JPH07320636A - Manufacture of electron emitting element - Google Patents

Manufacture of electron emitting element

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JPH07320636A
JPH07320636A JP13633794A JP13633794A JPH07320636A JP H07320636 A JPH07320636 A JP H07320636A JP 13633794 A JP13633794 A JP 13633794A JP 13633794 A JP13633794 A JP 13633794A JP H07320636 A JPH07320636 A JP H07320636A
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light
insulating
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Abstract

PURPOSE:To form an insulating layer with high adhesion strength and free of pin holes between an emitter circuit layer and a gate electrode layer of an electric field emission-type electron emitting element. CONSTITUTION:A light transmissive emitter wiring layer 2 is formed on a light transmissive insulating substrate 1 and a light shielding layer 3, an emitter layer 4, and a resist layer 5 are successively formed on the resulting substrate and then patterning of the resist layer 5 is carried out. After the emitter layer 4 and the light shielding layer 3 are successively etched while the resulting resist layer 5 being used as a mask, the resist layer 5 is removed. A light transmissive insulating layer 6, a light transmissive gate electrode layer 7, and a negative-type photoresist layer 8 are successively formed on the surface of the insulating substrate 1 on the emitter layer 3 side. While using the light shielding layer 3 as a photo mask, the negative-type photoresist layer 8 is exposed from the back side of the insulating substrate 1 and after that, unexposed parts 8b are removed and while using the exposed part 8a of the negative-type photoresist layer as a mask, the gate electrode layer 7 and the insulating layer 6 are etched until the emitter layer 4 is exposed.

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、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及びその製造方法に
関する。より詳しくは、平面ディスプレイを構成するア
レイ状のFEA(Field Emitter Arr
ay)に好ましく適用できる電子放出素子の製造方法に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a field emission type electron-emitting device which emits electrons by a strong electric field and a method for manufacturing the same. More specifically, an array-shaped FEA (Field Emitter Arr) that constitutes a flat panel display.
and a method for manufacturing an electron-emitting device which is preferably applicable to ay).

【0002】[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。
2. Description of the Related Art In recent years, there has been a strong demand for a flat-panel display having a high-speed response and a high resolution. As a powerful display structure for that purpose, an array of minute electron-emitting devices in a high-vacuum flat plate cell is used. The ones that have been placed in are promising.

【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電界放射型の電子放出
素子が知られている。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10V/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。
As such a minute electron-emitting device,
A field emission type electron-emitting device utilizing a so-called field emission phenomenon is known. That is, in the field emission type electron-emitting device, when the strength of the electric field applied to the substance is increased, the width of the energy barrier on the surface of the substance is gradually narrowed according to the strength,
When the electric field strength is a strong electric field of 10 7 V / cm or more, the electrons in the substance can break through the energy barrier due to the tunnel effect, so that the phenomenon that electrons are emitted from the substance is used.

【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3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3
1、後述するエミッタ36に電圧を印加するためのエミ
ッタ配線層32、絶縁層33及びエミッタ36に強電界
を集中させるためのゲート電極層34が順次積層され、
ゲート電極層34と絶縁層33とにはエミッタ配線層3
2に達する開孔部35が設けられ、その開孔部35内の
エミッタ配線層32上にエミッタ36が、絶縁層33及
びゲート電極層34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、エミッタの先端に強電界を集
中させ、エミッタの先端から電子を放出させやすくする
ために、エミッタの先端が数百nm以下の曲率半径の針
状に加工されている。
A typical electron-emitting device of such field emission type is a cone-type electron-emitting device having a pointed tip as shown in FIG.
1. An emitter wiring layer 32 for applying a voltage to an emitter 36 described later, an insulating layer 33, and a gate electrode layer 34 for concentrating a strong electric field on the emitter 36 are sequentially stacked.
The gate electrode layer 34 and the insulating layer 33 include the emitter wiring layer 3
2 has a structure in which an opening portion 35 reaching 2 is provided, and an emitter 36 is laminated on the emitter wiring layer 32 in the opening portion 35 so as not to contact the insulating layer 33 and the gate electrode layer 34. In this case, in order to concentrate a strong electric field on the tip of the emitter and make it easier to emit electrons from the tip of the emitter, the tip of the emitter is processed into a needle shape having a radius of curvature of several hundreds nm or less.

【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。
However, such a cone type electron-emitting device is used in a large area flat display for FEA.
However, there is a problem that it is very difficult to uniformly process the tip of the emitter on the FEA having a large area.

【0006】このため、図4に示すように、エミッタ3
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36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36とエミッタ配線層32との間には、エ
ミッタ下地層37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37は、
ディスク状のエミッタ36のエッジ部に電界が集中しや
すくなるように、エミッタ36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3
7は通常エミッタ36よりもエッチングされやすい材料
から形成されている。
For this reason, as shown in FIG.
It has been proposed that 6 is not a cone type, but a disk type having good uniform workability. In this disc-type electron-emitting device, an electric field is concentrated on the edge portion of the disc-shaped emitter 36, and electrons are emitted from there. In this case, an emitter underlayer 37 is generally formed between the emitter 36 and the emitter wiring layer 32. And, such an emitter underlayer 37 is
It is said that the diameter is preferably smaller than the diameter of the emitter 36 so that the electric field is likely to be concentrated on the edge portion of the disk-shaped emitter 36.
7 is usually formed of a material that is more easily etched than the emitter 36.

【0007】ところで、ディスク型の電子放出素子は、
コーン型のものに比べて広い面積での均一加工性は優れ
ているものの、電界の集中度はコーン型の電子放出素子
に比べて低いために、電子放出時により高い電圧の印加
が必要となる。
By the way, the disk-type electron-emitting device is
Although it has better uniform workability in a wider area than the cone type, the concentration of the electric field is lower than that of the cone type electron-emitting device, so it is necessary to apply a higher voltage during electron emission. .

【0008】これに対し、ディスク状のエミッタの上面
に電界が集中しやすくなる特異点を付与するために、図
5(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5(a)に示す
形状のエミッタを有する電子放出素子は、図4の電子放
出素子をいったん製造し、更に工程を重ねることにより
得られる。その製造工程を図6に説明する。
On the other hand, in order to provide a singular point on the upper surface of the disk-shaped emitter where the electric field is easily concentrated, as shown in the emitter plan views of FIGS. 5A to 5D, the disk-shaped emitter is shown. Is further processed to form a sharp edge. For example, an electron-emitting device having an emitter having the shape shown in FIG. 5A can be obtained by once manufacturing the electron-emitting device shown in FIG. 4 and then repeating the steps. The manufacturing process will be described with reference to FIG.

【0009】まず、ガラスなどの絶縁性基板61にCr
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62を形成する(図6(a))。
First, the insulating substrate 61 such as glass is coated with Cr.
A metal film such as is formed and patterned by photolithography or the like to form an emitter wiring layer 62 for applying a voltage to the emitter (FIG. 6A).

