JP3139375B2

JP3139375B2 - 電界放射冷陰極の製造方法

Info

Publication number: JP3139375B2
Application number: JP13113596A
Authority: JP
Inventors: 暢哉世古; 美徳富張
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1996-04-26
Filing date: 1996-04-26
Publication date: 2001-02-26
Anticipated expiration: 2016-04-26
Also published as: TW360892B; KR100274402B1; JPH09293451A; FR2748847A1; KR970071898A; US6036565A; FR2748847B1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電界放射冷陰極の
構造及びその製造方法に関し、特に放出される電子ビー
ムの発散角が小さく抑えられる電界放射冷陰極の製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱電子放出を利用した熱陰極に代わる電
子源として、電界放射冷陰極が開発されている。電界放
射冷陰極は、先鋭な突起を持つ電極の先端に、高電界
（２〜５×１０⁷Ｖ／ｃｍ以上）を発生させることで電
子を空間に放出させる。このため、先端の先鋭度がデバ
イスの特性を左右する条件であるが、おおよそ数百オン
グストローム以下の曲率半径が必要であるといわれてい
る。

【０００３】また、電界発生のためには電極を１μｍ程
度あるいはそれ以下の近接した位置に配して、数１０〜
数１００Ｖの電圧を印加する必要がある。さらに、実際
にはこのような素子が、同一の基板上に数千〜数万個形
成され、並列に接続されたエミッタアレイとして使用さ
れることが多い。

【０００４】このようなことから、電界放射冷陰極は、
一般的に半導体工業で用いられる微細加工技術を利用し
て製造される。このような素子の応用としては、平面型
ディスプレー、微小真空管、およびマイクロ波管、ブラ
ウン管等の電子管や各種センサーの電子源等が提案され
ている。

【０００５】実際に、電界放射冷陰極として使われる構
造の一つに「スピントタイプ」（Ｓｐｉｎｄｔ型）と呼
ばれる構造があり、図１０に斜視図として示すように、
導電性の基板５１上に形成された円錐状の導電体で形成
されたエミッタ電極５６と、その先端を囲むように配置
されたゲート電極５３、およびこれを支える絶縁層５２
がその基本構造とされている。

【０００６】ところが、それぞれのエミッタ電極５６か
ら放出される電子ビーム５９は、エミッタ電極先端から
垂直方向のみだけではなく、ある程度の広がりをもって
いる。個々のエミッタ電極から放出される電子ビームに
広がりが大きくなると、当然エミッタアレイ全体からの
電子ビームも広がりが大きくなってしまう。電子ビーム
の広がりは例えば平面型ディスプレーの場合には隣接す
る画素の蛍光体を励起する原因となり、クロストークを
悪化させる。

【０００７】電子ビームの広がりを抑制する従来の方法
として、例えば特開平７−１２２１７９号公報には、集
束電極を持った素子構造とその製造方法が提案されてい
る。

【０００８】これは図１３（ｂ）に示すように、ガラス
基板７１上に導体層７２と抵抗層７３を積層した基板６
１上に円錐状のエミッタ電極６６とその先端を取り囲む
位置にゲート電極６３が設けられ、ゲート電極６３は、
第１の絶縁層６２に支えられており、そのゲート電極６
３上にさらに第２の絶縁層６４を介してゲート電極６３
と同心の開口をもつ集束電極６５が設けられた構造であ
る。この集束電極６５にゲート電極６３よりも低い電圧
を印加することにより、エミッタ電極６６から放射され
た電子ビームは集束される。

【０００９】また、この集束電極を持った素子構造の製
造方法を図１１〜図１３を参照して以下に説明する。

【００１０】ガラス基板７１上に導体層７２、抵抗層７
３を積層し、その上に第１の絶縁層６２として二酸化シ
リコン（ＳｉＯ₂）ゲート電極６３としてニオブ（Ｎ
ｂ）を積層する（図１１（ａ）参照）。

【００１１】その上にマスク層６８としてアルミニウム
（Ａｌ）を成膜し（図１１（ｂ）参照）、フォトリソグ
ラフィにより形成した、第１のレジスト層７５によりエ
ッチングを行いマスク層６８をパターニングし（図１１
（ｃ）参照）、リング状マスク６９を得る（図１１
（ｄ）参照）。

【００１２】さらに、その上から第２の絶縁層６４と、
集束電極６５を積層する（図１２（ａ）参照）。

【００１３】次に、フォトリソグラフィによりリング状
マスク６９の外径に合わせた第２のレジスト層７６の開
口を作り、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により集
束電極６５、第２の絶縁層６４をエッチングし、リング
状マスク６９とゲート電極６３を露出させる第１の開口
７８を形成する（図１２（ｂ）参照）。

【００１４】続いて、リング状マスク６９をマスクとし
てゲート電極６３（Ｎｂ）をＳＦ₆、第１の絶縁層６２
（ＳｉＯ₂）をＣＨＦ₃を用いてドライエッチングして第
２の開口７９を形成する（図１２（ｃ）参照）。

【００１５】こうして形成された基板に対し、回転斜め
蒸着を行い、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）
等の金属膜からなる犠牲層７７を集束電極６５上の第２
のレジスト層７６の上面および第１の開口部７８の側面
に形成して、第１の開口７８の開口面積を第２の開口７
９の開口面積とほぼ同一にした後、基板に垂直にモリブ
デン（Ｍｏ）を蒸着する。このとき、Ｍｏの蒸着粒子は
第１の開口７８に形成された犠牲層７７の開口によって
マスクされ、この開口形状が基板６１上に投影されるよ
うにして基板６１上にＭｏが堆積する。同時に犠牲層７
７上に滞積したＭｏ膜は、その開口径が徐々に小さくな
り、それに伴なって基板６１上でのＭｏの堆積範囲が狭
められ、円錐状のエミッタ電極６６が形成される（図１
３（ａ）参照）。

【００１６】そして、基板全体をリン酸中に浸し、犠牲
層７７とともにエミッタ材料層６７を除去するととも
に、第２のレジスト層７６も除去する。これにより、図
１３（ｂ）に示すような電界放射冷陰極７０が完成す
る。

【００１７】また、図１４に示すように、リング状マス
ク６９の外径を第１の開口７８よりも大きくした例も示
されており、第１の開口７８形成の際の目合わせの精度
が下げられるとしている。

【００１８】一方、集束電極を有さない電界放射冷陰極
として、例えば特願平７−６０８８６号公報には、図１
７（ａ）に示すように、基板１０１とゲート電極１０３
の間の絶縁層を第１および第２の絶縁層１０４、１０５
の２層とし段差を設けた構造が紹介されている。

