CN100521061C - 具有碳纳米管发射极的场发射显示器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种含有碳纳米管发射极的场发射显示器(FED)及其制造方法。围绕CNT发射极的栅极叠层包括覆盖邻近CNT发射极的发射极电极的掩模层，以及形成在掩模层上的栅极绝缘膜、栅电极、第一氧化硅膜(SiOX，X＜2)和聚焦栅电极。第一氧化硅膜的厚度为2μm或更大，并且优选3～15μm。用于形成第一氧化硅膜和/或栅极绝缘膜的硅烷和硝酸的流速分别保持在50～700scmm和700～4，500sccm。

Description

具有碳纳米管发射极的场发射显示器及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种平面显示面板及其制造方法，更具体地，涉及一种具有碳纳米管发射极的场发射显示器及其制造方法。
背景技术
不难预测阴极射线管将被平面显示面板所取代，例如液晶显示器、发光二极管、等离子显示面板和场发射显示器(FED)。在这些平面显示面板中，具有高分辨率、高效率和低功耗的优势的FED作为下一代显示器件倍受关注。
FED的核心技术是用于发射电子的发射尖端的处理技术以及处理技术的稳定性。在常规FED中，使用硅尖端或钼尖端作为发射尖端。然而，硅尖端和钼尖端都具有短暂的使用寿命、低稳定性和低电子发射效率。
常规FED在聚焦栅电极(focus gate electrode)和栅电极(gate electrode)之间形成的氧化硅(SiO2)膜的台阶部分处还具有不良的台阶覆盖度(stepcoverage)。这能导致电缺陷，例如图1所示的裂缝10，从而引起在台阶部分处的绝缘破损(insulating breakage)。这种缺陷能产生两电极之间的漏电流，从而在台阶部分产生焦耳热。
在图1中，附图标记4、6和8分别表示栅电极、氧化硅膜和聚焦栅电极。
通过增加氧化硅膜的厚度能在某种程度上解决伴随氧化硅膜(SiO2)的上述问题。然而，当氧化硅膜的厚度增加到多于2μm时，由于出现剥离现象(peeling-off phenomenon)，所以不容易得到理想的厚度。
为了解决这个问题，开发了具有多种结构的几种FED。在常规FED中，广泛使用具有嵌入的聚焦结构的FED和具有金属网结构的FED。
在前一种例子中，在聚焦栅电极和用于引出电子的栅电极之间形成裂缝的可能性较低，但由于聚焦栅电极形成在聚酰亚胺上，所以需要用于排除由聚酰亚胺产生的气体的除气工艺。
另一方面，在后一种例子中，通过在尖端周围设置金属网能改善对电子束的聚焦。然而，很难加工和接合金属网，尤其是，由于金属网的未对准可以使电子束偏移。
发明内容
因此，本发明的一目的是提供一种碳纳米管场发射显示器(CNT FED)，该碳纳米管场发射显示器具有聚焦电子束的优良性能且聚焦栅电极和栅电极之间的漏电流得以减小。
本发明的另一目的是提供一种制造被简化和具有最小成本的CNT FED的方法。
根据本发明的一个方面，提供一种本发明的碳纳米管场发射显示器(CNT FED)，包括：玻璃基板；形成在玻璃基板上的透明电极；形成在透明电极上的发射极电极；形成在发射极电极上的CNT发射极；从CNT发射极中引出电子束、使引出的电子束聚焦到预定靶上并且形成在CNT发射极的周围区域上的栅极叠层(gate stack)；形成在栅极叠层上方并且在其上显示信息的前面板(front panel)；以及形成在前面板的背部表面上的荧光膜，其中栅极叠层包括：覆盖发射极电极的掩模层；以及依序堆叠在掩模层上的栅极绝缘膜(gate insulating film)、栅电极、第一氧化硅膜(SiOX，X<2)和聚焦栅电极。
栅极绝缘膜可以是SiO2或是由SiOX给出的第二氧化硅膜，其中X<2。第一氧化硅膜的厚度可以是2μm或更大，优选3～15μm，更优选6～15μm且第二氧化硅膜可以具有1～5μm的厚度。
