[发明专利]纳米真空场效应电子管及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种纳米真空场效应电子管及其形成方法。

背景技术

真空电子管，是一种最早期的电信号放大器件。早期应用于电视机、收音机扩音机等电子产品中，目前在一些高保真的音响器材中，仍然使用低噪声、稳定系数高的真空管作为音频功率放大器件。由于真空管主要采用机械加工制造，不易于集成，而半导体器件具有制作工艺简单，低成本、低功耗、耐用、易于集成等优点，所以真空管逐渐被半导体器件所替代。

虽然如此，但是真空电子管与半导体器件相比，仍然具有很多优势，例如，载流子的运动速率快、输出频率高、极端环境下的工作稳定性好等。

随着技术发展，现有技术将所述真空电子管的尺寸缩小，将其应用于现有的集成电路中，提高电路的性能。

请参考图1，为现有的真空电子管的示意图。

所述真空电子管包括：位于真空电子管底部的衬底10表面的发射极11，所述发射极11呈圆锥形；位于真空电子管顶部的集电极20，所述集电极20为平板电极，与衬底10平行；位于所述衬底10和集电极20之间的真空腔体40，所述真空腔体40与衬底10、集电极20垂直。所述发射极11位于所述真空腔体40内；位于所述衬底10和集电极20之间的栅极30，所述栅极30与衬底平行，环绕所述真空腔体40，部分栅极30位于所述真空腔体40内；所述栅极30与衬底10之间通过第一绝缘层31隔离，所述栅极30和集电极20之间通过第二绝缘层32隔离。

所述发射极11为圆锥形状，而所述集电极20为平面电极。发射极10产生的电子通过真空腔40到达集电极20，通过在栅极30施加电压控制电子在真空腔体40中的运动。

所述真空电子管的性能不够稳定，并且所述真空电子管的制作工艺较为困难，随着器件尺寸的减小，所述真空腔的尺寸也相应减小，直接刻蚀形成所述真空腔的难度提高。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种纳米真空场效应电子管及其形成方法，提高纳米真空场效应电子管的性能。

为解决上述问题，本发明的技术方案提供一种纳米真空场效应电子管的形成方法，包括：提供衬底，所述衬底表面形成有绝缘层和位于所述绝缘层表面的牺牲层；刻蚀所述牺牲层，在所述牺牲层内形成牺牲线和连接所述牺牲线两端的源漏牺牲层，暴露出部分绝缘层的表面；在所述绝缘层内形成位于所述牺牲线下方的凹槽，所述凹槽使牺牲线悬空；在所述牺牲线表面形成厚度均匀的介质层；在所述凹槽内形成金属层，所述金属层填充满凹槽并覆盖所述牺牲线和所述牺牲线表面的介质层，并且所述金属层暴露出源漏牺牲层的表面；去除所述源漏牺牲层，暴露出金属层的部分侧壁、牺牲线的两端侧壁以及所述介质层的两端侧壁；去除所述牺牲线，形成通孔；在所述金属层表面形成隔离层；在所述金属层两侧的绝缘层表面形成源极和漏极，所述源极和漏极将所述通孔两端密封。

可选的，所述牺牲层的材料包括：Si、Al、Cr、Mo、W、Fe、Co、Cu、Ga、In、Ti。

可选的，对所述牺牲线进行退火处理，所述退火温度为800℃～1200℃，时间为1min～120min，使牺牲线的横截面呈圆形。

可选的，所述牺牲层的材料为晶面为（100）的单晶硅。

可选的，还包括：在所述牺牲线表面进行选择性外延，使所述牺牲线的横截面呈八边形。

可选的，所述选择性外延的材料为Si或SiGe。

可选的，对所述横截面为八边形的牺牲线表面交替进行氧化和刻蚀处理，使所述牺牲线的横截面呈圆形。

可选的，所述牺牲线的剖面形状为长方形、八边形或圆形。

可选的，所述绝缘层的材料为氧化硅或氮氧化硅。

可选的，所述牺牲线的长度为2nm～100nm。

可选的，采用氧化工艺、氮化工艺或原子层沉积工艺形成所述介质层。

可选的，所述介质层的材料为氧化硅、氮氧化硅、氧化铝或氮化铝。

可选的，采用氧化工艺、氮化工艺或原子层沉积工艺形成所述隔离层。

可选的，所述隔离层的材料为氧化铝或氮化铝。

可选的，所述源极和漏极的材料为亲和势小于100的金属。

可选的，所述源极和漏极的材料包括：Zr、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Fe、Co、Pd、Cu、Al、Ga、In、Ti、TiN、TaN、金刚石中的一种或几种。

可选的，形成所述源极和漏极之后，所述通孔内的压强为0.1托～50托。