【００１９】絶縁層を２層化して段差を設けることによ
り、基板１０１とゲート電極１０３の間の絶縁特性が改
善される。また、この場合に、ゲート電極１０３の開口
径（Ｄｇ）とその直下の第２の絶縁層１０５の開口径
（Ｄｉ）の関係は、図１７（ｂ）に示すように、ある範
囲でＤｇ＞Ｄｉとすることも可能である。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】上記した集束電極を有
する電界放射冷陰極の従来技術においては、下記記載の
問題点を有している。

【００２１】その第１の問題点は、基板（ウェハ）外周
部でエミッタ電極が傾いたり、ゲート開口に対するエミ
ッタ電極の位置がずれるということである。この理由
は、真空蒸着法で膜形成を行う場合の蒸発源２と基板１
とは、図１５（ａ）に示すように配置される。

【００２２】基板１の中心部には、堆積粒子が垂直に入
射するが、基板１の外周に近づくほど入射角は垂直から
傾き、基板１の外周部では入射角度θで入射する。

【００２３】このときの基板外周部の断面を示すと、図
１４（ｂ）に示すように、エミッタ電極６が形成される
基板面から、距離が離れた集束電極５上の犠牲層の開口
がエミッタ電極６形成のマスクとなっている。

【００２４】エミッタ電極６形成領域では、蒸着粒子束
はほぼ平行な層流状であるが、入射角度θをもって入射
するため、集束電極を持たないような単純な構造の電界
放射冷陰極で、ゲート電極上の犠牲層の開口をマスクと
してエミッタ電極形成を行う場合に比べて、同じ入射角
の傾きに対しても、マスクからエミッタ電極が堆積する
基板表面までの距離が長い分だけ、ゲート電極の開口に
対してエミッタ電極先端の偏心および傾斜が大きくなる
からである。

【００２５】上記従来技術の第２の問題点は、エミッタ
電極の形状ばらつきが大きくなるということである。こ
の理由は、上記特開平７−１２２１７９号公報の記載に
よると、ゲート電極の開口径に対して、集束電極の開口
径を１．２〜２．０倍として、集束電極の開口部に形成
した犠牲層の開口をエミッタ電極形成のマスクとしてい
るからである。すなわち、この従来の製造方法では、大
きな集束電極の開口を小さなゲート電極の開口径に近づ
けるためには、大量の犠牲層材料を蒸着する必要があ
る。

【００２６】犠牲層の蒸着として、基板を回転させなが
ら斜め蒸着を用いているが、膜厚が厚くなるにつれ、開
口部の形状は下地の円形から崩れ、凹凸が多くなってく
る。したがって、この犠牲層の開口部形状が投影される
エミッタ電極の断面形状を変形させる原因となり、複数
のエミッタ電極の間では形状のばらつきが大きくなる。

【００２７】上記従来技術の第３の問題点は、電子ビー
ムの広がりを抑制するための素子設計における、広がり
抑制の効果を大きく左右する条件である、集束電極の開
口径と、第２の絶縁層の厚さに相当するゲート電極から
の距離設定の自由度が低いということである。この理由
は、集束電極の開口径を大きくした場合、上記した第２
の問題点と同様に、犠牲層の厚さをかなり厚くしなけれ
ばならず、良好なエミッタ電極形状を得にくい、また第
２の絶縁層を厚くするには、上記第１の問題点と同様
に、基板全体にわたって特に基板外周部でエミッタ電極
の形状がそろいにくくなるからである。

【００２８】さらに、第４の問題点は、基板全体で、ゲ
ート電極の開口に対して、エミッタ電極の位置がずれる
ということである。この理由は、従来技術では、ゲート
電極と集束電極の開口部は、２回のフォトリソグラフィ
の目合わせによって、それらの相対位置が決まるので、
目合わせのずれの影響は避けがたい。その結果、集束電
極の開口がマスクとなり、ゲート電極の開口の中にエミ
ッタ電極を形成すると、両者のずれの分だけエミッタ電
極の位置がずれるからである。

【００２９】第５の問題点は、材料選定に難しさがある
ことである。この理由は、従来技術の中ではリング状マ
スクの材料としてアルミニウムを使い、リフトオフにリ
ン酸を使った実施例が示されているが、リフトオフの際
にアルミニウムはリン酸によってエッチングされてしま
う。これは、特に、リング状マスクを集束電極の開口よ
りも大きくした例では、素子の強度、信頼性に影響す
る。その他の具体的な材料の組み合わせについての記載
はないが、プロセス全体を考えると材料選定には考慮す
べき問題が多い。

【００３０】第６の問題点は、ゲート電極の開口部に不
要な堆積物が付着することである。この理由は、上記特
開平７−１２２１７９号公報の記載内容によると、集束
電極上に形成した犠牲層の開口面積をゲート電極の開口
面積とほぼ同一にした後にエミッタ材料を蒸着して、エ
ミッタ電極を形成している。しかしながら、実際には、
開口部の形状の歪み、ばらつきと、第１の問題点で述べ
た蒸着粒子の入射角度のずれにより、犠牲層の形成され
ていないゲート電極の開口部にも蒸着粒子が付着する可
能性があるため、リフトオフの工程で除去できない不要
な堆積物が残ることによる。

【００３１】また、図１７（ｂ）に示すように、絶縁層
を２層化した集束電極を持たない電界放射冷陰極におい
ても、同様にして、内側に張り出した絶縁層上に不要な
堆積物が残る可能性がある。

【００３２】従って、本発明は、上記事情に鑑みてなさ
れたものであって、その目的は、集束電極の開口径、位
置の広範囲の設計値に対応でき、基板全体で、より均一
で精度のよいエミッタを容易に形成できる製法を提供す
ることにある。

【００３３】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の電界放射冷陰極の製造方法は、導電性基板
あるいは絶縁性基板上に導電性層を積層してなる基板
と、その上に堆積した絶縁層と導電性のゲート層、さら
にその上に中間絶縁層と導電性の制御電極層からなる組
み合わせを、少なくとも１回積層し、この制御電極層、
中間絶縁層、ゲート層および絶縁層とに形成した空洞内
に設けられた先端の先鋭な略円錐状のエミッタ電極とを
有する電界放射冷陰極の製造方法であって、前記ゲート
層の開口部に第１の犠牲層を形成し、これをマスクとし
てエミッタ電極を形成することを特徴とする。

【００３４】

【００３５】また、本発明においては、絶縁層を間に挟
んで積層されたゲート電極と集束電極のうち、下層にあ
るゲート電極の開口部に犠牲層を形成することによって
エミッタ電極形成のマスクとする。