在一个聚焦栅电极中形成多个CNT发射极。
根据本发明的一个方面，提供一种制造本发明的CNT FED的方法，包括：在玻璃基板和透明电极上形成具有暴露出一部分透明电极的通孔(through hole)的掩模层；在掩模层上形成填充通孔的栅极绝缘膜；在通孔周围的栅极绝缘膜上形成栅电极；在栅电极和栅极绝缘膜上形成第一氧化硅膜(SiOX，X<2)；在通孔周围的第一氧化硅膜上形成聚焦栅电极；以及除去栅极绝缘膜和设置在栅电极内的第一氧化硅膜。
可以在氧化硅膜和由SiOX、其中X<2给出的第二氧化硅膜的其中之一的内部形成栅极绝缘膜。第一氧化硅膜形成的厚度为2μm或更大、优选3～15μm、更优选6～15μm。
用于形成第一氧化硅膜的硅烷(SiH4)的流速可以保持在50～700sccm，以及用于形成第一氧化硅膜的硝酸(N2O)的流速可以保持在700～4,500sccm。用于形成第一氧化硅膜的工艺压力可以保持在600～1,200mTorr，以及当形成第一氧化硅膜时基板的温度可以保持在250～450℃。而且，当形成第一氧化硅膜时，RF功率可以保持在100～300W。
上述工艺条件可以应用于形成第二氧化硅膜的工艺中。
除去第一氧化硅膜可以包括：在聚焦栅电极和在聚焦栅电极内形成的第一氧化硅膜上涂敷感光膜；曝光形成在通孔上方的感光膜；除去感光膜的曝光部分；使用从中除去曝光部分的感光膜作为蚀刻掩模湿蚀刻第一氧化硅膜；以及除去感光膜。在这种情况下，可以重复用于除去第一氧化硅膜的整个工艺。
在曝光感光膜期间通过从玻璃基板下面照射紫外射线可以曝光感光膜。
曝光感光膜可以包括：把具有透射窗口的掩模放置到感光膜上方对应通孔的区域；以及从掩模上方朝掩模辐射光。
结合除去第一氧化硅膜的所有工艺能应用于除去栅极绝缘膜的工艺中。这时，可以重复整个工艺。可以形成聚焦栅电极，使得在聚焦栅电极中形成多个通孔。
根据本发明的CNT FED包括聚焦栅极绝缘膜(focus gate insulatingfilm)，通过聚焦栅极绝缘膜确保聚焦栅电极和栅电极之间极好的台阶覆盖度并且聚焦栅极绝缘膜具有足够的厚度以将聚焦栅电极和栅电极之间的应力减到最小。因此，在聚焦栅极绝缘膜中不产生缺陷，例如裂缝，由此降低聚焦栅电极和栅电极之间的漏电流。由于聚焦栅极绝缘膜具有足够的厚度，所以由足够的距离来分隔聚焦栅电极和栅电极。因此，能避免由粘附到聚焦栅极绝缘膜上的杂质引起的两电极之间的绝缘破损。而且，由于通过自对准构图感光膜来取代使用附加的掩模，所以能简化制造工艺，由此降低制造成本。
附图说明
通过参考附图详细介绍其优选实施例，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加清楚，其中：
图1是示例常规FED中的缺陷的SEM图像；
图2是根据本发明一个示范性实施例的含有CNT发射极的FED的剖面图；
图3至图11示出了堆叠和蚀刻用于形成聚焦栅极绝缘膜的氧化膜的工艺的剖面图，其中聚焦栅极绝缘膜内置在图2所描绘的FED的栅极叠层中；
图12是在图3至图11中所描绘的氧化膜堆叠和蚀刻处理期间、刚好在用于氧化膜的第一湿蚀刻之后在其上留下感光膜的最终产物的SEM图像；
图13是从其中除去图12中所描绘的感光膜的最终产物的SEM图像；
图14是在图3至图11中所描绘的氧化膜堆叠和蚀刻处理期间、刚好在用于氧化膜的第二湿蚀刻之后在其上留下感光膜的最终产物的SEM图像；
图15是从其中除去图14中所描绘的感光膜的最终产物的SEM图像；
图16是在图3至图11中所描绘的氧化膜堆叠和蚀刻处理期间、在完成用于氧化膜的四次湿蚀刻之后从其中除去感光膜的最终产物的SEM图像；
图17示例了使用与图3至图11中描绘的曝光法不同的曝光法来曝光感光膜的工艺的剖面图；
图18至图27示例了在制造图2中所描绘的FED的方法中用于形成栅极叠层和碳纳米管发射极的步骤的剖面图；
