FR2744565A1 - Procede de fabrication d'une cathode froide a emission de champ - Google Patents
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Abstract
Un procédé est proposé pour une utilisation lors de la fabrication d'une cathode froide comprenant un émetteur à angles vifs ayant un bout à angles vifs qui est formé sur un substrat en silicium 1b. Le procédé comprend une première étape de formation d'un émetteur intermédiaire sur le substrat en silicium. L'émetteur intermédiaire a une première et une deuxième zones d'émission (33, 34). La deuxième zone d'émission est placée sous la première zone d'émission et a une largeur (diamètre) supérieure à celle de la première zone d'émission. Le procédé comprend en outre une deuxième étape de traitement, travaillant par oxydation, de l'émetteur intermédiaire dans l'émetteur à angles vifs.
Description
PROCEDE DE FABRICATION D'UNE CATHODE FROIDE
A EMISSION DE CHAMP
DESCRIPTION
Contexte de l'invention
La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une cathode froide pour une émission de champ, plus particulièrement elle concerne un procédé de fabrication d'une cathode froide ayant un émetteur à angles vifs.
A EMISSION DE CHAMP
DESCRIPTION
Contexte de l'invention
La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une cathode froide pour une émission de champ, plus particulièrement elle concerne un procédé de fabrication d'une cathode froide ayant un émetteur à angles vifs.
En général, il est connu qu'une cathode froide comporte un émetteur qui émet des électrons par un effet de champ. La cathode froide peut être utilisée dans un dispositif clé opérant dans des éléments micro-électroniques travaillant sous vide.
Lors de la fabrication de la cathode froide, du silicium est utilisé, étant donné que des motifs fins peuvent être facilement formés avec une grande précision. Un procédé classique est décrit dans la publication de brevet japonais Tokkai Hei 5-94762 (94762/1993).
Le procédé classique comprend une étape consistant à graver un substrat en silicium par une gravure isotrope, afin de former un émetteur à angles vifs sur le substrat en silicium. L'émetteur à angles vifs a une forme conique. Dans la mesure où la gravure isotrope est utilisée dans le procédé classique, lors de la formation de l'émetteur à angles vifs sur le substrat en silicium, il s'avère difficile de maîtriser le temps de gravure permettant d'obtenir un émetteur à angles vifs dans le procédé classique. Pour faciliter la commande du temps de gravure pour l'émetteur à angles vifs, un procédé amélioré est décrit dans la publication de brevet japonais Tokkai
Hei 3-95829 (95829/1991) et il va lui être fait référence à titre de premier procédé classique.
Hei 3-95829 (95829/1991) et il va lui être fait référence à titre de premier procédé classique.
L'oxydation est utilisée, dans le premier procédé classique, lors de la formation de l'émetteur à angles vifs sur le substrat en silicium.
En outre, un autre procédé amélioré est décrit dans "New Structure Si Field Emitter Arrays with Low
Operation Voltage", qui est publié dans International
Electron Device Meeting (IEDM), 1994, pages 23 à 26 et auquel on va faire référence à titre de deuxième procédé classique. La gravure anisotrope est utilisée dans le deuxième procédé classique lors de la formation de l'émetteur à angles vifs sur le substrat en silicium.
Operation Voltage", qui est publié dans International
Electron Device Meeting (IEDM), 1994, pages 23 à 26 et auquel on va faire référence à titre de deuxième procédé classique. La gravure anisotrope est utilisée dans le deuxième procédé classique lors de la formation de l'émetteur à angles vifs sur le substrat en silicium.
Cependant, il est difficile de faire en sorte que la forme vive de l'émetteur soit bonne dans le premier procédé classique, dans la mesure où l'oxydation est utilisée, dans le premier procédé classique, lors du formage de l'émetteur à angles vifs sur le substrat en silicium. En outre, il s'avère difficile de maîtriser la hauteur de l'émetteur à angles vifs avec une précision élevée, dans le premier procédé classique.
Il s'ensuit qu'il est difficile de former de façon stable l'émetteur à angles vifs sur le substrat en silicium, lorsque l'on utilise le premier procédé classique.
De manière analogue, il s'avère difficile de stabiliser la forme de l'émetteur à angles vifs sur le substrat en silicium lorsque l'on utilise le deuxième procédé classique, comme ceci va être décrit ci-après.
Résumé de l'invention
Par conséquent, un objet de la présente invention est de proposer un procédé qui soit capable de former de façon stable un émetteur à angles vifs sur un substrat en silicium lors de la fabrication d'une cathode froide.
Par conséquent, un objet de la présente invention est de proposer un procédé qui soit capable de former de façon stable un émetteur à angles vifs sur un substrat en silicium lors de la fabrication d'une cathode froide.
D'autres objets de la présente invention vont devenir évidents au fur et à mesure de la lecture de la description.
