本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種真空管閃存結(jié)構(gòu)及其制造方法。

背景技術(shù)：

真空管(vacuumtube)是一種電子組件，在電路中控制電子的流動(dòng)。參與工作的電極被封裝在一個(gè)真空的容器內(nèi)(管壁大多為玻璃)，因而得名。在二十世紀(jì)中期前，因半導(dǎo)體尚未普及，基本上當(dāng)時(shí)所有的電子器材均使用真空管，形成了當(dāng)時(shí)對(duì)真空管的需求。但在半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展普及和平民化下，真空管因成本高、不耐用、體積大、效能低等原因，最后被半導(dǎo)體取代了。但是可以在音響、微波爐及人造衛(wèi)星的高頻發(fā)射機(jī)看見(jiàn)真空管的身影。部份戰(zhàn)斗機(jī)為防止核爆造成的電磁脈沖損壞，機(jī)上的電子設(shè)備亦采用真空管，真空管結(jié)構(gòu)如圖1所示，其包括基極1、集電極3、發(fā)射極2及發(fā)熱電阻絲5，電子4由發(fā)射極2流向集電極3。

早期的電子器件中真空管用來(lái)放大、開(kāi)關(guān)或調(diào)節(jié)電信號(hào)。然而，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，幾十年以來(lái)，固態(tài)組件已經(jīng)取代了真空管，例如金氧半場(chǎng)效晶體管(mosfet)、雙極接面晶體管(bjt)及二極管。

然而，真空管依然在音響系統(tǒng)和高功率無(wú)線電基站使用。這是由于真空管比固態(tài)組件的環(huán)境耐性更好，可以在高溫及各種輻射環(huán)境中使用。真空原理上是優(yōu)于固體載體的傳輸媒介。電子在真空的速度是理論上3×10¹⁰厘米/秒，但在半導(dǎo)體中的速度僅僅為5×10⁷厘米/秒。因此真空管在某些需求中的表現(xiàn)遠(yuǎn)比固態(tài)組件優(yōu)越。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種真空管閃存結(jié)構(gòu)及其制造方法，利用業(yè)界通用 的半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)制程制造，且具有更好的程序設(shè)計(jì)、擦除速度及儲(chǔ)存時(shí)間，同樣還能夠獲得優(yōu)越的柵極控制性能及極小的柵極漏電流。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種真空管閃存結(jié)構(gòu)的制造方法，包括：

提供一襯底；

在所述襯底上依次形成第一介電層、源極層、第二介電層、柵極層和硬掩膜層；

圖案化處理所述第二介電層、柵極層和硬掩膜層形成柵極結(jié)構(gòu)；

修剪柵極結(jié)構(gòu)中的第二介電層和柵極層，使剩余第二介電層和柵極層的寬度小于硬掩膜層；

進(jìn)行熱處理以在所述柵極層的側(cè)壁上形成柵介電層；

沉積漏極層；

在整個(gè)襯底上沉積層間介電層并進(jìn)行平坦化以在所述柵極中形成真空。

可選的，對(duì)于所述的真空管閃存結(jié)構(gòu)的制造方法，還包括在層間介電層進(jìn)行平坦化后，采用高溫退火對(duì)所述源極層和漏極層進(jìn)行處理，使其變?yōu)閳A柱形。

可選的，對(duì)于所述的真空管閃存結(jié)構(gòu)的制造方法，所述高溫退火使用的氣體為he、n2、ar或者h(yuǎn)2。

可選的，對(duì)于所述的真空管閃存結(jié)構(gòu)的制造方法，所述高溫退火的溫度范圍是在600℃～1000℃之間。

可選的，對(duì)于所述的真空管閃存結(jié)構(gòu)的制造方法，所述柵極中的真空內(nèi)的氣壓范圍是0.1torr～50torr。

可選的，對(duì)于所述的真空管閃存結(jié)構(gòu)的制造方法，所述熱處理是使用電漿在氧氣、氮?dú)?、n2o或nh3的環(huán)境下進(jìn)行所述柵極層的熱氧化或是熱氮化過(guò)程。

