CN1647231A - 冷阴极型平板显示器 - Google Patents
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Abstract
在薄膜型电子源阵列的作为向上部电极(13)供电的供电线的上部电极供电布线(16)之下形成第二层间绝缘层(15)来防止短路。而且，通过用第二层间绝缘层(15)限制电子发射部，覆盖在电子加速层(12)和第一层间绝缘层(14)的边界上偏析出来的缺陷，抑止长时间绝缘破坏。
Description
技术领域
本发明涉及具有以阵列状配置了薄膜型电子源的第一基板、和具有荧光面的第二基板的冷阴极型平板显示器，上述薄膜型电子源由下部电极、上部电极和夹在它们之间的绝缘层等的电子加速层构成且通过在上述下部电极和上部电极之间施加电压从上述上部电极侧发射电子，上述荧光面上配置有由从上述第一基板侧发射的电子激励的多个荧光体。
背景技术
作为电视接收机和个人电脑及其它的各种电子装置的显示器件，所谓的平板显示器已众所周知。这种平板显示器包括：液晶显示器、有机发光(有机EL)显示器、等离子体显示器、或场发射型面板显示器(FED)等。
尤其是，在场发射型面板显示器中，作为其电子发射源采用薄膜型电子源的冷阴极型平板显示器正处于突用化的阶段。薄膜型电子源指基于上部电极-电子加速层-下部电极的三层薄膜结构，在上部电极-下部电极之间施加电压，从上部电极的表面向真空中发射电子的电子源。
例如，有金属-绝缘体-金属相层叠的MIM型、金属-绝缘体-半导体相层叠的MIS型、金属-绝缘体-半导体-金属型等。
对于MIM型，在例如日本专利申请特开平7-65710号公报中有披露。而对于金属-绝缘体-半导体型，报告过MOS(参照J.Vac.Sci.Techonol.B11(2)，p429-432，1993)；对于金属-绝缘体-半导体-金属型，报告过HEED型(参照high-efficiency-electro-emission device，Jpn.J.Appl.Phys.，vol 36，pL939等)、EL型(在Electroluminescence，应用物理，第63卷，第6号，第592页等中有记载)、ポ-ラスシリコン型(在应用物理，第66卷，第5号，第437页等中有记载)等。
图1是以MIM型为例说明薄膜型电子源的工作原理的示意图。图2是说明现有的薄膜型电子源的元件结构的示意剖面图。图1中，附图标记11表示下部电极，12表示绝缘层，13表示上部电极，20表示真空。如果在上部电极13和下部电极11之间施加驱动电压Vd，使绝缘层12内的电场为1～10mV/cm左右，下部电极11中的费米能级附近的电子由于隧穿现象透过垫垒，成为注入到绝缘层12、上部电极13的导带中的热电子。
这些热电子散射到绝缘层12中、上部电极13中，损失了能量，但上部电极13中的具有不小于功函数φ的能量的一部分热电子发射到真空中。
其它薄膜型电子源在原理多少有些不同，但在通过薄的上部电极13发射热电子这一点上是相同的。
这样的薄膜型电子源如果由多条上部电极13和多条下部电极11垂直形成矩阵，则从任意位置都可以产生电子束，所以可以用在图像显示装置等的电子源中。迄今，在Au-Al2O3-Al结构的MIM结构等中已观测到电子发射。
通常，在形成这样的矩阵结构的薄膜型电子源阵列时，如图2所示，在电子发射部以外形成用来限制电子发射部且防止电场向下部电极11的布线端部集中和两电极间发生短路的层间绝缘层14、和用来向薄且表面电阻高的上部电极13供电的上部电极供电布线15。附图标记10表示基板，17表示表面保护层，17a表示表面保护膜下层，17b表示表面保护膜上层。
薄膜型电子源，为了向下部电极11、上部电极13和上部电极供电布线16的XY矩阵施加电压实现图像显示装置，这些电极之间的绝缘是很重要的。如果发生绝缘不好，下部电极11、上部电极13或上部电极供电布线16之间电气短路，产生象素缺陷。因此，希望作为电子加速层的隧道绝缘膜12和限制电子发射部的层间绝缘层14无缺陷。
通常，绝缘不好有零时间(瞬间)绝缘破坏和长时间(随时间延长发生的)绝缘破坏两种模式。零时间绝缘破坏指在电极间施加电压时瞬间发生破坏的模式，在MIM型电子源中，在把下部电极11和上部电极供电布线16绝缘的层间绝缘层14中发现了这种破坏。
而长时间绝缘破坏指在电极间施加电压时，在初期没有表现出破坏，但随着电压施加的继续缓缓地到达破坏的模式，在MIM型电子源中，把下部电极11和上部电极供电布线16绝缘的隧道绝缘膜12表现出这种破坏模式。
在隧道绝缘膜12和层间绝缘层14的形成中，迄今采用了称为阳极氧化的电化学成膜法。与其它成膜方法相比，它的膜质、膜厚的均匀性非常优良，适合用于大规模(大面积)阵列的形成。
但是，作为采用阳极氧化时的问题点，可举出下面的(1)和(2)：
(1)存在由于在表面上附着的异物等导致电流不流过的位置，引起零时间绝缘破坏。
(2)在MIM型电子源中，使用局部氧化法分开制作厚氧化膜(层间绝缘层14)和薄氧化膜(隧道绝缘膜12)。此时，在两者的边界中夹有具有中间性质的过渡区，存在在隧道绝缘膜上引起长时间绝缘破坏的脆弱点。
上述(1)、(2)是所谓象素缺陷的原因，降低了冷阴极型平板显示器的可靠性。消除这些问题点成为当前的课题。
本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的问题，提供减少象素缺陷的发生、提高可靠性的冷阴极型平板显示器。
发明内容
为了实现上述目的，本发明的冷阴极型平板显示器具有以阵列状配置了薄膜型电子源的基板、和荧光面的冷阴极型平板显示器，上述薄膜型电子源由下部电极、上部电极和夹在它们之间的绝缘层等的电子加速层构成且通过在上述下部电极和上部电极之间施加电压从上述上部电极侧发射电子。
在上述薄膜型电子源阵列中，通过设置限制电子加速层的区域的第一层间绝缘层、和作为向上述上部电极的供电线的上部电极供电布线，并在上述上部电极供电布线和上述第一层间绝缘层之间设置第二层间绝缘层，抑制了零时间绝缘破坏。
而且，本发明通过在电子加速层区域的内侧设置上述第二层间绝缘层的开口部来限制电子发射区，避免了上述引起长时间绝缘破坏的脆弱点的发生。
尤其在上述第一层间绝缘层是阳极氧化膜，上述第二层间绝缘层用淀积工艺形成时，本发明是有效的。而且，在上述下部电极是Al或Al合金，上述第一层间绝缘层是其阳极氧化膜，上述第二层间绝缘层是可对上述下部电极和其阳极氧化膜选择性蚀刻的绝缘膜材料时，是有效的。
附图说明
图1是展示薄膜型电子源的工作原理的图；
图2是说明现有的薄膜型电子源的元件结构的示意剖面图；
图3是根据本发明的冷阴极型平板显示器的实施例1的薄膜型电子源的元件的示意剖面图；
图4是说明根据本发明的实施例1的薄膜型电子源的制造方法的示意图；
图5是说明根据本发明的实施例1的薄膜型电子源的制造方法的接着图4的示意图；
图6是说明根据本发明的实施例1的薄膜型电子源的制造方法的接着图5的示意图；
图7是说明根据本发明的实施例1的薄膜型电子源的制造方法的接着图6的示意图；
图8是说明根据本发明的实施例1的薄膜型电子源的制造方法的接着图7的示意图；
图9是说明根据本发明的实施例1的薄膜型电子源的制造方法的接着图8的示意图；
图10是说明根据本发明的实施例1的薄膜型电子源的制造方法的接着图9的示意图；
图11是说明根据本发明的实施例1的薄膜型电子源的制造方法的接着图10的示意图；
