JPH04262337A - 電界放出陰極の製造方法 - Google Patents

電界放出陰極の製造方法

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JPH04262337A
JPH04262337A JP3022088A JP2208891A JPH04262337A JP H04262337 A JPH04262337 A JP H04262337A JP 3022088 A JP3022088 A JP 3022088A JP 2208891 A JP2208891 A JP 2208891A JP H04262337 A JPH04262337 A JP H04262337A
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JP
Japan
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film
cathode
polycrystalline
sio2
field emission
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Pending
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JP3022088A
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English (en)
Inventor
Shinji Yokoyama
信治 横山
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JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電界放出陰極の製造方
法に係り、特に、製造工程を簡略化,陰極形状の制御性
が向上した電界放出陰極の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体装置の微細化加工技術を用
いて半導体デバイスと同サイズの真空管をウェハ上に集
積する技術が注目されている。前記真空管を集積したウ
ェハは、その厚さを通常の半導体装置より薄くすること
が可能なため、平面ディスプレイ等に用いられている。 また、電子は、シリコン基板中を流れるよりも真空中を
流れる方が放射線の影響を受けにくいことから、今後益
々微細化技術を用いたミクロンサイズの真空デバイスが
注目されることが予想される。
【0003】前記技術では、特性の良いカソード(陰極
)をいかにウェハ上に集積作成するかが重要なポイント
である。そのため、例えば、シリコンによるSpind
t型のカソード等、種々のタイプのカソードが形成され
、その特性が報告されている。
【0004】1990年に開かれた電子情報通信学会秋
季全国大会では、シリコン微小電界放出陰極アレイの作
成と動作特性(1990年電子情報通信学会秋季全国大
会、5−282〜283頁、別井圭一氏;富士通研究所
)として、n型シリコン基板常上の熱酸化膜をマスクと
して、該マスク下部に適当なサイドエッチングが生じる
条件でリアクティブイオンエッチング(RIE)を行い
、前記シリコンをエッチングしてエミッタティップを形
成し、その後、前記マスクを残した状態で当該シリコン
を熱酸化し当該エミッタティップ表面に酸化膜を形成す
る。この処理により当該エミッタティップ内部にシリコ
ンの極めて鋭い先端が形成される。その後、絶縁膜及び
ゲート電極膜を蒸着後、フッ酸浸漬し前記エミッタティ
ップ表面の熱酸化膜を除去し、前記マスクとその上にあ
る絶縁膜,電極膜を取り除き、電極パターンを形成して
シリコン微小電界放出陰極アレイを作成する製造方法が
報告されている。
【0005】また、前記と同じ大会において、フィール
ドエミッションカソードの試作(1990年電子情報通
信学会秋季全国大会、5−284〜285頁、石川拓氏
,久森文詞氏;新日本無線(株)マイクロ波事業本部、
マイクロ波工場)として、シリコン基板とゲート電極と
の間に酸化膜を持つMOS構造でSRIのSpindt
らのカソードと同様の構造を示すフィールドエミッショ
ンカソードの製造方法が報告されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記製
造方法は、両者共、サイドエッチングによりカソードの
形状を決定しているが、サイドエッチングの制御は、主
にエッチング時間により行われるため、サイドエッチン
グの制御性が悪く、必要な形状を常に一定レベルで得る
ことが困難であるという問題があった。
【0007】また、カソードを形成する工程が複雑で、
時間がかかり、生産性が低下する等の問題もあった。そ
こで、本発明は、このような問題を解決することを課題
とするものであり、カソードの製造工程を簡略化し、且
つ、カソード形状の制御性を向上した電界放出陰極の製
造方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明は、シリコン基板上に酸化膜を形成する第1工
程と、当該酸化膜の全面に多結晶シリコン膜を形成する
第2工程と、当該多結晶シリコン膜にボロンを導入する
第3工程と、当該ボロンが導入された多結晶シリコン膜
の一部を選択的に除去する第4工程と、次いで前記シリ
コン基板の全面を酸化処理する第5工程と、次いで当該
シリコン基板の全面をエッチングする第6工程と、次い
で当該シリコン基板を選択的にエッチバックする第7工
程と、蒸着により電極を形成する第8工程と、からなる
ことを特徴とする電界放出陰極の製造方法を提供するも
のである。
【0009】
【作用】この発明に係る電界放出陰極の製造方法によれ
ば、第1工程ないし第4工程によりシリコン基板(Si
基板)1上の多結晶シリコン膜(多結晶Si膜)3にボ
ロン(B)を導入し、これを選択的に除去することでカ
ソード領域を形成することができる。この時、前記除去
領域の幅(面積)を調整することで、後の工程で形成す
るオーバーハング形状のホールのサイズを簡単に決定す
ることができる結果、所望のサイズの電極を簡単に得る
ことが可能となる。
【0010】そして、第3工程で、多結晶Si膜3にB
を導入したことにより、第5工程における酸化処理の際
、前記カソード領域以外に形成されているBが導入され
た多結晶Si膜3の酸化速度を当該カソード領域のSi
基板1の酸化速度より速くすることができるため、Bが
導入されたSiO2 膜5を、SiO2 膜6より厚い
膜厚で形成することができる。
【0011】また、第3工程で、多結晶Si膜3にBを
導入したことにより、前記Bが導入されたSiO2 膜
5のエッチング速度を前記SiO2膜6のエッチング速
度に比べ、10〜20分の1程度の割合で遅くすること
ができる。このため、第6工程におけるエッチングの際
、前記SiO2 膜6のみを除去し、Si基板上にホー
ル(後の工程によりオーバーハング形状のホールとなる
)を簡単に安定した再現性で形成することができる。
【0012】そして、第7工程でエッチバックを行う際
、第5工程でBが導入されたSiO2 膜5を、Bが導
入されていないSiO2 膜より厚い膜厚で形成したこ
とにより、前記Bが導入されたSiO2 膜5が所望の
膜厚になるまでエッチバックを行うことができる結果、
Si基板上に形成されるオーバーハング形状のホールの
深さを簡単に調整することができる。そして、前記ホー
ルの形状(深さ,ザイズ,オーバーハングの角度等)に
より、第8工程における蒸着による電極(カソード及び
ゲート)の形成の際、当該カソードとゲート層を同時に
蒸着により形成し、且つ、当該カソードとゲート層の高
さ及びカソードの形状が決定される。
【0013】この結果、カソードの製造工程を簡略化し
、且つ、カソード形状の制御性を向上した電界放出陰極
の製造方法を提供することができる。
【0014】
【実施例】次に、本発明に係る一実施例について図面に
基づいて説明する。図1〜図9は、本実施例に係る電界
放出陰極の製造工程を示す一部断面図である。
【0015】図1に示す工程では、Si基板1を900
〜1000℃で酸化し、20〜50nmの膜厚でSiO
2 膜2を形成する。次いで、図2に示す工程では、C
VD法により図1に示す工程で得たSiO2 膜2の全
面に200〜400nmの膜厚で多結晶Si膜3を形成
する。
【0016】次に、図3に示す工程では、図2に示す工
程で得た多結晶Si膜3の全面にB(ボロン)をドーズ
量5〜10×1015cm−2、エネルギー20〜40
KeVでイオン注入する。
【0017】次いで、図4に示す工程では、図3に示す
工程で得たBがイオン注入された多結晶Si膜4をレジ
ストによりパターニングし、カソードを形成すべき領域
上のBがイオン注入された多結晶Si膜4をエッチング
により除去する。
【0018】次に、図5に示す工程では、図4に示す工
程で得たBがイオン注入された多結晶Si膜4及び露出
したSiO2 膜2の全面を、900〜1000℃で酸
化し、Bがイオン注入されたSiO2 膜5及びSiO
2 膜6を形成する。また、Bがイオン注入された多結
晶Si膜4は、SiO2 膜2より酸化速度が速いため
、Bがイオン注入されたSiO2 膜5は、SiO2 
膜6より厚い膜厚で形成される。
【0019】次いで、図6に示す工程では、HF系ガス
を用い、図5に示す工程で得たSi基板1の全面をエッ
チングする。ここで、Bがイオン注入されたSiO2 
膜5のHF系ガスに対するエッチング速度は、SiO2
 膜6のエッチング速度に比べ、10〜20分の1の割
合で遅いため、SiO2 膜6のみがエッチング除去さ
れる。 このため、Si基板1上にホール(後の工程によりオー
バーハング形状のホール10となる)を簡単に再現性良
く形成することができる。
【0020】次に、図7に示す工程では、図6に示す工
程で得たSi基板1の全面にレジスト膜7を形成する。 次いで、図8に示す工程では、図7に示す工程で得たS
i基板1の全面を、Bがイオン注入されたSiO2 膜
5が200〜400nmの膜厚になるまでエッチバック
し、平坦化した後、レジスト膜7を除去する。ここで、
Bがイオン注入されたSiO2 膜5は、図5に示す工
程で、SiO2 膜6より厚い膜厚で形成されているた
め、膜厚の調整をエッチバックにより簡単に行うことが
できる。このようにして、Si基板1上にオーバーハン
グ形状のホール10を形成した。尚、Bがイオン注入さ
れたSiO2 膜5の膜厚を調整することで、オーバー
ハング形状のホール10の深さを任意に決定することが
でき、オーバーハング形状のホール10の深さにより、
後の工程で形成するカソード及びゲート層の膜厚(高さ
)及びカソードの形状が決定する。
【0021】次に、図9に示す工程では、図8に示す工
程で得たSi基板1上に、蒸着により、Pt−Auを堆
積し、カソード8及びゲート層9を同時に形成する。こ
こで、オーバーハング形状のホール10内にPt−Au
を堆積してカソード8を形成するため、カソード8の形
状は、先端が極めて鋭いコーン状(円錐状)となる。そ
の後、ゲート層9を所望によりパターニングして、ゲー
トを形成する。
【0022】以上のように、簡単な工程で、Si基板上
に所望の形状を有する電界放出陰極及びゲートを形成し
た。尚、このようにして製造された電界放出陰極を有す
る半導体装置は、例えば、蛍光板をアノードとして用い
、両者により3極管構造を形成する。
【0023】本実施例では、図3に示す工程で、多結晶
Si膜3にBを導入する方法としてイオン注入を用いた
が、これに限らず、SOG法(Spin  on  G
lass)等、他の方法によりBを導入しても良い。
【0024】また、本実施例では、図8に示す工程で、
Bがイオン注入されたSiO2 膜5の膜厚が200〜
400nmになるまで、エッチバックを行ったが、これ
に限らず、形成すべき電極の膜厚により、Bがイオン注
入されたSiO2 膜5の膜厚は、任意に調整して良い
【0025】また、図9に示す工程では、Pt−Auを
蒸着により堆積したが、これに限らず、Pd,Au,M
o等を蒸着して電極としても良い。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
Si基板上の多結晶Si膜にBを導入したことで、第5
工程における酸化処理の際、Bが導入されたSiO2 
膜を、SiO2 膜より厚い膜厚で形成することができ
るため、後の第7工程におけるエッチバックの際、Bが
導入されたSiO2膜の膜厚を簡単に調整することがで
きる。また、前記Bが導入されたSiO2 膜のエッチ
ング速度を前記SiO2 膜のエッチング速度に比べ、
10〜20分の1程度の割合で遅くすることができるた
め、第6工程におけるエッチングの際、前記SiO2 
膜のみを除去することが可能となり、オーバーハング形
状のホールを再現性良くSi基板上に形成することがで
きる。
【0027】そして、第8工程でカソードとゲート層を
同時に形成する際、前記ホールの形状(深さ,ザイズ,
オーバーハングの角度等)により、当該カソード及びゲ
ート層の膜厚及びカソードの形状が決定するため、簡単
に再現性良く所望の形状のカソードを形成することが可
能となる。
【0028】この結果、カソードの製造工程を簡略化し
、且つ、カソード形状の制御性を向上した電界放出陰極
の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係る電界放出陰極の製造工程
を示す一部断面図である。
【図2】本発明の実施例に係る電界放出陰極の製造工程
を示す一部断面図である。
【図3】本発明の実施例に係る電界放出陰極の製造工程
を示す一部断面図である。
【図4】本発明の実施例に係る電界放出陰極の製造工程
を示す一部断面図である。
【図5】本発明の実施例に係る電界放出陰極の製造工程
を示す一部断面図である。
【図6】本発明の実施例に係る電界放出陰極の製造工程
を示す一部断面図である。
【図7】本発明の実施例に係る電界放出陰極の製造工程
を示す一部断面図である。
【図8】本発明の実施例に係る電界放出陰極の製造工程
を示す一部断面図である。
【図9】本発明の実施例に係る電界放出陰極の製造工程
を示す一部断面図である。
【符号の説明】
1    Si基板 2    SiO2 膜 3    多結晶Si膜 4    Bがイオン注入された多結晶Si膜5   
 Bがイオン注入されたSiO2 膜6    SiO
2 膜 7    レジスト膜 8    カソード 9    ゲート層

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  シリコン基板上に酸化膜を形成する第
    1工程と、当該酸化膜の全面に多結晶シリコン膜を形成
    する第2工程と、当該多結晶シリコン膜にボロンを導入
    する第3工程と、当該ボロンが導入された多結晶シリコ
    ン膜の一部を選択的に除去する第4工程と、次いで前記
    シリコン基板の全面を酸化処理する第5工程と、次いで
    当該シリコン基板の全面をエッチングする第6工程と、
    次いで当該シリコン基板を選択的にエッチバックする第
    7工程と、蒸着により電極を形成する第8工程と、から
    なることを特徴とする電界放出陰極の製造方法。
JP3022088A 1991-02-15 1991-02-15 電界放出陰極の製造方法 Pending JPH04262337A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2734401A1 (fr) * 1995-03-20 1996-11-22 Nec Corp Cathode froide a emission de champ ayant une caracteristique d'isolement amelioree et procede pour la fabriquer
JP2005327498A (ja) * 2004-05-12 2005-11-24 Nippon Hoso Kyokai <Nhk> 冷陰極素子及びその製造方法

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