制造镀镍的铜基片的方法以及含有此基片的薄膜复合材料技术

本发明专利技术涉及一种通过对镀镍的铜进行退火来制造铜／镍基片的方法。在镀镍步骤之后，可以用本领域公知的方法比如溶胶－凝胶或真空淀积方法在基片上淀积一电介质层比如锆钛酸铅（ＰＺＴ）。本发明专利技术还涉及薄膜复合材料。这些复合材料含有经预退火的镀镍铜基片和电介质层比如ＰＺＴ。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制造用在薄膜复合材料中的镀镍的铜基片的方法以及含有此种镀镍的铜基片的薄膜复合材料。已发现由薄膜复合材料制成的能量存储装置可用于电子和光电子应用，比如铁电存储装置、热电传感装置、波导调制器和声敏传感器中。例如，将薄膜复合材料用在多种半导体集成电路装置比如模拟电路、rf电路和动态随机存取存储器(DRAM)中。此复合材料通常由基片、电介质和电极构成；电介质位于基片与电极之间。基片通常由铜、硅、熔融硅石、镀铂的硅、氧化铝、蓝宝石、镀铂的蓝宝石、或单晶SrTiO3制成。考虑到铜易于获得，通常优选铜作为基片。然而遗憾的是，具有铜基片的薄膜复合材料通常呈现出热迁移和释气特性。热迁移是指在升高的温度下铜离子向电介质中迁移以及电介质中的离子向基片中迁移。当气态铜原子从基片逸入电介质或者电介质在其中进行淀积的炉子中时产生释气。因此需要一种消除这些缺陷的铜基片。本专利技术涉及一种其上淀积有镍的铜基片的制造方法。另外，本专利技术涉及一种含有此镀镍的铜基片的薄膜复合材料。通过将镍淀积在铜上然后对所得基片进行退火来制造该镀镍基片。在退火之后，可以用本领域公知方法比如溶胶-凝胶或真空淀积技术将电介质淀积在基片上。图2为采用扫描电子显微镜获得的镀镍的铜基片在400℃温度下预退火120分钟的内部结构。图3为采用扫描电子显微镜获得的镀镍的铜基片在900℃温度下预退火5分钟的内部结构。图4和5为采用扫描电子显微镜获得的镀镍的铜基片在800℃温度下预退火20分钟的内部结构。图6为采用扫描电子显微镜获得的镀镍的铜基片在500℃温度下预退火90分钟的内部结构。图7为采用扫描电子显微镜获得的镀镍的铜基片在650℃温度下预退火30分钟的内部结构。图8表示根据本专利技术的薄膜复合材料，具有在其上表面和下表面镀有镍的铜基片、电介质、选择性的阻挡层或缓冲层、以及上电极。图9表示根据本专利技术的薄膜复合材料，具有完全被镍包覆的铜基片。优选实施例的详细描述根据本专利技术的薄膜复合材料含有镀镍的铜基片和电介质。通过将镍淀积在铜上制造该基片。镍可以淀积在铜基片的一侧或两侧。在一个优选实施例中，镍全部包覆铜基片。接着将淀积有镍的铜基片在大约400℃至820℃的温度下进行退火，优选在大约800℃下退火。最佳退火持续时间随退火温度而变化。例如，在400℃退火最好持续约120分钟，而在800℃退火则最好持续约20分钟。附图说明图1表示最佳退火温度和持续时间，其中最为优选的温度和持续时间为所示直线上的点。随着到该直线的距离增加，导致缺陷基片的结果越来越不可接受。缺陷基片包括那些呈现不可接受介电常数、高压漏电、或脱层的基片。一般地说，基片厚度(在镀镍之前)为约20微米至约50微米。与电介质相邻一侧Ni的厚度为约0.10微米至约2.0微米。基片的最下表面(没有电介质与之相邻)上Ni的厚度为约0.1微米至约10微米。可以通过溅射镀膜或本领域公知的其他方法将镍施加在铜基片上。预退火和镀镍步骤优选在没有氧气的气氛中进行，比如在氩气或氮气气氛中进行。(本文所述的预退火指的是在淀积电介质材料之前的退火。)将电介质淀积在镀镍的铜基片之上一般需要较低的处理温度，以最大限度降低金属薄片与电介质之间的相互扩散和反应。此种电介质还可以通过溶胶-凝胶(其中淀积在室温下进行，经退火的镀镍的铜基片被冷却至室温)施加在基片上，或者通过真空淀积(包括溅射镀膜、电子束蒸发镀膜和其他技术)施加在基片上，其中退火产物被冷却至进行淀积的温度。在后一方法中，例如，当采用真空淀积方法时，在300至400℃的高温施加电介质。电介质淀积可以以单步或多步进行。电介质的厚度随着所得最终产物比如电容器所需的电压量而变化。待施加的电压越高，电介质就会越厚。较典型的电介质厚度为大约600nm。在一个优选实施例中，电介质为锆钛酸铅PZT，其化学式为PbaLbZrxTiyOz，其中L为镧系金属，优选为La或Nb，x和y独立地为约0.35至约0.65，z为约2.5至约5.0，a为约0.95至约1.25，b为约0.02至约0.10。这种电介质可以通过采用乙酸铅[Pb(CH3COO)2H2O]、正丙醇锆[Zr(O-nC3H7)4]、异丙醇钛[Ti(O-iC3H7)4]和异丙醇镧[La(O-iC3H7)3]或乙醇铌[Nb(OC2H5)5]作为初始材料制备。在一优选方法中，可以通过将三水合乙酸铅溶解于2-甲氧基乙醇中并且在真空中在110℃下脱水以获得乙酸铅来制备此类电介质。然后将2-甲氧基乙醇中的正丙醇锆和异丙醇钛与处于室温的所得产物加以混合，接着在真空下在110℃回流约2至3个小时，由之获得比如化学式为Pb(Zr0.52Ti0.48)O3的聚合物前体。最后，用甲苯稀释，并加入适量甲酰胺用以防止裂纹以及10mol％过量Pb用以补充在最后退火过程中的氧化铅损失，由此获得0.3M的储液。尽管可以采用本领域公知的传统电介质，但采用钛酸钡电介质，特别是化学式为BaaTibOc(其中a和b独立地为0.75至1.25，c为2.5至约5.0)的电介质以及化学式为MaBbTicOd(其中a为约0.01至约0.1，b为约0.75至约1.25，c为约0.75至约1.25，d为约2.5至约5.0，M为非反应导电金属)的电介质，可以获得更为有利的结果。优选金、铜、金属间化合物比如Ni3Al、Ru和InSn作为M。这种钡电介质在1998年2月19日公开的PCT WO/98/07167中有讨论，其在此引入作为参考。在淀积之后，将产物在500℃与600℃之间退火大约20分钟。如果采用较高的温度则此阶段的退火温度可以较短。当达到理想结果时终止退火。预退火步骤可以在比用于将电介质淀积在基片上的退火温度更高的温度下进行；后者称作“后退火”步骤。如果预退火步骤在低于后退火步骤的温度下进行，则预退火可以进行较长的时间，一般长于20分钟。如图2中所示，在400℃预退火120分钟所得的基片获得平滑的层叠表面。测得介电常数为86，Tgδ(％)为14。图3表示在900℃预退火5分钟的条件下获得的理想结果。该基片的介电常数为110，Tgδ(％)为7。图4和5表示在800℃预退火20分钟获得的理想结果。测得的介电常数分别为75和113。图6和7表示与前述图示相比不太理想的预退火条件。图6为在500℃预退火90分钟所得基片的扫描电子显微照片。所得基片比较粗糙，并呈现脱层。图7为在650℃预退火30分钟所得基片的扫描电子显微照片。所得基片比较粗糙。图2-7中的所有基片都是在Ar气氛中获得的，并且都采用PZT作为电介质通过旋涂淀积在基片上。Cu的厚度为约33至35.6微米。进行测试，其中图5中与电介质邻接的最上表面的Ni的厚度为1.78微米。基片最下表面(不与任何电介质邻接)的Ni的厚度在6.35至7.62微米之间。图2-4以及图6-7中与电介质邻接的最上表面的Ni的厚度为0.1270微米，基片最下表面(不与任何电介质邻接)的Ni的厚度在0.3556至0.5080微米之间。对于图2-7中所有的薄膜复合材料，其铜薄片的厚度为大约34微米。图8显示了本专利技术的一个实施例，其中所示薄膜复合材料含有一个具有镀有镍20的铜基片10的镀镍铜基片、电介质50、和选择性的上电极60。镍镀层可以完全或者本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄膜复合材料，包括：（ａ）镀镍的铜基片；和（ｂ）位于该镀镍的铜基片之上的电介质层。

【技术特征摘要】
1.一种薄膜复合材料，包括(a)镀镍的铜基片；和(b)位于该镀镍的铜基片之上的电介质层。2.如权利要求1所述的薄膜复合材料，其中镀镍的铜基片的上表面和下表面都镀有电介质层。3.如权利要求2所述的薄膜复合材料，其中镀镍的铜基片的铜被镍包封。4.如权利要求3所述的薄膜复合材料，其中电介质层为BaaTibOc，其中a和b独立地为约0.75至约1.25，c为约2.5至约5.0。5.如权利要求3所述的薄膜复合材料，其中电介质层为PbaLbZrxTiyOz，其中L为镧系金属，x和y独立地为约0.35至约0.65，z为约2.5至约5.0，a为约0.95至约1.25，b为约0.02至约0.10。6.如权利要求1所述的薄膜复合材料，其中在镀镍的铜基片与电介质层之间有一阻挡层或缓冲层。7.如权利要求1所述的薄膜复合材料，进一步包括一导电层，使得所述电介质处于导电层与镀镍的铜基片之间。8.如权利要求6所述的薄膜复合材料，其中阻挡层包含贵金属。9.如权利要求6所述的薄膜复合材料，其中缓冲层包含玻璃。10.如权利要求6所述的薄膜复合材料，进一步包括一导电层，使得所述电介质处于阻挡层或缓冲层与镀镍的铜基片之间。11.如权利要求2所述的薄膜复合材料，其中在电介质与基片的下表面之间有一下阻挡层或缓冲层，并且在最上部电介质与基片的上表面之间有一上阻挡层或缓冲层。12.如权利要求11所述的薄膜复合材料，其中镀镍的铜基片被镍包...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克法雷利，
申请(专利权)人：艾纳尔杰纽斯公司，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]