JP2956565B2 - Method of manufacturing field emission cold cathode - Google Patents

Method of manufacturing field emission cold cathode

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JP2956565B2 JP1136996A JP1136996A JP2956565B2 JP 2956565 B2 JP2956565 B2 JP 2956565B2 JP 1136996 A JP1136996 A JP 1136996A JP 1136996 A JP1136996 A JP 1136996A JP 2956565 B2 JP2956565 B2 JP 2956565B2
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  • Cold Cathode And The Manufacture (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は電子放出源となる冷
陰極の製造方法に関し、特に鋭利な先端から電子を放出
する電界放出冷陰極の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a cold cathode serving as an electron emission source, and more particularly to a method of manufacturing a field emission cold cathode emitting electrons from a sharp tip.

【0002】[0002]

【従来の技術】微小な円錐状のエミッタと、エミッタの
すぐ近くに形成され、エミッタからの電流を引き出す機
能ならびに電流制御機能を持つゲート層で構成された微
小冷陰極をアレイ状に並べた冷陰極が提案されている
(Journal of Applied Physi
cs,Vol.39,No.7,pp.3504,19
68)。このスピント型冷陰極は、熱陰極と比較して高
い電流密度が得られ、放出電子の速度分布が小さい等の
利点を持つ。また、単一の電界放出エミッタと比較して
電流雑音が小さく、数10〜200Vの低い電圧で動作
し、電子顕微鏡では10-10 Torr程度の真空度で動
作するのに対し、この場合は複数エミッタにより、10
-6〜10-8Torrの封じ切りガラス管でも動作すると
されている。
2. Description of the Related Art An array of cold cathodes arranged in the form of an array of minute conical emitters and minute cold cathodes formed in the immediate vicinity of the emitters and configured with a gate layer having a function of extracting current from the emitters and having a current control function. Cathodes have been proposed (Journal of Applied Physi
cs, Vol. 39, no. 7, pp. 3504, 19
68). The Spindt-type cold cathode has advantages that a higher current density can be obtained compared to a hot cathode, and the velocity distribution of emitted electrons is small. In addition, current noise is smaller than that of a single field emission emitter, the device operates at a low voltage of several tens to 200 V, and the electron microscope operates at a degree of vacuum of about 10 −10 Torr. Depending on the emitter, 10
It is said that a sealed glass tube of -6 to 10 -8 Torr also operates.

【0003】図5に従来技術であるスピント(Spin
dt)型冷陰極主要部の構造の断面図を示す。導電性の
基板101の上に高さ約1μmの微小な円錐状のエミッ
タ102が真空蒸着法によって形成され、エミッタ10
2の周囲にはゲート層103と絶縁層104が形成され
ている。基板101とエミッタ102とは電気的に接続
されており、基板101(およびエミッタ102)とゲ
ート層103の間には、ゲート層103を正に約100
Vの直流電圧が印加されている。基板101とゲート層
103の間は約1μm、ゲート層の開口径も約1μmと
狭く、エミッタ102の先端は極めて尖鋭に作られてい
るので、エミッタ102の先端には強い電界が加わる。
この電界が2〜5×107 V/cm以上になるとエミッ
タ102の先端から電子が放出され、エミッタ1個当た
り0.1〜数10μAの電流が得られる。このような構
造の微小冷陰極を複数個基板101の上にアレイ状に並
べることにより大きな電流を放出する平面状の陰極が構
成される。
FIG. 5 shows a prior art Spint.
FIG. 2 shows a cross-sectional view of a structure of a main part of a dt) type cold cathode. A small conical emitter 102 having a height of about 1 μm is formed on a conductive substrate 101 by a vacuum evaporation method.
2, a gate layer 103 and an insulating layer 104 are formed. The substrate 101 and the emitter 102 are electrically connected. Between the substrate 101 (and the emitter 102) and the gate layer 103, the gate
V DC voltage is applied. Since the distance between the substrate 101 and the gate layer 103 is as small as about 1 μm and the opening diameter of the gate layer is about 1 μm, and the tip of the emitter 102 is extremely sharp, a strong electric field is applied to the tip of the emitter 102.
When the electric field becomes 2-5 × 10 7 V / cm or more, electrons are emitted from the tip of the emitter 102, and a current of 0.1 to several tens μA is obtained for each emitter. By arranging a plurality of minute cold cathodes having such a structure in an array on the substrate 101, a planar cathode emitting a large current is formed.

