JP3271775B2 - 自己整列されたアノードを有するプレーナ・バキューム・マイクロエレクトロニック・デバイスを形成するための方法 - Google Patents
自己整列されたアノードを有するプレーナ・バキューム・マイクロエレクトロニック・デバイスを形成するための方法Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J9/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
- H01J9/02—Manufacture of electrodes or electrode systems
- H01J9/022—Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes
- H01J9/025—Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes of field emission cathodes
-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J21/00—Vacuum tubes
- H01J21/02—Tubes with a single discharge path
- H01J21/06—Tubes with a single discharge path having electrostatic control means only
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- H01J21/105—Tubes with a single discharge path having electrostatic control means only with one or more immovable internal control electrodes, e.g. triode, pentode, octode with microengineered cathode and control electrodes, e.g. Spindt-type
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
Description
【0001】この発明は、マイクロエレクトロニック・
デバイスに関するものであり、より詳細には、自己整列
されており、近接した間隔のエレメントを有するプレー
ナ・バキューム・マイクロエレクトロニック・デバイス
を形成するための方法に関するものである。
デバイスに関するものであり、より詳細には、自己整列
されており、近接した間隔のエレメントを有するプレー
ナ・バキューム・マイクロエレクトロニック・デバイス
を形成するための方法に関するものである。
【0002】高速の電子的システムにおいて用いるのに
有望な技術はバキューム・マイクロエレクトロニック・
デバイスであり、本質的には、コールド・エミッタを用
いたミニアチュア・バキューム・チューブである。一つ
のタイプのバキューム・マイクロエレクトロニック・デ
バイスで用いられる電界エミッタにおいては、その幅が
電界によって規定されるバキューム・エネルギ・バリヤ
に対して、電子のトンネル・スルーが生じる。エミッタ
の先端で生起する重要な電子のトンネル動作のために、
該先端における電界は比較的高い強度(例えば、1×1
07 V/cm)まで十分に達することになる。このよう
に高い電界に到達するためには、該エミッタには比較的
シャープな先端(例えば、クサビ、コーンまたはピラミ
ッド形状の先端部)が設けられる。更に、このエミッタ
はエキストラクション(抽出)電極に比較的近接して設
けられている。エミッタとエキストラクション(抽出)
電極との間のギャップが小さくなればなる程、必要な電
界強度を生成させるのに必要な電圧が低くなる。更に、
その間隔が狭くなればなる程、バキュームのために必要
な厳しさが少なくなる。これらの考察については次のよ
うな表題の雑誌の論文において詳細に検討されている。
即ち、「バキューム・マイクロエレクトロニクス・デバ
イスにおける物理的考察(Physical Considerations in
Vacuum Microelectronics Devices, )」エレクトロン
・デバイス(Electron Devices),IEEE,1989年11
月号, Vol. 36, No.11, p.2641において、詳細に検討さ
れている。
有望な技術はバキューム・マイクロエレクトロニック・
デバイスであり、本質的には、コールド・エミッタを用
いたミニアチュア・バキューム・チューブである。一つ
のタイプのバキューム・マイクロエレクトロニック・デ
バイスで用いられる電界エミッタにおいては、その幅が
