ITMI20130897A1 - Dispositivo microelettronico a vuoto integrato e relativo metodo di fabbricazione. - Google Patents

Dispositivo microelettronico a vuoto integrato e relativo metodo di fabbricazione.

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ITMI20130897A1
ITMI20130897A1 IT000897A ITMI20130897A ITMI20130897A1 IT MI20130897 A1 ITMI20130897 A1 IT MI20130897A1 IT 000897 A IT000897 A IT 000897A IT MI20130897 A ITMI20130897 A IT MI20130897A IT MI20130897 A1 ITMI20130897 A1 IT MI20130897A1
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hole
metal layer
layer
layers
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Davide Giuseppe Patti
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Description

DESCRIZIONE
“Dispositivo microelettronico a vuoto integrato e metodo di fabbricazione relativoâ€
CAMPO TECNICO
La presente illustrazione si riferisce a un dispositivo microelettronico integrato a vuoto e al metodo di fabbricazione relativo.
DESCRIZIONE DELLA TECNICA CORRELATA
Il tubo a vuoto, un tempo uno dei pilastri dell’ elettronica, possiede limitazioni come la struttura fabbricata meccanicamente all’interno dell’involucro di vetro, che impedisce la miniaturizzazione e l’integrazione. Per questo motivo, nell’era dei sistemi su chip, esso à ̈ stato gradualmente sostituito dai transistori.
Tuttavia, negli ultimi anni sono state utilizzate tecniche di fabbricazione di semiconduttori per sviluppare strutture di tubi a vuoto in forma micro miniaturizzata e per integrare insieme molte di esse. I dispositivi microelettronici a vuoto integrati (VMD) possiedono svariate caratteristiche uniche; possiedono velocità di commutazione sotto il picosecondo, funzionano a temperature nell’intervallo tra circa lo zero assoluto e centinaia di gradi Celsius, sono anche molto efficienti, in quanto il controllo avviene mediante carica e non mediante flusso di corrente e non sono necessari riscaldatori a emissione termoionica come nei tradizionali dispositivi a vuoto discreti.
In sintesi, un tipico dispositivo VMD ad emissione di campo à ̈ costituito da un catodo estremamente appuntito, circondato da uno o più elettrodi di controllo e/o estrazione, e punta verso una superficie d’anodo. Quando viene applicata un’appropriata differenza di potenziale positiva tra il catodo e l’elettrodo di controllo, viene generato sul catodo un campo elettrico che consente agli elettroni di migrare attraverso lo spazio a vuoto e muoversi verso l’anodo. Il campo sul catodo, e pertanto la quantità di elettroni emessa, può essere controllata variando il potenziale dell’elettrodo di controllo.
US005463269 illustra un dispositivo VMD integrato e un metodo per realizzarlo. Il dispositivo VMD integrato viene prodotto utilizzando un procedimento di fabbricazione in cui la deposizione conforme di un isolante in una buca produce una cuspide simmetrica che può essere utilizzata come uno stampo per formare una punta di emissione di campo appuntita o affusolata. La buca può essere creata a partire da qualsiasi materiale stabile comprendente gruppi alternati stratificati di conduttori e isolanti che possono fungere da elettrodi del dispositivo ultimato. Due elettrodi (anodo ed emettitore) formano un diodo semplice, mentre tre, quattro e cinque elettrodi possono formare, per esempio, rispettivamente un triodo, un tetrodo e un pentodo. Poiché à ̈ autoallineata aH’intemo del centro della canaletta, la cuspide à ̈ anche allineata rispetto al centro di questi elettrodi. In seguito, la cuspide viene riempita di un materiale in grado di emettere elettroni sotto l’influenza di un campo elettrico, o un materiale emettitore di elettroni.
La buca di accesso creata nel materiale a emissione di elettroni consente la rimozióne dell’isolante della cuspide, formando uno strato a partire dalla buca e dalla parte sottostante il materiale emettitore, formando pertanto uno spazio e liberando la punta affusolata dell’emettitore (catodo del campo di emissione) che era stata formata dalla cuspide.
Tuttavia, la realizzazione del dispositivo microelettronico a vuoto descritto sopra implica costi di flusso di processo elevati e, ciononostante, detto VMD può subire l’influenza di alcuni problemi che possono alterare le caratteristiche operative come le radiazioni ionizzanti e il rumore in corrispondenza dell’uscita di potenza.
BREVE SOMMARIO
Un aspetto della presente illustrazione à ̈ di fornire una nuova struttura e un metodo di fabbricazione di un dispositivo microelettronico a vuoto integrato che risolva i problemi sopra menzionati.
