JP2006228730A - 高密度電界放出素子および前記放出素子を形成するための方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】シリコン基板を含むプラズマ・エッチング・チャンバの中に酸素とシリコン・エッチング剤が導入される。酸素がシリコン表面と反応して二酸化ケイ素の領域を形成し、その一方でシリコン・エッチング剤がシリコンをエッチングして放出素子を形成する。二酸化ケイ素領域は下にあるシリコンをシリコン・エッチング処理中にマスクする。先行技術で実践されていたようなフォトリソグラフィ処理を使用することなく高密度で高アスペクト比の放出素子が形成される。本発明に従って形成される放出素子は先行技術よりもさらに均一な電子放出を提供する。さらに、本発明に従って形成された放出素子を組み入れるディスプレイは増加した輝度を与える。さらに、そのディスプレイの信頼性は蛍光基板材料を刺激して画像を作り出すための電子を供給するために複数の放出素子を使用することに起因して高められる。
【選択図】図9
Description
基板50の上側表面64を平坦化させるために化学機械研磨(CMP)が実行される。図5参照。
図13に例示されるように、開口部108に従って導電体層98およびアルミニウム層82がパターン化され、導電性プラグ76およびアルミニウム層82の領域82Aをアルミニウム層82の領域82Bから隔離する開口部111を形成する。領域82B(これは図13に例示されない第3の次元で接続される)はゲート電極として機能し、すなわち電源Vgの一方の端子が領域82Bへと接続される。電源Vgの他方の端子は領域82Aと導電性プラグ76を通じてシリコン層52へ、したがって放出先端10Aへと接続される。印加電圧Vgに応答して電子が放出材料層96から放出される。各々のシリコンの放出先端10Aの鋭い先は、材料層96からの電子放出を容易にする電界を作り出す。別の実施形態では、材料層96が存在せず、電子はシリコン層52に形成された放出素子10から直接放出される。放出材料として使用するために適した範例の材料はダイヤモンド、(化学蒸着、自然のダイヤモンド粒、または合成のダイヤモンド、ドープされるかまたは未ドープの)グラファイト、モリブデン、タングステン、もしくはセシウムのような金属、LaB6、YB6、AlNのような化合物、またはこれらの材料の組み合わせ、あるいはその他の低い仕事関数の材料を含む。
Claims (31)
- シリコン基板の中に電界放出素子を加工するための方法であって、
プラズマ・エッチング・チャンバを供給する工程と、
前記チャンバに酸素を供給する工程と、
前記チャンバにシリコン・エッチング剤を供給する工程と、
前記酸素対前記シリコン・エッチング剤の比を制御する工程と、
前記基板内に前記放出素子を形成するために前記シリコン基板からシリコンをエッチングする工程とを含み、前記放出素子の上側表面が概して収束型の形状を示す方法。 - 前記シリコン基板がドープされたシリコン基板を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記ドープされたシリコン基板が前記ドープされたシリコン基板の表面から前記放出素子への導電性経路を供給する、請求項2に記載の方法。
- 前記放出素子が円錐形の放出素子と尖った放出素子との間から選択される、請求項1に記載の方法。
- 前記シリコン・エッチング剤が六フッ化硫黄を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記シリコン・エッチング剤が周期律表のVIIA族から由来する元素を含む材料を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記シリコン・エッチング剤が六フッ化硫黄と臭化水素の組み合わせを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記エッチングの工程が、前記チャンバに供給される六フッ化硫黄の量と臭化水素の量との間の関係に応答する、請求項7に記載の方法。
- 前記酸素が前記シリコンと反応することで前記シリコン基板の上側表面上に二酸化ケイ素領域を形成し、前記エッチングの工程の中で前記二酸化ケイ素領域が下にあるシリコンに相対してマスクの役割りを果たす、請求項1に記載の方法。
- 前記放出素子が先端構造を有し、前記二酸化ケイ素領域が前記先端構造の表面上に配置され、かつ前記二酸化ケイ素領域が方向性のエッチングを促進することで前記先端構造を形成する、請求項9に記載の方法。
- 前記二酸化ケイ素領域が、各々の二酸化ケイ素領域の直下にある領域でシリコン基板からのシリコンのエッチングを阻止する、請求項9に記載の方法。
- 前記二酸化ケイ素領域の形成を制御するために前記基板へと供給される電力を制御する工程をさらに含む、請求項9に記載の方法。
- 前記比が約1.5から1.0である、請求項1に記載の方法。
