电子源结构及制作方法与流程

    专利查询2025-07-02  7


    本发明属于半导体,涉及一种电子源结构及制作方法。


    背景技术:

    1、随着半导体微细加工产业的发展,对电子束直写技术的要求越来越高,例如,保证精细图形成像准确性、提升直写速度等。高技术节点图形的成像既需要更精细、更准确地直写,还需要在图形数据量剧增的情况下实现高速直写,从精细图形的准确直写角度来讲,需要把电子束斑变小,以便进行精准扫描,在电流密度不变的情况下,把电子束斑变小就意味着把电子束的电流变小,其结果是导致直写时间变长。为了提高电子束直写设备单位时间内的生产能力,使用复数个电子束同时直写的多电子束直写机成为了必要的工具,多电子束直写机的直写电子束数量需要在几十万左右。

    2、基于多孔硅材料可制备出电流密度大、电流准直度高、电子能量集中的电子源,并将其加工为密集电子源阵列,用于多电子束直写,在形成多束电子源阵列时,需要考虑:1)电子源阵列需要外部cmos控制电路提供驱动信号,为了减小信号延迟,提高直写速率,需要将其与cmos电路进行必要的封装互联,在制备电子源阵列时,需要考虑其与cmos电路的封装可实现性;2)对于阵列中不同区域的电子源,其发射的电子在直写设备中的运动路径是与位置相关的,通常情况下,需要对处于不同位置的电子源施加针对性的控制信号、偏置电压等,以调节电子初速、电子束流强度等,矫正因电子源位置导致的成像偏差、改良最终的电子束直写效果。

    3、现有技术中,为了将多孔硅电子源器件与cmos共集成,需要先在soi衬底上制备多孔硅电子源阵列,再通过硅通孔工艺实现背电极引出,最后与cmos控制芯片进行键合。该方法工艺流程较为复杂,工艺难度大:1)在soi衬底上制备多孔硅材料比较困难;2)在soi衬底背部制备通孔的时候,需要与顶部器件进行对准;3)工艺流程采用了硅通孔,而穿过硅衬底的通孔直径比较大(比如>5μm),这限制了电子源阵列的集成密度。

    4、因此,如何提供一种电子源结构及制作方法,以提升工艺灵活性、降低工艺难度,成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。


    技术实现思路

    1、鉴于以上所述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种电子源结构及制作方法,用于解决现有技术中制备电子源时工艺流程较为复杂、工艺难度大的问题。

    2、为实现上述目的及其他相关目的,本发明提供一种电子源结构的制作方法,包括以下步骤:

    3、提供第一基板,所述第一基板上形成有层叠的多孔层和第一导电层;

    4、图形化所述第一导电层和所述多孔层,形成垂向贯穿所述第一导电层并延伸入所述多孔层的开口;

    5、于所述第一导电层远离所述第一基板的一侧形成钝化层,且所述钝化层填充入所述开口中,并于所述钝化层中形成凹槽,所述凹槽显露所述第一导电层;

    6、于所述钝化层远离所述第一基板的一侧形成第二导电层,所述第二导电层并填充入所述凹槽中与所述第一导电层电连接;

    7、提供第二基板,将所述第二导电层键合于所述第二基板;

    8、去除所述第一基板,于所述多孔层远离所述第二基板的一侧形成顶电极,所述顶电极与所述多孔层电连接。

    9、可选地,所述开口垂向贯穿所述第一导电层并垂向贯穿所述多孔层。

    10、可选地,所述多孔层包括层叠的第一多孔层和第二多孔层,所述第一多孔层的孔隙率大于所述第二多孔层的孔隙率;其中,所述开口垂向贯穿所述第一导电层并垂向贯穿所述第二多孔层;剥离所述第一多孔层以去除所述第一基板,并去除所述第二多孔层上残留的所述第一多孔层。

    11、可选地,所述第二基板上设有绝缘层,所述第二导电层键合于所述绝缘层,其中,还包括形成背电极的步骤,所述背电极贯穿所述钝化层与所述第二导电层电连接。

    12、可选地,形成所述第二导电层之前,还包括于所述钝化层中形成刻蚀槽的步骤,其中,所述第二导电层还填充入所述刻蚀槽中,所述背电极与位于所述刻蚀槽中的所述第二导电层电连接。

    13、可选地,所述第二基板中设置有控制电路,所述第二导电层与所述第二基板键合后,所述第二导电层与所述控制电路电连接。

    14、可选地,形成所述第二导电层后,还包括形成导电插塞的步骤,所述导电插塞垂向贯穿所述钝化层且与所述第二导电层绝缘隔离,将所述第二导电层与所述第二基板键合后,所述第二导电层与所述控制电路电连接,所述导电插塞与所述控制电路电连接,并且,所述顶电极与所述导电插塞电连接。

    15、可选地,形成所述第二导电层后,还包括形成导电插塞的步骤,所述导电插塞垂向贯穿所述钝化层且与所述第二导电层绝缘隔离,将所述第二导电层与所述第二基板键合后,所述第二导电层与所述控制电路电连接,所述导电插塞与所述控制电路电连接,并且,形成所述顶电极后,还包括于所述钝化层上形成电场透镜的步骤,所述电场透镜与所述导电插塞电连接。

    16、本发明还提供一种电子源结构,包括:

    17、第二基板;

    18、第二导电层,位于所述第二基板上;

    19、第一导电层,位于所述第二导电层上,所述第一导电层与所述第二导电层电连接;

    20、多孔层,位于所述第一导电层上;

    21、钝化层,垂向贯穿所述多孔层和所述第一导电层;

    22、顶电极,位于所述多孔层上与所述多孔层电连接。

    23、可选地,所述第二基板与所述第二导电层之间还设置有绝缘层,所述电子源结构还包括背电极,所述背电极贯穿所述钝化层与所述第二导电层电连接。

    24、可选地,所述钝化层中还设置有刻蚀槽,其中,所述第二导电层还位于所述刻蚀槽中,所述背电极与位于所述刻蚀槽中的所述第二导电层电连接。

    25、可选地,所述第二基板中设置有控制电路,所述第二导电层与所述控制电路电连接。

    26、可选地,还包括导电插塞,所述导电插塞垂向贯穿所述钝化层,所述导电插塞的一端与所述顶电极电连接,所述导电插塞的另一端与所述控制电路电连接。

    27、可选地,还包括电场透镜,所述电场透镜位于所述钝化层上方,所述钝化层中设置有垂向贯穿所述钝化层的导电插塞,所述导电插塞的一端与所述电场透镜电连接,所述导电插塞的另一端与所述控制电路电连接。

    28、如上所述,本发明的电子源结构及制作方法中,在有源层转移前于有源层开口中形成钝化层,钝化层能够作为支撑层提高有源层的机械强度,进一步提高有源层的转移成功率;另外,通过有源层的转移,提升了基板方案的灵活性,基板的材料类型、结构类型、功能类型可以灵活选配,提升了电子源与cmos系统、mems系统等其他辅助功能系统的集成灵活度。



    技术特征:

    1.一种电子源结构的制作方法,其特征在于,包括以下步骤:

    2.根据权利要求1所述的电子源结构的制作方法,其特征在于:所述开口垂向贯穿所述第一导电层并垂向贯穿所述多孔层。

    3.根据权利要求1所述的电子源结构的制作方法,其特征在于:所述多孔层包括层叠的第一多孔层和第二多孔层,所述第一多孔层的孔隙率大于所述第二多孔层的孔隙率;其中,所述开口垂向贯穿所述第一导电层并垂向贯穿所述第二多孔层;剥离所述第一多孔层以去除所述第一基板,并去除所述第二多孔层上残留的所述第一多孔层。

