СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАТРИЧНОГО АВТОКАТОДА Российский патент 1995 года по МПК H01J1/30 

Изобретение относится к технологии микроэлектроники, в частности к технологии производства вакуумных интегральных схем с матричным автокатодом.

Целью изобретения является получение идентичных острийных катодов в матрице с малым радиусом вершины острия.

Поставленная цель достигается тем, что участки полупроводниковой подложки, находящиеся на дне отверстий в диэлектрических и проводящих слоях, подвергают локальному электронно-лучевому нагреву до появления расплава, а между подложкой и слоями полупроводников прикладывают постоянное напряжение. Затем из расплава материала подложки формируют иглообразные острия при прекращении нагрева, и постоянное напряжение снимают после отвердения расплавленного материала подложки.

Существенным отличием предложенного способа является использование для получения идентичных острийных катодов с малым радиусом скругления вершины острия локального электронно-лучевого нагрева участков подложки, находящихся на дне отверстий с прикладыванием между подложкой и проводящими слоями постоянного напряжения.

Предложенный способ включает в себя операции последовательного нанесения на полупроводниковую подложку диэлектрических и проводящих слоев, операции литографии и селективного травления нанесенных слоев до подложки, при котором в слоях диэлектриков и проводников образуются цилиндрические отверстия. При этом слои проводников образуют систему электродов вакуумных интегральных схем. Участки полупроводниковой подложки, находящиеся на дне отверстий в слоях диэлектриков и проводников, подвергают локальному электронно-лучевому нагреву электронным пучком диаметром 0,5-2 мкм в течение 0,1-0,3 с до появления расплава, а между подложкой и слоями проводников прикладывается постоянное напряжение величиной 30-50 В, в результате чего из расплава материала подложки формируются иглообразные острия, после чего нагрев прекращают, а постоянное напряжение снимают после отвердевания расплавленного материала подложки.

Величина напряженности электрического поля при указанном выше напряжении достаточна для образования микроострий высотой 1-3 мкм с радиусом скругления у вершины острия 5-20 нм. Время формирования острия составляет 0,02-0,05 с. При формировании острийных катодов в различных вытравленных углублениях на подложке достигается высокая идентичность их формы при обеспечении стабильных параметров электронного пучка в диапазоне 20-40 кэВ.

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает более высокие технические параметры острийного катода (у катодов, создаваемых по способу-прототипу, минимально достижимый радиус скругления у вершины острия более 50 нм), а следовательно, и параметры вакуумных интегральных схем в целом. При помощи предложенного способа можно изготавливать также и матричные автоэмиссионные катоды с программно формируемой формой пучка и матричные устройства индикации.

П р и м е р. При проверке предлагаемого способа на подложку из легированного кремния марки КЭФ-7,5 с ориентацией (III) последовательно наносились слои SiO₂ и молибдена. При этом толщина слоев SiO₂ составляла 1 мкм, а слоев молибдена 0,4 мкм. Всего нанесено три слоя молибдена. После этого методами литографии на поверхности этих слоев была сформирована защитная маска резиста с отверстиями диаметром 1,4 мкм, через которые было произведено селективное травление слоев Мо и SiO₂ до кремниевой пластины. После снятия остатков резистивной пленки, поверхность кремниевой подложки в вытравленных отверстиях подвергалась облучению электронным пучком диаметром 0,7 мкм в течение 0,01 с для создания зоны расплава. Одновременно с этим на слои металла по отношению к подложке было подано постоянное напряжение - 40 В. Коэффициент поверхностного натяжения жидкой фазы кремния при температуре 1450^оС составляет 860 мН/и. Электрическое поле имеет напряженность, достаточную для образования микроострий высотой 0,9 мкм с радиусом скругления у вершины острия - 10 нм. Время формирования острия составило 0,028 с. При формировании острийных катодов в различных вытравленных углублениях на подложке отмечена высокая идентичность их формы при обеспечении стабильных параметров электронного пучка (в эксперименте использован электронный пучок с энергией 30 кэВ).

Использование: технология микроэлектроники и может быть использован для изготовления матричных эмиттеров электронов и матричных индикационных устройств. Сущность изобретения: нагревают материал подложки электронным пучком до появления расплава и формируют острийный катод с помощью электрического поля.

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАТРИЧНОГО АВТОКАТОДА, включающий нанесение на полупроводниковую подложку слоев диэлектриков и проводников, операции литографии и селективного травления нанесенных слоев подложки до образования в слоях цилиндрических отверстий и формирование в них острий, отличающийся тем, что, с целью повышения идентичности острий и уменьшения радиуса скругления их вершин, формирование острий осуществляют путем локального электронно-лучевого нагрева участков полупроводниковой подложки, находящихся на дне отверстий в слоях диэлектриков и проводников, до появления расплава, между подложкой и слоями проводников прикладывают постоянное напряжение до образования из расплава острий, нагрев прекращают и после отвердения расплава напряжение снимают.