- 前記酸素を供給する工程が約30sccmの流量で酸素を供給する工程を含み、前記シリコン・エッチング剤を供給する工程が約20sccmの流量でシリコンエッチング剤を供給する工程を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記酸素が前記シリコンと反応することで前記シリコン基板の上側表面上に二酸化ケイ素領域を形成し、前記放出素子が、前記二酸化ケイ素領域の場所以外のシリコン基板からシリコンをエッチングすることによる前記エッチング工程に従って形成される先端構造を含み、前記シリコン・エッチング剤が二酸化ケイ素エッチング速度よりも大きいシリコン・エッチング速度を示す、請求項1に記載の方法。
- 各々の放出素子が先端領域および基台領域を含み、前記先端領域が前記基台領域よりも小さい、請求項1に記載の方法。
- 前記放出素子の上に二酸化ケイ素層を形成する工程、および放出素子を露出させるために前記二酸化ケイ素の領域を除去する工程をさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記露出した放出素子の上に重ねて電子放出材料層を形成する工程をさらに含み、前記電子放出層が、前記放出素子と前記放出素子から間隔を置かれたグリッドとの間に印加される電圧に応答した電子の放出を可能にすることを満たす仕事関数を示す、請求項17に記載の方法。
- 前記二酸化ケイ素層の上側表面の上に導電体層を形成する工程、および前記導電体層から前記シリコン基板への電気的接触を供給するために前記導電体層から前記二酸化ケイ素層を通って前記シリコン基板へと延びる導電性接触部を形成する工程をさらに含む、請求項17に記載の方法。
- ドープされたシリコン基板の中に電界放出素子を加工するための方法であって、
前記シリコン基板上に複数のマイクロマスクを形成する工程と、
下側の基台領域の面積よりも小さい面積を有する上側先端領域を含む複数の放出素子を形成するために前記マイクロマスク間の前記シリコン基板からシリコンをエッチングする工程とを含む方法。 - 前記エッチングの工程が、荷電したイオンと荷電していないラジカルによってエッチングする工程を含む、請求項20に記載の方法。
- 前記エッチングの工程が等方性エッチングおよび異方性エッチングをさらに含む、請求項20に記載の方法。
- 前記複数のマイクロマスクを形成する工程が、前記シリコン・エッチング剤と組み合わせるための酸素を供給することによって前記複数のマイクロマスクを形成する工程をさらに含む、請求項20に記載の方法。
- 放出素子であって、
ドープされたシリコン基板を含み、
前記基板の上側表面に前記放出素子が配置され、各々の放出素子の上側表面が概して収束型の形状を示し、
前記放出素子が各々の放出素子の上側表面上に配置されたマスクされた領域を含み、前記収束型の形状が、前記マスクされた領域の材料よりもシリコンに対して大きな選択性を有するエッチング剤で前記ドープされたシリコン基板をエッチングすることによって形成される放出素子。 - 前記上側表面の上に配置された放出材料をさらに含む、請求項24に記載の放出素子。
- 電界放出ディスプレイであって、
アノードと、
ドープされたシリコン基板と、
前記シリコン基板の表面に無作為に配置され、前記アノードの方向に収束する先端を有する放出素子と、
前記基板の上に重なる絶縁層であって各々の放出素子の先端が前記絶縁層の上側表面よりも下になるような絶縁層と、
前記絶縁層の上に重なるゲートとを有し、前記絶縁層と前記ゲートを貫く開口部が前記放出素子のうちの特定のものの先端を露出させ、前記基板のうちの開口部の無い領域では前記放出素子のうちのその他のものの先端が前記絶縁層によって覆われた状態で残る電界放出ディスプレイ。 - 前記露出した放出素子が複数の露出放出素子アレイに構成され、複数のアレイのうちの或るアレイの中の複数の前記放出素子が共通して活性化されて電子を放出する、請求項26に記載の電界放出ディスプレイ。
- 前記アノードの近傍に蛍光材料をさらに含み、前記放出電子が前記蛍光材料に衝突し、前記蛍光材料が、各々が第1、第2、および第3の部分画素を含む複数の三つ組みカラー画素を含み、前記複数のアレイのうちの第1、第2、および第3のアレイが各三つ組みカラー画素の前記第1、前記第2、および前記第3の部分画素にそれぞれ衝突する電子を放出する、請求項27に記載の電界放出ディスプレイ。
- 各々の開口部の中で複数の先端領域が露出させられる、請求項26に記載の電界放出ディスプレイ。
- 前記シリコン基板と導通連絡して前記絶縁層内に形成された導電性プラグをさらに含む、請求項26に記載の電界放出ディスプレイ。
- 前記放出素子の前記先端領域の上に配置された電子放出材料をさらに含む、請求項26に記載の電界放出ディスプレイ。
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