Un aspetto della presente illustrazione à ̈ un dispositivo microelettronico a vuoto integrato comprendente:
un substrato a semiconduttore altamente drogato,
almeno uno strato isolante posizionato sopra detto substrato a semiconduttore drogato,
una buca a vuoto disposta all’interno di detto almeno uno strato isolante e che si estende verso il substrato a semiconduttore altamente drogato,
un primo strato metallico posizionato sopra detta buca a vuoto e che funge da catodo,
un secondo strato metallico posizionato sotto detto substrato a semiconduttore altamente drogato e che funge da anodo,
in cui detto primo strato metallico à ̈ posizionato in modo adiacente al bordo superiore di detta buca a vuoto, detta buca a vuoto avente una larghezza tale che il primo strato metallico resti sospeso su detta buca a vuoto.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
Per una migliore comprensione della presente illustrazione, vengono ora descritte alcune forme di realizzazione della stessa, illustrate a titolo di esempio non limitativo negli uniti disegni, nei quali:
la figura 1 Ã ̈ una vista in sezione trasversale del VMD secondo una prima forma di realizzazione della presente illustrazione;
la figura 2 Ã ̈ una vista in sezione trasversale del VMD secondo una seconda forma di realizzazione della presente illustrazione;
le figure 3-18 sono viste in sezione trasversale delle differenti fasi del procedimento per formare il VMD secondo una seconda forma di realizzazione della presente illustrazione;
la figura 19 illustra uno schema del VMD secondo una seconda forma di realizzazione della presente illustrazione nel caso in cui il VMD sia un tetrodo;
la figura 20 illustra un altro schema del VMD secondo una seconda forma di realizzazione della presente illustrazione nel caso in cui il VMD sia un triodo caldo; la figura 21 Ã ̈ una sezione trasversale del VMD secondo una terza forma di realizzazione della presente illustrazione;
la figura 22 illustra uno schema del VMD della figura 21.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA
Vengono descritte una nuova tecnica e strutture per la fabbricazione in forma integrata di un dispositivo microelettronico a vuoto (VMD). Il termine VMD o dispositivo microelettronico a vuoto, come utilizzato nella presente, indica non soltanto un diodo ma anche un triodo, un tetrodo, un pentodo o qualsiasi altro dispositivo che sia realizzato utilizzando la struttura di base del dispositivo VMD. La struttura di base del VMD comprende un dispositivo comprendente almeno una punta affusolata a emissione (catodo), un collettore (anodo) con un isolante che separa Γ emettitore ed il collettore e in cui vi à ̈ preferibilmente la trasmissione diretta di elettroni dall’emettitore al collettore.
La figura 1 illustra una vista in sezione trasversale di un VMD 1 secondo una prima forma di realizzazione della presente illustrazione. Il VMD 1 viene formato su un substrato a semiconduttore altamente drogato 11, sul quale viene formato almeno uno strato isolante 12 con uno spessore idoneo a sostenere una tensione operativa massima. Preferibilmente, il substrato a semiconduttore 11 à ̈ un substrato a semiconduttore altamente drogato di tipo n, e preferibilmente il materiale utilizzato per drogare il substrato a semiconduttore 11 contiene fosforo, e la resistività del substrato a semiconduttore 11 à ̈ di circa 4 mOhm per cm. Preferibilmente, Γ almeno uno strato isolante 12 à ̈ uno strato di biossido di silicio (SiO2).
Sono ugualmente accettabili altri materiali per il substrato a semiconduttore drogato Il o per l’almeno uno strato isolante 12 e può essere adottato qualsiasi metodo idoneo per la formazione di strati come viene generalmente praticato nell’ industria dei semiconduttori.
Preferibilmente, viene formato l’almeno uno strato isolante 12 per mezzo di un noto procedimento termico controllato in temperatura (tipicamente compresa tra 900 °C e 1100 °C) come, per esempio, una deposizione PECVD (deposizione chimica di vapore migliorata al plasma).
Poiché viene depositato lo strato isolante 12, viene formata una buca o spazio a vuoto 19 all’interno di detto almeno uno strato isolante 12. Lo spazio a vuoto 19 viene formato formando una maschera litografica sullo strato isolante e successivamente effettuando un’incisione anisotropa sullo strato isolante 12 per rimuovere il materiare isolante dello strato 12 laddove deve essere formata la buca a vuoto; l’incisione anisotropa viene effettuata fino a quando la superficie superiore del substrato a semiconduttore drogato 11 non resta esposta. La forma della buca a vuoto 19 può essere quadrata, rotonda, ovale, eccetera. Preferibilmente, la larghezza W della buca a vuoto 19 à ̈ compresa nell’intervallo tra 0,35 nanometri e 0,55 nanometri.
