CN1072836C - 用于密封地封闭基片中腔体的方法 - Google Patents

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Abstract

一种在平面基片中制备密封封闭腔体的方法，该腔体用于场发射单元或类似单元，允许以真空或低压惰性气体来运行该器件。该工艺包括覆盖一开口(160)，包封该真空或气体的方法，及包括选择一定量的除气材料的方法。使用这种密封封闭腔体的器件实例是具有横向发射极(100)及一简化阳极结构(70)的横向发射极场发射器件(10)，该发射极平行于基片(20)在一简单实施例中，控制电极(140)定位在发射极边(110)上面的一平面内并且与该边自动对准，该简化结构特别适合于场发射显示阵列，总的制备工艺应用步骤(S1-S18)以产生该器件和阵列，该制备方法的各种实施例允许使用导电的或者是绝缘的基片(20)，允许器件的制备具有各种功能和复杂性，并且允许覆盖一沟槽开口(160)，该开口通过该发射极和绝缘层腐蚀，因此即密封住该封闭腔体。

Description

用于密封地封闭基片中腔体的方法
本发明一般涉及集成微电子器件，并且尤其是涉及具有特定简化结构的器件，它适合于用于显示的及适合于制备这样的微电子器件的简化方法，包括用于在基片中密封地封闭腔体的制备方法。
由于场发射显示器的制造成本低，工艺简单，功耗低，亮度高，且能改善视角，所以被认为发展前景很好，是液晶显示器的很好替代品。微电子场发射器件更一般作为半导体器件的替代品也有很多应用，如高性能、和能从更广泛的材料来制备但对材料的纯度不需严格控制，但是其制备工艺和设备与半导体制备中所用的相似。1992年Heinz H.Busta在“Journal of Micromechanicsand Microengineer-ing”的第二卷第二期(1992年6月)上发表了题为“Vacuum Microelectro-nics-1992”的关于真空微电子的一般性综述文章。Katherine Derbyshire在“Solid State Technology”第37卷11期(1994年11月)的55-65页的文章“BeyondAMLCDs:Field Emissionisplays？”中，概括了场发射器件的一些好的设计的制造方法和工作原理，并讨论了其在平板显示器中的一些应用。有很多教科书和专著，如R.O.Jenkins和W.G.Trodden的“固体的电子和离子发射”(Dover Publications,Inc.,New York,NY,1965)的第4章，讨论了电子从金属的冷场发射理论。
在本说明书中术语发射极和阴极可以互换，都指场发射阴极。这里所用术语“控制极”是指和真空三极管中控制栅极的功能类似的电极。在已有技术的场发射器件中，这种电极还被称为“栅”。这里所用欧姆接触表示非整流电接触。说明书中所用的荧光粉是指阴极发光的材料。在说明荧光粉时，这里用常规的表示方法，即首先给出主或基本化合物的化学式，接着是冒号，再就是活化剂的化学式(活化主晶体发光的杂质)，如ZnS:Mn，其中硫化锌为主晶体而锰为活化剂。
为了开发利用其高速开关，对温度变化和辐射的不敏感性，低功耗等优点，已经研制了各种不同的微电子器件，这些器件使用冷阴极发射极发射电子的场发射。在已有技术中，多数微电子场发射器件的发射极垂直指向基片，通常背离基片，但有时朝向基片发射。这类器件有：如Spindt等的美国专利3,789,471,Brodie的美国专利4,721,885,Pribat等人的美国专利5,127,990,Zimmerman的美国专利5,141,459和5,203,731，以及前面提到的Derbyshire的文章。在这些结构中，阳极通常是平行于基片的透明平板并且带有荧光粉，荧光粉通过阴极发光产生显示光输出。有些冷阴极微电子器件的场发射极在基本平行于基片的平面内取向，如Lambe的美国专利4,728,851,Lee等人的美国专利4,827,177,Cronin等人的美国专利5,233,263和5,308,439。这里使用Cronin等人的两个专利中的术语“横向场发射”和“横向阴极”或“横向发射极”，代表场发射尖或边在横向方向即基本平行基片方向的结构。在已有技术的这种横向阴极结构中，阳极基本垂直于基片和发射极(如Cronin等人的美国专利5,233,263和5,308,439)取向，或与发射极共面(如Lee等人的美国专利4,827,177)，或需要透明基片(如Lambe的美国专利4,728,851)。已经发现用横向阴极结构的器件中，其结构和制造工艺有明显优点，如阴极边缘或尖精细，能精确控制内部元素的尺寸、对准、电容和所需偏压。