【0010】次に、Alなどからなるエミッタ下地層6
3を形成する。エミッタ下地層63は常に必要なもので
はないが、上述したように、エミッタ層に電界を集中さ
せるためには、エミッタ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ので、一般にエミッタ層よりサ
イドエッチされやすい材質のエミッタ下地層63がエミ
ッタ層の下層に形成される。
Next, the emitter underlayer 6 made of Al or the like is used.
3 is formed. The emitter underlayer 63 is not always necessary, but as described above, in order to concentrate an electric field on the emitter layer, it is preferable that the lower part of the emitter layer is side-etched. An emitter base layer 63 made of a material that is easily formed is formed below the emitter layer.

【0011】更に、エミッタ下地層63上に、連続的
に、Crなどからなるエミッタ層64及びレジスト層6
5を順次形成する(図6(b))。そして、このレジス
ト層65をディスク状にパターニングする(図6
(c))。
Further, the emitter layer 64 and the resist layer 6 made of Cr or the like are continuously formed on the emitter base layer 63.
5 are sequentially formed (FIG. 6B). Then, the resist layer 65 is patterned into a disk shape (FIG. 6).
(C)).

【0012】次に、パターニングされたレジスト層65
をマスクとして、エミッタ層64とエミッタ下地層63
とを、エミッタ配線層62が露出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6(d))。
Next, the patterned resist layer 65.
With the mask as a mask, the emitter layer 64 and the emitter underlayer 63
And are patterned by etching until the emitter wiring layer 62 is exposed (FIG. 6D).

【0013】次に、絶縁性基板61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などからなる絶縁層66を絶縁
性基板61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67を形成する(図6(e))。こ
の場合、絶縁層66及びゲート電極層67のうち、レジ
スト層65上に形成された66a及び67aの部分とレ
ジスト層65の周囲に積層された部分とは不連続とな
る。即ち、エミッタ層64の周囲に間隙があくように、
絶縁層66とゲート電極67とは自己整合的に形成され
る。
Next, from the vertical direction of the insulating substrate 61, an insulating layer 66 made of SiO 2 or the like is formed on the insulating substrate 61 by using an anisotropic vapor deposition method such as a reactive electron beam (REB) vapor deposition method. The gate electrode layer 67 is formed on the entire surface and is continuously formed of Cr or the like (FIG. 6E). In this case, of the insulating layer 66 and the gate electrode layer 67, the portions 66a and 67a formed on the resist layer 65 and the portion laminated around the resist layer 65 are discontinuous. That is, so that there is a gap around the emitter layer 64,
The insulating layer 66 and the gate electrode 67 are formed in a self-aligned manner.

【0014】次に、レジスト層65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、レジスト層65とエミッ
タ層64とをその境界で剥離させ、レジスト層65とそ
の上に形成された絶縁層66aとゲート電極層67aと
をリフトオフして除去し、ディスク状のエミッタ層64
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6(f))。これにより図4の電子放出素子が得ら
れる。
Next, a weak alkaline stripping solution (for example, Microposit 1112A, manufactured by Shipley Co.) is applied to the resist layer 65 to strip the resist layer 65 and the emitter layer 64 at the boundary between the resist layer 65 and the resist layer 65. The insulating layer 66a and the gate electrode layer 67a formed thereon are lifted off and removed, and the disk-shaped emitter layer 64 is formed.
Is exposed and a gate electrode pattern is formed (FIG. 6F). As a result, the electron-emitting device shown in FIG. 4 is obtained.

【0015】次に、ディスク型のエミッタ層64を図5
(a)に示す形状に加工するために、以下の工程を施
す。
Next, the disk type emitter layer 64 is formed as shown in FIG.
The following steps are performed in order to process the shape shown in FIG.

【0016】まず、エミッタ層64上に、ポジ型レジス
トなどからなるレジスト層68を形成する(図6
(g))。そして、このレジスト層68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6
(h))。
First, a resist layer 68 made of a positive type resist or the like is formed on the emitter layer 64 (FIG. 6).
(G)). Then, the resist layer 68 is patterned into a cross shape by photolithography (FIG. 6).
(H)).

【0017】次に、パターニングされたレジスト層68
をマスクとして、エミッタ層64とエミッタ下地層63
とを、エミッタ配線層62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6(i))。
Next, the patterned resist layer 68.
With the mask as a mask, the emitter layer 64 and the emitter underlayer 63
And are patterned until they reach the emitter wiring layer 62 (FIG. 6I).

【0018】最後に、レジスト層68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68を除去すること
により、図5(a)に示す形状のエミッタを有する電子
放出素子が得られる(図6(j))。
Finally, a weak alkaline stripping solution (for example, Microposit 1112A, manufactured by Shipley Co.) is applied to the resist layer 68 to remove the resist layer 68, so that the emitter having the shape shown in FIG. An electron-emitting device having the same can be obtained (FIG. 6 (j)).

【0019】[0019]

【発明が解決しようとする課題】ところで、図6に示し
たように電子放出素子を製造する場合、絶縁層66及び
ゲート電極層67の積層方法としては、ゲート電極層6
7がエミッタ層64と接触しない素子構造を得るため
に、絶縁層66及びゲート電極67が自己整合的に形成
される異方性成膜法が用いられるが、量産性等を考慮す
ると異方性成膜法の中でも異方性蒸着法で形成すること
に限定されていた。
By the way, in the case of manufacturing an electron-emitting device as shown in FIG. 6, the method for laminating the insulating layer 66 and the gate electrode layer 67 is as follows.
In order to obtain a device structure in which 7 does not contact the emitter layer 64, an anisotropic film forming method in which the insulating layer 66 and the gate electrode 67 are formed in a self-aligned manner is used. Above all, the formation was limited to the anisotropic vapor deposition method.

【0020】しかしながら、異方性蒸着法で成膜された
膜は、一般に密着性が十分ではなく、また、その膜の中
にピンホールが生じやすいという問題があった。このた
め、エミッタ配線層とゲート電極との間でショートが発
生する場合があるという問題もあった。
However, the film formed by the anisotropic vapor deposition method generally has a problem that the adhesion is not sufficient and that a pinhole is easily generated in the film. Therefore, there is also a problem that a short circuit may occur between the emitter wiring layer and the gate electrode.

