專利名稱：具有改進(jìn)電極的電容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電容器。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及具有一個(gè)或多個(gè)分離電極的電容器，所形成的電極使延伸到薄膜電介質(zhì)的一個(gè)電容器導(dǎo)體表面積大大小于厚電介質(zhì)區(qū)域的導(dǎo)體表面積。在這些結(jié)構(gòu)中，電容量由較薄的電介質(zhì)控制，產(chǎn)生改變類電的，鐵電的和其他受電氣影響的材料特性所需要的電壓達(dá)到最小。本發(fā)明也包括幾個(gè)形成在支撐襯底和體電介質(zhì)上的電極的實(shí)施例。
背景技術(shù)：
平行板電容器的制造已有很多年。這些電容器的基本設(shè)計(jì)包括兩個(gè)由電介質(zhì)或絕緣薄膜材料分離的導(dǎo)電電極。雖然已經(jīng)開發(fā)了這類電容器的很多變型，所有已知的設(shè)計(jì)都有下述缺點(diǎn)。缺點(diǎn)之一是電介質(zhì)層中的小缺陷會(huì)使兩個(gè)電極發(fā)生互相短路。這樣的短路使整個(gè)電容器失效，導(dǎo)致生產(chǎn)率的損失。第二個(gè)缺點(diǎn)是不能得到單片的電容器材料(由外面的導(dǎo)電材料和里面的薄膜電介質(zhì)材料的夾層形成)，以及將這樣的材料切割成幾個(gè)更小值的電容器并且將導(dǎo)體附著到這些小值電容器的導(dǎo)電部分上去。這個(gè)缺點(diǎn)的原因是在電介質(zhì)中制造缺陷的切割，剪切或連接作用本身引起導(dǎo)電層的短路，導(dǎo)致高漏電和電勢(shì)不足。本發(fā)明通過(guò)提供分離的電極相互作用位置克服了這些缺點(diǎn)，從而消除了缺陷點(diǎn)，也得到了形成特定電容量電容器的簡(jiǎn)單的方法。而且，因?yàn)闇p小了起作用的電極面積，就可以形成小容量的電容器，同時(shí)還有足夠的表面積用于將電容器連接到其他電路。這些薄電介質(zhì)，如果是鐵電的，諸如鋇鍶鈦酸酯(BST)能使電容量通過(guò)施加偏置電壓而改變。電介質(zhì)越薄，能影響相同電容量改變的偏置電壓越低。這些可調(diào)整的電容器有廣泛的應(yīng)用范圍，尤其在RF無(wú)線領(lǐng)域。
在使用鐵電電介質(zhì)的可調(diào)整電容器的領(lǐng)域中，一個(gè)特殊的問(wèn)題是互調(diào)失真，該互調(diào)失真在RF頻率的RF電場(chǎng)無(wú)意中偏置到該材料時(shí)發(fā)生。本發(fā)明通過(guò)提供幾個(gè)電容器電極的實(shí)施例來(lái)處理這個(gè)問(wèn)題，這些電極有高水平的調(diào)整能力，同時(shí)減小RF和偏置電極的相互作用。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及幾個(gè)電容器的實(shí)施例，每個(gè)電容器都包括暴露到一個(gè)或多個(gè)電介質(zhì)層的一個(gè)或多個(gè)電極。一種形成該電容器的方法是首先在導(dǎo)電金屬襯底(諸如鎳)上淀積一個(gè)有相對(duì)高介電常數(shù)(k)的薄電介質(zhì)材料(最好是BST)。然后在該電介質(zhì)材料的頂部淀積一個(gè)有相對(duì)低介電常數(shù)(k)的絕緣材料層(諸如玻璃或環(huán)氧樹脂)。然后該絕緣材料經(jīng)選擇性刻蝕從電極部位除去該材料。電極部位最好是圓的但也可以有其他形狀。該部位的直徑在約1-40微米的數(shù)量級(jí)，最好是4-15微米。一旦絕緣材料從該部位除去，就在絕緣材料上淀積一個(gè)金屬(諸如銅)的頂層。該金屬充滿了該部位，從而將薄膜電介質(zhì)夾在該部位(電極)和底導(dǎo)電材料之間而形成一個(gè)電容器。應(yīng)該理解的是，電容器或絕緣材料也可以用其他方法形成，諸如絲網(wǎng)印制絕緣層而形成該部位。另外，電介質(zhì)材料可以首先淀積在非導(dǎo)電襯底上，在頂層淀積以后該襯底可以被除去，然后導(dǎo)電材料可以淀積在電介質(zhì)材料上。這種做法對(duì)通過(guò)應(yīng)用初始的非導(dǎo)電外延襯底(諸如藍(lán)寶石)形成外延電介質(zhì)，然后在電介質(zhì)形成以后用銅或其他非外延導(dǎo)體替代藍(lán)寶石可以是很有用的。
