提出了一种用于在半导电或导电表面（１１４）的中心区域中形成孔的方法。此方法包括在衬底（１１２）上形成半导电或导电表面（１１４）。此半导电或导电表面（１１４）的形成确保了当在半导电或导电表面（１１４）上施加电场时，表面中心区域的电场强度至少与表面的周界上的电场强度一样大。最后，此方法包括通过在半导电或导电表面（１１４）上产生电场来对半导电或导电表面（１１４）进行阳极氧化，以在半导电或导电表面（１１４）内形成多孔区。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术一般涉及信息存储器件、信息显示器和利用电子发射器件的其它电子器件的领域。特别地，本专利技术涉及使用阳极氧化形成多孔区域作为电子发射体的半导体器件的制作。
技术介绍
基于在真空微电子中新应用的需要，例如平板显示器、电子枪和微波管，近年来对室温或冷电子发射体的兴趣变得活跃起来。在各种类型的发射体中，由于硅材料的完善的技术基础，特别是在集成电路中，所以硅基器件受到关注。平坦或平面冷阴极，例如金属-绝缘体-金属(MIM)或金属-绝缘体-半导体(MIS)二极管，由于其低工作电压和对压力的低敏感性而被许多研究人员研究。然而，这些发射体具有低效率和缩短的寿命预期。多孔硅(PS)，其可被容易地制作在硅衬底上，显示出作为表面发射冷阴极器件的众多优点。该材料的效率和稳定性相比先前提及的现有技术MIM和MIS是有利的。各种材料的多孔表面可通过阳极氧化，即一种电化学工艺来制作。在此方法中，阳极和阴极被浸于电解液中，典型地采用稀释的氢氟酸(HF)。当在阳极和阴极之间提供适当幅度的电流时，在阳极表面形成孔。可以施加任选光源来促进阳极氧化。为制作多孔硅，硅晶片被用作阳极。铂由于其高电导率、耐HF性和工艺可预见性而通常被用作阴极。也可使用其它具有相似特性的金属。在现有技术图1-6中示出在各个制造阶段的场发射平面发射体器件10，该器件说明了已知的用于生产多孔硅的硅阳极氧化工艺。多晶硅层14生长或淀积在衬底上，此衬底例如包含单晶硅12。接下来，如图2所示，介电层16生长在多晶硅层14上。开口13制作在介电材料16中，如图3所示，用以暴露多晶硅层14的表面区域用于阳极氧化。阳极氧化工艺中产生电场，且介电层16的开口13引起介电层16和多晶硅层14的边界13a处增强的电场强度。电场强度通过图3中的等势线8表示。在边界13a处增强的电场强度促使相对于多晶硅层14的中心区，在边界13a处的阳极氧化加速。阳极氧化在多晶硅层14中产生了多孔区域，如图4中的垂直线15所示。沿边界13a的加速的阳极氧化增加了局部区域15a中的孔隙率。此不均匀的阳极氧化负面地影响了器件的发射特性，破坏了其在某些应用中的效用。可以增加电场强度以引起多晶硅层14的中心区域中较高的孔密集度，还将增加沿边界的孔隙率。如图5所示，沿边界的孔的高密集度会导致多晶硅层中的凹坑9。这一损伤通常导致器件失效或缩短的寿命预期。为用作电子发射器件，附加的介电和导电材料层被通常加在阳极氧化结构的顶部，如图6所示。图6说明了具有第二介电层17、附加的抽取电极18、间隔介电层20和聚焦电极22的完成的场发射发射体器件10。硅层14和介电层16的边界区域24是电子发射最集中的区域，而不是在其中心区域26中。由于来自边界区24的发射不能如来自中心区26的发射那样有效地得到传输，因此这不是所期望的。另外，来自边界24区域的发射不能如来自中心区域26的发射那样易于集中。这些作用可使得电子发射器件对于许数应用来讲是无用的。
技术实现思路
本专利技术公开了在半导电或导电表面的中心区域中形成孔的方法。本方法包括在衬底上形成半导电或导电表面。该半导电或导电表面是通过这样一种方式形成的，即确保了当在半导电或导电表面上施加电场时，表面中心区域的电场强度至少与表面的周界上的电场强度一样大。最后，本方法包括通过在半导电或导电表面上生成电场以对半导电或导电表面进行阳极氧化，从而在半导电或导电表面内形成多孔区域。附图说明对于那些本领域的技术人员，参考附图，根据下文中的说明，本专利技术的特征和优点将变得显而易见。图1-6说明了根据现有技术在平面发射体器件上形成多孔硅的工艺步骤的截面图。图7-11说明了根据本专利技术的实施方案，利用优化的孔形成来制作场发射发射体器件的工艺步骤的截面说明。图12-14说明了根据本专利技术的实施方案，在可阳极氧化的材料中形成孔的替换的实施方案。图15-19说明了根据本专利技术的实施方案，利用优化的孔形成来制作场发射发射体器件的另一替换工艺的截面说明。具体实施例方式参考在附图中描述的示例性实施方案，且这里使用特定语言来描述这些示例性实施方案。本专利技术提供了一种用于在各种可阳极氧化的材料中形成孔的阳极氧化工艺。改进的工艺最小化或消除了在由抗阳极氧化掩模所划界的选定区域边界上加速的阳极氧化。本专利技术的一个实施方案涉及了改进工艺的应用，用于制作使用多孔材料，例如多孔多晶硅的电子发射器件。此外，本专利技术包括利用如此进行阳极氧化的多孔平坦或平面表面的电子发射结构的制作。这种器件的工作在Sheng等人在J.Vac.Sci.Technol.B，19(1).PP 64-67，2001的文章中得到说明，在此并入作为参考。在现有技术方法中，适宜的介电材料例如氮化硅被淀积在将被阳极氧化的导电或半导电材料层，例如多晶硅的顶部。