JP3116398B2 - 平面型電子放出素子の製造方法及び平面型電子放出素子 - Google Patents

平面型電子放出素子の製造方法及び平面型電子放出素子

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JP3116398B2 JP7219891A JP7219891A JP3116398B2 JP 3116398 B2 JP3116398 B2 JP 3116398B2 JP 7219891 A JP7219891 A JP 7219891A JP 7219891 A JP7219891 A JP 7219891A JP 3116398 B2 JP3116398 B2 JP 3116398B2
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    • H01J9/02Manufacture of electrodes or electrode systems
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01J3/00Details of electron-optical or ion-optical arrangements or of ion traps common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J3/12Arrangements for controlling cross-section of ray or beam; Arrangements for correcting aberration of beam, e.g. due to lenses

Description

【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野】本発明は、フラットパネルディス
プレイに用いられる平面型電子放出素子の製造方法及び
平面型電子放出素子に関し、特に複数の尖頭形状のカソ
ードから電子を放出させる平面型電子放出素子及びその
製造方法に関する。
【従来の技術】テレビジョン受像機のCRTに代わる画
像表示装置として、平面型の画像表示装置が提案されて
いる。この種の平面型の画像表示装置として、液晶表示
装置(LCD)、エレクトロルミネセンス素子(EL
D)、プラズマ表示装置(PDP)等が挙げられ、さら
に、電界放出型の画像表示装置が提案されている。ここ
で、電界放出型の画像表示装置について簡単に説明する
と、半導体製造プロセスを利用して基板上に形成された
直径1.0ミクロン以下のモリブデン等よりなる円錐状
のカソードをエミッション源とし、そのカソードの先端
側に、板状とされ各カソードに対応して孔が配されたゲ
ート電極が形成される。ゲート電極は、カソードの先端
と離間され、両者の間には高電圧が印加されて電界放出
が発生しカソードから電子ビームが引き出される。この
電子ビームをアノードの裏面に配された発光体(蛍光
体)に照射することで、所要の画面が表示される。この
ような電界放出型の画像表示装置については、例えば、
米国特許第3665241号明細書に記載されたものが
あり、特開平1−294336号公報等にカソードを基
板上に形成した電子放出素子の製造方法にるいての記載
がある。
【発明が解決しようとする課題】このような電界放出型
の画像表示装置に用いられる複数の尖頭形状のカソード
を配列させてなる電子放出素子を製造する場合、カソー
ドが基体上から脱落すると言う問題が発生する。すなわ
ち、従来の製造方法では、基体上に絶縁膜が形成され、
その絶縁膜上にゲート電極層が形成される。そして、カ
ソードを形成すべき領域のゲート電極層及び前記絶縁膜
が除去され、その開口部の底部では基体主面の一部が露
出する。次に、カソード形成用に斜め蒸着法が用いら
れ、ゲート電極層の開口部の側部にもカソード電極材料
が被着し、尖頭形状のカソードが得られる。ところが、
ゲート電極上の余分なカソード電極材料を剥離するため
に、超音波洗浄等を行った場合では、基体主面に蒸着し
たカソードが脱落し、電子ビームの放出が困難となる。
そこで、本発明は、上述の技術的な課題に鑑み、製造工
程中におけるカソードの脱落を防止して、歩留りの向上
を図ることができる平面型電子放出素子の製造方法及び
平面型電子放出素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明は、基体主面上に複数の尖頭形状のカソード
を形成し、上記カソード近傍に開口部を有したゲート電
極を配してなる平面型電子放出素子の製造方法におい
て、上記基体主面に上記カソードを形成する前に、上記
基体主面に上記カソードの密着性を向上させるための金
属薄膜を形成するようにしたものである。また、本発明
は、基体主面上に複数の尖頭形状のカソードを形成し、
上記カソード近傍に開口部を有したゲート電極を配して
なる平面型電子放出素子において、上記カソードが、上
記基体主面に形成された密着性を向上させるための金属
薄膜を介して上記基体主面に形成されている。ここで、
