JPH07160205A

JPH07160205A - 電子放出素子及びその製造方法

Info

Publication number: JPH07160205A
Application number: JP34078993A
Authority: JP
Inventors: Shusuke Gamo; 秀典蒲生; Toshiro Nagase; 俊郎長瀬
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1993-12-08
Filing date: 1993-12-08
Publication date: 1995-06-23

Abstract

(57)【要約】【目的】電子放出素子のディスク型エミッタを従来の
加工手法を使用して、電界が集中しやすい構造とする。【構成】絶縁性基板１、エミッタ配線層２、絶縁層４
及びゲート電極層５が順次積層され、ゲート電極層４と
絶縁層５とにエミッタ配線層２に達する開孔部が設けら
れ、その開孔部内のエミッタ配線層２上にエミッタ層３
が、絶縁層４及びゲート電極層５に接触しないように積
層された電界放射型の電子放出素子において、エミッタ
層３の膜厚方向の断面形状を逆テーパー形状とする。こ
の場合、エミッタ配線層２とエミッタ層３との間に、エ
ミッタ層３表面に比べサイドエッチ量の多いエミッタ下
地層６を設けることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、強電界によって電子を
放出する電界放射型の電子放出素子に関する。より詳し
くは、平面ディスプレイを構成するにアレイ状のＦＥＡ
（ＦｉｅｌｄＥｍｉｔｔｅｒＡｒｒａｙ）に好ましく
適用できる電子放出素子に関する。また、本発明はその
ような電子放出素子の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、高速応答性と高解像度とを有する
平面型ディスプレイが強く求められいるが、そのための
有力なディスプレイ構造として、高真空の平板セル中
に、微小な電子放出素子をアレイ状に配したものが有望
視されている。

【０００３】このような微小な電子放出素子としては、
いわゆる電界放射現象を利用したものが知られている。
即ち、電界放射型の電子放出素子は、物質に印加する電
界の強度を上げると、その強度に応じて物質表面のエネ
ルギー障壁の幅が次第に狭まり、電界強度が１０^７Ｖ／
ｃｍ以上の強電界となると、物質中の電子がトンネル効
果によりそのエネルギー障壁を突破できるようになり、
そのため物質から電子が放出されるという現象を利用す
るものである。

【０００４】このような電界放射型の電子放出素子とし
て一般的なものは、図７に示すように、先端が尖ったコ
ーン型の電子放出素子であり、これは、絶縁性基板７
１、後述するエミッタ７６に電圧を印加するためのエミ
ッタ配線層７２、絶縁層７３及びエミッタ７６に強電界
を集中させるためのゲート電極層７４が順次積層され、
ゲート電極層７４と絶縁層７３とにはエミッタ配線層７
２に達する開孔部７５が設けられ、その開孔部７５内の
エミッタ配線層７２上にエミッタ７６が、絶縁層７３及
びゲート電極層７４に接触しないように積層されている
構造を有する。この場合、エミッタ７６の先端に強電界
を集中させ、先端から電子を放出させやすくするため
に、エミッタ７６の先端は数百ｎｍ以下の曲率半径の針
状に加工されている。

【０００５】ところが、このようなコーン型の電子放出
素子を、大面積の平面型ディスプレイに使用するＦＥＡ
に応用しようとした場合には、広い面積のＦＥＡ上でエ
ミッタの先端の加工を均一に行うことが非常に困難であ
るという問題があった。

【０００６】このため、図８に示すように、エミッタ７
６をコーン型とせずに、均一加工性の良好なディスク型
とすることが提案されている。このディスク型の電子放
出素子においては、ディスク状のエミッタ７６のエッジ
部に電界が集中し、そこから電子が放出される。この場
合、エミッタ７６とエミッタ配線層７２との間にはエミ
ッタ下地層７７を形成しておくことが一般的に行なわれ
ている。そして、このようなエミッタ下地層７７は、デ
ィスク状のエミッタ７６のエッジ部に電界が集中しやす
くなるように、エミッタ７６の径よりも小さい径とする
ことが好ましいとされ、そのためにエミッタ下地層７７
は、通常、エミッタ７６よりもエッチングされやすい材
料から形成されている。

【０００７】しかしながら、ディスク型の電子放出素子
は、コーン型のもの比べ広い面積での均一加工性が向上
するものの、電界の集中度はコーン型の電子放出素子に
比べ大きくないために、より高い電圧の印加が必要とな
り、電子放出特性が十分ではないという問題があった。

【０００８】このため、ディスク状のエミッタの上面に
電界が集中しやすい特異点を付与するために、図９
（ａ）〜（ｄ）のエミッタ平面図に示すように、ディス
ク状のエミッタを更に加工して尖ったエッジ部を形成す
ることが提案されている。例えば、図９（ａ）に示す形
状のエミッタを有する電子放出素子は図１０に示す工程
に従って製造できる。

