JP3097521B2 - Method for manufacturing field emission element - Google Patents
Method for manufacturing field emission elementInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、電界放射型素子
の製造方法に関する。The present invention relates to a method for manufacturing a field emission element.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、半導体集積回路の微細加工技術を
利用して微小な冷陰極電子源を作り、これを超微細な増
幅素子や集積回路、フラットディスプレイ等に応用する
真空マイクロデバイス技術が注目されている。真空マイ
クロデバイスの実用化には、低電圧で大きな電流を安定
に放射できる冷陰極電子源の開発が不可欠である。冷陰
極電子源には大きく分けて、電界集中を利用して先鋭な
エミッタ電極先端から電子を放出させる電界放射型と、
半導体中でアバランシェ等により高エネルギー電子を生
成してこれを外部に取り出す方式とがある。またエミッ
タ電極構造には、針状の先鋭な突起を基板に垂直方向に
形成する縦型エミッタと、基板面に沿って平面的に形成
する横型エミッタとがある。2. Description of the Related Art In recent years, a vacuum microdevice technology for producing a minute cold cathode electron source using a microfabrication technology of a semiconductor integrated circuit and applying the same to an ultrafine amplifying element, an integrated circuit, a flat display, and the like has attracted attention. Have been. For practical use of vacuum microdevices, it is essential to develop a cold cathode electron source that can stably emit a large current at a low voltage. The cold cathode electron source is roughly divided into a field emission type in which electrons are emitted from a sharp tip of an emitter electrode using electric field concentration,
There is a method of generating high-energy electrons in a semiconductor by avalanche or the like and extracting the electrons to the outside. The emitter electrode structure includes a vertical emitter in which needle-like sharp protrusions are formed in a direction perpendicular to the substrate, and a horizontal emitter in which needle-like sharp protrusions are formed in a plane along the substrate surface.
【0003】従来提案されている縦型エミッタの電界放
射型電子源の製造法として、図31に示すように、基板
に垂直側壁をもつ凹部を形成し(a)、層状均一堆積法
によって犠牲膜を堆積した後エミッタ電極材料膜を堆積
し(b)、基板及び犠牲膜を除去してエミッタを形成す
る(c)方法がある(S. Zimmerman, Abs. 3rd Int.Vac
uum Microelectronics Conf., Monterey, 1990, 1-4参
照)。この方法では、犠牲膜により逆円錐状のエミッタ
成形型を得る為には、堆積させる犠牲膜を充分厚くする
事が必要である。しかし厚い犠牲膜を1工程で堆積する
と、成膜後の冷却時に熱ストレスによってクラックが入
りやすい。このクラックにエミッタ材料が入り込むと、
所望形状のエミッタが得られず、所望性能の電界放射型
素子を得ることができない。As a conventional method of manufacturing a field emission electron source of a vertical emitter, as shown in FIG. 31, a recess having vertical side walls is formed in a substrate (a), and a sacrificial film is formed by a layered uniform deposition method, as shown in FIG. Is deposited, and then an emitter electrode material film is deposited (b), and the substrate and the sacrificial film are removed to form an emitter (c) (S. Zimmerman, Abs. 3rd Int. Vac).
uum Microelectronics Conf., Monterey, 1990, 1-4). In this method, it is necessary to make the sacrificial film to be deposited sufficiently thick in order to obtain an inverted conical emitter mold using the sacrificial film. However, when a thick sacrificial film is deposited in one step, cracks are likely to occur due to thermal stress during cooling after film formation. When the emitter material enters this crack,
An emitter having a desired shape cannot be obtained, and a field emission element having desired performance cannot be obtained.
【0004】また図31の方法は、層状均一堆積法、即
ちステップカバレージの良好な膜堆積法で犠牲膜を堆積
する。この方法によると、図32(a)示すように、犠
牲膜に形成される凹部先端Aの曲率半径が50nm程度
と大きくなり易く、先鋭な先端を持つエミッタを作るこ
とが難しい。逆に、ステップカバレージの悪い膜堆積法
を用いると、図32(a)と同じ膜厚の犠牲膜を形成し
ても、図32(b)に示すようにオーバーハングが形成
され、逆円錐状のエミッタ成形型を得ることができな
い。この方法でも犠牲膜をより厚くすれば、図32
(c)に示すように逆円錐状のエミッタ成形型が得られ
るが、これでは先端頂角が大きくなりすぎ、またクラッ
クの発生が一層顕著になる。In the method shown in FIG. 31, a sacrificial film is deposited by a layered uniform deposition method, that is, a film deposition method with good step coverage. According to this method, as shown in FIG. 32A, the radius of curvature of the tip A of the concave portion formed in the sacrificial film tends to be as large as about 50 nm, and it is difficult to produce an emitter having a sharp tip. Conversely, when a film deposition method with poor step coverage is used, even if a sacrificial film having the same thickness as that shown in FIG. 32A is formed, an overhang is formed as shown in FIG. Cannot be obtained. In this method as well, if the sacrificial film is made thicker, FIG.
As shown in (c), an inverted conical emitter molding die is obtained, but in this case, the apex angle of the tip becomes too large and the occurrence of cracks becomes more remarkable.
【0005】別の縦型エミッタの製造法として、図33
に示すように、結晶基板にエッチングマスクを形成し
(a)、基板を異方性エッチングによりエッチングして
凹部を形成し(b)、エミッタ電極材料膜を堆積し
(c)、不要部を除去してエミッタを完成する(d)方
法も提案されている(例えば、特開平4−61729号
公報,特開平5−225895号公報等参照)。この方
法では、形成される凹部は四角錘状となり、また基板の
結晶面のなす角度によって凹部の頂角が決定される。従
って異方性エッチングにより得られる凹部をそのままエ
ミッタ成形型として用いる場合、小さい頂角のエミッタ
を得ることはできない。また四角錘状のエミッタでは安
定な放出電流特性が得られない。更に異方性エッチング
ができる基板は、(100)面を有する単結晶シリコン
やGaAs等に限られ、エッチング法もウエットエッチ
ングになるから、設計の自由度が小さく、素子の微細化
も難しい。As another method for manufacturing a vertical emitter, FIG.
As shown in (1), an etching mask is formed on the crystal substrate (a), the substrate is etched by anisotropic etching to form a recess (b), an emitter electrode material film is deposited (c), and unnecessary portions are removed. A method (d) for completing the emitter by performing the above method has also been proposed (see, for example, JP-A-4-61729 and JP-A-5-225895). In this method, the concave portion formed has a quadrangular pyramid shape, and the apex angle of the concave portion is determined by the angle formed by the crystal plane of the substrate. Therefore, when a concave portion obtained by anisotropic etching is used as it is as an emitter mold, an emitter having a small apex angle cannot be obtained. Also, a square emission emitter cannot provide stable emission current characteristics. Further, a substrate on which anisotropic etching can be performed is limited to single crystal silicon or GaAs having a (100) plane, and the etching method is also wet etching. Therefore, the degree of freedom in design is small and miniaturization of elements is difficult.
【0006】異方性エッチングを利用する別の従来法と
して、図34に示すように、シリコン層にエッチングマ
スクを形成して異方性エッチングを行い(a)、その後
エッチングマスクを除去して熱酸化を行って酸化膜を形
成してその表面に小さい頂角の凹部を得て、エミッタ電
極膜を堆積する(b)方法が提案されている(特開平5
−174703号公報参照)。この方法は、凹部を酸化
してエミッタ成形型とすることで、先端頂角を小さくで
きるものの、酸化前の頂角は前述のように決まっている
から、任意の頂角を得ることはできない。また、上述の
方法と同様に、四角錘状のエミッタしか得られず、使用
基板も限定されていて設計自由度が低く、素子の微細化
も難しいという難点がある。As another conventional method using anisotropic etching, as shown in FIG. 34, an etching mask is formed on a silicon layer and anisotropic etching is performed (a), and then the etching mask is removed to remove heat. A method (b) has been proposed in which an oxide film is formed by performing oxidation, a concave portion having a small apex angle is obtained on the surface thereof, and an emitter electrode film is deposited (Japanese Unexamined Patent Application Publication No. Hei 5 (1994)).
174703). According to this method, the apex angle of the tip can be reduced by oxidizing the concave portion to form an emitter mold. However, since the apex angle before oxidation is determined as described above, an arbitrary apex angle cannot be obtained. Further, similarly to the above-described method, only a quadrangular pyramid-shaped emitter can be obtained, the substrate to be used is limited, the degree of freedom in design is low, and it is difficult to miniaturize the element.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】以上のように犠牲膜堆
積により縦型エミッタの成形型を得る従来法では、曲率
半径の小さい先端を得ようとすると、犠牲膜にクラック
が入り易く、高い歩留まりや信頼性を得ることができな
い。また、異方性エッチングを利用してエミッタ成形型
を得る方法では、設計の自由度が限られて、先端の曲率
半径及び頂角が小さい任意形状のエミッタを得ることが
できなず、素子の微細化も難しいという難点がある。As described above, according to the conventional method of obtaining a mold for a vertical emitter by depositing a sacrificial film, if a tip having a small radius of curvature is to be obtained, the sacrificial film is easily cracked and a high yield is obtained. And reliability cannot be obtained. Further, in the method of obtaining an emitter mold using anisotropic etching, the degree of freedom of design is limited, and it is not possible to obtain an emitter of an arbitrary shape having a small radius of curvature and apical angle at the tip, and the There is a drawback that miniaturization is also difficult.
