本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其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)是一種電子器件，在電路中控制電子的流動。參與工作的電極被封裝在一個真空的容器內(nèi)(管壁大多為玻璃)，因而得名。在二十世紀中期前，因半導(dǎo)體尚未普及，基本上當時所有的電子器材均使用真空管，形成了當時對真空管的需求。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)射機看見真空管的身影。部份戰(zhàn)斗機為防止核爆造成的電磁脈沖損壞，機上的電子設(shè)備亦采用真空管，真空管結(jié)構(gòu)如圖1所示，其包括柵極1、集極3、射極2及發(fā)熱電阻絲5，電子4由射極2流向集極3。

早期的電子器件中真空管用來放大、開關(guān)或調(diào)節(jié)電信號。然而，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，幾十年以來，固態(tài)器件已經(jīng)取代了真空管，例如金氧半場效晶體管(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)和高功率無線電基站使用。這是由于真空管比固態(tài)器件的環(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)遠比固態(tài)器件優(yōu)越。

技術(shù)實現(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)的制造方法，其是利用業(yè)界通用的半導(dǎo)體標準制程所制造，且具有更好的程序設(shè)計、擦除速度及儲存時間， 同樣還能夠提高優(yōu)越的柵極控制性能及極小的柵極漏電流。

為達成上述目的，本發(fā)明的真空管閃存結(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；沉積柵介電層于整個襯底上并進行柵介電層側(cè)壁子蝕刻；沉積漏極層；以及沉積層間介電層于整個襯底上并進行平坦化以在所述柵極中形成真空。

進一步的，本發(fā)明的真空管閃存結(jié)構(gòu)的制造方法更包含在層間介電層進行平坦化后，采用高溫退火對所述源極層和漏極層進行處理，使其變?yōu)閳A柱形。

進一步的，其中所述高溫退火使用的氣體為he、n2、ar或者h2。

進一步的，其中所述高溫退火的溫度范圍是在600～1000℃之間。

進一步的，其中所述柵極中的真空內(nèi)的氣壓范圍是0.1torr～50torr。

進一步的，其中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、及其組合。

進一步的，其中所述柵極層材質(zhì)為al、多晶硅(polysi)、cu、ga、in、ti、ta、w、co、ti、ta、tin、tan、及其組合。

進一步的，其中所述柵介電層材質(zhì)為氧化硅、氧化氮化硅(oxynitride)、氮化硅、al2o3、aln、hfo。

進一步的，其中所述硬掩膜層的材質(zhì)為氧化氮化硅(oxynitride)、氮化硅、氮化鈦(tin)。

附圖說明

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)明一實施例中的剖面示意圖；

圖4為本發(fā)明一實施例中的另一方向的剖面示意圖；

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

圖6至14為本發(fā)明一實施例中真空管閃存結(jié)構(gòu)在制造過程中的剖面示意圖。

具體實施方式

以下將結(jié)合示意圖對本發(fā)明的真空管閃存結(jié)構(gòu)及其制造方法進行更詳細的描述，其中表示了本發(fā)明的較佳實施例，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，而仍然實現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列描述應(yīng)當被理解為對于本領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛知道，而并非作為對于本發(fā)明的限制。

為了清楚說明起見，本說明書并不描述實際實施例的全部特征。在下列描述中，不詳細描述眾所皆知的功能和結(jié)構(gòu)，因為它們會使本發(fā)明由于不必要的細節(jié)而混亂。應(yīng)當認為在任何實際實施例的開發(fā)中，必須做出大量實施細節(jié)以實現(xiàn)開發(fā)者的特定目標，例如按照有關(guān)系統(tǒng)或有關(guān)商業(yè)的限制，由一個實施例改變?yōu)榱硪粋€實施例。另外，應(yīng)當認為這種開發(fā)工作可能是復(fù)雜和耗費時間的，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說僅僅是簡易的置換。

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)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。

請參考圖2至圖4，在本實施例中，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。

請參考圖5，在本實施例的另一方面，還提出了一種真空管內(nèi)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：在所述襯底上形成介電層；

s300：在所述介電上形成源極層；

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序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：沉積柵介電層于整個襯底上并進行柵介電質(zhì)層側(cè)壁子蝕刻；

s900：沉積漏極層；

s1000：沉積層間介電層于整個襯底上并進行平坦化制程；

s1100：進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，請參考圖6，在襯底10上形成介電層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，介電層20通常為二氧化硅。

請參考圖7，依序在所述介電層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)。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。在一實施例中，金屬柵極的材質(zhì)為al、polysi、cu、ga、in、ti、ta、w、co、ti、ta、tin、tan等材質(zhì)。所述硬掩膜層80的材質(zhì)為氧化氮化硅(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傳統(tǒng)的微影和蝕刻制程進行。

請參考圖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。

請參考圖10，順形沉積柵介電層40于整個襯底10上。所述柵介電層40的材質(zhì)為氧化硅、氧化氮化硅(oxynitride)、氮化硅、al2o3、aln、hfo等材質(zhì)，可以采用cvd、mocvd或ald等制程形成。

請參考圖11，接著將襯底10上方表面裸露出來的柵介電層40蝕刻去掉以形成柵極側(cè)壁。

請參考圖12，沉積漏極層70于襯底10表面。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)。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進行密封而形成，真空內(nèi)的氣壓范圍是0.1torr～50torr。

請參考圖13，沉積層間介電層90于襯底10表面。其中，所述層間介電層90通常也為二氧化硅，可以采用cvd、pecvd、hdpcvd等制程形成。

請參考圖14，對沉積層間介電層90進行平坦化后再采用高溫退火制程對所述源極30和漏極70進行處理，使其變?yōu)閳A柱形，避免存在棱角，造成后續(xù)器件制程會在棱角處發(fā)生可靠性較差等問題，其中，所述平坦化可以使用化學(xué)機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h2。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，并且采用氧化物-氮化物-氧化物組合結(jié)構(gòu)作為柵介電層，其中，氮化物能夠很好的束縛電荷，從而為柵極和真空之間提供絕緣阻擋作用。由于采用了氧化物-氮化物-氧化物復(fù)合結(jié)構(gòu)作為柵介質(zhì)層，能夠使形成的器件具有更好的程序設(shè)計、抹除速度及儲存時間，同時還能夠提高優(yōu)越的柵極控制性能及極小的柵極漏電流。

上述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用來限制本發(fā)明。任何所屬技術(shù)領(lǐng)域的人士，在不脫離本發(fā)明的技術(shù)方案的范圍內(nèi)，對本發(fā)明揭露的技術(shù)方案和技術(shù)內(nèi)容做任何形式的均等替換或修改等變動，均屬于不脫離本發(fā)明的技術(shù)方案的內(nèi)容，仍屬于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種修改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)明申請專利范圍及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些修改和變型在內(nèi)。