EP1220262B1 - Method of manufacturing a cathode with aligned extraction- and focusing grid - Google Patents
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Definitions
- the present invention generally relates to the realization of self-aligned structures in multilayer devices. It relates more particularly to the realization of a microtip cathode of a flat screen display.
- a microtip flat screen is formed from two glass plates.
- the bottom plate has a micropoint cathode structure, and one or more gate structures.
- the upper plate arranged in operation opposite the bottom plate, has an anode structure.
- the elementary microtips are arranged in various ways, and can be selectively addressed by action on orthogonal cathode and extraction grid lines. Generally, a large number of microtips are addressed simultaneously for each pixel of a screen.
- the top plate comprises a layer, lines or pixels of electroluminescent material or phosphor 3.
- an upper layer corresponds to conductive cathode lines, optionally covered with a resistive material.
- cathode lines On these cathode lines are formed microtips 5 in openings of an extraction grid 6.
- the extraction grid 6 is formed on a first insulating layer 7 formed on the upper surface of cathode 1. It will be said that this surface upper is the upper surface of the system substrate.
- a second insulating layer 8 Above the gate layer 6 is formed a second insulating layer 8 in which rests a second conductive layer 9 corresponding to a focusing grid. In this focusing grid, and in the second insulating layer 8, openings are formed which must be arranged precisely with respect to the openings formed in the extraction grid.
- an object of the present invention is to provide a method of manufacturing structures comprising two metallization levels and openings defined precisely with respect to 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 method applicable to the manufacture of microtip screens.
- 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 layer insulating, first openings being formed in the first metallization level and in the first insulating layer and second openings larger than the first openings being defined in the second metallization level and the second insulating layer.
- This method comprises the steps of forming on the substrate a stack of a first insulating layer, a first metallization level, a second insulating layer and a second metallization level, open in the second metallization level.
- the second insulating layer of the first windows corresponding to the contour of the first openings and the second strip-shaped windows whose outer contour corresponds to the internal contour of the second openings, forming in a masking layer covering the structure of the third windows projecting from the first windows, burn the first level of metallization in the first windows, eliminate the second level of metallization under the masking layer to the inner periphery of the second windows, burn a selected distance the first insulating layer and simultaneously eliminate the second insulating layer inside the cont For second windows, eliminate the masking layer.
- the etchings of the second metallization level, the second insulating layer and the first level of metallization according to the outline of the first windows are vertical anisotropic etchings.
- the first and second metallization levels are in separate materials selectively etchable.
- the material of the first metallization level is niobium and the material of the second level of metallization is chromium.
- each second opening surrounds a first opening.
- each second opening surrounds a group of first openings.
- a stack of layers corresponding successively to the substrate 1, to the first insulating layer 7, to the first metallization level 6, to the second insulating layer 8 is first made. and at the second level of metallization 9.
- a layer of photosensitive material or photoresin 10 is formed on this second level of metallization.
- windows are successively opened in the photoresist layer 10 and in the second level of metallization.
- the etching in the second level of metallization 9 is carried out by any isotropic or anisotropic etching process.
- the windows formed in the layer 10 having, on the one hand, first windows 11 having the shape of the first openings that it is desired to form in the first level of metallization 6, on the other hand, second windows 12 in the form of strip having a desired closed contour whose outer edge corresponds to the inner contour of the second openings which it is desired to form in the second level of metallization 9.
- the openings are extended by etching the second insulating layer 8 by any vertical anisotropic etching process, for example by plasma etching.
- FIG. 3A represents an example of a top view of the structure shown in section in FIG. 3. It can be seen the shape of the first windows 11 and of a second window 12 in the form of a strip. It will be appreciated that the shapes of the various windows shown in this plan view and in the following plan views are only one exemplary embodiment of the present invention.
- the first windows will generally have a circular shape substantially identical to that shown to receive spikes 5, as shown in Figure 1.