電界によって規定されるバキューム・エネルギ・バリヤ
に対して、電子のトンネル・スルーが生じる。エミッタ
の先端で生起する重要な電子のトンネル動作のために、
該先端における電界は比較的高い強度(例えば、1×1
07 V/cm)まで十分に達することになる。このよう
に高い電界に到達するためには、該エミッタには比較的
シャープな先端(例えば、クサビ、コーンまたはピラミ
ッド形状の先端部)が設けられる。更に、このエミッタ
はエキストラクション(抽出)電極に比較的近接して設
けられている。エミッタとエキストラクション(抽出)
電極との間のギャップが小さくなればなる程、必要な電
界強度を生成させるのに必要な電圧が低くなる。更に、
その間隔が狭くなればなる程、バキュームのために必要
な厳しさが少なくなる。これらの考察については次のよ
うな表題の雑誌の論文において詳細に検討されている。
即ち、「バキューム・マイクロエレクトロニクス・デバ
イスにおける物理的考察(Physical Considerations in
Vacuum Microelectronics Devices, )」エレクトロン
・デバイス(Electron Devices),IEEE,1989年11
月号, Vol. 36, No.11, p.2641において、詳細に検討さ
れている。
【0003】バキューム・マイクロエレクトロニック・
デバイスを製造するための一つの実際的な方法は、(例
えば、シリコンまたはセラミックの)基板のマイクロマ
シニングをすることである。例えば、「横方向に小型化
されたバキューム・デバイス(Lateral Miniaturized V
acuumDevices)」IEDM 89−533,なる雑誌の
論文には、シリコン・基板上にバキューム・トライオー
ドを製造するためのプロセスについて述べられている。
特に、エミッタの上部に電極を構成することによって、
そのエミッタはエキストラクション(抽出)電極に比較
的近接して配置されているが、この電極は後から除去さ
れる犠牲層によってエミッタから離されている。コレク
タおよびエミッタは、パターニング技術(例えば、フォ
トリソグラフィ)およびエッチング技術によって配置さ
れる。
デバイスを製造するための一つの実際的な方法は、(例
えば、シリコンまたはセラミックの)基板のマイクロマ
シニングをすることである。例えば、「横方向に小型化
されたバキューム・デバイス(Lateral Miniaturized V
acuumDevices)」IEDM 89−533,なる雑誌の
論文には、シリコン・基板上にバキューム・トライオー
ドを製造するためのプロセスについて述べられている。
特に、エミッタの上部に電極を構成することによって、
そのエミッタはエキストラクション(抽出)電極に比較
的近接して配置されているが、この電極は後から除去さ
れる犠牲層によってエミッタから離されている。コレク
タおよびエミッタは、パターニング技術(例えば、フォ
トリソグラフィ)およびエッチング技術によって配置さ
れる。
【0004】現状において極めて進歩しているパターニ
ング技術およびエッチング技術は、VLSIの製造にお
いて用いられているもののように、約0.2ミクロンの
パターニングおよび整列の公差をもって、約0.5ミク
ロンよりは低くない解像度にされている。しかしなが
ら、実際のバキューム・マイクロエレクトロニック・デ
バイスにおいては、その間隔をより小さくすること、お
よび、より良好なコントロールをすることが必要とされ
る。
ング技術およびエッチング技術は、VLSIの製造にお
いて用いられているもののように、約0.2ミクロンの
パターニングおよび整列の公差をもって、約0.5ミク
ロンよりは低くない解像度にされている。しかしなが
ら、実際のバキューム・マイクロエレクトロニック・デ
バイスにおいては、その間隔をより小さくすること、お
よび、より良好なコントロールをすることが必要とされ
る。
【0005】この発明は、プレーナ・マイクロエレクト
ロニック・デバイスを形成するための方法に指向された
ものであって、該デバイスに含まれているエレメントは
同じ材料または異なる材料からなるものであり、また、
該デバイスは数千オングストローム程度の極めて小さい
寸法のエレメント間のギャップで製造できるようにされ
ている。第1の犠牲材料による層が(カソードの先端を
掛けるために)堆積され、パターニングされる。薄い導
電層(カソード)が堆積され、そして、該第1の犠牲層
と同じ材料による別の犠牲層によってキャップされる。
これら2個のサンドイッチにされた層が、ここで、2個
のシーケンシャル・マスクをもってパターニングされ
て、カソードおよびその先端を形成するようにされる。
所定の厚みを有する別の犠牲材料による層が、適合堆積
(その厚みが全ての箇所で等しくなるように堆積するこ