【0008】この発明は、上記した点に鑑みなされたも
ので、先端の曲率及び頂角が小さいエミッタを任意の形
状にできる電界放射型素子の製造方法を提供することを
目的としている。An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a field emission element in which an emitter having a small tip curvature and a small apex angle can be formed into an arbitrary shape.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】この発明に係る電界放射
型素子の製造方法は、第1に、基板の表面に垂直または
ほぼ垂直な側壁をもつ凹部を形成する工程と、前記凹部
が形成された基板上に第1の犠牲膜を堆積する工程と、
前記第1の犠牲膜をエッチングして前記凹部の側壁にサ
イドスペーサを形成する工程と、前記サイドスペーサが
形成された凹部を有する基板上に第2の犠牲膜を堆積す
る工程と、前記第2の犠牲膜上に導電膜を堆積してエミ
ッタを形成する工程と、前記エミッタをその下の不要な
材料を除去して露出させる工程とを有することを特徴と
している。この製造方法において好ましくは、サイドス
ペーサを形成する工程でオーバーエッチングを行い、基
板を彫り込むようにする。 According to a method of manufacturing a field emission element according to the present invention, first, a step of forming a recess having a side wall perpendicular or substantially perpendicular to the surface of a substrate, and forming the recess. Depositing a first sacrificial film on the substrate,
Etching the first sacrificial film to form a side spacer on a side wall of the concave portion, depositing a second sacrificial film on a substrate having the concave portion in which the side spacer is formed, Forming an emitter by depositing a conductive film on the sacrificial film, and exposing the emitter by removing unnecessary material thereunder. In this manufacturing method, preferably,
Over-etching is performed in the process of forming the pacer,
Carve the board.
【0010】この発明に係る電界放射型素子の製造方法
は、第2に、基板の表面にゲート電極となる第1の導電
膜を堆積する工程と、前記第1の導電膜に前記基板に達
する垂直またはほぼ垂直な側壁を持つ凹部を形成する工
程と、前記凹部が形成された第1の導電膜上に第1の絶
縁膜を堆積する工程と、前記第1の絶縁膜をエッチング
して前記凹部の側壁にサイドスペーサを形成する工程
と、前記第1の導電膜及びサイドスペーサ上に第2の絶
縁膜を堆積する工程と、前記第2の絶縁膜上に第2の導
電膜を堆積してエミッタを形成する工程と、前記第1及
び第2の絶縁膜のうち少なくとも前記エミッタの先端部
周囲にある部分を除去する工程とを有することを特徴と
している。In the method for manufacturing a field emission element according to the present invention, secondly, a step of depositing a first conductive film serving as a gate electrode on a surface of the substrate, and reaching the substrate on the first conductive film. Forming a recess having a vertical or substantially vertical sidewall, depositing a first insulating film on the first conductive film having the recess formed therein, etching the first insulating film, Forming a side spacer on the side wall of the concave portion, depositing a second insulating film on the first conductive film and the side spacer, and depositing a second conductive film on the second insulating film. And forming at least a portion of the first and second insulating films around the tip of the emitter.
【0011】この発明の方法では、垂直またはほぼ垂直
な側壁を持つ凹部にサイドスペーサを形成することで、
凹部側壁に滑らかな傾斜を与え、且つ凹部容積を小さく
している。これにより、その後堆積される犠牲膜または
絶縁膜を薄くしてエミッタ成形型を得ることができる。
従ってこれらの絶縁膜や犠牲膜堆積にステップカバレー
ジのよい膜堆積法を用いた場合にも、成膜後の冷却時に
受ける熱ストレスを小さく抑えて、クラックが入ること
を防止することができる。以上により、所望形状のエミ
ッタを持つ電界放射型素子を歩留まりよく製造すること
ができる。According to the method of the present invention, a side spacer is formed in a concave portion having a vertical or almost vertical side wall,
The concave side wall is provided with a smooth inclination and the concave volume is reduced. Thereby, the sacrificial film or the insulating film to be subsequently deposited can be thinned to obtain an emitter mold.
Therefore, even when a film deposition method with good step coverage is used for depositing these insulating films and sacrificial films, it is possible to suppress the thermal stress applied at the time of cooling after the film formation and to prevent cracks. As described above, a field emission element having an emitter having a desired shape can be manufactured with high yield.
【0012】またこの発明の方法では、サイドスペーサ
により凹部開口を順テーパ状にしている。この結果、そ
の後堆積する犠牲膜や絶縁膜をステップカバレージのよ
くない膜堆積法によって形成して、曲率半径及び頂角が
小さい逆円錐状のエミッタ成形型を得ることができ、し
たがって先端の曲率半径及び頂角が小さい円錐状のエミ
ッタを得ることができる。そしてこの発明によると、エ
ミッタ先端部で大きな最大電界強度を得ることができる
から、低いゲート・エミッタ間電圧で大きな放射電流が
得られる高性能の電界放射型素子が実現できる。In the method of the present invention, the opening of the concave portion is made to have a forward tapered shape by the side spacer. As a result, a sacrificial film or an insulating film to be subsequently deposited can be formed by a film deposition method with poor step coverage to obtain an inverted conical emitter mold having a small radius of curvature and a small apex angle. And a conical emitter with a small apex angle can be obtained. According to the present invention, a large maximum electric field strength can be obtained at the tip of the emitter, so that a high-performance field emission element capable of obtaining a large emission current with a low gate-emitter voltage can be realized.
【0013】[0013]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施例を説明する。図1は、この発明の基本的な実施
例の製造工程を示している。まず図1(a)に示すよう
に、基板10の表面に垂直側壁をもつ少なくとも一つの
凹部11を形成する。図では一つのエミッタに対応する
一つの凹部11を示しているが、多数のエミッタを配列
して電界放射エミッタアレイ(FEA)を形成する場合
は同様の凹部が多数形成される。凹部11の形状は、ポ
イント型のエミッタを作る場合は円であり、ウェッジ型
エミッタを作る場合はストライプ状である。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a manufacturing process of a basic embodiment of the present invention. First, as shown in FIG. 1A, at least one concave portion 11 having a vertical side wall is formed on the surface of a substrate 10. Although one recess 11 corresponding to one emitter is shown in the figure, a large number of similar recesses are formed when a large number of emitters are arranged to form a field emission emitter array (FEA). The shape of the concave portion 11 is a circle when a point type emitter is formed, and is a stripe shape when a wedge type emitter is formed.
【0014】基板10には、この実施例ではシリコン基
板を用い、凹部11の加工には通常のリソグラフィ技術
を利用してレジストマスクを形成し、反応性イオンエッ
チング(RIE)を利用する。凹部11の大きさは、必
要とする冷陰極エミッタの大きさに応じて設定される。
例えば、幅が0.1〜1μm 程度であり、深さがその1
/2程度とする。なお基板10には、Ge,GaAs等
の他の半導体基板、ガラス、石英等の絶縁基板、Al,
Cu等の導電体基板等、他の材料でも良い。またこれら
の積層基板でもよい。凹部11の加工にイオンミリング
を利用することもできる。またレジストマスクを用い
ず、イオンミリングやレーザビームを用いて直接基板1
0に凹部11を加工することもできる。In this embodiment, a silicon substrate is used as the substrate 10, and a resist mask is formed by using a usual lithography technique for processing the concave portion 11, and reactive ion etching (RIE) is used. The size of the concave portion 11 is set according to the required size of the cold cathode emitter.
For example, the width is about 0.1 to 1 μm and the depth is 1
/ 2. The substrate 10 includes another semiconductor substrate such as Ge or GaAs, an insulating substrate such as glass or quartz, Al,
Other materials such as a conductive substrate such as Cu may be used. Further, these laminated substrates may be used. Ion milling can also be used to process the recess 11. Also, without using a resist mask, the substrate 1 can be directly formed using ion milling or a laser beam.
The recess 11 can be machined to zero.
【0015】次に凹部11が開けられた基板10上に、
図1(b)に示すように第1の犠牲膜12としてシリコ
ン酸化膜を堆積する。膜堆積法には、ステップカバレー
ジのよい減圧CVD法を用いる。これにより第1の犠牲
膜12の表面には下地の凹部11の形状が反映される。
第1の犠牲膜12の好ましい膜厚は、凹部11の大きさ
により決まるが、例えば0.05〜0.5μm 程度とす
る。なお第1の犠牲膜12として、シリコン窒化膜等の
他の絶縁膜、非晶質シリコン膜、多結晶シリコン膜等の
半導体膜、Ti,Mo,Al,TiN,TiW,WSi
等の導電材料膜を用いることもできる。ステップカバレ
ージのよい膜堆積法として、減圧CVD法の他に、光C
VD法や、O3 とTEOSを用いたCVD法も有効であ
る。また真空状着法やスパッタ法を用いることもでき
る。Next, on the substrate 10 in which the concave portion 11 is opened,
As shown in FIG. 1B, a silicon oxide film is deposited as the first sacrificial film 12. For the film deposition method, a low-pressure CVD method with good step coverage is used. As a result, the surface of the first sacrificial film 12 reflects the shape of the underlying concave portion 11.
The preferred thickness of the first sacrificial film 12 is determined by the size of the concave portion 11, but is, for example, about 0.05 to 0.5 μm. As the first sacrificial film 12, another insulating film such as a silicon nitride film, a semiconductor film such as an amorphous silicon film or a polycrystalline silicon film, Ti, Mo, Al, TiN, TiW, WSi
Or other conductive material films. As a film deposition method with good step coverage, in addition to the low pressure CVD method,
The VD method and the CVD method using O 3 and TEOS are also effective. Alternatively, a vacuum deposition method or a sputtering method can be used.
【0016】次いで、第1の犠牲膜12を全面エッチン
グ(エッチバック)して、図1(c)示すように、凹部
11の側壁のみにサイドスペーサ13として残す。この
エッチバックには、異方性ドライエッチングを用いる。
例えば、低圧マグネトロンRIE、マイクロ波プラズマ
エッチング、ECR、光励起エッチング、誘導励起型プ
ラズマエッチング等である。このサイドスペーサ13の
形成により、凹部11は側壁に滑らかな傾斜が与えら
れ、容積が小さくなる。Next, the entire surface of the first sacrificial film 12 is etched (etched back) to leave a side spacer 13 only on the side wall of the recess 11 as shown in FIG. Anisotropic dry etching is used for this etch back.
For example, low pressure magnetron RIE, microwave plasma etching, ECR, light excitation etching, induction excitation type plasma etching, and the like. Due to the formation of the side spacers 13, the side walls of the recess 11 are provided with a smooth inclination, and the volume is reduced.
