JPH07111132A - Field emission type cold cathode and manufacture thereof - Google Patents

Field emission type cold cathode and manufacture thereof

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JPH07111132A
JPH07111132A JP33204393A JP33204393A JPH07111132A JP H07111132 A JPH07111132 A JP H07111132A JP 33204393 A JP33204393 A JP 33204393A JP 33204393 A JP33204393 A JP 33204393A JP H07111132 A JPH07111132 A JP H07111132A
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layer
tip
etching
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emitter
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富男 小野
Masayuki Nakamoto
正幸 中本
Tadashi Sakai
忠司 酒井
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    • HELECTRICITY
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Abstract

PURPOSE:To provide a field emission type cold cathode not only having the good uniformity of field emission, realizing low-voltage drive, and obtaining high field emission efficiency but also easy in high integration, and a manufacturing method thereof excellent in productivity. CONSTITUTION:This cold cathode is provided with a supporting base board 6, a protruded part 7 wherein an emitter-material-made tip formed on the surface of this supporting base board 6 is sharpened, an insulator layer 8 wherein the tip part of the emitter-material-made protruded part 7 is exposed to coat the emitter-material-made protruded part 7 surface, and a high concentration impurity diffusion layer 9. A gap, between the tip part of the emitter-material- made protruded part 7 and the high concentration impurity diffusion layer 9, can be correctly controlled by the film thickness of the insulator layer 8 to form a cold cathode, resultantly obtaining high field emission efficiency.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は電界放出型冷陰極および
その製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a field emission cold cathode and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年発達の著しい半導体の加工技術を利
用して、たとえばJournal of AppliedPhysics,Vol.47,5
248(1976)に発表されているような電界放出型冷陰極の
開発が、活発に進められている。
2. Description of the Related Art For example, Journal of Applied Physics, Vol.
The development of a field emission cold cathode as announced in 248 (1976) is being actively pursued.

【0003】この種の電界放出型冷陰極は、たとえば図
6(a)〜(c)に製造工程を模式的に示すような手段
を経て製作されている。
This type of field emission cold cathode is manufactured by means of means schematically showing the manufacturing process in FIGS. 6 (a) to 6 (c), for example.

【0004】先ず、Si単結晶基板1上に、SiO2
2およびゲート電極層3aおよび犠牲層3bを順次積層
・形成した後、直径 1.5μm程度の孔4を形成し、この
孔4内に、電界放出を行なうエミッタ材料5を、蒸着法
などによって円錐状に形成配置することにより作製して
いる。
First, a SiO 2 layer 2, a gate electrode layer 3a and a sacrificial layer 3b are sequentially laminated and formed on a Si single crystal substrate 1, and then a hole 4 having a diameter of about 1.5 μm is formed in the hole 4. The emitter material 5 for field emission is formed in a conical shape by vapor deposition or the like.

【0005】さらに具体的に説明すると、Si単結晶基
板1上に、CVD法などの堆積法によりSiO2 層2
を、またスパッタリング法等によりMo層3aおよびA
l層3bを、順次に積層形成する。その後、図6(a)
に示すごとく、前記のSiO2層2およびゲート電極層
(Mo層)3aおよび犠牲層(Al層)3bを選択的に
エッチングして、直径 1.5μm程度のピンホール4を穿
設する。
More specifically, the SiO 2 layer 2 is formed on the Si single crystal substrate 1 by a deposition method such as a CVD method.
By the sputtering method or the like.
The I-layer 3b is sequentially laminated. After that, FIG. 6 (a)
As shown in FIG. 3, the SiO 2 layer 2, the gate electrode layer (Mo layer) 3a and the sacrificial layer (Al layer) 3b are selectively etched to form a pinhole 4 having a diameter of about 1.5 μm.

【0006】次いで図6(b)に示すごとく、前記Si
単結晶基板1をほぼ水平に配置してこれを回転させなが
ら、エミッタ機能を有する金属、たとえばMoを垂直方
向から真空蒸着する。このMoの真空蒸着により前記の
ピンホール4内およびAl層3b上にMoが堆積して行
き、この堆積の進行に伴ってピンホール4開口面は順次
閉塞されるので、ピンホール4内にはMoが先端の尖っ
た円錐状に堆積されることになる。
Next, as shown in FIG. 6B, the Si
While arranging the single crystal substrate 1 substantially horizontally and rotating it, a metal having an emitter function, for example, Mo is vacuum-deposited from the vertical direction. Due to the vacuum deposition of Mo, Mo is deposited in the pinhole 4 and on the Al layer 3b, and the opening surface of the pinhole 4 is sequentially closed as the deposition progresses. Mo is deposited in the shape of a cone with a sharp tip.

【0007】こうしてピンホール4内に所要のエミッタ
材料を先端の尖った円錐状に被着・配置した後、Al層
3bを除去することにより、図6(c)に示すような電界
放出型冷陰極が形成される。
Thus, after depositing and arranging the required emitter material in the pinhole 4 in the shape of a conical tip, the Al layer is formed.
By removing 3b, a field emission cold cathode as shown in FIG. 6C is formed.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
電界放出型冷陰極には、実用上、下記のような不都合な
問題が認められる。
However, the following inconvenient problems are recognized in practical use in the conventional field emission type cold cathode.

【0009】先ず第1には、前記構成の電界放出型冷陰
極はピンホール4開口部の縮径化現象を利用して、Si
2 層2のピンホール4内に回転蒸着法によってエミッ
タ材料5を円錐状に堆積した構造を成している。そして
前記先端の尖った円錐状に堆積したエミッタ材料5の高
さや先端部の形状等はゲート電極層3aの材質や厚さ、
および穿設したピンホール4の形状・状態、回転蒸着法
の条件設定などに起因して、円錐状先端部の高さや形状
にバラツキが起こり易く、一般的に電界放出の均一性が
劣るという問題がある。
First of all, the field emission type cold cathode having the above-mentioned structure utilizes Si by utilizing the phenomenon of diameter reduction of the opening of the pinhole 4.
The emitter material 5 is formed in a conical shape in the pinhole 4 of the O 2 layer 2 by a rotary evaporation method. Further, the height and shape of the tip portion of the emitter material 5 deposited in the shape of a conical tip has the material and thickness of the gate electrode layer 3a,
Also, the height and shape of the conical tip portion are likely to vary due to the shape and state of the drilled pinhole 4, the condition setting of the rotary evaporation method, etc., and in general, the uniformity of field emission is poor. There is.

【0010】特に、先端部の形状が鋭さ(尖鋭さ)に欠
け、電界放出効率の低下や消費電力の増大を招くといっ
た問題がある。
In particular, there is a problem that the shape of the tip portion lacks sharpness (sharpness), resulting in a decrease in field emission efficiency and an increase in power consumption.

【0011】また、前記バラツキの問題は、いわゆる再
現性や歩留まりなどに大きく影響し、たとえば同一支持
基板面に多数個の電界放出型冷陰極を同一工程で製作
(製造)する場合にコストアップを招くという問題もあ
る。
Further, the above-mentioned problem of variation has a great influence on so-called reproducibility and yield. For example, when a large number of field emission cold cathodes are manufactured (manufactured) on the same supporting substrate surface in the same process, the cost is increased. There is also the problem of inviting.

【0012】第2には、絶縁体層としてのSiO2 層2
をCVD法などにより比較的厚く形成しているため、電
界放出の効率を大きく左右するゲート−エミッタ間の距
離を精度よく制御することが困難なため、電界放出の均
一性が劣る(バラツキが発生する)という問題がある。
Second, the SiO 2 layer 2 as an insulator layer
Since it is formed relatively thick by the CVD method or the like, it is difficult to accurately control the distance between the gate and the emitter, which greatly influences the efficiency of field emission, and thus the uniformity of field emission is poor (variation occurs. There is a problem that

【0013】また、前記ゲート−エミッタ間の距離を近
接させることにより低電圧での電界放出型冷陰極(素
子)の駆動を可能とし得ると考えられるが、前記のよう
にゲート−エミッタ間の距離を精度よくは制御し得ない
ので、理論的には可能な作用・効果も実際的には得られ
ないという問題がある。
It is considered that the field-emission cold cathode (device) can be driven at a low voltage by making the gate-emitter distance close to each other. Since it cannot be controlled with high accuracy, there is a problem that theoretically possible actions and effects cannot be obtained in practice.

【0014】本発明は、上記のような問題を解決するた
めに成されたもので、良好な電界放出の均一性を呈し、
また低電圧駆動も可能で、高い電界放出効率を得ること
ができ、しかも高集積化が容易で生産性のすぐれた電界
放出型冷陰極およびその製造方法を提供することを目的
としている。
The present invention has been made to solve the above problems, and exhibits good uniformity of field emission.
Further, it is an object of the present invention to provide a field emission cold cathode which can be driven at a low voltage, can obtain a high field emission efficiency, can be easily highly integrated, and has excellent productivity, and a manufacturing method thereof.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明に係る電界放出型
冷陰極は、支持基板と、前記支持基板面に先端を尖らせ
て形設されたエミッタ材料製凸部と、前記エミッタ材料
製凸部の先端部を露出させてエミッタ材料製凸部表面を
被覆する絶縁体層と、前記エミッタ材料製凸部の先端部
を露出させ絶縁体層を被覆する高濃度不純物拡散層とを
具備することを特徴としている。
A field emission type cold cathode according to the present invention comprises a support substrate, an emitter material protrusion formed with a sharp tip on the support substrate surface, and the emitter material protrusion. An insulating layer that exposes the tip of the emitter material and covers the surface of the convex portion made of emitter material, and a high-concentration impurity diffusion layer that exposes the tip of the convex portion of the emitter material and covers the insulator layer. Is characterized by.

【0016】また、本発明に係る電界放出型冷陰極の製
造方法は、第1の支持基板の第1主面側に、先端を尖ら
せた凹部を形成する工程と、前記凹部内壁面を含む第1
の支持基板面に高濃度の不純物拡散層を形成する工程
と、前記不純物の拡散層面に絶縁体層を形成する工程
と、前記絶縁体層面に凹部を埋めつつエミッタ材料を被
着する工程と、前記エミッタ材料層面に第2の支持基板
を接合一体化する工程と、前記第1の支持基板を第2主
面側からエッチング除去し凸部を含む不純物の拡散層を
露出させる工程と、前記凸部先端部の不純物の拡散層お
よび絶縁体層を選択的に除去しエミッタ材料製の凸部の
先端部を露出させる工程とを具備することを特徴として
いる。
Further, the method for manufacturing a field emission cold cathode according to the present invention includes the step of forming a concave portion having a sharp tip on the first main surface side of the first supporting substrate, and the concave inner wall surface. First
A step of forming a high-concentration impurity diffusion layer on the support substrate surface, a step of forming an insulator layer on the impurity diffusion layer surface, and a step of depositing an emitter material while filling the recess on the insulator layer surface, A step of joining and integrating a second supporting substrate to the emitter material layer surface; a step of etching away the first supporting substrate from the second main surface side to expose an impurity diffusion layer including a convex portion; And selectively removing the diffusion layer of the impurity and the insulator layer at the tip of the emitter to expose the tip of the protrusion made of the emitter material.

