JP3679420B2 - ゲート電極成形方法 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、フラット・パネル表示の分野に関する。特に、本発明は、フラット・パネル表示スクリーン用ゲート電極の成形方法に関する。
背景技術
たとえば、冷陰極（cold cathode）を利用するフラット表示装置では、ゲート電極（gate electrode）が必要である。このようなフラット・パネル表示装置では、第一電極（たとえば、ロー電極(row electrode)）と第二電極（たとえば、ゲート電極）との間に、電子放出冷陰極が配置される。ロー電極とゲート電極との間に十分な電位を発生することにより、電子放出冷陰極に電子を放出させる。一つの手法では、放出した電子はゲート電極を介し表示スクリーンに向けて加速させる。このようなフラット・パネル表示装置では、開口を一様かつ一貫して、ゲート電極の重なりを避けるよう各開口間に十分な間隔を設けて配置することが望ましい。
そこで従来技術の図１を参照すると、従来のゲート電極の成形に使用される従来方法工程の側断面図が示されている。従来技術の図１に示すように、第一電極１０２には絶縁層１０４が堆積される。従来のゲート電極成形方法では、非絶縁材が絶縁層１０４の頂面に堆積されて非絶縁材のきわめて薄い絶縁層１０６（たとえば、およそ１００オングストローム）を形成する。
次に、従来技術の図２を参照すると、従来のゲート電極成形方法では、次いで、典型的に１０８で示す球体をきわめて薄い絶縁層１０６上に堆積する。層１０６はきわめて薄いため、こうような従来のゲート成形方法では連続してきわめて薄い非絶縁層１０６を作成することがきわめて難しい。その結果、従来のゲート成形方法では、球体は、きわめて薄い非絶縁層１０６の表面を横切って一様または一貫して堆積されない。
次に、従来技術の図３を参照すると、非絶縁層１１０の第二層が次いできわめて薄い非絶縁層１０６上および球体１０８上に堆積される。従来技術の図３に示すように、非絶縁層１１０の第二層は、きわめて薄い層の非絶縁層１０６よりもかなり厚い。このような従来の手法では、きわめて薄い層の非絶縁層１０６は第二非絶縁層１１０と一緒にゲート電極の本体を構成する。
従来技術の図４に示すように、第二非絶縁層１１０の堆積後、球体１０８と球体１０８に横たわる第二非絶縁層１１０の部分とが除去される。その結果、典型的に１１２で示す、きわめて薄い非絶縁層１０６の区域から第二非絶縁層１１０が除去される。
なお、また従来技術の図４を参照すると、球体１０８と球体１０８に横たわる第二非絶縁層１１０の部分との除去後、エッチング工程が行われる。エッチング工程を用いて、きわめて薄い非絶縁層１０６を介し開口を形成する。上述のように、従来のゲート成形方法では、球体１０８は、きわめて薄い非絶縁層１０６の表面を横切って一様または一貫して堆積されない。その結果、第二非絶縁層１１０ときわめて薄い非絶縁層１０６の従来形成開口も同様にきわめて薄い非絶縁層１０６の表面を横切って一様または一貫して堆積されない。第二非絶縁層１１０ときわめて薄い非絶縁層１０６を介する開口の形成に加えて、従来のゲート電極成形方法のエッチング工程もまた第二非絶縁層１１０を実質的にエッチングする。第二非絶縁層１１０のエッチングによりその厚みを減少する。そのため、第二非絶縁層１１０がエッチング環境を受けた後所望の厚みになるように、第二非絶縁層１１０は、ゲート電極の所望の厚みよりも厚めにしなければならない。このように、従来技術の図５に示すように、従来のゲート電極成形方法は、ゲート電極を介する開口のエッチング時、表面全体を横切るゲート電極の厚みを減少する。
再び従来技術の図５を参照すると、他の欠点として、上記ゲート電極成形方法のエッチング工程中、第二非絶縁層１１０はエッチング環境の対象となる。第二非絶縁層１１０の厚みの減少に加え、エッチング環境は、たとえば、第二非絶縁層１１０の頂面の酸化等有害な影響を誘発する。第二非絶縁層１１０の頂面の酸化は、実質的に堆積した放出材の除去等他の工程を困難にする。このように、従来のゲート電極成形方法はゲート電極に不要なエッチングをさせ、ゲート電極の表面一体性を低下させる。