とをいう。以下同じ。)の方法を用いて構造体の頂部上
に堆積される。この材料の厚みにより、カソードの先端
と自己整列されたアノードとの間のギャップが規定され
る。この態様においては、第1のエレメントおよびその
先端の垂直壁部に並んで犠牲材料による垂直壁部が形成
されるが、ここでの犠牲材料による垂直壁部の側面の厚
みは、堆積されている犠牲材料の厚みに等しくされてい
る。
ロニック・デバイスを形成するための方法に指向された
ものであって、該デバイスに含まれているエレメントは
同じ材料または異なる材料からなるものであり、また、
該デバイスは数千オングストローム程度の極めて小さい
寸法のエレメント間のギャップで製造できるようにされ
ている。第1の犠牲材料による層が(カソードの先端を
掛けるために)堆積され、パターニングされる。薄い導
電層(カソード)が堆積され、そして、該第1の犠牲層
と同じ材料による別の犠牲層によってキャップされる。
これら2個のサンドイッチにされた層が、ここで、2個
のシーケンシャル・マスクをもってパターニングされ
て、カソードおよびその先端を形成するようにされる。
所定の厚みを有する別の犠牲材料による層が、適合堆積
(その厚みが全ての箇所で等しくなるように堆積するこ
とをいう。以下同じ。)の方法を用いて構造体の頂部上
に堆積される。この材料の厚みにより、カソードの先端
と自己整列されたアノードとの間のギャップが規定され
る。この態様においては、第1のエレメントおよびその
先端の垂直壁部に並んで犠牲材料による垂直壁部が形成
されるが、ここでの犠牲材料による垂直壁部の側面の厚
みは、堆積されている犠牲材料の厚みに等しくされてい
る。
【0006】次に、第2の導電層が適合堆積を用いて堆
積される。この態様においては、第1のエレメントおよ
びその先端の垂直壁部からみて反対側の壁上において、
犠牲材料による垂直壁部に並んで第2の導電材料による
垂直壁部が形成される。これに次いで、第2の導電層が
異方性をもってエッチングされて、カソードの先端を横
切る第2の犠牲層に沿っていわゆるスペーサまたはステ
ィンガを形成するようにされる。該第2の導電層は異方
性をもってエッチングされ、これをもって、第1のエレ
メントと第2のエレメントとの間の犠牲材料を除去する
ようにされる。酸化物層が堆積され、パターニングされ
て、基板に対する相互接続メタルを固定するようにされ
る。この相互接続メタルが堆積され、パターニングされ
る。最後に、第1の犠牲層(酸化物)が(例えば、エッ
チングまたは洗いだしをもって)除去される。
積される。この態様においては、第1のエレメントおよ
びその先端の垂直壁部からみて反対側の壁上において、
犠牲材料による垂直壁部に並んで第2の導電材料による
垂直壁部が形成される。これに次いで、第2の導電層が
異方性をもってエッチングされて、カソードの先端を横
切る第2の犠牲層に沿っていわゆるスペーサまたはステ
ィンガを形成するようにされる。該第2の導電層は異方
性をもってエッチングされ、これをもって、第1のエレ
メントと第2のエレメントとの間の犠牲材料を除去する
ようにされる。酸化物層が堆積され、パターニングされ
て、基板に対する相互接続メタルを固定するようにされ
る。この相互接続メタルが堆積され、パターニングされ
る。最後に、第1の犠牲層(酸化物)が(例えば、エッ
チングまたは洗いだしをもって)除去される。
【0007】この発明の他の局面については、図面を関
連させながら以下の説明を参照することから明かにされ
る。
連させながら以下の説明を参照することから明かにされ
る。
【0008】図1A〜図4Aは本発明によってバキュー
ム・ダイオードを形成するときの種々の段階における縦
断面図である。
ム・ダイオードを形成するときの種々の段階における縦
断面図である。
【0009】図1B〜図4Bは本発明によってバキュー
ム・ダイオードを形成するときの種々の段階における頂
面図である。なお、図1B〜図4Bでは基板10を省略
している。
ム・ダイオードを形成するときの種々の段階における頂
面図である。なお、図1B〜図4Bでは基板10を省略
している。
【0010】ここで図1Aおよび図1Bを参照すると、
それぞれに、縦断面図および頂面図が示されているが、
基板10の上のランプ12は、約2000オングストロ
ームの2酸化シリコンを堆積させ、これについで該酸化
物をパターニングすることによって形成されたものであ
る。基板10はセラミックから作成することができ、ま
たは、好適には、窒化シリコンのような絶縁層によって
カバーされたシリコン・基板から作成することができ
る。次に、カソード14を形成する導電層(例えば、約
500オングストロームの厚みのタングステンの層)が
堆積され、これに続けて、カソード・キャップ16を形
成する材料の層(例えば、約2000オングストローム