或者，厚電介質(zhì)可以被形成而作為導(dǎo)體，導(dǎo)體的螺線可以形成到厚電介質(zhì)的表面上。形成這些螺線或“毫微結(jié)構(gòu)”的方法可以在美國(guó)專利號(hào)6372364，題為“NANOSTRUCTURE COATINGS”，2002年4月16日授予Hunt等人的專利中找到，并通過(guò)引用結(jié)合在本文中。薄電介質(zhì)可以跨越導(dǎo)電螺線端和厚電介質(zhì)形成，或僅選擇性地形成在導(dǎo)體上。然后在該表面上形成導(dǎo)體。其結(jié)果和具有由小得多(但非?？拷?的電極表面限定的電容量的產(chǎn)品相同。
另一個(gè)重要的因素是生成器件的剛強(qiáng)度。如果第一導(dǎo)體是金屬或更具體地說(shuō)是金屬箔，薄電介質(zhì)是陶瓷，這樣陶瓷和金屬之間的界面就是潛在的缺陷點(diǎn)，在本技術(shù)領(lǐng)域是眾所周知的。通過(guò)在電介質(zhì)上形成更厚和更剛強(qiáng)的附著材料，(如果獨(dú)立于其他層次或元件形成甚至自我支撐)，其結(jié)果是更剛強(qiáng)的產(chǎn)品。特定面積的電容量是厚度和介電常數(shù)的函數(shù)。因此，和絕緣體相比電介質(zhì)越薄，(＞3倍薄，＞10倍薄，最好＞20倍薄)，對(duì)于給定器件來(lái)自薄電介質(zhì)的電容量就越高。而且，電介質(zhì)應(yīng)該有至少和絕緣體一樣高的介電常數(shù)，最好高于2倍，5倍，最好是高于10倍以上，尤其是這些層次互相之間有相似的或接近的厚度時(shí)更是這樣。
用導(dǎo)電材料充滿該部位形成的分離的電極最好安排成一個(gè)陣列。通過(guò)形成電極陣列，就更容易沿和電極不相交的線分解，切片該材料和形成該材料上的圖形。在該方式中，分解，形成圖形或切片發(fā)生在包括該絕緣材料的相對(duì)厚的部分的點(diǎn)上，從而減少了兩個(gè)導(dǎo)電層發(fā)生短路的機(jī)會(huì)。將材料限定成更小的片減小了材料板的面積從而減小了薄片的電容量。生成的電容器可以包括和單部位一樣小的面積以形成小數(shù)值電容器，或者若干高電容量的部位，同時(shí)仍有較大的表面面積(導(dǎo)電的頂層和底層)用于附著到相關(guān)的電路上去。
在另一個(gè)實(shí)施例中設(shè)置了一個(gè)或多個(gè)附加的導(dǎo)電材料層。這些層次由有相對(duì)低電導(dǎo)率的第一導(dǎo)電材料形成，同時(shí)電極部位和連接電極部位的導(dǎo)電材料由有相對(duì)高電導(dǎo)率的第二導(dǎo)電材料形成。這在用于RF用途的可調(diào)電容器中尤其有用。低電導(dǎo)率材料對(duì)在頂和底導(dǎo)體之間施加的電場(chǎng)有較慢的響應(yīng)。因此，DC(或低頻AC)偏置電壓通過(guò)可調(diào)電介質(zhì)產(chǎn)生比施加的RF信號(hào)更強(qiáng)的電場(chǎng)?？梢杂酶偷恼{(diào)整電壓產(chǎn)生電介質(zhì)材料中需要的變化，同時(shí)RF信號(hào)仍跨越一個(gè)大距離施加。據(jù)已知，當(dāng)RF信號(hào)影響材料的介電常數(shù)時(shí)，可能發(fā)生互調(diào)失真(IMD)。和DC電場(chǎng)相比，通過(guò)減小施加的RF電場(chǎng)的強(qiáng)度，隨著被減小RF電場(chǎng)的相互作用，就得到低的調(diào)整電壓。材料的電導(dǎo)率取決于電荷載流子的數(shù)量以及電荷載流子的遷移率。通過(guò)用有低電荷載流子遷移率的材料形成附加層，該附加層就能被用作電極而在一個(gè)小距離上(大有效電場(chǎng))施加DC偏置信號(hào)，同時(shí)抵抗施加的RF信號(hào)的電壓(當(dāng)電荷載流子不能對(duì)改變RF信號(hào)的速度作出反應(yīng)時(shí))。國(guó)際專利申請(qǐng)?zhí)朠CT/US01/26491，作為WIPOPublication No.WO02/16973于2002年2月28日發(fā)表的題為“ELECTRONIC ANDOPTICAL DEVICES AND METHODS OF FORMING THESE DEVICES”一文更全面地?cái)⑹隽诉@種“低損耗”電極的形成，并且通過(guò)全文引用結(jié)合在本文中。
應(yīng)用到本發(fā)明的電容器電極的術(shù)語(yǔ)“低損耗”和更低的電導(dǎo)率在本文中定義為有低電荷載流子遷移率或減小數(shù)量的電荷載流子數(shù)量(電荷載流子密度)的材料。材料的電導(dǎo)率等于電子電荷乘以電荷載流子遷移率乘以電荷載流子密度(電子和空穴)。在本發(fā)明的電容器電極的一些實(shí)施例中，最好的是低電導(dǎo)率材料有低電荷載流子遷移率(小于10cm2/V.s，最好小于5cm2/V.s，更好的是小于0.10cm2/V.s)。在其他實(shí)施例中，最好的是電荷載流子遷移率相對(duì)高(最好大于30cm2/V.s，大于100cm2/V.s更好，最好要大于1000cm2/V.s)，同時(shí)“可獲得的”電荷載流子密度被控制。術(shù)語(yǔ)“可獲得的”指RF信號(hào)和電荷載流子相互作用的能力。本文中包括的一些實(shí)施例通過(guò)應(yīng)用低頻AC偏置的DC適當(dāng)“鎖定”這些電荷載流子而控制這些電荷載流子對(duì)RF信號(hào)的可獲得性。最好在該方式中全部電荷載流子的30％，50％或更多受到控制，這樣可獲得的電荷載流子密度為全部電荷載流子密度的70％，50％或更少。在一些實(shí)施例中，特定的機(jī)構(gòu)是不相關(guān)的，低電導(dǎo)率材料可以根據(jù)其電阻率定義。最好該電阻率為100歐姆/平方或更小。
該低損耗電極在應(yīng)用體電介質(zhì)材料的本發(fā)明的電容器的其他實(shí)施例中有進(jìn)一步的功效。通過(guò)在體電介質(zhì)的表面上形成低損耗的相互交叉電極，低損耗電極的優(yōu)點(diǎn)就能應(yīng)用到相對(duì)價(jià)廉的可以批量形式商業(yè)獲得的電介質(zhì)材料中。雖然DC偏置電場(chǎng)和RF電場(chǎng)通過(guò)電介質(zhì)材料只可部分滲透，低損耗，可調(diào)整性和減小的IMD的優(yōu)點(diǎn)仍是可能的。除了電介質(zhì)材料的已減小的成本外，應(yīng)用體電介質(zhì)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是如下文參考附圖敘述的減少制造步驟。
附圖簡(jiǎn)述

圖1顯示本發(fā)明的電容器材料的電極的剖面圖。
圖2顯示圖1的電容器材料的頂視圖。
圖3a-3h說(shuō)明生產(chǎn)圖1的電容器材料的一種方法。
圖3i和3j顯示圖1的電容器材料的另外的實(shí)施例。
圖4顯示通過(guò)本發(fā)明的電容器材料的另一個(gè)實(shí)施例的剖面圖。
圖5顯示電容器材料的另一個(gè)實(shí)施例的頂視圖。
圖6-11顯示根據(jù)本發(fā)明的形成電子和光學(xué)器件的方法在襯底上形成電介質(zhì)和電極結(jié)構(gòu)的步驟。
圖12顯示圖6-11的結(jié)構(gòu)的另一個(gè)實(shí)施例。
圖13-17顯示本發(fā)明的電極的另外的實(shí)施例。
較佳實(shí)施例的詳細(xì)描述通過(guò)參考下文對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的詳盡敘述及附圖，本發(fā)明將更易于理解。
圖1是本發(fā)明的層疊電容器材料10的電極部位的剖面圖。導(dǎo)電襯底12被涂覆一層最好具有相對(duì)高介電常數(shù)(k)的電介質(zhì)材料14。在該電介質(zhì)材料14的頂部是一層絕緣材料16或具有相對(duì)低介電常數(shù)(k)的材料。如上所述，在電極部位11，絕緣材料16或者是沒(méi)有淀積上，或者是從該部位除去。然后導(dǎo)電材料18覆蓋在絕緣材料16的頂部并且充滿部位11位置上的空隙?；蛘撸紫刃纬呻姌O，然后再填進(jìn)絕緣體。在這種方式中，分離的電容器形成在部位11位置處的電極層18和12之間。每個(gè)部位11有1-40微米數(shù)量級(jí)的直徑D，最好為約4-15微米。在部位11位置，電極層12和18(包括部位11的材料)靠近在一起(為50-5000毫微米數(shù)量級(jí)，100-1000毫微米更好，150-500毫微米最好)，兩者之間只有高k的材料層14。在所有其他位置，電極層12和18都由絕緣層16以及電介質(zhì)層14分隔。電介質(zhì)材料14和絕緣材料16的厚度比單獨(dú)的電介質(zhì)層14厚3倍(150nm-15000nm)，厚10倍(500nm-5000nm)，最好厚20倍(1000nm-100000nm)。這樣，在部位11位置形成多個(gè)分離的電容器，層疊材料10的其他部分幾乎不貢獻(xiàn)或貢獻(xiàn)可忽略的電容量(小于25％，小于5％，最好小于1％)。電介質(zhì)材料14的全部表面積(基本和電極層18的表面積相等)最好大于兩倍接觸電介質(zhì)材料14的全部電極部位11的表面積，大于5，10，20倍更好，大于50尤其好。
圖2顯示層疊材料10的頂部示意圖，僅為了討論的目的圖示了部位11的位置(這些位置沒(méi)有顯示如透過(guò)導(dǎo)電層18那樣陡峭的轉(zhuǎn)變，卻顯示在導(dǎo)電層18中的凹陷)。每個(gè)部位11發(fā)揮一個(gè)分離的電容器的功能，和所有其他部位11并聯(lián)形成一個(gè)電容器陣列，其電容量等于所有分離的電容器的電容量相加在一起。通過(guò)將材料切割成部分，(如虛線22所示)就形成了有特定電容量的電容器24。如圖所示，切割線22形成在部位11之間，如上所述，這樣能減少兩個(gè)導(dǎo)電層12和18一起短路的機(jī)會(huì)。另外，如果一個(gè)特定的部位(例如顯示為11’)損壞(短路)，該部位(或其他損壞的區(qū)域)就能被除去。除去的方法是切除或沖除如虛線26顯示的區(qū)域。
圖3a-3h顯示了生產(chǎn)本發(fā)明的電容器材料的一個(gè)具體方法的步驟，應(yīng)該理解的是還有很多其他方法同樣也能實(shí)施本發(fā)明。圖3a顯示有相對(duì)高介電常數(shù)的電介質(zhì)材料300(例如BST)淀積在由適當(dāng)材料制成的襯底S上。襯底最好是良導(dǎo)體，諸如銅，金或鉑。其他材料也可以使用(諸如藍(lán)寶石，或者如果需要可用特殊結(jié)構(gòu)的鎳以有助于上層的外延生長(zhǎng))，也應(yīng)該理解的是，在淀積其他層次以后襯底S可以除去，在其位置可以淀積導(dǎo)體。在電介質(zhì)材料300的頂部為第一任選層302和第二種子層304。種子層304由導(dǎo)體材料(諸如Cu，Pt，Ag等)形成，而任選層302由有助于層次304和300附著，但不必是導(dǎo)體的材料(Cr，SiO2等)形成。在襯底S和電介質(zhì)層300之間可以使用另一個(gè)任選層以有助于這些層次的附著。在圖3b中，顯示光刻膠層306淀積在304層的頂部，在電極部位將要形成的位置將該光刻膠除去。如圖3c所示，用電鍍的方法或其他適當(dāng)?shù)牡矸e技術(shù)將另外的導(dǎo)體材料308淀積在種子層304的暴露部分(304層為導(dǎo)體)。在另外的導(dǎo)體材料308淀積以后，光刻膠306可以被除去，如圖3d所示。然后用齊平刻蝕除去302和304層中未被另外的導(dǎo)體材料308保護(hù)的部分(這些部分處在電極部位之間)。因?yàn)?04層可以用和另外的導(dǎo)體材料308相同的材料形成，因此齊平刻蝕有可能除去一些該另外的材料308，雖然除去的量可以忽略，但在確定材料308淀積的厚度時(shí)可以考慮進(jìn)去?；蛘?，光刻膠306可以在種子層304之前涂覆，在后繼工藝步驟中光刻膠306被除去時(shí)淀積在光刻膠306上的任何導(dǎo)體材料也都將被除去。還有，如果任選層302足夠薄，它可以留在原地，就如光刻膠306一樣，如果其能保持穩(wěn)定并發(fā)揮隔離的作用。這樣，不少工藝步驟就能被減去。
除去電極部位之間的部分302和304層后，最好是具有相對(duì)低介電常數(shù)的厚絕緣體312被淀積在電極部位之間的空間(注意，為清楚起見，圖3f-3h中所有的導(dǎo)體材料都被標(biāo)為310)。當(dāng)阻擋材料312最初被淀積在電極部位之間時(shí)，其中一部分也可能在導(dǎo)體材料310的頂部形成一個(gè)薄層。圖3g顯示在頂部被修整以后(應(yīng)用化學(xué)的和/或機(jī)械的拋光(CMP)從電極的頂部除去絕緣材料是可能的)的導(dǎo)電材料310和絕緣材料312。然后淀積最后一層導(dǎo)電材料316以電氣連接所有的電極，如圖3h所示。
圖3i和3j說(shuō)明了圖3a-3h的電容器材料的另外的實(shí)施例。可以應(yīng)用如上面步驟3a-3h所述的形成材料和電極310的相同的步驟以形成圖3i和3j中的材料。但圖3i和3j中的材料包括一個(gè)或多個(gè)淀積在電介質(zhì)材料300中的導(dǎo)電層314(例如，通過(guò)交替淀積材料層314和材料層310)。314層最好用如上面在發(fā)明概述中所述的相對(duì)低RF相互作用的材料形成。和316層和電極310的材料相比，該低電導(dǎo)率材料314有相對(duì)低的電荷載流子遷移率。這樣，DC(或低頻AC)偏置信號(hào)被施加在316層和314層之間，或314層和S之間(對(duì)于如圖3i所示的單層314)，或施加在314的層次之間(如圖3j所示)。因此，DC電場(chǎng)跨距離dDC施加，而RF信號(hào)電場(chǎng)跨距離dRF施加。這導(dǎo)致較大的DC電場(chǎng)以調(diào)節(jié)電可調(diào)電介質(zhì)材料300的介電常數(shù)，較弱的RF電場(chǎng)能避免在RF率下影響介電常數(shù)(這可能引起IMD)。低電導(dǎo)率材料314也有助于減小和RF信號(hào)的相互作用。
在圖4和5中顯示了圖1和2的電容器材料的其他實(shí)施例。如上述實(shí)施例，材料40包括涂覆具有相對(duì)高介電常數(shù)(k)的電介質(zhì)材料層44的導(dǎo)電襯底42。在電介質(zhì)材料44的頂部為一層絕緣材料46或具有相對(duì)低介電常數(shù)(k)的材料。絕緣材料46或者是沒(méi)有淀積上電極部位41，或者是從該部位除去，導(dǎo)電材料48被淀積在其上以分別形成電極部位41’，41”和41，每一個(gè)都有不同的直徑D’，D”和D。還有，淀積部位之間的間隔也可以如S’和S”所示而變化。和圖1和2的實(shí)施例的區(qū)別在于，電極部位41’，41”和41互相不電氣連接。頂電極層形成圖形以向每個(gè)部位提供其獨(dú)特的頂部墊。通過(guò)變化電極部位的間隔和直徑，就可以形成如圖5所示的材料50。材料50具有多個(gè)電極部位51，51’，51”和51，每個(gè)都有不同的有效直徑。每個(gè)電極部位的頂部都包括一個(gè)導(dǎo)電墊53，這里顯示為方形，但圓形或其他形狀也可工作。墊53顯示為有相似的尺寸，但只要大到足以用跨接器(或簡(jiǎn)單的焊接)互相電氣連接，這個(gè)尺寸是可以變化的。通過(guò)將材料50切割成不同的部分(例如如虛線52所示，形成若干可機(jī)械調(diào)整的電容器54)。然后每個(gè)電容器54可以通過(guò)將幾個(gè)電極部位的墊附接在一起而進(jìn)行調(diào)整。因?yàn)槊總€(gè)部位有不同的電容，它們可以被加在一起形成需要的總電容。
圖6-11說(shuō)明一種根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例形成電介質(zhì)和電極結(jié)構(gòu)的方法。首先，電介質(zhì)材料層72(諸如BST)被淀積在襯底70(諸如藍(lán)寶石)上。然后，光刻膠層80被淀積在需要保留的部分電介質(zhì)層72的頂部。然后電介質(zhì)材料的余下部分(未被光刻膠80覆蓋的部分)用對(duì)所使用的具體電介質(zhì)材料適合的刻蝕劑刻蝕掉。然后一層導(dǎo)電材料1000(諸如銅)淀積在該結(jié)構(gòu)的頂部(圖9)。應(yīng)該注意，在淀積導(dǎo)電材料1000之前不必除去光刻膠80。然后導(dǎo)電材料的頂部經(jīng)過(guò)刻蝕除去在光刻膠層80頂上的部分，從而形成如圖10所示的獨(dú)特的電極1000。圖11中說(shuō)明任選的除去光刻膠80的步驟。應(yīng)該理解的是，光刻膠80可以不加觸動(dòng)地保留，因?yàn)槠洳粫?huì)影響大多數(shù)器件的工作。實(shí)際上，光刻膠80還可以增加結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。這種方法的主要優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)器件的步驟數(shù)量被減少了。只需要一個(gè)單獨(dú)的光刻步驟，簡(jiǎn)單地將電極材料刻蝕到掩模(光刻膠80)的水平，不需要的導(dǎo)電材料被除去。
圖12說(shuō)明用在光學(xué)和RF用途中的電極和電介質(zhì)結(jié)構(gòu)的另一個(gè)實(shí)施例。在該器件中，如點(diǎn)1300所示，部分電介質(zhì)材料72在電極1000的下面延伸。通過(guò)電極1000在電介質(zhì)邊緣的頂部的延伸，電極之間施加的更多的電場(chǎng)可以滲透電介質(zhì)，因此對(duì)鐵電/光電材料的介電常數(shù)/折射率產(chǎn)生更大的變化。圖11和12的結(jié)構(gòu)的超過(guò)先有技術(shù)器件的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)包括電極對(duì)器件的附著。在先有技術(shù)器件中，通常是電介質(zhì)層完全覆蓋襯底，電極在電介質(zhì)材料的頂部形成圖形。一些導(dǎo)體(諸如鉻，金和銅)在淀積到一定的電介質(zhì)(諸如BST)上時(shí)會(huì)發(fā)生附著問(wèn)題。通過(guò)形成電介質(zhì)的圖形，電極材料占優(yōu)勢(shì)地直接淀積在襯底上，這樣在導(dǎo)電體和電介質(zhì)層之間的附著問(wèn)題就消除了。
圖13中，顯示了電容器130中本發(fā)明的經(jīng)改進(jìn)的電極的另一個(gè)實(shí)施例。通過(guò)在體電介質(zhì)材料132的頂部淀積(或另外附著)RF電極136和偏置電極134而形成電容器130。體電介質(zhì)材料可商業(yè)獲得并可作為可調(diào)材料(諸如BST)或不可調(diào)材料。在平行板結(jié)構(gòu)中，體電介質(zhì)材料難以用來(lái)形成高電容量電容器，因?yàn)椴牧媳辉黾拥暮穸?d)減小了電容器的總電容(電容量和A/d成比例，其中A是板面積，d是兩板之間的距離)。在本電容器中應(yīng)用了交叉指134結(jié)構(gòu)，因此指之間的距離(d)可以做得相當(dāng)小(小于10微米，小于5微米更好，最好小于1微米)。指的數(shù)量可以增加以增加指互相面對(duì)的面積。體材料132可以較厚(0.5mm，1mm甚至大于5mm)，不會(huì)影響電容器的性能。很明顯，RF和偏置電場(chǎng)將只滲透到體材料132的頂部，但這適合于增加電容量和/或器件的可調(diào)節(jié)性。偏置電極134徑直地并占優(yōu)勢(shì)地平行于RF電極136，因此在偏置電極134的區(qū)域偏置電場(chǎng)和RF電場(chǎng)起支配作用地平行。
偏置電極134最好由相對(duì)低電導(dǎo)率(低電荷載流子遷移率和/或電荷載流子數(shù))材料形成。最好該低電導(dǎo)率材料具有大于100歐姆/平方的電阻。RF電極136由相對(duì)高電導(dǎo)率材料形成。因?yàn)槠秒姌O134的更靠近的間隔，來(lái)自DC(或低頻AC)偏置信號(hào)的電場(chǎng)比由RF信號(hào)誘導(dǎo)的電場(chǎng)強(qiáng)。如果低電導(dǎo)率材料的電阻率占優(yōu)勢(shì)地由誘導(dǎo)的電荷載流子遷移率引起，RF信號(hào)就過(guò)快地改變以移動(dòng)指134中的低遷移率電荷載流子。這樣，就能達(dá)到可調(diào)整的能力，不會(huì)引起不希望的IMD。
圖14中顯示一個(gè)應(yīng)用相對(duì)更低電導(dǎo)率材料144的電容器140的另一個(gè)實(shí)施例。電介質(zhì)材料142和低電導(dǎo)率材料144的交替層通過(guò)交替位置(如圖所示水平地)或其他已知的方法形成。然后如圖所示在頂部淀積RF電極146。如前述實(shí)施例中一樣，RF電極跨越更大的距離施加RF電場(chǎng)，而DC電場(chǎng)只跨越較小的距離(144層次之間)。144層可以用其他更好的導(dǎo)體形成，因?yàn)榈碗妼?dǎo)率材料將減少RF相互作用，但高損耗可以和低電荷載流子遷移率材料的厚層次有關(guān)。
在圖15-17中顯示了體電介質(zhì)154上的RF電極152的頂視圖，共有附加電極或電介質(zhì)增強(qiáng)材料的三個(gè)不同的實(shí)施例。在這些實(shí)施例中，偏置電極的低電導(dǎo)率材料有高遷移率，但有受控的電荷載流子數(shù)。偏置電極不僅有助于施加調(diào)整電壓，而且在RF電極之間提供能增加有效介電常數(shù)的偶極子。DC偏置不僅調(diào)整了電介質(zhì)材料(如果是可調(diào)的)，而且適當(dāng)鎖定了有限的電荷載流子(偶極子)，導(dǎo)致更低的“人造電介質(zhì)效應(yīng)”。這導(dǎo)致提供甚至更大程度的調(diào)整。
圖15中，附加電極156處于交叉指的形式。電極156用具有有限數(shù)量的電荷載流子的高電荷載流子遷移率材料形成。高電荷載流子遷移率材料增強(qiáng)了電介質(zhì)154的介電常數(shù)。但因?yàn)榻?jīng)減少的電荷載流子數(shù)，當(dāng)DC電場(chǎng)施加在電極156之間時(shí)，該效應(yīng)被減小。RF電極152之間的距離比DC電極156之間的距離大得多，提供了如上所述的對(duì)于其他實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)。
在圖16中，電極160也用具有有限數(shù)量的電荷載流子的高電荷載流子遷移率材料形成。應(yīng)用選擇性淀積或刻蝕，在電極160上形成窗口162以進(jìn)一步限制電荷載流子數(shù)。當(dāng)DC偏置被施加在RF電極152之一(圖中顯示右邊)和電極160之間時(shí)，DC電場(chǎng)再次跨越比RF電極之間的距離短得多的距離(dDC)施加。DC電場(chǎng)也有助于適當(dāng)鎖定一些電荷載流子以減少通常由高電荷載流子遷移率材料提供的電介質(zhì)增強(qiáng)。
圖17中顯示圖16的更簡(jiǎn)單得多的實(shí)施例。除了電極170有更有限的電荷載流子數(shù)，因此不需要圖16的窗口162以外，圖16的敘述和圖17的敘述完全一樣?；蛘?，中心部分或部分電極片170被刻蝕或用比其靠近RF電極的邊緣更少的材料淀積。這樣就有和形成窗口162一樣的更多的效果。
權(quán)利要求
1.一種形成至少一個(gè)電容器的多層材料，所述材料包括一個(gè)導(dǎo)電材料的第一連續(xù)層；一個(gè)具有相對(duì)高介電常數(shù)的材料的第二連續(xù)層；一個(gè)具有導(dǎo)電區(qū)域和絕緣區(qū)域的第三層，所述導(dǎo)電區(qū)域由導(dǎo)電材料形成以形成電極部位，所述絕緣區(qū)域形成在相鄰的電極部位周圍和之間；和一個(gè)電氣連接到電極部位中的所述導(dǎo)電材料的導(dǎo)電材料的第四層；其中所述淀積部位有一個(gè)第一區(qū)域，所述第四層有一個(gè)第二區(qū)域，所述第二區(qū)域至少兩倍于所述第一區(qū)域。
2.如權(quán)利要求1所述的材料，其特征在于，其中所述第二層在厚度上處于100nm和1微米之間。
3.如權(quán)利要求1所述的材料，其特征在于，其中所述第二層在厚度上處于150nm和500nm之間。
4.如權(quán)利要求1所述的材料，其特征在于，其中所述第三層比所述第二層厚至少10倍。
5.如權(quán)利要求1所述的材料，其特征在于，其中每個(gè)電極部位具有4到15微米之間的直徑。
6.如權(quán)利要求1所述的材料，其特征在于，其中該材料有一個(gè)總電容，由所述電極部位提供的電容量至少為該材料的總電容的75％。
7.如權(quán)利要求1所述的材料，其特征在于，其中該材料有一個(gè)總電容，由所述電極部位提供的電容量至少為該材料的總電容的99％。
8.如權(quán)利要求1所述的材料，其特征在于，其中所述第二層由電壓可調(diào)電介質(zhì)材料制成。
9.如權(quán)利要求1所述的材料，在所述第二層中進(jìn)一步包括至少一層低電導(dǎo)率材料。
10.如權(quán)利要求9所述的材料，其特征在于，其中所述低電導(dǎo)率材料具有小于10cm2/V.s的電荷載流子遷移率。
11.一種帶有至少一個(gè)電極的電容器，所述電極具有一個(gè)帶有相鄰于一個(gè)薄電介質(zhì)的第一部分和一個(gè)暴露于一個(gè)厚絕緣體的第二部分的表面，其中該電容器有一個(gè)總電容，由所述第一部分提供的電容量至少為該電容器總電容的95％。
12.如權(quán)利要求11所述的電容器，其特征在于，其中該電容器有一個(gè)總電容，由所述第一部分提供的電容量至少為該電容器總電容的99％。
13.如權(quán)利要求11所述的電容器，其特征在于，其中第二部分在面積上比所述第一部分大至少20倍。
14.一種印制的包括一個(gè)帶有至少一個(gè)電極的電容器的接線板，所述電極具有一個(gè)帶有相鄰于一個(gè)薄電介質(zhì)的第一部分和一個(gè)暴露于一個(gè)厚絕緣體的第二部分的表面，其中該電容器有一個(gè)總電容，由所述第一部分提供的電容量至少為該電容器總電容的75％。
15.如權(quán)利要求14所述的印制接線板，其特征在于，其中該電容器有一個(gè)總電容，由所述第一部分提供的電容量至少為該電容器總電容的95％。
16.如權(quán)利要求14所述的印制接線板，其特征在于，其中薄電介質(zhì)在厚度上處于100nm和1微米之間。
17.一種包含一個(gè)帶有至少一個(gè)電極的電容器的電氣器件或元件，所述電極具有一個(gè)帶有相鄰于一個(gè)薄電介質(zhì)的第一部分和一個(gè)暴露于一個(gè)厚絕緣體的第二部分的表面，所述電容器連接到或包含在所述電氣器件或元件中，其中該電容器有一個(gè)總電容，由所述第一部分提供的電容量至少為該電容器總電容的75％。
18.如權(quán)利要求17所述的電氣器件或元件，其特征在于，其中該電容器有一個(gè)總電容，由所述第一部分提供的電容量至少為該電容器總電容的95％。
19.如權(quán)利要求17所述的電氣器件或元件，其特征在于，其中該電容器有一個(gè)總電容，由所述第一部分提供的電容量至少為該電容器總電容的99％。
20.一種形成至少一個(gè)電容器的層疊材料，所述材料包括一個(gè)導(dǎo)電材料的第一連續(xù)層；一個(gè)具有相對(duì)高介電常數(shù)的材料的第二連續(xù)層；一個(gè)具有導(dǎo)電區(qū)域和絕緣區(qū)域的第三層，所述導(dǎo)電區(qū)域由導(dǎo)電材料形成以形成電極部位，所述絕緣區(qū)域形成在相鄰的電極部位周圍和之間；和一個(gè)有導(dǎo)電區(qū)域和絕緣區(qū)域的第四層，所述第四層的所述導(dǎo)電區(qū)域的每一個(gè)都電氣連接到所述電極部位的一個(gè)，其中所述在所述第四層中的導(dǎo)電區(qū)域可以選擇性地互相連接，從而形成帶有需要電容量的電容器。
21.如權(quán)利要求20所述的材料，其特征在于，其中所述第二層的厚度在100nm和1微米之間。
22.如權(quán)利要求20所述的材料，其特征在于，其中每個(gè)電極部位具有1到40微米之間的直徑。
23.如權(quán)利要求20所述的材料，其特征在于，其中每個(gè)電極部位具有4到15微米之間的直徑。
24.如權(quán)利要求20所述的材料，其特征在于，其中該材料有一個(gè)總電容，由所述電極部位提供的電容量至少為該電容器總電容的99％。