Preferibilmente, la formazione della buca o spazio a vuoto 19 comprende la formazione di uno strato di mascheratura che à ̈ sensibile in senso positivo o negativo ad alcune forme di radiazione attinica e viene depositato sulla superficie interessata, successivamente questo strato viene esposto secondo un pattern all’appropriata radiazione attinica per rimuovere selettivamente lo strato di mascheratura ed esporre la superficie sottostante secondo il pattern richiesto, successivamente la superficie di esposizione viene incisa in modo anisotropo per rimuovere tutto o parte del materiale sottostante come richiesto, e in seguito vengono rimosse le aree rimanenti dello strato di mascheratura.
Una deposizione non conforme di un primo materiale metallico 42 sulla struttura precedentemente realizzata chiude la buca a vuoto 19. Preferibilmente, il primo strato metallico 42 viene depositato a basse temperature, tipicamente inferiori a 300 °C, in modo che la velocità di deposizione non sia omogenea in tutte le direzioni, ma sia privilegiata la direzione orizzontale. Il primo strato metallico 42 à ̈ posizionato in modo adiacente a un bordo superiore 40 della buca a vuoto 19, preferibilmente in modo adiacente al bordo superiore dell’apertura superiore della buca a vuoto 19, formando protuberanze a partire da detto bordo superiore 40 che, sviluppandosi principalmente lungo la direzione orizzontale, si avvicinano verso l’interno della buca a vuoto, restando sospese sopra detta buca a vuoto 19, e si uniscono alla fine della fase di deposizione. Detta buca a vuoto 19 ha una larghezza W tale che il primo strato metallico 42 resti sospeso sopra detta buca a vuoto 19; il primo strato metallico 42 consente la sigillatura della buca a vuoto 19.
Il bordo superiore 40 si riferisce al bordo dell’apertura della buca a vuoto 19 che risulta aperta nella superficie superiore di detto almeno uno strato isolante 12. La profondità dello spazio a vuoto 19 à ̈ uguale allo spessore dello strato isolante 12 in modo da esporre il substrato a semiconduttore altamente drogato 11 attraverso lo spazio a vuoto 19, mentre la larghezza W dello spazio a vuoto 19, vale a dire la dimensione della sezione trasversale dello spazio a vuoto 19, à ̈ idonea a evitare una precipitazione del primo strato metallico 42 depositato alfintemo della buca a vuoto 19. Preferibilmente, lo spessore del primo strato metallico 42 depositato à ̈ idonea a produrre una calotta sigillante; preferibilmente, lo spessore del primo strato metallico 42 depositato à ̈ uguale ad almeno la larghezza W della buca a vuoto 19, in ogni caso, à ̈ minore di 1 pm.
Tipicamente, viene utilizzata una tecnica di deposizione a polverizzazione RF per la formazione del primo strato metallico 42, tuttavia altri procedimenti possono produrre risultati accettabili.
Poiché detto primo strato metallico 42 à ̈ l’ultima deposizione svolta in un ambiente a vuoto, preferibilmente un ambiente ad alto vuoto, la buca a vuoto 19 avrà una pressione a vuoto di circa 10<-5>Tor, preferibilmente la pressione nella fase di deposizione del primo strato metallico 42.
Il primo strato metallico 42 viene in seguito definito in modo litografico, lasciando solo la porzione centrale idonea che continua a garantire la sigillatura della buca a vuoto 19.
Il primo strato metallico 42, essendo uno strato a emissione di elettroni, fungerà da catodo durante il funzionamento del VMD 1.
In seguito, una passivazione del catodo viene realizzata attraverso un procedimento di deposizione di un ulteriore strato isolante 400, preferibilmente un procedimento di deposizione di tipo PECVD. Tuttavia, può essere adottata qualsiasi tecnica di passivazione idonea, come esaminato in modo analogo nelle precedenti fasi del procedimento.
Un’apertura 3 viene successivamente disposta nello strato isolante 400, avente uno spessore compreso nell’ intervallo tra 100 nm e 200 nm, fino a quando non resta esposta una porzione della superficie superiore del primo strato metallico 42. Detta apertura à ̈ idonea a formare il contatto del catodo 10 per consentire il collegamento elettrico a partire dalla sommità del dispositivo VMD 1 ultimato.
A tale scopo viene depositato un ulteriore strato metallico sulla struttura appena realizzata e nell’apertura 3. Preferibilmente, la deposizione di tungsteno à ̈ seguita da un’ulteriore deposizione di alluminio per riempire completamente le aperture 3.
Il contatto del catodo 10 che corrisponde al punto di accesso del primo strato metallico 42 Ã ̈ definito in modo litografico da detto ulteriore strato metallico.
Un ulteriore strato conduttivo posteriore 22 (per esempio, di alluminio) viene posizionato sotto il substrato a semiconduttore altamente drogato 11 in modo da formare l’anodo. Preferibilmente, la finitura posteriore viene prodotta mediante un procedimento di levigazione ed evaporazione.
Quando viene applicata una differenza di potenziale appropriata tra gli elettrodi collegati al primo strato metallico 42 e l’ulteriore strato conduttivo 22 (con un potenziale positivo applicato all’elettrodo collegato al primo strato metallico 42), il catodo consente agli elettroni di migrare attraverso lo spazio a vuoto 19 e di muoversi verso il materiale del substrato altamente drogato Il e l’ulteriore strato conduttivo 22.
Preferibilmente, il primo strato metallico 42 forma una cuspide 30 all’interno della buca a vuoto 19; ciò migliora remissione di elettroni a partire dal primo strato metallico 42 all’interno della buca a vuoto 19 verso l’anodo.
Due strati conduttivi (anodo 22, 11 e catodo 10, 42) formano un dispositivo a diodo semplice di tipo VMD, mentre tre, quattro e cinque strati possono formare rispettivamente un triodo, un tetrodo e un pentodo. Detti ulteriori strati conduttivi sono chiamati “strati a griglia†e vengono interposti tra il primo strato metallico 42 e il secondo strato metallico 22 durante il flusso del procedimento descritto.
Una vista in sezione trasversale di un VMD 100 secondo una seconda forma di realizzazione della presente illustrazione à ̈ illustrata nella figura 2. Le differenti fasi del procedimento per formare il VMD 100 sono illustrate nelle figure 3-18.
La struttura iniziale comprende anche in questo caso il substrato a semiconduttore altamente drogato 11 (figura 3), sul quale viene formato un primo strato isolante 12.
Preferibilmente, il substrato a semiconduttore 11 à ̈ un substrato a semiconduttore altamente drogato di tipo n, e preferibilmente il materiale utilizzato per drogare il substrato a semiconduttore 11 contiene fosforo, e la resistività del substrato a semiconduttore 11 à ̈ di circa 4 mOhm per cm. Preferibilmente, il primo strato isolante 12 à ̈ uno strato di biossido di silicio (SiO2).
Preferibilmente, viene formato l’ almeno uno strato isolante 12 per mezzo di un noto procedimento termico controllato in temperatura (tipicamente compresa tra 900 °C e 1100 °C) come, per esempio, una deposizione PECVD (deposizione chimica di vapore migliorata al plasma).
Un primo strato conduttivo 13, che può essere di silicio policristallino drogato, viene in seguito depositato sul primo strato isolante 12 (figura 4). La resistività del silicio policristallino viene determinata utilizzando una carica drogante che può avere valori compresi nell’ intervallo di 10÷100 mΩ*cm. Preferibilmente, lo spessore dello strato conduttivo 13 à ̈ compreso tra 300 nm e 500 nm, e detto strato 13 viene preferibilmente depositato attraverso deposizione LTCVD (deposizione chimica di vapore a bassa temperatura). Tuttavia, à ̈ possibile utilizzare un ulteriore materiale elettrico conduttivo idoneo per formare lo strato 13.
Un primo conduttore a griglia 17 viene in seguito definito in modo litografico a partire dallo strato conduttivo 13 come à ̈ illustrato nella figura 5. Nella fase successiva, un primo strato isolante a griglia 93 viene formato sul conduttore a griglia sagomato 17 (figura 6). Qualsiasi materiale che possiede proprietà di isolamento elettrico può essere utilizzato per il primo strato isolante a griglia 93, come per esempio biossido di silicio (SiO2) di uno spessore tipico di 100÷200 nm. Preferibilmente, viene utilizzata la deposizione PECVD, anche se si può adottare qualsiasi tecnica idonea.
Le ultime tre fasi possono essere ripetute per realizzare gruppi alternati stratificati di conduttori a griglia e di isolanti a griglia che formeranno gli elettrodi nel dispositivo VMD 100 ultimato. In questo caso, al di sopra di primo strato isolante a griglia 93 viene definito in modo litografico un secondo conduttore a griglia 94 a partire da un secondo strato conduttivo 14, e in seguito viene depositato un secondo strato isolante a griglia 95 (figure 7-9). Tuttavia, ulteriori gruppi alternati stratificati di conduttori e isolanti possono essere realizzati per ottenere più elettrodi nel VMD 100 ultimato.
La fase successiva à ̈ la formazione di una buca a vuoto 19 in corrispondenza di una porzione centrata dell’area sotto la quale sono presenti sia il primo conduttore a griglia 17 sia il secondo conduttore a griglia 94, come illustrato nella figura 10. Lo spazio a vuoto 19 viene realizzato formando una maschera litografica sullo strato isolante 95 e successivamente effettuando un’incisione anisotropa sullo strato 95 e sugli strati disposti sotto lo strato isolante 95, che sono gli strati 94, 93, 17 e 12, per rimuovere il materiare isolante e in silicio policristallino di detti strati laddove deve essere formata la buca a vuoto; l’incisione anisotropa viene effettuata fino a quando la superficie superiore del substrato a semiconduttore drogato 11 non resta esposta. La forma della buca a vuoto 19 può essere quadrata, rotonda, ovale, eccetera.
Preferibilmente, la formazione della buca o spazio a vuoto 19 fornisce la formazione di uno strato di mascheratura che à ̈ sensibile in senso positivo o negativo a forme di radiazione attinica e viene depositato sulla superficie interessata, successivamente questo strato viene esposto secondo un pattern all’appropriata radiazione attinica per rimuovere selettivamente lo strato di mascheratura ed esporre la superficie sottostante secondo il pattern richiesto, successivamente la superficie di esposizione viene incisa in modo anisotropo per rimuovere tutto o parte del materiale sottostante come richiesto, e in seguito vengono rimosse le aree rimanenti dello strato di mascheratura.
Preferibilmente, un secondo strato isolante 21 di uno spessore inferiore (tipicamente compreso nell’intervallo tra 50 nm e 100 nm) viene in seguito depositato in modo conforme sulla struttura precedentemente realizzata, per coprire anche le pareti interne dello spazio a vuoto 19 (figura 11). Preferibilmente, il secondo strato isolante 21 può essere di nitruro di silicio (Si3N4) che può essere formato attraverso metodi noti che garantiscono uno spessore di strato omogeneo in tutte le direzioni come, per esempio, fino a una deposizione PECVD.
Il secondo strato isolante 21 viene in seguito definito lasciando il secondo strato isolante 21 soltanto sulle pareti laterali dello spazio a vuoto 19 (figura 12). Vantaggiosamente, l’incisione selettiva à ̈ un’incisione a selezione asciutta o anisotropa senza utilizzo di maschere. Lo strato isolante 21 consente l’isolamento dello spazio a vuoto 19 a partire dai conduttori a griglia 94 e 17. Preferibilmente, la larghezza W della buca a vuoto 19, dopo la formazione dello strato isolante 21 soltanto sulle pareti laterali dello spazio a vuoto 19, varia nell’intervallo tra 0,35 nanometri e 0,55 nanometri.
I due conduttori a griglia 17, 94 circondano ora la buca a vuoto 19, e fungono da elettrodi nel VMD 100 ultimato (figura 2). Attraverso le applicazioni di valori idonei di tensione, detti elettrodi 17, 94 guidano l’emissione di elettroni del VMD 100.
Una deposizione non conforme di un primo strato metallico 42 sulla struttura precedentemente realizzata chiude la buca a vuoto 19 (figura 13). Preferibilmente il primo strato metallico 42 viene depositato a basse temperature, tipicamente inferiori a 300 °C, in modo che la velocità di deposizione non sia omogenea in tutte le direzioni, ma privilegiata orizzontalmente. Il primo strato metallico 42 viene posizionato in modo adiacente a un bordo superiore 40 della buca a vuoto 19, preferibilmente in modo adiacente al bordo superiore dell’apertura superiore della buca a vuoto 19, formando protuberanze a partire da detto bordo superiore 40 che, sviluppandosi principalmente in modo orizzontale, si avvicinano verso la parte interna della buca a vuoto, restando sospese sopra detta buca a vuoto 19, e si uniscono alla fine della fase di deposizione. Detta buca a vuoto 19 presenta una larghezza W tale che il primo strato metallico 42 resti sospeso sopra detta buca a vuoto 19; il primo strato metallico 42 consente la sigillatura della buca a vuoto 19.
II bordo superiore 40 si riferisce al bordo dell’apertura della buca a vuoto 19 che à ̈ aperta nella superficie superiore dello strato isolante 95. La profondità dello spazio a vuoto 19 à ̈ uguale allo spessore di tutti gli strati isolanti 95, 94, 93, 17, 12, in modo da esporre il substrato a semiconduttore altamente drogato 11 attraverso lo spazio a vuoto 19, mentre la larghezza W dello spazio a vuoto 19, che à ̈ la dimensione della sezione trasversale dello spazio a vuoto 19, à ̈ idonea a evitare una precipitazione del primo strato metallico 42 depositato all’interno della buca a vuoto 19. Preferibilmente, lo spessore del primo strato metallico 42 depositato à ̈ idonea a produrre una calotta sigillante; preferibilmente, lo spessore del primo strato metallico 42 depositato à ̈ uguale ad almeno la larghezza W della buca a vuoto 19 e, in ogni caso, minore di 1 Î1⁄4m.
Una tecnica di deposizione a polverizzazione RF viene tipicamente utilizzata per la formazione del primo strato metallico 42, ma altri procedimenti possono produrre risultati accettabili.
Poiché detto primo strato metallico 42 à ̈ l’ultima deposizione svolta in un ambiente a vuoto, preferibilmente un ambiente ad alto vuoto, la buca a vuoto 19 avrà una pressione a vuoto di circa 10<-5>Tor, preferibilmente la pressione nella fase di deposizione del primo strato metallico 42.
Il primo strato metallico 42 viene successivamente definito in modo litografico (figura 14), lasciando soltanto la porzione centrale idonea che continua a garantire la sigillatura della buca a vuoto 19.
Il primo strato metallico 42, essendo uno strato a emissione di elettroni, fungerà da catodo durante il funzionamento del VMD 100.
Preferibilmente, il primo strato metallico 42 forma una cuspide 30 all’ interno della buca a vuoto 19; ciò migliora l’emissione di elettroni a partire dal primo strato metallico 42 all’intemo della buca a vuoto 19 verso l’anodo.
Una passivazione del catodo viene successivamente realizzata attraverso un procedimento di deposizione di un ulteriore strato isolante 400 come, per esempio, una deposizione PECVD (figura 15). Tuttavia, può essere adottata qualsiasi tecnica di passivazione idonea, come esaminato in modo analogo nelle precedenti fasi del procedimento.
Un’apertura 3 viene in seguito definita in modo litografico sullo strato isolante 400, avente uno spessore compreso nell’intervallo tra 100 nm e 200 nm, e il materiale isolante viene inciso e rimosso in modo che resti esposta una porzione della superficie superiore del primo strato metallico 42 (figura 16). Detta apertura à ̈ idonea a formare il contatto del catodo 10 per consentire il collegamento elettrico a partire dalla sommità del dispositivo VMD 100 ultimato.
Una pluralità di aperture 5, 6 vengono definite in modo litografico nello strato isolante 400 unitamente all’apertura 3 (figura 16), preferibilmente le aperture 5 e 6 presentano una forma ad anello. I materiali isolanti degli strati isolanti sovrapposti 93, 95, 400 all’interno delle aperture 5, 6 vengono in seguito incisi durante la fase di incisione e di rimozione per l’apertura 3 (figura 16) in modo da raggiungere la superficie superiore di ciascuno strato a griglia 94, 17. Dette aperture 5, 6 essendo idonee a formare una pluralità di guide metalliche per consentire il collegamento, a partire dalla sommità del VMD 100 ultimato, agli strati conduttivi a griglia 94, 17.
In seguito un ulteriore strato metallico, come per esempio tungsteno, viene depositato sulla struttura appena realizzata e nelle aperture 3, 5 e 6 (figure 17). Preferibilmente, la deposizione di tungsteno à ̈ seguita da un’ulteriore deposizione di alluminio per riempire completamente le aperture 3, 5, 6.
Il contatto del catodo 10 corrispondente al punto di accesso del primo strato metallico 42 e i contatti dell’elettrodo 8, 9 per collegare gli strati conduttivi 94, 17 vengono definiti in modo litografico in detto ulteriore strato metallico formando aperture idonee e incidendo una porzione di rimozione dell’ ulteriore strato metallico (figura 18).
Infine, un’ulteriore strato conduttivo posteriore 22 (di alluminio, per esempio) viene posizionato sotto il substrato a semiconduttore drogato 11 , formando un contatto che funge da anodo del VMD 100 (figura 2). Preferibilmente, la finitura posteriore viene realizzata mediante un procedimento di levigazione ed evaporazione.
Quando viene applicata una differenza di potenziale appropriata tra gli elettrodi collegati al primo strato metallico 42 e all’ulteriore strato conduttivo 22 (con un potenziale positivo applicato all’elettrodo collegato al primo strato metallico 42), il catodo consente agli elettroni di migrare attraverso lo spazio a vuoto 19 e di muoversi verso il materiale del substrato altamente drogato Il e l’ulteriore strato conduttivo 22.
La figura 19 illustra uno schema del VMD 100 della figura 2 nel caso in cui il VMD 100 sia configurato come un tetrodo. I percorsi metallici 80, 90 e 110 vengono formati per mettere a contatto rispettivamente il catodo 10 e gli strati conduttivi a griglia 94 e 17 in modo da agire elettronicamente sul catodo (per modificare l’emissione di elettroni) e sugli strati conduttivi a griglia 94 e 17 (per modificare il campo elettrico al quale viene sottoposta la buca a vuoto 19). Il percorso metallico 80 si estende per circa il 50% dell’apertura ad anello 5 in cui à ̈ depositato lo strato metallico 8, mentre il percorso metallico 90 si estende per più del 50% dell’apertura ad anello 6 in cui viene depositato lo strato metallico 9; il percorso metallico 110 si estende lungo la buca dell’apertura 3 in cui à ̈ depositato il metallo 10.
