JPH09129123A - Electron emitting element and manufacture thereof - Google Patents

Electron emitting element and manufacture thereof

Info

Publication number
JPH09129123A
JPH09129123A JP9033796A JP9033796A JPH09129123A JP H09129123 A JPH09129123 A JP H09129123A JP 9033796 A JP9033796 A JP 9033796A JP 9033796 A JP9033796 A JP 9033796A JP H09129123 A JPH09129123 A JP H09129123A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
electron
emitting device
emitter
amorphous silicon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP9033796A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3012517B2 (en
Inventor
Shusuke Gamo
秀典 蒲生
Masatake Kanamaru
正剛 金丸
Junji Ito
順司 伊藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Toppan Inc
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
Toppan Printing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Agency of Industrial Science and Technology, Toppan Printing Co Ltd filed Critical Agency of Industrial Science and Technology
Priority to JP9033796A priority Critical patent/JP3012517B2/en
Publication of JPH09129123A publication Critical patent/JPH09129123A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3012517B2 publication Critical patent/JP3012517B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)
  • Cold Cathode And The Manufacture (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To form an emitter having a sharp tip of an electron emitting element by the reactive ion etching method, not by the anisotropic deposition method, use a glass substrate capable of easily increasing the area other than single a crystal Si substrate, and maintain the homogeneity of the characteristics of multiple electron emitting elements in the substrate even when the area of the substrate is increased. SOLUTION: This element is laminated with a substrate 1, an emitter wiring layer 2, an insulating layer 4, and a gate electrode 5 in sequence, an opening section A reaching the emitter wiring layer 2 is provided on the gate electrode 5 and the insulating layer 4, and a conical emitter 3 is formed in no contact with the gate electrode 5 on the emitter wiring layer 2 in the opening section A. The emitter wiring layer 2 is made of a metal thin film, and the emitter 3 is made of amorphous silicon.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】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、光プリンタ、電子顕微鏡、
電子ビーム露光装置などの電子発生源や電子銃として、
あるいは照明ランプの超小型照明源として、特に、平面
ディスプレイを構成するアレイ状のFEA(Field Emitt
er Array)の電子発生源として有用な電子放出素子及び
そ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 that emits electrons by a strong electric field and a method for manufacturing the same. More specifically, optical printers, electron microscopes,
As an electron source and electron gun such as an electron beam exposure device,
Alternatively, as an ultra-compact illumination source for an illumination lamp, in particular, an array-shaped FEA (Field Emitt) that constitutes a flat display.
The present invention relates to an electron-emitting device which is useful as an electron generation source of an electron array and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、電子ディスプレイデバイスと
して陰極線管が広く用いられているが、陰極線管は、電
子銃のカソードから熱電子を放出させるためにエネルギ
ー消費量が大きく、また、構造的に大きな容積を必要と
するなどの問題があった。
2. Description of the Related Art Conventionally, a cathode ray tube has been widely used as an electronic display device. However, the cathode ray tube consumes a large amount of energy to emit thermoelectrons from a cathode of an electron gun, and is structurally large. There were problems such as requiring a volume.

【0003】このため、熱電子ではなく冷電子を利用で
きるようにして、全体としてエネルギー消費量を低減さ
せ、しかも、デバイス自体を小形化した平面型のディス
プレイが求められ、更に、近年では、そのような平面型
ディスプレイに高速応答性と高解像度とを実現すること
も強く求められている。
[0003] For this reason, there has been a demand for a flat display in which cold electrons can be used instead of thermoelectrons, thereby reducing the energy consumption as a whole and further reducing the size of the device itself. There is also a strong demand for such a flat display to realize high-speed response and high resolution.

【0004】このような冷電子を利用する平面型ディス
プレイの構造としては、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。そして、そのために使用する電子放出素子として、
電界放射現象を利用した電界放射型の電子放出素子が注
目されている。この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107V/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
現象を利用している。この場合、電場がポアッソンの方
程式に従うために、電子を放出する部材(エミッタ)に
電界が集中する部分を形成すると、比較的低い引き出し
電圧で効率的に冷電子の放出を行うことができる。
As a structure of such a flat-type display utilizing cold electrons, it is considered promising to arrange minute electron-emitting devices in an array in a high vacuum flat plate cell. And as an electron-emitting device used for that,
A field emission type electron-emitting device utilizing the field emission phenomenon has been attracting attention. In this field emission type electron-emitting device, when the intensity 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 intensity, and the electric field intensity becomes a strong electric field of 10 7 V / cm or more. Then, the phenomenon that electrons in the substance can break through the energy barrier due to the tunnel effect and the electron is emitted from the substance is used. In this case, since the electric field complies with Poisson's equation, if a portion where the electric field is concentrated is formed on a member (emitter) that emits electrons, cold electrons can be efficiently emitted with a relatively low extraction voltage.

【0005】このような電界放射型の電子放出素子の一
般的なものとしては、図4に示すように、先端が尖った
コーン型の電子放出素子を例示することができる。この
素子においては、導電層41上に絶縁層42及びゲート
電極43が順次積層されており、その絶縁層42及びゲ
ート電極43には、導電層41に達する開口部Aが形成
されている。そして、その開口部A内の導電層41上に
は、少なくともゲート電極43に接触しないように、点
状突起Poを有する円錐形状(コーン型)のエミッタ4
4が形成されている。
As a general example of such a field emission type electron-emitting device, as shown in FIG. 4, a cone-type electron-emitting device having a pointed tip can be exemplified. In this element, the insulating layer 42 and the gate electrode 43 are sequentially stacked on the conductive layer 41, and the opening A reaching the conductive layer 41 is formed in the insulating layer 42 and the gate electrode 43. Then, on the conductive layer 41 in the opening A, a cone-shaped (cone-shaped) emitter 4 having point projections Po at least so as not to contact the gate electrode 43.
4 are formed.

【0006】このようなコーン型エミッタは、その製法
の相違から、スピント型エミッタ(J.Vac.Sci. and Tec
h. Bll.468(1993))と、Siコーン型エミッタ(Tech.Di
g.IVMC.,p26)とに大別されている。
Such a cone-type emitter has a Spindt-type emitter (J. Vac. Sci. And Tec.
h.Bll.468 (1993)) and Si cone type emitter (Tech.Di.
g.IVMC., p26).

【0007】まず、スピント型エミッタを備えた電子放
出素子の製造例を、図5(a)〜(d)を参照しながら
説明する。
First, an example of manufacturing an electron-emitting device having a Spindt-type emitter will be described with reference to FIGS.

【0008】まず、図5(a)に示すように、予めエミ
ッタ配線52が形成されたガラス基板51上に、絶縁層
53及びゲート電極54をスパッタ法又は真空蒸着法等
により順次成膜する。続いて、フォトリソグラフィー法
と反応性イオンエッチング法(RIE)とを利用して絶
縁層53及びゲート電極54の一部を、エミッタ配線5
2が露出するまで円形の孔(ゲート孔)が開口するよう
にエッチングする。
First, as shown in FIG. 5A, an insulating layer 53 and a gate electrode 54 are sequentially formed on a glass substrate 51 on which an emitter wiring 52 is formed by a sputtering method or a vacuum evaporation method. Then, a part of the insulating layer 53 and the gate electrode 54 is partially removed by using the photolithography method and the reactive ion etching method (RIE).
Etching is performed so that a circular hole (gate hole) is opened until 2 is exposed.

【0009】次に、図5(b)に示すように、斜方蒸着
によりリフトオフ材55をゲート電極54上にのみ形成
する。リフトオフ材55の材料としては、Al、MgO
等を使用している。
Next, as shown in FIG. 5B, a lift-off material 55 is formed only on the gate electrode 54 by oblique evaporation. The material of the lift-off material 55 is Al, MgO
And so on.

【0010】続いて、図5(c)に示すように、基板5
1上に、その垂直な方向から通常の異方性蒸着により、
エミッタ56用の金属材料を蒸着する。このとき、蒸着
の進行につれて、ゲート孔の開口径が狭まると同時にエ
ミッタ配線52上にコーン型のエミッタ56が自己整合
的に形成される。蒸着は、最終的にゲート孔が閉じるま
で行なう。エミッタの材料としては、Mo、Ni等を使
用している。
Subsequently, as shown in FIG. 5C, the substrate 5
1, on the perpendicular direction by ordinary anisotropic deposition
A metal material for the emitter 56 is deposited. At this time, as the vapor deposition progresses, the opening diameter of the gate hole becomes narrower, and at the same time, the cone-shaped emitter 56 is formed on the emitter wiring 52 in a self-aligned manner. The vapor deposition is performed until the gate hole is finally closed. As a material of the emitter, Mo, Ni, or the like is used.

【0011】最後に、図5(d)に示すように、リフト
オフ材55をエッチングにより剥離し、必要に応じてゲ
ート電極54をパターニングする。これによりスピント
型エミッタを備えた電子放出素子が得られる。
Finally, as shown in FIG. 5D, the lift-off material 55 is peeled off by etching, and the gate electrode 54 is patterned if necessary. As a result, an electron-emitting device having a Spindt-type emitter is obtained.

【0012】このようなスピント型エミッタは、異方性
蒸着法により自己整合的にコーン形状のエミッタが簡便
に形成できるために、エミッタ材料も広範囲に選定で
き、また、エミッタ材料が蒸着可能な材料である限り任
意の種類の基板、特に、大面積化の可能なガラス基板を
利用できるという利点を有している。
In such a Spindt-type emitter, a cone-shaped emitter can be easily formed in a self-aligned manner by anisotropic vapor deposition, so that a wide range of emitter materials can be selected. This has the advantage that any type of substrate, in particular, a glass substrate that can have a large area can be used.

【0013】次に、Siコーン型エミッタを備えた電子
放出素子の製造例を、図6(a)〜(e)を参照しなが
ら説明する。
Next, an example of manufacturing an electron-emitting device having a Si cone type emitter will be described with reference to FIGS. 6 (a) to 6 (e).

【0014】まず、図6(a)に示すように、単結晶S
i基板61を熱酸化して表面に酸化シリコン層を形成
し、その酸化シリコン層をフォトリソグラフィー法を利
用して円形にパターニングすることにより、円形のエッ
チングマスク用酸化シリコン層62を形成する。この酸
化シリコン層62は後述するようにリフトオフ材として
も機能する。なお、酸化シリコン層62の径はゲート径
に相当する。
First, as shown in FIG. 6A, a single crystal S
The i-substrate 61 is thermally oxidized to form a silicon oxide layer on the surface, and the silicon oxide layer is patterned into a circular shape using a photolithography method, thereby forming a circular silicon oxide layer 62 for an etching mask. This silicon oxide layer 62 also functions as a lift-off material as described later. Note that the diameter of the silicon oxide layer 62 corresponds to the gate diameter.

