JPH0817330A - 電界放出型電子源およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 サブミクロンの微小なゲート口径をもつ電界
放出型電子源を提供する。 【構成】 シリコン基板１の（１００）表面の酸化シリ
コン膜２を、フォトリソグラフィにより径が約１ミクロ
ンの円盤状の酸化シリコン膜に加工した後、酸化シリコ
ン膜の表面と周辺部にウェットエッチングを施し、径が
約０．３ミクロンの微小エッチングマスク５を形成す
る。マスク５を介してドライエッチングすることにより
円柱状立体構造６ａを形成し、さらに異方性エッチング
により微小立体構造６を形成する。その後、微小立体構
造の上面を蒸着マスクとして微小立体構造の周辺部に絶
縁物８、金属層９を付着し、口径が約０．３ミクロンの
ゲ−ト電極を形成する。最後に微小立体構造６の上部を
除去し、エミッタ先端部の急峻な電界放出型電子源を形
成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子線励起のレーザ、
平面型の固体表示素子、超高速の微小真空素子等への応
用が期待される冷電子源に係わり、特に集積化および低
電圧化が実現可能な電界放出型陰極（エミッタ）または
電子源に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体の微細加工技術の進展により、微
小電界放出型陰極の形成が可能となった。そして、スピ
ントらはコーン型の電界放出型陰極を試作し、微小電界
放出型電子源が注目されるに至っている（参考文献１：
C. A. Spindt, J. Appl. Phys.Vol.47, p.5248 (197
6)）。

【０００３】スピントの提案した電界放出型陰極の構造
および作成方法を従来例として図１３に示す。（ａ）導
電性基板（シリコン）４０１上に絶縁層４０２、ゲート
となる金属４０３を成膜する。金属膜４０３、絶縁層４
０２に円形の小孔４０４を通常のフォトリソプロセスで
形成する。（ｂ）次にアルミナ等の犠牲層４０５を基板
４０１に対して浅い角度で蒸着する。この工程によりゲ
ートの口径は縮小するとともにゲート電極膜は犠牲層４
０５に覆われる。（ｃ）その後モリブデン等のエミッタ
となる金属４０６を基板に対して垂直に蒸着する。ゲー
ト口は蒸着とともに小さくなるので孔の内部に円錐形の
エミッタ（陰極）４０７が形成できる。（ｄ）そして、
犠牲層のエッチングによるリフトオフ法により不要の金
属を除去する。この素子は、エミッタ４０７の先端４０
８からゲート電極４０３によって電子を真空中に引出
し、別途エミッタに対向して設置されたアノード電極
（陽極）で受けることで動作する。

【０００４】一方、グレイらはシリコン基板を用い、そ
の異方性エッチングを利用してエミッタ形状の制御が比
較的容易なコーン型の電界放出型陰極を提案した（参考
文献２：H. F. Gray et al., IEDM Tech. Dig. p.776,
(1986)）。

【０００５】第２の従来例として、グレイらの提案した
電界放射陰極およびその作製方法を図１４に示す。
（ａ）導電性基板（シリコン）４１１の（１００）面上
に酸化シリコン膜４１２を成膜する。（ｂ）次に酸化シ
リコン膜を通常のフォトリソプロセスで円形のマスク４
１３に加工する。（ｃ）そののち異方性エッチングによ
りマスクの下部のシリコン結晶を円錐形状４１４に加工
する。この異方性エッチングによりエッチング速度の遅
い（１１１）結晶面が基板表面の（１００）面に対して
傾斜して表れ、陰極先端部４１７を急峻化する。また、
さらに陰極先端部４１７を急峻化するために、熱酸化に
よる酸化膜を形成する方法も提案されている。（ｄ）そ
してマスクを介して円錐形状部の周辺部に絶縁層４１５
とゲート電極金属４１６を堆積する。この時、円形マス
ク４１３が蒸着マスクとなり、円錐の側面には絶縁層と
ゲート電極金属は堆積されない。（ｅ）最後にマスクを
除去し引出し電極をつけて、電界放出型陰極を作製する
ものである。

【０００６】シリコン基板を用いる別の方法として、別
井は、より急峻な陰極先端部を実現するために、サイド
エッチングの生じる条件でのシリコンのドライエッチン
グと熱酸化を組み合わせる方法を提案した（参考文献
３：K.Betui, Tech Digest IVMC'91, 26 (Nagahama 19
91)。

【０００７】別井の提案した電界放出型陰極およびその
作製方法を図１５に示す。（ａ）シリコン基板４３１の
表面に酸化シリコン膜４３２を成膜する。（ｂ）次に酸
化シリコン膜を通常のフォトリソプロセスで円形のマス
ク４３３に加工する。（ｃ）そしてサイドエッチングの
生じる条件でドライエッチングを行いほぼ垂直な面４３
４を形成しマスクが残っている条件でエッチングを終了
する。次に熱酸化により酸化シリコン膜４３５が形成さ
れ、内側にシリコンの非常に鋭い先端４３６が形成され
る。（ｄ）その後、マスクを介して陰極部の周辺部に絶
縁層４３７とゲート電極金属４３８を堆積する。（ｅ）
最後にマスクを除去し引出し電極を構成し、電界放出型
陰極を作製するものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】これらの電界放出型電
子源はエミッタの構造がピラミッド型またはコーン型の
構造をしており、この電界放出型の電子源においてはゲ
ート電極に開けられた穴の径が電流密度や動作電圧に影
響を与えるのでできるだけ小さな径が望ましいことが知
られている。ところが、従来の作成方法においては光露
光による微細加工技術で形成されるエッチングマスクの
径でゲート電極に開けられた穴の径が決定されるため
に、約１μｍが限界であった。これ以下の径を得るため
には、電子ビーム露光やＸ線露光法等を使用しなければ
ならなかった。また、ピラミッド型またはコーン型の形
状よりもタワー型の構造の方がエミッタ先端部における
電界強度が強く、動作電圧を低減させることが可能であ
ることが知られている。ところが、従来はタワー型のエ
ミッタ構造を再現性よく実現する手段がなく、低電圧動
作の電子源の実現は困難であった。

【０００９】本発明は、従来の欠点を克服し、通常のフ
ォトリソグラフィー法を用いてゲート口径の微小な電子
源、およびタワー型のエミッタ構造を有する電界放出型
の電子源の製造方法およびその製造方法により製造され
る電子源を提供することを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の方法は、
まず導電性基板または表面に導電性媒体が形成された基
板の表面に形成された被覆層をリソグラフィー法により
形成したエッチングマスクを用いて特定の形状にパター
ニングする。次にこのエッチングマスクを除去した後ま
たはこのエッチングマスクを介して被覆層にエッチング
を施すことにより前記特定形状に比較して微小な形状を
有する被覆層でなる微小エッチングマスクを形成する。
以上の工程を微小マスク形成工程と呼び、この工程によ
り光露光による微細加工技術（フォトリソグラフィ）の
限界をこえたサブミクロンの微小エッチングマスクを形
成することができる。

【００１１】次に前記微小エッチングマスクを介して基
板にエッチングを施すことによりマスクで保護されてい
ない基板の表面をエッチングし、柱状もしくはついたて
状の立体構造を形成する。その後、この立体構造の側面
部をエッチングし、エッチングマスクの径もしくは幅よ
りもさらに微小な寸法を一部に有する微小立体構造を形
成する（微小立体構造形成工程）。その後、前記微小エ
ッチングマスクを介して基板表面に絶縁物およびゲート
となる導電物を付着し（ゲート形成工程）ゲート電極に
開けられた穴の径が１．０μm以下のゲートを形成す
る。

【００１２】最後に、前記微小立体構造の側面にエッチ
ングを施して前記微小立体構造の最小径または最小幅を
減少させることにより前記微小エッチングマスクと微小
エッチングマスクの下に付着した微小立体構造の一部、
および微小エッチングマスクの上部に付着した絶縁物お
よび導電物を除去し、急峻な先端部を有するエミッタと
その周辺部に微小なゲート開口径または開口幅を有する
ゲートを形成し（エミッタ形成工程）、低電圧で作動す
る電界放出型電子源を製造する。

【００１３】本発明の第２の方法は、基板表面に円盤状
または多角形状のエッチングマスクを形成し、さらにエ
ッチングマスクで被覆されていない基板表面をエッチン
グすることにより、エッチングマスクの周辺境界部に表
面に対して垂直な段差を形成し、基板表面に円柱または
多角柱状もしくはついたて状の構造をまず形成する（立
体構造形成工程）。

【００１４】エッチングマスクを除去した後、前記円柱
または多角柱状の構造の上面および側面を含む面をエッ
チングし、前記円柱または多角柱の径よりも小さな径を
有する円柱または多角柱状の微小構造を形成する（微小
構造形成工程）。この工程により光露光による微細加工
技術の限界をこえたサブミクロンの径を有する微小構造
を形成することができる。

【００１５】次に前記微小構造の上面および基板表面に
保護層を付着（保護層付着工程）した後、前記微小構造
の側面にエッチングまたは熱処理を施すことにより、前
記保護膜の下に先端部の急峻な構造を有する微小構造陰
極を形成する。その後、保護層を蒸着マスクとして微小
構造陰極の周辺部にゲート電極となる金属層を含む層を
付着する（ゲート形成工程）。

【００１６】最後に保護層およびそれに付着した金属を
含む層を除去し、前記微小構造陰極を露出し（エミッタ
形成工程）低電圧で作動する電界放出型電子源を製造す
る。

【００１７】本発明の第３の方法は、まずシリコン基板
の（１００）面上に形成された島状のエッチングマスク
を介してエッチングを施すことにより、該エッチングマ
スクの周辺部またはその近傍に基板表面に対してほぼ垂
直な段差を形成するとともに、前記エッチング保護マス
クの形状に対応する底面形状を有する柱状構造を形成す
る。次に前記段差部の表面、すなわち柱状構造の側面に
（１００）面に比較して（１１１）面もしくは（３３
１）面のエッチング速度が遅い異方性エッチングを施
す。この異方性エッチングにより柱状構造の側面に中央
部に向かう（１１１）面もしくは（３３１）面を形成
し、前記エッチング保護マスクの下に接続部を挟んでそ
の頂点を下とする上部構造と、頂点を上とする下部構造
が互いに向かい合う対構造が形成される（対構造形成工
程）。

【００１８】次に熱酸化により前記対構造の表面に酸化
シリコン層を形成し、上部構造と下部構造を酸化シリコ
ン膜で分離するとともに、前記接続部の近傍に急峻な先
端形状を有するシリコン構造を形成する。

【００１９】さらに基板表面に対して傾斜した複数の方
向から蒸着を施し、表面が酸化シリコン膜で構成された
下部構造の表面に直接、または絶縁膜を介してゲートと
なる金属膜を付着する（ゲート形成工程）。

【００２０】最後に前記接続部近傍の酸化シリコン層を
選択エッチングすることにより、保護膜、絶縁膜および
金属膜がその上面に付着した上部構造を下部構造から分
離除去するとともに、先端の急峻なシリコン陰極を形成
（エミッタ形成工程）して、低電圧で作動する電界放出
型電子源を製造する。

【００２１】以上述べたように、本発明はフォトリソグ
ラフィー法による限界をこえた開口径または開口幅を有
するゲート電極を急峻な先端部を有するエミッタの周辺
部に絶縁して形成し、低電圧で作動する電界放出型電子
源を提供するものである。また本発明によればエッチン
グマスクの下に、その径または幅よりも小さな径または
幅を有する立体構造を形成した後、さらに垂直方向にエ
ッチンングを施して柱状構造を形成し、その後その側面
をエッチングすることにより急峻な先端部を有するタワ
ー状構造のエミッタも形成することができる。

【００２２】

【作用】本発明は、まずフォトリソグラフィー法により
通常の大きさのエッチングマスクを基板表面に作製す
る。次にウェットエッチングによりこのマスクの周辺部
をエッチングし、フォトリソグラフィー法による限界を
こえた微小エッチングマスクを形成する。この微小エッ
チングマスクを利用して微小な開口径または開口幅を有
するゲート電極を急峻な先端部を有するエミッタの周辺
部に絶縁して形成し、低電圧で作動する電界放出型電子
源を提供することができる。

【００２３】

【実施例】本発明の実施例を図面を用いて説明する。

【００２４】（実施例１）本発明の第１の実施例の電界
放出型電子源およびその作製方法を図１に示す。 （ａ）シリコンの結晶基板１の（１００）表面に熱酸化
法により酸化シリコン膜２を形成し、さらにその表面を
フォトレジスト３で被覆する。 （ｂ）次にフォトリソグラフィー法により約１μmの径
を有する円盤状のエッチングマスク４を形成する。 （ｃ）ドライエッチング法により本エッチングマスクの
周辺部の酸化シリコン膜を除去し、エッチングマスクの
下にほぼ同等の径を有する酸化シリコンの円盤構造５ａ
を形成する。 （ｄ）エッチングマスクが付着した状態で、酸化シリコ
ンの円盤構造５ａの側面部にウェットエッチングを施す
ことにより酸化シリコンの円盤構造の径を縮小させる。 （ｅ）その後エッチングマスクを除去することにより、
約0.3μmの微小径を有する円盤状の酸化シリコンでなる
微小エッチングマスク５を形成する。以上の工程を微小
マスク形成工程と呼ぶ。 （ｆ）微小エッチングマスクを介してサイドエッチング
がほとんど生じない条件でドライエッチングすることに
より、微小エッチングマスクの下に円柱状の立体構造６
ａを形成する。この工程を柱状立体構造形成工程と呼
ぶ。 （ｇ）異方性エッチングを施すことにより側面が（３３
１）面を含む面で形成されて互いに頂点部が接続した一
対の円錐形状の微小立体構造６が形成される。ここで頂
点部の径は前記微小エッチングマスクの径よりも小さ
く、微小立体構造の最小径は約0.1μmである。 （ｈ）次に微小エッチングマスクを介して蒸着すること
により、微小エッチングマスクの上部と微小エッチング
マスクの周辺部の基板表面に絶縁物８およびゲートとな
る金属９を付着する。 （ｉ）微小立体構造６の側面にウェットエッチングを施
して、微小立体構造の最小径を零に減少させることによ
り、微小エッチングマスクおよび微小エッチングマスク
の上に付着した絶縁物および導電物を除去し、前記微小
エッチングマスクと同等の内径を有する微小口径のゲー
トを形成するとともに急峻な先端部を有するエミッタ１
０を形成する。

【００２５】以上のように本実施例によれば、フォトリ
ソグラフィーにより円形のエッチングマスクを形成し、
そのマスクパターンを酸化シリコン膜に転写し、さらに
その周辺部をエッチングすることによりその口径を減少
させる。したがって、リソグラフィーの限界以下の微小
ゲート口径を実現することができ、低電圧で作動する電
界放出型電子源を作製することが可能である。また、以
上の実施例で絶縁物と金属を蒸着する際に、エッチング
マスクを除去し、上部の円錐形状を介して絶縁物と金属
を付着することも可能である。