さらに他の欠点として、エッチング工程後、残るゲート・フィルムの厚み一様性は、採用されるエッチングシステムびエッチング一様性に決定的に左右される。大きい面積のパネルでは、大面積パネルを横切る十分なエッチング一様性を達成することはきわめて困難なため、このようなエッチング非一様性は重要な問題である。エッチング非一様性の問題は、極微小体のエッチング時にさらに悪化される。このように、ゲート電極を介し形成される開口の間隔を改善するゲート電極成形方法にとって困難性が存する。他の困難性は、ゲート電極を介する開口のエッチング時に表面全体を横切るゲート電極の厚みを減少しないゲート電極成形方法に存する。さらに他の困難性は、成形後における良好な表面一体性と非損傷頂面とを有するゲート電極を得る方法に存する。
発明の要約
本発明は、ゲート電極を介し形成される開口の改善間隔を得る方法より構成される。本発明は、さらに、ゲート電極を介し開口をエッチングするとき表面全体を横切るゲート電極の厚みを減少しない方法よりなる。本発明は、また、成形後良好な表面一体性と非損傷頂面とを有するゲート電極を提供する。
具体的には、一実施例において、ゲート金属層が下地基体上に形成されるようにゲート金属を下地基体上に堆積することよりなる。本発明において、ゲート金属層は、ゲート電極に望まれる厚みとほぼ同じ厚みにされる。次に、本発明は、ポリマー粒子をゲート金属層上に一様かつ一貫して堆積する。ついで犠牲ハード・マスク層をポリマー粒子とゲート金属層との上方に堆積する。本発明において、犠牲ハード・マスク層は、ゲート金属のエッチング中に悪影響／実質的にエッチングされない材料からなる。本発明は、ゲート金属層の第一領域が露出されるように、またゲート金属層の第二領域がハード・マスク層により被覆されたままであるように、ポリマー粒子の上になるハード・マスクの部分を除去する。除去工程後、本発明は、開口が第一領域でゲート金属層を介し完全に形成されるようにゲート金属層の第一領域をエッチングする。開口が形成された後、本発明は、ゲート金属層の第二領域の上になるハード・マスク層の残り部分を除去する。
一実施例において、ゲート金属はクロムからなる。このような実施例では、本発明は、開口が第一領域でクロム層を介し完全に形成されるように、塩素と酸素含有エッチング環境を使用して上記クロム層の第一領域を介しエッチングする。本願の目的のため、エッチング環境はエッチングを行うのに使用されるエッチング剤／ガス／プラズマを言う。本実施例は、また、下地基体を弗素含有エッチング環境にさらす。そのようにして、本発明は、クロム層の第一領域でクロム層を介し形成される開口の下の下地基体にそれぞれキャビティを形成する。クロム層の第二領域の上にあるハードマスク層の残り部分の除去後、本実施例は、それぞれキャビティをウエットエッチング剤にさらすことにより下地基体に形成されるキャビティを拡大する。
本発明のさらに他の実施例において、ゲート金属はタンタルよりなる。この本発明は、開口が第一領域でタンタル層を介し完全に形成されるように、塩素含有エッチング環境を使用して上記タンタル層の第一領域を介しエッチングする。本実施例はまた下地基体を塩素含有エッチング環境にさらす。このようにして、本発明は、タンタル層の第一領域でタンタル層を介し形成される開口の下の下地基体にそれぞれキャビティを形成する。タンタル層の第二領域の上になるハードマスク層の残り部分の除去後、本実施例は、それぞれキャビティを液状エッチング剤にさらすことにより下地基体に形成されるそれぞれキャビティを拡大する。
本発明のこれらおよび他の目的と利益は、各図面に例示される好ましい実施例の下記の詳細な説明を読んだ後、通常な技術を有する者にとってかならず明らかになる。
【図面の簡単な説明】
この明細書に組み入れられその一部をなす添付図面は、発明の実施例を例示し、その説明とともに発明の原理を説明する。