【００３６】さらに、本発明においては、不要な堆積物
が堆積する恐れのある突起部分に予め犠牲層を形成する
ことを特徴としている。

【００３７】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態及び実施例を
図面を参照して以下に詳細に説明する。

【００３８】本発明は、その好ましい実施の形態におい
て、図１〜図４を参照すると、基板１１上に少なくとも
１層の絶縁層１２、及び導電性の電極層（ゲート電極
層）１３を形成する工程（図１（ａ）参照）と、ゲート
電極層１３に開口を形成し絶縁層２を露出させる工程
（図１（ｂ）参照）と、これらの工程を少なくとも１回
繰り返して、第２の絶縁層１４、集束電極層１５からな
る積層膜を形成する工程（図１（ｃ）参照）と、上層の
電極１５の開口から基板１１までを開口する工程（図２
（ａ）〜図２（ｃ）参照）と、からなる。この実施の形
態においては、ゲート電極の開口をマスクとして絶縁層
を選択エッチングするものであり、集束電極の開口２６
の方がゲート電極の開口２５よりも寸法が大とされてい
る（図２（ｃ）参照）。

【００３９】そして、第１の実施の形態においては、こ
のゲート電極１３の開口部２６に第１の犠牲層３０Ｇを
形成し、これをマスクとしてエミッタ電極１６を開口部
２６内側において基板１１上に形成する。

【００４０】また、本発明は、その第２の実施の形態に
おいて、図５を参照すると、ゲート電極層１３の開口部
２６以外にも、エミッタ電極形成のマスクとはならない
第２の犠牲層３２を例えば集束電極層１５上に形成した
ものである。

【００４１】さらに、本発明は、その第３の実施の形態
において、図６を参照すると、制御電極層の上側で第１
の犠牲層３３と、第２の犠牲層３４のように積層構造を
有する。この場合、第１及び第２の犠牲層３３、３４
は、回転斜め蒸着の際の入射角度が異なるものである。

【００４２】また、本発明は、その第４の実施の形態に
おいて、図７を参照すると、第１及び第２の犠牲層３
５、３５′は、回転斜め蒸着の際の入射角度を連続的、
あるいは断続的に変化させて形成することを特徴とす
る。

【００４３】上記した第２の犠牲層は、基板に垂直な方
向に対して７０°以上の入射角で形成された部分を有す
る。

【００４４】本発明は、その第５の実施の形態におい
て、図８を参照すると、入射角度の異なる少なくとも２
層の犠牲層を、回転斜め蒸着により形成する。

【００４５】上記した本発明の実施の形態を更に詳細に
説明すべく、本発明の各実施例を以下に説明する。

【００４６】図１〜図４は本発明の第１の実施例による
電界放射冷陰極の製造方法を工程順に説明する部分的断
面図である。

【００４７】まず、シリコン（Ｓｉ）基板１１に第１の
絶縁層１２として熱酸化膜を約０．５μｍ形成し、導電
性のゲート電極１３としてタングステン（Ｗ）をスパッ
タにより約０．２μｍ積層する。この上にフォトレジス
トを塗布しフォトリソグラフィにより、直径約０．６μ
ｍの円形パターンが多数（図では１ケ所のみ図示）形成
された第１のレジスト層２１を形成する（図１（ａ）参
照）。

【００４８】続いて、第１のレジスト層２１をマスクと
してゲート電極１３を六フッ化硫黄（ＳＦ₆）と臭化水
素（ＨＢｒ）の混合ガスを使った反応性イオンエッチン
グ（ＲＩＥ）によりエッチングし、ゲート電極の開口２
５をあけた後、第１のレジスト層２１を剥離する（図１
（ｂ）参照）。

【００４９】次に、第２の絶縁層１４として化学的気相
成長法（ＣＶＤ）により二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）膜
を約０．５μｍ、導電性の集束電極１５としてタングス
テンをスパッタにより約０．２μｍ積層成膜し、フォト
リソグラフィにより、ゲート開口２５に目合わせされ
た、直径１．６μｍの開口をもつ第２のレジスト層２２
を形成する（図１（ｃ）参照）。

【００５０】続いて、第２のフォトレジスト層２２をマ
スクとして六フッ化硫黄（ＳＦ₆）と臭化水素（ＨＢ
ｒ）の混合ガスを使用したＲＩＥにより集束電極１５、
四フッ化炭素（ＣＦ₄）とアルゴン（Ａｒ）の混合ガス
を使用したＲＩＥにより第２の絶縁層１４をエッチング
し、ゲート電極１３と第１の絶縁層１２を露出させる
（図２（ａ）参照）。

【００５１】さらに、第２のレジスト層２２を剥離した
後に、四フッ化炭素（ＣＦ₄）とアルゴン（Ａｒ）の混
合ガスを使用したＲＩＥにより、ゲート電極１３、集束
電極１５に対して選択性を持たせたエッチングにより第
１の絶縁層１２を約０．１μｍ残してエッチングし（図
２（ｂ）参照）、バッファードフッ酸（ＢＨＦ）により
第１、及び第２の絶縁層１２、１４を更にエッチングし
て、図２（ｃ）に示すような断面形状を得る。

【００５２】このように、反応性イオンエッチング（Ｒ
ＩＥ）と、バッファードフッ酸（ＢＨＦ）によるウェッ
トエッチングと、を組み合わせることにより、シリコン
基板１１へオーバーエッチングを皆無とすることができ
る。

【００５３】四フッ化炭素（ＣＦ₄）とアルゴン（Ａ
ｒ）の混合ガスを反応ガスとして使用した場合の二酸化
シリコンとタングステンのエッチング選択比は約５０：
１であり、集束電極１５およびゲート電極１３表面のエ
ッチングは問題にならない。

【００５４】本実施例においては、従来例で必要とされ
ていたリング電極が無いことにより、複雑なエッチング
の選択性を持たせるための材料選定が不要になる。従っ
て、実際のプロセスへの適応が容易に実現できる。

【００５５】ここでは、ゲート電極１３の上に絶縁層１
４を介して集束電極１５が形成された、電極が２段とな
る構造について説明したが、さらに絶縁層と導電性の電
極層を積層した３段以上の構造においても、電極層に開
口を形成した後、絶縁層と次の電極層を積層する工程を
繰り返し、最終的に各電極層の開口をマスクとして、そ
の下層の絶縁層を選択エッチングすることにより、適用
可能なプロセスである。

【００５６】引き続き、この基板上にエミッタ電極を形
成する。まず、基板を基板面に垂直な軸で回転させなが
ら斜め方向から、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）を真空
蒸着し犠牲層３０を形成する。このときの入射角度θ０
は、蒸発源からゲート電極の開口２５の端面を見通した
ときに、集束電極の開口２６の上端部がこれを遮蔽せ
ず、ゲート電極の開口２５の内側の面に犠牲層３０が付
着する角度に設定する。ここでは、約５０℃の入射角で
犠牲層３０を蒸着すると、図３（ａ）に示すように、成
膜の初期において、ゲート電極の開口２５の内側面の端
部を犠牲層３０Ｇが覆うような形状が得られる。

【００５７】このときの犠牲層３０Ｇの蒸着膜厚を変化
させることにより、形成されるエミッタ電極１６の高さ
を制御することができるが、本実施例における寸法設定
では、同じ位置に置いた基板に垂直に蒸着した場合の膜
厚に換算して、概ね０．２〜０．５μｍの膜厚になるよ
うに蒸着する。

【００５８】続いて、基板の正面からモリブデンを真空
蒸着してエミッタ電極１６を形成する（図３（ｂ）参
照）。このとき、エミッタ材料の堆積粒子はゲート電極
１３の上に形成された犠牲層３０Ｇによってマスクさ
れ、基板１１上にエミッタ電極１６が形成される。また
同時に、図３（ｂ）に示すように、ゲート電極１３上に
は傘状堆積物１７が堆積し、集束電極１５上にはエミッ
タ材料層１８が堆積する。

【００５９】最後に犠牲層３０（３０Ｇ）をリン酸でエ
ッチングして、ゲート電極１３上の傘状堆積物１７、集
束電極１５上のエミッタ材料層１８をリフトオフする
と、図４に示すような電界放射冷陰極１０が完成する。

【００６０】本実施例では、上述したように、エミッタ
電極１６がゲート電極１３の上の犠牲層３０Ｇの開口で
マスクされて形成されるため、エミッタ電極１６はゲー
ト電極１３の開口の真ん中に位置する。

【００６１】このため、エミッタ電極１６先端近傍の電
界分布が対称になり、安定したエミッション特性を得る
ことができる。

【００６２】また、エミッタ電極１６形成のマスクが集
束電極１５に比べて基板１１に近いゲート電極１３上に
あるため、大型の基板を用いた場合にも、基板の外周部
におけるエミッタ電極１６の形状の歪みは小さくなる。

【００６３】さらに、このような集束電極１５の開口径
がゲート電極１３の開口径に比べてかなり大きな場合
（本実施例では、１．６／０．６＝２．７倍）には、従
来の集束電極１５上のマスク形成では大量の犠牲層成膜
により、マスクの開口形状が凹凸の多いものであったの
に比べ、ゲート電極１３上にマスクを形成すると、犠牲
層の膜厚が薄くてよい。

【００６４】従って、犠牲層により形成されたマスクの
開口形状は、よりゲートの開口形状に近いものになり、
これが転写されるエミッタ電極１６の形状も均一化され
たなめらかなものが得られる。

【００６５】また、開口径のばらつきも少なくなるた
め、エミッタ電極１６の大きさ、特に高さが揃うので、
複数のエミッタ電極１６を配列したエミッタアレイ内の
個々のエミッタ電極のエミッション特性が均一化され
る。

【００６６】本実施例では、基板１１が導電性を有する
ものとしたが、ガラス、セラミック等の絶縁性の基板に
金属等の導電性の薄膜を成膜したものを用いてもよい
し、リンやボロンをドープしたＳｉ膜等の抵抗層、また
は導電性層との積層膜を堆積したものを基板として用い
ても良い。

【００６７】また、ここでは絶縁層、電極の形成方法と
してスパッタ、ＣＶＤの例を示しているが、それぞれの
材料、成膜法、適用部分の組み合わせについては、これ
らに限られるわけではなく、それぞれの部分に必要な特
性を満足するその他の材料（絶縁層としては窒化シリコ
ン、酸化アルミニウムやそれらの複合物、導電層として
はモリブデン、ニオブ等の高融点金属やそのシリサイ
ド）、成膜法（真空蒸着法、イオンプレーティング等）
の組み合わせであっても良い。

【００６８】さらに、本実施例では、ゲート電極の開口
径が０．６μｍ、第２の絶縁層は０．５μｍ、集束電極
の開口径は１．６μｍの場合を示したが、原理的には、
実用上考え得る開口径、絶縁層厚さの組み合わせのほと
んど全てに適用可能なプロセスである。

【００６９】加えて、本実施例では、電極層にタングス
テン、絶縁層に二酸化シリコンを使用した例を示した
が、材料構成はこれに限らず、第１の絶縁層をエッチン
グする際に、電極材料に対して実用上十分なエッチング
選択比をもつ他の組み合わせであってもよい。

【００７０】次に、本発明の第２の実施例について図面
を参照して詳細に説明する。図５は、本発明の第２の実
施例による電界放射冷陰極の製造方法を説明する部分的
断面図である。図５においては、犠牲層形成以降につい
て示しているが、それ以前の基板部分の加工について
は、前記第１の実施例で説明した、図１〜図２と同様で
ある。

【００７１】前記第１の実施例と同様にして加工した基
板にエミッタ電極を形成する工程を説明する。

【００７２】まず、図５（ａ）を参照して、基板１１を
基板面に垂直な軸で回転させながら斜め方向から、酸化
アルミニウムを真空蒸着し、後の工程で集束電極層１５
上に堆積するエミッタ材料層１８の剥離を容易にするた
めの第１の犠牲層３１を形成する。このときの入射角度
θ１１は、第１の犠牲層が、集束電極の開口２６の内側
面を覆うような角度とする。前記第１の実施例と同じ寸
法設定の場合、入射角度θ１１は約８０°で、膜厚は同
じ位置に置いた基板に垂直に蒸着した場合の膜厚に換算
して、０．０２μｍ程度以上の膜厚になるように蒸着す
ればよい。

【００７３】ここで形成される第１の犠牲層３１は入射
角度θ１１が大きく、基板に対してかすめるような角度
で入射した粒子が堆積したものである。そのため、垂直
に近い入射角で入射させて形成した膜に比べて、疎な膜
となり、同じエッチング液に対するエッチング速度は速
くなる。

【００７４】引き続き、図５（ｂ）に示すように、基板
を基板面に垂直な軸で回転させながら、入射角度θ１２
で第２の犠牲層３２を蒸着する。このときの入射角度θ
１２は、蒸発源からゲート電極の開口２５の端面を見通
したときに、第１の犠牲層３１で被われた集束電極の開
口２６の上端部がこれを遮蔽せず、ゲート電極の開口２
５の内側の面に第２の犠牲層３２Ｇが付着する角度に設
定する。ここでは、約５０°の入射角θ１２で第２の犠
牲層３２を蒸着すると、図５（ｂ）に示すように、成膜
の初期においてゲート電極の開口２５の内側面を第２の
犠牲層３２Ｇが覆うような形状が得られる。

【００７５】続いて、基板の正面からモリブデンを真空
蒸着してエミッタ電極１６を形成する（図５（ｃ）参
照）。このとき、エミッタ材料の堆積粒子はゲート電極
１３の上に形成された第２の犠牲層３２Ｇによってマス
クされ、基板１１上にエミッタ電極１６が形成される。

【００７６】また同時に、図５（ｃ）に示すように、ゲ
ート電極１３上には傘状堆積物１７、集束電極１５上に
はエミッタ材料層１８が堆積する。

【００７７】最後に第１および第２の犠牲層３１、３２
（３２Ｇ）をリン酸でエッチングして、ゲート電極１３
上の傘状堆積物１７、集束電極１５上のエミッタ材料層
１８をリフトオフすると図４のような電界放射冷陰極１
０が完成する。

【００７８】このときの犠牲層のエッチングは膜の端面
から侵入したエッチング液（ここではリン酸）が膜をエ
ッチングしながら横方向に進行する。とくに集束電極１
５上ではエッチングされるべき犠牲層は大面積にわたっ
て存在しており、エッチングに比較的長い時間を必要と
する。

【００７９】しかし、本実施例では、予め疎な第１の犠
牲層３１を集束電極１５上に形成してあるために、集束
電極１５上の大面積のエミッタ材料層１８を短時間で取
り除くことができる。

【００８０】また、ゲート電極１３上には比較的緻密な
第２の犠牲層３２Ｇのみが形成されており、この開口を
マスクとして形成されるエミッタ電極１６の形状は良好
なものとなる。

【００８１】また、ゲート電極１３上の傘状堆積物１７
の除去に関しては、エッチング速度が比較的遅い第２の
犠牲層３２Ｇをエッチングする必要があるが、ここでの
横方向のエッチングすべき距離は、たかだか数μｍ以内
であり、集束電極１５上では数ｍｍであることに比べれ
ば、エッチングに要する時間については全く問題になら
ない。

【００８２】このように、本実施例においては、エミッ
タ材料蒸着後のリフトオフの工程において、短時間でし
かも確実にエミッタ材料層１８および傘状堆積物１７の
不要な堆積物を取り除くことが可能になる。ここでの第
１の犠牲層形成時の入射角度θ１１は、７０°以上にし
た場合にリフトオフ時間の短縮の効果が顕著であること
が、発明者の実験の結果によって確認されている。

【００８３】なお、特開平６−１３１９７０号公報に
は、２つの犠牲層を使ってエミッタ形成を行う技術が開
示されている。この内容は、図１６に示すように、基板
８１上に酸化膜８２とタングステン８３および第１の犠
牲層９１を積層しフォトリソグラフィとエッチングによ
り第１の犠牲層９１に孔を形成する（図１６（ａ）参
照）。

【００８４】その上に第２の犠牲層９２を堆積し（図１
６（ｂ）参照）、第２の犠牲層９２に孔を開け、更にタ
ングステン８３および酸化膜８４に空洞を形成する。次
に、まずは第２の犠牲層９２の小さな開口をマスクとし
て、モリブデンを蒸着して、小さなエミッタ電極８６を
作り（図１６（ｃ）参照）、第２の犠牲層９２を選択的
にエッチングしてリフトオフを行い、続いて、第１の犠
牲層９１をマスクとしてモリブデンを蒸着し、小さなエ
ミッタ電極８６の上に、さらにモリブデンを堆積させて
エミッタ電極８６を成長させる（図１６（ｄ）参照）。
最後に、第１の犠牲層９１をエッチングして、リフトオ
フを行い、電界放射冷陰極９０が完成する（図１６
（ｅ）参照）。

【００８５】この従来の技術では、第１、第２の犠牲層
９１、９２は積層して形成され、それぞれの孔は、成膜
後にエッチングによって開口される。また、第１、第２
の犠牲層９１、９２はともに、エミッタ電極８６形成の
ためのマスクとして使用され、エミッタ材料の蒸着と、
リフトオフの工程を２回繰り返すプロセスである。ま
た、このプロセスを実現するためには、第２の犠牲層９
２は第１の犠牲層９１に対して選択的に除去可能でなけ
ればならない。

【００８６】一方、本発明の第２の実施例においては、
第１、第２の犠牲層３１、３２（３２Ｇ）は、斜め回転
蒸着により基板の開口部および上面に形成される。ま
た、第１の犠牲層３１はリフトオフを短時間で確実に行
う目的で形成され、エミッタ電極１６形成のマスクとは
ならず、第２の犠牲層３２Ｇのみがマスクとなる。第
１、第２の犠牲層はいずれも１回のリフトオフの際に同
時にエッチングされる。

【００８７】以上のように、上記特開平６−１３１９７
０号公報に開示される技術と、本発明とは、構成および
その効果が全く相違しており、異なる技術であることは
明らかである。

【００８８】次に、本発明の第３の実施例について図面
を参照して詳細に説明する。図６は、本発明による第３
の実施例による電界放射冷陰極の製造方法を説明する部
分的断面図である。図６においては、犠牲層形成以降に
ついて示しているが、それ以前の基板部分の加工につい
ては、前記第１の実施例で説明した、図１〜図２と同様
である。

【００８９】前記第１の実施例と同様にして加工した基
板にエミッタ電極を形成する工程を説明する。

【００９０】まず、基板１１を基板面に垂直な軸で回転
させながら斜め方向から、酸化アルミニウムを真空蒸着
し第１の犠牲層３３を形成する。このときの入射角度θ
２１は、蒸発源からゲート電極の開口２５の端面を見通
したときに、集束電極の開口２６の上端部がこれを遮蔽
せず、ゲート電極１３、およびゲート電極の開口２５の
内側の面に第１の犠牲層３３Ｇが付着する角度に設定す
る。ここでは、約５０°の入射角θ２１で第１の犠牲層
３３を蒸着すると、図６（ａ）に示すように、成膜の初
期においてゲート電極開口２５の内側面の端部を覆うよ
うな形状が得られる。

【００９１】次に、図６（ｂ）に示すように、基板を基
板面に垂直な軸で回転させながら、酸化アルミニウムを
真空蒸着し、集束電極層１５上に堆積したエミッタ材料
層１８の剥離を容易にするための第２の犠牲層３４を形
成する。

【００９２】このときの入射角度θ２２は、集束電極１
５の上の第１の犠牲層４４を覆うように犠牲層を形成す
る角度とする。第１の実施例と同じ寸法設定の場合、入
射角度θ２２は約８０℃で、膜厚は同じ位置に置いた基
板に垂直に蒸着した場合の膜厚に換算して、０．０２μ
ｍ程度以上の膜厚になるように蒸着すればよい。

【００９３】ここで形成される第２の犠牲層３４は入射
角度θ２２が大きく基板に対してかすめるような角度で
入射した粒子が堆積したものである。そのため、垂直に
近い入射角で入射させて形成した膜に比べて、疎な膜と
なり、同じエッチング液に対するエッチング速度は速く
なる。

【００９４】続いて、図６（ｃ）に示すように、基板の
正面からモリブデンを真空蒸着してエミッタ電極１６を
形成する。このとき、エミッタ材料の堆積粒子はゲート
電極１３の上に形成された第１の犠牲層３３Ｇによって
マスクされ、基板１１上にエミッタ電極１６が形成され
る。また同時に、ゲート電極１３上には傘状堆積物１７
が堆積し、集束電極１５上にはエミッタ材料層１８が堆
積する。

【００９５】最後に第１および第２の犠牲層３３（３３
Ｇ）、３４をリン酸でエッチングして、ゲート電極１３
上の傘状堆積物１７、集束電極１５上のエミッタ材料層
１８をリフトオフすると図４のような電界放射冷陰極１
０が完成する。

【００９６】このとき、集束電極１５上のエミッタ材料
層１８は、第２の犠牲層３４が高速でエッチングされ、
短時間でリフトオフされる。すると集束電極１５上の第
１の犠牲層３３が表面に露出し、エッチング液にさらさ
れる。第１の犠牲層３３は第２の犠牲層３４に比べてエ
ッチングレートが遅いが、表面から膜厚方向にエッチン
グされるだけでよいので、短時間でエッチングは終了す
る。

【００９７】また、ゲート電極１３上の傘状堆積物１７
の除去に関しては、エッチング速度が比較的遅い第１の
犠牲層３３Ｇをエッチングする必要があるが、第２の実
施例と同様に、エッチングに要する時間については全く
問題にならない。

【００９８】ゲート電極の開口径が集束電極の開口径に
近い場合には、蒸発源からゲート電極の開口２５の端面
を見通したときに、集束電極の開口２６の上端部がこれ
を遮蔽せず、ゲート電極の開口２５の内側の面に犠牲層
を形成するための入射角は小さく（垂直に近い角度）し
なければならない。

【００９９】ところが、犠牲層形成時の入射角を小さく
すると、ゲート電極の開口２５内の第１の絶縁層１２の
側壁の、より深い位置まで犠牲層材料が堆積する。極端
に入射角を小さくした場合を考えると、犠牲層材料は、
エミッタ電極１６を形成すべき空洞の底面である基板１
１の表面に堆積し、エミッタ電極１６の付着力を低下さ
せる恐れがある。

【０１００】本実施例では、リフトオフを容易にするた
めの犠牲層が形成されていない状態、すなわち、集束電
極の開口２６が犠牲層によって閉じられていない状態
で、エミッタ形成のマスクとなる犠牲層（ここでは第１
の犠牲層３３Ｇ）を形成するので、同じ寸法設定の基板
を使用した場合に、ゲート電極の開口２５にエミッタ電
極１６形成のマスクとなる犠牲層を成膜するときの入射
角を、第２の実施例の場合に比べて、大きくすることが
できる。これは、特にゲート電極の開口径に対して、集
束電極の開口径が近い、あるいは、第２の絶縁層が比較
的厚い場合に、犠牲層材料がエミッタ電極１６を形成す
べき基板１１へ堆積せずに、第１の犠牲層３３Ｇを形成
できる条件範囲が広げられるという利点がある。

【０１０１】次に、本発明の第４の実施例について図面
を参照して詳細に説明する。

【０１０２】図７は、本発明の第４の実施例による電界
放射冷陰極の製造方法を説明する部分的断面図である。
ここでは、犠牲層の形成に関する部分を中心に説明する
が、その他の部分は、前記第２および第３の実施例と同
様である。

【０１０３】前記第１の実施例と同様にして加工した基
板１１を、まず図７（ａ）に示すように基板面に垂直な
軸で回転させながら斜め方向から、酸化アルミニウムを
真空蒸着し犠牲層３５を形成する。このときの入射角度
θ３１は、蒸発源からゲート電極の開口２５の端面を見
通したときに、集束電極の開口２６の上端部がこれを遮
蔽せず、ゲート電極の開口２５の内側の面に犠牲層３５
が付着する角度に設定する。ここでは、約５０°の入射
角θ３１で犠牲層３５を蒸着すると、図７（ａ）に示す
ように、成膜の初期においてゲート電極の開口２５の内
側面の端部を覆うような形状が得られる。

【０１０４】次に、基板の回転、および酸化アルミニウ
ムの真空蒸着を継続しながら、犠牲層材料の入射角度を
θ３２まで連続的あるいは断続的に変化させる。入射角
度θ３２は、犠牲層材料がゲート電極の開口２５に入射
せず、集束電極１５上の入射角度θ３１で予め形成され
た犠牲層３５を覆う角度とする。第１の実施例と同じ寸
法設定では、約８０°となる。また、さらにその位置で
犠牲層蒸着を所定の膜厚分だけ継続すると、図７（ｂ）
のような形状に犠牲層３５′が成長する。

【０１０５】続いて、基板の正面からモリブデンを真空
蒸着してエミッタ電極１６を形成し（図７（ｃ）参
照）、最後に犠牲層３５′をリン酸でエッチングして不
要な部分をリフトオフすると図４のような電界放射冷陰
極１０が完成する。

【０１０６】図７（ａ）、図７（ｂ）では、基板を固定
して、蒸発源が移動したような図になっているが、実際
の動作では、真空蒸着法では蒸発源は材料を溶融させる
必要があるため、成膜装置の下方に設置され、基板は蒸
発源の上方の基板取り付け部に設置される。基板取り付
け部は基板表面に垂直な軸で自転でき、さらに自転機構
全体が基板面を通る軸で傾斜できるようになっている。
したがって、入射角度は基板取り付け部の傾斜角によっ
て変更可能であり、蒸着中にも入射角度の変更が可能で
ある。

【０１０７】本実施例では、リフトオフを容易にした、
前記第２、第３の実施例において、２回の蒸着操作が必
要であった犠牲層形成を、１回の蒸着操作で行えるため
に、スループットの向上が可能である。

【０１０８】また、入射角を連続的あるいは断続的に変
化させるため、図７（ｂ）に示すように、第２の絶縁層
１４の側壁にも犠牲層３５′膜が形成される。したがっ
て、エミッタ電極１６形成の途中で残留ガス分子によっ
て散乱された蒸着粒子が第２の絶縁層１４の側壁の方へ
回り込んでも、犠牲層３５′の上に堆積するので、リフ
トオフの際に取り除くことができ、ゲート電極１３と集
束電極１５の間の絶縁特性を悪化させることがない。

【０１０９】なお、ここでは、犠牲層３５（３５′）の
蒸着時に、入射角度を５０°から８０°、すなわち入射
角度を大きくする方向に変化させる例を示したが、逆に
入射角度を小さくする方向、例えば８０°から５０°に
変化させても良い。さらには、複数の所定の角度の間で
の角度変化を繰り返す方法も可能である。

【０１１０】次に、本発明の第５の実施例について図面
を参照して詳細に説明する。図８、及び図９は本発明の
第５の実施例による電界放射冷陰極の製造方法を説明す
る部分的断面図である。

【０１１１】まず、図８（ａ）を参照して、シリコン
（Ｓｉ）基板１１に第１の絶縁層４１として熱酸化膜
（ＳｉＯ₂）を約０．４μｍ形成し、その上にＣＶＤに
より第２の絶縁層４２として窒化シリコン膜（Ｓｉ
₃Ｎ₄）を０．１μｍ堆積する。さらに導電性のゲート電
極１３としてタングステン（Ｗ）をスパッタにより約
０．２μｍ積層する。この上にフォトレジストを塗布し
フォトリソグラフィにより、直径約０．６μｍの円形パ
ターンが多数（図では１ケ所のみ図示）形成されたレジ
スト層２３を形成する。

【０１１２】続いて、レジスト層２３をマスクとしてゲ
ート電極１３、第２の絶縁層４２、および第１の絶縁層
４１の厚さ約０．１μｍを残してＲＩＥによりエッチン
グし（図８（ｂ）参照）、続いてＢＨＦにより第１の絶
縁層４１をエッチングした後、レジスト層２３を剥離す
ると、図８（ｃ）に示すような断面形状が得られる。

【０１１３】ＲＩＥのエッチングガスおよび条件設定に
よっては、被エッチング材料に対するエッチングの異方
性の程度および選択比が異なり、図９（ｃ）に示すよう
に、ゲート電極１３の開口が後退し、第２の絶縁層４２
が張り出した形状が得られる。

【０１１４】引き続き、この基板上にエミッタ電極を形
成する。まず、図９（ａ）を参照して、基板１１を基板
面に垂直な軸で回転させながら斜め方向から、酸化アル
ミニウムを真空蒸着し第１の犠牲層３６を形成する。こ
のときの入射角度θ４１は、ゲート電極１３の開口部上
端にその一部を遮られながら入射する犠牲層材料の蒸着
粒子が、開口部反対側の第２の絶縁層４２の開口部下端
に到達できるような角度、すなわち、本実施例の寸法設
定では約６０°に設定する。膜厚は同じ位置に置いた基
板に垂直に蒸着した場合の膜厚に換算して、概ね０．０
５〜０．１μｍとする。これにより、第２の絶縁層４２
とゲート電極１３の段差部分が犠牲層材料により被覆さ
れる（図９（ａ）参照）。

【０１１５】次に、入射角度θ４２（ここでは約８０
°）で第２の犠牲層３７をゲート電極１３上の第１の犠
牲層３６の上に蒸着し、第２の犠牲層３７の開口径が第
２の絶縁層４２上の第１の犠牲層３６の開口径以下にな
るようにする（図９（ｂ）参照）。

【０１１６】続いて、基板の正面からモリブデンを真空
蒸着してエミッタ電極１６を形成する（図９（ｃ）参
照）。このとき、エミッタ材料の堆積粒子はゲート電極
１３の上に形成された第２の犠牲層３７の開口によって
マスクされ、基板１１上にエミッタ電極１６が形成され
る。但し、実際の製造工程においては、ゲート電極１３
および第２の絶縁層４２の開口部の形状、さらには形成
される犠牲層の形状には多少のばらつきがあるため、エ
ミッタ電極１６形成のマスクとなる第２の犠牲層３７の
内径よりも、第２の絶縁層４２上のにあらかじめ蒸着さ
れた第１の犠牲層３６の方が内側に張り出した突起部分
をもつ可能性がある。このような場合、エミッタ材料の
堆積粒子は、この突起部分にも付着し不要な堆積物１９
が成長する。

【０１１７】最後に第１、第２の犠牲層３６、３７をリ
ン酸でエッチングして、ゲート電極１３上のエミッタ材
料層８１をリフトオフすると、図９（ｄ）に示すような
電界放射冷陰極２０が完成する。また、このとき突起部
分の不要な堆積物１９も第２の絶縁層４２上の第１の犠
牲層３６のエッチングにより取り除かれる。

【０１１８】本実施例では、上述のようにゲート電極１
３の開口部に段差がある場合や、実際の製造工程でのゲ
ート電極や絶縁層の形状のばらつきがあった場合に、不
要な堆積物が成長しても、リフトオフの工程でこれを除
去することが可能になるため、最終的な電界放射冷陰極
の形状に影響を与えることがなくなる。

【０１１９】ここでは、犠牲層の形成は２層に分けて行
ったが、前記第４の実施例と同様に、入射角度を連続的
に変化させる方法も可能である。

【０１２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は下記記載
の各種効果を奏する。

【０１２１】本発明の第１の効果は、集束電極を持つ電
界放射冷陰極において、基板（ウェハ）外周部でもエミ
ッタ電極が傾いたり、ゲート電極の開口に対するエミッ
タ電極の位置ずれは集束電極を持たない電界放射冷陰極
と同等にできるということである。この理由は、エミッ
タ電極が形成される基板面から、距離が近いゲート電極
の開口をエミッタ電極形成のマスクとしているため、エ
ミッタ材料蒸着時の入射角度の一定の傾きに対する水平
方向のずれ量が小さくできることによる。

【０１２２】本発明の第２の効果は、集束電極の開口径
と、第２の絶縁層の厚さに相当するゲート電極からの距
離の設定の自由度が高いことと、エミッタ電極の形状ば
らつきが少なくなるということである。この理由は、ゲ
ート電極の開口をエミッタ電極形成のマスクとしている
ため、集束電極の開口径を大きくした場合でも、犠牲層
の膜厚をほとんど変える必要がないからである。

【０１２３】また、本発明の第３の効果は、ゲート電極
の開口に対して、エミッタ電極の位置のずれが小さくで
きるということである。この理由は、ゲート電極の開口
をエミッタ電極形成のマスクとしているため、ゲート電
極と集束電極の開口にずれがあってもエミッタ電極の位
置はゲート電極で決まるからである。

【０１２４】さらに、本発明の第４の効果は、プロセス
が簡単かつ確実となるということである。この理由は、
従来例であったリング状マスク層の成膜が不要であり、
工程が短縮できるだけでなく、さまざまな条件を考慮し
たマスク層材料も不要である。さらに、犠牲層を２層
化、複合化することで、リフトオフを短時間でしかも確
実に行うことができるからである。

【０１２５】本発明の第５の効果は、ゲート電極の開口
部に不要な堆積物が堆積しても、これを取り除くことが
できるということである。この理由は、集束電極を有す
る構造の場合には、ゲート電極の開口をエミッタ電極形
成のマスクとしているため、犠牲層がこの部分を覆って
いるからである。また、集束電極のない構造の場合に
は、不要な堆積物が堆積する可能性の有る部分に、予め
犠牲層を付着させているからである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による電界放射冷陰極の
製造方法を説明する部分的断面図である。

【図２】本発明の第１の実施例による電界放射冷陰極の
製造方法を説明する部分的断面図である。

【図３】本発明の第１の実施例による電界放射冷陰極の
製造方法を説明する部分的断面図である。

【図４】本発明によって作られた電界放射冷陰極の構造
を説明する部分的断面図である。

【図５】本発明の第２の実施例による電界放射冷陰極の
製造方法を説明する部分的断面図である。

【図６】本発明の第３の実施例による電界放射冷陰極の
製造方法を説明する部分的断面図である。

【図７】本発明の第４の実施例による電界放射冷陰極の
製造方法を説明する部分的断面図である。

【図８】本発明の第５の実施例による電界放射冷陰極の
製造方法を説明する部分的断面図である。

【図９】本発明の第５の実施例による電界放射冷陰極の
製造方法を説明する部分的断面図である。

【図１０】従来技術のスピントカソードの構造を示す斜
視図である。

【図１１】従来技術の集束電極を持つ電界放射冷陰極の
製造方法を説明する部分断面図である。

【図１２】従来技術の集束電極を持つ電界放射冷陰極の
製造方法を説明する部分断面図である。

【図１３】従来技術の集束電極を持つ電界放射冷陰極の
構造および製造方法を説明する部分断面図である。

【図１４】従来技術の集束電極を持つ電界放射冷陰極の
構造を説明する部分断面図である。

【図１５】真空蒸着法によってエミッタ電極を形成する
際の問題点を説明する側面図および断面図である。

【図１６】従来技術による２つの犠牲層を使ってエミッ
タ形成を行う方法を示す部分断面図である。

【図１７】従来技術の絶縁層を２層化した集束電極を持
たない電界放射冷陰極の構造を示す部分断面図である。

【符号の説明】

１、１１、５１、６１、８１、１０１基板２蒸発源６、１６、５６、６６、８６、１０６エミッタ電極１０、２０、７０、９０電界放射冷陰極１２、４１、６２、１０４第１の絶縁層１３、５３、６３、１０３ゲート電極１４、４２、６４、１０５第２の絶縁層１５、６５集束電極１７傘状堆積物１８エミッタ材料層１９不要な堆積物２１、７５第１のレジスト層２２、７６第２のレジスト層２３、８９レジスト層２５ゲート電極の開口２６集束電極の開口３０、３０Ｇ、３５、３５′、７７犠牲層３１、３３、３３Ｇ、３６、９１第１の犠牲層３２、３２Ｇ、３４、３７、９２第２の犠牲層５２絶縁層５９電子ビーム６８マスク層６９リング状マスク７１ガラス基板７２導体層７３抵抗層７８第１の開口７９第２の開口８２酸化膜８３タングステン

───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】導電性基板あるいは絶縁性基板上に導電
性層を積層してなる基板と、その上に堆積した絶縁層と
導電性のゲート層、さらにその上に中間絶縁層と導電性
の制御電極層からなる組み合わせを、少なくとも１回積
層し、この制御電極層、中間絶縁層、ゲート層および絶
縁層とに形成した空洞内に設けられた先端の先鋭な略円
錐状のエミッタ電極とを有する電界放射冷陰極の製造方
法であって、前記ゲート層の開口部に第１の犠牲層を
形成し、これをマスクとしてエミッタ電極を形成するこ
とを特徴とする電界放射冷陰極の製造方法。
【請求項２】請求項１記載の製造方法において、前記
ゲート層の開口部以外に、エミッタ電極形成のマスクと
はならない第２の犠牲層を形成することを特徴とする電
界放射冷陰極の製造方法。
【請求項３】前記第２の犠牲層が、前記制御電極層の
上側で第１の犠牲層と積層構造を有することを特徴とす
る請求項２記載の電界放射冷陰極の製造方法。
【請求項４】前記第１及び第２の犠牲層は、回転斜め
蒸着の際の入射角度が異なるものであることを特徴とす
る請求項２記載の電界放射冷陰極の製造方法。
【請求項５】前記第１及び第２の犠牲層は、回転斜め
蒸着の際の入射角度を連続的、あるいは断続的に変化さ
せて形成することを特徴とする請求項２記載の電界放射
冷陰極の製造方法。
【請求項６】前記第２の犠牲層は、基板に垂直な方向
に対して７０°以上の入射角で形成された部分を有する
ことを特徴とする請求項２記載の電界放射冷陰極の製造
方法。
【請求項７】少なくとも、導電性基板あるいは絶縁性
基板上に導電性層を積層した基板と、その上に堆積した
絶縁層と導電性のゲート層、およびその絶縁層と導電性
のゲート層に形成した空洞内に設けられた先端の先鋭な
略円錐状のエミッタ電極とを有する電界放射冷陰極の製
造方法において、入射角度の異なる少なくとも２層の犠牲層を、前記ゲー
ト層上に、回転斜め蒸着により形成し、該犠牲層のいず
れかをマスクとしてエミッタ電極を形成する、ことを特
徴とする電界放射冷陰極の製造方法。