- the second windows may have any shape chosen. It may be circular rings concentric to the first windows, each second opening including one and only one opening. It may be as shown by a band surrounding a plurality of first openings. These first openings may be arranged in line, as shown or grouped in any other desired manner. In addition, the contours of the second openings may be chosen to obtain any desired focusing effect.
- the photoresist layer 10 is removed and a second layer of photoresin 20 is deposited, which fills in particular the second windows. Then, we open a third window 22 in this second layer of The third window 22 surrounds each of the first windows or a set of first windows, but does not encroach on the second windows shown in FIGS. 3 and 3A.
- the first level of metallization 6 is opened to thereby form the first desired openings corresponding to the outline first windows.
- FIG. 5A represents an example of a top view of the structure shown in section in FIG. 5.
- An exemplary form of the third window 22 can be seen therein.
- the first level of metallization 9 is first removed by wet etching from its upper surface discovered by the third window and this wet etching is prolonged until laterally all the second level of metallization to the inner contour 2 of the second annular windows.
- a specific wet etching product will be used to etch the second level of metallization and not (or very little) the materials of the first and second insulating layers and the material of the first level of metallization.
- the first and second insulating layers are made of the same material, or at least the materials that can be etched by the same etching product
- a wet etching is carried out to attack these insulating layers. All the 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 by the etching product penetrating into the gap between the second metallization level and the photoresist layer 20. Thus, this second insulating layer 8 is eliminated very rapidly.
- the duration of the engraving is chosen so that the withdrawal d of the first insulating layer 7 relative to the contour of the first opening is of a chosen value.
- the wet etching may be preceded by anisotropic partial etching.
- the second photoresist layer 20 was removed to obtain the desired structure.
- first openings in the first level of metallization 6 have been made, etching in the underlying layer set back by a distance of well determined with respect to this opening, and a second opening in the second level of metallization 9 and the first insulating layer 8 whose distance is perfectly well determined by the single mask used in the step of Figure 2.
- the size of this second opening is determined in particular regardless of any etching operation of the first insulating layer.
- the third mask of FIG. 4 is not critical and that none of the dimensions of the final structure depends on its outline.
- the first and second insulating layers may be silicon oxide, the first niobium metallization level and the second chromium metallization level.
- other materials may be selected and, as previously indicated, other shapes may be used for the second openings in the second level of metallization and the underlying insulating layer.
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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 generally relates to the realization of self-aligned structures in multilayer devices. It relates more particularly to the realization of a microtip cathode of a flat screen display.
Le principe de fonctionnement et le détail de la constitution d'un exemple d'écran à micropointes sont décrits dans le brevet américain 4 940 916 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 detail of the constitution of an example of a microtip screen are described in US Pat. No. 4,940,916 to the Atomic Energy Commission which will be referred to for any general teaching on this type of screen. Usually, a microtip flat screen is formed from two glass plates. The bottom plate has a micropoint cathode structure, and one or more gate structures. The upper plate, arranged in operation opposite the bottom plate, has an anode structure. The elementary microtips are arranged in various ways, and can be selectively addressed by action on orthogonal cathode and extraction grid lines. Generally, a large number of microtips are addressed simultaneously for each pixel of a screen.
La présente description 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 description is aimed more particularly at producing a screen of the type illustrated in FIG. comprises 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 French Patent Application 2,779,271 of the Atomic Energy Commission, are known to form in a self-aligned manner the 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 method of manufacturing structures comprising two metallization levels and openings defined precisely with respect to 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 method applicable to the manufacture of microtip screens.
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 layer insulating, first openings being formed in the first metallization level and in the first insulating layer and second openings larger than the first openings being defined in the second metallization level and the second insulating layer. This method comprises the steps of forming on the substrate a stack of a first insulating layer, a first metallization level, a second insulating layer and a second metallization level, open in the second metallization level. and the second insulating layer of the first windows corresponding to the contour of the first openings and the second strip-shaped windows whose outer contour corresponds to the internal contour of the second openings, forming in a masking layer covering the structure of the third windows projecting from the first windows, burn the first level of metallization in the first windows, eliminate the second level of metallization under the masking layer to the inner periphery of the second windows, burn a selected distance the first insulating layer and simultaneously eliminate the second insulating layer inside the cont For second windows, eliminate 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 one embodiment of the present invention, the etchings of the second metallization level, the second insulating layer and the first level of metallization according to the outline of the first windows are vertical anisotropic etchings.
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 selectively etchable.
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 one embodiment of the present invention, the material of the first metallization level is niobium and the material of the second level of metallization is chromium.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, chaque deuxième ouverture entoure une première ouverture.According to one 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 first 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 :
- la figure 1 représente une vue en coupe schématique d'une structure que vise à réaliser la présente invention ;
- les figures 2 à 8 sont des vues en coupe schématiques illustrant des étapes successives de fabrication d'une structure selon la présente invention ; et
- les figures 3A, 5A et 8A sont des vues de dessus correspondant respectivement aux étapes des figures 3, 5 et 8.
- Figure 1 shows a schematic sectional view of a structure that is intended to achieve the present invention;
- Figures 2 to 8 are schematic sectional views illustrating successive steps of manufacturing a structure according to the present invention; and
- FIGS. 3A, 5A and 8A are top views respectively corresponding to the steps of FIGS. 3, 5 and 8.
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 FIG. 2, to produce a structure according to the present invention, a stack of layers corresponding successively to the
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 the
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 are extended by etching the second
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.FIG. 3A represents an example of a top view of the structure shown in section in FIG. 3. It can be seen the shape 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.At the step illustrated in FIG. 4, the
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 FIG. 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 represents an example of a top view of the structure shown in section in FIG. 5. An exemplary form 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 FIG. 6, the first level of
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.At the step illustrated in FIG. 7, assuming that the first and second insulating layers are made of the same material, or at least the materials that can be etched by the same etching product, a wet etching is carried out to attack these insulating layers. All the part of the second insulating
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, the
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 materials and engraving techniques may be used by those skilled in the art to achieve the desired structure. For example, the first and second insulating layers may be silicon oxide, the first niobium metallization level and the second chromium metallization level. However, other materials may be selected and, as previously indicated, other shapes may be used for the second openings in the second level of metallization and the underlying insulating layer.
Claims (6)
- A method for manufacturing a self-aligned structure including on a substrate (1) a first metallization level (6) separated from the substrate by a first insulating layer (7) and a second metallization level (9) separated from the first metallization level by a second insulating layer (8), first openings being formed in the first metallization level and in the first insulating layer, and second openings, larger than the first ones being defined in the second metallization level and the second insulating layer, characterized in that it includes the steps of:forming on the substrate a piling of a first insulating layer (7), a first metallization level (6), a second insulating layer (8), and a second metallization level (9),opening in the second metallization level and in the second insulating layer first windows (11) corresponding to the contour of the first openings and second strip-shaped windows (12), the external contour of which corresponds to the internal contour of the second openings,forming in a masking layer (20) covering the structure third windows larger than the first windows,etching the first metallization level in the first windows,removing the second metallization level (9) under the masking layer to as far as the internal periphery of the second windows,etching by a chosen distance the first insulating layer (7), and simultaneously removing the second insulating layer (8) within the contour of the second windows, andremoving the masking layer.
- The method of claim 1, characterized in that the etchings of the second metallization level, the second insulating layer, and the first metallization level according to the contour of the first windows are vertical anisotropic etchings.
- The method of claim 1, characterized in that the first and second metallization levels are made of distinct selectively etchable materials.
- The method of claim 3, characterized in that the first metallization level is made of niobium and the second metallization level is made of chromium.
- The method of claim 1, characterized in that each second opening surrounds a first opening.
- The method of claim 1, characterized in that each second opening surrounds a group of first openings.
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