JP3303908B2 - 微小冷陰極およびその製造方法 - Google Patents
微小冷陰極およびその製造方法Info
- Publication number
- JP3303908B2 JP3303908B2 JP33298497A JP33298497A JP3303908B2 JP 3303908 B2 JP3303908 B2 JP 3303908B2 JP 33298497 A JP33298497 A JP 33298497A JP 33298497 A JP33298497 A JP 33298497A JP 3303908 B2 JP3303908 B2 JP 3303908B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- insulating film
- film
- forming
- emitter
- silicon
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
- H01J1/02—Main electrodes
- H01J1/30—Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
- H01J1/304—Field-emissive cathodes
- H01J1/3042—Field-emissive cathodes microengineered, e.g. Spindt-type
- H01J1/3044—Point emitters
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J9/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
- H01J9/02—Manufacture of electrodes or electrode systems
- H01J9/022—Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes
- H01J9/025—Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes of field emission cathodes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、フラットパネルデ
ィスプレイ、ＣＲＴ等の各種電子ビーム装置の電子ビー
ム源として利用可能な微小冷陰極に関する。
ィスプレイ、ＣＲＴ等の各種電子ビーム装置の電子ビー
ム源として利用可能な微小冷陰極に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体微細加工技術を用いて、導
電性基板、絶縁層、ゲート電極層およびそれらの開口部
内に先端が尖った陰極エミッタを一体化して形成される
電界放出型冷陰極の研究開発が活発に行われ、高性能な
電子銃への応用が期待されている。
電性基板、絶縁層、ゲート電極層およびそれらの開口部
内に先端が尖った陰極エミッタを一体化して形成される
電界放出型冷陰極の研究開発が活発に行われ、高性能な
電子銃への応用が期待されている。
【０００３】従来の電界放出型冷陰極の代表例にＳｐｉ
ｎｄｔ型冷陰極がある。図５にその製造方法を示す。
ｎｄｔ型冷陰極がある。図５にその製造方法を示す。
【０００４】まずシリコン基板１上に酸化シリコン膜２
とゲート膜３を順次堆積する（図５（ａ））。次いでレ
ジスト４を形成後、エッチングにより円形の開口部を設
ける（図５（ｂ））。その後、基板を回転させながら斜
め蒸着によりアルミニウムからなる犠牲層５を形成する
（図５（ｃ））。犠牲層５を形成後、エミッタ材料を高
真空中で蒸着等の手法により、基板に対して垂直に堆積
させる。エミッタ材料の堆積が進行すると、犠牲層の開
口部周辺でエミッタ材料が凝縮し、開口径が徐々に小さ
くなって最終的には開口部が閉ざされる。これと同時に
導電性基板上には円錐形状のエミッタが形成される（図
５（ｄ））。最後に犠牲層５およびその上に堆積したエ
ミッタ材料層６をエッチング除去して冷陰極を完成す
る。（図５（ｅ））。
とゲート膜３を順次堆積する（図５（ａ））。次いでレ
ジスト４を形成後、エッチングにより円形の開口部を設
ける（図５（ｂ））。その後、基板を回転させながら斜
め蒸着によりアルミニウムからなる犠牲層５を形成する
（図５（ｃ））。犠牲層５を形成後、エミッタ材料を高
真空中で蒸着等の手法により、基板に対して垂直に堆積
させる。エミッタ材料の堆積が進行すると、犠牲層の開
口部周辺でエミッタ材料が凝縮し、開口径が徐々に小さ
くなって最終的には開口部が閉ざされる。これと同時に
導電性基板上には円錐形状のエミッタが形成される（図
５（ｄ））。最後に犠牲層５およびその上に堆積したエ
ミッタ材料層６をエッチング除去して冷陰極を完成す
る。（図５（ｅ））。
【０００５】次にシリコン冷陰極の製造方法について図
６を参照して説明する。まずシリコン基板の所定部分に
シリコンマスクを形成する（図６（ａ））。ついで等方