25.一種電容器包括一個(gè)有一個(gè)表面的電介質(zhì)材料；一個(gè)形成在所述表面上的第一RF電極；一個(gè)形成在所述表面上的第一偏置電極；一個(gè)形成在所述表面上的第二偏置電極；和一個(gè)形成在所述表面上的第二RF電極；其中所述第一RF電極和所述第二RF電極相隔一個(gè)第一距離；所述第一偏置電極和所述第二偏置電極相隔一個(gè)第二距離；所述第一距離大于所述第二距離；和所述RF電極互相形成交叉指，所述偏置電極互相形成交叉指。
26.如權(quán)利要求25所述的電容器，其特征在于，其中所述電介質(zhì)材料有一個(gè)1mm或更大的厚度。
27.如權(quán)利要求25所述的電容器，其特征在于，其中所述偏置電極由具有100歐姆/平方或更大的電阻的導(dǎo)電材料形成。
28.如權(quán)利要求25所述的電容器，其特征在于，其中所述第二距離小于5微米。
29.如權(quán)利要求25所述的電容器，其特征在于，其中所述偏置電極是直的。
30.如權(quán)利要求25所述的電容器，其特征在于，其中所述偏置電極占優(yōu)勢(shì)地平行于所述RF電極，因此所施加的偏置電場(chǎng)和所施加的RF電場(chǎng)在偏置電極的區(qū)域占優(yōu)勢(shì)地互相平行。
31.一種電容器包括一個(gè)電介質(zhì)材料部分；一個(gè)在所述電介質(zhì)部分上的第一RF電極；一個(gè)在所述電介質(zhì)部分上的第二RF電極；和至少一個(gè)在所述電介質(zhì)材料部分中和所述RF電極之間的低電導(dǎo)率材料層。
32.如權(quán)利要求31所述的電容器，其特征在于，其中所述電介質(zhì)材料是可調(diào)整的，偏置電壓施加在所述至少一個(gè)低電導(dǎo)率層和至少一個(gè)所述RF電極之間。
33.如權(quán)利要求31所述的電容器，其特征在于，其中所述至少一個(gè)低電導(dǎo)率材料層包括至少兩個(gè)低電導(dǎo)率材料層；所述電介質(zhì)材料是可調(diào)整的并且偏置電壓施加在所述至少兩個(gè)低電導(dǎo)率材料層之間。
34.一種電容器包括一個(gè)具有一個(gè)表面的體電介質(zhì)材料；一個(gè)形成在所述表面上的第一RF電極；至少一個(gè)形成在所述表面上的偏置電極；和一個(gè)形成在所述表面上的第二RF電極；其中所述第一RF電極和所述第二RF電極相隔一個(gè)第一距離；所述至少一個(gè)偏置電極和所述RF電極的一個(gè)相隔一個(gè)第二距離；所述第一距離大于所述第二距離；和所述至少一個(gè)偏置電極由一種具有大于30cm2/V.s的電荷載流子遷移率和受控電荷載流子密度的低電導(dǎo)率材料形成。
35.如權(quán)利要求34所述的電容器，其特征在于，其中所述至少一個(gè)偏置電極包括兩個(gè)偏置電極。
36.如權(quán)利要求34所述的電容器，其特征在于，其中所述至少一個(gè)偏置電極具有至少一個(gè)靠近所述RF電極的邊緣，所述邊緣包括比所述至少一個(gè)偏置電極的剩余部分更多的低電導(dǎo)率材料。
37.如權(quán)利要求34所述的電容器，其特征在于，其中所述片包括幾個(gè)不包含所述低電導(dǎo)率材料的孔或窗口。
38.如權(quán)利要求34所述的電容器，其特征在于，其中當(dāng)偏置電壓施加到所述至少一個(gè)偏置電極時(shí)，所述受控電荷載流子密度為所有可得到的電荷載流子的70％。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用于形成電容器的電容器材料。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及用該材料形成的電容器，該電容器具有一個(gè)或多個(gè)分離的電極(314)，每個(gè)電極(314)暴露于至少兩個(gè)厚度的電介質(zhì)材料(300)。這些電極(314)由較寬的絕緣材料(312)包圍，因此該材料能被切割或按圖形做成有特定值的電容器。一個(gè)單個(gè)的電極可以形成一個(gè)小值電容器，同時(shí)仍提供一個(gè)較大的導(dǎo)電區(qū)域用于將該電容器附接到相關(guān)的電路中去。薄電介質(zhì)(310)可以是一種可調(diào)整的材料，因此電容量可以隨電壓變化。通過(guò)添加和直流相互作用的薄電極該可調(diào)整能力能夠增加。
文檔編號(hào)H01G4/255GK1507639SQ02809653
公開日2004年6月23日 申請(qǐng)日期2002年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月10日
發(fā)明者A·T·亨特, M·G·艾倫, D·奇士林, A T 亨特, 艾倫, 苛 申請(qǐng)人:微涂技術(shù)股份有限公司