图28是图2中所描绘的FED的栅极叠层的聚焦栅极绝缘膜的淀积速率相对于硅烷(SiH4)流速的示例图；
图29是图2中所描绘的FED的栅极叠层的聚焦栅极绝缘膜的应力相对于硝酸(N2O)流速的示例图；
图30是图2中所描绘的FED的栅极叠层的聚焦栅极绝缘膜的应力相对于基板的温度和硝酸流速的示例图；
图31是图2中所描绘的FED的栅极叠层的聚焦栅极绝缘膜的蚀刻速率相对于硅烷(SiH4)流速的示例图；
图32示例了漏电流相对于图2中所描绘的FED的栅极叠层的聚焦栅极绝缘膜的厚度的图；
图33示出了根据图18至图27中所描绘的制造FED的方法形成栅电极、聚焦栅极绝缘膜和聚焦栅电极的叠层的SEM图像；
图34示例了按照施加到聚焦栅极上的电压的图2中所描绘的FED的显示特性的示意图。
具体实施方式
现在参考表示本发明示范性实施例的附图，更充分地描述本发明。在附图中，为清楚理解放大了层和区域的厚度。
图2是根据本发明一个示范性实施例的含有CNT发射极的FED的剖面图。
参考图2，在玻璃基板30上形成透明电极32。透明电极32可以是用作发射极电极(emitter electrode)的氧化铟锡(ITO)电极。覆盖一部分透明电极32的栅极叠层S1形成在玻璃基板30上。接触孔44露出栅极叠层S1之间的部分透明电极32。发射电子的CNT发射极46形成在通过接触孔44露出的一部分透明电极32上。CNT发射极46不接触栅极叠层S1。每个栅极叠层S1包括第一掩模层34，第一掩模层34覆盖一部分透明电极32并且在制造工艺期间用作背面曝光(back-exposing)掩模。掩模层34与CNT发射极46隔开。栅极绝缘膜36、栅电极38、聚焦栅极绝缘膜40和聚焦栅电极42依序形成在第一掩模层34上并且具有依序变窄的宽度。因此，栅极叠层S1的一侧表面随台阶倾斜。
在下文将要介绍的用于形成图2中所描绘的CNT FED的制造工艺中，通过背面曝光法使用紫外射线对构成栅极叠层S1的大量部件进行构图。因此，第一掩模层34优选地对可见光是透明的，而对于紫外射线是不透明的并且可以为非晶硅层。优选栅极绝缘膜36为第一氧化硅膜。栅电极38是具有大约0.25μm厚度的第一铬电极或具有不同于0.25μm厚度的导电电极。使栅电极38和聚焦栅电极42绝缘的聚焦栅极绝缘膜40是具有2μm或更大厚度、优选3～15μm厚度的第二氧化硅(SiOX)膜。这时，第二氧化硅的分子式的下标x优选小于2(x<2)。聚焦栅极绝缘膜40还可以是具有与第二氧化硅膜相同或相似物理特性的绝缘膜。聚焦栅电极42对称地形成在CNT发射极46周围并且是具有预定厚度的第二铬电极。聚焦栅电极42可以是与第二铬电极不同的导电电极并且还可以具有不同的厚度。
栅电极38用于从CNT发射极46中引出电子束。因此，可以对栅电极38施加预定的交流栅极电压Vg，例如，+80V。
聚焦栅电极42用作收集从CNT发射极46发射的电子的收集极(collector)，使得电子能够到达设置在CNT发射极46上方的荧光膜48。为了这一目的，可以对聚焦栅电极42施加聚焦栅极电压Vfg，聚焦栅极电压Vfg具有与电子束相同的极性并且具有比交流栅极电压Vg低的绝对值。例如，-10V的聚焦栅极电压Vfg可以施加到聚焦栅电极42。
参考图2，前面板50从栅极叠层S1的聚焦栅电极42朝向上设置。前面板50从栅极叠层S1的聚焦栅电极42向上以预定距离D隔开。各种信息被显示在前面板50上。荧光膜48粘附到面对栅极叠层S1的前面板50的底表面上并且对荧光膜48施加直流电压。当被电子束激发时发射红色R、绿色G和蓝色B的荧光物质均匀分布在荧光膜48上。
在图2中，为方便没有示出使前面板50和栅极叠层S1分开的隔离物和黑色基质(black matrix)。
现将参考图3至图11介绍根据本发明一示范性实施例的制造CNTFED、尤其用于形成栅极叠层的方法。