Selon la présente invention, il est proposé un procédé de fabrication d'une cathode froide comprenant un émetteur à angles vifs ayant un bout à angles vifs, formé sur un substrat en silicium. Le procédé comprend une première étape de formation d'un émetteur intermédiaire sur le substrat en silicium. L'émetteur intermédiaire a une première partie émettrice et deuxième partie émettrice positionnée sous la première partie émettrice. La deuxième partie émettrice a un diamètre ou largeur plus grand(e) que celui (celle) de la première partie émettrice. Le procédé comprend en outre une seconde étape de traitement de l'émetteur intermédiaire, travaillant par oxydation, pour donner l'émetteur à angles vifs.
Brève description des dessins
D'autres aspects et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, faite à titre non limitatif et à l'aide des dessins, sur lesquels les figures 1A à 1F illustrent un processus visant à
décrire un premier procédé
classique de fabrication d'une
cathode froide; les figures 2A à 2F illustrent un processus visant à
décrire un deuxième procédé
classique de fabrication d'une
cathode froide; les figures 3A et 3B sont des vues en coupe illustrant
la cathode froide fabriquée par le
procédé illustré sur les figures
2A à 2F; les figures 4A à 4H illustrent un processus visant à
décrire un procédé de fabrication
d'une cathode froide selon un
premier mode de réalisation de
cette invention; les figures SA à 5D illustrent un processus visant à
décrire un procédé de fabrication
d'une cathode froide selon un
deuxième mode de réalisation de la
présente invention; et les figures 6A à 6H illustrent un processus visant à
- décrire un procédé de fabrication
d'une cathode froide selon un
troisième mode de réalisation de
la présente invention.
D'autres aspects et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, faite à titre non limitatif et à l'aide des dessins, sur lesquels les figures 1A à 1F illustrent un processus visant à
décrire un premier procédé
classique de fabrication d'une
cathode froide; les figures 2A à 2F illustrent un processus visant à
décrire un deuxième procédé
classique de fabrication d'une
cathode froide; les figures 3A et 3B sont des vues en coupe illustrant
la cathode froide fabriquée par le
procédé illustré sur les figures
2A à 2F; les figures 4A à 4H illustrent un processus visant à
décrire un procédé de fabrication
d'une cathode froide selon un
premier mode de réalisation de
cette invention; les figures SA à 5D illustrent un processus visant à
décrire un procédé de fabrication
d'une cathode froide selon un
deuxième mode de réalisation de la
présente invention; et les figures 6A à 6H illustrent un processus visant à
- décrire un procédé de fabrication
d'une cathode froide selon un
troisième mode de réalisation de
la présente invention.
Description des modes de réalisation préférés
En se référant aux figures 1A à 1F, on va d'abord faire une description concernant un premier procédé de fabrication classique d'une cathode froide. Lorsqu'on fabrique une cathode froide, un substrat en silicium 1 de type n est préparé ayant une surface avant et une surface arrière, dirigée respectivement vers le haut et vers le bas sur la figure 1A. En utilisant un procédé de métallisation chimique sous vide (CVD), un film de nitrure 2 est déposé sur la surface avant du substrat en silicium 1, jusqu'à l'épaisseur d'environ 0,5 pm (figure 1A). En effectuant une gravure ionique, le film de nitrure 2 est gravé, donnant un film de nitrure gravé 2a qui a une hauteur (épaisseur) d'environ 0,5 pirti comme représenté sur la figure 1B. Le film de nitrure gravé 2a peut avoir un diamètre ou une largeur d'environ 1 pm. En effectuant une oxydation thermique, le substrat en silicium 1 est oxydé à une température d'environ 1000"C, de manière à former un film d'oxyde 5. Le film d'oxyde 5 a une épaisseur d'environ 0,5 pm sur une zone n'ayant pas de film de nitrure. Comme représenté sur la figure 1C, une partie émettrice 3a de forme conique est formée sous le film de nitrure gravé 2a, à cette étape.
En se référant aux figures 1A à 1F, on va d'abord faire une description concernant un premier procédé de fabrication classique d'une cathode froide. Lorsqu'on fabrique une cathode froide, un substrat en silicium 1 de type n est préparé ayant une surface avant et une surface arrière, dirigée respectivement vers le haut et vers le bas sur la figure 1A. En utilisant un procédé de métallisation chimique sous vide (CVD), un film de nitrure 2 est déposé sur la surface avant du substrat en silicium 1, jusqu'à l'épaisseur d'environ 0,5 pm (figure 1A). En effectuant une gravure ionique, le film de nitrure 2 est gravé, donnant un film de nitrure gravé 2a qui a une hauteur (épaisseur) d'environ 0,5 pirti comme représenté sur la figure 1B. Le film de nitrure gravé 2a peut avoir un diamètre ou une largeur d'environ 1 pm. En effectuant une oxydation thermique, le substrat en silicium 1 est oxydé à une température d'environ 1000"C, de manière à former un film d'oxyde 5. Le film d'oxyde 5 a une épaisseur d'environ 0,5 pm sur une zone n'ayant pas de film de nitrure. Comme représenté sur la figure 1C, une partie émettrice 3a de forme conique est formée sous le film de nitrure gravé 2a, à cette étape.
