JPH1050204A - Electron emitting element, electrode forming method thereof, and resist material therefor - Google Patents

Electron emitting element, electrode forming method thereof, and resist material therefor

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JPH1050204A
JPH1050204A JP22189096A JP22189096A JPH1050204A JP H1050204 A JPH1050204 A JP H1050204A JP 22189096 A JP22189096 A JP 22189096A JP 22189096 A JP22189096 A JP 22189096A JP H1050204 A JPH1050204 A JP H1050204A
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JP
Japan
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electrode
resist
forming
layer
dispersed
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JP22189096A
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Japanese (ja)
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Morio Hosoya
守男 細谷
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Dai Nippon Printing Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provided an electrode made of a baked metallic particle body by applying a non-vapor deposition process using a specific resist in which metallic particles are dispersed. SOLUTION: To form an emitter electrode, an electromagnetic radiation sensitive resist material in which metallic particles for forming the electrode are dispersed is used instead of using vapor deposition or etching process. That is, the surface of a resist material layer in which metallic particles are dispersed is irradiated with a spot-like exposure light so that the exposure light diffused in the resist layer forms a hardened resist layer of an end-pointed shape suitable for the emitter electrode shape. The product is developed to form an intermediate structure of the electrode made of a metallic particle-dispersed resist material. The intermediate structure is first baked at a relatively low temperature to decompose and remove the resist material made of organic substance. At the same time, metallic particles are baked to form a needle-shaped emitter electrode made of sintered body of metallic particles.

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、次世代薄膜ディス
プレイとしてフィールド・エミッション・ディスプレイ
(FED)にあるいは磁界センサーとしてのフィールド
・エミッション・アレイ(FEA)への応用が期待され
る電子放出素子の電極形成技術に関するものである。特
に、金属微粒子を電磁放射線感応性樹脂に分散してなる
レジストを利用して電極を形成する新規な技術に関する
ものである。
The present invention relates to an electrode of an electron-emitting device which is expected to be applied to a field emission display (FED) as a next-generation thin film display or a field emission array (FEA) as a magnetic field sensor. It is related to forming technology. In particular, the present invention relates to a novel technique for forming an electrode using a resist obtained by dispersing metal fine particles in an electromagnetic radiation-sensitive resin.

【0002】[0002]

【従来技術】電子放出素子は、通常、シリコン基板上に
先端の尖った円錐状の陰極(エミッター電極)が形成さ
れており、当該エミッター電極を囲むように形成された
絶縁層の上に電子引出し用のゲート電極が形成されてい
る。従来の一般的なFED構造は、図4に示すように、
エミッター電極3がシリコンウエハー10上に形成さ
れ、超高真空を維持するために、厚い特殊な構造のガラ
スカバー1a,1bの中に封入されている。ガラスカバ
ー内は、エミッタ電極から電子が飛び出しやすいように
超高真空とされ、反対側には蛍光体8を塗布した発光層
を設けてある。双方のガラス基板はガラスフリット9で
密封シールされている。カソード電極2と透明アノード
電極7間に予め高い電圧を印加しておき、カソード電極
2とゲート電極5間に徐々に電圧を印加していくとエミ
ッター電極3のコーン先端に大きな電圧が加わり、電界
放射が起こり電子が真空中に飛び出し蛍光体8表面に衝
突する。蛍光体表面では衝突に伴うエネルギー準位の変
動が起きて、発光現象が現れる構造になっている。
2. Description of the Related Art In an electron-emitting device, a conical cathode (emitter electrode) having a sharp tip is usually formed on a silicon substrate, and electrons are extracted on an insulating layer formed so as to surround the emitter electrode. Gate electrode is formed. A conventional general FED structure is, as shown in FIG.
An emitter electrode 3 is formed on a silicon wafer 10 and is sealed in a glass cover 1a, 1b having a special structure to maintain an ultra-high vacuum. The inside of the glass cover is made ultra-high vacuum so that electrons can easily jump out of the emitter electrode, and a light emitting layer coated with a phosphor 8 is provided on the opposite side. Both glass substrates are hermetically sealed with a glass frit 9. A high voltage is applied between the cathode electrode 2 and the transparent anode electrode 7 in advance, and when a voltage is gradually applied between the cathode electrode 2 and the gate electrode 5, a large voltage is applied to the tip of the cone of the emitter electrode 3 and the electric field is increased. Radiation occurs and electrons fly out into the vacuum and collide with the surface of the phosphor 8. The phosphor surface has a structure in which the energy level fluctuates due to the collision and a light emission phenomenon appears.

【0003】このエミッター電極は針状の形状であるこ
とが特性上好ましく、また凹部に埋め込む構造で形成さ
れるため、その形成が極めて困難となっている。従来、
この電極を形成する方法には、シリコン基板上に電極を
囲む絶縁層とともに、エミッター電極を形成する図2に
示す方法と、エミッター電極を形成するに必要な自己犠
牲層を形成し、エミッタ電極を形成する図3の方法が知
られている。以下、これらの方法について若干説明す
る。
[0003] It is preferable in terms of characteristics that the emitter electrode has a needle-like shape, and it is extremely difficult to form the emitter electrode because it is formed in a structure embedded in a concave portion. Conventionally,
The method of forming this electrode includes a method shown in FIG. 2 for forming an emitter electrode together with an insulating layer surrounding the electrode on a silicon substrate, and a self-sacrifice layer necessary for forming the emitter electrode. The method of FIG. 3 for forming is known. Hereinafter, these methods will be described slightly.

【0004】図2は、シリコン基板上に電極を形成する
従来法の説明図である。まず、シリコン基板31の表面
を熱酸化させ、SiO2 からなる熱酸化膜32を形成
し、当該熱酸化膜上に金属等からなる無機レジスト層3
3を堆積する(図2(b))。次いで、当該無機レジス
ト層上にフォトレジスト等の有機レジスト層34を形成
し(図2(c))、当該有機レジスト層をフォトマスク
等を用いて露光、現像して円形にパターニングされた有
機レジスト膜34´を形成する(図2(d))。このレ
ジスト膜34´を介して下層の無機レジスト層33と熱
酸化膜32のエッチングを行い、レジストを剥離処理し
て、無機レジスト層33´と酸化膜32´とからなるパ
ターン層を残存させる(図2(f))。
FIG. 2 is an explanatory view of a conventional method for forming an electrode on a silicon substrate. First, the surface of a silicon substrate 31 is thermally oxidized to form a thermal oxide film 32 made of SiO 2 , and an inorganic resist layer 3 made of metal or the like is formed on the thermal oxide film.
3 is deposited (FIG. 2B). Next, an organic resist layer 34 such as a photoresist is formed on the inorganic resist layer (FIG. 2C), and the organic resist layer is exposed to light using a photomask or the like and developed to form a circular patterned organic resist. A film 34 'is formed (FIG. 2D). The lower inorganic resist layer 33 and the thermal oxide film 32 are etched through the resist film 34 ′, and the resist is stripped to leave a pattern layer composed of the inorganic resist layer 33 ′ and the oxide film 32 ′ ( FIG. 2 (f)).

【0005】次いで、この無機レジスト層33´をマス
クとして、Si基板31をエッチングすると、アンダー
エッチングの効果により、円形の無機レジスト膜33´
の中心部を頂点とするエミッター電極の形状が形成され
てくる(図2(g))。Si基板表面を再度熱酸化させ
ると、熱酸化膜32の内側に、鋭い尖端を有するエミッ
タテイップ36が形成される(図2(h))。この状態
で、SiO2 などの絶縁体を蒸着すると、エミッタティ
ップ36を囲むように絶縁層37が形成され、次いで、
Mo等の金属を蒸着すると、絶縁層37の上にゲート電
極38が形成される(図2(i))。ゲード電極パター
ニングのためのレジスト層39を形成し(図2
(j))、レジスト層を露光、現像してパターニング
(図2(k))する。次いで、レジスト膜39´をマス
クとしてゲート電極38をエッチングした後(図2
(l))、レジスト膜39´を除去して(図2
(m))、弗酸などで酸化膜32をエッチングすると、
ゲート開口部が形成され、開口の中心に円錐状のエミッ
タ電極36が形成されている(図2(n))。
Next, when the Si substrate 31 is etched using the inorganic resist layer 33 'as a mask, a circular inorganic resist film 33' is formed by the effect of under-etching.
(FIG. 2 (g)). When the surface of the Si substrate is thermally oxidized again, an emitter tape 36 having a sharp point is formed inside the thermal oxide film 32 (FIG. 2 (h)). In this state, when an insulator such as SiO 2 is deposited, an insulating layer 37 is formed so as to surround the emitter tip 36.
When a metal such as Mo is deposited, a gate electrode 38 is formed on the insulating layer 37 (FIG. 2 (i)). A resist layer 39 for gate electrode patterning is formed (FIG. 2).
(J)), the resist layer is exposed, developed and patterned (FIG. 2 (k)). Next, after the gate electrode 38 is etched using the resist film 39 'as a mask (FIG.
(L)), the resist film 39 'is removed (FIG. 2)
(M)), when the oxide film 32 is etched with hydrofluoric acid or the like,
A gate opening is formed, and a conical emitter electrode 36 is formed at the center of the opening (FIG. 2 (n)).

【0006】図3は、自己犠牲層を堆積して電極を形成
する従来法の説明図である。この方法の場合は、まず、
図3(a)の導電性基板41上に、絶縁層42とゲート
電極層48を薄膜形成方法によって形成する(図3
(b))。次いで、ゲート電極層48上に有機レジスト
層44を形成してパターニングし(図3(d))、有機
レジスト膜44´をマスクとしてゲート電極層48およ
び絶縁層42をエッチングする(図3(e))。ゲード
電極層上のレジスト膜44´を除去した後(図3
(f))、ゲート電極層上に自己犠牲層43をはり出す
ように形成するため、蒸着材料45aを斜め方向より蒸
着することにより、自己犠牲層43を形成し(図3
(g))、自己犠牲層43を印加電極として、図3
(h)のように、エミッタ電極層形成材料45bを垂直
方向から、蒸着して、図3(i)に示すような中間体と
する。しかる後、エミッタ電極形成材料と斜め蒸着材料
との混合材料からなる膜47を選択エッチング除去する
と、中心部にエミッター電極46が形成された図3
(j)に示す最終構造となる。
FIG. 3 is an explanatory view of a conventional method for forming an electrode by depositing a self-sacrifice layer. In this case,
An insulating layer 42 and a gate electrode layer 48 are formed on the conductive substrate 41 of FIG. 3A by a thin film forming method (FIG. 3).
(B)). Next, an organic resist layer 44 is formed on the gate electrode layer 48 and patterned (FIG. 3D), and the gate electrode layer 48 and the insulating layer 42 are etched using the organic resist film 44 'as a mask (FIG. 3E). )). After removing the resist film 44 'on the gate electrode layer (FIG. 3
(F)) In order to form the self-sacrifice layer 43 on the gate electrode layer so as to protrude, the self-sacrifice layer 43 is formed by evaporating an evaporation material 45a from an oblique direction (FIG. 3).
(G)), using the self-sacrifice layer 43 as an applied electrode, FIG.
As shown in FIG. 3H, the emitter electrode layer forming material 45b is vapor-deposited from the vertical direction to obtain an intermediate as shown in FIG. Thereafter, the film 47 made of a mixed material of the emitter electrode forming material and the oblique deposition material is selectively removed by etching, and the emitter electrode 46 is formed at the center in FIG.
The final structure shown in (j) is obtained.

【0007】しかし、図2に示す方法では、シリコン基
板を加工するため、現状ではシリコン基板より大きな面
積のFEDの作製に対応できないという問題がある。ま
た、図3に示す方法では、エミッター電極の形成に必要
な自己犠牲層を形成する際に、蒸着源に対して基板を極
端に傾斜させ、かつ回転させる必要がある。このため、
蒸着装置が大規模/複雑化するという問題がある。ま
た、いずれの方法も工程が複雑で長いプロセスを経なけ
ればならないという問題がある。
[0007] However, the method shown in FIG. 2 has a problem that it is not possible to cope with the fabrication of an FED having a larger area than the silicon substrate at present because the silicon substrate is processed. Further, in the method shown in FIG. 3, when forming a self-sacrifice layer necessary for forming an emitter electrode, it is necessary to extremely tilt and rotate the substrate with respect to the evaporation source. For this reason,
There is a problem that the vapor deposition device becomes large-scale / complex. In addition, each of these methods has a problem that the steps are complicated and require a long process.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、これらの問
題を解決するために、金属微粒子を分散させた電磁放射
線感応型レジストを用いた非蒸着プロセスで、金属微粒
子の焼成体からなる電極を有する電子放出素子およびそ
の電極形成方法等を提供しようとするものである。この
電極は、Si基板以外の基板上に形成することが可能で
あり、非蒸着プロセスであることから、蒸着装置の規模
に起因するサイズ上の制限から解放され、容易に大面積
化に対応することができるものである。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve these problems, the present invention provides a non-evaporation process using an electromagnetic radiation-sensitive resist in which fine metal particles are dispersed. It is an object of the present invention to provide an electron-emitting device having the same and a method for forming an electrode thereof. Since this electrode can be formed on a substrate other than the Si substrate and is a non-deposition process, it is released from the size limitation due to the scale of the vapor deposition apparatus and can easily cope with an increase in area. Is what you can do.

【0009】本発明では、エミッタ電極を蒸着により形
成する代わりに、目的とする電極材料の微粒子を分散さ
せたレジストを塗布・パターニングした後、これを焼成
することで金属電極を形成する。レジスト材料として
は、光、電子ビーム、イオンビームで重合するネガ型、
ポジ型のレジストが使用可能である。
In the present invention, a metal electrode is formed by applying and patterning a resist in which fine particles of a target electrode material are dispersed instead of forming the emitter electrode by vapor deposition, followed by firing. As a resist material, a negative type polymerized by light, electron beam, ion beam,
A positive resist can be used.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】この問題を解決するため
の本発明の電子放出素子は、金属微粒子の焼成体からな
る電極を有する電子放出素子であって、当該金属微粒子
の焼成体が、金属微粒子を分散させた電磁放射線感応型
レジスト層を電磁放射線に露出、現像して形成された電
極の中間構造体を焼成することにより得られものである
ことを特徴とする。本発明の電子放出素子はかかる構成
からなるため、電極先端部が先鋭でかつ形状が均一であ
るため優れた性能を発揮することができる。
An electron-emitting device according to the present invention for solving this problem is an electron-emitting device having an electrode composed of a fired body of metal fine particles, wherein the fired body of the metal fine particles is made of a metal. The method is characterized by being obtained by exposing an electromagnetic radiation sensitive resist layer in which fine particles are dispersed to electromagnetic radiation and developing the intermediate structure of the electrode formed by development and firing. Since the electron-emitting device of the present invention has such a configuration, the electrode tip is sharp and has a uniform shape, so that excellent performance can be exhibited.

【0011】同様に本発明の電子放出素子用電極の形成
方法は、平滑な基板上に基板側から順に絶縁層とゲート
電極層を積層形成する工程と、当該ゲート電極層と絶縁
層をフォトエッチングして電極収容部の開口を形成する
工程と、当該開口内に金属微粒子を分散させた電磁放射
線感応型ネガ型レジストを塗布し、開口内の当該ネガ型
レジストの電極形成部を電磁放射線に露出する工程と、
当該レジストを現像して得られる電極の中間構造体を焼
成して電極を形成する工程とからなることを特徴とす
る。本発明の電子放出素子用電極の形成方法はかかる構
成からなるため、先端部が先鋭でかつ形状が均一な電極
を容易に形成することができる。
Similarly, a method of forming an electrode for an electron-emitting device according to the present invention comprises the steps of sequentially forming an insulating layer and a gate electrode layer on a smooth substrate from the substrate side, and photo-etching the gate electrode layer and the insulating layer. Forming an opening in the electrode receiving portion, and applying an electromagnetic radiation-sensitive negative resist in which metal fine particles are dispersed in the opening, and exposing the electrode forming portion of the negative resist in the opening to electromagnetic radiation The process of
Baking an intermediate structure of the electrode obtained by developing the resist to form an electrode. Since the method for forming an electrode for an electron-emitting device of the present invention has such a configuration, an electrode having a sharp tip and a uniform shape can be easily formed.

【0012】本発明のレジスト材料は、少なくとも光、
電子線、イオンビームに対して化学反応性を有する高分
子材料中に金属微粒子を分散させたことを特徴とする。
かかるレジスト材料を使用することにより、性能の優れ
た電子放出素子用電極を容易に形成することができる。
The resist material of the present invention comprises at least light,
The present invention is characterized in that metal fine particles are dispersed in a polymer material having chemical reactivity to an electron beam and an ion beam.
By using such a resist material, an electrode for an electron-emitting device having excellent performance can be easily formed.

【0013】[0013]

【発明の実施の態様】本発明では、エミッター電極を蒸
着やエッチングにより形成する代わりに、目的とする電
極を形成する金属微粒子からなる材料を分散させた電磁
放射線感応型レジストを使用することにより形成しよう
とるものである。即ち、金属微粒子が分散されたレジス
ト材料の層に対して表面からスポット状の露光を与える
ことにより、レジスト層内に散乱された露光光がエミッ
ター電極の形状に適合した先細形状の硬化レジスト層を
形成する。これを現像して金属微粒子分散レジスト材料
からなるエミッター電極の中間構造体を形成する。この
中間構造体を最初に比較的に低い温度で焼成して、有機
質からなるレジスト材料を分解除去するとともに、金属
微粒子を焼成して金属微粒子の焼結体からなる針状のエ
ミッタ電極を形成しようとするものである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the present invention, instead of forming an emitter electrode by vapor deposition or etching, the emitter electrode is formed by using an electromagnetic radiation-sensitive resist in which a material composed of metal fine particles for forming a target electrode is dispersed. What we are trying to do. That is, by giving spot-like exposure from the surface to the resist material layer in which the metal fine particles are dispersed, the exposure light scattered in the resist layer forms a tapered cured resist layer adapted to the shape of the emitter electrode. Form. This is developed to form an intermediate structure of the emitter electrode made of a metal fine particle dispersed resist material. First, the intermediate structure is fired at a relatively low temperature to decompose and remove the organic resist material, and fire the metal fine particles to form a needle-shaped emitter electrode made of a sintered metal fine particle. It is assumed that.

【0014】次に、本発明に使用する材料およびプロセ
スの条件について説明する。まず、本発明で使用される
基板材料としては、エミッタ電極が形成される表面が導
電性のものあるいは導電性にされうるものであれば特に
制限されず使用することができる。例えば、通常の光学
ガラスや石英基板上に導電性層を形成した材料が適宜使
用可能である。
Next, the materials and process conditions used in the present invention will be described. First, the substrate material used in the present invention can be used without any particular limitation as long as the surface on which the emitter electrode is formed is conductive or can be made conductive. For example, ordinary optical glass or a material in which a conductive layer is formed on a quartz substrate can be used as appropriate.

【0015】基板上に下部電極層およびゲート電極を支
えるための酸化ケイ素からなる絶縁層、ゲート電極をス
パッター、蒸着等により形成する。下部電極およびゲー
ト電極の材料としてはモリブテン等の金属が一般に使用
される。基板上にこれらの層を形成した後、エミッター
電極を収容するための開口を通常のフォトエッチングの
プロセスにより基板上に形成する。その後に、この開口
内にエミッター電極を本発明の特徴とする金属微粒子が
分散された電磁放射線感応型レジスト材料を使用して形
成する。
An insulating layer made of silicon oxide for supporting the lower electrode layer and the gate electrode and a gate electrode are formed on the substrate by sputtering, vapor deposition or the like. As a material for the lower electrode and the gate electrode, a metal such as molybdenum is generally used. After forming these layers on the substrate, an opening for accommodating the emitter electrode is formed on the substrate by a normal photoetching process. Thereafter, an emitter electrode is formed in the opening using an electromagnetic radiation-sensitive resist material in which metal fine particles characteristic of the present invention are dispersed.

【0016】レジスト材料としては、電磁放射線感応性
材料が幅広く使用することができる。即ち、可視光線や
紫外線、電子線やイオンビームで重合するネガ型レジス
トを好適に使用することができる。具体的には、ウェイ
コート−HR−100、ウェイコート−HR−200
(ハント・ケミカル社製)やOSR、SVR、OMR−
81、OMR−83(合成ゴム+ビスアジド系)、OM
R−83−SR、OMR−83−SS(東京応化工業株
式会社製)、KPR(ポリケイ皮酸ビニル)、KMR−
747(コダック社製)等のフォトレジストが挙げら
れ、電子線レジストとしては、エポキシ化1,4ポリブ
タジエン、シリコーンSH410(東レ株式会社製)等
がある。レジスト材料はネガ型が電極の形状形成に好ま
しいが、散乱の影響を極端に受けない場合は、ポジ型で
あっても使用可能である。
As the resist material, an electromagnetic radiation sensitive material can be widely used. That is, a negative resist that is polymerized by visible light, ultraviolet light, electron beam, or ion beam can be suitably used. Specifically, Waycoat-HR-100, Waycoat-HR-200
(Manufactured by Hunt Chemical Company), OSR, SVR, OMR-
81, OMR-83 (synthetic rubber + bisazide system), OM
R-83-SR, OMR-83-SS (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.), KPR (polyvinyl cinnamate), KMR-
747 (manufactured by Kodak Co., Ltd.), and epoxidized 1,4 polybutadiene, silicone SH410 (manufactured by Toray Industries, Inc.) and the like. The resist material is preferably a negative type for forming the shape of the electrode. However, if the resist material is not extremely affected by scattering, a positive type can be used.

【0017】レジスト材料中に分散される金属微粒子と
しては、ニッケル、白金、銅、銀あるいはこれらの合金
を用いることができる。一般には、ニッケル、白金、銅
が好ましい。これらの金属は、酸化雰囲気下で酸化物を
形成し難いことが必要である。金属粒子の粒径として
は、2nm〜1μm程度が使用可能であるが、電極自体
が、1μmφ程度の微細な構造のものであるから、これ
以下の微細な粒径のものを使用することが好ましい。こ
れらの特性を利用して、エミッター電極を形成する場合
には、その工程上、ゲート電極表面も酸化されるため、
ゲート電極はゲート電極の全体が酸化膜とならないよう
な十分な膜厚で作製する必要がある。
As the metal fine particles dispersed in the resist material, nickel, platinum, copper, silver or an alloy thereof can be used. Generally, nickel, platinum and copper are preferred. These metals need to be hard to form an oxide in an oxidizing atmosphere. As the particle diameter of the metal particles, about 2 nm to 1 μm can be used, but since the electrode itself has a fine structure of about 1 μmφ, it is preferable to use a fine particle having a diameter smaller than this. . When forming an emitter electrode utilizing these characteristics, the gate electrode surface is also oxidized in the process,
The gate electrode needs to be formed with a sufficient thickness so that the entire gate electrode does not become an oxide film.

【0018】金属微粒子をレジスト中に分散するには、
超音波分散器を用いて分散させる。金属微粒子の量は少
なすぎると緻密な金属質の電極が形成できないし、多す
ぎる場合には、レジストの塗布が困難となる。レジスト
を基板上に塗布するには、スピンナにより回転塗布する
のが一般的であるが、均一膜厚に塗布可能なコーター等
を使用してもよい。これらのレジストに電磁放射線を照
射するためには、フォトマスクを使用して露光するか電
子線レジストの場合は電子線描画装置を用いて位置制御
しながら直接描画することもできる。これらにより露光
する場合にはネガ型レジスト表面をスポット状に露光し
ても、金属微粒子や有機分子による散乱の影響を受けて
先端部に対して底辺の広がった露光領域を形成すること
ができる。
To disperse the metal fine particles in the resist,
Disperse using an ultrasonic disperser. If the amount of the metal fine particles is too small, a dense metallic electrode cannot be formed, and if the amount is too large, it becomes difficult to apply a resist. To apply the resist on the substrate, spin coating is generally performed using a spinner, but a coater or the like capable of applying a uniform film thickness may be used. In order to irradiate these resists with electromagnetic radiation, exposure can be performed using a photomask, or in the case of an electron beam resist, direct writing can be performed while controlling the position using an electron beam writing apparatus. In the case of performing exposure by these methods, even if the surface of the negative resist is exposed in a spot shape, an exposed region having a broadened bottom side with respect to the tip end portion can be formed under the influence of scattering by metal fine particles and organic molecules.

【0019】[0019]

【実施例】【Example】

(実施例1)図1を参照して、本発明の実施例1を説明
する。なお、図1では単一の電子放出素子のみが示され
ているが、実際には、このような素子がマトリックス状
に多数配置されることになる。厚み3mmの清浄な石英
ガラス基板11上に(図1(a))、スパッター法によ
り膜厚3μmのモリブデン(Mo)層を下部電極層13
として堆積し形成した。次に、絶縁層12として酸化シ
リコン(SiO2 )層をスパッター法により、10μm
の膜厚で堆積し、当該SiO2 層上に、ゲート電極層1
8として、モリブデン(Mo)をスパッター法により2
μmの膜厚で堆積し形成した(図1(b))。
(Embodiment 1) Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIG. Although only a single electron-emitting device is shown in FIG. 1, many such devices are actually arranged in a matrix. On a clean quartz glass substrate 11 having a thickness of 3 mm (FIG. 1A), a molybdenum (Mo) layer having a thickness of 3 μm was formed by sputtering onto a lower electrode layer 13.
Deposited and formed. Next, a silicon oxide (SiO 2 ) layer was formed as an insulating layer 12 to a thickness of 10 μm by sputtering.
And a gate electrode layer 1 on the SiO 2 layer.
As molybdenum (Mo), 8
It was deposited and formed with a film thickness of μm (FIG. 1B).

【0020】次に、ポジ型フォトレジスト(東京応化工
業株式会社製「OFPR−800」)をスピンナーで3
500rpm、2分間回転させて塗布することにより、
膜厚5μmの有機レジスト層14を形成した。その後、
80°Cに保ったオーブンで30分間プリベークした
後、室温まで放冷した(図1(c))。当該有機レジス
ト層14をフォトマスクを介して露光して、フォトレジ
ストの残存部を残して現像液(東京応化工業株式会社製
「NMD−3」)で現像し、パターン化された有機レジ
スト膜14´を形成した後、120°Cに保ったオーブ
ン中で30分間ポストベークを行い、室温まで放冷した
(図1(d))。なお、電極形成部は、上から見下ろす
と、2μmφの円形の開口が形成されていた。
Next, a positive photoresist ("OFPR-800" manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) is spin-coated with a spinner.
By rotating at 500 rpm for 2 minutes and applying,
An organic resist layer 14 having a thickness of 5 μm was formed. afterwards,
After prebaking for 30 minutes in an oven maintained at 80 ° C., it was allowed to cool to room temperature (FIG. 1C). The organic resist layer 14 is exposed through a photomask, and developed with a developing solution (“NMD-3” manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) to leave the remaining portion of the photoresist. After forming ', post-baking was performed for 30 minutes in an oven maintained at 120 ° C, and the mixture was allowed to cool to room temperature (Fig. 1 (d)). When viewed from above, the electrode forming portion had a circular opening of 2 μmφ.

【0021】次に、基板をエッチング液(ザ・インクテ
ック株式会社製「MR−ES」)に浸漬して、モリブデ
ンからなるゲート電極層18をエッチングし、次いで、
酸化シリコンからなる絶縁層12をエッチング液(H
F:NH4 F=1:6)でエッチングして除去する。基
板の下部電極上には、エッチング形成されたゲート電極
18´および絶縁層12´が残存する(図1(e))。
最後に基板をアセトンに浸して残った有機レジスト膜1
4´を除去する(図1(f))。基板には直径約2μm
φの円形の電極形成部開口19がマトリックス状に形成
された。
Next, the substrate is immersed in an etching solution ("MR-ES" manufactured by The Inktech Co., Ltd.) to etch the gate electrode layer 18 made of molybdenum.
The insulating layer 12 made of silicon oxide is etched with an etchant (H
F: NH 4 F = 1: 6). The gate electrode 18 'and the insulating layer 12' etched remain on the lower electrode of the substrate (FIG. 1E).
Finally, the organic resist film 1 remaining after immersing the substrate in acetone
4 'is removed (FIG. 1 (f)). The substrate has a diameter of about 2μm
A circular electrode forming portion opening 19 of φ was formed in a matrix.

【0022】ネガ型電子線レジストであるエポキシ化
1,4ポリブタジエン(重量平均分子量50,000)
をN−メチルピロリドン(NMP)に溶解して70
(%)溶液とし、この中に、粒径200Åφ前後の白金
(Pt)微粒子を均一に分散させ、金属微粒子分散有機
レジストを調合する。この調合液をエミッター電極の開
口が形成された基板上に、スピンナーで3500rp
m、2分間回転させることにより膜厚7μmに塗布形成
した。次いで、150℃に保った真空オーブンで1時間
乾燥させ、3〜4μmの膜厚を持った金属微粒子分散有
機レジスト層16を形成した(図1(g))。この際、
金属微粒子分散有機レジストは図のように電極形成部の
開口19にも充填されている。
Epoxidized 1,4 polybutadiene (weight average molecular weight: 50,000) as a negative type electron beam resist
Was dissolved in N-methylpyrrolidone (NMP) to give 70
(%) Solution, in which platinum (Pt) fine particles having a particle size of about 200 ° φ are uniformly dispersed to prepare an organic resist in which fine metal particles are dispersed. This preparation was applied to a substrate on which an opening for an emitter electrode was formed by a spinner at 3500 rpm.
m for 2 minutes to form a coating with a thickness of 7 μm. Next, it was dried in a vacuum oven maintained at 150 ° C. for 1 hour to form a metal fine particle-dispersed organic resist layer 16 having a thickness of 3 to 4 μm (FIG. 1 (g)). On this occasion,
The organic fine particle-dispersed organic resist is also filled in the opening 19 of the electrode forming portion as shown in the figure.

【0023】この金属微粒子分散有機レジスト層16上
であって、ゲート電極形成部のエミッター電極形成位置
のみを電子線描画機によりスポット状(直径約1μm
φ)に露光して、所定の現像液(TMAH:テトラメチ
ルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液)で現像を行
った。ただし、エミッタ電極の全ての凸部のみ露光部の
レジストが取り除かれないように注意して現像する必要
がある(図1(h))。この際の現像により、エミッタ
ー電極が金属微粒子分散有機レジスト層の硬化層として
形成されることになる。次いで、300℃に保ったオー
ブンで1時間焼成して、レジスト層の有機分子を分解除
去するとともに、凹部内に針状の白金(Pt)からなる
エミッター電極15を形成する(図1(i))。
On the metal fine particle-dispersed organic resist layer 16, only the position where the emitter electrode is to be formed at the gate electrode forming portion is spot-shaped (about 1 μm in diameter) by an electron beam writer.
(φ) and developed with a predetermined developer (TMAH: tetramethylammonium hydroxide aqueous solution). However, it is necessary to perform development with care so that the resist in the exposed portion is not removed only in all the convex portions of the emitter electrode (FIG. 1 (h)). By this development, the emitter electrode is formed as a cured layer of the metal fine particle dispersed organic resist layer. Next, the resist layer is baked for 1 hour in an oven maintained at 300 ° C. to decompose and remove the organic molecules of the resist layer, and to form an emitter electrode 15 made of acicular platinum (Pt) in the concave portion (FIG. 1 (i)). ).

【0024】エミッター電極15は、底辺の直径1μ
m、基板から先端までの高さ4μmの均一に揃った先細
形状のものが得られた。
The emitter electrode 15 has a bottom diameter of 1 μm.
m, a uniformly tapered shape having a height of 4 μm from the substrate to the tip was obtained.

【0025】[0025]

【発明の効果】本発明の電子放出素子の電極は、金属微
粒子の焼成体を金属微粒子を分散した電磁放射線感応型
レジストを硬化・焼成して形成しているため、形状が極
めて一定していることから各電極の放射効率のバラツキ
が小さいためディスプレイ等に使用した場合に面内の明
るさの均一性に優れている。また、電極が先細形状で先
端部が長い針状となっているので、放電開始後長時間に
わたって一定した輝度を維持することができる。また、
本発明の電子放出素子用電極の形成方法によれば、金属
微粒子を分散した電磁放射線感応型ネガ型レジストを使
用して当該レジストを電磁放射線に露出することによ
り、特性の優れた電極形状を容易に形成することができ
るので、従来方法に比較して極めて容易にかつ精度の良
い電極を製造することができる。また、本発明のFED
用電極の形成方法は非蒸着プロセスであるから、蒸着装
置に起因するサイズ上の制限から解放され、容易に大面
積化された基板を製造できる。
The electrode of the electron-emitting device according to the present invention has a very uniform shape because the fired body of fine metal particles is formed by curing and firing an electromagnetic radiation sensitive resist in which fine metal particles are dispersed. Therefore, since the variation in the radiation efficiency of each electrode is small, when used for a display or the like, the in-plane brightness is excellent in uniformity. In addition, since the electrodes are tapered and the tips are long needle-shaped, constant brightness can be maintained for a long time after the start of discharge. Also,
According to the method for forming an electrode for an electron-emitting device of the present invention, an electrode having excellent characteristics can be easily formed by exposing the resist to electromagnetic radiation using an electromagnetic radiation-sensitive negative resist in which fine metal particles are dispersed. Therefore, an electrode can be manufactured very easily and with high precision as compared with the conventional method. Further, the FED of the present invention
Since the method for forming the electrode is a non-evaporation process, it is free from the size limitation caused by the evaporation apparatus, and a substrate having a large area can be easily manufactured.

【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用の電極を形成する工
程を示す図である。
FIG. 1 is a view showing a step of forming an electrode for an electron-emitting device of the present invention.

【図2】 シリコン基板上に電極を形成する従来法の説
明図である。
FIG. 2 is an explanatory view of a conventional method for forming an electrode on a silicon substrate.

【図3】 自己犠牲層を堆積して電極を形成する従来法
の説明図である。
FIG. 3 is an explanatory view of a conventional method for forming an electrode by depositing a self-sacrifice layer.

【図4】 従来の一般的なFED素子の断面形状を示す
図である。
FIG. 4 is a diagram showing a cross-sectional shape of a conventional general FED element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1a,1b ガラス基板 2 カソード電極 3 エミッター電極 4 絶縁層 5 ゲート電極 7 透明アノード電極 8 蛍光体 9 ガラスフリット 10 シリコンウエハー 11 石英ガラス基板 12,37,42 絶縁層 13 下部電極層 14,34,44 有機レジスト層 14´,34´,44´ 有機レジスト膜 15,36,46 エミッター電極 16 金属微粒子分散有機レジスト層 18,38,48 ゲート電極 19 電極形成部の開口 31,41 基板 32 熱酸化膜 32´ パターン化された熱酸化膜 33 無機レジスト層 33´ パターン化された無機レジスト層 39 レジスト層 39´ レジスト膜 43 自己犠牲層 45a 蒸着材料 45b エミッター電極形成材料 47 エミッター電極形成材料と蒸着材料からなる膜 49 電界印加電極の孔 1a, 1b Glass substrate 2 Cathode electrode 3 Emitter electrode 4 Insulating layer 5 Gate electrode 7 Transparent anode electrode 8 Phosphor 9 Glass frit 10 Silicon wafer 11 Quartz glass substrate 12, 37, 42 Insulating layer 13 Lower electrode layer 14, 34, 44 Organic resist layer 14 ', 34', 44 'Organic resist film 15, 36, 46 Emitter electrode 16 Metal fine particle dispersed organic resist layer 18, 38, 48 Gate electrode 19 Opening of electrode forming portion 31, 41 Substrate 32 Thermal oxide film 32 'Patterned thermal oxide film 33 inorganic resist layer 33' patterned inorganic resist layer 39 resist layer 39 'resist film 43 self-sacrifice layer 45a deposition material 45b emitter electrode formation material 47 composed of emitter electrode formation material and deposition material Film 49 Electric field application electrode hole

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 金属微粒子の焼成体からなる電極を有す
る電子放出素子であって、当該金属微粒子の焼成体が、
金属微粒子を分散させた電磁放射線感応型レジスト層を
電磁放射線に露出、現像して形成された電極の中間構造
体を焼成することにより得られものであることを特徴と
する電子放出素子。
1. An electron-emitting device having an electrode formed of a fired body of metal fine particles, wherein the fired body of metal fine particles comprises:
An electron-emitting device characterized by being obtained by exposing an electromagnetic radiation-sensitive resist layer in which metal fine particles are dispersed to electromagnetic radiation and baking an intermediate structure of an electrode formed by development.
【請求項2】 金属微粒子が、ニッケル、白金、銅であ
ることを特徴とする請求項1記載の電子放出素子。
2. The electron-emitting device according to claim 1, wherein the metal fine particles are nickel, platinum, and copper.
【請求項3】 電子放出素子用電極の形成方法であっ
て、 平滑な基板上に基板側から順に絶縁層とゲート電極層を
積層形成する工程と、当該ゲート電極層と絶縁層をフォ
トエッチングして電極収容部の開口を形成する工程と、
当該開口内に金属微粒子を分散させた電磁放射線感応型
ネガ型レジストを塗布し、開口内の当該ネガ型レジスト
の電極形成部を電磁放射線に露出する工程と、当該レジ
ストを現像して得られる電極の中間構造体を焼成して電
極を形成する工程とからなることを特徴とする電子放出
素子用電極の形成方法。
3. A method for forming an electrode for an electron-emitting device, comprising the steps of sequentially forming an insulating layer and a gate electrode layer on a smooth substrate from the substrate side, and photo-etching the gate electrode layer and the insulating layer. Forming an opening of the electrode housing portion by
A step of applying an electromagnetic radiation-sensitive negative resist in which metal fine particles are dispersed in the opening, exposing an electrode forming portion of the negative resist in the opening to electromagnetic radiation, and an electrode obtained by developing the resist Forming an electrode by firing the intermediate structure of (1).
【請求項4】 金属微粒子が、ニッケル、白金、銅であ
ることを特徴とする請求項3記載の電子放出素子用電極
の形成方法。
4. The method for forming an electrode for an electron-emitting device according to claim 3, wherein the metal fine particles are nickel, platinum, and copper.
【請求項5】 少なくとも光、電子線、イオンビームに
対して化学反応性を有する高分子材料中に金属微粒子を
分散させたことを特徴とするレジスト材料。
5. A resist material comprising fine metal particles dispersed in a polymer material having chemical reactivity at least with respect to light, electron beam and ion beam.
【請求項6】 金属微粒子が、ニッケル、白金、銅であ
ることを特徴とする請求項5記載のレジスト材料。
6. The resist material according to claim 5, wherein the metal fine particles are nickel, platinum, and copper.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003507873A (en) * 1999-08-21 2003-02-25 プリンタブル フィールド エミッターズ リミテッド Field emitters and devices
JP2009181773A (en) * 2008-01-30 2009-08-13 Sumitomo Chemical Co Ltd Conductive film forming method, transistor, and organic electroluminescent element

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