JP3079987B2 - 電界放出電子源およびその製造方法 - Google Patents
電界放出電子源およびその製造方法Info
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電界放出電子源お
よびその製造方法に関し、特にワイヤーボンディングで
使用するボンディングパッド部の構造および製造方法に
関する。
よびその製造方法に関し、特にワイヤーボンディングで
使用するボンディングパッド部の構造および製造方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】金属又は半導体の表面に109 [v/
m]程度の電界が印加されると、トンネル効果により電
子が障壁を通過して常温でも真空中に電子放出が行われ
るようになる。この現象は、電界電子放出を呼ばれてい
る。また、このような原理で電子を放出するカソード
(エミッタ)を電界放出カソードと呼んでいる。
m]程度の電界が印加されると、トンネル効果により電
子が障壁を通過して常温でも真空中に電子放出が行われ
るようになる。この現象は、電界電子放出を呼ばれてい
る。また、このような原理で電子を放出するカソード
(エミッタ)を電界放出カソードと呼んでいる。
【0003】近年、半導体集積化技術を利用して、ミク
ロンサイズのカソードを作製することが可能となり、そ
の一例としてスピント(Spindt)型と呼ばれる電
界放出カソードが知られている。この電界放出カソード
は、半導体微細加工技術を用いて製作すると、円錐状の
エミッタと電子引出し電極であるゲート電極との距離を
サブミクロンにすることができるため、エミッタとゲー
ト電極間に数10ボルトの電圧を印加することにより、
エミッタから電子を放出させて、0.1〜10μA/エ
ミッタの電流を得ることが可能となる。また、エミッタ
間ピッチを数〜数10ミクロンとして製作することが可
能なので、基板上に数十万個のエミッタを配置でき、従
って、低電圧で数mA〜100mA程度の高出力の電流
を得ることができ、CRT,電子顕微鏡やフラットパネ
ルディスプレイなどの電子源としての応用が期待されて
いる。
ロンサイズのカソードを作製することが可能となり、そ
の一例としてスピント(Spindt)型と呼ばれる電
界放出カソードが知られている。この電界放出カソード
は、半導体微細加工技術を用いて製作すると、円錐状の
エミッタと電子引出し電極であるゲート電極との距離を
サブミクロンにすることができるため、エミッタとゲー
ト電極間に数10ボルトの電圧を印加することにより、
エミッタから電子を放出させて、0.1〜10μA/エ
ミッタの電流を得ることが可能となる。また、エミッタ
間ピッチを数〜数10ミクロンとして製作することが可
能なので、基板上に数十万個のエミッタを配置でき、従
って、低電圧で数mA〜100mA程度の高出力の電流
を得ることができ、CRT,電子顕微鏡やフラットパネ
ルディスプレイなどの電子源としての応用が期待されて
いる。
【0004】このカソードの材料としては、導電性を有
するシリコン,タングステン,タンタル等が挙げられる
が、中でも製造が容易でかつ、仕事関数が比較的小さい
モリブデンが一般的によく使用されている。図5(a)
〜(f)は、モリブデンカソードを用いたSpindt
型電界放出電子源の製造工程を示した断面図である。図
5(a)に示すように、導電性,もしくは絶縁性基板上
に導電層を有する基板51上に、例えば熱酸化膜等の絶
縁膜52を形成し、更に、後のゲート電極,配線及びパ
ッドとなるタングステンシリサイド膜53を基板51の
片面に対して形成する。次に図5(b)のように、一般
的に使用される半導体フォトリソグラフィ技術を用い
て、タングステンシリサイド膜53上にフォトレジスト
54を塗布してパターニングを行い、後のゲート電極,
配線及びボンディングパッドとなる箇所以外の部分のタ
ングステンシリサイド膜を除去する。このときのタング
ステンシリサイド膜の除去には、RIE異方性ドライエ
ッチング等を用いる。次に図5(c)のように、レジス
ト54を除去した後に、前述と同様のフォトリソグラフ
ィ技術を用いて、タングステンシリサイド膜が形成され
ている面に対してフォトレジスト55を塗布してパター
ニングを行い、後のエミッタを形成する箇所のタングス
テンシリサイド膜及び絶縁膜を除去し、ゲート孔56を
