JP4869573B2 - カーボンナノチューブエミッタを具備する電界放出ディスプレイ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は平板ディスプレイ及びその製造方法に係り、より詳細には、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ：Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏｔｕｂｅ）エミッタを具備する電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ：Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）及びその製造方法に関する。

陰極線管に次いで液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）、光放出ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ：Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）、ＦＥＤなどのような平板ディスプレイがディスプレイ市場の主役として登場すると予想される。その中でも高画質、高効率及び低消費電力の長所を有するＦＥＤは次世代ディスプレイ素子として注目を浴びている。

ＦＥＤの核心技術は、電子が放出されるエミッタチップの加工技術とその安定性に基づいている。現在使われているＦＥＤ（以下、従来のＦＥＤ）の場合、シリコンチップやモリブデンチップをエミッタチップとして使用している。前記シリコンチップやモリブデンチップは寿命が短く、かつ安定性が低く、電子放出効率が良くない。

また、従来のＦＥＤはフォーカスゲート電極とゲート電極間に形成されたシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）の段差部分でステップカバレッジがよくない。これによって、前記段差部分に絶縁破壊を起こす電気的欠陥、例えば図１に示されたようなクラック１０が形成されうる。このような欠陥により前記２枚の電極間に相当な漏れ電流が発生しながら前記段差部分でジュール熱が発生する。

図１で、参照番号４、６及び８はそれぞれゲート電極、シリコン酸化膜及びフォーカスゲート電極を表す。

シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）と関連した前記問題点は、シリコン酸化膜を厚く形成してある程度解消できるが、前記シリコン酸化膜を２μm以上の厚さに形成する場合、剥離現象が現れて所望の厚さを得難い。

一方、このような問題を回避するために、多様な構造を有する従来のＦＥＤが紹介されているが、埋込型フォーカシング構造を有するＦＥＤと金属メッシュ構造を有するＦＥＤとが代表的である。

前者のＦＥＤの場合、フォーカスゲート電極と電子抽出用ゲート電極間にクラックが発生する恐れは非常に低いと見られるが、前記フォーカスゲート電極がポリイミド上に形成されるために、前記ポリイミドから揮発されるガスを排出するためのガス排出工程が必要である。

後者のＦＥＤの場合、チップの回りに金属メッシュを具備することによって、電子ビームのフォーカシングを改善させうる。しかし、前記金属メッシュの加工及び接合が難しく、特に、前記金属メッシュの整列が誤ったことによって電子ビームがシフトされる問題がある。

本発明が解決しようする技術的課題は、前述の従来技術の問題点を改善するためのものであって、電子ビームのフォーカシングが優秀であり、フォーカスゲート電極とゲート電極間の漏れ電流を最小化できるＣＮＴ ＦＥＤを提供するところにある。

本発明が解決しようとする他の技術的課題は、製造工程が単純化でき、コストを低めうる前記ＣＮＴ ＦＥＤの製造方法を提供するところにある。

前記技術的課題を達成するために、本発明はガラス基板と、前記ガラス基板上に形成された透明電極と、前記透明電極上に形成されたＣＮＴエミッタと、前記ＣＮＴエミッタの周りに形成されて前記ＣＮＴエミッタから電子ビームを抽出し、抽出された電子ビームを与えられた位置にフォーカシングするゲート積層物と、前記ゲート積層物の上側に形成されており、情報が表示される前面パネル及び前記前面パネルの後面に塗布された蛍光膜を含むＣＮＴ

ＦＥＤにおいて、前記ゲート積層物は前記エミッタ電極を覆うマスク層と、前記マスク層上に順次に形成されたゲート絶縁膜、ゲート電極、第１シリコン酸化膜（ＳｉＯ_Ｘ、Ｘ＜２）及びフォーカスゲート電極を含むことを特徴とするＣＮＴ ＦＥＤを提供する。

前記ゲート絶縁膜はシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）または第２シリコン酸化膜（ＳｉＯ_Ｘ、Ｘ＜２）でありうる。そして、前記第１シリコン酸化膜は２μm以上でありうるが、望ましくは、３μm〜１５μmであり、より望ましくは、６μm〜１５μmである。また、前記第２シリコン酸化膜は１μm〜５μmである。

１枚の前記フォーカスゲート電極の内側に複数の前記ＣＮＴエミッタが具備されうる。

前記他の技術的課題を達成するために、本発明は前記の特徴を有するＣＮＴ ＦＥＤ製造方法において、前記ガラス基板及び前記透明電極上に前記透明電極の一部が露出される貫通ホールが形成されたマスク層を形成する第１段階と、前記マスク層上に前記貫通ホールを充填するゲート絶縁膜を形成する第２段階と、前記貫通ホールの周りの前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する第３段階と、前記ゲート電極及び前記ゲート絶縁膜上に第１シリコン酸化膜（ＳｉＯ_Ｘ、Ｘ＜２）を形成する第４段階と、前記貫通ホール周りの前記第１シリコン酸化膜上にフォーカスゲート電極を形成する第５段階と、前記ゲート電極内側の前記第１シリコン酸化膜及び前記ゲート絶縁膜を除去する第６段階を経て前記ゲート積層物を形成することを特徴とするＣＮＴ ＦＥＤ製造方法を提供する。

前記ゲート絶縁膜はシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）及び第２シリコン酸化膜（ＳｉＯ_ｘ、Ｘ＜２）のうち１つで形成でき、前記第１シリコン酸化膜は２μm以上、望ましくは、３μm〜１５μm、さらに望ましくは、６μm〜１５μmで形成できる。

また、前記第１シリコン酸化膜を形成する過程でシランのフローレートを５０ｓｃｃｍ〜７００ｓｃｃｍに維持でき、一酸化二窒素のフローレートを７００ｓｃｃｍ〜４,５００ｓｃｃｍに維持できる。そして、工程圧力は６００ｍＴｏｒｒ〜１,２００ｍＴｏｒｒに維持でき、前記ガラス基板の温度は２５０℃〜４５０℃に維持できる。また、ＲＦパワーは１００Ｗ〜３００Ｗに維持できる。