【0021】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、電界放射型の電子放出
素子のエミッタ配線層とゲート電極層との間に、高い密
着性を有すると共にピンホールフリーである絶縁層を異
方性蒸着法を用いずに形成できるようにすることを目的
とする。
The present invention is intended to solve the above-mentioned problems of the prior art, and has high adhesion between the emitter wiring layer and the gate electrode layer of the field emission type electron-emitting device. At the same time, an object is to enable formation of a pinhole-free insulating layer without using an anisotropic vapor deposition method.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】本発明者は、絶縁性基板
として光透過性のものを使用し、そしてエミッタ層と絶
縁性基板との間に遮光層を設け、その遮光層をフォトマ
スクとして、ゲート電極層上に形成されたネガ型フォト
レジスト層を絶縁性基板の裏面から露光し、パターニン
グし、そのパターンをマスクとしてゲート電極層と絶縁
層とをエッチングすることによりこれらをパターニング
できること、この場合には絶縁層及びゲート電極層の積
層方法は異方性蒸着法に限らず任意の手段、例えば、ス
パッタ法、CVD法、スピンコート法などを使用できる
ことを見出し、本発明を完成させるに至った。
The present inventor uses a light-transmissive insulating substrate, and provides a light-shielding layer between the emitter layer and the insulating substrate, and uses the light-shielding layer as a photomask. It is possible to pattern these by exposing the negative photoresist layer formed on the gate electrode layer from the back surface of the insulating substrate, patterning, and etching the gate electrode layer and the insulating layer using the pattern as a mask. In this case, it was found that the method for laminating the insulating layer and the gate electrode layer is not limited to the anisotropic vapor deposition method, and any means such as a sputtering method, a CVD method and a spin coating method can be used, and the present invention has been completed. It was

【0023】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遮光層
及びエミッタ層が、絶縁層及びゲート電極層に接触しな
いように順次積層されてなる電界放射型の電子放出素子
の製造方法において、 (a)光透過性の絶縁性基板上に光透過性のエミッタ配
線層を形成する工程; (b)エミッタ配線層上に、遮光層、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、遮光層を順次エッチングする工程; (e)パターニングされたレジスト層を除去する工程; (f)絶縁性基板のエミッタ層側表面上に、光透過性の
絶縁層、光透過性のゲート電極層、更にネガ型フォトレ
ジスト層を順次形成する工程; (g)遮光層をフォトマスクとして、絶縁性基板の裏面
からネガ型フォトレジスト層を露光する工程; (h)ネガ型フォトレジスト層の未露光部分を除去する
工程; (i)残存する露光部分のネガ型フォトレジスト層をマ
スクとして、ゲート電極層と絶縁層とを、エミッタ層が
露出するまでエッチングする工程;及び (j)マスクとして使用したネガ型フォトレジスト層を
除去す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。
That is, according to the present invention, an insulating substrate, an emitter wiring layer, an insulating layer and a gate electrode layer are sequentially laminated, and an opening portion reaching the emitter wiring layer is provided in the gate electrode layer and the insulating layer. In a method of manufacturing a field emission type electron-emitting device in which a light-shielding layer and an emitter layer are sequentially laminated on an emitter wiring layer in the opening so as not to contact the insulating layer and the gate electrode layer, (a) light transmission A light-transmissive emitter wiring layer on a transparent insulating substrate; (b) sequentially laminating a light-shielding layer, an emitter layer, and a resist layer on the emitter wiring layer; (c) patterning the resist layer Step; (d) Step of sequentially etching the emitter layer and the light-shielding layer using the patterned resist layer as a mask; (e) Step of removing the patterned resist layer; (f) Insulating group A light-transmissive insulating layer, a light-transmissive gate electrode layer, and a negative photoresist layer are sequentially formed on the emitter-layer-side surface of the insulating substrate; The step of exposing the negative photoresist layer from (b) to (h) the step of removing the unexposed portion of the negative photoresist layer; (i) the insulation of the gate electrode layer from the negative photoresist layer of the remaining exposed portion as a mask And a step of: (j) removing the negative photoresist layer used as the mask, and a step of etching the layer until the emitter layer is exposed.

【0024】以下、本発明の製造方法を図面に従って詳
細に説明する。
The manufacturing method of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

【0025】図1は、本発明の電子放出素子の製造方法
の好ましい態様の製造工程図(図1(a)〜(j))で
ある。この方法により得られる電子放出素子は、図1
(j)に示す構造、即ち、絶縁性基板1、エミッタ配線
層2、絶縁層6及びゲート電極層7が順次積層され、ゲ
ート電極層7と絶縁層6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上に遮光層3とエミッタ層4とが、ゲート電極層7
に接触しないように積層された構造を有するものとな
る。なお、図1(j)の構造にはエミッタ下地層は設け
られていない。
FIG. 1 is a manufacturing process diagram (FIGS. 1A to 1J) of a preferred embodiment of the method for manufacturing an electron-emitting device of the present invention. The electron-emitting device obtained by this method is shown in FIG.
The structure shown in (j), that is, the insulating substrate 1, the emitter wiring layer 2, the insulating layer 6 and the gate electrode layer 7 are sequentially stacked, and the gate electrode layer 7 and the insulating layer 6 reach the emitter wiring layer 2. A hole A is provided, and the light shielding layer 3 and the emitter layer 4 are provided on the emitter wiring layer 2 in the opening A, and the gate electrode layer 7 is formed.
It has a laminated structure so that it does not come into contact with. The emitter underlayer is not provided in the structure of FIG. 1 (j).

【0026】工程(1a) 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ITO(インジウムスズ酸化物)などの光透過性導電
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1(a))。
Step (1a) First, a light-transmitting conductive film such as ITO (indium tin oxide) is formed on the insulating substrate 1 by a sputtering method or a vacuum deposition method, and this is formed by a photolithography method or a reactive method. The emitter wiring layer 2 is formed by patterning by an ion etching method (RIE method) or the like (FIG. 1A).

【0027】絶縁性基板1は電子放出素子の支持体とし
て機能しているが、後述するネガ型フォトレジスト層8
を絶縁性基板1の裏面から露光できるようにするため
に、光透過性であることが必要である。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
を好ましく使用することができる。
The insulating substrate 1 functions as a support for the electron-emitting device, but the negative photoresist layer 8 described later is used.
In order to be able to expose the substrate from the back surface of the insulating substrate 1, it needs to be light transmissive. As such an insulating substrate 1, a glass substrate having a thickness of about 1 to 5 mm can be preferably used.

【0028】エミッタ配線層2は、エミッタ層4に電圧
を印加するための配線であるが、前述の絶縁性基板1と
同様に、後述するネガ型フォトレジスト層8を絶縁性基
板1の裏面から露光できるようにするために、光透過性
であることが必要である。また、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、導電性が良好
であることも必要である。このような材料としては、I
TOを好ましく例示することができる。なお、ITOの
場合には、その厚みは0.1〜0.2μm程度とするこ
とが好ましい。また、エミッタ配線層2の材料として5
0nm厚以下の金属薄膜、好ましくは、Cr、W、Ta
又はNbの薄膜を使用することもできる。
The emitter wiring layer 2 is a wiring for applying a voltage to the emitter layer 4, and like the insulating substrate 1 described above, a negative photoresist layer 8 to be described later is provided from the back surface of the insulating substrate 1. It must be light transmissive in order to be exposed. Further, the material of the emitter wiring layer 2 is required to have good adhesion to the insulating substrate 1 and good conductivity. As such a material, I
TO can be preferably exemplified. In the case of ITO, its thickness is preferably about 0.1 to 0.2 μm. Further, as the material of the emitter wiring layer 2, 5
Metal thin film with a thickness of 0 nm or less, preferably Cr, W, Ta
Alternatively, a thin film of Nb can be used.

【0029】工程(1b) 次に、エミッタ配線層2上に、遮光層3、エミッタ層4
及びレジスト層5を順次積層する(図1(b))。
Step (1b) Next, the light shielding layer 3 and the emitter layer 4 are formed on the emitter wiring layer 2.
Then, the resist layer 5 is sequentially laminated (FIG. 1B).

【0030】遮光層3は、後述するネガ型フォトレジス
ト層8を絶縁性基板1の裏面から露光し、高精度でパタ
ーニングできるようにするためのものである。このよう
な遮光層3の材料としては、遮光性の高い金属を使用す
ることができ、Crなどを使用することができる。ま
た、その厚みは、必要に応じて適宜決定することができ
る。
The light-shielding layer 3 is for exposing a negative photoresist layer 8 to be described later from the back surface of the insulating substrate 1 so that patterning can be performed with high precision. As a material of such a light shielding layer 3, a metal having a high light shielding property can be used, and Cr or the like can be used. Moreover, the thickness can be appropriately determined as necessary.

【0031】エミッタ層4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4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。
The emitter layer 4 functions as a member that directly emits electrons from its surface. As a material of such an emitter layer 4, a material having a small work function, good electron emission characteristics, high voltage resistance, and a high melting point is used. Examples of such materials include Cr, W, Mo,
Ta and Nb can be preferably exemplified. The thickness can be appropriately determined as needed.

【0032】レジスト層5はエミッタ層4をディスク
型、あるいは図5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。このようなレジスト層5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。
The resist layer 5 is a layer patterned on an etching mask used when the emitter layer 4 is disk-shaped or etched into a shape as shown in FIG. As such a resist layer 5, so-called positive type or negative type photoresist having high resolution can be used, and a thickness of about 0.3 to 0.8 μm is preferable.

【0033】工程(1c) 次に、レジスト層5を、エミッタ層4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1(c))。
Step (1c) Next, the resist layer 5 is patterned into an etching mask used when the emitter layer 4 is etched into a desired shape (FIG. 1C).

【0034】なお、レジスト層5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。
The patterning of the resist layer 5 can be performed by a usual photolithographic method.

【0035】工程(1d) 次に、パターニングされたレジスト層5をマスクとして
エミッタ層4と遮光層3とを、エミッタ配線層2が露出
するまで行う(図1(d))。
Step (1d) Next, the emitter layer 4 and the light-shielding layer 3 are formed using the patterned resist layer 5 as a mask until the emitter wiring layer 2 is exposed (FIG. 1 (d)).

【0036】なお、この場合、エミッタ層4の膜厚方向
の断面形状を逆テーパー形状とすることが好ましい。逆
テーパー状とすることにより、エミッタ層4の表面縁に
電界強度を高めることができる。エミッタ層4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4がCrから形成されている場合には、CHCl
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。
In this case, it is preferable that the cross-sectional shape of the emitter layer 4 in the film thickness direction is inversely tapered. With the inverse taper shape, the electric field strength can be increased at the surface edge of the emitter layer 4. As a method of forming the emitter layer 4 in an inversely tapered shape, it is preferable to use an etching method having a high degree of isotropicity. For example, when the emitter layer 4 is made of Cr, CHCl 3
It is preferable to apply a reactive ion etching method using a Cl-based gas and oxygen gas. In this case, the Cl-based gas flow rate with respect to the total gas flow rate is 15 to 35 mol% and the gas pressure is 40 Pa to 100 Pa. Alternatively,
A wet etching method using a cerium ammonium nitrate-based etchant can also be applied.

【0037】また、逆テーパー形状にサイドエッチする
だけではなく、エミッタ層4の幅xを遮光層の幅yより
も小さくなるようにサイドエッチすることが好ましい、
これにより、後述するゲート電極層6とエミッタ層4と
の間のショートを確実に防止することができる。
Further, it is preferable not only to perform side etching in the reverse taper shape, but also to perform side etching so that the width x of the emitter layer 4 becomes smaller than the width y of the light shielding layer.
As a result, it is possible to reliably prevent a short circuit between the gate electrode layer 6 and the emitter layer 4, which will be described later.

【0038】工程(1e) 次に、レジスト層5を常法に従って除去する(図1
(e))。
Step (1e) Next, the resist layer 5 is removed by a conventional method (FIG. 1).
(E)).

【0039】工程(1f) 次に、絶縁性基板1の表面に、絶縁層6、ゲート電極層
7及びネガ型フォトレジスト層8を順次形成する(図1
(f))。
Step (1f) Next, the insulating layer 6, the gate electrode layer 7 and the negative photoresist layer 8 are sequentially formed on the surface of the insulating substrate 1 (FIG. 1).
(F)).

【0040】絶縁層6は、ゲート電極層7とエミッタ配
線層2とを絶縁するための層であり、任意の成膜手段で
形成することができる。例えば、従来と同様な異方性蒸
着方法や、スパッタ法、CVD法、スピンコート法、デ
ィッピング法などにより形成することができる。従っ
て、ピンホールフリーで高い密着性を有することができ
る形成方法と条件とを適宜選択することができるように
なり、結果的に、電子放出素子に、良好な電気的特性と
高い信頼性とを付与することができる。
The insulating layer 6 is a layer for insulating the gate electrode layer 7 and the emitter wiring layer 2 from each other, and can be formed by any film forming means. For example, it can be formed by an anisotropic vapor deposition method similar to the conventional one, a sputtering method, a CVD method, a spin coating method, a dipping method, or the like. Therefore, it becomes possible to appropriately select a formation method and conditions that can have high adhesion without pinholes, and as a result, the electron-emitting device can be provided with good electrical characteristics and high reliability. Can be granted.

【0041】この絶縁層6としては、後述するネガ型フ
ォトレジスト層8をガラス基板1の裏面から露光できる
ように光透過性のものを使用することが好ましい。この
ような材料としては、SiO、好ましくはSiN
どの無機絶縁性材料や、フォトレジストなどの有機高分
子絶縁材料を、形成方法に応じて適宜選択することがで
きる。なお、その厚みは、エミッタ層4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。
As the insulating layer 6, it is preferable to use a light-transmissive one so that a negative photoresist layer 8 described later can be exposed from the back surface of the glass substrate 1. As such a material, an inorganic insulating material such as SiO 2 , preferably SiN x , or an organic polymer insulating material such as a photoresist can be appropriately selected according to the forming method. Although the thickness varies depending on the size and shape of the emitter layer 4, it is preferably about 0.5 to 2 μm.

【0042】ゲート電極層7は、エミッタ層4に強電界
を集中させるための電極である。ゲート電極層7の形成
は、従来と同様な異方性蒸着方法や、スパッタ法、CV
D法などにより形成することができる。
The gate electrode layer 7 is an electrode for concentrating a strong electric field on the emitter layer 4. The gate electrode layer 7 is formed by the same anisotropic vapor deposition method, sputtering method, CV
It can be formed by the D method or the like.