形成する。このゲート孔の形成には、径がサブミクロン
オーダ、ゲート孔間の距離が数〜数十ミクロンと小さい
ので、RIE異方性ドライエッチングを用いている。
するシリコン,タングステン,タンタル等が挙げられる
が、中でも製造が容易でかつ、仕事関数が比較的小さい
モリブデンが一般的によく使用されている。図5(a)
〜(f)は、モリブデンカソードを用いたSpindt
型電界放出電子源の製造工程を示した断面図である。図
5(a)に示すように、導電性,もしくは絶縁性基板上
に導電層を有する基板51上に、例えば熱酸化膜等の絶
縁膜52を形成し、更に、後のゲート電極,配線及びパ
ッドとなるタングステンシリサイド膜53を基板51の
片面に対して形成する。次に図5(b)のように、一般
的に使用される半導体フォトリソグラフィ技術を用い
て、タングステンシリサイド膜53上にフォトレジスト
54を塗布してパターニングを行い、後のゲート電極,
配線及びボンディングパッドとなる箇所以外の部分のタ
ングステンシリサイド膜を除去する。このときのタング
ステンシリサイド膜の除去には、RIE異方性ドライエ
ッチング等を用いる。次に図5(c)のように、レジス
ト54を除去した後に、前述と同様のフォトリソグラフ
ィ技術を用いて、タングステンシリサイド膜が形成され
ている面に対してフォトレジスト55を塗布してパター
ニングを行い、後のエミッタを形成する箇所のタングス
テンシリサイド膜及び絶縁膜を除去し、ゲート孔56を
形成する。このゲート孔の形成には、径がサブミクロン
オーダ、ゲート孔間の距離が数〜数十ミクロンと小さい
ので、RIE異方性ドライエッチングを用いている。
【0005】次に図5(d)のようにレジスト55を除
去した後に、後工程で使用されるモリブデン材料に対
し、不要部の除去を行いやすくするためにアルミニウム
又はアルミナの犠牲層57をタングステンシリサイド形
成面に対して蒸着等により形成する。このときアルミニ
ウム又はアルミナの犠牲層57は、ゲート孔56の側壁
に露出しているタングステンシリサイド面58及び絶縁
膜面59には付着させ、ゲート孔56底面の基板面60
には付着させないように蒸着を行っている。
去した後に、後工程で使用されるモリブデン材料に対
し、不要部の除去を行いやすくするためにアルミニウム
又はアルミナの犠牲層57をタングステンシリサイド形
成面に対して蒸着等により形成する。このときアルミニ
ウム又はアルミナの犠牲層57は、ゲート孔56の側壁
に露出しているタングステンシリサイド面58及び絶縁
膜面59には付着させ、ゲート孔56底面の基板面60
には付着させないように蒸着を行っている。
【0006】次に図5(e)のように、犠牲層57に対
してモリブデン61の蒸着を行い、エミッタ62の形成
を行う。エミッタの形成においては、モリブデン蒸着に
よりゲート孔56の側面にモリブデンが徐々に蒸着され
ていくことによりゲート孔の径が徐々に小さくなり、こ
れによって先端の尖った円錐形のエミッタ62を形成す
ることが可能となる。
してモリブデン61の蒸着を行い、エミッタ62の形成
を行う。エミッタの形成においては、モリブデン蒸着に
よりゲート孔56の側面にモリブデンが徐々に蒸着され
ていくことによりゲート孔の径が徐々に小さくなり、こ
れによって先端の尖った円錐形のエミッタ62を形成す
ることが可能となる。
【0007】最後に、加熱したリン酸液中に基板を浸漬
し、アルミニウムはアルミナの犠牲層57の除去を行
う。このとき、アルミニウム又はアルミナ犠牲層の上面
に付着したモリブデン61は、犠牲層57の剥離と同時
に除去され、基板51上には、図5(f)のようにパタ
ーニングされた絶縁膜63とタングステンシリサイド層
64及びモリブデンのエミッタ62のみが配置される。
し、アルミニウムはアルミナの犠牲層57の除去を行
う。このとき、アルミニウム又はアルミナ犠牲層の上面
に付着したモリブデン61は、犠牲層57の剥離と同時
に除去され、基板51上には、図5(f)のようにパタ
ーニングされた絶縁膜63とタングステンシリサイド層
64及びモリブデンのエミッタ62のみが配置される。
【0008】図6は、かかる従来の電界放出電子源の斜
視図である。導電性もしくは絶縁基板の表面に導電層を
有する基板51上に、1つもしくは複数の先端の尖った
モリブデン金属からなるエミッタ62と、エミッタの先
端を取り囲むゲート電極75及びゲート孔56周辺の開