【0004】図6によりスピント型冷陰極の製造方法を
説明する。カソード電極の役目も兼ねるシリコン等の導
電性基板61上に二酸化シリコン(SiO2 )等の絶縁
層62と、ゲート電極となる低抵抗のゲート層63を成
膜する(図6(a))。次に、フォトリソグラフィ技術
等によってレジスト64にパターニングした空洞65
(図6(b))を、エッチングによりゲート層63、絶
縁層62に転写する(図6(c))。
A method for manufacturing a Spindt-type cold cathode will be described with reference to FIG. An insulating layer 62 such as silicon dioxide (SiO 2 ) and a low-resistance gate layer 63 serving as a gate electrode are formed on a conductive substrate 61 such as silicon also serving as a cathode electrode (FIG. 6A). Next, a cavity 65 patterned on the resist 64 by photolithography or the like.
(FIG. 6B) is transferred to the gate layer 63 and the insulating layer 62 by etching (FIG. 6C).

【0005】次いで、ゲート層63の上と空洞65の縁
に後のリフトオフのための犠牲層66を形成するため、
基板61を回転させながら斜め方向から酸化アルミニウ
ムなどを蒸着する(図6(d))。その後、エミッタを
形成するため、モリブデンなどのエミッタ材料67を基
板に対して垂直に蒸着する(図6(e))。この時、蒸
着が進むにつれて空洞開口部が次第に狭まる結果、空洞
底面に円錐状のエミッタ68が形成される。最後に犠牲
層66をエッチングして、表面の不要な膜を除去し、エ
ミッタ68を露出させる(図6(f))。
Next, a sacrificial layer 66 for later lift-off is formed on the gate layer 63 and on the edge of the cavity 65.
While rotating the substrate 61, aluminum oxide or the like is deposited from an oblique direction (FIG. 6D). Thereafter, in order to form an emitter, an emitter material 67 such as molybdenum is deposited vertically on the substrate (FIG. 6E). At this time, as the deposition proceeds, the opening of the cavity gradually narrows, so that a conical emitter 68 is formed on the bottom surface of the cavity. Finally, the sacrificial layer 66 is etched to remove an unnecessary film on the surface, thereby exposing the emitter 68 (FIG. 6F).

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】電界放出冷陰極では、
前述のように約1μmの間隔をおいた電極間に100V
程度の電圧を印加して動作させるために、ゲート層とエ
ミッタ間の絶縁性が重要な特性である。ゲート・エミッ
タ間の絶縁が悪いと動作が安定せず、寿命にも影響を与
える。
In the field emission cold cathode,
As described above, a voltage of 100 V is applied between the electrodes at intervals of about 1 μm.
In order to operate by applying a voltage of the order of magnitude, insulation between the gate layer and the emitter is an important characteristic. If the insulation between the gate and the emitter is poor, the operation will not be stable and the life will be affected.

【0007】従来の製造方法では真上から真空蒸着によ
って略円錐型のエミッタ電極を作製するが、すべての蒸
着粒子がエミッタ電極として堆積するわけではなく、回
り込み等によって空洞内の絶縁層側面にも少量のエミッ
タ材料が付着してしまい、それにより、ゲート層とエミ
ッタ間の絶縁特性が劣化してしまう。また、特開平6−
89651にはスパッタ法で様々な材料によりエミッタ
電極を形成する技術が開示されているが、スパッタ法の
場合には真空蒸着法に比べて真空度が低く、ガス分子に
よる蒸着粒子の散乱の影響が大きいため、絶縁層側面へ
のエミッタ材料の回り込みによる付着が増え、絶縁特性
を大きく劣化させる。この影響は、特に多数のエミッタ
を並列に並べた構造の陰極で、絶縁特性の顕著な劣化を
もたらし、動作できないこともある。
In the conventional manufacturing method, a substantially conical emitter electrode is formed from directly above by vacuum evaporation. However, not all of the deposited particles are deposited as an emitter electrode, and the wraparound or the like also causes the insulation layer side surface in the cavity to be formed. A small amount of emitter material will adhere, thereby degrading the insulation properties between the gate layer and the emitter. In addition, Japanese Unexamined Patent Publication No.
89651 discloses a technique for forming an emitter electrode from various materials by a sputtering method. However, in the case of a sputtering method, the degree of vacuum is lower than that of a vacuum evaporation method, and the influence of scattering of vapor-deposited particles by gas molecules is reduced. Due to the large size, the adhesion of the emitter material to the side surface of the insulating layer due to the wraparound increases, and the insulating characteristics are greatly deteriorated. This effect causes a remarkable deterioration of insulating characteristics, particularly in a cathode having a structure in which a large number of emitters are arranged in parallel, and may not operate.

【0008】特開平6−96664にはスピント型冷陰
極の製造方法が開示されており、図6(d)のように犠
牲層を斜め蒸着によって形成する際に、ゲート層上、ゲ
ート層側面及び絶縁層側面の上のごく一部にだけ犠牲層
が堆積される。その後蒸着を行った場合、犠牲層によっ
て覆われた絶縁層側面には回り込んだエミッタ材料は付
着しないが、他の大部分の絶縁層側面には付着してしま
い、絶縁特性向上のためにほとんど効果が期待できな
い。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-96664 discloses a method of manufacturing a Spindt-type cold cathode. When a sacrificial layer is formed by oblique deposition as shown in FIG. A sacrificial layer is deposited only on a small part of the side of the insulating layer. When evaporation is performed thereafter, the emitter material that has wrapped around does not adhere to the side of the insulating layer covered by the sacrificial layer, but adheres to most of the other sides of the insulating layer. No effect can be expected.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明では、エミッタ材
料を蒸着する前に絶縁層側面全面に保護膜を形成するこ
とによって、その後の蒸着のとき回り込んだエミッタ材
料をその保護膜上に付着させ、エミッタ形成後にその膜
を剥離して保護膜とともに付着物を除去する。
According to the present invention, a protective film is formed on the entire side surface of an insulating layer before vapor deposition of an emitter material, so that the emitter material which wraps around during the subsequent vapor deposition is deposited on the protective film. Then, after the emitter is formed, the film is peeled off to remove deposits together with the protective film.

【0010】すなわち、本発明は、導電性基板、あるい
は絶縁性材料上に導電性層を堆積した基板上に絶縁層と
導電性のゲート層を形成する工程と、この絶縁層と導電
性ゲート層にエミッタ電極形成用の空洞を形成する工程
と、ゲート層上部と空洞の内側に張り出すように犠牲層
を形成する工程と、エミッタ電極材料を堆積することに
より空洞内にエミッタ電極を形成したあと犠牲層を除去
して余分なエミッタ電極材料をリフトオフする工程とを
有する電界放出冷陰極の製造方法において、エミッタ電
極材料を堆積する前に、エミッタ電極を取り囲む前記絶
縁層側面全面に保護膜を成膜し、エミッタ電極の材料を
堆積した後に、保護膜を除去する工程を備えることを特
徴とする。
That is, the present invention provides a process for forming an insulating layer and a conductive gate layer on a conductive substrate or a substrate having a conductive layer deposited on an insulating material; Forming a cavity for forming an emitter electrode in the cavity, forming a sacrificial layer overhanging the gate layer and inside the cavity, and forming an emitter electrode in the cavity by depositing an emitter electrode material. Removing a sacrificial layer to lift off excess emitter electrode material, wherein a protective film is formed on the entire side surface of the insulating layer surrounding the emitter electrode before depositing the emitter electrode material. After the film is formed and the material for the emitter electrode is deposited, a step of removing the protective film is provided.

