EP1220262A1 - Method of manufacturing a cathode with aligned extraction- and focusing grid - Google Patents
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- H01J9/025—Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes of field emission cathodes
Definitions
- the present invention relates generally to the realization of self-aligned structures in devices multilayers. It relates more particularly to the realization of a microtip cathode of a flat display screen.
- microtip screen The operating principle and the details of the constitution of an example microtip screen are described in U.S. Patent 4,940,216 to the French Energy Commission Atomic to which we will refer for all general education on this type of screen.
- a flat screen with microtips is formed from two glass plates.
- the plaque bottom has a microtip cathode structure, and one or more grid structures.
- the upper plate, arranged in operation opposite the bottom plate carries an anode structure.
- Elementary microdots are arranged in various ways, and can be addressed selectively by action on orthogonal cathode lines and extraction grid. Generally, a large number of microdots are addressed simultaneously for each pixel of a screen.
- the present invention relates more particularly to the production of a screen of the type illustrated in FIG. 1.
- This screen includes a bottom plate or cathode plate 1 and a upper plate or anode plate 2.
- the upper plate includes a layer, lines or pixels of electroluminescent material or phosphor 3.
- an upper layer corresponds to cathode conducting lines, possibly covered with resistive material.
- cathode lines On these cathode lines microdots 5 are formed in openings of a grid 6.
- the extraction grid 6 is formed on a first insulating layer 7 formed on the upper surface of cathode 1. You will say that this upper surface corresponds to the top surface of the system substrate.
- a second insulating layer 8 Above the grid layer 6 is formed a second insulating layer 8 in which a second conductive layer 9 rests corresponding to a focus grid. In this grid of focusing, and in the second insulating layer 8, are formed of openings which must be precisely arranged relative to the openings formed in the extraction grid.
- an object of the present invention is to provide a process for manufacturing structures comprising two metallization levels and defined openings specifies each other in each of these two levels and in the underlying insulating layers.
- a more particular object of the present invention is to provide such a process applicable to the manufacture of screens with microdots.
- the present invention provides a method of manufacturing a structure comprising on a substrate a first metallization level separated from the substrate by a first insulating layer and a second level of metallization separated from the first metallization level by a second insulating layer, first openings being formed in the first metallization level and in the first insulating layer and second openings larger than the first being defined in the second level of metallization and the second insulating layer.
- This process includes the steps of forming on the substrate a stacking of a first insulating layer, of a first level metallization, a second insulating layer and a second level of metallization, open in the second level metallization and the second insulating layer of the first windows corresponding to the outline of the first openings and second strip-shaped windows with a contour external corresponds to the internal contour of the second openings, form in a masking layer covering the structure of third windows protruding from the first windows, etching the first level of metallization in the first windows, eliminate the second level of metallization under the masking layer up to the inner periphery of the second windows, burn from a chosen distance the first insulating layer and simultaneously remove the second layer insulating inside the outline of the second windows, remove the masking layer.
- the engravings of the second level of metallization, of the second insulating layer and the first metallization level according to the outline of the first windows are anisotropic engravings vertical.
- the first and second metallization levels are in separate materials which can be selectively engraved.
- the material of the first metallization level is niobium and the material of the second metallization level is chromium.
- each second opening surrounds a first opening.
- each second opening surrounds a group of firsts openings.
- the windows formed in layer 10 comprising, on the one hand, first windows 11 having the shape of the first openings that we want to form in the first metallization level 6, on the other hand, of the second windows 12 in the form of a strip having a desired closed contour whose edge external corresponds to the internal contour of the second openings that we want to train in the second level of metallization 9.
- Figure 3A shows an example of a top view of the structure shown in section in Figure 3.
- the first windows will usually have a circular shape substantially identical to that shown to receive spikes 5, as shown in the figure 1.
- the second windows can have any shape chosen. They may be concentric circular rings at the first windows, each second opening including a and only one first opening. It could be as it is represented by a band surrounding a plurality of firsts openings. These first openings can be arranged in line, as shown or grouped from any other desired way.
- the contours of the second openings can be chosen to obtain any focusing effect longed for.
- the layer is eliminated of photoresist 10 and a second layer of photoresist is deposited 20 which in particular fills the second windows. Then, we open a third window 22 in this second layer of photoresist 20.
