JP2969913B2

JP2969913B2 - 電界放出型エミッタ

Info

Publication number: JP2969913B2
Application number: JP29318290A
Authority: JP
Inventors: 英俊渡辺; 裕司小松
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1990-10-30
Filing date: 1990-10-30
Publication date: 1999-11-02
Anticipated expiration: 2014-11-02
Also published as: JPH04167324A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、電界放出型エミッタに関し、例えばフラ
ットCRTのような平面型ディスプレイに通用して好適な
ものである。

〔発明の概要〕

この発明は、導電性基板と、導電性基板上に形成され
た絶縁膜と、絶縁膜に形成されたキャビティと、キャビ
ティの内部の導電性基板上に形成されたカソードと、絶
縁膜上に形成されたゲート電極とを具備する電界放出型
エミッタにおいて、ゲート電極を高融点金属シリサイド
により形成することによって、カソードからの電子放出
を安定に行わせることができるとともに、酸化などによ
るゲート電極の変形を防止することができるようにした
ものである。

〔従来の技術〕

従来、ミクロンオーダーのサイズの電界放出型エミッ
タとして、スピント（Spindt）型と呼ばれる第３図に示
すようなものが知られている。

第３図に示すように、この電界放出型エミッタにおい
ては、導電性のシリコン（Si）基板101上に、膜厚が１
μｍ程度の二酸化シリコン（SiO₂）膜102が形成されて
いる。このSiO₂膜102には、キャビティ102aが形成され
ている。そして、このキャビティ102aの内部のSi基板10
1上に、モリブデン（Mo）やタングステン（Ｗ）などの
高融点かつ低仕事関数の金属から成る先端が尖った円錐
状のカソード103が形成されている。

また、キャビティ102aの周囲のSiO₂膜102上には、カ
ソード103を囲むように例えばMoやＷなどの高融点金属
から成るゲート電極104が形成されている。ここで、こ
のゲート電極104の、カソード103の直上の開口部の径
は、１μｍ程度である。

この第３図に示す電界放出型エミッタは、ゲート電極
104とカソード103との間に10⁶V/cm程度以上の電界を印
加することにより、カソード103を熱することなく電子
放出を行わせることができる。そして、このようなミク
ロンオーダーのサイズの電界放出型エミッタによれば、
ゲート電圧は数10〜100V程度でよいことになる。

なお、カソード103からの電子放出は10^-6Torr程度以
下の真空中で行わせる必要があるので、上述の電界放出
型エミッタは、実際には図示省略した対向板その他の部
材により真空封止される。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述の第３図に示す従来の電界放出型エミッタは、以
下のような多くの欠点を有する。すなわち、ゲート電極
104の材料として用いられているMoなどの高融点金属は
酸化されやすいため、このゲート電極104は製造工程に
おいて容易に酸化されて電気伝導度が低下する。その結
果、カソード103からの電子放出を安定に行わせること
ができなくなる。また、酸化によりゲート電極104の変
形が生じることがある。さらに、Moなどの高融点金属は
成膜による内部残留応力が大きいため、ゲート電極104
の変形が生じやすく、その結果、SiO₂膜102からのゲー
ト電極104の剥離が生じやすい。

従って、この発明の目的は、カソードからの電子放出
を安定に行わせることができる電界放出型エミッタを提
供することにある。

この発明の他の目的は、酸化などによるゲート電極の
変形を防止することができる電界放出型エミッタを提供
することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、この発明は、導電性基板
（１）と、導電性基板（１）上に形成された絶縁膜
（２）と、絶縁膜（２）に形成されたキャビティ（2a）
と、キャビティ（2a）の内部の導電性基板（１）上に形
成されたカソード（３）と、絶縁膜（２）上に形成され
たゲート電極（５）とを具備する電界放出型エミッタに
おいて、ゲート電極（５）が高融点金属シリサイドによ
り形成されている。

上記高融点金属シリサイドの具体例を挙げると、タン
グステンシリサイド（WSi_x）、モリブデンシリサイド
（MoSi_x）、タンタルシリサイド（TaSi_x）、チタンシリ
サイド（TiSi_x）、白金シリサイド（PtSi_x）などであ
る。

上記導電性基板（１）には、全体が導電性の基板のほ
か、ガラス基板やセラミック基板などの絶縁性基板上に
導体膜を形成したものも含まれる。

この発明の好適な一実施形態においては、ゲート電極
（５）と絶縁膜（２）との間に多結晶シリコン膜（４）
が形成される。

〔作用〕

MoやＷなどの高融点金属は容易に酸化されてその酸化
物が形成されるのに対し、WSi_xなどの高融点金属シリサ
イドにおいては、シリコンの酸化が先行することから、
電気伝導性を担う高融点金属の酸化が抑えられる。すな
わち、高融点金属シリサイドは酸化に対して安定であ
る。このため、この高融点金属シリサイドにより形成さ
れたゲート電極は、製造工程において酸化されるおそれ
がない。これによって、酸化によるゲート電極の電気伝
導性の低下が生じなくなるので、カソードからの電子放
出を安定に行わせることができる。

また、ゲート電極が酸化されにくいことから、酸化に
よるゲート電極の変形を防止することができる。しか
も、高融点金属シリサイドはCVD法により形成すること
ができるので、成膜時に高融点金属とシリコンとの比率
を制御することにより、ゲート電極の内部残留応力を緩
和することができる。従って、これによってもゲート電
極の変形を防止することができる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例について図面を参照しなが
ら説明する。

第１図に示すように、この実施例による電界放出型エ
ミッタにおいては、例えばｎ型またはｐ型の不純物が高
濃度にドープされたSi基板のような導電性基板１上に、
例えば膜厚が１μｍ程度のSiO₂膜のような絶縁膜２が形
成されている。この絶縁膜２には、例えば円形の平面形
状を有するキャビティ2aが形成されている。そして、こ
のキャビティ2aの内部の導電性基板１上に、MoやＷなど
の高融点かつ低仕事関数の金属から成る先端が尖った円
錐状のカソード３が形成されている。

また、キャビティ2aの周囲の絶縁膜２上には、多結晶
Si膜４を介して例えばWSi_xのような高融点金属シリサイ
ドから成るゲート電極５がカソード３を囲むように形成
されている。ここで、多結晶Si膜４の膜厚は、例えば50
0〜1000Å程度である。また、ゲート電極５を形成する
高融点金属シリサイド膜、例えばWSi_x膜の膜厚は、例え
ば0.2〜0.5μｍである。ここで、このWSi_xのSi組成比ｘ
は、好適には例えば2.4〜2.8の範囲内に選ばれる。ｘが
この範囲内にある場合には、WSi_x膜の成膜時の内部残留
応力は最小となる。さらに、ｘ＞２の場合には、WSi_xが
酸化を受けたときにSiO₂が形成されやすく、従ってＷの
酸化が有効に抑えられる。また、ゲート電極５の、カソ
ード３の直上の開口部の径は、例えば１μｍ程度であ
る。

なお、キャビティ2a及びカソード３を、用途に応じた
個数だけ同一の導電性基板１上に配置することによっ
て、電界放出型エミッタアレイを構成することができ
る。

また、この実施例による電界放出型エミッタにおいて
は、すでに述べた従来の電界放出型エミッタと同様に、
ゲート電極５とカソード３との間に10⁶V/cm程度以上の
電界を印加することにより、カソード３を熱することな
く電子放出を行わせることができ、ゲート電圧は数10〜
100V程度で済む。また、カソード３からの電子放出は10
^-6Torr程度以下の真空中で行わせる必要があるので、こ
の実施例による電界放出型エミッタは、実際には図示省
略した対向板その他の部材により真空封止される。

次に、上述のように構成されたこの実施例による電界
放出型エミッタの製造方法について説明する。

第２図Ａに示すように、まず導電性基板１上に例えば
CVD法により絶縁膜２を形成した後、この絶縁膜２上にC
VD法により多結晶Si膜４及び例えばWSi_x膜のような高融
点金属シリサイド膜６を順次形成する。次に、この高融
点金属シリサイド膜６上に、形成すべきゲート電極に対
応した形状のレジストパターン７をリソグラフィーによ
り形成する。

次に、このレジストパターン７をマスクとして高融点
金属シリサイド膜６及び多結晶Si膜４をウエットエッチ
ング法またはドライエッチング法により順次エッチング
する。これによって、第２図Ｂに示すように、ゲート電
極５を形成するとともに、多結晶Si膜４をこのゲート電
極５と同一形状にパターニングする。

次に、レジストパターン７、ゲート電極５及び多結晶
Si膜４をマスクとして絶縁膜２を例えばフッ化水素（H
F）系のエッチング液を用いたウエットエッチング法に
よりエッチングして、第２図Ｃに示すように、キャビテ
ィ2aを形成する。なお、このウエットエッチングは、レ
ジストパターン７を除去した後に行うことも可能であ
る。

次に、レジストパターン７を除去した後、第２図Ｄに
示すように、基板表面に対して傾斜した方向から斜め蒸
着を行うことにより、ゲート電極５上に例えばアルミニ
ウム（Al）やニッケル（Ni）から成る剥離層８を形成す
る。この後、基板表面に対して垂直な方向からカソード
形成用の材料として例えばMoやＷなどを蒸着する。これ
によって、キャビティ2aの内部の導電性基板１上にカソ
ード３が形成される。符号９は剥離層８上に蒸着された
金属膜を示す。

この後、剥離層８をその上に形成された金属膜９とと
もにリフトオフ法により除去し、第１図に示すように目
的とする電界放出型エミッタを完成させる。

以上のように、この実施例によれば、ゲート電極５が
WSi_xのような高融点金属シリサイドにより形成されてい
るので、ゲート電極５が製造工程で酸化されることがな
くなり、従って酸化によるゲート電極５の電気伝導度の
低下を防止することができる。これによって、カソード
３からの電子放出を安定に行わせることができる。

また、酸化によるゲート電極５の変形を防止すること
ができる。しかも、このゲート電極５の材料である高融
点金属シリサイドをCVD法により形成しているので、高
融点金属シリサイドのSi組成比ｘの制御によりこのゲー
ト電極５の内部残留応力を緩和することができ、従って
これによってもゲート電極５の変形を防止することがで
きる。さらに、ゲート電極５と絶縁膜２との間に多結晶
Si膜４が形成されていることにより、ゲート電極２の下
地に対する密着性の向上を図ることができる。これによ
って、ゲート電極５が変形により下地から剥離するのを
有効に防止することができる。

また、ゲート電極５の材料であるWSi_xのような高融点
金属シリサイドは、化学的に安定で耐薬品性が良好であ
るので、製造上都合がよい。

この実施例による電界放出型エミッタは、例えばフラ
ットCRTに通用して好適なものである。

以上、この発明の実施例につき具体的に説明したが、
この発明は、上述の実施例に限定されるものではなく、
この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能であ
る。

例えば、上述の実施例における導電性基板１として
は、例えばガラス基板やセラミック基板のような絶縁性
基板上に例えばクロム（Cr）やアルミニウム（Al）のよ
うな金属から成る導体膜を全面またはライン状に形成し
たものを用いることも可能である。

また、上述の実施例においては、キャビティ2aをウエ
ットエッチング法により形成しているが、このキャビテ
ィ2aは例えば反応性イオンエッチング（RIE）法のよう
な異方性エッチング法により形成することも可能であ
る。この異方性エッチング法を用いた場合には、基板表
面に対してほぼ垂直な側壁を有するキャビティ2aが形成
される。

さらに、ゲート電極５を形成する材料である高融点金
属シリサイドは、例えばスパッタリング法により形成す
ることも可能である。

〔発明の効果〕

以上述べたように、この発明によれば、ゲート電極が
高融点金属シリサイドにより形成されているので、酸化
によるゲート電極の電気伝導度の低下を防止することが
でき、従ってカソードからの電子放出を安定に行わせる
ことができる。また、ゲート電極の変形を防止すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による電界放出型エミッタ
を示す断面図、第２図Ａ〜第２図Ｄは第１図に示す電界
放出型エミッタの製造方法を工程順に説明するための断
面図、第３図は従来の電界放出型エミッタを示す断面図
である。図面における主要な符号の説明 1:導電性基板、 2:絶縁膜、 2a:キャビティ、 3:カソード、 4:多結晶Si膜、 5:ゲート電極。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】導電性基板と、上記導電性基板上に形成さ
れた絶縁膜と、上記絶縁膜に形成されたキャビティと、
上記キャビティの内部の上記導電性基板上に形成された
カソードと、上記絶縁膜上に形成されたゲート電極とを
具備する電界放出型エミッタにおいて、上記ゲート電極が高融点金属シリサイドにより形成され
ていることを特徴とする電界放出型エミッタ。
【請求項２】上記絶縁膜と上記ゲート電極との間に多結
晶シリコン膜が形成されている請求項（１）記載の電界
放出型エミッタ。