【0017】あるいは、第1の支持基板の第1主面側
に、底部が尖った形状の凹部を刻設する工程と、前記第
1の支持基板の前記凹部内壁面を含む第1主面上に絶縁
層を形成する工程と、前記絶縁層面上に前記凹部を埋め
つつエミッタ材料を被着して、先端が尖った形状の凸部
を有するエミッタ材料層を形成する工程と、前記エミッ
タ材料層の凸部が形成された面とは反対側の面に第2の
支持基板を接合して該第2の支持基板により前記エミッ
タ材料層を支持する工程と、前記エミッタ材料層の凸部
を被覆している前記絶縁層の少くとも先端部が露出する
まで、前記第1の支持基板を該基板の第2主面側からエ
ッチング除去する工程と、前記第1の支持基板から露出
した部分からエッチングを進行させて前記絶縁層を選択
的にエッチング除去して行き、該絶縁層に被覆されてい
た前記エミッタ材料層の凸部の先端部を露出させてエミ
ッタを形成するとともに、前記第1の支持基板を少なく
とも前記エミッタの先端部と間隙を有して対置するよう
に残存させてゲート層を形成する工程とを具備すること
を特徴としている。
Alternatively, a step of engraving a recess having a sharp bottom on the first main surface side of the first supporting substrate, and on the first main surface including the inner wall surface of the recess of the first supporting substrate. Forming an insulating layer on the insulating layer surface, depositing the emitter material on the insulating layer surface while filling the recessed portion to form an emitter material layer having a convex portion having a pointed tip, and the emitter material layer A step of joining a second supporting substrate to the surface opposite to the surface on which the convex portion is formed, and supporting the emitter material layer by the second supporting substrate; and covering the convex portion of the emitter material layer. Etching the first support substrate from the second main surface side of the substrate until at least the tip of the insulating layer is exposed, and etching from the portion exposed from the first support substrate. To selectively remove the insulating layer by etching And exposing the tip of the convex portion of the emitter material layer covered with the insulating layer to form an emitter, and the first support substrate having at least a gap with the tip of the emitter. And a step of forming a gate layer by leaving them so as to face each other.

【0018】あるいは、第1の支持基板の第1主面上に
エッチング停止層を形成する工程と、前記第1の支持基
板の第1主面側に、前記エッチング停止層を貫通して前
記第1の支持基板の厚さの途中にまで達する深さで、底
部が尖った形状の、凹部を刻設する工程と、前記凹部の
内壁面として露出している前記エッチング停止層および
前記第1の支持基板を含む前記エッチング停止層上に絶
縁層を形成する工程と、前記絶縁層の面上に前記凹部を
埋めつつエミッタ材料を被着して、先端が尖った形状の
凸部を有するエミッタ材料層を形成する工程と、前記第
1の支持基板を該基板の第2主面側から前記エッチング
停止層までエッチング除去して、前記エミッタ材料層の
凸部を被覆している前記絶縁層の先端部を前記エッチン
グ停止層の表面から露出させる工程と、前記エッチング
停止層から露出した部分からエッチングを進行させて前
記絶縁層を選択的にエッチング除去して行き、該絶縁層
に被覆されていた前記エミッタ材料層の凸部の先端部を
露出させてエミッタを形成するとともに、前記エッチン
グ停止層を少なくとも前記エミッタの先端部と間隙を有
して対置するように残存させてゲート層を形成する工程
とを具備することを特徴としている。
Alternatively, the step of forming an etching stopper layer on the first main surface of the first supporting substrate, and the step of penetrating the etching stopper layer on the first main surface side of the first supporting substrate The step of engraving a recess having a sharp bottom with a depth reaching the middle of the thickness of the first supporting substrate, the etching stopper layer exposed as the inner wall surface of the recess, and the first Forming an insulating layer on the etching stopper layer including a supporting substrate; and depositing an emitter material on the surface of the insulating layer while depositing the emitter material, the emitter material having a protrusion having a pointed shape. A step of forming a layer, and etching the first supporting substrate from the second main surface side of the substrate to the etching stop layer to remove the tip of the insulating layer covering the convex portion of the emitter material layer. Part is the surface of the etching stop layer Exposing step and etching from the portion exposed from the etching stop layer to selectively etch away the insulating layer, and the tip of the convex portion of the emitter material layer covered with the insulating layer Is formed to form an emitter, and the gate stop layer is formed by leaving the etching stop layer so as to be opposed to at least the tip of the emitter with a gap.

【0019】本発明に係る電界放出型冷陰極は、たとえ
ばSi単結晶板などの支持基板面に、エッチングの異方
性を利用して先端の尖ったピラミッド状や円錐状の凹部
を形成し得ること、不純物拡散層化領域がエッチング停
止層として機能すること、この不純物拡散層はその抵抗
値によってはゲート電極層としても機能すること、熱酸
化法を利用すると所定面に沿った尖鋭な酸化物層(絶縁
体層)が形成されることなど着目してなされたものであ
る。
In the field emission cold cathode according to the present invention, a pyramid-shaped or conical-shaped recess having a sharp tip can be formed on the surface of a supporting substrate such as a Si single crystal plate by utilizing the anisotropy of etching. The impurity diffusion layer formation region functions as an etching stop layer, the impurity diffusion layer also functions as a gate electrode layer depending on its resistance value, and a sharp oxide along a predetermined surface is formed by using the thermal oxidation method. This was done by focusing on the formation of layers (insulator layers).

【0020】また、本発明に係る電界放出型冷陰極およ
びその製造方法において、支持基板は、先端の尖った凹
部の選択的な形設が可能で、かつ一体化される絶縁性支
持基板や高濃度不純物拡散層などに対して、選択的なエ
ッチング性を有する材質ならいずれでもよい。しかし、
高濃度不純物拡散層の形成し易さ、あるいは膜厚や形状
など精度のよい絶縁体層の形成を制御し易いSi,Ge
などの単結晶板が望ましい。さらに、高濃度不純物拡散
層の形成は、たとえばB(ボロン)を濃度 3×1019cm-3
以上のp型不純物を含むSi層であり、この不純物の濃
度がたとえば1020〜1021cm-3程度と高く、抵抗率が10-4
Ω・cm程度と低い場合は、ゲート電極層として利用(兼
用)することも可能である。なお、不純物の拡散層は、
支持基板エッチング除去するときのエッチング停止層と
して機能するものであれば、前記p型に限らずn型やi
型などでもよい。
Further, in the field emission cold cathode and the method for manufacturing the same according to the present invention, the supporting substrate is capable of selectively forming a concave portion having a pointed tip, and an insulating supporting substrate or a high structure which is integrated. Any material may be used as long as it has a selective etching property with respect to the concentration impurity diffusion layer and the like. But,
Si, Ge that facilitates formation of a high-concentration impurity diffusion layer or control of formation of an insulating layer with high precision such as film thickness and shape
A single crystal plate such as is preferable. Further, the high-concentration impurity diffusion layer is formed, for example, with a B (boron) concentration of 3 × 10 19 cm −3.
The Si layer contains the above p-type impurities, and the concentration of the impurities is high, for example, about 10 20 to 10 21 cm −3 , and the resistivity is 10 −4.
When it is as low as Ω · cm, it can be used (also used) as a gate electrode layer. The impurity diffusion layer is
Not only the p-type but also the n-type and the i-type as long as they function as an etching stop layer when the supporting substrate is removed by etching.
It may be a mold.

【0021】さらにまた、絶縁体層の形成は、たとえば
CVD法などによって前記不純物拡散層面にSiO2
堆積して形成する方式を採ってもよいが、緻密で厚さの
制御も容易なこと、たとえばピラミッド型凹部内壁面に
沿って先端部の尖った絶縁体層の形成が可能なことなど
から、前記のように不純物拡散層の表面を熱酸化する熱
酸化法を用いることが好ましい。
Further, the insulator layer may be formed by depositing SiO 2 on the surface of the impurity diffusion layer by, for example, a CVD method, but it is dense and the thickness can be easily controlled. For example, since it is possible to form an insulator layer having a sharp tip along the inner wall surface of the pyramid-shaped recess, it is preferable to use the thermal oxidation method of thermally oxidizing the surface of the impurity diffusion layer as described above.

【0022】[0022]

【作用】本発明に係る電界放出型冷陰極およびその製造
方法においては、たとえばSi単結晶基板などの支持基
板面に形設した凹部を含む面にエッチング停止層となる
高濃度の不純物拡散層、および絶縁体層たとえば薄い熱
酸化絶縁層を形成し、その後エミッタ材料層を被着形成
するため、ゲート−エミッタ間距離を、前記熱酸化絶縁
層など形成・制御が可能なことに伴い精度よく制御する
ことが可能である。また、ゲート−エミッタ間距離を近
接させるため、熱酸化絶縁層などの層厚を極力薄くした
場合でも、不純物拡散層がエッチング停止層として機能
するので、絶縁体層,さらにはエミッタ材料層が侵され
ることなく、支持基板をエッチング除去できる。そし
て、前記熱酸化絶縁層およびエミッタ材料層がエッチン
グ液の侵食から保護され、またゲート−エミッタ間距離
の近接化も可能なことは、電界放出効率および均一性の
大幅な向上をもたらす。
In the field emission cold cathode and the method for manufacturing the same according to the present invention, a high-concentration impurity diffusion layer serving as an etching stopper layer on a surface including a recess formed on the surface of a supporting substrate such as a Si single crystal substrate, And an insulator layer such as a thin thermal oxide insulating layer is formed, and then an emitter material layer is deposited, so that the gate-emitter distance can be accurately controlled because the thermal oxide insulating layer and the like can be formed and controlled. It is possible to Further, since the gate-emitter distance is reduced, the impurity diffusion layer functions as an etching stop layer even when the layer thickness of the thermal oxidation insulating layer or the like is made as thin as possible, so that the insulator layer and further the emitter material layer are not affected. The support substrate can be removed without etching. And, the fact that the thermal oxide insulating layer and the emitter material layer are protected from the erosion of the etching solution and the distance between the gate and the emitter can be made closer brings about a great improvement in the field emission efficiency and the uniformity.

