JPH09293449A - Cold cathode element and manufacture thereof - Google Patents

Cold cathode element and manufacture thereof

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JPH09293449A
JPH09293449A JP10559196A JP10559196A JPH09293449A JP H09293449 A JPH09293449 A JP H09293449A JP 10559196 A JP10559196 A JP 10559196A JP 10559196 A JP10559196 A JP 10559196A JP H09293449 A JPH09293449 A JP H09293449A
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JP
Japan
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cold cathode
insulating film
film
focus electrode
gate electrode
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Application number
JP10559196A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hirotsugu Harada
昿嗣 原田
Soichiro Okuda
莊一郎 奥田
Shinsuke Yura
信介 由良
Kazutoshi Morikawa
和敏 森川
Shinji Kawabuchi
真嗣 川渕
Akihiko Hosono
彰彦 細野
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Publication of JPH09293449A publication Critical patent/JPH09293449A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cold cathode element decreasing a change and deterioration of a characteristic to be capable of acting at a high speed. SOLUTION: On an Si substrate 1 integral with a cold cathode 4, an insulating film 5b, gate electrode film 6b, insulating film 11b1, 11b2 and a focus electrode film 7b are successively layered. In these layered products, an opening part 13 exposing a cold cathode 4 is provided. The insulating film 11b1, 11b2 are provided in a depth from an end part of the gate electrode film 6b. Since a cold cathode element has a structure thus formed, sticking of an electron and a reaction product released from the cold cathode 4 is reduced to the insulating film 11b1, 11b2. Electrostatic capacitance between the gate electrode film 6b and the focus electrode film 7b, determined by the insulating film 11b1, 11b2, is smaller than of the conventional cold cathode element. As a material of the insulating film 11b1, 11b2, for instance, PSG(phosphor silicate glass) is used, by performing etching using hydrofluoric acid, the cold cathode element having this structure is obtained.

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】本発明は主として真空マイク
ロエレクトロニクスに用いられる冷陰極素子に関するも
のである。本発明は特に、電界電子放出を行わしめるた
めのいわゆるゲート電極に加えて、放出電子の軌道に集
束性を持たせるためのいわゆるフォーカス電極を備えた
冷陰極素子とその製造方法に関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a cold cathode device mainly used in vacuum microelectronics. In particular, the present invention relates to a cold cathode device including a so-called gate electrode for performing field electron emission and a so-called focus electrode for providing a focusing property to a trajectory of emitted electrons, and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】図31は、冷陰極4と一体のSi基板1
上に、開口部23によって冷陰極4を露出させる、Si
2膜3、ゲート電極支持用絶縁膜5b、ゲート電極用
膜6b、フォーカス電極支持用絶縁膜110bおよびフ
ォーカス電極用膜7bが順に積層された構造を有する冷
陰極素子を示す断面図である。ゲート電極用膜6bおよ
びフォーカス電極用膜7bがそれぞれゲート電極および
フォーカス電極として機能する。フォーカス電極を備え
た冷陰極素子は一般的に同図に示される構造を有する。
冷陰極4を複数個備える冷陰極素子の従来の製造方法に
ついて以下に説明を行う。
2. Description of the Related Art FIG. 31 shows a Si substrate 1 integrated with a cold cathode 4.
The cold cathode 4 is exposed by the opening 23 on the upper surface of the Si
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a cold cathode device having a structure in which an O 2 film 3, a gate electrode supporting insulating film 5b, a gate electrode film 6b, a focus electrode supporting insulating film 110b, and a focus electrode film 7b are sequentially stacked. The gate electrode film 6b and the focus electrode film 7b function as a gate electrode and a focus electrode, respectively. A cold cathode device having a focus electrode generally has a structure shown in FIG.
A conventional method of manufacturing a cold cathode device having a plurality of cold cathodes 4 will be described below.

【0003】図32は、それぞれの冷陰極4の先端にS
iO2マスク2が載置され、さらに自身の表面はSiO2
膜3によって覆われた、複数個の冷陰極4と一体のSi
基板1を示す断面図である。Si基板1上方にはさら
に、ゲート電極支持用絶縁膜5、ゲート電極用膜6、フ
ォーカス電極支持用絶縁膜110およびフォーカス電極
用膜7が順に積層されている。それぞれの冷陰極4の上
方にはそれぞれ開口部23が設けられており、この開口
部23において、ゲート電極支持用絶縁膜5、ゲート電
極用膜6、フォーカス電極支持用絶縁膜110およびフ
ォーカス電極用膜7は不連続となっている。
In FIG. 32, S is attached to the tip of each cold cathode 4.
The iO 2 mask 2 is placed, and the surface of itself is SiO 2
Si integrated with a plurality of cold cathodes 4 covered by a film 3
It is a sectional view showing substrate 1. Above the Si substrate 1, a gate electrode supporting insulating film 5, a gate electrode film 6, a focus electrode supporting insulating film 110, and a focus electrode film 7 are sequentially stacked. An opening 23 is provided above each cold cathode 4, and in this opening 23, the gate electrode supporting insulating film 5, the gate electrode film 6, the focus electrode supporting insulating film 110, and the focus electrode are provided. The membrane 7 is discontinuous.

【0004】冷陰極4上方の上記積層物をそれぞれ、ゲ
ート電極支持用絶縁膜5a、ゲート電極用膜6a、フォ
ーカス電極支持用絶縁膜110aおよびフォーカス電極
用膜7aと参照し、SiO2膜3のうち、冷陰極4の周
辺以外の部分の上方の上記積層物をそれぞれ、ゲート電
極支持用絶縁膜5b、ゲート電極用膜6b、フォーカス
電極支持用絶縁膜110bおよびフォーカス電極用膜7
bと参照する。
[0004] Cold cathode 4 above the said stack respectively, the gate electrode support insulating film 5a, the gate electrode film 6a, and see focusing electrode support insulating film 110a and the focusing electrode film 7a, the SiO 2 film 3 Among them, the above-mentioned laminate above the portion other than the periphery of the cold cathode 4 is respectively covered with the gate electrode supporting insulating film 5b, the gate electrode film 6b, the focus electrode supporting insulating film 110b and the focus electrode film 7.
Refer to b.

【0005】図32に示される構造物に対し、積層物の
不連続部である開口部23からエッチング液として弗酸
を侵入させることによって、SiO2マスク2、および
冷陰極4周辺の部分のSiO2膜3をエッチングによっ
て除去する。このとき、ゲート電極支持用絶縁膜5a、
ゲート電極用膜6a、フォーカス電極支持用絶縁膜11
0aおよびフォーカス電極用膜7aはSiO2マスク2
という支持基盤を失うことになり、同時に除去される。
これはいわゆるリフトオフと呼ばれる方法であり、Si
2マスク2はスペーサと呼ばれている。
With respect to the structure shown in FIG. 32, hydrofluoric acid is introduced as an etching solution through the opening 23 which is a discontinuous portion of the laminated structure, so that the SiO 2 mask 2 and the SiO around the cold cathode 4 are formed. 2 The film 3 is removed by etching. At this time, the gate electrode supporting insulating film 5a,
Gate electrode film 6a, focus electrode supporting insulating film 11
0a and the focus electrode film 7a are the SiO 2 mask 2
It will lose its support base and will be removed at the same time.
This is a so-called lift-off method, and Si
The O 2 mask 2 is called a spacer.

【0006】なお、エッチング液として弗酸が用いられ
るので、SiO2のみを選択的にエッチングすることが
可能となり、SiO等他の材料が侵食されることはな
い。以上の工程によって、図33に示される、目的とす
る構造を有する冷陰極素子を得る。
Since hydrofluoric acid is used as the etching liquid, only SiO 2 can be selectively etched, and other materials such as SiO are not corroded. Through the above steps, the cold cathode device having the target structure shown in FIG. 33 is obtained.

【0007】図31に示される冷陰極素子において、冷
陰極4と、ゲート電極たるゲート電極用膜6bとの間に
印加される電界が107V/cmを越えるようになる
と、電界電子放出が生ずる。また、フォーカス電極たる
フォーカス電極用膜7bに印加される電圧によって放出
された電子の軌道を制御することによって、冷陰極素子
のフォーカス特性が向上される。
In the cold cathode device shown in FIG. 31, when the electric field applied between the cold cathode 4 and the gate electrode film 6b serving as the gate electrode exceeds 10 7 V / cm, field electron emission occurs. Occurs. In addition, the focus characteristics of the cold cathode device are improved by controlling the trajectory of electrons emitted by the voltage applied to the focus electrode film 7b which is the focus electrode.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】図31は、冷陰極4か
ら放出される電子eを図示している。同図に示される矢
印は電子eが放出される様子を表している。電子eは冷
陰極4の先端部からある角度をもって放出される。フォ
ーカス電極用膜7bとフォーカス電極支持用絶縁膜11
0bとの境界と、冷陰極4の先端部とを結んだ曲面(同
図に示される断面においては線分にて表されている)
が、冷陰極4の中心線との間でなす鋭角を角度αとす
る。この曲面の同図における下方に放出された電子e、
すなわち角度αより大きい角度で放出された電子eは、
フォーカス電極支持用絶縁膜110bの側壁に入射、衝
突し、蓄積される。角度αは、冷陰極4の先端部と、フ
ォーカス電極用膜7bとフォーカス電極支持用絶縁膜1
10bとの境界との位置関係によって決定されるので、
冷陰極素子の構造に依存する。従って、電子eのフォー
カス電極支持用絶縁膜110bへの入射および衝突が生
ずるか否かは、冷陰極素子の構造に依存する。
FIG. 31 shows electrons e emitted from the cold cathode 4. The arrow shown in the same figure shows how electrons e are emitted. The electrons e are emitted from the tip of the cold cathode 4 at an angle. Focus electrode film 7b and focus electrode supporting insulating film 11
A curved surface connecting the boundary with 0b and the tip of the cold cathode 4 (represented by a line segment in the cross section shown in the same figure).
Here, an acute angle formed with the center line of the cold cathode 4 is an angle α. Electrons e emitted below this curved surface in the figure,
That is, the electrons e emitted at an angle larger than the angle α are
The light is incident on, collides with, and accumulates on the side wall of the focus electrode supporting insulating film 110b. The angle α depends on the tip of the cold cathode 4, the focus electrode film 7b, and the focus electrode supporting insulating film 1.
Since it is determined by the positional relationship with the boundary with 10b,
It depends on the structure of the cold cathode device. Therefore, whether or not the electrons e enter and collide with the focus electrode supporting insulating film 110b depends on the structure of the cold cathode device.

【0009】フォーカス電極支持用絶縁膜110bの側
壁に蓄積された電子eによって形成される負電界によっ
て、冷陰極4からの電子放出が抑制されるのみならず、
フォーカス電極用膜7bの電界も影響を受ける。これに
よって、冷陰極素子のフォーカス特性の制御性が悪くな
るという問題点があった。
Not only is the emission of electrons from the cold cathode 4 suppressed by the negative electric field formed by the electrons e accumulated on the side wall of the focus electrode supporting insulating film 110b,
The electric field of the focus electrode film 7b is also affected. As a result, the controllability of the focus characteristics of the cold cathode device deteriorates.