【０００９】まず、ガラスなどの絶縁性基板１０１にＣ
ｒなどの金属膜を形成し、これをフォトリソグラフ法な
どによりパターニングして、エミッタに電圧を印加する
ためのエミッタ配線層１０２を形成する（図１０
（ａ））。

【００１０】次に、Ａｌなどからなるエミッタ下地層１
０３を形成する。エミッタ下地層１０３は常に必要なも
のではないが、後述するエミッタ層からの電子放出特性
を向上させるために、エミッタ表面よりその下部がサイ
ドエッチされた状態に形成することが好ましい。そのた
め、一般的にはエミッタよりサイドエッチされやすい材
質のエミッタ下地層１０３をエミッタの下層に形成す
る。

【００１１】更に、エミッタ下地層１０３上に、連続的
に、Ｃｒなどからなるエミッタ層１０４及びレジスト層
１０５を順次形成する（図１０（ｂ））。そして、この
レジスト層１０５をディスク状にパターニングする（図
１０（ｃ））。

【００１２】次に、パターニングされたレジスト層１０
５をマスクとして、エミッタ層１０４とエミッタ下地層
１０３とを、エミッタ配線層１０２が露出するまでエッ
チングする（図１０（ｄ））。

【００１３】次に、リフトオフ法を利用してゲート電極
を形成するが、この場合、レジスト層１０５をリフトオ
フ層として機能させ、以下に示すようにゲート電極を形
成する。

【００１４】まず、絶縁性基板１０１の垂直方向から、
異方性蒸着法、例えば反応性電子ビーム（ＲＥＢ）蒸着
法などを利用してＳｉＯ_２などからなる絶縁層１０６を
絶縁性基板１０１の全面上に形成し、更に連続的にＣｒ
などからなるゲート電極層１０７を形成する（図１０
（ｅ））。

【００１５】次に、レジスト層１０５に弱アルカリ性剥
離液（例えばマイクロポジット１１１２Ａ、シプレー社
製）を作用させることにより除去し、レジスト層１０５
をエミッタ層１０４から剥離させ、レジスト層１０５と
その上に形成された絶縁層１０６ａとゲート電極層１０
７ａとをリフトオフして除去し、ディスク状のエミッタ
層１０４を露出させるとともにゲート電極パターンを形
成する（図１０（ｆ））。

【００１６】次に、エミッタ層１０４を図９（ａ）に示
す形状に以下に示すように加工する。

【００１７】まず、少なくともエミッタ層１０４上に、
ポジ型レジストなどからなるレジスト層１０８を形成す
る（図１０（ｇ））。そして、このレジスト層１０８を
フォトリソグラフ法により十文字状にパターニングする
（図１０（ｈ））。

【００１８】次に、パターニングされたレジスト層１０
８をマスクとして、エミッタ層１０４とエミッタ下地層
１０３とを、エミッタ配線層１０２に達するまでエッチ
ングすることによりパターニングする（図１０
（ｉ））。

【００１９】最後に、レジスト層１０８に弱アルカリ性
剥離液（例えばマイクロポジット１１１２Ａ、シプレー
社製）などを作用させてレジスト層１０８を除去するこ
とにより図１０（ｊ）に示す電子放出素子を得る。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１０
に示したように電子放出素子を製造する場合には、エミ
ッタ層１０４を一度ディスク型に作製した後に、エミッ
タ層１０４にエッジ部を形成するために再加工を行うた
めにレジスト層１０８を形成するが、このときレジスト
層１０８はエミッタ層１０４やゲート電極層１０７など
の凹凸面上に形成されることになる。従って、レジスト
層１０８を均一な厚さ塗工することは非常に困難とな
り、エミッタの加工精度が低下し、また、エミッタ層１
０４と絶縁層１０６との間隙Ｂ（図１０（ｇ））にレジ
スト層１０８が入り込み、結果的に、エミッタ層にエッ
ジ部を形成したにもかかわらず電子放出素子自体の電子
放出特性が低下するという問題もあった。

【００２１】また、エミッタ層１０４の絶縁性基板１０
１からの距離ｔ１がゲート電極層１０７の絶縁性基板１
０１からの距離ｔ２に比べ小さい場合の方が、電子放出
素子の電気特性が良好となるため、図１０（ｉ）に示す
ように、エミッタ層１０４は、凹部となるように形成す
る。そのため、エミッタ層の再加工の工程においてフォ
トリソグラフ法を適用する場合に、プロキシミティ露光
状態となり、この点からもエミッタ層１０４の加工精度
が低下し、エミッタ層にエッジ部を形成したにもかかわ
らず電子放出素子自体の電子放出特性が低下するという
問題もあった。

【００２２】本発明は以上のような従来技術の問題点を
解決しようとするものであり、電子放出素子のディスク
型エミッタを、従来の加工手法を使用して電界が集中し
やすい構造とし、電子放出素子の電子放出特性を改善す
ることを目的をする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、エミッタ
層の上面に電界を集中させるために、エミッタ層をその
膜厚方向に逆テーパー形状とすることにより上述の目的
が達成できることを見出し、本発明を完成させるに至っ
た。

【００２４】即ち、本発明は、絶縁性基板、エミッタ配
線層、絶縁層及びゲート電極層が順次積層され、該ゲー
ト電極層と絶縁層とにはエミッタ配線層に達する開孔部
が設けられ、その開孔部内のエミッタ配線層上にエミッ
タ層が、絶縁層及びゲート電極層に接触しないように積
層された電界放射型の電子放出素子において、エミッタ
層の膜厚方向の断面形状が逆テーパー形状となっている
ことを特徴とする電子放出素子を提供する。この場合、
エミッタ層配線層とエミッタ層との間にエミッタ下地層
が更に設けられ、そのエミッタ下地層がエミッタ層表面
に比べサイドエッチングされている電子放出素子を好ま
しく提供する。

【００２５】また、本発明は上述の電子放出素子の製造
方法であって：（ａ）絶縁性基板上にエミッタ配線層を形成する工程；（ｂ）エミッタ配線層上に、エミッタ層、レジスト層を
順次積層する工程；（ｃ）レジスト層をパターニングする工程；（ｄ）パターニングされたレジスト層をマスクとしてエ
ミッタ層を、その膜厚方向の断面形状が逆テーパー形状
となるようにエッチングする工程；（ｅ）絶縁性基板の全面上に絶縁層及びゲート電極層と
を順次形成する工程；（ｆ）レジスト層とその上の絶縁層とゲート電極層とを
エミッタ層からリフトオフさせることによりエミッタ層
を露出させる工程を含んでなることを特徴とする製造方
法を提供する。

【００２６】この場合、工程（ｂ）において、エミッタ
配線層とエミッタ層との間に更にエミッタ下地層を設
け、そして工程（ｄ）において、エミッタ層をその膜厚
方向に断面形状が逆テーパーとなるようにエッチング
し、次いでエミッタ下地層を等方性又は異方性エッチン
グすることもできる。

【００２７】また、本発明は、エミッタ下地層が設けら
れている電子放出素子の製造方法として、上述の工程
（ｄ）に代えて、（ｄ−ａ）パターニングされたレジスト層をマスクとし
てエミッタ層を異方性エッチングし、次いでエミッタ下
地層をエミッタ配線層が露出するまで等方性又は異方性
エッチングする工程；及び（ｄ−ｂ）異方性エッチングされたエミッタ層を、その
断面形状が逆テーパー形状となるようにエッチングする
工程を行ってもよく、又はこれら工程（ｄ−ａ）及び
（ｄ−ｂ）に代えて、（ｄ−ｘ）パターニングされたレジスト層をマスクとし
てエミッタ層を異方性エッチングし、次いでエミッタ下
地層を、エミッタ配線層に達する前まで、等方性又は異
方性エッチングする工程；（ｄ−ｙ）異方性エッチングされたエミッタ層を、その
膜厚方向の断面形状が逆テーパー形状となるようにエッ
チングする工程；及び（ｄ−ｚ）エミッタ下地層をエミッタ配線層が露出する
まで等方性又は異方性エッチングする工程を行ってもよ
い。

【００２８】以下、本発明を図面に従って詳細に説明す
る。

【００２９】まず、本発明の電子放出素子の断面図を図
１に示す。同図に示されるように、この電子放出素子
は、従来のディスク型の電子放出素子と同様に、絶縁性
基板１、エミッタ配線層２、絶縁層４及びゲート電極層
５が順次積層され、ゲート電極層４と絶縁層５とにはエ
ミッタ配線層２に達する開孔部Ａが設けられ、その開孔
部ａ内のエミッタ配線層２上にエミッタ層３が、絶縁層
４及びゲート電極層５に接触しないように積層された構
造を有する。しかし、この電子放出素子は従来の電子放
出素子を異なり、エミッタ層３の膜厚方向の断面形状が
逆テーパー形状となっている。従って、エミッタ層３の
上面の円周縁３ａが絶縁性基板１に略平行な方向に尖
り、その部分に電界が集中しやすくなるので、電子放出
素子の電子放出効率が向上する。これにより電気特性、
再現性、安定性優れた電子放出素子となる。

【００３０】本発明において、絶縁性基板１は電子放出
素子の支持体として機能している。このような絶縁性基
板１としては、厚みが１〜５ｍｍ程度のガラス基板、セ
ラミック基板などを使用することができる。

【００３１】エミッタ配線層２は、エミッタ層３に電圧
を印加するための配線である。エミッタ配線層２の材料
としては、絶縁性基板１と密着がよく、導電性の良好な
ものを使用する。このような材料としては、Ｃｒ、Ｔ
ａ、Ａｌ、Ｃｕなどを好ましく例示することができる。
なお、エミッタ配線層２の厚みは０．１〜０．２μｍ程
度が好ましい。

【００３２】エミッタ層３はその表面から電子を直接的
に放出する部材として機能している。このようなエミッ
タ層３の材料としては、仕事関数が小さく電子放出特性
が良好で、強電圧耐性があり、高い融点を有するものを
使用する。このような材料としては、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、
Ｔａ、Ｎｂなどを好ましく例示することができる。な
お、その厚みは、必要に応じて適宜決定することができ
る。

【００３３】絶縁層４としては、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３
などの無機絶縁性化合物を使用することが好ましい。そ
の層厚はエミッタ層のサイズや形状などにより異なる
が、約０．５〜２μｍが好ましい。

【００３４】ゲート電極層５は、エミッタ層３に強電界
を集中させるための電極である。ゲート電極層５の材料
としては、高融点金属を使用する。このような材料とし
ては、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｂなど好ましく例示す
ることができる。ゲート電極層８の厚みは、約０．１〜
０．２μｍとすることが好ましい。

【００３５】図２は、エミッタ層配線層２とエミッタ層
３との間に、エミッタ層３の径よりも小さい径を有する
エミッタ下地層６が形成されている本発明の電子放出素
子の別の態様の断面図である。エミッタ下地層６を設け
る理由は、エミッタ層３からの電子放出特性を更に向上
させるためには、エミッタ層３の表面よりその下部がサ
イドエッチされた状態が好ましいからである。このよう
な構成とすることにより、ディスク状のエミッタ層３の
円周縁にいっそう電界を集中しやすくすることができ
る。

【００３６】従って、エミッタ下地層６の材料として
は、エミッタ層３の材質よりサイドエッチされやすい材
質を使用することが好ましい。例えば、エミッタ層３が
Ｗからなる場合には、エミッタ下地層６はＣｒから形成
し、また、エミッタ層３がＣｒからなる場合には、エミ
ッタ下地層６をＡｌから形成することが好ましい。

【００３７】なお、図２の態様の場合、エミッタ層３及
びゲート電極層５のそれぞれは、図１において説明した
通りであるが、特に両層をＣｒから形成することが好ま
しい。

【００３８】図１及び図２においては、エミッタ層３が
ディスク状となっている例を示したが、図９（ａ）〜
（ｄ）に示すような形状とすることにより、エミッタ層
３の表面によりいっそう電界が集中させることができ
る。

【００３９】次に、本発明の電子放出素子の製造方法を
以下に説明する。

【００４０】図３は、エミッタ下地層を持たない、図１
に示した本発明の電子放出素子の製造工程図（工程（３
ａ）〜（３ｆ））である。図３に示した工程図の方法に
おいては、以下に説明するように、エミッタ層３のエッ
チング工程（３ｄ）が特徴的であり、他の工程は従来例
と同様に行うことができる。

【００４１】工程（３ａ）まず、絶縁性基板１にスパッタ法や真空蒸着法などによ
り導電性膜を形成し、これをフォトリソグラフ法や、反
応性イオンエッチング法（ＲＩＥ法）などによりパター
ニングしてエミッタ配線層２を形成する（図３
（ａ））。

【００４２】工程（３ｂ）次に、エミッタ配線層２上に、エミッタ層３及びレジス
ト層７を順次積層する（図３（ｂ））。

【００４３】レジスト層７はエミッタ層３をディスク
型、あるいは図９に示すような形状にエッチングする際
に使用するエッチングマスクにパターニングされる層で
ある。

【００４４】このようなレジスト層７としては、高い解
像度を有するいわゆるポジ型あるいはネガ型のフォトレ
ジストを使用することでき、０．３〜０．８μｍ程度の
厚みが好ましい。

【００４５】工程（３ｃ）次に、レジスト層７を、エミッタ層３を所望の形状にエ
ッチングする際に利用するエッチングマスクにパターニ
ングする（図３（ｃ））。

【００４６】なお、レジスト層７のパターニングは、通
常のフォトリソグラフ法により行うことができる。

【００４７】工程（３ｄ）次に、パターニングされたレジスト層７をマスクとして
エミッタ層３を、その膜厚方向の断面形状が逆テーパー
形状となるようにエッチングする。このエッチングはエ
ミッタ配線層２が露出するまで行う（図３（ｄ））。

【００４８】エミッタ層３の膜厚方向の断面形状を逆テ
ーパー形状とする方法としては、等方性の程度の高いエ
ッチング方法を使用することが好ましい。例えば、エミ
ッタ層３がＣｒから形成されている場合には、ＣＨＣｌ
_３などのＣｌ系ガスと酸素ガスとを用いる反応性イオン
エッチング法を適用することが好ましい。この場合、ガ
ス総流量に対するＣｌ系ガス流量を１５〜３５モル％と
し且つガス圧を４０Ｐａ〜１００Ｐａとする。あるい
は、硝酸セリウムアンモニウム系のエッチャントを使用
するウェットエッチング法を適用することもできる。

【００４９】工程（３ｅ）次に、絶縁性基板１の全面に、絶縁層４及びゲート電極
層５とを、順次形成する（図３（ｅ））。絶縁層４及び
ゲート電極層５の形成は、絶縁材料及びゲート電極層材
料を絶縁性基板１の垂直方向から異方性蒸着法、例え
ば、反応性ＥＢ蒸着法により順次蒸着させることにより
行うことができる。異方性蒸着法によれば、図３（ｅ）
に示すように、エミッタ層３と接触することなくその周
囲に絶縁層４及びゲート電極層５とを形成することがで
きる。

【００５０】工程（３ｆ）次に、エミッタ層３上のレジスト層７をリフトオフ層と
して、その上の絶縁層４ａとゲート電極層５ａ（図３
（ｅ））とをエミッタ層３からリフトオフさせて除去す
ることにより本発明の電子放出素子を得る（図３
（ｆ））。

【００５１】リフトオフの具体的手法としては、レジス
ト層６の材質などにより異なるが、ドライエッチング処
理、ウェットエッチング処理、アッシング処理、溶剤に
よる溶解処理などの手法を例示することができる。

【００５２】次に、エミッタ下地層が存在する場合の本
発明の電子放出素子の製造方法を、図４、図５及び図６
に従って説明する。これらの図に示した方法において
も、エミッタ層及びエミッタ下地層のエッチング工程が
本発明に特徴的な者となっている。

【００５３】まず、図４（工程（４ａ）〜（４ｆ））に
ついて説明する。この態様は、エミッタ層を逆テーパー
形状とした後に、エミッタ下地層をエッチングする例で
ある。

【００５４】工程（４ａ）まず、図３の工程（３ａ）と同様に、絶縁性基板１にス
パッタ法や真空蒸着法などにより導電性膜を形成し、こ
れをフォトリソグラフ法や、反応性イオンエッチング法
（ＲＩＥ法）などによりパターニングしてエミッタ配線
層２を形成する（図４（ａ））。

【００５５】工程（４ｂ）次に、エミッタ配線層２上に、エミッタ下地層６、エミ
ッタ層３及びレジスト層７を順次積層する（図４
（ｂ））。

【００５６】工程（４ｃ）次に、図３の工程（３ｃ）と同様に、レジスト層７を、
エミッタ層３を所望の形状にエッチングする際に利用す
るエッチングマスクにパターニングする（図４
（ｃ））。

【００５７】工程（４ｄ）次に、パターニングされたレジスト層７をマスクとして
エミッタ層３を、その膜厚方向の断面形状が逆テーパー
形状となるようにエッチングし、更に、エミッタ下地層
６をエミッタ配線層２が露出するまでエッチングする
（図４（ｄ））。

【００５８】この場合、エミッタ層３のエッチングは前
述の図３に示した工程（３ｄ）と同様に行うことができ
る。

【００５９】また、エミッタ下地層６が、エミッタ層３
に比べてサイドエッチ量が多くなるようにする。例え
ば、エミッタ下地層６がＡｌから形成されている場合、
ＣＨＣｌ_３などのＣｌ系ガスを用い、サイドエッチ量が
多くなるようなガス圧、例えば約４０Ｐａで反応性イオ
ンエッチングしたり、リン酸、硝酸あるいは酢酸系のエ
ッチャントを使用してウェットエッチングすることによ
りエミッタ下地層６を所望の形状にエッチングすること
ができる。これにより、エミッタ層３の径よりもエミッ
タ下地層６の径を小さくすることができ、エミッタ層３
からの電子放出効率を向上させることができる。

【００６０】工程（４ｅ）次に、図３の工程（３ｅ）と同様に、絶縁性基板１の全
面に、絶縁層４及びゲート電極層５とを順次積層する
（図４（ｅ））。

【００６１】工程（４ｆ）次に、エミッタ層３上のレジスト層７をリフトオフ層と
して、その上の絶縁層４ａとゲート電極層５ａ（図４
（ｅ））とをエミッタ層３からリフトオフさせて除去す
ることにより本発明の電子放出素子を得る（図４
（ｆ））。

【００６２】次に、図５の工程（５ａ）〜（５ｆ）につ
いて説明する。この態様は、エミッタ層を逆テーパー形
状にすることなくエッチングし、次いでエミッタ下地層
６もエッチングし、その後に、エミッタ層３を逆テーパ
ー形状とする例である。

【００６３】なお、工程（５ａ）〜（５ｃ）は図４に示
した工程（４ａ）〜（４ｃ）と同様に行う。但し、後述
するエミッタ層３のエッチング工程（５−ｄ）におい
て、エミッタ配線層２がエッチングされないように、エ
ミッタ層３をエミッタ配線層２の材質と異なるもので形
成することが好ましい。

【００６４】工程（５ｄ−ａ）工程（５ｃ）でパターニングされたレジスト層７をマス
クとしてエミッタ層３を異方性エッチングし、次いでエ
ミッタ下地層６をエミッタ配線層２が露出するまでエッ
チングする。このときエミッタ下地層６がエミッタ層３
に比べサイドエッチ量が多くなるような条件でエッチン
グすることが好ましい（図５（ｄ−ａ））。

【００６５】工程（５ｄ−ｂ）異方性エッチングされたエミッタ層３を、その断面形状
が逆テーパー形状となるようにエッチングする（図５
（ｄ−ｂ））。このエミッタ層３のエッチングにおい
て、エミッタ配線層２がエッチングされないように、エ
ミッタ層３をエミッタ配線層２の材質と異なるもので形
成することが好ましいことは前述の通りであるが、更に
エミッタ配線層２が実質的にエッチングされないエッチ
ング方法を採用することが特に好ましい。

【００６６】工程（５ｅ）〜（５ｆ）これらの工程は、図４に示した工程（４ｅ）〜（４ｆ）
と同様に行なう。これにより、本発明の電子放出素子を
得る（図５（ｆ））。

【００６７】次に、図６の工程（６ａ）〜（６ｆ）につ
いて説明する。この態様は、エミッタ層３とエミッタ配
線層２とが、例えば、それらが同じ材料から形成されて
いるなどのために、エミッタ層３のエッチング条件で、
エミッタ配線層２も同等以上にエッチングされる場合で
も、エミッタ配線層２に悪影響を及ぼさずに電子放出素
子を製造することを可能とする態様である。

【００６８】工程（６ａ）〜（６ｃ）これらの工程は、図４に示した工程（４ａ）〜（４ｃ）
と同様に行なう。

【００６９】工程（６ｄ−ｘ）工程（６ｃ）でパターニングされたレジスト層７をマス
クとしてエミッタ層３を異方性エッチングし、次いでエ
ミッタ下地層６を、エミッタ配線層２に達する前までエ
ッチングし、エミッタ配線層２上のエミッタ下地層６を
残存させる。このとき、エミッタ下地層６がエミッタ層
３に比べサイドエッチ量が多くなるような条件でエッチ
ングすることが好ましい（図６（ｄ−ｘ））。

【００７０】工程（６ｄ−ｙ）次に、異方性エッチングされたエミッタ層３を、その膜
厚方向の断面形状が逆テーパー形状となるようにエッチ
ングする（図６（ｄ−ｙ））。

【００７１】工程（６ｄ−ｚ）その後、残存エミッタ下地層６をエミッタ配線層２が露
出するまで、工程（６ｄ−ｘ）と同様にエッチングする
（図６（ｄ−ｚ））。

【００７２】工程（６ｅ）〜（６ｆ）これらの工程は、図４の工程（４ｅ）〜（４ｆ）と同様
に行なう。これにより、本発明の電子放出素子を得る
（図６（ｆ））。

【００７３】以上説明した本発明の電子放出素子は、電
界放射現象を利用する平面ディスプレイのＦＥＡとして
有用である。

【００７４】

【作用】本発明の電子放出素子においては、エミッタ層
の断面形状がその膜厚方向で逆テーパー形状となってい
る。従って、エミッタ層の表面の円周縁が絶縁性基板に
平行な方向に尖ったものとなり、この部分に電界が集中
しやすくなる。よって、本発明の電子放出素子は、エミ
ッタ層が基本的にディスク型であるにもかかわらず電子
放出特性に優れたものとなる。

【００７５】

【実施例】以下、本発明を実施例に従って詳細に説明す
る。

【００７６】実施例１図２に示した本発明の電子放出素子を図４の製造工程図
に従って製造した。

【００７７】工程（４ａ）まず、絶縁性基板１としての厚さ１．１ｍｍのガラス基
板（ＡＮ、旭ガラス株式会社製）上に、スパッタ法によ
り２００ｎｍ厚のＣｒ層を形成した。そして、このＣｒ
層にフォトリソグラフ法によりパターニングしたレジス
ト層を形成し、このレジスト層をマスクとしてＯ_２とＣ
ＨＣｌ_３との混合ガスを用いるＲＩＥ法によりＣｒ層の
ドライエッチングを行った。その後に、レジスト層を剥
離除去することによりエミッタ配線層２を形成した。

【００７８】工程（４ｂ）次に、スパッタ法によりエミッタ下地層６として８００
ｎｍ厚のＡｌ層を形成し、その上に連続的にエミッタ層
３としての２００ｎｍ厚のＣｒ膜を形成した。更に、エ
ミッタ層３上にポジ型フォトレジスト（Ｓ１４００、シ
プレー社製）をスピンコート法により１．４μｍ厚に塗
工することによりレジスト層７を形成した。

【００７９】工程（４ｃ）次に、レジスト層７をフォトリソグラフ法により円形に
パターニングした。

【００８０】工程（４ｄ）パターニングされたレジスト層７をマスクとして、まず
エミッタ層（Ｃｒ層）３を、ＣＨＣｌ_３ガスと酸素ガス
の混合ガスを用いるＲＩＥ法により、ガス圧力５０Ｐ
ａ、総流量に対するＣＨＣｌ_３含有率３０％、エッチン
グパワー１５０Ｗという条件でドライエッチングした。
これにより、エミッタ層の膜厚方向の断面形状を逆テー
パー形状とした。

【００８１】そして、引き続き、エミッタ下地層６を、
ＣＨＣｌ_３ガスを用いるＲＩＥ法により、ガス圧力４０
Ｐａ、エッチングパワー１５０Ｗというサイドエッチ量
の多い条件でエミッタ配線層が露出するまでドライエッ
チングした。

【００８２】工程（４ｅ）エミッタ下地層６のエッチング終了後、ガラス基板に対
して垂直方向から、異方性蒸着方法である反応性ＥＢ蒸
着法により１μｍ厚のＳｉＯ_２層を絶縁層４として形成
し、続いてその上に同じく反応性ＥＢ蒸着法により２０
０ｎｍ厚のＣｒ層をゲート電極層５として形成した。

【００８３】工程（４ｆ）次に、レジスト層７をリムーバーを用いて、その絶縁層
４とゲート電極層５とともにリフトオフして除去した。
これにより、本発明の電子放出素子を得た。得られた電
子放出素子は、電子放出特性に優れたものであった。

【００８４】実施例２図２に示した本発明の電子放出素子を図６の製造工程図
に従って製造した。

【００８５】工程（６ａ）まず、絶縁性基板１としての厚さ１．１ｍｍのガラス基
板（ＡＮ、旭ガラス株式会社製）上に、スパッタ法によ
り２００ｎｍ厚のＣｒ層を形成した。そして、このＣｒ
層にフォトリソグラフ法によりパターニングしたレジス
ト層を形成し、このレジスト層をマスクとしてＯ_２とＣ
ＨＣｌ_３との混合ガスを用いるＲＩＥ法によりＣｒ層の
ドライエッチングを行った。その後に、レジスト層を剥
離除去することによりエミッタ配線層２を形成した。

【００８６】工程（６ｂ）次に、スパッタ法によりエミッタ下地層６として８００
ｎｍ厚のＡｌ層を形成し、その上に連続的にエミッタ層
３としての２００ｎｍ厚のＣｒ膜を形成した。更に、エ
ミッタ層３上にポジ型フォトレジスト（Ｓ１４００、シ
プレー社製）をスピンコート法により１．４μｍ厚に塗
工することによりレジスト層７を形成した。

【００８７】工程（６ｃ）次に、レジスト層７をフォトリソグラフ法により円形に
パターニングした。

【００８８】工程（６ｄ−ｘ）パターニングされたレジスト層７をマスクとして、まず
エミッタ層（Ｃｒ層）３を、ＣＨＣｌ_３ガスと酸素ガス
の混合ガスを用いるＲＩＥ法により、ガス圧力４０Ｐ
ａ、総流量に対するＣＨＣｌ_３含有率３０％、エッチン
グパワー１５０Ｗという条件で異方性ドライエッチング
した。

【００８９】そして、引き続き、エミッタ下地層６を、
ＣＨＣｌ_３ガスを用いるＲＩＥ法により、ガス圧力４０
Ｐａ、エッチングパワー１５０Ｗというサイドエッチ量
の多い条件でドライエッチングし、その厚みを約４００
ｎｍとした。

【００９０】工程（６ｄ−ｙ）次に、エミッタ層３を硝酸セシウムアンモニウムをエッ
チャントとして用いてウェットエッチングした。これに
より、エミッタ層３の膜厚方向の断面を逆テーパー形状
とした。

【００９１】工程（６ｄ−ｚ）そして、残りの約４００ｎｍ厚のエミッタ下地層６を、
ＣＨＣｌ_３ガスを用いるＲＩＥ法により、ガス圧力４０
Ｐａ、エッチングパワー１５０Ｗというサイドエッチ量
の多い条件で、エミッタ配線層２が露出するまでドライ
エッチングした。

【００９２】工程（６ｅ）エミッタ下地層６のエッチング終了後、ガラス基板に対
して垂直方向から、異方性蒸着方法である反応性ＥＢ蒸
着法により１μｍ厚のＳｉＯ_２層を絶縁層４として形成
し、続いてその上に同じく反応性ＥＢ蒸着法により２０
０ｎｍ厚のＣｒ層をゲート電極層５として形成した。

【００９３】工程（６ｆ）次に、レジスト層７をリムーバーを用いて、その絶縁層
４とゲート電極層５とともにリフトオフして除去した。
これにより、本発明の電子放出素子を得た。得られた電
子放出素子は、電子放出特性に優れたものであった。

【００９４】

【発明の効果】本発明の電子放出素子は、エミッタがデ
ィスク型であるにもかかわらず、電界が集中しやすい部
分を有する。従って、電子放出特性を実現できる。ま
た、本発明の製造方法によれば、そのような電子放出素
子を従来の手法を用いて製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電子放出素子の断面図である。

【図２】本発明の別の態様の電子放出素子の断面図であ
る。

【図３】本発明の電子放出素子の製造工程図である。

【図４】本発明の電子放出素子の製造工程図である。

【図５】本発明の電子放出素子の製造工程図である。

【図６】本発明の電子放出素子の製造工程図である。

【図７】従来の電子放出素子の断面図である。

【図８】従来の電子放出素子の断面図である。

【図９】エミッタの平面図である。

【図１０】従来の電子放出素子の製造方法の工程図であ
る。

【符号の説明】

１絶縁性基板２エミッタ配線層３エミッタ層４絶縁層５ゲート電極層６エミッタ下地層７レジスト層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性基板、エミッタ配線層、絶縁層及
びゲート電極層が順次積層され、該ゲート電極層と絶縁
層とにはエミッタ配線層に達する開孔部が設けられ、そ
の開孔部内のエミッタ配線層上にエミッタ層が、絶縁層
及びゲート電極層に接触しないように積層された電界放
射型の電子放出素子において、エミッタ層の膜厚方向の
断面形状が逆テーパー形状となっていることを特徴とす
る電子放出素子。
【請求項２】エミッタ層配線層とエミッタ層との間に
エミッタ下地層が更に設けられ、そのエミッタ下地層が
エミッタ層に比べサイドエッチ量が多くなるようにエッ
チングされている請求項１記載の電子放出素子。
【請求項３】エミッタ層及びゲート電極層が独立的に
Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ又はＮｂの薄膜である請求項１記
載の電子放出素子。
【請求項４】エミッタ層及びゲート電極層がＣｒ薄膜
である請求項３記載の電子放出素子。
【請求項５】請求項１記載の電子放出素子の製造方法
であって：（ａ）絶縁性基板上にエミッタ配線層を形成する工程；（ｂ）エミッタ配線層上に、エミッタ層、レジスト層を
順次積層する工程；（ｃ）レジスト層をパターニングする工程；（ｄ）パターニングされたレジスト層をマスクとしてエ
ミッタ層を、その膜厚方向の断面形状が逆テーパー形状
となるようにエッチングする工程；（ｅ）絶縁性基板の全面上に絶縁層及びゲート電極層を
順次形成する工程；及び（ｆ）レジスト層とその上の絶縁層とゲート電極層とを
エミッタ層からリフトオフさせることによりエミッタ層
を露出させる工程を含んでなることを特徴とする製造方
法。
【請求項６】工程（ｂ）において、エミッタ配線層と
エミッタ層との間に更にエミッタ下地層を設け、そして
工程（ｄ）において、エミッタ層をその膜厚方向の断面
形状が逆テーパー形状となるようにエッチングし、次い
でエミッタ下地層をエッチングする請求項５記載の製造
方法。
【請求項７】エミッタ層及びゲート電極層が独立的に
Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ又はＮｂの薄膜である請求項５記
又は６記載の製造方法。
【請求項８】エミッタ層及びゲート電極層がＣｒ薄膜
である請求項７記載の製造方法。
【請求項９】工程（ｂ）において、エミッタ配線層と
エミッタ層との間に更にエミッタ下地層を設け、そして
工程（ｄ）において、（ｄ−ａ）パターニングされたレジスト層をマスクとし
てエミッタ層を異方性エッチングし、次いでエミッタ下
地層をエミッタ配線層が露出するまで等方性又は異方性
エッチングする工程；及び（ｄ−ｂ）異方性エッチングされたエミッタ層を、その
断面形状が逆テーパー形状となるようにエッチングする
工程を行う請求項５記載の製造方法。
【請求項１０】工程（ｂ）において、エミッタ配線層
とエミッタ層との間に更にエミッタ下地層を設け、そし
て工程（ｄ）において、（ｄ−ｘ）パターニングされたレジスト層をマスクとし
てエミッタ層を異方性エッチングし、次いでエミッタ下
地層を、エミッタ配線層に達する前まで、等方性又は異
方性エッチングする工程；（ｄ−ｙ）異方性エッチングされたエミッタ層を、その
膜厚方向の断面形状が逆テーパー形状となるようにエッ
チングする工程；及び（ｄ−ｚ）エミッタ下地層をエミッタ配線層が露出する
まで等方性又は異方性エッチングする工程を行う請求項
５記載の製造方法。
【請求項１１】エミッタ層とエミッタ配線層とが共に
Ｃｒ膜膜である請求項１０記載の製造方法。
【請求項１２】工程（ｄ−ｙ）において、エミッタ層
をＣｌ系ガスと酸素ガスとを用いる反応性イオンエッチ
ング法によりエッチングし、その際に、ガス総流量に対
するＣｌ系ガス流量を１５〜３５モル％とし、且つガス
圧を４０Ｐａ〜１００Ｐａとする請求項１１記載の製造
方法。