口部から延長する配線65とワイヤーボンディングによ
り外部から電位を印加することを可能とするボンディン
グパッド66から構成されるタングステンシリサイド層
64と、タングステンシリサイド層64と基板51とを
絶縁する絶縁膜63から電界放出電子源は構成されてい
る。
視図である。導電性もしくは絶縁基板の表面に導電層を
有する基板51上に、1つもしくは複数の先端の尖った
モリブデン金属からなるエミッタ62と、エミッタの先
端を取り囲むゲート電極75及びゲート孔56周辺の開
口部から延長する配線65とワイヤーボンディングによ
り外部から電位を印加することを可能とするボンディン
グパッド66から構成されるタングステンシリサイド層
64と、タングステンシリサイド層64と基板51とを
絶縁する絶縁膜63から電界放出電子源は構成されてい
る。
【0009】図7に、かかる従来の電界放出電子源の実
装断面図を示す。電界放出電子源は、その搭載する部分
に導電層71を有するパッケージ67に対して、電界放
出電子源を導電性接着剤又は、金−シリコン共晶のロウ
材等の接着層72を介して固定されている。又、エミッ
タ62及びゲート電極75は、ワイヤーボンディング技
術を用いて、パッケージ67に設けられたピン69,7
4との間でそれぞれ導電性のワイヤー68,70により
結線されており、これにより外部から電位を印加できる
ようになる。この時、ボンディングパッド66は、タン
グステンシリサイド層64であり、この部分に対して直
接ボンディングが行われている。又、図7において、パ
ッケージ67の導電層71とピン69,74との間は絶
縁を保つため、絶縁層73を介してパッケージに固定さ
れている。又、エミッタ62は、パッケージ67の表面
の導電層71とで接着層72を介して導通が保たれてい
るので、パッケージ67から電気的に絶縁されたピン7
4とパッケージ67の導電層71間を同様のワイヤー7
0により結線することで、ピン74を介して電界放出電
子源の接着面(裏面)からエミッタ62に電位を供給す
ることが可能となる。
装断面図を示す。電界放出電子源は、その搭載する部分
に導電層71を有するパッケージ67に対して、電界放
出電子源を導電性接着剤又は、金−シリコン共晶のロウ
材等の接着層72を介して固定されている。又、エミッ
タ62及びゲート電極75は、ワイヤーボンディング技
術を用いて、パッケージ67に設けられたピン69,7
4との間でそれぞれ導電性のワイヤー68,70により
結線されており、これにより外部から電位を印加できる
ようになる。この時、ボンディングパッド66は、タン
グステンシリサイド層64であり、この部分に対して直
接ボンディングが行われている。又、図7において、パ
ッケージ67の導電層71とピン69,74との間は絶
縁を保つため、絶縁層73を介してパッケージに固定さ
れている。又、エミッタ62は、パッケージ67の表面
の導電層71とで接着層72を介して導通が保たれてい
るので、パッケージ67から電気的に絶縁されたピン7
4とパッケージ67の導電層71間を同様のワイヤー7
0により結線することで、ピン74を介して電界放出電
子源の接着面(裏面)からエミッタ62に電位を供給す
ることが可能となる。
【0010】ワイヤーボンディング技術は、 半導体素
子の実装に関しては、一般的であり、量産性の良さから
広く用いられている。このワイヤーボンディング技術に
おいては、そのボンディング強度が製品の信頼性を得る
ための重要な項目であり、一般には、半導体素子の回路
形成面に設けられたアルミニウムのボンディングパッド
に対して、金又はアルミニウムのワイヤーを超音波又は
超音波と加熱により接合を行っている。
子の実装に関しては、一般的であり、量産性の良さから
広く用いられている。このワイヤーボンディング技術に
おいては、そのボンディング強度が製品の信頼性を得る
ための重要な項目であり、一般には、半導体素子の回路
形成面に設けられたアルミニウムのボンディングパッド
に対して、金又はアルミニウムのワイヤーを超音波又は
超音波と加熱により接合を行っている。
【0011】一方、電界放出電子源の場合、図5の製造
工程で説明したように、アルミニウム又はアルミナによ
り形成した犠牲層をリン酸溶液を用いて除去を行う都合
上、アルミニウムのボンディングパッドが使用できず、
そのかわりにリン酸溶液に対して耐久性のあるタングス
テンシリサイドのボンディングパッドを使用している。