【0015】次に、図6(b)に示すように、サイドエ
ッチレートの高い条件の反応性イオンエッチング法(R
IE)によりSi基板61をエッチングし、エミッタ6
3を形成する。
Next, as shown in FIG. 6B, the reactive ion etching method (R
The Si substrate 61 is etched by IE) and the emitter 6
Form 3

【0016】続いて、図6(c)に示すように、熱酸化
によりSi基板61及びエミッタ63の表面にエミッタ
先端先鋭化用酸化シリコン層64を形成する。この酸化
シリコン層64の形成時に発生する応力により、酸化シ
リコン層64の内側のエミッタ63の先端が容易に尖鋭
化される。
Subsequently, as shown in FIG. 6C, a silicon oxide layer 64 for sharpening the tip of the emitter is formed on the surfaces of the Si substrate 61 and the emitter 63 by thermal oxidation. Due to the stress generated when the silicon oxide layer 64 is formed, the tip of the emitter 63 inside the silicon oxide layer 64 is easily sharpened.

【0017】そして、図6(d)に示すように、蒸着法
により絶縁膜65、ゲート電極66を積層する。
Then, as shown in FIG. 6D, an insulating film 65 and a gate electrode 66 are laminated by a vapor deposition method.

【0018】最後に、図6(e)に示すように、リフト
オフ材としても機能するエッチングマスク用酸化シリコ
ン層62をエッチングによりリフトオフし、更に、エミ
ッタ63の表面の酸化シリコン層64をエッチング除去
する。そして必要に応じてゲート電極66をパターニン
グする。これによりSiコーン型エミッタを備えた電子
放出素子が得られる。
Finally, as shown in FIG. 6E, the silicon oxide layer 62 for the etching mask, which also functions as a lift-off material, is lifted off by etching, and the silicon oxide layer 64 on the surface of the emitter 63 is removed by etching. . Then, the gate electrode 66 is patterned as necessary. Thereby, an electron-emitting device having a Si cone type emitter is obtained.

【0019】このようなSiコーン型エミッタは、物理
的手法では得られ難い非常にシャープな先端形状とする
ことができるという利点を有する。
Such a Si-cone type emitter has an advantage that it can have a very sharp tip shape which is difficult to obtain by a physical method.

【0020】[0020]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、スピン
ト型エミッタの場合、異方性蒸着法を利用して形成され
ているが、蒸着中に拡散する蒸着粒子も皆無ではないた
めに、基板全体に対して均一な蒸着を行なうことは困難
であり、従って、同一基板内の複数の電子放出素子の特
性の均一性を保つことが困難であるという問題があっ
た。特に、基板を大面積化するとその傾向がいっそう顕
著となる。
However, in the case of the Spindt-type emitter, it is formed by using the anisotropic vapor deposition method. However, since the vapor deposition particles that diffuse during vapor deposition are not present at all, the entire substrate is Therefore, it is difficult to perform uniform vapor deposition, and thus it is difficult to maintain the uniformity of the characteristics of a plurality of electron-emitting devices on the same substrate. In particular, the tendency becomes more remarkable when the substrate has a large area.

【0021】一方、Siコーン型エミッタの場合には、
その形成時に異方性蒸着法を利用せずに、基板全体に亘
って均一なエッチングが可能な反応性イオンエッチング
法を利用するために、基板内での複数の電子放出素子の
特性の均一性を保つことが可能である。しかし、その形
成時に単結晶Siの熱酸化処理が不可欠であることか
ら、使用する基板が非常に高価な単結晶Si基板に限定
されるという問題があった。また、単結晶Siは、ガラ
ス基板のように大面積のものが入手できないために、電
子放出素子の大面積化が実質的に不可能であるという問
題があった。
On the other hand, in the case of the Si cone type emitter,
Uniformity of the characteristics of multiple electron-emitting devices in the substrate because the reactive ion etching method that enables uniform etching over the entire substrate without utilizing the anisotropic deposition method at the time of its formation is used. It is possible to keep However, there is a problem in that the substrate used is limited to a very expensive single crystal Si substrate because the thermal oxidation treatment of the single crystal Si is indispensable at the time of its formation. Further, there is a problem in that it is substantially impossible to increase the area of the electron-emitting device because single crystal Si having a large area such as a glass substrate is not available.

【0022】また、エミッタへ電界を集中させるという
点からは、コーン型エミッタの先端形状は、できるだけ
小さい曲率半径となるようにすることが望まれるが、現
状の微細加工技術ではこの理想形状を大面積に均一に作
製することは容易ではない。
From the viewpoint of concentrating an electric field on the emitter, it is desirable that the tip shape of the cone-type emitter has a radius of curvature as small as possible, but in the current fine processing technology, this ideal shape is large. It is not easy to make a uniform area.

【0023】本発明は、以上の従来技術の課題を解決し
ようとするものであり、電界放射型の電子放出素子のエ
ミッタを形成する際に、異方性蒸着を利用することなく
反応性イオンエッチング法等を利用することによりその
先端を尖鋭化させることができ、しかも単結晶Si基板
以外の大面積化が容易な基板、例えばガラス基板を使用
することができ、且つその基板を大面積化した場合でも
基板内の複数の電子放出素子の特性の均一性を保つこと
が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 when forming an emitter of a field emission type electron-emitting device, reactive ion etching is performed without utilizing anisotropic deposition. By using the method or the like, the tip can be sharpened, and a substrate other than the single crystal Si substrate, which can be easily enlarged, such as a glass substrate, can be used, and the substrate is enlarged. Even in such a case, it is an object of the present invention to maintain the uniformity of the characteristics of the plurality of electron-emitting devices in the substrate.

【0024】[0024]

【課題を解決するための手段】本発明者は、電子放出素
子のエミッタ材料として単結晶Siではなく非単結晶、
例えばポリシリコン又はアモルファスシリコンなどを使
用し、また、エミッタを形成するために成膜された非単
結晶シリコン層の下層に、非単結晶シリコンよりもエッ
チングされにくい金属材料からなるエミッタ配線層を設
けた構造とすることにより、サイドエッチレートの高い
RIEと必要に応じてウェットエッチングにより非単結
晶シリコン層を尖鋭な先端を有するコーン形状に加工で
きることを見出し、本発明を完成させるに至った。
The inventor has found that non-single-crystal instead of single-crystal Si is used as an emitter material of an electron-emitting device.
For example, polysilicon or amorphous silicon is used, and an emitter wiring layer made of a metal material that is more difficult to etch than non-single-crystal silicon is provided below the non-single-crystal silicon layer formed to form the emitter. With such a structure, it was found that the non-single-crystal silicon layer can be processed into a cone shape having a sharp tip by RIE having a high side etching rate and, if necessary, wet etching, and the present invention has been completed.

【0025】即ち、本発明は、基板、エミッタ配線層、
絶縁層及びゲート電極が順次積層され、該ゲート電極と
絶縁層とには該エミッタ配線層に達する開口部が設けら
れ、その開口部内の該エミッタ配線層上に、コーン型の
エミッタが該ゲート電極に接触しないように形成されて
なる電界放射型の電子放出素子において、エミッタ配線
層が金属薄膜から形成されており、且つエミッタが非単
結晶シリコンから形成されていることを特徴とする電子
放出素子を提供する。
That is, according to the present invention, the substrate, the emitter wiring layer,
An insulating layer and a gate electrode are sequentially laminated, an opening reaching the emitter wiring layer is provided in the gate electrode and the insulating layer, and a cone-shaped emitter is formed on the emitter wiring layer in the opening. In a field emission type electron-emitting device formed so as not to come into contact with an emitter, the emitter wiring layer is formed of a thin metal film, and the emitter is formed of non-single-crystal silicon. I will provide a.

【0026】また、本発明は、エミッタを構成する非単
結晶シリコンとしてポリシリコンを使用する場合の電子
放出素子の製造方法において: (a) 基板上にエミッタ配線形成用金属薄膜を成膜
し、パターニングすることによりエミッタ配線層を形成
する工程; (b) エミッタ配線層上にポリシリコン層を形成する
工程; (c) ポリシリコン層上に、エッチングマスクパター
ン層を形成する工程; (d) 反応性イオンエッチング法によりポリシリコン
層を、エミッタ配線層が露出するまでエッチングする工
程; (e) 基板のエミッタ配線層側の表面上に、絶縁材料
とゲート電極材料とを順次積層することにより、エミッ
タ配線層上に絶縁層とゲート電極とを形成するととも
に、エッチングマスクパターン層上に絶縁材料層とゲー
ト電極材料層とを形成する工程; (f) アルカリ性エッチング液を用いて、エッチング
マスクパターン層の下層に位置するポリシリコン層をエ
ッチングしてポリシリコン層の先端を先鋭化するととも
に、その上に積層されたエッチングマスクパターン層、
絶縁材料層及びゲート電極材料層を剥落させる工程を含
んでなることを特徴とする製造方法を提供する。
The present invention also provides a method of manufacturing an electron-emitting device in which polysilicon is used as the non-single-crystal silicon constituting the emitter: (a) A metal thin film for forming an emitter wiring is formed on a substrate, A step of forming an emitter wiring layer by patterning; (b) a step of forming a polysilicon layer on the emitter wiring layer; (c) a step of forming an etching mask pattern layer on the polysilicon layer; (d) a reaction A step of etching the polysilicon layer by a reactive ion etching method until the emitter wiring layer is exposed; (e) An emitter is formed by sequentially laminating an insulating material and a gate electrode material on the surface of the substrate on the side of the emitter wiring layer. An insulating layer and a gate electrode are formed on the etching mask pattern layer while an insulating layer and a gate electrode are formed on the wiring layer. A step of forming a material layer; (f) a polysilicon layer located under the etching mask pattern layer is etched by using an alkaline etching solution to sharpen the tip of the polysilicon layer and to be laminated thereon. Etching mask pattern layer,
There is provided a manufacturing method including a step of stripping an insulating material layer and a gate electrode material layer.

