JP2612564B2 - マルチ型電子放出素子及びその製造方法 - Google Patents
マルチ型電子放出素子及びその製造方法Info
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- JP2612564B2 JP2612564B2 JP2487287A JP2487287A JP2612564B2 JP 2612564 B2 JP2612564 B2 JP 2612564B2 JP 2487287 A JP2487287 A JP 2487287A JP 2487287 A JP2487287 A JP 2487287A JP 2612564 B2 JP2612564 B2 JP 2612564B2
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- emitting device
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はマルチ型電子放出素子及びその製造方法に係
り、特に尖頭部を有する複数個の電極と、各々の尖頭部
を中心として開口部が設けられた絶縁部材と、この絶縁
部材上に、少なくとも前記尖頭部の近傍にその一部が設
けられた引き出し電極とを有するマルチ型電子放出素子
及びその製造方法に関する。
り、特に尖頭部を有する複数個の電極と、各々の尖頭部
を中心として開口部が設けられた絶縁部材と、この絶縁
部材上に、少なくとも前記尖頭部の近傍にその一部が設
けられた引き出し電極とを有するマルチ型電子放出素子
及びその製造方法に関する。
［従来技術］ 従来、電子放出源としては熱陰極型電子放出素子が多
く用いられていたが、熱電極を利用した電気放出は加熱
によるエネルギーロスが大きく、予備加熱が必要等の問
題点を有していた。
く用いられていたが、熱電極を利用した電気放出は加熱
によるエネルギーロスが大きく、予備加熱が必要等の問
題点を有していた。
これらの問題点を解決すべく、冷陰極型の電子放出素
子がいくつか提案されており、その中に局部的に高電界
を発生させ、電界放出により電子放出を行わせる電界効
果型の電子放出素子がある。
子がいくつか提案されており、その中に局部的に高電界
を発生させ、電界放出により電子放出を行わせる電界効
果型の電子放出素子がある。
第13図は上記の電界効果型の電子放出素子の一例を示
す概略的部分断面図であり、第14図（Ａ）〜（Ｄ）はそ
の製造方法を説明するための概略的工程図である。
す概略的部分断面図であり、第14図（Ａ）〜（Ｄ）はそ
の製造方法を説明するための概略的工程図である。
第13図に示すように、Si等の基体21上にMo（モリブデ
ン）等の円錐形状の電極19を設け、この電極19を中心と
して開口部が設けられたSiO2等の絶縁層20が形成され、
この上に前記円錐形状の尖頭部の近傍にその一部が形成
された引き出し電極18を設ける。
ン）等の円錐形状の電極19を設け、この電極19を中心と
して開口部が設けられたSiO2等の絶縁層20が形成され、
この上に前記円錐形状の尖頭部の近傍にその一部が形成
された引き出し電極18を設ける。
このような構造の電子放出素子において、基体21と引
き出し電極18との間に電圧を印加すると、電界強度の強
い尖頭部から電子が放出される。
き出し電極18との間に電圧を印加すると、電界強度の強
い尖頭部から電子が放出される。
上記電子放出素子は、次のような工程で作製される。
まず、第14図（Ａ）に示すように、Si等の基体21の上
にSiO2酸化膜等の絶縁層20を形成し、電子ビーム蒸着等
によりMo層18を形成し、さらにPMMA（poly−methyl−me
thacrylate）等の電子線レジストをスピンコート法を用
いて塗布する。電子ビームを照射してパターニングを行
った後イソプロピルアルコール等で電子線レジストを部
分的に除去し、Mo層18を選択的にエッチングして第１の
開口部22を形成する。電子線レジストを完全に除去した
のち、弗化水素酸を用いて絶縁層20をエッチングして第
２の開口部23を形成する。
にSiO2酸化膜等の絶縁層20を形成し、電子ビーム蒸着等
によりMo層18を形成し、さらにPMMA（poly−methyl−me
thacrylate）等の電子線レジストをスピンコート法を用
いて塗布する。電子ビームを照射してパターニングを行
った後イソプロピルアルコール等で電子線レジストを部
分的に除去し、Mo層18を選択的にエッチングして第１の
開口部22を形成する。電子線レジストを完全に除去した
のち、弗化水素酸を用いて絶縁層20をエッチングして第
２の開口部23を形成する。
次に、第14図（Ｂ）に示すように、回転軸Ｘを中心と
して基体21を回転させながら、一定の角度θ傾斜させて
AlをMo層18の上面に蒸着させてAl層24を形成する。この
とき前記Mo層18の側面部にもAlが蒸着されるので、この
蒸着量を制御することにより、第１の開口部22の直径を
任意に小さくすることができる。
して基体21を回転させながら、一定の角度θ傾斜させて
AlをMo層18の上面に蒸着させてAl層24を形成する。この
とき前記Mo層18の側面部にもAlが蒸着されるので、この
蒸着量を制御することにより、第１の開口部22の直径を
任意に小さくすることができる。
次に、第14図（Ｃ）に示すように、基体21に対して垂
直にMoを電子ビーム蒸着等によって蒸着する。このとき
MoはAl層24上及び基体21上だけでなくAl層24の側面にも
堆積されるので、第１の開口部22の直径はMo層25の堆積
に伴って段々小さくなっていく。この第１の開口部22の
直径の減少に伴って基体21に堆積されていく蒸着物（M
o）の蒸着範囲も小さくなっていくために、基体21上に
は略円錐形状の電極19が形成される。
直にMoを電子ビーム蒸着等によって蒸着する。このとき
MoはAl層24上及び基体21上だけでなくAl層24の側面にも
堆積されるので、第１の開口部22の直径はMo層25の堆積
に伴って段々小さくなっていく。この第１の開口部22の
直径の減少に伴って基体21に堆積されていく蒸着物（M
o）の蒸着範囲も小さくなっていくために、基体21上に
は略円錐形状の電極19が形成される。
最後に、第14図（Ｄ）に示すように、堆積したMo層25
及びAl層24を除去することにより略円錐形状の電極19を
有する電子放出素子が形成される。
及びAl層24を除去することにより略円錐形状の電極19を
有する電子放出素子が形成される。
［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記従来の電子放出素子は、三角錐形
状例えば、電極の高さ、角度、底面の直径は第１の開口
部の大きさ、酸化膜の厚さ、基体と蒸着源との距離等の
製造上の各種の条件で決定されるために再現性が悪く、
複数個同時に上記の電子放出素子を形成する場合には、
円錐形状のバラツキが大きいという問題点があった。
状例えば、電極の高さ、角度、底面の直径は第１の開口
部の大きさ、酸化膜の厚さ、基体と蒸着源との距離等の
製造上の各種の条件で決定されるために再現性が悪く、
複数個同時に上記の電子放出素子を形成する場合には、
円錐形状のバラツキが大きいという問題点があった。
本発明の目的は電子放出部となる尖頭部を有する電極
の形状のバラツキを防ぐと同時に、その性能を改善した
マルチ型電子放出素子及びその製造方法を提供すること
にある。
の形状のバラツキを防ぐと同時に、その性能を改善した
マルチ型電子放出素子及びその製造方法を提供すること
にある。
［問題点を解決するための手段］ 本発明のマルチ型電子放出素子は、絶縁性材料からな
る基体の表面上に設けられた単結晶からなる尖頭部を有
する複数個の電極と、前記堆積面上に設けられ且つ前記
各々の尖頭部を中心として開口部が設けられた絶縁部材
と、この絶縁部材上に、少なくとも前記尖頭部の近傍に
その一部が設けられた引き出し電極とを有するマルチ型
電子放出素子において、 前記複数の電極がそれぞれ、前記基体の表面上に、該
基体の表面よりも核形成密度が十分大きく、且つ単一の
核だけが成長する程度に十分微細な異種材料を設け、こ