このような工程条件は前記第２シリコン酸化膜を形成する過程に適用されうる。

また、前記第１シリコン酸化膜を除去する段階は前記フォーカスゲート電極及びその内側の前記第１シリコン酸化膜上に感光膜を塗布する段階と、前記貫通ホールの上側に形成された前記感光膜を露光する段階と、前記感光膜の露光された部分を除去する段階と、前記露光された部分が除去された前記感光膜をエッチングマスクとして使用して前記第１シリコン酸化膜をウェットエッチングする段階と、前記感光膜を除去する段階と、を含みうる。この場合、前記前段階を繰り返しうる。

前記感光膜を露光する段階で前記感光膜は前記ガラス基板の下で紫外線を照射して露光できる。

前記感光膜を露光する段階は、前記貫通ホールに対応する領域に透光窓が形成されたマスクを前記感光膜の上側に整列させる段階と、前記マスクの上側で前記マスクに向って光を照射する段階と、を含みうる。

前記の第１シリコン酸化膜除去と関連したあらゆる段階は前記ゲート絶縁膜を除去する段階にそのまま適用可能である。この時も全体段階を繰り返しうる。

前記フォーカスゲート電極を形成する過程で前記フォーカスゲート電極の内側に複数の前記貫通ホールが形成できる。

このような本発明を利用すれば、フォーカスゲート電極とゲート電極間に良好なステップカバレッジが確保できる。ストレスを最小化するのに十分な厚さを有するフォーカスゲート絶縁膜を具備する。これによって前記フォーカスゲート絶縁膜にクラックのような欠陥が形成されない。それによって、フォーカスゲート電極とゲート電極間に漏れ電流が最小化できる。また、前記フォーカスゲート絶縁膜が十分に厚いために、前記２枚の電極が十分に離隔され、したがって、前記フォーカスゲート絶縁膜の表面に存在する不純物に起因した前記２枚の電極間の絶縁が破壊されることが防止できる。これと共にマスクの代わりに、自己整列を利用して感光膜をパターニングするために、製造工程を単純化でき、製造コストを低めうる。

本発明によるＣＮＴ ＦＥＤはフォーカスゲート電極とゲート電極間に少なくとも２μmの厚さを有するフォーカスゲート絶縁膜を具備する。この程度の厚さのフォーカスゲート絶縁膜は段差部分でステップカバレッジが優れており、漏れ電流を増加させる欠陥、例えばクラックなどが形成されない。なお、フォーカスゲート絶縁膜が厚いために、自然とゲート積層物に形成されたホールの内面に沿って測定されるフォーカスゲート電極とゲート電極間の距離も長くなる。これによって、製造工程でフォーカスゲート絶縁膜の側面に付着される不純物によるフォーカスゲート電極とゲート電極間の漏れ電流が少なくなる。結局、フォーカスゲート電極とゲート電極間の全体漏れ電流は従来よりはるかに少なくなる。

一方、製造工程面で、透明電極とゲート絶縁膜間にＣＮＴエミッタが形成される透明電極領域を限定するマスク層を形成した後、前記透明電極の下側で紫外線を照射してＣＮＴエミッタが形成される領域上に塗布された感光膜をパターニングする。前記マスク層により前記感光膜の露光される領域は既に定められているので、前記感光膜の前記露光される領域を限定するための別途のマスクは不要である。すなわち、前記感光膜の前記露光される領域は前記マスク層により自己整列的に定められる。それにより、製造工程を単純化でき、かつ製造コストを低められる。

以下、本発明の実施例によるＣＮＴ ＦＥＤ及びその製造方法を図面を参照して詳細に説明する。この過程で図面に示された層や領域の厚さは明細書の明確性のために誇張されるように示されたものである。

まず、ＣＮＴ ＦＥＤについて説明する。

図２を参照すれば、ガラス基板３０上に透明電極３２が形成されている。透明電極３２は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）電極であることが望ましい。透明電極３２はエミッタ電極として使われる。ガラス基板３０上に透明電極３２の一部を覆うゲート積層物Ｓ１が形成されている。ゲート積層物Ｓ１間に透明電極３２が露出されるコンタクトホール４４が形成されている。コンタクトホール４４を通じて露出された透明電極３２上にＣＮＴエミッタ４６が形成されている。ＣＮＴエミッタ４６から電子が放出される。ＣＮＴエミッタ４６はゲート積層物Ｓ１と非接触状態で形成されている。ゲート積層物Ｓ１は透明電極３２の一部を覆い、製造工程でバック露光用マスクとして使われた第１マスク層３４を具備する。第１マスク層３４はＣＮＴエミッタ４６と離隔されている。第１マスク層３４上にゲート絶縁膜３６、ゲート電極３８、フォーカスゲート絶縁膜４０及びフォーカスゲート電極４２が順次に積層されている。前記積層物３６、３８、４０、４２は前記のように順次に形成されているが、上に行くほど狭くなっている。したがって、ゲート積層物Ｓ１の側面は階段型斜面になる。

一方、後述するが、図２に示されたＣＮＴ ＦＥＤの製造工程でゲート積層物Ｓ１を構成する多くの要素が紫外線（ＵＶ）を利用したバック露光方式でパターニングされる。したがって、第１マスク層３４は一般可視光線に透明であるが、前記ＵＶに不透明な光学的特性を有する物質層が望ましい。例えば、第１マスク層３４は非晶質シリコン層になりうる。ゲート絶縁膜３６は第１シリコン酸化膜が望ましい。ゲート電極３８は第１クロム電極である。この時、ゲート電極３８の厚さは０.２５μm程度である。ゲート電極３８は導電性を有する他の電極でもよく、この時の厚さは０.２５μmと異なりうる。ゲート電極３８とフォーカスゲート電極４２とを絶縁させるフォーカスゲート絶縁膜４０は少なくとも２μmより厚い、望ましくは３μm〜１５μmの厚さを有する第２シリコン酸化膜であることが望ましい。この時、前記第２シリコン酸化膜の分子式で“Ｘ”は２より小さいことが望ましい（Ｘ＜２）。また、フォーカスゲート絶縁膜４０は前記第２シリコン酸化膜と同等な、あるいは類似した物理的性質を有する絶縁膜でありうる。ＣＮＴエミッタ４６を中心として対称的に形成されたフォーカスゲート電極４２は所定の厚さを有する第２クロム電極である。フォーカスゲート電極４２は導電性を有する他の電極でもあり得、その時の厚さは前記第２クロム電極の厚さと異なりうる。

ゲート電極３８はＣＮＴエミッタ４６から電子ビームを抽出するのに使われる。これによってゲート電極３８に所定の交流ゲート電圧Ｖｇ、例えば＋８０Ｖの交流ゲート電圧が印加されうる。

また、フォーカスゲート電極４２はＣＮＴエミッタ４６から放出される電子ビームがＣＮＴエミッタ４６上方の蛍光膜４８の与えられた位置に到達されうるように前記電子ビームを集める役割をする。このために、フォーカスゲート電極４２に電子ビームのと同じ極性を有し、絶対値がゲート電圧Ｖｇより低いフォーカスゲート電圧Ｖｆｇが印加される。例えば、フォーカスゲート電極４２に−１０Ｖ程度のフォーカスゲート電圧Ｖｆｇが印加されうる。

次いで、図２を参照すれば、ゲート積層物Ｓ１のフォーカスゲート電極４２から上方に前面パネル５０が具備されている。前面パネル５０はフォーカスゲート電極４２から与えられた距離Ｄほど離隔されている。前面パネル５０に多様な形態の情報が表示される。ゲート積層物Ｓ１と対向する前面パネル５０の後面に蛍光膜４８が付着されている。蛍光膜４８に前記電子ビームに励起されて赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）の光５２を発する蛍光体が均一に分布されている。蛍光膜４８に直流電圧Ｖａが印加されている。

一方、図２で前面パネル５０と選択されたゲート積層物Ｓ１間にセル分離のためのスペーサと共にブラックマトリックスなどが図示されねばならないが、便宜上省略した。

次には、前述の本発明の実施例によるＣＮＴ ＦＥＤの製造方法について説明する。その中でもゲート積層物Ｓ１の形成過程に対して説明する。

その前に、ゲート積層物Ｓ１に含まれたゲート絶縁膜３６及び／またはフォーカスゲート絶縁膜４０の積層及びエッチング工程に適用されうる物質膜の積層及びエッチング工程について図３ないし図１１を参照して詳細に説明する。

まず、図３を参照すれば、基板８０上に第１電極８２を形成する。基板８０は図２に示したＣＮＴ ＦＥＤ（以下、本発明のＦＥＤ）のガラス基板３０に対応されうる。そして、第１電極８２はＩＴＯ電極であって、前記本発明のＦＥＤの透明電極３２に対応されうる。第１電極８２上に第２マスク層８４を形成する。次いで、前記第２マスク層８４に第１電極８２が露出される貫通ホール８６を形成する。第２マスク層８４は可視光線に対しては透明であるが、ＵＶに対しては不透明な物質層、例えば非晶質シリコン層で形成しうる。したがって、第２マスク層８４は前記本発明のＦＥＤの第１マスク層３４に対応されうる。

図４を参照すれば、第２マスク層８４上に貫通ホール８６を充填する絶縁膜８８を所定の厚さｔに形成する。絶縁膜８８は通常のシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）よりシリコン含有量が多いシリコン酸化膜（ＳｉＯ_Ｘ）（Ｘ＜２）で形成することが望ましい。この時、絶縁膜８８は２μm以上、望ましくは３μm〜１５μmに形成するが、さらに望ましくは、６μm〜１５μmに形成できる。絶縁膜８８はシリコン酸化膜（ＳｉＯ_Ｘ）と同等な、あるいは類似した物質膜で形成できる。この時、絶縁膜８８はシリコン酸化膜（ＳｉＯ_Ｘ）の厚さと異なる厚さに形成できる。絶縁膜８８はＲＦを利用したプラズマ気相化学蒸着（ＰＥＣＶＤ：Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）方法で形成できる。しかし、厚さによってその形成方法が異なりうる。例えば、前記の厚さ範囲で絶縁膜８８を相対的に薄く形成する場合、絶縁膜８８はスパッタリング方法で形成できる。そして、絶縁膜８８を前記厚さ範囲で相対的に厚く形成する場合、絶縁膜８８は電気メッキ法、または熱蒸発法で形成できる。

前記ＰＥＣＶＤ方法を利用して絶縁膜８８をシリコン酸化膜（ＳｉＯ_Ｘ）で形成する場合についての具体的な工程条件は、次の通りである。

すなわち、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_Ｘ）を形成する間、基板８０は２５０℃〜４５０℃、望ましくは３４０℃程度に維持し、ＲＦパワーは１００Ｗ〜３００Ｗ、望ましくは１６０Ｗ程度に維持する。そして、チャンバー内の圧力は６００ｍＴｏｒｒ〜１,２００ｍＴｏｒｒ、望ましくは９００ｍＴｏｒｒ程度に維持する。また、ソースガスのうちシラン（ＳｉＨ_４）のフローレートは蒸着率が、例えば４００ｎｍ／ｍｉｎ以上に維持することが望ましい。例えば、前記シランのフローレートは通常のシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）を形成する時のフローレート（１５ｓｃｃｍ程度）よりはるかに高い５０ｓｃｃｍ〜７００ｓｃｃｍ、望ましくは３００ｓｃｃｍ程度に維持する。また、前記ソースガスのうち一酸化二窒素のフローレートは７００ｓｃｃｍ〜４,５００ｓｃｃｍ、望ましくは、１,０００ｓｃｃｍ〜３,０００ｓｃｃｍ程度を維持する。

前記シランのフローレートはＰＥＣＶＤ方法を利用して前記シリコン酸化膜（ＳｉＯ_Ｘ）をエッチングする工程にそのまま適用できる。この場合、図３１の第３グラフ６８で見られるように、前述の範囲のシランフローレートでシリコン酸化膜（ＳｉＯ_Ｘ）のエッチング率は従来の場合Ｃ１よりはるかに上昇する。エッチング工程でのシランフローレートは前記シリコン酸化膜（ＳｉＯ_Ｘ）のエッチング率が１００ｎｍ／ｍｉｎ以上に維持することが望ましい。

前述の工程条件下でシリコン酸化膜（ＳｉＯ_Ｘ）を形成する場合、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_Ｘ）は前記の厚さ範囲に属する厚さに形成される。それにより、従来より良好なステップカバレッジが得られる。そして、図２８の第１グラフ６４を通じて見られるように、蒸着率（Å／ｍｉｎ）が従来の場合Ｃよりはるかに上昇することが分かる。

また、図２９の第２グラフ６６を通じて見られるように、前記範囲で一酸化二窒素のフローレートを調節する場合、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_Ｘ）のストレスは１００ＭＰａより低くなることが分かる。

また、図３０を通じて見られるように、一酸化二窒素のフローレートを一定にし、基板８０の温度を前記範囲で変化させた時にも、前記シリコン酸化膜（ＳｉＯ_Ｘ）のストレスは１００ＭＰａより小さいことが分かる。

シリコン酸化膜（ＳｉＯ_Ｘ）のストレスがこのように低いことはシリコン酸化膜（ＳｉＯ_Ｘ）の密度が通常のシリコン酸化膜の密度より低いことを意味する。すなわち、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_Ｘ）は多孔性物質に近いことを意味する。

図３０でストレス値が正（＋）である場合は圧縮によるストレスを表し、負（−）である場合は張力によるストレスを表す。そして、参照図形“▲”、“●”、“■”及び“▼”はそれぞれ一酸化二窒素のフローレートが２,７００ｓｃｃｍ、２,２００ｓｃｃｍ、１,８００ｓｃｃｍ及び１,５００ｓｃｃｍの場合を表す。

前述の工程条件下で形成されたシリコン酸化膜（ＳｉＯ_Ｘ）の場合、シリコンが通常のシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）より豊富であり、ストレスが前記通常のシリコン酸化膜よりはるかに低い。したがって、前記シリコン酸化膜（ＳｉＯ_Ｘ）で形成された絶縁膜８８の所定部分、特に段差部分にクラックのような欠陥が発生する可能性は前記従来のシリコン酸化膜に比べてきわめて低い。したがって、前記の工程で絶縁膜８８を形成する場合、後続工程で絶縁膜８８の上に形成される電極と第１電極８２間に漏れ電流が発生する可能性もきわめて低くなる。

一方、第２マスク層８４と絶縁膜８８間に第２マスク層８４を覆う他の絶縁膜（本発明のＦＥＤのゲート絶縁膜に対応）と異なる電極（本発明のＦＥＤのゲート電極に対応）を順次に形成できる。この場合、絶縁膜８８を前記の工程条件で形成する場合、前記のように絶縁膜８８の特性により、後続工程で絶縁膜８８上に形成される電極と前記異なる電極間の漏れ電流は最小化される。

図５を参照すれば、絶縁膜８８上に第２電極９０を形成する。第２電極９０はクロム電極で形成できるが、異なる電極で形成することもある。第２電極９０は本発明のＦＥＤのゲート積層物Ｓ１に含まれたフォーカスゲート電極４２に対応されうる。絶縁膜８８上に第２電極９０を覆う第１感光膜９２を形成する。第１感光膜９２はポジティブフォトレジスト膜で形成することが望ましい。第１感光膜９２を形成した後、基板８０の下側で基板８０に向かってＵＶ９４を照射する、いわゆるバック露光を実施する。第２マスク層８４のＵＶ遮断特性により、前記バック露光で第２マスク層８４の貫通ホール８６を除外した他の領域はＵＶ９４に露光されない。貫通ホール８６を通じて入射されたＵＶ９４は絶縁膜８８も通過して第１感光膜９２の貫通ホール８６に対応する領域９２ａ（以下、露光された領域）を露光させる。以後、現像工程を実施する。前記現像工程で第１感光膜９２の露光された領域９２ａが露光される。以後、所定のベーク工程を実施する。

図６は、前記現像工程及びベーク工程を順次に経た結果物を示す。露光された領域９２ａが除去された部分を通じて絶縁膜８８が露出されるのが見られる。

次いで、図７を参照すれば、絶縁膜８８の一部を露出させる第１感光膜９２をエッチングマスクとして使用して絶縁膜８８に対する１次エッチングを実施する。前記１次エッチングは所定のエッチャントを使用するウェットエッチングであって、所定時間進行する。前記１次エッチングにより、絶縁膜８８の露出された部分に所定深さに第１溝Ｇ１が形成される。第１溝Ｇ１が形成されながら絶縁膜８８の第１溝Ｇ１が形成された部分の厚さｔ１は前記１次エッチングに影響されない部分の厚さｔより薄くなる。第１溝Ｇ１はウェットエッチングの等方性特性により第１感光膜９２の下側に拡張される。これによって、第１感光膜９２の下側に第１アンダーカット９３が形成される。

図８を参照すれば、第１感光膜９２を除去した後、第１溝Ｇ１が形成された絶縁膜８８上に第２電極９０を覆う第２感光膜９６を形成する。第２感光膜９６は第１感光膜９２と同じポジティブフォトレジスト膜で形成する。第２感光膜９６を形成した後、２次バック露光を実施する。前記２次バック露光で第２感光膜９６のコンタクトホール８６に対応する領域９６ａが露光される。以後、現像工程を実施して前記露光された領域９６ａが除去し、その結果物をベークする。

図９は、第２感光膜９６に対する前記ベーク後の結果物を示す。第２感光膜９６の前記露光された領域９６ａが除去された部分を通じて第１溝Ｇ１の一部が露出される。この状態で第２感光膜９６をエッチングマスクとして使用して第１溝Ｇ１が形成された絶縁膜８８を２次エッチングする。前記２次エッチングは所定のエッチャントを使用してウェットエッチングで進行される。前記２次エッチングは図１０に示したように第１電極８２が露出されるまで実施する。前記２次エッチングで絶縁膜８８に第１電極８２の所定領域が露出される貫通ホール９８が形成される。貫通ホール９８はウェットエッチングの特性上、第２感光膜９６の下部に拡張される。この結果、第２感光膜９６の下側に第２アンダーカット１００が形成される。前記２次エッチング後、第２感光膜９６をアッシングし、ストリップして除去する。次いで、所定の洗浄及び乾燥工程を実施する。

図１１は、前記洗浄及び乾燥工程後の結果物を示す。図１１を参照すれば、絶縁膜８８に第１電極８２が露出される貫通ホール９８がスムーズに形成されたことが見られる。

図１２は、前記１次エッチング直後の結果物に対するＳＥＭ（走査電子顕微鏡）写真であり、第１感光膜９２と第２電極９０及び絶縁膜８８が見られる。そして、絶縁膜８８に第１感光膜９２の下側に拡張された第１溝Ｇ１が見られる。

図１３は、図１２で第１感光膜９２を除去した結果物のＳＥＭ写真である。絶縁膜８８上部の掘られたようなものが第１感光膜９２が形成された痕である。

一方、前述の絶縁膜８８に対して前記ウェットエッチングを２回以上実施できる。例えば、絶縁膜８８に形成された貫通ホール９８は４回にわたったウェットエッチングで形成できる。この時、各ウェットエッチング工程は前記１次エッチング工程の繰返しである。

図１４は、前記４回にわたったウェットエッチング中に、２次ウェットエッチングを実施した直後の結果物に対するＳＥＭ写真を示す。図１４で参照番号１０２は第２感光膜９６と絶縁膜８８との境界を示す。

図１５は、図１４で第２感光膜９６を除去して、所定の洗浄及び乾燥工程を経た結果物に対するＳＥＭ写真を示す。

図１５を参照すれば、第１溝Ｇ１の範囲内に第２溝Ｇ２が形成されたのが見られる。第１溝Ｇ１上部のやや凹んだ部分は第２感光膜９６が形成された痕である。

図１６は、前記４回にわたったウェットエッチング中に、４次ウェットエッチングを実施した後の結果に対するＳＥＭ写真を示す。

図１６を参照すれば、絶縁膜８８に垂直に真っ直ぐなコンタクトホールが形成されたのが見られる。すなわち、前記コンタクトホールを全体的に見る時、その垂直プロファイルは良好であることが分かる。参照符号ｔは絶縁膜８８の厚さを示す。

一方、前記の絶縁膜８８に対するエッチング過程で、前記のバック露光の代わりに、感光膜の上側で光を照射する前方露光方法が利用できる。

図１７は、これに対する一例を示す。

具体的に、図１７を参照すれば、第１感光膜９２と与えられた間隔に離隔された上側に、コンタクトホール８６に対応する位置にのみ透光窓ＴＡを有し、残りの領域は何れも遮光領域であるマスクＭを位置させる。次いで、マスクＭの上側でマスクＭに向かって光１０３を照射する。マスクＭに照射された光１０３の一部は透光窓ＴＡを通じて第１感光膜９２に照射される。これによって第１感光膜９２の所定領域９２ａが露光される。以後、マスクＭを除去する。第１感光膜９２の現像、洗浄及びベークなどの工程と第１感光膜９２をマスクとして使用したウェットエッチングは前述のようである。前述の前方露光は前記４次にわたった絶縁膜８８パターニング工程の露光工程にそのまま適用できる。

次には、図２に示したＣＮＴ ＦＥＤ製造方法について説明する。

まず、図１８を参照すれば、ガラス基板３０に透明電極３２を形成する。透明電極３２はＩＴＯ電極で形成することが望ましいが、同等な他の電極で形成できる。ガラス基板３０上に透明電極３２を覆うバック露光用の第１マスク層３４を形成する。第１マスク層３４は可視光線を透過させ、ＵＶは遮断させる物質層、例えば非晶質シリコン層で形成することが望ましい。第１マスク層３４に透明電極３２の一部が露出される第１貫通ホールｈ１を形成する。第１貫通ホールｈ１を通じて露出される透明電極３２上にＣＮＴエミッタが形成される。

図１９を参照すれば、第１マスク層３４上に第１貫通ホールｈ１を充填するゲート絶縁膜３６を形成する。ゲート絶縁膜３６はシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）で形成するが、１μm〜５μm程度の厚さに形成する。ゲート絶縁膜３６は通常のシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）の代りにシリコン含有量の多いシリコン酸化膜（ＳｉＯ_Ｘ）（Ｘ＜２）で形成する場合もある。この場合に、ゲート絶縁膜３６は図３ないし図１１に示した絶縁膜８８の形成方法で形成できる。この時、露光工程は前記のバック露光を利用することが望ましいが、図１７に示したように前方露光が利用できる。

図２０を参照すれば、ゲート絶縁膜３６上にゲート電極３８を形成する。ゲート電極３８は第１クロム電極で形成する。この時、ゲート電極３８は０.２５μm程度の厚さに形成する。ゲート電極３８をパターニングしてゲート電極３８に第２貫通ホールｈ２を形成する。第２貫通ホールｈ２を通じて少なくともゲート絶縁膜３６の第１貫通ホールｈ１を充填する部分が露出される。第１貫通ホールｈ１の直径は第２貫通ホールｈ２の直径より狭い。

図２１を参照すれば、ゲート電極３８上に第２貫通ホールｈ２を充填するフォーカスゲート絶縁膜４０を形成する。フォーカスゲート絶縁膜４０は図３ないし図１１に示した絶縁膜８８の形成方法で形成できる。この時、露光工程は前記のバック露光を利用することが望ましいが、図１７に示したような前方露光が利用できる。

一方、厚さによるフォーカスゲート絶縁膜４０の漏れ電流特性を示す図３２の第４グラフ７０を参照すれば、フォーカスゲート絶縁膜４０の厚さが６μmに近接しながら漏れ電流が急激に低くなることが見られ、厚さが６μmを超えてから前記漏れ電流はゼロと区分し難いほどゼロに近接することが見られる。