【0027】また、本発明は、エミッタを構成する非単
結晶シリコンとしてアモルファスシリコンを使用する場
合の電子放出素子の製造方法において: (a) 基板上にエミッタ配線形成用金属薄膜を成膜
し、パターニングすることによりエミッタ配線層を形成
する工程; (b) エミッタ配線層上にアモルファスシリコン層を
形成する工程; (c) アモルファスシリコン層上に、エッチングマス
クパターン層を形成する工程; (d) 反応性イオンエッチングによりアモルファスシ
リコン層を尖鋭化しつつ、エミッタ配線層が露出するま
でエッチングする工程; (e) 基板のエミッタ配線層側の表面上に、絶縁材料
とゲート電極材料とを順次積層することにより、エミッ
タ配線層上に絶縁層とゲート電極とを形成するととも
に、エッチングマスクパターン層上に絶縁材料層とゲー
ト電極材料層とを形成する工程;及び (f) エッチングマスクパターン層用のエッチング液
を用いて、リフトオフ材としてのエッチングマスクパタ
ーン層を除去し、その上に積層された絶縁材料層及びゲ
ート電極材料層を剥落させる工程を含んでなることを特
徴とする製造方法を提供する。
The present invention also provides a method of manufacturing an electron-emitting device in which amorphous silicon is used as the non-single-crystal silicon constituting the emitter: (a) forming a metal thin film for forming an emitter wiring on a substrate, Forming an emitter wiring layer by patterning; (b) forming an amorphous silicon layer on the emitter wiring layer; (c) forming an etching mask pattern layer on the amorphous silicon layer; (d) reaction Etching until the emitter wiring layer is exposed while sharpening the amorphous silicon layer by reactive ion etching; (e) By sequentially laminating an insulating material and a gate electrode material on the surface of the substrate on the emitter wiring layer side. Forming an insulating layer and a gate electrode on the emitter wiring layer and etching Forming an insulating material layer and a gate electrode material layer on the mask pattern layer; and (f) using an etching solution for the etching mask pattern layer to remove the etching mask pattern layer as the lift-off material, and then There is provided a manufacturing method including a step of peeling off the insulating material layer and the gate electrode material layer which are stacked.

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に従って詳細
に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0029】図1は、本発明の電子放出素子の断面斜視
図である。同図に示すように、この電子放出素子は、基
板1、エミッタ配線層2、絶縁層4及びゲート電極5が
順次積層された構造を有する。そして、ゲート電極5と
絶縁層4とにはエミッタ配線層2に達する開口部Aが設
けらており、その開口部A内のエミッタ配線層2上に
は、非単結晶シリコンからなるコーン型のエミッタ3が
ゲート電極5に接触しないように形成されている。
FIG. 1 is a sectional perspective view of the electron-emitting device of the present invention. As shown in the figure, this electron-emitting device has a structure in which a substrate 1, an emitter wiring layer 2, an insulating layer 4, and a gate electrode 5 are sequentially stacked. Further, an opening A reaching the emitter wiring layer 2 is provided in the gate electrode 5 and the insulating layer 4, and a cone type of non-single crystal silicon is formed on the emitter wiring layer 2 in the opening A. The emitter 3 is formed so as not to contact the gate electrode 5.

【0030】本発明において基板1は、電子放出素子の
支持基板として用いられており、大面積化が特に容易な
絶縁性基板を好ましく使用することができる。このよう
な絶縁性基板としては、石英基板、セラミックス基板、
ガラス基板などを使用することができる。なお、単結晶
Siの表面に絶縁膜が形成された基板も使用することが
できる。
In the present invention, the substrate 1 is used as a supporting substrate for an electron-emitting device, and an insulating substrate whose area can be easily enlarged can be preferably used. As such an insulating substrate, a quartz substrate, a ceramic substrate,
A glass substrate or the like can be used. A substrate having an insulating film formed on the surface of single crystal Si can also be used.

【0031】エミッタ配線層2は、配線抵抗が低く、基
板1との密着性が良好な材料から形成する。更に、後述
するエミッタ3の形成の際に利用するRIEや使用する
エッチング液、例えばアルカリ性エッチング液や緩衝フ
ッ酸によるエッチングに耐性を有する材料から形成す
る。これは、エミッタ配線層2をエミッタ形成時のエッ
チングストッパーとして機能させるためである。このよ
うな材料として、特に好ましくはCr又はAl/Cr合
金を挙げることができる。
The emitter wiring layer 2 is formed of a material having a low wiring resistance and a good adhesion to the substrate 1. Further, it is formed of a material having resistance to RIE used when forming the emitter 3 described later and an etching solution used, for example, an alkaline etching solution or etching with buffered hydrofluoric acid. This is because the emitter wiring layer 2 functions as an etching stopper at the time of forming the emitter. As such a material, Cr or Al / Cr alloy can be particularly preferably cited.

【0032】エミッタ配線層2の膜厚としては、十分な
配線抵抗と密着性が得られる限り特に制限はないが、通
常0.05〜0.5μm、好ましくは0.1〜0.3μ
mとする。
The thickness of the emitter wiring layer 2 is not particularly limited as long as sufficient wiring resistance and adhesion can be obtained, but it is usually 0.05 to 0.5 μm, preferably 0.1 to 0.3 μm.
m.

【0033】エミッタ3は、その表面から電子を直接的
に放出する部材であり、本発明においては、非単結晶シ
リコン、例えば、抵抗率105Ω・cm程度のポリシリ
コンや抵抗率10-1〜1010Ω・cm程度のアモルファ
スシリコンを使用する。このため、素子駆動の際の抵抗
層としても機能し、エミッション電流の安定化が可能と
なる。
The emitter 3 is a member that directly emits electrons from the surface thereof. In the present invention, non-single crystal silicon, for example, polysilicon having a resistivity of about 10 5 Ω · cm or a resistivity of 10 -1 is used. Amorphous silicon of about 10 10 Ω · cm is used. Therefore, it also functions as a resistance layer when driving the element, and the emission current can be stabilized.

【0034】ここで、本発明において使用するアモルフ
ァスシリコンは、薄膜X線回折法による分析で結晶性を
示すピークが観察されないシリコンを意味する。従っ
て、アモルファスシリコンには、部分的に微結晶となっ
ているシリコンも含まれる。
Here, the amorphous silicon used in the present invention means silicon in which a peak showing crystallinity is not observed in the analysis by the thin film X-ray diffraction method. Therefore, amorphous silicon includes silicon that is partially microcrystalline.

【0035】なお、アモルファスシリコンの抵抗率の制
御は、その成膜時に使用するシリコンスパッタターゲッ
トのドーパントの種類とドーズ量とを調整することによ
り容易に行うことができる。
The resistivity of amorphous silicon can be easily controlled by adjusting the type of dopant and the dose amount of the silicon sputter target used during the film formation.

【0036】また、アモルファスシリコンとして、特に
水素化アモルファスシリコンを使用した場合には、以下
に説明するように構造制御性並びに電気特性の両面で良
好な電子放出素子を得ることが可能となる。
Further, when hydrogenated amorphous silicon is used as the amorphous silicon, it becomes possible to obtain an electron-emitting device which is excellent in both structural controllability and electrical characteristics as described below.

【0037】まず、構造的制御の面に関しては、水素化
アモルファスシリコンは、普通のアモルファスシリコン
に比べ微結晶が特に少ないアモルファス状態を有するた
めに、RIEでコーンを形成する際により均一なエッチ
ングが可能となり、従ってプロセス許容度が高まり、大
面積化が容易となる。また、電気的特性については、不
純物のドーピングがより容易となり、単結晶シリコンに
匹敵する不純物制御が可能となり、従って、広範囲な抵
抗値制御が容易となる。特に、高濃度にリンドープした
水素化アモルファスシリコン膜は、n型電導を示し、比
抵抗として数Ω・cm以上の低抵抗化も可能となる。こ
れにより、電子放出素子の放出電流の増加及び放出電圧
の低電圧化の実現が可能となる。
First, in terms of structural control, hydrogenated amorphous silicon has an amorphous state in which microcrystals are particularly small as compared with ordinary amorphous silicon, so that more uniform etching is possible when forming a cone by RIE. Therefore, the process tolerance is increased, and it is easy to increase the area. Regarding the electrical characteristics, the doping of impurities becomes easier, and the impurity control comparable to that of single crystal silicon becomes possible. Therefore, the resistance value control in a wide range becomes easy. In particular, a highly concentrated phosphorus-doped hydrogenated amorphous silicon film exhibits n-type conductivity, and it is possible to reduce the specific resistance to several Ω · cm or more. This makes it possible to increase the emission current of the electron-emitting device and reduce the emission voltage.

【0038】エミッタ3の厚み(高さ)は、必要に応じ
て適宜決定することができるが、通常0.5〜1.5μ
mとすることが好ましい。
The thickness (height) of the emitter 3 can be appropriately determined as necessary, but is usually 0.5 to 1.5 μm.
m is preferable.

【0039】絶縁層4は、エミッタ配線層2とゲート電
極5とを電気的に絶縁するための層である。このような
絶縁層4としては、電子放出素子の絶縁層として用いら
れている公知の材料から形成することができるが、良好
な絶縁性を示し、しかも異方性蒸着法で形成できる酸化
シリコンを挙げることができる。
The insulating layer 4 is a layer for electrically insulating the emitter wiring layer 2 and the gate electrode 5. Such an insulating layer 4 can be formed of a known material used as an insulating layer of an electron-emitting device, but silicon oxide that exhibits good insulating properties and can be formed by an anisotropic vapor deposition method is used. Can be mentioned.

【0040】絶縁層4の厚みとしては、エミッタ配線2
とゲート電極5との間に十分な絶縁性が保たれればよ
く、例えば、0.2〜2μm、好ましくは0.3〜0.
7μmとする。
The thickness of the insulating layer 4 is as follows:
It is sufficient that sufficient insulation is maintained between the gate electrode 5 and the gate electrode 5, for example, 0.2 to 2 μm, preferably 0.3 to 0.
7 μm.

【0041】ゲート電極5は、エミッタ3に強電界を集
中させるための電極である。ゲート電極5の材料として
は、耐熱性の点から高融点金属であって、エミッタ形成
時に使用するエッチング液に耐性を有する材料を使用す
ることができ、好ましくはCr、W、Ta又はNbを挙
げることができる。中でも、Nbを使用することが好ま
しい。
The gate electrode 5 is an electrode for concentrating a strong electric field on the emitter 3. As a material of the gate electrode 5, a material having a high melting point from the viewpoint of heat resistance and having resistance to an etching solution used for forming an emitter can be used, and preferably Cr, W, Ta or Nb is used. be able to. Especially, it is preferable to use Nb.

【0042】ゲート電極5の厚みは、必要に応じて適宜
決定することができるが、0.1〜0.5μmとする。
The thickness of the gate electrode 5 can be appropriately determined according to need, but is 0.1 to 0.5 μm.

【0043】次に、非単結晶シリコンとしてポリシリコ
ンを使用した本発明の電子放出素子の製造方法を、図2
に従って詳細に説明する。
Next, a method of manufacturing an electron-emitting device of the present invention using polysilicon as non-single crystal silicon will be described with reference to FIG.
Will be described in detail.