【0017】次に、図1(d)に示すように、全面に第
2の犠牲膜14として、第1の犠牲膜12と同じシリコ
ン酸化膜を、ステップカバレージのよい膜堆積法によっ
て例えば20〜300nm堆積する。第2の犠牲膜14
の膜厚は、凹部11の大きさにより決められるが、少な
くともサイドスペーサ13によって絞られた凹部11の
底部の径の1/2以上の厚さが必要である。この第2の
犠牲膜14がエミッタの成形型となるもので、その膜厚
をそれ程厚くすることなく、図示のように表面には鋭い
先端をもつ凹部15が形成される。サイドスペーサ13
によって実質的に凹部11の上部開口が開いた順テーパ
状になっているため、第2の犠牲膜14をステップカバ
レージの良好な膜堆積法で比較的薄く形成することで、
クラック等の発生は防止される。なお第2の犠牲膜14
として、シリコン酸化膜の代わりに第1の犠牲膜12と
同様な他の材料を使用することができる。具体的に例え
ば、第2の犠牲膜14として、シリコン窒化膜(Si3
N4 )やアルミナ膜(Al2 O3 )を用いることができ
る。但し、第1の犠牲膜12、第2の犠牲膜14は後に
エミッタ先端を露出させる工程でエッチングするので、
エッチングの選択性やエッチング速度を考慮して材料を
選ぶことが好ましい。Next, as shown in FIG. 1D, the same silicon oxide film as the first sacrifice film 12 is formed on the entire surface as the second sacrifice film 14 by, for example, 20 to 20 Å by a film deposition method with good step coverage. Deposit 300 nm. Second sacrificial film 14
Is determined by the size of the concave portion 11, but the thickness of the concave portion 11 needs to be at least half the diameter of the bottom of the concave portion 11 narrowed by the side spacer 13. The second sacrificial film 14 serves as a mold for the emitter, and a concave portion 15 having a sharp tip is formed on the surface as shown in the figure without increasing the film thickness so much. Side spacer 13
Since the second sacrificial film 14 is formed in a relatively thin shape by a film deposition method having a good step coverage, the second sacrificial film 14 is formed in a forward tapered shape in which the upper opening of the concave portion 11 is substantially opened.
The occurrence of cracks and the like is prevented. The second sacrificial film 14
Alternatively, another material similar to the first sacrificial film 12 can be used instead of the silicon oxide film. Specifically, for example, as the second sacrificial film 14, a silicon nitride film (Si 3
N 4 ) or an alumina film (Al 2 O 3 ) can be used. However, since the first sacrifice film 12 and the second sacrifice film 14 are etched later in the step of exposing the tip of the emitter,
It is preferable to select a material in consideration of etching selectivity and etching rate.
【0018】次いで、図1(e)に示すように、第2の
犠牲膜14上にエミッタ電極膜(冷陰極材料膜)16を
形成する。前述のようにこの実施例では、凹部11にテ
ーパを有するサイドスペーサ13を形成した結果、第2
の犠牲膜14の上面に滑らかなカーブを描いてかつ鋭い
先端を持つ凹部15が形成されているため、エミッタ電
極膜16はこの凹部15に埋め込まれた部分に円滑でか
つ鋭い先端が形成される。具体的にこの実施例では、エ
ミッタ電極膜16としてW膜を用いたが、他の各種の金
属材料(、Al,Cu,Mo,Au,Pt,Ag,T
i,Ni,Ta,Re,Cr,Zr,Hf,Y,Bi,
Sr,Tl,Pb,Ca,Sn,Ge等)やこれらの化
合物からなる導電材料を用いることができる。ただし、
後に第2の犠牲膜14をエッチングするので、第2の犠
牲膜14とのエッチング選択比が充分とれるように、第
2の犠牲膜14との材料の組み合わせを選ぶことが必要
である。Next, as shown in FIG. 1E, an emitter electrode film (cold cathode material film) 16 is formed on the second sacrificial film 14. As described above, in this embodiment, as a result of forming the side spacer 13 having a taper in the concave portion 11, the second spacer is formed.
Since a concave portion 15 having a sharp tip is formed on the upper surface of the sacrificial film 14 with a smooth curve, the emitter electrode film 16 has a smooth and sharp tip formed in a portion embedded in the concave portion 15. . Specifically, in this embodiment, a W film was used as the emitter electrode film 16, but other various metal materials (Al, Cu, Mo, Au, Pt, Ag, T
i, Ni, Ta, Re, Cr, Zr, Hf, Y, Bi,
(Sr, Tl, Pb, Ca, Sn, Ge, etc.) or a conductive material composed of these compounds can be used. However,
Since the second sacrifice film 14 is etched later, it is necessary to select a combination of materials with the second sacrifice film 14 so that an etching selectivity with the second sacrifice film 14 is sufficient.
【0019】最後に、エミッタ下の不要部分をウェット
エッチングあるいはドライエッチングにより除去する。
例えば図1(f)に示すように、基板10、サイドスペ
ーサ13及び第2の犠牲膜14を全て除去して、先鋭な
エミッタ先端を露出させる。こうしてこの実施例によれ
ば、先端の曲率半径が10nm程度あるいはそれ以下の微
細エミッタを得ることができる。Finally, an unnecessary portion under the emitter is removed by wet etching or dry etching.
For example, as shown in FIG. 1F, the substrate 10, the side spacers 13, and the second sacrificial film 14 are all removed to expose a sharp emitter tip. Thus, according to this embodiment, it is possible to obtain a fine emitter having a radius of curvature at the tip of about 10 nm or less.
【0020】上の実施例においては、第1の犠牲膜12
をステップカバレージのよい膜堆積法で形成した。この
方法で生じる問題を図2を用いて説明する。図2(a)
〜(c)は、図1(b)〜(d)に対応する拡大図であ
る。第1の犠牲膜12をステップカバレージのよい膜堆
積法で形成すると、図1(b)に対して、図2(a)に
示すように凹部の底部コーナーCに大きな曲率が出る傾
向がある。この状態で、第1の犠牲膜11をエッチバッ
クすると、図2(b)に示すようにサイドスペーサ13
が裾を引く形状となる。そうすると、この上に第2の犠
牲膜14を堆積した時に、サイドスペーサ13の形状の
影響を受けて、図2(c)に示すように、エミッタ成形
型となる凹部15の先端曲率半径が50nm以上の大き
なものとなる可能性が高くなる。In the above embodiment, the first sacrificial film 12
Was formed by a film deposition method with good step coverage. The problem generated by this method will be described with reference to FIG. FIG. 2 (a)
(C) is an enlarged view corresponding to FIGS. 1 (b) to (d). When the first sacrificial film 12 is formed by a film deposition method with good step coverage, a large curvature tends to appear at the bottom corner C of the concave portion as shown in FIG. In this state, when the first sacrificial film 11 is etched back, as shown in FIG.
Has a shape that pulls the hem. Then, when the second sacrificial film 14 is deposited thereon, it is affected by the shape of the side spacer 13, and as shown in FIG. There is a high possibility that these will be large.
【0021】この問題を解決するには、サイドスペーサ
を形成する第1の犠牲膜12のエッチバック工程で基板
を少しエッチングするオーバーエッチングを行うことが
好ましい。この方法で形成されるサイドスペーサ13の
形状を図3(a)に示す。この方法によれば、図2
(a)のようにコーナーCが大きな曲率半径を持つ場合
であっても、サイドスペーサ13を得ることができる。
従ってその後第2の犠牲膜14を堆積すれば、図3
(b)に示すように曲率半径が10nm以下の先鋭な先
端を持つエミッタ形成型を得ることができる。In order to solve this problem, it is preferable to perform over-etching for slightly etching the substrate in the step of etching back the first sacrificial film 12 for forming the side spacer. FIG. 3A shows the shape of the side spacer 13 formed by this method. According to this method, FIG.
The side spacer 13 can be obtained even when the corner C has a large radius of curvature as shown in FIG.
Therefore, if the second sacrificial film 14 is subsequently deposited, FIG.
As shown in (b), an emitter forming type having a sharp tip with a radius of curvature of 10 nm or less can be obtained.
【0022】上の実施例において、図1(d)の第2の
犠牲膜14をステップカバレージのよくない膜堆積法、
例えば減圧CVD法やスパッタ法等により形成すること
もできる。そのとき得られる構造を図4に示す。垂直側
壁を持つ凹部にステップカバレージのよくない膜堆積法
で犠牲膜を堆積した時の図32(b),(c)と比較し
て明らかなように、サイドスペーサ13の働きによっ
て、曲率半径の非常に小さい先端をもつ成形型が得られ
る。即ち、第2の犠牲膜14をステップカバレージのよ
い膜堆積法で形成した場合、サイドスペーサ13による
傾斜の底の部分が緩やかになり、第2の犠牲膜14の上
面も緩やかになり易く、先鋭なエミッタ先端が得られな
い。これに対して第2の犠牲膜14をステップカバレー
ジのよくない膜堆積法で形成すると、凹部底部で第2の
犠牲膜14の膜厚が薄くなるため、その上面が急傾斜に
なる。したがってこの上に形成されるエミッタ電極膜に
先鋭な先端が形成される。ちなみに、これと類似した技
術として、半導体装置の配線コンタクトの孔にサイドス
ペーサを形成する方法が知られている(例えば、米国特
許第5,408,130号、米国特許第5,403,7
57号等)。しかし、これらは配線の断切れ防止の技術
であって、この発明のような先鋭なエミッタ先端を得る
技術を示唆するものではない。In the above embodiment, the second sacrificial film 14 shown in FIG. 1D is formed by a film deposition method having poor step coverage.
For example, it can be formed by a low pressure CVD method, a sputtering method, or the like. FIG. 4 shows the structure obtained at that time. As is apparent from comparison with FIGS. 32B and 32C when the sacrificial film is deposited in the concave portion having the vertical side wall by the film deposition method with poor step coverage, the curvature of the radius of curvature is increased by the action of the side spacer 13. A mold with a very small tip is obtained. In other words, when the second sacrificial film 14 is formed by a film deposition method with good step coverage, the bottom of the slope formed by the side spacers 13 becomes gentle, and the upper surface of the second sacrificial film 14 is also easy to become gentle, so that it is sharp. Emitter tip cannot be obtained. On the other hand, if the second sacrificial film 14 is formed by a film deposition method with poor step coverage, the thickness of the second sacrificial film 14 becomes thinner at the bottom of the concave portion, so that the upper surface thereof becomes steep. Therefore, a sharp tip is formed on the emitter electrode film formed thereon. Incidentally, as a similar technique, a method of forming a side spacer in a hole of a wiring contact of a semiconductor device is known (for example, US Pat. No. 5,408,130, US Pat. No. 5,403,7).