【0023】一方、支持基板面に形設した凹部内に、エ
ミッタ材料は埋め込み(充填)配置され、かつ前記凹部
が高精度に形設され得るため、高さ,形状,先端の尖鋭
さなどが一様な(均一な)エミッタが、再現性良好に形
成されることになる。また、支持基板面に形設した凹部
内においては、その内壁面の熱酸化絶縁層の凹部内部へ
の成長作用により、凹部先端が尖鋭となるため、前記凹
部内を埋め込み・充填して形成するエミッタの先端部も
より尖鋭になる。
On the other hand, since the emitter material is embedded (filled) in the recess formed on the surface of the supporting substrate and the recess can be formed with high precision, the height, shape, sharpness of the tip, etc. A uniform (uniform) emitter is formed with good reproducibility. In the recess formed in the surface of the supporting substrate, the tip of the recess is sharpened due to the growth action of the thermal oxidation insulating layer on the inner wall surface of the recess, so that the recess is embedded and filled. The tip of the emitter is also sharper.

【0024】さらに、高濃度の不純物拡散層は、エッチ
ング停止層として機能するものであるが、P型不純物濃
度が高く電気電導性が良好な場合は、そのままゲート電
極層として利用することも可能である。そしてこのエッ
チング停止層にゲート電極層を兼用させる形とした場合
は、良好に制御されて形成された絶縁体層とあいまっ
て、ゲート−エミッタ間距離を間隙を有しながら近接し
て形成する際の精密な制御が可能となると同時に、ゲー
ト電極層形成の工程も不要となるため、その分の労力、
製造作業時間、材料費などの節減を図ることができ、そ
の結果、製造コストを低コスト化することができる。
Further, the high-concentration impurity diffusion layer functions as an etching stop layer, but when the P-type impurity concentration is high and the electric conductivity is good, it can be used as it is as a gate electrode layer. is there. When this etching stopper layer is also used as a gate electrode layer, when the gate-emitter distance is formed close to each other with a gap, together with the well-controlled insulator layer. Precise control of the gate electrode layer becomes unnecessary and the labor required for that is eliminated.
Manufacturing work time, material cost, etc. can be reduced, and as a result, manufacturing cost can be reduced.

【0025】[0025]

【実施例】以下、本発明に係る電界放出型冷陰極および
その製造方法の実施例を、図1、図2(a)〜(h)に
基づいて詳細に説明する。
Embodiments of the field emission cold cathode and the method for manufacturing the same according to the present invention will be described below in detail with reference to FIGS. 1 and 2A to 2H.

【0026】(実施例1)図1は、本発明に係る第1の
実施例の電界放出型冷陰極の構造の概要を、その断面的
構造を含んで斜視図で示したものである。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a perspective view showing the outline of the structure of a field emission type cold cathode of the first embodiment according to the present invention including its sectional structure.

【0027】図1において、6は例えばパイレックスガ
ラス板のような耐熱性の高い絶縁性支持基板、7は前記
絶縁性支持基板6面に先端を尖らせ一体的に形設された
エミッタ材料製凸部(つまりエミッタ本体部)であっ
て、例えばW、Mo、Taなどの金属材料から形成され
た先端が尖った凸部状に(言うなればピラミット形状
に)形成されている。8は前記のエミッタ材料製凸部7
を被覆するとともにその先端部は露出させている絶縁体
層であって、この絶縁体層はたとえばSiO2 層から形
成される。9は絶縁体層8面を被覆するとともに前記の
エミッタ材料製凸部7の先端部を露出させている高濃度
の不純物拡散層であって、例えばB(ボロン)を拡散し
てなるSi層から形成される。そして10は前記エミッ
タ材料製凸部7の先端部を露出させるとともに、不純物
拡散層9の面上を被覆するように形成されたゲート電極
層である。
In FIG. 1, 6 is an insulating support substrate having a high heat resistance such as a Pyrex glass plate, and 7 is a projection made of an emitter material integrally formed with a sharp tip on the surface of the insulating support substrate 6. The portion (that is, the emitter main body portion), which is formed of a metal material such as W, Mo, or Ta, has a pointed convex shape (in a so-called pyramid shape). 8 is a convex portion made of the above-mentioned emitter material 7
Is an insulator layer which is covered with and whose tip is exposed, and this insulator layer is formed of, for example, a SiO 2 layer. Reference numeral 9 denotes a high-concentration impurity diffusion layer which covers the surface of the insulator layer 8 and exposes the tip of the emitter material-made convex portion 7, and is formed of, for example, a Si layer formed by diffusing B (boron). It is formed. Reference numeral 10 denotes a gate electrode layer formed so as to expose the tip of the convex portion 7 made of the emitter material and cover the surface of the impurity diffusion layer 9.

【0028】このように、本発明に係る電界放出型冷陰
極は、絶縁性支持基板6の一方の面に上記のような例え
ばピラミッド型のエミッタ材料製凸部7がエミッタ本体
部として形成されている。そしてこのピラミッド型のエ
ミッタ材料製凸部7の先端部を絶縁性支持基板6面に対
してほぼ垂直方向に電子を放出することができるように
露出させるとともに、エミッタ材料製凸部7の先端部に
対して間隙(ギャップ)を有して対峙するようにゲート
電極層10が形成されている。
As described above, in the field emission cold cathode according to the present invention, the above-mentioned pyramid-shaped emitter material-made convex portion 7 is formed as the emitter main body portion on one surface of the insulating support substrate 6. There is. The tip end of the pyramid-shaped emitter material protrusion 7 is exposed so that electrons can be emitted in a direction substantially perpendicular to the surface of the insulating support substrate 6, and the tip end of the emitter material protrusion 7 is exposed. The gate electrode layers 10 are formed so as to face each other with a gap.

【0029】上記のような構造にその主要部が形成され
た本発明に係る電界放出型冷陰極は、たとえば図2
(a)〜(h)に模式的に示すような工程を経て製造さ
れる。次に、図2に基づいてその製造方法の一例を詳述
する。
A field emission type cold cathode according to the present invention having a main part formed in the above structure is shown in FIG.
It is manufactured through the steps as schematically shown in (a) to (h). Next, an example of the manufacturing method will be described in detail with reference to FIG.

【0030】先ず第1の支持基板6としてSi単結晶基
板11を用意し、図2(a)に示すごとくこのSi単結
晶基板11の一方の平面(これを第1主面と呼ぶ)を異
方性エッチングによりエッチングして、所要のピッチで
底部に向かって尖鋭に尖った形状の(図中で逆ピラミッ
ト型に見える)凹部11aを刻設する。
First, a Si single crystal substrate 11 is prepared as the first supporting substrate 6, and one plane of the Si single crystal substrate 11 (referred to as a first main surface) is changed as shown in FIG. 2A. Etching is performed by means of isotropic etching, and recesses 11a having a sharp pointed shape (which looks like an inverted pyramid type in the drawing) toward the bottom are formed at a required pitch.

【0031】これは、例えばp型で (100)結晶面方位の
Si単結晶基板11の第1主面側から例えばドライ酸化
法などによる熱酸化処理を施して、厚さ 0.1μm程度の
薄い熱酸化膜(SiO2 )膜を形成し、この熱酸化膜面
上にフォトレジストをスピンコート法等により塗布す
る。そして例えばステッパを用いて 0.8μmの矩形の開
口部が得られるように露光・現像処理等を施してフォト
レジストのパターニングを行なった後、例えばNH4
・HF混合溶液をエッチャントとして用いて前記熱酸化
膜(SiO2 )の露出領域の選択エッチングを行なう。
そしてフォトレジストを除去した後、さらに30%のKO
H水溶液で異方性エッチング処理を行なうことにより、
前記の図2(a)に示すような逆ピラミッド状で深さ約
0.56μmの凹部11aをSi単結晶基板11の第1主面
側に形成する。
This is, for example, a thermal oxidation treatment by a dry oxidation method or the like from the first main surface side of the Si single crystal substrate 11 of the p-type and (100) crystal plane orientation to obtain a thin thermal film having a thickness of about 0.1 μm. An oxide film (SiO 2 ) film is formed, and a photoresist is applied on the surface of this thermal oxide film by spin coating or the like. Then, for example, using a stepper, the photoresist is patterned by performing exposure / development processing so as to obtain a rectangular opening of 0.8 μm, and then, for example, NH 4 F
Selective etching of the exposed region of the thermal oxide film (SiO 2 ) is performed using the HF mixed solution as an etchant.
And after removing the photoresist, KO of 30%
By performing anisotropic etching treatment with H aqueous solution,
As shown in FIG. 2 (a), it has an inverted pyramid shape and a depth of about
A recess 11a of 0.56 μm is formed on the first main surface side of the Si single crystal substrate 11.

【0032】その後、NH4 F・HF混合溶液をエッチ
ャントとして用いて前記マスクとして機能した熱酸化膜
を除去した後、逆ピラミッド状の凹部11aを含むSi
単結晶基板11面上に、p型不純物として例えば 3×10
19cm-3以上の濃度のB(硼素)を含むB拡散Si層12
を、ほぼ一様な厚さで例えば厚さ 0.3μmの厚さに形成
する。このB拡散Si層12は、後述する工程でSi単
結晶基板11をその第2主面側からエッチング除去する
際にエッチング停止層(あるいは犠牲層)である図1に
示したような高濃度不純物拡散層10として機能するも
のであるが、p型不純物の濃度を例えば1020〜1021cm-3
程度と高くして抵抗率を10-4Ω・cm程度と低くした場
合には、そのままゲート電極層10として利用すること
も可能である。その場合には工程数が低減されるばかり
でなく、ゲート−エミッタ間距離のさらなる近接化、換
言すればゲート−エミッタ間ギャップのさらなる微細化
を図ることができるというメリットもある。
After that, the thermal oxide film functioning as the mask is removed by using a mixed solution of NH 4 F and HF as an etchant, and then Si containing the concave portion 11a having an inverted pyramid shape is formed.
On the surface of the single crystal substrate 11, for example, 3 × 10 5
B-diffused Si layer 12 containing B (boron) at a concentration of 19 cm -3 or more
Is formed to have a substantially uniform thickness, for example, a thickness of 0.3 μm. The B-diffused Si layer 12 is an etching stop layer (or a sacrificial layer) when the Si single crystal substrate 11 is removed by etching from the second main surface side in a step described later, and thus has a high concentration of impurities as shown in FIG. Although it functions as the diffusion layer 10, the concentration of p-type impurities is set to, for example, 10 20 to 10 21 cm −3.
When the resistivity is increased to about 10 −4 Ω · cm and the resistivity is decreased to about 10 −4 Ω · cm, it can be used as it is as the gate electrode layer 10. In that case, not only the number of steps is reduced, but also the distance between the gate and the emitter can be made closer, that is, the gap between the gate and the emitter can be further miniaturized.