図１は、従来のゲート電極の成形中に使用される従来工程を例示する側断面図である。
図２は、従来のゲート電極の成形中に使用される他の従来工程を例示する側断面図である。
図３は、従来のゲート電極の成形中に使用されるさらに他の従来工程を例示する側断面図である。
図４は、従来のゲート電極の成形中に使用される他の従来工程を例示する側断面図である。
図５は、従来のゲート電極の成形中に使用される他の従来工程を例示する側断面図である。
図６−図１３は、本発明によるゲート電極の成形を例示する側断面図である。
この説明中に言及する図面は、特に記載なき限り尺度に基づいて作図されていないものと理解されたい。
好適な実施例の説明
以下、本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。その例が添付図面に例示されている。発明を好ましい実施例について説明するが、それらは発明をこれら実施例に限定するものではない。反対に、発明は、請求項に記載される発明の精神と範囲内に含まれる、代替、変型および同等物を包含するものである。さらにまた、本発明の以下の詳細な説明は、多くの特定詳細事項は本発明を十分に理解させるべく記載されている。しかし、本発明はこれら特定詳細事項なしに実施されることは当業者にとって明らかである。また、周知の方法、手順、構成部分、および回路は、本発明の態様が不必要に不明瞭にならないように、詳細に説明されていない。
図６を参照すると、本発明の開始工程を示す側断面図が示されている。本実施例において、第一電極６００（たとえば、ロー電極）には誘電材よりなる層６０２が堆積される。本実施例において、誘電層６０２は、たとえば、二酸化珪素よりなる。しかし、本発明は、種々他の誘電材の使用に良く適している。さらに、図６に示されていないが、本発明は、また、ロー電極６００と誘電層６０２との間に堆積される抵抗層を含む実施例における使用にも良く適している。このような抵抗層は、明確を目的に図６およびその他の図に示されていない。本実施例において、誘電層６０２はゲート電極を支持する下地基体を形成する。そこで、本願の目的のため、誘電層６０２を“下地基体”（underlying substrate）と称する。
さらに図６を参照すると、ゲート金属層６０４が下地基体６０２の上方に形成されるように、ゲート金属が下地基体６０２の上方に堆積される。本発明において、ゲート金属層６０４は、成形されるゲート電極の所望の厚みとほぼ同じ厚みに堆積される。すなわち、従来のゲート電極成形方法とは異なり、本発明は、ゲート金属を、成形されるゲート電極の企図／所望厚みより厚い厚みに堆積する必要がない。本実施例において、ゲート金属層６０２は、約３００−６００オングストローム範囲内の厚みに堆積される。ゲート金属をこのような厚みに堆積することにより、本発明は、その表面全体を横切る一貫する厚みと一様性を有するゲート金属層６０２を形成する。したがって、本発明は、従来のゲート電極成形方法にみられるきわめて薄い不連続金属層を排除する。本発明の一実施例において、ゲート金属層６０４はクロムよりなる。他の実施例において、ゲート金属層６０４はタンタルよりなる。このような金属は、とくに引用されないが、本発明はクロムまたはタンタルのみの使用に限定されない。
つぎに図７を参照すると、本発明は、ついで、ポリマー粒子または“球体”７００を層６０４上に堆積する。本実施例において、ポリマー粒子７００の堆積は、たとえば、電気泳動堆積法を用いて行われる。
再び図７を参照すると、粒子７００の堆積後、構造部材（すなわち、ロー電極６００，下地基体６０２，層６０４、および新たに堆積した粒子７００）が乾燥される。
なお図７を参照すると、層６０４の厚み（たとえば、３００−１０００オングストローム）、したがって、小抵抗および連続性により、本発明は、粒子７００の間隔の改善一様性を得る。すなわち、本発明は、従来のゲート電極成形方法に比べ粒子間隔の一様性を改善する。
つぎに図８を参照すると、粒子７００の堆積後、本発明は、犠牲“ハード・マスク層”８００をポリマー粒子７００と層７０４上に堆積する。本発明において、ハード・マスク層８００は、ゲート金属をエッチングするため使用されるプラズマエッチング環境を受けるとゲート金属より有意に低いエッチング速度を有する材料からなる。すなわち、本発明の犠牲ハード・マスク層は、本構造のゲート金属または他の層のエッチング中に悪影響／実質的にエッチングされない材料からなる。本実施例において、ハード・マスク層８００は、アルミニュウムからなる。アルミニュウムは本実施例においてハード・マスク層８００の材料として引用されないが、本発明は、また、たとえば、ニッケル、クロム等種々他の材料の使用に良く適している。ハード・マスク層８００の選択は、構造部材の種々層からなる材料（すなわち、ロー電極、抵抗層、誘電体、ゲート電極等からなる材料）に左右される。加えて、本発明において、ハード・マスク層８００の厚みは約２００−１０００オングストロームである。
つぎに、図９を参照すると、本発明はついで粒子７００を除去する。その結果、ポリマー粒子７００上にあるハード・マスク層８００の部分も除去される。したがって、図９に示すように、層６０４の、典型的に９００で示される第一領域は露出され、層６０４の第二領域はハード・マスク層８００の残り部分により被覆されたままである。本実施例において、ポリマー粒子７００は、構造部材を脱イオン水浴に浸漬し、構造部材を、たとえば、音響振動を使用する機械的剥離を受けさせることにより除去される。さらに具体的には、一実施例において、構造部材は、音響変換器にかけて、約５分間、特定サイズ範囲で約５０−２００ワットの電力範囲を有する粒子を除去するのに使用される周波数範囲で振動される。ついで、構造部材は、音響変換器にかけて、約５分間、特定サイズ範囲で約５０−２００ワットの電力範囲を有する粒子を除去するのに必要な周波数範囲で振動される。なお、本発明はまた、音響粒子除去方法のパラメーターを変えるのに良く適している。
なお図９を参照すると、本発明の他の実施例において、粒子７００は、粒子のブラシ掛け（接触または非接触）と相まって粒子７００に高圧流体スプレイを受けさせることにより除去される。
つぎに図１０を参照すると、本発明は次いで、典型的に１００で示す開口が層６０４を介し完全に形成されるように、層６０４の第一領域９００をエッチングする。層６０４がクロムからなる場合の実施例において、塩素と酸素含有エッチング環境を使用して開口１００を形成する。このような実施例では、構造部材に、約４０秒間、電力５０ワット、底部電極バイアス２０ワット、温度６０℃、および圧力１．３３−２．６６Ｐａ（１０−２０ミリ・トル）からなるプラズマエッチング環境を受けさせる。層６０４がタンタルからなる場合の実施例において、弗素含有エッチング環境（たとえば、ＣＨＦ₃／ＣＦ₄）を使用して開口１０００を形成する。このような実施例において、構造部材は、約１６０秒間、電力４００ワット、底部電極バイアス８０ワット、温度６０℃、および圧力１．９９５Ｐａ（１５ミリ・トル）からなるプラズマエッチング環境を受けさせる。しかし、本発明は、プラズマエッチング環境のパラメーターを変えることに良く適している。
なお図１０を参照すると、開口１０００のエッチング中、本発明のハード・マスク層８００は、層６０４の下地頂面をプラズマ環境から保護する。したがって、従来のゲート電極形成方法と異なり、本発明は層６０４の頂面を、たとえば、酸化から保護する。したがって、本発明において、層６０４の頂面の状態は、その後の堆積放出材の除去等他の工程を困難にしない。そのため、本発明は、非損傷頂面を有し良好な表面一体性を有するゲート電極を提供する。
つぎに図１１を参照すると、本発明はついで、下地基体６０２の相当量の厚みをエッチングする。層６０４がクロムからなる場合の実施例において、塩素と酸素含有エッチング環境を使用して開口１０００を形成した場合の実施例において、構造部材は、弗素（たとえば、ＣＨＦ₃／ＣＦ₄）を含有する他のエッチング環境を受ける。弗素エッチング環境を使用して下地基体６０２のキャビティ１１００をエッチングする。本発明において、塩素と酸素含有エッチング環境から弗素含有エッチング環境への変化はエッチング環境の真空を破壊しないでなされる。層６０４がタンタルからなり、弗素含有エッチング環境を使用して開口１０００を形成した場合の実施例において、同じ弗素エッチング環境を使用して下地基体６０２のキャビティ１１００をエッチングする。
再び図１１を参照すると、キャビティ１１００のエッチング中、ハード・マスク層８００は、層６０４の下地上面をプラズマ環境から保護し続ける。したがって、従来のゲート電極成形方法と異なり、本発明は層６０４の頂面を、たとえば、酸化から保護する。
つぎに図１２を参照すると、本発明は次いで、層６０４の第二領域上にあるハード・マスク層８００の残り部分を除去する。したがって、ハード・マスク層８００は、層６０４と下地基体６０２とのエッチング中、層６０４の頂面を保護する。その結果、従来のゲート電極とは異なり、本発明により成形されるゲート電極の頂面は、多くのエッチング工程後でも初期の状態のままである。本実施例において、ハード・マスク層８００は、約１０％の水酸化ナトリウムからなる選択ウエットエッチング剤を使用して除去される。しかし、ハード・マスク層８００はまた、種々他のエッチング剤を使用して除去できる。
次に、図１３を参照すると、ハード・マスク層８００の除去後、本発明は、残りの下地基体６０２を除去し、キャビティ１１００をウエットエッチング剤にさらすことにより下地基体６０２に形成されるキャビティ１１００を拡大する。したがって、ゲート電極と対応する下地キャビティとがこの発明の本実施例により成形される。従来のゲート電極成形方法に関連する多くの欠点を除去することにより、本発明は、歩留りを増大し、スループットを改善し、かつゲート成形に要する費用を削減する。また別に、ある形式の材料では、ハード・マスク層８００は、キャビティのウエットエッチング中（すなわち、拡大中）に除去できることが考えられる。
本発明は、さらに、ゲート電極を介し開口をエッチングしているとき、表面全体を横切るゲート電極の厚みを減少しない方法からなる。本発明は、また、成形後、良好な表面一体性と非損傷頂面とを有するゲート電極を提供する。
例示および説明のため、以上本発明の具体例の説明をした。それらは完全ではなく、または発明を、開示された正確な態様に限定するものではなく、多くの変型および変更が上記の教示に照らし可能である。実施例は、発明の原理およびその実際の適用を良好に説明するために選択説明することによって、他の当業者が発明を最良に利用でき、種々変型を伴う種々実施例は考えられる特別の用途に適している。発明の範囲は添付した請求の範囲およびそれらの均等物により決められる。

Claims (1)

1. ａ）タンタルからなる層を下地基体上に堆積する工程と、
   ｂ）ポリマー粒子を前記タンタルからなる層上に電気泳動堆積法を用いて堆積する工程と、
   ｃ）アルミニュウムからなるハード・マスク層を前記ポリマー粒子と前記タンタルからなる層との上に堆積する工程と、
   ｄ）前記タンタルからなる層の第一領域が露出されるように、また前記タンタルからなる層の第二領域が前記ハード・マスク層により被覆されたままであるように、前記ポリマー粒子と前記ポリマー粒子上に存在する前記ハード・マスク層の部分とを除去する工程と、
   ｅ）前記タンタルからなる層の前記第一領域および前記第一領域の下に位置する前記下地基体の一部とを、ＣＨＦ ₃ とＣＦ ₄ とを含有する環境下でプラズマエッチングすることで、前記第一領域および前記第一領域の下に位置する前記下地基体の一部に開口を形成する工程と、
   ｆ）前記タンタルからなる層の前記第二領域上に存在する前記ハード・マスク層の残り部分を水酸化ナトリウムからなるウエットエッチング剤を使用して除去する工程、とを有することを特徴とする開口を備えるゲート電極の製造方法。

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