これによって、フォーカスゲート絶縁膜４０を少なくとも２μmの厚さに形成できるが、望ましくは、３μm〜１５μm、最も望ましくは、６μm〜１５μmの厚さに形成できる。

再び、図２１を参照すれば、フォーカスゲート絶縁膜４０上にフォーカスゲート電極４２を形成する。フォーカスゲート電極４２は第２クロム電極で形成する。次いで、図２２に示したようにフォーカスゲート電極４２に第３貫通ホールｈ３を形成する。第３貫通ホールｈ３を通じて第２貫通ホールｈ２とその周りのゲート電極３８の一部を覆うフォーカスゲート絶縁膜４０が露出される。第３貫通ホールｈ３の直径は第２貫通ホールｈ２の直径より広い。

一方、デザインレイアウトによって、フォーカスゲート電極４２とゲート電極３８とを多様な形態に形成できる。

例えば、フォーカスゲート電極４２に形成された第３貫通ホールｈ３の内側に複数の第２貫通ホールｈ２が形成できる。または、１個の第３貫通ホールｈ３の内側に１個の第２貫通ホールｈ２が形成できる。

図２３を参照すれば、フォーカスゲート電極４２上に第３貫通ホールｈ３を充填する第３感光膜Ｐ１を塗布する。次いで、バック露光工程を実施する。すなわち、ガラス基板３０の下面にＵＶ５６を照射する。ＵＶ５６は透明電極３２と第１貫通ホールｈ１とゲート絶縁膜３６、フォーカスゲート絶縁膜４０を経て第３感光膜Ｐ１に入射される。第１貫通ホールｈ１を除外した残りの部分に入射されたＵＶ５６は第１マスク層３４により遮断される。したがって、第３感光膜Ｐ１のうち第１貫通ホールｈ１の上方に位置した部分のみＵＶ５６に露光される。第３感光膜Ｐ１の露光された部分は現像工程を通じて露光される。前記露光された部分が除去された所を通じてフォーカスゲート絶縁膜４０の一部が露出される。第３感光膜Ｐ１をエッチングマスクとして使用してフォーカスゲート絶縁膜４０の露出された部分をウェットエッチングする。前記ウェットエッチングはゲート絶縁膜３６が露出されるまで実施するが、図６ないし図１１に示したエッチング過程によって実施することが望ましい。この時、前記ウェットエッチングは２回、あるいはそれ以上の回数に分けて順次に実施できる。

図２４は、第３感光膜Ｐ１と定義されたフォーカスゲート絶縁膜４０の露出された領域を前記ウェットエッチングで除去した後の姿を示す。

図２４を参照すれば、フォーカスゲート絶縁膜４０の前記露出された領域が除去された痕に溝５８が形成されたことが見られる。ホール５８を形成した後、第３感光膜Ｐ１を除去する。

図２５及び図２６は、第４感光膜Ｐ２を形成した後、溝５８を通じて露出されるゲート絶縁膜３６の一部を除去する過程を示す。この過程は図２３及び図２４に示したフォーカスゲート絶縁膜４０の露出された部分を除去する過程と同一である。

図２６を参照すれば、ゲート絶縁膜３６の前記露出された部分が除去されながら第２マスク層３４、ゲート絶縁膜３６、ゲート電極３８、フォーカスゲート絶縁膜４０及びフォーカスゲート電極４２よりなったゲート積層物に少なくとも透明電極３２が露出されるホール６０が形成される。ホール６０は図２に示したコンタクトホール４４に対応する。以後、ゲート絶縁膜３６の露出された部分のウェットエッチングに使われた第４感光膜Ｐ２を除去する。

第４感光膜Ｐ２を除去した後、図２７に示したように、ホール６０を通じて露出された透明電極３２上にＣＮＴエミッタ４６を形成する。ＣＮＴエミッタ４６はスクリーンプリンティング法を利用して形成する。この時、ＣＮＴエミッタ４６は透明電極３２の露出された部分の中心領域に形成することが望ましく、ＣＮＴエミッタ４６の周りの前記ゲート積層物と接触されないように形成することが望ましい。

以後のＣＮＴＦＥＤ製造工程は、通常の工程によって進行する。

図３３は、図２に示されたＣＮＴ ＦＥＤのゲート電極とフォーカスゲート絶縁膜及びフォーカスゲート電極を含む相異なる部分に対するＳＥＭ写真を示す。

図３３で、参照符号Ａ１はゲート電極３８とフォーカスゲート電極４２間の第１段差部分を表し、Ａ２は第２段差部分を表す。

図３３を参照すれば、第１及び第２段差部分Ａ１、Ａ２に対するステップカバレッジが良好であることが分かる。また、第１及び第２段差部分Ａ１、Ａ２のどこにもクラックなどのような漏れ電流が誘発しうる欠陥が形成されないことが分かる。

図３４は、図２に示したＣＮＴ ＦＥＤのゲート電極に印加される電圧による電子ビームのフォーカシング特性を示す。

図３４で左側画面はゲート電極３８に印加される電圧Ｖｇが０Ｖである時の電子ビームのフォーカシング特性を示す画面であり、真中の画面は前記電圧Ｖｇが−２０Ｖである時の画面であり、右側画面は前記電圧Ｖｇが−４０Ｖである時の画面である。各画面の参照符号“Ｂ”は蛍光膜４８で発生した光Ｌが表示される領域を表す。

図３４を参照すれば、ゲート電極３８に印加される電圧Ｖｇの絶対値が大きいほど電子ビームのフォーカシング特性が優秀であることが分かる。

前記の説明で多くの事項が具体的に記載されているが、それらは発明の範囲を限定するものではなく、望ましい実施例の例示として解釈されねばならない。例えば、本発明が属する技術分野で当業者であれば、フォーカスゲート絶縁膜でシリコン酸化膜（ＳｉＯ_Ｘ）の代わりに、他の絶縁膜を厚く形成することもできる。また、ＣＮＴエミッタを中心としてフォーカスゲート電極を非対称的に形成することもできる。それにより、本発明の範囲は説明された実施例によって定められなければならず、特許請求の範囲に記載された技術的思想により定められねばならない。

本発明は、電界放出ディスプレイ及びその製造方法に関わり、例えばコンピュータのモニターやテレビに使用でき、携帯用情報通信機器の情報表示窓、あるいはカムコーダのような携帯用電子装置の情報表示窓に使用可能である。

従来技術による電界放出ディスプレイの問題点を示すＳＥＭ写真である。 本発明の実施例によるＣＮＴエミッタを具備する電界放出ディスプレイを示す断面図である。 図２に示した電界放出ディスプレイのゲート積層物に含まれたフォーカスゲート絶縁膜の形成過程に適用された酸化膜の積層及びエッチング工程を示す断面図であって、第１の段階を示すものである。 図３の次の段階を示す断面図である。 図４の次の段階を示す断面図である。 図５の次の段階を示す断面図である。 図６の次の段階を示す断面図である。 図７の次の段階を示す断面図である。 図８の次の段階を示す断面図である。 図９の次の段階を示す断面図である。 図１０の次の段階を示す断面図である。 図３ないし図１１に示した酸化膜の積層及びエッチング工程で酸化膜に対する１次ウェットエッチングが実施された直後の、感光膜が残っている結果物に対するＳＥＭ写真である。 図１２で感光膜を除去した結果物のＳＥＭ写真である。 図３ないし図１１に示した酸化膜の積層及びエッチング工程で酸化膜に対する２次ウェットエッチングが実施された直後の、感光膜が残っている結果物に対するＳＥＭ写真である。 図１４で感光膜を除去した結果物のＳＥＭ写真である。 図３ないし図１１に示した酸化膜の積層及びエッチング工程で酸化膜に対する４次にわたったウェットエッチングが全て完了した後、感光膜が除去された結果物に対するＳＥＭ写真である。 図３ないし図１１で示した露光方法と異なった露光方法で感光膜を露光する過程を示す断面図である。 図２に示した電界放出ディスプレイに対する製造方法のうちゲート積層物とＣＮＴエミッタを形成する過程を示す断面図であって、第１の段階を示すものである。 図１８の次の段階を示す断面図である。 図１９の次の段階を示す断面図である。 図２０の次の段階を示す断面図である。 図２１の次の段階を示す断面図である。 図２２の次の段階を示す断面図である。 図２３の次の段階を示す断面図である。 図２４の次の段階を示す断面図である。 図２５の次の段階を示す断面図である。 図２６の次の段階を示す断面図である。 図２に示した電界放出ディスプレイのゲート積層物に含まれたフォーカスゲート絶縁膜の蒸着率がシランのフローレートによってどう変化しているかを示すグラフである。 図２に示した電界放出ディスプレイのゲート積層物に含まれたフォーカスゲート絶縁膜のストレスが一酸化二窒素のフローレートによってどう変化しているかを示すグラフである。 図２に示した電界放出ディスプレイのゲート積層物が積層される基板の温度及び一酸化二窒素のフローレートによるフォーカスゲート絶縁膜のストレス変化を示すグラフである。 図２に示した電界放出ディスプレイのゲート積層物に含まれたフォーカスゲート絶縁膜のエッチング率がシランのフローレートによってどう変化しているかを示すグラフである。 図２に示した電界放出ディスプレイのゲート積層物に含まれたフォーカスゲート絶縁膜の厚さによる漏れ電流特性を示すグラフである。 図１８ないし図２７に示した電界放出ディスプレイ製造方法で形成した結果物のうちゲート電極、フォーカスゲート絶縁膜及びフォーカスゲート電極が積層された部分を示すＳＥＭ写真である。 図２に示した電界放出ディスプレイでフォーカスゲートに印加される電圧によるディスプレイ特性を説明するための図面である。

符号の説明

３０ ガラス基板
３２ 透明電極
３４ 第１マスク層
３６ ゲート絶縁膜
３８ ゲート電極
４０ フォーカスゲート絶縁膜
４２ フォーカスゲート電極
４４ コンタクトホール
４６ ＣＮＴエミッタ
４８ 蛍光膜
５０ 前面パネル
５２ 光
Ｖｇ 交流ゲート電圧
Ｖｆｇ フォーカスゲート電圧
Ｖａ 直流電圧
Ｄ 距離

Claims (23)