の異種材料上に成長した単一の核を中心に単結晶を成長
させることによって形成されたことを特徴とする。
る基体の表面上に設けられた単結晶からなる尖頭部を有
する複数個の電極と、前記堆積面上に設けられ且つ前記
各々の尖頭部を中心として開口部が設けられた絶縁部材
と、この絶縁部材上に、少なくとも前記尖頭部の近傍に
その一部が設けられた引き出し電極とを有するマルチ型
電子放出素子において、 前記複数の電極がそれぞれ、前記基体の表面上に、該
基体の表面よりも核形成密度が十分大きく、且つ単一の
核だけが成長する程度に十分微細な異種材料を設け、こ
の異種材料上に成長した単一の核を中心に単結晶を成長
させることによって形成されたことを特徴とする。
本発明のマルチ型電子放出素子の製造方法は、絶縁基
材に複数個の凹部を形成する工程と、 前記複数個の凹部の底面に、前記複数個の凹部の底面
の絶縁材料より核形成密度が十分大きく、且つ単一の核
だけが成長する程度に十分微細な異種材料が設けられ、
この異種材料に成長した単一の核によって成長した単結
晶によって、尖頭部を有する複数個の電極を形成する工
程と、 前記絶縁基材上に、少なくとも前記尖頭部の近傍にそ
の一部が設けられた引き出し電極を形成する工程とを有
することを特徴とする。
材に複数個の凹部を形成する工程と、 前記複数個の凹部の底面に、前記複数個の凹部の底面
の絶縁材料より核形成密度が十分大きく、且つ単一の核
だけが成長する程度に十分微細な異種材料が設けられ、
この異種材料に成長した単一の核によって成長した単結
晶によって、尖頭部を有する複数個の電極を形成する工
程と、 前記絶縁基材上に、少なくとも前記尖頭部の近傍にそ
の一部が設けられた引き出し電極を形成する工程とを有
することを特徴とする。
なお、単結晶には実質的に単結晶構造を有するものを
含むものとする（以下の説明においても同様とする）。
含むものとする（以下の説明においても同様とする）。
［作用］ 本発明のマルチ型電子放出素子は、尖頭部を有する複
数個の電極を単結晶で作製することにより、尖頭部を有
する電極の導電率を改善し、また、尖頭部の電子放出部
を一定の構造の結晶面として、ショットキー効果を向上
させ、電子放出効率を向上させるとともに、絶縁材料か
らなる堆積される面上に尖頭部を有する複数個の電極を
設けることにより、電気的絶縁性を向上させて、隣接す
る電極の電気的影響を防がんとするものである。
数個の電極を単結晶で作製することにより、尖頭部を有
する電極の導電率を改善し、また、尖頭部の電子放出部
を一定の構造の結晶面として、ショットキー効果を向上
させ、電子放出効率を向上させるとともに、絶縁材料か
らなる堆積される面上に尖頭部を有する複数個の電極を
設けることにより、電気的絶縁性を向上させて、隣接す
る電極の電気的影響を防がんとするものである。
本発明のマルチ型電子放出素子の製造方法は、本来結
晶性等により凹部の底面（堆積される面）上に単結晶を
作製できない材料を、微細な異種材料を中心として堆積
させることにより、単結晶の堆積をさせるものであり、
凹部の底面と単結晶との材料の選定範囲を大きく広げる
ことを可能とし、また所望の位置に尖頭部を有する電極
を形成することを可能とするものである。さらに、尖頭
部の電子放出部の形状を均一且つシャープに形成して電
界強度を均一且つ強いものとし、動作開始電圧の範囲の
バラツキを抑え、電子放出効率を一層向上させることを
可能とするものである。
晶性等により凹部の底面（堆積される面）上に単結晶を
作製できない材料を、微細な異種材料を中心として堆積
させることにより、単結晶の堆積をさせるものであり、
凹部の底面と単結晶との材料の選定範囲を大きく広げる
ことを可能とし、また所望の位置に尖頭部を有する電極
を形成することを可能とするものである。さらに、尖頭
部の電子放出部の形状を均一且つシャープに形成して電
界強度を均一且つ強いものとし、動作開始電圧の範囲の
バラツキを抑え、電子放出効率を一層向上させることを
可能とするものである。
［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明す
る。
る。
第１図（Ａ）〜（Ｄ）は本発明の製造方法の第一実施
例によるマルチ型電子放出素子の製造工程を説明するた
めの概略的部分断面図であり、第２図（Ａ）〜（Ｃ）は
第１図（Ａ），（Ｃ），（Ｄ）における部分斜視図であ
る。
例によるマルチ型電子放出素子の製造工程を説明するた
めの概略的部分断面図であり、第２図（Ａ）〜（Ｃ）は
第１図（Ａ），（Ｃ），（Ｄ）における部分斜視図であ
る。
まず、第１図（Ａ）に示すように、絶縁材料であるSi
O2等の酸化基体１をホトエッチング等によって加工し、
複数個の円筒形の凹部２を、直径0.5〜100μ程度の範囲
で形成する。凹部２は列状に配設され、第２図（Ａ）に
示すように、各列の凹部の間は溝が設けられる。
O2等の酸化基体１をホトエッチング等によって加工し、
複数個の円筒形の凹部２を、直径0.5〜100μ程度の範囲
で形成する。凹部２は列状に配設され、第２図（Ａ）に
示すように、各列の凹部の間は溝が設けられる。
次に、第１図（Ｂ）に示すように、堆積される面とな
るそれぞれの凹部２の底面にSi,Si3N4等の核形成ベース
３を形成する。
るそれぞれの凹部２の底面にSi,Si3N4等の核形成ベース
３を形成する。
次に、第１図（Ｃ）に示すように、核形成ベース３に
形成された単一の核を中心としてMo,W,Si等の単結晶を
成長させることにより、円錐形の尖頭部を有する所望の
大きさの回転体の電極４が形成される。その後、第２図
（Ｂ）に示すように、各列に設けられた各々の電極４
を、酸化基体１に形成された溝を通して形成される電極
配線６によって共通に接続する。なお、前記単結晶の製
造方法の詳細については、後述する。本実施例において
は、酸化基体１の凹部２の底面が堆積される面となり、
且つ凹部の側壁部分が絶縁部材となっているが、絶縁部
材を、堆積される面の絶縁材料と別な材料又は同種材料
を用い、別工程で堆積される面上に設けてもよい。
形成された単一の核を中心としてMo,W,Si等の単結晶を
成長させることにより、円錐形の尖頭部を有する所望の
大きさの回転体の電極４が形成される。その後、第２図
（Ｂ）に示すように、各列に設けられた各々の電極４
を、酸化基体１に形成された溝を通して形成される電極
配線６によって共通に接続する。なお、前記単結晶の製
造方法の詳細については、後述する。本実施例において
は、酸化基体１の凹部２の底面が堆積される面となり、
且つ凹部の側壁部分が絶縁部材となっているが、絶縁部
材を、堆積される面の絶縁材料と別な材料又は同種材料
を用い、別工程で堆積される面上に設けてもよい。
最後に、第１図（Ｄ）及び第２図（Ｃ）に示すよう
に、エッチングによって列状に複数個の開口部が設けら
れた、引き出し電極たる金属板５を、開口部の中心と凹
部２の中心が合うように、酸化基体１に接着することに
よって、マルチ型電子放出素子を作製する。
に、エッチングによって列状に複数個の開口部が設けら
れた、引き出し電極たる金属板５を、開口部の中心と凹
部２の中心が合うように、酸化基体１に接着することに
よって、マルチ型電子放出素子を作製する。
このようなマルチ型電子放出素子において、第２図
（Ｃ）に示した、金属板５と所望の電極配線６との間に
金属板５を高電位とする電圧を印加すると、所望の電極
４の尖頭部に強電界が生じ、電子が放出される。
（Ｃ）に示した、金属板５と所望の電極配線６との間に
金属板５を高電位とする電圧を印加すると、所望の電極
４の尖頭部に強電界が生じ、電子が放出される。
なお、上記第一実施例のマルチ型電子放出素子におい
て、金属板５を列状に分割して、電極配線６とマトリク
スを組むように配設すれば、マトリクス型のマルチ型電
子放出素子を構成することができる。
て、金属板５を列状に分割して、電極配線６とマトリク
スを組むように配設すれば、マトリクス型のマルチ型電
子放出素子を構成することができる。
第４図はマトリクス型のマルチ型電子放出素子の一例
を示す概略的斜視図である。
を示す概略的斜視図である。