No. 57 etc.). However, these are techniques for preventing disconnection of wiring, and do not suggest a technique for obtaining a sharp emitter tip as in the present invention.
【0023】図1の実施例において、エミッタ電極膜1
6に十分な機械的強度を付与するためには、不要部分を
エッチング除去する前に、例えば図5(a)に示すよう
にエミッタ電極膜16の上に接着材17を用いて(ある
いは陽極接合等により)支持基板18を貼り合わせるこ
とが好ましい。接着材17には、エポキシ樹脂等の有機
材料、低融点ガラス等の無機材料を用いることができ
る。また支持基板18には、ガラス、石英、シリコン酸
化膜、シリコン窒化膜等の絶縁材料、Si,Ge等の半
導体材料、Al,Cu等の導電材料、あるいはこれらの
組み合わせを用いることができる。またその際、図5
(b)に示すように、エミッタ電極膜16の表面を予め
SOG等の平坦化膜19により平坦化しておくことも有
効である。また図示しないが、エミッタ電極膜16の表
面をCMPで平坦化したり、レジスト又はSOGを犠牲
膜に用いるエッチバックで平坦化することも有効であ
る。In the embodiment shown in FIG.
In order to impart sufficient mechanical strength to the film 6, before removing unnecessary portions by etching, for example, as shown in FIG. It is preferable that the support substrate 18 is bonded. As the adhesive 17, an organic material such as an epoxy resin or an inorganic material such as a low-melting glass can be used. The support substrate 18 can be made of an insulating material such as glass, quartz, a silicon oxide film, or a silicon nitride film, a semiconductor material such as Si or Ge, a conductive material such as Al or Cu, or a combination thereof. At that time, FIG.
As shown in (b), it is also effective to previously planarize the surface of the emitter electrode film 16 with a planarizing film 19 such as SOG. Although not shown, it is also effective to flatten the surface of the emitter electrode film 16 by CMP or to flatten it by etch back using a resist or SOG as a sacrificial film.
【0024】図1の実施例では、基板10が一層の例を
示しているが、図6に示すような二層構造であってもよ
い。この場合、出発基板10aと積層膜10bの材料を
エッチング選択比が大きくとれる組み合わせとすること
が望ましい。そうすると凹部11をエッチング加工する
際に出発基板10aがエッチングストッパとなって、積
層膜10bの膜厚で決まる深さの凹部11が得られる。In the embodiment shown in FIG. 1, the substrate 10 has a single-layer structure, but may have a two-layer structure as shown in FIG. In this case, it is desirable that the materials of the starting substrate 10a and the laminated film 10b be a combination that allows a large etching selectivity. Then, when the concave portion 11 is etched, the starting substrate 10a serves as an etching stopper, and the concave portion 11 having a depth determined by the film thickness of the laminated film 10b is obtained.
【0025】図1の実施例において、第1の犠牲膜12
のエッチバックを非凹部上の第1の犠牲膜12が完全に
なくならない状態で止めることもできる。図7は、その
場合に得られる構造を示している。このエッチング量の
制御によって、第2の犠牲膜表面に反映される凹部15
の形状、従ってエミッタ電極膜16の先端形状を微調整
することができる。In the embodiment of FIG. 1, the first sacrificial film 12
Can be stopped in a state where the first sacrificial film 12 on the non-concave portion does not completely disappear. FIG. 7 shows the structure obtained in that case. By controlling the etching amount, the concave portion 15 reflected on the surface of the second sacrificial film is formed.
, That is, the tip shape of the emitter electrode film 16 can be finely adjusted.
【0026】図8はこの発明の別の実施例の製造工程を
図1に対応させて示している。図1と対応する部分には
図1と同一符号を付して詳細な説明は省く。この実施例
では第1の犠牲膜12をステップカバレージの良くない
膜堆積法で堆積して、図8(b)に示すようにオーバー
ハング12aが形成された状態とする。具体的にはこの
第1の犠牲膜12の膜堆積法として、真空蒸着法、スパ
ッタ法、あるいはプラズマCVD法等が用いられる。FIG. 8 shows a manufacturing process of another embodiment of the present invention corresponding to FIG. 1 are given the same reference numerals as in FIG. 1 and detailed description is omitted. In this embodiment, the first sacrificial film 12 is deposited by a film deposition method having poor step coverage, so that the overhang 12a is formed as shown in FIG. 8B. Specifically, as the film deposition method of the first sacrificial film 12, a vacuum deposition method, a sputtering method, a plasma CVD method, or the like is used.
【0027】この様なオーバーハング12aが形成され
た第1の犠牲膜12をエッチバックして、図8(c)に
示すようにサイドスペーサ13を形成する。サイドスス
ペーサ13は、オーバーハング12aの影響を受けて、
図示のように2段階の弧を描くように形成される。そし
て第2の犠牲膜14をステップカバレージの良好な膜堆
積法で形成すると、図8(d)示すように、サイドスペ
ーサ13の表面形状を反映してやはり2段階の弧を描く
鋭い先端形状をもつ凹部15が形成される。The first sacrificial film 12 on which such an overhang 12a is formed is etched back to form a side spacer 13 as shown in FIG. The sides spacer 13 is affected by the overhang 12a,
It is formed so as to draw a two-step arc as shown. When the second sacrificial film 14 is formed by a film deposition method with good step coverage, as shown in FIG. 8D, a sharp tip shape that also draws a two-step arc reflecting the surface shape of the side spacer 13 is formed. Is formed.
【0028】従ってこの実施例によると、図8(e),
(f)に示すように、先端が2段階に絞られた状態のよ
り先鋭な突起をもつエミッタが得られる。なおこの実施
例の場合も、図3〜図7で説明したと同様の変形が可能
である。Therefore, according to this embodiment, FIG.
As shown in (f), an emitter having a sharper projection with the tip narrowed in two stages is obtained. In this embodiment, modifications similar to those described with reference to FIGS. 3 to 7 are possible.
【0029】図9及び図10は、この発明をゲート電極
と共にアノード電極をもつ3極素子に適用した実施例の
製造工程である。図9(a)に示すように、基板20
は、絶縁体20aにアノード電極20bと絶縁膜20c
が積層された積層基板である。具体的に絶縁体20aは
シリコン酸化膜又はソーダライム等のガラスであり、ア
ノード電極20bは多結晶シリコンであり、絶縁膜20
cはシリコン酸化膜である。この基板20上にまず、ゲ
ート電極となる第1の導電膜21として多結晶シリコン
膜とWシリサイド膜の積層膜を堆積した後、第1の導電
膜21とその下の絶縁膜20cをRIEにより選択エッ
チングして、アノード電極20bに達する深さの垂直側
壁をもつ凹部22を形成する。凹部22の上から見た形
状は、真円に限られないが丸いものとする。これは、最
終的に得られるエミッタ側面に電界を乱す無用な稜線が
形成されず、略円錐に近いエミッタ形状を得るためであ
る。FIGS. 9 and 10 show a manufacturing process of an embodiment in which the present invention is applied to a three-electrode device having a gate electrode and an anode electrode. As shown in FIG.
Are formed on the insulator 20a by the anode electrode 20b and the insulating film 20c.
Are laminated substrates. Specifically, the insulator 20a is a glass such as a silicon oxide film or soda lime, and the anode electrode 20b is a polycrystalline silicon.
c is a silicon oxide film. First, a stacked film of a polycrystalline silicon film and a W silicide film is deposited as a first conductive film 21 serving as a gate electrode on the substrate 20, and then the first conductive film 21 and the insulating film 20c thereunder are deposited by RIE. By selective etching, a concave portion 22 having a vertical side wall having a depth reaching the anode electrode 20b is formed. The shape of the recess 22 as viewed from above is not limited to a perfect circle, but is round. This is because an unnecessary ridge that disturbs the electric field is not formed on the finally obtained side surface of the emitter, and an emitter shape close to a substantially cone is obtained.
【0030】次に、図9(b)に示すように、第1の絶
縁膜23としてCVD法によるシリコン酸化膜を堆積
し、これをエッチバックして、図9(c)に示すよう
に、凹部22の側壁にサイドスペーサ24を形成する。
この第1の絶縁膜23は先の実施例の第1の犠牲膜に対
応する。その後図9(d)に示すように、第2の絶縁膜
25として再度CVD法によるシリコン酸化膜を堆積す
る。この第2の絶縁膜25は先の実施例の第2の犠牲膜
に対応するもので、その表面にエミッタ成形用の先鋭な
先端を持つ凹部26が形成される。Next, as shown in FIG. 9B, a silicon oxide film is deposited by a CVD method as the first insulating film 23, and this is etched back. As shown in FIG. A side spacer 24 is formed on the side wall of the recess 22.
This first insulating film 23 corresponds to the first sacrificial film of the previous embodiment. Thereafter, as shown in FIG. 9D, a silicon oxide film is again deposited as the second insulating film 25 by the CVD method. The second insulating film 25 corresponds to the second sacrificial film of the previous embodiment, and has a concave portion 26 having a sharp tip for forming an emitter formed on the surface thereof.
【0031】続いて、図10(a)に示すように第2の
絶縁膜25上にエミッタ電極となる第2の導電膜27を
形成する。この第2の導電膜27は具体的には例えば、
スパッタ法又はCVD法によるTiN膜と、CVD法に
よるW膜との積層膜を用いる。その後、第2の導電膜2
7を選択エッチングして、図10(b)に示すように、
実際にエミッタ27aとして機能する部分の両側にスリ
ット開口28を開ける。そしてこのスリット開口28を
通して、鋳型とした用いた第2の絶縁膜25、第1の絶
縁膜によるサイドスペーサ24、更に基板20内の絶縁
膜20cを緩衝弗酸(BHF)を用いた等方性ウェット
エッチングによりエッチングして、図10(c)に示す
ように、エミッタ27aの先端、ゲート電極面及びアノ
ード電極20bの表面を露出させる。Subsequently, as shown in FIG. 10A, a second conductive film 27 serving as an emitter electrode is formed on the second insulating film 25. Specifically, the second conductive film 27 is, for example,
A stacked film of a TiN film formed by a sputtering method or a CVD method and a W film formed by a CVD method is used. Then, the second conductive film 2
7 is selectively etched, and as shown in FIG.
