DE69601961T2

DE69601961T2 - Herstellungsverfahren einer Feldemissionskaltkathode

Info

Publication number: DE69601961T2
Application number: DE69601961T
Authority: DE
Inventors: Toshio Kaihara
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1995-02-13
Filing date: 1996-02-12
Publication date: 1999-10-14
Anticipated expiration: 2016-02-13
Also published as: EP0726590A2; EP0726590A3; EP0726590B1; DE69601961D1; KR0181326B1; JPH08222126A; KR960032553A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Feldemissionskaltkathode, und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung einer konusförmigen Feldemissionskaltkathode, welche zur Verbesserung der Emissionseigenschaften ein spitz zulaufendes oberes Ende aufweist.
Für gewöhnlich weist eine Feldemissions-Elektronenkanone 10, wie zum Beispiel aus der EP 483 814 bekannt, einen Aufbau gemäß Fig. 1 auf. Die Feldemissions-Elektronenkanone 10 weist eine Vielzahl von konusförmigen Feldemissionskaltkathoden 12 auf, welche auf einem einzigen Siliziumsubstrat 11 ausgebildet werden. Jede der konusförmigen Feldemissionskaltkathoden 12 ist aus einem temperaturbeständigen Metall, wie z. B. Wolfram, Molybdän, Tantal oder Niob hergestellt. Ein Isolierfilm 14 aus Siliziumoxid wird auf dem Siliziumsubstrat 11 ausgebildet. Der Isolierfilm 14 weist eine Vielzahl von Hohlräumen 13 auf, wobei in jedem der Hohlräume eine konusförmige Feldemissionskaltkathode 12 angeordnet ist. Gate-Elektroden 15 aus einem temperaturbeständigen Metall, wie z. B. Wolfram, Molybdän, Tantal und Niob werden auf dem Isolierfilm 14 ausgebildet. Die Gate-Elektroden 15 weisen das gleiche Niveau wie die Spitze einer jeden konusförmigen Feldemissionskaltkathodes 12 auf. Die Gate-Elektrode 15 umgreift die konusuförmige Feldemissionskaltkathode und ist vom oberen Endabschnitt einer jeden konusförmigen Feldemissionskaltkathode 12 abtrennt.
Es wird eine Vorspannung bei einigen wenigen Spannungen zwischen der Gate-Elektrode 15 und der konusförmigen Feldemissionskaltkathode 12 angelegt, so daß eine Elektronenemission von der Spitze einer jeden konusförmigen Feldemissionskaltkathode 12 ohne Erwärmung der Kathoden 12 bewirkt wird.
Ein herkömmliches Verfahren zur Herstellung einer konusförmigen Feldemissionskaltkathode des Spindt-Typs wird mit Bezug auf die Fig. 2A bis 2E beschrieben. Wie es in Fig. 2A dargestellt ist, wird ein Siliziumoxid-Film 14A, welcher eine Dicke von 1 Mikrometer aufweist, durch chemisches Ausdampfen auf einer Siliziumschicht 11 ausgebildet. Eine Gate-Schicht 15A lagert sich auf dem Siliziumoxid-Film 14A ab. Die Gate- Schicht 15A hat eine Dicke von 0,4 Mikrometern und ist aus einem temperaturbeständigen Metall, wie z. B. Wolfram, Molybdän, Tantal und Niob hergestellt. Ein Photoresist-Film 16 wird auf der Gate-Schicht 15A aufgetragen.
Wie es in Fig. 2B dargestellt ist, werden Löcher 16a, welche einen Durchmesser von 1 Mikrometer aufweisen, in einem Abstand von 10 Mikrometern in dem Photoresist-Film 16 ausgebildet. Die Gate-Schicht 15A und der Silizimoxid-Film 14A werden selektiv durch Verwendung des Photoresist-Films 16 zur Bildung eines Isolators 14 weggeätzt, wobei der Isolator einen Hohlraum 13 und ein Gate 15 aufweist. Der verwendete Photoresist-Film 16 wird dann entfernt.
Gemäß der Darstellung in Fig. 2C wird das Siliziumsubstrat 11 in einer Ebene parallel zur Oberfläche des Siliziumsubstrats 11 gedreht. Aluminiumatome lagern sich in einem Winkel von ungefähr 15 Grad zur Oberfläche des Siliziumsubstrats 11 ab und bilden einen Aluminium-Film 17, welcher eine Dicke von 0,15 Mikrometern aufweist. Der Aluminiumfilm 17 erstreckt sich zur Mitte des Hohlraums 13, um die Öffnung 15a des Gates 15 schmal zu halten.
Wie es in Fig. 2D dargestellt ist, lagern sich temperaturbeständige Metallatome, wie z. B. Wolfram, Molybdän, Tantal und Niob in vertikaler Richtung zur Oberfläche des Siliziumsub strats 11 ab, wobei sich ein Konus 12 aus temperaturbeständigem Metall im Hohlraum 13 ausbildet und weiter eine temperaturbeständige Metallschicht 18 auf dem Aluminium-Film 17 ausgebildet wird. Die temperaturbeständige Metallschicht 18 weist einen konkaven Abschnitt auf, welcher konusförmig ist und über der Öffnung 15a angeordnet ist.
Gemäß der Darstellung in Fig. 2E werden die temperaturbeständige Metallschicht 18 und der Aluminiumfilm 17 zur Freilegung der Gate-Elektrode 15 auf dem Siliziumfilm 14 und des temperaturbeständigen Metallkonus 12 in dem Hohlraum 13 entfernt. Der temperaturbeständige Metallkonus 12 fungiert als eine konusförmige Kathode.
Gemäß dem obigen herkömmlichen Verfahren wird der Konus 12 durch die vertikale Ablagerung von temperaturbeständigen. Metallatomen gebildet, wohingegen der Aluminium-Film 17 durch die Ablagerung des Aluminiums in dem schrägen Winkel ausgebildet wird. Die Ablagerung von Aluminium in dem schrägen Winkel auf der Gate-Elektrode 15 verursacht eine kleine Abweichung bei der Form und Position der Vorder- oder Trennkante des Aluminium-Films 17. Die Form des Konus 12 jedoch hängt von der Form und Position der Trennkante des Aluminium-Films 17 ab. Jede kleine Abweichung in Form oder Position der Trennkante des Aluminiumfilms 17 resultiert in einer beträchtlichen Abweichung bei der Form des Konus 12, insbesondere von dessen oberem Ende. Im Hinblick auf die Emissionseigenschaften ist die Form des oberen Endes des Konus 12, welcher als Kathode fungiert, äußerst wichtig. Jede geringförmige Verformung des oberen Endes des Konus 12 resultiert in einer erheblichen Beeinträchtigung der Elektronenemissionseigenschaften. Dies kann auf eine verminderte Leistung der Feldemissions-Elektronenkanone, welche die konusförmige Feldemissionskaltkathode aufweist, hinauslaufen. Zur Erzielung von stabilen und erwünschten Elektronenemissionseigenschaften wäre es äußerst wichtig, eine Feldemissionskaltkathode herzustellen, welche ein spitz zulaufenden oberes Ende ohne jegliche Verformung aufweist. Aus diesem Grund ist es schwierig, falls das obige herkömmliche Verfahren zur Herstellung der Feldemissionskaltkathode eingesetzt wird, die gewünschte Form des oberen Endes, welches ohne jegliche Verformung spitz zulaufend ist, zu erzielen.
Es gibt noch ein weiteres Verfahren zur Herstellung einer Feldemissionskaltkathode des Gray-Typs, welches in den US- Patenten 4,307,507 und 4,513,308 dargestellt ist. Ein Siliziumoxid-Film wird auf einem Siliziumsubstrat ausgebildet und dann mit einem Muster versehen, wodurch ein Siliziumoxid- Muster auf dem dem Siliziumsubstrat ausgebildet wird. Das Siliziumsubstrat wird dann durch Verwendung des Siliziumoxid- Musters als eine Maske einem anisotropischen Ätzvorgang unterzogen und es bildet sich ein Konus auf dem Siliziumsubstrat. Eine Fläche des Konus wird zunächst einer Oxidation unterzogen und anschließend mit Hilfe einer Fluorsäure weggeätzt, wobei das so gebildete spitz zulaufende obere Ende des Konus als eine Feldemissionskaltkathode dient.
Wie obenstehend beschrieben, wird der Oxidfilm, welcher das temperaturbeständige Metall bedeckt, selektiv mit Hilfe des Ätzverfahrens durch Verwendung einer Fluorsäure weggeätzt, so daß der obere Abschnitt des temperaturbeständigen Konus freigelegt wird. Falls bei dem Freileg- oder Ätzverfahren Fluorsäure verwendet wird, um den das obere Ende des Konus bedeckenden Oxidfilm selektiv wegzuätzen, ist es wahrscheinlich, daß das obere Ende des temperaturbeständigen Metallkonus im Hinblick auf die gewünschte Form des oberen Endes, welche spitz zulaufend ist, verformt wird. Jede kleine Veränderung in der Form oder Position der Trennkante des Aluminiumfilms 17 resultiert in einer beträchtlichen Abweichung bei der Form des Konus 12, insbesondere bei dessen oberem Ende. Im Hinblick auf die Emissionseigenschaften ist nämlich die Form des oberen Endes des Konus 12, welcher als die Kathode dient, äußerst wichtig. Jede geringfügige Verformung des oberen Endes des Konus resultiert in einer erheblichen Beeinträchtigung der Elektronenemissionseigenschaften. Dies kann auf eine verminderte Leistung der Feldemissions-Elektronenkanone, welche die konusförmige Feldemissionskaltkathode aufweist, hinauslaufen. Zur Erzielung von stabilen und wünschenswerten Elektronenemissionseigenschaften, wäre es äußerst wichtig, eine Feldemissionskaltkathode zu schaffen, die ein spitz zulaufendes oberes Ende ohne jegliche Verformung aufweist. Aus diesem Grund ist es schwierig, falls das obige herkömmliche Verfahren zur Herstellung der Feldemissionskaltkathode eingesetzt wird, die gewünschte Form des oberen Endes, welche ohne jegliche Verformung spitz zulaufend ist, zu erzielen.
Die FR-A-2 700 222 offenbart das Zuspitzen eines Si-Konus durch Oxidierung der Oberfläche des Konus.
Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neuartiges Verfahren zur Herstellung einer Feldemissionskaltkathode, deren oberes Ende ohne jegliche Verformung spitz zulaufend ist, zu schaffen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neuartiges Verfahren zur Herstellung einer Feldemissionskaltkathode, deren oberes Ende bei einer hohen Leistung spitz zulaufend ist, zu schaffen.
Die oben erwähnten Aufgaben und weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsformen der Erfindung.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Umformung einer konusförmigen Elektrode, welche aus einem Silizium enthaltenden temperaturbeständigen Metall hergestellt ist. Das Verfahren umfaßt die folgenden Schritte. Eine Oberfläche der konusförmigen Elektrode wird einer Oxidation des Siliziums unterzogen, wobei das Silizium im temperaturbeständigen Metall enthalten ist. Die Oxidationsrate nimmt zum oberen Ende der konusförmigen Elektrode hin zu. Als Ergebnis bildet sich ein Siliziumoxid-Film aus, welcher die konusförmige Elektrode überzieht. Eine Übergangsfläche zwischen dem Siliziumoxid-Film und der konusförmigen Elektrode weist Neigungswinkel auf, welche zum oberen Ende hin zunehmen. Der Siliziumoxid-Film wird zur Freilegung der umgeformten konusförmigen Elektrode, welche ein spitz zulaufenden oberes Ende hat, entfernt. Die umgeformte konusförmige Elektrode weist eine Oberfläche mit Neigungswinkeln auf, die zum spitz zulaufenden oberen Ende hin zunehmen.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Herstellung einer konusförmigen Feldemissionskaltkathode auf einem Substrat. Das Verfahren umfaßt die folgenden Schritte. Eine Siliziumoxid-Schicht wird mit Hilfe chemischen Ausdampfens auf dem Substrat abgelagert. Eine Gate-Schicht aus einem temperaturbeständigen Metall lagert sich auf der Siliziumoxid-Schicht ab. Die Gate-Schicht wird mit einem Photoresist-Muster versehen. Die Gate-Schicht und die Siliziumoxid-Schicht werden selektiv durch Verwendung des Photoresist-Musters als Maske weggeätzt, wodurch ein Hohlraum mit einer Öffnung ausgebildet wird. Ein metallischer Werkstoff lagert sich auf der Gate- Schicht ab, während das Substrat in einer Ebene parallel zur Oberfläche des Substrats in einem vorgegebenen schrägen Winkel zur Ebene rotiert, wodurch ein Metallfilm mit einer Vorder- oder Trennkante, welche sich zur Mitte der Öffnung von einer Kante der Gate-Schicht hin erstreckt, ausgebildet wird. Ein Silizium enthaltender temperaturbeständiger metallischer Werkstoff wird auf dem Metallfilm und im Hohlraum in vertikaler Richtung zu einer Oberfläche des Substrats abgelagert, wodurch ein Silizium enthaltender temperaturbeständiger Metallkonus im Hohlraum und weiter eine temperaturbeständige Metallschicht auf dem Metallfilm geschaffen wird. Die temperaturbeständige Metallschicht und der Metallfilm werden zur Freilegung des Silizium enthaltenden temperaturbeständigen Metallkonus entfernt. Eine Oberfläche des Silizium enthaltenden temperaturbeständigen Metallkonus wird einer Oxidation des Siliziums, welches im temperaturbeständigen Metall enthalten ist, unterzogen. Die Oxidationsrate nimmt zum oberen Ende des Silizium enthaltenden temperaturbeständigen Metallkonus hin zu und bilden auf diese Weise einen Siliziumoxid-Film, welcher den Silizium enthaltenden temperaturbeständigen Metallkonus überzieht. Eine Übergangsfläche zwischen dem Siliziumoxid-Film und der konusförmigen Elektrode weist Neigungswinkel auf, welche zum oberen Abschnitt der Elektrode hin zunehmen. Der Siliziumoxid- Film wird zur Freilegung eines Silizium enthaltenden temperaturbeständigen Metallkonus, welcher ein spitz zulaufendes oberes Ende aufweist, entfernt. Der umgeformte Silizium aufweisende temperaturbeständige Metallkonus besitzt eine Oberfläche mit Neigungswinkeln, welche zum spitz zulaufenden oberen Ende hin zunehmen.
Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter erfindungsgemäßer Ausführungsformen anhand der Zeichnungen.
Es zeigen:
Fig. 1 eine bruchstückartige Querschnitts-Aufrißansicht, welche auf einem Substrat ausgerichtete konusförmige Feldemissionskaltkathoden darstellt;
Fig. 2A bis 2E bruchstückartige Querschnitts-Aufrißansichten, welche nacheinanderfolgende, im herkömmlichen Herstellungsverfahren für eine konusförmige Feldemissionskaltkathode verwendete Schritte darstellen.
Fig. 3A bis 3G bruchstückartige Querschnitts-Aufrißansichten, welche nacheinanderfolgende, in einem neuarti gen Herstellungsverfahren für eine konusförmige Feldemissionskaltkathode verwendete Schritte in einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Umformung einer konusförmigen Elektrode, welche aus einem temperaturbeständigen, Silizium enthaltenden Metall hergestellt ist. Das Verfahren umfaßt die folgenden Schritte. Eine Oberfläche der konusförmigen Elektrode wird einer Oxidation des Siliziums, welches im temperaturbeständigen Metall enthalten ist, unterzogen. Die Oxidationsrate nimmt zum oberen Abschnitt der konusförmigen Elektrode hin zu. Als Ergebnis wird ein Siliziumoxid-Film ausgebildet, welcher die konusförmige Elektrode überzieht. Eine Übergangsfläche zwischen dem Siliziumoxid-Film und der konusförmigen Elektrode weist Neigungswinkel auf, welche zum oberen Abschnitt der Elektrode hin zunehmen. Der Siliziumoxid-Film wird zur Freilegung einer umgeformten Konuselektrode, welche ein spitz zulaufendes oberes Ende aufweist, entfernt. Die umgeformte Konuselektrode weist eine Oberfläche mit Neigungswinkeln auf, welche zum spitz zulaufenden oberen Ende hin zunehmen.
Das temperaturbeständige Metall, welches Silizium enthält, ermöglicht die Oxidation der Oberfläche der Konuselektrode. Die Oxidation der Oberfläche der Silizium enthaltenden temperaturbeständigen metallischen Konuselektrode wird zur Umformung der Silizium enthaltenden temperaturbeständigen metallischen Konuselektrode durchgeführt. Der Oxidationsvorgang zur Umformung der Silizium enthaltenden temperaturbeständigen metallischen Konuselektrode resultiert in einer gewünschten Form der Elektrode, welche sowohl ein spitz zulaufendes oberes Ende, als auch eine im Neigungswinkel zum oberen Abschnitt der Elektrode hin zunehmende Oberfläche aufweist. Sogar im Falle einer kleinen Verformung der Silizium enthaltenden temperaturbeständigen metallischen Konuselektrode vor dem Umformungsvor gang erfolgt durch die Oxidation eine Umformung der Oberfläche der Silizium enthaltenden temperaturbeständigen metallischen Konuselektrode, wodurch die gewünschte Form der Konuselektrode mit sowohl einem spitz zulaufenden oberen Ende, als auch einer Oberfläche, deren Neigungswinkel zum oberen Abschnitt der Elektrode hin zunimmt, erzielt wird. Dies kann zu einer hohen Leistung der Feldemissions-Elektronenkanone, welche die konusförmige Feldemissionskaltkathode aufweist, führen. Die konusförmige Feldemissionskaltkathode weist einen spitz zulaufenden oberen Abschnitt ohne jegliche Formabweichung auf. Die konusförmige Feldemissionskaltkathode besitzt zudem eine Oberfläche, die zur Zunahme des Neigungswinkels zum oberen Abschnitt der Elektrode hin gekrümmt ist. Der spitz zulaufende obere Abschnitt der Elektrode ist zur Erzielung einer stabilen und erwünschten Elektronenemission geeignet.
Die oben erwähnte Oxidation der Oberfläche der konusförmigen Feldemissionskaltkathode zur Umformung dieser hat zum Ergebnis, daß der temperaturbeständige Metallgehalt im nichtoxidierten Abschnitt der konusförmigen Feldemissionskaltkathode erhöht wird und der Siliziumgehalt darin verringert wird. Dies führt dazu, daß die umgeformte Feldemissionskaltkathode aus einem temperaturbeständigen Metall mit einem niedrigeren Siliziumgehalt hergestellt wird. Dieses temperaturbeständige Metall mit einem niedrigeren Siliziumgehalt weist eine relativ niedrige Austrittsarbeit auf, wodurch die gewünschten Elektronenemissionseigenschaften ermöglicht werden.
Die Oxidation kann in einer Trocken- oder Dampfatmosphäre durchgeführt werden. Der Siliziumoxid-Film kann mit Hilfe einer wässrigen Fluorsäure-Lösung entfernt werden.
Es ist bevorzugt, daß das temperaturbeständige Metall einen Siliziumgehalt im Bereich von 1 bis 10% aufweist. Das temperaturbeständige Metall kann ein speziell ausgewähltes Metall aus der Gruppe sein, welche Wolfram, Molybdän, Tantal und Niob aufweist.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Herstellung einer konusförmigen Feldemissionskaltkathode auf einem Substrat. Das Verfahren umfaßt die folgenden Schritte. Eine Siliziumoxid-Schicht wird mit Hilfe von chemischem Aufdampfen auf dem Substrat abgelagert. Eine Gate-Schicht aus einem temperaturbeständigen Metall lagert sich auf der Siliziumoxid- Schicht ab. Ein Muster aus Photoresist wird auf der Gate- Schicht aufgetragen. Die Gate-Schicht und die Siliziumoxid- Schicht werden selektiv durch Verwendung des Photoresist- Musters als Maske zur Ausbildung eines Hohlraums mit einer Öffnung weggeätzt. Ein metallischer Werkstoff lagert sich auf der Gate-Schicht ab, während das Substrat in einer Ebene parallel zur Oberfläche des Substrats in einem vorgegebenen schrägen Winkel zur Ebene rotiert, wodurch ein Metallfilm mit einer Trennkante, welche sich zur Mitte der Öffnung von einer Kante der Gate-Schicht hin erstreckt, ausgebildet wird. Ein Silizium enthaltender temperaturbeständiger metallischer Werkstoff wird auf dem Metallfilm und im Hohlraum in vertikaler Richtung zu einer Oberfläche des Substrats abgelagert, wodurch ein Silizium enthaltender temperaturbeständiger Metallkonus im Hohlraum und weiter eine temperaturbeständige Metallschicht auf dem Metallfilm geschaffen wird. Die temperaturbeständige Metallschicht und der Metallfilm werden zur Freilegung des Silizium enthaltenden temperaturbeständigen Metallkonus entfernt. Eine Oberfläche des Silizium enthaltenden temperaturbeständigen Metallkonus wird einer Oxidation des Siliziums, welches im temperaturbeständigen Metall enthalten ist, unterzogen. Die Oxidationsrate nimmt zum oberen Abschnitt des Silizium enthaltenden temperaturbeständigen Metallkonus hin zu, wodurch ein Siliziumoxid-Film ausgebildet wird, welcher den Silizium enthaltenden temperaturbeständigen Metallkonus überzieht. Eine Übergangsfläche zwischen dem Silizimoxid-Film und dem Silizium enthaltenden temperaturbeständigen Metallkonus weist Neigungswinkel auf, welche zum oberen Abschnitt hin zunehmen. Der Siliziumoxid-Film wird zur Freilegung eines umgeformten Silizium enthaltenden temperaturbeständigen Metallkonus, welcher ein spitz zulaufendes oberes Ende aufweist, entfernt. Der umgeformte Silizium enthaltende temperaturbeständige Metallkonus weist eine Oberfläche mit Neigungswinkeln auf, die zum spitz zulaufenden oberen Ende hin zunehmen.
Das Silizium enthaltende temperaturbeständige Silizium ermöglicht die Oxidation der Oberfläche der Silizium enthaltenden temperaturbeständigen metallischen Konuselektrode. Die Oxidation der Oberfläche der Silizium enthaltenden temperaturbeständigen metallischen Konuselektrode wird zur Umformung der Silizium enthaltenden temperaturbeständigen metallischen Konuselektrode durchgeführt. Der Oxidationsvorgang zur Umformung der Silizium enthaltenden temperaturbeständigen metallischen Konuselektrode resultiert in einer gewünschten Form der Elektrode, welche sowohl ein spitz zulaufendes oberes Ende, als auch eine im Neigungswinkel zum oberen Abschnitt der Elektrode hin zunehmende Oberfläche aufweist. Sogar im Falle einer kleinen Verformung der Silizium enthaltenden temperaturbeständigen metallischen Konuselektrode vor dem Umformungsvorgang, erfolgt durch die Oxidation eine Umformung der Oberfläche der Silizium enthaltenden temperaturbeständigen metallischen Konuselektrode, wodurch die gewünschte Form der Konuselektrode mit sowohl einem spitz zulaufenden oberen Ende, als auch einer Oberfläche, deren Neigungswinkel zum oberen Abschnitt der Elektrode hin zunimmt, erzielt wird. Dies kann zu einer hohen Leistung der Feldemissions-Elektronenkanone, welche die konusförmige Feldemissionskaltkathode aufweist, führen. Die konusförmige Feldemissionskaltkathode weist einen spitz zulaufenden oberen Abschnitt ohne jegliche Formabweichung auf. Die konusförmige Feldemissionskaltkathode besitzt zudem eine Oberfläche, die zur Zunahme des Neigungswinkels zum oberen Abschnitt der Elektrode hin, gekrümmt ist. Der spitz zulaufende obere Abschnitt der Elektrode ist zur Erzielung einer stabilen und erwünschten Elektronenemission geeignet.
Die oben erwähnte Oxidation der Oberfläche der konusförmigen Feldemissionskaltkathode zur Umformung dieser hat zum Ergebnis, daß der temperaturbeständige Metallgehalt im nichtoxidierten Abschnitt der konusförmigen Feldemissionskaltkathode erhöht wird und der Siliziumgehalt darin verringert wird. Dies resultiert darin, daß die umgeformte Feldemissionskaltkathode aus einem temperaturbeständigen Metall mit einem niedrigeren Siliziumgehalt hergestellt wird. Das temperaturbeständige Metall mit einem niedrigeren Siliziumgehalt weist eine relativ niedrige Austrittsarbeit auf, wodurch die gewünschten Elektronenemissionseigenschaften ermöglicht werden.
Die Oxidation kann in einer Trocken- oder Dampfatmosphäre durchgeführt werden. Der Siliziumoxid-Film kann mit Hilfe einer wässrigen Fluorsäure-Lösung entfernt werden.
Es ist bevorzugt, daß das temperaturbeständigen Metall einen Siliziumgehalt im Bereich von 1 bis 10% aufweist. Das temperaturbeständige Metall kann ein speziell ausgewähltes Metall aus der Gruppe sein, welche Wolfram, Molybdän, Tantal und Niob aufweist.
Eine bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die Fig. 3A bis 3G beschrieben, wobei ein neuartiges Verfahren zur Herstellung einer Feldemissionskaltkathode mit einem spitz zulaufenden oberen Ende ohne jegliche Verformung vorgesehen ist.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3A lagert sich ein Siliziumoxid-Film 5A mit einer Dicke von 1 Mikrometer mit Hilfe eines chemischen Bedampfungsvorgangs auf einem Siliziumsubstrat 2 ab. Eine Gate-Schicht 6A mit einer Dicke von 0,4 Mikrometern, die aus einem temperaturbeständigen Metall, wie z. B. Wolfram und Molybdän hergestellt ist, lagert sich auf dem Siliziumoxid- Film 5A ab.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3B wird ein Photoresist-Film auf der Gate-Schicht 6A aufgetragen. Löcher mit einem Durchmesser von 1 Mikrometer werden in einem Abstand von 10 Mikrometern ausgebildet. Die Gate-Schicht 6A und der Siliziumoxid-Film 5A werden aufeinanderfolgend und selektiv mit Hilfe des Photoresist- Films 6 weggeätzt, wobei die Löcher als eine Maske verwendet werden und ein Siliziumoxid-Films 5A ausgebildet wird, welcher einen Hohlraum 4 und eine Gate-Elektrode 5 mit einer Öffnung hat. Das Siliziumsubstrat 2 wird in einer Ebene parallel zur Oberfläche des Siliziumsubstrats 2 gedreht, während zugleich Aluminium in einem schrägen Winkel von 15 Grad zur Oberfläche des Siliziumsubstrats 2 abgelagert wird, wodurch ein Aluminium-Film mit einer Dicke von 0,15 Mikrometern geschaffen wird. Der Aluminium-Film weist eine Trennkante auf, die sich zur Mitte der Öffnung von einer Kante der Gate-Elektrode 5 erstreckt, wodurch die Öffnung der Gate-Elektrode 5 schmal gehalten wird. Ein temperaturbeständiges Metall, wie z. B. Wolfram, Molybdän, Tantal und Niob, welches einen Siliziumgehalt im Bereich von 1 bis 10% aufweist, wird vorbereitet. Das Silizium enthaltende temperaturbeständige Metall wird in vertikaler Richtung zur Oberfläche des Siliziumsubstrats 2 abgelagert. Als Ergebnis bildet sich ein Silizium enthaltender temperaturbeständiger Metallkonus 3 in dem Hohlraum 4 aus und es lagert sich weiter eine temperaturbeständige Metallschicht 8 auf dem Aluminium-Film 7 ab. Die temperaturbeständige Metallschicht 8 weist einen konkaven Abschnitt auf, der konusförming ausgebildet ist und über der Öffnung der Gate-Elektrode und über dem Hohlraum 4 angeordnet ist.
Mit Bezug auf Fig. 3E werden die temperaturbeständige Metallschicht 8 und der Aluminiumfilm 7 zur Freilegung der Gate- Elektrode 5 auf dem Siliziumoxid-Film 5A und des Silizium enthaltenden temperaturbeständigen Metallkonus 3 im Hohlraum 4 entfernt. Der temperaturbeständige Metallkonus 3 dient als eine konusförmige Elektrode.
Mit Bezug auf Fig. 3F wird der Silizium enthaltende temperaturbeständige Metallkonus 3 in einer Trocken- oder Dampfatmosphäre einer Oxidation des Siliziums, welches im temperaturbeständigen Metallkonus 3 enthalten ist, unterzogen, wodurch ein Siliziumoxid-Film 9 auf einer Oberfläche des Silizium enthaltenden temperaturbeständigen Metallkonus 3 ausgebildet wird. Die Oxidationsrate der Oberfläche des Silizium enthaltenden temperaturbeständigen Metallkonus 3 unterscheidet sich beim oberen und unteren Abschnitt des Konus. Da der untere Abschnitt des Silizium enthaltenden temperaturbeständigen Metallkonus 3 ein größeres Volumen als der obere Abschnitt aufweist, ist die Oxidationsrate am unteren Abschnitt niedriger als am oberen Abschnitt. Als Ergebnis weist der Siliziumoxid-Film auf dem oberen Abschnitt des Silizium enthaltenden temperaturbeständigen Metallkonus 3 einer größere Dicke als an dessen unterem Abschnitt auf. Der Neigungswinkel der Übergangsfläche zwischen dem Siliziumoxid-Film 9 und dem Silizium enthaltenden temperaturbeständigen Metallkonus 3 nimmt zum oberen Abschnitt hin zu. Die Oxidation des Siliziums erhöht den Anteil des temperaturbeständigen Metalls und verringert den Siliziumgehalt.
Mit Bezug auf Fig. 3G wird der Siliziumoxid-Film 9 durch Verwendung einer wässrigen Fluorsäure-Lösung entfernt, wodurch ein Silizium enthaltender temperaturbeständiger Metallkonus 3 mit einer umgeformten Oberfläche, welche einen zu dessen oberem Abschnitt zunehmenden Neigungswinkel aufweist. Das obere Ende des Silizium enthaltenden temperaturbeständigen Metallkonus 3, dargestellt in Fig. 3G, ist spitzer zulaufend als das in Fig. 3E dargestellte obere Ende.
Wie oben beschrieben, sind die in den Fig. 3A bis 3E beschriebenen Verfahren die gleichen wie die in den Fig. 2A bis 2E beschriebenen herkömmlichen Verfahren, mit der Ausnahme, daß der Konus 3 aus einem Silizium enthaltenden temperaturbeständigen Metall hergestellt ist. Das Silizium enthaltende temperaturbeständige Metall ermöglicht die Oxidation der Oberfläche des Konus in dem in Fig. 3F dargestellten Verfahren. Die Oxidation der Oberfläche des Silizium enthaltenden temperaturbeständigen Metallkonus 3 wird zur Umformung des Silizium enthaltenden temperaturbeständigen Metallkonus 3 durchgeführt. Der Oxidationsvorgang für die Umformung des Silizium enthaltenden temperaturbeständigen Metallkonus 3 resultiert in einer gewünschten Form der Kathode 3, welche sowohl ein spitz zulaufendes oberes Ende, als auch eine Oberfläche mit einem zum oberen Abschnitt der Kathode hin zunehmenden Neigungswinkel aufweist. Sogar im Falle einer kleinen Verformung der Silizium enthaltenden temperaturbeständigen metallischen Konuselektrode erfolgt durch die Oxidation eine Umformung der Oberfläche der Silizium enthaltenden temperaturbeständigen Metallkonus 3, wodurch die gewünschte Form der Konuselektrode 3 mit sowohl einem spitz zulaufenden oberen Ende, als auch einer Oberfläche, deren Neigungswinkel zum oberen Abschnitt der Elektrode hin zunimmt, erzielt wird. Dies kann in einer hohen Leistung der Feldemissions-Elektronenkanone, welche die konusförmige Feldemissionskaltkathode aufweist, resultieren. Die konusförmige Feldemissionskaltkathode weist einen spitz zulaufenden oberen Abschnitt ohne jegliche Formabweichung auf. Die konusförmige Feldemissionskaltkathode besitzt zudem eine Oberfläche, die zur Zunahme des Neigungswinkels zum oberen Abschnitt der Elektrode hin gekrümmt ist. Der spitz zulaufende obere Abschnitt der Elektrode ist zur Erzielung einer stabilen und erwünschten Elektronenemission geeignet.
Die oben erwähnte Oxidation der Oberfläche der konusförmigen Feldemissionskaltkathode zur Umformung dieser hat zum Ergebnis, daß der temperaturbeständige Metallgehalt im nicht- oxidierten Abschnitt der konusförmigen Feldemissionskaltkathode erhöht wird und der Siliziumgehalt in diesem verringert wird. Dies führt dazu, daß die umgeformte Feldemissionskaltkathode aus einem temperaturbeständigen Metall mit einem niedrigeren Siliziumgehalt hergestellt ist. Dieses temperatur beständige Metall mit einem niedrigeren Siliziumgehalt weist eine relativ niedrige Austrittsarbeit auf, wodurch die gewünschten Elektronenemissionseigenschaften ermöglicht werden.
Während Abänderungen der vorliegenden Erfindung für eine Person mit üblichen Kenntnissen der Technik, zu welcher die Erfindung gehört, offensichtlich sind, sollen die durch Darstellungen gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen keinesfalls in einem einschränkenden Sinn betrachtet werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Feldemissionskaltkathode, welche aus einem Silizium aufweisenden temperaturbeständigen Metall hergestellt ist, durch Umformen einer konusförmigen Elektrode, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß:

- die Oberfläche der konusförmigen Elektrode (3) einer Oxidation des Siliziums, welches im temperaturbeständigen Metall enthalten ist, ausgesetzt ist, wobei die Oxidationsrate zum oberen Ende der konusförmigen Elektrode (3) hin zunimmt und sich dabei ein Siliziumoxid-Film (9) ausbildet, welcher die konusförmige Elektrode (3) überzieht, wobei die Übergangsfläche zwischen dem Siliziumoxid-Film (9) und der konusförmigen Elektrode (3) Neigungswinkel aufweist, welche zum oberen Ende dieser hin zunehmen; und

- der Siliziumoxid-Film (9) entfernt wird und somit eine umgeformte konusförmige Elektrode (3) freigelegt wird; welche ein spitz zulaufendes oberes Ende aufweist, wobei die umgeformte konusförmige Elektrode (3) eine Oberfläche mit Neigungswinkeln, welche zum Ende des spitz zulaufenden oberen Endes hin zunehmen, aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidation in Trockenatmosphäre durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidation in Dampfatmosphäre durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Siliziumoxid-Film (7) mit Hilfe einer wässrigen Fluorsäure- Lösung entfernt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das temperaturbeständige Metall einen Siliziumanteil im Bereich von 1 bis 10% aufweist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das temperaturbeständige Metall aus der Gruppe ausgewählt wird, welche Wolfram, Molybdän, Tantal oder Niob aufweist.