同図において、金属板51〜54と電極配線61〜64とをマ
トリクス状に配設し、所望の金属板51〜54と所望の電極
配線61〜64との間に電圧を印加すれば、点，線，面状の
電子放出源を構成することができる。
トリクス状に配設し、所望の金属板51〜54と所望の電極
配線61〜64との間に電圧を印加すれば、点，線，面状の
電子放出源を構成することができる。
上記第一実施例の製造方法においては、酸化基体１上
に尖頭部を有する電極４を設けられているが、酸化膜1a
を下地基材上に形成することで同様に電子放出素子を作
製することもできる。また、引き出し電極としては、金
属板５を接着させているが、Mo等の金属層をプロセス中
で形成してもよい。
に尖頭部を有する電極４を設けられているが、酸化膜1a
を下地基材上に形成することで同様に電子放出素子を作
製することもできる。また、引き出し電極としては、金
属板５を接着させているが、Mo等の金属層をプロセス中
で形成してもよい。
第３図は本発明の製造方法の第二実施例によるマルチ
型電子放出素子の一製造工程を示す概略的部分断面図で
ある。
型電子放出素子の一製造工程を示す概略的部分断面図で
ある。
まず、第３図（Ａ）に示すように、Si等の下地基材７
上にSiO2等の酸化膜1aを形成し、この酸化膜1aに第１図
（Ａ）と同様な凹部２を形成する。
上にSiO2等の酸化膜1aを形成し、この酸化膜1aに第１図
（Ａ）と同様な凹部２を形成する。
次に、第３図（Ｂ），（Ｃ）に示すように、第１図
（Ａ），（Ｂ）と同様にして、核形成ベース３及び円錐
形の尖頭部を有する所望の大きさの回転体の電極４を形
成する。
（Ａ），（Ｂ）と同様にして、核形成ベース３及び円錐
形の尖頭部を有する所望の大きさの回転体の電極４を形
成する。
次に、第３図（Ｄ）に示すように、レジストで凹部２
を埋めて、このレジスト及び酸化基体１上にMo等の金属
層８を形成する。さらに、この金属層８にホトレジスト
９を塗布し、露光することによって開口部10を形成す
る。
を埋めて、このレジスト及び酸化基体１上にMo等の金属
層８を形成する。さらに、この金属層８にホトレジスト
９を塗布し、露光することによって開口部10を形成す
る。
最後に、第３図（Ｅ）に示すように、金属層８にエッ
チングによって開口部を形成し、さらにレジストを除去
することによって、マルチ型電子放出素子を作製する。
チングによって開口部を形成し、さらにレジストを除去
することによって、マルチ型電子放出素子を作製する。
なお、第４図に示した金属板51〜54と同様に金属層８
を分割して形成し、マトリクス状に配設すれば、同様に
マトリクス型のマルチ型電子放出素子を構成することが
できる。
を分割して形成し、マトリクス状に配設すれば、同様に
マトリクス型のマルチ型電子放出素子を構成することが
できる。
以上説明した第一実施例及び第二実施例の製造方法
は、尖頭部を有する電極４が、堆積される面を構成する
酸化基体１（酸化膜1a），核形成ベース3,蒸着物の材
質、蒸着条件等の条件で決定され、凹部2,開口部10の寸
法精度と独立して形成されるので、その大きさのバラツ
キを抑えることができ、また尖頭部を有する電極４の位
置が核形成ベース３の位置精度で決められるので、所望
の位置に高精度に作製することができる。その結果とし
て、複数の電子放出口を有するマルチ型電子放出素子を
ファインピッチで、均一に作製することができる。
は、尖頭部を有する電極４が、堆積される面を構成する
酸化基体１（酸化膜1a），核形成ベース3,蒸着物の材
質、蒸着条件等の条件で決定され、凹部2,開口部10の寸
法精度と独立して形成されるので、その大きさのバラツ
キを抑えることができ、また尖頭部を有する電極４の位
置が核形成ベース３の位置精度で決められるので、所望
の位置に高精度に作製することができる。その結果とし
て、複数の電子放出口を有するマルチ型電子放出素子を
ファインピッチで、均一に作製することができる。
また、単結晶を核形成ベース３を中心として容易に形
成することができる（詳細については、後述する。）の
で、蒸着物と堆積される面との結晶性等を考慮すること
なく広範囲の材料から選ぶことができる。例えば、従
来、単結晶の成長が困難であった非晶質等に絶縁基体上
にも単結晶を成長させることが可能となり、大面積化が
容易であることから、マルチ型電子放出素子に好適に用
いられる。加えて、尖頭部の電子放出部の形状を均一且
つシャープに形成して電界強度を均一且つ強いものと
し、動作開始電圧の範囲のバラツキを抑え、電子放出効
率を一層向上させることができる。
成することができる（詳細については、後述する。）の
で、蒸着物と堆積される面との結晶性等を考慮すること
なく広範囲の材料から選ぶことができる。例えば、従
来、単結晶の成長が困難であった非晶質等に絶縁基体上
にも単結晶を成長させることが可能となり、大面積化が
容易であることから、マルチ型電子放出素子に好適に用
いられる。加えて、尖頭部の電子放出部の形状を均一且
つシャープに形成して電界強度を均一且つ強いものと
し、動作開始電圧の範囲のバラツキを抑え、電子放出効
率を一層向上させることができる。
さらに、第３図に示したように、堆積される面を所望
の材料の下地基材上に形成することが可能となり、例え
ば堆積される面を放熱性の高い基体上に形成すること
で、信頼性を向上させることが可能となる。
の材料の下地基材上に形成することが可能となり、例え
ば堆積される面を放熱性の高い基体上に形成すること
で、信頼性を向上させることが可能となる。
上記のような製造方法によって、尖頭部を有する電極
を単結晶で作製することが容易となり、尖頭部を有する
電極の導電率を改善することができ、また尖頭部の電子
放出部を一定の構造の結晶面とすることが可能となり、
ショットキー効果を向上させ、電子放出効率を向上させ
ることができるとともに、絶縁材料からなる堆積される
面上に尖頭部を有する複数個の電極を設けることによ
り、電気的絶縁性を向上させて、隣接する電極の電気的
影響を防ぐことができる。
を単結晶で作製することが容易となり、尖頭部を有する
電極の導電率を改善することができ、また尖頭部の電子
放出部を一定の構造の結晶面とすることが可能となり、
ショットキー効果を向上させ、電子放出効率を向上させ
ることができるとともに、絶縁材料からなる堆積される
面上に尖頭部を有する複数個の電極を設けることによ
り、電気的絶縁性を向上させて、隣接する電極の電気的
影響を防ぐことができる。
次に、堆積される面に単結晶を成長させる単結晶成長
法について詳述する。
法について詳述する。
まず、堆積される面上に選択的に堆積膜を形成する選
択堆積法について述べる。選択堆積法とは、表面エネル
ギー、付着係数、脱離係数、表面拡散速度等という薄膜
形成過程での核形成を左右する因子の材料間での差を利
用して、基板上に選択的に薄膜を形成する方法である。
択堆積法について述べる。選択堆積法とは、表面エネル
ギー、付着係数、脱離係数、表面拡散速度等という薄膜
形成過程での核形成を左右する因子の材料間での差を利
用して、基板上に選択的に薄膜を形成する方法である。
第５図（Ａ）および（Ｂ）は選択堆積法の説明図であ
る。
る。
まず、同図（Ａ）に示すように、基板11上に、基板11
と上記因子の異なる材料から成る薄膜12を所望部分に形
成する。そして、適当な堆積条件によって適当な材料か
ら成る薄膜の堆積を行うと、同図（Ｂ）に示すように、
薄膜13は薄膜12上にのみ成長し、基板11上には成長しな
いという現象を生じさせることができる。この現象を利
用することで、自己整合的に成形された薄膜13を成長さ
せることができ、従来のようなレジストを用いたリソグ
ラフィ工程の省略が可能となる。
と上記因子の異なる材料から成る薄膜12を所望部分に形
成する。そして、適当な堆積条件によって適当な材料か
ら成る薄膜の堆積を行うと、同図（Ｂ）に示すように、
薄膜13は薄膜12上にのみ成長し、基板11上には成長しな
いという現象を生じさせることができる。この現象を利
用することで、自己整合的に成形された薄膜13を成長さ
せることができ、従来のようなレジストを用いたリソグ
ラフィ工程の省略が可能となる。