En effectuant une métallisation sous vide, des films d'électrode métallique 6 et 61 sont déposés sur le film d'oxyde 5 et le film de nitrure gravé 2a, respectivement, comme représenté sur la figure 1D.
Chacun des films d'électrode métalliques 6 et 61 a une épaisseur d'environ 100 nm et peut être constitué de
Mo. En utilisant la métallisation sous vide, il est possible de séparer le film d'électrode métallique 61 vis-à-vis du film d'électrode métallique 6. En utilisant un agent gravant tel que de l'acide phosphorique, le film de nitrure gravé 2a est enlevé du substrat de silicium 1, comme représenté sur la figure 1E. Le film d'électrode métallique 61 est enlevé au moment du retrait vis-à-vis du substrat en silicium 1. Comme représenté sur la figure 1F, le film d'oxyde 5 se trouvant autour de l'émetteur 3 est enlevé par un agent gravant tel que de l'acide fluorhydrique, de manière à exposer l'émetteur 3.
Mo. En utilisant la métallisation sous vide, il est possible de séparer le film d'électrode métallique 61 vis-à-vis du film d'électrode métallique 6. En utilisant un agent gravant tel que de l'acide phosphorique, le film de nitrure gravé 2a est enlevé du substrat de silicium 1, comme représenté sur la figure 1E. Le film d'électrode métallique 61 est enlevé au moment du retrait vis-à-vis du substrat en silicium 1. Comme représenté sur la figure 1F, le film d'oxyde 5 se trouvant autour de l'émetteur 3 est enlevé par un agent gravant tel que de l'acide fluorhydrique, de manière à exposer l'émetteur 3.
De cette manière, la cathode froide destinée à une émission de champ est constituée d'une pluralité d'émetteurs, bien qu'un seul émetteur ait été représenté sur les figures 1A à 1F. Pour faire fonctionner la cathode froide à une faible tension, en ayant une bonne capacité de commande et une caractéristique d'émission de champ élevé, il est nécessaire d'augmenter le nombre des émetteurs et d'augmenter de façon uniforme l'intensité du champ aux bouts des émetteurs.
Pour augmenter l'intensité du champ aux bouts des émetteurs, il est efficace de raccourcir la distance que l'on a entre chaque émetteur et chaque grille. En outre, il est efficace de donner des angles vifs aux bouts de chaque émetteur et de faire en sorte que chaque émetteur soit plus haut que la surface inférieure du film d'électrode métallique qui est utilisé comme grille. Spécifiquement, il est nécessaire de donner à l'émetteur des angles vifs et de maîtriser avec précision la hauteur de l'émetteur.
Dans la mesure où les émetteurs sont formés par oxydation, dans le premier procédé classique, il est possible de former de façon uniforme les émetteurs, ceci avec une capacité de commande élevée, en comparaison de ce que donne une gravure isotrope.
Cependant, la hauteur de chaque émetteur est déterminée par l'épaisseur du film d'oxyde 5 et le film d'oxyde 5 est utilisé comme film isolant pour le film d'électrode métallique 6 dans le premier procédé classique. Il en résulte que le bout de chaque émetteur est positionné sous le film isolant. I1 est impossible de rendre chaque émetteur plus haut que le film d'électrode métallique 6 prévu pour la grille dans le premier procédé classique.
En outre, il est difficile d'oxyder le silicium juste sous le film de nitrure 2a qui peut être un film de résistance à l'oxydation. Il s'ensuit que le silicium reste à titre de silicium résiduel juste audessous du film de nitrure 2a dans le premier procédé classique, dans la mesure où il est difficile d'effectuer l'oxydation en direction transversale, parallèlement à la surface arrière du substrat en silicium 1. Il s'ensuit que la hauteur de chaque émetteur est en outre encore réduite dans le premier procédé classique. Par conséquent, il est impossible de rendre grand le champ électrique au bout de chaque émetteur, dans la mesure où le bout de chaque émetteur est positionné sous le film d'électrode métallique 6 destiné a la grille.
En plus, la hauteur de chaque émetteur est déterminée par l'épaisseur du film d'oxyde 5 qui est déterminée par la largeur (diamètre) du film de nitrure 2a utilisé comme masque. Par exemple, l'épaisseur du film d'oxyde 5 est à peu près égale à la moitié de. la largeur (du diamètre) du film de nitrure 2a. Plus particulièrement, il est nécessaire de former le film de nitrure 2a avec un diamètre d'environ 2 pm lors de la formation de l'émetteur d'une hauteur d'environ 1 llm. Lors de la formation d'un émetteur de hauteur d'environ 0,5 llm, il est nécessaire de former le film de nitrure 2a ayant un diamètre d'environ 1 pm.
Comme ceci va être facilement compris à partir de la description, il est nécessaire d'établir entre les émetteurs un pas qui soit au moins le double de la hauteur de chaque émetteur. Il s'ensuit qu'il est difficile d'augmenter le nombre des émetteurs que l'on a dans la cathode froide dans le premier procédé classique.