【0043】ゲート電極層7としては、後述するネガ型
フォトレジスト層8をガラス基板1の裏面から露光でき
るように光透過性のものを使用することが好ましい。こ
の材料としては、ITOを好ましく例示することができ
る。なお、ITOの場合には、その厚みは0.1〜0.
2μm程度とすることが好ましい。また、エミッタ配線
層2の材料として50nm厚以下の金属薄膜、好ましく
は、Cr、W、Ta又はNbの薄膜を使用することもで
きる。
As the gate electrode layer 7, it is preferable to use a light transmissive one so that a negative photoresist layer 8 described later can be exposed from the back surface of the glass substrate 1. As this material, ITO can be preferably exemplified. In the case of ITO, the thickness is 0.1 to 0.
It is preferably about 2 μm. Further, as the material of the emitter wiring layer 2, a metal thin film having a thickness of 50 nm or less, preferably a thin film of Cr, W, Ta or Nb can be used.

【0044】なお、ゲート電極層7の厚みは、使用する
材料により異なるが、約0.1〜0.2μmとすること
が好ましい。
The thickness of the gate electrode layer 7 varies depending on the material used, but is preferably about 0.1 to 0.2 μm.

【0045】ネガ型フォトレジスト層8は、ゲート電極
層7と絶縁層6とをパターニングするためのエッチング
マスクとして機能し、それ自体は、遮光層3をフォトマ
スクとしてエミッタ層4に対して高い位置精度でパター
ニングされる層である。このネガ型フォトレジスト層8
は、スピンコート法やディッピング法などにより形成す
ることができる。このようなネガ型フォトレジストとし
ては、ポリイミド系ネガ型フォトレジストや、Si含有
ポリスチレン系ネガ型フォトレジストやポリシロキサン
系ネガ型フォトレジストなどのSi系高分子ネガ型フォ
トレジストなどの公知のネガ型フォトレジストから適宜
選択して使用することができる。
The negative type photoresist layer 8 functions as an etching mask for patterning the gate electrode layer 7 and the insulating layer 6, and as such, the negative type photoresist layer 8 is located at a higher position than the emitter layer 4 using the light shielding layer 3 as a photomask. It is a layer that is patterned with high precision. This negative photoresist layer 8
Can be formed by a spin coating method, a dipping method, or the like. As such a negative photoresist, known negative photoresists such as polyimide negative photoresists, Si-containing polymer negative photoresists such as Si-containing polystyrene negative photoresists and polysiloxane negative photoresists are used. The photoresist can be appropriately selected and used.

【0046】工程(1g) 次に、遮光層3をマスクとして、絶縁性基板1の裏面か
らネガ型フォトレジスト層8を露光し、露光部分8aを
硬化させる(図3(g))。
Step (1g) Next, using the light shielding layer 3 as a mask, the negative photoresist layer 8 is exposed from the back surface of the insulating substrate 1 to cure the exposed portion 8a (FIG. 3 (g)).

【0047】なお、ネガ型フォトレジスト層8を露光す
る方向としては、絶縁性基板1の表面側と裏面側とのい
ずれからも可能であるが、表面から行う場合には、パタ
ーニングするためのレジストを更に設ける必要があり、
工程が複雑となる。また、ネガ型フォトレジスト層8
を、エミッタ層4に対して高い位置精度でパターニング
することも困難となる。一方、裏面から露光する場合に
は、遮光層3をマスクとして容易に高い位置精度でパタ
ーニングすることができる。
The direction of exposing the negative type photoresist layer 8 can be from either the front surface side or the back surface side of the insulating substrate 1. However, when performing from the front surface, the resist for patterning is used. Need to be further provided,
The process becomes complicated. In addition, the negative photoresist layer 8
It is also difficult to perform patterning on the emitter layer 4 with high positional accuracy. On the other hand, when exposure is performed from the back surface, patterning can be easily performed with high positional accuracy using the light shielding layer 3 as a mask.

【0048】工程(1h) 次に、ネガ型フォトレジスト層8の未露光部分8bを常
法により除去し、ゲート電極層7と絶縁層6とをエッチ
ングするためのマスク(遮光層3)にパターニングする
(図1(h))。
Step (1h) Next, the unexposed portion 8b of the negative photoresist layer 8 is removed by a conventional method, and a mask (light-shielding layer 3) for etching the gate electrode layer 7 and the insulating layer 6 is patterned. (FIG. 1 (h)).

【0049】工程(1i) 次に、ゲート電極層7をエッチングし、更に絶縁層6を
エミッタ層4が露出するまでエッチングする(図1
(i))。ゲート電極層7のエッチング方法は、ゲート
電極層7と絶縁層6の材料の種類などで異なる。例え
ば、ゲート電極層7がITOであり、絶縁層6がSiN
である場合には、ゲート電極層7を塩酸系のエッチン
グ液でウェットエッチングで除去し、絶縁層6をRIE
によりフッ素系ガス(CF等)でドライエッチングす
ることができる。
Step (1i) Next, the gate electrode layer 7 is etched, and further the insulating layer 6 is etched until the emitter layer 4 is exposed (FIG. 1).
(I)). The method of etching the gate electrode layer 7 differs depending on the types of materials of the gate electrode layer 7 and the insulating layer 6. For example, the gate electrode layer 7 is ITO and the insulating layer 6 is SiN.
If x , the gate electrode layer 7 is removed by wet etching with a hydrochloric acid-based etching solution, and the insulating layer 6 is removed by RIE.
Thus, dry etching can be performed with a fluorine-based gas (CF 4 or the like).

【0050】工程(1j) 最後に、残存するネガ型フォトレジスト層8を常法によ
り除去することにより、図1(j)に示す電子放出素子
が得られる。
At the end of step (1j) , the remaining negative type photoresist layer 8 is removed by a conventional method to obtain the electron-emitting device shown in FIG. 1 (j).

【0051】図2は、遮光層3とエミッタ層4との間
に、エミッタ層4の径よりも小さい径を有するエミッタ
下地層9が形成されている電子放出素子の本発明の製造
方法の製造工程図である。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4の円周縁部に電界をよ
り集中させ、エミッタ層4からの電子放出特性を更に向
上させることができる。
FIG. 2 shows a method of manufacturing an electron-emitting device according to the present invention, in which an emitter underlayer 9 having a diameter smaller than that of the emitter layer 4 is formed between the light shielding layer 3 and the emitter layer 4. It is a process drawing. With such a configuration, the electric field can be more concentrated on the circular peripheral portion of the disc-shaped emitter layer 4, and the electron emission characteristics from the emitter layer 4 can be further improved.

【0052】工程(2a) まず、図1の工程(1a)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ITOなどの光透過性
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2(a))。
Step (2a) First, similarly to the step (1a) in FIG. 1, a light-transmissive conductive film such as ITO is formed on the insulating substrate 1 by a sputtering method or a vacuum deposition method, and this is photolithographically processed. Method or a reactive ion etching method (RIE method) to perform patterning to form the emitter wiring layer 2 (FIG. 2A).

【0053】工程(2b) 次に、エミッタ配線層2上に、遮光層3、エミッタ下地
層9、エミッタ層4及びレジスト層5を順次積層する
(図2(b))。エミッタ下地層9の形成は、従来と同
様な異方性蒸着方法や、スパッタ法、CVD法などによ
り形成することができ、その材料としては、エミッタ層
4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4がWからなる場合
には、エミッタ下地層9はCrから形成し、また、エミ
ッタ層4がCrからなる場合には、エミッタ下地層9を
Alから形成することが好ましい。
Step (2b) Next, the light shielding layer 3, the emitter underlayer 9, the emitter layer 4 and the resist layer 5 are sequentially laminated on the emitter wiring layer 2 (FIG. 2B). The emitter base layer 9 can be formed by a conventional anisotropic vapor deposition method, a sputtering method, a CVD method, or the like, and a material that is more easily side-etched than the material of the emitter layer 4 is used. Preferably. For example, when the emitter layer 4 is made of W, the emitter underlayer 9 is preferably made of Cr, and when the emitter layer 4 is made of Cr, the emitter underlayer 9 is preferably made of Al.

【0054】工程(2c) 次に、図1の工程(1c)と同様に、レジスト層5を、
エミッタ層4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2
(c))。
Step (2c) Next, as in the step (1c) of FIG.
Patterning is performed on the etching mask used when the emitter layer 4 is etched into a desired shape (see FIG. 2).
(C)).

【0055】工程(2d) 次に、パターニングされたレジスト層5をマスクとして
エミッタ層4とエミッタ下地層9と遮光層3とをエミッ
タ配線層2が露出するまでエッチングする(図2
(d))。このとき、エミッタ下地層9が、エミッタ層
4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9がAlから形成されている場合、
CHCl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9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4の径よりもエミッ
タ下地層9の径を小さくすることができ、エミッタ層4
からの電子放出効率を向上させることができる。
Step (2d) Next, using the patterned resist layer 5 as a mask, the emitter layer 4, the emitter underlayer 9, and the light shielding layer 3 are etched until the emitter wiring layer 2 is exposed (FIG. 2).
(D)). At this time, the amount of side etching of the emitter base layer 9 is made larger than that of the emitter layer 4. For example, when the emitter underlayer 9 is made of Al,
By using a Cl-based gas such as CHCl 3 and reactive ion etching at a gas pressure that increases the side etch amount, for example, about 40 Pa, or by wet etching using a phosphoric acid, nitric acid, or acetic acid-based etchant. The emitter base layer 9 can be etched into a desired shape. As a result, the diameter of the emitter underlayer 9 can be made smaller than the diameter of the emitter layer 4, and the emitter layer 4
The electron emission efficiency from the can be improved.

【0056】なお、この工程において、前述の図1に示
した工程(1d)と同様に、エミッタ層4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
グすることが好ましい。また、エミッタ層4の幅xを遮
光層の幅よりも小さくなるようにサイドエッチすること
が好ましい。
In this step, similarly to the step (1d) shown in FIG. 1, it is preferable that the emitter layer 4 be etched so that its cross-sectional shape in the film thickness direction becomes an inverse taper shape. Further, it is preferable to perform side etching so that the width x of the emitter layer 4 becomes smaller than the width of the light shielding layer.

【0057】工程(2e) 次に、レジスト層5を常法により除去する(図2
(e))。
Step (2e) Next, the resist layer 5 is removed by a conventional method (FIG. 2).
(E)).

【0058】工程(2f) 次に、絶縁性基板1の表面に、絶縁層6、ゲート電極層
7及びネガ型フォトレジスト層8を順次形成する(図2
(f))。
Step (2f) Next, the insulating layer 6, the gate electrode layer 7, and the negative photoresist layer 8 are sequentially formed on the surface of the insulating substrate 1 (FIG. 2).
(F)).

【0059】工程(2g) 次に、遮光層3をマスクとして、絶縁性基板1の裏面か
らネガ型フォトレジスト層8を露光し、露光部分8aを
硬化させる(図2(g))。
Step (2g) Next, using the light shielding layer 3 as a mask, the negative photoresist layer 8 is exposed from the back surface of the insulating substrate 1 to cure the exposed portion 8a (FIG. 2 (g)).

【0060】工程(2h) 次に、ネガ型フォトレジスト層8の未露光部分8bを常
法により除去し、ゲート電極層7と絶縁層6とをエッチ
ングするためのマスクにパターニングする(図2
(h))。
Step (2h) Next, the unexposed portion 8b of the negative photoresist layer 8 is removed by a conventional method, and patterning is performed on a mask for etching the gate electrode layer 7 and the insulating layer 6 (FIG. 2).
(H)).

【0061】工程(2i) 次に、ゲート電極層7をエッチングし、更に絶縁層6を
エミッタ層4が露出するまでエッチングする(図2
(i))。ゲート電極層7のエッチング方法は、ゲート
電極層7と絶縁層6の材料の種類等に応じて適宜決定す
ることができる。
Step (2i) Next, the gate electrode layer 7 is etched, and further the insulating layer 6 is etched until the emitter layer 4 is exposed (FIG. 2).
(I)). The method of etching the gate electrode layer 7 can be appropriately determined according to the types of materials of the gate electrode layer 7 and the insulating layer 6, and the like.

【0062】工程(2j) 最後に、残存するネガ型フォトレジスト層8を常法によ
り除去することにより、図2(j)に示す電子放出素子
が得られる。
At the end of step (2j) , the remaining negative type photoresist layer 8 is removed by a conventional method to obtain the electron-emitting device shown in FIG. 2 (j).

【0063】図1及び図2においては、エミッタ層4が
ディスク状となっている例を示したが、図5(a)〜
(d)に示すような形状とすることにより、エミッタ層
4の表面によりいっそう電界を集中させることができ
る。
Although FIG. 1 and FIG. 2 show an example in which the emitter layer 4 has a disc shape, FIG.
With the shape as shown in (d), the electric field can be further concentrated on the surface of the emitter layer 4.

【0064】以上説明したように製造された電子放出素
子は、電界放射現象を利用する平面ディスプレイのFE
Aとして有用である。
The electron-emitting device manufactured as described above is an FE of a flat display that utilizes the field emission phenomenon.
It is useful as A.

【0065】[0065]

【作用】本発明においては、絶縁性基板、エミッタ配線
層、絶縁層、ゲート電極層として光透過性のものを使用
し、エミッタ層とエミッタ配線層との間に遮光層を設
け、絶縁層とゲート電極層を形成した後に、ゲート電極
層上に形成されたネガ型フォトレジスト層を、遮光層を
マスクとして絶縁性基板側から露光することにより、エ
ミッタ層に対して高い位置精度でパターニングする。そ
して、そのレジストパターンをマスクとして絶縁層とゲ
ート電極層とをパターニングする。従って、絶縁膜のパ
ターニングをリフトオフ法で行う必要がなく、絶縁層と
ゲート電極層とを異方性蒸着法以外の任意の成膜法によ
り形成できることとなる。よって、高い密着性とピンホ
ールフリーの層が得られるような成膜方法、成膜条件を
選択することが可能となる。この結果、電子放出素子
に、優れた電気特性と高い信頼性とを付与することが可
能となる。
In the present invention, a light-transmitting material is used as the insulating substrate, the emitter wiring layer, the insulating layer, and the gate electrode layer, and the light-shielding layer is provided between the emitter layer and the emitter wiring layer to form the insulating layer. After forming the gate electrode layer, the negative photoresist layer formed on the gate electrode layer is exposed from the side of the insulating substrate using the light shielding layer as a mask to pattern the emitter layer with high positional accuracy. Then, the insulating layer and the gate electrode layer are patterned using the resist pattern as a mask. Therefore, it is not necessary to pattern the insulating film by the lift-off method, and the insulating layer and the gate electrode layer can be formed by any film forming method other than the anisotropic vapor deposition method. Therefore, it is possible to select a film forming method and film forming conditions that can obtain a layer having high adhesion and a pinhole-free property. As a result, it becomes possible to provide the electron-emitting device with excellent electric characteristics and high reliability.

【0066】[0066]

【実施例】以下、図2に示した態様の本発明の電子放出
素子の製造方法を実施例に従って詳細に説明する。
EXAMPLES The method for manufacturing the electron-emitting device of the present invention having the embodiment shown in FIG. 2 will be described in detail below with reference to examples.

【0067】実施例工程(a) まず、絶縁性基板としての厚さ1.1mmの透明なガラ
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ITO層を第1エミッタ配線層と
して形成した。このITO層上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塩酸を主成分とするエッチャントを
用いてITO層の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を形成
した。
Example Process (a) First, an ITO layer having a thickness of 200 nm was formed as a first emitter on a transparent glass substrate (AN, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.) having a thickness of 1.1 mm as an insulating substrate by a sputtering method. It was formed as a wiring layer. A resist layer patterned by the photolithography method was formed on this ITO layer, and the ITO layer was etched using this resist layer as a mask and an etchant containing hydrochloric acid as a main component. After that, the emitter wiring layer was formed by peeling and removing the resist layer.

【0068】工程(b) 次に、スパッタ法により、遮光層として100nmのC
r層を形成し、その上にエミッタ下地層として700n
m厚のMo層を形成し、その上に連続的にエミッタ層と
しての200nm厚のW膜を形成した。更に、エミッタ
層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を形成した。
Step (b) Next, C of 100 nm is formed as a light shielding layer by a sputtering method.
An r layer is formed and an emitter underlayer of 700n is formed on the r layer.
An m-thick Mo layer was formed, and a 200 nm-thick W film as an emitter layer was continuously formed thereon. Further, a positive photoresist (S1400, manufactured by Shipley Co., Ltd.) was applied on the emitter layer by spin coating to a thickness of 1.4 μm to form a resist layer.

【0069】工程(c) 次に、レジスト層をフォトリソグラフ法によりディスク
型エミッタ形状にパターニングした。
Step (c) Next, the resist layer was patterned into a disk-shaped emitter shape by photolithography.

【0070】工程(d) パターニングされたレジスト層をマスクとして、まずエ
ミッタ層としてのW層を、SFガスを用いてRIE法
によりドライエッチング(条件:ガス流量25sccm
/ガス圧70mTorr/RFパワー240W)した。
続いて、エミッタ下地層としてのMo層を、W層のエッ
チングと同条件でRIE法によりドライエッチングし
た。そして、遮光層としてのCr層を、CHClとO
との混合系ガス(流量比3:7)を用いてRIE法で
ドライエッチング(条件:ガス圧50Pa/RFパワー
150W)した。このドライエッチングは、エミッタ配
線層に達するまで行った。
Step (d) Using the patterned resist layer as a mask, the W layer as an emitter layer is first dry-etched by RIE using SF 6 gas (condition: gas flow rate 25 sccm).
/ Gas pressure 70 mTorr / RF power 240 W).
Then, the Mo layer as the emitter underlayer was dry-etched by the RIE method under the same conditions as the etching of the W layer. Then, the Cr layer as the light-shielding layer is replaced with CHCl 3 and O.
Dry etching (conditions: gas pressure 50 Pa / RF power 150 W) was performed by the RIE method using a mixed system gas with 2 (flow rate ratio 3: 7). This dry etching was performed until the emitter wiring layer was reached.

【0071】ドライエッチング後に、Mo層のサイドエ
ッチング量を増大させるために、リン酸、硝酸及び酢酸
を含有するエッチャントを使用してウェットエッチング
した(液温度20℃/時間15秒)。
After the dry etching, in order to increase the side etching amount of the Mo layer, wet etching was performed using an etchant containing phosphoric acid, nitric acid and acetic acid (liquid temperature 20 ° C./hour 15 seconds).

【0072】工程(e) ウェットエッチング終了後、レジスト層を酸素ガスを用
いてアッシング除去した。
Step (e) After the completion of wet etching, the resist layer was removed by ashing with oxygen gas.

【0073】工程(f) 次に、ガラス基板のエミッタ配線層側面に、絶縁層とし
て1μm厚のSiN膜を平行平板型プラズマCVD
(条件:基板温度300℃/RFパワー180W/Si
5sccm+NH30sccm+H23scc
m/ガス圧1Torr)により成膜した。続いて、スパ
ッタ法により約200nm厚のITO膜をゲート電極層
として成膜し、250℃で30分間アニール処理した。
このゲート電極層上に、ポリイミド系ネガ型フォトレジ
スト(フォトニースUR3100、東レ株式会社製)を
スピンコート法により約1μm厚に塗布した後にプリベ
ークを行った。
Step (f) Next, a 1 μm thick SiN x film as an insulating layer is formed on the side surface of the emitter wiring layer of the glass substrate by parallel plate plasma CVD.
(Conditions: substrate temperature 300 ° C./RF power 180 W / Si
H 4 5sccm + NH 3 30sccm + H 2 23scc
The film was formed at m / gas pressure of 1 Torr). Subsequently, an ITO film having a thickness of about 200 nm was formed as a gate electrode layer by a sputtering method and annealed at 250 ° C. for 30 minutes.
On this gate electrode layer, a polyimide negative photoresist (Photo Nice UR3100, manufactured by Toray Industries, Inc.) was applied by spin coating to a thickness of about 1 μm, and then prebaked.

【0074】工程(g) 次に、ガラス基板の裏面全面を、水銀ランプを光源とす
るキャノナライナーを用いて露光し、ポリイミド系ネガ
型フォトレジストを硬化させた。このとき、遮光層上の
レジストは露光されず硬化しなかった。
Step (g) Next, the entire back surface of the glass substrate was exposed by using a canona liner using a mercury lamp as a light source to cure the polyimide negative photoresist. At this time, the resist on the light shielding layer was not exposed and was not cured.

【0075】工程(h) 次に、ポリイミド系ネガ型フォトレジストの未露光部を
溶剤系剥離液により除去することにより、ディスク状の
エミッタ層を形成するためのエッチング用マスクにパタ
ーニングした。
Step (h) Next, the unexposed portion of the polyimide negative photoresist was removed by a solvent-based stripping solution to pattern an etching mask for forming a disc-shaped emitter layer.

