JP3190850B2 - 真空マイクロ素子の製造方法及びこの製造方法による真空マイクロ素子 - Google Patents

真空マイクロ素子の製造方法及びこの製造方法による真空マイクロ素子

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電界放出型冷陰極
を有する真空マイクロ素子の製造方法とその構造に関す
る。
【0002】
【従来の技術】電界放出型の真空マイクロ素子は、その
高速応答の可能性、耐放射線・耐高温特性の向上の可能
性、さらに高精細で自発光型のディスプレイの可能性な
どから、近年活発に研究開発が行われている。この真空
マイクロ素子のエミッタ材料としては電子親和力の小さ
い材料が使用されている。例えば、近年、ダイヤモンド
の親和力が0に近いことが見出され(文献:J.Van
らJ.VacSci.Technol.B,10,4,
(1992))、ダイヤモンドをエミッタ材料にした真
空マイクロ素子の形成方法は数多く提案されている。
【0003】例えば、V.V.Zhironらの提案
(文献:J.Vac.Sci.Technol.B13
(2),Mar/Apr 1995)では、エミッタの
母体となるSiを加工して高さ100μm、数μm径の
柱状構造を形成した後、この構造体の先にSi−Au合
金を数μm形成し、更にエッチングや酸化技術を使い先
端を尖らせる。この先鋭化したSiエミッタにダイヤモ
ンドをコーティングする。しかしながらこの方法で形成
したダイヤモンドコーティングエミッタはダイヤモンド
が個々のSiチップ上に均一に形成されないため安定
性、信頼性をに欠ける。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明では以上のよう
にエミッタ材料にダイヤモンドを使用する場合の従来の
真空マイクロ素子の現状を鑑みて、母体エミッタ材料の
各先端にのみダイヤモンドを有するエミッタを形成し、
ダイヤモンド本来の特性を十分活用できる新しい真空マ
イクロ素子の作成方法とその構造を提案する。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、エミッ
タ母体となる材料状にダイヤモンド核を成長させ、この
ダイヤモンド核をマスクとして母体エミッタを加工し、
母体エミッタの先端のみにダイヤモンドを有するエミッ
タを形成することにある。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明によれば、従来のようにエ
ミッタにコーティングしたダイヤモンドが均一に存在す
ることなく、安定した特性が得られる真空マイクロ素子
の実現が可能である。
【0007】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳
細に説明する。図1〜図9は本発明の実施例に係わる真
空マイクロ素子の製造方法を示す工程断面図である。
【0008】まず図1に示すように母体エミッタとなる
第1の基板、例えばSi基板102上にダイヤモンド核
101を形成する。この実施例で用いるダイヤモンド核
はダイヤモンド成長の初期段階に発生するものである。
ダイヤモンドが基板上に発生する確率は108 個/cm
2 であることから例えば1cm2 の面積領域には1μm
間隔で発生することになる。本実施例ではダイヤモンド
核の形成には熱フィラメント法を用いた。ダイヤモンド
核は水素流量100sccm、アセトン流量0.5sc
cmから成る混合ガスを反応室に導入し、反応圧力10
0Torr、基板温度800℃とした。核成長時間は1
時間であり、成長した核は平均的に約1μm径であっ
た。次に、図2に示すようにダイヤモンド核101をマ
スクにして、母体エミッタであるSi基板をエッチング
する。エッチングは、例えば反応性イオンエッチング法
(RIE)により所定深さとなるようにエッチングを行
う。本発明では500nmの深さまでエッチングを行っ
た。この工程によりエミッタ形状が完成する。図3に示
すようにゲート絶縁層103となる材料、例えば酸化膜
をスパッタ法により前記エミッタ形状を被覆するように
基板全面に形成する。ここでは、400nmの膜厚で形
成した。次に、図4に示すようにゲート電極104を前
記酸化膜103上に形成する。この実施例ではモリブデ
ン(Mo)をスパッタ法により500nmの膜厚で形成
した。更に、レジスト105をスピンナーにより基板全
面に塗布する。本実施例では約1μmの膜厚で塗布し、
その後150℃、30分の熱処理を施した。
【0009】次に、図6に示すようにエッチバッグ法に
よりレジスト105をダイヤモンド核101上のゲート
電極104であるMoの一部が露出するまでエッチング
する。エッチバックは、ケミカルドライエッチング法
(CDE法)等により行うことができる。
【0010】ここで例えば、エッチバック条件としては
CF4ガス流量140sccm、O2ガス90sccm
の混合ガスを用い、圧力0.5Torr、マイクロ波パ
ワー600Wにより行った。
【0011】さらに、図7に示すように図6でエッチバ
ックしたレジスト105aをマスクにしてゲート電極1
04をエッチングする。エッチングはレジストのエッチ
ングに用いたCDE法を用いた。エッチング条件もレジ
ストと同じにした。このCDE法ではゲート電極104
材料のMoとゲート絶縁層103である酸化膜との選択
比が大きくとれるため、酸化膜が露出したところでエッ
チングをストップすることが容易である。次いで、図8
に示すように酸化膜103を薬品によるウエットエッチ
ングでエッチングし、ダイヤモンド核101の一部を露
出した。薬品は弗化アンモニウム液であり、5分間のエ
ッチングによりダイヤモンド核101が露出し、その後
30秒の追加エッチングを行った。最後に図9に示すよ
うにレジスト105aを除去する。除去方法は剥離液
(東京応化製ハクリ−10)を80℃に加熱し、基板を
10分間浸し除去した。除去後基板を水洗し、最後に乾
燥させることによって本発明の実施例による真空マイク
ロ素子が完成する。この実施例において、ダイヤモンド
核101は、個々の核101が均等に離間したアレイ状
に配置されている必要はない。所定面積の中に所定の確
率でばらついて存在していれば基本的にはマイクロ素子
として機能する。但し、より高精度化するためにアレイ
状に配置する必要があればSi基板102上に集束イオ
ンビーム等により所定箇所にビームを照射し、そこに核
109を成長させるようにすることも可能である。本実
施例によれば、母体エミッタの先端のみにダイヤモンド
を有するエミッタを形成でき、安定した特性の得られる
真空マイクロ素子を得ることが可能である。
【0012】本発明は上記実施例に限定されるものでは
なく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲でいろいろ変形し
て実施できる。次に、上記実施例による真空マイクロ素
子を応用した平板型画像表示装置の実施例について述べ
る。この実施例の平行平板型画像表示装置は、図10に
示すように、真空マイクロ素子のエミッタが多数形成さ
れたSi基板102(以下、真空マイクロ素子部100
と記す)と蛍光体層203及びITOから成る透明電極
(アノード電極)層202が順次形成されたガラスフェ
ースプレート201とが所定の間隔を設けて対抗配置さ
れており、これらにより真空筐体が構成されている。即
ち真空マイクロ素子部100は真空筐体の一部として用
いられている。
【0013】尚、本発明の実施例においてダイヤモンド
核をエミッタとして用いたが、マスクとしてのみ使用す
ることも可能である。即ち、エミッタの先鋭化に対して
非常に有効な手段となる。例えば、上記実施例において
Si基板102を、ダイヤモンド核101をマスクにし
てエッチングを行った後、熱酸化を形成する。この過程
においてSi基板は非常に先鋭化されたエミッタを形成
する。最後に酸化膜を除去することによってダイヤモン
ド核も除去され(リフトオフ)、非常に先鋭化されたS
iエミッタが露出する。この手法を用いれば、露光、現
像、パターニングというプロセス無しに先鋭化されたS
iエミッタが実現できる。
【0014】
【発明の効果】以上のように本発明を用いることにより
ダイヤモンドエミッタ形状の安定性、再現性が向上し、
更に生産コストの大幅な削減が可能な真空マイクロ素子
を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例による真空マイクロ素子の
製造工程を示す断面図。
【図2】 本発明の一実施例による真空マイクロ素子の
製造工程を示す断面図。
【図3】 本発明の一実施例による真空マイクロ素子の
製造工程を示す断面図。
【図4】 本発明の一実施例による真空マイクロ素子の
製造工程を示す断面図。
【図5】 本発明の一実施例による真空マイクロ素子の
製造工程を示す断面図。
【図6】 本発明の一実施例による真空マイクロ素子の
製造工程を示す断面図。
【図7】 本発明の一実施例による真空マイクロ素子の
製造工程を示す断面図。
【図8】 本発明の一実施例による真空マイクロ素子の
製造工程を示す断面図。
【図9】 本発明の一実施例による真空マイクロ素子の
製造工程を示す断面図。
【図10】 本発明の一実施例による平板型画像表示装
置を示す断面図。
【符号の説明】
100…真空マイクロ素子部 101…ダイヤモンド核 102…Si基板 103…ゲート絶縁酸化膜層 104…ゲート電極Mo層 105…レジスト 201…フェースプレート 202…透明電極(アノード電極) 203…蛍光体層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−225393(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01J 9/02 H01J 1/304

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上にダイヤモンド核を形成する工程
    と、前記核をマスクとして基板をエッチングしてエミッ
    タを形成する工程と、このエミッタ上に絶縁膜、ゲート
    電極を順次積層する工程と、前記ゲート電極及び絶縁膜
    の一部を開口してダイヤモンド核を露出する工程とを含
    む真空マイクロ素子の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記請求項1記載の方法により製造され
    るエミッタ先端のみにダイヤモンドを有することを特徴
    とする真空マイクロ素子。
  3. 【請求項3】 前記ゲート電極を前記絶縁膜上に積層し
    た後に前記ゲート電極上にレジストを積層し、前記レジ
    ストをエッチングして前記ゲート電極の一部を露出する
    ことを特徴とする請求項1記載の真空マイクロ素子の製
    造方法。
  4. 【請求項4】 前記レジストのエッチングは、ケミカル
    ドライエッチング法によるエッチバックにより行うこと
    を特徴とする請求項3記載の真空マイクロ素子の製造方
    法。
  5. 【請求項5】 前記ダイヤモンド核を露出する工程の後
    に前記レジストを除去することを特徴とする請求項3記
    載の真空マイクロ素子の製造方法。
  6. 【請求項6】 水素とアセトンとの混合ガスを用いて前
    記ダイヤモンド核を形成することを特徴とする請求項1
    記載の真空マイクロ素子の製造方法。
  7. 【請求項7】 前記基板を反応性イオンエッチング法に
    よりエッチングすることを特徴とする請求項1記載の真
    空マイクロ素子の製造方法。
  8. 【請求項8】 前記基板はSi基板であることを特徴と
    する請求項1記載の真空マイクロ素子の製造方法。
  9. 【請求項9】 前記絶縁膜は酸化膜であることを特徴と
    する請求項1記載の真空マイクロ素子の製造方法。
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