金属薄膜は、クロムにより形成され、その厚さは、50
0Å以下とされる。
【作用】基体主面に上記カソードを形成する前に、基体
主面にカソード電極の密着性を向上させるための金属薄
膜が形成されることにより、基体主面とカソード間の密
着性が向上し、製造工程中のカソードの基体主面からの
脱落等が防止される。また、基体主面に形成されたカソ
ード電極の密着性を向上させるための金属薄膜を介して
カソード電極が形成されることにより、基体主面とカソ
ード間の密着性が向上される。
【実施例】本発明の好適な実施例を図面を参照しながら
説明する。まず、本発明に係る平面型電子放出素子を説
明すると、この平面型電子放出素子は、図1に示すよう
に、ガラス基板やシリコン基板上にシリコン酸化膜等を
被覆した基体10上に、カソード13に電圧を供給する
ための電圧供給層11が形成される。この電圧供給層1
1上には、シリコン酸化膜12が形成され、このシリコ
ン酸化膜12には、カソード13を形成すべき領域に開
口部14が設けられる。シリコン酸化膜12には、ゲー
ト電極層15も形成され、このゲート電極15も前記開
口部14のパターンに整合して孔17が形成されてい
る。カソード13は、それぞれ円錐状の尖頭形状とさ
れ、モリブデンやタングステン等の材料より前記開口部
14の内部に形成される。特に、本実施例では、カソー
ド13の形成前に、電圧供給層11の表面にクロム薄膜
16が、カソード13の基体10主面への密着性を向上
させるための金属薄膜として形成されるため、カソード
13の基体10の主面からの脱落が抑制される。このカ
ソード13は、基体11の主面上に複数個2次元マトリ
クス状に配され、その高さはサブミクロンオーダー程度
のものとされる。カソード13の密着性の向上のための
クロム薄膜16は、およそ500Å以下、好ましくは1
00〜300Å程度の膜厚で形成される。このようなカ
ソード13を複数配列させて形成した基体は、アノード
電極が対向して、カソード13から発生する電子ビーム
によって、アノード電極側に形成された発光体層が発光
して画像が表示される。次に、本実施例の平面型電子放
出素子の製造方法について、その製造工程に従って図2
〜図8を参照しながら説明する。まず、基体21上に層
間絶縁膜としてシリコン酸化膜22が全面に形成され
る。基体21には、その図示を省略しているが、その主
面にはカソード電圧供給層が形成される。シリコン酸化
膜22の膜厚は、ゲート電極とカソードの先端間の距離
を決めるのに用いられる。このシリコン酸化膜22上に
は、図2に示すように、ゲート電極層23が全面に形成
される。このゲート電極層23はモリブデンやタングス
テン等の金属材料からなる。ゲート電極層23の形成
後、全面にパターニング用のレジスト層24が塗布され
る。このレジスト層24は、選択的に露光され、現像さ
れる。この現像されたレジスト層24のレジストパター
ンは、カソードを形成すべき領域が主に開口したパター
ンとされ、その開口部24aの底部では、ゲート電極層
23の表面が露出する。次に、そのパターン化されたレ
ジスト層24をマスクとして、図4に示すように、エッ
チングが行われる。このエッチングによって、ゲート電
極層23がレジスト層24のパターンを反映して選択的
に除去され、さらにシリコン酸化膜22もレジスト層2
4若しくはゲート電極23のパターンを反映して選択的
に除去される。ゲート電極層23及びシリコン酸化膜2
2が選択的に除去された結果、カソードを形成すべき領
域には開口部25が形成される。この開口部25の底部
25bでは、基体主面が臨む。このパターニングに使用
されたレジスト層24は剥離される。このような開口部
25を基体21の主面上に形成した後、全面にレジスト
層27を塗布し、そのレジスト層27を前記レジスト層
24と同様のパターンに選択的に露光・現像して窓部2
7aを形成する。この窓部27aの底部には開口部25
が有り、その底部25bには、基体10の主面が臨む。
なお、レジスト層24を剥離せずにおいてもよい。この
ようなレジスト層27を形成した後、図5に示すよう
に、金属薄膜としてクロム薄膜26を薄く開口部25の
底部25bに形成する。このクロム薄膜26は、次に形
成するカソードの密着せいの向上させるための膜であ
り、例えばエレクトロンビーム蒸着や抵抗加熱蒸着によ
り基体主面上に堆積される。このクロム薄膜26の膜厚
は、極めて薄いものとされ、例えば500Å以下であ
り、より好ましくは100〜300Å程度の膜厚とされ
る。レジスト層27上のクロム薄膜26は、レジスト層
27の剥離と共に除去され、開口部25の底部25bに
堆積されたクロム薄膜26のみが残される。開口部25
の底部に密着性向上のためのクロム薄膜26を形成した
後、図6に示すように、斜め蒸着法により第1のカソー
ド電極材料層28を基体全面に堆積させる。この斜め蒸
着法は、基体主面に垂直な回転軸を中心に所要の角度だ
け傾けた方向からの蒸着によって膜形成を行う技術であ
る。この第1のカソード電極材料層28は、例えばモリ
ブデンかタングステンであり、ゲート電極層23の上部
で斜めに堆積し、開口部25上で断面逆テーパー状に形
成される。このゲート電極層23上の堆積と同時に、開