【0044】工程(a) まず、基板1上にエミッタ配線用金属薄膜を成膜後、フ
ォトリソグラフィー法により所定形状にパターニング
し、エミッタ配線層2を形成する(図2(a))。この
場合にはエミッタ配線層2としては、スパッタ法により
形成されるCr膜又はAl/Cr合金膜を好ましく使用
することができる。
Step (a) First, a metal thin film for emitter wiring is formed on the substrate 1 and then patterned into a predetermined shape by photolithography to form an emitter wiring layer 2 (FIG. 2A). In this case, as the emitter wiring layer 2, a Cr film or an Al / Cr alloy film formed by a sputtering method can be preferably used.

【0045】工程(b) 次に、エミッタ配線層2上にポリシリコン層3aを形成
する(図2(b))。この場合、ポリシリコン層3aの
形成は、まず、アモルファスシリコン又はポリシリコン
を常温から300℃程度の温度範囲で成膜が可能なスパ
ッタ法によりエミッタ配線層2上に成膜することが好ま
しい。このような温度で成膜すると、基板1の熱膨脹を
小さい範囲にとどめることができるので、ガラス基板を
使用することができるようになり、しかも基板内の複数
の電子放出素子の特性を均一化することができる。
Step (b) Next, a polysilicon layer 3a is formed on the emitter wiring layer 2 (FIG. 2B). In this case, in order to form the polysilicon layer 3a, first, it is preferable that amorphous silicon or polysilicon is formed on the emitter wiring layer 2 by a sputtering method capable of forming a film in a temperature range from room temperature to about 300 ° C. When the film is formed at such a temperature, the thermal expansion of the substrate 1 can be kept within a small range, so that the glass substrate can be used and the characteristics of the plurality of electron-emitting devices in the substrate are made uniform. be able to.

【0046】続いて、このようにエミッタ配線層2上に
成膜したアモルファスシリコン又はポリシリコンを、2
00℃以上の温度で高真空下でアニールする。これによ
り、アモルファスシリコンはポリシリコン化し、ポリシ
リコンはその結晶性が改善され、エミッタに適したポリ
シリコン層3aとなる。
Subsequently, the amorphous silicon or the polysilicon thus formed on the emitter wiring layer 2 is replaced with 2
Anneal under high vacuum at a temperature of 00 ° C. or higher. As a result, the amorphous silicon is converted into polysilicon, the crystallinity of the polysilicon is improved, and the polysilicon layer 3a suitable for the emitter is formed.

【0047】工程(c) 次に、ポリシリコン層3a上に、エッチングマスク用材
料を蒸着法やスパッタ法などにより成膜し、フォトリソ
グラフィー法を利用して円形にパターニングすることに
よりエッチングマスクパターン層6を形成する(図2
(c))。
Step (c) Next, an etching mask material is formed on the polysilicon layer 3a by a vapor deposition method, a sputtering method or the like, and is patterned into a circle by using a photolithography method to form an etching mask pattern layer. 6 (FIG. 2)
(C)).

【0048】エッチングマスクパターン層6としては、
後述するRIEに対して耐性を有する材料から形成す
る。このような材料としては、好ましくはCrやSiO
2を挙げることができる。
As the etching mask pattern layer 6,
It is formed of a material having resistance to RIE described later. As such a material, preferably Cr or SiO
There are two .

【0049】なお、円形パターンの径は、電子放出素子
特性、フォトリソグラフィー法のデザインルールに応じ
た操作の難易度及びエッチング工程の歩留まり等を考慮
すると、1.0〜2.0μm程度とすることが好まし
い。
The diameter of the circular pattern is set to about 1.0 to 2.0 μm in consideration of the characteristics of the electron-emitting device, the difficulty of the operation according to the design rule of the photolithography method, the yield of the etching process, and the like. Is preferred.

【0050】工程(d) 次に、サイドエッチレートの高い条件のRIEによりポ
リシリコン層3aを,エミッタ配線層2が露出するまで
エッチングする。これにより、先端が尖鋭化していない
エミッタ3が形成される(図2(d))。このようなR
IE条件の一例としては、[導入ガスSF6、O2等:3
0〜70sccm/パワー80〜120W/ガス圧4〜
5Pa]を示すことができる。
Step (d) Next, the polysilicon layer 3a is etched by RIE under the condition that the side etch rate is high until the emitter wiring layer 2 is exposed. As a result, the emitter 3 whose tip is not sharpened is formed (FIG. 2D). Such R
As an example of the IE conditions, [introduced gas SF 6 , O 2, etc .: 3
0-70 sccm / power 80-120 W / gas pressure 4-
5 Pa] can be shown.

【0051】工程(e) 次に、基板1のエミッタ配線層2側の表面上に、SiO
x等などの絶縁材料とNb等のゲート電極材料とを蒸着
法などにより積層することにより、エミッタ配線層2上
に絶縁層4とゲート電極5とを形成するとともに、エッ
チングマスクパターン層6上に絶縁材料層4aとゲート
電極材料層5aとを形成する(図2(e))。ここで、
絶縁層4を蒸着法により形成する場合には、反応ガスと
してオゾンを10%程度含有した酸素ガスを導入し、蒸
着材料としてSiOを充填したチムニー式の抵抗加熱法
を用いて成膜することが好ましい。このような方法で形
成された絶縁層4は良好な絶縁性を示す。
Step (e) Next, on the surface of the substrate 1 on the emitter wiring layer 2 side, SiO 2 is formed.
By stacking an insulating material such as x and a gate electrode material such as Nb by a vapor deposition method or the like, an insulating layer 4 and a gate electrode 5 are formed on the emitter wiring layer 2, and an etching mask pattern layer 6 is formed. The insulating material layer 4a and the gate electrode material layer 5a are formed (FIG. 2E). here,
When the insulating layer 4 is formed by a vapor deposition method, oxygen gas containing about 10% ozone as a reaction gas is introduced, and a film is formed by a chimney resistance heating method in which SiO is filled as a vapor deposition material. preferable. The insulating layer 4 formed by such a method shows good insulating properties.

【0052】工程(f) 次に、アルカリ性エッチング液を用いて、エッチングマ
スクパターン層6の下層のエミッタ3をエッチングして
その先端を尖鋭化する。その結果、その上に積層された
エッチングマスクパターン層6、絶縁材料層4a及びゲ
ート電極材料層5aからなる積層体は剥落する。これに
より、先端の尖鋭なエミッタ3を有する電子放出素子が
得られる(図2(f))。
Step (f) Next, the emitter 3 under the etching mask pattern layer 6 is etched with an alkaline etching solution to sharpen the tip. As a result, the laminated body including the etching mask pattern layer 6, the insulating material layer 4a, and the gate electrode material layer 5a laminated thereon is peeled off. As a result, an electron-emitting device having the sharp-edged emitter 3 is obtained (FIG. 2 (f)).

【0053】なお、アルカリ性エッチング液としては、
エッチング特性やアルカリ金属イオン非汚染性の点で、
第4級アンモニウム化合物の溶液や融液を使用すること
が好ましい。中でも、テトラメチルアンモニウムヒドロ
キシド融液を使用することが特に好ましい。
As the alkaline etching solution,
In terms of etching characteristics and alkali metal ion non-contamination,
It is preferable to use a solution or melt of a quaternary ammonium compound. Above all, it is particularly preferable to use the melt of tetramethylammonium hydroxide.

【0054】工程(g) 更に、必要に応じて、ゲート電極5をフォトリソグラフ
ィー法を用いて所定の形状にパターニングすることによ
り図2(g)の電子放出素子が得られる。
Step (g) Further, if necessary, the gate electrode 5 is patterned into a predetermined shape by a photolithography method to obtain the electron-emitting device of FIG. 2 (g).

【0055】次に、非単結晶シリコンとしてアモルファ
スシリコンを使用した本発明の電子放出素子の製造方法
を、図3に従って詳細に説明する。
Next, a method of manufacturing the electron-emitting device of the present invention using amorphous silicon as the non-single crystal silicon will be described in detail with reference to FIG.

【0056】工程(a) まず、基板1上にエミッタ配線用金属薄膜を成膜後、フ
ォトリソグラフィー法により所定形状にパターニング
し、エミッタ配線層2を形成する(図3(a))。この
場合も、エミッタ配線層2としては、スパッタ法により
形成されるCr膜又はAl/Cr合金膜を好ましく使用
することができる。
Step (a) First, a metal thin film for emitter wiring is formed on the substrate 1 and then patterned into a predetermined shape by photolithography to form the emitter wiring layer 2 (FIG. 3A). Also in this case, a Cr film or an Al / Cr alloy film formed by the sputtering method can be preferably used as the emitter wiring layer 2.

【0057】工程(b) 次に、エミッタ配線層2上にアモルファスシリコン層3
bを形成する(図3(b))。この場合、アモルファス
シリコン層3bの形成は、常温から300℃程度の温度
範囲で成膜が可能なスパッタ法によりエミッタ配線層2
上に成膜することが好ましい。このような温度で成膜す
ると、基板1の熱膨脹を小さい範囲にとどめることがで
きるので、ガラス基板を使用することができるようにな
り、しかも基板内の複数の電子放出素子の特性を均一化
することができる。
Step (b) Next, the amorphous silicon layer 3 is formed on the emitter wiring layer 2.
b is formed (FIG. 3B). In this case, the amorphous silicon layer 3b is formed by the sputtering method capable of forming a film in the temperature range of room temperature to 300 ° C.
It is preferable to form a film thereon. When the film is formed at such a temperature, the thermal expansion of the substrate 1 can be kept within a small range, so that the glass substrate can be used and the characteristics of the plurality of electron-emitting devices in the substrate are made uniform. be able to.

【0058】また、本工程でアモルファスシリコン層3
bを、特に水素化アモルファスシリコン層、好ましくは
不純物ドープ(特にリンドープ)された水素化アモルフ
ァスシリコン層とする場合には、上記スパッタ法に代え
てプラズマCVD法を用いて形成することが好ましい。
ここで、比抵抗が数〜数十Ω・mのリンドープアモルフ
ァスシリコン膜の成膜条件の一例としては、[基板温度
250℃,導入ガスSiH4(10%水素希釈)300
sccm,H2ガス150sccm,PH3ガス(100
0ppm水素希釈)90sccm,パワー60W,ガス
圧力1Torr]を挙げることができる。
Further, in this step, the amorphous silicon layer 3
When b is a hydrogenated amorphous silicon layer, preferably an impurity-doped (particularly phosphorus-doped) hydrogenated amorphous silicon layer, it is preferable to use a plasma CVD method instead of the sputtering method.
Here, as an example of film forming conditions of the phosphorus-doped amorphous silicon film having a specific resistance of several to several tens Ω · m, [substrate temperature 250 ° C., introduced gas SiH 4 (diluted with 10% hydrogen) 300
sccm, H 2 gas 150 sccm, PH 3 gas (100
0 ppm hydrogen dilution) 90 sccm, power 60 W, gas pressure 1 Torr].

【0059】工程(c) 次に、アモルファスシリコン層3b上に、エッチングマ
スク用材料を蒸着法やスパッタ法などにより成膜し、フ
ォトリソグラフィー法を利用して円形にパターニングす
ることによりエッチングマスクパターン層6を形成する
(図3(c))。
Step (c) Next, an etching mask material is formed on the amorphous silicon layer 3b by a vapor deposition method, a sputtering method or the like, and is patterned into a circle by using a photolithography method to form an etching mask pattern layer. 6 is formed (FIG. 3C).

【0060】エッチングマスクパターン層6としては、
後述するRIEに対して耐性を有する材料から形成す
る。このような材料としては、好ましくはCrやSiO
2を挙げることができる。
As the etching mask pattern layer 6,
It is formed of a material having resistance to RIE described later. As such a material, preferably Cr or SiO
There are two .

【0061】なお、円形パターンの径は、電子放出素子
特性、フォトリソグラフィー法のデザインルールに応じ
た操作の難易度及びエッチング工程の歩留まり等を考慮
すると、1.0〜2.0μm程度とすることが好まし
い。
The diameter of the circular pattern is set to about 1.0 to 2.0 μm in consideration of the characteristics of the electron-emitting device, the difficulty of the operation according to the design rule of the photolithography method, the yield of the etching process, and the like. Is preferred.

【0062】工程(d) 次に、サイドエッチレートの高い条件のRIEによりア
モルファスシリコン層3bを、エミッタ配線層2が露出
するまでエッチングする。これにより、先端が尖鋭化し
たエミッタ3が形成される(図3(d))。これは、ア
モルファスシリコン層全体が等方的にエッチングされる
ためである。このようなRIE条件の一例としては、
[導入ガスSF6、O2等:30〜70sccm/パワー
80〜120W/ガス圧4〜5Pa]を示すことができ
る。特に、SF6:O2=3:1(流量比)からなる混合
ガスを使用することにより、アモルファスシリコン層の
エッチング面が平坦となり、ほぼ三角錐形状のエミッタ
3を形成することができる。
Step (d) Next, the amorphous silicon layer 3b is etched by RIE under the condition that the side etch rate is high until the emitter wiring layer 2 is exposed. As a result, the emitter 3 having a sharpened tip is formed (FIG. 3D). This is because the entire amorphous silicon layer is isotropically etched. As an example of such RIE conditions,
[Introduced gas SF 6 , O 2, etc .: 30 to 70 sccm / power 80 to 120 W / gas pressure 4 to 5 Pa] can be shown. In particular, by using a mixed gas of SF 6 : O 2 = 3: 1 (flow rate ratio), the etching surface of the amorphous silicon layer becomes flat, and the emitter 3 having a substantially triangular pyramid shape can be formed.

【0063】工程(e) 次に、基板1のエミッタ配線層2側の表面上に、SiO
x等などの絶縁材料とNb等のゲート電極材料とを蒸着
法などにより積層することにより、エミッタ配線層2上
に絶縁層4とゲート電極5とを形成するとともに、エッ
チングマスクパターン層6上に絶縁材料層4aとゲート
電極材料層5aとを形成する(図3(e))。ここで、
絶縁層4を蒸着法により形成する場合には、反応ガスと
してオゾンを10%程度含有した酸素ガスを導入し、蒸
着材料としてSiOを充填したチムニー式の抵抗加熱法
を用いて成膜することが好ましい。このような方法で形
成された絶縁層4は良好な絶縁性を示す。
Step (e) Next, on the surface of the substrate 1 on the emitter wiring layer 2 side, SiO 2 is formed.
By stacking an insulating material such as x and a gate electrode material such as Nb by a vapor deposition method or the like, an insulating layer 4 and a gate electrode 5 are formed on the emitter wiring layer 2, and an etching mask pattern layer 6 is formed. The insulating material layer 4a and the gate electrode material layer 5a are formed (FIG. 3E). here,
When the insulating layer 4 is formed by a vapor deposition method, oxygen gas containing about 10% ozone as a reaction gas is introduced, and a film is formed by a chimney resistance heating method in which SiO is filled as a vapor deposition material. preferable. The insulating layer 4 formed by such a method shows good insulating properties.

【0064】工程(f) 次に、緩衝フッ酸溶液を用いて、リフトオフ材としての
エッチングマスクパターン層6をエッチング除去する。
その結果、その上に積層されていた絶縁材料層4a及び
ゲート電極材料層5aからなる積層体は剥落する。これ
により、尖鋭な先端のエミッタ3を有する電子放出素子
が得られる(図3(f))。
Step (f) Next, the etching mask pattern layer 6 as the lift-off material is removed by etching using a buffered hydrofluoric acid solution.
As a result, the stacked body composed of the insulating material layer 4a and the gate electrode material layer 5a stacked thereon is peeled off. As a result, an electron-emitting device having a sharp tip emitter 3 is obtained (FIG. 3 (f)).

【0065】工程(g) 更に、必要に応じて、ゲート電極5をフォトリソグラフ
ィー法を用いて所定の形状にパターニングすることによ
り図3(g)の電子放出素子が得られる。
Step (g) Further, if necessary, the gate electrode 5 is patterned into a predetermined shape by a photolithography method to obtain the electron-emitting device of FIG. 3 (g).

【0066】以上説明したように、本発明の電子放出素
子においては、エミッタ材料として単結晶Siではなく
ポリシリコンやアモルファスシリコンなどの非単結晶シ
リコンを使用する。また、エミッタを形成するために成
膜された非単結晶シリコン層の下層に、非単結晶シリコ
ンよりもエッチングされにくい金属材料からなるエミッ
タ配線が設けられている。従って、本発明の電子放出素
子で使用するエミッタは、サイドエッチレートの高いR
IEと必要に応じて行なわれるウェットエッチングによ
り先端の尖鋭なコーン型形状となる。このように、本発
明においてはエミッタが異方性蒸着法を使用せずに形成
されるので、基板内の複数の電子放出素子の特性の均一
性を保つことができる。
As described above, in the electron-emitting device of the present invention, non-single crystal silicon such as polysilicon or amorphous silicon is used as the emitter material instead of single crystal Si. In addition, an emitter wiring made of a metal material that is less likely to be etched than non-single-crystal silicon is provided below the non-single-crystal silicon layer formed to form the emitter. Therefore, the emitter used in the electron-emitting device of the present invention is R having a high side etch rate.
By IE and wet etching performed as required, a cone-shaped shape with a sharp tip is formed. As described above, in the present invention, since the emitter is formed without using the anisotropic vapor deposition method, the uniformity of the characteristics of the plurality of electron-emitting devices in the substrate can be maintained.

【0067】また、非単結晶シリコン層は、低温での成
膜と必要に応じてアニール処理とにより容易に成膜でき
るので、基板として大面積化が容易なガラス基板を使用
することができる。従って、本発明の電子放出素子は、
大面積基板に均一な素子特性で配設することが可能とな
る。
Further, since the non-single crystal silicon layer can be easily formed by film formation at a low temperature and annealing treatment if necessary, it is possible to use a glass substrate which can be easily enlarged as a substrate. Therefore, the electron-emitting device of the present invention is
It is possible to dispose on a large-area substrate with uniform device characteristics.

【0068】[0068]

【実施例】本発明の電子放出素子の製造例を以下の実施
例で具体的に説明する。
EXAMPLES A production example of the electron-emitting device of the present invention will be specifically described in the following examples.

【0069】なお、実施例1はエミッタをポリシリコン
から形成した例であり、実施例2はエミッタをアモルフ
ァスシリコンから形成した例である。
The first embodiment is an example in which the emitter is made of polysilicon, and the second embodiment is an example in which the emitter is made of amorphous silicon.

【0070】実施例1 工程(a) まず、ガラス基板1上にエミッタ配線層2の材料として
Crを膜厚約0.2μmでスパッタ成膜した。続いて、
フォトリソグラフィー法によりエミッタ配線層2をマト
リクス配線形状にパターニングした(図2(a))。
Example 1 Step (a) First, Cr was sputter-deposited on the glass substrate 1 as the material of the emitter wiring layer 2 to a film thickness of about 0.2 μm. continue,
The emitter wiring layer 2 was patterned into a matrix wiring shape by the photolithography method (FIG. 2A).

【0071】工程(b) 次に、エミッタ配線層2上にシリコンをターゲットとし
てシリコン膜を成膜した。更に、ランプアニール炉を用
いて真空アニールを300℃で1時間行なった。これに
よりシリコン膜はポリ化しエミッタ用のポリシリコン層
3aとなった(図2(b))。
Step (b) Next, a silicon film was formed on the emitter wiring layer 2 with silicon as a target. Further, vacuum annealing was performed at 300 ° C. for 1 hour using a lamp annealing furnace. As a result, the silicon film was polyized to become the polysilicon layer 3a for the emitter (FIG. 2B).

【0072】工程(c) 次に、Crをスパッタ法により約0.3μm厚で成膜
し、続いて、フォトリソグラフィー法により、エミッタ
形成用に直径2μmの円形マスク形状にパターニングす
ることにより、エッチングマスクパターン層6を形成し
た(図2(c))。
Step (c) Next, Cr is deposited to a thickness of about 0.3 μm by a sputtering method, and then patterned by photolithography into a circular mask shape having a diameter of 2 μm for forming an emitter, thereby etching. A mask pattern layer 6 was formed (FIG. 2 (c)).

【0073】工程(d) 次に、RIE(導入ガス:SF640sccm/パワー
100W/ガス圧4.5Pa)によりポリシリコン膜3
aを3分間エッチングした(図2(d))。
Step (d) Next, the polysilicon film 3 is formed by RIE (introduced gas: SF 6 40 sccm / power 100 W / gas pressure 4.5 Pa).
A was etched for 3 minutes (FIG. 2D).

【0074】工程(e) 次に、絶縁層4として約0.7μm厚のシリコン酸化膜
(蒸着源:SiO、反応ガス:酸素+10%オゾン、蒸
着真空度:5×10-6Torr)を蒸着し、続いて、そ
の上にゲート電極用材料のNbを約0.3μm厚で蒸着
した。これにより、エミッタ3の周囲に位置する絶縁層
4とゲート電極5とは、エミッタ3に接触することな
く、エミッタ3に対してわずかな間隙をもって自己整合
的に形成することができた。
Step (e) Next, a silicon oxide film having a thickness of about 0.7 μm (deposition source: SiO, reaction gas: oxygen + 10% ozone, deposition vacuum degree: 5 × 10 −6 Torr) is deposited as an insulating layer 4. Then, Nb as a material for the gate electrode was vapor-deposited thereon in a thickness of about 0.3 μm. As a result, the insulating layer 4 and the gate electrode 5 located around the emitter 3 could be formed in a self-aligned manner with a slight gap with respect to the emitter 3 without contacting the emitter 3.

【0075】工程(f) 工程(e)で得られたものを、テトラメチルアンモニウ
ムヒドロキシド融液(液温80℃)に1分間浸漬してエ
ッチングを行ったところ、エッチングマスクパターン層
6の下層のエミッタ3の先端が尖鋭化し、その結果、そ
の上のエッチングマスクパターン層6、絶縁材料層4a
及びゲート電極材料層5aの積層体が剥落した。これに
より、図2(f)の電子放出素子が得られた。
Step (f) The material obtained in the step (e) was immersed in a tetramethylammonium hydroxide melt (liquid temperature 80 ° C.) for 1 minute for etching, and the lower layer of the etching mask pattern layer 6 was obtained. The tip of the emitter 3 is sharpened, and as a result, the etching mask pattern layer 6 and the insulating material layer 4a are formed thereon.
And the laminated body of the gate electrode material layer 5a was peeled off. As a result, the electron-emitting device shown in FIG. 2 (f) was obtained.

【0076】工程(g) 次に、ゲート電極5のNb膜をフォトリソグラフィー法
によりマトリクス配線形状にパターニングすることによ
り図2(g)に示すような電子放出素子を得た。
Step (g) Next, the Nb film of the gate electrode 5 was patterned into a matrix wiring shape by photolithography to obtain an electron-emitting device as shown in FIG. 2 (g).

【0077】上述の電子放出素子を200個集積したア
レイを試作し以下のように試験し、評価した。即ち、各
素子のエミッタ電極−ゲート電極間の距離を約1μmと
した構造の素子に対し、蛍光体を塗布した透明電極(ア
ノード)を有するガラス板部材を距離30mmで対向さ
せ、エミッタ電極−ゲート電極間にゲート電極側が正と
なる極性で電圧を印加したところ、良好に電子を放出す
ることができた。
An array in which 200 electron-emitting devices described above were integrated was prototyped and tested and evaluated as follows. That is, a glass plate member having a transparent electrode (anode) coated with a phosphor is opposed to an element having a structure in which the distance between the emitter electrode and the gate electrode of each element is about 1 μm at a distance of 30 mm, and the emitter electrode-gate When a voltage was applied between the electrodes with a polarity such that the gate electrode side was positive, electrons could be well emitted.

【0078】実施例2 工程(a) まず、ガラス基板1上にエミッタ配線層2の材料として
Crを膜厚約0.2μmでスパッタ成膜した。続いて、
フォトリソグラフィー法によりエミッタ配線層2をマト
リクス配線形状にパターニングした(図3(a))。
Example 2 Step (a) First, Cr was sputter-deposited on the glass substrate 1 as the material of the emitter wiring layer 2 to a film thickness of about 0.2 μm. continue,
The emitter wiring layer 2 was patterned into a matrix wiring shape by the photolithography method (FIG. 3A).

【0079】工程(b) 次に、エミッタ配線層2上にシリコンをターゲットとし
てアモルファスシリコン層3bを1μm厚で成膜した
(図3(b))。
Step (b) Next, an amorphous silicon layer 3b having a thickness of 1 μm was formed on the emitter wiring layer 2 with silicon as a target (FIG. 3B).

【0080】工程(c) 次に、酸化シリコンを反応性蒸着法により約0.2μm
厚で成膜し、続いて、フォトリソグラフィー法により、
エミッタ形成用に直径1.2μmの円形マスク形状にパ
ターニングすることにより、エッチングマスクパターン
層6を形成した(図3(c))。
Step (c) Next, silicon oxide is deposited to about 0.2 μm by reactive vapor deposition.
Thick film, and then by photolithography,
An etching mask pattern layer 6 was formed by patterning into a circular mask shape having a diameter of 1.2 μm for forming an emitter (FIG. 3C).

【0081】工程(d) 次に、RIE(導入ガス:SF660sccm及びO2
0sccm/パワー100W/ガス圧4.5Pa)によ
りアモルファスシリコン層3bを3分間エッチングした
(図3(d))。これにより、アモルファスシリコン層
3bの先端は尖鋭化した。
Step (d) Next, RIE (introduced gas: SF 6 60 sccm and O 2 2
The amorphous silicon layer 3b was etched for 3 minutes at 0 sccm / power 100 W / gas pressure 4.5 Pa (FIG. 3 (d)). As a result, the tip of the amorphous silicon layer 3b was sharpened.

【0082】工程(e) 次に、絶縁層4として約0.7μm厚のシリコン酸化膜
(蒸着源:SiO、反応ガス:酸素+10%オゾン、蒸
着真空度:5×10-6Torr)を蒸着し、続いて、そ
の上にゲート電極用材料のNbを約0.3μm厚で蒸着
した。これにより、エミッタ3の周囲に位置する絶縁層
4とゲート電極5とは、エミッタ3に接触することな
く、エミッタ3に対してわずかな間隙をもって自己整合
的に形成することができた。
Step (e) Next, a silicon oxide film having a thickness of about 0.7 μm (deposition source: SiO, reaction gas: oxygen + 10% ozone, deposition vacuum degree: 5 × 10 −6 Torr) is deposited as an insulating layer 4. Then, Nb as a material for the gate electrode was vapor-deposited thereon in a thickness of about 0.3 μm. As a result, the insulating layer 4 and the gate electrode 5 located around the emitter 3 could be formed in a self-aligned manner with a slight gap with respect to the emitter 3 without contacting the emitter 3.

【0083】工程(f) 工程(e)で得られたものを、緩衝フッ酸溶液に室温で
2分間浸漬することによりエッチングマスクパターン層
6をリフトオフし、その上に積層されていた絶縁材料層
4a及びゲート電極材料層5aの積層体が剥落した。こ
れにより、図3(f)の電子放出素子が得られた。
Step (f) The etching mask pattern layer 6 is lifted off by immersing the product obtained in the step (e) in a buffered hydrofluoric acid solution at room temperature for 2 minutes, and the insulating material layer laminated on the etching mask pattern layer 6. The laminated body of 4a and the gate electrode material layer 5a was peeled off. As a result, the electron-emitting device shown in FIG. 3 (f) was obtained.

【0084】工程(g) 次に、ゲート電極5のNb膜をフォトリソグラフィー法
により電極形状にパターニングすることにより図3
(g)に示すような電子放出素子を得た。
Step (g) Next, the Nb film of the gate electrode 5 is patterned into an electrode shape by a photolithography method, as shown in FIG.
An electron-emitting device as shown in (g) was obtained.

【0085】上述の電子放出素子を25個集積したアレ
イを試作し以下のように試験し、評価した。即ち、各素
子のエミッタ電極−ゲート電極間の距離を約0.7μm
とした構造の素子に対し、蛍光体を塗布した透明電極
(アノード)を有するガラス板部材に500V印加しつ
つ距離30mmで対向させ、エミッタ電極−ゲート電極
間にゲート電極側が正となる極性で電圧を印加したとこ
ろ、30Vの印加により電子放出がはじまり、80Vで
1μAの電流が安定して流れた。
An array in which 25 electron-emitting devices described above were integrated was manufactured as a prototype and tested and evaluated as follows. That is, the distance between the emitter electrode and the gate electrode of each element is about 0.7 μm.
The glass plate member having a transparent electrode (anode) coated with a fluorescent substance is applied with a voltage of 500 V so as to face the device having the above structure at a distance of 30 mm, and a voltage is applied between the emitter electrode and the gate electrode with a positive polarity on the gate electrode side. When a voltage of 30 V was applied, electron emission started, and a current of 1 μA stably flowed at 80 V.

【0086】実施例3 工程(a) まず、ガラス基板1上にエミッタ配線層2の材料として
Crを膜厚約0.2μmでスパッタ成膜した。続いて、
フォトリソグラフィー法によりエミッタ配線層2をマト
リクス配線形状にパターニングした(図3(a))。
Example 3 Step (a) First, as the material of the emitter wiring layer 2, Cr was sputter-deposited on the glass substrate 1 to a film thickness of about 0.2 μm. continue,
The emitter wiring layer 2 was patterned into a matrix wiring shape by the photolithography method (FIG. 3A).

【0087】工程(b) 次に、エミッタ配線層2上にプラズマCVD法[基板温
度250℃,導入ガスSiH4(10%水素希釈)30
0sccm,H2ガス150sccm,PH3ガス(10
00ppm水素希釈)90sccm,パワー60W,ガ
ス圧力1Torr]によりリンドープ水素化アモルファ
スシリコン層3bを1μm厚で成膜した(図3
(b))。
Step (b) Next, a plasma CVD method [substrate temperature 250 ° C., introduced gas SiH 4 (diluted with 10% hydrogen) 30 is formed on the emitter wiring layer 2.
0 sccm, H 2 gas 150 sccm, PH 3 gas (10
Phosphorus-doped hydrogenated amorphous silicon layer 3b was formed to a thickness of 1 μm by 90 sccm hydrogen dilution) 90 sccm, power 60 W, gas pressure 1 Torr] (FIG. 3).
(B)).

【0088】工程(c) 次に、酸化シリコンを反応性蒸着法により約0.2μm
厚で成膜し、続いて、フォトリソグラフィー法により、
エミッタ形成用に直径1.2μmの円形マスク形状にパ
ターニングすることにより、エッチングマスクパターン
層6を形成した(図3(c))。
Step (c) Next, silicon oxide is deposited to a thickness of about 0.2 μm by reactive vapor deposition.
Thick film, and then by photolithography,
An etching mask pattern layer 6 was formed by patterning into a circular mask shape having a diameter of 1.2 μm for forming an emitter (FIG. 3C).

【0089】工程(d) 次に、RIE(導入ガス:SF660sccm及びO2
0sccm/パワー100W/ガス圧4.5Pa)によ
りアモルファスシリコン層3bを3分間エッチングした
(図3(d))。これにより、アモルファスシリコン層
3bの先端は尖鋭化した。
Step (d) Next, RIE (introduced gas: SF 6 60 sccm and O 2 2
The amorphous silicon layer 3b was etched for 3 minutes at 0 sccm / power 100 W / gas pressure 4.5 Pa (FIG. 3 (d)). As a result, the tip of the amorphous silicon layer 3b was sharpened.

【0090】工程(e) 次に、絶縁層4として約0.7μm厚のシリコン酸化膜
(蒸着源:SiO、反応ガス:酸素+10%オゾン、蒸
着真空度:5×10-6Torr)を蒸着し、続いて、そ
の上にゲート電極用材料のNbを約0.3μm厚で蒸着
した。これにより、エミッタ3の周囲に位置する絶縁層
4とゲート電極5とは、エミッタ3に接触することな
く、エミッタ3に対してわずかな間隙をもって自己整合
的に形成することができた。
Step (e) Next, a silicon oxide film having a thickness of about 0.7 μm (deposition source: SiO, reaction gas: oxygen + 10% ozone, deposition vacuum degree: 5 × 10 −6 Torr) is deposited as an insulating layer 4. Then, Nb as a material for the gate electrode was vapor-deposited thereon in a thickness of about 0.3 μm. As a result, the insulating layer 4 and the gate electrode 5 located around the emitter 3 could be formed in a self-aligned manner with a slight gap with respect to the emitter 3 without contacting the emitter 3.

【0091】工程(f) 工程(e)で得られたものを、緩衝フッ酸溶液に室温で
2分間浸漬することによりエッチングマスクパターン層
6をリフトオフし、その上に積層されていた絶縁材料層
4a及びゲート電極材料層5aの積層体が剥落した。こ
れにより、図3(f)の電子放出素子が得られた。
Step (f) The etching mask pattern layer 6 is lifted off by immersing the product obtained in the step (e) in a buffered hydrofluoric acid solution at room temperature for 2 minutes, and the insulating material layer laminated thereon. The laminated body of 4a and the gate electrode material layer 5a was peeled off. As a result, the electron-emitting device shown in FIG. 3 (f) was obtained.

【0092】工程(g) 次に、ゲート電極5のNb膜をフォトリソグラフィー法
により電極形状にパターニングすることにより図3
(g)に示すような電子放出素子を得た。
Step (g) Next, the Nb film of the gate electrode 5 is patterned into an electrode shape by a photolithography method, as shown in FIG.
An electron-emitting device as shown in (g) was obtained.

【0093】上述の電子放出素子を25個集積したアレ
イを試作し以下のように試験し、評価した。即ち、各素
子のエミッタ電極−ゲート電極間の距離を約0.7μm
とした構造の素子に対し、蛍光体を塗布した透明電極
(アノード)を有するガラス板部材に500V印加しつ
つ距離30mmで対向させ、エミッタ電極−ゲート電極
間にゲート電極側が正となる極性で電圧を印加したとこ
ろ、30Vの印加により蛍光体が発光して電子放出がは
じまり、図7に示すようにゲート電圧100Vで約12
μAの電流が安定して流れた。
An array in which 25 electron-emitting devices described above were integrated was manufactured as a prototype and tested and evaluated as follows. That is, the distance between the emitter electrode and the gate electrode of each element is about 0.7 μm.
The glass plate member having a transparent electrode (anode) coated with a fluorescent substance is applied with a voltage of 500 V so as to face the device having the above structure at a distance of 30 mm, and a voltage is applied between the emitter electrode and the gate electrode with a positive polarity on the gate electrode side. When a voltage of 30 V is applied, the phosphor emits light to start electron emission, and as shown in FIG.
A current of μA steadily flowed.

【0094】[0094]

【発明の効果】本発明によれば、電子放出素子のエミッ
タのコーン型形状を形成する際に、異方性蒸着を利用す
ることなく反応性イオンエッチング法等を利用すること
により尖鋭な先端を有するエミッタを形成できる。しか
も単結晶Si基板以外の大面積化が容易な基板、例えば
ガラス基板を使用することができ、且つその基板を大面
積化した場合でも基板内での電子放出素子特性の均一性
を保つことができる。
According to the present invention, when forming the cone-shaped shape of the emitter of the electron-emitting device, the reactive ion etching method or the like is used without utilizing anisotropic deposition, so that a sharp tip can be formed. Can be formed. Moreover, it is possible to use a substrate other than the single crystal Si substrate that can be easily enlarged, such as a glass substrate, and even if the substrate is enlarged, it is possible to maintain the uniformity of electron-emitting device characteristics within the substrate. it can.

【0095】従って、低電圧で動作可能な電子放出素子
を大面積にわたって得ることができる。更に、フラット
パネルディスプレイに応用した場合にも、大画面で高画
質の画像が、低消費電力で得ることが可能となる。
Therefore, it is possible to obtain an electron-emitting device capable of operating at a low voltage over a large area. Further, when applied to a flat panel display, a high-quality image on a large screen can be obtained with low power consumption.

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

【図1】本発明の電子放出素子の概略断面斜視図であ
る。
FIG. 1 is a schematic sectional perspective view 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】本発明の電子放出素子の製造工程図である。FIG. 3 is a manufacturing process diagram of an electron-emitting device of the present invention.

【図4】従来の電子放出素子の概略断面斜視図である。FIG. 4 is a schematic sectional perspective view of a conventional electron-emitting device.

【図5】従来の電子放出素子の製造工程図である。FIG. 5 is a manufacturing process diagram of a conventional electron-emitting device.

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

【図7】本発明の電子放出素子の電気特性図である。FIG. 7 is an electrical characteristic diagram of the electron-emitting device of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ガラス基板 2 エミッタ配線層 3 エミッタ 3a ポリシリコン層 3b アモルファスシリコン層 4 絶縁層 5 ゲート電極 6 エッチングマスクパターン層 41 導電層 42 絶縁層 43 ゲート電極 44 エミッタ 51 基板 52 エミッタ配線 53 絶縁層 54 ゲート電極 55 リフトオフ材 56 エミッタ 61 単結晶Si基板 62 エッチングマスク用酸化シリコン層 63 エミッタ 64 エミッタ先端尖鋭化用酸化シリコン層 65 絶縁膜 66 ゲート電極 A 開口部 1 Glass Substrate 2 Emitter Wiring Layer 3 Emitter 3a Polysilicon Layer 3b Amorphous Silicon Layer 4 Insulating Layer 5 Gate Electrode 6 Etching Mask Pattern Layer 41 Conductive Layer 42 Insulating Layer 43 Gate Electrode 44 Emitter 51 Substrate 52 Emitter Wiring 53 Insulating Layer 54 Gate Electrode 55 Lift-off material 56 Emitter 61 Single crystal Si substrate 62 Silicon oxide layer for etching mask 63 Emitter 64 Silicon oxide layer for sharpening emitter tip 65 Insulating film 66 Gate electrode A Opening

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金丸 正剛 茨城県つくば市梅園1丁目1番4 工業技 術院電子技術総合研究所内 (72)発明者 伊藤 順司 茨城県つくば市梅園1丁目1番4 工業技 術院電子技術総合研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Masago Kanamaru 1-4-1 Umezono, Tsukuba-shi, Ibaraki Electronic Technology Research Institute, Industrial Technology Institute (72) Inventor Junji Ito 1-4-1, Umezono, Tsukuba-shi, Ibaraki Industrial Technology Research Institute, AIST

Claims (20)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板、エミッタ配線層、絶縁層及びゲー
ト電極が順次積層され、該ゲート電極と絶縁層とには該
エミッタ配線層に達する開口部が設けられ、その開口部
内の該エミッタ配線層上に、コーン型のエミッタが該ゲ
ート電極に接触しないように形成されてなる電界放射型
の電子放出素子において、エミッタ配線層が金属薄膜か
ら形成されており、且つエミッタが非単結晶シリコンか
ら形成されていることを特徴とする電子放出素子。
1. A substrate, an emitter wiring layer, an insulating layer, and a gate electrode are sequentially laminated, and an opening reaching the emitter wiring layer is provided in the gate electrode and the insulating layer, and the emitter wiring layer in the opening. In a field emission type electron-emitting device having a cone-shaped emitter formed so as not to contact the gate electrode, the emitter wiring layer is formed of a metal thin film, and the emitter is formed of non-single-crystal silicon. An electron-emitting device characterized by being provided.
【請求項2】 非単結晶シリコンがポリシリコンである
請求項1記載の電子放出素子。
2. The electron-emitting device according to claim 1, wherein the non-single crystal silicon is polysilicon.
【請求項3】 非単結晶シリコンがアモルファスシリコ
ンである請求項1記載の電子放出素子。
3. The electron-emitting device according to claim 1, wherein the non-single crystal silicon is amorphous silicon.
【請求項4】 アモルファスシリコンが水素化アモルフ
ァスシリコンである請求項3記載の電子放出素子。
4. The electron-emitting device according to claim 3, wherein the amorphous silicon is hydrogenated amorphous silicon.
【請求項5】 アモルファスシリコンが不純物ドープさ
れた水素化アモルファスシリコンである請求項3記載の
電子放出素子。
5. The electron emitting device according to claim 3, wherein the amorphous silicon is impurity-doped hydrogenated amorphous silicon.
【請求項6】 アモルファスシリコンがリンドープされ
た水素化アモルファスシリコンである請求項3記載の電
子放出素子。
6. The electron-emitting device according to claim 3, wherein the amorphous silicon is phosphorus-doped hydrogenated amorphous silicon.
【請求項7】 金属薄膜として、Cr薄膜又はCr/A
l合金薄膜を使用する請求項1〜6のいずれかに記載の
電子放出素子。
7. A Cr thin film or Cr / A as the metal thin film.
The electron-emitting device according to any one of claims 1 to 6, which uses an 1-alloy thin film.
【請求項8】 基板としてガラス基板を使用する請求項
1〜7のいずれかに記載の電子放出素子。
8. The electron-emitting device according to claim 1, wherein a glass substrate is used as the substrate.
【請求項9】 請求項2に記載の電子放出素子の製造方
法において: (a) 基板上にエミッタ配線形成用金属薄膜を成膜
し、パターニングすることによりエミッタ配線層を形成
する工程; (b) エミッタ配線層上にポリシリコン層を形成する
工程; (c) ポリシリコン層上に、エッチングマスクパター
ン層を形成する工程; (d) 反応性イオンエッチングによりポリシリコン層
を、エミッタ配線層が露出するまでエッチングする工
程; (e) 基板のエミッタ配線層側の表面上に、絶縁材料
とゲート電極材料とを順次積層することにより、エミッ
タ配線層上に絶縁層とゲート電極とを形成するととも
に、エッチングマスクパターン層上に絶縁材料層とゲー
ト電極材料層とを形成する工程;及び (f) アルカリ性エッチング液を用いて、エッチング
マスクパターン層の下層に位置するポリシリコン層をエ
ッチングしてポリシリコン層の先端を尖鋭化するととも
に、その上に積層されたエッチングマスクパターン層、
絶縁材料層及びゲート電極材料層を剥落させる工程を含
んでなることを特徴とする電子放出素子の製造方法。
9. The method of manufacturing an electron-emitting device according to claim 2, wherein: (a) a step of forming an emitter wiring layer by forming a metal thin film for forming an emitter wiring on a substrate and patterning the metal thin film; ) Step of forming a polysilicon layer on the emitter wiring layer; (c) Step of forming an etching mask pattern layer on the polysilicon layer; (d) Exposing the polysilicon layer and the emitter wiring layer by reactive ion etching. (E) An insulating layer and a gate electrode are formed on the emitter wiring layer by sequentially laminating an insulating material and a gate electrode material on the surface of the substrate on the side of the emitter wiring layer. Forming an insulating material layer and a gate electrode material layer on the etching mask pattern layer; and (f) using an alkaline etching solution, The polysilicon layer located under the etching mask pattern layer is etched to sharpen the tip of the polysilicon layer, and an etching mask pattern layer laminated thereon,
A method of manufacturing an electron-emitting device, comprising a step of stripping an insulating material layer and a gate electrode material layer.
【請求項10】 工程(b)におけるポリシリコン層の
形成が、エミッタ配線層上にアモルファスシリコンまた
はポリシリコンを成膜した後にアニールすることにより
行なわれる請求項9記載の電子放出素子の製造方法。
10. The method for manufacturing an electron-emitting device according to claim 9, wherein the formation of the polysilicon layer in the step (b) is performed by forming amorphous silicon or polysilicon on the emitter wiring layer and then annealing it.
【請求項11】 アニールが、200℃以上の温度での
高真空下で行なわれる請求項10記載の電子放出素子の
製造方法。
11. The method of manufacturing an electron-emitting device according to claim 10, wherein the annealing is performed in a high vacuum at a temperature of 200 ° C. or higher.
【請求項12】 工程(c)においてエッチングマスク
パターン層がCrまたは酸化シリコンから形成されてい
る請求項9記載の電子放出素子の製造方法。
12. The method of manufacturing an electron-emitting device according to claim 9, wherein the etching mask pattern layer is formed of Cr or silicon oxide in the step (c).
【請求項13】 工程(f)におけるアルカリ性エッチ
ング液として、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド
融液を使用する請求項9記載の電子放出素子の製造方
法。
13. The method of manufacturing an electron-emitting device according to claim 9, wherein a tetramethylammonium hydroxide melt is used as the alkaline etching liquid in step (f).
【請求項14】 請求項3記載の電子放出素子の製造方
法において: (a) 基板上にエミッタ配線形成用金属薄膜を成膜
し、パターニングすることによりエミッタ配線層を形成
する工程; (b) エミッタ配線層上にアモルファスシリコン層を
形成する工程; (c) アモルファスシリコン層上に、エッチングマス
クパターン層を形成する工程; (d) 反応性イオンエッチングによりアモルファスシ
リコン層を尖鋭化しつつ、エミッタ配線層が露出するま
でエッチングする工程; (e) 基板のエミッタ配線層側の表面上に、絶縁材料
とゲート電極材料とを順次積層することにより、エミッ
タ配線層上に絶縁層とゲート電極とを形成するととも
に、エッチングマスクパターン層上に絶縁材料層とゲー
ト電極材料層とを形成する工程;及び (f) エッチングマスクパターン層用のエッチング液
を用いて、リフトオフ材としてのエッチングマスクパタ
ーン層を除去し、その上に積層された絶縁材料層及びゲ
ート電極材料層を剥落させる工程を含んでなることを特
徴とする電子放出素子の製造方法。
14. The method of manufacturing an electron-emitting device according to claim 3, wherein: (a) a step of forming a metal thin film for forming an emitter wiring on a substrate and patterning the same to form an emitter wiring layer; (b) A step of forming an amorphous silicon layer on the emitter wiring layer; (c) a step of forming an etching mask pattern layer on the amorphous silicon layer; (d) a sharpening of the amorphous silicon layer by reactive ion etching, and an emitter wiring layer (E) An insulating layer and a gate electrode are formed on the emitter wiring layer by sequentially laminating an insulating material and a gate electrode material on the surface of the substrate on the side of the emitter wiring layer. Together with the step of forming an insulating material layer and a gate electrode material layer on the etching mask pattern layer; and (f A step of removing the etching mask pattern layer as a lift-off material using an etching liquid for the etching mask pattern layer, and peeling off the insulating material layer and the gate electrode material layer laminated on the etching mask pattern layer. Method for manufacturing electron-emitting device.
【請求項15】 工程(c)において、エッチングマス
クパターン層がCrまたは酸化シリコンから形成されて
いる請求項14記載の電子放出素子の製造方法。
15. The method of manufacturing an electron-emitting device according to claim 14, wherein the etching mask pattern layer is formed of Cr or silicon oxide in the step (c).
【請求項16】 工程(f)において、エッチング液と
して緩衝フッ酸溶液を使用する請求項14記載の電子放
出素子の製造方法。
16. The method of manufacturing an electron-emitting device according to claim 14, wherein a buffered hydrofluoric acid solution is used as the etching solution in the step (f).
【請求項17】 工程(b)において、アモルファスシ
リコン膜として、水素化アモルファスシリコン膜を使用
する請求項14記載の電子放出素子の製造方法。
17. The method of manufacturing an electron-emitting device according to claim 14, wherein a hydrogenated amorphous silicon film is used as the amorphous silicon film in the step (b).
【請求項18】 アモルファスシリコン膜として不純物
ドープされた水素化アモルファスシリコン膜を使用する
請求項14記載の電子放出素子の製造方法。
18. The method for manufacturing an electron-emitting device according to claim 14, wherein an impurity-doped hydrogenated amorphous silicon film is used as the amorphous silicon film.
【請求項19】 アモルファスシリコン膜としてリンド
ープされた水素化アモルファスシリコン膜を使用する請
求項14記載の電子放出素子の製造方法。
19. The method of manufacturing an electron-emitting device according to claim 14, wherein a phosphorus-doped hydrogenated amorphous silicon film is used as the amorphous silicon film.
【請求項20】 工程(b)において、アモルファスシ
リコン膜をプラズマCVD法で形成する請求項14〜1
9のいずれかに記載の電子放出素子の製造方法。
20. The amorphous silicon film is formed by a plasma CVD method in the step (b).
10. The method for manufacturing an electron-emitting device according to any of 9.
JP9033796A 1995-05-11 1996-03-19 Electron emitting device and method of manufacturing the same Expired - Fee Related JP3012517B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9033796A JP3012517B2 (en) 1995-05-11 1996-03-19 Electron emitting device and method of manufacturing the same

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP13875095 1995-05-11
JP24099995 1995-08-25
JP7-138750 1995-08-25
JP7-240999 1995-08-25
JP9033796A JP3012517B2 (en) 1995-05-11 1996-03-19 Electron emitting device and method of manufacturing the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH09129123A true JPH09129123A (en) 1997-05-16
JP3012517B2 JP3012517B2 (en) 2000-02-21

Family

ID=27306413

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP9033796A Expired - Fee Related JP3012517B2 (en) 1995-05-11 1996-03-19 Electron emitting device and method of manufacturing the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3012517B2 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11167858A (en) * 1997-10-01 1999-06-22 Toppan Printing Co Ltd Cold electron emitting element and its manufacture
JPH11167857A (en) * 1997-10-01 1999-06-22 Toppan Printing Co Ltd Cold electron emitting element and manufacture therefor
JP2000173442A (en) * 1998-12-01 2000-06-23 Toppan Printing Co Ltd Cold electron emitting element and its manufacture
WO2000054299A1 (en) * 1999-03-09 2000-09-14 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Field emission device, its manufacturing method and display device using the same
WO2000079556A1 (en) * 1999-06-24 2000-12-28 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Emitter, emitter fabricating method, and cold electron emitting device fabricating method

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107170657A (en) * 2017-05-15 2017-09-15 中国电子科技集团公司第十二研究所 A kind of preparation method without integrated grid pointed cone array field emission cathode

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11167858A (en) * 1997-10-01 1999-06-22 Toppan Printing Co Ltd Cold electron emitting element and its manufacture
JPH11167857A (en) * 1997-10-01 1999-06-22 Toppan Printing Co Ltd Cold electron emitting element and manufacture therefor
JP2000173442A (en) * 1998-12-01 2000-06-23 Toppan Printing Co Ltd Cold electron emitting element and its manufacture
WO2000054299A1 (en) * 1999-03-09 2000-09-14 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Field emission device, its manufacturing method and display device using the same
WO2000079556A1 (en) * 1999-06-24 2000-12-28 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Emitter, emitter fabricating method, and cold electron emitting device fabricating method

Also Published As

Publication number Publication date
JP3012517B2 (en) 2000-02-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6064149A (en) Field emission device with silicon-containing adhesion layer
US6780075B2 (en) Method of fabricating nano-tube, method of manufacturing field-emission type cold cathode, and method of manufacturing display device
US6339281B2 (en) Method for fabricating triode-structure carbon nanotube field emitter array
US7733006B2 (en) Electron-emitting device and manufacturing method thereof
US6838814B2 (en) Field emission display device
JP3012517B2 (en) Electron emitting device and method of manufacturing the same
US5556530A (en) Flat panel display having improved electrode array
JP3502883B2 (en) Cold electron-emitting device and method of manufacturing the same
JP3622406B2 (en) Cold electron-emitting device and manufacturing method thereof
JP3595821B2 (en) Cold electron-emitting device and method of manufacturing the same
JP3832070B2 (en) Method for manufacturing cold electron-emitting device
JP3612883B2 (en) Cold electron-emitting device and manufacturing method thereof
JP3826539B2 (en) Method for manufacturing cold electron-emitting device
JP3945049B2 (en) Method for manufacturing cold electron-emitting device
JP4529011B2 (en) Cold electron-emitting device and manufacturing method thereof
JPH09259739A (en) Electron emitting element and its manufacture
JP4151861B2 (en) Cold electron-emitting device and manufacturing method thereof
JP4241766B2 (en) Cold electron emitter for lighting lamp
JPH08329832A (en) Electron emitting element and its manufacture
JP4693980B2 (en) Method for manufacturing field electron emission device
JPH11167858A (en) Cold electron emitting element and its manufacture
KR100290136B1 (en) Method for fabricating field emission display device
JP4498733B2 (en) Method for manufacturing field emission device
JP3160547B2 (en) Method of manufacturing field emission electron source
JP2001110300A (en) Field emission cathode

Legal Events

Date Code Title Description
R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071210

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081210

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091210

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091210

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101210

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111210

Year of fee payment: 12

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121210

Year of fee payment: 13

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121210

Year of fee payment: 13

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131210

Year of fee payment: 14

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees