JPH0652789A - 電子銃およびその製造方法 - Google Patents
電子銃およびその製造方法Info
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- JPH0652789A JPH0652789A JP22222892A JP22222892A JPH0652789A JP H0652789 A JPH0652789 A JP H0652789A JP 22222892 A JP22222892 A JP 22222892A JP 22222892 A JP22222892 A JP 22222892A JP H0652789 A JPH0652789 A JP H0652789A
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- silicon
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 尖鋭な先端の電子銃および均一な形状の電子
銃を特殊な手法を用いることなく容易に形成することが
できる電子銃の製造方法を提供すること。 【構成】 シリコン基板に二つの（１１１）面による稜
線構造を形成する工程と、前記稜線構造上にマスク材料
を形成する工程と、前記マスク材料の一部を除去する工
程と、前記マスク材料の除去した部分を通して、シリコ
ン基板をエッチングする工程とを具備することを特徴と
する電子銃の製造方法。
銃を特殊な手法を用いることなく容易に形成することが
できる電子銃の製造方法を提供すること。 【構成】 シリコン基板に二つの（１１１）面による稜
線構造を形成する工程と、前記稜線構造上にマスク材料
を形成する工程と、前記マスク材料の一部を除去する工
程と、前記マスク材料の除去した部分を通して、シリコ
ン基板をエッチングする工程とを具備することを特徴と
する電子銃の製造方法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電子銃およびその製造
方法に関する。特に、マイクロ真空菅、各種電子信号処
理回路や電子信号増幅器、フラットパネルディスプレイ
等に利用できる電子銃およびその製造方法に関する。
方法に関する。特に、マイクロ真空菅、各種電子信号処
理回路や電子信号増幅器、フラットパネルディスプレイ
等に利用できる電子銃およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の電子銃の製造方法としては、良く
知られている方法として、スピント(C.A.Spindt)らが開
発した冷陰極エミッタの形成方法（スピント法と称す
る）がある。この方法は、まず、図５ａに示すように、
基板４１上にＳｉＯ2 等の絶縁膜４２を成膜し、その一
部分に１μｍ程度の穴を開孔して、この絶縁膜上に斜め
方向から金属４３，４４を蒸着することにより絶縁膜の
開孔部から金属膜をひさし状に張り出させて、開孔部の
半径の極小さなピンホール４５を形成する。次に、図５
ｂに示すように、基板４１に垂直な方向からエミッタ
（電子銃）となるＭｏ等の金属４６を蒸着する。この
時、Ｍｏが蒸着され厚くなるにしたがって、ピンホール
がその蒸着膜により塞がって行くことにより、絶縁膜内
の開孔部分に先端径が５００オングストローム程度のコ
ーン状のエミッタ４７が形成され、その後、図５ｃに示
すように、金属膜４４から上を除去することにより電子
銃であるエミッタを形成するものである。
知られている方法として、スピント(C.A.Spindt)らが開
発した冷陰極エミッタの形成方法（スピント法と称す
る）がある。この方法は、まず、図５ａに示すように、
基板４１上にＳｉＯ2 等の絶縁膜４２を成膜し、その一
部分に１μｍ程度の穴を開孔して、この絶縁膜上に斜め
方向から金属４３，４４を蒸着することにより絶縁膜の
開孔部から金属膜をひさし状に張り出させて、開孔部の
半径の極小さなピンホール４５を形成する。次に、図５
ｂに示すように、基板４１に垂直な方向からエミッタ
（電子銃）となるＭｏ等の金属４６を蒸着する。この
時、Ｍｏが蒸着され厚くなるにしたがって、ピンホール
がその蒸着膜により塞がって行くことにより、絶縁膜内
の開孔部分に先端径が５００オングストローム程度のコ
ーン状のエミッタ４７が形成され、その後、図５ｃに示
すように、金属膜４４から上を除去することにより電子
銃であるエミッタを形成するものである。
【０００３】他の方法としては、テレビジョン学会誌ｖ
ｏｌ．４５，Ｎｏ．５，第６１２〜６１７頁（１９９
１）に金丸らが開示した方法として、横型の３極管素子
の製作例がある。この方法では、始めに、図６ａに示す
ように、石英基板５１上にＷ５２とＡｌ５３膜を積層し
て滞積し、次にホトリソグラフィーによりパターニング
したフォトレジスト５４をマスクとしてＳＦ6 ガスによ
る反応性イオンエッチングを行い、図６ｂに示すよう
に、Ｗ膜をエミッタ５３ａ、ゲート５３ｂ、アノード５
３ｃ電極の形状に加工する。なお、図６ｂ´はエミッタ
５３ａを上から見た図である。この後、図６Ｃに示すよ
うに、リン酸系のエッチング液により下層のＡｌをエッ
チングし、Ｗ膜がひさし状に突き出た構造を形成する。
この方法は、電子銃となるエミッタとゲートおよびアノ
ードを同時に形成するものである。
ｏｌ．４５，Ｎｏ．５，第６１２〜６１７頁（１９９
１）に金丸らが開示した方法として、横型の３極管素子
の製作例がある。この方法では、始めに、図６ａに示す
ように、石英基板５１上にＷ５２とＡｌ５３膜を積層し
て滞積し、次にホトリソグラフィーによりパターニング
したフォトレジスト５４をマスクとしてＳＦ6 ガスによ
る反応性イオンエッチングを行い、図６ｂに示すよう
に、Ｗ膜をエミッタ５３ａ、ゲート５３ｂ、アノード５
３ｃ電極の形状に加工する。なお、図６ｂ´はエミッタ
５３ａを上から見た図である。この後、図６Ｃに示すよ
うに、リン酸系のエッチング液により下層のＡｌをエッ
チングし、Ｗ膜がひさし状に突き出た構造を形成する。
この方法は、電子銃となるエミッタとゲートおよびアノ
ードを同時に形成するものである。
【０００４】上述の方法で、前者のスピント法において
は、ピンホールを形成するために金属膜を斜め方向より
蒸着する等の特殊な手法が必要であり、また、このピン
ホール自体もその開口径の制御が難しく大きすぎて先端
の鋭角なコーンの形成ができなかったり、ピンホールが
塞がってしまいコーン状のエミッタそのものが形成され
ない等、均一なエミッタを形成するのが難しいという問
題点がある。
は、ピンホールを形成するために金属膜を斜め方向より
蒸着する等の特殊な手法が必要であり、また、このピン
ホール自体もその開口径の制御が難しく大きすぎて先端
の鋭角なコーンの形成ができなかったり、ピンホールが
塞がってしまいコーン状のエミッタそのものが形成され
ない等、均一なエミッタを形成するのが難しいという問
題点がある。
【０００５】後者の横型３極管の場合には、基板上の同
一平面にエミッタ、ゲートおよびアノードが並んで形成
されているために、エミッタから放射された電子がゲー
トに必要以上に多く流れてしまう等の問題があり実用的
でない。
一平面にエミッタ、ゲートおよびアノードが並んで形成
されているために、エミッタから放射された電子がゲー
トに必要以上に多く流れてしまう等の問題があり実用的
でない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、均一な形状の電子銃およびその製造方法を提供
することである。
目的は、均一な形状の電子銃およびその製造方法を提供
することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記諸目的は、電子銃の
先端部が三つの（１１１）面よりなることを特徴とする
電子銃によって達成される。
先端部が三つの（１１１）面よりなることを特徴とする
電子銃によって達成される。
【０００８】上記諸目的は、シリコン基板に二つの（１
１１）面による稜線構造を形成する工程と、前記稜線構
造上にマスク材料を形成する工程と、前記マスク材料の
一部を除去する工程と、前記マスク材料の除去した部分
を通して、シリコン基板をエッチングする工程とを具備
することを特徴とする電子銃の製造方法により達成され
る。
１１）面による稜線構造を形成する工程と、前記稜線構
造上にマスク材料を形成する工程と、前記マスク材料の
一部を除去する工程と、前記マスク材料の除去した部分
を通して、シリコン基板をエッチングする工程とを具備
することを特徴とする電子銃の製造方法により達成され
る。
【０００９】また上記諸目的は、シリコン基板上に形成
された第１のマスク材料内のエッチング窓を通してシリ
コン基板をエッチングする工程と、前記エッチング面に
第２のマスク材料を形成する工程と、前記第１のマスク
材料を除去する工程と、前記第１のマスク材料が除去さ
れた部分を通してシリコン基板をエッチングする工程
と、前記エッチング面に第３のマスク材料を形成する工
程と、前記第２のマスク材料および第３のマスク材料の
一部を除去する工程と、前記第２のマスク材料および第
３のマスク材料の除去した部分を通して、シリコン基板
をエッチングする工程とをを具備することを特徴とする
電子銃の製造方法によっても達成される。
された第１のマスク材料内のエッチング窓を通してシリ
コン基板をエッチングする工程と、前記エッチング面に
第２のマスク材料を形成する工程と、前記第１のマスク
材料を除去する工程と、前記第１のマスク材料が除去さ
れた部分を通してシリコン基板をエッチングする工程
と、前記エッチング面に第３のマスク材料を形成する工
程と、前記第２のマスク材料および第３のマスク材料の
一部を除去する工程と、前記第２のマスク材料および第
３のマスク材料の除去した部分を通して、シリコン基板
をエッチングする工程とをを具備することを特徴とする
電子銃の製造方法によっても達成される。
【００１０】
【作用】本発明の電子銃は、図２に示すように、三つの
（１１１）面よりなる変形三角錐の頂点である。このた
め、その先端部は、原子レベル（数ｎｍ）の尖鋭さであ
り、極めて電界集中が起り易く、電子の放出に適した構
造である。
（１１１）面よりなる変形三角錐の頂点である。このた
め、その先端部は、原子レベル（数ｎｍ）の尖鋭さであ
り、極めて電界集中が起り易く、電子の放出に適した構
造である。
【００１１】本発明の電子銃の製造方法は、面方位（１
００）のシリコン基板１上に形成された第１のマスク材
料２、例えばシリコン窒化膜等の一部を除去した部分の
シリコン基板１を異方性エッチング液、例えばＫＯＨ水
溶液、ヒドラジン水溶液やエチレンジアミンピロカテコ
ール液等によりエッチングして、（１１１）のエッチン
グ面３を露出させる。次に、このエッチング面３を第２
のマスク材料４、例えばシリコン酸化膜等を成膜して保
護し、該第１のマスク材料２を除去して、該第１のマス
ク材料２が除去された部分をエッチングして、（１１
１）のエッチング面５を露出させる。次に、このエッチ
ング面５を第３のマスク材料６、例えばシリコン酸化膜
等を成膜して保護しする。次に、第２および第３のマス
ク材料４および６の一部を除去し、シリコン基板１に形
成された二つの（１１１）面によりなる稜線構造の一部
を露出させ、上記の異方性エッチング液を用いてエッチ
ングすることにより、（１１１）のエッチング面７を形
成する。これにより、図２に示すような先端部が三つの
（１１１）面によりなる電子銃が形成されるものであ
る。
００）のシリコン基板１上に形成された第１のマスク材
料２、例えばシリコン窒化膜等の一部を除去した部分の
シリコン基板１を異方性エッチング液、例えばＫＯＨ水
溶液、ヒドラジン水溶液やエチレンジアミンピロカテコ
ール液等によりエッチングして、（１１１）のエッチン
グ面３を露出させる。次に、このエッチング面３を第２
のマスク材料４、例えばシリコン酸化膜等を成膜して保
護し、該第１のマスク材料２を除去して、該第１のマス
ク材料２が除去された部分をエッチングして、（１１
１）のエッチング面５を露出させる。次に、このエッチ
ング面５を第３のマスク材料６、例えばシリコン酸化膜
等を成膜して保護しする。次に、第２および第３のマス
ク材料４および６の一部を除去し、シリコン基板１に形
成された二つの（１１１）面によりなる稜線構造の一部
を露出させ、上記の異方性エッチング液を用いてエッチ
ングすることにより、（１１１）のエッチング面７を形
成する。これにより、図２に示すような先端部が三つの
（１１１）面によりなる電子銃が形成されるものであ
る。
【００１２】本発明の製造方法において、エッチング面
７は、二つの（１１１）のエッチング面よりなる稜線構
造部分を異方性エッチング液によりエッチングすること
により、基板平面に対して平行に上部が突き出たオーバ
ーハング形状にシリコンがエッチングされるものであ
る。この頂点部分は、シリコン結晶による（１１１）面
によってのみ形成される正四面対構造の一つの頂点部分
が現れたものである。
７は、二つの（１１１）のエッチング面よりなる稜線構
造部分を異方性エッチング液によりエッチングすること
により、基板平面に対して平行に上部が突き出たオーバ
ーハング形状にシリコンがエッチングされるものであ
る。この頂点部分は、シリコン結晶による（１１１）面
によってのみ形成される正四面対構造の一つの頂点部分
が現れたものである。
【００１３】上述のように、本発明の製造方法は、先端
部が三つの（１１１）面によりなる電子銃を異方性エッ
チング液を利用したエッチングにより形成しているた
め、同一の形状の電子銃を再現性よく、容易に得ること
ができる。
部が三つの（１１１）面によりなる電子銃を異方性エッ
チング液を利用したエッチングにより形成しているた
め、同一の形状の電子銃を再現性よく、容易に得ること
ができる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明を図面を用いて説明する。
【００１５】まず、図１ａに示すように、（１００）の
シリコン基板１上に、第１のマスク材料として窒化シリ
コン膜２を成膜し、フォトリソグラフィーおよびリアク
ティブイオンエッチング（ＲＩＥ）またはケミカルドラ
イエッチング（ＣＤＥ）によりその一部を除去し、ＫＯ
Ｈ水溶液を用いてシリコン基板１をエッチングして（１
１１）のエッチング面３を露出させる。
シリコン基板１上に、第１のマスク材料として窒化シリ
コン膜２を成膜し、フォトリソグラフィーおよびリアク
ティブイオンエッチング（ＲＩＥ）またはケミカルドラ
イエッチング（ＣＤＥ）によりその一部を除去し、ＫＯ
Ｈ水溶液を用いてシリコン基板１をエッチングして（１
１１）のエッチング面３を露出させる。
【００１６】次に、図１ａに示すように、エッチング面
３に、第２のマスク材料として、例えば熱酸化法または
ＣＶＤ法により酸化シリコン膜４を成膜する。この酸化
膜の膜厚は０．１〜１μｍ程度である。そして、第１の
マスク材料である窒化シリコン膜２を除去する。
３に、第２のマスク材料として、例えば熱酸化法または
ＣＶＤ法により酸化シリコン膜４を成膜する。この酸化
膜の膜厚は０．１〜１μｍ程度である。そして、第１の
マスク材料である窒化シリコン膜２を除去する。
【００１７】次に、図１ｃに示すようにシリコン基板１
をＫＯＨ水溶液によりエッチングして、（１１１）のエ
ッチング面５を露出させる。これにより二つの（１１
１）面による稜線構造が形成される。
をＫＯＨ水溶液によりエッチングして、（１１１）のエ
ッチング面５を露出させる。これにより二つの（１１
１）面による稜線構造が形成される。
【００１８】次に、図１ｄに示すように、熱酸化法によ
りエッチング面５上に酸化シリコン膜６を成膜する。こ
の酸化シリコン膜６の膜厚は０．１〜０．５μｍ程度で
ある。
りエッチング面５上に酸化シリコン膜６を成膜する。こ
の酸化シリコン膜６の膜厚は０．１〜０．５μｍ程度で
ある。
【００１９】次に、図１ｅおよびｆに示すように、酸化
シリコン膜４および６の一部をフォトリソグラフィーお
よびＲＩＥ法やＣＤＥ法等でエッチングし、一部を除去
して、稜線構造の一部および基板１の一部を露出する。
ここで、図１ｅはこの状態での平面図であり、図１ｆは
図１ｅのＡ−Ａ線での断面図である。
シリコン膜４および６の一部をフォトリソグラフィーお
よびＲＩＥ法やＣＤＥ法等でエッチングし、一部を除去
して、稜線構造の一部および基板１の一部を露出する。
ここで、図１ｅはこの状態での平面図であり、図１ｆは
図１ｅのＡ−Ａ線での断面図である。
【００２０】次に、シリコン基板１をＫＯＨ水溶液によ
りエッチングして、（１１１）のエッチング面７を露出
させる。これにより図２に示すように、３つの（１１
１）面による電子銃が形成される。図３に以上のように
して単結晶シリコンにより形成した電子銃のＳＥＭ写真
を示す。
りエッチングして、（１１１）のエッチング面７を露出
させる。これにより図２に示すように、３つの（１１
１）面による電子銃が形成される。図３に以上のように
して単結晶シリコンにより形成した電子銃のＳＥＭ写真
を示す。
【００２１】次に図４に示すように、ＣＶＤ法により酸
化シリコン膜８を堆積させる。この酸化シリコン膜８の
膜厚は、以後に形成するゲート電極とエミッタとの距離
を決定するゲート酸化膜である。本実施例では膜厚０．
５〜１程度とした。次に、該酸化シリコン膜８上から導
電性膜、例えばＡｌ、Ｗ、Ｍｏ等の金属膜９を成膜す
る。そして、該金属膜９をパターニングし、次に、フッ
酸等により、電子銃先端部の酸化シリコン膜８を除去し
て電子銃先端部を露出させる。これによりセルフアライ
ンでゲート電極を形成することが可能である。
化シリコン膜８を堆積させる。この酸化シリコン膜８の
膜厚は、以後に形成するゲート電極とエミッタとの距離
を決定するゲート酸化膜である。本実施例では膜厚０．
５〜１程度とした。次に、該酸化シリコン膜８上から導
電性膜、例えばＡｌ、Ｗ、Ｍｏ等の金属膜９を成膜す
る。そして、該金属膜９をパターニングし、次に、フッ
酸等により、電子銃先端部の酸化シリコン膜８を除去し
て電子銃先端部を露出させる。これによりセルフアライ
ンでゲート電極を形成することが可能である。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明における電
子銃は、先端部が三つの（１１１）面によりなる変形三
角錐状であるため、その先端部は、原子レベル（数ｎ
ｍ）の尖鋭であり、極めて高い電界集中が起り易く、電
子の放出に適した構造である。また、本発明の電子銃の
製造方法は、プロセス条件や微細なフォトリソグラフィ
ーによらず原子レベルで尖ったコーン型シリコン電子銃
を再現性よく、かつ均一に形成でき、ゲート電極もゲー
ト酸化膜の厚みやゲート電極パターニングの際の領域の
取り型により、電子銃からの距離を自由に設定すること
ができる。
子銃は、先端部が三つの（１１１）面によりなる変形三
角錐状であるため、その先端部は、原子レベル（数ｎ
ｍ）の尖鋭であり、極めて高い電界集中が起り易く、電
子の放出に適した構造である。また、本発明の電子銃の
製造方法は、プロセス条件や微細なフォトリソグラフィ
ーによらず原子レベルで尖ったコーン型シリコン電子銃
を再現性よく、かつ均一に形成でき、ゲート電極もゲー
ト酸化膜の厚みやゲート電極パターニングの際の領域の
取り型により、電子銃からの距離を自由に設定すること
ができる。
【図１】 本発明による実施例を説明するための図面で
ある。
ある。
【図２】 本発明による実施例を説明するための斜視図
である。
である。
【図３】 本発明による製造方法により形成した単結晶
シリコンから形成した電子銃のＳＥＭ写真である。
シリコンから形成した電子銃のＳＥＭ写真である。
【図４】 本発明による実施例を説明するための斜視図
である。
である。
【図５】 従来の製造方法を説明するための図面であ
る。
る。
【図６】 従来の他の製造方法を説明するための図面で
ある。
ある。
１…シリコン基板、 ２…窒化シリコン膜、
３，５，７…（１１１）面、 ４，６，８…シリコン
膜、９…金属膜。
３，５，７…（１１１）面、 ４，６，８…シリコン
膜、９…金属膜。
Claims (3)
- 【請求項１】 電子銃の先端部が三つの（１１１）面よ
りなることを特徴とする電子銃。 - 【請求項２】 シリコン基板に二つの（１１１）面によ
る稜線構造を形成する工程と、前記稜線構造上にマスク
材料を形成する工程と、前記マスク材料の一部を除去す
る工程と、前記マスク材料の除去した部分を通して、シ
リコン基板をエッチングする工程とを具備することを特
徴とする電子銃の製造方法。 - 【請求項３】 シリコン基板上に形成された第１のマス
ク材料内のエッチング窓を通してシリコン基板をエッチ
ングする工程と、前記エッチング面に第２のマスク材料
を形成する工程と、前記第１のマスク材料を除去する工
程と、前記第１のマスク材料が除去された部分を通して
シリコン基板をエッチングする工程と、前記エッチング
面に第３のマスク材料を形成する工程と、前記第２のマ
スク材料および第３のマスク材料の一部を除去する工程
と、前記第２のマスク材料および第３のマスク材料の除
去した部分を通して、シリコン基板をエッチングする工
程とをを具備することを特徴とする電子銃の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22222892A JPH0652789A (ja) | 1992-07-30 | 1992-07-30 | 電子銃およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22222892A JPH0652789A (ja) | 1992-07-30 | 1992-07-30 | 電子銃およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0652789A true JPH0652789A (ja) | 1994-02-25 |
Family
ID=16779129
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22222892A Withdrawn JPH0652789A (ja) | 1992-07-30 | 1992-07-30 | 電子銃およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0652789A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100750035B1 (ko) * | 2001-12-20 | 2007-08-16 | 인텔 코오퍼레이션 | 프로세서의 저전력 모드를 가능하게 하는 방법 및 장치 |
-
1992
- 1992-07-30 JP JP22222892A patent/JPH0652789A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100750035B1 (ko) * | 2001-12-20 | 2007-08-16 | 인텔 코오퍼레이션 | 프로세서의 저전력 모드를 가능하게 하는 방법 및 장치 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19991005 |