En se référant aux figures 2A à 2F, une description va être faite concernant le deuxième procédé de fabrication classique de cathode froide.
Lors de la fabrication de la cathode froide, le substrat en silicium 1 de type n est préparé, avec la surface avant et la surface arrière dirigées respectivement vers le haut et vers la bas sur la figure 2A. Le substrat en silicium 1 est oxydé par oxydation thermique de manière à former un film d'oxyde 21 sur le substrat en silicium 1, d'épaisseur d'environ 0,5 pn (figure 2A). Après avoir formé un masque de réserve (non représenté) sur une zone prédéterminée du film d'oxyde 21, le film d'oxyde 21 est enlevé sélectivement, afin de former un motif de film d'oxyde 21a. Après enlèvement du masque de réserve, le substrat en silicium 1 est gravé en donnant un substrat de silicium gravé la en utilisant une gravure anisotrope par utilisation du motif de film d'oxyde 21a comme masque, pour former une zone 31 en saillie, comme représenté sur la figure 2B.
En utilisant le motif de film d'oxyde 21a comme masque, le substrat en silicium gravé la est l'objet d'une gravure supplémentaire pour donner un substrat de silicium à gravure supplémentaire lb par utilisation d'un agent gravant chimique anisotrope, tel que de l'éthylènediamine-pyrocathéchol-eau (EPW), comme représenté sur la figure 2C. A cette étape, la vitesse de gravure devient faible dans la direction du plan (331). I1 s'ensuit que la zone en saillie 31 a une partie étranglée 31a, comme représenté sur la figure 2C.
La partie en saillie 31 comprend une zone émettrice 32a à angles vifs, comportant la partie étranglée 31a, et une zone émettrice 32b de base, positionnée sous la zone émettrice 32a à angles vifs.
La largeur (le diamètre) de la zone émettrice 32a à angles vifs n'est pas plus grande que celle du film d'oxyde gravé 21a. De manière analogue, la largeur (diamètre) de la zone émettrice 32b de base n'est pas plus grande que celle du film d'oxyde gravé 21a. Une partie de liaison 32c existe entre la zone émettrice 32a à angles vifs et la zone émettrice 32b de base. La partie de liaison 32c a un angle prédéterminé.
Après que le substrat en silicium gravé la a été gravé par un traitement de gravure anisotrope pour donner le substrat en silicium à gravure supplémentaire lb par utilisation du film d'oxyde à motifs 21a, comme décrit ci-dessus, une oxydation thermique est effectuée jusqu'à ce qu'une forme en bout à angles vifs ait été obtenue sur la zone en saillie 31. Plus spécifiquement, le substrat en silicium à gravure supplémentaire lb est oxydé par oxydation thermique, jusqu'à ce que la zone en saillie 31 ait un émetteur 3 comportant un bout à angles vifs, comme représenté sur la figure 2D. Dans ce cas, un film d'oxyde 51 est formé sur le substrat en silicium à gravure supplémentaire lb, l'émetteur 3 et le silicium 11 qui reste à titre de silicium résiduel au-dessus de l'émetteur, sans oxydation. Le film d'oxyde 51 peut avoir par exemple une épaisseur d'environ 0,1 um.
En utilisant une métallisation sous vide, des films d'oxyde 52 et 52a sont déposés sur le film d'oxyde à motifs 21a et le film d'oxyde 51, respectivement. Chacun des films d'oxyde 52 et 52a a une épaisseur d'environ 0,4 um. En outre, les films d'oxyde métallique 6 et 61 sont déposés sur les films d'oxyde 52 et 52a, respectivement, comme représenté sur la figure 2E. Chacun des films d'électrode métallique 6 et 61 peuvent être composés de Nb et avoir une épaisseur d'environ 0,2 um.
Une gravure est effectuée en utilisant de l'acide fluorhydrique de manière à enlever le film d'oxyde à motifs 21a et à enlever partiellement le film d'oxyde 51 autour de l'émetteur 3. Dans ce cas, le silicium résiduel 11 et le film d'électrode métallique 61 se trouvant au-dessus de l'émetteur 3 sont enlevés par pelage-décollement, comme représenté sur la figure 2F. Il en résulte que la cathode froide est fabriquée, comprenant l'émetteur à angles vifs 3 ayant le bout à angles vifs.
Dans le deuxième procédé classique, il est facile de maîtriser la hauteur de l'émetteur dans la mesure où l'étape de gravure du silicium est effectuée en réglant la hauteur de l'émetteur comme décrit ci-dessus. I1 en résulte qu'il est possible de rendre l'émetteur plus haut que le film d'électrode métallique prévu pour la grille. En outre, il est possible de diminuer la taille du masque en comparaison de ce que l'on obtient avec le premier procédé classique.
Cependant, il est difficile de déterminer un point final de gravure dans le deuxième procédé classique, dans la mesure où le bout de l'émetteur est rendu vif en effectuant une gravure par voie humide.
