JPH04505073A

JPH04505073A - フィールドエミッタアレイの製造用の自己整列ゲート方法

Info

Publication number: JPH04505073A
Application number: JP50750190A
Authority: JP
Inventors: バルダイ、ザハー; ラルフ、ランデイ・ケイ; ラム、アーレン・イー; ロンゴ、ロバート・テイ; マノリー、アーサー・イー; フォーマン、ラルフ
Original assignee: ヒューズ・エアクラフト・カンパニー
Priority date: 1989-08-14
Filing date: 1990-04-23
Publication date: 1992-09-03

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】フィールドエミッタアレイの製造用の自己整列ゲート方法背景本発明は一般にフィールドエミッタアレイ、特に自己整列されるミクロン程度のフィールドエミッタアレイを製造する方法に関する。

近年、Ｆ、　Ｈ，グレイ民地による文献（“Ａ　Ｖａｃｕｕｍ　Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆ’ｅｃｔ　Ｔａｒｎｓｉｓｔｏｒ　Ｕｓｉｎｇ　５ｉｌｉｃｏｎ　Ｆｌｅｌｄ　Ｅｓ１ｔｔｅｒ　Ａｒｒａｙｓ　’　、Ｉ　ＥＤＭ、　１９８８年、７７Ｂ乃至７７９頁）において論じられる理由のためにフィールドエミッタアレイは非常に重要になってきている。フィールドエミッタアレイは典型的に上部金属および絶縁層を通る孔のセル状アレイを備えた金属／絶縁体／金属フィルムサンドイッチ構造を含み、下部金属層（エミッタ電極として機能する）の上面に対して効果的に露出された上部金属層（加速電極として機能する）のエツジを残している。多数の錐体形状の電子エミッタ素子が下部金属層上に設けられ、それらの各チップが上部金属層における各孔中に配置されるようにそれから上方に延在する。

適切な電圧がエミッタ電極、加速電極および加速電極の上方に位置された陽極との間において供給された場合、電子が各錐体チップから陽極に流される。これらの装置に関する詳細はＣ，Ａ、５ｐｉｎｄｔ氏による文献（“Ａ　Ｔｈ１ｎ−Ｆ　ｉｌｗ　Ｆ　１ｅｌｄ−Ｅｓｉｓｓｉｏｎ　Ｃａｔｈｏｄｅ”　、Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　ＰｈｙｓｌＴｈ１ｎ−Ｆ１１ｓ＋　Ｆｉｅｌｄ　Ｅｍｉｓｓｉｏｎ　Ｃａｔｈｏｄｅｓ　ｖｌｔｈ　Ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ　Ｃｏｎｅｓ−、Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｌｃｓ、Ｖｏｌ、４７　、Ｎｏ、１２．　１９７６年１２月、　５２４ｇ乃至５２６３頁）　、Ｃ，Ａ、５ｐｔｎｄｔ氏他による文献（’Ｒｅｃｅｎｔ　Ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｉｎ　Ｌｏｗ−Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｆｉｅｌｄ−Ｅｓｉｓｓｌｏｎ　Ｃａｔｈｏｄｅ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ’　、　Ｊｏｕ許第３，４５３．４７８号明細書およびＣ，Ａ、５ｐｉｎｄｔ氏他による米国特許第３．６６５．２４１号明細書および第３．７５５，７０４号明細書中に認められる。フィールドエミッタアレイ装置の製造方法を示す付加的な特許明細書はＪ、　Ｄ、Ｌｅｖｌｎｅ氏による米国特許第３．９２１，０２２号明細書、Ｓ　、Ｆ　ｕｋａｓｅ氏他によ民地国特許第３．９９１ｉ、４１２号明細書、１．　Ｙｕｉｔｏ氏他によ民地国特許第４．００８，４１２号明細書、Ｈ，Ｆ、　Ｇｒａｙ氏他に民地米国特許第４．３０７．５０７号明細書およびＲ，Ｆ、Ｇｒｅｅｎｅ氏他による民地特許第４．５１３．３０８号明細書である。

通常のフィールドエミッタアレイ製造方法において、正確な整列および孔の寸法制御は、装置の非常に小さい幾何学形状および許容誤差のために非常に実現することが難しい。典型的に正確な整列を行うために、適切な整列および形成を保証するために困難で時間を費やすマスクステップを使用することが必要である。

したがって、自己整列しており、実現するのにそれ程難しくなく、経済的なフィールドエミッタアレイを製造する方法を得ることが有効である。

ｂ　発明の要約春　フィールドエミッタアレイを形成する改良された方法を提ｉ　供するために、本発明は以下の処理ステップにしたがって７１　レイを製造する。実質的に錐体のフィールドエミッタ素子は−基体の表面上に形成され、その後酸化物層が基体面およびフィールドエミッタ素子上に付着される。それから金属層がゲート金属層を形成するように酸化物層上に付着される。その後、フォトレジスト層がゲート金属層上に付着される。

フォトレジスト層は各フィールドエミッタアレイ上のフォミッタ素子上のフォトレジストに自己整列された孔を生じるように酸素雰囲気中でプラズマエツチング処理される。その後、フィールドエミッタ素子上の露出されたゲート金属層はマスクとしてフォトレジストの層を使用してエツチング処理される。フォトレジスト層が除去され、酸化物層はフィールドエミッタ素子を露出するためにエツチング処理される。

さらに、フィールドエミッション３極管装置において第２の酸化物層および陽極金属層を設けるために別の処理が行われることができる。

図面の簡単な説明本発明の種々の特徴および利点は、添付図面と共に以下の詳細な説明を参照することにより８男に理解されることができる。なお、同じ参照符号は同じ構造素子を示す。

ｖ！Ｊｌ乃至図８は本発明の原理によるフィールドエミッタアレイの好ましい製造方法を示す。

図９および図■Ｏは、フィールドエミッション３極管を製造するときに使用される付加的な処理ステップを示す。

実施例図面を参照すると、図１および図２は基体の表面上に形成されたフィールドエミッタ素子１２を有する基体１１の側面および上部図をそれぞれ示す。基体１１およびフィールドエミッタ素子上２は例えばポリシリコンであってもよい。基体１１はエミッタ素子のアレイを生成するように通常の方法で製造され、図２は典型的なフィールドエミッタアレイを示している。典型的に基体１１およびフィールドエミッタ素子１２はその上に付着された金属層２０を有している。この金属層２０は例えばモリブデンからなる。金属層２０は典型的に例えば約２５０乃至２（１００オングストロームの厚さに素子１２および基体１１上に付着されている。しかしながら、金属層２０は適用条件によっては除去されてもよいことが理解されるべきである。

図３を参照すると、酸化物層１３は基体１１の表面およびフィールドエミッタ素子１２（または、使用されている場合には金属層２０）上に付着される。酸化物層１３は典型的に化学蒸着処理を使用して形成される。酸化物層１８は、例えば約５０００乃至約１５０００オングストロームの厚さに付着される。例えばクロムの層および金の層から構成されるゲート金属層１４は例えば酸化物の層１３上に付着される。例えば、クロム層は３００乃至約１０００オングストロームの厚さを有していてもよく、一方金層は２０００乃至約５０００オングストロームの厚さを有していてもよい。

図４を参照すると、フォトレジスト１５の層はゲート金属層１４上に付着される。フォトレジスト１５の層は典型的に例えば約２０秒間４０００ＲＰ　ＭでスピンオンされたＨｏｅｃｈｓｔ　Ａ　Ｚ　１３７０フオトレジストを使用する通常のスビンオン工程を使用して付着される。

その後、図４の構造は図５に示されたように各フィールドエミッタ素子１２上のフォトレジスト１５の層の部分が除去されるように処理され、それによってフィールドエミッタ素子１２の各チップ領域上のゲート金属層１４の各部分を露出する。これは、酸素環境中でフォトレジストの層１５をプラズマエツチング処理することによって行われることができる。プラズマエツチング動作は、例えばＬＦＥ社（マサチューセッツ州。

ウオルサム）により製造されたプラズマ放電ストリッピングおよびエツチングシステムモデルＮｏ、ＰＤＳ／ＰＤＥ　３０１で実行されてもよい。その説明のための特別の例として、上記された特定のパラメータを有するフィールドエミッタアレイ構造上でこのようなプラズマエツチング処理を行う際に、上記のプラズマ放電システムは最初に約０．１トルの圧力になるまで排気され、その後プラズマ放電前に約２４０ｃｃ／分の速度、約３トルの気圧の酸素ガスの調整流が通過させられる。

プラズマ放電は所望のフォトレジスト除去を行うために予め定められた時間の間システム中で設定される。その説明のための特別の例として、上記のパラメータ値を有するその上に形成されたフィールドエミッタアレイ構造を有する単一の２インチのウェハが約２５０ワツトのプラズマ放電パワー設定で上記のシステム中で処理されたとき、約２分のプラズマエツチング期間は所望のフォトレジストレジスト除去を行う。

プラズマエツチングステップの結果、正確に整列された開口１Ｂはアレイの各フィールドエミッタ素子１２上に直接形成される。開口１６の寸法は、プラズマ放電装置の時間およびパワー設定および、またはフォトレジストの層１５の最初の厚さを含む処理パラメータを適切に制御することによって制御されることができる。

図６を参照すると、前のステップにおいて開口１６を介して露出されたフィールドエミッタ素子１２は例えばマスクとしてフォトレジストの層１５を使用する通常のエツチング処理によってエツチング処理される。例えば水およびヨウ化カリウムの混合物は、例えば金をエツチングするために約１分乃至約５分の時間期間使用されるでもよく、また約７秒間の過マンガン酸カリウムおよび約７秒間のシュウ酸がクロムをエツチングするために使用されてもよい。

図７および図８を参照するとフォトレジストの層１５は除去され、酸化物の層１３はフィールドエミッタ素子１２を露出するために例えば稀釈されたフッ化水素を使用する通常のエツチング処理工程を使用してエツチングされる。この結果は図８に示されるように自己整列された陰極構造をもたらす。

図９および図１０を参照すると、図１乃至図８の工程にしたがって製造されたフィールドエミッタ陰極構造上の自己整列された陽極構造の製造を可能にする付加的な処理ステップが示されている。フォトレジスト層１５が図７に示されたように除去された後、陽極構造を製造するために第２の酸化物層１７がゲート金属層１４の上部に付着され、その後完成した装置において陽極金属層として機能する付加金属層１８が第２の酸化物層１７上に付着される。

次に、図９の構造は図４乃至図８に関して上記されたように処理される。特に、フォトレジストの層が陽極金属層１８の上部面に供給され、素子１２上のフォトレジスト層の一部を除去するためにプラズマエツチング処理される。陽極金属層１８はマスクとしてフォトレジスト層を使用してエツチング処理される。フォトレジスト層は除去され、第１および第２の酸化物層１３．１７はフィールドエミッタ素子１２を露出するためにエツチング処理され、結果として図１０に示された構造を生成する。

上記の実施例は、本発明の原理を使用する多数の特定の実施例のいくつかの説明に過ぎないことは理解されるであろう。

明らかに、本発明の技術的範囲を逸脱することなく非常に多数の別の装置が当業者により容易に開発されることができる。

例えば、基体およびエミッタ素子を形成するためにポリシリコンの代りに金属が使用されてもよい。また、異方性エツチングが臨界的である場合には、酸化物および金属層のドライエツチングが使用されてもよい。さらに、ゲート金属層はクロムおよび全以外の金属合金、例えばモリブデン等により構成されてもよい。

手続補正書　。、ｉｔ、ｔｓ平成　年　月　日

Claims

【特許請求の範囲】

（１）基体の表面上に実質的に錐体のフィールドエミッタ素子を形成し、前記基体表面および前記フィールドエミッタ素子上に酸化物の層を付着し、ゲート金属層を形成するために前記酸化物の層上に金属の層を付着し、前記ゲート金属層上にフォトレジストの層を付着し、各フィールドエミッタ素子上のフォトレジストの部分が除去され、それによって前記フィールドエミッタ素子の各チップ領域上の前記ゲート金属層の各部分を露出させるように酸素雰囲気中で前記フォトレジストの層をプラズマエッチングし、マスクとして前記フォトレジストの層を使用して前記ゲート金属層の露出された部分をエッチングし、前記フォトレジストの層を除去し、前記フィールドエミッタ素子を露出するように前記酸化物の層の露出された部分をエッチングするステップを含むフィールドエミッタアレイを製造する方法。
（２）前記基体および前記フィールドエミッタ素子はポリシリコンから構成されている請求項１記載の方法。
（３）前記酸化物層の上に金属層を付着するステップは、前記酸化物層の上にクロムの層を付着し、前記クロムの層上に金の層を付着するステップを含む請求項１記載の方法。
（４）前記フォトレジストの層をプラズマエッチングするステップは、プラズマ放電装置中に前記基体を配置し、予め定められた圧力になるまで装置を排気し、前記基体上に酸素ガスの調整流を通過させ、予め定められた時間にわたって前記装置中にプラズマ放電を設定するステップを含む請求項１記載の方法。
（５）基体の表面上に実質的に錐体のフィールドエミッタ素子を形成し、前記基体表面および前記フィールドエミッタ素子上に金属の第１の層を付着し、前記金属の第１の層上に酸化物の層を付着し、ゲート金属層を形成するために前記酸化物の層上に金属の第２の層を付着し、前記ゲート金属層上にフォトレジストの層を付着し、各フィールドエミッタ素子上のフォトレジストの部分が除去され、それによって前記フィールドエミッタ素子の各チップ領域上の前記ゲート金属層の各部分を露出させるように酸素雰囲気中で前記フォトレジストの層をプラズマエッチングし、マスクとして前記フォトレジストの層を使用して前記ゲート金属層の露出された部分をエッチングし、前記フォトレジストの層を除去し、前記フィールドエミッタ素子を露出するように前記酸化物の層の露出された部分をエッチングするステップを含むフィールドエミッタアレイを製造する方法。
（６）前記基体および前記フィールドエミッタ素子はポリシリコンから構成されている請求項５記載の方法。
（７）前記金属の第１の層はチリプデンからなる請求項５記載の方法。
（８）前記酸化物層上に前記金属の第２の層を付着するステップは、前記酸化物層の上にクロムの層を付着し、前記クロムの層上に金の層を付着するステップを含む請求項５記載の方法。
（９）前記フォトレジストの層をプラズマエッチングするステップは、プラズマ放電装置中に前記基体を配置し、予め定められた圧力になるまで装置を排気し、前記基体上に酸素ガスの調整流を通過させ、予め定められた時間にわたって前記装置中にプラズマ放電を設定するステップを含む請求項５記載の方法。
（１０）基体の表面上に実質的に錐体のフィールドエミッタ素子を形成し、前記基体表面および前記フィールドエミッタ素子上に酸化物の第１の層を付着し、ゲート金属層を形成するために前記酸化物の第１の層上に金属の層を付着し、ゲート金属層上にフォトレジストの第１の層を付着し、各フィールドエミッタ素子上のフォトレジストの部分が除去され、それによって前記フィールドエミッタ素子の各チップ領域上の前記ゲート金属層の各部分を露出させるように酸素雰囲気中で前記フォトレジストの第１の層をプラズマエッチングし、マスクとして前記フォトレジストの第１の層を使用して前記ゲート金属層の露出された部分をエッチングし、前記フォトレジストの第１の層を除去し、前記ゲート金属層および前記ゲート金属層によって被覆されていない前記第１の酸化物層の各部分上に酸化物の第２の層を付着し、陽極金属層を形成するように前記酸化物の第２の層上に金属の層を付着し、前記陽極金属層上にフォトレジストの第２の層を付着し、各フィールドエミッタ素子上の前記第２の層中のフォトレジストの部分が除去され、それによって前記フィールドエミッタ素子の各チップ領域上の前記陽極金属層の各部分を露出させるように酸素雰囲気中で前記フォトレジストの第２の層をプラズマエッチングし、マスクとして前記フォトレジストの第２の層を使用して前記陽極金属層の露出された部分をエッチングし、前記フィールドエミッタ素子を露出するように前記第１および第２の酸化物の層の露出された部分をエッチングするステップを含むフィールドエミッタ３極管アレイを製造する方法。
（１１）前記基体および前記フィールドエミッタ素子はポリシリコンからなる請求項１０記載の方法。
（１２）ゲート金属層を形成するために前記酸化物層上に金属の層を付着するステップは、前記酸化物層の上にクロムの層を付着し、前記クロムの層上に金の層を付着するステップを含む請求項１１記載の方法。
（１３）前記フォトレジストの第１および第２の層をプラズマエッチングするステップは、プラズマ放電装置中に前記基体を配置し、予め定められた圧力になるまで装置を排気し、前記基体上に酸素ガスの調整流を通過させ、予め定められた時間にわたって前記装置中にプラズマ放電を設定するステップを含む請求項１記載の方法。