DE69021402T2 - Verfahren zur Herstellung einer Elektrode für eine elektronenemittierende Vorrichtung. - Google Patents
Verfahren zur Herstellung einer Elektrode für eine elektronenemittierende Vorrichtung.Info
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Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung spitzer Elektroden für Elektronenemissionsvorrichtungen, z.B. Feldemissionsvorrichtungen.
- Seit einigen Jahren besteht ein erhebliches Interesse an der Herstellung von Feldemissionsvorrichtungen mit Kathodenabmessungen und Anoden-Kathoden-Abständen in der Größenordnung von nur einigen wenigen Mikrometern. Bei der Herstellung einiger derartiger Vorrichtungen werden Reihen pyramidenförmiger Kathoden durch Naß-Ätzung eines Siliciumsubstrats gebildet, auf dem Beläge aus einem geeigneten ätzungsresistenten Material niedergeschlagen werden, so daß unerwünschte Bereiche weggeätzt werden und die gewünschten pyramidenförmigen Vorsprünge unter den Belägen verbleiben.
- In der US-Patentschrift 4 008 412 sind einige Verfahren zur Herstellung von Feldemissionsvorrichtungen unter Anwendung von Ätzverfahren beschrieben.
- Bei der Herstellung von Feldemissionsvorrichtungen in Mikrometergröße ist es wesentlich, eine gute Emission bei der kleinstmöglichen Spannung zu erzielen, die zwischen der pyramidenförmigen Kathode und der Anode angelegt wird. Dazu ist es erforderlich, auf der Kathodenstruktur eine Spitze auszubilden, die so scharf wie möglich ist.
- Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung spitz zulaufender Strukturen mit schärf erer Spitze als bisher anzugeben.
- Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode vorgeschlagen, bei dem eine Schicht aus elektrisch leitendem Material gebildet; ein Abdeckungsbelag auf der Schicht an der für die Elektrode gewünschten Stelle ausgebildet; die Schicht so geätzt wird, daß eine Elektrodenstruktur unter dem Belag gebildet wird; der Belag entfernt und die Struktur trocken geätzt wird, so daß eine Elektrode mit scharfer Spitze gebildet wird.
- Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
- Fig. 1(a) bis 1(d) schematisch Stufen eines ersten erfindungsgemäßen Verfahrens,
- Fig. 2(a) bis 2(c) schematisch Stufen eines zweiten Verfahrens und
- Fig. 3(a) bis 3(d) schematisch Stufen eines dritten Verfahrens.
- Nach Fig. 1(a) wird eine Schicht 1 aus Siliciumdioxid mit einer Dicke von etwa 1000 bis 4000 Å thermisch auf einem Siliciumsubstrat 2 aufgewachsen. Eine Schicht 3 aus Resist (Fotoresist bzw. Fotolack), siehe Fig. 1(b), wird durch eine Abdeckung (Maske) 4 hindurch niedergeschlagen. Die Resist- Schicht wird entwickelt, und dann werden unerwünschte Teile entfernt, so daß eine Ätzabdeckung gebildet wird. Die Siliciumdioxidschicht 1 wird dann durch diese Abdeckung hindurch geätzt, so daß Siliciumdioxid-Beläge 5 auf der 0berfläche des Substrats 2 zurückbleiben. Fig. 1(c)
- Das Substrat wird dann einer Plasma-Ätzung mittels SF&sub6;/C &sub2;/0&sub2; unterzogen, so daß Elektrodenstrukturen in Form von Säulen 6 unter den Belägen 5 verbleiben (Fig. 1(d)).
- Die Beläge 5 werden dann von den 0berseiten der Säulen entfernt. Dann wird die Einrichtung einem reaktiven Ionenätzungsprozeß mittels SF&sub6;/N&sub2; ausgesetzt, bei dem sehr scharf zugespitzte Elektroden aus den Säulen gebildet werden.
- Bei diesem Trockenätzungsverfahren werden Elektroden gebildet, die sehr viel schärfer zugespitzt sind als Elektroden, die bislang nach den herkömmlichen Naßätzungsverfahren gebildet wurden. So sind nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zugespitzte Elektroden mit einer Höhe von zwei Mikrometer, einer Basis von ein Mikrometer und einer Spitze mit einer Größe von nur 0,03 Mikrometer hergestellt worden.
- Bei einer Abwandlung des beschriebenen Verfahrens könnte zunächst eine Naßätzung des Substrats angewandt werden, um zugespitzte Elektrodenstrukturen anstelle der Säulen 6 mit im wesentlichen parallelen Seiten gemäß Fig. 1(d) zu bilden.
- Dann würden die Beläge 5 entfernt und ein Trockenätzungsprozeß angewandt, um die Elektroden zuzuspitzen.
- Das Verfahren oder die Abwandlung, die zuvor beschrieben wurden, könnten bei einigen anderen Substratmaterialien, z.B. Niobium, angewandt werden. Ein Trockenätzungsverfahren kann angewandt werden bei Substraten aus Silicium mit verschiedenen Dotierungsdichten, aufgesprühtem Niobium, Molybden oder Gold und einkristallinem Nickel, Wolfram und Rhodium. Einige Substratmaterialien können andere Trockenätzungsverfahren als die oben beschriebene Plasmaätzung und reaktive Ionenätzung und andere Ätzmittel erfordern. Andere mögliche Arten der Trokkenätzung umfassen das Ionenstrahlfräsen und das reaktive Ionenstrahlfräsen.
- Fig. 2 veranschaulicht ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung von Goldelektroden mit scharfer Spitze. Auf einem Siliciumsubstrat 8 wird eine Schicht 7 aus Gold mit einer Dicke von etwa 2 Mikrometer und auf der Schicht 7 eine Schicht 9 aus Resist aufgebracht (Fig. 2 (a)) . Die Resist-Schicht 9 wird so gemustert, daß Beläge 10 (Fig. 2(b)) auf der Goldschicht entstehen. Alternativ können Titan-Beläge auf der Goldschicht ausgebildet werden.
- Die Goldschicht wird dann trocken durch Argonionenstrahlfräsung unter einem geeigneten Winkel zur Ebene des Substrats geätzt, während das Substrat in seiner Ebene gedreht wird. Im Verlauf der Ätzung werden die Beläge 10 vollständig wegerodiert, und danach wird das Ätzen ohne die Beläge fortgesetzt. Auf diese Weise werden Goldelektroden mit scharfer Spitze gebildet (Fig. 2(c)).
- Ein alternatives Verfahren zur Herstellung spitzer Goldelektroden ist in Fig. 3 dargestellt. Ähnlich wie bei dem Verfahren nach Fig. 2 wird eine Schicht 12 aus Gold auf einem Siliciumsubtrat 13 und darüber eine Resist-Schicht 14 aufgebracht (Fig. 3 (a)). Die Schicht 14 wird so gemustert, daß Beläge 15 auf der Goldschicht 12 entstehen (Fig. 3 (b)). Dann wird die Schicht 12 einer Argonionenstrahlfräsung senkrecht zur Hauptebene des Substrats unterzogen, während das Substrat in dieser Ebene gedreht wird. Dadurch werden Säulen 16 mit im wesentlichen geraden Seiten unter den Belägen gebildet (Fig. 3 (c)). Die Beläge 15 werden dann entfernt und die Säulen einer weiteren Ionenstrahlfräsung unter einem Winkel von etwa 15º zur Senkrechten unterzogen, während das Substrat gedreht wird. Dadurch werden scharfe Spitzen 17 auf den Säulen 16 gebildet, wie es in Fig. 3(d) dargestellt ist.
- Die erfindungsgemäßen Verfahren können zur Herstellung von Strukturen mit nur einer Spitze oder von Reihen solcher Strukturen mit Sub-Mikrometer-Spitzen angewandt werden. Die Pakkungsdichten können bis zu etwa 2,5 x 10&sup7; Spitzen/cm² betragen.
- Die Strukturen können beispielsweise in Feldemissionsdioden oder -trioden oder als Kaltkathodenquellen benutzt werden.
Claims (14)
1. Verfahren zur Herstellung einer Elektrode, bei dem ein
Substrat (2) aus elektrisch leitendem Material; ein
Abdeckungsbelag (5) auf dem Substrat an der für die Elektrode gewünschten
Stelle gebildet und das Substrat so geätzt wird, daß unter dem
Belag eine Elektrodenstruktur (6) gebildet wird, dadurch
gekennzeichnet, daß der Belag entfernt und die Struktur trocken
geätzt wird, so daß eine scharf zugespitzte Elektrode gebildet
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Ätzen des Substrats (2) zur Bildung einer Elektrodenstruktur
durch einen Naßätzungsprozeß bewirkt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Ätzen des Substrats (2) zur Bildung einer Elektrodenstruktur
durch einen Trockenätzungsprozeß bewirkt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das
Ätzen des Substrats (2) und das Trockenätzen der Struktur in
einem im wesentlichen kontinuierlichen Prozeß bewirkt werden
und der Belag (5) durch diesen Prozeß entfernt wird.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das Trockenätzen durch Plasmaätzung,
reaktive Ionenätzung, Ionenstrahlfräsung oder reaktive
Ionenstrahlfräsung bewirkt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das
Ätzen des Substrats (2) durch einen Plasmaätzungsprozeß und das
Trockenätzen der Struktur durch einen reaktiven
Ionenätzungsprozeß bewirkt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der
Plasmaätzungsprozeß in SF&sub6;/C &sub2;/0&sub2;
ausgeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 5 oder Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß der reaktive Ionenätzungsprozeß in SF&sub6;/N&sub2;
ausgeführt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Elektrodenstruktur, die unter dem Belag (5) gebildet wird,
zugespitzt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
unter dem Belag (5) gebildete Elektrodenstruktur eine Säule mit
im wesentlichen parallelen Seiten ist.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Substrat (2) aus einem Halbleiter, einem Metall oder einer
Metallverbindung gebildet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
das Substrat (2) aus Silicium, Niobium, Molybden, Gold, Nickel,
Wolfram oder Rhodium gebildet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß
das Substrat (2) aus einkristallinem Nickel, Wolfram oder
Rhodium gebildet wird.
14. Elektronische Vorrichtung mit einer Elektrode, die nach
einem Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche
hergestellt worden ist.
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