- the third window 22 surrounds each of the first windows or a set of first windows but does not encroach on the second windows illustrated in Figures 3 and 3A.
- step of figure 5 using the mask corresponding to the openings in the second level of metallization 9 and in the first insulating layer 8, we open the first metallization level 6 to thereby form first openings sought corresponding to the outline of first windows.
- FIG. 5A shows an example of a top view of the structure shown in section in Figure 5. We can see a example of the shape of the third window 22.
- wet etching is used to attack these insulating layers.
- the entire part of the second insulating layer 8 located inside the internal contour of the second window is eliminated, both by lateral etching from the opening corresponding to the first window and by vertical etching with the etching product. penetrating into the gap between the second metallization level and the photoresist layer 20.
- This second insulating layer 8 is eliminated very quickly.
- the duration of the etching is chosen so that the shrinkage d of the first insulating layer 7 relative to the contour of the first opening is of a chosen value.
- Wet etching can be preceded by an anisotropic partial etching.
- the first and second layers insulators may be made of silicon oxide, the first level metallization in niobium and the second level of chrome plating.
- other materials may be chosen and, as previously stated others shapes can be used for second openings in the second metallization level and the insulating layer Underlying.
Landscapes
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Abstract
Description
La présente invention concerne de façon générale la réalisation de structures autoalignées dans des dispositifs multicouches. Elle concerne plus particulièrement la réalisation d'une cathode à micropointes d'un écran plat de visualisation.The present invention relates generally to the realization of self-aligned structures in devices multilayers. It relates more particularly to the realization of a microtip cathode of a flat display screen.
Le principe de fonctionnement et le détail de la constitution d'un exemple d'écran à micropointes sont décrits dans le brevet américain 4 940 216 du Commissariat à l'Energie Atomique auquel on se référera pour tout enseignement général sur ce type d'écran. Usuellement, un écran plat à micropointes est formé à partir de deux plaques de verre. La plaque inférieure comporte une structure de cathodes à micropointes, et une ou plusieurs structures de grille. La plaque supérieure, disposée en fonctionnement en regard de la plaque inférieure porte une structure d'anode. Les micropointes élémentaires sont agencées de diverses manières, et peuvent être adressées sélectivement par action sur des lignes orthogonales de cathode et de grille d'extraction. Généralement, un grand nombre de micropointes sont adressées simultanément pour chaque pixel d'un écran.The operating principle and the details of the constitution of an example microtip screen are described in U.S. Patent 4,940,216 to the French Energy Commission Atomic to which we will refer for all general education on this type of screen. Usually a flat screen with microtips is formed from two glass plates. The plaque bottom has a microtip cathode structure, and one or more grid structures. The upper plate, arranged in operation opposite the bottom plate carries an anode structure. Elementary microdots are arranged in various ways, and can be addressed selectively by action on orthogonal cathode lines and extraction grid. Generally, a large number of microdots are addressed simultaneously for each pixel of a screen.
La présente invention vise plus particulièrement la
réalisation d'un écran du type illustré en figure 1. Cet écran
comprend une plaque inférieure ou plaque de cathode 1 et une
plaque supérieure ou plaque d'anode 2. La plaque supérieure
comprend une couche, des lignes ou des pixels de matériau électroluminescent
ou luminophore 3.The present invention relates more particularly to the
production of a screen of the type illustrated in FIG. 1. This screen
includes a bottom plate or
Sur la plaque de cathode 1, une couche supérieure correspond
à des lignes conductrices de cathode, éventuellement
recouvertes d'un matériau résistif. Sur ces lignes de cathode
sont formées des micropointes 5 dans des ouvertures d'une grille
d'extraction 6. La grille d'extraction 6 est formée sur une
première couche isolante 7 formée sur la surface supérieure de
cathode 1. On dira que cette surface supérieure correspond à la
surface supérieure du substrat du système. Au-dessus de la
couche de grille 6 est formée une deuxième couche isolante 8
dans laquelle repose une deuxième couche conductrice 9
correspondant à une grille de focalisation. Dans cette grille de
focalisation, et dans la deuxième couche isolante 8, sont
formées des ouvertures qui doivent être disposées avec précision
par rapport aux ouvertures formées dans la grille d'extraction.On the
Divers procédés, décrits par exemple dans la demande
de brevet français 2 779 271 du Commissariat à l'Energie
Atomique, sont connus pour former de façon autoalignée les
ouvertures dans les deux niveaux de métal 6 et 9 et dans les
couches isolantes 7 et 8. Néanmoins, il s'avère en pratique que
ces procédés sont ou bien imprécis ou bien difficiles à mettre
en oeuvre. De plus ces procédés ne permettent pas toujours de
régler indépendamment et avec précision le retrait de la gravure
de la première couche isolante par rapport à la première couche
conductrice et le retrait de la gravure de la deuxième couche
conductrice par rapport à la première couche conductrice.Various processes, described for example in the application
French Patent 2,779,271 to the French Commissariat à l'Energie
Atomic, are known to form self-aligned
openings in the two
Ainsi, un objet de la présente invention est de prévoir un procédé de fabrication de structures comprenant deux niveaux de métallisation et des ouvertures définies de façon précise les unes par rapport aux autres dans chacun de ces deux niveaux et dans les couches isolantes sous-jacentes. Thus, an object of the present invention is to provide a process for manufacturing structures comprising two metallization levels and defined openings specifies each other in each of these two levels and in the underlying insulating layers.
Un objet plus particulier de la présente invention est de prévoir un tel procédé applicable à la fabrication d'écrans à micropointes.A more particular object of the present invention is to provide such a process applicable to the manufacture of screens with microdots.
Pour atteindre ces objets, la présente invention prévoit un procédé de fabrication d'une structure comprenant sur un substrat un premier niveau de métallisation séparé du substrat par une première couche isolante et un deuxième niveau de métallisation séparé du premier niveau de métallisation par une deuxième couche isolante, des premières ouvertures étant formées dans le premier niveau de métallisation et dans la première couche isolante et des deuxièmes ouvertures plus grandes que les premières étant définies dans le deuxième niveau de métallisation et la deuxième couche isolante. Ce procédé comprend les étapes consistant à former sur le substrat un empilement d'une première couche isolante, d'un premier niveau de métallisation, d'une deuxième couche isolante et d'un deuxième niveau de métallisation, ouvrir dans le deuxième niveau de métallisation et la deuxième couche isolante des premières fenêtres correspondant au contour des premières ouvertures et des deuxièmes fenêtres en forme de bandes dont le contour externe correspond au contour interne des deuxièmes ouvertures, former dans une couche de masquage recouvrant la structure des troisièmes fenêtres débordant par rapport aux premières fenêtres, graver le premier niveau de métallisation dans les premières fenêtres, éliminer le deuxième niveau de métallisation sous la couche de masquage jusqu'à la périphérie interne des deuxièmes fenêtres, graver d'une distance choisie la première couche isolante et éliminer simultanément la deuxième couche isolante à l'intérieur du contour des deuxièmes fenêtres, éliminer la couche de masquage.To achieve these objects, the present invention provides a method of manufacturing a structure comprising on a substrate a first metallization level separated from the substrate by a first insulating layer and a second level of metallization separated from the first metallization level by a second insulating layer, first openings being formed in the first metallization level and in the first insulating layer and second openings larger than the first being defined in the second level of metallization and the second insulating layer. This process includes the steps of forming on the substrate a stacking of a first insulating layer, of a first level metallization, a second insulating layer and a second level of metallization, open in the second level metallization and the second insulating layer of the first windows corresponding to the outline of the first openings and second strip-shaped windows with a contour external corresponds to the internal contour of the second openings, form in a masking layer covering the structure of third windows protruding from the first windows, etching the first level of metallization in the first windows, eliminate the second level of metallization under the masking layer up to the inner periphery of the second windows, burn from a chosen distance the first insulating layer and simultaneously remove the second layer insulating inside the outline of the second windows, remove the masking layer.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, les gravures du deuxième niveau de métallisation, de la deuxième couche isolante et du premier niveau de métallisation selon le contour des premières fenêtres sont des gravures anisotropes verticales. According to an embodiment of the present invention, the engravings of the second level of metallization, of the second insulating layer and the first metallization level according to the outline of the first windows are anisotropic engravings vertical.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, les premier et deuxième niveaux de métallisation sont en des matériaux distincts gravables sélectivement.According to an embodiment of the present invention, the first and second metallization levels are in separate materials which can be selectively engraved.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le matériau du premier niveau de métallisation est du niobium et le matériau du deuxième niveau de métallisation est du chrome.According to an embodiment of the present invention, the material of the first metallization level is niobium and the material of the second metallization level is chromium.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, chaque deuxième ouverture entoure une première ouverture.According to an embodiment of the present invention, each second opening surrounds a first opening.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, chaque deuxième ouverture entoure un groupe de premières ouvertures.According to an embodiment of the present invention, each second opening surrounds a group of firsts openings.
Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que
d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans
la description suivante de modes de réalisation particuliers
faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes
parmi lesquelles :
Comme le représente la figure 2, pour réaliser une
structure selon la présente invention, on commence par réaliser
un empilement de couches correspondant successivement au
substrat 1, à la première couche isolante 7, au premier niveau
de métallisation 6, à la deuxième couche isolante 8, et au
deuxième niveau de métallisation 9. Sur ce deuxième niveau de
métallisation, on forme une couche de matériau photosensible ou
photorésine 10. Ensuite, par photolithogravure, on ouvre successivement
des fenêtres dans la couche de photorésine 10 et dans
le deuxième niveau de métallisation 9. La gravure dans le
deuxième niveau de métallisation 9 est réalisée par tout procédé
de gravure isotrope ou anisotrope. As shown in Figure 2, to achieve a
structure according to the present invention, we begin by making
a stack of layers corresponding successively to
Les fenêtres formées dans la couche 10 comportant,
d'une part, des premières fenêtres 11 ayant la forme des premières
ouvertures que l'on souhaite former dans le premier
niveau de métallisation 6, d'autre part, des deuxièmes fenêtres
12 en forme de bande ayant un contour fermé désiré dont le bord
externe correspond au contour interne des deuxièmes ouvertures
que l'on souhaite former dans le deuxième niveau de
métallisation 9.The windows formed in
A l'étape illustrée en figure 3, on prolonge les
ouvertures en procédant à une gravure de la deuxième couche
isolante 8, par tout procédé de gravure anisotrope vertical, par
exemple par attaque plasma.In the step illustrated in FIG. 3, the
openings by etching the
La figure 3A représente un exemple de vue de dessus de
la structure représentée en coupe en figure 3. On peut y voir la
forme des premières fenêtres 11 et d'une deuxième fenêtre 12 en
forme de bande. On notera que les formes des diverses fenêtres
représentées dans cette vue de dessus et dans les vues de dessus
suivantes ne constituent qu'un exemple de réalisation de la
présente invention. Les premières fenêtres auront généralement
une forme circulaire sensiblement identique à celle représentée
pour recevoir des pointes 5, comme cela est représenté en figure
1. Par contre, les deuxièmes fenêtres pourront avoir toute forme
choisie. Il pourra s'agir d'anneaux circulaires concentriques
aux premières fenêtres, chaque deuxième ouverture incluant une
et une seule première ouverture. Il pourra s'agir comme cela est
représenté d'une bande entourant une pluralité de premières
ouvertures. Ces premières ouvertures pourront être disposées en
ligne, comme cela est représenté ou groupées de toute autre
manière désirée. De plus, les contours des deuxièmes ouvertures
pourront être choisis pour obtenir tout effet de focalisation
désiré.Figure 3A shows an example of a top view of
the structure shown in section in Figure 3. You can see the
form of the
A l'étape illustrée en figure 4, on élimine la couche
de photorésine 10 et l'on dépose une deuxième couche de photorésine
20 qui remplit notamment les deuxièmes fenêtres. Ensuite,
on ouvre une troisième fenêtre 22 dans cette deuxième couche de
photorésine 20. La troisième fenêtre 22 entoure chacune des
premières fenêtres ou un ensemble de premières fenêtres, mais
n'empiète pas sur les deuxièmes fenêtres illustrées en figures 3
et 3A.In the step illustrated in FIG. 4, the layer is eliminated
of
A l'étape de la figure 5, en utilisant le masque
correspondant aux ouvertures dans le deuxième niveau de
métallisation 9 et dans la première couche isolante 8, on ouvre
le première niveau de métallisation 6 pour y former ainsi des
premières ouvertures recherchées correspondant au contour des
premières fenêtres.In the step of figure 5, using the mask
corresponding to the openings in the second level of
La figure 5A représente un exemple de vue de dessus de
la structure représentée en coupe en figure 5. On peut y voir un
exemple de forme de la troisième fenêtre 22.FIG. 5A shows an example of a top view of
the structure shown in section in Figure 5. We can see a
example of the shape of the
A l'étape illustrée à la figure 6, on commence par
éliminer par gravure humide le deuxième niveau de métallisation
9 à partir de sa surface supérieure découverte par la troisième
fenêtre et l'on prolonge cette gravure humide jusqu'à éliminer
latéralement tout le deuxième niveau de métallisation jusqu'au
contour interne 2 des deuxièmes fenêtres annulaires. On
utilisera un produit de gravure humide spécifique permettant de
graver le deuxième niveau de métallisation et pas (ou très peu)
les matériaux des première et deuxième couches isolantes et le
matériau du premier niveau de métallisation.In the step illustrated in Figure 6, we start with
remove the second metallization level by
A l'étape illustrée à la figure 7, en supposant que
les première et deuxième couches isolantes sont en un même
matériau, ou du moins en des matériaux gravables par un même
produit de gravure, on procède à une gravure humide permettant
d'attaquer ces couches isolantes. Toute la partie de la deuxième
couche isolante 8 située à l'intérieur du contour interne de la
deuxième fenêtre est éliminée, à la fois par gravure latérale à
partir de l'ouverture correspondant à la première fenêtre et par
gravure verticale par le produit de gravure pénétrant dans
l'interstice entre le deuxième niveau de métallisation et la
couche de photorésine 20. Ainsi, cette deuxième couche isolante
8 est éliminée très rapidement. La durée de la gravure est
choisie pour que le retrait d de la première couche isolante 7
par rapport au contour de la première ouverture soit d'une
valeur choisie. La gravure humide peut être précédée d'une
gravure partielle anisotrope.In the step illustrated in FIG. 7, assuming that the first and second insulating layers are made of the same material, or at least of materials that can be etched by the same etching product, wet etching is used to attack these insulating layers. The entire part of the second
Enfin, à l'étape illustrée en figure 8, on a éliminé
la deuxième couche de photorésine 20 pour obtenir la structure
recherchée. Ainsi, comme le représentent la figure 8 en vue en
coupe et la figure 8A en vue de dessus, on a réalisé des premières
ouvertures dans le premier niveau de métallisation 6, une
gravure dans la couche sous-jacente en retrait d'une distance d
bien déterminée par rapport à cette ouverture, et une deuxième
ouverture dans le deuxième niveau de métallisation 9 et la première
couche isolante 8 dont la distance est parfaitement bien
déterminée par le masque unique utilisé à l'étape de la figure
2. La dimension de cette deuxième ouverture est déterminée
notamment indépendamment de toute opération de gravure de la
première couche isolante. On notera que le troisième masque de
la figure 4 ne présente aucun caractère critique et qu'aucune
des dimensions de la structure finale ne dépend de son contour.Finally, in the step illustrated in FIG. 8, we eliminated
the second layer of
Divers matériaux et techniques de gravure pourront être utilisés par l'homme de l'art pour réaliser la structure recherchée. Par exemple, les première et deuxième couches isolantes pourront être en oxyde de silicium, le premier niveau de métallisation en niobium et le deuxième niveau de métallisation en chrome. Toutefois, d'autres matériaux pourront être choisis et, comme on l'a indiqué précédemment d'autres formes pourront être utilisées pour les deuxièmes ouvertures dans le deuxième niveau de métallisation et la couche isolante sous-jacente.Various engraving materials and techniques may be used by those skilled in the art to realize the structure sought. For example, the first and second layers insulators may be made of silicon oxide, the first level metallization in niobium and the second level of chrome plating. However, other materials may be chosen and, as previously stated others shapes can be used for second openings in the second metallization level and the insulating layer Underlying.
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