图12是说明根据本发明的实施例1的薄膜型电子源的制造方法的接着图11的示意图；
图13是说明根据本发明的实施例1的薄膜型电子源的制造方法的接着图12的示意图；
图14是比较采用本发明的实施例1的结构时和采用现有结构时的再阳极氧化的特性的说明图；
图15是根据本发明的冷阴极型平板显示器的实施例2的薄膜型电子源的元件的示意剖面图；
图16是说明根据本发明的实施例2的薄膜型电子源的制造方法的示意图；
图17是说明根据本发明的实施例2的薄膜型电子源的制造方法的接着图16的示意图；
图18是说明根据本发明的实施例2的薄膜型电子源的制造方法的接着图17的示意图；
图19是说明根据本发明的实施例2的薄膜型电子源的制造方法的接着图18的示意图；
图20是说明根据本发明的实施例2的薄膜型电子源的制造方法的接着图19的示意图；
图21是说明根据本发明的实施例2的薄膜型电子源的制造方法的接着图20的示意图；
图22是说明根据本发明的实施例2的薄膜型电子源的制造方法的接着图21的示意图；
图23是说明根据本发明的实施例2的薄膜型电子源的制造方法的接着图22的示意图；
图24是说明根据本发明的实施例2的薄膜型电子源的制造方法的接着图23的示意图；
图25是说明根据本发明的实施例2的薄膜型电子源的制造方法的接着图24的示意图；
图26是比较采用本发明的实施例2的结构时和采用实施例1的结构时的工作寿命的特性的说明图；
图27是说明根据本发明的实施例3的薄膜型电子源的制造方法的示意图；
图28是说明根据本发明的实施例3的薄膜型电子源的制造方法的接着图27的示意图；
图29是说明根据本发明的实施例3的薄膜型电子源的制造方法的接着图28的示意图；
图30是说明根据本发明的实施例3的薄膜型电子源的制造方法的接着图29的示意图；
图31是说明根据本发明的实施例3的薄膜型电子源的制造方法的接着图30的示意图；
图32是说明根据本发明的实施例3的薄膜型电子源的制造方法的接着图31的示意图；
图33是说明根据本发明的实施例3的薄膜型电子源的制造方法的接着图32的示意图；
图34是说明根据本发明的实施例3的薄膜型电子源的制造方法的接着图33的示意图；
图35是说明根据本发明的实施例4的薄膜型电子源的制造方法的示意图；
图36是说明根据本发明的实施例4的薄膜型电子源的制造方法的接着图35的示意图；
图37是说明根据本发明的实施例4的薄膜型电子源的制造方法的接着图36的示意图；
图38是说明根据本发明的实施例4的薄膜型电子源的制造方法的接着图37的示意图；
图39是说明根据本发明的实施例4的薄膜型电子源的制造方法的接着图38的示意图；
图40是说明根据本发明的实施例4的薄膜型电子源的制造方法的接着图39的示意图；
图41是说明根据本发明的实施例4的薄膜型电子源的制造方法的接着图40的示意图；
图42是说明根据本发明的实施例4的薄膜型电子源的制造方法的接着图41的示意图；
图43是说明根据本发明的实施例4的薄膜型电子源的制造方法的接着图42的示意图；
图44是说明采用本发明的实施例2的薄膜型电子源的冷阴极型平板显示器的电子源基板的结构的示意图；
图45是说明构成本发明的冷阴极型平板显示器的荧光面基板的一例的示意图；
图46是说明把图44的电子源基板和图45的荧光面基板贴合后得到的冷阴极型平板显示器的结构的、与图45的A-A′剖面和B-B′剖面相当的示意剖面图；
图47是说明根据本发明的冷阴极型平板显示器的驱动系统的电路连接图；
图48是图47的驱动系统中的驱动电压波形图；
图49是对说明根据本发明的冷阴极型平板显示器的实施例5的电子源基板的电子发射部进行示意性说明的主要部分剖面图；
图50是说明根据本发明的实施例5的薄膜型电子源的制造方法的示意图；
图51是说明根据本发明的实施例5的薄膜型电子源的制造方法的接着图50的示意图；
图52是说明根据本发明的实施例5的薄膜型电子源的制造方法的接着图51的示意图；
图53是说明根据本发明的实施例5的薄膜型电子源的制造方法的接着图52的示意图；
图54是说明根据本发明的实施例5的薄膜型电子源的制造方法的接着图53的示意图；
图55是说明根据本发明的实施例5的薄膜型电子源的制造方法的接着图54的示意图；
图56是说明根据本发明的实施例5的薄膜型电子源的制造方法的接着图55的示意图；
图57是说明根据本发明的实施例5的薄膜型电子源的制造方法的接着图56的示意图；
图58是说明根据本发明的实施例5的薄膜型电子源的制造方法的接着图57的示意图；
图59是说明根据本发明的实施例5的薄膜型电子源的制造方法的接着图58的示意图；
图60是根据本发明的实施例5的电子源基板的示意说明图；
图61是与图60所示的电子源基板相组合的荧光面基板的示意说明图；
图62是说明把图60所示的电子源基板和图61所示的荧光面基板贴合后得到的冷阴极型平板显示器的结构的剖面图。
具体实施方式
下面，结合附图更详细地说明根据本发明的实施方式。
图3是示意地说明根据本发明的冷阴极型平板显示器的实施例1的电子源基板的电子发射部的主要部分剖面图，图4～14是图3所示的电子源基板的制造方法的说明图。
本实施例的电子源基板的电子发射部由MIM型电子源元件构成。图3中，附图标记10是优选为玻璃的绝缘基板，11是下部电极，12是隧道绝缘膜，13是上部电极，14是第一层间绝缘层，16是上部电极供电布线。17是表面保护层，17a表面保护膜下层，17b是表面保护膜上层。
如图3所示，本实施例的MIM型电子源元件的上部电极13和上部电极供电布线16的锥状的端部电气连接。下面，依次参照图4～14说明该结构的MIM型电子源元件的制造方法。
首先，如图4所示，在玻璃等的绝缘性的基板10上形成下部电极11用的金属膜。作为该下部电极11的材料使用Al(铝)或Al合金。在此使用掺杂了2原子％的Nd(钕)的Al-Nd合金。
用例如溅射法形成该Al-Nd合金，膜厚为300nm。成膜后，用光刻工序、蚀刻工序形成图4所示的条带形状的下部电极11。作为蚀刻，以例如磷酸、醋酸、硝酸的混合水溶液(PAN)作为处理液的湿法蚀刻是合适的。
下面，参照图5和图6说明第一层间绝缘层14、隧道绝缘膜12的形成方法。首先，用光刻胶膜19覆盖下部电极11上的作为电子发射部的部分，使其它部分选择性地加厚并阳极氧化，作为第一层间绝缘层14。如果该阳极氧化处理的化成电压为100V，形成厚度约136nm的第一层间绝缘层14。
然后，除去光刻胶膜19，使剩余的下部电极11的表面阳极氧化。如果此时的化成电压为例如6V，则在下部电极11上形成厚度约10nm的隧道绝缘膜12(参照图6)。
在图8中形成上部电极供电布线16和第二层间绝缘层15。作为上部电极供电布线16的材料，Al或Al合金是优选的，尤其是掺杂了2原子％的Nd的Al-Nd合金是合适的。在此用溅射法形成厚500nm的Al-Nd合金。此时，把基板10的温度设定成高于室温，增大Al合金的粒径，可更加减小电阻率。
作为第二层间绝缘层15的材料，可以对Al和其阳极氧化膜选择性蚀剂的绝缘膜材料是特别优选的。例如，可以进行使用CF4的干法蚀刻的Si氧化物或Si氮化物等的绝缘膜材料是合适的。使用了CF4等的氟化物系的蚀刻气体的干法蚀刻法，可以以比下部电极的Al或Al合金及其阳极氧化膜高的蚀刻选择比蚀刻Si氧化物或Si氮化物。
在此，作为第二层间绝缘层15使用Si氧化物，其膜厚为对薄膜型电子源的驱动电压Vd(本实施例中为5～10V)和隧道绝缘膜12的化成电压VA(本实施例中为6V)不会发生绝缘破坏的足够的膜厚(本实施例中为40nm，耐电压为约40V)。
然后，如图8所示，用光刻工序、蚀刻工序把上部电极供电布线16加工成在和下部电极11垂直的方向上呈条带状。在湿法蚀刻中使用例如磷酸、醋酸、硝酸的混合水溶液(PAN)作为处理液。此时，第二层间绝缘层15起成蚀刻阻挡层的作用，所以上述湿法蚀刻液对第一层间绝缘层14的损伤可以忽视。
在图9中形成表面保护膜17。表面保护膜17由表面保护膜下层17a和表面保护膜上层17b构成，可以利用在例如半导体元件等中作为绝缘膜一般采用的那些膜。即，作为材料，可利用SIO、SiO2、磷硅酸玻璃和硼硅酸玻璃等的玻璃类、Si3N4、Al2O3、聚酰亚胺等。
而作为成膜法，可以采用溅射法、真空蒸镀法、化学汽相生长法、涂敷法等。例如，在SiO2、Al2O3、Si3N4等的成膜中可以采用溅射法或化学汽相生长法，在SiO2的成膜中可以采用真空蒸镀法，磷硅酸玻璃和硼硅酸玻璃等的玻璃类和聚酰亚胺可以采用涂敷法等。
本实施例中，使用由表面保护膜下层17a为Si3N4和表面保护膜上层17b为SiO2构成的多层膜，膜厚分别为300nm。
该表面保护膜17在针对各个象素分离上部电极的同时，在完成面板的阶段还起到作为支柱保护电子源元件免受大气压影响的作用。
在图10中，为了使电子发射部开放，用光刻和干法蚀刻把表面保护膜17的一部分开口。作为干法蚀刻的气体，CF4和O2的混合气体是合适的。由于使用了CF4等的氟化物系蚀刻气体的干法蚀刻法以比上部电极供电布线16的Al合金高的选择比蚀刻表面保护膜17的SiO2膜和Si3N4膜，所以可以以上部电极供电布线16作为阻止膜，只对表面保护膜17进行加工。
而且，在本实施例中，由于分别以不同的速度蚀刻构成表面保护膜17的两个膜(表面保护膜下层17a和表面保护膜上层17b)，表面保护膜下层17a受到更大的侧蚀刻，表面保护膜下层17a比表面保护膜上层17b更向后退，在该部分上分别形成“凸檐”结构。
在图11中，用光刻赋予光刻胶图案，使用上述的磷酸、醋酸、硝酸的混合水溶液(PAN)除去电子发射部的上部电极供电布线16。此时，为了使电子发射部和后面制作的上部电极13电气连接，一边剥离，一边进行蚀刻，使光刻胶的硬化温度比通常低，使紧密接合力下降。
由此，在上部电极供电布线16的端部形成顺倾斜形状，即非常缓慢地变细(锥形角≤10度)。
在图12中，用光刻工序、使用了CF4和O2的混合气体的干法蚀刻工序除去第二层间绝缘层15的SiO2，以包围隧道绝缘膜12的方式把电子发射部开口。
由于使用了CF4等的氟化物蚀刻气体的干法蚀刻法，以比由Al合金的阳极氧化膜构成的隧道绝缘膜12和第一层间绝缘层14高的选择比蚀刻第二层间绝缘层15的SiO2，可以减少对隧道绝缘膜12的损伤。
而且此时，调整蚀刻条件，调整成使光刻胶掩模比第二层间绝缘层15的SiO2更快地被蚀刻，向端部赋予了缓慢变细的倾斜形状。由此，可以防止该部分中的上部电极的覆盖不良。在露出的隧道绝缘膜12上施行再次阳极氧化，修复加工造成的损伤。
最后，如图13所示，形成上部电极膜13，完成了电子源基板。上部电极13用溅射法形成。作为上部电极13采用例如Ir、Pt、Au的层叠膜，它们的膜厚分别为几个nm。此时，由上述的“凸檐”部引起覆盖不良，针对每个象素分离上部电极13。由此，可以回避光刻等导致的向上部电极或隧道绝缘膜12附带的污染或加工损伤。
通过进行图像显示可以直接确认本实施例的效果，但除此之外也可以通过观察上述的再次阳极氧化特性来确认。
图14是比较采用本发明的实施例1的结构时和采用现有结构时的再阳极氧化的特性的说明图，(a)表示化成电压VA＝6V时的恒压施加状态下的本发明的实施例1的结构的再阳极氧化的化成电流特性，(b)表示不具有第二层间绝缘层15的现有结构的再阳极氧化的化成电流特性。
如图14(a)所示，在不具有第二层间绝缘层15的现有结构中，观察到在氧化中第一层间绝缘层14多次发生绝缘破坏，化成电流增大。与此不同，在具有第二层间绝缘层15的本实施例的结构中，如图14(a)所示，化成电流由于氧化的进行而单调地减少。这表明，本发明的结构即使有第一层间绝缘层14的缺陷也能保护第二层间绝缘层15的缺陷，确保对化成电压VA的足够的绝缘耐性。这是因为，第二层间绝缘层15的缺陷与第一层间绝缘层14的缺陷位置重合的可能性极小。
另外，在本实施例中，在形成上部电极供电布线16之前预先用阳极氧化形成隧道绝缘膜12，在对上部电极供电布线16等进行加工后，进行隧道绝缘膜12的再氧化，修复了损伤。与此相对，也可以在对上部电极供电布线16等进行加工后，首先进行隧道绝缘膜12的阳极氧化。在该方法中，由于一次完成形成隧道绝缘膜12的氧化，可以缩短工序。
具有本实施例的结构的电子源基板和荧光面基板贴合构成冷阴极型平板显示器，获得了减少了象素缺陷的发生、提高了可靠性的冷阴极型平板显示器。
下面，说明本发明的实施例2。
图15是示意地说明根据本发明的冷阴极型平板显示器的实施例2的电子源基板的电子发射部的主要部分剖面图，图16～25是图15所示的电子源基板的制造方法的说明图。
如图15所示，本实施例的电子源基板的电子发射部的特征在于在隧道绝缘膜12的区域的内侧设置第二层间绝缘层15的开口区域，其它结构与在图3中说明的相同。
参照图16～25说明具有图15所示的剖面结构的电子发射部及其制造方法。根据本实施例的电子发射部不仅减少了由层间绝缘层的缺陷导致的下部电极和上部电极供电布线的初期的短路不良，还具有提高隧道绝缘膜12的膜厚，抑制长时间绝缘破坏的效果。
在图16中，在玻璃等的绝缘性的基板10上形成下部电极11用的金属膜。作为该下部电极11的材料使用Al或Al合金。在此使用掺杂了2原子％的Nd的Al-Nd合金。该成膜采用例如溅射法，膜厚为300nm。成膜后，用光刻工序、蚀刻工序形成图3所示的条带形状的下部电极11。作为蚀刻，以例如磷酸、醋酸、硝酸的混合水溶液(PAN)作为处理液的湿法蚀刻是合适的。
下面，参照图17和图18说明第一层间绝缘层14、隧道绝缘膜12的形成方法。首先，用光刻胶膜19覆盖下部电极11上的作为电子发射部的部分，使其它部分选择性地加厚并阳极氧化，作为第一层间绝缘层14。如果化成电压为100V，形成厚度约136nm的第一层间绝缘层14。
然后，除去光刻胶膜19，使剩余的下部电极11的表面阳极氧化。如果此时的化成电压为例如6V，则在下部电极11上形成厚度约10nm的隧道绝缘膜12。作为此处的阳极氧化中使用的化成液，如果使用在特开平11-135316号公报中记载的非水系化成液，则可以提高隧道绝缘膜12的膜质。
在上述特开平11-135316号公报中公开了，用这些化成液阳极氧化后的隧道绝缘膜对长时间绝缘破坏具有耐性。
在图19中形成上部电极供电布线16和第二层间绝缘层15。作为上部电极供电布线16的材料，Al或Al合金是优选的，尤其是掺杂了2原子％的Nd的Al-Nd合金是合适的。在此用溅射法形成厚500nm的Al-Nd合金。此时，把基板10的温度设定成高于室温，增大Al合金的粒径，可更加减小电阻率。
作为第二层间绝缘层15的材料，可以对Al和其阳极氧化膜选择性蚀剂的绝缘膜材料是特别优选的。例如，可以进行使用CF4的干法蚀刻的Si氧化物或Si氮化物等的绝缘膜材料是合适的。
使用了CF4等的氟化物系的蚀刻气体的干法蚀刻法，可以以比下部电极的Al或Al合金及其阳极氧化膜高的蚀刻选择比蚀刻Si氧化物或Si氮化物。
在此，作为第二层间绝缘层15使用Si氧化物，其膜厚为对薄膜型电子源的驱动电压Vd(本实施例中为5～10V)和隧道绝缘膜12的化成电压VA(本实施例中为6V)不会发生绝缘破坏的足够的膜厚(本实施例中为40nm，耐电压为约40V)。
在图20中，用光刻工序、蚀刻工序把上部电极供电布线16加工成在和下部电极11垂直的方向上呈条带状。在湿法蚀刻中使用例如磷酸、醋酸、硝酸的混合水溶液(PAN)作为处理液。此时，第二层间绝缘层15起成蚀刻阻挡层的作用，所以上述湿法蚀刻液对第一层间绝缘层14的损伤可以忽视。
在图21中形成表面保护膜17。表面保护膜17由表面保护膜下层17a和表面保护膜上层17b构成，可以利用在例如半导体元件等中作为绝缘膜一般采用的那些膜。即，作为材料，可利用SiO、SiO2、磷硅酸玻璃和硼硅酸玻璃等的玻璃类、Si3N4、Al2O3、聚酰亚胺等。而作为成膜法，可以采用溅射法、真空蒸镀法、化学汽相生长法、涂敷法等。
例如，在SiO2、Al2O3、Si3N4等的成膜中可以采用溅射法或化学汽相生长法，在SiO2的成膜中可以采用真空蒸镀法，磷硅酸玻璃和硼硅酸玻璃等的玻璃类和聚酰亚胺可以采用涂敷法等。本实施例中，使用由表面保护膜下层17a为Si3N4和表面保护膜上层17b为SiO2构成的多层膜，膜厚分别为300nm。
该表面保护膜17在针对各个象素分离上部电极的同时，在完成面板的阶段还起到作为规定电子源基板和荧光面板的贴合间隔的支柱保护电子源元件免受大气压影响的作用。
在图22中，为了使电子发射部开放，用光刻和干法蚀刻把表面保护膜17的一部分开口。作为干法蚀刻的气体，CF4和O2的混合气体是合适的。由于使用了CF4等的氟化物系蚀刻气体的干法蚀刻法以比上部电极供电布线16的Al合金高的选择比蚀刻表面保护膜17的SiO2膜和Si3N4膜，所以可以以上部电极供电布线16作为阻止膜，只对表面保护膜17进行加工。而且，在本实施例中，由于分别以不同的速度蚀刻构成表面保护膜17的两个膜(表面保护膜下层17a和表面保护膜上层17b)，表面保护膜下层17a受到更大的侧蚀刻，表面保护膜下层17a比表面保护膜上层17b更向后退，在该部分上分别形成“凸檐”结构。
在图23中，用光刻赋予光刻胶图案，使用上述的磷酸、醋酸、硝酸的混合水溶液(PAN)除去电子发射部的上部电极供电布线16。此时，为了使电子发射部和后面制作的上部电极13电气连接，一边剥离，一边进行蚀刻，使光刻胶的硬化温度比通常低，使紧密接合力下降。
由此，在上部电极供电布线16的端部形成顺倾斜形状，即非常缓慢地变细(锥形角≤10度)。
在图24中，用光刻工序、使用了CF4和O2的混合气体的干法蚀刻工序除去第二层间绝缘层15的SiO2，以包围隧道绝缘膜12的方式把电子发射部开口。由于使用了CF4等的氟化物蚀刻气体的干法蚀刻法，以比由Al合金的阳极氧化膜构成的隧道绝缘膜12和第一层间绝缘层14高的选择比蚀刻第二层间绝缘层15的SiO2，可以减少对隧道绝缘膜12的损伤。
而且此时，调整蚀刻条件，调整成使光刻胶掩模比第二层间绝缘层15的SiO2更快地被蚀刻，向端部赋予了缓慢变细的倾斜形状。由此，可以防止该部分中的上部电极的覆盖不良。在露出的隧道绝缘膜12上施行再次阳极氧化，修复加工造成的损伤。
最后，如图25所示，形成上部电极膜13，完成了电子源基板。上部电极13用溅射法形成。作为上部电极13采用例如Ir、Pt、Au的层叠膜，它们的膜厚分别为几个nm。此时，由上述的“凸檐”部引起覆盖不良，针对每个象素分离上部电极13。由此，可以回避光刻等导致的向上部电极13或隧道绝缘膜12附带的污染或加工损伤。
图26是比较采用本发明的实施例2的结构时和采用实施例1的结构时的工作寿命特性的说明图。图26是测定以一定电流流过二极管所需的二极管电压随工作时间的增加值并画成曲线得到的。
在隧道二极管中，已注入到绝缘膜的电子在穿过导带时受到非弹性散射，一部分被捕获在绝缘膜中。由于被捕获的电子缓和了绝缘膜中的电场，增加了垫垒的厚度。由此，抑制子电子注入。因此，为了保持一定的二极管电流，必须增加施加的电压。根据本发明人的经验，该电压增加量达到0.5V时，有绝缘膜到达了真正了破坏的倾向。
在本发明的实施例1说明过的MIM型的电子发射结构的场合，二极管电压在3000个小时上升了0.3V，然后经10000个小时到达绝缘破坏。与此相对，在本发明的实施例2的结构的场合，在经过20000个小时的时刻电压上升为0.2V，且确认没有到达绝缘破坏。
其理由虽然尚有不明之处，但本发明人认为可能是下面这样的。
实施例1和实施例2的不同之处在于规定电子发射区域的方式。在实施例1中由第一层间绝缘层形成边界。由于第一层间绝缘层作成非氧化区域，所以采用以光刻胶图案为掩模的局部氧化法。此时，不能完全抑止光刻胶图案的边缘的氧化。
实际上，在横方向上氧化一直进行到边缘的1μm左右的内侧。由于进行了该横方向的氧化，形成了氧化膜厚度从零(或自然氧化膜)到140nm(100V氧化)的连续变化的中间区域。如果在此状态下进行下一工序，用阳极氧化形成隧道绝缘膜，则在该中间区域上直到具有与6V相当的膜厚的部分都受到再次氧化。受到了所谓双重氧化的该区域表现出隧道绝缘膜和层间绝缘层中间的性质。估计与正常的隧道绝缘膜区域相比，该区域中含有的捕获能级和缺陷多，如果作为隧道二极管工作，则对于电子注入显著地表现出随时间劣化。
与此不同，在实施例2中，由于上述中间区域被第二层间绝缘层覆盖，对隧道二极管的工作没有影响。认为这就是可以抑制长时间绝缘破坏模式的理由。
具有本实施例的结构的电子源基板和荧光面基板贴合构成冷阴极型平板显示器，获得了减少了象素缺陷的发生、提高了可靠性的冷阴极型平板显示器。
下面，参照图27～33详细地说明本发明的实施例3。本实施例在隧道绝缘膜12的区域的内侧设置第二层间绝缘层15的开口区域这一点上是与实施例2相同的结构。但是，本实施例的特征在于，不采用锥形加工的总线(bus)布线，而代之以具有连接用的薄膜电极。与实施例2相比，该结构由于不需要锥形加工的工艺，所以有容易对应总布线的厚膜化的优点。
由于本实施例在直到在电子源基板上形成隧道绝缘膜12之前都与说明实施例2的图16～18相同，所以省略了重复说明，从总线电极的形成开始说明。
在图27中，在隧道绝缘膜12上形成负16和第二层间绝缘层15。在本实施例中，上部电极供电布线16具有上部电极供电布线下层16a和上部电极供电布线上层16b这两层结构。
作为上部电极供电布线下层16a的材料，高熔点金属例如Ti、Cr、W等，Mo、Nb或它们的硅化物是优选的。尤其是，从可以对第二层间绝缘层15选择性湿法蚀刻上看，Cr、W是合适的。作为上部电极供电布线16b的材料，Al或Al合金是优选的，尤其是掺杂了2原子％的Nd的Al-Nd合金是合适的。在此用溅射法分别形成了厚20nm和500nm的Cr和Al-Nd合金。此时，把基板温度设定成高于室温，增大Al合金的粒径，可更加减小电阻率。
作为第二层间绝缘层15的材料，可以对Al和其阳极氧化膜选择性蚀剂的绝缘膜材料是特别优选的。例如，可以进行使用CF4的干法蚀刻的Si氧化物或Si氮化物等的绝缘膜材料是合适的。
使用了CF4等的氟化物系的蚀刻气体的干法蚀刻法，可以以比下部电极的Al或Al合金及其阳极氧化膜高的蚀刻选择比蚀刻Si氧化物或Si氮化物。
在此，作为第二层间绝缘层15使用Si氧化物，其膜厚为对薄膜型电子源的驱动电压Vd(本实施例中为5～10V)和隧道绝缘膜12的化成电压VA(本实施例中为6V)不会发生绝缘破坏的足够的膜厚(本实施例中为40nm，耐电压为约40V)。
在图28中，用光刻工序、蚀刻工序把上部电极供电布线16a和16b加工成在和下部电极11垂直的方向上呈条带状。在湿法蚀刻中，对Al合金使用例如磷酸、醋酸、硝酸的混合水溶液(PAN)作为处理液，对Cr使用例如硝酸铈二胺水溶液。此时，第二层间绝缘层15起成蚀刻阻挡层的作用，所以上述湿法蚀刻液对第一层间绝缘层14的损伤可以忽视。
在图29中形成表面保护膜17。表面保护膜17可以利用在例如半导体元件等中作为绝缘膜一般采用的那些膜。即，作为表面保护膜17的材料，可利用SiO、SiO2、磷硅酸玻璃和硼硅酸玻璃等的玻璃类、Si3N4、Al2O3、聚酰亚胺等。
而作为成膜法，可以采用溅射法、真空蒸镀法、化学汽相生长法、涂敷法等。例如，在SiO2、Al2O3、Si3N4等的成膜中可以采用溅射法或化学汽相生长法，在SiO2的成膜中可以采用真空蒸镀法，磷硅酸玻璃和硼硅酸玻璃等的玻璃类和聚酰亚胺可以采用涂敷法等。
本实施例中，使用由表面保护膜下层17a为Si3N4和表面保护膜上层17b为SiO2构成的多层膜，膜厚分别为300nm。
该表面保护膜17在针对各个象素分离上部电极的同时，在完成面板的阶段还起到作为规定电子源基板和荧光面基板的贴合间隔的支柱保护电子源元件免受大气压影响的作用。
在图30中，为了使电子发射部开放，用光刻和干法蚀刻把表面保护膜17的一部分开口。作为干法蚀刻的气体，CF4和O2的混合气体是合适的。由于使用了CF4等的氟化物系蚀刻气体的干法蚀刻法以比上部电极供电布线16的Al合金高的选择比蚀刻表面保护膜17的SiO2膜和Si3N4膜，所以可以以上部电极供电布线16作为阻止膜，只对表面保护膜17进行加工。
而且，在本实施例中，由于分别以不同的速度蚀刻构成表面保护膜17的两个膜(表面保护膜下层17a和表面保护膜上层17b)，表面保护膜下层17a受到更大的侧蚀刻，表面保护膜下层17a比表面保护膜上层17b更向后退，在该部分上分别形成“凸檐”结构。
在图31中，用光刻赋予光刻胶图案，使用上述的磷酸、醋酸、硝酸的混合水溶液(PAN)除去电子发射部的上部电极供电布线上层16b。
接着，如图32所示，用光刻赋予光刻胶图案，使用上述的硝酸铈二铵水溶液，除去电子发射部的上部电极供电布线下层16a。此时，为了使电子发射部与后面制作的上部电极13电气连接，把上部电极供电布线下层16a构图为从上部电极供电布线上层16b突出。由于上部电极供电布线下层16a厚度仅为几十nm，所以可以用该部分不产生台阶地与上部电极13电气连接。
在图33中，用光刻工序、使用了CF4和O2的混合气体的干法蚀刻工序除去第二层间绝缘层15的SiO2，在隧道绝缘膜12的内侧把电子发射部开口。
由于使用了CF4等的氟化物蚀刻气体的干法蚀刻法，以比由Al合金的阳极氧化膜构成的隧道绝缘膜12和第一层间绝缘层14高的选择比蚀刻第二层间绝缘层15的SiO2，可以减少对隧道绝缘膜12的损伤。
而且此时，调整蚀刻条件，调整成使光刻胶掩模比第二层间绝缘层15的SiO2更快地被蚀刻，向端部赋予了缓慢变细的倾斜形状。由此，可以防止该部分中的上部电极的覆盖不良。在露出的隧道绝缘膜12上施行再次阳极氧化，修复加工造成的损伤。
最后，如图34所示，形成上部电极膜13，完成了电子源基板。上部电极13用溅射法形成。作为上部电极13采用例如Ir、Pt、Au的层叠膜，它们的膜厚分别为几个nm。此时，由上述的“凸檐”部引起覆盖不良，针对每个象素分离上部电极13。由此，可以回避光刻等导致的向上部电极13或隧道绝缘膜12附带的污染或加工损伤。
本实施例中，无须对上部电极供电布线16施行与用来与上部电极13连接的锥形加工。这意味着可以与光刻胶的选择比无关地设定上部电极供电布线16的膜厚，可以说对于实现上部电极供电布线16的低电阻比有利的元件结构。
具有本实施例的结构的电子源基板和荧光面基板贴合构成冷阴极型平板显示器，获得了减少了象素缺陷的发生、提高了可靠性的冷阴极型平板显示器。
下面，参照图35～43说明本发明的实施例4。
本实施例在在隧道绝缘膜12的区域的内侧设置第二层间绝缘层15的开口区域这一点上与前面说明的实施例2相同。但是，本实施例的特征在于，不用厚的阳极氧化膜作为第二层间绝缘层，而代之以由第一层间绝缘层兼作第二层间绝缘层。与实施例2相比，该结构无需施行局部的厚的阳极氧化，具有可使制造工序简化的优点。
首先，如图35所示，与实施例2同样地，在基板10上形成下部电极布线11。
然后，在图36中，使下部电极布线11阳极氧化，在整个表面上形成隧道绝缘膜12。其形成条件按照实施例2中公开的条件。
在图37中，形成上部电极供电布线16、第二层间绝缘层下层14a和第二层间绝缘层上层14b。
在本实施例中，第二层间绝缘层14是两层结构。这是为了具有顺倾斜形状即缓慢变细的倾斜形状，以在第二层间绝缘层14的端部不导致覆盖不良且不引起断线。在该倾斜形状的加工中，在干法蚀刻时只要掩模材料和被蚀刻材料的速度比＞1即可。
在此，以第二层间绝缘层上层14b作为掩模材料，利用蚀刻速度差导入了倾斜结构。但是，当然，除此之外，不用第二层间绝缘层上层14b，而代之以用通常的光刻胶图案作为掩模材料，调整蚀刻条件(玻璃组成等)，也可以实现同样的目的。
作为第二层间绝缘层14，可以对Al和其阳极氧化膜选择性蚀剂的绝缘膜材料是特别优选的。例如，可以进行使用CF4的干法蚀刻的Si氧化物或Si氮化物等的绝缘膜材料是合适的。使用了CF4等的氟化物系的蚀刻气体的干法蚀刻法，可以以比下部电极的Al或Al合金及其阳极氧化膜高的蚀刻选择比蚀刻Si氧化物或Si氮化物。
在此，作为第二层间绝缘层下层14a使用Si氧化物，其膜厚为对薄膜型电子源的驱动电压Vd(本实施例中为5～10V)和绝缘层12的化成电压VA(本实施例中为6V)不会发生绝缘破坏的足够的膜厚。本实施例中为200nm(耐电压为约200V)。而作为第二层间绝缘层上层14b，氮化硅SiNx是合适的。在此，用溅射法以200nm、20nm、500nm的厚度形成了SiOx、SiNx、Al合金的膜。在形成Al合金的膜时，把基板温度设定成高于室温，增大Al合金的粒径，可更加减小电阻率。
在图38中，用光刻工序、蚀刻工序把上部电极供电布线16加工成在和下部电极11垂直的方向上呈条带状。在湿法蚀刻中，对Al合金使用例如磷酸、醋酸、硝酸的混合水溶液(PAN)作为处理液。此时，第二层间绝缘层14起成蚀刻阻挡层的作用，所以上述湿法蚀刻液对下部电极11的损伤可以忽视。
在图39中形成表面保护膜17。表面保护膜17可以利用在例如半导体元件等中作为绝缘膜一般采用的那些膜。即，作为材料，可利用SiO、SiO2、磷硅酸玻璃和硼硅酸玻璃等的玻璃类、Si3N4、Al2O3、聚酰亚胺等。
而作为成膜法，可以采用溅射法、真空蒸镀法、化学汽相生长法、涂敷法等。例如，在SiO2、Al2O3、Si3N4等的成膜中可以采用溅射法或化学汽相生长法，在SiO2的成膜中可以采用真空蒸镀法，磷硅酸玻璃和硼硅酸玻璃等的玻璃类和聚酰亚胺可以采用涂敷法等。
本实施例中，使用由表面保护膜下层17a为Si3N4和表面保护膜上层17b为SiO2构成的多层膜，膜厚分别为300nm。该表面保护膜17在针对各个象素分离上部电极13的同时，在完成面板的阶段还起到作为规定电子源基板和荧光面基板的贴合间隔的支柱保护电子源元件免受大气压影响的作用。
在图40中，为了使电子发射部开放，用光刻和干法蚀刻把表面保护膜17的一部分开口。作为干法蚀刻的气体，CF4和O2的混合气体是合适的。由于使用了CF4等的氟化物系蚀刻气体的干法蚀刻法以比上部电极供电布线16的Al合金高的选择比蚀刻表面保护膜17的SiO2膜和Si3N4膜，所以可以以上部电极供电布线上层16b作为阻止膜，只对表面保护膜17进行加工。
而且，在本实施例中，由于分别以不同的速度蚀刻构成表面保护膜17的两个膜(表面保护膜下层17a和表面保护膜上层17b)，表面保护膜下层17a受到更大的侧蚀刻，在该部分上分别形成“凸檐”结构。
在图41中，用光刻赋予光刻胶图案，使用上述的磷酸、醋酸、硝酸的混合水溶液(PAN)除去电子发射部的上部电极供电布线16。此时，为了使电子发射部和后面制作的上部电极13电气连接，一边剥离，一边进行蚀刻，使光刻胶的硬化温度比通常低，使紧密接合力下降。由此，在上部电极供电布线16的端部形成顺倾斜形状，即非常缓慢地变细(锥形角≤10度)。
在图42中，用光刻工序、使用了CF4和O2的混合气体的干法蚀刻工序除去第二层间绝缘膜上层14b的SiNx和第二层间绝缘膜下层14a的SiOx，把电子发射部开口。由于使用了CF4等的氟化物蚀刻气体的干法蚀刻法，以比由Al合金的阳极氧化膜构成的隧道绝缘膜12高的选择比蚀刻第二层间绝缘层14，可以减少对隧道绝缘膜12的损伤。
另外，在通常的条件下，由于第二层间绝缘层上层14b的SiNx比第二层间绝缘层下层14a的SiOx更早地被蚀刻，所以赋予了缓慢变细的倾斜形状。在露出的隧道绝缘膜12上施行再次阳极氧化，修复加工造成的损伤。
最后，如图43所示，形成上部电极膜13，完成了电子源基板。上部电极13用溅射法形成。作为上部电极13采用例如Ir、Pt、Au的层叠膜，它们的膜厚分别为几个nm。此时，由上述的“凸檐”部引起覆盖不良，针对每个象素分离上部电极13。由此，可以回避光刻等导致的向上部电极或隧道绝缘膜12附带的污染或加工损伤。
本实施例的结构中没有上述的实施例1～3中的由厚的阳极氧化膜构成的第一层间绝缘层。由于减少了阳极氧化膜形成工序，所以可以说是对简化制造工序有利的元件结构。
具有本实施例的结构的电子源基板和荧光面基板贴合构成冷阴极型平板显示器，获得了减少了象素缺陷的发生、提高了可靠性的冷阴极型平板显示器。
下面，参照图44～48说明根据本发明的冷阴极型平板显示器的其它构成例。
图44是说明使用了本发明的实施例2的薄膜型电子源的冷阴极型平板显示器的电子源基板的结构的示意图。电子源基板的薄膜型电子源是MIM型电子源。另外，对于具有实施例2～4中说明过的薄膜型电子源的电子源基板也是同样的。
图44中，与上述各实施例相同的附图标记对应相同的功能部分。
首先，用实施例2的方法在基板10上制作MIM型电子源。在此说明了(3×3)点的MIM型电子源基板的平面图及其剖面图。但是，在实际中形成与显示点数对应的数目的MIM型电子源矩阵。虽然在实施例1～4中未进行说明，但在显示装置中使用MIM型电子源矩阵时，下部电极11和上部电极供电布线16的电极端部必须露出用来与后述的驱动电路连接的电极面。
图45是说明构成本发明的冷阴极型平板显示器的荧光面基板的一例的示意图。附图标记110是构成荧光面基板的面板，111是红色荧光体，112是绿色荧光体，113是蓝色荧光体，114是金属背底，120是黑色矩阵。下面说明图45所示的荧光面基板的制造方法。
面板110中使用透光性的玻璃等。首先，为了提高面板显示器的对比度而在面板110上形成黑色矩阵120。如下所述地形成该黑色矩阵120。在面板110上涂敷混合PVA(聚乙烯醇)和重铬酸铵得到的溶液，对形成了黑色矩阵120的部分以外的部分照射紫外线、感光后，除去未感光部分，然后涂敷溶解了石墨粉末的溶液，通过去除(剥离)PVA形成。
然后，形成红色荧光体111。在面板110上在红色荧光体粒子上涂敷混合PVA和重铬酸铵得到的水溶液，对形成了红色荧光体的部分照射紫外线进行感光后，用流水除去未感光部分。
这样就把红色荧光体111图案化。该图案是图45所示的条带状。同样地，形成绿色荧光体112和蓝色荧光体113。
作为荧光体，例如红色可以用Y2O2S：Eu(P22-R)，绿色可以用ZnS：Cu，Al(P22-G)，蓝色可以用ZnS：Ag(P22-B)。
形成三种颜色的荧光体后，覆盖这些荧光体形成硝酸纤维素等，形成成膜用的膜(filming film)，再覆盖其上在整个面板110上蒸镀75nm左右膜厚的Al作为金属背底114。该金属背底114用作加速电极(阳极)。然后，在大气中把面板加热到400℃左右，使成膜用的膜和PVA等的有机物加热分解。这样就完成了荧光面基板即显示侧基板。
图46是把图44所示的电子源基板和图45所示的荧光面基板贴合后的冷阴极型平板显示器的结构的说明图。该图(a)是与图45的A-A′剖面相当的示意剖面图，该图(b)是与图45的B-B′剖面相当的示意剖面图。
把在图45中说明的荧光面基板110和电子源基板夹着隔垫30，用玻璃熔料115等的接合剂密封周围的框116。把隔垫30的高度设定成荧光面基板的面板110和电子源基板的基板10之间的距离为1～3nm左右。隔垫30使用例如玻璃板或陶瓷板，在上部电极供电布线16上配置它。
通过在荧光面基板110上具有的黑色矩阵120的下面配置该隔垫30，隔垫30不会阻碍荧光体的发光。
在此，为了说明，在发出红色、绿色、蓝色的每个点即全部上部电极供电布线16的上方都设着隔垫30，但实际上在耐机械强度的范围内，减少隔垫30的数目(密度)，以大体1cm放置的程度设置也是可以的。
在图46中，以在一个方向上并列设置的板状隔垫展示了隔垫30，但也可以不用它而代之以使用支柱状的隔垫或格子状的隔垫，把荧光面基板110和电子源基板10组合起来。在荧光面基板110、电子源基板10或框116上设有排气管(未图示)，且在避开显示区域的位置上收存有吸气材料。
用框116密封荧光面基板110和电子源基板10。希望用玻璃熔料进行该密封。密封以后，通过未图示的排气管把被密封的内部排气到10-7乇左右的真空，进行封切。封切后，激活吸气材料，把被密封的内部维持到高真空。例如，在以Ba为主成分的蒸发型的吸气材料的场合，用高频感应加热等蒸发吸气材料，形成吸气膜。另外，也可以使用以Zr为主成分的非蒸发型吸气材料。这样，就完成了使用了MIM型电子源的冷阴极型平板显示器。
在上述的冷阴极型平板显示器中，由于面板110和基板10间的距离为1～3mm左右，较长，在金属背底114上施加的加速电压可以是1～10kV的高电压。因此，荧光体可以使用上述的阴极射线管(CRT)用的荧光体。
图47是说明根据本发明的冷阴极型平板显示器的驱动系统的一例的电路连接图，图48是图47的驱动系统中的驱动电压波形图。图47中，下部电极11连线到扫描线驱动电路40，上部电极供电布线16连线到信号线驱动电路50。为了简化说明，在图47中以(3×3)象素展示冷阴极型平板显示器的显示区域，扫描线驱动电路40具有扫描线供电电路S1、S2、S3，信号线驱动电路50具有信号线供电电路D1、D2、D3。
因此，在此由m＝3、n＝3的(m×n)象素构成，扫描线驱动电路40由扫描线供电电路Sm(m＝1、2、3)构成，信号线驱动电路50由信号Dn(n＝1、2、3)构成。
位于与第m个上部电极供电布线16连接的扫描线供电电路Sm和与第n个下部电极11连接的信号线供电电路Dn的交点上的象素用坐标(m，n)表示。从电源电路60向金属背底114一直施加1～10kV左右的直流加速电压。
参照图48说明在图47的电路中产生的电压波形的一例。在时刻t0任一个电极的电压都为零，不发射电子，荧光体不发光。在时刻t＝t1时，只在与下部电极11连接的扫描线供电电路S1上施加值为-V1的电压，在与上部电极供电布线16连接的信号线供电电路D2、D3上施加值为V2的电压。
由于在坐标(1，2)的象素和坐标(1，3)的象素中，在下部电极布线11和上部电极供电布线16之间施加值为(V1+V2)的电压，只要把(V1+V2)设定成电子发射开始电压以上，就能从这些MIM型电子源向真空中发射电子。被发射的电子，被在荧光面基板的金属背底114上施加的1～10kV左右的加速电压加速后，入射到荧光体上将其激励，发光而点亮。
同样地，在时刻t＝t2，只在与下部电极布线11连接的扫描线供电电路S2上施加值为-V1的电压，在与上部电极供电布线16连接的信号线供电电路D3上施加值为V2的电压，坐标(2，3)的象素点亮。
这样，通过改变在下部电极布线11上施加的电压信号选择所希望的扫描线，通过适当改变向上部电极供电布线16施加的电压V2的大小进行色调表现，可进行所谓的线依次驱动方式的象素显示。
在时刻t＝t5，进行用来使在隧道绝缘膜12中蓄积的电荷开放的反转电压的施加。即，在全部下部电极布线11上施加电压V3，同时在全部上部电极供电布线16上施加0V。
另外，在此即使使用已公开的其它电子源，例如MIS型或弹道传导(BSD)型等的热电子型电子源，上述议论也是合适的。
即，在防止上部电极供电布线和下部电极布线的零时间绝缘不良时，配置把热氧化和淀积法等成膜法不同的多个绝缘膜重合得到的层间绝缘层是有效的。
而且，上述多个绝缘膜中的用淀积法形成的绝缘膜具有开口部，规定电子发射区，可以回避伴随局部氧化在半导体中产生的悬挂键和晶体缺陷，可以提供针对热电子注入的隧道绝缘膜的长时间绝缘破坏耐性优异、可靠性高的冷阴极型平板显示器。
下面，参照图49～62说明本发明的实施例5。图49是示意地说明对根据本发明的冷阴极型平板显示器的实施例5进行说明的电子源基板的电子发射部的主要部分剖面图。图中，附图标记10是基板，11是下部电极，12是隧道绝缘膜，13是上部电极，14是第一层间绝缘层，15是第二层间绝缘层，16是上部电极供电布线，16a是上部电极供电布线下层，16b是上部电极供电布线上层，而17是表面保护层。
在本实施例中构成为，在上部电极供电布线16之下设置第二层间绝缘层15，即使第一层间绝缘层14中有缺陷时也可确保耐电压性。第二层间绝缘层15可以防止驱动电压Vd和在形成上部电极供电布线16后施行的阳极氧化中施加的化成电压VA导致的第一层间绝缘层14的绝缘破坏。
参照图50～59说明本实施例的电子源基板的制造方法。在图50～59中，(a)是平面图，(b)是(a)的A-A剖面图，(c)是(a)的B-B′剖面图。
首先，如图50所示，在玻璃等的绝缘性的基板10上形成作为下部电极11的金属膜。作为该金属膜的材料使用Al或Al合金。在作为下部电极11的金属膜中使用Al或Al合金，是因为可以用阳极氧化形成质量良好的绝缘膜。在此使用掺杂了2原子％的Nd的Al-Nd合金。该成膜采用例如溅射法，膜厚为300nm。成膜后，用光刻工序、蚀刻工序形成条带形状的下部电极11。作为蚀刻，以例如磷酸、醋酸、硝酸的混合水溶液(PAN)作为处理液的湿法蚀刻是合适的。
然后，形成第一层间绝缘层14、隧道绝缘膜12。如图51所示，用光刻胶膜19覆盖下部电极11上的作为电子发射部的部分，使其它部分选择性地加厚并阳极氧化，作为第一层间绝缘层14。如果此时的化成电压为100V，形成厚度约136nm的第一层间绝缘层14。然后，如图52所示，除去光刻胶膜19，使剩余的下部电极11的表面阳极氧化。如果此时的化成电压为例如6V，则在下部电极11上形成厚度约10nm的隧道绝缘膜12。
在图53中，用例如溅射法等形成作为向上部电极13供电的供电线的上部电极供电布线下层16a和第二层间绝缘层15。作为第二层间绝缘层15，可以对Al和其阳极氧化膜选择性蚀剂的绝缘膜材料是特别优选的。例如，使用了CF4等的氟化物系的蚀刻气体的干法蚀刻法，可以以比下部电极的Al或Al合金及其阳极氧化膜高的蚀刻选择比蚀刻Si氧化物或Si氮化物。
在此，作为第二层间绝缘层15使用Si氧化物(在此为SiO2)，其膜厚为对薄膜型电子源的驱动电压Vd(本实施例中为5～10V)和隧道绝缘膜12的化成电压VA(本实施例中为6V)不会发生绝缘破坏的足够的膜厚(本实施例中为40nm，耐电压为约40V)。
另外，上部电极供电布线16采用了层叠膜。本实施例中，作为上部电极供电布线下层16a的材料使用了钨(W)，作为上部电极供电布线上层16b的材料使用了Al-Nd合金。上部电极供电布线下层16a的膜厚薄到几到几十nm左右，以在该上部电极供电布线下层16a的台阶上不发生断线，而上部电极供电布线上层16b为了充分地确保供电，且在蚀刻表面保护层17时用作阻止膜，形成得较厚为几百nm左右。
然后，如图54所示，用光蚀刻工序把上部电极供电布线上层16b和上部电极供电布线下层16a加工成与下部电极11垂直。该蚀剂，对于上部电极供电布线上层16b的Al-Nd合金进行使用了上述的磷酸、醋酸、硝酸的混合水溶液(PAN)的湿法蚀刻，而对于上部电极供电布线下层16a的W可采用在氨和过氧化氢的混合水溶液中的湿法蚀刻或使用了CF4+O2气体的干法蚀刻等。
在使用了CF4+O2气体的干法蚀刻中，第二层间绝缘层15的SiO2受到一定程度的蚀刻，但由于为了实现本发明的目的，只要第二层间绝缘层15位于上部电极供电布线16之下就行，所以没有问题。另外，图54展示了施行了等离子体蚀刻的场合。
然后，如图55所示，形成作为表面保护层17的绝缘膜。该表面保护层17可以利用在例如半导体元件等中作为绝缘膜一般采用的那些膜。即，作为其材料，可利用SiO、SiO2、磷硅酸玻璃和硼硅酸玻璃等的玻璃类、Si3N4、Al2O3、聚酰亚胺等。
而作为成膜法，可以采用溅射法、真空蒸镀法、化学汽相生长法、涂敷法等。例如，在SiO2、Al2O3、Si3N4等的成膜中可以采用溅射法或化学汽相生长法，在SiO2的成膜中可以采用真空蒸镀法，磷硅酸玻璃和硼硅酸玻璃等的玻璃类和聚酰亚胺可以采用涂敷法等。在本实施例中，用溅射法形成约0.3～1μm左右厚度的Si3N4。
然后，在图56中，用光蚀刻工序在表面保护层17上对包含电子发射部的区域开口。该加工采用例如使用了CF4的干法蚀刻法等。使用了CF4等的氟化物系蚀刻气体的干法蚀刻，由于以比上部电极供电布线上层16b的Al合金高的选择比蚀刻表面保护层17的Si3N4膜，所以上部电极供电布线上层16b用作阻止层，可以只对表面保护层17加工。
在图57中，对电子发射部的上部电极供电布线上层16b进行使用了磷酸、醋酸、硝酸的混合水溶液(PAN)的湿法蚀刻。表面保护层17中使用的Si3N4膜、上部电极供电布线16a的W和第二层间绝缘层15的SiO2几乎没有被蚀刻。因此，只以高的选择比蚀刻了上部电极供电布线上层16b。于是，上部电极供电布线上层16b比表面保护层17向内侧后退，开口部成为“凸檐”状。
然后，如图58所示，用光蚀刻工序、使用了CF4+O2气体的干法蚀刻工序对上部电极供电布线下层16a的W和第二层间绝缘层15的SiO2一并干法蚀刻，对电子发射部开口。此时，通过加工成使上部电极供电布线下层16a的W从上部电极供电布线上层16b和表面保护层17延伸到电子发射部侧，可以与后面形成的上部电极13接触。
使用了CF4等的氟化物系蚀刻气体的干法蚀刻法，由于以比由Al合金的阳极氧化膜构成的隧道绝缘膜12和第一层间绝缘层14高的选择比蚀刻上部电极供电布线下层16a的W和表面保护层17的SiO2，所以可以减少对隧道绝缘膜12的损伤。
另外，象本实施例那样，通过利用可用使用了CF4等的氟化物系蚀刻气体的干法蚀刻法加工的SiO2、Si3N4、W等作为第二层间绝缘层15和与该第二层间绝缘层15相接的上部电极供电布线下层16a，具有第二层间绝缘层15在上部电极供电布线下层16a下通过一并蚀刻而自匹配地形成、且工序简化的优点。
然后，对隧道绝缘膜12再次阳极氧化修复损伤。在本实施例中，由于在上部电极供电布线下层16a之下有第二层间绝缘层15，所以可以正常地进行再阳极氧化。
在图59中，通过隧道绝缘膜12的再阳极氧化修复了损伤以后，进行最终的上部电极13的成膜。该成膜采用例如溅射法。作为上部电极13采用例如Ir、Pt、Au的层叠膜，其膜厚为几nm(在此为5nm)。已形成的薄的上部电极13被表面保护层17的开口部的“凸檐”状台阶切断，对每个电子源分离，同时与从上部电极供电布线上层16b和表面保护层17延伸到电子发射部侧的上部电极供电布线下层16a的W接触，被供电。
在本实施例中，在形成上部电极供电布线16之前预先用阳极氧化形成隧道绝缘膜12，在上部电极供电布线16等的加工后对隧道绝缘膜12进行再阳极氧化修复了损伤，但也可以在上部电极供电布线16等的加工后再首先进行隧道绝缘膜12的阳极氧化。在这种方法中，由于阳极氧化只进行一次即可，可以缩短工序。尤其是，由于本实施例的结构是，在对上部电极供电布线上层16b湿法蚀刻时，该上部电极供电布线上层16b和第二层间绝缘层15是两重的，保护了下部电极11，所以下部电极11的电极表面难以粗糙化，可形成质量好的隧道绝缘膜12。
图60是根据本发明的实施例5的电子源基板的示意说明图，其图(a)是平面图，其图(b)是其图(a)的A-A′剖面图，其图(c)是其图(a)的B-B剖面图。图61是与图60所示的电子源基板相组合的荧光面基板的示意说明图，其图(a)是平面图，其图(b)是其图(a)的A-A′剖面图，其图(c)是其图(a)的B-B剖面图。在此，为了说明方便，只示出了(3×3)象素。
如下所述地制作荧光面基板。如图61所示，在优选为透光性的玻璃的面板110上为了提高显示图像的对比度而形成了黑色矩阵120。如下所述地形成该黑色矩阵120。在面板110上涂敷混合PVA(聚乙烯醇)和重铬酸铵得到的溶液，干燥而形成PVA涂膜。对该PVA涂膜通过预定的曝光掩模对形成了黑色矩阵120的部分以外的部分照射紫外线、感光。
然后，除去未感光部分的PVA涂膜，只剩下感光部分的PVA涂膜。然后在该PVA涂膜的上述除去部分上涂敷溶解了石墨粉末的溶液，通过去除(剥离)PVA涂膜形成黑色矩阵120。
然后，在形成了黑色矩阵120的面板110上在红色荧光体材料上涂敷混合PVA和重铬酸铵得到的水溶液，对作为荧光体的部分照射紫外线进行感光后，用流水除去未感光部分，构图形成红色荧光体111。在本实施例中是条带状图案。同样地，形成绿色荧光体112和蓝色荧光体113。
作为红色荧光体材料，例如可以用Y2O2S：Eu(P22-R)，作为绿色荧光体材料可以用例如ZnS：Cu，Al(P22-G)，作为蓝色荧光体材料可以用例如ZnS：Ag，Cl(P22-B)。
然后，覆盖这些荧光体形成硝酸纤维素等成膜用的膜，再在整个面板110上蒸镀75nm左右膜厚的Al作为金属背底114。该金属背底114用作加速电极(阳极)。然后，在大气中把面板加热到400℃左右，使成膜用的膜和PVA等的有机物加热分解。这样就完成了作为显示侧基板的荧光面基板。
图62是把图60所示的电子源基板和图61所示的荧光面基板贴合后的冷阴极型平板显示器的结构的说明图。该图(a)是与图61的A-A′剖面相当的示意剖面图，该图(b)是与图61的B-B′剖面相当的示意剖面图。
把荧光面基板和电子源基板夹着隔垫30，用优选为玻璃熔料的接合剂密封周围框116。把隔垫30的高度设定成荧光面基板和电子源基板之间的距离为1～3nm左右。隔垫30立在电子源基板的表面保护层17上。
在此，为了说明，在红色、绿色、蓝色的各象素上都设着隔垫30，但实际上在耐机械强度的范围内可以选定隔垫的设置密度，例如以1cm放置的程度设立也是可以的。密封以后的处理与上述的用图46说明过的相同，且驱动电路系统也与上述的用图47和48说明过去的相同，所以省略了重复说明。
根据本实施例，也可以回避伴随局部氧化在半导体中产生的悬挂键和晶体缺陷，可以提供针对热电子注入的隧道绝缘膜的长时间绝缘破坏耐性优异、可靠性高的冷阴极型平板显示器。
产业上的可利用性
如上所述，根据本发明，可以提供可以防止初期的(零时间)绝缘破坏缺陷，提高制造生产率，且抑制长时间绝缘破坏缺陷，确保工作寿命的可靠性高的冷阴极型平板显示器。
Claims (8)
1.一种冷阴极型平板显示器，包括：
以阵列状配置有薄膜型电子源的第一基板，该薄膜型电子源具有下部电极、上部电极、及夹在上述下部电极和上部电极之间的电子加速层，且通过在上述下部电极和上述上部电极之间施加电压从上述上部电极侧发射电子；和
具有荧光面的第二基板，该荧光面配置有被从上述第一基板侧发射的电子激励的多个荧光体，
其特征在于：
上述薄膜型电子源的阵列具有第一层间绝缘层和作为向上述上部电极供电的供电线的上部电极供电布线；且
在上述电子加速层和上述上部电极之间还具有第二层间绝缘层。
2.根据权利要求1所述的冷阴极型平板显示器，其特征在于：
上述下部电极由铝或铝合金构成；
上述电子加速层和上述第一层间绝缘层是构成上述下部电极的铝或铝合金的阳极氧化膜；
上述第二层间绝缘层是用来对上述下部电极和构成上述下部电极的铝或铝合金的阳极氧化膜进行选择性蚀刻的绝缘膜材料。
3.根据权利要求2所述的冷阴极型平板显示器，其特征在于：
包围电子加速区域的上述第二层间绝缘层的端部是顺倾斜形状。
4.根据权利要求2所述的冷阴极型平板显示器，其特征在于：
上述第二层间绝缘层形成为多层结构，在包围电子发射区的端部上具有利用各层的蚀刻速度差形成的顺倾斜形状。
5.一种冷阴极型平板显示器，包括：
以阵列状配置有薄膜型电子源的基板，该薄膜型电子源具有下部电极、上部电极、及夹在上述下部电极和上部电极之间的电子加速层，且通过在上述下部电极和上述上部电极之间施加电压从上述上部电极侧发射电子；和
荧光面，
其特征在于：
上述薄膜型电子源的阵列具有第一层间绝缘层和作为向上述上部电极供电的供电线的上部电极供电布线；且
进行电子发射的区域，被夹在上述电子加速层和上述上部电极之间的第二层间绝缘层包围。
6.根据权利要求5所述的冷阴极型平板显示器，其特征在于：
上述下部电极由铝或铝合金构成；
上述电子加速层和上述第一层间绝缘层是构成上述下部电极的铝或铝合金的阳极氧化膜；
上述第二层间绝缘层是用来对上述下部电极和构成上述下部电极的铝或铝合金的阳极氧化膜进行选择性蚀刻的绝缘膜材料。
7.根据权利要求5所述的冷阴极型平板显示器，其特征在于：
包围电子发射区的上述第二层间绝缘层的端部是顺倾斜形状。
8.根据权利要求5所述的冷阴极型平板显示器，其特征在于：
上述第二层间绝缘层形成为多层结构，在包围上述电子发射区的端部上具有利用各层的蚀刻速度差形成的顺倾斜形状。
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