可選的，對(duì)于所述的真空管閃存結(jié)構(gòu)的制造方法，所述源極層和漏極層材質(zhì)為zr、v、nb、ta、cr、mo、w、fe、co、pd、cu、al、ga、in、ti、tin、tan、c的一種或組合。

可選的，對(duì)于所述的真空管閃存結(jié)構(gòu)的制造方法，所述柵極層材質(zhì)為al、多晶硅、cu、ga、in、ti、ta、w、co、tin、tan的一種或組合。

可選的，對(duì)于所述的真空管閃存結(jié)構(gòu)的制造方法，所述硬掩膜層的材質(zhì)為氮氧化硅、氮化硅或氮化鈦。

本發(fā)明還提供一種真空管閃存結(jié)構(gòu)，包括：

一襯底；

位于所述襯底上的一第一介電層及一源極層；

位于所述源極層上的一柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)包括柵極層和硬掩膜層，位于所述柵極層的側(cè)壁以及一中空的真空通道中的一柵介電層，其中所述柵極結(jié)構(gòu)中的所述柵極層的寬度小于所述硬掩膜層的寬度；以及

位于所述柵極結(jié)構(gòu)上并封閉所述真空通道的一漏極層。

附圖說(shuō)明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中真空管的工作原理示意圖；

圖2為本發(fā)明一實(shí)施例中真空管閃存結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明一實(shí)施例中的剖面示意圖；

圖4為本發(fā)明一實(shí)施例中的另一方向的剖面示意圖；

圖5為本發(fā)明一實(shí)施例中真空管閃存結(jié)構(gòu)的制造方法的流程圖；

圖6至圖13為本發(fā)明一實(shí)施例中真空管閃存結(jié)構(gòu)在制造過(guò)程中的剖面示意圖。

其中，1柵極

2發(fā)射極

3集電極

4電子

5發(fā)熱電阻絲

10襯底

20第一介質(zhì)層

30源極層

35第二介質(zhì)層

40柵介電層

50柵極層

60真空通道

70漏極層

80硬掩膜層

90層間介電層

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合示意圖對(duì)本發(fā)明的真空管閃存結(jié)構(gòu)及其制造方法進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，應(yīng)該理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以修改在此描述的本發(fā)明，而仍然實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列描述應(yīng)當(dāng)被理解為對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛知道，而并不作為對(duì)本發(fā)明的限制。

在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。根據(jù)下面說(shuō)明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說(shuō)明的是，附圖均采用非常簡(jiǎn)化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的目的。

請(qǐng)參考圖2至圖4，在本實(shí)施例中，提出了一種空管閃存結(jié)構(gòu)，包括：襯底10、介電層20、源極層30、柵介電層40、柵極50、漏極70、硬掩膜層80和層間介電層(ild)90，其中，所述介電層20形成在所述襯底10上，所述源極層30、柵介電層40、柵極50及漏極70形成在所述介電層20上，所述源極層30和漏極70分別位于所述柵極50的兩側(cè)，所述柵極50中設(shè)有真空通道60，暴露出兩側(cè)源極層30和漏極70，所述柵介電層40形成在所述真空中柵極50的側(cè)壁上。

請(qǐng)參考圖5，在本實(shí)施例的另一方面，還提出了一種真空管閃存結(jié)構(gòu)的制造方法，用于制備如上文所述的真空管閃存結(jié)構(gòu)，包括步驟：

s100：提供襯底；

s200：在所述襯底上形成第一介電層；

s300：在所述第一介電上形成源極層；

s400：在所述源極層上形成第二介電層；

s500：在所述第二介電層上依次形成柵極層和硬掩膜層；

s600：圖案化處理所述第二介電層、柵極層和硬掩膜層形成柵極圖案；

s700：修剪柵極圖案中的第二介電層、柵極層，使剩余的柵極層寬度小于硬掩膜層；

s800：利用熱處理在柵極的側(cè)壁上形成柵介電層；

s900：沉積漏極層；

s1000：在整個(gè)襯底上沉積層間介電層并進(jìn)行平坦化制程；

s1100：進(jìn)行高溫退火以將所述源極層和漏極層形成圓柱狀的源漏電極。

具體的，請(qǐng)參考圖6，在襯底10上形成第一介電層20，其中，所述襯底10可以為硅襯底或絕緣體上硅(soi)等一般襯底，第一介電層20的材料通常為二氧化硅。