このタングステンシリサイドに対してワイヤーボンディ
ングを行う場合、金線を用いたワイヤーでは、接合性が
悪くボンディングが行えない。又、アルミ線を用いた場
合でも接合性が悪く、3〜7g程度のボンディング強度
しか得られないという問題がある。
工程で説明したように、アルミニウム又はアルミナによ
り形成した犠牲層をリン酸溶液を用いて除去を行う都合
上、アルミニウムのボンディングパッドが使用できず、
そのかわりにリン酸溶液に対して耐久性のあるタングス
テンシリサイドのボンディングパッドを使用している。
このタングステンシリサイドに対してワイヤーボンディ
ングを行う場合、金線を用いたワイヤーでは、接合性が
悪くボンディングが行えない。又、アルミ線を用いた場
合でも接合性が悪く、3〜7g程度のボンディング強度
しか得られないという問題がある。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】この従来の電界放出電
子源では、タングステンシリサイド等のアルミニウム以
外の導電体により形成されたボンディングパッドに対し
て、ワイヤーボンディングを行うため、金線を用いたワ
イヤーでは接合性が悪く、ボンディングが行えない問題
があった。又、アルミニウム線を用いたワイヤーでは、
ボンディング強度が3〜7g程度と弱く、結果的に信頼
性の低い製品しか供給できない問題点があった。
子源では、タングステンシリサイド等のアルミニウム以
外の導電体により形成されたボンディングパッドに対し
て、ワイヤーボンディングを行うため、金線を用いたワ
イヤーでは接合性が悪く、ボンディングが行えない問題
があった。又、アルミニウム線を用いたワイヤーでは、
ボンディング強度が3〜7g程度と弱く、結果的に信頼
性の低い製品しか供給できない問題点があった。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明の電界放出型電子
源は、導電性基板もしくは、表面に導電層を有する絶縁
性基板上に、1つもしくは複数の先端の尖った導電体か
らなるエミッタと、エミッタの先端を取り囲む開口部を
有するゲート電極と、このゲート電極に一体に設けら
れ、電位を印加するためのボンディングパッドと、基板
と前記ゲート電極を絶縁する絶縁層とを形成してなる電
界放出電子源において、ボンディングパッド上に第1の
金属層と、更にその上に第1の金属層よりも高融点の第
2の金属層とを有することを特徴とする。ボンディング
パッド上に形成する第1の金属層には、金−スズ合金を
使用し、第2の金属層には、金−シリコン合金,金−ゲ
ルマニウム合金,金−カリウム合金,アルミニウム−シ
リコン合金,金,アルミニウムの中のいずれか1つを使
用することができる。また、第1の金属層として、金−
シリコン合金,又は金−ゲルマニウム合金を使用し、第
2の金属層として、アルミニウム−シリコン合金,金,
アルミニウムの中のいずれか1つを使用してもよい。
源は、導電性基板もしくは、表面に導電層を有する絶縁
性基板上に、1つもしくは複数の先端の尖った導電体か
らなるエミッタと、エミッタの先端を取り囲む開口部を
有するゲート電極と、このゲート電極に一体に設けら
れ、電位を印加するためのボンディングパッドと、基板
と前記ゲート電極を絶縁する絶縁層とを形成してなる電
界放出電子源において、ボンディングパッド上に第1の
金属層と、更にその上に第1の金属層よりも高融点の第
2の金属層とを有することを特徴とする。ボンディング
パッド上に形成する第1の金属層には、金−スズ合金を
使用し、第2の金属層には、金−シリコン合金,金−ゲ
ルマニウム合金,金−カリウム合金,アルミニウム−シ
リコン合金,金,アルミニウムの中のいずれか1つを使
用することができる。また、第1の金属層として、金−
シリコン合金,又は金−ゲルマニウム合金を使用し、第
2の金属層として、アルミニウム−シリコン合金,金,
アルミニウムの中のいずれか1つを使用してもよい。
【0014】また、本発明によれば、電界放出電子源の
ボンディングパッド上に、第1の金属層を設ける工程
と、その上に第1の金属層よりも高融点の第2の金属層
を設ける工程と、第1の金属層の融点以上でかつ、第2
の金属層の融点以下の温度を加えることにより、第1の
金属層を溶融し、第2の金属層とボンディングパッドと
を、溶融した第1の金属層を介して固定する工程とを有
する電界放出電子源の製造方法が得られる。
ボンディングパッド上に、第1の金属層を設ける工程
と、その上に第1の金属層よりも高融点の第2の金属層
を設ける工程と、第1の金属層の融点以上でかつ、第2
の金属層の融点以下の温度を加えることにより、第1の
金属層を溶融し、第2の金属層とボンディングパッドと
を、溶融した第1の金属層を介して固定する工程とを有
する電界放出電子源の製造方法が得られる。
【0015】
【発明の実施の形態】次に、本発明について図面を参照
して説明する。図1は、本発明の第1の実施の形態の電
界放出電子源の斜視図である。図に示すように、この電
界放出電子源は、導電性もしくは、絶縁基板の表面に導
電層を有する基板14上に、1つもしくは複数の先端の
尖ったモリブデン金属等の導電体からなるエミッタ15
と、エミッタ先端を取り囲むゲート孔16を有するゲー
ト電極17と、ゲート電極17に電圧を供給する配線2
6と、この配線26の一端部に形成されたボンディング
パッド25と、ゲート電極17と基板14とを絶縁する
絶縁膜18とを設けて作られている。そしてゲート電極
17,配線26およびボンディングパッド25は、タン
グステンシリサイド等の導電体から一体に形成されてい
る。さらにボンディングパッド25の上面には、比較的
低温度で溶融される第1の金属層を介して固定された金
又はアルミニウムを主成分とした第2の金属層からなる
金属層27が形成されている。この金属層27をボンデ
ィングパッド部に設け、ワイヤーボンディングの強度を
高めたことが本発明の特徴である。
して説明する。図1は、本発明の第1の実施の形態の電
界放出電子源の斜視図である。図に示すように、この電
界放出電子源は、導電性もしくは、絶縁基板の表面に導
電層を有する基板14上に、1つもしくは複数の先端の
尖ったモリブデン金属等の導電体からなるエミッタ15
と、エミッタ先端を取り囲むゲート孔16を有するゲー
ト電極17と、ゲート電極17に電圧を供給する配線2
6と、この配線26の一端部に形成されたボンディング
パッド25と、ゲート電極17と基板14とを絶縁する
絶縁膜18とを設けて作られている。そしてゲート電極
17,配線26およびボンディングパッド25は、タン
グステンシリサイド等の導電体から一体に形成されてい
る。さらにボンディングパッド25の上面には、比較的
低温度で溶融される第1の金属層を介して固定された金
又はアルミニウムを主成分とした第2の金属層からなる
金属層27が形成されている。この金属層27をボンデ
ィングパッド部に設け、ワイヤーボンディングの強度を
高めたことが本発明の特徴である。
【0016】図2(a),(b)は、本発明の第1の実
施の形態の電界放出電子源の製造工程を示す断面図であ
る。電界放出電子源自体の製造方法は、図5で説明と同
じであるので、図2にはボンディングパッド部に金属層
を形成する工程のみを示してある。図5の製造工程によ
り製造された電界放出電子源11のボンディングパッド
部25の上に、図2(a)に示すように、比較的低融点
の第1の金属層19、例えば融点280℃の金−スズ合
金の金属層を搭載する。更に、その上に第1の金属層1
9よりも高融点で金又はアルミニウムを主成分とした第
2の金属層20、例えば、融点350℃の金−ゲルマニ
ウム合金を搭載する。第2の金属層としては、この他
に、融点360℃の金−シリコン合金、融点340℃の
金−カリウム合金、融点1064℃の金箔、融点570
℃のアルミニウム−シリコン合金、融点660℃のアル
ミニウム箔等を用いることができる。
施の形態の電界放出電子源の製造工程を示す断面図であ
る。電界放出電子源自体の製造方法は、図5で説明と同
じであるので、図2にはボンディングパッド部に金属層
を形成する工程のみを示してある。図5の製造工程によ
り製造された電界放出電子源11のボンディングパッド
部25の上に、図2(a)に示すように、比較的低融点
の第1の金属層19、例えば融点280℃の金−スズ合
金の金属層を搭載する。更に、その上に第1の金属層1
9よりも高融点で金又はアルミニウムを主成分とした第
2の金属層20、例えば、融点350℃の金−ゲルマニ
ウム合金を搭載する。第2の金属層としては、この他
に、融点360℃の金−シリコン合金、融点340℃の
金−カリウム合金、融点1064℃の金箔、融点570
℃のアルミニウム−シリコン合金、融点660℃のアル
ミニウム箔等を用いることができる。
【0017】この状態で、第1の金属層19の融点以
上、かつ第2の金属層20の融点よりも低い温度で、加
熱することにより、第1の金属層を溶融させ再び冷却す
ることにより、図2(b)に示すように第2の金属層2
0とボンディングパッドを構成するタングステンシリサ
イド等の導電体とを、溶融させた第1の金属層19を介
して固定することが可能となる。その結果、電界放出電
子源のボンディングパッドの表層は、金又はアルミニウ
ムを主成分とした金属層27となる。
上、かつ第2の金属層20の融点よりも低い温度で、加
熱することにより、第1の金属層を溶融させ再び冷却す
ることにより、図2(b)に示すように第2の金属層2
0とボンディングパッドを構成するタングステンシリサ
イド等の導電体とを、溶融させた第1の金属層19を介
して固定することが可能となる。その結果、電界放出電
子源のボンディングパッドの表層は、金又はアルミニウ
ムを主成分とした金属層27となる。
【0018】図3は、本発明の電界放出電子源を実装し
た状態を示す断面図である。図1で説明した電界放出電
子源11は、表面に導電層22が形成されたパッケージ
13に、導電性接着剤又は金−シリコン共晶のロウ材等
の接着層12を介して固定されている。金属層27とパ
ッケージ13のピン21との間は、金線又はアルミニウ
ム線によるワイヤー28を用いて、ワイヤーボンディン
グにより結線されている。これにより、外部からパッケ
ージ13と電気的に絶縁されたピン21を介してゲート
電極17に電圧を印加することが可能となる。
た状態を示す断面図である。図1で説明した電界放出電
子源11は、表面に導電層22が形成されたパッケージ
13に、導電性接着剤又は金−シリコン共晶のロウ材等
の接着層12を介して固定されている。金属層27とパ
ッケージ13のピン21との間は、金線又はアルミニウ
ム線によるワイヤー28を用いて、ワイヤーボンディン
グにより結線されている。これにより、外部からパッケ
ージ13と電気的に絶縁されたピン21を介してゲート
電極17に電圧を印加することが可能となる。
【0019】一方、エミッタ15とパッケージ13表面
の導電層22とは、導電性の接着層12を介して導通が
保たれているので、パッケージ13から電気的に絶縁さ
れたピン23とパッケージ13の導電層22間を同様の
ワイヤー28により結線することで、ピン23を介して
電界放出電子源11の接着面(裏面)からエミッタ15
に電位を供給することが可能となる。これにより、ピン
21,23間に電圧を印加することで、エミッタ15の
先端から電子を放出させることが可能となる。このよう
にこの実施の形態においては、ボンディングパッド部2
5に金又はアルミニウムを主成分とする金属層27が設
けられているので、金線又はアルミニウム線を用いてワ
イヤーボンディングする際、強いボンディング強度を得
ることができる。
の導電層22とは、導電性の接着層12を介して導通が
保たれているので、パッケージ13から電気的に絶縁さ
れたピン23とパッケージ13の導電層22間を同様の
ワイヤー28により結線することで、ピン23を介して
電界放出電子源11の接着面(裏面)からエミッタ15
に電位を供給することが可能となる。これにより、ピン
21,23間に電圧を印加することで、エミッタ15の
先端から電子を放出させることが可能となる。このよう
にこの実施の形態においては、ボンディングパッド部2
5に金又はアルミニウムを主成分とする金属層27が設
けられているので、金線又はアルミニウム線を用いてワ
イヤーボンディングする際、強いボンディング強度を得
ることができる。
【0020】図4は、本発明の第2の実施の形態を示す
電界放出電子源を実装した状態を示す断面図である。図
5で説明した製造工程により形成された電界放出電子源
11に対し、タングステンシリサイド等の導電体からな
るボンディングパッド部25の上には、融点360℃の
金−シリコン合金からなる第1の金属層42が搭載され
ている。又、電界放出電子源11の裏面であるマウント
面44とパッケージ41のチップマウント面45との間
にも同様に融点360℃の金−シリコン合金からなる金
属層46が搭載されている。更に、金−シリコン合金か
らなる第1の金属層の上面には、第1の金属層42より
も高融点で、金又はアルミニウムを主成分とした第2の
金属層43、例えば、金箔,アルミニウム箔,アルミニ
ウム−シリコン合金等が搭載されている。なお、第1の