随后去除介电材料的选定区域以暴露下面的层。在阳极氧化中，引起阳极氧化的电流仅流过多晶硅的暴露区域。在剩余介电材料下面的区域被保护且不进行阳极氧化。在介电掩模和多晶材料的边界上电场趋向加强，并在此区域中加速了阳极氧化过程。阳极氧化在边界区域附近加强，但在中心区域减弱，其是所期望的优选阳极氧化和多孔材料的区域。本专利技术可替换的实施方案是通过替换掩模材料或改变制作中所执行步骤的顺序，来最小化或消除边界区域的阳极氧化加速。图7说明形成在衬底112表面上的介电层116的截面视图。通过使用本领域技术人员所熟知的掺杂技术，衬底112可通过n-型或p-型的掺杂剂被掺杂为具有适当的电阻率。介电层116可由已被那些半导体制作工艺领域的技术人员所熟知的提供良好电绝缘能力的介电材料形成，例如，但不限于，硅、铝，钛、钽、钨、铪、锆、钒、铌、钼、铬、钇、钪的氧化物、氮化物、和氮氧化物，以及其组合。此外，介电层包含约0.05到5微米的厚度。接下来，如图8所示，去除一部分介电层16以暴露衬底112的中心区域117。介电层116的剩余部分留在衬底112上。利用本领域的技术人员所熟知的常用半导体工艺技术来制作这种开口。半导体工艺典型地包括掩模图形的光刻，刻蚀和去除不需要的材料同时保存电介质的掩蔽区域如图8所示。一旦衬底112的中心区域117暴露，半导电或导电表面114就形成在介电层116的剩余部分和衬底112的中心区域117上。在图9所示的一个实施方案中，半导电或导电表面114被生长或淀积在装置100的整个表面上，以至半导电或导电表面114的一部分接触衬底112的中心区域117。半导电或导电表面114包含约0.1到1微米的厚度。使用通常可接受的方法，例如化学机械抛光(CMP)来将衬底112的顶部表面平坦化。半导电或导电表面114典型地包括可以被掺杂或可以未掺杂的硅。掺杂程度可沿半导电或导电表面114的深度变化。阳极氧化工艺开始于半导电或导电表面114中基本上处于衬底112的中心区域117之上的部分中的半导电或导电表面114的顶部。随着阳极氧化的进一步进行，如图9的大致垂直线115所示的孔产生于半导电或导电表面114中，开始于顶部并向下传播至半导电或导电表面114的内部。这些孔在半导电或导电表面中形成阳极氧化的区域。这就暴露了将被阳极氧化的半导电或导电表面114的内部部分。另外，图9所示结构不会引起周界中的加速的阳极氧化。这意味着在半导电或导电表面处的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于在半导电或导电表面（１１４）的中心区域（１１７）内形成孔的制作方法，包括步骤：在衬底（１１２）上形成半导电或导电表面（１１４），以便确保当在半导电或导电表面（１１４）上施加电场时，表面的中心区域（１１７）处的电场强度至少与表 面的周界处的电场强度一样大；以及通过在半导电或导电表面（１１４）产生电场而对半导电或导电表面（１１４）进行阳极氧化，以在半导电或导电表面（１１４）内形成多孔区域（１２８）。
【技术特征摘要】
US 2003-9-4 10/6566351.一种用于在半导电或导电表面(114)的中心区域(117)内形成孔的制作方法，包括步骤在衬底(112)上形成半导电或导电表面(114)，以便确保当在半导电或导电表面(114)上施加电场时，表面的中心区域(117)处的电场强度至少与表面的周界处的电场强度一样大；以及通过在半导电或导电表面(114)产生电场而对半导电或导电表面(114)进行阳极氧化，以在半导电或导电表面(114)内形成多孔区域(128)。2.根据权利要求1的方法，其中形成步骤还包括在衬底(112)上形成介电层(116)；去除一部分介电层(116)，保留介电层的剩余部分并将衬底(112)的中心区域(117)暴露；并且在介电层(116)的一部分剩余部分和衬底(112)的中心区域(117)上形成半导电或导电表面(114)。3.根据权利要求2的方法，还包括对半导电或导电表面(114)阳极氧化的步骤，以在半导电或导电表面(114)和衬底(112)之间的接触区域之上的半导电或导电表面(114)中形成阳极氧化区域(128)。4.根据权利要求3的方法，还包括在半导电或导电表面(114)上形成导电层(118)；在第一导电层(118)上形成第二导电层(121)；在第二导电层(121)上形成第二介电层(120)；在第二介电层(120)上形成第三导电层(122)；去除在阳极氧化区域(128)之上的一部分第二导电层(121)、第二介电层(120)和第三导电层(122)。5.根据权利要求2的方法，还包括在半导电或导电表面(114)上形成导电层(118)；在导电层(118)上形成第二介电层(120)；在第二介电层(120)上形成第二导电层(121)；和去除在半导电或导电表面(114)和衬底(112)之间的接触区域之上的一部分第一导电层(118)、第二...
【专利技术属性】
技术研发人员：HP郭，X盛，H比雷基，ST林，SL纳伯惠斯，
申请(专利权)人：惠普开发有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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