このような選択形成法による堆積を行うことができる
材料としては、たとえば基板11としてSiO2、薄膜12とし
てSi、GaAs、窒化シリコン、そして堆積させる薄膜13と
してSi、Ｗ、GaAs、InP等がある。
材料としては、たとえば基板11としてSiO2、薄膜12とし
てSi、GaAs、窒化シリコン、そして堆積させる薄膜13と
してSi、Ｗ、GaAs、InP等がある。
第６図は、SiO2の堆積される面と窒化シリコンの堆積
される面との核形成密度の経時変化を示すグラフであ
る。
される面との核形成密度の経時変化を示すグラフであ
る。
同グラフが示すように、堆積を開始して間もなくSiO2
上での核形成密度は103cm-2以下で飽和し、20分後でも
その値はほとんど変化しない。
上での核形成密度は103cm-2以下で飽和し、20分後でも
その値はほとんど変化しない。
それに対して窒化シリコン（Si3N4）上では、〜４×1
05cm-2で一旦飽和し、それから10分ほど変化しないが、
それ以降は急激に増大する。なお、この測定例では、Si
Cl4ガスをH2ガスで希釈し、圧力175Torr、温度1000℃の
条件下でCVD法により堆積した場合を示している。他にS
iH4、SiH2Cl2、SiHCl3、SiF4等を反応ガスとして用い
て、圧力、温度等を調整することで同様の作用を得るこ
とができる。また、真空蒸着でも可能である。
05cm-2で一旦飽和し、それから10分ほど変化しないが、
それ以降は急激に増大する。なお、この測定例では、Si
Cl4ガスをH2ガスで希釈し、圧力175Torr、温度1000℃の
条件下でCVD法により堆積した場合を示している。他にS
iH4、SiH2Cl2、SiHCl3、SiF4等を反応ガスとして用い
て、圧力、温度等を調整することで同様の作用を得るこ
とができる。また、真空蒸着でも可能である。
この場合、SiO2上の核形成はほとんど問題とならない
が、反応ガス中にHClガスを添加することで、SiO2上で
の核形成を更に抑制し、SiO2上での堆積を皆無にするこ
とができる。
が、反応ガス中にHClガスを添加することで、SiO2上で
の核形成を更に抑制し、SiO2上での堆積を皆無にするこ
とができる。
このような現象は、SiO2および窒化シリコンの材料表
面のSiに対する吸着係数、脱離係数、表面拡散係数等の
差によるところが大きいが、Si原子自身によってSiO2が
反応し、蒸気圧が高い一酸化シリコンが生成されること
でSiO2自身がエッチングされ、窒化シリコン上ではこの
ようなエッチング現象は生じないということも選択堆積
を生じさせる原因となっていると考えられる（T.Yoneha
ra,S.Yoshioka,S.Miyazawa Journal of Applied Physic
s 53,6839,1982）。
面のSiに対する吸着係数、脱離係数、表面拡散係数等の
差によるところが大きいが、Si原子自身によってSiO2が
反応し、蒸気圧が高い一酸化シリコンが生成されること
でSiO2自身がエッチングされ、窒化シリコン上ではこの
ようなエッチング現象は生じないということも選択堆積
を生じさせる原因となっていると考えられる（T.Yoneha
ra,S.Yoshioka,S.Miyazawa Journal of Applied Physic
s 53,6839,1982）。
このように堆積される面の材料としてSiO2および窒化
シリコンを選択し、堆積材料としてシリコンを選択すれ
ば、同グラフに示すように十分に大きな核形成密度差を
得ることができる。なお、ここでは堆積される面の材料
としてSiO2が望ましいが、これに限らずSiOxであっても
核形成密度差を得ることができる。
シリコンを選択し、堆積材料としてシリコンを選択すれ
ば、同グラフに示すように十分に大きな核形成密度差を
得ることができる。なお、ここでは堆積される面の材料
としてSiO2が望ましいが、これに限らずSiOxであっても
核形成密度差を得ることができる。
勿論、これらの材料に限定されるものではなく、核形
成密度の差が同グラフで示すように核の密度で102倍以
上であれば十分であり、後に例示するような材料によっ
ても堆積膜の十分な選択形成を行うことができる。
成密度の差が同グラフで示すように核の密度で102倍以
上であれば十分であり、後に例示するような材料によっ
ても堆積膜の十分な選択形成を行うことができる。
この核形成密度差を得る他の方法としては、SiO2上に
局所的にSiやＮ等をイオン注入して過剰にSiやＮ等を有
する領域を形成してもよい。
局所的にSiやＮ等をイオン注入して過剰にSiやＮ等を有
する領域を形成してもよい。
このような選択堆積法を利用し、堆積される面の材料
より核形成密度の十分大きい異種材料を単一の核だけが
成長するように十分微細に形成することによって、その
微細な異種材料の存在する箇所だけに単結晶を選択的に
成長させることができる。
より核形成密度の十分大きい異種材料を単一の核だけが
成長するように十分微細に形成することによって、その
微細な異種材料の存在する箇所だけに単結晶を選択的に
成長させることができる。
なお、単結晶の選択的成長は、堆積される面表面の電
子状態、特にダングリングボンドの状態によって決定さ
れるために、核形成密度の低い材料（たとえばSiO2）は
バルク材料である必要はなく、任意の材料や基板等の表
面のみに形成されて上記堆積される面を成していればよ
い。
子状態、特にダングリングボンドの状態によって決定さ
れるために、核形成密度の低い材料（たとえばSiO2）は
バルク材料である必要はなく、任意の材料や基板等の表
面のみに形成されて上記堆積される面を成していればよ
い。
第７図（Ａ）〜（Ｃ）は、単結晶形成方法の一例を示
す形成工程図であり、第８図（Ａ）および（Ｂ）は、第
７図（Ａ）および（Ｃ）における基板の斜視図である。
す形成工程図であり、第８図（Ａ）および（Ｂ）は、第
７図（Ａ）および（Ｃ）における基板の斜視図である。
まず、第７図（Ａ）および第８図（Ａ）に示すよう
に、基板14上に、選択堆積を可能にする核形成密度の小
さい薄膜15を形成し、その上に核形成密度の大きい異種
量を薄く堆積させ、リソグラフィ等によってパターニン
グすることで異種材料16を十分微細に形成する。ただ
し、基板14の大きさ、結晶構造および組成は任意のもの
でよく、機能素子が形成された基板であってもよい。ま
た、異種材料16とは、上述したように、SiやＮ等を薄膜
15にイオン注入して形成される過剰にSiやＮ等を有する
変質領域も含めるものとする。
に、基板14上に、選択堆積を可能にする核形成密度の小
さい薄膜15を形成し、その上に核形成密度の大きい異種
量を薄く堆積させ、リソグラフィ等によってパターニン
グすることで異種材料16を十分微細に形成する。ただ
し、基板14の大きさ、結晶構造および組成は任意のもの
でよく、機能素子が形成された基板であってもよい。ま
た、異種材料16とは、上述したように、SiやＮ等を薄膜
15にイオン注入して形成される過剰にSiやＮ等を有する
変質領域も含めるものとする。
次に、適当な堆積条件によって異種材料16だけに薄膜
材料の単一の核が形成される。すなわち、異種材料16
は、単一の核のみが形成される程度に十分微細に形成す
る必要がある。異種材料16の大きさは、材料の種類によ
って異なるが、数ミクロン以下であればよい。更に、核
は単結晶構造を保ちながら成長し、第７図（Ｂ）に示す
ように島状の単結晶粒17となる。島状の単結晶粒17が形
成されるためには、すでに述べたように、薄膜15上で全
く核形成が起こらないように条件を決めることが必要で
ある。
材料の単一の核が形成される。すなわち、異種材料16
は、単一の核のみが形成される程度に十分微細に形成す
る必要がある。異種材料16の大きさは、材料の種類によ
って異なるが、数ミクロン以下であればよい。更に、核
は単結晶構造を保ちながら成長し、第７図（Ｂ）に示す
ように島状の単結晶粒17となる。島状の単結晶粒17が形
成されるためには、すでに述べたように、薄膜15上で全
く核形成が起こらないように条件を決めることが必要で
ある。