の厚みの2酸化シリコンの層)が堆積される。該カソー
ド・キャップ16の材料は、下部にあるカソード14の
材料およびランプ12の材料の部分とともにパターニン
グされ、これに次いでエッチングされて、それぞれに、
カソード・キャップ16、カソード14およびランプ1
2を形成するようにされる。ランプ12は、このランプ
12を覆っているカソード14の部分18を上昇させ
る。この上昇カソード部分18は、電子の弾道的な移動
の助けになるものである。電界ラインを集中させるため
には、カソードの部分18のコーナ20が比較的シャー
プであることが重要である。シャープなコーナ20を得
るために、当業者にとって周知であることは、2個のマ
スキング・プロセスを用いてカソード・キャップ16の
材料のパターニングについての上記のステップを実行す
ることである。
それぞれに、縦断面図および頂面図が示されているが、
基板10の上のランプ12は、約2000オングストロ
ームの2酸化シリコンを堆積させ、これについで該酸化
物をパターニングすることによって形成されたものであ
る。基板10はセラミックから作成することができ、ま
たは、好適には、窒化シリコンのような絶縁層によって
カバーされたシリコン・基板から作成することができ
る。次に、カソード14を形成する導電層(例えば、約
500オングストロームの厚みのタングステンの層)が
堆積され、これに続けて、カソード・キャップ16を形
成する材料の層(例えば、約2000オングストローム
の厚みの2酸化シリコンの層)が堆積される。該カソー
ド・キャップ16の材料は、下部にあるカソード14の
材料およびランプ12の材料の部分とともにパターニン
グされ、これに次いでエッチングされて、それぞれに、
カソード・キャップ16、カソード14およびランプ1
2を形成するようにされる。ランプ12は、このランプ
12を覆っているカソード14の部分18を上昇させ
る。この上昇カソード部分18は、電子の弾道的な移動
の助けになるものである。電界ラインを集中させるため
には、カソードの部分18のコーナ20が比較的シャー
プであることが重要である。シャープなコーナ20を得
るために、当業者にとって周知であることは、2個のマ
スキング・プロセスを用いてカソード・キャップ16の
材料のパターニングについての上記のステップを実行す
ることである。
【0011】ここで図2Aおよび図2Bを参照すると、
2000オングストロームの厚みの窒化シリコンの犠牲
層22が、CVDのような適合堆積技術を用いて堆積さ
れる。この態様において、実際には、窒化シリコンの垂
直壁部24が基板10の上昇した構造体の側面に沿って
形成されており、最大の高さの窒化物の壁部24の部分
26はカソードの部分18の側部において見出されるよ
うにされている。更に、その堆積が適合性のものである
ことから、窒化物の壁部24の厚みは窒化物の堆積の厚
みと実質的に等しくされている。ここで注意されること
は、窒化物の壁部の部分の高さは窒化物の厚みの関数と
いうだけではなく、ランプ12、カソード14およびカ
ソード・キャップ16の関数でもあり、カソード・キャ
ップ16の厚みは窒化物の壁部の部分26の高さを調整
するための同様な候補である。なお、図2Bでは、カソ
ード・キャップ16上の犠牲層22を省略している。
2000オングストロームの厚みの窒化シリコンの犠牲
層22が、CVDのような適合堆積技術を用いて堆積さ
れる。この態様において、実際には、窒化シリコンの垂
直壁部24が基板10の上昇した構造体の側面に沿って
形成されており、最大の高さの窒化物の壁部24の部分
26はカソードの部分18の側部において見出されるよ
うにされている。更に、その堆積が適合性のものである
ことから、窒化物の壁部24の厚みは窒化物の堆積の厚
みと実質的に等しくされている。ここで注意されること
は、窒化物の壁部の部分の高さは窒化物の厚みの関数と
いうだけではなく、ランプ12、カソード14およびカ
ソード・キャップ16の関数でもあり、カソード・キャ
ップ16の厚みは窒化物の壁部の部分26の高さを調整
するための同様な候補である。なお、図2Bでは、カソ
ード・キャップ16上の犠牲層22を省略している。
【0012】ここで図3Aおよび図3Bを参照すると、
アノード28の形成は、ある種のMOSトランジスタの
製造において採用される、サイド・ウオール・スペーサ
技術と同様な技術を用いてなされる。アノード28を形
成する導電層は、5000オングストロームの厚みのポ
リサイド(polycide)のようなものであって、適合堆積
技術(例えば、CVD)を用いて堆積される。ここで、
犠牲材料の適合堆積についてのように、実際には、基板
10上の上昇した構造体の側面に沿って、アノード28
の材料の垂直壁部が形成されている。窒化物の壁部24
の最高の部分の近傍を除く全てのエリアからポリサイド