エッチングを行った後（図６（ｂ））、酸化を行い、円
錐状エミッタを形成する（図６（ｃ））。その後、基板
全面に酸化シリコン膜２とゲート膜３を順次堆積する
（図６（ｄ））。最後に酸化シリコン膜２をエッチング
除去して冷陰極を完成する。（図６（ｅ））。
６を参照して説明する。まずシリコン基板の所定部分に
シリコンマスクを形成する（図６（ａ））。ついで等方
エッチングを行った後（図６（ｂ））、酸化を行い、円
錐状エミッタを形成する（図６（ｃ））。その後、基板
全面に酸化シリコン膜２とゲート膜３を順次堆積する
（図６（ｄ））。最後に酸化シリコン膜２をエッチング
除去して冷陰極を完成する。（図６（ｅ））。
【０００６】ところが上記のいずれの構造の冷陰極も、
使用中に浮遊金属粒子やイオン衝撃により円錐状のエミ
ッタがスパッタされ、絶縁膜（シリコン酸化膜）側面に
導電性膜が付着するという問題があった。このため、エ
ミッタとゲートとの間に電流リークが発生し、冷陰極が
破壊される場合もあった。
使用中に浮遊金属粒子やイオン衝撃により円錐状のエミ
ッタがスパッタされ、絶縁膜（シリコン酸化膜）側面に
導電性膜が付着するという問題があった。このため、エ
ミッタとゲートとの間に電流リークが発生し、冷陰極が
破壊される場合もあった。
【０００７】そこで、エミッタ−ゲート間の絶縁性を確
保するための構造として、特開平８−３２１２５５号公
報には以下のものが提案されている。
保するための構造として、特開平８−３２１２５５号公
報には以下のものが提案されている。
【０００８】図３はその一例を示す。絶縁膜をエッチン
グすることにより、絶縁膜の側面をエミッタおよびゲー
ト穴から奥に遠ざけた構造とし、これにより絶縁膜側面
に浮遊金属粒子等の付着の防止を図ったものである。
グすることにより、絶縁膜の側面をエミッタおよびゲー
ト穴から奥に遠ざけた構造とし、これにより絶縁膜側面
に浮遊金属粒子等の付着の防止を図ったものである。
【０００９】他の例を図４に示す。これは、絶縁膜形成
工程においてエッチングレートの異なる２種類の絶縁膜
を交互に形成し、エッチング時に凹凸形状を付与したも
のである。これにより、側面の沿面距離を大きくし、電
流リークの防止を図っている。
工程においてエッチングレートの異なる２種類の絶縁膜
を交互に形成し、エッチング時に凹凸形状を付与したも
のである。これにより、側面の沿面距離を大きくし、電
流リークの防止を図っている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した電流
リークの防止を図った冷陰極の構造も、電流リークの防
止は十分でなかった。そのためリークを十分に防ぐため
には横方向の絶縁膜のエッチング量を増やす必要がある
が、この場合、エミッタアレイのエミッタ間のピッチが
大きくなり、電流密度が小さくなるという問題があっ
た。
リークの防止を図った冷陰極の構造も、電流リークの防
止は十分でなかった。そのためリークを十分に防ぐため
には横方向の絶縁膜のエッチング量を増やす必要がある
が、この場合、エミッタアレイのエミッタ間のピッチが
大きくなり、電流密度が小さくなるという問題があっ
た。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明によれば、シリコン基板と、該シリコン基板の表面上
に形成された絶縁膜と、その上に形成された導電性ゲー
ト膜とを有し、該絶縁膜および該導電性ゲート膜に前記
基板に達する開口部が設けられ、該開口部にエミッタ電
極が形成された微小冷陰極において、前記エミッタ電極
と前記絶縁膜との間に壁部が設けられ、該壁部が、電圧
印加時に前記エミッタ電極より飛来する金属粒子から前
記絶縁膜の一部のみを空間的に遮蔽するように設けら
れ、その遮蔽される部分は空間に露出していることを特
徴とする微小冷陰極が提供される。
明によれば、シリコン基板と、該シリコン基板の表面上
に形成された絶縁膜と、その上に形成された導電性ゲー
ト膜とを有し、該絶縁膜および該導電性ゲート膜に前記
基板に達する開口部が設けられ、該開口部にエミッタ電
極が形成された微小冷陰極において、前記エミッタ電極
と前記絶縁膜との間に壁部が設けられ、該壁部が、電圧
印加時に前記エミッタ電極より飛来する金属粒子から前
記絶縁膜の一部のみを空間的に遮蔽するように設けら
れ、その遮蔽される部分は空間に露出していることを特
徴とする微小冷陰極が提供される。
【００１２】
【００１３】本発明の冷陰極は、絶縁膜側面と円錐状エ
ミッタとの間に壁部からなる遮蔽体を設けられ、絶縁膜
の少なくとも一部がエミッタ電極から空間的に遮蔽され
ている。このため、エミッタ電極から飛来する金属粒子
等の絶縁膜側面への導電性膜の付着が効果的に防止され
る。これにより電流リークの発生を抑えることができ
る。
ミッタとの間に壁部からなる遮蔽体を設けられ、絶縁膜
の少なくとも一部がエミッタ電極から空間的に遮蔽され
ている。このため、エミッタ電極から飛来する金属粒子
等の絶縁膜側面への導電性膜の付着が効果的に防止され
る。これにより電流リークの発生を抑えることができ
る。
【００１４】また本発明によれば、エミッタ電極と絶縁
膜との間に壁部が設けられた微小冷陰極の製造方法にお
いて、 （ａ）シリコン基板上に第一の絶縁膜を形成した後、該
第一の絶縁膜にリング状の溝を形成する工程、 （ｂ）前記第一の絶縁膜の上面に前記溝を埋めるように
第二の絶縁膜を形成する工程、 （ｃ）前記第二の絶縁膜上にゲート膜を形成する工程、 （ｄ）前記第一の絶縁膜、前記第二の絶縁膜、および前
記ゲート膜の側面を露出させるように、前記溝の内側
に、前記基板に達する開口部を設けた後、前記開口部周
辺に犠牲層を斜め蒸着し、さらにエミッタ材料を蒸着し
て円錐状エミッタを形成した後、前記犠牲層をエッチン
グ除去する工程、および （ｅ）前記第一の絶縁膜、前記第二の絶縁膜をウエット
エッチングし、エミッタの脇に壁部を形成する工程を含
むことを特徴とする微小冷陰極の製造方法が提供され
る。ここで上記（ｃ）の工程で、第二の絶縁膜とゲート
膜との間に窒化シリコン膜を設けてもよい。これにより
沿面距離を長くし、ゲート膜下面と基板との間のリーク
を防止することができる。
膜との間に壁部が設けられた微小冷陰極の製造方法にお
いて、 （ａ）シリコン基板上に第一の絶縁膜を形成した後、該
第一の絶縁膜にリング状の溝を形成する工程、 （ｂ）前記第一の絶縁膜の上面に前記溝を埋めるように
第二の絶縁膜を形成する工程、 （ｃ）前記第二の絶縁膜上にゲート膜を形成する工程、 （ｄ）前記第一の絶縁膜、前記第二の絶縁膜、および前
記ゲート膜の側面を露出させるように、前記溝の内側
に、前記基板に達する開口部を設けた後、前記開口部周
辺に犠牲層を斜め蒸着し、さらにエミッタ材料を蒸着し
て円錐状エミッタを形成した後、前記犠牲層をエッチン
グ除去する工程、および （ｅ）前記第一の絶縁膜、前記第二の絶縁膜をウエット
エッチングし、エミッタの脇に壁部を形成する工程を含
むことを特徴とする微小冷陰極の製造方法が提供され
る。ここで上記（ｃ）の工程で、第二の絶縁膜とゲート
膜との間に窒化シリコン膜を設けてもよい。これにより
沿面距離を長くし、ゲート膜下面と基板との間のリーク
を防止することができる。
【００１５】さらに本発明によれば、シリコン基板と、
該シリコン基板の表面上に形成された絶縁膜と、その上
に形成された導電性ゲート膜とを有し、該絶縁膜および
該導電性ゲート膜に前記基板に達する開口部が設けら
れ、該開口部にエミッタ電極が形成され、前記エミッタ
電極と前記絶縁膜との間に段差部が設けられ、該段差部
が、電圧印加時に前記エミッタ電極より飛来する金属粒
子から前記絶縁膜の一部を空間的に遮蔽するように設け
られ、その遮蔽される部分は空間に露出している微小冷
陰極の製造方法であって、 （ａ）シリコン基板上に窒化膜、第一の絶縁膜を形成し
た後、フォトレジストをマスクとして該窒化膜および該
第一の絶縁膜をエミッタ形成用マスクに形成する工程、 （ｂ）前記エミッタ形成用マスクを用いて、シリコン基
板をエッチングしてシリコン柱状構造を形成する工程、 （ｃ）前記シリコン柱状構造を酸化し、前記シリコン柱
状構造中央部にくびれ部を形成する工程、 （ｄ）前記窒化膜をマスクとして、前記シリコン基板を
エッチングして、くびれの下部に前記シリコン柱状構造
を延長して形成する工程、 （ｅ）前記（ｄ）工程で得られた前記シリコン柱状構造
を酸化し、前記くびれ部において、このシリコン柱状構
造を上下に２分割するとともに、前記シリコン基板表面
にシリコン酸化膜を形成する工程、 （ｆ）前記窒化膜と、前記くびれ部より上部のシリコン
と、をエッチングにより除去し、前記シリコン柱状構造
からなるエミッタを形成した後、該エミッタの周囲の前
記シリコン酸化膜にリング状の溝を形成する工程、 （ｇ）前記溝を埋めるように前記シリコン酸化膜上に第
二の絶縁膜を形成し、その上にゲート膜、それに続いて
第三の絶縁膜を形成する工程、 （ｈ）前記ゲート膜および前記第三の絶縁膜の一部をエ
ッチング除去して、前記エミッタ上部において前記ゲー
ト膜の側面を露出させる工程、及び （ｉ）前記第二の絶縁膜および前記シリコン酸化膜をウ
エットエッチングして前記エミッタ先端を露出させ、前
記シリコン酸化膜の段差部を形成する工程を含むことを
特徴とする微小冷陰極の製造方法が提供される。
該シリコン基板の表面上に形成された絶縁膜と、その上
に形成された導電性ゲート膜とを有し、該絶縁膜および
該導電性ゲート膜に前記基板に達する開口部が設けら
れ、該開口部にエミッタ電極が形成され、前記エミッタ
電極と前記絶縁膜との間に段差部が設けられ、該段差部
が、電圧印加時に前記エミッタ電極より飛来する金属粒
子から前記絶縁膜の一部を空間的に遮蔽するように設け
られ、その遮蔽される部分は空間に露出している微小冷
陰極の製造方法であって、 （ａ）シリコン基板上に窒化膜、第一の絶縁膜を形成し
た後、フォトレジストをマスクとして該窒化膜および該
第一の絶縁膜をエミッタ形成用マスクに形成する工程、 （ｂ）前記エミッタ形成用マスクを用いて、シリコン基
板をエッチングしてシリコン柱状構造を形成する工程、 （ｃ）前記シリコン柱状構造を酸化し、前記シリコン柱
状構造中央部にくびれ部を形成する工程、 （ｄ）前記窒化膜をマスクとして、前記シリコン基板を
エッチングして、くびれの下部に前記シリコン柱状構造
を延長して形成する工程、 （ｅ）前記（ｄ）工程で得られた前記シリコン柱状構造
を酸化し、前記くびれ部において、このシリコン柱状構
造を上下に２分割するとともに、前記シリコン基板表面
にシリコン酸化膜を形成する工程、 （ｆ）前記窒化膜と、前記くびれ部より上部のシリコン
と、をエッチングにより除去し、前記シリコン柱状構造
からなるエミッタを形成した後、該エミッタの周囲の前
記シリコン酸化膜にリング状の溝を形成する工程、 （ｇ）前記溝を埋めるように前記シリコン酸化膜上に第
二の絶縁膜を形成し、その上にゲート膜、それに続いて
第三の絶縁膜を形成する工程、 （ｈ）前記ゲート膜および前記第三の絶縁膜の一部をエ
ッチング除去して、前記エミッタ上部において前記ゲー
ト膜の側面を露出させる工程、及び （ｉ）前記第二の絶縁膜および前記シリコン酸化膜をウ
エットエッチングして前記エミッタ先端を露出させ、前
記シリコン酸化膜の段差部を形成する工程を含むことを
特徴とする微小冷陰極の製造方法が提供される。
【００１６】上述した本発明の微小冷陰極の製造方法
は、いずれも、溝を利用してエミッタ電極の脇に遮蔽体
を設けるものである。
は、いずれも、溝を利用してエミッタ電極の脇に遮蔽体
を設けるものである。
【００１７】なお、請求項４記載の微小冷陰極の製造方
法において、シリコン酸化膜は、第二の絶縁膜よりもウ
エットエッチングを行う際のエッチングレートの低い材
料からなることが好ましい。このようにすることによ
り、壁部あるいは段差部を容易に形成できるからであ
る。シリコン酸化膜と第二の絶縁膜の組み合わせとして
は、例えば、第一の絶縁膜を熱酸化膜、第二の絶縁膜を
ＨＴＯ（Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐａｒａｔｕｒｅ Ｏｘｉｄ
ｅ）膜とする組み合わせがある。
法において、シリコン酸化膜は、第二の絶縁膜よりもウ
エットエッチングを行う際のエッチングレートの低い材
料からなることが好ましい。このようにすることによ
り、壁部あるいは段差部を容易に形成できるからであ
る。シリコン酸化膜と第二の絶縁膜の組み合わせとして
は、例えば、第一の絶縁膜を熱酸化膜、第二の絶縁膜を
ＨＴＯ（Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐａｒａｔｕｒｅ Ｏｘｉｄ
ｅ）膜とする組み合わせがある。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明における壁部または段差部
は、エミッタ電極と絶縁膜との間に設けられ、絶縁膜を
エミッタ電極から空間的に遮蔽するものである。すなわ
ち、絶縁膜を電圧印加時にエミッタ電極より飛来する金
属粒子等から空間的に遮蔽するものである。具体的に
は、例えば図１（ｇ）に示されているような、エミッタ
電極と絶縁膜との間に設けられた壁部１３をいう。ある
いは、図２（ｊ）に示されているような、エミッタ電極
と絶縁膜との間に設けられた段差部１２をいう。このよ
うな遮蔽体を設けることにより、絶縁膜、すなわち図１
（ｇ）、図２（ｊ）における絶縁膜７の側面の一部が、
遮蔽体によって遮られることとなり、エミッタ電極より
飛来する金属粒子等が絶縁膜に付着するのを防止するこ
とができる。遮蔽体は、通常、絶縁体からなるものとす
る。絶縁体でなければ冷陰極の機能が害される場合があ
るからである。
は、エミッタ電極と絶縁膜との間に設けられ、絶縁膜を
エミッタ電極から空間的に遮蔽するものである。すなわ
ち、絶縁膜を電圧印加時にエミッタ電極より飛来する金
属粒子等から空間的に遮蔽するものである。具体的に
は、例えば図１（ｇ）に示されているような、エミッタ
電極と絶縁膜との間に設けられた壁部１３をいう。ある
いは、図２（ｊ）に示されているような、エミッタ電極
と絶縁膜との間に設けられた段差部１２をいう。このよ
うな遮蔽体を設けることにより、絶縁膜、すなわち図１
（ｇ）、図２（ｊ）における絶縁膜７の側面の一部が、
遮蔽体によって遮られることとなり、エミッタ電極より
飛来する金属粒子等が絶縁膜に付着するのを防止するこ
とができる。遮蔽体は、通常、絶縁体からなるものとす
る。絶縁体でなければ冷陰極の機能が害される場合があ
るからである。
【００１９】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【００２０】第一の実施例について図１により説明す
る。まずシリコン基板１上に第一の絶縁膜として熱酸化
膜２を３０００Å形成する（図１（ａ））。次にレジス
ト４を用いて熱酸化膜２にリング状溝（外径１２０００
Å、内径８０００Å）を形成する（図１（ｂ））。図に
はリング状溝の断面部が示されている。つづいてリング
状溝を第二の絶縁膜（ＨＴＯ膜）７で埋めた後、表面を
平坦化する（図１（ｃ））。その上に窒化シリコン膜８
を形成した後（図１（ｄ））、ＷＳｉからなるゲート膜
３を形成する（図１（ｅ））。つづいてシリコン基板に
達する開口部（５０００Å径）を設けた後、犠牲層を斜
め蒸着し、さらにエミッタ材料を蒸着して円錐状エミッ
タを形成する。その後、犠牲層をエッチング除去する
（図１（ｆ））。次に酸化膜ウエットエッチングを行
い、ＨＴＯ膜７を５０００Åエッチングする。このとき
熱酸化膜２は１０００Å程度しかエッチングされず、エ
ッチングレートの相違により図１（ｇ）のようなエミッ
タの脇に壁を有する冷陰極構造が形成される。
る。まずシリコン基板１上に第一の絶縁膜として熱酸化
膜２を３０００Å形成する（図１（ａ））。次にレジス
ト４を用いて熱酸化膜２にリング状溝（外径１２０００
Å、内径８０００Å）を形成する（図１（ｂ））。図に
はリング状溝の断面部が示されている。つづいてリング
状溝を第二の絶縁膜（ＨＴＯ膜）７で埋めた後、表面を
平坦化する（図１（ｃ））。その上に窒化シリコン膜８
を形成した後（図１（ｄ））、ＷＳｉからなるゲート膜
３を形成する（図１（ｅ））。つづいてシリコン基板に
達する開口部（５０００Å径）を設けた後、犠牲層を斜
め蒸着し、さらにエミッタ材料を蒸着して円錐状エミッ
タを形成する。その後、犠牲層をエッチング除去する
（図１（ｆ））。次に酸化膜ウエットエッチングを行
い、ＨＴＯ膜７を５０００Åエッチングする。このとき
熱酸化膜２は１０００Å程度しかエッチングされず、エ
ッチングレートの相違により図１（ｇ）のようなエミッ
タの脇に壁を有する冷陰極構造が形成される。
【００２１】このような構造の冷陰極において、エミッ
タの脇の熱酸化膜からなる壁は、円錐状エミッタがスパ
ッタされた場合に発生する金属粒子に対しリークパスを
切断する壁としての役割を果たす。このため、エミッタ
−ゲート間の電流リークを効果的に防止できる。
タの脇の熱酸化膜からなる壁は、円錐状エミッタがスパ
ッタされた場合に発生する金属粒子に対しリークパスを
切断する壁としての役割を果たす。このため、エミッタ
−ゲート間の電流リークを効果的に防止できる。
【００２２】次に第二の実施例について図２により説明
する。まずシリコン基板の所定部分に窒化シリコン８ａ
を８００Å、酸化シリコン膜２を５０００Å形成した
後、エミッタ形成用円盤状マスクとしてレジスト４を５
０００Å径として形成する（図２（ａ））。ついでシリ
コンエッチングを３０００Å行い、シリコン柱状構造を
形成する（図２（ｂ））。その後、酸化を行い、酸化シ
リコン膜２を２５００Å形成し、柱状構造中央部にくび
れを設ける（図２（ｃ））。つづいて酸化シリコン膜２
を２６００Å異方性エッチングし、シリコン部分を４０
００Å異方性エッチングし、くびれの下部にシリコン柱
状構造を形成する。つづいてくびれ部分においてシリコ
ンが上下に２分割されるまで酸化を行う。酸化膜２は３
０００Åである。次に窒化シリコン膜８およびくびれ上
部のシリコンをエッチング除去した後、熱酸化膜にリン
グ状溝（外径１２０００Å、内径８０００Å）を形成す
る（図２（ｆ））。このリング状溝をＨＴＯ膜で埋めた
後、窒化シリコン膜８ｂ、ゲート膜３を形成する（図２
（ｇ））。次に酸化シリコン膜を６０００Å形成し、リ
フローさせる（図２（ｈ））。リフローによりエミッタ
上部の酸化シリコン膜が薄くなる。つづいて酸化シリコ
ンリフロー膜９をドライエッチングした後、エミッタ上
部のゲート膜を露出される（図２（ｉ））。最後にゲー
ト膜３、窒化シリコン膜８ｂをドライエッチングし、酸
化シリコン膜２をウエットエッチングしてエミッタ先端
および酸化膜中の溝を露出させる（図２（ｊ））。
する。まずシリコン基板の所定部分に窒化シリコン８ａ
を８００Å、酸化シリコン膜２を５０００Å形成した
後、エミッタ形成用円盤状マスクとしてレジスト４を５
０００Å径として形成する（図２（ａ））。ついでシリ
コンエッチングを３０００Å行い、シリコン柱状構造を
形成する（図２（ｂ））。その後、酸化を行い、酸化シ
リコン膜２を２５００Å形成し、柱状構造中央部にくび
れを設ける（図２（ｃ））。つづいて酸化シリコン膜２
を２６００Å異方性エッチングし、シリコン部分を４０
００Å異方性エッチングし、くびれの下部にシリコン柱
状構造を形成する。つづいてくびれ部分においてシリコ
ンが上下に２分割されるまで酸化を行う。酸化膜２は３
０００Åである。次に窒化シリコン膜８およびくびれ上
部のシリコンをエッチング除去した後、熱酸化膜にリン
グ状溝（外径１２０００Å、内径８０００Å）を形成す
る（図２（ｆ））。このリング状溝をＨＴＯ膜で埋めた
後、窒化シリコン膜８ｂ、ゲート膜３を形成する（図２
（ｇ））。次に酸化シリコン膜を６０００Å形成し、リ
フローさせる（図２（ｈ））。リフローによりエミッタ
上部の酸化シリコン膜が薄くなる。つづいて酸化シリコ
ンリフロー膜９をドライエッチングした後、エミッタ上
部のゲート膜を露出される（図２（ｉ））。最後にゲー
ト膜３、窒化シリコン膜８ｂをドライエッチングし、酸
化シリコン膜２をウエットエッチングしてエミッタ先端
および酸化膜中の溝を露出させる（図２（ｊ））。
【００２３】以上のようにして得られた図２（ｊ）の構
造の冷陰極は、第一の絶縁膜（酸化シリコン膜）と第二
の絶縁膜（ＨＴＯ膜）とのウエットエッチング時のエッ
チングレートの相違により、段差部が形成される。この
ため絶縁膜への導電性膜の付着による電流リークが起こ
りにくい構造となっている。
造の冷陰極は、第一の絶縁膜（酸化シリコン膜）と第二
の絶縁膜（ＨＴＯ膜）とのウエットエッチング時のエッ
チングレートの相違により、段差部が形成される。この
ため絶縁膜への導電性膜の付着による電流リークが起こ
りにくい構造となっている。
【００２４】
【発明の効果】本発明によれば、絶縁膜側面と円錐状エ
ミッタとの間に壁部を設けているため、絶縁膜側面への
導電性膜の付着が効果的に防止され、電流リークを効果
的に防止できる。
ミッタとの間に壁部を設けているため、絶縁膜側面への
導電性膜の付着が効果的に防止され、電流リークを効果
的に防止できる。
【図１】本発明における微小冷陰極の製造工程を説明す
る図である。
る図である。
【図２】本発明における微小冷陰極の製造工程を説明す
る図である。
る図である。
【図３】従来の微小冷陰極の断面構造を示す図である。
【図４】従来の微小冷陰極の断面構造を示す図である。
【図５】従来の微小冷陰極の製造工程を説明する図であ
る。
る。
【図６】従来の微小冷陰極の製造工程を説明する図であ
る。
る。
１ シリコン基板 ２ 酸化シリコン膜 ３ ゲート膜 ４ レジスト ５ 犠牲層 ６ エミッタ材料層 ７ ＨＴＯ膜 ８、８ａ、８ｂ 窒化シリコン膜 ９ 酸化シリコンリフロー膜 １０ 第一の絶縁膜 １１ 第二の絶縁膜 １２ 段差部 １３ 壁部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01J 1/304 H01J 9/02
Claims (5)
- 【請求項１】 シリコン基板と、該シリコン基板の表面
上に形成された絶縁膜と、その上に形成された導電性ゲ
ート膜とを有し、該絶縁膜および該導電性ゲート膜に前
記基板に達する開口部が設けられ、該開口部にエミッタ
電極が形成された微小冷陰極において、 前記エミッタ電極と前記絶縁膜との間に壁部が設けら
れ、該壁部が、電圧印加時に前記エミッタ電極より飛来
する金属粒子から前記絶縁膜の一部のみを空間的に遮蔽
するように設けられ、その遮蔽される部分は空間に露出
していることを特徴とする微小冷陰極。 - 【請求項２】 前記壁部が絶縁体からなる請求項１に記
載の微小冷陰極。 - 【請求項３】 請求項１または２に記載の微小冷陰極の
製造方法であって、 （ａ）シリコン基板上に第一の絶縁膜を形成した後、該
第一の絶縁膜にリング状の溝を形成する工程、 （ｂ）前記第一の絶縁膜の上面に前記溝を埋めるように
第二の絶縁膜を形成する工程、 （ｃ）前記第二の絶縁膜上にゲート膜を形成する工程、 （ｄ）前記第一の絶縁膜、前記第二の絶縁膜および前記
ゲート膜の側面を露出させるように、前記溝の内側に、
前記基板に達する開口部を設けた後、前記開口部周辺に
犠牲層を斜め蒸着し、さらにエミッタ材料を蒸着して円
錐状エミッタを形成した後、前記犠牲層をエッチング除
去する工程、および （ｅ）前記第一の絶縁膜および前記第二の絶縁膜をウエ
ットエッチングし、エミッタの脇に壁部を形成する工程
を含むことを特徴とする微小冷陰極の製造方法。 - 【請求項４】 シリコン基板と、該シリコン基板の表面
上に形成された絶縁膜と、その上に形成された導電性ゲ
ート膜とを有し、該絶縁膜および該導電性ゲート膜に前
記基板に達する開口部が設けられ、該開口部にエミッタ
電極が形成され、前記エミッタ電極と前記絶縁膜との間
に段差部が設けられ、該段差部が、電圧印加時に前記エ
ミッタ電極より飛来する金属粒子から前記絶縁膜の一部
を空間的に遮蔽するように設けられ、その遮蔽される部
分は空間に露出している微小冷陰極の製造方法であっ
て、 （ａ）シリコン基板上に窒化膜、第一の絶縁膜を形成し
た後、フォトレジストをマスクとして該窒化膜および該
第一の絶縁膜をエミッタ形成用マスクに形成する工程、 （ｂ）前記エミッタ形成用マスクを用いて、シリコン基
板をエッチングしてシリコン柱状構造を形成する工程、 （ｃ）前記シリコン柱状構造を酸化し、前記シリコン柱
状構造中央部にくびれ部を形成する工程、 （ｄ）前記窒化膜をマスクとして、前記シリコン基板を
エッチングして、くびれの下部に前記シリコン柱状構造
を延長して形成する工程、 （ｅ）前記（ｄ）工程で得られた前記シリコン柱状構造
を酸化し、前記くびれ部において、このシリコン柱状構
造を上下に２分割するとともに、前記シリコン基板表面
にシリコン酸化膜を形成する工程、 （ｆ）前記窒化膜と、前記くびれ部より上部のシリコン
と、をエッチングにより除去し、前記シリコン柱状構造
からなるエミッタを形成した後、該エミッタの周囲の前
記シリコン酸化膜にリング状の溝を形成する工程、 （ｇ）前記溝を埋めるように前記シリコン酸化膜上に第
二の絶縁膜を形成し、その上にゲート膜、それに続いて
第三の絶縁膜を形成する工程、 （ｈ）前記ゲート膜および前記第三の絶縁膜の一部をエ
ッチング除去して、前記エミッタ上部において前記ゲー
ト膜の側面を露出させる工程、及び （ｉ）前記第二の絶縁膜および前記シリコン酸化膜をウ
エットエッチングして前記エミッタ先端を露出させ、前
記シリコン酸化膜の段差部を形成する工程を含むことを
特徴とする微小冷陰極の製造方法。 - 【請求項５】 前記（ｅ）工程で形成される前記シリコ
ン酸化膜は、前記第二の絶縁膜より前記ウエットエッチ
ングによるエッチングレートの低い材料からなることを
特徴とする請求項４に記載の微小冷陰極の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33298497A JP3303908B2 (ja) | 1997-12-03 | 1997-12-03 | 微小冷陰極およびその製造方法 |
| US09/203,325 US6369496B1 (en) | 1997-12-03 | 1998-12-02 | Micro cold cathode with shield member |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33298497A JP3303908B2 (ja) | 1997-12-03 | 1997-12-03 | 微小冷陰極およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11167856A JPH11167856A (ja) | 1999-06-22 |
| JP3303908B2 true JP3303908B2 (ja) | 2002-07-22 |
Family
ID=18261016
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33298497A Expired - Fee Related JP3303908B2 (ja) | 1997-12-03 | 1997-12-03 | 微小冷陰極およびその製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6369496B1 (ja) |
| JP (1) | JP3303908B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002298755A (ja) * | 2001-01-26 | 2002-10-11 | Sony Corp | 電子銃と陰極線管及び画像表示装置 |
| US6911768B2 (en) | 2001-04-30 | 2005-06-28 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Tunneling emitter with nanohole openings |
| US6882100B2 (en) | 2001-04-30 | 2005-04-19 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Dielectric light device |
| KR100759376B1 (ko) * | 2001-10-25 | 2007-09-19 | 삼성에스디아이 주식회사 | 삼극관형 전계 방출 표시 장치의 제조방법 |
| KR100441751B1 (ko) * | 2001-12-28 | 2004-07-27 | 한국전자통신연구원 | 전계 방출 소자의 제조 방법 |
| US6822379B2 (en) * | 2002-10-01 | 2004-11-23 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Emission device and method for forming |
| CN107170657A (zh) * | 2017-05-15 | 2017-09-15 | 中国电子科技集团公司第十二研究所 | 一种无集成栅极尖锥阵列场发射阴极的制备方法 |
| CN109767961B (zh) * | 2018-12-28 | 2022-09-23 | 中国电子科技集团公司第十二研究所 | 带屏蔽结构的尖锥阵列型场发射电子源及其制作方法 |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5696028A (en) * | 1992-02-14 | 1997-12-09 | Micron Technology, Inc. | Method to form an insulative barrier useful in field emission displays for reducing surface leakage |
| JPH05242797A (ja) | 1992-02-28 | 1993-09-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電子放出素子の製造方法 |
| JPH0714499A (ja) | 1993-06-24 | 1995-01-17 | Toppan Printing Co Ltd | 電界放出素子 |
| US5394006A (en) * | 1994-01-04 | 1995-02-28 | Industrial Technology Research Institute | Narrow gate opening manufacturing of gated fluid emitters |
| US5442193A (en) | 1994-02-22 | 1995-08-15 | Motorola | Microelectronic field emission device with breakdown inhibiting insulated gate electrode |
| JP2630280B2 (ja) | 1994-11-22 | 1997-07-16 | 日本電気株式会社 | アレイ状電界放射冷陰極とその製造方法 |
| JP3070469B2 (ja) | 1995-03-20 | 2000-07-31 | 日本電気株式会社 | 電界放射冷陰極およびその製造方法 |
| JP2900837B2 (ja) * | 1995-05-31 | 1999-06-02 | 日本電気株式会社 | 電界放射型冷陰極装置及びその製造方法 |
| US6022256A (en) * | 1996-11-06 | 2000-02-08 | Micron Display Technology, Inc. | Field emission display and method of making same |
| US6083069A (en) * | 1998-07-01 | 2000-07-04 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company | Method of making a micro vacuum tube with a molded emitter tip |
-
1997
- 1997-12-03 JP JP33298497A patent/JP3303908B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-12-02 US US09/203,325 patent/US6369496B1/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6369496B1 (en) | 2002-04-09 |
| JPH11167856A (ja) | 1999-06-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2034481C (en) | Self-aligned gate process for fabricating field emitter arrays | |
| US5126287A (en) | Self-aligned electron emitter fabrication method and devices formed thereby | |
| JP3303908B2 (ja) | 微小冷陰極およびその製造方法 | |
| JP2918637B2 (ja) | 微小真空管及びその製造方法 | |
| JP2000021287A (ja) | 電界放出型電子源及びその製造方法 | |
| US5378658A (en) | Patterning process including simultaneous deposition and ion milling | |
| EP0724280A1 (en) | Method of fabricating a field-emission cold cathode | |
| JPH03194829A (ja) | 微小真空三極管とその製造方法 | |
| JPH0831308A (ja) | 電界放出冷陰極の製造方法 | |
| JPH09129126A (ja) | 電界放出陰極及び電界放出型素子の製造方法 | |
| JP3200475B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JP2946706B2 (ja) | 電界電子放出素子 | |
| KR100307192B1 (ko) | 전계방출소자의제조방법 | |
| JP3295864B2 (ja) | 電界放出陰極とその製造方法 | |
| KR100569264B1 (ko) | 전계방출 표시소자의 제조방법 | |
| JP2956565B2 (ja) | 電界放出冷陰極の製造方法 | |
| JPH11238451A (ja) | 電界放出冷陰極及びその製造方法 | |
| JP3097527B2 (ja) | 電界放射型素子の製造方法 | |
| JPH0652791A (ja) | 電子銃の製造方法 | |
| KR100186253B1 (ko) | Locos에 의한 실리콘 fea 제조방법 | |
| JPH05225895A (ja) | 電界放出陰極の作製方法 | |
| JP3011160B2 (ja) | 微小冷陰極及びその製造方法 | |
| KR20010058197A (ko) | 전계방출표시 소자의 제조방법 | |
| JPH0541152A (ja) | 電界放出陰極の製造方法 | |
| KR100292829B1 (ko) | 3극구조의몰리브덴팁전계효과전자방출표시소자제조방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |