JPH07220623A

JPH07220623A - 冷陰極電極及びその製造方法

Info

Publication number: JPH07220623A
Application number: JP1172294A
Authority: JP
Inventors: Hirotsugu Harada; 昿嗣原田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1994-02-03
Filing date: 1994-02-03
Publication date: 1995-08-18

Abstract

(57)【要約】【目的】冷陰極の製造に際し、冷陰極形状のばらつき
が少なく、特性の揃った冷陰極電極を得る。【構成】この発明の冷陰極電極製造方法は、絶縁基板
１１上にアルミニウム膜１３を形成し、その上に所定の
パターンの絶縁膜１２を形成する工程、絶縁膜１２をマ
スクとしてアルミニウム膜１３を選択的に陽極酸化し、
陽極酸化膜１４内にアルミニウムコーン１３ａを形成す
る工程、陽極酸化膜１４上の、マスク用絶縁膜１２を除
いた部分にゲート電極用のモリブデン膜５を形成する工
程、及びマスク用絶縁膜１２を除去する工程からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は主として真空マイクロ
エレクトロニクスにおける冷陰極電極及びその製造方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】真空マイクロエレクトロニクスにおいて
用いられる冷陰極は、図７（４）に示すような構造のも
のが広く検討されている。即ち、図７（４）において、
１は例えばシリコン（Ｓ_i）基板で、その基板上にコー
ン状の突起部３を有しており、これが冷陰極として作用
する。また、この図の例においては、冷陰極３部分の周
囲を絶縁膜、例えばシリコン酸化膜（Ｓ_iＯ₂）４で取り
囲み、その上に金属電極、例えばモリブデン（Ｍ_o）５
を形成し、このモリブデン５とシリコン基板１との間
に、例えば１００Ｖ程度の電圧を印加して、冷陰極３か
ら電子を電界放出させる。このモリブデン電極５は通常
ゲート電極と呼ばれている。電界放出を容易ならしめる
ためには、冷陰極３の先端が急峻であることが必要であ
り、本例では、高さ、底辺ともに約１．０μｍの三角形
の断面形状のものを示している。

【０００３】このような構造を得るには、通常、成膜技
術と写真製版技術及びエッチング技術の組み合わせが用
いられ、図７（１）〜（４）にその一例を示している。
図７（１）において、シリコン基板１の冷陰極となるべ
き表面を写真製版技術によりフォトレジスト２で覆う。
ついでこのフォトレジスト２をマスクとしてシリコン基
板１をエッチング除去することにより、図７（２）の構
造を得る。この場合、通常の湿式エッチングでは深さ方
向と横（平面）方向にもエッチングは進行するので、フ
ォトレジスト２の直下の残った部分の形状は図７（２）
の３のように先端は鋭角となり、電界放出に適した形状
になる。なお、湿式エッチングでなく、プラズマあるい
は反応性イオンエッチングのような乾式エッチングによ
る場合でも、エッチング条件を適切に設定することによ
り所望の形状が得られる。

【０００４】次いで図７（３）に示すように、絶縁膜、
例えばシリコン酸化膜４、４ａ、続けてゲート電極とな
るべき金属、例えばモリブデン５、５ａを蒸着等の方法
で形成する。次いで、フォトレジスト２を除去すると、
フォトレジスト２上のシリコン酸化膜４ａとモリブデン
５ａはその支持台を失うことになるので、同時に除去さ
れて、最終的に図７（４）の構造が得られる。上記のよ
うに、不要な部分４ａ、５ａをその下地２を除去するこ
とにより除去する方法は、一般にリフトオフと呼ばれ古
くから知られている。なお、これに関連する製造方法は
例えば特開平４−３１２７３９に開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の方法における問
題点は、冷陰極３の形状のばらつきが大きく、再現性に
欠ける点である。その理由は、図７（２）のシリコン基
板１のエッチングの際、冷陰極３の先端が所望の鋭角の
状況になるにしたがい、フォトレジスト２との接触面積
は減少し、著しい場合はフォトレジスト２が冷陰極３か
ら剥離してしまう。従って、そのままエッチングが進行
すれば冷陰極３の先端部は平坦な構造となり望ましくな
い形状となるだけでなく、図７（３）の工程において、
シリコン酸化膜４ａ、モリブデン５ａはフォトレジスト
２を介することなく直接冷陰極３に付着するので、最終
的に図７（４）の構造が得られないことになる。

【０００６】急峻な形状を得ようとするほどフォトレジ
ストとの接触面積は減少することになるわけであるか
ら、上記従来法は原理的に再現性に欠ける面を有してい
る。

【０００７】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたものであり、突起電極の形状をばらつき
なく、再現性良く形成できる構造並びに製造方法を提供
しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明に係る冷陰極電
極及びその製造方法は、アルミニウム等の金属膜を選択
的に陽極酸化することにより、不要部分を絶縁物である
陽極酸化膜に変換し、残存して形成された金属コーンに
鋭角形状を付与することにより冷陰極電極としたもので
ある。また、冷陰極となる金属コーンの全部または一部
を露出させたものである。また、冷陰極の上部を除く陽
極酸化膜上に別の金属膜を形成してゲート電極としたも
のである。また、ゲート電極の上に絶縁膜を介して更に
別の金属膜を形成して制御電極としたものである。ま
た、冷陰極を複数個設けると共に、これらの冷陰極をこ
れと同質または異質の下地金属で電気的に結合したもの
である。

【０００９】

【作用】この発明においては、アルミニウムコーンの形
成を、陽極酸化の際に生じる横方向への酸化を利用して
鋭角化するものであり、コーンは陽極酸化膜内に形成さ
れるため、コーンを従来のようにフォトレジストの支持
台とする必要はなく、鋭角化の制御が容易となり、再現
性にも優れている。

【００１０】

【実施例】

実施例１．以下この発明の実施例を図について説明す
る。図１はこの発明による冷陰極の製造工程を示す図で
ある。図１（１）において、１１はガラス基板で、その
上にアルミニウム（Ａｌ）１３を形成し、その上に、シ
リコン酸化膜（Ｓ_iＯ₂）１２を形成している。このシリ
コン酸化膜１２は初め前面に一様に形成した後、写真製
版、エッチングにより１２のようなパターンに形成した
状態を示している。このシリコン酸化膜１２をマスクと
して例えば硫酸浴中でアルミニウム１３を陽極酸化する
ことにより、図１（２）に示すように、シリコン酸化膜
１２の直下以外の部分を陽極酸化膜１４に変換する。

【００１１】陽極酸化膜１４は深さ方向だけでなく、エ
ッチングの場合と同様に横（平面）方向にも進行するの
で、シリコン酸化膜１２の下に残存するアルミニウム１
３ａの形状はエッチングにより形成した場合と同様先端
が鋭角のコーン状突起となる。なおこの場合、陽極酸化
マスクとしてシリコン酸化膜の例で述べているが、アル
ミニウムの膜厚が薄い場合、あるいは浴温度が低い場合
等はフォトレジストをそのまま用いることも可能であ
り、その場合は工程はもっと省略される。また、絶縁膜
１２はシリコン酸化膜以外を用いてもよい。

【００１２】次いで、図１（３）に示す如く、全面に金
属、例えばモリブデン（Ｍｏ）５、５ａを形成した後、
シリコン酸化膜１２を除去すると、リフトオフによりモ
リブデン５ａも同様に除去され、図１（４）のような構
造を得る。この場合のリフトオフにおいては、すでに冷
陰極（コーン形状のアルミニウム１３ａ）の構造は陽極
酸化膜内で決定されており、従来の例で述べたような問
題点は全くない。

【００１３】図１（４）の構造においても、冷陰極構造
として用いることは原理的には可能であるが、アルミニ
ウム冷陰極１３ａのコーン先端部の形状を確実にするこ
と及び陽極酸化膜１４の表面リーク電流を減少させる目
的で、モリブデン５をエッチングマスクとして陽極酸化
膜１４の一部を例えばクロム酸でエッチングすることに
より最終的に図１（５）に示すような形状とし、１３ａ
を冷陰極、モリブデン５をゲート電極とする冷陰極電極
が得られる。なお本構造においては、陽極酸化膜１４は
そのまま残存し、アルミニウム冷陰極１３ａとモリブデ
ンゲート電極５間の絶縁も果たしている。

【００１４】実施例２．実施例１では、モリブデン５の
パターンをリフトオフで形成したが、図２（１）〜
（４）に示すごとく、他の方法によってもよい。即ち図
１（２）において、陽極酸化膜１４を形成し、シリコン
酸化膜１２をエッチング除去した後、図２（１）に示す
ように全面にモリブデン５を形成し、次いで図２（２）
に示すように写真製版技術により、コーン状のアルミニ
ウム１３ａが冷陰極として開口する部分を除きフォトレ
ジスト２ａで覆う。次いで、このフォトレジスト２ａを
エッチングマスクとして順次モリブデン５をエッチング
により除去し（図２（３））、さらに陽極酸化膜１４を
エッチングにより除去することにより図２（４）の構造
を得る。この後、フォトレジスト２ａを除去することに
より、図１（５）と同じ構造のものが得られる。

【００１５】実施例１では、図１（３）のモリブデン５
ａの除去はシリコン酸化膜１２をエッチングすることに
よるリフトオフで行っているため、このときのモリブデ
ンの小片の除去が効果的に行われないと、これが素子の
他の部分に付着して不良の原因となることがあるが、実
施例２では図２（２）の不要部分のモリブデンをエッチ
ング除去しているため、上記のようなモリブデン小片の
再付着による不良の発生を回避できる。

【００１６】実施例３．実施例１、実施例２では、冷陰
極とゲート電極が陽極酸化膜で部分的につながっている
が、コーン状のアルミニウム冷陰極１３ａの周囲の陽極
酸化膜１４をエッチングによりすべて除去することによ
り、図３に示すような構造にしてもよい。この構造で
は、冷陰極とゲート電極間の静電容量が小さくなり素子
の高速動作が可能となる。

【００１７】実施例４．図４は冷陰極を複数個配列し、
相互間を電気的に接続した場合の例であり、この場合、
アルミニウム１３の膜厚を予め厚くしておいて、陽極酸
化の際、ガラス基板１１との間に陽極酸化されない部分
を残しておき、隣接相互の冷陰極１３ａの電気的接続を
行うことができる。

【００１８】実施例５．図５は実施例４と同様、複数個
の冷陰極１３ａを電気的に接続する場合であるが、アル
ミニウム１３とガラス基板１１の間にアルミニウム以外
の金属、例えばクロム（Ｃ_r）１５を設けた場合を示し
ている。こうすることにより、アルミニウムの深さ方向
成分がすべて陽極酸化されてクロム１５に達すると陽極
電流が急激に減少するので、陽極酸化工程を精密に制御
することができ、且つ複数個の冷陰極１３ａはクロム１
５で電気的に接続することができる。

【００１９】実施例６．図６はモリブデンのゲート電極
５により電界放出された電子を制御するための電極、例
えばモリブデンの制御電極５ｂをモリブデンのゲート電
極５との間の電気的絶縁を保つための絶縁膜、例えはシ
リコン酸化膜４ｂを介して配置した場合を示している。

【００２０】

【発明の効果】以上のように、この発明の製造方法によ
れば、金属膜の陽極酸化膜内に金属コーンを形成するよ
うにしているため、冷陰極形状のばらつきが少なく、特
性の揃った冷陰極電極を製造することができる。

【００２１】また、陽極酸化の際にマスクとなる絶縁膜
は金属コーンを支持台としないため、金属コーンの先端
を急峻な形状にしやすく、特性の優れた冷陰極電極を得
ることができる。

【００２２】また、ゲート電極用金属膜の形成を行うに
際して、金属コーンが冷陰極として開口する部分のゲー
ト電極用金属膜をエッチングで除去している請求項３の
製造方法では、金属膜除去が効果的に行われるため、該
金属膜小片が他部分に付着して起こる不良発生を防止で
きる。

【００２３】また、この発明による冷陰極電極構造によ
れば、急峻な頭部先端の冷陰極が得られ、特性の良好な
ものが得られる。また、同一基板上に複数個の冷陰極電
極を有するような複雑な構成のものも容易に製造でき、
特性のよい冷陰極電極を安価に提供できるとともに、複
数個の金属コーンがこれとは材質の異なる金属下地膜で
電気的に接続されている請求項９の構造によれば、製造
時、陽極酸化の微妙な制御が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１による製造方法を示す図で
ある。

【図２】この発明の実施例２による製造方法を示す図で
ある。

【図３】この発明の実施例３による冷陰極電極を示す断
面図である。

【図４】この発明の実施例４による冷陰極電極を示す断
面図である。

【図５】この発明の実施例５による冷陰極電極を示す断
面図である。

【図６】この発明の実施例６による冷陰極電極を示す断
面図である。

【図７】従来の冷陰極電極製造方法を示す図である。

【符号の説明】

２ａフォトレジスト４ｂシリコン酸化膜５モリブデン（ゲート電極）５ａモリブデン５ｂモリブデン（制御電極）１１ガラス基板１２シリコン酸化膜１３アルミニウム１３ａアルミニウム冷陰極（アルミニウムコーン）１４陽極酸化膜１５クロム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁基板上に金属膜を形成し、この金属
膜を選択的に陽極酸化することにより陽極酸化膜内に金
属コーンを形成するようにしたことを特徴とする冷陰極
電極の製造方法。
【請求項２】絶縁基板上に金属膜を形成し、その上に
所定のパターンの絶縁膜を形成する工程、上記絶縁膜を
マスクとして上記金属膜を選択的に陽極酸化し、陽極酸
化膜内に金属コーンを形成する工程、上記陽極酸化膜上
の、上記マスク用絶縁膜以外の部分にゲート電極用の金
属膜を形成する工程、上記マスク用絶縁膜を除去する工
程からなることを特徴とする冷陰極電極の製造方法。
【請求項３】絶縁基板上に金属膜を形成し、その上に
所定のパターンの絶縁膜を形成する工程、上記絶縁膜を
マスクとして上記金属膜を選択的に陽極酸化し、陽極酸
化膜内に金属コーンを形成する工程、上記陽極酸化膜上
の上記マスク用絶縁膜を除去する工程、上記陽極酸化膜
上全体にゲート電極用金属膜を形成する工程、上記金属
コーンが冷陰極として開口する部分以外をフォトレジス
トで覆う工程、上記フォトレジストをエッチングマスク
として上記ゲート電極用の金属膜をエッチングにより除
去する工程からなることを特徴とする冷陰極電極の製造
方法。
【請求項４】金属コーンがアルミニウムまたはアルミ
ニウム合金で形成されることを特徴とする請求項１乃至
請求項３のいずれか一項記載の冷陰極電極の製造方法。
【請求項５】絶縁基板上に配置された金属膜を選択的
に陽極酸化することによって形成された陽極酸化膜およ
び金属コーンを備え、上記金属コーンを冷陰極としたこ
とを特徴とする冷陰極電極。
【請求項６】冷陰極となる金属コーンの全体またはそ
の頭部が露出するように、陽極酸化膜が除去されている
ことを特徴とする請求項５記載の冷陰極電極。
【請求項７】絶縁基板上に配置された第１の金属膜を
選択的に陽極酸化することによって形成された陽極酸化
膜および金属コーン、この金属コーンの上部を除く上記
陽極酸化膜上に形成された第２の金属膜を備え、上記金
属コーンを冷陰極とすると共に、上記第２の金属膜を上
記冷陰極からの電子の電界放出を促すゲート電極とする
ことを特徴とする冷陰極電極。
【請求項８】第２の金属膜の上に絶縁膜を介して第３
の金属膜を形成すると共に、この第３の金属膜を冷陰極
から放出される電子を制御する制御電極としたことを特
徴とする請求項７記載の冷陰極電極。
【請求項９】同一基板上に金属コーンが複数個設けら
れると共に、これらの複数個の金属コーンがこれと同質
または異質の金属下地膜で電気的に接続されていること
を特徴とする請求項５乃至請求項８のいずれか一項記載
の冷陰極電極。
【請求項１０】金属コーンがアルミニウムまたはアル
ミニウム合金で形成されていることを特徴とする請求項
５乃至請求項９のいずれか一項記載の冷陰極電極。