De manière correspondante, il est difficile, pour le deuxième procédé classique, d'avoir une bonne possibilité de contrôle concernant la réalisation des angles vifs sur le bout de l'émetteur.
En plus, le silicium subsiste à titre de silicium résiduel au-dessus de l'émetteur dans le deuxième procédé classique, tel que décrit ci-dessus. Pour éliminer le silicium résiduel, il est nécessaire d'effectuer le pelage-décollement en exposant l'émetteur. Même si le pelage-décollement est effectué, du silicium résiduel 11 subsiste en faible quantité, entre l'émetteur 3 et le film isolant (films d'oxyde 51 et 52a) et le film d'électrode métallique 6 qui est utilisé comme grille. I1 en résulte qu'un courant de fuite se produit entre l'émetteur et la grille.
En outre, le deuxième procédé classique fait utilisation du film d'oxyde gravé 21a comme masque lors de l'ajustement de la hauteur de l'émetteur par une gravure par voie sèche. Le film d'oxyde gravé 21a est également utilisé comme masque dans la gravure par voie humide, anisotrope. I1 est supposé que la partie étranglée 31a a un diamètre d'étranglement dans la zone émettrice 32a à angles vifs et que la zone émettrice de base 32b a un diamètre de base. La différence de diamètre va être appelée différence entre le diamètre d'étranglement et le diamètre de base. Dans le deuxième procédé classique, il est impossible d'obtenir une grande valeur pour la différence de diamètre. Dans ce cas, l'émetteur devient fin sous le film d'oxyde thermique, si bien que l'émetteur se rompra facilement lorsque l'épaisseur du film d'oxyde thermique, fortement isolant, devient grande lors de la formation de l'émetteur.
En se référant aux figures 3A et 3B, l'oxydation va être décrite, telle qu'effectuée lors de l'avivage des angles de l'émetteur dans le deuxième procédé classique. La figure 3A est destinée à représenter à plus grande échelle la figure 2C et à illustrer la forme telle qu'elle se présente avant l'oxydation.
Lorsque l'oxydation est effectuée dans les conditions illustrées sur la figure 3A, l'oxydation devient faible dans la partie de liaison 32c. Enfin, l'émetteur 3 devient fin au-dessous de la partie de liaison 32c, comme représenté sur la figure 3B. Il en résulte que l'émetteur 3 se casse facilement dans la zone émettrice 32b de base, dans laquelle le film d'oxyde 51 a une grande épaisseur.
Comme on le comprendra facilement à la lecture de la description mentionnée ci-dessus, l'épaisseur du film d'oxyde 51 est restreinte, étant formé par une oxydation thermique a effet fortement isolant dans le deuxième procédé classique. Pour assurer l'existence d'une isolation au-dessous de l'électrode métallique de grille, le film d'oxyde 52a est déposé par métallisation .sous vide. Le film d'oxyde 52a, ayant été déposé par un procédé de métallisation sous vide, a une capacité d'isolation inférieure à celle du film d'oxyde thermique 51. De manière correspondante, il est nécessaire d'obtenir une grande épaisseur pour le film d'oxyde 52a. I1 en résulte qu'il est difficile de donner à la cathode froide une petite taille.
En se référant aux figures 4A à 4H, la description va débuter en prenant un premier mode de réalisation d'un procédé de fabrication d'une cathode froide selon la présente invention Lors de la fabrication de la cathode froide, un substrat en silicium 1 de type n est préparé ayant une surface avant et une surface arrière dirigées vers le haut et vers le bas sur la figure 4A, respectivement. Par une métallisation chimique sous vide (CVD), un film de nitrure 2 est déposé sur la surface avant du substrat en silicium 1 en une épaisseur d'environ 100 nm (figure 4A). Ensuite, la gravure est effectuée en utilisant une réserve (non représentée) comme masque pour graver le film de nitrure 2 et donner un film de nitrure gravé 2a, tel que représenté sur la figure 4B.
Le film de nitrure gravé 2a a une largeur (diamètre) d'environ 0,3 um. Le substrat en silicium 1 est gravé par gravure sèche anisotrope, pour enlever la réserve mentionnée ci-dessus. Il en résulte que le substrat en silicium 1 est partiellement gravé en donnant un substrat en silicium gravé ou exposé la, jusqu'à ce que la profondeur atteigne environ 200 nm. Une zone émettrice 33 à angles vifs est formée sur le substrat en silicium la, sous le film de nitrure gravé 2a.
Après qu'un film d'oxyde a été déposé jusqu'à obtention d'une épaisseur d'environ 200 nm par utilisation d'un procédé CVD travaillant sous faible pression, une gravure par voie sèche anisotrope est effectuée pour enlever de façon sélective le film d'oxyde. I1 en résulte que le film d'oxyde subsiste à titre de film d'oxyde résiduel 41 sur les parois latérales de la zone émettrice 33 à angles vifs et le film de nitrure gravé 2a, comme représenté sur la figure 4C.
En utilisant comme masque chaque film parmi le film de nitrure gravé 2a et le film d'oxyde résiduel 41, le substrat en silicium gravé la est l'objet d'une gravure supplémentaire en donnant un substrat de silicium à gravure supplémentaire lb, jusqu'à atteindre la profondeur d'environ 200 nm pour former une zone émettrice 34 de base, comme représenté sur la figure 4D. La zone de base 34 est positionnée sous la zone émettrice 33 à angles vifs. La zone émettrice 33 à angles vifs peut être appelée la première partie émettrice. La zone émettrice 34 de base peut être appelée la deuxième partie émettrice.
Précisément, il est formé un émetteur (partie émettrice) intermédiaire, comprenant la première partie émettrice 33 et la deuxième partie émettrice 34.
Après que le film d'oxyde résiduel 41 a été enlevé sélectivement en utilisant un agent gravant tel que de l'acide fluorhydrique, le substrat en silicium à gravure supplémentaire lb est oxydé par une oxydation thermique sous une température d'environ 1000 OC, de manière à former un film d'oxyde 5 sur le substrat en silicium à gravure supplémentaire lb, comme représenté sur la figure 4E.
Dans une étape illustrée sur la figure 4E, la zone émettrice 33 à angles vifs est avivée pour donner un bout à angles vifs d'un émetteur à angles vifs 3, dans la mesure où une oxydation est conduite depuis la paroi latérale de la zone émettrice 33 à angles vifs, dans une direction transversale. Dans ce cas, la zone émettrice 33 à angles vifs n'est pas oxydée juste au-dessous du film de nitrure gravé 2a. I1 en résulte qu'il est possible de former l'émetteur à angles vifs 3 avec un bout à angles vifs. Le silicium peut inévitablement subsister à titre de silicium résiduel 11, juste au-dessous du film de nitrure gravé 2a.
Comme on le comprend facilement à la lecture de la description mentionnée ci-dessus, le diamètre de la zone émettrice 34 de base est supérieur à celui de la zone émettrice 33 à angles vifs. Plus particulièrement, le diamètre de la zone émettrice 34 de base est égal à la valeur obtenue par l'addition de deux fois l'épaisseur du film d'oxyde 41 et du diamètre de la zone émettrice 33 à angles vifs. Dans l'exemple illustré, le diamètre de la zone émettrice 34 de base est égal à environ 700 nm dans la mesure où l'épaisseur du film d'oxyde 41 est d'environ 200 nm et où le diamètre du film de nitrure gravé 2a est d'environ 300 nm. Par conséquent, l'émetteur 3 ne devient pas excessivement fin, même si une oxydation est effectuée à la profondeur d'environ 500 nm.
Ensuite, un film d'électrode métallique 6 est déposé sur environ 200 nm par pulvérisation cathodique. Le film d'électrode métallique 6 est constitué de Mo. Après cela, un film plan est appliqué à titre de réserve sur le film d'électrode métallique pour former un film de réserve 7 par une gravure, comme représenté sur la figure 4F. Le film de réserve 7 est utilisé comme masque de gravure pour le film d'électrode métallique 6.
Après la gravure du film d'électrode métallique donnant un film d'électrode métallique gravé 6a, le film de réserve 7 est enlevé, comme représenté sur la figure 4G. Après que le film de nitrure gravé 2a et le silicium résiduel 11 ont été enlevés par gravure, le film d'oxyde 5 est partiellement gravé en utilisant de l'acide fluorhydrique, de manière à exposer l'émetteur 3, comme représenté sur la figure 4H.
Comme décrit ci-dessus, l'émetteur intermédiaire comprend la zone émettrice 33 à angles vifs et la zone émettrice 34 de base dans le premier mode de réalisation, dans l'état que l'on a avant l'oxydation visant à rendre vif l'émetteur intermédiaire pour donner l'émetteur à angles vifs 3. Le diamètre de la partie émettrice 34 de base est supérieur à celui de la zone émettrice 33 à angles vifs. Il en résulte que la forme à angles vifs de l'émetteur à angles vifs 3 est régulée dans la zone émettrice 34 à angles vifs.
La hauteur de l'émetteur à angles vifs 3 est régulée de manière correspondante à la hauteur de la zone émettrice 34 de base. Par conséquent, il est possible d'augmenter avec précision les possibilités de régulation à la fois de l'intensité des angles vifs et de la hauteur de l'émetteur à angles vifs 3.
En plus, le diamètre de la zone émettrice 33 à angles vifs est déterminé par une première opération de mise en motif dans le premier mode de réalisation.
Le diamètre de la zone émettrice 34 de base est déterminé par l'épaisseur du film d'oxyde 41 formé sur la paroi latérale de la zone émettrice 33 à angles vifs. Par conséquent, il est possible de rendre à la valeur souhaitée le diamètre de l'émetteur à angles vifs 3 en régulant l'épaisseur du film d'oxyde 41 formé sur la paroi latérale de la zone émettrice 33 à angles vifs.