【0076】工程(i) 次に、ネガ型フォトレジストが取り除かれ、露出したI
TO膜を塩酸系エッチャント液でウェットエッチングし
て除去し、次に、絶縁層のSiNをCFガスを使用
するRIE(条件:ガス流量20sccm/ガス圧30
mTorr/RFパワー300W)によりドライエッチ
ング除去することによりゲート電極層と絶縁層とをパタ
ーニングした。
Step (i) Next, the negative photoresist is removed and the exposed I
The TO film is removed by wet etching with a hydrochloric acid-based etchant solution, and then SiN x in the insulating layer is removed by RIE using CF 4 gas (conditions: gas flow rate 20 sccm / gas pressure 30).
The gate electrode layer and the insulating layer were patterned by performing dry etching removal with mTorr / RF power of 300 W).

【0077】工程(j) 最後に、残存するネガ型フォトレジストをアルカリ系剥
離液により除去することにより図2に示す電子放出素子
を得た。
Step (j) Finally, the remaining negative photoresist was removed by an alkaline stripping solution to obtain an electron-emitting device shown in FIG.

【0078】[0078]

【発明の効果】本発明によれば、絶縁層とゲート電極層
を形成した後に、ゲート電極層上に形成されたネガ型フ
ォトレジスト層を、遮光層をマスクとして、エミッタ層
に対して高い位置精度でパターニングすることができ
る。更に、そのレジストパターンをマスクとして絶縁層
とゲート電極層とをパターニングすることができる。従
って、絶縁層のパターニングをリフトオフ法で行う必要
がなく、異方性蒸着法以外の任意の成膜法により形成で
きることとなる。よって、高い密着性とピンホールフリ
ーの絶縁層が得られるような成膜方法、成膜条件を選択
することが可能となる。この結果、電子放出素子に、優
れた電気特性と高い信頼性とを付与することが可能とな
る。
According to the present invention, after forming the insulating layer and the gate electrode layer, the negative photoresist layer formed on the gate electrode layer is positioned at a higher position than the emitter layer by using the light shielding layer as a mask. It can be patterned with high precision. Further, the insulating layer and the gate electrode layer can be patterned using the resist pattern as a mask. Therefore, it is not necessary to pattern the insulating layer by the lift-off method, and the insulating layer can be formed by any film forming method other than the anisotropic vapor deposition method. Therefore, it is possible to select a film forming method and film forming conditions that can obtain a high adhesion and a pinhole-free insulating layer. As a result, it becomes possible to provide the electron-emitting device with excellent electric characteristics and high reliability.

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

【図1】本発明の電子放出素子の製造工程図である。FIG. 1 is a manufacturing process drawing of an electron-emitting device of the present invention.

【図2】本発明の電子放出素子の製造工程図である。FIG. 2 is a manufacturing process diagram of an electron-emitting device of the present invention.

【図3】従来の電子放出素子の断面図である。FIG. 3 is a sectional view of a conventional electron-emitting device.

【図4】従来の電子放出素子の断面図である。FIG. 4 is a sectional view of a conventional electron-emitting device.

【図5】エミッタの平面図である。FIG. 5 is a plan view of an emitter.

【図6】従来の電子放出素子の製造工程図である。FIG. 6 is a manufacturing process diagram of a conventional electron-emitting device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 絶縁性基板 2 エミッタ配線層 3 遮光層 4 エミッタ層 5 レジスト層 6 絶縁層 7 ゲート電極層 8 ネガ型フォトレジスト層 9 エミッタ下地層 1 Insulating Substrate 2 Emitter Wiring Layer 3 Light-Shielding Layer 4 Emitter Layer 5 Resist Layer 6 Insulating Layer 7 Gate Electrode Layer 8 Negative Photoresist Layer 9 Emitter Underlayer

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【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遮光層及びエミッタ層
が、絶縁層及びゲート電極層に接触しないように順次積
層されてなる電界放射型の電子放出素子の製造方法にお
いて、 (a)光透過性の絶縁性基板上に光透過性のエミッタ配
線層を形成する工程; (b)エミッタ配線層上に、遮光層、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、遮光層を順次エッチングする工程; (e)パターニングされたレジスト層を除去する工程; (f)絶縁性基板のエミッタ層側表面上に、光透過性の
絶縁層、光透過性のゲート電極層、更にネガ型フォトレ
ジスト層を順次形成する工程; (g)遮光層をフォトマスクとして、絶縁性基板の裏面
からネガ型フォトレジスト層を露光する工程; (h)ネガ型フォトレジスト層の未露光部分を除去する
工程; (i)残存する露光部分のネガ型フォトレジスト層をマ
スクとして、ゲート電極層と絶縁層とを、エミッタ層が
露出するまでエッチングする工程;及び (j)マスクとして使用したネガ型フォトレジスト層を
除去する工程を含んでなることを特徴とする製造方法。
1. An insulating substrate, an emitter wiring layer, an insulating layer, and a gate electrode layer are sequentially stacked, and an opening portion reaching the emitter wiring layer is provided in the gate electrode layer and the insulating layer, and inside the opening portion. In the method for manufacturing a field emission type electron-emitting device, in which a light-shielding layer and an emitter layer are sequentially stacked on the emitter wiring layer so as not to contact the insulating layer and the gate electrode layer, (a) a light-transmissive insulating property A step of forming a light-transmitting emitter wiring layer on the substrate; (b) a step of sequentially laminating a light shielding layer, an emitter layer, and a resist layer on the emitter wiring layer; (c) a step of patterning the resist layer; (d) ) Step of sequentially etching the emitter layer and the light-shielding layer using the patterned resist layer as a mask; (e) Step of removing the patterned resist layer; (f) The emitter layer side of the insulating substrate Step of sequentially forming a light-transmissive insulating layer, a light-transmissive gate electrode layer, and a negative photoresist layer on the front surface; Exposing the resist layer; (h) removing the unexposed portion of the negative photoresist layer; (i) using the remaining negative exposed photoresist layer as a mask, the gate electrode layer and the insulating layer, A manufacturing method comprising: a step of etching until the emitter layer is exposed; and (j) a step of removing the negative photoresist layer used as a mask.
【請求項2】 光透過性の絶縁性基板としてガラス基板
を使用し、光透過性のエミッタ配線層とゲート電極層と
してITO層又は50nm厚以下の金属薄膜を使用し、
光透過性の絶縁層としてSiNを使用する請求項1記
載の製造方法。
2. A glass substrate is used as a light-transmissive insulating substrate, and an ITO layer or a metal thin film having a thickness of 50 nm or less is used as a light-transmissive emitter wiring layer and a gate electrode layer.
The manufacturing method according to claim 1, wherein SiN x is used as the light-transmissive insulating layer.
【請求項3】 50nm厚以下の金属薄膜がCr、W、
Ta又はNbの薄膜である請求項1又は2に記載の製造
方法。
3. A metal thin film having a thickness of 50 nm or less is Cr, W,
The manufacturing method according to claim 1, which is a thin film of Ta or Nb.
【請求項4】 工程(b)において、遮光層とエミッタ
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、エミッタ層のエッチング後にエミッタ
下地層も順次エッチングする請求項1〜3のいずれかに
記載の製造方法。
4. The emitter underlayer is further provided between the light shielding layer and the emitter layer in the step (b), and the emitter underlayer is also sequentially etched after the etching of the emitter layer in the step (d). The manufacturing method according to any one of to 3.
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