口部25の底部25bにおいても第1のカソード電極材
料層28の一部28aが堆積する。次に、図7に示すよ
うに、タングステン等の第2のカソード電極材料層29
を全面に形成する。このとき、開口部25上では、第1
のカソード電極材料層28によって該開口部25の径が
狭くされており、さらに第2のカソード電極材料層29
が径内方向にも膜形成されながら積層されることによっ
て、第2のカソード電極材料層29の開口部25上の開
口29dは狭くなる。その結果、第2のカソード電極材
料層29の一部が開口部25の底部25bに堆積する
が、その堆積する領域は開口29dのサイズに従って狭
くなり、最終的に円錐状の尖頭形状を持ったカソード3
0が底部25b上に得られることになる。次いで、図8
に示すように、リフトオフ法によって、ゲート電極層2
8上の第1のカソード電極材料層28及び第2のカソー
ド電極材料層29が除去される。リフトオフでは、通常
用いられる如きDMF(ジメチルホルムアミド)やアセ
トン等の高極性有機溶媒が使用され、超音波洗浄が行わ
れるが、カソード30は基体21の表面への密着性の向
上を図る金属薄膜であるクロム薄膜26によって基体2
1の主面に密着されているため、カソード30の脱落は
防止されることになる。以後、画像表示装置を製造する
場合には、真空空間を挟んでアノード電極と発光体層が
積層された前面パネルを対向させればよい。以上の工程
より製造される本実施例の平面型電子放出素子は、基体
主面に薄く形成された密着性の向上を図る金属薄膜によ
って、確実にカソードが基板主面に被着される。従っ
て、製造工程中におけるカソードの脱落が抑えられるこ
とになり、歩留りの向上を図ることができる。なお、本
実施例では、金属密着膜としてクロム薄膜を用いたが、
他の金属薄膜を用いることも可能である。また、開口部
25の形成にウェットエッチング等を用いることも可能
であり、カソード電極材料やゲート電極材料も実施例の
ものに限定されず、他の同等の性質を有する材料を使用
しても良い。
【発明の効果】本発明は、上述のように、カソードが基
体主面への密着性の向上を図る金属薄膜を介して基体主
面に形成されているので、カソードの基体主面からの脱
落を確実に防止でき、信頼性が高く、生産性の向上を図
った平面型電子放出素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る平面型電子放出素子の要部拡大断
面斜視図
【図2】本発明に係る平面型電子放出素子の製造方法の
一例におけるゲート電極層を形成する工程を示す断面図
である。
【図3】本発明に係る平面型電子放出素子の製造方法の
一例におけるレジスト層のレジストパターンを形成する
工程を示す断面図である。
【図4】本発明に係る平面型電子放出素子の製造方法の
一例における開口部の形成工程を示す断面図である。
【図5】本発明に係る平面型電子放出素子の製造方法の
一例におけるクロム薄膜の形成工程を示す断面図であ
る。
【図6】本発明に係る平面型電子放出素子の製造方法の
一例における第1のカソード電極材料層の形成工程を示
す断面図である。
【図7】本発明に係る平面型電子放出素子の製造方法の
一例における第2のカソード電極材料層の形成工程を示
す断面図である。
【図8】本発明に係る平面型電子放出素子の製造方法の
一例におけるリフトオフ工程を示す断面図である。
【符号の説明】
21 基体、 22 シリコン酸化膜、 23 ゲート
電極層、 24 レジスト層、 25 開口部、 25
b 開口部の底部、 26 クロム薄膜、 28 第1
のカソード電極材料層、 29 第2のカソード電極材
料層、 30カソード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01J 9/02 H01J 1/304

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基体主面上に複数の尖頭形状のカソード
    を形成し、前記カソード近傍に開口部を有したゲート電
    極を配してなる平面型電子放出素子の製造方法におい
    て、 上記基体主面に上記カソードを形成する前に、上記基体
    主面に上記カソードの密着性を向上させるための金属薄
    を形成することを特徴とする平面型電子放出素子の製
    造方法。
  2. 【請求項2】 基体主面上に複数の尖頭形状のカソード
    を形成し、上記カソード近傍に開口部を有したゲート電
    極を配してなる平面型電子放出素子において、 上記カソードは、上記基体主面に形成された密着性を向
    上させるための金属薄膜を介して上記基体主面に形成さ
    れていることを特徴とする平面型電子放出素子。
  3. 【請求項3】 上記金属薄膜がクロムであることを特徴
    とする請求項2記載の平面型電子放出素子。
  4. 【請求項4】 上記金属薄膜の厚さが500Å以下であ
    ることを特徴とする請求項2又は請求項3記載の平面型
    電子放出素子。
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