En outre, il est possible de rendre à angles vifs l'émetteur à angles vifs 3 par utilisation du film d'oxyde thermique épais dans le premier mode de réalisation. Dans la mesure où le film d'oxyde thermique est utilisé comme film isolant sous la grille, il est possible d'assurer l'isolation et de simplifier les étapes de fabrication.
En se référant aux figures 5A à 5D, la description va traiter d'un deuxième mode de réalisation d'un procédé de fabrication d'une cathode froide selon la présente invention. Dans le deuxième mode de réalisation, les étapes sont conduites, décrites en liaison avec les figures 4A à 4D. Après cela, le film en nitrure gravé 2a et le film d'oxyde 41 sont enlevés pour exposer le substrat en silicium à gravure supplémentaire lb de la manière représentée sur la figure 5A. Le film de nitrure gravé 2a est enlevé par utilisation d'un agent gravant, tel que de l'acide phosphorique. Le film d'oxyde 41 est enlevé par utilisation d'un agent gravant, tel que de acide fluorhydrique. Ensuite, une oxydation thermique est conduite à une température d'environ 1000 "C, pour former l'émetteur à angles vifs 3 ayant un bout à angles vifs. L'oxydation thermique est effectuée jusqu'à ce que l'émetteur à angles vifs 3 ait été formé. Le film d'oxyde 5 est formé sur le substrat en silicium à gravure supplémentaire lb, jusqu'à une épaisseur d'environ 500 nm, comme représenté sur la figure 5B. Un film métallique constitué de Mo est déposé sur environ 200 nm en utilisant une pulvérisation cathodique. De manière analogue à celle décrite en liaison avec le premier mode de réalisation, le film métallique est enlevé sélectivement par l'étape de gravure pour former le film à électrode métallique 6 destiné à la grille, comme représenté sur la figure 5C. En utilisant l'acide fluorhydrique, le film d'oxyde 5 est gravé sélectivement sur l'émetteur 3, de manière à exposer l'émetteur 3 de la manière représentée sur la figure 5D.
Ainsi que ceci va etre facilement compris à la lecture de la description mentionnée ci-dessus, le film en nitrure gravé 2a est enlevé à l'état que l'on a avant l'oxydation pour former l'émetteur à angles vifs 3 dans le deuxième mode de réalisation. Dans la mesure où le silicium résiduel subsiste au-dessus de l'émetteur à angles vifs 3, il n'est pas nécessaire d'effectuer une étape d'enlèvement du silicium, ni une étape de décollement-pelage.
En se référant aux figures 6A à 6H, la description va traiter d'un troisième mode de réalisation d'un procédé de fabrication d'une cathode froide selon la présente invention. Lors de la fabrication de la cathode froide, un substrat en silicium 1 de type n est préparé, ayant une surface avant et une surface arrière, respectivement dirigées vers le haut et vers le bas sur la figure 6A. En effectuant une métallisation chimique sous vide (CVD), un film de nitrure 2 est déposé sur la surface avant du substrat en silicium 1 jusqu'à l'épaisseur d'environ 100 nm. Une gravure sélective est effectuée en utilisant une réserve (non représentée) comme masque pour former le film en nitrure gravé 2a, tel que représenté sur la figure 6A. Le film en nitrure gravé 2a a un diamètre d'environ 0,3 um. Le substrat en silicium 1 est gravé, pour donner un substrat en silicium gravé la, par une gravure par voie sèche, anisotrope, jusqu'à atteindre la profondeur d'environ 200 nm. Il en résulte que la zone émettrice 33 à angles vifs est formée sur le substrat en silicium gravé la sous le film en nitrure gravé 2a, comme représenté sur la figure 6A.
L'oxydation thermique est effectuée à une température d'environ 1000 "C pour former le film d'oxyde 4 en une épaisseur d'environ 200 nm, comme représenté sur la figure 6B. Dans cette étape, la zone émettrice 33 à angles vifs a une partie étranglée, dont le diamètre est d'environ 100 nm. En utilisant une gravure par voie sèche, anisotrope, le film d'oxyde 4 est gravé sélectivement pour donner le film d'oxyde résiduel 41 qui est positionné sur la paroi latérale de la zone émettrice 33 à angles vifs, comme représenté sur la figure 6C. En utilisant chacun parmi le film en nitrure gravé 2a et le film d'oxyde résiduel 41, le substrat de silicium gravé la est l'objet d'une gravure supplémentaire pour donner le substrat en silicium à gravure supplémentaire lb par une gravure par voie sèche, anisotrope, jusqu'à atteindre la profondeur d'environ 300 nm pour former la zone émettrice 34 de base, comme représenté sur la figure 6D. Il en résulte que la zone émettrice 34 de base a un diamètre supérieur à environ 500 nm.
Le film de nitrure gravé 2a et le film d'oxyde 41 sont gravés par utilisation respective d'acide phosphorique et d'acide fluorhydrique, pour exposer le substrat en silicium à gravure supplémentaire lb, comme représenté sur la figure 6E. Comme représenté sur la figure 6F, une oxydation thermique est effectuée à une température d'environ 1000 "C pour former le film d'oxyde 5 ayant une épaisseur d'environ 350 nm. A cette étape, l'émetteur à angles vifs 3 est formé ayant des angles vifs prédéterminés et une hauteur prédéterminée.
Dans la mesure où la zone émettrice 33 à angles vifs a un diamètre inférieur à celui du film de nitrure gravé 2a utilisé comme masque, il est possible de former l'émetteur à angles vifs 3 même si l'épaisseur du film d'oxyde 5 est faible.
Un film métallique, constitué de Mo, est déposé jusqu'à une profondeur d'environ 200 nm, par utilisation de pulvérisation cathodique. D'une manière analogue à ce qui a été décrit en liaison avec le premier mode de réalisation, le film métallique est sélectivement enlevé par l'étape de gravure pour former le film d'électrode métallique 6 destiné à la grille, comme représenté sur la figure 6G. En utilisant de l'acide fluorhydrique, le film d'oxyde 5 est gravé sélectivement sur l'émetteur 3 pour exposer l'émetteur 3 de la manière représentée sur la figure 6H.
Comme décrit ci-dessus, la possibilité de régulation du procédé devient élevée dans le troisième mode de réalisation, dans la mesure où l'oxydation thermique est utilisée lors de la formation de l'émetteur à angles vifs ayant un bout à angles vifs.
Dans la mesure où l'oxydation est utilisée lors du formage du film d'oxyde sur la paroi latérale de la zone émettrice à angles vifs, il est possible d'augmenter la différence de diamètre qu'il y a entre la zone émettrice à angles vifs et la zone émettrice de base dans le troisième mode de réalisation. Il en résulte qu'il est possible de former l'émetteur à angles vifs avec un bout à angles vifs assurant l'existence d'une partie de base de l'émetteur dans le troisième mode de réalisation.
Bien que la présente invention ait été décrite en liaison avec ses modes de réalisation préférés, il est facile à l'homme de l'art de mettre en pratique cette invention de différentes autres manières. Par exemple, l'émetteur intermédiaire peut avoir des zones émettrices allant de la première à la Nième, N étant un entier positif, supérieur à un.
Claims (8)
1. Procédé de fabrication d'une cathode froide, comprenant un émetteur à angles vifs (3), ayant un bout à angles vifs, formé sur un substrat en silicium (lb), dans lequel ledit procédé est caractérisé en ce qu'il comprend
une première étape de formation d'un émetteur intermédiaire sur ledit substrat en silicium (lb), ledit émetteur intermédiaire ayant au moins des première et deuxième parties émettrices (33, 34), ladite deuxième partie émettrice (34) étant positionnée sous ladite première partie émettrice (33) et ayant une largeur supérieure à celle de ladite première partie émettrice (33); et
une deuxième étape de traitement dudit émetteur intermédiaire, travaillant par oxydation, pour donner ledit émetteur à angles vifs (3).
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit émetteur à angles vifs (3) est constitué de silicium.
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel ladite première partie émettrice (33) est conformée en une partie émettrice à angles vifs, dans ledit émetteur intermédiaire, lorsque ledit émetteur intermédiaire est traité pour donner ledit émetteur à angle vif.
4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel ladite première étape comprend
une première étape de formage, destinée à former sélectivement un premier film de masque sur ledit substrat en silicium (lb);
une première étape de gravure, consistant à graver ledit substrat en silicium (lb) pour donner un substrat en silicium (lb) gravé, comportant ladite première partie émettrice, par utilisation dudit premier film de masque à titre de masque de gravure;
une deuxième étape de formage, consistant à former sélectivement un deuxième film de masque sur une paroi latérale de ladite première partie émettrice (33); et
ladite deuxième étape de gravure consistant à graver ledit substrat en silicium (lb) gravé pour donner un substrat traité ayant ledit émetteur à angles vifs (3), en effectuant une gravure chimique anisotrope par utilisation de chacun parmi lesdits premier et deuxième masques de gravure à titre de masque de gravure.
5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel ladite deuxième étape de formage comprend les étapes consistant à
former un troisième film de masque sur ledit substrat en silicium (lb) gravé, en utilisant une métallisation chimique sous vide ; et
enlever sélectivement ledit troisième film de masque en effectuant une gravure chimique anisotrope, afin de former ledit deuxième film de masque sur la paroi latérale de ladite première paroi émettrice.
6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel on effectue en outre une étape intermédiaire, entre ladite première étape et la deuxième étape, ledit premier film de masque étant enlevé lors de ladite étape intermédiaire.
7. Procédé selon la revendication 4, dans lequel ledit premier film de masque est un film de nitrure.
8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel ladite deuxième étape de formage comprend les étapes consistant à
oxyder ledit substrat en silicium (lb) gravé pour donner un substrat oxydé ayant sur lui un film de silicium oxydé; et
graver ledit film oxydé, en effectuant une gravure chimique anisotrope pour former ledit deuxième film de masque sur la paroi latérale de ladite première partie émettrice (33).
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