JP4513375B2

JP4513375B2 - 電子源およびその製造方法

Info

Publication number: JP4513375B2
Application number: JP2004089772A
Authority: JP
Inventors: 宜志竹川; 勉櫟原; 浩一相澤; 卓哉菰田; 由明本多; 崇幡井
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2004-03-25
Filing date: 2004-03-25
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2024-03-25
Also published as: JP2005276693A

Description

本発明は、電界放射により電子線を放射するようにした電子源およびその製造方法に関するものである。

従来から、この種の電子源として、例えば、図９や図１０に示す構成の電子源１０’，１０”が知られている。

図９に示す構成の電子源１０’は、導電性基板としてのｎ形シリコン基板１の主表面（一表面）側に酸化した多孔質多結晶シリコンよりなる強電界ドリフト層６’が形成され、強電界ドリフト層６’上に金属薄膜（例えば、金薄膜）よりなる表面電極７が形成されている。また、ｎ形シリコン基板１の裏面にはオーミック電極２が形成されており、ｎ形シリコン基板１とオーミック電極２とで下部電極１２を構成している。なお、表面電極７の厚さ寸法は例えば１０ｎｍ程度に設定されている。また、図９に示す構成の電子源１０’では、下部電極１２と強電界ドリフト層６’との間にノンドープの多結晶シリコン層３を介在させてあり、多結晶シリコン層３と強電界ドリフト層６’とで、下部電極１２と表面電極７との間に介在し電子が通過する電子通過層を構成しているが、多結晶シリコン層３を介在させずに強電界ドリフト層６’のみで電子通過層を構成したものも提案されている。

一方、図１０に示した電子源１０”は、絶縁性を有するガラス基板よりなる絶縁性基板１１の一表面上に形成した金属膜により下部電極１２を構成している点が図９の構成とは相違するだけなので、図９に示した電子源１０’と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

上述の電子源１０’，１０”から電子を放出させるには、例えば、表面電極７に対向配置されたコレクタ電極２１を設け、表面電極７とコレクタ電極２１との間を真空とした状態で、表面電極７が下部電極１２に対して高電位側となるように表面電極７と下部電極１２との間に直流電圧Ｖpsを印加するとともに、コレクタ電極２１が表面電極７に対して高電位側となるようにコレクタ電極２１と表面電極７との間に直流電圧Ｖｃを印加する。ここに、直流電圧Ｖpsを適宜に設定すれば、下部電極１２から注入された電子が強電界ドリフト層６’をドリフトし表面電極７を通して放出される（図９、図１０中の一点鎖線は表面電極７を通して放出された電子ｅ⁻の流れを示す）。なお、強電界ドリフト層６’の表面に到達した電子はホットエレクトロンであると考えられ、表面電極７を容易にトンネルし真空中に放出される。

上述の各電子源１０’，１０”では、表面電極７と下部電極１２との間に流れる電流をダイオード電流Ｉpsと呼び、コレクタ電極２１と表面電極７との間に流れる電流をエミッション電流（放出電子電流）Ｉｅと呼ぶことにすれば（図９、図１０参照）、ダイオード電流Ｉpsに対するエミッション電流Ｉｅの比率（＝Ｉｅ／Ｉps）が大きいほど電子放出効率（＝（Ｉｅ／Ｉps）×１００〔％〕）が高くなる。なお、上述の電子源１０’，１０”では、表面電極７と下部電極１２との間に印加する直流電圧Ｖpsを１０〜２０Ｖ程度の低電圧としても電子を放出させることができ、直流電圧Ｖpsが大きいほどエミッション電流Ｉｅが大きくなる。

ところで、電界放射により電子線を放射する電子源としては、上述の構成のもの以外にも種々の構成のものが提案されており、例えば、電子通過部を多孔質半導体層とした構造の電子源（例えば、特許文献１参照）や、絶縁体層としたＭＩＭ（Metal−Insulator−Metal）構造の電子源や、電子通過部を絶縁体層とし電子通過部と下部電極との間に半導体層を介在させたＭＩＳ（Metal−Insulator−Semiconductor）構造の電子源などが提案されている。

また、ディスプレイ用の電子源として、図１０に示した構成の電子源１０”における下部電極１２と電子通過層と表面電極７とで構成される電子源素子に相当する構造を１つの基板に多数形成した構成の電子源も提案されている。（例えば、特許文献２、３、４参照）。

図１１に示す電子源１０は、ディスプレイ用の電子源を構成した一例であって、絶縁性を有するガラス基板よりなる絶縁性基板１１と、絶縁性基板１１の一表面上に列設された金属材料からなる複数本の帯板状の下部配線１２ａと、下部配線１２ａに重なる形で形成された複数の酸化した多孔質多結晶シリコン層よりなるドリフト部６ａおよびドリフト部６ａの間を埋めるノンドープの多結晶シリコン層よりなる分離部６ｂとを有する強電界ドリフト層６と、各ドリフト部６ａそれぞれに積層された複数の表面電極７と、強電界ドリフト層６上に形成され各表面電極７それぞれに対応する部位が開口された絶縁層８と、絶縁層８上において下部配線１２ａと交差する方向（直交する方向）に列設された複数のバス配線２５’とを備えている。

ここにおいて、バス配線２５’は、下部配線１２ａに交差する方向に列設された複数の表面電極７を各列ごとに共通接続するものであって、表面電極７の側方に位置しており、各表面電極７の側縁からは、絶縁層８の表面およびバス配線２５’における表面電極７側の一側面を沿ってバス配線２５’の表面まで延長され表面電極７とバス配線２５’とを電気的に接続する接続配線１６が連続一体に形成されている。言い換えれば、接続配線１６は、表面電極７の側縁からバス配線２５’上まで延長され表面電極７とバス配線２５’との間を電気的に接続するものであり、表面電極７と同じ材料により同時一体に形成されている。また、下部配線１２ａは、長手方向の両端部上にそれぞれパッド２７が形成されている。また、バス配線２５’は長手方向の両端部でそれぞれパッド２８に接続されている。なお、バス配線２５’は電子をトンネルさせる必要がないので、表面電極７に比べて膜厚を厚くすることができ、低抵抗化を図ることができる。

図１１に示した構成の電子源１０では、絶縁性基板１１の一表面上に列設された複数本の下部配線１２ａと、強電界ドリフト層６上に形成された複数の表面電極７との間に強電界ドリフト層６のドリフト部６ａが挟まれているから、バス配線２５’と下部配線１２ａとの組を適宜選択して選択した組間に電圧を印加することにより、選択されたバス配線２５’において下部配線１２ａとの交点に相当する部位に近接した表面電極７下のドリフト部６ａにのみ強電界が作用して電子が放出される。つまり、図１１に示した構成の電子源１０は、表面電極７と表面電極７下のドリフト部６ａと下部配線１２ａのうちドリフト部６ａおよび表面電極７に重なる部分（この部分が図１０における下部電極１２を構成する）とからなる電子源素子を表面電極７の数だけ備えていることになり、電圧を印加するバス配線２５’と下部配線１２ａとの組を選択することによって所望の電子源素子から電子を放出させることが可能になる。ここに、図１１に示した電子源１０では、強電界ドリフト層６が電子通過層を構成しており、電子通過層におけるドリフト部６ａを電子が下部配線１２ａから表面電極７へ向かって通過するが、電子通過層の全てをドリフト部６ａにより構成した構造も提案されている。

なお、上述のように多数の電子源素子およびバス配線を備えた電子源は、上記特許文献２〜４に限らず、上記特許文献１にも開示されている。
特開平９−２５９７９５号公報特開２０００−１８８０５７号公報特開２００２−３４３２３０号公報特開２００３−１９７０８８号公報

ところで、上述の電子源１０における電子源素子は、表面電極７を通して電子が放射されるものであるから、表面電極７とバス配線２５’とで要求される特性が異なり、表面電極７とバス配線２５’とが互いに異なる金属材料により形成されることが多い。

ここに、上述の電子源素子は、電子が表面電極７をトンネルして放出されるものであるから、膜厚を１０ｎｍ以下に設定してあり、表面電極７の表面が酸化などの変質を起こすと電子放出効率が減少するので、表面電極７の材料としては、耐酸化性が要求され、化学的安定性の観点から、金や白金などの貴金属を採用することが望ましいと考えられている。一方、バス配線２５’は、電子をトンネルさせる必要がなく低抵抗であることが要求されるから、バス配線２５’の材料としては、電気伝導度の観点から、金、銀、銅、アルミニウム、金合金、銅合金、アルミニウム合金などの低抵抗材料を採用することが考えられ、材料コストの観点から、アルミニウムやアルミニウム合金を採用することが望ましいと考えられる。

しかしながら、表面電極７とバス配線２５’とで異なる材料を採用した場合、バス配線２５’および表面電極７を形成した後に、電子源素子の特性の均一性、安定性を向上させるための熱処理や、組立時の真空封止工程での熱処理によって、バス配線２５’と表面電極７との間で断線不良が発生したりバス電極２５’と表面電極７との間の抵抗値が上昇するという問題があった。

また、バス配線２５’は、複数の表面電極７が電気的に接続されるとともに外部接続用のパッド２８が電気的に接続されるものであって、絶縁層８上で複数の下部配線１２ａに交差する方向を長手方向として形成されるので、個々の電子源素子の電子放出量を多くする（つまり、表面電極７の表面積を大きくする）ためにバス配線２５’の線幅を小さくすることが要求され、しかも、下部配線１２ａに起因した絶縁層８表面の段差を反映した段差部での断線を防止する必要があるので、バス配線２５’の厚さ寸法を比較的大きく設定することが要求される
特にディスプレイ用の電子源においては、表示面積の大面積化、高輝度化のために長くて細いバス配線２５’が要求され、表示の均一性向上、応答速度向上のために低抵抗のバス配線２５’が要求される。したがって、製造技術としては、長く且つ細い低抵抗のバス配線を無欠陥ないし低欠陥密度で作製する技術が要求される。

しかしながら、低抵抗材料は、一般に融点が比較的低く、金属原子のマイグレーションが起こりやすいので、電子源素子の特性の均一性、安定性を向上させるための熱処理や、組立時の真空封止工程での熱処理によって、下部配線１２ａに起因した段差部で金属原子のマイグレーションにより確率的に断線が発生するという問題があった。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、熱処理の影響を受けてバス配線やバス配線と表面電極との間が断線するのを防止することができる電子源およびその製造方法を提供することにある。

請求項１の発明は、基板の一表面側に形成された下部電極と、基板の前記一表面側において下部電極を覆うように形成された電子通過層と、電子通過層の表面上に形成され下部電極に重なる表面電極と、電子通過層の表面側で表面電極の側方に位置し表面電極から連続一体に延長された接続配線の一部が積層され接続配線を介して表面電極が接続されるバス配線とを備え、バス配線と下部電極との間にバス配線を高電位側として電圧を印加することにより表面電極を通して電子が放射される電子源であって、バス配線は、当該バス配線用にパターニングされた低抵抗金属膜と、低抵抗金属膜を覆うように形成された高融点導体膜とからなり、接続配線の一部が高融点導体膜上に積層されてなることを特徴とする。

この発明によれば、バス配線の低抵抗金属膜と表面電極から連続一体に延長された接続配線との間に高融点導体膜が介在しているので、低抵抗金属膜と表面電極とが異なる材料により形成されている場合に低抵抗金属膜と接続配線との間で互いの構成原子が拡散するのを防止することができて、バス配線と表面電極との間で断線や抵抗値上昇が起こるのを防止することができ、また、熱処理による低抵抗金属膜の金属原子のマイグレーションが起こって低抵抗金属膜が局所的に断線しても低抵抗金属膜の断線箇所は高融点導体膜を介して電気的に接続されているので、バス配線が断線するのを防止することができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記低抵抗金属膜は、金、銀、銅、アルミニウム、金合金、銀合金、銅合金、アルミニウム合金からなる群より選択される低抵抗金属により形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記バス配線における前記低抵抗金属膜の抵抗値を低くすることができるとともに、前記低抵抗金属膜の形成を一般的な半導体製造プロセスで行うことができる。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記高融点導体膜は、導電性窒化金属、導電性炭化金属、高融点金属からなる群より選択される高融点導体により形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記高融点導体膜の拡散バリア性を再現性良く確保することができ、前記バス配線と前記表面電極との間で断線や抵抗値の上昇が起こるのをより確実に防止することができる。

請求項４の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記高融点導体膜は、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウム、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウム、炭化タンタル、クロム、タンタル、チタン、タングステンからなる群より選択される高融点導体により形成されてなることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１記載の電子源の製造方法であって、前記バス配線の形成にあたっては、前記基板の前記一表面側にバス配線形成用の開口パターンを有するレジスト層を形成し、その後、前記基板の前記一表面側に低抵抗金属膜、高融点導体膜を順次成膜してから、レジスト層およびレジスト層上の低抵抗金属膜と高融点導体膜との積層膜を除去することによりバス配線を形成することを特徴とする。

この発明によれば、熱処理の影響を受けてバス配線やバス配線と表面電極との間が断線するのを防止することができる電子源を提供することができる。

請求項６の発明は、請求項１記載の電子源の製造方法であって、前記バス配線の形成にあたっては、前記基板の前記一表面側にバス配線用にパターニングされた低抵抗金属膜を形成し、その後、選択ＣＶＤ法により低抵抗金属膜を覆う高融点導体膜を成膜することを特徴とする。

請求項１の発明では、バス電極を備えた電子源の製造歩留まりを高めることができるとともに、信頼性および動作安定性を向上できるという効果がある。

請求項５，６の発明では、熱処理の影響を受けてバス配線やバス配線と表面電極との間が断線するのを防止することができる電子源を提供することができるという効果がある。

（実施形態１）
まず、図１および図２を参照しながら本実施形態の電子源１０について説明した後で、製造方法について図３を参照しながら説明するが、図１１に示した従来構成と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。

本実施形態の電子源１０の基本構成は図１１に示した構成と略同じであって、バス配線２５が、当該バス配線２５用にパターニングされた低抵抗金属膜２３ａと、低抵抗金属膜２３ａを覆う形で形成された高融点導体膜２４ａとからなり、接続配線１６の一部が高融点導体膜２４ａに積層されてなる点などが相違する。なお、本実施形態では、絶縁性基板１１が基板を構成している。

ところで、本実施形態の電子源１０における強電界ドリフト層６のドリフト部６ａは、後述の製造方法にて説明するように絶縁性基板１１の上記一表面側に各下部配線１２ａを形成した後で絶縁性基板１１の上記一表面側に成膜したノンドープの多結晶シリコン層に対してナノ結晶化プロセス、酸化プロセスを順次施すことにより形成されており、図２に示すように、少なくとも、下部配線１２ａの表面側に列設された柱状の多結晶シリコンのグレイン（半導体結晶）５１と、グレイン５１の表面に形成された薄いシリコン酸化膜５２と、グレイン５１間に介在する多数のナノメータオーダのシリコン微結晶（半導体微結晶）６３と、シリコン微結晶６３の表面に形成され当該シリコン微結晶６３の結晶粒径よりも小さな膜厚の絶縁膜であるシリコン酸化膜６４とから構成されると考えられる。ここに、各グレイン５１は、下部配線１２ａの厚み方向に延びている（つまり、絶縁性基板１１の厚み方向に延びている）。図２中の矢印は、電子源１０を駆動する際に表面電極７を高電位側として表面電極７と下部配線１２ａとの間に電圧を印加した時に下部配線１２ａから注入された電子ｅ⁻の流れを示しており、下部配線１２ａから注入された電子はシリコン酸化膜６４にかかっている強電界により加速され、ドリフト部６ａにおけるグレイン５１間の領域を表面電極７に向かってドリフトし、表面電極７を通して放出される。

本実施形態では、表面電極７の材料として金を採用しているが、金に限らず、白金などの他の貴金属を採用してもよい。また、表面電極７の膜厚を１０ｎｍに設定してあるが、表面電極７の膜厚は１０ｎｍ以下に設定することが望ましく、膜厚制御性、被覆性などの観点から、５ｎｍ〜１０ｎｍの範囲で設定することが好ましい。

また、バス配線２５の低抵抗金属膜２３ａの材料としては、抵抗値を決める電気伝導度の観点から、例えば、金、銀、銅、アルミニウム、金合金、銀合金、銅合金、アルミニウム合金などの低抵抗金属を採用することが望ましいが、電気伝導度、材料コスト、汎用性の観点からは、アルミニウムまたはアルミニウム合金（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）を採用することが好ましい。

また、高融点導体膜２４ａの材料としては、電子源素子の特性の均一性、安定性を向上させるための熱処理や、組立時の真空封止工程での熱処理によってマイグレーションが起こりにくく且つ抵抗が比較的低い材料を採用する必要があるが、高融点導体膜２４ａの材料としては、抵抗値、耐熱性、材料コストなどの観点から、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウムなどの導電性窒化金属や、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウム、炭化タンタルなどの導電性炭化金属や、クロム、タンタル、チタン、タングステンなどの高融点金属を採用することが好ましい。ただし、高融点導体膜２４ａの材料としては、これらの材料以外の高融点導体材料を採用してもよい。

しかして、本実施形態の電子源１０では、バス配線２５がバス配線２５用にパターニングされた低抵抗金属膜２３ａと高融点導体膜２４ａとで構成されており、低抵抗金属膜２３ａと表面電極７から連続一体に延長された接続配線１６との間に高融点導体膜２４ａが介在しているので、低抵抗金属膜２３ａと表面電極７とが異なる材料により形成されている場合に、電子源素子の特性の均一性、安定性を向上させるための熱処理や、組立時の真空封止工程での熱処理が行われた時に高融点導体膜２４ａが拡散バリア層として機能し、低抵抗金属膜２３ａと接続配線１６との間で互いの構成原子が拡散するのを防止することができて、バス配線２５と表面電極７との間で断線や抵抗値上昇が起こるのを防止することができる。また、電子源素子の特性の均一性、安定性を向上させるための熱処理や、組立時の真空封止工程での熱処理によって低抵抗金属膜２３ａの金属原子のマイグレーションが起こって低抵抗金属膜２３ａが局所的に断線したり、仮にその他の要因で低抵抗金属膜２３ａが局所的に断線したりしても、低抵抗金属膜２３ａの断線箇所は高融点導体膜２４ａを介して電気的に接続されているので、バス配線２５が断線するのを防止することができる。その結果、製造歩留まりの向上による低コスト化を図れるとともに、動作信頼性を高めることができる。ここに、高融点導体膜２４ａの膜厚は、低抵抗金属膜２３ａの膜厚よりも小さく設定してある。なお、高融点導体膜２４ａの膜厚は、バス配線２５の設計抵抗値および上限膜厚に応じて、低抵抗金属膜２３ａの抵抗値および膜厚と合わせて決めればよいが、低抵抗金属膜２３ａが局所的に断線した後で当該断線箇所を接続している高融点導体膜２４ａを流れる電流によるジュール熱に起因して高融点導体膜２４ａが断線するのをより確実に防止するために４０ｎｍ以上に設定することが望ましい。

以下、本実施形態の電子源１０の製造方法について図３を参照しながら説明する。

まず、絶縁性を有するガラス基板からなる絶縁性基板１１の一表面上に下部配線１２ａ用の導電性層（例えば、タングステン膜などの金属膜や、ＩＴＯ膜や、ｎ形多結晶シリコン層などの低抵抗半導体層）をスパッタ法や蒸着法やＣＶＤ法などによって成膜してから、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して上記導電性層をパターニングすることによって複数本の下部配線１２ａを形成し、その後、絶縁性基板１１の上記一表面側にノンドープの多結晶シリコン層をＣＶＤ法によって形成した後、上記多結晶シリコン層のうちドリフト部６ａの形成予定部位に対して、後述のナノ結晶化プロセス、酸化プロセスを順次施すことでドリフト部６ａを形成するとともに強電界ドリフト層６を形成し、絶縁性基板１１の上記一表面側に、表面電極７の形成予定部位が開口されたＳｉＯ_２膜からなる絶縁層８をリフトオフ法により形成することによって、図３（ａ）に示す構造を得る。ここにおいて、絶縁層８をリフトオフ法により形成するにあたっては、強電界ドリフト層６の形成後に絶縁性基板１１の上記一表面側にフォトレジストを塗布してから、表面電極７の形成予定部位に対応した部分以外が開口されたレジスト層を形成し、続いて、絶縁性基板１１の上記一表面側にＳｉＯ_２膜を例えばスパッタ法により成膜し、レジスト層およびレジスト層上のＳｉＯ_２膜を除去することで強電界ドリフト層６上でパターニングされたＳｉＯ_２膜からなる絶縁層８を形成する。なお、絶縁層８は、ＳｉＯ_２膜に限らず、例えば、Ｓｉ_３Ｎ_４膜でもよい。また、絶縁層８となるＳｉＯ_２膜やＳｉ_３Ｎ_４膜の成膜方法は、スパッタ法に限らず、例えば、電子ビーム蒸着法などの他の成膜方法を採用してもよい。また、絶縁層８のパターン形成方法についてもリフトオフ法に限らず、例えば、成膜工程とリソグラフィ工程とエッチング工程とを組み合わせたパターン形成方法でもよい。、
図３（ａ）の後の工程については、上述のナノ結晶化プロセスおよび酸化プロセスそれぞれについて説明した後で説明する。

上述のナノ結晶化プロセスでは、例えば、５５ｗｔ％のフッ化水素水溶液とエタノールとを略１：１で混合した混合液よりなる電解液を用い、下部配線１２ａを陽極とし、電解液中において上記多結晶シリコン層に白金電極よりなる陰極を対向配置して、５００Ｗのタングステンランプからなる光源により上記多結晶シリコン層の主表面に光照射を行いながら、電源から陽極と陰極との間に定電流（例えば、電流密度が１２ｍＡ／ｃｍ^２の電流）を所定時間（例えば、１０秒）だけ流すことによって、多結晶シリコンのグレイン５１およびシリコン微結晶６３を含む第１の複合ナノ結晶層をドリフト部６ａの形成予定領域に形成する。また、上述の酸化プロセスでは、エチレングリコールからなる有機溶媒中に０．０４ｍｏｌ／ｌの硝酸カリウムからなる溶質を溶かした溶液よりなる電解液を用い、下部配線１２ａを陽極とし、電解液中において第１の複合ナノ結晶層に白金電極よりなる陰極を対向配置して、下部配線１２ａを陽極とし、電源から陽極と陰極との間に定電流（例えば、電流密度が０．１ｍＡ／ｃｍ^２の電流）を流し陽極と陰極との間の電圧が２０Ｖだけ上昇するまで第１の複合ナノ結晶層を電気化学的に酸化することによって、上述のグレイン５１、シリコン微結晶６３、各シリコン酸化膜５２，６４を含む第２の複合ナノ結晶層からなるドリフト部６ａを形成するようになっている。ここにおいて、ノンドープの多結晶シリコン層３のうち隣り合うドリフト部６ａの間を埋める部分が上述の分離部６ｂとなる。なお、本実施形態では、上述のナノ結晶化プロセスを行うことによって形成される第１の複合ナノ結晶層においてグレイン５１、シリコン微結晶６３以外の領域はアモルファスシリコンからなるアモルファス領域となっており、ドリフト部６ａにおいてグレイン５１、シリコン微結晶６３、各シリコン酸化膜５２，６４以外の領域がアモルファスシリコン若しくは一部が酸化したアモルファスシリコンからなるアモルファス領域６５となっているが、ナノ結晶化プロセスの条件によってはアモルファス領域６５が孔となり、このような場合の第２の複合ナノ結晶層は従来例と同様の酸化した多孔質多結晶シリコン層と同じ構成とみなすことができる。なお、本実施形態の電子源１０では、絶縁性基板１１が基板を構成し、強電界ドリフト層６が電子通過層を構成し、下部配線１２ａにおいてドリフト部６ａおよび表面電極７に重なる部分が下部電極を構成している。

次に、図３（ａ）の後の工程について説明する。

絶縁性基板１１の上記一表面側にバス電極２５形成用の開口パターンを有するレジスト層９を形成し、その後、絶縁性基板１１の上記一表面側に例えばアルミニウム膜からなる低抵抗金属膜２３ａ，２３ｂを電子ビーム蒸着法により成膜し、さらに、絶縁性基板１１の上記一表面側に例えばタングステン膜からなる高融点導体膜２４ａ，２４ｂを電子ビーム蒸着法により成膜することによって、図３（ｂ）に示す構造を得る。なお、レジスト層９の開孔部は逆テーパ状に開孔されている。また、低抵抗金属膜２３ａ，２３ｂの成膜時および高融点導体膜２４ａ，２４ｂの成膜時には、低抵抗金属膜２３ａの表面および側面が高融点導体膜２４ａにより覆われるように斜め蒸着を行っている。また、低抵抗金属膜２３ａ，２３ｂの成膜方法および高融点導体膜２４ａ，２４ｂの成膜方法は、蒸着源の加熱方法として電子線を蒸着源に照射し加熱する方法を採用した電子ビーム蒸着法に限らず、加熱方法として抵抗加熱法を採用した蒸着法を採用してもよいし、各種のスパッタ法などを採用してもよい。ここに、成膜レートおよび再現性の観点からは電子ビーム蒸着法が好ましく、低抵抗金属膜２３ａの材料として、アルミニウム合金、金合金、銀合金、銅合金などの合金を採用する場合の低抵抗金属膜２３ａの成膜方法としては、低抵抗金属膜２３ａの組成の安定性および再現性の観点からスパッタ法が適している。

その後、レジスト層９およびレジスト層９上の堆積物（低抵抗金属膜２３ｂと低抵抗金属膜２３ｂ上の高融点導体膜２４ｂとの積層膜）を除去することにより残りの低抵抗金属膜２３ａ（つまり、バス配線２５用にパターニングされた低抵抗金属膜２３ａ）と高融点導体膜２４ａとからなるバス電極２５を形成することによって、図３（ｃ）に示す構造を得る。要するに、バス電極２５の形成にあたっては、レジスト層９を有機溶剤などを用いて溶解除去することでレジスト層９上の堆積物を除去するリフトオフ工程を採用しているが、レジスト層９の代わりにレジスト層９と同様にパターニングされた犠牲層を形成しておき、犠牲層の除去によるリフトオフ工程を採用するようにしてもよい。

続いて、絶縁性基板１１の上記一表面側に所定膜厚（例えば、５ｎｍ〜１０ｎｍ）の金属薄膜（ここでは、金薄膜）を例えば電子ビーム蒸着法によって成膜し、上記金属薄膜上に表面電極７および接続配線１６の形成用にパターニングされたレジスト層を形成し、当該レジスト層をマスクとしてＡｒガスを用いたイオンミリング工程により表面電極７および接続配線１６を形成した後、レジスト層を除去することによって、図３（ｄ）に示す構造の電子源１０を得る。なお、本実施形態では、上記金属薄膜の成膜方法として、上記金属薄膜の膜質、膜厚制御性、成膜コストの観点から電子ビーム蒸着法を採用している。また、上記金属薄膜のパターニングは、イオンミリング工程に限らず、例えば、反応性イオンエッチング装置などを用いたエッチング工程を採用してもよい。

以上説明した製造方法によれば、上述のように熱処理の影響を受けてバス配線２５やバス配線２５と表面電極７との間が断線するのを防止することができる電子源１０を製造することができ、しかも、バス電極２５を備えた電子源１０の製造歩留まりを高めることができて製造コストを低減することができる。また、上述の製造方法で製造した電子源１０では、従来に比べて動作信頼性および動作安定性を向上できる。また、上述の製造方法では、バス配線２５のパターン形成にリフトオフ工程を採用しているので、バス配線２５のパターン形成を、レジスト層をマスクとしたドライエッチングやイオンミリングなどにより行う場合に比べて、強電界ドリフト層６において後の工程で表面電極７が形成される表面（つまり、ドリフト部６ａのうち絶縁層８に覆われていない露出表面）へのダメージを比較的小さくすることができ、電子源素子の電子放出特性（電子放出効率やエミッション電流など）や動作信頼性を向上させることができる。また、バス配線２５のパターン形成を、レジスト層をマスクとしたエッチングにより行う場合、エッチング選択比の大きなエッチング条件（つまり、ドリフト部６ａがほとんどエッチングされないようにバス配線２５のエッチングレートに比べてドリフト部６ａのエッチングレートが十分に小さくなるような条件）を採用することにより、ドリフト部６ａへのダメージを比較的小さくすることが可能となる。また、バス配線２５における低抵抗金属膜２３ａの材料として、金、銀、銅のいずれかを採用する場合には、金属微粒子と溶媒との混合物を用いたインクジェット法によって、フォトリソグラフィ技術を利用することなしにパターニングされた低抵抗金属膜２３ａを形成することが可能となり、材料節減、工程削減の効果があるとともに、ドリフト部６ａへのダメージを小さくすることができる。また、高融点導体膜２４ａは、インクジェット法による成膜が困難なので、パターニングされた高融点導体膜２４ａを形成した後、パターニングされた低抵抗金属膜２３ａをインクジェット法により形成するようにしてもよいし、絶縁性基板１１の上記一表面側の全面に高融点導体膜を成膜した後、パターニングされた低抵抗金属膜２３ａをインクジェット法により形成し、低抵抗金属膜２３ａをマスクとして高融点導体膜の不要部分をエッチングすることでパターニングされた高融点導体膜２４ａを形成するようにしてもよい。

なお、本実施形態で説明した電子源１０は、電子源素子における電子通過層が上述のドリフト部６ａにより構成されたものであるが、電子源素子の構造は特に限定するものではなく、上記各電子源素子に対応する部位に例えば電子通過層が多孔質半導体層により形成された電子源素子やＭＩＭ型の電子源素子やＭＩＳ型の電子源素子を設けた構成としてもよい。また、本実施形態では、基板として絶縁性を有するガラス基板からなる絶縁性基板１１を採用しているが、この種のガラス基板としては、例えば、石英ガラス基板、無アルカリガラス基板、低アルカリガラス基板、ソーダライムガラス基板などを採用可能である。ここに、電子源１０の大面積化および低コスト化の点からは石英ガス基板を採用するよりも、無アルカリガラス基板、低アルカリガラス基板、ソーダライムガラス基板などのガラス基板を採用する方が好ましい。また、絶縁性基板１１はガラス基板に限らず、例えば、アルミナ基板などのセラミック基板を採用してもよい。また、基板としては、シリコン基板のような半導体基板を用いてもよい。

（実施形態２）
本実施形態の電子源１０の構成は実施形態１と同じなので、製造方法についてのみ図４を参照しながら説明するが、実施形態１と同様の製造工程については説明を適宜省略する。

まず、実施形態１と同様に、絶縁性基板１１の上記一表面側に複数本の下部配線１２ａ、ノンドープの多結晶シリコン層を順次形成した後、多結晶シリコン層にナノ結晶化プロセスおよび酸化プロセスを施すことによりドリフト部６ａを有する強電界ドリフト層６を形成し、その後、絶縁性基板１１の上記一表面側に、表面電極７の形成予定部位が開口された絶縁層８を形成することによって、図４（ａ）に示す構造を得る。

次に、絶縁性基板１１の上記一表面側にバス電極２５形成用の開口パターンを有するレジスト層９を形成し、その後、絶縁性基板１１の上記一表面側に例えばアルミニウム膜からなる低抵抗金属膜２３ａ，２３ｂを電子ビーム蒸着法により成膜することによって、図４（ｂ）に示す構造を得る。

その後、有機溶剤を用いたリフトオフ工程によりレジスト層９およびレジスト層９上の低抵抗金属膜２３ｂを除去することでバス配線２５用にパターニングされた低抵抗金属膜（バス配線２５の基体）２３ａを形成し、続いて、選択ＣＶＤ法により低抵抗金属膜２３ａを覆うタングステン膜からなる高融点導体膜２４ａを形成することによって、図４（ｃ）に示す構造となる。なお、高融点導体膜２４ａの形成方法は選択ＣＶＤ法に限らず、絶縁性基板１１の上記一表面側の全面にＣＶＤ法により高融点導体膜を成膜してから、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して高融点導体膜の不要部分を除去することにより形成してもよい。

続いて、絶縁性基板１１の上記一表面側に所定膜厚（例えば、５ｎｍ〜１０ｎｍ）の金属薄膜（ここでは、金薄膜）を例えば電子ビーム蒸着法によって成膜し、上記金属薄膜上に表面電極７および接続配線１６の形成用にパターニングされたレジスト層を形成し、当該レジスト層をマスクとしてＡｒガスを用いたイオンミリング工程により表面電極７および接続配線１６を形成した後、レジスト層を除去することによって、図４（ｄ）に示す構造の電子源１０を得る。

以上説明した製造方法によれば、実施形態１にて説明した製造方法と同様、上述のように熱処理の影響を受けてバス配線２５やバス配線２５と表面電極７との間が断線するのを防止することができる電子源１０を製造することができ、しかも、バス電極２５を備えた電子源１０の製造歩留まりを高めることができて製造コストを低減することができる。

ところで、上述の製造方法では、リフトオフ工程によりパターニングされた低抵抗金属膜２３ａを形成しているが、パターニングされた低抵抗金属膜２３ａの形成方法はリフトオフ法に限らず、例えば、絶縁性基板１１の上記一表面側の全面に低抵抗金属膜をスパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法、めっき法などにより成膜してから、図５に示すように、当該低抵抗金属膜上にバス配線２５用にパターニングされたレジスト層１９を形成し、レジスト層１９をマスクとして低抵抗金属膜の不要部分を除去することで形成してもよい。

なお、実施形態１，２にて説明したバス配線２５は、低抵抗金属膜２３ａの上面および幅方向の両側面が高融点導体膜２４ａにより覆われているが、バス配線２５において接続配線１６と接しない側の一側面（図１における低抵抗金属膜２３ａの左側面）が高融点導体膜２４ａにより覆われていなくてもバス配線２５の断線防止には十分な効果がある。

（参考例１）
本参考例の電子源１０の基本構成は実施形態１と略同じであって、図６に示すように、表面電極７と同一材料からなり表面電極７から連続一体に延長された接続配線１６が絶縁層８上に形成され、バス配線２５が、バス配線用にパターニングされ一部が接続配線１６上に積層された高融点導体膜２４ａと高融点導体膜２４ａ上に積層された低抵抗金属膜２３ａとの積層膜により構成されている点が相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

しかして、本参考例の電子源１０では、バス配線２５がバス配線２５用にパターニングされた高融点導体膜２４ａと高融点導体膜２４ａ上に積層された低抵抗金属膜２３ａとで構成されており、低抵抗金属膜２３ａと表面電極７から連続一体に延長された接続配線１６との間に高融点導体膜２４ａが介在しているので、低抵抗金属膜２３ａと表面電極７とが異なる材料により形成されている場合に、電子源素子の特性の均一性、安定性を向上させるための熱処理や、組立時の真空封止工程での熱処理が行われた時に高融点導体膜２４ａが拡散バリア層として機能し、低抵抗金属膜２３ａと接続配線１６との間で互いの構成原子が拡散するのを防止することができて、バス配線２５と表面電極７との間で断線や抵抗値上昇が起こるのを防止することができる。また、電子源素子の特性の均一性、安定性を向上させるための熱処理や、組立時の真空封止工程での熱処理によって低抵抗金属膜２３ａの金属原子のマイグレーションが起こって低抵抗金属膜２３ａが局所的に断線したり、仮にその他の要因で低抵抗金属膜２３ａが局所的に断線したりしても、低抵抗金属膜２３ａの断線箇所は高融点導体膜２４ａを介して電気的に接続されているので、バス配線２５が断線するのを防止することができる。その結果、製造歩留まりの向上による低コスト化を図れるとともに、動作信頼性を高めることができる。

以下、本参考例の電子源１０の製造方法について図７を参照しながら説明するが、実施形態１と同様の製造工程については説明を適宜省略する。

まず、実施形態１と同様に、絶縁性基板１１の上記一表面側に複数本の下部配線１２ａ、ノンドープの多結晶シリコン層を順次形成した後、多結晶シリコン層にナノ結晶化プロセスおよび酸化プロセスを施すことによりドリフト部６ａを有する強電界ドリフト層６を形成し、その後、絶縁性基板１１の上記一表面側に、表面電極７の形成予定部位が開口された絶縁層８を形成することによって、図７（ａ）に示す構造を得る。

次に、絶縁性基板１１の上記一表面側に所定膜厚（例えば、５ｎｍ〜１０ｎｍ）の金属薄膜（ここでは、金薄膜）を例えば電子ビーム蒸着法によって成膜し、上記金属薄膜上に表面電極７および接続配線１６の形成用にパターニングされたレジスト層を形成し、当該レジスト層をマスクとしてＡｒガスを用いたイオンミリング工程により表面電極７および接続配線１６を形成した後、レジスト層を除去することによって、図７（ｂ）に示す構造を得る。

その後、絶縁性基板１１の上記一表面側にバス電極２５形成用の開口パターンを有するレジスト層９を形成し、その後、絶縁性基板１１の上記一表面側に例えばタングステン膜からなる高融点導体膜２４ａ，２４ｂを電子ビーム蒸着法により成膜し、さらに、絶縁性基板１１の上記一表面側にアルミニウム膜からなる低抵抗金属膜２３ａ，２３ｂを電子ビーム蒸着法により成膜することによって、図７（ｃ）に示す構造を得る。

その後、レジスト層９およびレジスト層９上の堆積物（高融点導体膜２４ｂと高融点導体膜２４ｂ上の低抵抗金属膜２３ｂとの積層膜）を除去することにより残りの高融点導体膜２４ａ（つまり、バス配線２５用にパターニングされた高融点導体膜２４ａ）と低抵抗金属膜２３ａとからなるバス電極２５を形成することによって、図７（ｄ）に示す構造の電子源１０を得る。

（参考例２）
本参考例の電子源１０の構成は参考例１と同じなので、製造方法についてのみ図８を参照しながら説明するが、参考例１と同様の製造工程については説明を適宜省略する。

まず、参考例１と同様に、絶縁性基板１１の上記一表面側に複数本の下部配線１２ａ、ノンドープの多結晶シリコン層を順次形成した後、多結晶シリコン層にナノ結晶化プロセスおよび酸化プロセスを施すことによりドリフト部６ａを有する強電界ドリフト層６を形成し、その後、絶縁性基板１１の上記一表面側に、表面電極７の形成予定部位が開口された絶縁層８を形成することによって、図８（ａ）に示す構造を得る。

次に、絶縁性基板１１の上記一表面側にバス電極２５形成用の開口パターンを有するレジスト層９を形成し、その後、絶縁性基板１１の上記一表面側に例えばタングステン膜からなる高融点導体膜２４ａ，２４ｂを電子ビーム蒸着法により成膜し、さらに、絶縁性基板１１の上記一表面側にアルミニウム膜からなる低抵抗金属膜２３ａ，２３ｂを電子ビーム蒸着法により成膜することによって、図８（ｂ）に示す構造を得る。

その後、レジスト層９およびレジスト層９上の堆積物（高融点導体膜２４ｂと高融点導体膜２４ｂ上の低抵抗金属膜２３ｂとの積層膜）を除去することにより残りの高融点導体膜２４ａ（つまり、バス配線２５用にパターニングされた高融点導体膜２４ａ）と低抵抗金属膜２３ａとからなるバス電極２５を形成することによって、図８（ｃ）に示す構造を得る。

次に、絶縁性基板１１の上記一表面側に所定膜厚（例えば、５ｎｍ〜１０ｎｍ）の金属薄膜（ここでは、金薄膜）を例えば電子ビーム蒸着法によって成膜し、上記金属薄膜上に表面電極７および接続配線１６の形成用にパターニングされたレジスト層を形成し、当該レジスト層をマスクとしてＡｒガスを用いたイオンミリング工程により表面電極７および接続配線１６を形成した後、レジスト層を除去することによって、図８（ｄ）に示す構造の電子源１０を得る。

実施形態１における電子源の要部断面図である。同上における電子源の要部説明図である。同上における電子源の製造方法を説明するための主要工程断面図である。実施形態２における電子源の製造方法を説明するための主要工程断面図である。同上における電子源の他の製造方法を説明するための主要工程断面図である。参考例１を示す電子源の要部断面図である。同上における電子源の製造方法を説明するための主要工程断面図である。参考例２における電子源の製造方法を説明するための主要工程断面図である。従来例を示す電界放射型電子源の動作説明図である。他の従来例を示す電界放射型電子源の動作説明図である。同上を応用したディスプレイ用の電子源を示し、（ａ）は概略斜視図、（ｂ）は要部断面図である。

符号の説明

６強電界ドリフト層
６ａドリフト部
７表面電極
８絶縁層
１０電子源
１１絶縁性基板
１２ａ下部配線
１６接続配線
２３ａ低抵抗金属膜
２４ａ高融点導体膜
２５バス配線

Claims

基板の一表面側に形成された下部電極と、基板の前記一表面側において下部電極を覆うように形成された電子通過層と、電子通過層の表面上に形成され下部電極に重なる表面電極と、電子通過層の表面側で表面電極の側方に位置し表面電極から連続一体に延長された接続配線の一部が積層され接続配線を介して表面電極が接続されるバス配線とを備え、バス配線と下部電極との間にバス配線を高電位側として電圧を印加することにより表面電極を通して電子が放射される電子源であって、バス配線は、当該バス配線用にパターニングされた低抵抗金属膜と、低抵抗金属膜を覆うように形成された高融点導体膜とからなり、接続配線の一部が高融点導体膜上に積層されてなることを特徴とする電子源。
前記低抵抗金属膜は、金、銀、銅、アルミニウム、金合金、銀合金、銅合金、アルミニウム合金からなる群より選択される低抵抗金属により形成されてなることを特徴とする請求項１記載の電子源。
前記高融点導体膜は、導電性窒化金属、導電性炭化金属、高融点金属からなる群より選択される高融点導体により形成されてなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の電子源。
前記高融点導体膜は、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウム、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウム、炭化タンタル、クロム、タンタル、チタン、タングステンからなる群より選択される高融点導体により形成されてなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の電子源。
請求項１記載の電子源の製造方法であって、前記バス配線の形成にあたっては、前記基板の前記一表面側にバス配線形成用の開口パターンを有するレジスト層を形成し、その後、前記基板の前記一表面側に低抵抗金属膜、高融点導体膜を順次成膜してから、レジスト層およびレジスト層上の低抵抗金属膜と高融点導体膜との積層膜を除去することによりバス配線を形成することを特徴とする電子源の製造方法。
請求項１記載の電子源の製造方法であって、前記バス配線の形成にあたっては、前記基板の前記一表面側にバス配線用にパターニングされた低抵抗金属膜を形成し、その後、選択ＣＶＤ法により低抵抗金属膜を覆う高融点導体膜を成膜することでバス配線を形成することを特徴とする電子源の製造方法。