JPH08222126A - 電界放出冷陰極の製造方法 - Google Patents

電界放出冷陰極の製造方法

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JPH08222126A
JPH08222126A JP2358295A JP2358295A JPH08222126A JP H08222126 A JPH08222126 A JP H08222126A JP 2358295 A JP2358295 A JP 2358295A JP 2358295 A JP2358295 A JP 2358295A JP H08222126 A JPH08222126 A JP H08222126A
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JP
Japan
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cone
oxide film
silicon oxide
cold cathode
field emission
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JP2358295A
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Inventor
Toshio Kaihara
敏雄 海原
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Renesas Semiconductor Manufacturing Co Ltd
Kansai Nippon Electric Co Ltd
Original Assignee
Renesas Semiconductor Manufacturing Co Ltd
Kansai Nippon Electric Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J9/00Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
    • H01J9/02Manufacture of electrodes or electrode systems
    • H01J9/022Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes
    • H01J9/025Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes of field emission cathodes
    • HELECTRICITY
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    • H01J1/00Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J1/02Main electrodes
    • H01J1/30Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
    • H01J1/304Field-emissive cathodes
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    • H01J2209/022Cold cathodes
    • H01J2209/0223Field emission cathodes
    • H01J2209/0226Sharpening or resharpening of emitting point or edge

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電界放出冷陰極にとって、エミッション特性
上、重要な要素となるコーンの先端形状のバラツキをな
くして、安定したエミッション特性と歩留まりの改善を
はかる製造方法を提供する。 【構成】 シリコン基板2上に絶縁層5Aとゲート層6
Aを順次積層する工程と、ゲート層6Aと絶縁層5Aを
エッチングしてゲート6及びキャビティ4を形成する工
程と、キャビティ4内に円錐状のコーン3を形成する工
程と、すでに形成されている円錐状のコーン3の表面に
シリコン酸化膜7を形成する工程と、さらにコーン3の
表面のシリコン酸化膜7を再除去する工程からなる電界
放出冷陰極の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電界放出冷陰極の製造
方法に関し、特に、より尖鋭な形状をもつコーンを形成
してエミッション特性を改善する電界放出冷陰極の製造
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の、一般的に知られている電界放出
冷陰極の概略要部断面図を図2に示し、電界放出冷陰極
を製造する工程を概略製造工程図として図3(a)〜
(e)に示す。図2に示すように、電界放出冷陰極10
は、微小冷陰極の集合体から成り、その構造としては、
タングステン、モリブデン、タンタル、ニオブ等の高融
点金属からなる先端形状が円錐状のコーン12が形成さ
れている。このコーン12の周囲に微小の開口幅をもっ
たキャビティ13を有する酸化シリコン等よりなる絶縁
層14が形成され、この絶縁層14の上に、タングステ
ン、モリブデン、ニオブ等の高融点金属からなるゲート
15がコーン12の対向電極として配置された構造にな
っている。なお、電界放出冷陰極10は、ゲート15と
コーン12との間に、ある電界強度を付与する電圧、例
えば上記素子の場合には数ボルトを印加することによ
り、コーン12を熱することなく電子を放出させること
ができる。
【0004】電界放出冷陰極の製造方法としては、幾つ
かの方法が提案されている。ここでは、代表的なスピン
ト型の電界放出冷陰極の製造工程について、図3(a)
乃至図3(e)の概略製造工程図に沿って要点を説明す
る。まず図3(a)に示すように、例えば、シリコン基
板11上に酸化シリコンからなる絶縁層14AをCVD
によって1μmの厚さで被着させ、さらに、この絶縁層
14Aの上にタングステン、モリブデン等からなるゲー
ト層15Aを0.4μmの厚さで蒸着形成する。このゲ
ート層15A上にレジスト16をコーティングし、直径
1μmの孔16aを10μmピッチで形成する。次に、
レジスト16の孔16aからゲート層15Aをエッチン
グし、さらに絶縁層14Aをエッチングしてレジスト1
6を剥離する。これによって、図3(b)に示すよう
に、開口部15aが形成されたゲート16とキャビティ
13が形成された絶縁層14とになる。
【0005】次に、図3(c)に示すように、シリコン
基板11を板面に平行な面内で回転させながら、シリコ
ン基板11の板面に対して約15度の角度で0.15μ
mの厚さにアルミニウム17を蒸着させる。これによつ
て、ゲート15の開口部15aが狭められる。次に、図
3(d)に示すように、コーン12の材料18であるタ
ングステン、モリブデン、タンタル、ニオブ等の高融点
金属を開口部15aが埋まるまでシリコン基板11に対
して垂直に蒸着し、キャビティ13内に円錐状のコーン
12を形成する。最後に、図3(e)に示すように、ア
ルミニウム17をエッチングして不要なコーン12の材
料18を剥離除去している。上述した工程を経て、電界
放出冷陰極10を製造している。
【0006】
【発明が解決しようとる課題】電界放出冷陰極10は、
コーン12の先端形状の均一性がエミッション特性上、
重要な要素となる。しかしながら、上述した製造方法で
は、剥離層となるアルミニウム17の層を形成する場合
に、シリコン基板11に対して斜め方向から蒸着を行な
っている。このために、ゲート15の開口部15aの位
置によってアルミニウム17の蒸着状態にバラツキが発
生して、コーン12の形状が面内の各部で均一になら
ず、先端形状にバラツキが生じるという問題があった。
電界放出冷陰極10にとって、エミッション特性上、重
要な要素となるコーン12の先端形状にバラツキが生じ
るということは、均一なエミッション特性が得られない
ことを意味し、歩留まりも悪くなる。従って、コーン1
2の先端形状の均一化を図る製造方法を確立して、安定
したエミッション特性が得られ、かつ歩留まりの改善を
はかることが急務となる。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、シリコン基板
上に絶縁層とゲート層を順次積層する工程と、ゲート層
上に所定形状の開口部を有するレジストを形成する工程
と、レジストの開口部からゲート層及び絶縁層をエッチ
ングしてゲート及びキャビティを形成する工程と、レジ
ストの開口部が埋まるまで、タングステン、モリブデ
ン、タンタル、ニオブ等の高融点金属のシリコン化合物
からなるコーンの材料を蒸着させてキャビティ内に円錐
状のコーンを形成する工程と、レジストと共に不要なコ
ーンの材料を除去する工程と、すでに形成された円錐状
のコーンの表面にシリコン酸化膜を形成する工程と、コ
ーンの表面に形成されたシリコン酸化膜を再除去する工
程を有する電界放出冷陰極の製造方法を提供する。ま
た、円錐状のコーンの表面にシリコン酸化膜を形成する
工程において、ドライ又はスチーム雰囲気でシリコン酸
化膜を形成させる電界放出冷陰極の製造方法を提供し、
さらにコーンの表面に形成されたシリコン酸化膜を再除
去する工程において、希弗酸溶液を使用してシリコン酸
化膜を除去することを特徴とする電界放出冷陰極の製造
方法を提供する。
【0008】
【作用】上記構成によれば、タングステン、モリブデ
ン、タンタル、ニオブ等の高融点金属のシリコン化合物
からなるコーンの材料を蒸着させてキャビティ内に円錐
状のコーンを形成し、その後で、レジストと共に不要な
コーンの材料を除去して、基本的なコーンが形成され
る。さらに、このコーンが形成されたシリコン基板をド
ライ又はスチーム雰囲気内で酸化することによって、コ
ーンの表面には、シリコン酸化膜が形成され、コーン自
身は、コーンの材料であるタングステン、モリブデン、
タンタル、ニオブ等の金属の含有量が多くなる。この酸
化工程では、円錐状のコーンの先端部と底部とでは肉厚
が異なるために、酸化する速度が違ってきて、結果とし
てコーンの先端部と底部とのシリコン酸化膜厚が異なっ
てくる。さらに、酸化したシリコン基板を希弗酸溶液等
でエッチングして、コーンのシリコン酸化膜を再除去す
ると、上述したようにコーンの先端部と底部との酸化膜
厚が異なっていることが原因で、より尖鋭な先端部の形
状が揃ったコーンを形成できる。
【0009】
【実施例】本発明の一実施例について、図面を参照しな
がら説明する。図1(a)〜(c)は、本発明による電
界放出冷陰極の概略製造工程図である。図において、1
は電界放出冷陰極であって、2はシリコン基板で、3は
コーンで、4はキャビティで、5は絶縁層で、6がゲー
トであり、7がシリコン酸化膜である。電界放出冷陰極
の製造方法の要点について説明するが、製造工程の一部
は従来の技術と同じであるために、重複する図面は省略
する。シリコン基板2上に酸化シリコンからなる絶縁層
5AをCVDによって1μmの厚さで被着させ、さら
に、この絶縁層5Aの上にタングステン、モリブデン等
からなるゲート層6Aを0.4μmの厚さで蒸着形成す
る。このゲート層6A上にレジストをコーティングし、
直径1μmの孔を10μmピッチで形成する。次に、レ
ジストの孔からゲート層6Aをエッチングしてレジスト
を剥離する。これによって、ゲート6には開口部が形成
され、絶縁層5にはキャビティ4が形成される。
【0010】次に、シリコン基板2を板面に平行な面内
で回転させながら、シリコン基板2の板面に対して約1
5度の角度で0.15μmの厚さにアルミニウムを蒸着
させる。これによつて、ゲート6の開口部が狭められ
る。次に、コーン3の材料であるタングステン、モリブ
デン、タンタル、ニオブ等を開口部が埋まるまでシリコ
ン基板2に対して垂直に蒸着し、キャビティ4内に円錐
状のコーン3を形成する。次に、アルミニウムをエッチ
ングして不要なコーン3の材料を剥離除去している。こ
こまでの工程は、基本的には従来の技術と同じ工程を経
て、図1(a)に示すような電界放出冷陰極を製造して
いる。しかしながら、この状態の電界放出冷陰極のまま
では、エミッション特性上、重要な要素となるコーン3
の先端形状にバラツキが生じて、均一なエミッション特
性が得られず、かつ歩留まりを悪くするという課題が生
じている。
【0011】そこで本発明は、コーンの先端形状を均一
化するために、さらに酸化工程とエッチング工程を追加
した。まず、図1(b)に示すように、前工程を経てき
たシリコン基板2を、ドライ又はスチーム雰囲気で酸化
する。すると、コーン3の表面にはシリコン酸化膜7が
形成される。この酸化工程では、前工程で形成された円
錐状のコーン3の先端部と底部とでは肉厚が異なるため
に、酸化する速度が違ってきて、結果としてコーン3の
先端部と底部とのシリコン酸化膜7の厚さが異なってく
る。一方コーン3自身は、コーン3の材料であるタング
ステン、モリブデン、タンタル、ニオブ等の金属の含有
量が多くなる。
【0012】次に、図1(c)に示すように、上述した
シリコン酸化膜7を再除去する。すなわち、酸化したシ
リコン基板2を希弗酸溶液等でエッチングして、コーン
3のシリコン酸化膜7を再除去すると、上述したように
コーン3の先端部と底部とのシリコン酸化膜7の厚みが
異なっていることが原因で、シリコン酸化膜7を除去し
た時に、より尖鋭な先端部の形状が揃ったコーン3を形
成することができる。このように上述した製造方法によ
ると、中間工程で形成された円錐状のコーン3の先端形
状にバラツキがあっても、これらの酸化工程とエッチン
グ工程によって、円錐状のコーン3の先端形状を整形す
る作用が働いて、均一化したコーン3を製造することが
可能となった。
【0013】
【発明の効果】上述したように、ゲートの開口部の位置
によって剥離層となるアルミニウムの蒸着状態にバラツ
キが発生して、コーンの形状が面内の各部で均一になら
ないという問題があって、エミッション特性上、重要な
要素となるコーンの先端形状にバラツキが生じて、均一
なエミッション特性が得られず、歩留まりも悪かった
が、本発明の製造方法によれば、コーンを形成する中間
工程での円錐状のコーンの先端部と底部とでは肉厚が異
なるために、次工程の酸化工程での酸化する速度が違っ
てきて、結果としてコーンの先端部と底部との酸化膜厚
が異なり、この酸化膜を再除去した時に、より尖鋭な先
端部の形状が揃ったコーンを形成できる。従って、電界
放出冷陰極にとって、エミッション特性上、重要な要素
となるコーンの先端形状にバラツキがなくなり、均一化
された、より尖鋭な先端形状が形成されて、安定したエ
ミッション特性が得られ、かつ歩留まりの改善ができ
た。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)〜(c) 本発明の電界放出冷陰極の概
略製造工程図
【図2】 電界放出冷陰極の一般的な概略要部断面図
【図3】(a)〜(e) 従来の電界放出冷陰極の概略
製造工程図
【符号の説明】
1 電界放出冷陰極 2 シリコン基板 3 コーン 4 キャビティ 5、5A 絶縁層 6 ゲート 6A ゲート層 7 シリコン酸化膜

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】シリコン基板上に絶縁層とゲート層を順次
    積層する工程と、前記ゲート層上に所定形状の開口部を
    有するレジストを形成する工程と、前記レジストの開口
    部から前記ゲート層及び前記絶縁層をエッチングしてゲ
    ート及びキャビティを形成する工程と、前記レジストの
    開口部が埋まるまで高融点金属のシリコン化合物からな
    るコーンの材料を蒸着させて前記キャビティ内に円錐状
    のコーンを形成する工程と、レジストと共に不要なコー
    ンの材料を除去する工程と、前記形成された円錐状のコ
    ーンの表面にシリコン酸化膜を形成する工程と、前記コ
    ーンの表面に形成されたシリコン酸化膜を再除去する工
    程とからなる電界放出冷陰極の製造方法。
  2. 【請求項2】前記シリコン酸化膜を形成する工程におい
    て、ドライ又はスチーム雰囲気で該シリコン酸化膜を形
    成させることを特徴とする請求項1記載の電界放出冷陰
    極の製造方法。
  3. 【請求項3】前記シリコン酸化膜を再除去する工程にお
    いて、希弗酸溶液を使用して該シリコン酸化膜を除去す
    ることを特徴とする請求項1記載の電界放出冷陰極の製
    造方法。
  4. 【請求項4】前記高融点金属がタングステン、モリブデ
    ン、タンタル、ニオブ等からなることを特徴とする請求
    項1乃至3記載の電界放出冷陰極の製造方法。
JP2358295A 1995-02-13 1995-02-13 電界放出冷陰極の製造方法 Pending JPH08222126A (ja)

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DE69601961T DE69601961T2 (de) 1995-02-13 1996-02-12 Herstellungsverfahren einer Feldemissionskaltkathode
KR1019960003445A KR0181326B1 (ko) 1995-02-13 1996-02-13 전계 방출 냉음극 형성 방법
US09/086,744 US6033277A (en) 1995-02-13 1998-05-29 Method for forming a field emission cold cathode

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4855636A (en) * 1987-10-08 1989-08-08 Busta Heinz H Micromachined cold cathode vacuum tube device and method of making
US5201992A (en) * 1990-07-12 1993-04-13 Bell Communications Research, Inc. Method for making tapered microminiature silicon structures
US5332627A (en) * 1990-10-30 1994-07-26 Sony Corporation Field emission type emitter and a method of manufacturing thereof
JP2550798B2 (ja) * 1991-04-12 1996-11-06 富士通株式会社 微小冷陰極の製造方法
KR960009127B1 (en) * 1993-01-06 1996-07-13 Samsung Display Devices Co Ltd Silicon field emission emitter and the manufacturing method

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EP0726590A3 (en) 1996-12-11
EP0726590A2 (en) 1996-08-14
KR0181326B1 (ko) 1999-03-20
KR960032553A (ko) 1996-09-17
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