但将横向场发射器件用于覆盖了荧光粉的阳极的显示单元中时，有很多问题。在一些已有结构中，阴极发光只在面对横向发射极的阳极边缘的非常狭小的区域发生。另外，从荧光粉发射的光由于不透明电极的缘故而变暗淡、或被荧光粉本身或在平面内被吸收。在一些已有结构中，须用非常高的阳极电压。对低压电子场发射显示元件(如相对于发射极阳极电位小于约10伏)，电子实际仅穿透1nm量级的荧光粉。因此，在用已有横向电子场发射器件显示元件的显示器中，阴极发光导致的光发射沿面对发射极元件的荧光粉的边缘产生。而且，如Spindt型(Spindt等人的专利中和H.H.Busta的回顾文章中说明的)等其他电子场发射显示器，通常在面对观察者的反方向的荧光粉表面发光。
这里说明的器件结构具有置于阳极荧光粉上一定距离的横向电子发射极。加合适的偏压时，发射的电子在荧光粉的上表面展开，和用其他横向电子场发射器件显示元件相比，能在更大面积上碰撞荧光粉元素。因此，使用这种新结构，光直接向观察者发射，并且不会向已有结构那样由于通过荧光粉而变弱。而且，和已有结构相比，在更大单元面积上产生光。横向发射极场发射显示元件的已有说明中，没有显示如何给这种阳极元件的荧光粉提供偏压接触。这里说明的新结构有置于荧光粉下(掩埋)的金属阳极接触，还有从表面连接到掩埋接触的装置用于提供偏压。尤其是，该简化结构可以在基片中的密封封闭的腔体之内制备。
该横向发射型结构在有上述明显优点的同时，由于采用相对大量的材料和工艺步骤，所以这些能精确控制内部元件尺寸和对准的横向发射极场发射器件结构制造上有些昂贵。这些工艺步骤包括用牺牲材料的保形层来形成限定某些尺寸的间隔层所需的步骤。本发明省略了制造中所需的一些材料和工艺步骤，由此缩短了制造时间、降低了成本、还提供了简化阳极结构，同时保留了横向阴极结构的优点、和设计横向阴极的自动对准。这一简单结构和简单、低成本的制备方法对用于显示元件的有荧光粉阳极的场效应器件和没有荧光粉的场效应器件都有效。因此本发明解决了已有技术的问题。
本发明的一个重要目的是提供一种显示器，利用改进了的各显示单元的光发射。相应目的是提供特别适用于显示单元的场发射器件结构。另一相应目的是提供使从荧光粉发射的光更直接朝向显示器观察者的场发射显示器。还一相应目的是提供和已有横向发射型器件相比光发射面积占单元面积的更大部分的场发射显示单元结构。本发明的另一目的是提供一种金属化结构，使改进的横向发射场发射显示器件的其它特性和优点得以实现。特别是不使显示单元的荧光粉表面的任何部分变暗的阳极电接触结构。一个相应目的是提供阳极接触，它起将发射光反射到显示器观察者的镜面作用。另一目的是提供能提供改进性能的显示单元阳极结构，由此减少或消除荧光粉的库仑老化。另一特别目的是提供显示单元，该显示单元通过用一步金属化步骤来制成控制极结构，从而得到简化。本发明的根本目的是提供改进了的显示器，它仍然保持横向发射场发射器件的所有已知优点：如精细的阴极边缘或尖；阴极与阳极间距离的精确控制(以降低工作电压和器件与器件间的偏差)，阴极与控制极距离的精确控制(以控制阴极与控制极的重叠，从而控制内电极电容，使所需偏压得到更精确控制)；控制极与阴极结构的自动对准、阳极结构与控制极和阴极的自对准；及改进了的布局密度。本发明的另一目的是保持横向发射极场发射器件的已有优点，这对于集成结构的设计灵活性非常重要，该集成结构可以减少器件间的互联数目，由此可以降低成本并提高器件的可靠性和性能。本发明的另一重要目的是提供使用已有微电子制造技术和装置的工艺，制造集成横向发射极场发射显示器件单元结构，其生产成品率高，且能精确控制器件的尺寸和对准，重复性好。本发明的主要目的是横向场发射器件的简化阳极结构。本发明的另一主要目的是提供制备工艺，该工艺省略了自对准横向场发射器件制备中所需的一些掩模，由此可以缩短制备时间、降低制备成本。
在本发明的一个方案中，用基本平行于基片的横向发射极和简化的阳极结构来制备场发射器件。横向发射极场发射器件有薄膜发射阴极，其厚度不超过几百埃，且发射刃形边或尖有小的曲率半径。简化了的阳极器件还可以有一个或多个控制极。阳极上表面与横向发射极的平面精确隔开，当加合适偏压时，它接收横向发射阴极的边或尖所发射的电子。这些器件可以构成为二极管、或有一个或多个控制极的三极管、四极管等，控制极定位成给它们加电信号时能够控制发射极到阳极的电流。在本发明的具体简单实施例中，单个信号控制极置于发射边或尖的平面上或下，并与该边自动对准。简化后的器件特别适于阵列应用，包括场发射显示阵列。
在本发明的另一方案中，使用与半导体集成电路制备中类似的工艺步骤的新的制备方法，来制备新器件及其阵列。制备工艺的不同实施例可以用导电或绝缘基片，也可以制备有不同功能和复杂性的器件。阳极制备简单，不用需制备保形覆盖来形成间隔层的已有技术工艺。在一简单阳极器件的优选制备工艺中，进行下面步骤：淀积阳极薄膜；在阳极薄膜上淀积绝缘薄膜；在绝缘层上淀积超薄导电发射薄膜并构图；腐蚀穿过发射极和绝缘层的沟槽开口，并在阳极薄膜处停止，由此形成并自动对准发射极的发射边；提供给发射极和阳极加偏压的装置，加足够的偏压以产生从发射极的发射边到阳极的电子场发射。阳极薄膜可以包括特别适用于场发射显示的器件的荧光粉。制备工艺还可以包括下面步骤：给控制极淀积附加绝缘薄膜并淀积附加导电薄膜，它们与发射极刃形边或尖自动对准。
图1是根据本发明制备的场发射器件的优选阵列实施例的部分平面图。
图2是根据本发明制备的单个场发射器件的实施例的侧视剖面图。
图3是单个场发射器件的另一实施例的侧视剖面图。
图4a和4b表示根据本发明的制备工艺的实施例的流程图。
图5a-图5r是对应于图4a和4b的工艺步骤的结果的一系列侧视剖面图。
图6和7分别表示基片中密封腔体的俯视图以及侧视剖面图。
图1是根据本发明制备的场发射器件的优选阵列实施例的部分平面图。在图1所示的简单阵列中，每个场发射器件至少与另一个器件公用阳极，而每个阳极至少被两个或多个器件公用。图1中的一些发射极也被两个器件公用。器件之间元件的公用对本发明的使用或工作并非必需，但对于高密度(单位面积的器件数量)阵列的设计和制备有用。参阅图2的单个器件可以更好地理解本发明器件的基本特点。
图2是根据本发明制备的单个场发射器件的实施例的侧视剖面图。由10表示的场发射器件制备在平板基片20上。绝缘层30有上主表面，它限定用于说明其他元件的参照平面40。导电材料层50用作掩埋接触层。应该注意，如图2所示，导电层50可以在参照平面上、或在形成于绝缘层30的凹槽中淀积导电层50并平面化所得表面来形成。在后一种情况下，导电层50的上表面在参照平面40内。在参照平面40上制备绝缘层60来覆盖导电层50。平行平面40的导电层用作阳极70。从后面的说明书和权利要求可知，下面要说明的优选制备工艺将阳极70的上表面自动设在横向发射极100的平面下。如图2的实施例，一些器件有独立的阳极，相邻器件的阳极通过绝缘层80的区域彼此隔开并绝缘。在图2的左侧，在绝缘层80的左侧有相邻器件的小部分阳极70；该部分与本说明的单个器件的结构或工作无关。有预定厚度的绝缘层90平行于基片。也平行于基片制备形成发射极层100的超薄导电层并构图，由此形成横向发射极。导电接触120可以将发射层100连接到掩埋接触层50。如果器件在发射极100上有控制极140，则需制备两层附加层：绝缘层130、构图以形成控制极140的导电层。在该器件的制备工艺中(下面详细说明)，用定向腐蚀提供开口160。该开口穿过阳极以上所有导电和/或绝缘层，向下延伸到阳极70的上表面。腐蚀后，腐蚀开口160的工艺步骤在横向发射薄膜100终止处形成刃形边或尖110。刃形边或尖110有非常小的曲率半径。限定在超薄横向发射层100的厚度的一半。横向发射极薄膜100的优选厚度小于约300埃，所限定的横向发射极边或尖的曲率半径小于150埃。该领域的技术人员知道，对于以低的偏压在尖110处提供足够的电场以产生冷阴极场发射，曲率半径是个重要因素，曲率半径可以小于薄膜厚度的一半。另一个决定有效产生场发射的电场的重要因素是绝缘薄膜90的(预定)厚度。常规半导体集成工艺的膜厚度控制足以控制绝缘薄膜90的厚度达到所需的精度。本发明的器件可以在10到50伏特或更低的偏压下工作。在图2所示的优选实施例中，阳极70至少部分在横向发射极100下面。即，阳极70通过发射边100，延伸超过开口160侧壁限定的垂直平面。
应该注意，可以按常规方法制备器件各电极的导电连接，因此没有在图中显示。例如可以通过如图2侧视剖面图的平面外的垂直突点来制备这些导电连接。例如，导电突点可以从发射极100和/或掩埋接触层50延伸到给发射极加偏压的表面导电焊盘。制备给阳极70加偏压的类似导电连接，该连接与发射极连接电隔离。如果器件为有控制极的三极管或四极管，同样需要制备给控制极140加控制信号的导电连接。刚才说明的设置可以反过来，发射极连接可以直接制备在表面焊盘上，掩埋接触层50可以用作阳极接触。当然，为了产生电子场发射，所加偏压的极性必须为相对发射极阳极为正。制备在同一基片上的不同器件不需要有相同的导电连接设置。有些器件可以有掩埋阳极接触，而同一基片上其他器件可以有掩埋发射极接触。对于一个器件的发射极要与另一器件的阳极连接的设置，可以使电路布局较紧凑、更有效。采用这样的设置，通过横向间隔和/或间断置于其中的绝缘材料(如已有技术)，同一平面内的不同连接和不需连接的地方可以保持电独立。
图3是本发明的单个场发射器件的另一实施例的侧视剖面图。如图3所示的横向场发射器件为二极管器件，没有控制极。用70表示的图3所示器件的阳极包括荧光粉层75，该荧光粉层为阳极70的一部分。如果阳极荧光粉导电，则整个阳极70可以包含荧光粉。图3所示阳极70有分开标明的荧光粉薄膜75，表示另一实施例。图3的器件与图2还有一不同，即阳极70不延伸到横向发射极100的发射刃形边或尖110下面。说明图3另一结构的另一方式是开口160，其侧壁限定包含横向发射极100的发射边110的垂直平面，该侧壁超过阳极70的水平面延伸。但开口160的垂直延伸仍受开口160仅仅垂直延伸到阳极70的上表面本实施例中为荧光薄膜75的上表面)的限制。图3器件的开口160的最小垂直延伸量为绝缘层90的预定厚度和横向发射极100的预定厚度之和。场发射器件可以有多个阳极70(图中未示出)。该结构的有用例子中，每个发射极有三个阳极，每个阳极有不同荧光颜色。特别有用的组合为RGB显示中的红、绿、兰荧光的三阳极器件。
下面结合新型、优选的制备工艺说明有简化阳极的横向发射场效应器件各结构元件的可用和优选材料。
本发明采用半导体集成电路制备中类似步骤的新型制备工艺来制备器件及其阵列。制备工艺的各实施例可以用导电或绝缘基片，可以制备不同功能和复杂性的器件。这里说明的所有制备工艺实施例的显著特点是：可以简单形成阳极，不用已有技术中的间隔层。(在已有技术中，用牺牲保形覆盖来形成间隔层。)
图4a和4b表示根据本发明的制备工艺的实施例的流程图。图5a-图5r是对应于图4a和4b的工艺步骤的结果的一系列侧视剖面图。在下面制备场发射器件的优选工艺的说明中，参照图4a,4b和5a-5r，图中相同或类似的工艺步骤、和对应这些步骤所得结果的侧视剖面图都用相同步骤符号S1,S2,......,S18来表示。首先说明二极管器件制备工艺的简单全过程，接着说明图4a和4b所表示的，图5a-5r的相应结果进一步说明的详细工艺。表Ⅰ列出了图4a和4b的工艺步骤。
在有简化阳极的二极管场发射器件的简单制备工艺中，进行下面步骤：淀积阳极薄膜70(S7)；在阳极薄膜上淀积绝缘薄膜90(S8)；在绝缘薄膜上淀积超薄导电发射极薄膜100并构图(S12)；腐蚀穿过发射层和绝缘层的沟槽开口160(S15)，并在阳极薄膜处停止，由此形成和自动对准发射极发射边110；提供给发射极和阳极加偏压的装置(S18)，对发射极和阳极加足够的偏压以产生从发射极100的发射边110到阳极70的电子场发射。步骤S7淀积的阳极薄膜70可以包括荧光粉薄膜75，以适于场发射显示器所用器件。荧光粉材料可以是阴极发光材料，并可以根据导电性和/或发光颜色选择。
S1    提供基片
S2    淀积绝缘层
S3    构图并腐蚀沟槽
S4    在沟槽中淀积导电材料以形成掩埋接触层
S5    平面化
S6    淀积绝缘层
S7    淀积预定厚度的导电层
S8    淀积预定厚度的绝缘层
S9    淀积导电层以形成控制极层
S10   淀积预定厚度的绝缘层
S11   提供到掩埋接触层的导电接触
S12   淀积并构图超薄发射层
S13   淀积预定厚度的绝缘层
S14   淀积并构图控制极层(若完成)
S15   提供下至阳极上表面的开口
S16   给发射极、控制极(若完成)和阳极接触开接触孔
S17   淀积金属接触
S18   提供加合适偏压和信号电压的装置表Ⅰ列出了图4a和4b所示制备工艺步骤
三极管、四极管等器件的制备工艺可以包括给控制极淀积附加绝缘薄膜130和淀积附加导电薄膜140的步骤，控制极有与发射极D形边或尖110自动对准的控制极边150。在下面详细工艺说明中，这些附加步骤称为“可选”步骤，只有在有控制极的具体器件结构时才进行它们。本领域技术人员明白，图4a和4b中，图5a-5r结果所示的详细工艺可以改变，适当省略特定步骤以制备简单器件。同样可以明白，技术上和工艺步骤的顺序可以发生变化。
下面参照图4a,4b和5a-5r来详细说明制备场发射器件的优选工艺。
为了制备有一个或两个控制极的三极管器件，进行构图4a,4b,和5a-5r所示的工艺。提供基片20(S1)，它可以是硅片。在基片上淀积绝缘层30(S2)。可以在硅片上淀积厚约一微米的氧化硅薄膜形成绝缘层30。在绝缘层上限定淀积导电材料的图形。在优选工艺中，限定沟槽图形并腐蚀到绝缘层表面(S3)。在步骤S4，在沟槽中淀积金属以形成掩埋接触层50，然后平面化(S5)。尽管这里称为金属淀积，但步骤S4淀积的导电材料可以是如铝、钨、钛等金属，也可以是如氧化锡、氧化铟锡等透明导体。(对在基片上制造所有器件有公共发射极的应用，基片为导电基片，并起掩埋发射极接触的作用。在这些应用中，步骤S2、S3、S4和S5可以省略，如果有控制极，则需要类似S2的步骤以将控制极和基片绝缘。)淀积绝缘层60(S6)。如可以用化学汽相淀积形成约0.1到2微米厚的氧化硅。
淀积预定厚度的导电层(S7)并构图以形成阳极层70。如果阳极70不需作为光源的阴极发光，则步骤S7中淀积的导电阳极层70可以是金属薄膜或如氧化铟或氧化铟锡(ITO)等其他导电薄膜。如果器件作光发射应用，如显示，则导电层可以是导电荧光粉75或包含导电材料及其上的荧光薄膜75的复合层。合适荧光粉包括氧化锌(ZnO)、硫化锌(ZnS)和其他化合物。一些其他荧光粉是：ZnO∶Zn；SnO2∶Eu；ZnGa2O4∶Mn；La2O2S∶Tb；Y2O2S∶Eu；LaOBr∶Tb；ZnS∶Zn+In2O3；ZnS∶Cu,Al+In2O3；(ZnCd)S∶Ag+In2O3；和ZnS∶Mn+In2O3。还其他合适荧光材料采用如TakashiHase等在“微电子和电子物理进展”(AcademicPress,San Diego,CA,1990)的79卷271-373页的“阴极射线管的荧光材料”中介绍的材料，这些材料也用了这里所用的常规荧光粉符号。如果应用中需要构图阳极层70，可以用常规半导体制备实践中的光刻和腐蚀等子步骤来进行构图。具体地，通过类似S3、S4和S5的步骤来形成并构图阳极层70。
在下一步骤(S8)中，淀积精确预定厚度的绝缘层90。绝缘层90的预定厚度对决定发射极到阳极的最近距离、并由此决定给定偏压下的电场非常重要。步骤S8可以包括用化学汽相淀积形成0.1到2微米预定厚的氧化硅。
如果在发射层100下需要控制极层140则进行步骤S9和S10。(图5i-5j示出了这样的控制极层，但图5k-5r省略了，以表示可以选择没有下控制极层。)如果需要，在步骤S9中淀积并构图导电控制极层140。在步骤10中，在整个导电控制极层140上淀积预定厚度的绝缘层130，以将它绝缘，并为下一步提供平行于基片的平板绝缘表面。不管是否进行步骤S9和S10，都要提供平板绝缘表面。
参照图4b和图5k-5r继续说明制备工艺，两图分别表示其余步骤和器件的相应侧视剖面图。在步骤S11中，通过开合适的接触孔并在其中淀积导电材料(形成突点)以形成与掩埋接触层50的欧姆接触，给掩埋接触层50提供导电接触120。在步骤12中，淀积并构图超薄发射层100。导电横向发射层100的优选材料是钛，钨，钽，钼，或如钛-钨合金等合金。但是，也可以用其他导体，如铝，金，银，铜，掺铜铝，铂，钯，多晶硅等，或是如氧化锡或氧化铟锡(ITO)等透明薄膜导体。特别需要使用低功函数的材料以产生电子发射。由此，优选材料的功函数小于三个电子伏特，更优选的材料是其功函数小于一个电子伏特。为了在曲率半径较好小于150埃，更好小于50埃的精细结构中有发射叶片边或尖110，控制S12步骤中的淀积以形成较好约100-300埃厚的薄膜。为制备图2的优选实施例，进行横向发射极100的构图，使横向发射极100至少在部分阳极70上延伸。在发射层上淀积绝缘层130(S13)。如可以用化学汽相淀积形成约0.1到2微米厚的氧化硅。如果有两个控制极且需要它们相对发射层100对称，则该绝缘层130的厚度应该和步骤S10中淀积的绝缘层130的厚度一样。如果引入控制极140，则淀积并构图导电材料(S14)，以形成上控制极140。(控制极140可以淀积在沟槽图形中并平面化，和掩埋接触层50一样。)应该注意，步骤S4、S9(若有)、S12、S14(若有)中淀积并构图的导电薄膜都与步骤S7中淀积并构图的阳极薄膜70至少部分对准。
在步骤15中，提供穿过阳极70上面所有层的开口，此开口下至阳极层70的上表面。构图开口与至少部分发射层50(若有，控制极层140)相交，以限定发射层100的发射边110(若有，限定控制极层140的边150)。用常规定向腐蚀工艺来进行该步骤，如用半导体制备中称为“沟槽腐蚀”的反应离子刻蚀来进行。为制备图2的优选实施例，进行步骤S15，至少留下部分绝缘层90，至少保留并覆盖部分阳极70。
在步骤S16中，如果需要，开发射极、控制极、和阳极的接触孔。在步骤S17中需要处淀积金属接触。另外，可以在进行步骤S13、S14之后但在S15之前进行该工艺(S16和S17)。此时，工艺步骤的顺序为：S13,S14(若有)，S16,S17，然后S15。应该注意到，对于有些显示应用(如“头带”显示)，需要形成所有层都为基本透明材料的器件结构。如果需要，则可以制造本发明中可用和优选厚度的透明薄膜。
在步骤S18中，提供加合适偏压和合适电信号(对有控制极的器件)的装置。如这些装置包括选择地设置在器件上表面以进行电连接的接触焊盘，并可以选择地包括引线键合、自动载带键合装置、倒装或C4键合等。当然，在使用这些器件中，必须用常规电源和信号源来加合适偏压和控制信号。包括提供正确极性(阳极正)的足够电压幅度，以产生从发射边110到阳极70的电子电流的冷阴极场发射。如果需要，可以在器件上表面上除需进行电连接而有导电接触突点和/或接触焊盘之外的地方提供钝化层。由此完成图4a,4b和5a-5r所示详细工艺的说明。
如果希望场发射单元在开口160中为真空或低压惰性气体时工作，需要将该空间或腔体包封起来(图6和7)。可以用1989年9月第305期“Research Disclosure”的第30510“适于集成电路器件尺寸和工艺的可电离的气体器件”中描述的类似工艺来进行该包封工艺。可以通过腐蚀一个小辅助开口210来开始该工艺，该开口连接到步骤S15提供的开口，但并不优先地比那个开口更深(即不优先超过阳极层70的深度)。该辅助开口210可以在与发射边缘区域110隔开的腔体部分中制备。可以用牺牲有机材料如聚对苯二甲基来临时填充主腔体开口160和与之连接的辅助开口210，然后平面化。淀积无机绝缘层220，该层在包括牺牲材料的整个器件表面上延伸，以包封腔体。仅在辅助开口210上用反应离子刻蚀在无机绝缘层中开孔230。用能穿透该孔230的等离子腐蚀，比如氧等离子体刻蚀，各向同性地从腔体中去除牺牲有机材料。去除牺牲材料的结果是在腔体的顶的下方形成了一个腔。然后去除器件周围的气体以抽空腔体。如果需要惰性填充气体，然后在所需压力下引入该气体。然后淀积，比如溅射淀积一无机材料240，立即填充该孔和辅助开口，以将该孔堵住。如果需要引入除气材料250，堵孔步骤可以包括两个或多个子步骤：即淀积一定量的除气材料250，然后淀积无机材料240比如绝缘层以进行堵孔。堵住孔的无机材料密封住腔体，保持其内为真空或引入的惰性气体。如果采用此方案的话，选择除气材料250以去除不需要的任何气体，如氧气或含硫气体。有些合适的除气材料为Th的Ca,Ba,Ti合金等，或现有技术的真空管结构中其他常规除气材料。
本领域技术人员明白，可以在同一基片上对多个场发射器件同时进行上述制造工艺的每一步来制备场发射器件的集成阵列，如图1的阵列，同时提供它们之间的各互联。根据本发明制造的场发射器件的集成阵列具有这里说明的每个器件，且按单元排列，每个单元包括至少一个发射极和至少一个阳极。按行和列排列单元，例如阳极按列互联，而发射极按行互联。
本发明的密封封闭腔体器件结构和制备工艺有很多不同的用途，特别是在制造高清晰度图象显示、文字显示或图形信息显示等的平板显示器方面。可以期望本发明的平板显示器可以替代任何已有的显示器，包括液晶显示器，这是因为它们制备简单、成本低、功耗低、亮度高、和有改善的视角。根据本发明制造的显示器还可以用在仿真系统的显示器等新用途中。在用基本透明的基片和薄膜的实施例中，引入本发明结构的显示器对改进逼真显示很有用处。
阅读了这里公开的本发明的说明书或实施方案后，对于本领域的技术人员来说，本发明的其他实施例是显而易见的。例如，对不同目的，工艺步骤的顺序可以改变；改进的光刻构图、淀积、腐蚀、或其他工艺技术都可使用；功能等同的材料可以替换这里说明的实施例中具体使用的材料；优选尺寸可以不同；也可以有其他改变以适于不同用途和条件的器件。可以应用该密封封闭腔体以包封和保护各种微电子器件而不是场发射器件。应该注意，本说明书和例子仅仅是示例性，本发明的范围和精神由下面的权利要求书限定。

Claims (28)

1．一种在具有一上表面的基片中用于形成抽空内腔的方法，其特征在于，包括步骤：
(a)在该基片的所述上表面中提供一第一开口，所述开口具有一第一预定深度和一预定容积，以形成一主腔体；
(b)提供一第二开口，与在步骤(a)中所提供的所述第一开口相连接，所述第二开口具有第二预定深度；
(c)对所述第一和第二开口均临时性地填充第一牺牲材料；
(d)将所述第一牺牲材料平面化以形成一平面表面；
(e)将第二材料布置在该基片的所述上表面及所述平面表面上以形成腔体的顶；
(f)仅仅在所述第二开口上面贯通所述腔体的顶而提供一第三开口；
(g)通过所述第三开口从所述腔体的顶的下方去除所述第一牺牲材料以形成一腔体；
(h)抽空在步骤(g)中形成的腔体；
(i)引入除气材料至所述第三开口中；和
(j)然后立即引入第三材料至所述第二和第三开口中，同时堵住第三开口，由此使所述第三材料包封住第三开口周围的所述第二材料，因此而封住所述抽空腔体。
2．一种如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一开口提供步骤(a)是通过直接腐蚀该基片的所述上表面而完成的。
3．一种如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一开口提供步骤(a)通过反应离子腐蚀该基片的所述上表面而实现。
4．一种如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二开口提供步骤(b)通过控制所述第二预定深度以小于所述第一开口的所述第一预定深度而实现。
5．一种如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述临时性质填充步骤(c)通过淀积一作为所述第一牺牲材料的有机材料而实现。
6．一种如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述临时性填充步骤(c)通过淀积作为所述第一牺牲材料的聚对苯二甲基而实现。
7．一种如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二材料布置步骤(e)通过分布一无机材料而实现。
8．一种如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一牺牲材料去除步骤(g)通过各向同性地腐蚀所述第一牺牲材料而实现。
9．一种如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一牺牲材料去除步骤(g)通过使用氧等离子体来腐蚀所述第一牺牲材料而实现。
10．一种如权利要求1所述的方法，其特在于，所述第三材料引入步骤(j)通过溅射淀积所述第三材料而实现。
11．一种如权利要求1所述的方法，其特征在，所述第三材料引入步骤(j)通过溅射淀积一无机材料而实现。
12．一种如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述除气材料引入步骤(i)包括将一无机除气材料引入到至少是所述第三开口中。
13．一种如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述除气材料引入步骤(i)包括引入一种材料，该材料从适合于除去氧气的材料及适合于去除含硫气体的材料中选择。
14．一种如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述除气材料引入步骤(i)包括引入一种材料，该材料从Th的Ca,Ba,Ti合金中选择一种。
15．一种在具有上表面的基片中用于形成充气腔体的方法，其特征在于，包括步骤：
(a)在该基片的所述上表面中提供一第一开口，所述开口具有一第一预定深度和一预定容积，以形成一主腔体；
(b)提供一第二开口，与在步骤(a)中提供的所述第一开口相连接，所述第二开口具有一第二预定深度；
(c)将所述第一和第二开口均临时性地填充第一牺牲材料；
(d)将所述第一牺牲材料平面化以形成一平面表面；
(e)在该基片的所述上表面及所述平面表面上布置一第二材料以形成腔体的顶；
(f)仅仅在所述第二开口上面贯穿所述腔体的顶而提供一第三开口；
(g)通过所述第三开口从所述腔体的顶的下面去除所述第一牺牲材料以形成一腔体；
(h)抽空在步骤(g)中形成的腔体；
(i)以一要求的压力将惰性气体引入至所述腔体中；
(j)将一除气材料引入至所述第三开口中；和
(k)然后立即引入第三材料至所述第二和第三开口中，同时堵住所述第三开口由此使所述第三材料包封住所述第三开口周围的所述第二材料，因此而封住所述充气腔体。
16．一种如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述第一开口提供步骤(a)通过直接腐蚀该基片的所述上表面而实现。
17．一种如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述第一开口提供步骤(a)通过反应离子腐蚀该基片的所述上表面而实现。
18．一种如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述第二开口提供步骤(b)通过控制所述第二预定深度小于所述第一开口的所述第一预定深度而实现。
19．一种如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述临时性填充步骤(c)通过淀积一作为所述第一牺牲材料的有机材料而实现。
20．一种如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述临时性填充步骤(c)通过淀积作为所述第一牺牲材料的聚对苯二甲基而实现。
21．一种如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述第二材料布置步骤(e)通过分布一无机材料而实现。
22．一种如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述第一牺牲材料去除步骤(g)通过各向同性地腐蚀所述第一牺牲材料而实现。
23．一种如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述第一牺牲材料去除步骤(g)通过使用氧等离子体腐蚀所述第一牺牲材料而实现。
24．一种如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述第三材料引入步骤(j)通过溅射淀积所述第三材料而实现。
25．一种如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述第三材料引入步骤(j)通过溅射淀积一无机材料而实现。
26．一种如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述除气材料引入步骤(i)包括引入一无机除气材料到至少是所述第三开口。
27．一种如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述除气材料引入步骤(i)包括引入一种材料，该材料从适合于除去氧气的材料及适合于除去含硫气体的材料中选择。
28．一种如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述除气材料引入步骤(i)包括引入一种材料，该材料从Th的Ca,Ba,Ti合金中选择一种。
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