を除去するために十分な範囲で、このポリサイドは異方
性のエッチングがなされる。この態様においてアノード
28が形成される。その異方性のエッチングの過程にお
いて、窒化物の壁部の部分26によってはシールドされ
ていないために、この窒化物の壁部の部分26の外部の
アノード28の側部30は丸められることになる。な
お、図3Bでは、カソード・キャップ16上の犠牲層2
2は省略している。
アノード28の形成は、ある種のMOSトランジスタの
製造において採用される、サイド・ウオール・スペーサ
技術と同様な技術を用いてなされる。アノード28を形
成する導電層は、5000オングストロームの厚みのポ
リサイド(polycide)のようなものであって、適合堆積
技術(例えば、CVD)を用いて堆積される。ここで、
犠牲材料の適合堆積についてのように、実際には、基板
10上の上昇した構造体の側面に沿って、アノード28
の材料の垂直壁部が形成されている。窒化物の壁部24
の最高の部分の近傍を除く全てのエリアからポリサイド
を除去するために十分な範囲で、このポリサイドは異方
性のエッチングがなされる。この態様においてアノード
28が形成される。その異方性のエッチングの過程にお
いて、窒化物の壁部の部分26によってはシールドされ
ていないために、この窒化物の壁部の部分26の外部の
アノード28の側部30は丸められることになる。な
お、図3Bでは、カソード・キャップ16上の犠牲層2
2は省略している。
【0013】ここで図4Aおよび図4Bを参照すると、
アノード28によってカバーされていない層の部分を除
去するだけの技術を用いて、犠牲層22がエッチングさ
れる。例えば、窒化シリコンによる犠牲層22は、プラ
ズマ・エッチングを用いて除去される。この態様におい
て、アノード28とカソードの部分16との間の窒化物
の壁部の部分26が除去され、これに対して、窒化物の
部分32は残されて、上昇したカソードの部分18と実
質的に等しいレベルの位置まで、アノード28の支持お
よび上昇をする。
アノード28によってカバーされていない層の部分を除
去するだけの技術を用いて、犠牲層22がエッチングさ
れる。例えば、窒化シリコンによる犠牲層22は、プラ
ズマ・エッチングを用いて除去される。この態様におい
て、アノード28とカソードの部分16との間の窒化物
の壁部の部分26が除去され、これに対して、窒化物の
部分32は残されて、上昇したカソードの部分18と実
質的に等しいレベルの位置まで、アノード28の支持お
よび上昇をする。
【0014】次に、2酸化シリコンのパシベーション(p
assivation) 層が堆積され、パターニングされ、およ
び、エッチングされて、コンタクトで固定的なウインド
ウを形成するようにされる。そして、相互接続メタル
(例えば、アルミニウム)の層が堆積され、パターニン
グされ、および、エッチングされて、アノード28およ
びカソード14に対する相互接続を形成するようにされ
る。ここでの相互接続はコンタクト・ウインドウを通し
てアノード28およびカソード14を接続するものであ
る。最後に、湿式酸化物のエッチングのような異方性の
エッチングが、ランプ12およびカソード・キャップ1
6の除去のために用いられる。
assivation) 層が堆積され、パターニングされ、およ
び、エッチングされて、コンタクトで固定的なウインド
ウを形成するようにされる。そして、相互接続メタル
(例えば、アルミニウム)の層が堆積され、パターニン
グされ、および、エッチングされて、アノード28およ
びカソード14に対する相互接続を形成するようにされ
る。ここでの相互接続はコンタクト・ウインドウを通し
てアノード28およびカソード14を接続するものであ
る。最後に、湿式酸化物のエッチングのような異方性の
エッチングが、ランプ12およびカソード・キャップ1
6の除去のために用いられる。
【0015】上記の発明について、エレメント間のギャ
ップは、パターニングおよびエッチングによるよりも、
犠牲材料の堆積の厚みによって規定される。従って、こ
の発明の方法によれば、エレメント間での遥かに小さい
ギャップが許容される。
ップは、パターニングおよびエッチングによるよりも、
犠牲材料の堆積の厚みによって規定される。従って、こ
の発明の方法によれば、エレメント間での遥かに小さい
ギャップが許容される。
【0016】この発明の説明は、ここに開示された構成
のものについてなされたけれども、この発明はここで開
示された特定の詳細な事項に限定されるものではなく、
特許請求の範囲に入り得るような修正または変更をカバ
ーするように意図されるものである。
のものについてなされたけれども、この発明はここで開
示された特定の詳細な事項に限定されるものではなく、
特許請求の範囲に入り得るような修正または変更をカバ
ーするように意図されるものである。
【図1】 AおよびBは、本発明の方法によってバキュ
ーム・ダイオードを形成するときの第1の段階(ステッ
プcの後)における縦断面図および頂面図である。
ーム・ダイオードを形成するときの第1の段階(ステッ
プcの後)における縦断面図および頂面図である。
【図2】 AおよびBは、本発明の方法によってバキュ
ーム・ダイオードを形成するときの第2の段階(ステッ
プdの後)における縦断面図および頂面図である。
ーム・ダイオードを形成するときの第2の段階(ステッ
プdの後)における縦断面図および頂面図である。
【図3】 AおよびBは、本発明の方法によってバキュ
ーム・ダイオードを形成するときの第3の段階(ステッ
プfの後)における縦断面図および頂面図である。
ーム・ダイオードを形成するときの第3の段階(ステッ
プfの後)における縦断面図および頂面図である。
【図4】 AおよびBは、本発明の方法によってバキュ
ーム・ダイオードを形成するときの第4の段階(ステッ
プgの後)における縦断面図および頂面図である。
ーム・ダイオードを形成するときの第4の段階(ステッ
プgの後)における縦断面図および頂面図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 第1および第2のエレメントを有するマ
イクロエレクトロニック・デバイスを基板上に形成する
ための、次のステップを含む方法: a.前記基板上に第1の導電層を堆積する; b.前記第1の導電層の上にキャップ材料を堆積する; c.パターンニングとエッチングにより、前記第1の導
電層および前記キャップ材料から、それぞれに、シャー
プなコーナーを有する第1のエレメントおよび第1のエ
レメントキャップを形成する; d.犠牲材料をその厚みが全ての箇所で等しくなるよう
に堆積する; e.第2の導電層をその厚みが全ての箇所で等しくなる
ように堆積する; f.前記第1のエレメントのシャープなコーナーの近傍
を除くエリアから前記第2の導電層を除去するために異
方性をもってエッチングし、第2のエレメントを形成す
る;そして g.前記犠牲材料を異方性をもってエッチングする。
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Publication Number | Publication Date |
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---|---|
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JP (1) | JP3271775B2 (ja) |
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US6806997B1 (en) | 2003-02-28 | 2004-10-19 | Silicon Light Machines, Inc. | Patterned diffractive light modulator ribbon for PDL reduction |
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CN105097380B (zh) * | 2014-05-22 | 2017-10-24 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 一种场发射器件及其制作方法 |
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1990
- 1990-12-24 US US07/632,870 patent/US5112436A/en not_active Expired - Fee Related
-
1991
- 1991-12-19 JP JP33720691A patent/JP3271775B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1991-12-19 DE DE69128135T patent/DE69128135T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1991-12-19 EP EP91121820A patent/EP0495227B1/en not_active Expired - Lifetime
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DE69128135D1 (de) | 1997-12-11 |
EP0495227A1 (en) | 1992-07-22 |
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