86b，如图5C所示。这些接触可以通过任何适当的方法、例如化学镀覆形成。交替的第一接触85c和交替的第二接触86c示于图5D。交替的接触85c和86c可以通过任何适当的方法形成，例如化学镀覆、电镀或者化学镀覆和电镀的组合。用于形成交替接触的适当的电镀工艺是CUPULSE镀覆工艺(可以从Rohm and Haas Electronic Materials获得)。
通过在具有14g/929cm2(每平方英尺0.5盎司)厚度的铜箔上电镀包含镍的阻挡层形成电极。包含镍的阻挡层包含利用常规的镍镀覆液形成的第一电沉积镍层和镍-磷合金的第二电沉积镍层。含镍的阻挡层体包含≤0.5原子％的铜。在675℃使箔退火。退火之后，没有观察到含镍的阻挡层从铜箔分层。该电极表面具有≤200nm的Ra值、≤2000nm的Rz(din)值和≤250nm的W值，参见图6。相比较，通过在具有14g/929cm2(每平方英尺0.5盎司)厚度的铜箔上电镀包含3-5原子％铜的含镍阻挡层制备另一个电极。利用上述退火条件对该电极进行退火。退火之后，发现镍阻挡层明显从铜箔分层，如图7所示。
权利要求
1.一种结构，其包括具有第一和第二表面的电极以及设置在电极第一表面上的电容器介电材料，其中所述电极的第一表面具有≤200nm的Ra值、≤2000nm的Rz(din)值和≤250nm的W值。
2.如权利要求1所述的结构，其特征在于，所述电极包括导电层和阻挡层。
3.如权利要求1所述的结构，其特征在于，所述电容器介电材料具有≥10的介电常数。
4.一种电容器，其包括如权利要求1所述的结构，还包括设置在所述电容器介电材料上的第二电极。
5.一种结构，其包括具有第一和第二表面的电极、设置在所述电极第一表面上的阻挡层和设置在所述阻挡层上的电容器介电材料，其中所述阻挡层是包括＜3原子％铜的电镀镍层。
6.如权利要求5所述的结构，其特征在于，所述电容器介电材料具有≥10的介电常数。
7.一种电容器，其包括如权利要求5所述的结构，还包括设置在所述电容器介电材料上的第二电极。
8.一种结构，其包括电极，该电极包含具有第一和第二表面的铜导电层、分别设置在所述导电层的第一和第二表面上且厚0.5-2μm的阻挡层、和设置在所述电极第一表面上的阻挡层上的电容器介电材料，其中每个阻挡层是包括＜3原子％铜的电镀镍层，其中电容器介电材料选自陶瓷、金属氧化物、聚合物材料和它们的组合。
9.如权利要求8所述的结构，其特征在于，所述第一表面具有≤200nm的Ra值、≤2000nm的Rz(din)值和≤250nm的W值。
10.一种形成电极结构的方法，其包括以下步骤提供具有第一表面的金属箔；使金属箔与镍电镀浴接触；施加足够的阳极电势，以在金属箔的所述第一表面上沉积镍层，其中镀镍的第一表面具有≤200nm的Ra值、≤2000nm的Rz(din)值和≤250nm的W值。
全文摘要
公开了一种适用于形成电容器的结构，包括设置在电极表面上的电容器介电材料。还公开了形成该结构的方法。
文档编号H01G4/06GK1783373SQ200510129158
公开日2006年6月7日 申请日期2005年10月8日 优先权日2004年10月8日
发明者J·P·卡哈兰, M·A·热兹尼科, J·E·谢姆纳, R·哈里哈伦 申请人:罗门哈斯电子材料有限公司