The slit openings 28 are opened on both sides of the portion actually functioning as the emitter 27a. Through the slit opening 28, the second insulating film 25 used as a template, the side spacer 24 of the first insulating film, and the insulating film 20c in the substrate 20 are isotropically formed using buffered hydrofluoric acid (BHF). Etching is performed by wet etching to expose the tip of the emitter 27a, the gate electrode surface, and the surface of the anode electrode 20b, as shown in FIG.
【0032】図11は、図10(c)の状態を斜視図で
示したものである。この様にして得られた3極素子を真
空封入することにより、微小な3極真空管が得られる。
以上のようにこの実施例によると、高性能の冷陰極エミ
ッタをもち、且つこれがゲート電極とセルフアラインさ
れて一体に形成された電界放射型素子が得られる。FIG. 11 is a perspective view showing the state of FIG. 10 (c). By vacuum-sealing the triode element thus obtained, a minute triode vacuum tube can be obtained.
As described above, according to this embodiment, a field emission element having a high-performance cold cathode emitter, which is self-aligned with the gate electrode and integrally formed, is obtained.
【0033】なお上の実施例において、アノード電極2
0bの他の材料として、アモルファスシリコン、Wシリ
サイド、Moシリサイド、W、Mo、Ti、Ta、Cr
等を用いることができる。またゲート電極となる第1の
導電膜21として、多結晶シリコン、アモルファスシリ
コン、Wシリサイド、Moシリサイド、W、Mo、T
i、Ta、Cr等を用いることができる。更にエミッタ
となる第2の導電膜27として、先の実施例において例
示したような他の材料を用いることができる。第1、第
2の絶縁膜23,25、及び基板内部の絶縁膜20cと
して、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜とシリコン窒化
膜の積層膜等を用いることもできる。In the above embodiment, the anode electrode 2
0b other materials include amorphous silicon, W silicide, Mo silicide, W, Mo, Ti, Ta, Cr
Etc. can be used. As the first conductive film 21 serving as a gate electrode, polycrystalline silicon, amorphous silicon, W silicide, Mo silicide, W, Mo, T
i, Ta, Cr or the like can be used. Further, as the second conductive film 27 serving as the emitter, another material as exemplified in the above embodiment can be used. As the first and second insulating films 23 and 25 and the insulating film 20c inside the substrate, a silicon nitride film, a laminated film of a silicon oxide film and a silicon nitride film, or the like can be used.
【0034】上の実施例において、図10(c)の工程
では等方性ウェットエッチングのみでエミッタ下の絶縁
膜を除去したが、ドライエッチングを組み合わせてもよ
い。例えば図12(a)に示すように、RIE法を用い
てスリット開口28の直下の絶縁膜をほぼ垂直にエッチ
ング除去し、続いて等方性エッチングによる横方向エッ
チングにより図12(b)に示すように、エミッタ直下
の絶縁膜を除去することができる。In the above embodiment, in the step of FIG. 10C, the insulating film under the emitter is removed only by isotropic wet etching, but dry etching may be combined. For example, as shown in FIG. 12A, the insulating film immediately below the slit opening 28 is removed almost vertically by RIE using an RIE method, and subsequently, shown in FIG. 12B by lateral etching by isotropic etching. Thus, the insulating film immediately below the emitter can be removed.
【0035】図13〜図15は、別の実施例である。こ
の実施例では、図13(a)に示すように、厚み600
μm 程度のシリコン基板30aに450nmのシリコン
窒化膜30bを形成して出発基板30としている。この
基板30上に、第1の導電膜31として、150nmの
リンドープされた多結晶シリコン膜31aと、100n
mのWシリサイド膜31bの積層膜を形成している。そ
してリソグラフィ及びRIEエッチングにより、第1の
導電膜31に直径約0.5μm の凹部32を形成する。FIGS. 13 to 15 show another embodiment. In this embodiment, as shown in FIG.
A starting substrate 30 is formed by forming a 450 nm silicon nitride film 30b on a silicon substrate 30a of about μm. On this substrate 30, a 150 nm phosphorus-doped polycrystalline silicon film 31a as a first conductive film 31 and a 100n
Thus, a laminated film of the W silicide film 31b is formed. Then, a concave portion 32 having a diameter of about 0.5 μm is formed in the first conductive film 31 by lithography and RIE etching.
【0036】次に、図13(b)に示すように、第1の
絶縁膜33としてシリコン酸化膜を形成する。具体的に
は、基板温度720℃、圧力50Paの条件でTEOS
を原料として用いた減圧CVD法を行い、240nmの
シリコン酸化膜を堆積する。続いてRIEにより第1の
犠牲膜33のみ選択的にエッチバックして、図13
(c)に示すように、凹部32の側壁にサイドスペーサ
34を形成する。Next, as shown in FIG. 13B, a silicon oxide film is formed as the first insulating film 33. Specifically, TEOS is performed at a substrate temperature of 720 ° C. and a pressure of 50 Pa.
Is performed as a raw material, and a 240 nm-thick silicon oxide film is deposited. Subsequently, only the first sacrificial film 33 is selectively etched back by RIE, and FIG.
As shown in (c), a side spacer 34 is formed on the side wall of the recess 32.
【0037】次に、図13(d)に示すように、第2の
絶縁膜35として再度シリコン酸化膜を堆積する。ここ
では、TEOS,O3 及びO2 を原料として、基板温度
400℃で常圧CVDを行い、200nmのシリコン酸
化膜を形成する。これにより表面に先鋭な先端を持つ凹
部36が形成される。このシリコン酸化膜は成膜後、室
温から850℃まで10秒の昇温時間で且つ850℃に
10秒間保持するランプ加熱を行う。Next, as shown in FIG. 13D, a silicon oxide film is deposited again as the second insulating film 35. Here, atmospheric pressure CVD is performed at a substrate temperature of 400 ° C. using TEOS, O 3, and O 2 as raw materials to form a 200 nm silicon oxide film. As a result, a concave portion 36 having a sharp tip is formed on the surface. After the formation of the silicon oxide film, lamp heating is performed to increase the temperature from room temperature to 850 ° C. for 10 seconds and maintain the temperature at 850 ° C. for 10 seconds.
【0038】次に図14(a)に示すように、エミッタ
電極膜となる第2の導電膜37を形成する。具体的にこ
の第2の導電膜37は、Tiターゲットを用いたN2 ガ
ス中での反応性スパッタによる50nmのTiN膜37
aと、WF6 を原料とするCVD法による200nmの
W膜37bと、スパッタによる300nmのAl膜37
cの3層積層膜とする。そして得られた試料の第2の導
電膜37側に、図14(b)に示すようにソーダライム
等の5mm厚程度のガラス基板38を接合する。この接
合には、試料側を450℃に加熱し、1.5kV程度の
電圧を与える陽極接合(静電接着)を利用する。Next, as shown in FIG. 14A, a second conductive film 37 serving as an emitter electrode film is formed. Specifically, the second conductive film 37 is a 50 nm TiN film 37 formed by reactive sputtering in a N 2 gas using a Ti target.
a, a 200 nm W film 37b formed by CVD using WF 6 as a raw material, and a 300 nm Al film 37 formed by sputtering.
c to form a three-layer laminated film. Then, a glass substrate 38 of about 5 mm thickness, such as soda lime, is bonded to the second conductive film 37 side of the obtained sample as shown in FIG. For this bonding, anodic bonding (electrostatic bonding) that heats the sample side to 450 ° C. and applies a voltage of about 1.5 kV is used.
【0039】続いて、HF+HNO3 +CH3 COOH
水溶液を用いたウェットエッチングにより、あるいはエ
チレンジアミン+カテコール混合水溶液を用いたウェッ
トエッチングにより、図15(a)に示すように、シリ
コン基板30aをエッチング除去する。その後、HF+
NH4 F水溶液によりシリコン酸化膜エッチングを行っ
て、図15(b)に示すように、ゲート電極31及びエ
ミッタ先端39を露出させる。Subsequently, HF + HNO 3 + CH 3 COOH
As shown in FIG. 15A, the silicon substrate 30a is etched away by wet etching using an aqueous solution or wet etching using a mixed aqueous solution of ethylenediamine and catechol. Then, HF +
The silicon oxide film is etched with an NH 4 F aqueous solution to expose the gate electrode 31 and the tip 39 of the emitter as shown in FIG.
【0040】図16は、この実施例の方法により得られ
るFEAの斜視図である。図示のように、複数のゲート
電極開口部に円錐状の微細エミッタ先端39が自己整合
されて配置される。エミッタ先端39の曲率半径は約1
0nm、頂角は20度以下であり、ゲート電極直径は約
0.6μm であり、ゲート・エミッタ間距離は約0.3
μm であった。FIG. 16 is a perspective view of the FEA obtained by the method of this embodiment. As shown, conical fine emitter tips 39 are arranged in a plurality of gate electrode openings in a self-aligned manner. The radius of curvature of the emitter tip 39 is about 1
0 nm, the apex angle is 20 degrees or less, the gate electrode diameter is about 0.6 μm, and the distance between the gate and the emitter is about 0.3 μm.
μm.
【0041】図17は、上の実施例の素子構造を僅かに
変形した実施例である。図17(a)は、エミッタ電極
となる第2の導電膜37を二層構造とした例である。具
体的には例えば、Tiをターゲットとして窒素ガス中で
反応性スパッタを行ってTiN膜を200nm厚形成
し、その上にポリシリコン膜またはアモルファスシリコ
ン膜を200nm厚形成して2層構造のエミッタ電極を
得る。図17(b)は、ゲート電極となる第1の導電膜
31、エミッタ電極となる第2の導電膜37を共に一層
構造とした例である。具体的に第1の導電膜31として
は、減圧CVD法により150nmのポリシリコン膜を
堆積し、これにリンをドープして導電性を付与する。第
2の導電膜27は、反応性スパッタによる200nm厚
のTiN膜とする。17(c)は、エミッタ電極となる
第2の導電膜37を、エミッタ先端部のみ電界放出に最
適な例えばW膜37dとし、これとAl膜37fとの間
に多結晶シリコンあるいは非晶質シリコン等からなる抵
抗膜37eを挟んだ3層構造とした例である。FIG. 17 shows an embodiment in which the element structure of the above embodiment is slightly modified. FIG. 17A shows an example in which the second conductive film 37 serving as an emitter electrode has a two-layer structure. Specifically, for example, a 200 nm thick TiN film is formed by reactive sputtering in a nitrogen gas using Ti as a target, and a 200 nm thick polysilicon film or amorphous silicon film is formed thereon to form a two-layered emitter electrode. Get. FIG. 17B shows an example in which both the first conductive film 31 serving as a gate electrode and the second conductive film 37 serving as an emitter electrode have a single-layer structure. Specifically, as the first conductive film 31, a 150-nm polysilicon film is deposited by a low-pressure CVD method, and doped with phosphorus to impart conductivity. The second conductive film 27 is a 200 nm-thick TiN film formed by reactive sputtering. 17 (c), the second conductive film 37 serving as an emitter electrode is made, for example, of a W film 37d optimal for field emission only at the tip of the emitter, and polycrystalline silicon or amorphous silicon is provided between the W film 37d and the Al film 37f. This is an example in which a three-layer structure sandwiching a resistive film 37e made of the same is used.
【0042】図17(c)のエミッタ構造の製造プロセ
スは例えば次の通りである。先ず、Tiをターゲットと
し、窒素ガス中での反応性スパッタにより、密着性改善
のためのバリア層として、50nmのTiN膜を形成す
る。続いて、CVD法によってブランケットW膜37d
を200nm厚形成した後、W膜を200nm厚エッチ
バックする。これにより、犠牲膜の凹部底にのみW膜が
埋め込まれる。そしてW膜をマスクとしてTiN膜をエ
ッチングした後、ポリシリコン膜またはアモルファスシ
リコン膜を200nm堆積し、これを平坦部で200n
mエッチバックして、犠牲膜の底の部分にのみポリシリ
コンまたはアモルファスシリコンからなる抵抗膜37e
を残す。最後にAl膜37fをスパッタ法で800nm
堆積する。その後基板を除去し、犠牲膜の一部を除去
し、更にTiN膜を除去してエミッタ先端にW膜を露出
させる。上の実施例において、シリコン基板31aの代
わりにガラスや石英等の絶縁基板を用いることもできる
し、導体基板を用いることもできる。また各部のシリコ
ン酸化膜に代わってシリコン窒化膜やシリコン酸化膜と
シリコン窒化膜の積層膜等を用いることができる。The manufacturing process of the emitter structure shown in FIG. 17C is, for example, as follows. First, a 50 nm TiN film is formed as a barrier layer for improving adhesion by reactive sputtering in nitrogen gas using Ti as a target. Subsequently, a blanket W film 37d is formed by the CVD method.
Is formed to a thickness of 200 nm, and then the W film is etched back to a thickness of 200 nm. As a result, the W film is embedded only in the bottom of the concave portion of the sacrificial film. Then, after etching the TiN film using the W film as a mask, a polysilicon film or an amorphous silicon film is deposited to a thickness of 200 nm, and this is
Then, the resistive film 37e made of polysilicon or amorphous silicon is formed only at the bottom of the sacrificial film.
Leave. Finally, the Al film 37f is formed to 800 nm by sputtering.
accumulate. Thereafter, the substrate is removed, part of the sacrificial film is removed, and the TiN film is further removed to expose the W film at the tip of the emitter. In the above embodiment, an insulating substrate such as glass or quartz may be used instead of the silicon substrate 31a, or a conductive substrate may be used. Instead of the silicon oxide film of each part, a silicon nitride film, a laminated film of a silicon oxide film and a silicon nitride film, or the like can be used.
【0043】図18は、この発明の方法により得られる
素子の具体的な応用例であるフラットパネルディスプレ
イを示す。電子源はこの発明の方法を用いて作られたも
ので、絶縁基板41上にAlまたはCu等の導電膜42
と多結晶シリコン等の抵抗体膜43が形成され、その上
に微細エミッタ44がゲート電極45の開口に配列され
て構成されている。FIG. 18 shows a flat panel display which is a specific application example of the element obtained by the method of the present invention. The electron source is made using the method of the present invention, and a conductive film 42 of Al or Cu is formed on an insulating substrate 41.
And a resistor film 43 made of polycrystalline silicon or the like, on which fine emitters 44 are arranged in openings of the gate electrode 45.
【0044】この電子源に対向して、石英、ガラス等の
透明基板46にアノード電極となるITO等の透明導電
膜47と蛍光体膜48を形成した対向基板が配置され
る。なおゲート電極45、導電膜42も抵抗対膜43、
蛍光体膜48及び透明導電膜47は、例えば画素に対応
したパターンに分離されていてもよい。電子源側には、
放出ガスがエミッタ表面に再付着するのを防止するた
め、Ti,Al,Mg等からなるゲッター材51が設け
られている。Opposite to this electron source, an opposing substrate is provided in which a transparent conductive film 47 such as ITO and a phosphor film 48 which are to be an anode electrode are formed on a transparent substrate 46 such as quartz or glass. Note that the gate electrode 45 and the conductive film 42 also have a resistance pair film 43,
The phosphor film 48 and the transparent conductive film 47 may be separated into a pattern corresponding to a pixel, for example. On the electron source side,
A getter material 51 made of Ti, Al, Mg or the like is provided to prevent the released gas from re-adhering to the emitter surface.
【0045】電子源と対向基板とは、アノード電極とな
る透明導電膜47とエミッタ44の間の距離が0.1〜
5mm程度に保たれるように、接着剤を塗布したガラス
板からなるスペーサ50を介して接合される。接着剤に
は例えば低融点ガラスが用いられる。なお、スペーサと
してガラス板等を用いることなく、エポキシ樹脂等の接
着剤中にガラスビーズ等を分散させてスペーサとするこ
ともできる。The distance between the transparent conductive film 47 serving as the anode electrode and the emitter 44 is set to 0.1 to
Bonding is performed via a spacer 50 made of a glass plate to which an adhesive is applied so as to be maintained at about 5 mm. For example, low-melting glass is used as the adhesive. Note that, without using a glass plate or the like as the spacer, a spacer can be formed by dispersing glass beads or the like in an adhesive such as an epoxy resin.
【0046】対向基板側には予め排気管49が接続され
ている。そして基板接着後に、この排気管49を利用し
てパネル内部を10-5〜10-9Torr程度まで真空排気し
た後、バーナー等で排気口を封入する。その後アノー
ド、エミッタ、ゲートの各電極配線を取り付けて、フラ
ットパネルディスプレイが完成する。An exhaust pipe 49 is connected to the counter substrate in advance. After the substrate is bonded, the inside of the panel is evacuated to about 10 -5 to 10 -9 Torr using the exhaust pipe 49, and the exhaust port is sealed with a burner or the like. Then, the anode, emitter and gate electrode wirings are attached to complete the flat panel display.
【0047】図19は、別のフラットパネル構成例であ
る。図18と対応する部分には図18と同一符号を付し
て詳細な説明は省く。この実施例では、排気管49が電
子源側に付けられている。またスペーサ50として、シ
リコン基板をエッチングにより加工したものを用いてい
る。FIG. 19 shows another example of a flat panel configuration. Parts corresponding to those in FIG. 18 are denoted by the same reference numerals as in FIG. 18 and detailed description is omitted. In this embodiment, an exhaust pipe 49 is provided on the electron source side. As the spacer 50, a silicon substrate processed by etching is used.
【0048】次に、この発明の有効性を示すデータをい
くつか説明する。まずエミッタ形状等と電界放射特性と
の関係に関するデータを説明する。図20は、パラメー
タを示している。エミッタは、Z軸を中心とする回転対
称のポイント型であり、エミッタのテーパ角がθ、エミ
ッタの先端曲率半径がre、エミッタとゲート電極間距
離がra、ゲート電極厚がta、ゲート電極下の酸化膜
厚がtoxである。各パラメータは、変数としない場
合、θ=60°、re=10nm、ra=0.4μm 、
ta=0.4μm 、tox=1μm とした。エミッタの
高さは、1μm 固定である。Next, some data showing the effectiveness of the present invention will be described. First, data on the relationship between the emitter shape and the like and the field emission characteristics will be described. FIG. 20 shows the parameters. The emitter is a point type which is rotationally symmetric about the Z axis, the taper angle of the emitter is θ, the radius of curvature of the tip of the emitter is re, the distance between the emitter and the gate electrode is ra, the gate electrode thickness is ta, and the gate electrode is under the gate electrode. Is an oxide film thickness of tox. When each parameter is not a variable, θ = 60 °, re = 10 nm, ra = 0.4 μm,
ta = 0.4 μm and tox = 1 μm. The height of the emitter is fixed at 1 μm.
【0049】図21は、先端の曲率半径reをパラメー
タとして、テーパ角θとエミッタ先端に得られる最大電
界Emaxの関係を示している。テーパ角θが大きくな
ればなる程、即ちエミッタの頂角が小さくなればなる
程、最大電界Emaxが大きくなっている。また、re
=15nmよりも、re=10nmの方が3割程度、最
大電界Emaxが大きくなる。FIG. 21 shows the relationship between the taper angle θ and the maximum electric field Emax obtained at the tip of the emitter, using the radius of curvature re at the tip as a parameter. As the taper angle θ increases, that is, as the vertex angle of the emitter decreases, the maximum electric field Emax increases. Also, re
The maximum electric field Emax is about 30% larger at re = 10 nm than at 15 nm.
【0050】図22は、ゲート電極厚taをパラメータ
として、エミッタ・ゲート電極間距離raと最大電界E
maxの関係を示している。エミッタ・ゲート電極間距
離raが小さい程、最大電界Emaxが大きくなること
が分かる。ゲート電極厚taが0.3μm の場合と0.
4μm の場合とでは、ほとんど有意差はない。以上の図
21及び図22のデータから、エミッタとしては頂角が
小さく且つ先端の鋭いウィスカー状のものが好ましいこ
とが分かる。FIG. 22 shows the relationship between the emitter-gate electrode distance ra and the maximum electric field E using the gate electrode thickness ta as a parameter.
The relation of max is shown. It can be seen that the smaller the distance ra between the emitter and the gate electrode, the larger the maximum electric field Emax. The case where the gate electrode thickness ta is 0.3 μm and the case where 0.
There is almost no significant difference from the case of 4 μm. From the data shown in FIGS. 21 and 22, it is understood that a whisker-shaped emitter having a small apex angle and a sharp tip is preferable as the emitter.
【0051】図23は、より小さい範囲でのエミッタ・
ゲート電極間距離raと、最大電界Emax及びエミッ
タからの放射電流Ifnとの関係である。エミッタ・ゲ
ート間電圧は、Va=30V及びVa=40Vを選び、
エミッタ材料の仕事関数は4.5eVと仮定した。ra
=0.4μm のとき、Jfn=1.3A/cm2 の電流
を得るためには、Va=40Vとする必要がある。しか
し、ra=0.18μm にすると、Va=30Vまで下
げても、同じ放出電流が得られる。同一エミッタ・ゲー
ト間電圧であれば、距離raを小さくする程、放出電流
が増大することが分かる。FIG. 23 shows that the emitter and
This is the relationship between the distance ra between the gate electrodes, the maximum electric field Emax, and the emission current Ifn from the emitter. For the emitter-gate voltage, Va = 30V and Va = 40V are selected.
The work function of the emitter material was assumed to be 4.5 eV. ra
= 0.4 μm, it is necessary to set Va = 40 V in order to obtain a current of Jfn = 1.3 A / cm 2 . However, when ra = 0.18 μm, the same emission current can be obtained even when the voltage is reduced to Va = 30V. It can be seen that, with the same emitter-gate voltage, the emission current increases as the distance ra decreases.
【0052】図24及び図25は、ゲート電極とエミッ
タのz方向位置関係とエミッタ先端部の等電位線分布の
関係を示す。等電位線が密なところほど電界が強い。図
24は、ゲート電極のz方向中心位置からエミッタ先端
までの距離zgeが、zge=−0.3μm の場合である。
図25は、zge=0の場合である。zge=0のとき、z
ge=−0.3μm の場合と比べて、エミッタ先端周辺の
等電位線分布が密になり、強い電界がエミッタ先端に集
中していることがわかる。FIGS. 24 and 25 show the relationship between the positional relationship between the gate electrode and the emitter in the z direction and the distribution of equipotential lines at the tip of the emitter. The electric field is stronger where the equipotential lines are denser. FIG. 24 shows the case where the distance zge from the center position of the gate electrode in the z direction to the tip of the emitter is zge = −0.3 μm.
FIG. 25 shows the case where zge = 0. When zge = 0, z
It can be seen that the distribution of equipotential lines around the tip of the emitter is denser than in the case of ge = −0.3 μm, and a strong electric field is concentrated at the tip of the emitter.
【0053】図26は、上述のエミッタ・ゲート電極間
の位置関係、即ちz方向距離zgeをzge=−0.35μ
m から0.25μm まで変化させたときの、エミッタ先
端の最大電界強度Emaxの変化を示している。zge=
−0.1μm において、Emaxが極大値1.16×1
07 V/cmを示す。FIG. 26 shows the above-mentioned positional relationship between the emitter and the gate electrode, that is, the distance zge in the z direction is zge = −0.35 μm.
The graph shows a change in the maximum electric field intensity Emax at the tip of the emitter when the distance is changed from m to 0.25 μm. zge =
At −0.1 μm, Emax has a maximum value of 1.16 × 1
Show a 0 7 V / cm.
【0054】次にこの発明の方法により、先鋭な先端を
もつエミッタが安定に得られることを示すシミュレーシ
ョンデータを図27〜図30に示す。これは、垂直側壁
をもつ凹部が形成された基板に直接犠牲膜を堆積した従
来法と、第1の犠牲膜によりサイドスペーサを形成し
て、凹部側壁に傾斜をもたせたこの発明の実施例の方法
の場合について、犠牲膜堆積の様子を示すシミュレーシ
ョンデータである。各図の左側の凹部がサイドスペーサ
により傾斜が付けられた実施例の方法の場合であり、傾
斜は直線近似としている。Next, FIGS. 27 to 30 show simulation data showing that an emitter having a sharp tip can be stably obtained by the method of the present invention. This is due to the conventional method in which a sacrificial film is directly deposited on a substrate having a concave portion having a vertical side wall, and an embodiment of the present invention in which a side spacer is formed by a first sacrificial film and the concave portion side wall is inclined. 9 is simulation data showing the state of sacrificial film deposition in the case of the method. The concave portion on the left side of each drawing is the case of the method of the embodiment in which the inclination is given by the side spacer, and the inclination is a linear approximation.
【0055】シミュレーション条件は各図中に示してあ
る。凹部径は凹部上端での径である。マイグレーション
長は、分子又は分子の集合が基板上を移動する距離であ
って、ステップカバレージのよい膜ほどマイグレーショ
ン長が大きいという関係がある。各図において、凹部
径,凹部深さ及びマイグレーション長は、実施例と従来
例とで等しい。基板に垂直な方向に0.1μm 毎に膜堆
積の様子を破線で示し、先鋭な先端が得られる膜厚位置
を実線で示している。The simulation conditions are shown in each figure. The recess diameter is the diameter at the top of the recess. The migration length is a distance over which a molecule or a group of molecules moves on a substrate, and has a relationship that a film having a better step coverage has a longer migration length. In each figure, the diameter of the concave portion, the depth of the concave portion, and the migration length are the same in the embodiment and the conventional example. The state of film deposition at intervals of 0.1 μm in the direction perpendicular to the substrate is indicated by a broken line, and the film thickness position at which a sharp tip is obtained is indicated by a solid line.
【0056】例えば、図27の結果を見ると、実施例の
場合、0.35μm 厚で良好なエミッタ成形型が得ら
れ、従来例の場合には0.45μm 厚で初めて良好なエ
ミッタ成形型が得られることが分かる。図28の条件で
は、実施例の場合0.4μm 厚で良好なエミッタ成形型
が得られるのに対し、従来例では0.6μm 厚で良好な
エミッタ成形型が得られる。図29の条件ではそれほど
の有意差はない。図30の条件では、実施例の場合0.
2μm 厚で良好なエミッタ成形型が得られるのに対し、
従来例では0.55μm 厚で良好なエミッタ成形型が得
られる。For example, from the results shown in FIG. 27, in the case of the embodiment, a good emitter mold was obtained with a thickness of 0.35 μm, and in the case of the conventional example, a good emitter mold was obtained with a thickness of 0.45 μm for the first time. It can be seen that it can be obtained. Under the conditions of FIG. 28, in the case of the embodiment, a good emitter mold is obtained with a thickness of 0.4 μm, whereas in the conventional example, a good emitter mold is obtained with a thickness of 0.6 μm. Under the conditions of FIG. 29, there is no significant difference. Under the conditions of FIG.
While a good emitter mold with a thickness of 2 μm can be obtained,
In the conventional example, a good emitter mold having a thickness of 0.55 μm can be obtained.
【0057】図27〜図29は、実施例も従来例もzge
は正であり、実施例のzgeは従来例のそれより小さな値
をとっている。図30では、従来例はzge=0.35μ
m であるのに対し、実施例ではzge=−0.1μm とな
っている。つまりこのとき、図26から明らかなよう
に、zgeは最適値をとっている。一方、最大電界強度E
maxは、ゲート電極の厚さには殆ど依存しないことが
図22で示されている。従って図30の条件における実
施例の方がエミッタ先端の最大電界強度Emaxは従来
例よりも大きい。以上の図27〜図30のシミュレーシ
ョン結果から、サイドスペーサを形成するこの発明の方
法により、成膜する犠牲膜が薄くても、適切なエミッ
タ型が得られること、凹部深さやマイグレーション長
が変化しても、エミッタ成形型の形状は大きく変化しな
いこと、エミッタとゲート電極のz方向位置制御がで
きることが分かる。FIGS. 27 to 29 show zge in both the embodiment and the conventional example.
Is positive, and zge of the embodiment is smaller than that of the conventional example. In FIG. 30, the conventional example has zge = 0.35 μm.
m, whereas zge = −0.1 μm in the embodiment. That is, at this time, as is apparent from FIG. 26, zge has an optimal value. On the other hand, the maximum electric field strength E
FIG. 22 shows that max does not substantially depend on the thickness of the gate electrode. Therefore, the maximum electric field intensity Emax at the tip of the emitter is larger in the embodiment under the condition of FIG. From the simulation results shown in FIGS. 27 to 30, the method according to the present invention for forming the side spacers shows that even if the sacrificial film to be formed is thin, an appropriate emitter type can be obtained and the depth of the concave portion and the migration length change. However, it can be seen that the shape of the emitter mold does not change significantly, and that the position of the emitter and the gate electrode in the z direction can be controlled.
【0058】[0058]
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、垂
直側壁をもって基板に形成された孔にサイドスペーサを
形成して滑らかな傾斜が与えることにより、微小エミッ
タの鋳型となる犠牲膜を堆積したときにクラックが入る
ことを効果的に防止することができ、先端が小さい曲率
半径と頂角をもつ高性能の微小冷陰極をもつ電界放射型
電子源を得ることができる。またこの発明によると、エ
ミッタとゲートが自己整合されて、エミッタとゲート電
極のz方向の位置が最適化され、且つ先端が小さい曲率
半径と頂角をもつ高性能のゲート電極付きの微小冷陰極
をもつ電界放射型電子源を得ることができる。As described above, according to the present invention, a side spacer is formed in a hole formed in a substrate with vertical side walls to provide a smooth inclination, thereby depositing a sacrificial film serving as a template for a minute emitter. Cracks can be effectively prevented from occurring, and a field emission type electron source having a high-performance micro cold cathode having a small radius of curvature and a vertical angle at the tip can be obtained. Further, according to the present invention, the emitter and the gate are self-aligned, the position of the emitter and the gate electrode in the z direction is optimized, and the micro cold cathode with a high-performance gate electrode having a small radius of curvature and a vertical angle at the tip is provided. Can be obtained.
【図1】 この発明の一実施例のエミッタ製造工程を示
す。FIG. 1 shows a process of manufacturing an emitter according to an embodiment of the present invention.
【図2】 サイドスペーサ形成時の問題点を説明する図
である。FIG. 2 is a diagram illustrating a problem when forming a side spacer.
【図3】 他の実施例の犠牲膜形成工程を示す。FIG. 3 shows a sacrificial film forming step of another embodiment.
【図4】 他の実施例の犠牲膜形成工程を示す。FIG. 4 shows a sacrificial film forming step of another embodiment.
【図5】 他の実施例のエミッタ支持構造を示す。FIG. 5 shows an emitter support structure of another embodiment.
【図6】 他の実施例の基板構造を示す。FIG. 6 shows a substrate structure of another embodiment.
【図7】 他の実施例のサイドスペーサ形成工程を示
す。FIG. 7 shows a step of forming a side spacer according to another embodiment.
【図8】 他の実施例のエミッタ製造工程を示す。FIG. 8 shows an emitter manufacturing process of another embodiment.
【図9】 他の実施例の電界放射型素子の製造工程を示
す。FIG. 9 shows a manufacturing process of a field emission element according to another embodiment.
【図10】 同実施例の製造工程を示す。FIG. 10 shows a manufacturing process of the example.
【図11】 同実施例により得られる素子構造を示す。FIG. 11 shows an element structure obtained by the same example.
【図12】 他の実施例の電界放射型素子の製造工程を
示す。FIG. 12 shows a manufacturing process of a field emission element according to another embodiment.
【図13】 他の実施例による電界放射型素子の製造工
程を示す。FIG. 13 shows a manufacturing process of a field emission device according to another embodiment.
【図14】 同実施例の製造工程を示す。FIG. 14 shows a manufacturing process of the example.
【図15】 同実施例の製造工程を示す。FIG. 15 shows a manufacturing process of the example.
【図16】 同実施例による素子構造を示す。FIG. 16 shows an element structure according to the example.
【図17】 他の実施例による素子構造を示す。FIG. 17 shows an element structure according to another embodiment.
【図18】 電界放射型素子のディスプレイへの応用例
を示す。FIG. 18 shows an application example of a field emission element to a display.
【図19】 電界放射型素子のディスプレイへの応用例
を示す。FIG. 19 shows an application example of a field emission element to a display.
【図20】 この発明の有効性を明らかにするための条
件を示す。FIG. 20 shows conditions for clarifying the effectiveness of the present invention.
【図21】 最大電界強度と傾斜角の関係を示す。FIG. 21 shows the relationship between the maximum electric field strength and the tilt angle.
【図22】 同じく最大電界強度とエミッタ・ゲート間
距離の関係を示す。FIG. 22 also shows the relationship between the maximum electric field strength and the distance between the emitter and the gate.
【図23】 同じく最大電界強度とエミッタ・ゲート間
距離の関係を示す。FIG. 23 also shows the relationship between the maximum electric field strength and the distance between the emitter and the gate.
【図24】 同じくエミッタ・ゲートの位置関係と等電
位線分布を示す。FIG. 24 also shows the positional relationship between the emitter and the gate and the distribution of equipotential lines.
【図25】 同じくエミッタ・ゲートの位置関係と等電
位線分布を示す。FIG. 25 also shows the positional relationship between the emitter and the gate and the distribution of equipotential lines.
【図26】 同じくエミッタ・ゲートの位置関係と最大
電界強度の関係を示す。FIG. 26 shows the relationship between the positional relationship between the emitter and the gate and the maximum electric field strength.
【図27】 この発明と従来法の膜堆積の様子を示す。FIG. 27 shows a state of film deposition according to the present invention and a conventional method.
【図28】 この発明と従来法の膜堆積の様子を示す。FIG. 28 shows a state of film deposition according to the present invention and a conventional method.
【図29】 この発明と従来法の膜堆積の様子を示す。FIG. 29 shows a state of film deposition according to the present invention and a conventional method.
【図30】 この発明と従来法の膜堆積の様子を示す。FIG. 30 shows a state of film deposition according to the present invention and a conventional method.
【図31】 従来例のエミッタ製造法を示す。FIG. 31 shows a conventional method of manufacturing an emitter.
【図32】 従来例による膜堆積の様子を示す。FIG. 32 shows a state of film deposition according to a conventional example.
【図33】 従来例のエミッタ製造法を示す。FIG. 33 shows a conventional method of manufacturing an emitter.
【図34】 従来例のエミッタ製造法を示す。FIG. 34 shows a conventional method of manufacturing an emitter.
10…基板、11…凹部、12…第1の犠牲膜、13…
サイドスペーサ、14…第2の犠牲膜、15…凹部、1
6…エミッタ電極膜、20…基板、21…第1の導電
膜、22…凹部、23…第1の絶縁膜、24…サイドス
ペーサ、25…第2の絶縁膜、26…凹部、27…第2
の導電膜、30…基板、31…第1の導電膜、32…凹
部、33…第1の絶縁膜、34…サイドスペーサ、35
…第2の絶縁膜、36…凹部、37…第2の導電膜、3
8…ガラス基板。Reference numeral 10: substrate, 11: concave portion, 12: first sacrificial film, 13:
Side spacer, 14 second sacrificial film, 15 recess, 1
6 Emitter electrode film, 20 substrate, 21 first conductive film, 22 recess, 23 first insulating film, 24 side spacer, 25 second insulating film, 26 recess, 27th 2
Conductive substrate, 30 ... substrate, 31 ... first conductive film, 32 ... concave portion, 33 ... first insulating film, 34 ... side spacer, 35
... second insulating film, 36 ... concave portion, 37 ... second conductive film, 3
8: Glass substrate.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−71142(JP,A) 特表 平5−507580(JP,A) Steven M.Zimmerma n and Wayne T.Babi e,“A Fabrication M ethod for the Inte gration of Vacuum Microelectronic De vices”,IEEE TRANSA CTIONS ON ELECTRON DEVICES ,1991年8月,第38 巻,第10号,p.2294−2303 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01J 9/02 H01J 1/30 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-4-71142 (JP, A) JP-A-5-507580 (JP, A) Steven M. Zimmerman and Wayne T .; Babie, "A Fabrication Method for the Integration of Vacuum Microelectronic Devices", IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, Vol. 2294-2303 (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01J 9/02 H01J 1/30
Claims (3)
をもつ凹部を形成する工程と、 前記凹部が形成された基板上に第1の犠牲膜を堆積する
工程と、 前記第1の犠牲膜をエッチングして前記凹部の側壁にサ
イドスペーサを形成する工程と、 前記サイドスペーサが形成された凹部を有する基板上に
第2の犠牲膜を堆積する工程と、 前記第2の犠牲膜上に導電膜を堆積してエミッタを形成
する工程と、 前記エミッタをその下の不要な材料を除去して露出させ
る工程とを有することを特徴とする電界放射型素子の製
造方法。A step of forming a concave portion having a side wall perpendicular or substantially perpendicular to the surface of the substrate; a step of depositing a first sacrificial film on the substrate having the concave portion formed therein; Forming a side spacer on the side wall of the concave portion by etching the substrate; depositing a second sacrificial film on the substrate having the concave portion in which the side spacer is formed; and conducting a conductive film on the second sacrificial film. A method for manufacturing a field emission element, comprising: depositing a film to form an emitter; and exposing the emitter by removing unnecessary material thereunder.
をもつ凹部を形成する工程と、 前記凹部が形成された基板上に第1の犠牲膜を堆積する
工程と、 前記第1の犠牲膜をエッチングして前記凹部の側壁にサ
イドスペーサを形成し、更にオーバーエッチングして前
記基板を彫り込む工程と、 前記サイドスペーサが形成された凹部を有する基板上に
第2の犠牲膜を堆積する工程と、 前記第2の犠牲膜上に導電膜を堆積してエミッタを形成
する工程と、 前記エミッタをその下の不要な材料を除去して露出させ
る工程とを有することを特徴とする電界放射型素子の製
造方法。2. A step of forming a concave portion having a vertical or substantially vertical side wall on the surface of the substrate; a step of depositing a first sacrificial film on the substrate having the concave portion formed therein; Forming a side spacer on the side wall of the concave portion, and further engraving the substrate by over-etching; and depositing a second sacrificial film on the substrate having the concave portion in which the side spacer is formed. A step of forming an emitter by depositing a conductive film on the second sacrificial film; and a step of exposing the emitter by removing unnecessary material therebelow. Device manufacturing method.
電膜を堆積する工程と、 前記第1の導電膜に前記基板に達する垂直またはほぼ垂
直な側壁を持つ凹部を形成する工程と、 前記凹部が形成された第1の導電膜上に第1の絶縁膜を
堆積する工程と、 前記第1の絶縁膜をエッチングして前記凹部の側壁にサ
イドスペーサを形成する工程と、 前記第1の導電膜及びサイドスペーサ上に第2の絶縁膜
を堆積する工程と、 前記第2の絶縁膜上に第2の導電膜を堆積してエミッタ
を形成する工程と、 前記第1及び第2の絶縁膜のうち少なくとも前記エミッ
タの先端部周囲にある部分を除去する工程とを有するこ
とを特徴とする電界放射型素子の製造方法。A step of depositing a first conductive film serving as a gate electrode on a surface of the substrate; and a step of forming a concave portion having a vertical or substantially vertical side wall reaching the substrate in the first conductive film. Depositing a first insulating film on the first conductive film in which the concave portion is formed, etching the first insulating film to form a side spacer on a side wall of the concave portion, Depositing a second insulating film on the conductive film and the side spacers, depositing a second conductive film on the second insulating film to form an emitter, and forming the first and second conductive films on the second insulating film. Removing at least a portion of the insulating film around the distal end portion of the emitter.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28789595A JP3097521B2 (en) | 1994-10-11 | 1995-10-09 | Method for manufacturing field emission element |
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JP6-271754 | 1994-10-11 | ||
JP27175494 | 1994-10-11 | ||
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Publication Number | Publication Date |
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JPH08212912A JPH08212912A (en) | 1996-08-20 |
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---|---|---|---|
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Cited By (1)
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---|---|---|---|---|
US8617454B2 (en) | 2009-09-30 | 2013-12-31 | Ford Global Technologies, Llc | Manufacture of an acoustic silencer |
-
1995
- 1995-10-09 JP JP28789595A patent/JP3097521B2/en not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
Title |
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Steven M.Zimmerman and Wayne T.Babie,"A Fabrication Method for the Integration of Vacuum Microelectronic Devices",IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES ,1991年8月,第38巻,第10号,p.2294−2303 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8617454B2 (en) | 2009-09-30 | 2013-12-31 | Ford Global Technologies, Llc | Manufacture of an acoustic silencer |
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Publication number | Publication date |
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