参考图3，在基板80上依序形成第一电极82和第二掩模层84。在第二掩模层84中形成暴露出第一电极82的通孔86。优选第二掩模层84由对可见光透明、而对紫外光不透明的材料形成，例如非晶硅层。
参考图4，在第二掩模层84上形成填充通孔86的绝缘膜88到一预定厚度t。优选绝缘膜88由具有比在常规硅膜(SiO2)中高的硅成分的硅膜(SiOX)(x<2)形成。绝缘膜88可以形成为2μm或更大的厚度、优选3～15μm、更优选6～15μm的厚度。利用使用RF的等离子体增强化学气相淀积法(PECVD)，绝缘膜88可形成与氧化硅膜(SiOX)不同的厚度。然而，形成绝缘膜88的方法可以根据要形成的厚度而不同。例如，当在上述提到的厚度范围内很薄地形成绝缘膜88时，可以用溅镀法(sputteringmethod)形成绝缘膜88。另一方面，当在上述提到的厚度范围内很厚地形成绝缘膜88时，可以用电镀法或热蒸镀法(thermal evaporation method)形成绝缘膜88。
当利用PECVD法用氧化硅膜(SiOX)形成绝缘膜88时，工艺条件如下。
基板应保持在250～450℃的温度范围内、优选340℃，并且RF功率保持在100～300W、并优选为160W。反应室内的压力应保持在600～1,200mTorr，并优选为900mTorr。源气体(source gas)中的硅烷(SiH4)的流速优选地控制在保持400nm/min或更高的淀积速率。例如，硅烷(SiH4)的流速保持在比用于形成氧化硅膜(SiO2)的常规流速(15sccm)高得多的程度，即大约为50～700sccm，并优选为300sccm。而且，源气体中的硝酸(N2O)的流速保持在大约700～4,500sccm，并优选为1,000～3,000sccm。
硅烷(SiH4)的相同流速可以使用PECVD法用于氧化硅膜(SiOX)的蚀刻工艺中。如图31中的曲线68所示，在与上述相同的硅烷的流速范围中氧化硅膜(SiOX)的蚀刻速率比常规情况C1中大的多。在氧化硅的蚀刻中的硅烷流速优选地保持在使氧化硅的蚀刻速率为100nm/min或更快。
当在上述的工艺条件下形成氧化硅膜(SiOX)时，氧化硅膜可以形成为上述的厚度。因此，能得到比常规技术改善的台阶覆盖度。如图28中的曲线64所示，淀积速率(
Figure C200410056695D0011163622QIETU
)比常规淀积速率快的多。
而且，如图29中的曲线66所示，当控制硝酸的流速时，氧化硅膜(SiOX)的应力降低到100Mpa以下。
此外，如图30所示，当硝酸的流速保持为常量并且基板的温度在上述范围内变化时，氧化硅膜(SiOX)的应力小于100MPa。
氧化硅膜(SiOX)的低应力表示氧化硅膜(SiOX)的密度低于常规氧化硅膜的密度。也就是，这意味着氧化硅膜(SiOX)类似于多孔材料。
在图30中，正(+)应力值表示压应力，而负值(-)应力值表示张应力。参考符号“▲”、“●”、“■”和
Figure C200410056695D00111
分别表示当硝酸的流速为2,700scmm、2,200sccm、1,800sccm和1,500sccm时的情况。
当在给定工艺条件下形成氧化硅膜(SiOX)时，可以形成具有比常规氧化硅膜高的硅浓度和低得多的应力的氧化硅膜(SiOX)。因此，在由氧化硅膜(SiOX)形成的绝缘膜88中、尤其在台阶区域中形成缺陷、例如裂缝的可能性低于常规氧化硅膜。因而，当按照上述工艺形成绝缘膜88时，将形成在绝缘膜88上的电极和第一电极82之间的漏电流的可能性很低。
覆盖第二掩模层84的不同绝缘膜(相对于本发明FED的栅极绝缘膜)和不同电极(相对于本发明FED的栅电极)可以依序形成在第二掩模层84和绝缘膜88之间。这种情况下，当在上述工艺条件下形成绝缘膜88时，由于上述的绝缘膜88的特性，可以减小将形成在绝缘膜上的电极和其它电极之间的漏电流。
参考图5，在绝缘膜88上形成第二电极90。第二电极90可以是铬电极但也可以是其它电极。第二电极90可以对应于内置在本发明FED的栅极叠层S1中的聚焦栅电极42。第一感光膜92形成在第二电极90和绝缘膜88上，并且优选地由正光致抗蚀剂膜形成。在形成第一感光膜92之后，将紫外射线94辐射到基板80的下表面上。这时，由于第二掩模层84，所以除通过第二掩模层84的通孔86露出的那些区域以外的区域没有曝光于紫外射线94中。紫外射线94穿透通孔86，第一感光膜92的曝光区域92a通过通孔86被曝光。参考图6，除去第一感光膜92的曝光区域92a，并随后进行烘焙处理。
图6示出了先后进行显影(developing)和烘焙处理的最终产物。通过从中除去曝光区域92a的一部分暴露出一部分绝缘膜88。
参考图7，使用第一感光膜92作为蚀刻掩模第一次蚀刻绝缘膜88。第一次蚀刻是使用预定蚀刻剂的湿蚀刻并且以确定周期进行。从而，通过第一次蚀刻在绝缘膜88的露出部分中形成具有预定深度的第一凹槽G1。第一凹槽G1形成处绝缘膜88的厚度t1比没有被蚀刻的绝缘膜88的其它区域的厚度t薄。由于湿蚀刻的各向同性特性(isotropic characteristic)，第一凹槽G1延伸到第一感光膜92下面。因此，第一底部掏槽(firstundercut)93形成于第一感光膜92的下面。
参考图8，在除去第一感光膜92之后，在绝缘膜88和第二电极90上形成第二感光膜96。第二感光膜96由与第一感光膜92相同的材料形成。在形成第二感光膜96之后进行第二次背面曝光。在第二次背面曝光工艺中，曝光对应于接触孔86的第二感光膜96的区域96a。此后，通过进行显影处理除去第二曝光区域96a。在除去第二曝光区域96a之后，进行烘焙处理。
图9示出了在烘焙第二感光膜96之后的最终产物。通过第二感光膜96露出一部分第一凹槽G1。
参考图10，使用第二感光膜96作为蚀刻掩模第二次蚀刻其中形成有第一凹槽G1的绝缘膜88，直到露出第一电极82。第二次蚀刻可以是使用预定蚀刻剂的湿蚀刻。也就是，在绝缘膜88中形成露出一部分第一电极82的通孔98。由于湿蚀刻的特性，通孔98延伸到第二感光膜96下面。结果，在第二感光膜96下面形成第二底部掏槽100。
参考图11，通过灰化和剥离除去第二感光膜96。然后，进行用于清洗和干燥的处理。从而，在绝缘膜88中形成露出第一电极82的平滑的通孔98。
图12是刚好在第一次蚀刻绝缘膜之后的SEM图像，可看到第一感光膜92、第二电极90和绝缘膜88。
图13是在除去图12中的第一感光膜92之后的最终产物的SEM图像。绝缘膜88上的轻微凹陷的部分是设置第一感光膜92的区域。
上述绝缘膜88可以被湿蚀刻两次以上，并且在绝缘膜88中形成的通孔98可以通过达到四次的湿蚀刻形成。湿蚀刻工艺对于第一次和第二次蚀刻绝缘膜都是相同的。
图14是在四次湿蚀刻的第二次湿蚀刻之后的最终产物的SEM图像。附图标记102表示第二感光膜96和绝缘膜88之间的界面。
图15是在除去图14中的第二感光膜96、清洗和干燥之后的最终产物的SEM图像。参考图15，第二凹槽G2形成在第一凹槽G1下面的区域中。在第一凹槽G1上轻微凹陷的部分是设置第二感光膜96的区域。
图16是在四次湿蚀刻的第四次湿蚀刻之后的最终产物的SEM图像。参考图16，在绝缘膜88上垂直地形成接触孔。通常，很好地形成接触孔的纵向轮廓。参考字符t表示绝缘膜88的厚度。
另一方面，在用于蚀刻绝缘膜88的工艺中，可以从感光膜上方照射入射线以取代背面曝光。
图17示出了这种情况。
参考图17，掩模M以预定距离设置在第一感光膜92上方，其中掩模M在对应接触孔86的区域中具有透射窗口TA并且掩模M的其余区域是光屏蔽区。此后，光103从掩模M上方朝向掩模M照射。朝向掩模M照射的光103的一部分通过透射窗口TA入射在第一感光膜92上。因此，第一感光膜92的预定区域92a被曝光。然后，除去掩模M。对第一感光膜92的显影、清洗和烘焙处理和使用第一感光膜92作为蚀刻掩模的湿蚀刻与上面说明的相同。根据本发明的正面曝光法(front exposing method)可以应用于用于四次构图绝缘膜88的曝光工艺中。
接着，介绍制造图2中所示的CNT FED的方法。参考图18，在玻璃基板30上形成透明电极32。透明电极32优选地可以由ITO电极形成，但可以使用其它等效的电极。在玻璃基板30上形成覆盖透明电极32的用于背面曝光的第一掩模层34。优选第一掩模层34由对可见光透明、而对紫外射线不透明的材料形成，即非晶硅层。在第一掩模层34中形成第一通孔h1，第一通孔h1露出要在其上形成CNT发射极的透明电极32的一部分。
参考图19，在第一掩模层34上形成填充第一通孔h1的栅极绝缘膜36。栅极绝缘膜36由厚度为1～5μm的氧化硅膜(SiO2)形成。栅极绝缘膜36可以由取代普通氧化硅膜的富含硅的氧化硅膜(SiOX，x<2)形成。在这种情况下，可以用图3至图11中所描绘的形成绝缘膜88的方法形成栅极绝缘膜36。理想地使用背面曝光作为曝光工艺，但也可以使用如图17中所描绘的正面曝光。
参考图20，在栅极绝缘膜36上形成栅电极38。栅电极38由大约0.25
μm厚的铬电极形成。然后通过构图栅电极38在栅电极38中形成第二通孔h2。通过第二通孔h2露出填充第一通孔h1的栅极绝缘膜膜36的至少一部分。第一通孔h1的直径小于第二通孔h2的直径。
参考图21，在栅电极38上形成填充第二通孔h2的聚焦栅极绝缘膜40。可以使用与图3至图11中描绘的形成绝缘膜的方法相同的方法来形成聚焦栅极绝缘膜40。理想地使用背面曝光作为曝光工艺，但也可以使用如图17中所描绘的正面曝光。
参考图32中的曲线70，它表示了依据厚度的聚焦栅极绝缘膜40的漏电流特性，可看到当聚焦栅极绝缘膜40的厚度接近6μm时漏电流急剧下降，而超过6μm后漏电流几乎为零。
因此，聚焦栅极绝缘膜40的厚度可以是至少2μm、优选3～15μm、更优选为6～15μm。
再次参考图21，在聚焦栅极绝缘膜40上形成聚焦栅电极42。聚焦栅电极42是第二铬电极。如图22所示，在聚焦栅电极42中形成第三通孔h3。通过第三通孔h3露出覆盖第二通孔h2和在第二通孔h2周围的一部分栅电极38的聚焦栅极绝缘膜40。第三通孔h3的直径大于第二通孔h2的直径。
可以根据设计版图(design layout)以各种类型形成聚焦栅电极42和栅电极38。
例如，可以在聚焦栅电极42中形成的第三通孔h3内形成多个第二通孔h2，或可以在一个第三通孔h3内形成一个第二通孔h2。
参考图23，在聚焦栅电极42上涂敷填充第三通孔h3的第三感光膜P1。然后，进行背面曝光工艺。也就是，将紫外射线56照射到玻璃基板30的底部上。紫外射线56通过透明电极32、第一通孔h1、栅极绝缘膜36和聚焦栅极绝缘膜40入射到第三感光膜P1上。入射到除第一通孔h1以外的其余区域的紫外射线56被第一掩模层34所阻挡。因此，仅在第一通孔h1上方的第三感光膜P1的区域曝光于紫外射线56中。通过显影工艺除去第三感光膜P1的曝光区域，由此露出一部分聚焦栅极绝缘膜40。使用第三感光膜P1作为蚀刻掩模通过湿蚀刻来蚀刻聚焦栅极绝缘膜40的露出部分。进行湿蚀刻直到露出栅极绝缘膜36，并且根据图6至图11中描绘的蚀刻工艺进行湿蚀刻是理想的。这时，可以连续两次或更多次进行湿蚀刻。
图24示出了用湿蚀刻除去由第三感光膜P1限定的聚焦栅极绝缘膜40的露出部分之后的最终产物。参考图24，在聚焦栅极绝缘膜40的露出部分的已除去部分中形成凹槽58。在形成凹槽58之后，除去第三感光膜P1。
图25和图26示例了在形成第四感光膜P2之后用于除去通过凹槽58露出的栅极绝缘膜36的工艺。该工艺是与图23和图24中所示例的用于除去聚焦栅极绝缘膜40的工艺相同的工艺。
参考图26，通过除去栅极绝缘膜36的露出部分，在含有第二掩模层34、栅极绝缘膜36、栅电极38、聚焦栅极绝缘膜40和聚焦栅电极42的栅极叠层中形成通过其至少露出透明电极32的孔60。孔60对应于图2中所描绘的接触孔44。此后，除去用于湿蚀刻栅极绝缘膜36的露出部分的第四感光膜P2。
在除去第四感光膜P2之后，如图27所示，使用丝网印刷法(screenprinting method)在通过孔60露出的一部分透明电极32上形成CNT发射极46。理想地，CNT发射极46形成在透明电极32的露出部分的中心并且形成为不接触CNT发射极46周围的栅极叠层。
此后，根据一般的工艺制造CNT FED。
图33示出了图2中所示的CNT FED的栅电极、聚焦栅极绝缘膜、栅极绝缘膜和聚焦栅电极的不同部分的SEM图像。
参考图33，参考字符A1表示栅电极38和聚焦栅电极42之间的第一台阶，以及A2表示第二台阶，并且可看到第一和第二台阶A1和A2的台阶覆盖度是极好的。而且，在第一和第二台阶A1和A2中可看到没有能引起漏电流的缺陷。
图34示例了按照施加到图2中所描绘的CNT FED的栅电极上的电压的电子束聚焦特性的示意图。参考图34，左侧图象、中间图象和右侧图形分别示例了当0V、-20V和-40V施加到栅电极38上时电子束聚焦特性。每幅图象中的参考字符“B”表示从荧光膜48发射的光L被显示的区域。
参考图34，可看到电子束聚焦特性随施加到栅电极38上的电压的绝对值的增加而增加。
根据本发明示范性实施例的CNT FED包括在聚焦栅电极和栅电极之间的厚度至少为2μm的聚焦栅极绝缘膜。聚焦栅极绝缘膜具有对于台阶部分良好的台阶覆盖度，并且不产生能引起漏电流的缺陷，例如裂缝。而且，由于聚焦栅极绝缘膜较厚，增加了聚焦栅电极和栅电极之间的间隙，间隙是沿形成在栅极叠层中的孔的内壁测量的。因此，降低了在制造工艺中由粘附到聚焦栅极绝缘膜的侧壁上的杂质引起的聚焦栅电极和栅电极之间的漏电流。结果，显著降低了聚焦栅电极和栅电极之间的总的漏电流。
在根据本发明的制造CNT FED的方法中，在透明电极和栅极绝缘膜之间形成限定用于形成CNT发射极的透明电极区的掩模层之后，通过从透明电极下面入射紫外射线来构图涂敷在用于形成CNT发射极的区域上的感光膜。因为用掩模层已经限定了曝光区域，所以不需要限定曝光区域的附加掩模。也就是，曝光区域是通过掩模层自对准的，由此简化制造工艺并降低成本。
在根据本发明的制造CNT FED的方法中，在此处所公开的实施例中聚焦栅极绝缘层由氧化硅膜形成，而聚焦栅极绝缘层还可以由具有足够厚度的任何其它适合的绝缘膜形成。此外，还可以针对CNT发射极不对称地形成聚焦栅电极。
当参考其示范性实施例具体示出并介绍本发明时，本领域的普通技术人员应当明白，在不脱离由以下权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，在形式和细节上可以作出各种变化。

Claims (25)

1、一种碳纳米管场发射显示器、即CNT FED，包括：
一玻璃基板；
形成在所述玻璃基板上的一透明电极；
形成在所述透明电极上的一CNT发射极；
从所述CNT发射极中引出电子束、使引出的电子束聚焦到一预定靶上并且形成在所述CNT发射极的周围区域上的一栅极叠层；
形成在所述栅极叠层上方并且在其上显示信息的一前面板；以及
形成在所述前面板的背部表面上的一荧光膜，
其中所述栅极叠层包括：
覆盖部分所述透明电极的一掩模层；以及
依序堆叠在所述掩模层上的一栅极绝缘膜、一栅电极、一第一氧化硅膜SiOX和一聚焦栅电极，其中X<2。
2、如权利要求1的CNT FED，其中所述栅极绝缘膜是一第二氧化硅膜SiOX，其中X<2。
3、如权利要求1的CNT FED，其中所述第一氧化硅膜具有3～15μm的厚度。
4、如权利要求2的CNT FED，其中所述第二氧化硅膜具有1～5μm的厚度。