【0010】さらに、真空中に残留するガスと放出され
た電子eとの衝突によってガスが分解されることによっ
て、ガス分子のイオンやラジカルが形成される。これら
が結合して新たな生成物が形成され、フォーカス電極支
持用絶縁膜110bの側壁に付着する。例えば、通常は
真空中に残留する可能性の高い、水素(H2)、一酸化
酸素(CO)等のイオン化あるいはラジカル化と化学反
応とによって、例えばCあるいはC−Hを主成分とする
ような導電性物質が形成される。
Further, the gas remaining in the vacuum and the emitted electrons e collide with each other to decompose the gas, thereby forming ions or radicals of gas molecules. These are combined to form a new product, which is attached to the side wall of the focus electrode supporting insulating film 110b. For example, typically likely to remain in a vacuum, hydrogen (H 2), by a chemical reaction and ionization or radicalization monoxide such as oxygen (CO), for example, as mainly composed of C or C-H An electrically conductive material is formed.

【0011】この導電性物質によって、フォーカス電極
とゲート電極とが電気的にショートされることになり、
冷陰極素子が正常な動作を行えないという問題点があっ
た。
The conductive material causes an electrical short circuit between the focus electrode and the gate electrode,
There is a problem that the cold cathode device cannot operate normally.

【0012】本発明は以上の点に鑑みてなされたもので
あり、ゲート電極とフォーカス電極との間の絶縁膜の側
壁での電子の蓄積、あるいは残留ガスから生ずる反応生
成物の絶縁膜の側壁への付着による冷陰極素子の特性の
変動および劣化を防止する構造を有する冷陰極素子およ
びその製造方法を提供することを目的としている。
The present invention has been made in view of the above points, and the accumulation of electrons on the side wall of the insulating film between the gate electrode and the focus electrode or the side wall of the insulating film of the reaction product generated from the residual gas. It is an object of the present invention to provide a cold cathode device having a structure for preventing fluctuations and deterioration of the characteristics of the cold cathode device due to adhesion to the cold cathode device and a method for manufacturing the same.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載の冷陰極
素子は、基板と、冷陰極と、前記冷陰極の露出を許す開
口部をそれぞれ有しつつ前記基板上に順に積層された、
第1の絶縁膜と、第1の電極と、第2の絶縁膜と、第2
の電極とを備えてなる冷陰極素子において、前記第2の
絶縁膜の有する前記開口部は、前記第1の電極の有する
前記開口部よりも広いことを特徴とする冷陰極素子。
A cold cathode device according to claim 1, wherein the cold cathode device is sequentially laminated on the substrate while having a substrate, a cold cathode, and an opening for allowing the cold cathode to be exposed.
A first insulating film, a first electrode, a second insulating film, and a second
In the cold cathode device including the electrode, the opening of the second insulating film is wider than the opening of the first electrode.

【0014】請求項2に記載の冷陰極素子は、請求項1
に記載の冷陰極素子であり、上記冷陰極は複数であり、
上記第2の絶縁膜は、自身の有する前記開口部の一つに
よって少なくとも二つの前記冷陰極を露出することを特
徴とする。
The cold cathode element according to claim 2 is the cold cathode element according to claim 1.
The cold cathode element according to, wherein the cold cathode is a plurality,
The second insulating film exposes at least two of the cold cathodes through one of the openings of the second insulating film.

【0015】請求項3に記載の冷陰極素子の製造方法
は、(a)冷陰極と、前記冷陰極の露出を許す開口部を
それぞれ有し、順に積層された第1の絶縁膜と、第1の
電極と、第2の絶縁膜と、第2の電極とを有する基板を
用意する工程と、(b)エッチングによって、前記第2
の絶縁膜の有する前記開口部を前記第1の電極の有する
前記開口部よりも広くする工程とを備えてなる。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a cold cathode device, comprising: (a) a cold cathode, a first insulating film each having an opening for allowing the cold cathode to be exposed, and a first insulating film laminated in order. The step of preparing a substrate having the first electrode, the second insulating film, and the second electrode; and
And making the opening of the insulating film wider than the opening of the first electrode.

【0016】請求項4に記載の冷陰極素子の製造方法
は、請求項3に記載の冷陰極素子の製造方法であり、上
記冷陰極は複数であり、上記第2の絶縁膜の有する上記
開口部は複数であり、上記工程(b)において、前記第
2の絶縁膜の有する前記複数の開口部のうち、少なくと
も一組を連通させることを特徴とする。
A method of manufacturing a cold cathode device according to a fourth aspect is the method of manufacturing a cold cathode device according to the third aspect, wherein the number of the cold cathodes is plural, and the opening of the second insulating film is provided. There are a plurality of parts, and in the step (b), at least one set of the plurality of openings of the second insulating film is communicated.

【0017】請求項5に記載の冷陰極素子の製造方法
は、請求項3または4に記載の冷陰極素子の製造方法で
あり、上記第2の絶縁膜は、上記第1の絶縁膜よりも上
記工程(b)においてエッチングされ易いことを特徴と
する。
A method of manufacturing the cold cathode device according to claim 5 is the method of manufacturing the cold cathode device according to claim 3 or 4, wherein the second insulating film is more preferable than the first insulating film. It is characterized in that it is easily etched in the step (b).

【0018】請求項6に記載の冷陰極素子の製造方法
は、請求項5に記載の冷陰極素子の製造方法であり、上
記第1の絶縁膜は、上記冷陰極ならびに上記第1および
上記第2の電極よりも上記工程(b)においてエッチン
グされ易いことを特徴とする。
A method for manufacturing a cold cathode device according to claim 6 is the method for manufacturing a cold cathode device according to claim 5, wherein the first insulating film is the cold cathode and the first and the second. It is characterized in that it is more easily etched in the step (b) than the second electrode.

【0019】請求項7に記載の冷陰極素子は、請求項1
に記載の冷陰極素子であり、上記第1の絶縁膜の有する
上記開口部は、上記第1の電極の有する上記開口部より
も広いことを特徴とする。
The cold cathode device according to claim 7 is the cold cathode device according to claim 1.
In the cold cathode device as described in 1 above, the opening of the first insulating film is wider than the opening of the first electrode.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

実施の形態1.以下、本発明の実施の形態1を図1〜図
10を用いて説明する。図1〜図4、図6〜図10は、
本実施の形態の冷陰極素子の製造方法を工程順に示す断
面図である。本実施の形態においては、従来技術と同一
の構成には同一の参照符号を付す。
Embodiment 1. Hereinafter, Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4 and 6 to 10,
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the method of manufacturing the cold cathode device of the present embodiment in the order of steps. In the present embodiment, the same components as those of the related art are denoted by the same reference numerals.

【0021】図1〜図10においては、2個の冷陰極4
を同時に形成する冷陰極素子の製造方法が示されている
が、さらに多くの冷陰極4を形成する場合についても同
じ製造方法を適用することが可能であることは、容易に
判断できる。
In FIGS. 1 to 10, two cold cathodes 4 are provided.
Although the manufacturing method of the cold cathode device in which the cold cathodes are simultaneously formed is shown, it can be easily judged that the same manufacturing method can be applied to the case of forming more cold cathodes 4.

【0022】図1は、所望の形状にパターンニングされ
たSiO2マスク2の載置されたSi基板1を例示する
断面図である。SiO2マスク2は二酸化シリコンから
成る。SiO2マスク2を形成するための準備としてま
ず、Si基板1を熱酸化することにより二酸化シリコン
膜を形成するか、あるいはCVD(Chemical Vapor Dep
osition)法、真空蒸着法、あるいはスパッタリング法
等を用いて形成する。次いで、半導体集積回路の製造に
おける周知の写真製版及びエッチング技術によって二酸
化シリコン膜を所望のパターンに形成することによっ
て、SiO2マスク2を得る。
FIG. 1 is a sectional view illustrating a Si substrate 1 on which a SiO 2 mask 2 patterned into a desired shape is placed. The SiO 2 mask 2 is made of silicon dioxide. As a preparation for forming the SiO 2 mask 2, first, a silicon dioxide film is formed by thermally oxidizing the Si substrate 1 or by CVD (Chemical Vapor Dep).
osition) method, a vacuum deposition method, a sputtering method, or the like. Next, a SiO 2 mask 2 is obtained by forming a silicon dioxide film into a desired pattern by the well-known photolithography and etching techniques in the manufacture of semiconductor integrated circuits.

【0023】図2は、図1に示されるSiO2マスク2
をマスクとしてSi基板1をエッチングすることによっ
て得られる構造を例示する断面図である。Si基板1
は、断面が三角形状あるいは台形状の錐体4aを一体と
して有する。
FIG. 2 shows the SiO 2 mask 2 shown in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a structure obtained by etching the Si substrate 1 using the as a mask. Si substrate 1
Has a conical pyramid 4a having a triangular or trapezoidal cross section.

【0024】図3は、図2に示される構造物に対して、
酸化雰囲気中におけるSi基板1表面の熱酸化を行うこ
とによって得られる構造を例示する断面図である。Si
2膜3によって被覆された冷陰極4がSiO2マスク2
の直下において存在する。
FIG. 3 shows the structure shown in FIG.
It is sectional drawing which illustrates the structure obtained by performing the thermal oxidation of the Si substrate 1 surface in an oxidizing atmosphere. Si
The cold cathode 4 covered with the O 2 film 3 is the SiO 2 mask 2
It exists just below.

【0025】次いで、図4に示される構造を得るため
に、図3に示される構造物に対してゲート電極支持用絶
縁膜5、ゲート電極用膜6、フォーカス電極支持用絶縁
膜11およびフォーカス電極用膜7を順に積層する。ゲ
ート電極支持用絶縁膜5、ゲート電極用膜6、フォーカ
ス電極支持用絶縁膜11およびフォーカス電極用膜7は
それぞれ、SiO、金属、シリケートガラスの一種であ
るPSG(Phospho-Silicate Glass)および金属からな
る。
Next, in order to obtain the structure shown in FIG. 4, with respect to the structure shown in FIG. 3, a gate electrode supporting insulating film 5, a gate electrode film 6, a focus electrode supporting insulating film 11 and a focus electrode. The film 7 is laminated in order. The gate electrode supporting insulating film 5, the gate electrode film 6, the focus electrode supporting insulating film 11 and the focus electrode film 7 are made of SiO, metal, PSG (Phospho-Silicate Glass) which is a kind of silicate glass and metal. Become.

【0026】積層を行う際に、真空蒸着法においては被
着粒子となる蒸発粒子の平均自由行程は大きいので、蒸
発粒子は直進する。従って、条件を適切に設定すること
によって、冷陰極4と、冷陰極4の形成されていない部
分のシリコン基板1との境界の上方において、ゲート電
極支持用絶縁膜5、ゲート電極用膜6、フォーカス電極
支持用絶縁膜11およびフォーカス電極用膜7は図示さ
れるようにそれぞれ不連続となる。この不連続な部分に
よって、ゲート電極支持用絶縁膜5、ゲート電極用膜
6、フォーカス電極支持用絶縁膜11およびフォーカス
電極用膜7に、開口部13がそれぞれの冷陰極4毎に形
成されている。
When stacking, in the vacuum vapor deposition method, the average free path of the vaporized particles to be adhered particles is large, so the vaporized particles go straight. Therefore, by properly setting the conditions, the insulating film 5 for supporting the gate electrode, the film 6 for the gate electrode, and the insulating film 5 for supporting the gate electrode are provided above the boundary between the cold cathode 4 and the silicon substrate 1 where the cold cathode 4 is not formed. The focus electrode supporting insulating film 11 and the focus electrode film 7 are discontinuous as shown in the figure. Due to this discontinuous portion, an opening 13 is formed in each of the cold cathodes 4 in the gate electrode supporting insulating film 5, the gate electrode film 6, the focus electrode supporting insulating film 11 and the focus electrode film 7. There is.

【0027】ゲート電極支持用絶縁膜5、ゲート電極用
膜6、フォーカス電極支持用絶縁膜11およびフォーカ
ス電極用膜7に関しては、冷陰極4上方に積層されたも
のに対してはそれぞれの参照符号に“a”を付し、Si
2膜3のうち冷陰極4の周辺に存在しない部分の上方
に積層されたものに対してはそれぞれの参照符号に
“b”を付すこととする。すなわち、冷陰極4上方の上
記積層物はそれぞれ、ゲート電極支持用絶縁膜5a、ゲ
ート電極用膜6a、フォーカス電極支持用絶縁膜11a
およびフォーカス電極用膜7aとして参照される。同様
に、SiO2膜3のうち冷陰極4の周辺に存在しない部
分の上方の上記積層物はそれぞれ、ゲート電極支持用絶
縁膜5b、ゲート電極用膜6b、フォーカス電極支持用
絶縁膜11bおよびフォーカス電極用膜7bとして参照
される。
Regarding the gate electrode supporting insulating film 5, the gate electrode film 6, the focus electrode supporting insulating film 11 and the focus electrode film 7, reference numerals are respectively assigned to those laminated above the cold cathode 4. "A" is added to the
The reference numeral "b" is added to each of the O 2 films 3 stacked above the portion that does not exist around the cold cathode 4. That is, the above-mentioned laminate above the cold cathode 4 has the gate electrode supporting insulating film 5a, the gate electrode film 6a, and the focus electrode supporting insulating film 11a, respectively.
It is also referred to as the focus electrode film 7a. Similarly, the above-mentioned laminates above the portions of the SiO 2 film 3 that do not exist around the cold cathode 4 are the gate electrode supporting insulating film 5b, the gate electrode film 6b, the focus electrode supporting insulating film 11b and the focus electrode, respectively. It is referred to as the electrode film 7b.

【0028】図5は、フォーカス電極支持用絶縁膜11
bの図4における断面をも例示する斜視図である。断面
を表す図4においては分離されているが、実際にはフォ
ーカス電極支持用絶縁膜11bは一体である。同様に、
ゲート電極支持用絶縁膜5、ゲート電極用膜6およびフ
ォーカス電極用膜7も一体である。しかし後の簡便のた
めに特にフォーカス電極支持用絶縁膜11bに関して
は、図4のような断面図あるいは図5に示される断面に
おいては以下に説明する参照符号を用いることとする。
すなわち、実際には図5に示されるように一体であるフ
ォーカス電極支持用絶縁膜11bは、断面においては分
離された三つの部分として表される。従って、図4に示
されるように、三つのフォーカス電極支持用絶縁膜11
bのうち、二つの冷陰極4同士の間に存在するものはフ
ォーカス電極支持用絶縁膜11b2として参照し、冷陰
極4同士の間に存在しないものはフォーカス電極支持用
絶縁膜11b1として参照する。
FIG. 5 shows the insulating film 11 for supporting the focus electrode.
It is a perspective view which also illustrates the section in Drawing 4 of b. Although it is separated in FIG. 4 showing the cross section, the focus electrode supporting insulating film 11b is actually integrated. Similarly,
The gate electrode supporting insulating film 5, the gate electrode film 6 and the focus electrode film 7 are also integrated. However, for the sake of simplicity later, particularly with respect to the focus electrode supporting insulating film 11b, the reference numerals described below are used in the cross-sectional view as shown in FIG. 4 or the cross-section shown in FIG.
That is, the focus electrode supporting insulating film 11b which is actually integrated as shown in FIG. 5 is represented as three separated parts in the cross section. Therefore, as shown in FIG. 4, three focus electrode supporting insulating films 11 are formed.
Among b, those existing between the two cold cathodes 4 are referred to as the focus electrode supporting insulating film 11b2, and those not existing between the cold cathodes 4 are referred to as the focus electrode supporting insulating film 11b1.

【0029】次いで図6に示すように、図4に示される
構造をフォトレジスト8aによって覆う。このとき、フ
ォーカス電極用膜7bのうち、フォーカス電極のパター
ンにならない部分はフォトレジスト8aによって覆わな
いようにパターニングする。フォトレジスト8aは塗布
時においては流動性に優れているので、開口部13にお
ける不連続部を良好に被覆することが可能である。フォ
トレジスト8aをマスクとしてエッチングを行い、不要
な部分のフォーカス電極用膜7bを除去する。以上の工
程が終了した時点での構造物が図6において図示されて
いる。
Then, as shown in FIG. 6, the structure shown in FIG. 4 is covered with a photoresist 8a. At this time, the portion of the focus electrode film 7b that does not have the pattern of the focus electrode is patterned so as not to be covered with the photoresist 8a. Since the photoresist 8a has excellent fluidity during coating, it is possible to satisfactorily cover the discontinuous portion in the opening 13. Etching is performed using the photoresist 8a as a mask to remove the unnecessary portion of the focus electrode film 7b. The structure at the end of the above steps is shown in FIG.

【0030】次いで、フォトレジスト8aを除去した
後、図7に示されるように、フォーカス電極支持用絶縁
膜11b1のうち、ゲート電極用膜6bのうちゲート電
極のパターンとはならない部分の上方に存在する部分の
みを露出するように、フォトレジスト8bを形成する。
フォトレジスト8bをマスクとしてフォーカス電極支持
用絶縁膜11b1およびゲート電極用膜6bを部分的に
順次エッチングによって除去し、ゲート電極用膜6bに
ゲート電極端9を形成する。この工程によって、図7に
示される構造物が得られる。
Then, after the photoresist 8a is removed, as shown in FIG. 7, it exists above the portion of the focus electrode supporting insulating film 11b1 which is not the gate electrode pattern of the gate electrode film 6b. The photoresist 8b is formed so that only the portion to be exposed is exposed.
The focus electrode supporting insulating film 11b1 and the gate electrode film 6b are partially and sequentially removed by etching using the photoresist 8b as a mask to form the gate electrode end 9 on the gate electrode film 6b. By this step, the structure shown in FIG. 7 is obtained.

【0031】さらに、フォトレジスト8bを除去した後
に、同様にフォトレジスト8cの塗布およびエッチング
の工程を行う。図8は、フォーカス電極支持用絶縁膜1
1b1が部分的に除去されることによってゲート電極引
き出し部10がゲート電極用膜6bに形成された構造物
を例示する断面図である。
Further, after removing the photoresist 8b, the steps of applying and etching the photoresist 8c are similarly performed. FIG. 8 shows the insulating film 1 for supporting the focus electrode.
1B1 is a cross-sectional view illustrating a structure in which a gate electrode lead-out portion 10 is formed on a gate electrode film 6b by partially removing 1b1. FIG.

【0032】図8の構造物からフォトレジスト8cを除
去することによって、図9に示される構造物が得られ
る。図9は、図32に示される構造物に備えられる、S
iOからなるフォーカス電極支持用絶縁膜110が、P
SGからなるフォーカス電極支持用絶縁膜11に置き換
えられた構造物を例示する断面図である。図9および図
32にそれぞれ示される構造物の構造の違いはこの点の
みであり、他の構造は一致している。すなわち、図9に
示される構造物を得るために行ってきた上述の工程は全
て従来の冷陰極素子を製造するための工程と同一であ
り、材料が一部異なることのみが本実施の形態の冷陰極
素子の製造方法の特徴となっている。
By removing the photoresist 8c from the structure of FIG. 8, the structure shown in FIG. 9 is obtained. FIG. 9 shows S provided in the structure shown in FIG.
The focus electrode supporting insulating film 110 made of iO is P
It is sectional drawing which illustrates the structure replaced by the insulating film 11 for focus electrode support which consists of SG. This is the only difference in the structures of the structures shown in FIGS. 9 and 32, respectively, and the other structures are the same. That is, all of the above steps performed to obtain the structure shown in FIG. 9 are the same as the steps for manufacturing a conventional cold cathode device, and only the materials are partly different. This is a feature of the manufacturing method of the cold cathode device.

【0033】もちろん、フォーカス電極用膜7bのパタ
ーニング、ゲート電極端9の形成およびゲート電極引き
出し部10の形成は、以上に述べられた順序に従ってな
されるとして限定されるものではない。これらが形成さ
れるならばどのような順序でも良い。
Of course, the patterning of the focus electrode film 7b, the formation of the gate electrode end 9 and the formation of the gate electrode lead portion 10 are not limited as they are performed in the order described above. Any order may be used as long as these are formed.

【0034】次いで、図33に示される構造物を得たと
きと同様に、積層物の不連続部である開口部13から例
えば弗酸をエッチング液として侵入させる。これによっ
て、SiO2マスク2、および冷陰極4周辺のSiO2
3をエッチングによって除去する。このとき、SiO2
マスク2の除去にともない、リフトオフによってゲート
電極支持用絶縁膜5a、ゲート電極用膜6a、フォーカ
ス電極支持用絶縁膜11aおよびフォーカス電極用膜7
aは同時に除去される。
Then, as in the case of obtaining the structure shown in FIG. 33, for example, hydrofluoric acid is introduced as an etching solution through the opening 13 which is a discontinuous portion of the laminate. As a result, the SiO 2 mask 2 and the SiO 2 film 3 around the cold cathode 4 are removed by etching. At this time, SiO 2
As the mask 2 is removed, the gate electrode supporting insulating film 5a, the gate electrode film 6a, the focus electrode supporting insulating film 11a, and the focus electrode film 7 are lifted off.
a is removed at the same time.

【0035】弗酸がPSGをエッチングする速度は、含
有するリン(P)の濃度によって調節することが可能で
あり、SiO2をエッチングする速度に比べて速いとい
う特徴がある(電子通信学会編、「LSIハンドブッ
ク」263〜264頁、1984年、オーム社)。従っ
て、SiO2マスク2の除去およびSiO2膜3の部分的
な除去の際に、フォーカス電極支持用絶縁膜11aがリ
フトオフによって除去されると共に、フォーカス電極支
持用絶縁膜11b1,11b2も一部がエッチングされ
る。このとき、フォーカス電極支持用絶縁膜11bは、
フォーカス電極支持用絶縁膜11b1,11b2がそれ
ぞれ台形である構造となる。
The rate at which PSG is etched by hydrofluoric acid can be adjusted by the concentration of phosphorus (P) contained, and is characterized by being faster than the rate at which SiO 2 is etched (edited by the Institute of Electronics and Communication Engineers, "LSI Handbook" pages 263 to 264, 1984, Ohmsha). Therefore, when the SiO 2 mask 2 is removed and the SiO 2 film 3 is partially removed, the focus electrode supporting insulating film 11a is removed by lift-off, and the focus electrode supporting insulating films 11b1 and 11b2 are partially removed. Is etched. At this time, the focus electrode supporting insulating film 11b is
The focus electrode supporting insulating films 11b1 and 11b2 each have a trapezoidal structure.

【0036】エッチング液として弗酸を用いることによ
って、PSGおよびSiO2以外の材料が浸食されるこ
とを回避することが可能となる。すなわち、ゲート電極
支持用絶縁膜5bのうち、フォーカス電極支持用絶縁膜
11b1の下方に位置する部分を残存させることが可能
となる。ゲート電極支持用絶縁膜5bのうちフォーカス
電極支持用絶縁膜11b1の下方に位置する部分は、ゲ
ート電極およびフォーカス電極としてそれぞれ機能する
ゲート電極用膜6bおよびフォーカス電極用膜7bを支
持するために必要である。
By using hydrofluoric acid as the etching liquid, it becomes possible to avoid erosion of materials other than PSG and SiO 2 . That is, it is possible to leave the portion of the gate electrode supporting insulating film 5b located below the focus electrode supporting insulating film 11b1. The portion of the gate electrode supporting insulating film 5b located below the focus electrode supporting insulating film 11b1 is necessary for supporting the gate electrode film 6b and the focus electrode film 7b which respectively function as a gate electrode and a focus electrode. Is.

【0037】この工程によって、図10に示されるよう
に、フォーカス電極支持用絶縁膜11b1およびフォー
カス電極支持用絶縁膜11b2からなるフォーカス電極
支持用絶縁膜11bによって形成される開口部は、ゲー
ト電極用膜6bによって形成される開口部よりも開口部
13において広くなる。同図に示される構造物が、本実
施の形態にて目的とする冷陰極素子である。
As a result of this step, as shown in FIG. 10, the opening formed by the focus electrode supporting insulating film 11b consisting of the focus electrode supporting insulating film 11b1 and the focus electrode supporting insulating film 11b2 is for the gate electrode. The opening 13 is wider than the opening formed by the film 6b. The structure shown in the figure is a cold cathode device intended in the present embodiment.

【0038】本実施の形態の冷陰極素子は図10に示さ
れるような構造を有するので、図10に示される断面に
おいて、フォーカス電極支持用絶縁膜11b1,11b
2のそれぞれの端部はゲート電極用膜6bのそれぞれの
端部よりも自身の内部へと後退している。従って、冷陰
極4から放出される電子は、フォーカス電極支持用絶縁
膜11bに到達および付着しにくい。このことについて
以下に説明を行う。
Since the cold cathode device of this embodiment has a structure as shown in FIG. 10, in the cross section shown in FIG. 10, the focus electrode supporting insulating films 11b1 and 11b are formed.
Each of the end portions of No. 2 recedes into itself from each end of the gate electrode film 6b. Therefore, the electrons emitted from the cold cathode 4 hardly reach and adhere to the focus electrode supporting insulating film 11b. This will be described below.

【0039】図11は、図10に示される冷陰極素子の
左部についての拡大図である。同図において、従来の冷
陰極素子のフォーカス電極支持用絶縁膜110bが一点
鎖線にて示されている。従来の冷陰極素子のフォーカス
電極支持用絶縁膜110に付着しない電子は、同断面図
における角度αの範囲内にて冷陰極4の先端から放出さ
れたものであった。しかし、本実施の形態の冷陰極素子
においては、フォーカス電極支持用絶縁膜11bがゲー
ト電極用膜6bよりも後退しているので、同断面図に示
される角度βの分だけ付着しない電子の放出される角度
が増える。角度が増えるということはすなわち、それだ
け電子が付着されにくいということである。
FIG. 11 is an enlarged view of the left portion of the cold cathode device shown in FIG. In the same figure, the focus electrode supporting insulating film 110b of the conventional cold cathode device is indicated by a dashed line. The electrons that do not adhere to the focus electrode supporting insulating film 110 of the conventional cold cathode element are emitted from the tip of the cold cathode 4 within the range of the angle α in the same sectional view. However, in the cold cathode device of the present embodiment, since the focus electrode supporting insulating film 11b is recessed from the gate electrode film 6b, the emission of electrons not attached by the angle β shown in the same sectional view. The angle that is played increases. Increasing the angle means that electrons are less likely to be attached.

【0040】図12は、冷陰極4の先端と電極用膜6b
の上側の端部とを結んだ曲面(同断面図においては直線
にて示されている)と、フォーカス電極支持用絶縁膜1
1b(同図においては11b1が示されている)とが接
する冷陰極素子を例示する部分拡大断面図である。冷陰
極4から放出される電子は、ゲート電極たるゲート電極
膜6bの蔭になっている部分には到達し得ない。従っ
て、同図に示される冷陰極素子の場合よりもフォーカス
電極支持用絶縁膜11bが奥まるように、フォーカス電
極支持用絶縁膜11bをエッチングによって部分的に取
り除くことが好ましい。これによって、放出された電子
のフォーカス電極支持用絶縁膜11bの側壁への付着を
確実に防止することが可能となる。
FIG. 12 shows the tip of the cold cathode 4 and the electrode film 6b.
A curved surface (indicated by a straight line in the same sectional view) connecting the upper end of the focus electrode and the insulating film 1 for supporting the focus electrode.
FIG. 1B is a partially enlarged cross-sectional view illustrating a cold cathode device in contact with 1b (11b1 is shown in the figure). The electrons emitted from the cold cathode 4 cannot reach the shaded portion of the gate electrode film 6b, which is the gate electrode. Therefore, it is preferable to partially remove the focus electrode supporting insulating film 11b by etching so that the focus electrode supporting insulating film 11b is deeper than in the case of the cold cathode device shown in FIG. This makes it possible to reliably prevent the emitted electrons from adhering to the side wall of the focus electrode supporting insulating film 11b.

【0041】また、図11に示される角度α+βが30
度以下という範囲で放出された電子が到達しない程度に
フォーカス電極支持用絶縁膜11bをエッチングによっ
て部分的に除去する場合にも、十分な効果が得られる。
このことについて以下に説明を行う。
Further, the angle α + β shown in FIG. 11 is 30.
Even when the focus electrode supporting insulating film 11b is partially removed by etching to the extent that the emitted electrons do not reach within a range of less than 100 degrees, a sufficient effect can be obtained.
This will be described below.

【0042】図13は、冷陰極4から放出される電子の
存在範囲を示す断面図であり、冷陰極4の先端が球形で
あると仮定してなされたコンピュータ・シミュレーショ
ンの結果等から得られたものである。コンピュータ・シ
ミュレーション等から、先端の球の中心を中心として、
断面において30度以内という角度の範囲内で電子が放
出されると予想される。従って、フォーカス電極支持用
絶縁膜11bの端部と冷陰極4の先端とが冷陰極4の中
心線に対してなす角度、すなわち角度α+βが30度以
下ならば、本実施の形態に従う効果を十分に得ることが
可能である。
FIG. 13 is a cross-sectional view showing the existence range of electrons emitted from the cold cathode 4, which is obtained from the result of a computer simulation performed assuming that the tip of the cold cathode 4 is spherical. It is a thing. From computer simulation etc., centering on the center of the sphere at the tip,
Electrons are expected to be emitted within an angle range of 30 degrees or less in the cross section. Therefore, if the angle between the end of the focus electrode supporting insulating film 11b and the tip of the cold cathode 4 with respect to the center line of the cold cathode 4, that is, the angle α + β is 30 degrees or less, the effect according to the present embodiment is sufficiently obtained. It is possible to obtain

【0043】同様の議論が、電子と残留ガスとの反応に
よって生ずる生成物に関しても当てはまる。すなわち、
フォーカス電極支持用絶縁膜11bによって形成される
開口部をゲート電極用膜6bによって形成される開口部
よりも広くすることによって、フォーカス電極支持用絶
縁膜11bへの電子の蓄積、あるいは残留ガスによる反
応の生成物の付着を抑制することが可能となる。これに
よって、特性の変動や劣化の少ない冷陰極素子が得られ
るという利点がある。
A similar argument applies to the products resulting from the reaction of electrons with residual gas. That is,
By making the opening formed by the focus electrode supporting insulating film 11b wider than the opening formed by the gate electrode film 6b, accumulation of electrons in the focus electrode supporting insulating film 11b or reaction by residual gas It becomes possible to suppress the adhesion of the product of. As a result, there is an advantage that a cold cathode device with less fluctuation and deterioration of characteristics can be obtained.

【0044】本発明の付随的な利点として、冷陰極素子
は高速で動作することが可能になることも挙げられる。
ゲート電極とフォーカス電極との間の静電容量は両電極
間に存在する誘電体の誘電率と面積の積とに比例するの
であるが、SiO2、PSG、SiO等の誘電率は真空
の約4倍近い値である。しかし、PSGからなるフォー
カス電極支持用絶縁膜11bをゲート電極用膜6bより
も後退させることによって誘電体部分の占める面積が減
少するので静電容量が減少し、冷陰極素子は高速で動作
することが可能となる。
An additional advantage of the present invention is that the cold cathode device can operate at high speed.
The capacitance between the gate electrode and the focus electrode is proportional to the product of the dielectric constant and the area of the dielectric material existing between the two electrodes, but the dielectric constant of SiO 2 , PSG, SiO, etc. is about The value is almost four times. However, by making the focus electrode supporting insulating film 11b made of PSG recede from the gate electrode film 6b, the area occupied by the dielectric part is reduced, so that the capacitance is reduced and the cold cathode device operates at high speed. Is possible.

【0045】本実施の形態においては、フォーカス電極
支持用絶縁膜11としてPSGを用いる場合について説
明を行ったが、BSG(Boro-Silicate Glass)、BP
SG(Boro‐Phospho-Silicate Glass)、ASG(Arse
no-Silicate Glass)、Si3N4等のような、他の材料を
用いても構わない。また、ゲート電極支持用絶縁膜5と
してSi34、アルミナ等のような他の材料を用いても
良い。すなわち、フォーカス電極支持用絶縁膜11のエ
ッチング速度がゲート電極支持用絶縁膜5のエッチング
速度よりも十分速いならば、フォーカス電極支持用絶縁
膜11およびゲート電極支持用絶縁膜5の材料の組み合
わせは以上の材料に限定されるものではない。
Although the case where PSG is used as the focus electrode supporting insulating film 11 has been described in the present embodiment, BSG (Boro-Silicate Glass), BP are used.
SG (Boro-Phospho-Silicate Glass), ASG (Arse
Other materials such as no-Silicate Glass) and Si 3 N 4 may be used. Further, other materials such as Si 3 N 4 and alumina may be used as the gate electrode supporting insulating film 5. That is, if the etching rate of the focus electrode supporting insulating film 11 is sufficiently higher than the etching rate of the gate electrode supporting insulating film 5, the combination of materials of the focus electrode supporting insulating film 11 and the gate electrode supporting insulating film 5 is The material is not limited to the above.

【0046】また、ゲート電極用膜6、フォーカス電極
用膜7の材料としてはそれぞれ、Mo、W、Nb、Au
あるいはMoSi2、WSi2等のような各種の金属ある
いはその化合物、合金等を用いることが可能である。
The materials for the gate electrode film 6 and the focus electrode film 7 are Mo, W, Nb and Au, respectively.
Alternatively, it is possible to use various metals such as MoSi 2 , WSi 2 and the like, or compounds and alloys thereof.

【0047】また、本実施の形態においては、図9に示
される構造物に関して従来からなされているSiO2
スク2の弗酸を用いるエッチングと同時に、フォーカス
電極支持用絶縁膜11のエッチングを行なっている。従
って、従来の製造工程を用いて本実施の形態の製造方法
を行うことが可能であり、簡易に本実施の形態の冷陰極
素子が得られる。しかし、もちろんそれぞれのエッチン
グを個別に行っても良い。
Further, in the present embodiment, the focus electrode supporting insulating film 11 is etched simultaneously with the conventional etching of the SiO 2 mask 2 using hydrofluoric acid for the structure shown in FIG. There is. Therefore, the manufacturing method of the present embodiment can be performed using the conventional manufacturing process, and the cold cathode element of the present embodiment can be easily obtained. However, of course, each etching may be performed individually.

【0048】従来の冷陰極素子の製造方法において絶縁
膜の材料を置き換えるという簡単な変更を行うことによ
って、本実施の形態の冷陰極素子を得ることが可能とな
る。従って、本実施の形態の冷陰極素子の製造方法は簡
易ながらも非常に有効な製造方法であるといえる。
The cold cathode element of the present embodiment can be obtained by making a simple change in the conventional method for manufacturing a cold cathode element by replacing the material of the insulating film. Therefore, it can be said that the method of manufacturing the cold cathode element of the present embodiment is a simple but very effective manufacturing method.

【0049】実施の形態2.実施の形態1の冷陰極素子
の製造方法を改良することによって得られる、本実施の
形態に従う冷陰極素子の製造方法について説明を行う。
図14および図15はそれぞれ、図9に示される冷陰極
素子の製造工程においてさらにエッチングを行うことに
よって、フォーカス電極支持用絶縁膜11b2が同断面
図上からなくなるまでフォーカス電極支持用絶縁膜11
bがエッチングされた冷陰極素子を例示する断面図およ
び平面図である。図14は、図15に示される冷陰極素
子のXIV−XIV断面図である。
Embodiment 2 A method of manufacturing the cold cathode element according to the present embodiment, which is obtained by improving the method of manufacturing the cold cathode element of the first embodiment, will be described.
14 and 15 respectively, by further performing etching in the manufacturing process of the cold cathode device shown in FIG. 9, the focus electrode supporting insulating film 11b2 is removed from the same sectional view until the focus electrode supporting insulating film 11b is removed.
FIG. 6 is a cross-sectional view and a plan view illustrating a cold cathode device in which b is etched. 14 is a sectional view taken along line XIV-XIV of the cold cathode device shown in FIG.

【0050】図15においては、Si基板1と、ゲート
電極支持用絶縁膜5bと、ゲート電極用膜6bと、フォ
ーカス電極用膜7bと、冷陰極4とが実線にて図示され
ており、フォーカス電極支持用絶縁膜11bが隠れ線に
て図示されている。SiO2膜3もフォーカス電極用支
持用絶縁膜11bと同様に隠れ線にて表示されるべきで
あるが、図が煩雑となり見にくくなることを避けるため
に図示を省略する。図16、図17は、図15に示され
る冷陰極素子の構造を理解するために用意された平面図
である。
In FIG. 15, the Si substrate 1, the insulating film 5b for supporting the gate electrode, the film 6b for the gate electrode, the film 7b for the focus electrode, and the cold cathode 4 are shown by solid lines, and the focus is shown. The electrode supporting insulating film 11b is shown by a hidden line. The SiO 2 film 3 should also be displayed as a hidden line similarly to the focus electrode supporting insulating film 11b, but the illustration is omitted to avoid making the drawing complicated and difficult to see. 16 and 17 are plan views prepared in order to understand the structure of the cold cathode device shown in FIG.

【0051】図16は、図14に示される構造からゲー
ト電極用膜6bよりも上の部分を省いた構造の平面図で
ある。ゲート電極用膜6bに設けられた開口部13によ
って、Si基板1と冷陰極4とが露出されている。
FIG. 16 is a plan view of the structure shown in FIG. 14 with the portion above the gate electrode film 6b omitted. The Si substrate 1 and the cold cathode 4 are exposed through the opening 13 provided in the gate electrode film 6b.

【0052】図17は、図14に示される構造からフォ
ーカス電極支持用絶縁膜11bよりも上の部分を省いた
構造、すなわち図16に示される構造にさらにフォーカ
ス電極支持用絶縁膜11bが配置された構造を示す平面
図である。フォーカス電極支持用絶縁膜11bの開口部
18によって、ゲート電極用膜6b、Si基板1および
冷陰極4が露出されている。開口部18は、エッチング
が押し進められたことによってフォーカス電極支持用絶
縁膜11bの二つの開口部がつなげられることによって
形成されている。この構造物上にさらにフォーカス電極
用膜7bを配置することによって、図14、図15に示
される冷陰極素子が得られる。
FIG. 17 shows a structure in which the portion above the focus electrode supporting insulating film 11b is omitted from the structure shown in FIG. 14, that is, the focus electrode supporting insulating film 11b is further arranged in the structure shown in FIG. It is a top view which shows the structure. The gate electrode film 6b, the Si substrate 1, and the cold cathode 4 are exposed through the opening 18 of the focus electrode supporting insulating film 11b. The opening 18 is formed by connecting the two openings of the focus electrode supporting insulating film 11b by pushing the etching forward. By further disposing the focus electrode film 7b on this structure, the cold cathode device shown in FIGS. 14 and 15 is obtained.

【0053】図14、図15に示されるとおり、冷陰極
4同士の間にフォーカス電極支持用絶縁膜11b2は存
在しない。しかし、図14においてはフォーカス電極支
持用絶縁膜11b1によって、図15においてはフォー
カス電極支持用絶縁膜11bによって、フォーカス電極
用膜7bは確実に支持されている。
As shown in FIGS. 14 and 15, the focus electrode supporting insulating film 11b2 does not exist between the cold cathodes 4. However, the focus electrode supporting insulating film 11b1 in FIG. 14 and the focus electrode supporting insulating film 11b in FIG. 15 reliably support the focus electrode film 7b.

【0054】フォーカス電極支持用絶縁膜11bに設け
られた開口部同士がさらなるエッチングによってつなげ
られ開口部18が形成されているので、フォーカス電極
支持用絶縁膜11bの占める面積は実施の形態1に比べ
て更に少なくなっている。従って、実施の形態1の冷陰
極素子よりも特性の変動や劣化が一層少なく、更に高速
で動作することが可能な冷陰極素子が本実施の形態の冷
陰極素子の製造方法によって得られる。
Since the openings provided in the focus electrode supporting insulating film 11b are connected by further etching to form the opening 18, the area occupied by the focus electrode supporting insulating film 11b is larger than that in the first embodiment. And even less. Therefore, the cold cathode device having less variation and deterioration in characteristics than the cold cathode device of the first embodiment and capable of operating at higher speed can be obtained by the method for manufacturing the cold cathode device of the present embodiment.

【0055】開口部18は、上述の説明においては二つ
の開口部がつなげられることによって形成されていた。
しかし、二つという数に限定されるものではなく、もっ
と多くの開口部がつなげられていても良い。
The opening 18 was formed by connecting two openings in the above description.
However, the number is not limited to two, and more openings may be connected.

【0056】本実施の形態においては、フォーカス電極
支持用絶縁膜11bに設けられた開口部同士をつなげる
ことによって複数の冷陰極4を露出する開口部18を形
成する。そして、冷陰極素子の周辺部分に残存するフォ
ーカス電極支持用絶縁膜11bによってフォーカス電極
用膜7bを支持させる。これによって、フォーカス電極
用膜7bの支持を行いつつ冷陰極素子の電界電子放出特
性を安定させ高速で動作させることが可能となる。
In this embodiment, the openings 18 that expose the plurality of cold cathodes 4 are formed by connecting the openings provided in the focus electrode supporting insulating film 11b. Then, the focus electrode film 7b is supported by the focus electrode supporting insulating film 11b remaining on the peripheral portion of the cold cathode element. This makes it possible to stabilize the field electron emission characteristics of the cold cathode device while supporting the focus electrode film 7b, and to operate at high speed.

【0057】実施の形態3.大きい動作電流を得る目的
で、冷陰極4が数百〜数千個集積された構造を有する冷
陰極素子が用いられることが通例である。このような場
合、実施の形態2で説明されたように、開口部13の周
囲の部分、すなわち冷陰極素子の周辺部分に残存するフ
ォーカス電極支持用絶縁膜11bのみによってフォーカ
ス電極用膜7bを支持することが困難である場合があ
る。
Embodiment 3 For the purpose of obtaining a large operating current, it is customary to use a cold cathode device having a structure in which hundreds to thousands of cold cathodes 4 are integrated. In such a case, as described in the second embodiment, the focus electrode film 7b is supported only by the focus electrode supporting insulating film 11b remaining in the peripheral portion of the opening 13, that is, the peripheral portion of the cold cathode element. It can be difficult to do.

【0058】本実施の形態においては、フォーカス電極
支持用絶縁膜11b以外にもフォーカス電極支持用絶縁
膜11が残存する冷陰極素子を開示する。
The present embodiment discloses a cold cathode element in which the focus electrode supporting insulating film 11 is left in addition to the focus electrode supporting insulating film 11b.

【0059】図18、図19はそれぞれ、フォーカス電
極支持用絶縁膜11cが備えられた冷陰極素子の構造を
例示する断面図および平面図である。実施の形態1,2
に記載の冷陰極素子の製造方法と同様の方法を用いるこ
とによって、図示されている冷陰極素子を得ることが可
能である。これらの図に示される冷陰極素子には、説明
を簡便にするために例として40個の冷陰極4が備えら
れている。図18は、図19に示される冷陰極素子のXV
III−XVIII断面図である。図19には、冷陰極素子を一
部拡大した拡大図が付されている。拡大図に示されると
おり、それぞれの開口部13はそれぞれの冷陰極4を露
出させている。
18 and 19 are a sectional view and a plan view, respectively, illustrating the structure of the cold cathode device provided with the focus electrode supporting insulating film 11c. Embodiments 1 and 2
The illustrated cold cathode device can be obtained by using the same method as the cold cathode device manufacturing method described in (1). The cold cathode device shown in these figures is provided with 40 cold cathodes 4 as an example for the sake of simplicity. FIG. 18 shows the XV of the cold cathode device shown in FIG.
It is a III-XVIII sectional view. In FIG. 19, an enlarged view of a part of the cold cathode device is enlarged. As shown in the enlarged view, each opening 13 exposes each cold cathode 4.

【0060】本実施の形態の冷陰極素子について説明を
行う。フォーカス電極支持用絶縁膜11bによって形成
される開口部18の中央部に、フォーカス電極支持用絶
縁膜11cが配置されている。この構造においては、フ
ォーカス電極用膜7bはフォーカス電極支持用絶縁膜1
1b,11cによって支持されている。
The cold cathode device of the present embodiment will be described. The focus electrode supporting insulating film 11c is arranged at the center of the opening 18 formed by the focus electrode supporting insulating film 11b. In this structure, the focus electrode film 7b is the focus electrode supporting insulating film 1
It is supported by 1b and 11c.

【0061】本実施の形態の冷陰極素子においては、冷
陰極素子の周辺部分のフォーカス電極支持用絶縁膜11
bによってフォーカス電極用膜7bの周辺部分を支持さ
せている。さらに、冷陰極素子の中心部分のフォーカス
電極支持用絶縁膜11cによってフォーカス電極用膜7
bの中心部分を支持させることによって、フォーカス電
極用膜7bの湾曲を阻止している。
In the cold cathode device of this embodiment, the focus electrode supporting insulating film 11 in the peripheral portion of the cold cathode device is used.
The peripheral portion of the focus electrode film 7b is supported by b. Further, the focus electrode film 7 is formed by the focus electrode supporting insulating film 11c in the central portion of the cold cathode device.
By supporting the central portion of b, the curvature of the focus electrode film 7b is prevented.

【0062】フォーカス電極支持用絶縁膜11cの備え
られた冷陰極素子を得るには、実施の形態1および2に
記載の冷陰極素子の製造方法において、冷陰極4同士の
間隔を異ならせれば良い。すなわち、冷陰極4同士の間
隔が異なればそれらの間のフォーカス電極支持用絶縁膜
11の幅も当然異なり、弗酸を用いたエッチングの際に
フォーカス電極支持用絶縁膜11が残存する部分と残存
しない部分とが生ずる。残存する部分がフォーカス電極
支持用絶縁膜11cになる。
In order to obtain the cold cathode device provided with the focus electrode supporting insulating film 11c, the intervals between the cold cathodes 4 may be made different in the method for manufacturing the cold cathode device described in the first and second embodiments. . That is, if the distance between the cold cathodes 4 is different, the width of the focus electrode supporting insulating film 11 between them is naturally different, and the portion where the focus electrode supporting insulating film 11 remains and the remaining portion remain when the etching using hydrofluoric acid is performed. The part that does not do occurs. The remaining portion becomes the focus electrode supporting insulating film 11c.

【0063】もちろん、フォーカス電極支持用絶縁膜1
1cは冷陰極素子の中心部分に位置しなくとも良く、中
心部分と周辺部分との間に位置しても良い。また、フォ
ーカス電極支持用絶縁膜11cを複数個設けることによ
って、良好にフォーカス電極用膜7bの湾曲を阻止する
ことが可能となる。
Of course, the focus electrode supporting insulating film 1
1c does not have to be located in the central portion of the cold cathode device, but may be located between the central portion and the peripheral portion. Further, by providing a plurality of focus electrode supporting insulating films 11c, it is possible to favorably prevent the focus electrode film 7b from being curved.

【0064】本実施の形態においては、フォーカス電極
支持用絶縁膜11cを設けるために冷陰極4を形成する
ことが不可能となる部分が冷陰極素子に生ずる。しか
し、例えば通常に集積される冷陰極4の個数は数百〜数
千個であり、これらが全体の冷陰極4に占める割合は
0.1〜1%以下である。従って、フォーカス電極支持
用絶縁膜11cを設けることによって冷陰極素子の性能
はほとんど影響を受けない。
In the present embodiment, the cold cathode element has a portion where the cold cathode 4 cannot be formed due to the provision of the focus electrode supporting insulating film 11c. However, for example, the number of cold cathodes 4 that are normally integrated is several hundred to several thousand, and the ratio of these to the entire cold cathode 4 is 0.1 to 1% or less. Therefore, the performance of the cold cathode device is hardly affected by providing the insulating film 11c for supporting the focus electrode.

【0065】本実施の形態においては、多数の冷陰極が
集積された冷陰極素子のフォーカス電極を有効に支持す
ることが可能であるので、大電流動作が可能であり、特
性の変動や劣化が少なく、高速動作が可能な冷陰極素子
を得ることが可能となる。
In the present embodiment, it is possible to effectively support the focus electrode of the cold cathode device in which a large number of cold cathodes are integrated, so that a large current operation is possible and fluctuations and deterioration of characteristics are caused. It is possible to obtain a cold cathode device which is small in number and can operate at high speed.

【0066】実施の形態4.本実施の形態においては、
いわゆるSpindt型の冷陰極素子(「小規模の生産
が始まったFED、量産化への決断が目前に」、日経エ
レクトロニクス、P.92,No.654,1996.1.29)に本発明を
適用することについて説明を行う。実施の形態1〜3と
同一の構成には同一の参照符号を付し、説明は省略す
る。図20〜図26は、本実施の形態に従う冷陰極素子
の製造方法を工程順に示す断面図である。
Fourth Embodiment In the present embodiment,
Applying the present invention to a so-called Spindt type cold cathode device (“FED that small-scale production has begun, decision to mass production is imminent”, Nikkei Electronics, P.92, No. 654, 1996.1.29) Will be described. The same components as those in the first to third embodiments are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. 20 to 26 are cross-sectional views showing the method of manufacturing the cold cathode device according to the present embodiment in the order of steps.

【0067】図20に示されるように、導電性基板12
上にゲート電極支持用絶縁膜5、ゲート電極用膜6、フ
ォーカス電極支持用絶縁膜11およびフォーカス電極用
膜7を順に積層する。
As shown in FIG. 20, the conductive substrate 12
A gate electrode supporting insulating film 5, a gate electrode film 6, a focus electrode supporting insulating film 11 and a focus electrode film 7 are sequentially laminated on top.

【0068】次いで、図20に示される構造物に対し
て、写真製版技術を用いて冷陰極を形成すべき部分であ
るゲート電極支持用絶縁膜5、ゲート電極用膜6、フォ
ーカス電極支持用絶縁膜11およびフォーカス電極用膜
7を部分的に除去し、開口部13を形成する。図21
は、エッチングマスク(フォトレジスト)8dを用いる
エッチングによって開口部13が形成された構造物を例
示する断面図である。開口部13は、例えば反応性イオ
ンエッチングのような横方向へのエッチングの少ない方
法を用いて順次エッチングを行うことによって、形成す
ることが可能である。開口部13が形成されたことによ
って、実施の形態1〜3と同様に、ゲート電極支持用絶
縁膜5b、ゲート電極用膜6b、フォーカス電極支持用
絶縁膜11b1,11b2およびフォーカス電極用膜7
bが得られる。
Next, for the structure shown in FIG. 20, the insulating film 5 for supporting the gate electrode, the film 6 for supporting the gate electrode, the insulating film for supporting the focus electrode, which are the portions where the cold cathode is to be formed by using the photolithography technique The film 11 and the focus electrode film 7 are partially removed to form an opening 13. FIG.
FIG. 6 is a sectional view illustrating a structure in which an opening 13 is formed by etching using an etching mask (photoresist) 8d. The opening 13 can be formed by sequentially performing etching using a method such as reactive ion etching that does not cause a large amount of lateral etching. Since the opening 13 is formed, the gate electrode supporting insulating film 5b, the gate electrode film 6b, the focus electrode supporting insulating films 11b1 and 11b2, and the focus electrode film 7 are formed as in the first to third embodiments.
b is obtained.

【0069】次いで、後の工程においてリフトオフを行
うために必要となるスペーサ15を真空蒸着法によって
形成する。図22は、スペーサ15の形成された構造物
を例示する断面図である。真空蒸着の際に、構造物すな
わちフォーカス電極用膜7bの表面への蒸着粒子の入射
角度(表面を基準にして測る)を0度に近い角度に設定
する。このように設定することによって、スペーサ15
はフォーカス電極用膜7bの露出された表面を覆うよう
に形成される。
Next, the spacers 15 required for performing lift-off in a later step are formed by the vacuum evaporation method. FIG. 22 is a cross-sectional view illustrating a structure in which the spacer 15 is formed. At the time of vacuum vapor deposition, the incident angle (measured with reference to the surface) of the vapor deposition particles to the surface of the structure, that is, the focus electrode film 7b is set to an angle close to 0 degree. By setting in this way, the spacer 15
Is formed so as to cover the exposed surface of the focus electrode film 7b.

【0070】次いで、図23に示されるように、冷陰極
用金属14を真空蒸着法によって堆積させる。このと
き、蒸着粒子が開口部13の伸長方向に対して平行に入
射するように設定することによって、開口部13の底面
とスペーサ15の上面とに冷陰極用金属14が堆積され
る。開口部13の底面に堆積されたものを冷陰極用金属
14a、スペーサ15の上面に堆積されたものを冷陰極
用金属14bとして参照する。
Next, as shown in FIG. 23, the cold cathode metal 14 is deposited by a vacuum evaporation method. At this time, the vapor deposition particles are set so as to enter in parallel to the extension direction of the opening 13, so that the cold cathode metal 14 is deposited on the bottom surface of the opening 13 and the top surface of the spacer 15. Those deposited on the bottom surface of the opening 13 are referred to as cold cathode metal 14a, and those deposited on the upper surface of the spacer 15 are referred to as cold cathode metal 14b.

【0071】スペーサ15上にて成長する冷陰極用金属
14bは開口部13の端部において横方向にも成長す
る。従って、冷陰極用金属14bが成長するにつれて、
開口部13上の冷陰極用金属14bの開口部の開口径は
次第に小さくなる。これによって、冷陰極用金属14a
は錐体状に堆積される。
The cold cathode metal 14b growing on the spacer 15 also grows laterally at the end of the opening 13. Therefore, as the cold cathode metal 14b grows,
The opening diameter of the cold cathode metal 14b on the opening 13 is gradually reduced. As a result, the cold cathode metal 14a
Are cone-shaped.

【0072】冷陰極用金属14をさらに堆積させると、
図24に示されるように、終には冷陰極用金属14bの
開口部は閉じてしまう。その結果、冷陰極用金属14a
は円錐状となる。この冷陰極用金属14aを冷陰極素子
の冷陰極として用いる。
When the cold cathode metal 14 is further deposited,
As shown in FIG. 24, the opening of the cold cathode metal 14b is closed at the end. As a result, the cold cathode metal 14a
Becomes a cone. This cold cathode metal 14a is used as a cold cathode of a cold cathode element.

【0073】次いで、図24に示される構造物のうち、
スペーサ15をエッチングによって除去する。スペーサ
15の除去にともない、冷陰極用金属14bは支持基板
を失うので同時に除去される。すなわち、リフトオフに
よって冷陰極用金属14bが除去される。図25は、ス
ペーサ15と冷陰極用金属14bとが除去された構造物
を例示する断面図である。スペーサ15の選択的な除去
は、スペーサ15の材料とエッチング液の種類とをあら
かじめ選択しておくことによって可能となる。
Next, among the structures shown in FIG. 24,
The spacer 15 is removed by etching. With the removal of the spacer 15, the metal 14b for cold cathode loses the supporting substrate, so that it is removed at the same time. That is, the lift-off removes the cold cathode metal 14b. FIG. 25 is a cross-sectional view illustrating a structure in which the spacer 15 and the cold cathode metal 14b are removed. The spacer 15 can be selectively removed by selecting the material of the spacer 15 and the type of etching solution in advance.

【0074】スペーサ15の材料として、Alあるいは
Niのような金属、アルミナあるいはSi34のような
無機絶縁物、フォトレジストあるいはポリイミドのよう
な有機絶縁物を用いることが可能である。また、スペー
サ15としてAlを用いる場合には、リン酸、またはリ
ン酸と硝酸との混合液をエッチング液として用いれば良
い。すなわち、スペーサ15のみを選択的に除去するよ
うな組み合わせならば、エッチング液の種類は何でも良
い。
As the material of the spacer 15, it is possible to use a metal such as Al or Ni, an inorganic insulating material such as alumina or Si 3 N 4 , or an organic insulating material such as photoresist or polyimide. When Al is used as the spacer 15, phosphoric acid or a mixed solution of phosphoric acid and nitric acid may be used as the etching solution. That is, any kind of etching solution may be used as long as it is a combination that selectively removes only the spacer 15.

【0075】次いで、実施の形態1の冷陰極素子の製造
方法と同様にして、フォーカス電極用膜7bのパターニ
ング、ゲート電極端の形成およびゲート電極引き出し部
の形成を行う(図示せず)。次いで、フォーカス電極支
持用絶縁膜11bを例えば弗酸系のエッチング液によっ
て、図26に示されるように部分的に除去する。これに
よって、フォーカス電極支持用絶縁膜11bのうち、フ
ォーカス電極支持用絶縁膜11b1のみが同図に示され
る断面において残存する。
Then, similarly to the method of manufacturing the cold cathode element of the first embodiment, the focus electrode film 7b is patterned, the gate electrode end is formed, and the gate electrode lead portion is formed (not shown). Next, the focus electrode supporting insulating film 11b is partially removed by, for example, a hydrofluoric acid-based etching solution as shown in FIG. As a result, of the focus electrode supporting insulating film 11b, only the focus electrode supporting insulating film 11b1 remains in the cross section shown in FIG.

【0076】本実施の形態では、冷陰極素子の冷陰極を
形成する方法が異なっていても、フォーカス電極支持用
絶縁膜11bの端部をゲート電極用膜6bの端部よりも
内側に後退させることが可能であることを示した。従っ
て、特性の変動や劣化の少ない冷陰極素子を冷陰極素子
の製造方法によらず得ることが可能である。
In this embodiment, even if the method of forming the cold cathode of the cold cathode element is different, the end portion of the focus electrode supporting insulating film 11b is set back to the inside of the end portion of the gate electrode film 6b. It is shown that it is possible. Therefore, it is possible to obtain a cold cathode element with less variation and deterioration of characteristics regardless of the method of manufacturing the cold cathode element.

【0077】実施の形態5.実施の形態1〜4において
は、フォーカス電極支持用絶縁膜11の材料として特に
PSG等を用いることによって、フォーカス電極支持用
絶縁膜11bを一部除去している。本実施の形態におい
ては、ゲート電極支持用絶縁膜5bをも一部除去するこ
とによって、さらに高速で動作することが可能な冷陰極
素子を得る。
Embodiment 5 In the first to fourth embodiments, the focus electrode supporting insulating film 11b is partially removed by using PSG or the like as the material of the focus electrode supporting insulating film 11. In the present embodiment, the gate electrode supporting insulating film 5b is also partially removed to obtain a cold cathode device capable of operating at a higher speed.

【0078】図27は、ゲート電極支持用絶縁膜5bの
材料としてPSGが用いられた構造物を例示する断面図
である。同図に示される構造物は、図4に示される工程
においてゲート電極支持用絶縁膜5として特にPSGを
用いて積層を行い、図6〜図9に示される工程と同一の
工程を施すことによって得ることができる。すなわち、
図9に示される構造物とはゲート電極支持用絶縁膜5b
の材料が異なることが図27に示される構造物の特徴と
なっている。
FIG. 27 is a cross-sectional view illustrating a structure in which PSG is used as the material of the gate electrode supporting insulating film 5b. The structure shown in the same figure is formed by stacking the gate electrode supporting insulating film 5 using PSG in the step shown in FIG. 4 and performing the same step as that shown in FIGS. Obtainable. That is,
The structure shown in FIG. 9 is the insulating film 5b for supporting the gate electrode.
The different materials are characteristic of the structure shown in FIG.

【0079】次いで、図27に示される構造物に対し
て、図10に示される工程と同様に弗酸を用いたエッチ
ングを行う。これによって、図10に示されるのと同様
にフォーカス電極支持用絶縁膜11b、および冷陰極4
の周辺の部分のSiO2膜3がエッチングされ、これと
同時にゲート電極支持用絶縁膜5bもエッチングされ
る。図28は、ゲート電極支持用絶縁膜5bがエッチン
グされた冷陰極素子を例示する断面図である。
Then, the structure shown in FIG. 27 is etched with hydrofluoric acid in the same manner as in the step shown in FIG. As a result, the focus electrode supporting insulating film 11b and the cold cathode 4 are formed in the same manner as shown in FIG.
The SiO 2 film 3 in the peripheral portion is etched, and at the same time, the gate electrode supporting insulating film 5b is also etched. FIG. 28 is a cross-sectional view illustrating a cold cathode device in which the gate electrode supporting insulating film 5b is etched.

【0080】図28に示される冷陰極素子においては、
誘電体たるゲート電極支持用絶縁膜5bの占める面積が
図10に示される冷陰極素子よりも減少するので、冷陰
極素子の静電容量が減少する。これによって、冷陰極素
子は高速で動作することが可能となる。
In the cold cathode device shown in FIG. 28,
Since the area occupied by the gate electrode supporting insulating film 5b, which is a dielectric, is smaller than that of the cold cathode device shown in FIG. 10, the capacitance of the cold cathode device is reduced. This allows the cold cathode device to operate at high speed.

【0081】図28に示される工程においてさらにエッ
チングを行い、実施の形態2と同様に、フォーカス電極
支持用絶縁膜11b2の下方に位置するゲート電極支持
用絶縁膜5bを図29に示される断面において完全に除
去しても良い。図14に示されるフォーカス電極支持用
絶縁膜11b1がフォーカス電極用膜7bを支持するの
と同様に、ゲート電極支持用絶縁膜5bはゲート電極用
膜6bを支持する。
In the step shown in FIG. 28, further etching is performed, and similarly to the second embodiment, the gate electrode supporting insulating film 5b located below the focus electrode supporting insulating film 11b2 in the cross section shown in FIG. It may be completely removed. Similarly to the case where the focus electrode supporting insulating film 11b1 shown in FIG. 14 supports the focus electrode film 7b, the gate electrode supporting insulating film 5b supports the gate electrode film 6b.

【0082】また、SiO2よりもエッチングされやす
く、フォーカス電極支持用絶縁膜11よりもエッチング
されにくいような材料をゲート電極支持用絶縁膜5とし
て選んでも良い。すなわち、フォーカス電極支持用絶縁
膜11bがエッチングされる量よりもゲート電極支持用
絶縁膜5bがエッチングされる量を少なくする。図30
は、ゲート電極支持用絶縁膜5bのエッチングによる除
去量がフォーカス電極支持用絶縁膜11bのエッチング
による除去量よりも少ない冷陰極素子の構造を例示する
断面図である。
A material that is more easily etched than SiO 2 and less easily etched than the focus electrode supporting insulating film 11 may be selected as the gate electrode supporting insulating film 5. That is, the gate electrode supporting insulating film 5b is etched less than the focus electrode supporting insulating film 11b is etched. Figure 30
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating the structure of a cold cathode element in which the amount of the gate electrode supporting insulating film 5b removed by etching is smaller than the amount of the focus electrode supporting insulating film 11b removed by etching.

【0083】図30に示される冷陰極素子においては、
ゲート電極支持用絶縁膜5bが除去されつつも十分に残
存されている。従って、ゲート電極用膜6bならびにそ
の上方のフォーカス電極支持用絶縁膜11bおよびフォ
ーカス電極用膜7bが確実に支持される。
In the cold cathode device shown in FIG. 30,
Although the insulating film 5b for supporting the gate electrode is removed, it remains sufficiently. Therefore, the gate electrode film 6b and the focus electrode supporting insulating film 11b and the focus electrode film 7b above the gate electrode film 6b are reliably supported.

【0084】弗酸によるPSGのエッチング速度は含有
されるリンの濃度によって変わる。従って、ゲート電極
支持用絶縁膜5の材料としてPSGを用いても、リンの
濃度を変えることによってフォーカス電極支持用絶縁膜
11bのエッチング速度に対するゲート電極支持用膜5
bのエッチング速度を適宜に変えることが可能となる。
The etching rate of PSG with hydrofluoric acid depends on the concentration of phosphorus contained. Therefore, even if PSG is used as the material of the insulating film 5 for supporting the gate electrode, the gate electrode supporting film 5 with respect to the etching rate of the insulating film for supporting the focus electrode 11b is changed by changing the concentration of phosphorus.
It is possible to appropriately change the etching rate of b.

【0085】[0085]

【発明の効果】請求項1に記載の構成によると、第1の
電極が有する開口部よりも第2の絶縁膜が有する開口部
の方が広いので、第1の電極よりも第2の絶縁膜が奥ま
る部分が生ずる。これによって、冷陰極から放出される
電子と、残留ガスと電子との衝突による生成物との、第
2の絶縁膜への到達および付着を低減することが可能と
なる。これによって、冷陰極の電界電子放出の特性が安
定する。
According to the structure described in claim 1, since the opening of the second insulating film is wider than the opening of the first electrode, the second insulating film is larger than the opening of the first electrode. There is a part where the membrane is deep. This makes it possible to reduce the arrival and adhesion of the electrons emitted from the cold cathode and the products generated by the collision between the residual gas and the electrons, to the second insulating film. This stabilizes the field emission characteristics of the cold cathode.

【0086】さらに、開口部が広いことによって第2の
絶縁膜の占有面積が減少するので、それぞれ冷陰極素子
のゲート電極およびフォーカス電極たる第1および第2
の電極の間に挟まれる第2の絶縁膜の静電容量は減少す
る。これによって、冷陰極素子は高速で動作することが
可能となる。
Furthermore, since the area occupied by the second insulating film is reduced due to the wide opening, the first and second gate electrodes and focus electrodes of the cold cathode device, respectively, are reduced.
The capacitance of the second insulating film sandwiched between the electrodes is reduced. This allows the cold cathode device to operate at high speed.

【0087】請求項2に記載の構成によると、第2の絶
縁膜が冷陰極同士の間には存在しない構造を得ることが
可能となる。これによって、請求項1に記載の構成によ
る効果に比べ、一層冷陰極素子は電子放出の特性が安定
し、高速で動作することが可能となる。
According to the structure described in claim 2, it is possible to obtain a structure in which the second insulating film does not exist between the cold cathodes. As a result, the cold cathode device has a more stable electron emission characteristic and can operate at a higher speed than the effect of the structure according to the first aspect.

【0088】請求項3に記載の構成によると、請求項1
に記載の冷陰極素子を製造することが可能となる。
According to the configuration of claim 3, claim 1
It becomes possible to manufacture the cold cathode device described in (1).

【0089】請求項4に記載の構成によると、請求項2
に記載の冷陰極素子を製造することが可能となる。
According to the structure of claim 4, claim 2
It becomes possible to manufacture the cold cathode device described in (1).

【0090】請求項5に記載の構成によると、例えば、
第1の絶縁膜としてSiOを、第2の絶縁膜としてPS
G、BSG、BPSGあるいはSi34を含んでなる材
料を用い、工程(b)において弗酸を用いてエッチング
を行うことによって、第2の絶縁膜をエッチングしなが
らも第1の絶縁膜を残存させておくことが可能となる。
これによって、冷陰極素子のゲート電極たる第1の電極
の支持基盤が失われない。
According to the configuration of claim 5, for example,
SiO is used as the first insulating film and PS is used as the second insulating film.
By using a material containing G, BSG, BPSG or Si 3 N 4 and etching with hydrofluoric acid in the step (b), the first insulating film can be formed while etching the second insulating film. It is possible to leave it.
As a result, the support base of the first electrode, which is the gate electrode of the cold cathode device, is not lost.

【0091】請求項6および7に記載の構成によると、
冷陰極ならびに第1および第2の電極を残存させつつ、
第1の絶縁膜をエッチングによって一部を除去すること
が可能となる。これによって、請求項6に記載の製造方
法によって得られる冷陰極素子においては、請求項1に
記載の効果と同様の理由によって静電容量が減少する。
従って、冷陰極素子はさらに高速で動作することが可能
となる。
According to the configurations of claims 6 and 7,
While leaving the cold cathode and the first and second electrodes,
Part of the first insulating film can be removed by etching. As a result, in the cold cathode device obtained by the manufacturing method according to claim 6, the capacitance is reduced for the same reason as the effect according to claim 1.
Therefore, the cold cathode device can operate at a higher speed.

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

【図1】 実施の形態1に従う冷陰極素子の製造方法を
工程順に示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a method of manufacturing a cold cathode device according to a first embodiment in the order of steps.

【図2】 実施の形態1に従う冷陰極素子の製造方法を
工程順に示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the method of manufacturing the cold cathode device according to the first embodiment in the order of steps.

【図3】 実施の形態1に従う冷陰極素子の製造方法を
工程順に示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the method of manufacturing the cold cathode device according to the first embodiment in the order of steps.

【図4】 実施の形態1に従う冷陰極素子の製造方法を
工程順に示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the method of manufacturing the cold cathode device according to the first embodiment in the order of steps.

【図5】 フォーカス電極支持用絶縁膜11bの構造お
よびその断面を例示する斜視図である。
FIG. 5 is a perspective view illustrating a structure of a focus electrode supporting insulating film 11b and a cross section thereof.

【図6】 実施の形態1に従う冷陰極素子の製造方法を
工程順に示す断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the method of manufacturing the cold cathode device according to the first embodiment in the order of steps.

【図7】 実施の形態1に従う冷陰極素子の製造方法を
工程順に示す断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the method of manufacturing the cold cathode device according to the first embodiment in the order of steps.

【図8】 実施の形態1に従う冷陰極素子の製造方法を
工程順に示す断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing the method of manufacturing the cold cathode device according to the first embodiment in the order of steps.

【図9】 実施の形態1に従う冷陰極素子の製造方法を
工程順に示す断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the method of manufacturing the cold cathode device according to the first embodiment in the order of steps.

【図10】 実施の形態1に従う冷陰極素子の構造を例
示する断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating the structure of the cold cathode device according to the first embodiment.

【図11】 フォーカス電極支持用絶縁膜11bの側壁
に電子が付着しにくいことを説明するための断面図であ
る。
FIG. 11 is a cross-sectional view for explaining that it is difficult for electrons to attach to the side wall of the focus electrode supporting insulating film 11b.

【図12】 電子の付着を有効に防ぐことが可能な冷陰
極素子の構造を例示する断面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating the structure of a cold cathode device that can effectively prevent attachment of electrons.

【図13】 冷陰極4の先端から電子が放出される角度
を説明する断面図である。
FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating an angle at which electrons are emitted from the tip of the cold cathode 4.

【図14】 実施の形態2に従う冷陰極素子の構造を例
示する断面図である。
FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating the structure of the cold cathode device according to the second embodiment.

【図15】 実施の形態2に従う冷陰極素子の構造を例
示する平面図である。
FIG. 15 is a plan view illustrating the structure of the cold cathode device according to the second embodiment.

【図16】 実施の形態2に従う冷陰極素子のゲート電
極用膜6bの構造を例示する平面図である。
16 is a plan view illustrating the structure of a gate electrode film 6b of the cold cathode device according to the second embodiment. FIG.

【図17】 実施の形態2に従う冷陰極素子のフォーカ
ス電極支持用絶縁膜11bの構造を例示する平面図であ
る。
FIG. 17 is a plan view illustrating the structure of a focus electrode supporting insulating film 11b of the cold cathode device according to the second embodiment.

【図18】 実施の形態3に従う冷陰極素子の構造を例
示する断面図である。
FIG. 18 is a cross-sectional view illustrating the structure of the cold cathode device according to the third embodiment.

【図19】 実施の形態3に従う冷陰極素子の構造を例
示する平面図である。
FIG. 19 is a plan view illustrating the structure of a cold cathode device according to the third embodiment.

【図20】 実施の形態4に従う冷陰極素子の製造方法
を工程順に示す断面図である。
FIG. 20 is a cross-sectional view showing the method of manufacturing the cold cathode device according to the fourth embodiment in the order of steps.

【図21】 実施の形態4に従う冷陰極素子の製造方法
を工程順に示す断面図である。
FIG. 21 is a cross-sectional view showing the method of manufacturing the cold cathode device according to the fourth embodiment in the order of steps.

【図22】 実施の形態4に従う冷陰極素子の製造方法
を工程順に示す断面図である。
FIG. 22 is a cross-sectional view showing the method of manufacturing the cold cathode device according to the fourth embodiment in the order of steps.

【図23】 実施の形態4に従う冷陰極素子の製造方法
を工程順に示す断面図である。
FIG. 23 is a cross-sectional view showing the method of manufacturing the cold cathode device according to the fourth embodiment in the order of steps.

【図24】 実施の形態4に従う冷陰極素子の製造方法
を工程順に示す断面図である。
FIG. 24 is a cross-sectional view showing the method of manufacturing the cold cathode device according to the fourth embodiment in the order of steps.

【図25】 実施の形態4に従う冷陰極素子の製造方法
を工程順に示す断面図である。
FIG. 25 is a cross-sectional view showing the method of manufacturing the cold cathode device according to the fourth embodiment in the order of steps.

【図26】 実施の形態4に従う冷陰極素子を例示する
断面図である。
FIG. 26 is a cross-sectional view illustrating a cold cathode device according to the fourth embodiment.

【図27】 実施の形態5に従う冷陰極素子の製造方法
を示す断面図である。
FIG. 27 is a cross-sectional view showing the method of manufacturing the cold cathode device according to the fifth embodiment.

【図28】 実施の形態5に従う冷陰極素子の第1の例
を示す断面図である。
FIG. 28 is a cross-sectional view showing a first example of a cold cathode device according to the fifth embodiment.

【図29】 実施の形態5に従う冷陰極素子の第2の例
を示す断面図である。
FIG. 29 is a cross-sectional view showing a second example of the cold cathode device according to the fifth embodiment.

【図30】 実施の形態5に従う冷陰極素子の第3の例
を示す断面図である。
FIG. 30 is a sectional view showing a third example of the cold cathode device according to the fifth embodiment.

【図31】 従来の冷陰極素子を示す断面図である。FIG. 31 is a sectional view showing a conventional cold cathode device.

【図32】 従来の冷陰極素子の製造方法を工程順に示
す断面図である。
FIG. 32 is a cross-sectional view showing the method of manufacturing the conventional cold cathode device in the order of steps.

【図33】 従来の冷陰極素子の製造方法を工程順に示
す断面図である。
FIG. 33 is a cross-sectional view showing the method of manufacturing the conventional cold cathode device in the order of steps.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 Si基板、2 SiO2マスク、3 SiO2膜、4
冷陰極、5 ゲート電極支持用絶縁膜、6 ゲート電
極用膜、7 フォーカス電極用膜、8a〜8cフォトレ
ジスト、8d エッチングマスク(フォトレジスト)、
9 ゲート電極端、10 ゲート電極引き出し部、11
フォーカス電極支持用絶縁膜、12導電性基板、1
3,18,23 開口部、14 冷陰極用金属、15
スペーサ。
1 Si substrate, 2 SiO 2 mask, 3 SiO 2 film, 4
Cold cathode, 5 gate electrode supporting insulating film, 6 gate electrode film, 7 focus electrode film, 8a to 8c photoresist, 8d etching mask (photoresist),
9 gate electrode end, 10 gate electrode lead portion, 11
Focus electrode support insulation film, 12 conductive substrates, 1
3,18,23 Opening, 14 Cold cathode metal, 15
Spacer.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森川 和敏 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 川渕 真嗣 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 細野 彰彦 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Kazutoshi Morikawa 2-3-3 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Sanryo Electric Co., Ltd. (72) Masatsugu Kawabuchi 2-3-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Sanryo Electric Co., Ltd. (72) Inventor Akihiko Hosono 2-3-3 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Sanryo Electric Co., Ltd.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板と、 冷陰極と、 前記冷陰極の露出を許す開口部をそれぞれ有しつつ前記
基板上に順に積層された、第1の絶縁膜と、第1の電極
と、第2の絶縁膜と、第2の電極とを備えてなる冷陰極
素子において、 前記第2の絶縁膜の有する前記開口部は、前記第1の電
極の有する前記開口部よりも広いことを特徴とする冷陰
極素子。
1. A substrate, a cold cathode, and a first insulating film, a first electrode, and a second electrode, which are sequentially stacked on the substrate, each having an opening for allowing the cold cathode to be exposed. In the cold cathode device including the insulating film and the second electrode, the opening of the second insulating film is wider than the opening of the first electrode. Cold cathode device.
【請求項2】 上記冷陰極は複数であり、 上記第2の絶縁膜は、自身の有する前記開口部の一つに
よって少なくとも二つの前記冷陰極を露出することを特
徴とする請求項1に記載の冷陰極素子。
2. The plurality of cold cathodes, wherein the second insulating film exposes at least two cold cathodes by one of the openings of the second insulating film. Cold cathode device.
【請求項3】 (a)冷陰極と、 前記冷陰極の露出を許す開口部をそれぞれ有し、順に積
層された第1の絶縁膜と、第1の電極と、第2の絶縁膜
と、第2の電極とを有する基板を用意する工程と、 (b)エッチングによって、前記第2の絶縁膜の有する
前記開口部を前記第1の電極の有する前記開口部よりも
広くする工程とを備えてなる冷陰極素子の製造方法。
3. (a) a cold cathode; a first insulating film, which has an opening for allowing the cold cathode to be exposed, and is sequentially stacked; a first electrode; and a second insulating film, A step of preparing a substrate having a second electrode; and (b) making the opening of the second insulating film wider than the opening of the first electrode by etching. And a method for manufacturing a cold cathode device.
【請求項4】 上記冷陰極は複数であり、上記第2の絶
縁膜の有する上記開口部は複数であり、 上記工程(b)において、前記第2の絶縁膜の有する前
記複数の開口部のうち、少なくとも一組を連通させるこ
とを特徴とする請求項3に記載の冷陰極素子の製造方
法。
4. A plurality of the cold cathodes, a plurality of the openings of the second insulating film, and a plurality of the openings of the second insulating film in the step (b). The method for manufacturing a cold cathode device according to claim 3, wherein at least one set among them is communicated.
【請求項5】 上記第2の絶縁膜は、上記第1の絶縁膜
よりも上記工程(b)においてエッチングされ易いこと
を特徴とする請求項3または4に記載の冷陰極素子の製
造方法。
5. The method for manufacturing a cold cathode device according to claim 3, wherein the second insulating film is more easily etched in the step (b) than the first insulating film.
【請求項6】 上記第1の絶縁膜は、上記冷陰極ならび
に上記第1および上記第2の電極よりも上記工程(b)
においてエッチングされ易いことを特徴とする請求項5
に記載の冷陰極素子の製造方法。
6. The step (b) according to claim 1, wherein the first insulating film is formed from the cold cathode and the first and second electrodes.
6. It is easily etched in the process of claim 5.
A method for manufacturing a cold cathode device according to item 1.
【請求項7】 上記第1の絶縁膜の有する上記開口部
は、上記第1の電極の有する上記開口部よりも広いこと
を特徴とする請求項1に記載の冷陰極素子。
7. The cold cathode device according to claim 1, wherein the opening of the first insulating film is wider than the opening of the first electrode.
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