島状の単結晶粒17は単結晶構造を保ちながら異種材料
16を中心して更に成長し、同図（Ｃ）に示すように略円
錐形の尖頭部を有する回転体の単結晶17aとなる。
16を中心して更に成長し、同図（Ｃ）に示すように略円
錐形の尖頭部を有する回転体の単結晶17aとなる。
このように堆積される面の材料である薄膜15が基板14
上に形成されているために、支持体となる基板14は任意
の材料を使用することができ、更に基板14に機能素子等
が形成されたものであっても、その上に容易に単結晶を
形成することができる。
上に形成されているために、支持体となる基板14は任意
の材料を使用することができ、更に基板14に機能素子等
が形成されたものであっても、その上に容易に単結晶を
形成することができる。
なお、上記実施例では、堆積される面の材料を薄膜15
で形成したが、選択堆積を可能にする核形成密度の小さ
い材料から成る基板をそのまま用いて、単結晶を同様に
形成してもよい。
で形成したが、選択堆積を可能にする核形成密度の小さ
い材料から成る基板をそのまま用いて、単結晶を同様に
形成してもよい。
第９図（Ａ）〜（Ｃ）は、単結晶形成方法の他の例を
示す形成工程図である。
示す形成工程図である。
同図に示すように、選択堆積を可能にする核形成密度
の小さい材料からなる基板15上に、異種材料16を十分微
小に形成することで、第６図に示した例と同様にして単
結晶を形成することができる。
の小さい材料からなる基板15上に、異種材料16を十分微
小に形成することで、第６図に示した例と同様にして単
結晶を形成することができる。
（具体例） 次に、上記例における単結晶層の具体的形成方法を説
明する。
明する。
SiO2を薄膜15の堆積される面の材料とする。勿論、石
英基板を用いてもよいし、金属、半導体、磁性体、圧電
体、絶縁体等の任意の基板上に、スパッタ法、CVD法、
真空蒸着法等を用いて基板表面にSiO2層を形成してもよ
い。また、堆積される面の材料としてはSiO2が望ましい
が、SiOxとしてのｘの値を変化させたものでもよい。
英基板を用いてもよいし、金属、半導体、磁性体、圧電
体、絶縁体等の任意の基板上に、スパッタ法、CVD法、
真空蒸着法等を用いて基板表面にSiO2層を形成してもよ
い。また、堆積される面の材料としてはSiO2が望ましい
が、SiOxとしてのｘの値を変化させたものでもよい。
こうして形成されたSiO2層15上に減圧気相成長法によ
って窒化シリコン層（ここではSi3N4層）又は多結晶シ
リコン層を異種材料として堆積させ、通常のリソグラフ
ィ技術又はＸ線、電子線若しくはイオン線を用いたリソ
グラフィ技術で窒化シリコン層又は多結晶シリコン層を
パターニングし、数ミクロン以下、望ましくは〜１μｍ
以下の微小な異種材料16を形成する。
って窒化シリコン層（ここではSi3N4層）又は多結晶シ
リコン層を異種材料として堆積させ、通常のリソグラフ
ィ技術又はＸ線、電子線若しくはイオン線を用いたリソ
グラフィ技術で窒化シリコン層又は多結晶シリコン層を
パターニングし、数ミクロン以下、望ましくは〜１μｍ
以下の微小な異種材料16を形成する。
続いて、HClとH2と、SiH2Cl2、SiCl4、SiHCl3、SiF4
若しくはSiH4との混合ガスを用いて上記基板14上にSiを
選択的に成長させる。その際の基板温度は700〜1100
℃、圧力は約100Torrである。
若しくはSiH4との混合ガスを用いて上記基板14上にSiを
選択的に成長させる。その際の基板温度は700〜1100
℃、圧力は約100Torrである。
数十分程度の時間で、SiO2上の窒化シリコン又は多結
晶シリコンの微細な異種材料16を中心として、単結晶の
Siの粒17が成長し、最適の成長条件とすることで、その
大きさは上記の異種材料程度の大きさから数十μｍ程度
に制御された単結晶17aが形成される。
晶シリコンの微細な異種材料16を中心として、単結晶の
Siの粒17が成長し、最適の成長条件とすることで、その
大きさは上記の異種材料程度の大きさから数十μｍ程度
に制御された単結晶17aが形成される。
（窒化シリコンの組成） これまで述べてきたような堆積される面の材料と異種
材料との十分な核形成密度差を得るには、Si3N4に限定
されるものではなく、窒化シリコンの組成を変化させた
ものでもよい。
材料との十分な核形成密度差を得るには、Si3N4に限定
されるものではなく、窒化シリコンの組成を変化させた
ものでもよい。
RFプラズマ中でSiH4ガスとNH3ガスとを分解させて低
温で窒化シリコン膜を形成するプラズマCVD法では、SiH
4ガスとNH3ガスとの流量比を変化させることで、堆積す
る窒化シリコン膜のSiとＮの組成比を大幅に変化させる
ことができる。
温で窒化シリコン膜を形成するプラズマCVD法では、SiH
4ガスとNH3ガスとの流量比を変化させることで、堆積す
る窒化シリコン膜のSiとＮの組成比を大幅に変化させる
ことができる。
第10図は、SiH4とNH3の流量比と形成された窒化シリ
コン膜中のSiおよびＮの組成比との関係を示したグラフ
である。
コン膜中のSiおよびＮの組成比との関係を示したグラフ
である。
この時の堆積条件は、RF出力175W、基板温度380℃で
あり、SiH4ガス流量を300cc/minに固定し、NH3ガスの流
量を変化させた。同グラフに示すようにNH3/SiH4のガス
流量比を４〜10へ変化させると、窒化シリコン膜中のSi
/N比は1.1〜0.58に変化することがオージェ電子分光法
によって明らかとなった。
あり、SiH4ガス流量を300cc/minに固定し、NH3ガスの流
量を変化させた。同グラフに示すようにNH3/SiH4のガス
流量比を４〜10へ変化させると、窒化シリコン膜中のSi
/N比は1.1〜0.58に変化することがオージェ電子分光法
によって明らかとなった。
また、減圧CVD法でSiH2Cl2ガスとNH3ガスとを導入
し、0.3Torrの減圧下、温度約800℃の条件で形成した窒
化シリコン膜の組成は、ほぼ化学量論比であるSi3N4（S
i/N＝0.75）に近いものであった。
し、0.3Torrの減圧下、温度約800℃の条件で形成した窒
化シリコン膜の組成は、ほぼ化学量論比であるSi3N4（S
i/N＝0.75）に近いものであった。
また、SiをアンモニアあるいはN2中で約1200℃で熱処
理すること（熱窒化法）で形成される窒化シリコン膜
は、その形成方法が熱平衡下で行われるために、更に化
学量論比に近い組成を得ることができる。
理すること（熱窒化法）で形成される窒化シリコン膜
は、その形成方法が熱平衡下で行われるために、更に化
学量論比に近い組成を得ることができる。
以上の様に種々の方法で形成した窒化シリコンをSiの
核形成密度がSiO2より高い堆積される面の材料として用
いて上記Siの核を成長させると、その組成比により核形
成密度に差が生じる。
核形成密度がSiO2より高い堆積される面の材料として用
いて上記Siの核を成長させると、その組成比により核形
成密度に差が生じる。
第11図は、Si/N組成比と核形成密度との関係を示すグ
ラフである。同グラフに示すように、窒化シリコン膜の
組成を変化させることで、その上に成長するSiの核形成
密度は大幅に変化する。この時の核形成条件は、SiCl4
ガスを175Torrに減圧し、1000℃でH2と反応させてSiを
生成させる。
ラフである。同グラフに示すように、窒化シリコン膜の
組成を変化させることで、その上に成長するSiの核形成
密度は大幅に変化する。この時の核形成条件は、SiCl4
ガスを175Torrに減圧し、1000℃でH2と反応させてSiを
生成させる。
このように窒化シリコンの組成によって核形成密度が
変化する現象は、単一の核を成長させる程度に十分微細
に形成される異種材料としての窒化シリコンの大きさに
影響を与える。すなわち、核形成密度が大きい組成を有
する窒化シリコンは、非常に微細に形成しない限り、単
一の核を形成することができない。
変化する現象は、単一の核を成長させる程度に十分微細
に形成される異種材料としての窒化シリコンの大きさに
影響を与える。すなわち、核形成密度が大きい組成を有
