铁电发射体 【发明领域】
本发明涉及一种铁电发射体。本发明尤其涉及一种在半导体光刻工艺中使用的铁电多层发射体。
背景技术
借助转换的铁电发射在电子发射光刻中允许一种简单的处理。在过去，通过在磁场中转换发射体已得到适合光刻的电子发射。然而，常规铁电发射体不能保证两个电极之间的间隙对于转换是太宽或太窄的电子发射。
例如，在常规铁电发射体中，如果两个电极之间的间隙太宽，电场不能到达铁电发射体的中心部分。因此，在铁电区域不能发生转换效应。另一方面，如果两个电极之间的间隙，或掩模图形的间隙太窄，那么形成在铁电发射体中铁电层上的掩模图形在电子发射过程中吸收电子，使得电子流过具有图形的掩模。而且，由于两个电极没有相互连接在一起，不能转换诸如环行的隔离图形。
与铁电转换相反，不管掩模图形的间隙特征，热电发射可以提供均匀的电子发射。热电指地是由温度变化引起的极性改变的结果。由于所述性质，当材料受温度变化影响时，自发极化量变化以影响束缚电荷，使得电流在顶电极和底电极之间流动。
如果加热发射体，并且这个过程发生在真空中，那么作为屏蔽在发射体表面上的电子的束缚电荷被释放到真空中，该过程被称作热电发射。在这种情况中，均匀发射是允许的，与间隙距离无关。此外，热电发射能够在诸如环行图形的隔离图形中均匀发射电子。尽管热电发射易于电子发射，但是它具有几个缺点。缺点之一是需要限制重新还原发射体或需要限制在居里温度上加热发射体，用于重新发射。
【发明内容】
本发明的一个特征在于提供一种铁电发射体，保证从掩模图形的宽间隙和窄间隙中和在诸如环行的隔离图形中均匀的发射电子，用于铁电转换发射光刻，同时消除了在居里温度上加热发射体用于重新发射的需要。
本发明提供一种铁电发射体，包括：下电极；覆盖在下电极上，具有顶表面和两个端部的铁电层，在除铁电层顶面两个端部之外的区域上形成的插入电极；介电层，具有顶面和两个端部，具有预定图形，并沿着铁电层的顶面和插入电极形成；在铁电层对面的介电层一侧上形成的假上电极。
在本发明的优选实施方案中，预定图形形成在除两个端部之外的介电层的顶面上，并且假上电极容易从介电层上分离。假上电极形成在除介电层图形部分之外的区域上。
本发明还提供一种铁电发射体，包括：下电极；覆盖在下电极上，具有顶表面和两个端部的铁电层，在除铁电层顶面两个端部之外的区域上形成的插入电极；第一介电层，具有突出的侧部，沿着铁电层的顶面和插入电极形成；沿着除突出侧边之外的铁电层的顶表面形成的第二介电层；在第一介电层突出侧上形成的假上电极。
在本发明的另一种优选实施方案中，第一介电层的介电常数比第二介电层的介电常数高，并且假上电极容易从第一介电层分离。
附图简述
根据附图，通过详细描述本发明优选实施方案，本发明上述特征和优点将变得更加明白，其中：
图1是横截面视图，示出了根据本发明优选实施方案的铁电发射体的结构；
图2A是横截面视图，示出了初始步骤，其中根据本发明恒定电压施加到铁电发射体上，用于转换发射光刻，假上电极附加在铁电发射体上；
图2B是横截面视图，示出了屏蔽步骤，其中假上电极被从经历了图2A初始步骤的用于转换发射光刻的铁电发射体上隔离开；
图2C是横截面视图，示出了发射步骤，其中负电压施加到铁电发射体上，用于转换发射光刻，此铁电发射体经历了图2B示出的屏蔽步骤，并且假上电极附加在铁电发射体上；
图3A是横截面视图，示出了初始步骤，其中根据本发明恒定电压施加到铁电发射体上，用于转换发射光刻，假上电极附加在铁电发射体上；
图3B是横截面视图，示出了屏蔽步骤，其中假上电极被从经历了图3A初始步骤的用于热电发射的铁电发射体上隔离开；
图3C是横截面视图，示出了发射步骤，其中负电压施加到铁电发射体上，用于热电发射光刻，此铁电发射体经历了图3B示出的屏蔽步骤，并且假上电极附加在铁电发射体上；以及
图4是横截面视图，示出了根据本发明另一种优选实施方案的铁电发射体的结构。
详细实施方案
参考图1，根据本发明优选实施方案的铁电发射体包括形成在铁电层11顶面上的插入电极12。具有预定图形的介电层13沿着铁电层11的顶面和插入电极12形成。铁电层和介电层都具有顶面和两个端部。因此，插入电极12的顶面和两个侧面被介电层13包围。由于介电层13是沿着铁电层11的顶面和插入电极形成的，沿着铁电层11顶面形成的部分要比沿着插入电极12顶面形成的部分厚。预定图形形成在介电层13的顶面上，插入电极12的上方。
假上电极14被提供在介电层13上。根据本发明在铁电发射体运转的过程中，假上电极14是容易分离的。假上电极14沿着介电层13无图形部分的顶面形成。下电极15位于铁电层11的下面，并且根据本发明当运行铁电发射体时下电极15施加外部电荷。覆盖在铁电层11上的插入电极12置于下电极15和假上电极14之间。当施加电场时，插入电极12用于在铁电层的中心区域周围极化铁电层11。此外，当分离假上电极14时，插入电极12用于收集介电层13的图形间的电荷。