【0011】犠牲層を成膜するときに、基板を垂直軸の
まわりに回転させながら、回転軸からほぼtan-1(D
g /(tg +ti ))となる角度から犠牲層材料を堆積
させ、空洞内の絶縁層側面全面に堆積した犠牲層材料を
保護膜とすることができる。また、保護膜をCVDによ
り成膜した後に、基板のエミッタ電極を形成すべき部分
に堆積した保護膜を除去し、絶縁層側面にのみ残しても
よい。あるいは、真空蒸着やスパッタ法により保護膜を
堆積し、基板のエミッタ電極の形成部分に堆積した保護
膜をスパッタエッチングにより除去する際に飛散して空
洞内の絶縁層側面全面に堆積した膜を保護膜としてもよ
い。
When forming the sacrificial layer, while rotating the substrate around the vertical axis, the substrate is substantially tan-1 (D
g / (tg + ti)), and the sacrificial layer material deposited on the entire side surface of the insulating layer in the cavity can be used as the protective film. Further, after forming the protective film by CVD, the protective film deposited on the portion of the substrate where the emitter electrode is to be formed may be removed and left only on the side surface of the insulating layer. Alternatively, a protective film is deposited by vacuum evaporation or sputtering, and when the protective film deposited on the portion of the substrate where the emitter electrode is formed is removed by sputter etching, the protective film is scattered to protect the film deposited on the entire side surface of the insulating layer in the cavity. It may be a film.

【0012】絶縁層側面が導電性のエミッタ材料により
汚染されることなく冷陰極を作製できるので、エミッタ
・ゲート間の絶縁抵抗が劣化せず、絶縁耐圧の劣化もな
い。よって動作時のゲート電流を低減でき、安定動作さ
せることができる。更に多数のエミッタをアレイ化した
素子の安定動作を可能にし、放出電流を増大させること
ができる。
Since the cold cathode can be manufactured without the side surface of the insulating layer being contaminated by the conductive emitter material, the insulation resistance between the emitter and the gate does not deteriorate and the dielectric strength does not deteriorate. Therefore, the gate current during operation can be reduced, and stable operation can be achieved. Further, a stable operation of an element in which a large number of emitters are arrayed is enabled, and the emission current can be increased.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】つぎに本発明について図面を参照
して詳細に説明する。図1は本発明の第1の実施形態例
を示す電界放出冷陰極の構成とプロセスである。図1
(a)に示すように、シリコン基板1の上に絶縁層2
(厚さti =約0.8μm)、ゲート層3(厚さtg
約0.2μm)を積層し、フォトリソグラフィとエッチ
ングにより、ゲート層3と絶縁層2に微小な空洞4(直
径Dg =約1μm)を形成する。絶縁層2、ゲート層3
の材料は、それぞれ、例えば二酸化シリコン、タングス
テンである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a configuration and a process of a field emission cold cathode according to a first embodiment of the present invention. FIG.
(A) As shown in FIG.
(Thickness t i = about 0.8 μm), gate layer 3 (thickness t g =
A microcavity 4 (diameter D g = about 1 μm) is formed in the gate layer 3 and the insulating layer 2 by photolithography and etching. Insulating layer 2, gate layer 3
Are, for example, silicon dioxide and tungsten, respectively.

【0014】続いて、犠牲層5を成膜する。成膜は、基
板1をこれに垂直な軸で回転させながら、アルミニウム
を蒸着する。その際、犠牲層5が保護膜を兼ねるよう
に、ゲート層3上および空洞4内の絶縁層側面全面に付
く角度tan-1(Dg /(tg+ti ))、(この場
合、回転軸から約45度)で蒸着を行う(図1
(b))。これにより、ゲート層3上から空洞4内の絶
縁層側面にいたる連続したアルミニウムの層が形成され
る。
Subsequently, a sacrificial layer 5 is formed. In the film formation, aluminum is deposited while rotating the substrate 1 about an axis perpendicular thereto. At this time, an angle tan -1 (D g / (t g + t i )) formed on the gate layer 3 and the entire side surface of the insulating layer in the cavity 4 so that the sacrificial layer 5 also serves as a protective film. The deposition is performed at about 45 degrees from the axis (Fig. 1).
(B)). As a result, a continuous aluminum layer from the gate layer 3 to the side surface of the insulating layer in the cavity 4 is formed.

【0015】通常、空洞4の直径Dg =0.2〜2μm
程度であり、エミッタの高さ=ti+tg はDg の0.
8〜2倍に設定される。従って、最適のtan-1(Dg
/(tg +ti ))は25〜50度の範囲にある。典型
的には約45度が望ましい。
Normally, the diameter D g of the cavity 4 is 0.2 to 2 μm.
On the order, the emitter height = t i + t g is 0 the D g.
It is set to 8 to 2 times. Therefore, the optimal tan -1 (D g
/ (T g + t i )) is in the range of 25 to 50 degrees. Typically, about 45 degrees is desired.

【0016】その後、基板1をこれに垂直な軸で回転し
ながら、基板1真上からモリブデンの蒸着により、エミ
ッタ7を形成する。その間、絶縁層側面上の犠牲層(保
護膜)5には真空中の残留ガスによる散乱等のために回
り込んだエミッタ材料粒子8が付着する(図1
(c))。最後に燐酸によって犠牲層5を溶かして不要
なエミッタ材料6およびエミッタ材料粒子8を除去する
ことによって、汚染のない絶縁層側面が実現される(図
1(d))。
Thereafter, while rotating the substrate 1 about an axis perpendicular to the substrate 1, an emitter 7 is formed by molybdenum vapor deposition from directly above the substrate 1. In the meantime, the emitter material particles 8 that have wrapped around due to scattering by residual gas in vacuum or the like adhere to the sacrificial layer (protective film) 5 on the side surface of the insulating layer (FIG. 1).
(C)). Finally, by dissolving the sacrificial layer 5 with phosphoric acid to remove the unnecessary emitter material 6 and the emitter material particles 8, a side surface of the insulating layer free from contamination is realized (FIG. 1D).

【0017】なお、エミッタ材料としては、モリブデン
以外に金、白金、ロジウム等、ゲート層としては、タン
グステン以外に珪化タングステン、モリブデン、多結晶
シリコン等、絶縁層としては、二酸化シリコン以外に窒
化シリコン等、犠牲層としては、アルミニウム以外に酸
化アルミニウム、窒化シリコン、ニッケル等も使用でき
る。また、基板としては絶縁性材料上に導電性層を堆積
したものを用いることができる。この場合、保護膜形成
及び除去のために特に特別な工程を加える必要はなく、
図1の犠牲層形成、犠牲層のエッチングによって目的が
達せられる。
In addition, besides molybdenum, gold, platinum, rhodium, etc., besides molybdenum, tungsten silicide, molybdenum, polycrystalline silicon, etc., besides tungsten, besides molybdenum, and silicon nitride, besides silicon dioxide, besides silicon dioxide. As the sacrificial layer, aluminum oxide, silicon nitride, nickel or the like can be used in addition to aluminum. In addition, a substrate obtained by depositing a conductive layer on an insulating material can be used as the substrate. In this case, it is not necessary to add a special process for forming and removing the protective film.
The purpose is achieved by forming the sacrificial layer and etching the sacrificial layer in FIG.

【0018】図2は本発明の第2の実施形態例を示す電
界放出冷陰極の構成とプロセスである。図2において、
図1と同じ番号の部分は図1の全く同じ構成要素を示
し、各構成要素の材料、寸法は図1に示す第1の実施形
態例と同じである。図2に示すように、絶縁層2、ゲー
ト層3、犠牲層9となるアルミニウムを積層し、犠牲層
9、ゲート層3、絶縁層2に微小な空洞4を形成する
(図2(a))。続いて、CVDにより保護膜材料10
となるアルミニウムを、犠牲層9上および空洞4表面に
成膜する(図2(b))。
FIG. 2 shows the structure and process of a field emission cold cathode according to a second embodiment of the present invention. In FIG.
1 denote the same components as in FIG. 1, and the materials and dimensions of each component are the same as those in the first embodiment shown in FIG. As shown in FIG. 2, an insulating layer 2, a gate layer 3, and aluminum serving as a sacrifice layer 9 are laminated, and a minute cavity 4 is formed in the sacrifice layer 9, the gate layer 3, and the insulating layer 2 (FIG. 2A). ). Subsequently, the protective film material 10 is formed by CVD.
Is formed on the sacrificial layer 9 and on the surface of the cavity 4 (FIG. 2B).

【0019】その後空洞4の底面が現れるように、四塩
化炭素ガスを使用した反応性イオンエッチング(RI
E)によって異方性エッチングすることにより、絶縁層
2、ゲート層3および犠牲層9の側面だけに保護膜11
が残る(図2(c))。エミッタ形成からの工程は図1
(c)、(d)に示す第1の実施形態例と同じである。
Thereafter, reactive ion etching (RI) using carbon tetrachloride gas is performed so that the bottom surface of the cavity 4 appears.
E), the protective film 11 is formed only on the side surfaces of the insulating layer 2, the gate layer 3, and the sacrificial layer 9.
Remain (FIG. 2 (c)). The steps from emitter formation are shown in FIG.
This is the same as the first embodiment shown in (c) and (d).

【0020】なお、犠牲層、保護膜材料としてアルミニ
ウムで説明したが、その他にCVD、RIEの際の導入
ガスを換えることによって酸化アルミニウム、窒化シリ
コン、またそれらの組み合わせも使用できる。
Although aluminum has been described as the sacrificial layer and the protective film material, aluminum oxide, silicon nitride, or a combination thereof can also be used by changing the gas introduced during CVD or RIE.

【0021】図3は本発明の第3の実施形態例を示す電
界放出冷陰極の構成とプロセスである。空洞4形成まで
は図2(a)の第2の実施形態例と同じである。続いて
フッ酸により絶縁層側面をエッチングし、図のようにゲ
ート層が張り出した形状を作る(図3(a))。その後
空洞4に入るようにポジ型のレジスト12を塗布し(図
3(b))、プリベイク、基板真上からの露光、現像に
よって、露光時に陰となる部分だけにレジスト12を残
し、それを保護膜13とする(図3(c))。エミッタ
形成(図3(d))から犠牲層剥離までの工程は、図1
(c)、(d)に示す第1の実施形態例と同じである。
最後に剥離液により保護膜13を除去することによって
汚染のない絶縁層側面が実現される(図3(e))。
FIG. 3 shows a structure and a process of a field emission cold cathode according to a third embodiment of the present invention. The process up to the formation of the cavity 4 is the same as that of the second embodiment shown in FIG. Subsequently, the side surface of the insulating layer is etched with hydrofluoric acid to form a shape in which the gate layer protrudes as shown in the figure (FIG. 3A). Thereafter, a positive type resist 12 is applied so as to enter the cavity 4 (FIG. 3B), and the resist 12 is left only in a portion which becomes negative at the time of exposure by pre-baking, exposure from just above the substrate, and development. The protective film 13 is formed (FIG. 3C). The steps from the formation of the emitter (FIG. 3D) to the removal of the sacrificial layer are shown in FIG.
This is the same as the first embodiment shown in (c) and (d).
Finally, by removing the protective film 13 with a stripper, a side surface of the insulating layer without contamination is realized (FIG. 3E).

【0022】図4は本発明の第4の実施形態例を示す電
界放出冷陰極の構成とプロセスである。絶縁層側面のエ
ッチングまでは、図3(a)の第3の実施形態例と同じ
である。更に保護膜材料(アルミニウム)14を基板1
と垂直方向から蒸着する(図4(a))。その後、アル
ゴンイオンによりスパッタエッチングする。スパッタリ
ングされた空洞4底面の保護膜材料14は除去され、そ
れが絶縁層側面に付着し保護膜15となる(図4
(c))。エミッタ形成以降の工程は図1(c)、
(d)に示す第1の実施形態例と同じである。
FIG. 4 shows the structure and process of a field emission cold cathode according to a fourth embodiment of the present invention. The process up to the etching of the side surface of the insulating layer is the same as that of the third embodiment shown in FIG. Further, a protective film material (aluminum) 14 is applied to the substrate 1.
And vapor deposition from the vertical direction (FIG. 4A). Thereafter, sputter etching is performed using argon ions. The protective film material 14 on the bottom surface of the sputtered cavity 4 is removed and adheres to the side surface of the insulating layer to form a protective film 15 (FIG. 4).
(C)). Steps after the formation of the emitter are shown in FIG.
This is the same as the first embodiment shown in FIG.

【0023】[0023]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
絶縁層側面にエミッタ材料の付着を防止でき、絶縁特性
を劣化させずに冷陰極を作製できる。この結果、特にエ
ミッタをアレイ化した場合の放電やリーク電流を低減で
きるので、エミッション電流を増加でき、歩留まりも向
上する。
As described above, according to the present invention,
Adhesion of the emitter material to the side surface of the insulating layer can be prevented, and a cold cathode can be manufactured without deteriorating the insulating characteristics. As a result, discharge and leakage current, particularly when the emitters are arrayed, can be reduced, so that the emission current can be increased and the yield can be improved.

【0024】さらに、スパッタ法等によりエミッタ電極
を形成する際にも回り込みによる絶縁特性の劣化を防ぐ
ことができるために、蒸着法では成膜が困難な高融点化
合物などにまでエミッタ材料の選択の範囲を広げること
が容易になる。
Further, even when the emitter electrode is formed by a sputtering method or the like, it is possible to prevent insulation characteristics from deteriorating due to wraparound. It becomes easy to expand the range.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】(a)〜(d)は、本発明の第1の実施形態例
の電界放出冷陰極の製造工程を説明する図である。
FIGS. 1 (a) to 1 (d) are diagrams for explaining a manufacturing process of a field emission cold cathode according to a first embodiment of the present invention.

【図2】(a)〜(c)は、本発明の第2の実施形態例
の電界放出冷陰極の製造工程を説明する図である。
FIGS. 2A to 2C are diagrams illustrating a manufacturing process of a field emission cold cathode according to a second embodiment of the present invention.

【図3】(a)〜(e)は、本発明の第3の実施形態例
の電界放出冷陰極の製造工程を説明する図である。
FIGS. 3 (a) to 3 (e) are diagrams for explaining a manufacturing process of a field emission cold cathode according to a third embodiment of the present invention.

【図4】(a)〜(c)は、本発明の第4の実施形態例
の電界放出冷陰極の製造工程を説明する図である。
FIGS. 4A to 4C are diagrams illustrating a manufacturing process of a field emission cold cathode according to a fourth embodiment of the present invention.

【図5】スピント型冷陰極主要部の断面図である。FIG. 5 is a sectional view of a main part of a Spindt-type cold cathode.

【図6】(a)〜(f)は、特開平6−96664に開
示されたスピント型冷陰極の製造工程を説明する図であ
る。
FIGS. 6 (a) to 6 (f) are diagrams for explaining a manufacturing process of a Spindt-type cold cathode disclosed in JP-A-6-96664.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,61,101 基板 2,62,104 絶縁層 3,63,103 ゲート層 4,65 空洞 5 犠牲層(保護膜) 6,67 エミッタ材料 7,68 エミッタ 8 エミッタ材料粒子 9,66 犠牲層 10,14 保護膜材料 11,13,15 保護膜 12,64 レジスト Reference Signs List 1,61,101 substrate 2,62,104 insulating layer 3,63,103 gate layer 4,65 cavity 5 sacrificial layer (protective film) 6,67 emitter material 7,68 emitter 8 emitter material particles 9,66 sacrificial layer 10 , 14 Protective film material 11, 13, 15 Protective film 12, 64 Resist

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01J 9/02 JICSTファイル(JOIS)──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H01J 9/02 JICST file (JOIS)

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 導電性基板、あるいは絶縁性材料上に導
電性層を堆積した基板上に絶縁層と導電性のゲート層を
形成する工程と、前記絶縁層と導電性ゲート層にエミッ
タ電極形成用の空洞を形成する工程と、前記ゲート層上
部に犠牲層を形成する工程と、エミッタ電極材料を堆積
する事により空洞内にエミッタ電極を形成したあと前記
犠牲層を除去することにより余分なエミッタ電極材料を
リフトオフする工程とを有する電界放出冷陰極の製造方
法において、前記エミッタ電極材料を堆積する前に、
ミッタ電極形成用空洞内側の絶縁層側面全面に保護膜を
成膜し、前記エミッタ電極の材料を堆積した後に、前記
保護膜を除去する工程を備えることを特徴とする電界放
出冷陰極の製造方法。
1. A step of forming an insulating layer and a conductive gate layer on a conductive substrate or a substrate having a conductive layer deposited on an insulating material, and forming an emitter electrode on the insulating layer and the conductive gate layer. Forming a cavity for the gate layer,
Forming a sacrificial layer in the portion, and forming an emitter electrode in the cavity by depositing an emitter electrode material, and then removing off the sacrificial layer to lift off excess emitter electrode material. the method of manufacturing a cathode, before depositing the emitter electrode material, et
A method of manufacturing a field emission cold cathode, comprising: forming a protective film on the entire side surface of an insulating layer inside a cavity for forming a mitter electrode , removing the protective film after depositing a material for the emitter electrode, .
【請求項2】 前記犠牲層を真空蒸着法で成膜するとき
に、基板を基板に垂直な軸のまわりに回転させながら、
空洞開口径をDg 、ゲート層、絶縁層の膜厚をそれぞれ
tg 、ti としたとき、回転軸からほぼtan-1(Dg
/(tg+ti ))となる角度から犠牲層材料を堆積さ
せ、前記空洞内の絶縁層側面全面に堆積した犠牲層材料
を保護膜として利用することを特徴とする請求項1記載
の電界放出冷陰極の製造方法。
2. When forming the sacrificial layer by a vacuum deposition method, while rotating the substrate around an axis perpendicular to the substrate,
Assuming that the cavity opening diameter is Dg and the thicknesses of the gate layer and the insulating layer are tg and ti, respectively, tan -1 (Dg
/ (Tg + ti)) depositing a sacrificial layer material and a composed angles, according to claim 1, wherein utilizing a sacrificial layer material <br/> deposited on the insulating layer side front surface of the cavity as a protective film Manufacturing method of field emission cold cathode.
【請求項3】 前記犠牲層材料をゲート層表面から、エ
ミッタ電極形成用空洞内側の絶縁層側面まで連続して堆
積させたことを特徴とする請求項2記載の電界放出冷陰
極の製造方法。
3. A method for manufacturing a field emission cold cathode according to claim 2, wherein said sacrificial layer material is continuously deposited from the surface of the gate layer to the side of the insulating layer inside the cavity for forming the emitter electrode.
【請求項4】 前記保護膜をCVDにより成膜した後
に、基板のエミッタ電極を形成すべき部分に堆積した保
護膜をスパッタエッチングあるいは、異方性のドライエ
ッチングにより除去することを特徴とする請求項1記載
の電界放出冷陰極の製造方法。
4. The method according to claim 1, wherein after forming the protective film by CVD, the protective film deposited on a portion of the substrate where an emitter electrode is to be formed is removed by sputter etching or anisotropic dry etching. Item 2. A method for producing a field emission cold cathode according to Item 1.
【請求項5】 前記保護膜としてポジ型フォトレジスト
犠牲層上およびエミッタ電極形成用空洞表面に被着
し、前記ゲート層の開口部を利用して露光し、基板のエ
ミッタ電極を形成すべき部分に堆積した保護膜を現像に
より除去することを特徴とする請求項1記載の電界放出
冷陰極の製造方法。
5. An emitter electrode of a substrate is formed by applying a positive photoresist as the protective film on the sacrificial layer and on the surface of the cavity for forming the emitter electrode, and exposing it using an opening in the gate layer. 2. The method according to claim 1, wherein the protective film deposited on the portion is removed by development.
【請求項6】 前記保護膜真空蒸着あるいはスパッタ
法により保護膜材料を基板のエミッタ電極を形成すべき
部分に堆積し、前記保護膜材料をスパッタエッチングに
より除去することにより前記空洞内の絶縁層側面に前記
保護膜材料を付着させた膜であることを特徴とする請求
項1記載の電界放出冷陰極の製造方法。
Wherein said protective layer is to be formed an emitter electrode of the substrate a protective film material by vacuum deposition or sputtering
Deposited portion, said insulating layer side surface of the cavity by the protective film material are removed by sputter etching
2. The method for producing a field emission cold cathode according to claim 1, wherein the film is a film to which a protective film material is adhered .
【請求項7】 前記角度が25〜50度の範囲にあるこ
とを特徴とする請求項記載の電界放出冷陰極の製造方
法。
7. The method according to claim 2, wherein the angle is in a range of 25 to 50 degrees.
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