电子源器件及其制造方法、集成电路与流程

专利2025-11-04  5


本申请涉及半导体,尤其涉及一种电子源器件及其制造方法、集成电路。


背景技术:

1、随着半导体微细加工产业的发展,对电子束直写技术的要求越来越高。这种要求包括对精细图形成像准确性的保证,以及对直写速度的大幅度提升。

2、为了响应这种产业需求,多电子束直写技术正在长足发展,在集成电路芯片制造过程中的精细图形直写上发挥着不可替代的作用。具体来讲,在半导体集成电路芯片制造中,高技术节点图形(包括光掩模的图形和器件各层次的结构图形)的成像,既需要更精细、更准确地直写,还需要在图形数据量剧增的情况下实现高速直写。

3、从精细图形的准确直写的角度来讲,需要把电子束斑变小,以便进行精准扫描。在电流密度不变的情况下,把电子束斑变小就意味着把电子束的电流变小,其结果是导致直写时间变长。另一方面,需要直写的图形尺寸在几十纳米以下时,线宽越小,散粒噪声(shotnoise)的影响就越显著,严重影响关键线宽的均匀性(critical dimension uniformity)和线边缘的粗糙度(line edge roughness)。

4、为了确保小线宽图形的关键线宽均匀性和线边缘粗糙度足以满足产品性能需求,在图形直写时,线宽越小则需要使用灵敏度越低的电子束光刻胶。其结果是导致越小线宽图形需要的直写曝光量越大。这就意味着,在电流密度不变的情况下,线宽越小需要的直写时间越长。为了提高电子束直写设备单位时间内的生产能力,使用复数个电子束同时直写的多电子束直写机成为了必要的工具。为了满足实际需要,多电子束直写机的直写电子束数量需要在几十万左右。

5、现在,已经实用的多电子束直写机一般采用单一电子源,把从单一电子源发射出来的一束源电子束拆分成复数个直写电子束。为了增加直写电子束的电流密度,就需要增加源电子束的总电流。但是,源电子束的总电流的增量比较困难,每个直写电子束的电流密度增加就比较有限。解决这些问题的最佳方案是,采用每一束电流可控的多源多束电子源器件。

6、应该注意,上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明,并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。


技术实现思路

1、基于光电化学腐蚀方法制备的多孔硅可应用到电子源制备上。例如,用单晶硅或柱状多晶硅材料可制备冷场发射电子源,图1是多孔硅电子源结构和在多孔硅电子源结构两端施加电压vps时的能带图。

2、如图1的(a)所示,当电压vps施加到电子源器件两端时,热电子从n型硅衬底注入到宽带多孔硅区,注入电子被电场不断地加速,以准弹道传输机理到达顶层金(au)薄膜,并以隧穿机理穿透au薄膜发射到真空去,这就是冷场电子发射电流。因此多孔硅电子源器件具有发射电子准直度高,能量集中,发射电流稳定等特点。利用半导体集成电路工艺技术和微机电系统(mems)工艺技术,可制备集成化的多孔硅电子源器件,实现多源多束功能。

3、本申请的发明人发现,现有的多孔硅电子源器件存在着如图1的(b)所示的n型硅衬底电阻较大的问题。随着电子源器件尺寸的微细化,n型硅衬底的电阻越来越大。当电压vps施加到电子源器件两端时,vps的大部分落到此大电阻上,发生无用的焦耳热,造成电子源器件特性的劣化,导致电子源器件的损坏,严重影响电子源器件的寿命。

4、为了解决上述问题或至少类似问题,本申请实施例提供一种电子源器件及其制造方法、集成电路。在本申请的电子源器件中,有源区周围形成的金属氧化物半导体(mos)场效应晶体管导通(on)时,能够从低电位源区往电子加速层直接提供电子,提高了电子发射效率,并且降低沟道区的电阻,解决大电阻引起的发热问题,提高电子源器件的寿命和电子发射稳定性。此外,便于用先进的微机电系统(mems)工艺批量生产均一性良好的电子源器件。

5、根据本申请实施例的一个方面,提供一种电子源器件,所述晶体管器件包括:

6、基板1;以及

7、电子发射单元,

8、所述电子发射单元包括:

9、低电位源区111,沟道区222,高掺杂漏区333,栅极6,电子加速层9,绝缘薄膜10和高电位电子发射极导电薄膜14,

10、其中,

11、所述高掺杂漏区333形成于所述基板1的第一主面,

12、所述沟道区222位于所述高掺杂漏区333的下侧,

13、所述电子加速层9位于所述高掺杂漏区333的表面,

14、所述电子加速层9和所述高电位电子发射极导电薄膜14之间设置有所述绝缘薄膜10,

15、所述栅极6位于所述沟道区222的横向外侧,所述低电位源区111形成于所述基板1中,至少部分地位于所述栅极6的下方。

16、根据本申请实施例的另一个方面,提供一种电子源器件的制造方法,用于制造上述实施例所述的电子源器件,所述方法包括:

17、在基板1中形成高掺杂漏区333、沟道区222和低电位源区111,其中,所述高掺杂漏区333形成于所述基板1的第一主面,所述沟道区222位于所述高掺杂漏区333的下侧,所述低电位源区111至少部分地位于所述沟道区222的横向外侧,并且至少部分地位于所述沟道区222的下方;

18、在所述高掺杂漏区333的表面形成电子加速层9;

19、在所述沟道区222的横向外侧依次形成栅极绝缘薄膜4,5和栅极6;以及

20、在所述电子加速层9的表面依次形成绝缘薄膜10和高电位电子发射极导电薄膜14。

21、本申请的有益效果在于:在本申请的电子源器件中,有源区周围形成的金属氧化物半导体(mos)场效应晶体管导通(on)时,能够从低电位源区往电子加速层直接提供电子,提高了电子发射效率,并且降低沟道区的电阻,解决大电阻引起的发热问题,提高电子源器件的寿命和电子发射稳定性。此外,便于用先进的微机电系统(mems)工艺批量生产均一性良好的电子源器件。

22、参照后文的说明和附图,详细公开了本申请的特定实施方式,指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解,本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内,本申请的实施方式包括许多改变、修改和等同。

23、针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用,与其它实施方式中的特征相组合,或替代其它实施方式中的特征。

24、应该强调,术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在,但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。



技术特征:

1.一种电子源器件,其特征在于,所述电子源器件包括:

2.如权利要求1所述的电子源器件,其特征在于,所述电子源器件还包括:

3.如权利要求1所述的电子源器件,其特征在于,

4.如权利要求3所述的电子源器件,其特征在于,

5.如权利要求3所述的电子源器件,其特征在于,

6.如权利要求1所述的电子源器件,其特征在于,

7.如权利要求1所述的电子源器件,其特征在于,

8.如权利要求7所述的电子源器件,其特征在于,

9.如权利要求7所述的电子源器件,其特征在于,

10.如权利要求7所述的电子源器件,其特征在于,

11.如权利要求1所述的电子源器件,其特征在于,

12.一种集成电路,其特征在于,所述集成电路包括至少一个如权利要求1至11中任一项所述的电子源器件。

13.一种电子源器件的制造方法,用于制造如权利要求1至11中的任一项所述的电子源器件,其特征在于,所述方法包括:

14.如权利要求13所述的电子源器件的制造方法,其特征于,形成所述电子加速层(9)的步骤包括:

15.如权利要求13所述的电子源器件的制造方法,其特征于,形成所述电子加速层(9)的步骤包括:


技术总结
本申请提供一种电子源器件及其制造方法、集成电路,该电子源器件包括:基板1;以及电子发射单元,所述电子发射单元包括:低电位源区111,沟道区222,高掺杂漏区333,栅极6,电子加速层9,绝缘薄膜10和高电位电子发射极导电薄膜14,其中,高掺杂漏区333形成于基板1的第一主面,沟道区222位于高掺杂漏区333的下侧,电子加速层9位于高掺杂漏区333的表面,电子加速层9和高电位电子发射极导电薄膜14之间设置有绝缘薄膜10,栅极6位于沟道区222的横向外侧,低电位源区111形成于基板1中,至少部分地位于栅极6的下方。本申请能够提高电子发射效率,降低沟道区的电阻,提高电子源器件的寿命和电子发射稳定性。

技术研发人员:柳永勋,王诗男,刘强,陈舒静,董锦昕
受保护的技术使用者:上海集成电路材料研究院有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/12/17
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