する窒化シリコンは、非常に微細に形成しない限り、単
一の核を形成することができない。
したがって、核形成密度と、単一の核が選択できる最
適な窒化シリコンの大きさとを選択する必要がある。た
とえば〜105cm-2の核形成密度を得る堆積条件では、窒
化シリコンの大きさは約４μｍ以下であれば単一の核を
選択できる。
適な窒化シリコンの大きさとを選択する必要がある。た
とえば〜105cm-2の核形成密度を得る堆積条件では、窒
化シリコンの大きさは約４μｍ以下であれば単一の核を
選択できる。
（イオン注入による異種材料の形成） Siに対して核形成密度差を実現する方法として、核形
成密度の低い堆積される面の材料であるSiO2の表面に局
所的にSi,N,P,B,F,Ar,He,C,As,Ga,Ge等をイオン注入し
てSiO2の堆積される面に変質領域を形成し、この変質領
域を核形成密度の高い堆積される面の材料としても良
い。
成密度の低い堆積される面の材料であるSiO2の表面に局
所的にSi,N,P,B,F,Ar,He,C,As,Ga,Ge等をイオン注入し
てSiO2の堆積される面に変質領域を形成し、この変質領
域を核形成密度の高い堆積される面の材料としても良
い。
例えば、SiO2表面をレジストで多い、所望の箇所を露
光、現像、溶解させてSiO2表面を部分的に表出させる。
光、現像、溶解させてSiO2表面を部分的に表出させる。
続いて、SiF4ガスをソースガスとして用い、Siイオン
を10keVで１×1016〜１×1018cm-2の密度でSiO2表面に
打込む。これによる投影飛程は114Åであり、SiO2表面
ではSi濃度が〜1022cm-3に達する。SiO2はもともと非晶
質であるために、Siイオンを注入した領域も非晶質であ
る。
を10keVで１×1016〜１×1018cm-2の密度でSiO2表面に
打込む。これによる投影飛程は114Åであり、SiO2表面
ではSi濃度が〜1022cm-3に達する。SiO2はもともと非晶
質であるために、Siイオンを注入した領域も非晶質であ
る。
なお、変質領域を形成するには、レジストをマスクと
してイオン注入を行うこともできるが、集束イオンビー
ム技術を用いて、レジストマスクを使用せずに絞られた
SiイオンをSiO2表面に注入してもよい。
してイオン注入を行うこともできるが、集束イオンビー
ム技術を用いて、レジストマスクを使用せずに絞られた
SiイオンをSiO2表面に注入してもよい。
こうしてイオン注入を行った後、レジストを剥離する
ことで、SiO2面にSiが過剰な変質領域が形成される。こ
のような変質領域が形成された堆積される面となるSiO2
面にSiを気相成長させる。
ことで、SiO2面にSiが過剰な変質領域が形成される。こ
のような変質領域が形成された堆積される面となるSiO2
面にSiを気相成長させる。
第12図は、Siイオン注入量と核形成密度との関係を示
すグラフである。
すグラフである。
同グラフに示すように、Si+注入量が多い程、核形成
密度が増大することがわかる。
密度が増大することがわかる。
したがって、変質領域の十分微細に形成することで、
この変質領域を異種材料としてSiの単一の核を成長させ
ることができ、上述したように単結晶を成長させること
ができる。
この変質領域を異種材料としてSiの単一の核を成長させ
ることができ、上述したように単結晶を成長させること
ができる。
なお、変質領域を単一の核が成長する程度に十分微細
に形成することは、レジストのパターニングや、集束イ
オンビームのビームを絞ることによって容易に達成され
る。
に形成することは、レジストのパターニングや、集束イ
オンビームのビームを絞ることによって容易に達成され
る。
（CVD以外のSi堆積方法） Siの選択核形成によって単結晶を成長させるには、CV
D法だけではなく、Siを真空中（＜10-6Torr）で電子銃
により蒸発させ、加熱した基板に堆積させる方法も用い
られる。特に、超高真空中（＜10-9Torr）で蒸着を行う
MBE（Molecular Beam Epitaxy）法では、基板温度900℃
以上でSiビームとSiO2が反応を始め、SiO2上でのSiの核
形成は皆無になることが知られている（T.Yonehara,S,Y
oshioka and S.Miyazawa Journal of Applied Physics
53,10,p6839,1983）。
D法だけではなく、Siを真空中（＜10-6Torr）で電子銃
により蒸発させ、加熱した基板に堆積させる方法も用い
られる。特に、超高真空中（＜10-9Torr）で蒸着を行う
MBE（Molecular Beam Epitaxy）法では、基板温度900℃
以上でSiビームとSiO2が反応を始め、SiO2上でのSiの核
形成は皆無になることが知られている（T.Yonehara,S,Y
oshioka and S.Miyazawa Journal of Applied Physics
53,10,p6839,1983）。
この現象を利用してSiO2上に点在させた微小な窒化シ
リコンに完全な選択性をもってSiの単一の核を形成し、
そこに単結晶Siを成長させることができた。この時の堆
積条件は、真空度10-8Tirr以下、Siビーム強度9.7×10
14atoms/cm2・sec、基板温度900℃〜1000℃であった。
リコンに完全な選択性をもってSiの単一の核を形成し、
そこに単結晶Siを成長させることができた。この時の堆
積条件は、真空度10-8Tirr以下、Siビーム強度9.7×10
14atoms/cm2・sec、基板温度900℃〜1000℃であった。
この場合、SiO2＋Si→2SiO↑という反応により、SiO
という蒸気圧の著しく高い反応生成物が形成され、この
蒸発によるSiO2自身のSiによるエッチングが生起してい
る。
という蒸気圧の著しく高い反応生成物が形成され、この
蒸発によるSiO2自身のSiによるエッチングが生起してい
る。
これに対して、窒化シリコン上では上記エッチング現
象は起こらず、核形成、そして堆積が生じている。
象は起こらず、核形成、そして堆積が生じている。
したがって、核形成密度の高い堆積される面の材料と
しては、窒化シリコン以外に、タンタル酸化物（Ta
2O5）、窒化シリコン酸化物（SiON）等を使用しても同
様の効果を得ることができる。すなわち、これらの材料
を微小形成して上記異種材料とすることで、同様に単結
晶を成長させることができる。
しては、窒化シリコン以外に、タンタル酸化物（Ta
2O5）、窒化シリコン酸化物（SiON）等を使用しても同
様の効果を得ることができる。すなわち、これらの材料
を微小形成して上記異種材料とすることで、同様に単結
晶を成長させることができる。
（タングステン単結晶の成長） Si以外の材料としてタングステンの場合を例示する。
タングステンは、SiO2上では核形成を起こさず、Si、
WSi2、PtSi、Al等の上では多結晶膜となって堆積するこ
とが知られている。しかし、本発明による結晶成長方法
によれば、単結晶を容易に成長させることができる。
WSi2、PtSi、Al等の上では多結晶膜となって堆積するこ
とが知られている。しかし、本発明による結晶成長方法
によれば、単結晶を容易に成長させることができる。
まず、SiO2を主成分とするガラス、石英、熱酸化膜等
の上に、Si、WSi2、PtSi、又はAlを真空蒸着で堆積さ
せ、フォトリソグラフィによって数μｍ以下の大きさに
パターニングする。
の上に、Si、WSi2、PtSi、又はAlを真空蒸着で堆積さ
せ、フォトリソグラフィによって数μｍ以下の大きさに
パターニングする。
続いて、250〜500℃に加熱された反応炉内に設置し、
WF6ガスおよび水素ガスの混合ガスを圧力約0.1〜10Torr
の減圧下で、各々75cc/minおよび10cc/minの流量で流
す。
WF6ガスおよび水素ガスの混合ガスを圧力約0.1〜10Torr
の減圧下で、各々75cc/minおよび10cc/minの流量で流
す。
これによって、WF6＋3H2→Ｗ＋6HFという反応式で表
現されるようにタングステンが生成する。この時、タン
グステンとSiO2との反応性は極めて低く、強固な結合が
生じないために、核形成は起こらず、したがって堆積は
生じない。
現されるようにタングステンが生成する。この時、タン
グステンとSiO2との反応性は極めて低く、強固な結合が
生じないために、核形成は起こらず、したがって堆積は
生じない。
これに対して、Si、WSi2、PtSi、Al上にはタングステ
ンの核が形成されるが、微細に形成されているために、
タングステンの単一の核のみが形成される。そして、こ
の単一の核が成長を続け、SiO2上にも横方向に単結晶の
まま成長する。これは、SiO2上にはタングステンの核成
長が起こらないために、単結晶成長を阻害して多結晶と
なることがないためである。
ンの核が形成されるが、微細に形成されているために、
タングステンの単一の核のみが形成される。そして、こ
の単一の核が成長を続け、SiO2上にも横方向に単結晶の
まま成長する。これは、SiO2上にはタングステンの核成
長が起こらないために、単結晶成長を阻害して多結晶と
なることがないためである。
なお、これまで述べた堆積される面の材料、異種材料
および堆積材料の組合せは、上記各実施例に示したもの
だけではなく、十分な核形成密度差を有する材料の組合
せであればよいことは明らかである。したがって、選択
堆積可能なGaAsやInP等の化合物半導体の場合にも、本
発明によって単結晶を形成することができる。
および堆積材料の組合せは、上記各実施例に示したもの
だけではなく、十分な核形成密度差を有する材料の組合
せであればよいことは明らかである。したがって、選択
堆積可能なGaAsやInP等の化合物半導体の場合にも、本
発明によって単結晶を形成することができる。
［発明の効果］ 以上詳細に説明したように、本発明のマルチ型電子放
出素子によれば、堆積される面上に設けられた尖頭部を
有する複数個の電極を単結晶で作製することにより、尖
頭部を有する電極の導電率を改善し、また、尖頭部の電
子放出部を一定の構造の結晶面として、ショットキー効
果を向上させ、電子放出効率を向上させとともに、絶縁
材料からなる堆積される面上に尖頭部を有する複数個の
電極を設けることにより、電気的絶縁性を向上させて、
隣接する電極の電気的影響を防ぐことができる。
出素子によれば、堆積される面上に設けられた尖頭部を
有する複数個の電極を単結晶で作製することにより、尖
頭部を有する電極の導電率を改善し、また、尖頭部の電
子放出部を一定の構造の結晶面として、ショットキー効
果を向上させ、電子放出効率を向上させとともに、絶縁
材料からなる堆積される面上に尖頭部を有する複数個の
電極を設けることにより、電気的絶縁性を向上させて、
隣接する電極の電気的影響を防ぐことができる。
また、本発明のマルチ型電子放出素子の製造方法によ
れば、本来結晶性等により基体上に単結晶を作製できな
い材料に単結晶を堆積させることが可能となり、単結晶
の材料の選定範囲を大きく広げることができ、大面積化
が容易である。加えて、電子放出部の形状を均一且つシ
ャープに形成して電界強度を均一且つ強いものとし、動
作開始電圧のバラツキを抑え、電子放出効率を一層向上
させることができる。
れば、本来結晶性等により基体上に単結晶を作製できな
い材料に単結晶を堆積させることが可能となり、単結晶
の材料の選定範囲を大きく広げることができ、大面積化
が容易である。加えて、電子放出部の形状を均一且つシ
ャープに形成して電界強度を均一且つ強いものとし、動
作開始電圧のバラツキを抑え、電子放出効率を一層向上
させることができる。
さらに、尖頭部を有する電極の位置が微細な異種材料
の位置精度で決められるので、所望の位置に高精度に作
製することができ、加えて、尖頭部を有する複数個の電
極の形状が、構成部材の材質、蒸着条件等の条件で決定
され、容易に寸法精度が制御できるので、その大きさの
バラツキを抑えることができ、その結果として、複数の
電子放出口を有するマルチ型電子放出素子をファインピ
ッチで、均一に作製することができる。
の位置精度で決められるので、所望の位置に高精度に作
製することができ、加えて、尖頭部を有する複数個の電
極の形状が、構成部材の材質、蒸着条件等の条件で決定
され、容易に寸法精度が制御できるので、その大きさの
バラツキを抑えることができ、その結果として、複数の
電子放出口を有するマルチ型電子放出素子をファインピ
ッチで、均一に作製することができる。
なお、本発明の製造方法によれば、堆積される面を所
望の材料の下地基材上に形成することが可能となり、例
えば堆積される面を放熱性の高い基体上に形成すること
で、信頼性を向上させることが可能となる。
望の材料の下地基材上に形成することが可能となり、例
えば堆積される面を放熱性の高い基体上に形成すること
で、信頼性を向上させることが可能となる。
第１図（Ａ）〜（Ｄ）は本発明の製造方法の第一実施例
によるマルチ型電子放出素子の製造工程を説明するため
の概略的部分断面図である。 第２図（Ａ）〜（Ｃ）は上記第１図（Ａ），（Ｃ），
（Ｄ）における部分斜視図である。 第３図は本発明の製造方法の第二実施例によるマルチ型
電子放出素子の一製造工程を示す概略的部分断面図であ
る。 第４図はマトリクス型のマルチ型電子放出素子を一例を
示す概略的斜視図である。 第５図（Ａ）および第５図（Ｂ）は選択堆積法の説明図
である。 第６図は、SiO2の堆積される面と窒化シリコンの堆積さ
れる面との核形成密度の経時変化を示すグラフである。 第７図（Ａ）〜（Ｃ）は、単結晶形成方法の一例を示す
形成工程図である。 第８図は、第７図（Ａ）および第７図（Ｃ）における基
板の斜視図である。 第９図（Ａ）〜（Ｃ）は、単結晶形成方法の他の例を示
す形成工程図である。 第10図は、SiH4とNH3の流量比と形成された窒化シリコ
ン膜中のSiおよびＮの組成比との関係を示したグラフで
ある。 第11図は、Si/N組成比と核形成密度との関係を示すグラ
フである。 第12図は、Siイオンの注入量と核形成密度との関係を示
すグラフである。 第13図は電界効果型の電子放出素子の一例を示す概略的
部分断面図である。 第14図（Ａ）〜（Ｄ）はその製造方法を説明するための
概略的工程図である。 １……酸化基体 1a……酸化膜 ２……凹部 ３……核形成ベース ４……尖頭部を有する電極 ５……金属板 ６……電極配線 ７……下地基材 ８……金属層 ９……ホトレジスト 10……開口部
によるマルチ型電子放出素子の製造工程を説明するため
の概略的部分断面図である。 第２図（Ａ）〜（Ｃ）は上記第１図（Ａ），（Ｃ），
（Ｄ）における部分斜視図である。 第３図は本発明の製造方法の第二実施例によるマルチ型
電子放出素子の一製造工程を示す概略的部分断面図であ
る。 第４図はマトリクス型のマルチ型電子放出素子を一例を
示す概略的斜視図である。 第５図（Ａ）および第５図（Ｂ）は選択堆積法の説明図
である。 第６図は、SiO2の堆積される面と窒化シリコンの堆積さ
れる面との核形成密度の経時変化を示すグラフである。 第７図（Ａ）〜（Ｃ）は、単結晶形成方法の一例を示す
形成工程図である。 第８図は、第７図（Ａ）および第７図（Ｃ）における基
板の斜視図である。 第９図（Ａ）〜（Ｃ）は、単結晶形成方法の他の例を示
す形成工程図である。 第10図は、SiH4とNH3の流量比と形成された窒化シリコ
ン膜中のSiおよびＮの組成比との関係を示したグラフで
ある。 第11図は、Si/N組成比と核形成密度との関係を示すグラ
フである。 第12図は、Siイオンの注入量と核形成密度との関係を示
すグラフである。 第13図は電界効果型の電子放出素子の一例を示す概略的
部分断面図である。 第14図（Ａ）〜（Ｄ）はその製造方法を説明するための
概略的工程図である。 １……酸化基体 1a……酸化膜 ２……凹部 ３……核形成ベース ４……尖頭部を有する電極 ５……金属板 ６……電極配線 ７……下地基材 ８……金属層 ９……ホトレジスト 10……開口部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金子 哲也 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 塚本 健夫 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 武田 俊彦 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 米原 隆夫 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 市川 武史 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭49−60169（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−66767（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−86428（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−97971（ＪＰ，Ａ) 特公 昭53−25632（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (4)
- 【請求項１】絶縁性材料からなる基体の表面上に設けら
れた単結晶からなる尖頭部を有する複数個の電極と、前
記堆積面上に設けられ且つ前記各々の尖頭部を中心とし
て開口部が設けられた絶縁部材と、この絶縁部材上に、
少なくとも前記尖頭部の近傍にその一部が設けられた引
き出し電極とを有するマルチ型電子放出素子において、 前記複数の電極がそれぞれ、前記基体の表面上に、該基
体の表面よりも核形成密度が十分大きく、且つ単一の核
だけが成長する程度に十分微細な異種材料を設け、この
異種材料上に成長した単一の核を中心に単結晶を成長さ
せることによって形成されたことを特徴とするマルチ型
電子放出素子。 - 【請求項２】上記尖頭部を有する複数個の電極を列状に
配設し、各列の複数個の電極を共通に接続してなる電極
配線を設け、この電極配線とマトリクス状となるよう
に、上記引き出し電極を列状に配設した特許請求の範囲
第１項記載のマルチ型電子放出素子。 - 【請求項３】絶縁基材に複数個の凹部を形成する工程
と、 前記複数個の凹部の底面に、前記複数個の凹部の底面の
絶縁材料より核形成密度が十分大きく、且つ単一の核だ
けが成長する程度に十分微細な異種材料が設けられ、こ
の異種材料に成長した単一の核によって成長した単結晶
によって、尖頭部を有する複数個の電極を形成する工程
と、 前記絶縁基材上に、少なくとも前記尖頭部の近傍にその
一部が設けられた引き出し電極を形成する工程とを有す
るマルチ型電子放出素子の製造方法。 - 【請求項４】上記複数個の凹部を列状に配設し、各列を
構成する凹部の間に溝を形成し、各列の尖頭部を有する
複数個の電極を共通に接続してなる電極配線を前記溝内
に設け、 前記電極配線とマトリクス状となるように、上記引き出
し電極を列状に配設する特許請求の範囲第３項記載のマ
ルチ型電子放出素子の製造方法。
Priority Applications (10)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2487287A JP2612564B2 (ja) | 1987-02-06 | 1987-02-06 | マルチ型電子放出素子及びその製造方法 |
| DE19883856492 DE3856492T2 (de) | 1987-02-06 | 1988-02-04 | Ein Elektronenemissionselement enthaltende Anzeigevorrichtung |
| EP19880101626 EP0278405B1 (en) | 1987-02-06 | 1988-02-04 | Electron emission element and method of manufacturing the same |
| DE19883855482 DE3855482T2 (de) | 1987-02-06 | 1988-02-04 | Elektronen emittierendes Element und dessen Herstellungsverfahren |
| EP96100917A EP0713241B1 (en) | 1987-02-06 | 1988-02-04 | A display device comprising an electron emission element |
| AU11343/88A AU1134388A (en) | 1987-02-06 | 1988-02-05 | Electron emission element and method of manufacturing the same |
| US07/746,154 US5176557A (en) | 1987-02-06 | 1991-08-14 | Electron emission element and method of manufacturing the same |
| AU87749/91A AU631327B2 (en) | 1987-02-06 | 1991-11-11 | Electron emission element and method of manufacturing the same |
| US07/848,727 US5201681A (en) | 1987-02-06 | 1992-03-09 | Method of emitting electrons |
| US08/011,006 US5361015A (en) | 1987-02-06 | 1993-01-29 | Electron emission element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2487287A JP2612564B2 (ja) | 1987-02-06 | 1987-02-06 | マルチ型電子放出素子及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6486427A JPS6486427A (en) | 1989-03-31 |
| JP2612564B2 true JP2612564B2 (ja) | 1997-05-21 |
Family
ID=12150296
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2487287A Expired - Lifetime JP2612564B2 (ja) | 1987-02-06 | 1987-02-06 | マルチ型電子放出素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2612564B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3007654B2 (ja) * | 1990-05-31 | 2000-02-07 | 株式会社リコー | 電子放出素子の製造方法 |
| JP2014502014A (ja) * | 2011-04-04 | 2014-01-23 | ヴァキューム・サイエンス・アンド・インストゥルメント・カンパニー・リミテッド | 電界放出源を用いた高効率平面型フォトバーおよびその製造方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4960169A (ja) * | 1972-10-09 | 1974-06-11 | ||
| JPS5166767A (ja) * | 1974-12-06 | 1976-06-09 | Hitachi Ltd |
-
1987
- 1987-02-06 JP JP2487287A patent/JP2612564B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6486427A (en) | 1989-03-31 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |