JPH0652790A - 電子銃の製造方法 - Google Patents

電子銃の製造方法

Info

Publication number
JPH0652790A
JPH0652790A JP4203691A JP20369192A JPH0652790A JP H0652790 A JPH0652790 A JP H0652790A JP 4203691 A JP4203691 A JP 4203691A JP 20369192 A JP20369192 A JP 20369192A JP H0652790 A JPH0652790 A JP H0652790A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
etching
emitter
silicon
film
oxide film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP4203691A
Other languages
English (en)
Inventor
Gen Hashiguchi
原 橋口
Tomoshi Kanazawa
智志 金沢
Hikari Sakamoto
光 坂本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Steel Corp filed Critical Nippon Steel Corp
Priority to JP4203691A priority Critical patent/JPH0652790A/ja
Publication of JPH0652790A publication Critical patent/JPH0652790A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Weting (AREA)
  • Cold Cathode And The Manufacture (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 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
し、エッチング側面を露出させる工程と、前記エッチン
グ側面に第2のマスク材料を形成する工程と、前記第1
のマスク材料をパターニングする工程と、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、前記第1のマスク材料および第2の
マスク材料を除去する工程と、該シリコン基板上に酸化
シリコン膜を成膜する工程と、該酸化シリコン膜上に導
電性膜を成膜する工程と、該導電性膜および該酸化シリ
コン膜の一部を除去してゲート電極を形成する工程とを
具備することを特徴とする電子銃の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電子銃の製造方法に関
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17a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18b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50μm程度のコーン状のエミ
ッタ47が形成され、その後、図18c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18a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19bに示すよ
うに、W膜をエミッタ53a、ゲート53b、アノード
53c電極の形状に加工する。なお、図19b´はエミ
ッタ53aを上から見た図である。この後、図19C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。
【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。
【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
供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】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し、エッチング側面
を露出させる工程と、前記エッチング側面に第2のマス
ク材料を形成する工程と、前記第1のマスク材料をパタ
ーニングする工程と、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、
前記第1のマスク材料および第2のマスク材料を除去す
る工程と、該シリコン基板上に酸化シリコン膜を成膜す
る工程と、該酸化シリコン膜上に導電性膜を成膜する工
程と、該導電性膜および該酸化シリコン膜の一部を除去
してゲート電極を形成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。
【0008】
【作用】上述したように、本発明による製造方法によっ
て形成される電子銃のエミッタは構造は、直線状の単結
晶シリコンを利用した断面積1000nm2 以下の柱状
の量子細線の構造と、異方性エッチングとエッチング側
面をマスキングする方法による製造方法で、その形状を
制御しながら行うものである。
【0009】直線状の量子細線は、量子細線としての量
子効果が強く現れることが期待でき、また、本発明によ
る電子銃の製造方法では、その長さも理想的にはシリコ
ンウェーハの厚み程度の長さのものが形成可能であるの
で、ゲート電極と基板の間が大きくとることができキャ
パシタを従来より小さくすることができる。このためよ
り高速の動作が可能となる。
【0010】本発明のよる製造方法では、電子銃のエミ
ッタとなる量子細線の形状を均一に再現性よく形成する
ために、まずシリコン基板上に比較的大きな断面積を持
つ単結晶シリコンの四角柱の構造を形成し、しかるのち
熱酸化によって柱状の単結晶シリコンを外側から適当な
深さまで酸化シリコン膜に変えていき、量子細線効果が
顕著に現れるような断面積を持つ単結晶シリコンの柱状
構造を製造する。
【0011】一般に単結晶シリコンの柱状構造を形成す
る場合、単結晶シリコン基板上に方形状のマスクを形成
した後、単結晶シリコンをエッチングしていく。しかし
ながらウェトエッチングでアスペクト比の非常に大きな
柱状構造を形成する場合、マスクの角の部分からもエッ
チングが進行し、マスク直下のシリコン基板もエッチン
グしてしまうので、深くエッチングが進むにつれて単結
晶シリコンの柱状構造は細くなっていき、実際には大き
なアスペクト比の柱状構造は形成できない。
【0012】アンダーエッチングを小さくするために
は、異方性エッチングが有用である。ウェットエッチン
グによる異方性エッチングは、一般に(111)面に対
するエッチングレートが他の面方位に対するエッチング
レートに比べて非常に遅いことを利用している。(11
0)基板では、(111)面が(110)面に垂直に交
差しており、しかも図16に示すように、たがいに同一
平面上にない4種の(111)面を側面にもつ、断面が
平行四辺形の四角柱構造ができている。従って、(11
1)面に対して非常に遅いエッチングレートをもつ異方
性エッチング液を利用すれば、前述したような側面が
(111)面の四角柱構造にエッチングできる。しか
し、同一平面上にない(111)面同士が交差する部分
が露出していると、その部分からエッチングが進行して
まい、シリコン基板上の平面マスクでは、異方性エッチ
ング液を利用してシリコン基板に垂直にエッチングを進
行させようとしても、パターンの角の部分からアンダー
エッチングが進行し柱状構造は形成できない。従って、
(111)面同士が露出しないようにエッチングする必
要がある。
【0013】この問題を解決するために、本発明による
製造方法では、4つの(111)面の側面の内、まず1
組の対面する(111)面を異方性エッチングにより露
出させ、次にもう一方の1組の対面する(111)面を
露出させる前に、最初に露出させた(111)面はエッ
チングに対して保護してしまう。このように1組の対面
する側面を保護することによって、(111)面同士が
交差する線をエッチング液にさらすことなしにもう一方
の側面を形成することが可能になるわけである。
【0014】図面を用いてより具体的に説明すれば、ま
ず図2に示すように、(110)基板上に形成されたマ
スク材3内に設けたエッチング窓4を通して、単結晶シ
リコン基板を異方性エッチングする。このとき図2のA
A´断面では図5に示すように(111)面をもつ側面
5が基板に対して垂直に形成される。そして、次の工程
では図6に示すように、その側面をマスク材6によって
保護する。次に図3に示すように、マスク材3を柱状構
造の上面部だけ残しエッチング除去し、再び異方性エッ
チングを行う。これにより図3のBB´断面では図7に
示すように、図5中の断面5と隣接する(111)面の
側面7が形成される。以上の工程によって結局側面5お
よび側面7で囲まれた単結晶シリコンの柱状構造が形成
されるわけである。最後にこの単結晶シリコンの柱状構
造を適当な厚さだけ酸化し、所定の断面積を持つ単結晶
シリコンの柱状構造を形成する。
【0015】一般に単結晶シリコンの酸化は膜厚制御性
が極めてよいので、断面が300nm2 以下の量子細線
が形成できる。量子細線の断面の形状は、エッチングに
よって形成する単結晶シリコンの柱状構造の断面形状
と、その後の熱酸化の条件によって制御する。単結晶シ
リコンの柱状構造の断面は上述したように平行四辺形で
あるが、高温の熱酸化を行うと角ばった部分は丸みをお
びてくる。従って、断面の平行四辺形の隣合う2つの辺
の長さが同等の場合には、高温の熱酸化によって円状の
形状になり、それらの辺の長さが異なれば楕円形の断面
形状の量子細線が形成される。一方、比較的低温(10
00℃以下)で熱酸化を行うと、元の単結晶シリコンの
形状を保ったまま酸化される。従って、低温での熱酸化
においては細線構造のエミッタの断面形状は多角形状と
なる。
【0016】上述のようにして細線構造のエミッタが形
成されたシリコン基板上に、酸化シリコン膜を成膜し
て、さらにこの酸化シリコン膜上にゲート電極となる導
電性膜、例えばAl、W、Mo等を成膜して、その後レ
ジストを塗布して、エッチバックすることにより、該エ
ミッタ部分の導電性膜を除去し、さらに、該エミッタ部
分の酸化膜を除去することにより該エミッタ先端部を露
出することにより、電子銃が完成する。
【0017】
【実施例】
実施例1 図1は、本発明の実施例1によって形成されるエミッタ
部分の斜視図であり、図2から図12は本実施例1によ
る電子銃の製造方法を説明するためのものである。ここ
で図4から図6は図2内の破線AA´で示す位置におけ
る断面図であり、図7、図8、図11および図12は図
3内の破線BB´で示す位置における断面図である。さ
らに図9および図10は図3内の破線CC´で示す位置
における断面図である。
【0018】前記図面において、1はシリコン基板であ
り、その面方位は(110)のものが好ましいが、後述
する単結晶シリコン量子細線を基板に対して垂直に形成
する必要がなければ(110)からオフした基板を利用
してもよい。本実施例1では面方位(110)のn型基
板を利用した。
【0019】2は単結晶シリコン量子細線であり、その
長さは原理的に利用する単結晶シリコン基板の厚さ程度
のものが製造可能である。また、その断面形状は後述す
るように、平行四辺形を断面に持つ単結晶シリコンの柱
状構造を、熱酸化によって細くした結果形成される形状
になるので、酸化条件等で若干異なるが円形あるいは楕
円形、または多角形を断面に持つ形状になる。その断面
積は量子細線効果が顕著に現れるように、300nm2
以下が好ましい。本実施例1ではエミッタとなる長さ3
μm、断面積約250nm2 の量子細線を形成した。
【0020】3はエッチングマスクであり、利用するエ
ッチング液に対して長時間耐性があることが好ましい。
その膜厚も十分にエッチングマスクとして働くように設
定する。本実施例1では窒化シリコン膜を300nm形
成した。
【0021】4はエッチング窓であり、形状は方形状が
好ましく、エッチングマスクを間に残すように2箇所対
に平行に設ける。その間隔は後述する単結晶シリコンの
柱状構造を形成する際のエッチング時間および熱酸化の
膜厚制御性等を考慮し決定しなければならないが、0.
1μmから5μm程度が好ましい。また、エッチング窓
の大きさは、製造する単結晶シリコン量子細線の本数に
よって決定し、基本的には2対のエッチング窓の間隔よ
り対向している辺の長さは長いことが要求される。上述
の辺に隣接する辺の長さに対しては基本的には制限はな
いが、エッチング液の循環を十分行えるような間隔にと
る。本実施例1では2対のエッチング窓の対向している
辺の長さを2μm、それに隣接する辺の長さが2μmの
正方形とした。
【0022】5はエッチング側面であり、通常(11
1)面が露出している。2つのエッチング側面は互いに
平行に形成される。
【0023】6はエッチングマスクであり、その材質は
単結晶シリコン基板をエッチングするエッチング液に対
して十分な耐性があるものならなんでもよく、また、膜
厚もエッチングに対する耐性から決定する。本実施例1
においては、酸化シリコン膜を1μm形成した。
【0024】7は2回目の単結晶シリコン基板のエッチ
ングの結果露出するエッチング側面であり、2つのエッ
チング側面は平行であり、前述のエッチング側面5と隣
接して形成される。エッチング側面5とエッチング側面
7の交差する角度は70.5度と109.5度である。
【0025】8は2回目の単結晶シリコン基板エッチン
グに対するエッチングマスクであり、前述のエッチング
マスク3をエッチングし、適当な大きさとして利用す
る。従って、材質および膜厚はエッチングマスク3と同
様である。その形状は4つの(111)面のつくる断面
と同じものがよい。従って、内角がそれぞれ70.5度
と109.5度の平行四辺形が好ましい。実際は楕円形
や種々の4辺形でも可能である。本実施例1では前述の
内角を持つ平行四辺形とした。
【0026】9は2回の単結晶シリコン基板のエッチン
グにより形成された単結晶シリコンの四角柱構造であ
り、その側面はすべて(111)面であり断面は内角が
70.5度と109.5度の平行四辺形である。
【0027】10は酸化シリコン膜であり、その膜厚に
よってエミッタの細線の太さを制御する。
【0028】次に本実施例1による電子銃の製造方法を
説明する。まず、図2および図4に示すように、シリコ
ン(110)基板上に、例えば熱酸化法、LPCVD法
またはスパッタリング法等でエッチングマスク3を形成
し、リソグラフィーによりエッチング窓4を形成する。
エッチングマスク3のエッチングは、例えばリアクティ
ブイオンエッチング法またはウェットエッチング法等で
行う。
【0029】次に前記エッチング窓4を通して1回目の
単結晶シリコン基板1をエッチングする。このエッチン
グはウェットエッチングによる異方性エッチング液を利
用する。それらの異方性エッチング液には、例えば水酸
化カリウム水溶液、エチレンジアミンピロカテコール水
溶液、ヒドラジン水溶液、あるいは水酸化アンモニウム
水溶液等がある。本実施例1では70℃の40%水酸化
カリウム水溶液を利用し、約5μmエッチングした。
【0030】次に図6に示すように、例えばLPCVD
法、スパッタリング法、あるいは熱酸化法等でエッチン
グマスク6を形成する。本実施例1では熱酸化法により
エッチングマスク6を形成した。
【0031】次に図3に示すように、リソグラフィーに
よりエッチングマスク3をさらにパターニングし、エッ
チングマスク8を形成し、2回目の単結晶シリコン基板
のエッチングを行う。これにより図7に示すように、単
結晶シリコンの四角柱構造が形成される。
【0032】次に図8に示すように、エッチングマスク
8を例えばリアクティブイオンエッチング法、ウェット
エッチング法等により除去し、その後熱酸化を行う。本
実施例では、図11に示すように、2μmの酸化シリコ
ン膜10を形成した。
【0033】次に、図12に示すように、該酸化シリコ
ン膜10を除去した後、真空蒸着法により酸化シリコン
膜11を堆積させる。この酸化シリコン膜11の膜厚
は、本実施例1では2〜3程度とした。そして、この酸
化シリコン膜11上に、ゲート電極12となるNiを真
空蒸着法により成膜した。これによって、エミッタであ
る細線とゲート電極間の距離は約0.1〜1μm程度と
なる。
【0034】次に、エミッタ上部に堆積した酸化シリコ
ン膜11およびゲート電極膜12を除去するため、弗酸
水溶液で酸化シリコン膜11の一部を除去し、図13に
示すように、エミッタ先端部を露出させる。
【0035】以上の工程によって、長さ約50μm、断
面積約250nm2 の単結晶シリコン量子細線のエミッ
タ2とその周辺部にゲート電極12を持つ電子銃が形成
できた。
【0036】実施例2 実施例1で述べた工程において、図2に示した1回目の
単結晶シリコン基板のエッチングに対するエッチング窓
4を、図14に示すように複数本並列に横に長くして形
成し、さらに、2回目の単結晶シリコン基板のエッチン
グに対するエッチングマスク8を、図15に示すよう
に、複数個形成することによって、エミッタとなる単結
晶シリコン量子細線をアレイ状に複数本形成した。本実
施例2では、縦横2μm間隔で2500本の単結晶シリ
コン量子細線エミッタを形成した。
【0037】
【発明の効果】以上説明したように、本発明における電
子銃の製造方法では、シリコン基板に対して直立してい
る柱状構造のエミッタをもつ電子銃を再現性よく、かつ
均一に形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明における電子銃のエミッタ部分の斜視
図である。
【図2】 本発明による実施例1を説明するための断面
図である。
【図3】 本発明による実施例1を説明するための断面
図である。
【図4】 本発明による実施例1を説明するための断面
図である。
【図5】 本発明による実施例1を説明するための断面
図である。
【図6】 本発明による実施例1を説明するための断面
図である。
【図7】 本発明による実施例1を説明するための断面
図である。
【図8】 本発明による実施例1を説明するための断面
図である。
【図9】 本発明による実施例1を説明するための断面
図である。
【図10】 本発明による実施例1を説明するための断
面図である。
【図11】 本発明による実施例1を説明するための断
面図である。
【図12】 本発明による実施例1を説明するための断
面図である。
【図13】 本発明による実施例1を説明するための断
面図である。
【図14】 本発明による実施例2を説明するための断
面図である。
【図15】 本発明による実施例2を説明するための断
面図である。
【図16】 たがいに同一平面上にない4種の(11
1)面を側面にもつ平行四辺形の四角柱構造の断面図で
ある。
【図17】 従来の製造方法を説明するための断面図で
ある。
【図18】 他の従来の製造方法を説明するための断面
図である。
【符号の説明】
1…シリコン基板、 2…単結晶シリコン量
子細線、3…エッチングマスク、 4…エッチン
グ窓、5…1回目のエッチングによって露出するエッチ
ング側面、6…エッチング保護膜、7…2回目のエッチ
ングによって露出するエッチング側面、8…エッチング
マスク、 9…単結晶シリコンの柱状構造、10…
酸化シリコン膜、 11…酸化シリコン膜、12…
ゲート電極、 13…レジスト。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 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
    ングし、エッチング側面を露出させる工程と、前記エッ
    チング側面に第2のマスク材料を形成する工程と、前記
    第1のマスク材料をパターニングする工程と、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、前記第1のマスク材料および第
    2のマスク材料を除去する工程と、該シリコン基板上に
    酸化シリコン膜を成膜する工程と、該酸化シリコン膜上
    に導電性膜を成膜する工程と、該導電性膜および該酸化
    シリコン膜の一部を除去してゲート電極を形成する工程
    とを具備することを特徴とする電子銃の製造方法。
JP4203691A 1992-07-30 1992-07-30 電子銃の製造方法 Withdrawn JPH0652790A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4203691A JPH0652790A (ja) 1992-07-30 1992-07-30 電子銃の製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4203691A JPH0652790A (ja) 1992-07-30 1992-07-30 電子銃の製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0652790A true JPH0652790A (ja) 1994-02-25

Family

ID=16478250

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4203691A Withdrawn JPH0652790A (ja) 1992-07-30 1992-07-30 電子銃の製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0652790A (ja)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2574500B2 (ja) プレーナ型冷陰極の製造方法
JP2918637B2 (ja) 微小真空管及びその製造方法
US5651713A (en) Method for manufacturing a low voltage driven field emitter array
JP2973423B2 (ja) 超伝導素子とその製造方法
US5449435A (en) Field emission device and method of making the same
JP2000021287A (ja) 電界放出型電子源及びその製造方法
JP3303908B2 (ja) 微小冷陰極およびその製造方法
JPH0652790A (ja) 電子銃の製造方法
JPH1154409A (ja) マスク作製用部材及びマスクの製造方法
JPH0652791A (ja) 電子銃の製造方法
JPH0652789A (ja) 電子銃およびその製造方法
JPH06131971A (ja) 電子銃の製造方法
JPH0653543A (ja) 発光素子およびその製造方法
NL2026676B1 (en) A method of manufacturing a micro-fluidic probe
JPS60254733A (ja) パタ−ン形成法
JPH05226317A (ja) 単結晶シリコン量子細線の構造と形成方法
JPH05205614A (ja) 電界放出陰極の作製方法
KR100215219B1 (ko) 선택 증착법을 이용한 다이아몬드 박막필드 에미터의 제조방법
JPH05290718A (ja) 電子銃の製造方法
JP2987372B2 (ja) 電子放出素子
JP3144128B2 (ja) 微構造体およびその製造方法
JPH07114109B2 (ja) プレーナ型冷陰極の製造方法
JP3143679B2 (ja) 電子放出素子及びその製造方法
JPH04292832A (ja) マイクロ真空素子の製造方法
JPH08190856A (ja) 電界放射冷陰極の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 19991005