腔體內電子發射器件的電極涂層的制作方法
【專利說明】
【背景技術】
[0001]靜電放電是處在不同靜電勢的兩個帶電物體之間的電流轉移，并且是固體電子學中的可靠性和耐久性問題。靜電放電能夠由靜電場引發，或者由電擊穿、電短路導致或僅由接觸導致。因為它可能會有很強的破壞性，防止靜電放電在很多應用中是很重要的。靜電放電能夠永久性地破壞昂貴的集成電路。因此，需要通過靜電放電防護裝置來保護免受靜電放電。這一條對于需要更小且更新電路的更快且更小的計算機來說尤其正確。靜電放電可以徹底摧毀更快的半導體芯片。
[0002]真空和準真空電子器件的一個共同問題是電子向腔體中的發射，稱為場致發射或場致電子發射。場致電子發射由靜電場引發，并且通常發生在固體表面進入真空狀態時。場致電子發射對表面層裝材料性質尤其敏感。例如自然氧化物的表面層的形成能夠嚴重妨害使用純硅作為電子發射電極。二氧化硅或硅石薄膜通過熱氧化生長在硅表面上。所述自然氧化物在很多有益的應用中作為絕緣體使用。然而，在場致發射二極管的使用中，所述自然氧化物是有害的。一種解決方案是使用砷化鎵(GaAs)作為電子發射電極以克服所述表面層上的自然氧化物的缺陷。然而，砷化鎵數量并不豐富并且加工更加昂貴，而硅的數量非常豐富。因此，由于硅用使用在很多的半導體應用中，規模經濟進一步有益于硅的使用。另一種解決方案涉及使用濺射或其它技術在陰極上層疊涂層。然而，所述涂層出現在所述裝置上的陽極的形成或放置之前。包含結合分離晶片的額外工藝步驟能夠破壞或損壞通常很敏感的陰極發射層。此外，所述額外工藝步驟價格昂貴并且耗費時間。

【發明內容】

[0003]公開了形成為靜電放電裝置的場致發射二極管的方法的實施例。所述方法包括形成第一電極、犧牲層以及第二電極。所述犧牲層隔開所述第一電極和第二電極。所述方法還包括通過去除所述犧牲層，在所述第一電極和第二電極之間形成腔體。所述腔體隔開所述第一電極和第二電極。所述方法還包括:在形成所述第一電極和第二電極之后，通過至少一個進入孔在至少所述第一電極和第二電極之一上沉積電子發射材料。所述進入孔遠離所述第一電極和第二電極上的電子發射。
[0004]在形成所述第一電極和第二電極之后以及在形成所述腔體之后沉積電子發射材料，排除了昂貴且有破壞性的工藝步驟，例如分離晶片的結合。在一些實施例中，所述電子發射材料可以是電子可以容易穿過的導電材料、薄絕緣或半導電材料或者上述材料的納米結構的組合。在一些實施例中，所述電子發射材料優選具有較低的功函數。所述電子發射材料可以通過在所述電極的表面上去除并且不產生絕緣氧化物來保護所述電極。例如，氧化硅可以通過產生絕緣層來嚴重妨害電子發射電極。
[0005]在一些實施例中，刻蝕任意一個電極或兩個電極以從所述電極的表面上去除氧化物。例如，硅電極表面的刻蝕會去除所述電極表面的氧化硅。在一個實施例中，所述電子發射材料是鈀。使用鈀作為所述電子發射材料可以有益于它與標準工業工藝的兼容性。在一些實施例中，所述電子發射材料可以是具有例如低于4eV的低功函數的導電材料。一種或多種電子發射材料的沉積允許導致更可靠產品的、所述電極上穩定、清潔、沒有氧化物的表面的形成。
[0006]所述第一電極和第二電極可以是單一材料或者是材料的組合。在一個實施例中，所述第一電極和第二電極可以是不同的材料。在一個實施例中，所述第一電極和第二電極是硅。所述電極可以是適合所述電子發射材料沉積的任何材料。所述材料可以是但不限于:SiGe、SiC、GaAs、硅化物、金屬或其它材料。在一些實施例中，所述第一電極是發射電極。在一些實施例中，所述第二電極是發射電極。在一些實施例中，所述第一電極和所述第二電極都是發射電極。
[0007]在一些實施例中，所述電子發射材料選擇性地沉積在所述第一電極和第二電極的表面上。在一些實施例中，所述電子發射材料選擇性地只沉積在所述第一電極的表面上或只沉積在第二電極的表面上。在一些實施例中，僅在任意一個電極一部分表面上或者兩個電極一部分表面上覆蓋有所述電子發射材料。在一些實施例中，所述電子發射材料的簇沉積在任意一個電極表面上或兩個電極的表面上。在一些實施例中，使用選擇性無電沉積的方式將所述導電材料沉積在至少一個電極的表面上。在一些實施例中，在所述腔體形成之后，使用電解沉積來選擇性涂覆所述導電材料。在一些實施例中，通過在所述電極的表面上形成薄的合金或金屬簇，來改進所述電極的硅表面。在一些實施例中，所述沉積可以通過化學氣相沉積來進行。
[0008]在一些實施例中，所述電子發射材料的沉積通過至少一個進入孔來進行。進入孔的形狀、大小、數量以及位置可以是不同的。在一些實施例中，所述進入孔遠離所述第一電極和所述第二電極上的電子發射位置。進入孔位于較遠的位置，其中所述進入孔沒有與所述第一電極或所述第二電極上的電子發射位置對齊。在一些實施例中，進入孔位于所述裝置的一側。在一些實施例中，所述進入孔位于所述裝置的中央。在一些實施例中，所述進入孔位于頂部電極上。在一些實施例中，所述進入孔與所述第一電極和所述第二電極中任意一個或兩個上的電子發射的表面位置分離。在一些實施例中，所述進入孔可以是所述第二電極中的圓孔。所述進入孔的其它形狀是可以想到的。在一些實施例中，一個以上的進入孔提供所述腔體的入口，以在所述第一電極和/或第二電極上沉積所述電子發射材料。可以優化所述進入孔的數量以確保在多個發射點上的統一或可重復的沉積。此外，可以優化所述進入孔的數量以確保快速加工。
[0009]在一些實施例中，所述電極是平坦的。在一些實施例中，電極中的至少一個電極包括電場增強結構。所述電場增強結構可以是各種各樣的形狀和大小，以更好地調節來自所述電極的電子發射位置。在一些實施例中，所述電極的電場增強結構是楔形。在一些實施例中，所述電極的電場增強結構是錐形尖端。在一些實施例中，所述電極的電場增強結構是圓錐形。在一些實施例中，所述電極的電場增強結構是三角鋸齒形。也可以使用并想到其它的形狀。
[0010]在一些實施例中，電子發射材料涂覆在所述電極的整個表面。在一些實施例中，電子發射材料僅涂覆在所述電極的一部分表面上。在一些實施例中，通過進入孔沉積電子發射材料包括至部分地覆蓋所述第一電極的表面，并且在所述第一電極的表面上形成所述電子發射材料的簇。在一些實施例中，只有所述電場增強結構使用所述電子發射材料來涂覆。在一些實施例中，只有所述電場增強結構的一部分用導電材料來涂覆。例如，所述圓錐形電場增強結構可以完全涂覆。替代的，所述圓錐形電場增強結構可以僅涂覆所述圓錐的尖端。在一些實施例中，可以不同地涂覆電極上的每個電場增強結構。
[0011 ] 在一些實施例中，所述犧牲層預先確定所述第一電極和所述第二電極之間的實際距離。在一些實施例中，所述腔體是氣密密封的。在一些實施例中，所述腔體是真空或準真空的。在一些實施例中，所述腔體包含氣體或其它類似物質。在一些實施例中，所述腔體在沉積所述電子發射材料之后通過堵塞所述進入孔來密封。在一些實施例中，所述堵塞可以通過濺射或者其它這樣的技術來發生。
[0012]公開了用于電子裝置的靜電放電防護裝置的實施例。所述靜電放電防護裝置包括場致發射二極管。所述場致發射二極管包括第一電極、第二電極以及腔體。所述腔體以所述第一硅電極和第二硅電極之間預先確定的距離隔開所述第一硅電極和所述第二硅電極。刻蝕每個硅電極的表面，每個電極的表面不殘留氧化硅。所述場致發射二極管還包括在所述第一電極和第二電極的表面上的電子發射材料以及在所述第一電極和所述第二電極以及所述腔體的形成之后沉積的所述電子發射材料。
[0013]還公開了用于選擇性涂覆場致發射二極管電極的方法的實施例。所述方法包括在形成的場致發射二極管的腔體內沉積電子發射材料。所述電子發射材料沉積在第一電極和第二電極中至少一個電極的表面上。所述沉積通過進入孔來進行。所述進入孔遠離在所述第一電極和所述第二電極上的電子發射位置。
【附圖說明】
[0014]參照下面的描述，結合本發明原則的示例形式示出的附圖，關于本發明的其它方面將會變得更加清楚。
[0015]圖1A示出了具有進入孔的平面場致發射二極管的實施例。
[0016]圖1B示出了在所述第一電極和所述第二電極的表面上具有電子發射涂層的圖1A的平面場致發射二極管的實施例。
[0017]圖2A示出了具有電場增強結構的場致發射二極管的另一個實施例。
[0018]圖2B示出了與圖2A的電極相似的電極的一部分的實施例，示出了具有選擇性涂層的尖端的所述電場增強結