在图1中，根据本发明收集器16被提供在铁电发射体的外面，并且在发射体运行时从介电层13发射出的电子到达收集器16。
现在参考图2A，将描述用于电子发射的初始步骤。首先，在下电极15和假上电极14之间施加恒定电压。因此，铁电层11变得极化21，以在下电极15中收集正束缚电荷和在假上电极14中收集负束缚电荷。在初始步骤中，在假上电极14和插入电极12之间诱导了一种电场。在插入电极12和下电极15之间也诱导了一种电场。另外，铁电层11在插入电极12区域对应的区域中变得极化。
参考图2B，现在将描述初始步骤后的屏蔽步骤。如果沿着具有图形的介电层13的顶面形成的假上电极14从介电层13分离开，在假上电极14中的负束缚电荷突然从发射体消失。为对此补偿，真空中的电子22收集在介电层13的具有图形的部分。在这种情况中，由于在介电层的薄部分收集的电子比在其厚部分收集的电子多，因此电子被收集在介电层13的中心部分的周围，该部分是具有图案的。由于自发极化是较大的并且介电层是较薄的，因此较多的电子22被收集。
直到屏蔽步骤执行时，通过转换的发射光刻工艺和热电发射光刻工艺基本上是相同的。然而，当进入电子发射步骤时，工艺就不同了。现在参考图2C，在用于转换发射光刻的电子发射步骤中，负电压施加在假上电极14和下电极15之间，这不象初始步骤。因此，正束缚电荷被收集在假上电极14中，并且负束缚电荷被收集在下电极15中，使得极化23以初始步骤中产生的极化21相反的方向发生。在这种情况中，当正电荷被束缚在假上电极14中和负电荷被束缚在下电极15中时，收集在介电层13的顶面上的电子24被释放，以移向收集器16。因此，以这种方式发射电子24以通过转换执行发射光刻。
接下来，参考图3A，在用于热电发射光刻中的电子发射的初始步骤中，恒定电压施加在下电极15和假上电极14之间。换言之，为了在下电极15中收集正束缚电荷和在假上电极14中收集负束缚电荷，铁电层11变得极化31。在初始步骤中，在假上电极14和插入电极12之间诱导了一种电场。在插入电极12和下电极15之间也诱导了另一种电场。另外，铁电层11在插入电极12的区域对应的区域中变得极化。
参考图3B，在初始步骤后的屏蔽步骤中，覆盖在具有图形的介电层13上的假上电极和介电层13分离开。在这种情况中，由于假上电极的分离，在假上电极中的负束缚电荷突然从发射体消失。为对此补偿，真空中的电子32收集在介电层13的具有图形的顶面上。在这种情况中，由于在介电层13的薄部分收集的电子比在其厚部分收集的电子多，电子一起聚集在具有图形的中心部分周围。由于自发极化量是较大的并且介电层是较薄的，较多电子32被收集。在初始步骤和屏蔽步骤中，热电发射光刻工艺以通过转换的发射光刻工艺相同的方式进行，但是在发射步骤中这两种方法不同。通过转换的发射光刻技术采用施加负电压的方式，不象初始步骤，而热电发射光刻技术采用加热铁电发射体的方式。
参考图3C，将描述根据本发明的热电发射光刻工艺。在经历转换步骤后，使用外加热源对发射体的铁电层11加热。外加热源可以是加热器，激光或红外射线。当受到加热步骤时，发射体的铁电层11的温度上升，减小了极化33。在这种情况中，电子按极化减小的比例从介电层13发射到收集器16。通过该过程，电子可通过执行加热步骤被发射，而不是在通过转换的发射光刻中施加电压而发射。
根据图4，现在将描述根据本发明另一种实施方案的铁电发射体。图4的铁电发射体和图1的铁电发射体不同，不同之处在于构成图形部分(第二介电层)的材料和第一介电层的材料不同。
插入电极42沿着铁电层41顶面的中心部分形成。沿着铁电层41的顶面和插入电极42形成第一介电层43，其边缘是突出的。因此，插入电极42的顶面和两个侧面被第一介电层43包围。第一介电层43沿着铁电层41的顶面和插入电极42形成。因此，覆盖在铁电层上的部分比覆盖在插入电极42上的部分厚。具有预定图形的第二介电层44形成在除第一介电层43突出边缘之外的部分上。下电极46位于铁电层41的下面。
第一介电层43的介电常数和第二介电层44的不同。在本发明中，优选前者的介电常数比后者的介电常数大。假上电极45形成在第一介电层43的一个突出侧面上。当根据另一种实施方案运行铁电发射体时，假上电极45是容易分离的。图4的铁电发射体的操作方法和图1的铁电发射体的操作方法相同。如图2A-3C所示，通过转换的电子发射和热电电子发射可以相同的方式执行。
在屏蔽步骤中，电子被收集在第二介电层44的图形之间，该介电层沿着第一介电层43的除突出边缘之外的顶表面形成。在通过转换的电子发射或热电发射中电子被发射。
本发明保证电子从宽或窄区域和在诸如环行的隔离图形中均匀发射，用于铁电发射光刻，同时，在热电发射中有利于重新还原。因此，本发明提供具有多种应用的铁电发射体。