【００２６】また以上の実施例では円形のエッチングマ
スクを形成したが、必要に応じて色々な形のエッチング
マスクを形成できるのは勿論である。この際、一定の幅
を有する線状のエッチングマスクを形成する際は、エッ
チングマスクを＜０１１＞方向に配置された線状の形状
とすると異方性エッチングにより（１１１）面が現わ
れ、異方性エッチングをきれいに再現性よく行うのに適
している。

【００２７】さらに以上の実施例においては、陰極材料
としてシリコンの（１００）基板を用い、陰極の急峻な
先端部を実現するために異方性エッチングを用いている
が、従来例のように、シリコン基板を用いてサイドエッ
チングの生じる条件でドライエッチングを施すことによ
りエッチングマスクの下部にコーン型の形状を形成する
方法を用いることも可能である。また、基板材料として
も必ずしもシリコンには限定されず、タングステンやモ
リブデンでもよい。この場合エッチングマスクは蒸着法
により形成すればよい。さらに、本実施例においてはシ
リコン基板を用いているが、必ずしも限定されることは
なく、ガラス基板の表面にシリコン等の陰極材料が付着
した基板を用いることも可能である。

【００２８】（実施例２）本発明の第２の実施例の電界
放出型電子源およびその作製方法を図２に示す。 （ａ）〜（ｇ）微小立体構造２６を実施例１の（ａ）〜
（ｇ）と同じ工程により形成する。ここで２１〜２４は
それぞれ図１の１〜４と同じくシリコン基板、酸化シリ
コン、フォトレジストおよびエッチングマスクである。
また２５ａおよび２６ａはそれぞれ円盤構造および円柱
状立体構造である。 （ｈ）熱酸化を施すことにより、シリコン基板２１およ
び微小立体構造２６表面にシリコン酸化膜２７を形成す
るとともに、微小立体構造の内部に先端の急峻な形状を
有するシリコンのエミッタ構造３０を形成する。 （ｉ）次に微小エッチングマスク２５を介して蒸着する
ことにより、エッチングマスクの上部とエッチングマス
クの周辺部の基板表面に絶縁物２８およびゲートとなる
導電物２９を付着する。 （ｊ）微小立体構造２６の側面にウェットエッチングを
施して、酸化膜２７を除去することにより、微小エッチ
ングマスクおよび微小エッチングマスクの上に付着した
絶縁物および導電物を除去し、前記微小エッチングマス
クと同等の内径を有する微小口径のゲート２９を形成す
るとともに急峻な先端部を有するエミッタ３０を形成す
る。

【００２９】本実施例では、エミッタの形成にシリコン
の熱酸化を用いるので、急峻な先端を有するエミッタ構
造が実現できる。また本実施例においても、陰極材料と
してシリコンの（１００）基板を用い、陰極の急峻な先
端部を実現するために異方性エッチングを用いている
が、従来例のように、シリコン基板を用いてサイドエッ
チングの生じる条件でドライエッチングを施すことによ
りエッチングマスクの下部にコーン型の形状を形成し、
その側面を熱酸化する方法を用いることも可能である。

【００３０】（実施例３）本発明の第３の実施例の電界
放出型電子源およびその作製方法を図３に示す。 （ａ）〜（ｃ）実施例１の（ａ）〜（ｃ）と同じ工程に
より、エッチングマスクの下にエッチングマスクとほぼ
同等の径を有する酸化シリコンの円盤構造３５ａを形成
する。ここで３１〜３４はそれぞれ図１の１〜４と同じ
くシリコン基板、酸化シリコン、フォトレジストおよび
エッチングマスクである。 （ｄ）エッチングマスクを除去し、酸化シリコン膜の円
盤構造３５ａを露呈させる。 （ｅ）ウェットエッチングを施すことにより酸化シリコ
ンの円盤構造の径を縮小させ、約0.3μmの微小径を有す
る円盤状の酸化シリコンでなる微小エッチングマスク３
５を形成する。 （ｆ）〜（ｉ）実施例１の（ｆ）〜（ｉ）と同じ工程に
より、微小エッチングマスクと同等の内径を有する微小
口径のゲート３９を形成するとともに急峻な先端部を有
するエミッタ４０を形成する。ここで３６ａ、３６およ
び３８はそれぞれ立体構造、微小立体構造および絶縁物
である。

【００３１】本実施例においては、エッチングマスクを
ウェットエッチングにて均一に縮小させることが可能で
あり、同様にフォトリソグラフィーの限界以下の微小ゲ
ート口径を実現することができる。従って、低電圧の電
界放出型電子源を作製することが可能である。

【００３２】（実施例４）本発明の第４の実施例の電界
放出型電子源およびその作製方法を図４に示す。 （ａ）〜（ｅ）実施例１の（ａ）〜（ｅ）と同じ工程に
より微小エッチングマスク４５を形成する。ここで４１
〜４４はそれぞれ図１の１〜４と同じくシリコン基板、
酸化シリコン、フォトレジストおよびエッチングマスク
である。また４５ａは円盤構造である。 （ｆ）微小エッチングマスクを介してサイドエッチング
が生じる条件でドライエッチングすることにより、エッ
チングマスクの下部にその径の一部が前記エッチングマ
スクの径よりも小さなコーン形状の第１の立体構造４６
を形成する。このとき本立体構造における最小径は約0.
1μmである。 （ｇ）次に、微小エッチングマスクを介してサイドエッ
チングがほとんど生じない条件でドライエッチングする
ことにより、前記のコーン形状の立体構造の下部に円柱
状の第２の立体構造４６ａを形成する。このとき円柱状
立体構造の径は微小エッチングマスクの径とほぼ同等で
ある。 （ｈ）熱酸化を施すことにより、コーン状および円柱状
の立体構造の側面部をシリコン酸化膜４７に変化させ、
しかも立体構造の内部には微小径でかつ急峻な先端部を
有するタワー状のシリコン構造のエミッタ５０が形成さ
れる。 （ｉ）次にエッチングマスクを介して蒸着することによ
り、エッチングマスクの上部とエッチングマスクの周辺
部の基板表面に絶縁膜４８およびゲートとなる導電物４
９を付着する。 （ｊ）立体構造の側面にウェットエッチングを施して、
立体構造の側面の酸化膜４７を除去することにより、微
小エッチングマスクおよび微小エッチングマスクの上に
付着した絶縁物および導電物を除去し、前記微小エッチ
ングマスクと同等の内径を有する微小口径のゲート４９
を形成するとともに微小径でかつ急峻な先端部を有する
タワー形状のエミッタ５０を形成する。

【００３３】以上のように本実施例によれば、リソグラ
フィーの限界以下の微小ゲート口径とさらに微小な径を
有するタワー状のエミッタ構造が実現でき、エミッタ先
端における電界強度がさらに高くなることから、低電圧
の電界放出型電子源を作製することが可能である。本実
施例に示す電界放出型電子源はエミッタの径を１００ｎ
ｍ以下、先端部の極率半径を１０ｎｍ以下にすることも
可能である。

【００３４】（実施例５）本発明の第５の実施例の電界
放出型電子源およびその作製方法を図５に示す。 （ａ）〜（ｈ）実施例２の（ａ）〜（ｈ）と同じ工程に
よりシリコン基板５１および円錐状の微小立体構造５６
ｂ表面にシリコン酸化膜５７を形成する。ここで５２〜
５４はそれぞれ図２の２２〜２４と同じく酸化シリコ
ン、フォトレジストおよびエッチングマスクである。ま
た５５ａは円盤構造、５６ａは円柱状立体構造である。 （ｉ）次に、微小エッチングマスク５５を介してサイド
エッチングがほとんど生じない条件でドライエッチング
することにより、前記の微小立体構造５６ｂの下に円柱
状の第２微小立体構造５６を形成する（第２微小立体構
造形成工程）。このとき円柱状の第２微小立体構造の径
は微小エッチングマスクの径とほぼ同等である。 （ｊ）熱酸化を施すことにより、円錐状の微小立体構造
５６ｂおよび円柱状の第２微小立体構造５６の側面部を
酸化シリコン５７ａに変化させ、しかも第２微小立体構
造の内部には微小径でかつ急峻な先端部を有するタワー
状のシリコン構造のエミッタ６０が形成される。 （ｋ）次に微小エッチングマスクを介して蒸着すること
により、微小エッチングマスクの上とエッチングマスク
の周辺部の基板表面に絶縁物５８およびゲートとなる金
属５９を付着する。 （ｌ）微小立体構造および第２微小立体構造の側面にウ
ェットエッチングを施して、側面の酸化膜を除去するこ
とにより、微小エッチングマスクおよび微小エッチング
マスクの上に付着した絶縁物および金属を除去し、前記
微小エッチングマスクと同等の内径を有する微小口径の
ゲート５９を形成するとともに微小径でかつ急峻な先端
部を有するタワー形状のエミッタ６０を形成する。

【００３５】本実施例では、微小立体構造および第２微
小立体構造の形状や高さを再現性よく制御できる。また
エミッタの形成にシリコンの熱酸化を用いるので、急峻
な先端を有するタワー型のエミッタ構造を実現できる。

【００３６】（実施例６）本発明の第６の実施例の電界
放出型電子源およびその作製方法を図６に示す。 （ａ）〜（ｇ）実施例１の（ａ）〜（ｇ）と同じ工程に
より円錐状の微小立体構造６６ｂを形成する。ここで６
１〜６５はそれぞれ図１の１〜５と同じくシリコン基
板、酸化シリコン、フォトレジスト、エッチングマスク
および微小エッチングマスクである。また６５ａおよび
６６ａはそれぞれ円盤構造および円柱構造である。 （ｈ）次に、微小エッチングマスクを介して再度サイド
エッチングがほとんど生じない条件でドライエッチング
することにより、前記の微小立体構造６６ｂの下に円柱
上の第２微小立体構造６６を形成する。このとき第２微
小立体構造の径はエッチングマスクの径とほぼ同等であ
る。 （ｉ）微小立体構造および第２微小立体構造の側面およ
びシリコン基板の表面部をシリコン酸化膜６７に変化さ
せ、しかも立体構造の内部に急峻な先端部を有する微小
径のタワー状のシリコン構造のエミッタ７０ａを形成す
る。 （ｊ）微小立体構造および第２微小立体構造の側面にウ
ェットエッチングを施すことにより、微小径でかつ急峻
な先端部を有するタワー形状のエミッタ７０を形成す
る。

【００３７】実施例の４、５および６においては、熱酸
化法により円錐形状の立体構造の内部に急峻な先端を有
するタワー型の陰極構造を形成しているが、必ずしも熱
酸化を行わなくても、等方性のウェットエッチングによ
り立体構造の側面をエッチングすることにより実現する
ことも可能である。また、熱酸化と等方性のウェットエ
ッチングを併用することによっても同様の効果が得られ
ることは自明である。

【００３８】また本実施例においても、陰極材料として
シリコンを用いているが、必ずしもシリコンには限定さ
れず、タングステン等、熱酸化により酸化物が形成さ
れ、しかもその酸化膜が選択エッチングにより除去され
る材料であればよい。また、本実施例においてもシリコ
ン基板を用いているが、必ずしも限定されることはな
く、ガラス基板の表面にシリコン等の陰極材料が付着し
た基板を用いることも可能である。

【００３９】（実施例７）本発明の第７の実施例の電界
放出型電子源およびその作製方法を図７に示す。 （ａ）導電性シリコン基板１０１の表面にエッチングマ
スクを形成し、フォトリソグラフィーにより円盤状に加
工しエッチングマスク１０２とする。 （ｂ）シリコン基板表面にドライエッチングを施してマ
スクの周辺境界部に表面に垂直な段差１０３を形成し、
シリコン基板にマスクの円盤と同じ径を有する柱状構造
１０４を形成する。 （ｃ）次に、エッチングマスクを除去して、等方性エッ
チングを行い、径の微小化された微小構造１０５を形成
する（微小構造形成工程）。 （ｄ）蒸着法により微小構造１０５の上部底面および基
板表面に再度保護層１０６を付着する（保護層付着工
程）。 （ｅ）熱酸化を行い微小構造１０５の側面から内部にシ
リコン酸化膜１０７を形成し、シリコン微小構造内部に
急峻な先端を有するシリコン微構造１０８を形成する。 （ｆ）表面に絶縁物１０９とゲートとなる金属膜１１０
を付着する。 （ｇ）シリコン酸化膜１０７をふっ酸でエッチングする
ことにより、陰極部上部の絶縁膜１０９ａおよび金属膜
１１０ａが除去され、シリコン微構造が露出し線状のエ
ミッタ１１１が形成される。また陰極の先端部の周辺に
は口径の小さなゲート電極１１０が形成される。

【００４０】以上のように、本実施例によれば、リソグ
ラフィーにより円形マスクを形成し、そのマスクを利用
して円柱状構造を形成した後、等方性エッチングを利用
して微小構造円柱を形成するので、リソグラフィーの限
界以下の微小構造を形成できる。したがって、ゲート口
径の小さくさらに先端の急峻なエミッタ電極をもつ電界
放出型電子源を製造することができる。

【００４１】なお、（ｄ）の工程の後に保護層１０６を
マスクとして微小構造１０５の側面にエッチングを行う
ことにより（ｄ’）のように微小構造の径をさらに縮小
させ、熱酸化の時間を低減することも可能である。

【００４２】本実施例においては導電性基板としてシリ
コン基板を用いたが、導電層としてタンタル金属を用い
てもドライエッチング、等方性エッチング、および熱酸
化により同様にゲート口径の微少な電子源が実現できる
ことは自明である。

【００４３】（実施例８）本発明の第８の実施例の電子
源およびその作製方法を図８に示す。 （ａ）導電性シリコン基板１２１の（１００）面上にエ
ッチング保護膜を形成し、フォトリソグラフィーにより
円盤状に加工し円形エッチングマスク１２２とする。 （ｂ）シリコン基板表面にドライエッチングを施してマ
スクの周辺境界部に表面に垂直な段差を形成し、シリコ
ン基板にマスクの円盤と同じ径を有する円柱状構造１２
３を形成する。 （ｃ）続いてエッチングマスク１２２を円柱状構造の上
底面に付着したまま異方性エッチングを行い、マスクの
下部にくびれ部１２４を設けて円柱径を一部縮小させ
る。 （ｄ）同じエッチングマスク１２２を用いて基板上方か
ら再度ドライエッチングすることにより円柱状構造の高
さを増加させ、新たな円柱状構造１２５を形成する。 （ｅ）次に、等方性エッチングを施すことにより円柱お
よびくびれ部の径を微細化するとともに、くびれ部を接
続部１２６としてこれを挟んで対をなして構成される上
部円錐状微小構造１２７と下部円錐状微構造１２８およ
び円柱状微小構造１２９を形成する。 （ｆ）熱酸化により円錐状微小構造および円柱状微小構
造の側面近傍にシリコン酸化膜１３０を形成し、一対の
円錐状微小構造１２７および１２８を酸化膜で分離す
る。このとき、シリコン基板側の円錐状微小構造１２８
の接続部近傍に急峻な先端を有するシリコン微構造陰極
１３１が形成される。 （ｇ）蒸着により上部円錐状微小構造１２７をマスクと
して下部円錐状微小構造１２８および円柱状微小構造１
２９の周辺の基板表面に絶縁膜１３２とゲートとなる金
属１３３を設置する。 （ｈ）酸化膜１２８をエッチングすることにより絶縁膜
および金属の付着した上部円錐状微小構造１２７が除去
され、先端が極めて急峻なエミッタ１３１が形成され
る。また陰極の先端部の周辺には口径の極微小なゲート
電極１３３が形成される。

【００４４】本実施例に示す電界放出型電子源は陰極の
径を１００ｎｍ以下、先端部の極率半径を１０ｎｍ以下
にすることも可能である。

【００４５】以上のように、本実施例によれば、一度側
面に異方性エッチングを施して径の小さな接続部を形成
しているので陰極の径が細くさらに先端の急峻なエミッ
タ電極をもつ電界放出型電子源を製造することができ
る。

【００４６】（実施例９）本発明の第９の実施例の電界
放出型電子源およびその作製方法を図９に示す。 （ａ）〜（ｃ）実施例７の（ａ）〜（ｃ）と同じ工程で
微小構造円柱１４４を形成する。ここで１４１〜１４４
はそれぞれシリコン基板、エッチングマスク、円柱構造
および微小構造円柱である。 （ｄ）蒸着法により微小構造円柱の上部底面および基板
表面にエッチング保護層１４５を付着し、その後微小構
造円柱または多角柱の側面に異方性エッチングを施す。
このエッチングにより微小構造円柱側面に基板表面に対
して傾斜した（１１１）面を含む面が現れ、その結果基
板に垂直方向にその接続部１５２を挟んで対をなして構
成される上部円錐状微小構造１４６および下部円錐状微
小構造１４７を形成する。 （ｅ）次に熱酸化を行い円錐状微小構造の側面近傍にシ
リコン酸化膜１４８を形成し、一対の微小構造１４６お
よび１４７を酸化膜で分離する。このとき、シリコン基
板側の下部微小構造１４７の接続部の近傍の内部に急峻
な先端を有するシリコン微構造エミッタ１５１が形成さ
れる。 （ｆ）蒸着により上部円錐状微小構造１４６をマスクと
して下部円錐状微小構造１４７の周辺の基板表面に絶縁
膜１４９とゲートとなる金属１５０を設置する。 （ｇ）酸化膜１４８をエッチングすることにより絶縁膜
１４９ａおよび金属１５０ａの付着した上部微小構造１
４６が除去され、先端が極めて急峻なエミッタ１５１が
形成される。また陰極の先端部の周辺には口径の小さな
ゲート電極１５０が形成される。

【００４７】以上のように、本実施例によれば、リソグ
ラフィーにより円形マスクを形成し、そのマスクを利用
して円柱構造を形成した後、等方性エッチングと異方性
エッチングを利用することにより、リソグラフィーの限
界以下のゲート口径で、しかも先端の急峻なエミッタ電
極をもつ電子源を製造することができる。

【００４８】なお、本実施例の（ｄ）の異方性エッチン
グの後に等方性エッチングを行うことにより接続部が滑
らかな微小構造が形成され、熱酸化により、より急峻な
先端を有するシリコン微構造が形成される。

【００４９】また、本実施例においては、等方性エッチ
ングを異方性エッチングに先だって実施しているが、円
柱構造の側面に異方性エッチングを行ってから等方性エ
ッチングを実施してもよい。

【００５０】（実施例１０）本発明の第１０の実施例の
電界放出型電子源およびその作製方法を図１０に示す。 （ａ）燐のドープされたシリコン基板１６１の（１０
０）面上に酸化シリコン膜、またはＳｉＮ膜を成膜す
る。次にこの膜を通常のフォトリソグラフィー法で円形
のエッチングマスク１６２に加工する。 （ｂ）そして、ドライエッチング法によりシリコン基板
表面をエッチングし、表面に円柱状構造１６３を形成す
る。 （ｃ）次に円柱状構造の側面を水酸化カリウムにより異
方性エッチングを行う。すると、マスクの下部には側面
が（３３１）面を含んで構成された一対の円錐状構造
（上部円錐状構造１６４および下部円錐状構造１６６）
が、側面が（１００）面を含んで構成された小径の円柱
状接続部１６５を介して向い合うシリコンの対構造が形
成される。 （ｄ）次にエッチングマスクを除去し、等方性のエッチ
ングにより接続部側面と円錐構造側面の境界部を滑らか
にするとともに径を縮小する。そして熱酸化により対構
造表面にシリコン酸化膜１６７を形成する。このとき、
下部円錐状構造１６６と接続部の境界部の内部には先端
が急峻なシリコンの微小対構造陰極１６８が形成され
る。この細線の先端形状はエッチングおよび熱酸化の条
件により制御することが可能である。 （ｅ）そして、次に上部円錐状構造１６４をマスクとし
て下部円錐状構造１６６の周辺部に絶縁層１６９とゲー
ト金属１７０を堆積する。 （ｆ）弗化水素溶液によるエッチングにより酸化シリコ
ンが除去されリフトオフにより表面に絶縁物と金属およ
び裏面に上部円錐状構造が付着したマスクが除去される
ことにより先端の急峻なエミッタ（陰極）１７１が露出
すると同時に、陰極先端部の周辺にゲート電極が形成さ
れる。最後に引出し電極を構成し、電界放出型陰極を作
製するものである。

【００５１】本発明の陰極部は極めて急峻であり、その
結果、従来の電子源に比較して低電圧での動作、および
放出電流の増加を図ることができた。

【００５２】以上のように、本実施例によれば、リソグ
ラフィーにより円形マスクを形成し、そのマスクを利用
して円柱構造を形成した後、異方性エッチングを利用す
ることにより、リソグラフィーの限界以下のゲート口径
で、しかも先端の急峻なエミッタ電極をもつ電子源を製
造することができる。

【００５３】なお、本実施例では異方性エッチングの後
に等方性エッチングを行っているが必ずしも必要ではな
く、条件により充分に急峻な先端部を有するシリコン微
構造の製造が可能である。

【００５４】（実施例１１）本発明の第１１の実施例の
電界放出型電子源およびその作製方法を図１１に示す。 （ａ）燐のドープされたシリコン基板１８１の（１０
０）面上に酸化シリコン膜、またはＳｉＮ膜を成膜す
る。次にこの膜を通常のフォトリソグラフィーで円形の
エッチングマスク１８２に加工する。 （ｂ）そして、ドライエッチング法によりシリコン基板
表面をエッチングし、円柱状構造１８３を形成する（点
線）。次に水酸化カリウムによる異方性エッチングをす
る。このとき、マスクの下部には一対の円錐形状の上部
構造１８４、下部構造１８５が向い合うシリコンの対構
造が形成される（対構造形成工程）。またこのとき一対
の円錐の向かい合う接続部１８６の太さは円形マスクの
直径とドライエッチングの深さによりほぼ決定され、異
方性エッチングが一定以上であれば条件に依存せず極め
て安定である。 （ｃ）次に、エッチングマスクを除去した後、再びドラ
イエッチングにてシリコンの上部構造をマスクとして下
部構造をエッチングする。すると下部構造の裾部がさら
にエッチングされるとともに上部構造の底面１８８の径
が小さくなる。その後、熱酸化により対構造表面に酸化
シリコン層１８９を形成する。このとき、下部微構造１
８７の内部に先端が非常に先鋭なシリコンが形成され
る。この先端の極率半径は熱酸化の条件により制御する
ことが可能である。 （ｄ）ここで、上部微構造１８８をマスクとして絶縁膜
１９０およびゲート電極１９１を蒸着する。 （ｅ）そして弗化水素溶液によるエッチングにより酸化
シリコンが除去されると同時に上部構造がリフトオフさ
れ、急峻な陰極先端部１９２が形成されるとともに、小
口を有するゲート電極が陰極先端部周辺に形成された構
造の電界放射型電子源が作製できる。

【００５５】以上のように、本実施例によれば、リソグ
ラフィーにより円形マスクを形成し、そのマスクを利用
して円柱構造を形成した後、異方性エッチングを利用す
ることにより、リソグラフィーの限界以下のゲート口径
で、しかも先端の急峻なエミッタ電極をもつ電子源を製
造することができる。

【００５６】以上の実施例においてはシリコン基板を用
いたが、ＧａＡｓ等の結晶性基板を用いることも可能で
ある。また、以上の実施例ではエミッタの周辺にはゲー
ト電極のみ形成されているが、同様に制御電極等、新た
に別の電極を形成することも可能である。さらに、基板
の一部に集積回路を形成することも可能である。

【００５７】（実施例１２）本発明の第１２の実施例の
電界放出型電子源のおよびその作製方法を図１２に示
す。 （ａ）導電性シリコン基板１９１の（１００）面上にエ
ッチング保護膜を形成し、フォトリソグラフィー法によ
り円盤状に加工しエッチングマスク１９２とする。 （ｂ）シリコン基板表面にドライエッチングを施してマ
スク周辺の境界部に表面に垂直な段差１９３を形成し、
シリコン基板にマスクの円盤と同じ径を有する円柱構造
１９４を形成する。 （ｃ）円柱構造の側面１９３に異方性エッチングを施す
ことにより、側面に基板表面に対して約６０度傾斜した
（３３１）面が現れ、その表面が（３３１）面を含む面
で構成される錐状の上部構造１９５および錐状の下部構
造１９６からなる対構造を形成する（対構造形成工
程）。 （ｄ）次に熱酸化を行い対構造の側面から内部にシリコ
ン酸化膜１９７を形成し、一対の対構造１９５および１
９６を酸化膜で分離する。このとき、シリコン基板側の
下部構造１９６の頂点近傍の内部に急峻な先端を有する
シリコン陰極（エミッタ）１９８が形成される。 （ｅ）基板表面に対して傾斜した複数の方向から蒸着を
して、下部構造１９６の側面にゲートとなる金属膜１９
９を付着する。 （ｆ）酸化膜１９７を選択エッチングすることにより金
属膜１９９ａの付着した上部構造１９５が除去され、先
端が極めて急峻な陰極先端部２００が露出される。また
陰極の先端部の周辺にはシリコン酸化膜を介して口径の
小さなゲート電極金属膜１９９が形成される。

【００５８】以上のように、本実施例によれば、ゲート
口径がシリコン酸化膜の厚さと同程度に小さい電子源を
製造することができる。

【００５９】なお今までの実施例では、全てフォトリソ
グラフィー法により形成したエッチングマスクを用いた
場合について述べたが、電子線リソグラフィー法やＸ線
リソグラフィー法により形成したエッチングマスクを用
いても同様に本発明の方法を適用できるのは勿論のこと
であり、さらに微細な加工ができる。

【００６０】

【発明の効果】以上に述べたように本発明によれば、陰
極先端部周辺のゲート電極の口径はエッチングマスクに
比較して小さくすることが可能であり、通常のフォトプ
ロセスを用いてもサブミクロンのゲート口径を有する微
小構造の電界放出型電子源を提供することができる。こ
の結果、従来方法に比較して動作電圧の低下と放射電流
の増加を可能とするものである。

【００６１】また、本発明によるタワー形状の微構造は
必ずしも電界放出型の電子源への応用に限定されず、走
査型トンネル顕微鏡等、他への応用も可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の電界放出型電子源の作
製工程図

【図２】本発明の第２の実施例の電界放出型電子源の作
製工程図

【図３】本発明の第３の実施例の電界放出型電子源の作
製工程図

【図４】本発明の第４の実施例の電界放出型電子源の作
製工程図

【図５】本発明の第５の実施例の電界放出型電子源の作
製工程図

【図６】本発明の第６の実施例の電界放出型電子源の作
製工程図

【図７】本発明の第７の実施例の電界放出型電子源の作
製工程図

【図８】本発明の第８の実施例の電界放出型電子源の作
製工程図

【図９】本発明の第９の実施例の電界放出型電子源の作
製工程図

【図１０】本発明の第１０の実施例の電界放出型電子源
の作製工程図

【図１１】本発明の第１１の実施例の電界放出型電子源
の作製工程図

【図１２】本発明の第１２の実施例の電界放出型電子源
の作製工程図

【図１３】第１の従来例の電界放出型電子源の作製工程
図

【図１４】第２の従来例の電界放出型電子源の作製工程
図

【図１５】第３の従来例の電界放出型電子源の作製工程
図

【符号の説明】

１、２１、３１、４１、５１、６１ シリコン基板 ２、２２、３２、４２、５２、６２ 酸化シリコン ３、２３、３３、４３、５３、６３ フォトレジスト ４、２４、３４、４４、５４、６４ エッチングマスク ５、２５、３５、４５、５５、６５ 微小エッチングマ
スク ５ａ、２５ａ，３５ａ，４５ａ，５５ａ，６５ａ 円盤
構造 ６、２６ 微小立体構造 ６ａ，２６ａ，３６ａ，５６ａ 円柱状立体構造 ８，８ａ，９ａ，２８、３８、４８、５８ 絶縁物 ９、２９、３９、４９、５９ ゲート １０、３０、４０、５０、６０、７０ エミッタ ２７、４７、５７ 酸化膜

Claims (28)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】導電性基板または表面に導電性媒体が形成
   された基板の表面に形成された被覆層をリソグラフィー
   法により形成されたエッチングマスクを用いて特定形状
   にパターニングし、次に前記エッチングマスクを除去し
   た後または前記エッチングマスクを介して前記被覆層に
   エッチングを施すことにより、前記エッチングマスクの
   形状よりも微小な形状を有する前記被覆層からなる微小
   エッチングマスクを形成する工程を利用して製造した、
   ゲート電極に開けられた穴の径または幅が１ミクロン以
   下の電界放出型電子源。
2. 【請求項２】導電性基板または表面に導電性媒体が形成
   された基板の表面に形成された被覆層をリソグラフィー
   法により形成されたエッチングマスクを用いて特定形状
   にパターニングし、次に前記エッチングマスクを除去し
   た後または前記エッチングマスクを介して前記被覆層に
   エッチングを施すことにより、前記エッチングマスクの
   形状よりも微小な形状を有する前記被覆層からなる微小
   エッチングマスクを形成する工程を含む電界放出型電子
   源の製造方法。
3. 【請求項３】微小エッチングマスクを介して導電性基板
   または導電性媒体にエッチングを施すことによりマスク
   で保護されていない導電性基板または導電性媒体の表面
   をエッチングすることにより柱状もしくはついたて状の
   立体構造を形成する立体構造形成工程と、 柱状もしくはついたて状の立体構造の側面部をエッチン
   グし、微小エッチングマスクの下部に柱状もしくはつい
   たて状の立体構造の径または幅に比較してさらに微小な
   寸法の径または幅を一部に有する微小立体構造を形成す
   る微小立体構造形成工程と、 前記微小立体構造の側面にエッチングを施して前記微小
   立体構造の最小径または最小幅を減少させることにより
   前記微小立体構造の上部を微小エッチングマスクととも
   に除去し、急峻な先端部を有するエミッタを形成するエ
   ミッタ形成工程とを含むことを特徴とする請求項２記載
   の電界放出型電子源の製造方法。
4. 【請求項４】微小エッチングマスクを介して導電性基板
   または導電性媒体にエッチングを施すことによりマスク
   で保護されていない導電性基板または導電性媒体の表面
   をエッチングすることにより柱状もしくはついたて状の
   立体構造を形成する立体構造形成工程と、 柱状もしくはついたて状の立体構造の側面部をエッチン
   グし、微小エッチングマスクの下部に柱状立体構造の径
   または幅に比較してさらに微小な寸法の径または幅を一
   部に有する微小立体構造を形成する微小立体構造形成工
   程と、 前記微小エッチングマスクを介して基板表面に絶縁物お
   よびゲートとなる導電物を付着するゲート形成工程と、 前記微小立体構造の側面にエッチングを施して前記微小
   立体構造の最小径または最小幅を減少させることにより
   前記微小立体構造の上部を微小エッチングマスクととも
   に除去し、急峻な先端部を有するエミッタとその周辺部
   に微小なゲート開口径または開口幅を有するゲートを形
   成するエミッタ形成工程とを含むことを特徴とする請求
   項２記載の電界放出型電子源の製造方法。
5. 【請求項５】微小立体構造形成工程の後に、微小エッチ
   ングマスクを介して導電性基板または導電性媒体表面に
   ドライエッチングを施し、前記微小立体構造の下部に前
   記微小エッチングマスクの形状と同等の径または幅を有
   する柱状またはついたて状の第２の微小立体構造を形成
   する第２微小立体構造形成工程を設けることを特徴とす
   る請求項４記載の電界放出型電子源の製造方法。
6. 【請求項６】微小立体構造形成工程の後に、酸化膜を形
   成する工程を設け、エミッタ形成工程において微小立体
   構造側面の前記酸化膜を除去することにより前記微小立
   体構造の上部を微小エッチングマスクとともに除くこと
   を特徴とする請求項４記載の電界放出型電子源の製造方
   法。
7. 【請求項７】微小エッチングマスクを形成する工程にお
   いて、エッチングマスクを介して被覆層を選択的にエッ
   チングする際に、まずドライエッチング法により前記被
   覆層をエッチングマスクとほぼ同等の形状に加工し、そ
   の後ウェットエッチング法により前記被覆層の周辺部を
   エッチングすることにより特定形状の径または幅に比較
   して微小な径または幅を有する前記被覆層からなる微小
   エッチングマスクを形成し、次に前記エッチングマスク
   を除去することを特徴とする請求項２記載の電界放出型
   電子源の製造方法。
8. 【請求項８】微小エッチングマスクを形成する工程にお
   いて、エッチングマスクが光露光により溶解度が変化す
   るフォトレジスト層であることを特徴とする請求項２記
   載の電界放出型電子源の製造方法。
9. 【請求項９】微小エッチングマスクを形成する工程にお
   いて、被覆層が誘電体層であり、エッチングマスクがフ
   ォトレジスト層であることを特徴とする請求項２記載の
   電界放出型電子源の製造方法。
10. 【請求項１０】微小エッチングマスクを形成する工程に
    おいて、エッチングマスクが被覆層を溶解させる溶液に
    対して溶解しない性質を有していることを特徴とする請
    求項２記載の電界放出型電子源の製造方法。
11. 【請求項１１】微小エッチングマスクを形成する工程に
    おいて、エッチングマスクを介して被覆層を選択的にエ
    ッチングする際に、まずドライエッチング法により前記
    被覆層を前記エッチングマスクとほぼ同等の形状に加工
    し、次に前記エッチングマスクを除去し、ウェットエッ
    チング法により第１の被覆層の表面および周辺部をエッ
    チングすることにより前記エッチングマスクの径または
    幅に比較して微小な径または幅を有する前記被覆層から
    なる微小エッチングマスクを形成することを特徴とする
    請求項２記載の電界放出型電子源の製造方法。
12. 【請求項１２】微小エッチングマスクを形成する工程の
    後に、前記微小エッチングマスクを介してサイドエッチ
    ングが生じる条件でドライエッチングを施すことによ
    り、微小エッチングマスクの下部にその径または幅に比
    較してさらに小さな径または幅を一部に有するコーン形
    状の断面形状を有する第１の立体構造を形成し、前記微
    小エッチングマスクを介して基板表面にサイドエッチン
    グがほとんど生じない条件でドライエッチングを施し、
    前記第１の立体構造の下部に前記微小エッチングマスク
    の径または幅と同等の径または幅を有する柱状またはつ
    いたて状の第２の立体構造を形成する立体構造形成工程
    と、 熱酸化処理により導電性基板または導電性媒体表面およ
    び前記第１および第２の立体構造の側面から内部に酸化
    膜を形成する酸化膜形成工程と、 前記微小エッチングマスクを介して基板表面に絶縁物お
    よびゲートとなる導電物を付着するゲート形成工程と、 前記立体構造の側面の酸化膜を選択的にエッチング除去
    することにより、前記微小エッチングマスクの下部に付
    着した立体構造の一部を微小エッチングマスクとともに
    除去し、急峻な先端部を有するエミッタとその周辺部に
    微小なゲート開口径または開口幅を有するゲートを形成
    するエミッタ形成工程とを含むことを特徴とする請求項
    ２記載の電界放出型電子源の製造方法。
13. 【請求項１３】微小立体構造形成工程の後に、微小エッ
    チングマスクを介して基板表面にドライエッチングを施
    し、微小立体構造の下部に微小エッチングマスクの形状
    と同等の径または幅を有する柱状またはついたて状の第
    ２微小立体構造を形成する第２微小立体構造形成工程、
    および導電性基板または導電性媒体表面および前記微小
    立体構造と第２微小立体構造の側面から内部に酸化膜を
    形成する酸化膜形成工程を設け、 エミッタ形成工程において微小立体構造および第２微小
    立体構造側面の前記酸化膜を除去することにより前記微
    小立体構造の上部を微小エッチングマスクとともに除去
    することを特徴とする請求項４記載の電界放出型電子源
    の製造方法。
14. 【請求項１４】第２微小立体構造形成工程の前に、酸化
    膜を形成する工程を設けることを特徴とする請求項１３
    記載の電界放出型電子源の製造方法。
15. 【請求項１５】導電性基板または導電性媒体表面がシリ
    コンの（１００）面であって、微小立体構造形成工程に
    おけるエッチングが異方性エッチングであり、微小立体
    構造の側面がシリコンの（１１１）面もしくは（３３
    １）面を含む結晶面でなり、前記微小立体構造のほぼ中
    央部にくびれを有することを特徴とした請求項４、６、
    １３および１４のいずれかに記載の電界放出型電子源の
    製造方法。
16. 【請求項１６】エッチングマスクが一定の径を有する点
    状または一定の幅を有する〈０１１〉方向に配置された
    線上の形状を有することを特徴とする請求項１５記載の
    電界放出型電子源の製造方法。
17. 【請求項１７】導電性基板または導電性媒体表面に円盤
    状または多角形状もしくは短冊状のエッチングマスクを
    形成し、さらにエッチングマスクで被覆されていない表
    面をエッチングすることにより、エッチングマスクの周
    辺境界部に表面に対して垂直な段差を形成し、導電性基
    板または導電性媒体表面に円柱または多角柱状もしくは
    ついたて状の構造を形成する立体構造形成工程と、 前記エッチングマスクを除去した後に、円柱または多角
    柱状もしくはついたて状の構造の上面および側面を含む
    面をエッチングし、前記円柱または多角柱もしくはつい
    たて構造の径または幅よりも小さな径または幅を有する
    円柱または多角柱状もしくはついたて状の微小構造を形
    成する微小構造形成工程と、 前記微小構造の上面および導電性基板または導電性媒体
    表面に保護層を付着する保護層付着工程と、 前記微小構造の側面に酸化膜を形成する工程と、 前記微小構造の上面に形成された保護層を蒸着マスクと
    して前記微小構造の周辺部に絶縁物およびゲート電極と
    なる導電物を付着するゲート形成工程と、 保護層および酸化膜を除去し、微小構造エミッタとその
    周辺部に微小なゲート開口径または開口幅を有するゲー
    トを形成するエミッタ形成工程とを含むことを特徴とす
    る電界放出型電子源の製造方法。
18. 【請求項１８】熱酸化により絶縁物となる性質を有する
    導電性基板または導電性媒体を用い、 柱状構造形成工程におけるエッチングがドライエッチン
    グであり、 微小構造形成工程におけるエッチングが等方性エッチン
    グであることを特徴とする請求項１７記載の電界放出型
    電子源の製造方法。
19. 【請求項１９】保護層付着工程の後に、さらに微小構造
    の側面をエッチングする工程を設けることを特徴とする
    請求項１８記載の電界放出型電子源の製造方法。
20. 【請求項２０】導電性基板または導電性媒体がシリコン
    であることを特徴とする請求項４または１７記載の電界
    放出型電子源の製造方法。
21. 【請求項２１】導電性基板または導電性媒体がタンタル
    であることを特徴とする請求項４または１７記載の電界
    放出型電子源の製造方法。
22. 【請求項２２】導電性基板または導電性媒体表面がシリ
    コンの（１００）面であって、 立体構造形成工程の後に、エッチングマスクを介して円
    柱または多角柱もしくはついたて構造の側面に異方性エ
    ッチングを施し、前記円柱または多角柱の側面の径もし
    くはついたて構造の幅を一部縮小させくびれ部を形成す
    る工程と前記エッチングマスクを用いてエッチングする
    ことにより再度円柱または多角柱状もしくはついたて状
    の構造を形成する工程とを設け、 保護層付着工程に代えて、酸化膜を微小構造および導電
    性基板または導電性媒体表面に形成する工程を採用する
    ことを特徴とする請求項１７記載の電界放出型電子源の
    製造方法。
23. 【請求項２３】導電性基板または導電性媒体表面がシリ
    コンの（１００）面であって、 保護層付着工程の後に、微小構造側面に異方性エッチン
    グを施し、側面が基板表面に垂直な面で構成される円柱
    または多角柱状もしくはついたて状の接続部を挟んで上
    部および下部に互いに対をなして構成される円錐状また
    は多角錐状もしくは断面が三角形状の微小構造を形成す
    る工程を設けることを特徴とする請求項１７記載の電界
    放出型電子源の製造方法。
24. 【請求項２４】微小構造を形成する工程の後に、さらに
    等方性エッチングを行う工程を設けることを特徴とする
    請求項１７記載の電界放出型電子源の製造方法。
25. 【請求項２５】導電性基板または導電性媒体表面がシリ
    コンの（１００）面であって、 その（１００）面上に円盤状または多角形状もしくは＜
    ０１１＞方向に長い短冊状のエッチングマスクを形成
    し、前記導電性基板または導電性媒体表面にドライエッ
    チングを施してエッチングマスクの周辺境界部に表面に
    垂直な段差を形成し、さらに異方性エッチングを施すこ
    とにより、前記エッチングマスクの下に上部および下部
    に互いに対をなし、その頂点を下とする円錐状または多
    角錐状もしくは断面が三角形でなる上部構造と、頂点を
    上とする円錐状または多角錐状もしくは断面が三角形で
    なる下部構造からなる対構造を形成する対構造形成工程
    と、 前記エッチングマスクを除去した後に、前記対構造の表
    面に等方性エッチングを行うことにより前記対構造を縮
    小させ上部微構造と下部微構造からなる微小対構造を形
    成する微小対構造形成工程と、 熱酸化により前記微小対構造の表面にシリコンの酸化膜
    を形成することにより、上部微構造と下部微構造のシリ
    コンを酸化膜で分離する工程と、 前記上部微構造をマスクとして下部微構造の周辺に絶縁
    物およびゲートとなる導電物を付着するゲート形成工程
    と、 酸化膜のエッチングにより絶縁物および導電物の付着し
    た上部微構造を除去するとともに下部微構造の円錐また
    は多角錐の頂点の酸化膜を除去し先端の急峻なエミッタ
    を形成する工程とを含むことを特徴とする電界放出型電
    子源の製造方法。
26. 【請求項２６】対構造形成工程において、上部構造と下
    部構造の間に、側面が基板表面に垂直な面で構成される
    円柱または多角柱状もしくはついたて状の接続部を設け
    ることを特徴とする請求項２５記載の電界放出型電子源
    の製造方法。
27. 【請求項２７】導電性基板または導電性媒体表面がシリ
    コンの（１００）面であって、 その（１００）面上に円盤状または多角形状もしくは＜
    ０１１＞方向に長い短冊状のエッチングマスクを形成
    し、前記導電性基板または導電性媒体表面にドライエッ
    チングを施してエッチングマスクの周辺境界部に表面に
    垂直な段差を形成し、さらに異方性エッチングを施すこ
    とにより、前記エッチングマスクの下に上部および下部
    に互いに対をなし、その頂点を下とする円錐状または多
    角錐状もしくは断面が三角形でなる上部構造と、頂点を
    上とする円錐状または多角錐状もしくは断面が三角形で
    なる下部構造からなる対構造を形成する対構造形成工程
    と、 熱酸化により前記対構造の表面にシリコンの酸化膜を形
    成することにより、上部構造と下部構造のシリコンを酸
    化膜で分離する工程と、 基板表面に対して傾斜した複数の方向から蒸着を施し、
    表面がシリコンの酸化膜で構成される下部構造の表面に
    ゲートとなる導電物を付着するゲート形成工程と、 酸化膜のエッチングにより上部構造を除去するとともに
    下部構造の円錐または多角錐もしくは三角形の断面の頂
    点の酸化膜を除去し、先端の急峻なエミッタとその周辺
    部に微小なゲート開口径または開口幅を有するゲートを
    形成するエミッタ形成工程とを含むことを特徴とする電
    界放出型電子源の製造方法。
28. 【請求項２８】ゲート形成工程において、表面がシリコ
    ンの酸化膜で構成される下部構造の表面に絶縁物および
    ゲートとなる導電物を蒸着することを特徴とする請求項
    ２７記載の電界放出型電子源の製造方法。