金属層としては、金−シリコン合金の他、融点が350
℃の金−ゲルマニウム合金等も用いることができる。
電界放出電子源を実装した状態を示す断面図である。図
5で説明した製造工程により形成された電界放出電子源
11に対し、タングステンシリサイド等の導電体からな
るボンディングパッド部25の上には、融点360℃の
金−シリコン合金からなる第1の金属層42が搭載され
ている。又、電界放出電子源11の裏面であるマウント
面44とパッケージ41のチップマウント面45との間
にも同様に融点360℃の金−シリコン合金からなる金
属層46が搭載されている。更に、金−シリコン合金か
らなる第1の金属層の上面には、第1の金属層42より
も高融点で、金又はアルミニウムを主成分とした第2の
金属層43、例えば、金箔,アルミニウム箔,アルミニ
ウム−シリコン合金等が搭載されている。なお、第1の
金属層としては、金−シリコン合金の他、融点が350
℃の金−ゲルマニウム合金等も用いることができる。
【0021】この状態で、金−シリコン合金の融点以上
の温度で加熱することにより、電界放出電子源とパッケ
ージとの固定及びボンディングパッド部と第2の金属層
43との固定を同時に行うことが可能となり、エミッタ
15の構成材であるモリブデン金属表面の酸化の原因と
なる加熱処理を一回で済ませられる利点を有する。
の温度で加熱することにより、電界放出電子源とパッケ
ージとの固定及びボンディングパッド部と第2の金属層
43との固定を同時に行うことが可能となり、エミッタ
15の構成材であるモリブデン金属表面の酸化の原因と
なる加熱処理を一回で済ませられる利点を有する。
【0022】以上説明したように、電界放出電子源のボ
ンディングパッドを従来のタングステンシリサイド層等
の導電体から、金又はアルミニウムを主成分とした金属
層に変更し、その箇所に対してアルミニウム線又は金線
によるワイヤーボンディングを行うことにより、アルミ
ニウム線の場合で7g以上、金線の場合で10g以上の
ボンディング強度を得ることが可能となる。
ンディングパッドを従来のタングステンシリサイド層等
の導電体から、金又はアルミニウムを主成分とした金属
層に変更し、その箇所に対してアルミニウム線又は金線
によるワイヤーボンディングを行うことにより、アルミ
ニウム線の場合で7g以上、金線の場合で10g以上の
ボンディング強度を得ることが可能となる。
【0023】なお、本発明において、第1の金属層の溶
融を行う場合、金−スズ合金で280℃、金−シリコン
合金で360℃程度の加熱処理を行っているが、この温
度は、例えばモリブデン金属とシリコン基板が拡散反応
をおこす600℃より低い温度なので、拡散によりエミ
ッタ形状が劣化する問題は回避することが可能である。
又、モリブデン金属等の導電体表面の酸化に関しては、
第1の金属層を溶融する際、周囲の雰囲気を窒素雰囲気
にすることで十分酸化を防止することが可能である。
融を行う場合、金−スズ合金で280℃、金−シリコン
合金で360℃程度の加熱処理を行っているが、この温
度は、例えばモリブデン金属とシリコン基板が拡散反応
をおこす600℃より低い温度なので、拡散によりエミ
ッタ形状が劣化する問題は回避することが可能である。
又、モリブデン金属等の導電体表面の酸化に関しては、
第1の金属層を溶融する際、周囲の雰囲気を窒素雰囲気
にすることで十分酸化を防止することが可能である。
【0024】又、本発明はゲート電極17やボンディン
グパッド25の構成材がタングステンシリサイド以外の
モリブデンやタングステン及びポリシリコン等の材料に
関しても適応可能である。
グパッド25の構成材がタングステンシリサイド以外の
モリブデンやタングステン及びポリシリコン等の材料に
関しても適応可能である。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
界放出電子源のボンディングパッド面は、金又はアルミ
ニウムを主成分とした金属面となるので、通常のワイヤ
ーボンディング材であるアルミニウム線を用いた場合で
7g以上、金線を用いた場合で10g以上の高いボンデ
ィング強度を得ることができ、信頼性の高い製品を供給
することが可能となる。
界放出電子源のボンディングパッド面は、金又はアルミ
ニウムを主成分とした金属面となるので、通常のワイヤ
ーボンディング材であるアルミニウム線を用いた場合で
7g以上、金線を用いた場合で10g以上の高いボンデ
ィング強度を得ることができ、信頼性の高い製品を供給
することが可能となる。
【図1】本発明の電界放出電子源の第1の実施の形態を
示す斜視図である。
示す斜視図である。
【図2】(a),(b)本発明の電界放出電子源の製造
方法を説明するための工程断面図である。
方法を説明するための工程断面図である。
【図3】本発明の電界放出電子源を実装した状態を示す
断面図である。
断面図である。
【図4】本発明の電界放出電子源の第2の実施の形態の
実装状態示す断面図である。
実装状態示す断面図である。
【図5】(a)〜(f)は電界放出電子源の製造方法を
説明するための工程断面図である。
説明するための工程断面図である。
【図6】従来の電界放出電子源の斜視図である。
【図7】従来の電界放出電子源の実装した状態を示す断
面図である。
面図である。
11 電界放出電子源 12 接着層 13,41 パッケージ 14 基板 15 エミッタ 17 ゲート電極 19 第1の金属層 20,43 第2の金属層 21,23 ピン 28 ワイヤー 27 金属層 42,46 金−シリコン合金
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01J 1/30 H01J 9/02
Claims (4)
- 【請求項1】 導電性基板もしくは、表面に導電層を有
する絶縁性基板上に、1つもしくは複数の先端の尖った
導電体からなるエミッタと、前記エミッタの先端を取り
囲む開口部を有するゲート電極と、このゲート電極に一
体に設けられ、電位を印加するためのボンディングパッ
ドと、前記基板と前記ゲート電極を絶縁する絶縁層とを
形成してなる電界放出電子源において、前記ボンディン
グパッド上に第1の金属層として金−スズ合金層を形成
し、更にその上に前記第1の金属層よりも高融点の第2
の金属層として金−シリコン合金、金−ゲルマニウム合
金、金−カリウム合金、アルミニウム−シリコン合金、
金の中から選ばれた一つの層を形成し、窒素雰囲気の中
で前記第1の金属層の融点以上、かつ前記第2の金属層の
融点よりも低い温度で加熱して固定したことを特徴とす
る電界放出電子源。 - 【請求項2】 電界放出電子源のボンディングパッド上
に、第1の金属層である金―スズ合金層を設ける工程
と、その上に前記第1の金属層よりも高融点の第2の金
属層である金−シリコン合金、金−ゲルマニウム合金、
金−カリウム合金、アルミニウム−シリコン合金、金の
いずれかの層を設ける工程と、窒素雰囲気の中で前記第
1の金属層の融点以上でかつ、第2の金属層の融点以下
の温度を加えることにより、第1の金属層を溶融し、第
2の金属層とボンディングパッドとを、溶融した第1の
金属層を介して固定する工程とを有することを特徴とす
る請求項1記載の電界放出電子源の製造方法。 - 【請求項3】 導電性基板もしくは、表面に導電層を有
する絶縁性基板上に、1つもしくは複数の先端の尖った
導電体からなるエミッタと、前記エミッタの先端を取り
囲む開口部を有するゲート電極と、このゲート電極に一
体に設けられ、電位を印加するためのボンディングパッ
ドと、前記基板と前記ゲート電極を絶縁する絶縁層とを
形成してなる電界放出電子源において、前記ボンディン
グパッド上に第1の金属層として金−シリコン合金層又
は、金−ゲルマニウム合金層を形成し、更にその上に前
記第1の金属層よりも高融点の第2の金属層としてアル
ミニウム−シリコン合金層又は、金層を形成し、窒素雰
囲気の中で前記第1の金属層の融点以上、かつ前記第2の
金属層の融点よりも低い温度で加熱して固定し たことを
特徴とする電界放出電子源。 - 【請求項4】 電界放出電子源のボンディングパッド上
に、第1の金属層である金−シリコン合金層又は、金−
ゲルマニウム合金層を設ける工程と、その上に前記第1
の金属層よりも高融点の第2の金属層であるアルミニウ
ム−シリコン合金層又は、金層を設ける工程と、窒素雰
囲気の中で前記第1の金属層の融点以上でかつ、第2の
金属層の融点以下の温度を加えることにより、第1の金
属層を溶融し、第2の金属層とボンディングパッドと
を、溶融した第1の金属層を介して固定する工程とを有
することを特徴とする請求項3記載の電界放出電子源の
製造方法。
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