    4.根据权利要求1-3中任一项所述的电子源结构的制作方法,其特征在于:所述第二基板上设有绝缘层,所述第二导电层键合于所述绝缘层,其中,还包括形成背电极的步骤,所述背电极贯穿所述钝化层与所述第二导电层电连接。

    5.根据权利要求4所述的电子源结构的制作方法,其特征在于:形成所述第二导电层之前,还包括于所述钝化层中形成刻蚀槽的步骤,其中,所述第二导电层还填充入所述刻蚀槽中,所述背电极与位于所述刻蚀槽中的所述第二导电层电连接。

    6.根据权利要求1-3中任一项所述的电子源结构的制作方法,其特征在于:所述第二基板中设置有控制电路,所述第二导电层与所述第二基板键合后,所述第二导电层与所述控制电路电连接。

    7.根据权利要求6所述的电子源结构的制作方法,其特征在于:形成所述第二导电层后,还包括形成导电插塞的步骤,所述导电插塞垂向贯穿所述钝化层且与所述第二导电层绝缘隔离,将所述第二导电层与所述第二基板键合后,所述第二导电层与所述控制电路电连接,所述导电插塞与所述控制电路电连接,并且,所述顶电极与所述导电插塞电连接。

    8.根据权利要求6所述的电子源结构的制作方法,其特征在于:形成所述第二导电层后,还包括形成导电插塞的步骤,所述导电插塞垂向贯穿所述钝化层且与所述第二导电层绝缘隔离,将所述第二导电层与所述第二基板键合后,所述第二导电层与所述控制电路电连接,所述导电插塞与所述控制电路电连接,并且,形成所述顶电极后,还包括于所述钝化层上形成电场透镜的步骤,所述电场透镜与所述导电插塞电连接。

    9.一种电子源结构,其特征在于,包括:

    10.根据权利要求9所述的电子源结构,其特征在于:所述第二基板与所述第二导电层之间还设置有绝缘层,所述电子源结构还包括背电极,所述背电极贯穿所述钝化层与所述第二导电层电连接。

    11.根据权利要求10所述的电子源结构,其特征在于:所述钝化层中还设置有刻蚀槽,其中,所述第二导电层还位于所述刻蚀槽中,所述背电极与位于所述刻蚀槽中的所述第二导电层电连接。

    12.根据权利要求9所述的电子源结构,其特征在于:所述第二基板中设置有控制电路,所述第二导电层与所述控制电路电连接。

    13.根据权利要求12所述的电子源结构,其特征在于:还包括导电插塞,所述导电插塞垂向贯穿所述钝化层,所述导电插塞的一端与所述顶电极电连接,所述导电插塞的另一端与所述控制电路电连接。

    14.根据权利要求12所述的电子源结构,其特征在于:还包括电场透镜,所述电场透镜位于所述钝化层上方,所述钝化层中设置有垂向贯穿所述钝化层的导电插塞,所述导电插塞的一端与所述电场透镜电连接,所述导电插塞的另一端与所述控制电路电连接。


    技术总结
    本发明提供一种电子源结构及制作方法,包括:提供第一基板,第一基板上形成有层叠的多孔层和第一导电层;图形化第一导电层和多孔层形成开口;形成钝化层,钝化层填充入开口中,于钝化层中形成凹槽;形成第二导电层,第二导电层并填充入凹槽中与第一导电层电连接;提供第二基板,将第二导电层键合于第二基板;去除第一基板,于多孔层远离第二基板的一侧形成顶电极。本发明在有源层转移前于有源层开口中形成钝化层,钝化层作为支撑层提高有源层的机械强度,提高转移成功率;并且,通过有源层转移,提升了基板的灵活性,基板的材料类型、结构类型、功能类型可以灵活选配,提升了电子源与CMOS系统、MEMS系统等其他辅助功能系统的集成灵活度。

    技术研发人员:刘强,王诗男
    受保护的技术使用者:上海集成电路材料研究院有限公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/11/26
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