La figura 20 illustra uno schema del VMD 100 della figura 2 nel caso in cui il VMD 100 sia configurato come un triodo caldo. I percorsi metallici 90 e 110 vengono formati per mettere a contatto rispettivamente il catodo 10 e lo strato conduttivo a griglia 17, in modo da agire elettricamente sul catodo (per modificare l’emissione di elettroni) e sullo strato di silicio policristallino 17 (per modificare il campo elettrico a cui viene sottoposta la buca a vuoto 19). A differenza dello schema della figura 19 lo strato conduttivo a griglia 94 entra a contatto in due punti differenti 81, 82, con il punto di contatto 81 opposto al punto di contatto 82 lungo l’apertura ad anello 5 riempita con lo strato metallico 8, in modo da collegare i rispettivi percorsi metallici 81 e 82 ad un riscaldatore metallico. Infatti, polarizzando detti due metalli di contatto 81, 82 scorrerà una corrente e lo strato conduttivo a griglia 94 il quale, fungendo da resistore, si riscalderà per effetto Joule.
Una vista in sezione trasversale del VMD 101 secondo una terza forma di realizzazione della presente illustrazione à ̈ illustrata nella figura 21. Il VMD 101 differisce dal VMD 100 nella figura 2 per l’assenza della griglia conduttiva 94 e dello strato isolante 95. Viene formata soltanto l’apertura 6 per consentire il contatto dello strato conduttivo a griglia 17 per mezzo dello strato metallico 9.
Come illustrato nella figura 22, lo schema del VMD 101 comprende percorsi metallici 90 e 110 che vengono formati per entrare a contatto rispettivamente con il catodo 10 e lo strato conduttivo a griglia 17 in modo da agire elettronicamente sul catodo (per modificare l’emissione di elettroni) e sullo strato conduttivo a griglia 17 (per modificare il campo elettrico a cui viene sottoposta la bucaa vuoto 19). Il percorso metallico 90 si estende per più del 50% dell’apertura ad anello 6 in cui à ̈ depositato lo strato metallico 9; il percorso metallico 110 si estende lungo la buca dell’apertura 3 in cui à ̈ depositato il metallo 10.

Claims (18)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo microelettronico a vuoto integrato (1, 100, 101) comprendente: un substrato a semiconduttore altamente drogato (11), almeno uno strato isolante (12, 93, 95) posizionato al di sopra di detto substrato a semiconduttore drogato (11), una buca a vuoto (19) formata alfintemo di detto almeno uno strato isolante (12, 93, 95) ed estendentesi fino al substrato a semiconduttore altamente drogato (11), un primo strato metallico (42) posizionato al di sopra di detta buca a vuoto e che funge da catodo, un secondo strato metallico (22) posizionato al di sotto di detto substrato a semiconduttore altamente drogato (11) e che funge da anodo, in cui detto primo strato metallico (42) Ã ̈ posizionato in modo adiacente al bordo superiore (40) di detta buca a vuoto (19), detta buca a vuoto (19) presentando una larghezza (W) tale che il primo strato metallico (42) resti sospeso su detta buca a vuoto (19).
  2. 2. Dispositivo microelettronico a vuoto integrato secondo la rivendicazione 1, in cui almeno uno strato isolante (12, 93, 95) comprende due o più strati isolanti (12, 93, 95) separati da uno o più strati conduttivi (17, 94), in modo che uno strato conduttivo sia posizionato tra due strati isolanti formando più strati isolanti (12, 93, 95) e strati conduttivi (17, 94), detta buca a vuoto (19) viene formata all’interno di detti più strati isolanti (12, 93, 95) e strati conduttivi (17, 94), il dispositivo microelettronico a vuoto integrato comprendendo uno o più elettrodi per mettere a contatto gli strati conduttivi (17, 94) dei gruppi.
  3. 3 Dispositivo microelettronico a vuoto integrato secondo la rivendicazione 2, in cui detta buca a vuoto (19) Ã ̈ dotata di un ulteriore strato isolante (21) posizionato sulle pareti laterali della stessa.
  4. 4. Dispositivo microelettronico a vuoto integrato secondo la rivendicazione 3, in cui detto ulteriore strato isolante (21) à ̈ realizzato in nitruro di silicio (Si3N4) avente uno spessore nell’ intervallo compreso tra 50 e 100 nm.
  5. 5. Dispositivo microelettronico a vuoto integrato secondo la rivendicazione 2, in cui detti strati conduttivi (17, 94) sono realizzati in silicio policristallino drogato, avente uno spessore compreso tra 300 nm e 500 nm e una resistività compresa nell’intervallo tra 10 e 100 mΩ·cm .
  6. 6. Dispositivo microelettronico a vuoto integrato secondo la rivendicazione 1, in cui detto spazio a vuoto (19) ha una larghezza compresa nell’ intervallo tra 0,35 nm e 0,55 nm.
  7. 7. Dispositivo microelettronico a vuoto integrato secondo la rivendicazione 1, in cui il vuoto della buca a vuoto (19) si trova a una pressione di circa IO<'5>Tor.
  8. 8. Dispositivo microelettronico a vuoto integrato secondo la rivendicazione 1, in cui detto primo strato metallico (42) ha uno spessore uguale almeno alla larghezza della buca a vuoto (19).
  9. 9. Dispositivo microelettronico a vuoto integrato secondo la rivendicazione 2, in cui esso comprende tre strati isolanti (12, 93, 95) separati da due strati conduttivi (17, 94), uno strato conduttivo a griglia (94) essendo a contatto in due punti differenti (81, 82) per collegare i rispettivi percorsi metallici (81, 82) che derivano da detti due punti di contatto differenti con un riscaldatore metallico.
  10. 10. Metodo per fabbricare un dispositivo microelettronico a vuoto integrato (1, 100, 101), comprendente: la formazione di un substrato a semiconduttore altamente drogato (11); la deposizione di almeno uno strato isolante (12, 93, 95) su detto substrato a semiconduttore drogato (11), la formazione di una buca a vuoto (19) all’interno di detto almeno uno strato isolante (12, 93, 95), la buca a vuoto estendendosi fino al substrato a semiconduttore altamente drogato (11), la deposizione di almeno un primo strato metallico (42) su detta buca a vuoto (19), detto primo strato metallico (42) fungendo da catodo, la formazione di un secondo strato metallico (22) sotto detto substrato a semiconduttore altamente drogato (11), detto secondo strato metallico (22) fungendo da anodo, in cui detto primo strato metallico (42) à ̈ posizionato in modo adiacente a un bordo superiore (40) di detta buca a vuoto (19), detta buca a vuoto (19) presentando una larghezza tale che il primo strato metallico (42) resti sospeso sopra detta buca a vuoto (19).
  11. 11. Metodo secondo la rivendicazione 10, comprendente la formazione di due o più strati isolanti (12, 93, 95) separati da uno o più strati conduttivi (17, 94), in modo tale che uno strato conduttivo sia posizionato tra due strati isolanti formando più strati isolanti (12, 93, 95) e strati conduttivi (17, 94), detta buca a vuoto (19) essendo formata all’interno di detta pila di strati isolanti (12, 93, 95) e strati conduttivi (17, 94), detta buca a vuoto (19) essendo formata all’interno di detti più strati isolanti (12, 93, 95) e strati conduttivi (17, 94), il metodo comprendendo formare uno o più elettrodi per mettere a contatto gli strati conduttivi (17, 94) della pila.
  12. 12. Metodo secondo la rivendicazione 11, comprendente, prima della deposizione del primo strato metallico (42), la deposizione di un ulteriore strato isolante (21) sui più strati isolanti (12, 93, 95) e strati conduttivi (17, 94) e detta buca a vuoto (19), rimuovendo in modo selettivo detto ulteriore strato isolante (21) in modo tale che l’ulteriore strato isolante (21) sia posizionato soltanto sulle pareti laterali di detta buca a vuoto (19).
  13. 13. Metodo secondo la rivendicazione 12, in cui detto ulteriore strato isolante (21) à ̈ realizzato in nitruro di silicio (SÃŒ3N4) e presenta uno spessore compreso nell’intervallo tra 50 nm e 100 nm.
  14. 14. Metodo secondo la rivendicazione 11, in cui detti strati conduttivi (17, 94) sono realizzati in silicio policristallino, avente uno spessore compreso tra 300 nm e 500 nm, e una resistività compresa nell’intervallo tra 10 e 100 mΩ·per cm.
  15. 15. Metodo secondo la rivendicazione 10, in cui detto spazio a vuoto (19) presenta una larghezza compresa nell’intervallo tra 0,35 nm e 0,55 nm.
  16. 16. Metodo secondo la rivendicazione 10, in cui il vuoto della buca a vuoto (19) si trova a una pressione di circa 10<-5>Tor.
  17. 17. Metodo secondo la rivendicazione 10, in cui la fase di deposizione del primo strato metallico (42) avviene a basse temperature, in modo che la velocità di deposizione non sia omogenea in tutte le direzioni, ma sia privilegiata la direzione orizzontale, detta fase di deposizione fornendo la formazione di protuberanze a partire da detto bordo superiore (40) che si avvicinano verso l’interno della buca a vuoto (19), restando sospese sopra detta buca a vuoto (19), e si uniscono alla fine della fase di deposizione del primo strato metallico (42).
  18. 18. Metodo secondo la rivendicazione 10, in cui detto primo strato metallico (42) presenta uno spessore uguale ad almeno la larghezza della buca a vuoto (19).
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