請(qǐng)參考圖7，依次在所述第一介電層20上沉積形成源極層30、第二介電層35、柵極層50和硬掩膜層80。其中，所述源極層30的材質(zhì)為zr、v、nb、ta、cr、mo、w、fe、co、pd、cu、al、ga、in、ti、tin、tan或者c等材質(zhì)的一種或組合。所述源極層30可以采用cvd或者pvd等制程形成。第二介電層35的材料通常也為二氧化硅。柵極層50為金屬柵極，可以采用cvd、mocvd或pvd形成。在一實(shí)施例中，金屬柵極的材質(zhì)為al、多晶硅、cu、ga、in、ti、ta、w、co、tin、tan等材質(zhì)的一種或組合。所述硬掩膜層80的材質(zhì)為氮氧化硅(oxynitride)、氮化硅、氮化鈦(tin)等材質(zhì)，可以采用cvd、mocvd或ald等制程形成。

請(qǐng)參考圖8，圖案化處理所述第二介電層35、柵極層50和硬掩膜層80，形成柵極結(jié)構(gòu)31，具體的形成方式可以通過(guò)傳統(tǒng)的光刻和蝕刻制程進(jìn)行。

請(qǐng)參考圖9，使用選擇性蝕刻修剪柵極結(jié)構(gòu)31中的柵極層50和第二介電層35，使剩余的柵極層50a和第二介電層35a寬度小于硬掩膜層80。所述選擇性蝕刻可以采用含氯(如bcl3,cl2)電漿修剪柵極層50，采用boe或dhf濕式蝕刻法修剪柵極結(jié)構(gòu)31中的第二介電層35。

請(qǐng)參考圖10，利用熱處理在裸露出的柵極50的側(cè)壁上形成柵介電層40。所述熱處理可以是利用電漿在氧氣、氮?dú)?、n2o或nh3的環(huán)境下進(jìn)行金屬柵極的熱氧化或是熱氮化過(guò)程。

請(qǐng)參考圖11，在襯底10表面沉積漏極層70。所述漏極層70的材質(zhì)為zr、v、nb、ta、cr、mo、w、fe、co、pd、cu、al、ga、in、ti、tin、tan、或者c等材質(zhì)的一種或組合。所述漏極層70可以采用cvd、pvd或是濺鍍等制程形成。因此，真空的柵極通道60由源極30、漏極70和柵極結(jié)構(gòu)50進(jìn)行密封而形成，真空內(nèi)的氣壓范圍是0.1torr～50torr。

請(qǐng)參考圖12，在襯底10表面沉積層間介電層90。其中，所述層間介電層90的材料通常也為二氧化硅，可以采用cvd、pecvd,hdpcvd等制程形成。

請(qǐng)參考圖13，對(duì)沉積層間介電層90進(jìn)行平坦化后再采用高溫退火制程對(duì)所述源極30和漏極70進(jìn)行處理，使其變?yōu)閳A柱形，避免存在棱角，造成后續(xù)組件制程會(huì)在棱角處發(fā)生可靠性較差等問(wèn)題，其中，所述平坦化可以使用化學(xué)機(jī)械研磨或是回蝕刻等制程，所述高溫退火制程使用的氣體為he、n2、ar或者h(yuǎn)2。所述高溫退火制程的溫度范圍是600攝氏度～1000攝氏度，例如是800攝氏度。

綜上，在本發(fā)明實(shí)施例提供的真空管閃存結(jié)構(gòu)及其制造方法中，在溝道中形成真空，其中，柵介電層是使用電漿在氧氣、氮?dú)?、n2o或nh3的環(huán)境下進(jìn)行所述柵極層的熱氧化或是熱氮化過(guò)程所生成。本發(fā)明所揭露的結(jié)構(gòu)，能夠使形成的組件具有更好的程序設(shè)計(jì)、抹除速度及儲(chǔ)存時(shí)間，同時(shí)還能夠獲得優(yōu)越的柵極控制性能及極小的柵極漏電流。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。