1. ガラス基板と、前記ガラス基板上に形成された透明電極と、前記透明電極上に形成されたカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）エミッタと、前記ＣＮＴエミッタの周りに形成されて前記ＣＮＴエミッタから電子ビームを抽出し、抽出された電子ビームを与えられた位置にフォーカシングするゲート積層物と、前記ゲート積層物の上側に形成されており、情報が表示される前面パネルと、前記前面パネルの後面に塗布された蛍光膜と、を含むＣＮＴ 電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ）において、
   前記ゲート積層物は、
   前記ＣＮＴエミッタの周りの前記透明電極を覆うマスク層と、
   前記マスク層上に順次に形成されたゲート絶縁膜、ゲート電極、第１シリコン酸化膜（ＳｉＯ_Ｘ）（Ｘ＜２）及びフォーカスゲート電極と、を含み、
   前記第１シリコン酸化膜の厚さは６μｍ〜１５μｍであることを特徴とするＣＮＴ ＦＥＤ。
2. 前記ゲート絶縁膜は第２シリコン酸化膜（ＳｉＯ_Ｘ）（Ｘ＜２）であることを特徴とする請求項１に記載のＣＮＴＦＥＤ。
3. 前記第２シリコン酸化膜の厚さは１μｍ〜５μｍであることを特徴とする請求項２に記載のＣＮＴ ＦＥＤ。
4. １個の前記フォーカスゲート電極の内側に前記ＣＮＴエミッタが複数具備されたことを特徴とする請求項１に記載のＣＮＴ ＦＥＤ。
5. ガラス基板と、前記ガラス基板上に形成された透明電極と、前記透明電極上に形成されたＣＮＴエミッタと、前記ＣＮＴエミッタの周りに形成されて前記ＣＮＴエミッタから電子ビームを抽出し、抽出された電子ビームを与えられた位置にフォーカシングするゲート積層物と、前記ゲート積層物の上側に形成されており、情報が表示される前面パネルと、前記前面パネルの後面に塗布された蛍光膜と、を含むＣＮＴ ＦＥＤ製造方法において、
   前記ゲート積層物は、
   前記ガラス基板及び前記透明電極上に前記透明電極の一部が露出される貫通ホールが形成されたマスク層を形成する第１段階と、
   前記マスク層上に前記貫通ホールを充填するゲート絶縁膜を形成する第２段階と、
   前記貫通ホールの周りの前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する第３段階と、
   前記ゲート電極及び前記ゲート絶縁膜上に第１シリコン酸化膜（ＳｉＯ_Ｘ）（Ｘ＜２）を形成する第４段階と、
   前記貫通ホールの周りの前記第１シリコン酸化膜上にフォーカスゲート電極を形成する第５段階と、
   前記ゲート電極の内側の前記第１シリコン酸化膜及び前記ゲート絶縁膜を除去する第６段階と、を経て形成し、
   前記第１シリコン酸化膜は６μｍ〜１５μｍの厚さに形成することを特徴とするＣＮＴ ＦＥＤ製造方法。
6. 前記ゲート絶縁膜はシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）または第２シリコン酸化膜（ＳｉＯ_Ｘ）（Ｘ＜２）で形成することを特徴とする請求項５に記載のＣＮＴＦＥＤ製造方法。
7. 前記第２シリコン酸化膜は１μｍ〜５μｍの厚さに形成することを特徴とする請求項６に記載のＣＮＴ ＦＥＤ製造方法。
8. 前記第１シリコン酸化膜を形成する過程でシランのフローレートを５０ｓｃｃｍ〜７００ｓｃｃｍに維持することを特徴とする請求項５に記載のＣＮＴ ＦＥＤ製造方法。
9. 前記第１シリコン酸化膜を形成する過程で一酸化二窒素のフローレートを７００ｓｃｃｍ〜４，５００ｓｃｃｍに維持することを特徴とする請求項５に記載のＣＮＴ ＦＥＤ製造方法。
10. 前記第１シリコン酸化膜を形成する過程で工程圧力は６００ｍＴｏｒｒ〜１，２００ｍＴｏｒｒに維持することを特徴とする請求項５に記載のＣＮＴ ＦＥＤ製造方法。
11. 前記第１シリコン酸化膜を形成する過程で前記ガラス基板の温度は２５０℃〜４５０℃に維持することを特徴とする請求項５に記載のＣＮＴ ＦＥＤ製造方法。
12. 前記第１シリコン酸化膜を形成する過程でＲＦパワーは１００Ｗ〜３００Ｗに維持することを特徴とする請求項５に記載のＣＮＴ ＦＥＤ製造方法。
13. 前記第２シリコン酸化膜を形成する過程でシランのフローレートを５０ｓｃｃｍ〜７００ｓｃｃｍに維持することを特徴とする請求項６に記載のＣＮＴ ＦＥＤ製造方法。
14. 前記第２シリコン酸化膜を形成する過程で一酸化二窒素のフローレートを７００ｓｃｃｍ〜４，５００ｓｃｃｍに維持することを特徴とする請求項６に記載のＣＮＴ ＦＥＤ製造方法。
15. 前記第６段階で前記第１シリコン酸化膜を除去する段階は、
    前記フォーカスゲート電極及びその内側の前記第１シリコン酸化膜上に感光膜を塗布する段階と、
    前記貫通ホールの上側に形成された前記感光膜を露光する段階と、
    前記感光膜の露光された部分を除去する段階と、
    前記露光された部分が除去された前記感光膜をエッチングマスクとして使用して前記第１シリコン酸化膜をウェットエッチングする段階と、
    前記感光膜を除去する段階と、を含むことを特徴とする請求項５に記載のＣＮＴ ＦＥＤ製造方法。
16. 前記第１シリコン酸化膜を除去する前記全体段階を繰り返すことを特徴とする請求項１５に記載のＣＮＴ ＦＥＤ製造方法。
17. 前記感光膜を露光する段階で前記感光膜は前記ガラス基板の下で紫外線を照射して露光することを特徴とする請求項１５に記載のＣＮＴ ＦＥＤ製造方法。
18. 前記感光膜を露光する段階は、
    前記貫通ホールに対応する領域に透光窓が形成されたマスクを前記感光膜上側に整列させる段階と、
    前記マスクの上側で前記マスクに向かって光を照射する段階と、を含むことを特徴とする請求項１５に記載のＣＮＴ ＦＥＤ製造方法。
19. 前記ゲート絶縁膜を除去する段階は、
    第１シリコン酸化膜を除去する段階と、
    前記ゲート電極内側の前記第１シリコン酸化膜が除去された結果物上に感光膜を塗布する段階と、
    前記貫通ホールの上側に形成された前記感光膜を露光する段階と、
    前記感光膜の露光された部分を除去する段階と、
    前記露光された部分が除去された前記感光膜をエッチングマスクとして使用して前記ゲート絶縁膜をウェットエッチングする段階と、
    前記感光膜を除去する段階と、を含むことを特徴とする請求項５に記載のＣＮＴ ＦＥＤ製造方法。
20. 前記ゲート絶縁膜を除去する前記全体段階を繰り返すことを特徴とする請求項１９に記載のＣＮＴ ＦＥＤ製造方法。
21. 前記感光膜を露光する段階で前記感光膜は前記ガラス基板の下で紫外線を照射して露光することを特徴とする請求項１９に記載のＣＮＴ ＦＥＤ製造方法。
22. 前記感光膜を露光する段階は、
    前記貫通ホールに対応する領域に透光窓が形成されたマスクを前記感光膜の上側に整列させる段階と、
    前記マスクの上側で前記マスクに向かって光を照射する段階と、を含むことを特徴とする請求項１９に記載のＣＮＴ ＦＥＤ製造方法。
23. 前記フォーカスゲート電極の内側に前記貫通ホールが複数含まれるように前記フォーカスゲート電極を形成することを特徴とする請求項５に記載のＣＮＴ ＦＥＤ製造方法。

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