CN1938808A - 电子发射装置及其制造方法、和利用电子发射装置的摄像装置或显示装置 - Google Patents

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埴原甲二
根岸伸安
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Abstract

本发明涉及电子发射装置及其制造方法、和利用电子发射装置的摄像装置或显示装置。该电子发射装置具有下部电极(11)和上部电极(15)，且由从上部电极侧发射电子的多个电子发射元件构成，其中，电子发射元件之间形成有空间，上部电极以在桥部(15a)横跨上述空间的方式延伸，在该制造方法中，当制造上述电子发射装置时，在桥部设置通孔或缺口部(15a)，通过把桥部作为掩模，来蚀刻上部电极下方的层叠体，从而形成上述空间。根据上述电子发射元件，通过桥部能够对相邻的电子发射元件的上部电极之间进行电连接，而不会使上部电极与电子发射元件侧面及基板接触，因此能够缩短电流路径，并且能够减小断线的可能性。

Description

电子发射装置及其制造方法、和利用电子发射装置 的摄像装置或显示装置
技术领域
本发明涉及作为电子源的电子发射元件、以及使用该电子发射元件的摄像装置或显示装置等的电子装置，特别涉及阵列配置有多个电子发射元件的电子装置的布线结构。
背景技术
以往，作为面电子源的电子发射元件的结构，曾经公开的有金属—绝缘体—半导体(MIS)型、金属—绝缘体—金属(MIM)型等。
例如，在MIM结构的电子发射元件的一个例子中，具有把下部电极、绝缘体层、上部电极依次层叠在基板上的结构。如果在真空中，把该元件配置在对置电极的下方，并对下部电极和上部电极之间施加规定电压，则一部分电子从上部电极向真空中飞出。
在电子发射元件中，曾提出过如图1所示的MIM结构，即，在形成于基板510上的电子发射部的下部电极511上的隧道绝缘层512的周围，形成并覆盖着保护绝缘层514(具有比隧道绝缘层厚度厚的膜厚)，并且在保护绝缘层514上，形成与上部电极513连接的总线515(参照日本特开平11-120898号公报)。
上部电极513的厚度为几～几十nm。总线515横跨由层叠的下部电极511、隧道绝缘层512以及保护绝缘层514而产生的阶差部分形成。因此，在该阶差部分出现总线515断线的问题。并且，在该阶差部分，上部电极膜厚不均匀地变薄，因高电阻产生电场的不均匀，从而有可能引起上部电极的破坏。
作为解决总线在阶差部分断线的问题的方法，公开有在显示装置中使用的电子发射元件的矩阵式配置结构(参照日本特开平11-185675号公报)。在该技术中，在排列于基板10上的下部电极11上的电子发射元件S的间隙中设置绝缘性支撑部17，并且在绝缘性支撑部17上设置与金属薄膜电极15连接的汇流电极16。在该技术中，在把绝缘物供给电子发射元件S之间的凹部并要设置绝缘性支撑部17的情况下，稳定地供给绝缘物的方法便成了问题。
发明内容
于是，作为本发明要解决的课题，可以举出提供以下装置的布线结构的例子：不存在元件之间的断线问题，能够稳定地发射电子的电子发射装置以及使用该装置的摄像装置或显示装置等的电子装置，以及把多个电子发射元件例如呈矩阵状等排列的装置。
本发明的电子发射装置由多个电子发射元件构成，该多个电子发射元件分别具有靠近基板侧的下部电极和远离上述基板侧的上部电极，其特征在于，在上述电子发射元件之间形成有空间，上述上部电极以通过其桥部横跨上述多个电子发射元件和上述空间的方式延伸。
本发明的电子发射装置的制造方法是关于如下电子发射装置的制造方法，上述电子发射装置由多个电子发射元件构成，上述多个电子发射元件分别具有靠近基板侧的下部电极以及远离上述基板侧的上部电极，并且从上述上部电极侧发射电子，在上述电子发射元件之间形成有空间，上述上部电极以通过其桥部横跨上述多个电子发射元件和上述空间的方式延伸，其特征在于，该制造方法包括：电子发射部形成工序，其为了在基板上构成上述多个电子发射元件，形成层叠有上部电极的材料层的层叠体；桥形成工序，其通过蚀刻，由上述上部电极的材料层形成多个桥部，上述多个桥部沿着应划分多个电子发射元件的线，设有至少一个通孔或缺口部；切削工序，其把上述桥部作为掩模，通过各向异性蚀刻，把露出的上述层叠体的部分一直蚀刻到上述基板及下部电极处或它们的附近；以及分离工序，其把上述桥部作为掩模，通过各向同性蚀刻，对露出的上述层叠体的部分进行蚀刻，并把空间扩大而分离成上述多个电子发射元件。
本发明的摄像元件的特征在于，由以下部分构成：权利要求1～16中的任一项所述的电子发射装置；光电变换膜，其隔着真空空间与上述上部电极大致平行地对置；透光性导电膜，其层叠在上述光电变换膜上；以及透光性前面基板，其保持上述光电变换膜和上述透光性导电膜。
本发明的显示装置的特征在于，由以下部分构成：上述显示装置由以下几个部分构成：权利要求1～16中的任一项所述的电子发射装置；以及透光性前面基板，其具有荧光体层和集电极，上述荧光体层隔着真空空间与上述上部电极对置且配置在上述真空空间侧的表面上，上述集电极形成于上述荧光体层上并与上述上部电极对置。
附图说明
图1和图2为现有电子发射元件的概略放大局部立体图。
图3为本发明的实施方式的电子发射装置的局部放大剖面图。
图4为本发明的实施方式的电子发射装置的局部放大立体图。
图5为沿着图4的AA线的概略局部放大剖面立体图。
图6～图17为本发明的实施方式的电子发射装置的制造工序中的元件基板的局部放大立体图。
图18为本发明的实施方式的电子发射装置的制造工序中的元件基板的局部放大剖面图。
图19为表示本发明的实施方式的分离了电子供给层的元件和没有分离电子供给层的元件的电流电压特性的曲线图。
图20为本发明的其他实施方式的电子发射元件中的上部电极的局部放大俯视图。
图21和图22为本发明的其他实施方式的电子发射元件制造方法中的元件基板的局部放大立体图。
图23和图24为本发明的其他实施方式的电子发射元件中的上部电极的局部放大俯视图。
图25为本发明的实施方式的电子发射装置中的电子发射元件的局部放大剖面图。
图26为利用了本发明的实施方式的电子发射元件的摄像元件的局部分解放大立体图。
图27为适用本发明的其他实施方式的电子发射元件的平板显示装置的面板部的局部分解放大立体图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
(电子发射装置)
图3表示电子发射装置的一个例子的概略剖面图。电子发射装置由形成于基板10上的多个电子发射元件S构成，各电子发射元件S由在靠近基板侧的下部电极11上依次层叠形成的电子供给层12、绝缘体层13以及上部电极15构成。在电子发射元件中，当对下部电极和上部电极之间施加规定电压时，电子从上部电极侧发射出来。在远离基板侧的上部电极15上设有利用相同材料形成为一体的桥部15a，该桥部15a以架设在存在于相邻电子发射元件之间的空间上的方式，与基板大致平行地延伸。即，上部电极15以通过其桥部15a横跨多个电子发射元件S和元件之间的空间的方式延伸。桥部15a将相邻的电子发射元件S的上部电极15电连接起来，而不会使上部电极15与电子发射元件S侧面以及基板接触。通过架设在空间上的桥部15a，电流路径被缩短，从而进一步降低断线的可能性。在图3所示的示例中，绝缘体层13和上部电极15的层叠体构成桥部15a。桥部的绝缘体层部分具有加固上部电极的效果。只要能够保证桥部的上部电极部的强度，就可以省略绝缘体层13。另外，上部电极15也可以构成多层结构。
如图4所示，在电子发射装置中，能够把多个电子发射元件排列成例如矩阵状等。即，利用桥部15a连接的上部电极15和下部电极11，分别为条状电极，并且配置在相互正交的位置上。电子发射元件S配置在条的交点位置上。如图4所示，在空间上的桥部15a的部分上设有多个通孔15b。通孔15b只要具有维持桥部15a自身形状所需的强度，且可维持必要的电阻值，则至少有一个即可。
如图5所示，各电子发射元件S由多个岛区域14构成，在该多个岛区域14中，绝缘体层13和上部电极15的膜厚随着靠近电子供给层12逐渐减小。另外，在各电子发射元件S中，至少有一个岛区域14即可。在岛区域14中，随着靠近其中央，绝缘体层13和上部电极15的膜厚逐渐减小。这样，例如岛区域14形成为上部电极15的平坦表面上的凹部。在岛区域14中，上部电极15在绝缘体层13上的边缘部终止。并且岛区域14中的绝缘体层13在电子供给层12上的边缘部终止。从而上部电极15和电子供给层12不会短路。
电子发射元件S是把下部电极11、电子供给层12、绝缘体层13、上部电极15依次层叠在元件基板10上的层叠结构的实施方式的例子。元件基板10的材质除了玻璃以外，还可以是Al2O3、Si3N4、BN等的陶瓷。也可以把使用SiO2等绝缘膜覆盖到Si晶片上得到的晶片用作基板。
下部电极11形成为单层或多层，例如由铝(Al)、钨(W)、氮化钛(TiN)、铜(Cu)、铬(Cr)等构成。
电子供给层12由硅(Si)、或者以Si为主要成分的混合物或其化合物等的非晶相半导体构成。通过溅射法或CAD法成膜的掺杂了IIIb族或Vb族元素的非晶硅(a-Si)，作为电子供给层12的材料特别有效，然而也可以使用以下物质的化合物半导体，即：把a-Si的悬空键(danglingbonds)利用氢(H)终止的氢化非晶硅(a-Si:H)、还有利用碳(C)来置换Si的一部分的氢化非晶硅碳(a-SiC:H)、或者利用氮(N)来置换Si的一部分的氢化非晶硅氮(a-SiN:H)等。
氧化硅SiOx(X表示原子比)作为绝缘体层13的电介质材料特别有效，但是也可以是以下物质的氧化物或氮化物，即：LiOx、LiNx、NaOx、KOx、RbOx、CsOx、BeOx、MgOx、MgNx、CaOx、CaNx、SrOx、BaOx、ScOx、YOx、YNx、LaOx、LaNx、CeOx、PrOx、NdOx、SmOx、EuOx、GdOx、TbOx、DyOx、HoOx、ErOx、TmOx、YbOx、LuOx、TiOx、ZrOx、ZrNx、HfOx、HfNx、ThOx、VOx、VNx、NbOx、NbNx、TaOx、TaNx、CrOx、CrNx、MoOx、MoNx、WOx、WNx、MnOx、ReOx、FeOx、FeNx、RuOx、OsOx、CoOx、RhOx、IrOx、NiOx、PdOx、PtOx、CuOx、CuNx、AgOx、AuOx、ZnOx、CdOx、HgOx、BOx、BNx、AlOx、AlNx、GaOx、GaNx、InOx、SiNx、GeOx、SnOx、PbOx、POx、PNx、AsOx、SbOx、SeOx、TeOx等。
并且以下物质的复合氧化物，即：LiAlO2、Li2SiO3、Li2TiO3、Na2Al22O34、NaFeO2、Na4SiO4、K2SiO3、K2TiO3、K2WO4、Rb2CrO4、CS2CrO4、MgAl2O4、MgFe2O4、MgTiO3、CaTiO3、CaWO4、CaZrO3、SrFe12O19、SrTiO3、SrZrO3、BaAl2O4、BaFe12O19、BaTiO3、Y3Al5O12、Y3Fe5O12、LaFeO3、La3Fe5O12、La2Ti2O7、CeSnO4、CeTiO4、Sm3Fe5O12、EuFeO3、Eu3Fe5O12、GdFeO3、Gd3Fe5O12、DyFeO3、Dy3Fe5O12、HoFeO3、Ho3Fe5O12、ErFeO3、Er3Fe5O12、Tm3Fe5O12、LuFeO3、Lu3Fe5O12、NiTiO3、Al2TiO3、FeTiO3、BaZrO3、LiZrO3、MgZrO3、HfTiO4、NH4VO3、AgVO3、LiVO3、BaNb2O6、NaNbO3、SrNb2O6、KTaO3、NaTaO3、SrTa2O6、CuCr2O4、Ag2CrO4、BaCrO4、K2MoO4、Na2MoO4、NiMoO4、BaWO4、Na2WO4、SrWO4、MnCr2O4、MnFe2O4、MnTiO3、MnWO4、CoFe2O4、ZnFe2O4、FeWO4、CoMoO4、CoTiO3、CoWO4、NiFe2O4、NiWO4、CuFe2O4、CuMoO4、CuTiO3、CuWO4、Ag2MoO4、Ag2WO4、ZnAl2O4、ZnMoO4、ZnWO4、CdSnO3、CdTiO3、CdMoO4、CdWO4、NaAlO2、MgAl2O4、SrAl2O4、Gd3Ga5O12、InFeO3、MgIn2O4、Al2TiO5、FeTiO3、MgTiO3、Na2SiO3、CaSiO3、ZrSiO4、K2GeO3、Li2GeO3、Na2GeO3、Bi2Sn3O9、MgSnO3、SrSnO3、PbSiO3、PbMoO4、PbTiO3、SnO2-Sb2O3、CuSeO4、Na2SeO3、ZnSeO3、K2TeO3、K2TeO4、Na2TeO3、Na2TeO4等；FeS、Al2S3、MgS、ZnS等硫化物；LiF、MgF2、SmF3等氟化物；HgCl、FeCl2、CrCl3等氯化物；AgBr、CuBr、MnBr2等溴化物；PbI2、CuI、FeI2等碘化物；LaB6、CeB6等镧系硼化物；TiB2、Zr B2、HfB2等金属硼化物；或者SiAlON等氮氧化物作为绝缘体层13的电介质材料也是有效的。
并且由金刚石、富勒烯(C2n)构成的碳绝缘物也有效。绝缘体层的岛领域14以外的平坦部分的厚度优选的是50nm以上，另外，更适当的厚度范围由元件的静电电容、主掩模的大小以及桥部的强度来决定。
在元件平坦部中，被上部电极和电子供给层所夹持的绝缘体层形成静电电容。如果该静电电容的值大，就会妨碍元件的高速动作，特别是，在与光电变换膜组合构成摄像装置的情况下尤其明显。从这个观点来看，绝缘体层最好是比较厚。另一方面，在增大元件的电子发射量(发射电流)时，加大电子发射部的面密度(每单位面积的电子发射部的数量)比较有效，但是增加绝缘体层的厚度会妨碍该面密度的增大。这是因为当形成电子发射部(所谓岛区域)14的时候，把由图11所示的支撑部P和主掩模部M构成的微掩模MM用作遮挡体。如果绝缘体层厚，则需要把支撑部P变高，其结果，不得不加大主掩模部M的直径，不能获得上述面密度。并且为了使横跨相邻的电子发射元件之间的空间延伸的桥部获得用于维持其形状时所需的强度，绝缘体层的膜厚越厚，就越有利。这样所决定的适当的绝缘体层的厚度为100～1000nm左右。
熔点非常高的钨(W)作为形成薄膜的上部电极15的材料特别有效，然而熔点高的钼(Mo)、铼(Re)、钽(Ta)、锇(Os)、铱(Ir)、钌(Ru)、铑(Rh)、钒(V)、铬(Cr)、锆(Zr)、铂(Pt)、钛(Ti)、钯(Pd)、铁(Fe)、钇(Y)、钴(Co)、镍(Ni)也是有效的。也可以使用Au、Be、B、C、Al、Si、Sc、Mn、Cu、Zn、Ga、Nb、Tc、Ag、Cd、In、Sn、Tl、Pb、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu等。并且也可以使用这些金属的合金，或例如LaB6、CeB6、TiB2、ZrB2、HfB2等具有导电性的化合物。上部电极15在电子发射部以外的平坦部分上的膜厚优选的是10nm以上，然而更适当的厚度范围由上部电极的阻抗、主掩模的大小以及是否附有汇流电极来决定。
在元件平坦部上，上部电极承担导线的作用。因此上部电极的电阻优选较小，即优选膜厚较厚。另一方面，要想增大元件的电子发射量(发射电流)，增大电子发射部的面密度(每单位面积的电子发射部的数量)是有效的，然而如果增加上部电极的厚度，就会妨碍该面密度的增加。这是因为当形成电子发射部(所谓岛区域)14的时候，把由图11所示的支撑部P和主掩模部M构成的微掩模MM用作遮挡体。如果上部电极厚，则需要把支撑部P变高，其结果，不得不加大主掩模部M的直径，不能获得上述面密度。并且作为在上部电极的膜厚较薄的状态下，降低元件平坦部的上部电极相当部的电阻的方法，只对电子发射部以外的平坦部导入汇流电极是有效的。如果使用该方法，也能够使上部电极在平坦部上的膜厚变薄。这样决定的适当的上部电极的厚度为5～1000nm。
作为制造电子发射元件的成膜法，使用物理堆积法或化学堆积法。物理堆积法被称为PVD(physical vapor deposition)法，其中有真空蒸镀法、分子束外延(molecular beam epitaxy)法、溅射法、离子蒸镀法、激光磨蚀法等。化学堆积法被称作CVD(chemical vapor deposition)法，其中有热CVD法、等离子CVD法、MOCVD(metal-organic chemical vapordeposition：有机金属气相沉积)法等。其中溅射法特别有效。电子供给层利用溅射法(包括反应溅射)在气压0.1～100mTorr，优选0.1～20mTorr、成膜速度为0.1～1000nm/min，优选0.5～100nm/min的溅射条件下成膜。
另外，在电子发射元件S中，可以在其上部的至少凹部的岛区域14，成膜碳、或以碳作为成分的混合物，或者由碳化合物构成的碳区域(未图示)。并且在进行制作时，通过利用规定电压对上下电极间进行通电处理，利用所产生的焦耳热，可以使电子供给层12的一部分等从非晶相变成晶体。
无定形碳、石墨、卡宾碳、富勒烯(C2n)、类金刚石、碳纳米管、碳纳米纤维、碳纳米突、碳纳米线圈、碳纳米板、金刚石等形态的碳，或者ZrC、Sic、WC、MoC等的碳化合物，作为碳区域的材料是有效的。
碳区域形成为薄膜的方法如下：例如借助于具有设在真空腔室内的碳靶(target)的溅射装置等，与凹部岛区域一起，同样能够层叠和形成于上部电极上。在该情况下，碳主要呈无定形碳、石墨、类金刚石的形态。另一方面，当碳区域的碳呈现碳纳米管、碳纳米纤维、碳纳米突、碳纳米线圈、碳纳米板的形态的情况下，CVD法是有效的。在该情况下，也可以设置以上部电极表层的Fe、Ni、Co为主要成分的催化剂层。或者不管碳的形态如何，印刷法作为碳区域的形成法，也是有效的。
(电子发射装置的制造方法)
对图4所示的呈矩阵状配置有电子发射元件的电子发射装置的制造方法的一个例子，进行概括说明。
(在基板上构成多个电子发射元件的电子发射部形成工序)
首先，在基板上形成构成多个电子发射元件的层叠体，并且形成作为电子发射部的岛区域。
如图6所示，准备清洁的基板10，在其主面上，按条状成膜例如由Cr/Cu/Cr/TiN这四层构成的下部电极11。
然后，如图7所示，在基板10和下部电极11上，通过溅射，同样形成例如由Si构成的电子供给层12，并覆盖条状的下部电极。除了硅以外，还可以在基板上形成由以硅为主要成分的混合物或其化合物构成的电子供给层。
然后，在电子供给层上形成多个遮挡体，该多个遮挡体分别在与电子供给层接触的部分周围形成影子。作为遮挡体，使用利用层叠体的蚀刻速度差而具有伞结构的微掩模。微掩模由具有规定面积的上部的主掩模部和支撑该主掩模部的具有比上述规定面积小的横截面面积的支撑部构成。
微掩模的形成方法如下。
如图8所示，利用CVD等在电子供给层12上成膜微掩模的支撑部材料，即例如氮化硅SiNx的支撑部材料层133，在该支撑部材料层133上成膜微掩模的主掩模部材料，即例如氧化硅SiOx的主掩模部材料层134。
然后，如图8所示，在主掩模部材料层134上形成抗蚀剂掩模R。即，涂覆抗蚀剂，以规定的图形，通过曝光、显影而形成图形。该工序由与通常的光刻法一样的抗蚀剂涂覆、曝光、显影的过程构成。并且，如果使用电子束刻蚀法，能够形成更精细的图形。抗蚀剂掩模R配置在下部电极11的上方且配置在应该与后面形成的上部电极的条纹交叉的区域内。对应于主掩模部的抗蚀剂掩模R，除了圆形以外，也可以是由多边形或曲线和直线构成的形状。
然后，如图9所示，进行反应离子蚀刻等各向异性蚀刻。残留有抗蚀剂掩模R的地方不会受到蚀刻气体的影响，而只有没有残留抗蚀剂掩模R的地方，在垂直于膜面的方向上，主掩模部材料层134被蚀刻。该干式蚀刻一直进行到支撑材料层133的途中。
然后，如图10所示，利用热磷酸溶液进行湿式蚀刻(各向同性蚀刻)。这里，氧化硅和氮化硅的蚀刻比为1∶50，氧化硅几乎没被蚀刻。如图10所示，通过各向同性蚀刻，支撑部材料层133在主掩模部材料层134下面的膜面沿水平方向也变薄。然后电子供给层12露出，在残留的支撑部材料层133的形状(支撑部)成为合适的时候，中止湿式蚀刻。
然后，如果通过灰化去除残留在主掩模部上部的抗蚀剂掩模R，则如图11所示，在电子供给层12上的对应于应该形成岛区域的部位，形成多个分别由氮化硅的支撑部P和氧化硅的主掩模部M构成的微掩模MM。
这样，在遮挡体形成工序中，在基板上成膜支撑部材料层和主掩模部材料层，而在其上通过光刻法形成抗蚀剂掩模，另外，通过干式蚀刻法以及湿式蚀刻法，依次蚀刻主掩模部和支撑部，形成微掩模MM。微掩模MM作为遮挡体，由向基板及电子供给层的法线方向突出的支撑部(外伸部)和从支撑部向平行于基板及电子供给层的方向突出的主掩模部构成。微掩模MM的支撑部材料层并不限定于能够湿式蚀刻的材料，但至少要从能够进行各向同性蚀刻的材料中选择。另外，把微掩模MM作为电绝缘性的遮挡体，即使不把该遮挡体去除，也可以使最终产品是具有微掩模MM的电子发射装置。
然后，如图12所示，利用溅射把氧化硅SiOx同样地堆积在电子供给层12和微掩模MM上，形成由绝缘体的薄膜构成的绝缘体层13。这里，电子供给层12和微掩模MM接触部分的周围弥漫着绝缘体气体(粒子)，形成膜厚从绝缘体层13的规定膜厚逐渐减小的绝缘体层部分。膜厚逐渐减少的绝缘体层部分在位于主掩模部M下面的电子供给层12上终止而形成其边缘部(膜厚几乎达到埃的程度)。
然后，如图12所示，在绝缘体层13和微掩模MM上，通过溅射同样地堆积钨W，形成上部电极15。这里，金属从绝缘体层13和主掩模部M之间的间隙围绕支撑部P的接触部分的周围，形成膜厚从上部电极15的规定膜厚逐渐减小的上部电极部分。膜厚逐渐减小的上部电极部分在位于主掩模部M的下方的绝缘体层13上终止，形成其边缘部(膜厚几乎达到埃的程度)。这样，随着靠近微掩模MM的支撑部P的中心方向，绝缘体层13和上部电极15的膜厚连续地变薄。其结果，在绝缘体层13和上部电极15内的微掩模MM下方的接触面周围形成作为凹部的岛区域14。这里，把主掩模部材料层134和支撑部材料层133的膜厚设定成，使微掩模MM的主掩模部M露出的大小和厚度，即，不会被上部电极15的材料完全淹没的大小和厚度。
然后，利用热磷酸溶液进行湿式蚀刻，将微掩模与氮化硅的支撑部一起去除。如图13所示，构成电子放射部的多个岛区域14呈现为凹部。
在该岛区域的电子发射部的形成方法中，由图形来决定微掩模MM的主掩模部M和支撑部P的面积和粗细，因此能够容易控制电子发射部的形成。由于高脚杯腿状的支撑部P不会倒，因此稳定性优良。另外，通过材料的膜厚、主掩模部M的面积和湿式蚀刻时间，能够容易控制支撑部P的粗细。
(桥部形成工序)
然后，根据蚀刻法，由层叠体上的上部电极材料层形成至少设有一个通孔或缺口部的多个桥部，以便把形成有岛区域的层叠体划分为多个电子发射元件。
如图14所示，在形成有岛领域的上部电极15上，同样涂覆抗蚀剂。另外，在成膜的抗蚀膜中，以按一定间隔配置在应该成为电子发射元件的像素之间(划分线)的部分的方式，与下部电极11的伸长方向平行地排列形成多个开口H，同时以与下部电极11的伸长方向垂直交叉的方式形成狭缝开口H2，从而形成第二抗蚀剂掩模R2。通过开口H和狭缝开口H2，使上部电极15露出。
然后如图15所示，通过等离子蚀刻，对位于第二抗蚀剂掩模R2的开口H和狭缝开口H2下方的上部电极15和绝缘体层13的部分进行各向同性蚀刻并使其开口，使电子供给层12露出。从而通孔15d被穿通，形成了作为掩膜的桥部。
然后，如图16所示，通过反应离子蚀刻，分别对位于开口部下方的Si的电子供给层12进行各向异性蚀刻，以使其开口，并且使基板10和下部电极11露出。
然后，如图17所示，通过化学干蚀刻，对位于上部电极15和绝缘体层13的正下方的电子供给层12进行各向同性蚀刻，以扩大电子供给层12的开口直径。电子供给层12的扩大开口空间ES被蚀刻成能够与邻接的扩大开口空间ES(对应于开口H和狭缝开口H2)连接。
然后，将涂覆在上部电极和绝缘体层上的第二抗蚀剂掩模R2去除。然后，虽然未图示，但是作为碳区域，能够在岛区域14和上部电极15上形成碳薄膜。这样，便形成图5所示的电子发射装置。
这样，在对实施方式的电子供给层进行深度蚀刻的方法中，在同样地在较大面积中成膜的电子供给层、绝缘体层、上部电极中的绝缘体层和上部电极上设置通孔，从该通孔依次进行各向异性蚀刻和各向同性蚀刻处理。此时，即使不进行各向同性蚀刻，也能够分离电子供给层，然而在进行各向异性蚀刻的状态下，分离的电子供给层向扩大开口空间ES突出，其后成膜的碳层通过通孔横跨绝缘体层，并且导通上部电极和电子供给层的可能性高。从而通过图15所示的工序的各向同性蚀刻，如图18所示，采用了把绝缘体层作为朝向通孔15b的中心伸出的保护部而残留的结构，从而能够防止因在后面的成膜碳层时有可能引起的、碳粒子的附着所导致的上部电极和电子供给层的导通。只通过桥部的绝缘体层，也能够防止这种导通，然而上述方法比这个更有效。
并且在元件通电时，为了防止因Si的导电性而产生漏电流，需要把电子供给层连续地在与上部电极交叉的方向上分离。从而，当在上部电极设置通孔的时候，必须使上部电极不断线，并且使电子供给层连续地分离。从而，当在上部电极设置通孔的时候，把多个通孔设置成直线状，以使上部电极不断线，并且在进行深度蚀刻工序时，通过各向同性蚀刻，只对电子供给层的放大开口部进行连接，由此能够把电子供给部在与上部电极交叉的方向上连续地分离。
上部电极在绝缘体层上，同样地在较大面积上形成，而且当下部电极分离而成为独立的情况下，由于下部电极被分离，因此也需要把电子供给层独立地分离。这时，电子供给层的深度蚀刻和由绝缘体层材料构成的下层所加固的桥部发挥着非常有效的作用。
为了通过电子供给层的深度蚀刻来进行元件分离和桥部制造，需要使上部电极不断线，但设置多个通孔，因此上部电极的电阻有时会变高。因而，通过预先将上部电极同样地在大范围内成膜，具有抑制电极电阻值上升的效果。
通过上述结构，根据本实施方式的电子发射元件，具有如下的桥部结构，即，电子供给层与下部电极平行地呈条状分离，在分离的空间上，绝缘体层的一部分在连接邻接的电子供给层的同时，水平地配置，在上述绝缘体层的上部，水平地配置上部电极，因此隔着电子供给层的元件之间的电荷漏泄少，从其岛区域发射的电子的数量增加。
制作分离了电子供给层的元件和没有分离电子供给层的元件，并且测定了向各元件施加元件电压Vd(V)时流过的元件电流Id{电流量(A)/像素}和从上部电极发射的发射电流Ie。图19表示测定结果的电流电压特性的曲线图，表1表示元件电压Vd＝20V时的各元件电流Id、发射电流Ie。
表1
  有无像素分离   有   无
  Id(A)   1.6E-04   2.5E-04
  Ie(A)   9.6E-07   8.1E-0720
从这些结果可以知道，由于分离了电子供给层的元件防止了电流向隔着电子供给层而邻接的元件的上部电极的漏泄，因此元件电流Id变小了。并且发射电流Ie增加了。
另外，在本发明的电子发射元件中，其岛区域以外的绝缘体层具有较厚的膜厚，因此很难产生通孔，制造成品率提高。并且本发明的电子发射元件能够应用于像素阀的发光源、摄像元件、电子显微镜等电子发射源、真空微电子设备元件等的高速元件中，另外，作为面状或点状的电子发射二极管，还可以作为高速开关元件工作。
并且，与作为解决阶差部分的总线断线问题的方法而被公知的上述矩阵配置结构的制造方法(参照日本特开平11-185675号公报)相比，本发明的电子发射元件的制造方法对同样在较大面积上成膜的电子供给层、绝缘体层、上部电极进行之后的各向异性蚀刻、各向同性蚀刻，从而与邻接的电子发射元件的分离，并且制作上部电极的桥部，这一点是非常合理且简便的制造方法。
(其他实施方式的电子发射装置)
在图4所示的实施方式中，在上部电极15的图形中，利用多个通孔15b的列来分离元件，然而为了划定桥部15a并分离元件，例如如图20所示，也可以是具有使上部电极15的宽度变窄的缺口部15c的桥部15a(图20A)。并且，如图20B所示，也可以是具有通孔15b和缺口部15c的桥部15a。另外，如图20C所示，为了使所有的上部电极15成为等电位，可以在xy方向上设置通孔15b，也可以在xy方向上设置桥部15a。如图20C所示的结构在各自向各下部电极供给电力的电子发射装置用的有源矩阵驱动方式中是有效的。另外通孔除了圆形以外，可以是矩形或菱形、桶形、星形，或者如图20D所示，为了保持桥部15a的较大的面积且促进蚀刻气体的流通，也可以是在其中央部CP处变窄且在与其端部元件连接的部分具有展开的扩大部EP的小鼓形的通孔15b。这样具有降低桥部的表面电阻值的效果。
并且，在图11所示的电子供给部12中，不只是同样地层叠电子供给材料，而且为了促进形成预定的扩大开口空间，也可以在邻接下部电极11之间等区分元件的部位，预先形成由蚀刻速度比电子供给层12快的材料构成的蚀刻电介质层12e的图形。
根据任意一种实施方式，在上部电极的图形中，除了条状以外，可以进行使元件配置成蜂巢状或三角形的情况下的连接，并且可以进行使上部电极弯曲或蛇行的布线，绝缘体层和上部电极具有在不降低元件的特性的情况下，能够形成自由形状的图形的效果。
另外，在上述实施方式中，如图11所示，微掩模MM通过直接连接在电子供给层12上而形成，然而除此之外，还可以是如下的结构，即，如图21所示，预先通过溅射在图7所示的电子供给层12上形成预备绝缘体层13a，在预备绝缘体层13a上形成微掩模MM，如图22所示，在预备绝缘体层13a和微掩模MM上形成绝缘体层13，并且在绝缘体层13上形成上部电极15，不使电子供给层12露出。在设置预备绝缘体层13a的情况下，其膜厚在几十～几千埃的范围。从而能够防止电子供给层12和上部电极15之间短路。
另外，在实施方式中，把电子发射部作为岛区域进行了说明，然而很显然，本发明的电子发射部也可以使用单纯的面发射源型，或spindt型发射源型。
在下部电极和由桥部连接的上部电极分别是呈条状的电极且排列在相互正交的位置上的元件中，如果研究借助于上述化学干蚀刻的桥部的形成工序中的圆形通孔列的条件，能够获得以下条件。
1、如图23所示，设从上部电极的伸长方向的通孔15b的中心到位于相邻的岛区域14(电子发射部)的边缘部的距离为a，设从通孔15b的中心到经过各向同性蚀刻的扩大开口部最外周的距离为b时，则a≥b。
2、在条件1中，设下部电极的伸长方向上的上部电极15的间距为c，通孔15b的间距为d时，则c≥d。
3、在条件2中，设下部电极的伸长方向上的上部电极15的宽度为e，设通孔15b的直径为f时，必须满足f＜e，然而如果考虑上部电极的电阻，则理想的是f≤9×e/10。
4、在关系3中，必须满足d＜e，然而如果考虑上部电极的电阻，则理想的是d≥11×f/10。
并且，上部电极的电子发射元件并不限定于在列方向或行方向上，而是以通过其桥部横跨多个电子发射元件和空间的方式延伸，下部电极按照每个像素独立分离，在这样的元件中，如果研究通过上述化学干蚀刻进行的桥部的形成工序中的圆形通孔列的条件，能够获得以下条件。
1、如图24所示，设从上部电极中的通孔15b的中心到位于相邻的岛区域14(电子发射部)的边缘部的距离为a，设从通孔15b的中心到经过各向同性蚀刻的扩大开口部最外周的距离为b时，则a≥b。
2、在条件1中，设像素的长边方向的长度为g，短边方向的长度为h、通孔15b的间距为d时，则g≥d且h≥d。
(实施例1)
在被SiO2的绝缘膜覆盖的Si晶片基板上，呈条状形成有由成为下部电极的底层的Al-Si构成的薄膜。
然后，在整个要配置电子发射元件的下部电极上，不需要特别地进行图形形成，而是通过导入氮气的反应溅射法，以220nm的膜厚成膜TiN的下部电极，在下部电极的上面，以5000nm的膜厚成膜由Si构成的电子供给层。该TiN层起到下部电极的作用，同时，能够防止TiN层下面的Al-Si层向形成于TiN层上面的电子供给层的Si扩散。
然后，制造多个微掩模(参照图8～图11)，以便在所获得的基板上的电子供给层上形成电子发射部的岛区域。
然后，在微掩模及电子供给层上，通过溅射法，在平坦部分以330nm的膜厚成膜SiO2绝缘体层。此时，微掩模露在表面上。当然，SiO2在微掩模上部表面上成膜。微掩模和电子供给层连接的部分与其正下方成为主掩模部的外伸的“影子”，因此通过溅射粒子的“渗透”，成膜SiO2，绝缘体层的膜厚随着靠近微掩模的支撑部中心方而逐渐变薄。
然后，把上部电极的图形的掩模安装在SiO2的绝缘体层上，并利用溅射法，以60nm的膜厚成膜钨上部电极。结果，形成沿着微掩模的支撑部中心方向，绝缘体层和上部电极的膜厚逐渐减小的岛区域。此时可以不对绝缘体层进行表面处理而成膜上部电极，然而也可以在对绝缘体层表面进行溅射之后，成膜电极膜。这是因为在通过溅射蚀刻对绝缘体层的表面部分进行蚀刻或者改性时，上部电极对绝缘体层的粘着力提高。
然后，从这些基板的岛区域除去附着的微掩模。
然后，为了矩阵配置电子发射元件的区域，在上部电极和绝缘体层上，利用旋转喷涂法涂覆抗蚀剂。
然后，在应成为电子发射元件之间的空间的部分，将使上部电极露出的开口列以按一定间隔配置的方式设置在抗蚀膜上。
然后，利用等离子蚀刻装置，通过CF4、CHF3、Ar的混合气体来处理，由此对位于抗蚀剂掩模的开口部下方的钨上部电极和SiO2绝缘体层进行各向同性蚀刻，设置了使电子供给层露出的通孔。在通孔的侧面，突出有由绝缘体层材料构成的保护部使通孔变窄。这些通孔周围的上部电极和绝缘体层成为桥部。
然后，利用反应离子蚀刻装置，通过CH2F2、SF6、Cl2的混合气体进行处理，由此对位于开口部下方的Si电子供给层和TiN下部电极进行各向异性蚀刻，设置了使基板和Al-Si露出的开口。另外，也可以把HBr用作各向异性蚀刻用的腐蚀剂。
然后，利用化学干蚀刻装置，通过CF4气体进行处理，由此对位于钨上部电极和SiO2的绝缘膜下方的Si电子供给层和TiN下部电极进行各向同性蚀刻，以扩大开口直径。该电子供给层和下部电极的扩大开口部经过蚀刻而与邻接的扩大开口部相连。结果，在桥部下方，确保了分离元件的空间。另外，可以把XeF2用作各向同性蚀刻用腐蚀剂。由于XeF2会把钨腐蚀掉，因此在使用XeF2的情况下，上部薄膜电极使用Al、Cr、TiNi等能够抵抗XeF2的材料。
然后，去除涂覆在上部电极和绝缘体层上的抗蚀剂掩模。结果，形成了架设在空间上且对邻接的电子发射元件进行电连接的桥部。
然后，通过利用碳靶的溅射法，以20nm的膜厚，在设有多个凹部岛区域的基板的上部基板上面成膜碳区域(碳层)。
(实施例2)
通过公知的光刻法技术和蚀刻技术，在相当于Si晶片基板上的电子发射元件的位置处，配置制作MOSFET(MOS场效应晶体管)。然后以覆盖相当于多个电子发射元件的部分的方式，形成层间绝缘膜，另外，在层间绝缘膜上方形成了下部电极。此时，在层间绝缘膜上设置贯穿到相当于各电子发射元件的位置的开口部，通过该开口部，使形成于MOSFET内的漏极和下部电极导通。
在该下部电极按照每个电子发射元件独立分离之后，在不需要特别形成图形的情况下，成膜由Si构成的电子供给层，以覆盖相当于多个电子发射元件的部分。
然后，在所得到的电子供给层上，形成电子发射部的岛区域。岛区域的形成方法与实施例1一样。
接着，利用等离子蚀刻装置，与实施例1一样，进行上部电极和绝缘体层的蚀刻。此时，上部电极的形状为图20C所示的形状，全部上部电极成为等电位。
然后，利用反应离子蚀刻装置和化学干蚀刻装置，与实施例1一样，进行电子供给层的蚀刻。此时，与下部电极一样，电子供给层按照每个电子发射元件独立分离。
然后，除去涂覆在上部电极和绝缘体层上的抗蚀剂掩模。结果，形成了架设在空间上且与邻接的电子发射元件电连接的桥部。
然后，通过利用碳靶的溅射法，在设有多个凹部岛区域的基板的上部电极的上面以20nm膜厚成膜了碳区域(碳层)。
图25是表示形成在所制造的电子发射装置中的单晶硅基板20A上的元件的剖面图。单晶硅基板20A上形成有多个MOSFET。在MOSFET中，在单晶硅基板20A中，形成有元件分离膜77，在这些元件分离膜77之间的单晶硅基板20A上，形成有门绝缘膜74和由多晶硅构成的门电极75。并且将门电极75和元件分离膜77作为掩模，向硅基板20A导入杂质，然后对其进行活性化，从而源极72和漏极76以自对准的方式形成。下部电极11通过贯穿层间绝缘膜70的接触孔71内的钨等金属，与漏极76导通。电子发射元件按照每个下部电极11独立分离而形成。在下部电极11上，依次层叠电子供给层12、绝缘体层13以及上部电极15，形成有作为凹部的电子发射部的岛区域14。岛区域的形成方法与实施例1的相同。电子发射元件之间被通过电子供给层12的蚀刻而除去的扩大开口空间ES分离。与下部电极11一样，电子供给层12按照每个电子发射元件独立分离，然而上部电极15的桥部15a架设在空间上并与邻接的电子发射元件电连接。在电子发射部的岛区域14的上部电极15上，成膜有碳区域(碳层)。
另外，本发明的电子发射装置及其制造方法并不仅限于配置有作为晶体管的MOSFET的电子发射装置，在配置有双极结构的晶体管、下部结构的TFT(薄膜晶体管)、上部结构的TFT的电子发射装置中也适用。
(使用电子发射元件的摄像元件)
如图26所示，摄像元件把设有电子发射元件S的元件基板10作为背面基板(上述的电子发射装置)，具有该背面基板和透明玻璃等的前面基板1，该前面基板1作为受光部接受来自应拍摄的物体的光。电子发射装置和前面基板1隔着真空空间4大致保持平行。前面基板1和背面基板10隔着真空空间4，由未图示的垫片支撑。
在隔着真空空间4与背面基板10对置的前面基板1的真空空间内面，由透明电极20和光电变换膜21构成，上述透明电极20由SnO2或In等构成，另外，上述光电变换膜21与透明电极连接并形成于前面基板的相反侧，而且光电变换膜21例如由Se-As-Te、Sb2S3、PbO、或者CdSe等构成。并且在前面基板上抽出信号电极，该信号电极用于从透明电极抽出摄像输出信号。较高的电压施加给作为受光面的前面基板1内面的光电变换膜21。
在背面基板10的真空空间4侧内面，形成有分别平行地伸长的多个下部电极11。在共同的下部电极11上，沿着下部电极配置有多个电子发射元件S。电子供给层沿着多个下部电极，按照条状在空间上被分离。分别平行地伸长的多个上部电极15以与下部电极11垂直的状态伸长并通过桥部被架设起来，从而上述多个上部电极15被电连接。绝缘体层和上部电极都架设在相邻的电子供给层上。下部电极和由桥部连接起来的上部电极的交点与电子发射元件相对应。
另外，如图26所示，在摄像元件上，网状电极30配置在真空空间4中，通过施加中间电压Vm，使电子束的方向性优良，并且使分辨率得以改善。
对于摄像元件的动作，当利用光学系统，通过前面基板1把光学像成像到光电变换膜21上时，该光学像变换成正二维电荷像，电荷被存储在光电变换膜21的扫描面侧。另一方面，通过形成于背面基板上的电子发射元件发射的电子，中和上述电荷，从而使电流流过，能够作为影像信号而检测出来。
上部电极15连接在例如垂直方向扫描用的脉冲发生电路(未图示)上，并且分别被施加规定信号。下部电极11连接在例如水平方向扫描用的脉冲发生电路(未图示)上，并且与垂直方向扫描脉冲同步地分别被施加规定信号。由于下部电极11和上部电极15的交点与电子发射元件S的配置相对应，因此在实施方式的摄像元件中，通过下部电极和上部电极15，电子发射元件S依次被驱动，扫描通过发射电子而接近的光电变换膜区域，从成像于光电变换膜上的图像，获得经过光电变换的影像信号。
(使用电子发射元件的显示装置)
图27表示使用实施方式的电子发射元件的平板显示装置。
把设有电子发射元件S的元件基板10作为背面基板，与其对置的玻璃等透光性基板1隔着真空空间被保持为前面基板。在前面基板1的内面，在由碳等构成的黑色矩阵BM划分的部分，设有分别发出红、绿、蓝色光的荧光体层3R、3G、3B，在其内面设置Al等导电体层，也能够设置为集电极2。由与荧光体层3R、3G、3B对应的多个发光部构成的图像显示排列由暗色或黑色矩阵层BM划定，然而，也同样可以用暗色或黑色条纹层划定。
电子发射元件把表面的上部电极15作为正电位Vd，而把里面的下部电极11作为接地电位。当下部电极11和上部电极15之间施加电压Vd、例如施加20V左右，并且把电子注入电子供给层12时，一部分电子通过预先借助于通电处理而形成的电子发射部，被发射到真空中。电子从岛区域14的底部以某角度分散而被发射。然而，在图5的元件结构中，电场在岛区域14的上部的空间中呈透镜状，发射电子的轨道在沿着法线的方向上改变。其结果，能够获得角度分散的非常小的发射电子。
从该岛区域14的凹部发射的电子e(发射电流Ie)通过施加给对置的集电极2的较大的加速电压Vc，例如5KV左右而被加速，并且电子e集中在集电极2上，发出荧光体3对应的可见光。作为本实施方式的显示装置的驱动方式，有无源矩阵方式，然而也可以使用利用图20C和20D所示的上部电极15来单独驱动电子发射元件S的有源矩阵方式。

Claims (28)

1.一种电子发射装置，该电子发射装置由多个电子发射元件构成，该多个电子发射元件分别具有靠近基板侧的下部电极和远离上述基板侧的上部电极，并且从上述上部电极侧发射电子，其特征在于，
在上述电子发射元件之间形成有空间，上述上部电极以通过其桥部横跨上述多个电子发射元件和上述空间的方式延伸。
2.根据权利要求1所述的电子发射装置，其特征在于，
在上述桥部上，设有至少一个通孔或缺口部。
3.根据权利要求2所述的电子发射装置，其特征在于，
上述通孔或缺口部具有圆形、矩形、菱形、桶形、星形或小鼓形，或者构成这些形状的一部分形状。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的电子发射装置，其特征在于，
上述桥部以大致平行于上述基板的方式伸长。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的电子发射装置，其特征在于，
上述下部电极与通过上述桥部连接起来的上述上部电极分别是条状电极且排列在相互正交的位置上。
6.根据权利要求1～4中的任一项所述的电子发射装置，其特征在于，
上述上部电极以通过其桥部横跨上述多个电子发射元件和上述空间的方式延伸，电子发射元件并不限定于列方向或行方向，上述下部电极按照每个电子发射元件独立分离。
7.根据权利要求5或6所述的电子发射装置，其特征在于，
上述电子发射元件具有电子供给层，该电子供给层由层叠在上述下部电极和上述上部电极之间的绝缘体层和半导体构成，当对上述下部电极和上述上部电极间施加电压时，电子从上述上部电极侧发射。
8.根据权利要求7所述的电子发射装置，其特征在于，
上述桥部包括与邻接的上述电子发射元件的上述绝缘体层成为一体的上述绝缘体层的材料部分。
9.根据权利要求1～8中的任一项所述的电子发射装置，其特征在于，
上述电子供给层利用由硅、或以硅为主要成分的混合物或其化合物构成的非晶相构成。
10.根据权利要求1～9中的任一项所述的电子发射装置，其特征在于，
该电子发射装置具有至少由一个岛区域构成的电子发射部，在上述岛区域中，上述绝缘体层和上述上部电极的膜厚随着靠近上述电子供给层而逐渐减小。
11.根据权利要求10所述的电子发射装置，其特征在于，
上述岛区域中的上述上部电极在上述绝缘体层上终止。
12.根据权利要求10或11所述的电子发射装置，其特征在于，
上述岛区域中的上述绝缘体层在上述电子供给层上终止。
13.根据权利要求10～12中的任一项所述的电子发射装置，其特征在于，
上述岛区域是在上述上部电极的平坦表面上的凹部。
14.根据权利要求10～13中的任一项所述的电子发射装置，其特征在于，
上述绝缘体层由电介质构成，而且在上述岛区域以外具有50nm以上的膜厚。
15.根据权利要求10～14中的任一项所述的电子发射装置，其特征在于，
在上述岛区域中，具有电绝缘性的遮挡体。
16.根据权利要求10～15中的任一项所述的电子发射装置，其特征在于，
在上述岛区域的上部、下部或内部，设有由碳、或以碳为成分的混合物、或碳化合物构成的碳区域。
17.一种电子发射装置的制造方法，上述电子发射装置由多个电子发射元件构成，上述多个电子发射元件分别具有靠近基板侧的下部电极以及远离上述基板侧的上部电极，并且从上述上部电极侧发射电子，在上述发射元件之间形成有空间，上述上部电极以通过其桥部横跨上述多个电子发射元件和上述空间的方式延伸，其特征在于，该制造方法包括：
电子发射部形成工序，其为了在基板上构成上述多个电子发射元件，形成层叠有上部电极的材料层的层叠体；
桥形成工序，其通过蚀刻，由上述上部电极的材料层形成多个桥部，上述多个桥部沿着应划分多个电子发射元件的线，设有至少一个通孔或缺口部；
切削工序，其把上述桥部作为掩模，通过各向异性蚀刻，把所露出的上述层叠体的部分一直蚀刻到上述基板及下部电极处或它们的附近；以及
分离工序，其把上述桥作为掩模，通过各向同性蚀刻，对露出的上述层叠体的部分进行蚀刻，并把空间扩大而分离成上述多个电子发射元件。
18.根据权利要求17所述的电子发射元件的制造方法，其特征在于，
在上述切削工序中，使含有CH2F2、SF6、Cl2的混合气体与露出的上述层叠体的部分接触。
19.根据权利要求17或18所述的电子发射元件的制造方法，其特征在于，
在上述分离工序中，使含有CF4的混合气体与露出的上述层叠体的部分接触。
20.根据权利要求17～19中的任一项所述的电子发射元件的制造方法，其特征在于，
上述电子发射部形成工序包括：
电子供给层形成工序，其在上述基板上，形成由硅、或者以硅为主要成分的混合物或其化合物构成的电子供给层；
遮挡体形成工序，其在上述电子供给层上形成分别在与上述电子供给层接触的部分周围形成影子的遮挡体。
绝缘体层形成工序，其在上述电子供给层和上述遮挡体上堆积绝缘体，由绝缘体的薄膜构成的绝缘体层形成为，在上述遮挡体下方接触的部分周围的上述绝缘体层的膜厚逐渐减小的至少一个岛区域；以及
上部电极形成工序，其在上述绝缘体层上成膜上部电极，把上述岛区域形成为电子发射部。
21.根据权利要求20所述的制造方法，其特征在于，
该制造方法还包括碳区域形成工序，其在上述岛区域的上部、下部或内部，形成由碳、或以碳为成分的混合物、或碳化合物构成的碳区域。
22.根据权利要求20或21所述的电子发射装置，其特征在于，
在上述桥形成工序中，通过各向同性蚀刻法，蚀刻上述上部电极和上述绝缘体层，并形成包括相邻的上述电子发射元件的上述绝缘体层、和与上述上部电极成为一体的上述绝缘体层的材料部分的上述桥部，在上述通孔中，形成由上述绝缘体层的材料部分构成的朝向上述通孔的中心伸出的遮檐状结构。
23.根据权利要求20～22中的任一项所述的制造方法，其特征在于，
上述遮挡体是具有支撑部和主掩模部的微掩模，上述支撑部分别向上述基板的法线方向突出，上述主掩模部从上述支撑部向平行于上述基板的方向突出，在上述遮挡体形成工序中，还包括如下的工序：在上述基板上，成膜支撑部材料层和主掩模部材料层，并在其上通过光刻法形成至少使上述电子供给层的一部分露出的抗蚀剂掩模，通过干式蚀刻法和湿式蚀刻法，依次蚀刻上述主掩模部和上述支撑部，从而形成上述微掩模。
24.一种摄像元件，其特征在于，
上述摄像元件由以下部分构成：权利要求1～16中的任一项所述的电子发射装置；光电变换膜，其隔着真空空间与上述上部电极大致平行地对置；透光性导电膜，其层叠在上述光电变换膜上；以及透光性前面基板，其保持上述光电变换膜和上述透光性导电膜。
25.根据权利要求24所述的摄像元件，其特征在于，
在上述真空空间中具有以与上述电子发射装置和上述光电变换膜不接触的方式配置的网状电极。
26.一种显示装置，其特征在于，
上述显示装置由以下部分构成：权利要求1～16中的任一项所述的电子发射装置；以及透光性前面基板，其具有荧光体层和集电极，上述荧光体层隔着真空空间与上述上部电极对置且配置在上述真空空间侧的表面上，上述集电极形成于上述荧光体层上并与上述上部电极对置。
27.根据权利要求26所述的显示装置，其特征在于，
上述显示装置具有图像显示排列，该图像显示排列由对应于上述荧光体层的多个发光部构成。
28.根据权利要求26或27中的任一项所述的显示装置，其特征在于，
由对应于上述荧光体层的多个发光部构成的图像显示排列被暗色、或黑色的矩阵层、或条纹层划定。
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