5、如权利要求1的CNT FED，其中在一个聚焦栅电极中形成多个CNT发射极。
6、一种制造CNT FED的方法，CNT FED包括：一玻璃基板；形成在所述玻璃基板上的一透明电极；形成在所述透明电极上的一CNT发射极；从所述CNT发射极中引出电子束、使引出的电子束聚焦到一预定靶上并且形成在所述CNT发射极的周围区域上的一栅极叠层；形成在所述栅极叠层上方并且在其上显示信息的一前面板；以及形成在所述前面板的背部表面上的荧光膜，其中形成所述栅极叠层包括如下步骤：
在所述玻璃基板和所述透明电极上形成具有暴露出一部分所述透明电极的一通孔的一掩模层；
在所述掩模层上形成填充所述通孔的一栅极绝缘膜；
在所述通孔周围的所述栅极绝缘膜上形成一栅电极；
在所述栅电极和所述栅极绝缘膜上形成一第一氧化硅膜SiOX，其中X<2；
在所述通孔周围的所述第一氧化硅膜上形成一聚焦栅电极；以及
除去所述栅极绝缘膜和设置在所述栅电极内的所述第一氧化硅膜。
7、如权利要求6的方法，其中所述栅极绝缘膜由氧化硅膜SiO2和第二氧化硅膜SiOX中的一种形成，其中X<2。
8、如权利要求6的方法，其中所述第一氧化硅膜形成3～15μm的厚度。
9、如权利要求7的方法，其中所述第二氧化硅膜形成1～5μm的厚度。
10、如权利要求6的方法，其中用于形成所述第一氧化硅膜的硅烷SiH4的流速保持在50～700sccm。
11、如权利要求6的方法，其中用于形成所述第一氧化硅膜的硝酸N2O的流速保持在700～4,500sccm。
12、如权利要求6的方法，其中当形成所述第一氧化硅膜时，反应室内的压力保持在600～1,200mTorr。
13、如权利要求6的方法，其中当形成所述第一氧化硅膜时所述基板的温度保持在250～450℃。
14、如权利要求6的方法，其中当形成所述第一氧化硅膜时，RF功率保持在100～300W。
15、如权利要求7的方法，其中用于形成所述第二氧化硅膜的硅烷SiH4的流速保持在50～700sccm。
16、如权利要求7的方法，其中用于形成所述第二氧化硅膜的硝酸N2O的流速保持在700～4,500sccm。
17、如权利要求6的方法，其中除去所述第一氧化硅膜包括：
在所述聚焦栅电极和在所述聚焦栅电极内形成的所述第一氧化硅膜上涂敷一感光膜；
曝光形成在所述通孔上方的所述感光膜；
除去所述感光膜的曝光部分；
使用从其中除去所述曝光部分的所述感光膜作为蚀刻掩模湿蚀刻所述第一氧化硅膜；以及
除去所述感光膜。
18、如权利要求17的方法，其中重复用于除去所述第一氧化硅膜的整个工艺。
19、如权利要求17的方法，其中在曝光所述感光膜期间使所述感光膜曝光于来自所述玻璃基板下面的紫外射线。
20、如权利要求17的方法，其中曝光所述感光膜包括：
把具有一透射窗口的一掩模放置到所述感光膜上方对应所述通孔的区域；以及
从所述掩模上方朝向所述掩模辐射光。
21、如权利要求6的方法，其中除去所述栅极绝缘膜包括：
除去所述第一氧化硅膜；
在所述栅电极的内部、从中除去所述第一氧化硅膜的最终产物上，涂敷一感光膜；
曝光形成在所述通孔上方的一部分所述感光膜；
除去所述感光膜的曝光部分；
使用其中除去了所述曝光部分的所述感光膜作为蚀刻掩模湿蚀刻所述栅极绝缘膜；以及
除去所述感光膜。
22、如权利要求21的方法，其中重复用于除去所述第一氧化硅膜的整个工艺。
23、如权利要求21的方法，其中在曝光所述感光膜期间使所述感光膜曝光于来自所述玻璃基板下面的紫外射线。
24、如权利要求21的方法，其中曝光所述感光膜包括：
把具有一透射窗口的一掩模放置到所述感光膜上方对应所述通孔的区域；以及
从所述掩模上方朝向所述掩模辐射光。
25、如权利要求6的方法，其中形成所述聚焦栅电极，使得在所述聚焦栅电极中形成多个通孔。
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