【0033】次いで、Si単結晶基板11に熱酸化処理
を施して前記B拡散Si層12の表面を熱酸化し、厚さ
0.2μmの絶縁体層13を形成する。この絶縁体層13
が図1に示した絶縁体層8のとなる層である。
Next, the Si single crystal substrate 11 is subjected to a thermal oxidation treatment to thermally oxidize the surface of the B-diffused Si layer 12 to a thickness of
An insulator layer 13 of 0.2 μm is formed. This insulator layer 13
Is a layer to be the insulator layer 8 shown in FIG.

【0034】続いて、絶縁体層13の上に、たとえば
W、Mo、Taのような金属材料をスパッタリングして
前記のピラミッド型凹部11aを埋めながら厚さ 0.8μ
m程度のエミッタ材料層14を形成する。このエミッタ
材料層14のうちピラミッド型凹部11aの部分を埋め
るように形成された凸状の部分が、図1に示したエミッ
タ材料製凸部7となる。
Then, a metal material such as W, Mo or Ta is sputtered on the insulator layer 13 to fill the pyramid-shaped recess 11a with a thickness of 0.8 μm.
An emitter material layer 14 of about m is formed. The convex portion of the emitter material layer 14 formed so as to fill the portion of the pyramid-shaped concave portion 11a becomes the emitter material-made convex portion 7 shown in FIG.

【0035】さらにエミッタ材料層14の上に、スパッ
タリング法などによりたとえば厚さ1μm程度のITO
(インジウム−錫系酸化物)を堆積して導電層15を形
成して、図2(b)に示すような積層体を作成する。こ
こで、上記のITOなどからなる導電層15は、エミッ
タ材料層14の材質によっては省略してもよい。ただし
その場合にはエミッタ材料層14の表面に導電層15と
しての機能を兼用させることになる。
Further, ITO having a thickness of about 1 μm is formed on the emitter material layer 14 by a sputtering method or the like.
(Indium-tin based oxide) is deposited to form the conductive layer 15 to form a laminated body as shown in FIG. The conductive layer 15 made of ITO or the like may be omitted depending on the material of the emitter material layer 14. However, in that case, the surface of the emitter material layer 14 also serves as the conductive layer 15.

【0036】一方、第2の支持基板として、裏面(背
面)に厚さ 0.4μm程度の静電接合電極用のAl層16
をコーティングした厚さ 1mm程度のパイレックスガラ
ス板17を用意し、図2(c)に示すごとく導電層15
の表面にパイレックスガラス板17を貼り合わせるよう
に配置して、導電層15とAl層16との間に数百V程
度の電圧を印加していわゆる静電接着法によってこれら
の界面を貼り合わせる。この接合は接着剤で行なっても
よいが、製造する電界放出型冷陰極の軽量化や薄型化な
どの点から、上記のような静電接着法が好ましい。こう
してパイレックスガラス板17を貼り合わせた後、パイ
レックスガラス板17の裏面にコーティングされたAl
層16を、例えばHNO3 ・CH3 COOH・HF混酸
溶液でエッチング除去する。
On the other hand, as the second supporting substrate, an Al layer 16 for an electrostatic bonding electrode having a thickness of about 0.4 μm is formed on the back surface (back surface).
Prepare a Pyrex glass plate 17 having a thickness of about 1 mm coated with a conductive layer 15 as shown in FIG. 2 (c).
The Pyrex glass plate 17 is arranged so as to be bonded to the surface of, and a voltage of about several hundred V is applied between the conductive layer 15 and the Al layer 16 to bond these interfaces by a so-called electrostatic bonding method. This bonding may be performed with an adhesive, but the electrostatic bonding method as described above is preferable from the viewpoint of weight reduction and thinning of the manufactured field emission cold cathode. After bonding the Pyrex glass plate 17 in this manner, the Al coated on the back surface of the Pyrex glass plate 17
The layers 16, for example, is etched away with HNO 3 · CH 3 COOH · HF mixed acid solution.

【0037】その後、エチレンジアミン・ピロカテコー
ル・ピラジンから成る水溶液(混合比は75cc:12g:
3mg:10cc)をエッチャントとして用いて、支持板
としてのSi単結晶基板11をその第2主面側からエッ
チング除去して、図2(d)に示すように絶縁体層13
とB拡散Si層12との積層によって被覆されたエミッ
タ材料製凸部18(すなわち図1の凹部11aとなる部
分)を有する形の積層体を得る。このエッチング工程に
おいては、B拡散Si層12はSi単結晶基板11のエ
ッチング停止層として機能するとともに、膜厚の薄い絶
縁体層13および先端が尖ったピラミッド型のエミッタ
材料製凸部18を前記エッチング液による侵食から保護
する役割を果たす。
Then, an aqueous solution of ethylenediamine / pyrocatechol / pyrazine (mixing ratio: 75 cc: 12 g:
3 mg: 10 cc) was used as an etchant to remove the Si single crystal substrate 11 as a supporting plate from the second main surface side by etching, and the insulator layer 13 was formed as shown in FIG.
Thus, a laminate having a shape having the emitter material-made convex portion 18 (that is, the portion that becomes the concave portion 11a in FIG. 1) covered by the lamination of the B diffusion Si layer 12 and the B diffusion Si layer 12 is obtained. In this etching step, the B diffusion Si layer 12 functions as an etching stop layer of the Si single crystal substrate 11, and the insulating layer 13 having a small film thickness and the pyramid-shaped convex portion 18 made of an emitter material having a sharp tip are formed. It serves to protect against erosion by the etching solution.

【0038】次に、前記Si単結晶基板11をエッチン
グ除去して露出したB拡散Si層12の面上に、例えば
スパッタリング法によりW層19を厚さ 0.5μm程度に
成膜する。そしてこのW層19の面上に、例えばスピン
コート法により、図2(e)に示すようにピラミッド型
のエミッタ材料製凸部18の先端部が隠れる程度の厚
さ、例えば厚さ 0.9μm程度の厚さにフォトレジスト層
20を塗布する。
Then, a W layer 19 is formed to a thickness of about 0.5 μm on the surface of the B diffusion Si layer 12 exposed by removing the Si single crystal substrate 11 by, for example, a sputtering method. Then, on the surface of the W layer 19, for example, by spin coating, as shown in FIG. 2 (e), the pyramid-shaped emitter material-made convex portion 18 has a thickness such that the tip end portion is hidden, for example, a thickness of about 0.9 μm The photoresist layer 20 is applied to the thickness of.

【0039】その後、酸素プラズマによるドライエッチ
ング処理を施して、図2(f)に示すごとく、エミッタ
材料製凸部18の先端部が 0.7μm程度露出するように
フォトレジスト層20の一部をエッチング除去する。
After that, a dry etching process using oxygen plasma is performed, and as shown in FIG. 2F, a part of the photoresist layer 20 is etched so that the tip of the protrusion 18 made of the emitter material is exposed to about 0.7 μm. Remove.

【0040】そして反応性イオンエッチング処理を施し
て、図2(g)に示すように、フォトレジスト層20の
エッチング除去で露出したW層19の先端部を選択的に
除去する。こうしてエミッタ材料製凸部18の先端部を
露出するようにW層19に開口部を開けて、図1に示し
たようなゲート電極層10を得る。次いで、フォトレジ
スト層20の残余分、つまりW層19先端部の選択的エ
ッチングの際にマスクとして機能した後にもまだW層1
9上に残されているフォトレジスト層20を除去する。
Then, a reactive ion etching process is performed to selectively remove the tip portion of the W layer 19 exposed by the etching removal of the photoresist layer 20, as shown in FIG. 2 (g). In this way, an opening is formed in the W layer 19 so as to expose the tip end of the protrusion 18 made of the emitter material, and the gate electrode layer 10 as shown in FIG. 1 is obtained. Then, even after the remaining portion of the photoresist layer 20, that is, the W layer 1 after functioning as a mask in the selective etching of the tip portion of the W layer 19 is performed.
The photoresist layer 20 left on 9 is removed.

【0041】そして、NH4 F・HF混合溶液を用いて
前記エミッタ材料製凸部18の先端部に対応する領域の
B拡散Si層12および絶縁体層13を選択的にエッチ
ング除去して、エミッタ材料製凸部18の先端部を露出
させる。
Then, the B diffusion Si layer 12 and the insulator layer 13 in the region corresponding to the tip of the protrusion 18 made of the emitter material are selectively removed by etching using a mixed solution of NH 4 F and HF, and the emitter is removed. The tip of the material-made convex portion 18 is exposed.

【0042】すなわち、図2(h)に示すごとく、W層
19を用いて形成されたゲート電極層10の開口部19
aから、ピラミッド型のエミッタ材料製凸部18の先端
部が露出した構造の本発明に係る電界放出型冷陰極が得
られる。
That is, as shown in FIG. 2H, the opening 19 of the gate electrode layer 10 formed using the W layer 19 is formed.
A field emission type cold cathode according to the present invention having a structure in which the tip of the pyramid-shaped emitter material-made convex portion 18 is exposed can be obtained from a.

【0043】上記のような本発明に係る製造方法によれ
ば、異方性エッチングによって刻設された底面(先端)
が尖鋭な凹部を有する支持基板11の第1主面側に、B
のような不純物をドーピンクし高濃度の不純物として拡
散してなるB拡散Si層12を形成し、さらに熱酸化法
により絶縁体層13を形成した後、前記凹部を埋めるよ
うにエミッタ材料層14を形成する。この過程により先
端が尖鋭な凹部を異方性エッチングによって再現性よく
刻設することができるとともに、絶縁体層13を形成す
る際の熱酸化による緻密なSiO2 の成長、さらにはB
拡散Si層12による絶縁体層13およびエミッタ材料
層14に対する耐エッチング性などにより、先端部が鋭
く尖り、かつ高さや形状が均一で一様性に優れたエミッ
タを困難無く簡易に形成することができる。
According to the manufacturing method of the present invention as described above, the bottom surface (tip) engraved by anisotropic etching is used.
On the first main surface side of the support substrate 11 having a sharp concave portion, B
Forming a B-diffused Si layer 12 by diffusing such impurities as a high concentration impurity and further forming an insulator layer 13 by a thermal oxidation method, and then forming an emitter material layer 14 so as to fill the recess. Form. By this process, a concave portion with a sharp tip can be engraved with good reproducibility by anisotropic etching, and dense SiO 2 growth due to thermal oxidation when forming the insulator layer 13, and further, B
Due to the etching resistance of the diffusion Si layer 12 to the insulator layer 13 and the emitter material layer 14, it is possible to easily and easily form an emitter having a sharp tip and a uniform height and shape and excellent uniformity. it can.

【0044】従って、本発明によれば、品質的に安定し
た電界放出型冷陰極の提供が可能となる。また前記エミ
ッタ機能部に対するゲート電極層10の距離(エミッタ
−ゲート間隔)も、前記熱酸化法によって精度よく制御
された厚さで絶縁体層13の形成が可能であることによ
り、比較的低電圧駆動でかつ電子の放射効率が高い電界
放出型冷陰極の提供が可能となる。
Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a field emission type cold cathode having stable quality. Further, the distance between the gate electrode layer 10 and the emitter function portion (emitter-gate distance) can be formed with a thickness controlled accurately by the thermal oxidation method, so that the insulator layer 13 can be formed at a relatively low voltage. It is possible to provide a field emission cold cathode that is driven and has high electron emission efficiency.

【0045】なお、上記ではB拡散Si層12面上に、
ゲート電極層10としてW層19を配置した構造を一例
として示したが、前記のB拡散Si層12の不純物濃度
が高くその抵抗値が低い場合には、そのB拡散Si層1
2をゲート電極層として機能させても、あるいは支持基
板11の選択エッチングに主として関与する不純物拡散
層12を除去し、これにより露出する絶縁体層13面上
にW層19を配設した構造を採っても、同様の作用・効
果が得られる。
In the above, on the surface of the B diffusion Si layer 12,
Although the structure in which the W layer 19 is arranged as the gate electrode layer 10 is shown as an example, when the impurity concentration of the B diffusion Si layer 12 is high and the resistance value thereof is low, the B diffusion Si layer 1 is
2 has a structure in which the W layer 19 is disposed on the surface of the insulator layer 13 exposed by removing the impurity diffusion layer 12 which is mainly involved in the selective etching of the supporting substrate 11 even if 2 is made to function as the gate electrode layer. Even if taken, the same action and effect can be obtained.

【0046】なお、前記不純物はp型のB、,Al、G
a、Inや、あるいはn型のP、As、Ti、あるいは
i型のGe、Snなどでもほぼ同様な傾向の効果を得る
ことができる。
The impurities are p-type B, Al, and G.
With a, In, or n-type P, As, Ti, or i-type Ge, Sn, etc., the effect of almost the same tendency can be obtained.

【0047】また、前記Si単結晶板の代りにGaAs
基板などを第1の支持基板として用いる、あるいはWの
代りにMo、Ta、Si等の、仕事関数が低くエミッタ
として使用可能な材料をエミッタ材料として用いてもよ
い。
Further, instead of the Si single crystal plate, GaAs is used.
A substrate or the like may be used as the first support substrate, or a material having a low work function and usable as an emitter, such as Mo, Ta, or Si, may be used as the emitter material instead of W.

【0048】さらには、上記のパイレックスガラス板の
代りにソーダガラス板などを第2の支持基板として用い
た場合にも、上記実施例とほぼ同様の効果を得ることが
できる。
Furthermore, when a soda glass plate or the like is used as the second supporting substrate instead of the Pyrex glass plate, the same effect as in the above embodiment can be obtained.

【0049】さらには、上記実施例においては電界放出
型冷陰極を単体の素子として説明したが、例えば 1枚の
Si単結晶板上に上記のような構造の本発明に係る電界
放出型冷陰極を複数個、例えばマトリックス状に配設し
て用いてもよいことは言うまでもない。
Further, although the field emission type cold cathode is described as a single element in the above-mentioned embodiment, for example, the field emission type cold cathode according to the present invention having the above-mentioned structure on one Si single crystal plate. It goes without saying that a plurality of, for example, may be arranged in a matrix and used.

【0050】(実施例2)図3は、本発明に係る第2の
実施例の電界放出型冷陰極の製造工程を示す図である。
この図3に基づいて第2の実施例の製造方法を説明す
る。
(Embodiment 2) FIG. 3 is a diagram showing a manufacturing process of a field emission type cold cathode of a second embodiment according to the present invention.
The manufacturing method of the second embodiment will be described with reference to FIG.

【0051】まず、図3(a)に示すように、第1の支
持基板として低抵抗の(100)結晶面方位のSi単結
晶基板301を準備する。
First, as shown in FIG. 3A, a low resistance (100) crystal plane orientation Si single crystal substrate 301 is prepared as a first supporting substrate.

【0052】次に、図3(b)に示すように、Si単結
晶基板301の一方の平面(この面を第1主面とする)
に、底部に向かって尖鋭な形状の凹部302を刻設す
る。このような凹部302の刻設方法としては、以下に
示すようなSiの異方性エッチングを用いる方法が適用
できる。即ち、(100)結晶面方位のSi単結晶から
なるSi単結晶基板301上に、その第1主面側から厚
さ0.1 μm程度のSiO2 熱酸化膜301bをドライ酸
化法により形成する。そしてさらにフォトレジストをス
ピンコート法により塗布する。次いでステッパ等を用い
て、例えば1 μm角の矩形状の開口部が得られるように
フォトレジストの露光及びその現像等を行なってパター
ニングし、その後、NH4 F/HF混合溶液をエッチャ
ントとして用いて、SiO2 熱酸化膜301bのエッチ
ングを行なう。そして前記のフォトレジストを除去した
後、30wt%のKOH水溶液をエッチャントとして用い
て異方性エッチングを行なうことにより、Si単結晶基
板301の第1主面側に例えば深さ0.71μmの逆ピラミ
ッド型の凹部302を刻設することができる。そして例
えばNH4 F/HF混合溶液を用いてSi単結晶基板3
01の表面に残されているSiO2 熱酸化膜301bを
一旦除去する。
Next, as shown in FIG. 3B, one flat surface of the Si single crystal substrate 301 (this surface is referred to as a first main surface).
At this point, a sharp concave portion 302 is formed toward the bottom. As a method of engraving such a recess 302, a method using anisotropic etching of Si as described below can be applied. That is, a SiO 2 thermal oxide film 301b having a thickness of about 0.1 μm is formed on the Si single crystal substrate 301 made of Si single crystal having the (100) crystal plane orientation from the first main surface side by a dry oxidation method. Then, a photoresist is further applied by spin coating. Then, using a stepper or the like, for example, the photoresist is exposed and developed so as to obtain a rectangular opening of 1 μm square, and patterning is performed. After that, an NH 4 F / HF mixed solution is used as an etchant. , The SiO 2 thermal oxide film 301b is etched. Then, after removing the photoresist, anisotropic etching is performed using a 30 wt% KOH aqueous solution as an etchant, so that the reverse pyramid-shaped portion having a depth of, for example, 0.71 μm is formed on the first main surface side of the Si single crystal substrate 301. The concave portion 302 can be engraved. Then, using, for example, a NH 4 F / HF mixed solution, the Si single crystal substrate 3
The SiO 2 thermal oxide film 301b left on the surface of 01 is once removed.

【0053】続いて、図3(c)に示すように、Si単
結晶基板301の第1主面上に前記の凹部302の内壁
面上を含めて熱酸化処理を施し、熱酸化層303を形成
する。本実施例ではこの熱酸化層303は厚さ0.5 μm
となるようにウェット熱酸化法により形成した。次い
で、この熱酸化層303上にエミッタ材料層304とし
て、例えばW層やMo層を形成する。このエミッタ材料
層304は、凹部302を埋めつつ熱酸化層303の上
面を覆うように形成する。本実施例では凹部302以外
の熱酸化層303上で厚さが2 μmとなるようにエミッ
タ材料層304をスパッタリング法により形成した。
Subsequently, as shown in FIG. 3C, a thermal oxidation process is performed on the first main surface of the Si single crystal substrate 301 including the inner wall surface of the recess 302 to form a thermal oxide layer 303. Form. In this embodiment, the thermal oxide layer 303 has a thickness of 0.5 μm.
Was formed by the wet thermal oxidation method. Then, for example, a W layer or a Mo layer is formed as an emitter material layer 304 on the thermal oxide layer 303. The emitter material layer 304 is formed so as to cover the upper surface of the thermal oxide layer 303 while filling the recess 302. In this embodiment, the emitter material layer 304 is formed on the thermal oxide layer 303 other than the recess 302 so as to have a thickness of 2 μm by the sputtering method.

【0054】次に、図3(d)に示すように、第2の支
持基板として、背面に厚さ0.3 μmのAl層305がコ
ーティングされたパイレックスガラスのような耐熱性の
高い材料からなるガラス基板306を用意する。このガ
ラス基板306を、上記のエミッタ材料層304の先端
が尖った凸部307が形成された面とは反対側の面に重
ね合わせるように配置し、接着する。この接着には、例
えば静電接着法を適用することができる。そしてガラス
基板306の背面のAl層305をHNO3 −CH3
OH−HFの混酸溶液で除去する。
Next, as shown in FIG. 3D, as a second supporting substrate, a glass made of a highly heat-resistant material such as Pyrex glass having a 0.3 μm thick Al layer 305 coated on the back surface. A substrate 306 is prepared. The glass substrate 306 is arranged and adhered so as to overlap the surface of the emitter material layer 304 opposite to the surface on which the pointed convex portion 307 is formed. For this adhesion, for example, an electrostatic adhesion method can be applied. Then, the Al layer 305 on the back surface of the glass substrate 306 is covered with HNO 3 --CH 3 O.
Remove with a mixed acid solution of OH-HF.

【0055】次に、図3(e)に示すようにここで基板
全体を裏返して(表裏を反転させて)、Si単結晶基板
301の前記第1主面とは反対側の(裏側の)第2主面
を上にしてEDPと呼ばれるエチレンジアミン、ピロカ
テコール及びピラジンの混合水溶液(この実施例ではエ
チレンジアミン:ピロカテコール:ピラジン:水=75m
l:12g:0.45g:10ml)をエッチャントとして用い
て、Si単結晶基板301の前記第1主面とは反対側の
第2主面側からエッチング除去する。このときエッチン
グ時間を制御して、Si単結晶基板301の厚さ方向に
わたって全部がエッチングされるのではなく(e)に示
すようにエミッタ材料層304の凸部307の先端部が
部分的に露出されるとともにそれ以下の部分は被覆され
るような厚さのSi単結晶層308として残るようにす
る。このSi単結晶層308をゲート電極として使用す
る。こうして、エミッタ材料層304の凸部307の尖
った先端部を覆う熱酸化層303をSi単結晶層308
から部分的に露出させる。
Next, as shown in FIG. 3 (e), the entire substrate is turned upside down (the front and back are inverted), and the Si single crystal substrate 301 is provided on the side opposite to the first main surface (on the back side). A mixed aqueous solution of ethylenediamine, pyrocatechol and pyrazine called EDP with the second main surface facing upward (in this example, ethylenediamine: pyrocatechol: pyrazine: water = 75 m)
(l: 12 g: 0.45 g: 10 ml) is used as an etchant to remove the Si single crystal substrate 301 from the second main surface opposite to the first main surface by etching. At this time, the etching time is controlled so that the Si single crystal substrate 301 is not entirely etched in the thickness direction, but the tip portion of the protrusion 307 of the emitter material layer 304 is partially exposed as shown in (e). The remaining portions are left as a Si single crystal layer 308 having such a thickness as to be covered. This Si single crystal layer 308 is used as a gate electrode. In this way, the thermal oxide layer 303 covering the pointed tip of the protrusion 307 of the emitter material layer 304 is covered with the Si single crystal layer 308.
Partially exposed from.

【0056】次に、図3(f)に示すように、NH4
/HF混合溶液をエッチャントとして用いて、エミッタ
材料層304の凸部307の先端部を覆っている部分の
熱酸化層303をエッチング除去して、凸部307の尖
った先端部をSi単結晶層308から部分的に露出させ
る。こうしてエミッタを得る。
Next, as shown in FIG. 3 (f), NH 4 F
/ HF mixed solution is used as an etchant to etch away the thermal oxide layer 303 in the portion of the emitter material layer 304 that covers the tip of the protrusion 307, and the pointed tip of the protrusion 307 is made into a Si single crystal layer. Partially exposed from 308. Thus the emitter is obtained.

【0057】上記のような製造方法によれば、第1の実
施例の製造方法の有する効果に加えて、本発明に係る電
界放出型冷陰極をさらに簡易に形成することができる。
According to the manufacturing method as described above, in addition to the effect of the manufacturing method of the first embodiment, the field emission cold cathode according to the present invention can be formed more easily.

【0058】(実施例3)図4は、本発明に係る電界放
出型冷陰極の製造方法の第3の実施例を示す図である。
(Embodiment 3) FIG. 4 is a view showing a third embodiment of the method for manufacturing a field emission cold cathode according to the present invention.

【0059】なお、同図においては第1および第2の実
施例と同一の部分には同一の符号を付して示した。本実
施例の製造方法は、上述の第1および第2の実施例にお
いて、高濃度にB(ホウ素)を拡散した薄いエッチング
停止層を設けて、Si単結晶基板301の第2主面側か
らのエッチングの進行を、このエッチング停止層で停止
させるようにしたことを特徴としている。従って第2の
実施例のようなエッチング時間の煩雑な制御を行なう必
要がなくなるので、さらに簡易に本発明に係る電界放出
型冷陰極を形成することが可能である。
In the figure, the same parts as those in the first and second embodiments are designated by the same reference numerals. In the manufacturing method of this embodiment, the thin etching stop layer in which B (boron) is diffused at a high concentration is provided in the above-described first and second embodiments so that the Si single crystal substrate 301 is exposed from the second main surface side. The etching is stopped at this etching stop layer. Therefore, since it is not necessary to perform complicated control of the etching time as in the second embodiment, it is possible to more easily form the field emission cold cathode according to the present invention.

【0060】まず、図4(a)に示すように、(10
0)結晶面方位のSi単結晶基板301の第1主面上に
例えば1019cm3 以上の高濃度にB(硼素)のような不
純物イオンを拡散して、薄いエッチング停止層401を
形成する。この高濃度の不純物拡散は、例えば熱拡散法
あるいはイオン注入法などによって行なう。
First, as shown in FIG.
0) A thin etching stop layer 401 is formed by diffusing impurity ions such as B (boron) on the first main surface of the Si single crystal substrate 301 having a crystal plane orientation at a high concentration of, for example, 10 19 cm 3 or more. . This high-concentration impurity diffusion is performed by, for example, a thermal diffusion method or an ion implantation method.

【0061】次に、図4(b)に示すように、第1の実
施例と同様に、Si単結晶基板301上に形成されたエ
ッチング停止層401の一方の平面(第1主面)側か
ら、底部に向かって尖鋭な形状の凹部302を刻設す
る。この凹部302の刻設方法としては、第2の実施例
と同様に、Siの異方性エッチングを用いる方法が適用
できる。即ち、エッチング停止層401の表面上および
凹部302で露出している部分のSi単結晶基板301
表面上にドライ酸化法による熱酸化処理を施して、その
表面から厚さ0.1 μm程度のSiO2 熱酸化膜301b
を形成する。さらにその上にフォトレジスト(図示省
略)をスピンコート法により塗布する。次いでステッパ
等を用いて、例えば1 μm角の矩形状の開口部が得られ
るようにフォトレジストを露光及びその現像等を行なっ
てパターニングする。そしてNH4 F/HF混合溶液を
エッチャントとして用いてSiO2 熱酸化膜301bの
パターニングを行なう。その後、前記のフォトレジスト
を除去し、SiO2 熱酸化膜301bのパターンをエッ
チングマスクとして用いるとともに30wt%のKOH水
溶液をエッチャントとして用いて、異方性エッチングを
行なう。こうしてエッチング停止層401にSi単結晶
基板301の第1主面以上に達する例えば深さ0.71μm
の逆ピラミッド型の凹部302を刻設する。そして例え
ばNH4 F/HF混合溶液を用いてSi単結晶基板30
1の表面に残されているSiO2 熱酸化膜301bを除
去する。
Next, as shown in FIG. 4B, one plane (first main surface) side of the etching stopper layer 401 formed on the Si single crystal substrate 301, as in the first embodiment. From this, a sharp concave portion 302 is engraved toward the bottom. As a method of engraving the concave portion 302, a method using anisotropic etching of Si can be applied as in the second embodiment. That is, the Si single crystal substrate 301 on the surface of the etching stop layer 401 and the portion exposed in the recess 302.
The surface is subjected to a thermal oxidation process by a dry oxidation method, and a SiO 2 thermal oxide film 301b having a thickness of about 0.1 μm from the surface
To form. Further, a photoresist (not shown) is applied thereon by spin coating. Then, using a stepper or the like, the photoresist is exposed and developed, and patterned so that a rectangular opening of 1 μm square is obtained, for example. Then, the SiO 2 thermal oxide film 301b is patterned using the NH 4 F / HF mixed solution as an etchant. Then, the photoresist is removed, and anisotropic etching is performed using the pattern of the SiO 2 thermal oxide film 301b as an etching mask and a 30 wt% KOH aqueous solution as an etchant. Thus, the etching stop layer 401 reaches the first main surface of the Si single crystal substrate 301 or more, for example, the depth is 0.71 μm.
An inverted pyramid-shaped recess 302 is engraved. Then, for example, using a NH 4 F / HF mixed solution, the Si single crystal substrate 30
The SiO 2 thermal oxide film 301b left on the surface of No. 1 is removed.

【0062】ここで、KOH水溶液は、Bを高濃度に拡
散したエッチング停止層401におけるエッチングレー
トがSi単結晶に対するエッチングレートと大差ないた
め、エッチング停止層401をSi単結晶基板301の
上に形成した場合でも良好なエッチングスピードを得る
ことができる。従って本実施例のようなエッチング停止
層401をSi単結晶基板301上に形成した場合に
も、凹部302を良好に刻設することができるのであ
る。もちろんエッチャントとしてはこの他にもエッチン
グ停止層401をエッチングすることが可能なものであ
れば、この他のエッチャントを用いることもできる。
Since the etching rate of the KOH aqueous solution in the etching stopper layer 401 in which B is diffused at a high concentration is not much different from the etching rate for the Si single crystal, the etching stopper layer 401 is formed on the Si single crystal substrate 301. Even if it does, a good etching speed can be obtained. Therefore, even when the etching stopper layer 401 as in this embodiment is formed on the Si single crystal substrate 301, the recess 302 can be well formed. Of course, other etchants may be used as the etchant as long as they can etch the etching stop layer 401.

【0063】次に、図4(c)に示すように、凹部30
2によって露出しているエッチング停止層401及びS
i単結晶基板301の壁面及びエッチング停止層401
の平面に熱酸化処理を施して熱酸化層303を形成す
る。この熱酸化時にエッチング停止層401は厚くなる
が、このように膨脹した後でも、ピラミッド状の凸部3
07の先端部を覆っている部分の熱酸化層303がこの
エッチング停止層401から突出するように、エッチン
グ停止層401の厚さをSi単結晶基板301に成膜す
る際に前もって設定しておく。そして上述の第2の実施
例等と同様に熱酸化層303上にエミッタ材料として好
適な例えばWやMoなどの材料を堆積などにより成膜し
て、エミッタ材料層304を形成する。
Next, as shown in FIG. 4C, the recess 30 is formed.
Etch stop layer 401 and S exposed by 2
Wall surface of i single crystal substrate 301 and etching stop layer 401
A thermal oxidation process is applied to the flat surface to form a thermal oxide layer 303. The etching stop layer 401 becomes thick during this thermal oxidation, but even after the expansion is completed in this way, the pyramidal protrusions 3 are formed.
The thickness of the etching stop layer 401 is set in advance when the film is formed on the Si single crystal substrate 301 so that the thermal oxide layer 303 in the portion covering the tip of 07 is projected from the etching stop layer 401. . Then, similarly to the above-described second embodiment and the like, a material suitable for the emitter material such as W or Mo is deposited on the thermal oxide layer 303 by deposition or the like to form the emitter material layer 304.

【0064】次に、図4(d)に示すように、第2の実
施例と同様に、第2の支持基板として、背面に厚さ0.3
μmのAl層305がコーティングされたパイレックス
ガラスのような耐熱性の高い材料からなるガラス基板3
06を用意する。このガラス基板306を、上記のエミ
ッタ材料層304の先端が尖った(ピラミッド状の)凸
部307が形成された面とは反対側の面に重ね合わせる
ように配置して、接着する。この接着には第2の実施例
と同様に例えば静電接着法を適用することができる。そ
してガラス基板306の背面のAl層305をHNO3
−CH3 OOH−HFの混酸溶液で除去する。
Next, as shown in FIG. 4D, as in the case of the second embodiment, as the second supporting substrate, the back surface has a thickness of 0.3.
A glass substrate 3 made of a material having high heat resistance such as Pyrex glass coated with an Al layer 305 having a thickness of 3 μm.
Prepare 06. The glass substrate 306 is arranged and bonded so as to overlap the surface of the emitter material layer 304 opposite to the surface on which the pointed (pyramidal) convex portion 307 is formed. For this adhesion, for example, the electrostatic adhesion method can be applied as in the second embodiment. Then, the Al layer 305 on the back surface of the glass substrate 306 is covered with HNO 3
It is removed by mixed acid solution of -CH 3 OOH-HF.

【0065】次に、図4(e)に示すように、EDPと
呼ばれるエチレンジアミン、ピロカテコール及びピラジ
ンの混合水溶液(この実施例ではエチレンジアミン:ピ
ロカテコール:ピラジン:水=75ml:12g:0.45g:
10ml)をエッチャントとして用いて、Si単結晶基板
301の前記第1主面とは反対側の(裏側の)第2主面
側からエッチング除去する。
Next, as shown in FIG. 4 (e), a mixed aqueous solution of ethylenediamine, pyrocatechol and pyrazine called EDP (in this example, ethylenediamine: pyrocatechol: pyrazine: water = 75 ml: 12 g: 0.45 g:
10 ml) as an etchant, and is removed by etching from the side of the second main surface of the Si single crystal substrate 301 opposite to the first main surface (on the back side).

【0066】ここで、エッチング停止層401は高濃度
のBを拡散してなるSi材料から形成されているので、
第2の実施例で用いたEDPのようなエッチャントに対
してはエッチングレートが単結晶Siに比べてかなり低
い。したがってこのエッチング停止層401でSi単結
晶基板301の第2主面側からのエッチングは停止さ
れ、エッチング停止層401はほぼそのままの形で残る
ことになる。こうして、エミッタ材料層304の凸部3
07の尖った先端部を覆う熱酸化層303をエッチング
停止層401から部分的に露出させることができる。
Here, since the etching stopper layer 401 is formed of a Si material obtained by diffusing high concentration B,
The etching rate of an etchant such as EDP used in the second embodiment is considerably lower than that of single crystal Si. Therefore, the etching from the second main surface side of the Si single crystal substrate 301 is stopped by the etching stop layer 401, and the etching stop layer 401 remains in the almost same shape. Thus, the protrusion 3 of the emitter material layer 304
The thermal oxide layer 303 that covers the sharp tip of 07 can be partially exposed from the etch stop layer 401.

【0067】次に、図4(f)に示すように、NH4
/HF混合溶液をエッチャントとして用いて、エミッタ
材料層304の凸部307の先端部を覆っている部分の
熱酸化層303をエッチング除去して、凸部307の尖
った先端部をエッチング停止層401から部分的に露出
させる。こうしてエミッタを得る。
Next, as shown in FIG. 4 (f), NH 4 F
/ HF mixed solution is used as an etchant to remove the thermal oxide layer 303 in the portion of the emitter material layer 304 covering the tip of the protrusion 307, and remove the sharp tip of the protrusion 307 from the etching stop layer 401. Partially exposed from. Thus the emitter is obtained.

【0068】一方、エッチング停止層401は高濃度の
Bを拡散してなるSi材料から形成されているために導
電性が良好であることから、エッチング停止層401は
そのまま残して、ゲート電極として使用することができ
る。
On the other hand, since the etching stop layer 401 is formed of a Si material in which a high concentration of B is diffused and has good conductivity, the etching stop layer 401 is left as it is and used as a gate electrode. can do.

【0069】上記のような第3の実施例の製造方法によ
れば、第1および第2の実施例の製造方法の有する効果
に加えて、第2の実施例のようなSi単結晶基板301
の第2主面側からのエッチングの際のエッチング深さの
煩雑な制御等は不要とすることができるため、本発明に
係る電界放出型冷陰極をさらに簡易に形成することがで
きる。
According to the manufacturing method of the third embodiment as described above, in addition to the effects of the manufacturing methods of the first and second embodiments, the Si single crystal substrate 301 as in the second embodiment is obtained.
Since the complicated control of the etching depth and the like at the time of etching from the second main surface side can be eliminated, the field emission cold cathode according to the present invention can be formed more easily.

【0070】(実施例4)図5は、本発明に係る電界放
出型冷陰極の製造方法の第4の実施例を示す図である。
なお、説明の簡潔化のために、この図5においては既述
の各実施例と同一の部分には同じ符号を付して示した。
またこの第4の実施例では既述の実施例とは異なった特
徴的な部分を中心として説明する。
(Embodiment 4) FIG. 5 is a view showing a fourth embodiment of the method for manufacturing a field emission cold cathode according to the present invention.
For simplification of description, in FIG. 5, the same parts as those in the above-described embodiments are designated by the same reference numerals.
In addition, in the fourth embodiment, characteristic portions different from the above-described embodiments will be mainly described.

【0071】本実施例の製造方法は、上述の第3の実施
例のエッチング停止層401の代りりにn型Si材料で
形成されたエッチング停止層501を用いて、このエッ
チング停止層501に逆電圧を印加することにより、S
i単結晶基板301の第2主面からのエッチングを停止
させることを特徴としている。
In the manufacturing method of this embodiment, an etching stop layer 501 formed of an n-type Si material is used instead of the etching stop layer 401 of the third embodiment, and the etching stop layer 501 is reversed. By applying a voltage, S
It is characterized in that the etching from the second main surface of the i single crystal substrate 301 is stopped.

【0072】まず、図5(a)に示すように、p型の
(100)結晶面方位のSi単結晶からなるSi単結晶
基板301上にn型のSi層501を、熱換拡散法ある
いはイオン注入法などにより薄い膜厚に形成し、Si単
結晶基板301とSi層501との界面でpn接合を形
成する。
First, as shown in FIG. 5A, an n-type Si layer 501 is formed on a Si single crystal substrate 301 made of a p-type (100) crystal plane orientation Si single crystal substrate 301 by a heat diffusion method. A thin film is formed by an ion implantation method or the like, and a pn junction is formed at the interface between the Si single crystal substrate 301 and the Si layer 501.

【0073】これに続く図5(b)から(d)に示した
工程は、上述の第3の実施例とほぼ同様である。
Subsequent steps shown in FIGS. 5B to 5D are almost the same as those in the above-described third embodiment.

【0074】そして本実施例においては、図5(e)に
示すSi単結晶基板301を除去する工程において電気
化学エッチングを用いることを特徴としている。
The present embodiment is characterized in that electrochemical etching is used in the step of removing the Si single crystal substrate 301 shown in FIG. 5 (e).

【0075】これは、例えばKOH水溶液中で、エッチ
ング停止層501とSi単結晶基板301との界面に生
じているpn接合に対して逆電圧を印加してp型のSi
単結晶基板301のみを選択的にエッチングし、n型の
Si層501についてはエッチングを進行させずそのま
ま残すという方法である。
This is because, for example, in a KOH aqueous solution, a reverse voltage is applied to the pn junction generated at the interface between the etching stop layer 501 and the Si single crystal substrate 301, and p-type Si is formed.
In this method, only the single crystal substrate 301 is selectively etched, and the n-type Si layer 501 is left as it is without being etched.

【0076】このようにして、図5(e)で示すような
Si単結晶基板301をその第2主面側からエッチング
して行き、Si単結晶基板301をほぼ全厚さにわたっ
て削除して、エミッタ材料層304の凸部307の先端
部分だけをエッチング停止層501から露出させる。
In this way, the Si single crystal substrate 301 as shown in FIG. 5E is etched from the second main surface side, and the Si single crystal substrate 301 is removed over almost the entire thickness. Only the tip portion of the protrusion 307 of the emitter material layer 304 is exposed from the etching stopper layer 501.

【0077】そしてそれ以降の工程は、上述の各実施例
と同様である。即ち、図5(f)に示すように、NH4
F/HF混合溶液をエッチャントとして用いてエミッタ
材料層304の凸部307の先端部を覆っている部分の
熱酸化層303をエッチング除去する。こうして凸部3
07の尖った先端部をSi単結晶層308から部分的に
露出させて、エミッタを得る。
The subsequent steps are the same as those in the above-mentioned embodiments. That is, as shown in FIG. 5 (f), NH 4
Using the F / HF mixed solution as an etchant, the thermal oxide layer 303 in the portion covering the tip of the protrusion 307 of the emitter material layer 304 is removed by etching. In this way, the convex portion 3
The pointed tip of 07 is partially exposed from the Si single crystal layer 308 to obtain an emitter.

【0078】このような第4の実施例に示した製造方法
によっても、既述の各実施例と同様に、エミッタ−ゲー
ト電極間の間隙(ギャップ)を高精度に、かつ簡易に形
成することができる。
Also by the manufacturing method shown in the fourth embodiment, the gap between the emitter and the gate electrode can be formed with high accuracy and easily, as in the above-described embodiments. You can

【0079】なお、上記の第2乃至第5の実施例におい
て、高濃度にBを拡散したエッチング停止層401ある
いはn型のSi層501を、図4、図5の(a)の工程
にてすでにSi単結晶基板301の第1主面上にエピタ
キシャル成長させて形成しておいてもよい。
In the second to fifth embodiments described above, the etching stop layer 401 or the n-type Si layer 501 in which B is diffused at a high concentration is processed by the process shown in FIGS. It may be already formed by epitaxial growth on the first main surface of the Si single crystal substrate 301.

【0080】その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、各部位の形成材料やその成膜、パターニング方法等
の種々変更が可能であることは言うまでもない。
In addition, it goes without saying that various changes can be made to the material for forming each part, the film formation thereof, the patterning method and the like without departing from the scope of the present invention.

【0081】[0081]

【発明の効果】以上、詳細な説明で明示したように、本
発明は、エッチングの異方性を利用して先端の尖ったピ
ラミッド状や円錐状の凹部を支持基板面に形成し得るこ
と、不純物拡散層化領域がエッチング停止層として機能
すること、この不純物拡散層はその抵抗値によってはゲ
ート電極層としても機能すること、熱酸化法などを利用
すると所定面に沿った尖鋭な酸化物層(絶縁体層)を精
度よく形成することなどを可能とすることを目的として
成されたものである。
As described above in detail, according to the present invention, it is possible to form a pyramid-shaped or conical-shaped recess having a sharp tip on the surface of a supporting substrate by utilizing the anisotropy of etching. The impurity diffusion layer formation region functions as an etching stop layer, the impurity diffusion layer also functions as a gate electrode layer depending on its resistance value, and a sharp oxide layer along a predetermined surface is formed by using a thermal oxidation method or the like. The purpose is to enable the (insulator layer) to be formed accurately.

【0082】即ち、本発明に係る電界放出型冷陰極は、
常に良好な電界放出の均一性を呈し、また低電圧駆動も
可能で、かつ高い電界放出効率を得られるという優れた
性能を備えている。そして本発明に係る電界放出型冷陰
極の製造方法によれば、前記したような機能的な特長を
備え、かつ高集積化なども容易な電界放出型冷陰極を、
良好な歩留まりおよび生産性(量産性)を以て製造する
ことが可能である。
That is, the field emission cold cathode according to the present invention is
It has excellent performance that it always exhibits good uniformity of field emission, can be driven at a low voltage, and has high field emission efficiency. And according to the method for manufacturing a field emission cold cathode according to the present invention, a field emission cold cathode having the functional features as described above, and also easy to be highly integrated,
It is possible to manufacture with a good yield and productivity (mass productivity).

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る電界放出型冷陰極の要部構成例を
示す一部断面的な斜視図。
FIG. 1 is a partial cross-sectional perspective view showing a configuration example of a main part of a field emission cold cathode according to the present invention.

【図2】本発明に係る第1の実施例の電界放出型冷陰極
の製造工程を示す図。
FIG. 2 is a diagram showing a manufacturing process of the field emission cold cathode according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明に係る第2の実施例の電界放出型冷陰極
の製造工程を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing a manufacturing process of a field emission cold cathode according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明に係る第3の実施例の電界放出型冷陰極
の製造工程を示す図。
FIG. 4 is a view showing a manufacturing process of the field emission cold cathode according to the third embodiment of the present invention.

【図5】本発明に係る第4の実施例の電界放出型冷陰極
の製造工程を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing a process of manufacturing a field emission cold cathode according to a fourth embodiment of the present invention.

【図6】従来の電界放出型冷陰極の製造工程の概要を示
す図。
FIG. 6 is a diagram showing an outline of a manufacturing process of a conventional field emission cold cathode.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…………Si単結晶基板, 2…………SiO2 堆積層, 3a………Mo層(ゲート電極層), 3b………Al層(エッチング停止層), 4…………孔(ピンホール), 5…………エミッタ材料, 6,17…絶縁性支持基板, 7,18…エミッタ材料製の凸部, 8,13…熱酸化物層(絶縁体層), 9,12…高濃度の不純物拡散層, 10, 19' …ゲート電極層, 11a……凹部, 14………エミッタ材料層, 15………導電層, 16………静電接合用電極層, 19………W被覆層, 19a……開口部, 20………フォトレジスト層, 301……Si単結晶基板, 301b…SiO2 熱酸化膜, 302……凹部, 303……Si熱酸化層, 304……エミッタ層, 305……Al層, 306……ガラス基板, 307……エミッタ層の凸部, 308……Si単結晶層, 401……Bを高濃度に拡散してなるエッチング停止
層, 501……n型Si材料を用いて形成されたエッチング
停止層
1 ………… Si single crystal substrate, 2 ………… SiO 2 deposition layer, 3a ………… Mo layer (gate electrode layer), 3b ………… Al layer (etching stop layer), 4 ………… hole (Pinhole), 5 ... Emitter material, 6, 17 ... Insulating support substrate, 7, 18 ... Convex part made of emitter material, 8, 13 ... Thermal oxide layer (insulator layer), 9, 12 ... High-concentration impurity diffusion layer, 10, 19 '... Gate electrode layer, 11a ... Recessed portion, 14 ......... Emitter material layer, 15 ......... Conductive layer, 16 ... Electrostatic bonding electrode layer, 19 ... ...... W coating layer, 19a …… opening, 20 ………… photoresist layer, 301 …… Si single crystal substrate, 301b ・ ・ ・ SiO 2 thermal oxide film, 302 …… recess, 303 …… Si thermal oxidization layer, 304 ... Emitter layer, 305 ... Al layer, 306 ... Glass substrate, 307 ... Emi The convex portion of the layer, 308 ...... Si single crystal layer, 401 formed by diffusing ...... B at a high concentration etch stop layer, an etch stop layer formed by using the 501 ...... n-type Si material

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 支持基板と、 前記支持基板面に先端を尖らせて形設されたエミッタ材
料製凸部と、 前記エミッタ材料製凸部の先端部を露出させてエミッタ
材料製凸部表面を被覆する絶縁体層と、 前記エミッタ材料製凸部の先端部を露出させ絶縁体層を
被覆する高濃度不純物拡散層とを具備することを特徴と
する電界放出型冷陰極。
1. A support substrate, a projection made of an emitter material formed with a sharp tip on the surface of the support substrate, and a tip of the projection made of the emitter material is exposed to expose a surface of the projection made of the emitter material. A field emission type cold cathode comprising: an insulating layer for covering; and a high-concentration impurity diffusion layer for exposing the tip of the emitter material-made convex portion and covering the insulating layer.
【請求項2】 第1の支持基板の第1主面側に、先端を
尖らせた凹部を形成する工程と、 前記凹部内壁面を含む第1の支持基板面に高濃度の不純
物拡散層を形成する工程と、 前記不純物の拡散層面に絶縁体層を形成する工程と、前
記絶縁体層面に凹部を埋めつつエミッタ材料を被着する
工程と、 前記エミッタ材料層面に第2の支持基板を接合一体化す
る工程と、 前記第1の支持基板を第2主面側からエッチング除去し
凸部を含む不純物の拡散層を露出させる工程と、 前記凸部先端部の不純物の拡散層および絶縁体層を選択
的に除去しエミッタ材料製の凸部の先端部を露出させる
工程とを具備することを特徴とする電界放出型冷陰極の
製造方法。
2. A step of forming a concave portion having a sharp tip on the first main surface side of the first supporting substrate, and a high-concentration impurity diffusion layer on the surface of the first supporting substrate including the concave inner wall surface. A step of forming, an step of forming an insulator layer on the surface of the impurity diffusion layer, a step of depositing an emitter material while filling a recess on the surface of the insulator layer, and a step of bonding a second support substrate to the surface of the emitter material layer. A step of unifying, a step of exposing the first support substrate by etching from the second main surface side to expose an impurity diffusion layer including a convex portion, and an impurity diffusion layer and an insulator layer at the tip of the convex portion Is selectively removed to expose the tip of the convex portion made of the emitter material, and a method for manufacturing a field emission cold cathode.
【請求項3】 第1の支持基板の第1主面側に、底部が
尖った形状の凹部を刻設する工程と、 前記第1の支持基板の前記凹部内壁面を含む第1主面上
に絶縁層を形成する工程と、 前記絶縁層面上に前記凹部を埋めつつエミッタ材料を被
着して、先端が尖った形状の凸部を有するエミッタ材料
層を形成する工程と、 前記エミッタ材料層の凸部が形成された面とは反対側の
面に第2の支持基板を接合して該第2の支持基板により
前記エミッタ材料層を支持する工程と、 前記エミッタ材料層の凸部を被覆している前記絶縁層の
少くとも先端部が露出するまで、前記第1の支持基板を
該基板の第2主面側からエッチング除去する工程と、 前記第1の支持基板から露出した部分からエッチングを
進行させて前記絶縁層を選択的にエッチング除去して行
き、該絶縁層に被覆されていた前記エミッタ材料層の凸
部の先端部を露出させてエミッタを形成するとともに、
前記エミッタの先端部と間隙を有して対峙するように前
記第1の支持基板を残存させてゲート層を形成する工程
とを具備することを特徴とする電界放出型冷陰極の製造
方法。
3. A step of engraving a recess having a sharp bottom on the first main surface side of the first supporting substrate, and a first main surface including the recess inner wall surface of the first supporting substrate. A step of forming an insulating layer on the insulating layer surface, a step of filling the concave portion on the surface of the insulating layer with an emitter material to form an emitter material layer having a convex portion with a pointed tip, and the emitter material layer A step of bonding a second supporting substrate to the surface opposite to the surface on which the convex portion is formed, and supporting the emitter material layer by the second supporting substrate; and covering the convex portion of the emitter material layer. Etching the first support substrate from the second main surface side of the substrate until at least the tip of the insulating layer is exposed, and etching from the portion exposed from the first support substrate. To selectively remove the insulating layer by etching. , Together to expose the tip of the convex portion of the emitter material layer that has been coated on the insulating layer to form an emitter,
And a step of forming a gate layer by leaving the first support substrate so as to face the tip of the emitter with a gap, and a method of manufacturing a field emission cold cathode.
【請求項4】 第1の支持基板の第1主面上にエッチン
グ停止層を形成する工程と、 前記第1の支持基板の第1主面側に、前記エッチング停
止層を貫通して前記第1の支持基板の厚さの途中にまで
達する深さで、底部が尖った形状の、凹部を刻設する工
程と、 前記凹部の内壁面として露出している前記エッチング停
止層および前記第1の支持基板を含む前記エッチング停
止層上に絶縁層を形成する工程と、 前記絶縁層の面上に前記凹部を埋めつつエミッタ材料を
被着して、先端が尖った形状の凸部を有するエミッタ材
料層を形成する工程と、 前記第1の支持基板を該基板の第2主面側から前記エッ
チング停止層までエッチング除去して、前記エミッタ材
料層の凸部を被覆している前記絶縁層の先端部を前記エ
ッチング停止層の表面から露出させる工程と、 前記エッチング停止層から露出した部分からエッチング
を進行させて前記絶縁層を選択的にエッチング除去して
行き、該絶縁層に被覆されていた前記エミッタ材料層の
凸部の先端部を露出させてエミッタを形成するととも
に、前記エミッタの先端部に対して間隙を有して対峙す
るように前記エッチング停止層を残存させてゲート層を
形成する工程とを具備することを特徴とする電界放出型
冷陰極の製造方法。
4. A step of forming an etching stop layer on a first main surface of a first support substrate, and a step of penetrating the etching stop layer on the first main surface side of the first support substrate The step of engraving a recess having a sharp bottom with a depth reaching the middle of the thickness of the first supporting substrate, and the etching stopper layer and the first exposure layer exposed as an inner wall surface of the recess. A step of forming an insulating layer on the etching stopper layer including a supporting substrate; and an emitter material having a convex portion with a pointed tip, by depositing an emitter material on the surface of the insulating layer while filling the concave portion. Forming a layer, and etching the first support substrate from the second main surface side of the substrate to the etching stop layer to remove the tip of the insulating layer covering the convex portion of the emitter material layer. Exposed from the surface of the etching stop layer And a step of performing etching from a portion exposed from the etching stop layer to selectively remove the insulating layer by etching, and to remove the tip end of the convex portion of the emitter material layer covered with the insulating layer. Forming an emitter to expose and forming a gate layer by leaving the etching stop layer so as to face the tip of the emitter with a gap. Emission type cold cathode manufacturing method.
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