JPH10507576A - 低温酸化法を用いてエミッタサイトを尖らせる方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 冷陰極電界放出放出表示装置（ＦＥＤ）のためのエミッタサイトを尖らせる改良した方法が、ベースプレート上に突起を形成する工程と、低温酸化法を用いて酸化物層を突起上に成長させる工程と、その後で酸化物層を除去する工程とを含む。好適な低温酸化法は、ウェットバス陽極酸化と、プラズマ支援酸化と、高圧酸化とを含む。それらの低温酸化法は、酸素が突起の物質と反応するという消耗法を用いて酸化物膜を成長させる。これによって、加熱酸化で形成したエミッタサイトより歪みと粒子境界とが少ないエミッタサイトを製造できる。例として、エミッタサイトをアモルファスシリコンで形成できる。また、ガラスなどの低温材料を用いてベースプレートを製造できるから、高温による軟化および応力が生ずることはない。

Description

【発明の詳細な説明】 低温酸化法を用いてエミッタサイトを尖らせる方法 本発明は、電界放出表示（ＦＥＤ）と、ＦＥＤで使用するエミッタサイトを尖 らせる方法、およびその他の電子機器に関する。 平面表示装置は、コンピュータおよびその他の電子装置により発生された情報 を光学的に表示するために、最近開発されている。それらの表示装置は、従来の 陰極線管表示装置より一層軽量に製造でき、かつ所要電力が少ない。１つの種類 の平面表示装置が、冷陰極電界放出表示装置（ＦＥＤ）として知られている。 冷陰極ＦＥＤは、カソードルミネッセントスクリーンを照射して光学的画像を 発生するために電子放出を用いる。ＦＥＤの１つの画素１０を第１図に示す。 ＦＥＤは、導電層１２を形成されたベースプレート（すなわち、基板）１１を 含む。エミッタサイト１３が、導電層１２上に形成される。エミッタサイト１３ は、尖った部部を有する尖った突出部として通常形成される。あるいは、エミッ タサイト１３は尖った縁部として、尖った頂部を有する多面体構造（たとえば、 三角錐）として、または点のアレイとして形成できる。 ゲート電極構造、またはグリッド１５に、エミッタサイト１３が組合わされる 。グリッド１５とベースプレート１１は、電圧源２０に電気的に通じている。エ ミッタサイト１３とグリッド１５との間に十分な電圧差が生ずると、ファウラー −ノルトハイム電子放出がエミッタサイト１３から開始される。エミッタサイト １３で放出された電子１７は、カソードルミネッセント表示スクリーン１６に入 射する。表示スクリーン１６は、外部ガラス面１４と、透明電極１９と、蛍光体 膜２１とを含む。蛍光体膜２１に入射した電子は、膜２１に含まれている蛍光体 のエネルギーレベルを高くする。蛍光体がそれの正常なエネルギーレベルに戻る と、光子が放出されて光学的画像を形成する。 ゲートされる画素１０では、グリッド１５は絶縁層１８によりベースプレート １１から電気的に分離される。絶縁層１８は、グリッド１５の支持も行い、電圧 差の降伏を阻止する。絶縁層１８とグリッド１５は、エミッタサイト１３を囲む 空胴２３を含む。 電界放出表示装置の個々の画素は、真空マイクロエレクトロニック三極管と呼 ばれることもある。三極管素子は、カソード（電界電子放出場所）と、アノード （カソードルミネッセントスクリーン）と、ゲート（グリッド）とを含む。Ｃａ ｓｐｅｒ他に付与された米国特許第５２１０４７２号、Ｃａｔｈｅｙ他に付与さ れた米国特許第５２３２５４９号、Ｌｏｗｒｅｙ他に付与された米国特許第５２ ０５７７０号、Ｄｏａｎ他に付与された米国特許第５１８６６７０号、Ｄｏａｎ 他に付与された米国特許第５２２９９６１号が、電界放出表示装置の要素を製造 する種々の方法を開示している。 ＦＥＤのエミッタサイトは、シリコンまたはモリブデンやタングステンなどの 金属で通常製造される。炭素およびダイヤモンドなどの他の導電性材料も使用さ れることがある。表示スクリーンで一様な解像力と一様な輝度とを得るために、 各エミッタサイトは表示スクリーンから一様に隔てなければならない。したがっ て、一様性を高くするために、シリコンおよびその他の基板上にエミッタサイト を製造するための種々の方法が開発されている。 例として、Ｓａｎｄｈｕに付与された米国特許第５１５１０６１号が、シリコ ン基板上に自己整合円錐エミッタサイトを製造する方法を記述している。Ｄｏａ ｎ他に付与された米国特許第５２５６７９９号が、ＦＥＤの自己整合エミッタサ イトおよびゲート構造を製造する方法を記述している。 一様な形および一様な間隔にすることに加えて、適度な電圧で最適な電子放出 を行えるようにするために、エミッタサイトを鋭くすべきでもある。電界放出を 行わせるために要する電圧は、鋭さが増すにつれて劇的に低下する。この理由か ら、ＦＥＤの製造作業中に、エミッタサイトを尖らせるために加熱酸化を通常用 いる。例として、エミッタサイトを単結晶シリコンで製造すると、ＳｉＯ₂の層 をシリコン突起上に形成するために加熱酸化法を使用できる。その後で、湿式エ ッチング法を用いてこの表面酸化物を除去する。 単結晶シリコンエミッタサイトを酸化技術で尖らせるために、改良した技術が 最近開発された。そのような技術の１つが、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ ｓ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ ３８巻、１０号 １９９１年 １０月号所載のＭａｒｃｕｓ他による「原子的に尖ったシリコンおよび金属電界 放出器（Ａｔｏｍｉｃａｌｌｙ Ｓｈａｒｐ Ｓｉｌｉｃｏｎ ａｎｄ Ｍｅｔ ａｌ Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｔｔｅｒｓ）」と題する技術文献に記載されている。 Ｍａｒｃｕｓ他の方法では、エミッタサイトは高さが５μｍの円錐であって、単 結晶シリコンを、好ましくは９５０℃の高温で、加熱酸化する方法を用いて酸化 で尖らせる。この方法で製造したエミッタサイトの頂部における曲率半径は、１ ｎｍより短い。単結晶シリコンエミッタサイトを製造して尖らせる他の方法が、 Ｍａｒｃｕｓ他に付与された米国特許第５１００３５５号に開始されている。こ の方法では、シリコン突起を製造し、その後で、型となる材料で被覆する。シリ コンを除去し、型に金属を充填する。その後で、型を除去して金属突起を残す。 エミッタサイトを製造するための酸化により尖らせる、従来の方法に付随する １つの問題は、一般に、それらの方法が比較的高い温度で行われることである。 例として、加熱酸化法のための温度は、通常は９００℃〜１１００℃である。高 い酸化温度は、各種の材料から製造されたエミッタサイトをうまく尖らせること を妨げる。一般に、それらの高温酸化により尖らせるそれらの方法は、過去にお いては単結晶シリコンエミッタサイトにおいてのみ使用されていて、アモルファ スシリコンには使用されなかった。アモルファスシリコンで製造されたエミッタ サイトでは、アモルファスシリコンを多結晶に転換する間に劣化が起きる。約６ ００℃またはそれ以上の温度では、アモルファスシリコンは多結晶になることが あり、エミッタサイトに粒子境界と酸化物の亀裂が生ずる。それらの粒子境界亀 裂に沿って、加速酸化が起きる。 アモルファスシリコンの高温酸化に伴う第２の問題は、隆起すなわち凹凸がエ ミッタサイトの表面に形成されることである。また、これは電子放出特性が一様 でなく、解像力が低い変形したエミッタサイトすなわち非対称的なエミッタサイ トを生ずることがある。対称的になるように設計されたエミッタサイトでは、変 形したエミッタサイト、すなわち非対称的なエミッタサイトのために解像力が低 く、グリッド電流が増加する結果となる。 エミッタサイトの製造に使用する、アモルファスシリコン以外の材料も高温酸 化により悪影響を受ける。例として、金属または金属−シリコン複合体で製造し たエミッタサイトも、高温酸化を受けると歪みおよび粒子境界成長を起こすこと がある。 更に、高温酸化法は、ベースプレート（１１、第１図）などの電界放出表示器 の他の部品を製造するための、ある材料の使用が妨げられる。例として、フロー トガラス材料は、歪み温度や軟化温度が比較的低い。フロートガラスでは、約５ ００℃で大きな歪みが起き、約７００℃で大きな軟化が起きる。 高温酸化で尖らす方法の他の問題は、エミッタサイトのための集積回路に関連 する回路素子に悪影響を及ぼすことである。エミッタサイトを含むベースプレー トは、種々の熱膨張率を持つ各種の材料で製造されるから、高温に加熱すると応 力により障害をひき起こすことがある。アルミニウム合金の相互接続部および接 点は、酸化法で必要とする高温度で軟化したり、流動したりする。また、高温度 で悪影響を受けることがある他の回路素子が存在する中で、エミッタサイトを更 に尖らしたり、再加工により尖らしたりすることが必要なことがある。 第２Ａ図および第２Ｂ図は、アモルファスシリコンで製造したエミッタサイト を尖らせるための従来の高温酸化法の使用を示す。第２Ａ図で、円錐形のアモル ファスシリコンエミッタサイト１３が、ベースプレート１１の上に形成されてい る。第２Ａ図に示すように、各エミッタサイト１３はベースプレート１１の表面 から突き出ており、鈍い形の頂部３２を含む。酸化により尖らせる方法の実施中 は、酸化物層２４（第２Ｂ図）がエミッタサイト１３の上で成長させられる。こ の酸化物層２４を除去した後では、頂部３２の曲率半径が小さくされてエミッタ サイト１３は一層尖る。 第２Ｂ図に示すように、酸化により尖らせる方法の実施中は、高温酸化ガス２ ２をエミッタサイト１３の上に流して酸化層２４を形成する。その後で、湿式エ ッチング法を用いてこの酸化層２４を除去する。しかし、酸化作業中に用いる高 温度はアモルファスシリコンをポリシリコンにして、酸化が早く行われる場所に 粒子境界２５を生じさせる。そのために、エミッタサイト１３中に伸びる酸化物 の亀裂２６が生じて、変形および非対称性を生ずる結果となる。この構造におけ る１つの問題は、変形したエミッタサイトのために、電界放出が一様でなくなる ことである。それによって、ＦＥＤにおける解像力が低くなり、かつグリッド電 流が多くなり、ある場合には「ターンオン」電圧が高くなる。 発明の目的 エミッタサイトを尖らすための従来技術の高温酸化法のそれらの欠点およびそ の他の欠点に鑑みて、エミッタサイトを尖らすための改良した方法に対する需要 が当該分野にある。したがって、本発明の目的は、冷陰極電界放出表示装置（Ｆ ＥＤ）およびその他の電子装置で使用するために適当な、エミッタサイトを尖ら すための改良した方法を得ることである。 本発明の他の目的は、エミッタサイトの歪みを阻止し、かつエミッタサイトに 関連するその他の部品に対する損傷を阻止するために、比較的低い温度でエミッ タサイトを尖らすための低温法を得ることである。 本発明の別の目的は、温度歪みを減少し、アモルファスシリコンエミッタサイ トおよびガラスベースプレートなどの改良した材料を使用できるようにするため に、エミッタサイトを尖らすための低温法を得ることである。 本発明の更に別の目的は、効率的で、大量生産法に適合する、エミッタサイト を尖らすための改良した方法を得ることである。 本発明のその他の目的、利点および性能は、説明が続くにつれて一層明らかに なるであろう。 本発明にしたがって、冷陰極電界放出表示装置のためのエミッタサイトを尖ら す改良した方法が得られる。本発明の方法は、一般的にいえば、ベースプレート （基板）上に盛り上がった突起を形成する工程と、突起の上に酸化物層を形成す るための低温消耗性酸化（ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｖｅ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）法を 用いる工程と、その後で酸化物層を除去して突起を露出させ、その突起を尖らせ てエミッタサイトを形成する工程とを含む。例により、突起を、頂部が尖った円 錐形、頂部が刃状のくさび形、または頂部が尖った三角錐にできる。 使用する材料に応じて、エミッタサイトを尖らすために酸化物膜を成長させる 好適な低温消耗性酸化法は、ウェットバス陽極酸化と、プラズマ支援酸化と、プ ラズマ陰極酸化と、高圧酸化とを含む。一般に、それらの低温酸化法は、酸化種 または消耗性のエミッタサイト中への拡散速度を高くするために、温度ではなく て電圧または圧力を用いる。これにより、先行技術の高温加熱酸化法に伴う、粒 子境界の形成、およびアモルファスシリコンエミッタサイトおよび金属エミッタ サイト中での酸化物亀裂の形成などの、制約の多くが克服される。また、本発明 により、ガラスベースプレートなどの低温材料が、表示装置の種々の回路部品の 製造に使用できるようにされる。更に、表示装置に関連する金属相互接続部など の回路素子に悪影響を及ぼすことなしに、エミッタサイトを尖らしたり、再加工 により尖らしたり、または一層尖らすために本発明の方法を使用できる。 第１図は、先行技術のＦＥＤ画素を示す略図である。 第２Ａ図は、酸化により尖らせる前の先行技術のエミッタサイトの略図である 。 第２Ｂ図は、先行技術の尖らせる高温酸化法中の粒子境界の形成と酸化物亀裂 の形成を示す略図である。 第３Ａ図および第３Ｂ図は、本発明にしたがってエミッタサイトを形成するた めのウェットバス陽極酸化装置の略図である。 第４Ａ図は、本発明にしたがってエミッタサイトを形成するための低温プラズ マ陰極酸化装置の略図である。 第４Ｂ図は、本発明にしたがってエミッタサイトを形成するための低温プラズ マ陽極酸化装置の略図である。 第５図は、本発明にしたがってエミッタサイトを形成するための高圧酸化装置 の略図である。 ウェットバス陽極酸化 本発明の１つの面では、シリコンエミッタサイトを尖らせるためにウェットバ ス陽極酸化法を用いる。第３Ａ図は、ベースプレート５４上に形成されているシ リコンエミッタサイト５３上に酸化物層を形成するのに適当な、ウェットバス陽 極酸化装置５２を示す。この技術では時に基板と呼ばれることもある、ベースプ レート５４は、シリコンまたはフロートガラスなどの堅い材料で製造される。ソ ーダ石灰フロートガラスとしても知られているフロートガラスは、炉を用いて砂 と石灰から製造される市販のガラスである。 ウェットバス陽極酸化装置５２は、電解質溶液を満たされている囲まれたタン ク５６を含む。適当な電解質溶液は、ｎ−メチル・アセトアニリド＋脱イオン水 ＋ＫＮＯ₃を含む。電解質溶液は、Ｈ₃ＰＯ₄／水またはＨＮＯ₃／水を含むことも できる。ベースプレート５４を、ホルダ６０に取り付ける。そのホルダは、 正電極６４すなわち陽極に接続される。ステンレス鋼などの導電材料、またはエ ミッタサイト５３と同じ材料から製作された陰極６６を負電極６８に接続する。 この装置では、酸化物（すなわち、ＳｉＯ₂）を堆積させるのではなく、成長 させる。これは、成長した酸化物がシリコンの化学的消耗の結果であって、シリ コンの表面上への付着ではないことを意味する。この消耗法により、固体廃棄副 生物も生成される。しかし、最終結果は、酸化物が除去された後の尖り効果（す なわち、エミッタサイト５３の頂部における曲率半径が短くなる）である。第３ Ａ図に示す装置では、負電極６８と正電極６４との間に加えられる駆動電圧が、 酸化物層の厚さの決定における最も重要な要因である。より高い電圧では、より 厚い酸化物層が成長させられる結果となる。 電圧依存性の原因である、成長機構の１つの理論は、エミッタサイト５３から のシリコンが、成長している酸化物層中を通って溶液まで移動し、そこで酸素が 電気化学的に生成される、というものである。移動するシリコン原子は、酸素と 反応して追加の酸化されたシリコンを生成する。酸化物は、１００℃以下の比較 的低い温度で形成できる。エミッタサイト５３を尖らせるために、酸化物の厚さ は、約５００〜５０００オングストロームの間である。１０００オングストロー ムの厚さが好ましい。 例によって、高さが１．２ミクロンで、形が円錐であるエミッタサイト５３を 、ほう素をドープした１０〜１４Ω−ｃｍのシリコンからエッチング法を用いて 製造した。その後で、第３Ａ図に示すウェットバス陽極酸化を用いてエミッタサ イト５３を尖らせた。その後で、化学的除去により酸化物を除去した。ｎ−メチ ル・アセトアミド９７．０５重量％と、脱イオン水２．５２５重量％と、ＫＮＯ₃ ０．４２５重量％とにより、７０℃の温度で電解質溶液を構成した。陰極６６ を、アルミニウムで製作した。１１００オングストロームの酸化物膜を成長させ た。４３分の成長期間中は、電流を比較的一定に保持した。電圧を、最初の１７ ０ボ ルトから１０分間で２３６ボルトまで上昇し、２６６ボルトまで２０分間で上昇 し、２９６ボルトまで３０分間で上昇し、３３８ボルトまで４０分間で上昇し、 ３５０ボルトまで４３分間で上昇した。酸化物の成長の後で、試料を脱イオン水 で洗浄し、その後で、７：１の緩衝した酸化物エッチング酸を含むＨＦ溶液に４ ０秒間浸して、酸化物層を除去した。この後で、脱イオン水で洗浄し、乾燥した 。 そのように、低い温度ではウェットバス陽極酸化が好ましいから、エミッタサ イトの歪みは最小になる。また、種々の回路素子（たとえば、アルミニウム接点 ）を製造した後で低温酸化法を実施でき、しかもそれらの素子にとって有害でな い。 第３Ｂ図を参照して、金属、シリコンまたはシリコン−金属複合体で製造した エミッタサイト７６の表面を酸化するために、第３Ａ図に示すものに類似するウ ェットバス陽極酸化装置７０を使用できる。ウェットバス陽極酸化装置７０では 、ベースプレート７４をホルダ７２の上に装着できる。この装置では、ベースプ レート７４とエミッタサイト７６は、正電極に接続される。したがって、それら は陽極である。陰極板７８が、負電極に接続される。電解質溶液８０は、エミッ タサイト７６上に酸化物層を生ずる溶液であるが、成長した酸化物や、成長した 酸化物７６は溶解しない。モリブデン、シリコン、タンタルまたはアルミニウム 製のエミッタサイトの場合には、適当な電解質溶液はｎ−メチル・アセトアミド を３８８グラム、Ｈ₂Ｏを１０グラム、およびＫＮＯ₃を１．７グラム含む。その 装置は、１００℃より低い温度で運転できる。 プラズマ支援酸化 シリコンのプラズマ支援酸化は、電解質が酸素プラズマで置き換えられること を除き、ウェットバス装置５２（第３Ａ図）に類似する。この技術は、無線周波 数（ＲＦ）またはｄｃ電子源により発生された酸素放電中で実施できる。例とし て、低くした圧力（たとえば、０．１ｔｏｒｒ）で含まれている酸素に高エネル ギー無線周波数（ＲＦ）フィールド（たとえば、１３．５６ＭＨｚ）を加えるこ とにより、酸素プラズマを発生できる。一般に、８００℃より上で行う加熱装置 より低い温度（たとえば、３００℃〜７００℃）で酸化物を成長させるために、 そのプラズマを使用できる。低温プラズマ支援酸化では、シリコンを移動させる ｄｃシリコン陽極により、二酸化シリコンから、および基板上の二酸化シリコン 層から、酸素イオンが取り出される。温度、プラズマ密度および基板ドーピング 濃度が高くなると、ＳｉＯ₂の成長速度は上昇する。 プラズマ酸化装置は、種々の種類に更に分類できる。「陽極プラズマ酸化」法 では、酸化した基板を外部で正にバイアスする。「陰極プラズマ酸化」法では、 基板を浮動電位にするが、プラズマ閉じ込めのために、プラズマに面しない表面 で酸化が起きる。 陽極プラズマ酸化装置が、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｒｏｃｈｅｍ ｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ、１９５７年４月号２３０〜２３６ページ所載のＰ． Ｆ．ＳｃｈｍｉｄｔおよびＷ．Ｍｉｃｈｅｌによる「シリコン上の酸化膜の陽極 形成（Ａｎｏｄｉｃ Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｏｘｉｄｅ ｆｉｌｍｓ ｏ ｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）」と題する技術論文に記載されている。陰極プラズマ酸化 装置が、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉ ｅｔｙ、１９９１年、１３８巻、第４号、４月号所載のＫａｍａｌ Ｅｌｊａｂ ａｌｙおよびＡｍｏｌｄ Ｒｅｉｓｍａｎによる「シリコンの陰極プラズマ酸化 の成長動力学およびアニーリングについての研究（Ｇｒｏｗｔｈ Ｋｉｎｅｔｉ ｃｓ ａｎｄ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ Ｓｔｕｄｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ“Ｃａｔｈ ｏｄｉｃ”Ｐｌａｓｍａ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｉｌｉｃｏｎ）」と題 する技術論文に記載されている。また、陰極プラズマ酸化法がＡ．Ｋ．Ｒａｙお よびＡ．Ｒｅｉｓｍａｎに付与された米国特許第４３２３５８９号および第４２ ３２０５７号と、Ｒｅｉｓｍａｎ他に付与された米国特許第５０３９６２５ 号に記載されている。 本発明にしたがって、エミッタサイトを尖らすために、陰極プラズマ酸化法を 使用できる。そのような陰極プラズマ酸化法は、極めて純粋にした酸素ガス（た とえば、９９．９９３％）が流れ込むようになっているプロセスチャンバを使用 する。 第４Ａ図は、陰極プラズマ酸化装置１０８を示す。陰極プラズマ酸化装置１０ ８では、液体アルゴン源から沸騰させることにより高純度アルゴンを発生させる 。このアルゴンガスを２領域炉１１０内のチタン床の上を通すことにより、一層 精製する。この炉の最初の領域を加熱して、チタンを酸化することにより残留し ている水蒸気から酸素を除去する。放出された水素を、その後で第２の領域内の チタンにより吸収する。精製したアルゴンを、その後で高純度酸素（たとえば、 純度が９９．９９３％のボンベ入りＯ₂）と混合する。マス流制御器１１２、１ １４が、反応管１１８のプロセスチャンバに流れ込むガス流を制御する。 酸素を含んでいる高純度混合ガスを、Ｏリング継手１１６を通じて反応管１１ ８内に注入する。反応管１１８は、融解石英で形成した容器である。反応管１１ ８の内部は、ターボ分子ポンプ１２０に流体が通じるようにされる。ポンプ１２ ０は、系を常に負圧にするように動作する。ＲＦコイル１２２、１２４が反応管 １１８を囲み、１つまたは複数のＲＦ電源に接続される。ＲＦコイル１２２、１ ２４は、反応管１１９内に注入される高純度混合ガスに電磁波結合を行うために 使用する。各ＲＦコイル１２２、１２４は、反応管１１８の内部に別々の区域を 構成する。各区域に別々のプラズマ雲が発生されて、閉じ込められる。上にエミ ッタサイト１２８が形成されているシリコンベースプレート１２６が、反応管１ １８内の石英ボート内に、ガス流の方向に対して垂直に保持される。各ベースプ レート１２６の、エミッタサイト１２８を含んでいる１つの側は、ＲＦコイル１ ２２または１２４の間に閉じ込められているプラズマの外側である。エミッタ サイト１２８のＲＦコイル１２２または１２４から離れて向いている側で、酸化 が起きる。 そのような陰極プラズマ装置１０８は、３００℃ないし７９９℃付近の温度で 酸化物を生成できる。酸化物の厚さは、圧力、時間、温度、無線周波数およびＲ Ｆ電力に依存する。それらのパラメータを調整して、希望の酸化物厚さを得るこ とができる。例として、酸化物の厚さは、５００オングストロームから３０００ オングストロームの範囲にできる。 第４Ｂ図は、シリコン、金属、または金属−シリコン複合体で形成された酸化 エミッタサイトに適当な陽極プラズマ酸化装置８２を示す。陽極プラズマ酸化装 置８２では、囲まれているプロセスチャンバ８４は、グロー放電により維持され ているＯ₂プラズマ源９２に流れが通じるようにされていて、酸素容器として機 能する。プロセスチャンバ８４は、真空源９４とも流れが通じるようにされてい る。プロセスチャンバ８４は、ベースプレート８７と、陰極８８と、陽極９０と を含む。エミッタサイト８７を含んでいるベースプレート８６は、正電極に接続 されて、陽極９０を構成する。このような構造により、正バイアスをエミッタサ イトに加えることができるようにされる。この装置では、酸化物成長が陽極酸化 電圧の関数であるという点で、膜成長の機構は電気化学的陽極酸化（第３Ａ図） に本質的に類似する。代表的なプロセス変数は、酸素圧（０．１Ｔｏｒｒ）と、 電力（たとえば、２００Ｗ）と、温度（６００℃ないし８００℃）を含む。その ような陽極プラズマ酸化装置８２によって、一般に使用されている電解質に溶解 できる金属の陽極酸化を行うこともできるようにされる。 高圧酸化 シリコンの低温酸化のための１つの技術は、高圧環境内でＳｉＯ₂を成長させ ることである。商用の高圧酸化装置がＧａｓｏｎｉｃｓによりＨｉＰＯＸ（登録 商標）という商標、およびＴｈｅｒｍｃｏ ＳｙｓｔｅｍｓによりＦＯＸ（登録 商標）という商標で販売されている。 また、シリコンの低温、高圧酸化法が、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒ ｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ、１２５巻、第１０号、１６８０〜１６ ８３ページ（１９７８年）所載のＬ．Ｅ．ＫａｔｚおよびＬ．Ｃ．Ｋｉｍｅｒｌ ｉｎｇによる「シリコンの高圧、低温スチーム酸化中の欠陥形成（Ｄｅｆｅｃｔ Ｄｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｄｕｒｉｎｇ Ｈｉｇｈ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ、Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｓｔｅａｍ Ｏｘｉｄｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｉ ｌｉｃｏｎ）」と題する技術論文に記載されている。 高圧酸化装置９６を、第５図に示す。この高圧酸化装置９６は、ステンレス鋼 ジャケット１００で補強した石英管９８を含む。高圧活性ガスの入口１０２が、 設けられる。高純水などの高圧酸化体ガスまたは酸素イオンなどの乾燥酸化体の ための別の入口１０４が、設けられる。エミッタサイト１０７を有するベースプ レート１０６が、石英管９８の内部に置かれる。石英管９８を封じて、酸化体を 約１０ないし２５気圧の高くした圧力で、管の中にポンプで送り込む。装置９６ 全体を、所定の酸化温度まで加熱する。 そのような高圧酸化装置９６で、圧力を高くすることにより酸化プロセスをよ り低い温度で実施できる。圧力の１気圧上昇が約３０℃の温度低下に変換される 。例として、約２５気圧という高い圧力では、約７００℃という低い温度を使用 できる。そのような装置９６は、シリコン上で酸化物を成長させるためにとくに 適する。高圧スチームを用いての酸化物膜のシリコン上での成長は、時間的に直 線的で、ある時間範囲、ある温度範囲、およびある圧力範囲にわたって圧力に正 比例する。酸化物層の発生に続いて、どのような酸化物生成法（すなわち、ウエ ットバス陽極酸化、プラズマ支援酸化、または高圧酸化）を用いるにせよ、表面 酸化物をエミッタサイトから除去する。シリコン基板上に形成した二酸化シリコ ンでは、濃縮したふっ化水素酸または緩衝したふっ化水素溶液などの湿式エッチ ン グ剤を用いて、表面酸化物を除去できる。この技術で知られている他のエッチン グ剤で、他の酸化物を除去できる。酸化物層を除去するための湿式エッチング法 に加えて、プラズマエッチングなどの乾式エッチング法を使用することもできる 。 エミッタサイトを一層尖らせ、かつ一様性を高めるために、酸化処理と除去と を何回も繰り返す。本発明の方法で使用する低い処理温度のために、固体接合お よび金属相互接続部などの回路素子を損傷することなしに尖らせることができる 。これによって、ＦＥＤセルのための固体素子および金属相互接続部がほぼ完成 された後で、尖らせる作業を行うことができるようにもされる。 以上、ある実施例について本発明の方法を説明したが、当業者には明らかなよ うに、以下の請求の範囲で定められる本発明の範囲を逸脱することなしにある変 更および修正を行うことができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，Ｕ Ｇ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，Ｂ Ｙ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ， ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，Ｌ Ｖ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ， ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． ベースプレートを用意する工程と、 頂部に終端する突起を前記ベースプレート上に形成する工程と、 陰極を含んでいる電解質溶液中にベースプレートを置き、突起を電源の正電極 に電気的に接続し、陰極を電源の負電極に接続する工程と、 突起と陰極とに電圧を加える工程と、 電解質溶液からの酸素が突起の物質と反応して酸化物層を形成する、という消 耗プロセスにより突起上に酸化物層を成長させる工程と、 電解質溶液からベースプレートを除去する工程と、その後で、 酸化物層を突起から除去する工程と、 を備える電界放出表示装置のための電界放出器場所を尖らせる方法。 ２． 請求の範囲１記載の方法において、 突起をアモルファスシリコンで形成する方法。 ３． 請求の範囲１記載の方法において、 突起を単結晶シリコンで形成する方法。 ４． 請求の範囲１記載の方法において、 ベースプレートをシリコンで形成する方法。 ５． 請求の範囲１記載の方法において、 ベースプレートをガラスで形成する方法。 ６． 請求の範囲５記載の方法において、 突起をアモルファスシリコンで形成する方法。 ７． 請求の範囲５記載の方法において、 突起を単結晶シリコンで形成する方法。 ８． 請求の範囲１記載の方法において、 電解質溶液は２０℃ないし１００℃の温度にある方法。 ９． 請求の範囲１記載の方法において、 酸化物層の除去を湿式エッチングで行う方法。 １０． ベースプレートを用意する工程と、 頂部に終端するシリコン突起を前記ベースプレート上に形成する工程と、 電解質溶液と、正電極と負電極を有する電源と、電解質溶液中の負電極に電気 的に接続された陰極とを含むウェットバス装置を用意する工程と、 突起を電源の正電極に電気的に通じさせて、電解質溶液中にベースプレートを 置く工程と、 突起と陰極とに駆動電圧を加える工程と、 電解質溶液からの酸素が突起の物質と反応して酸化物層を形成する、という消 耗プロセスにより突起上に酸化物層を成長させる工程と、 電解質溶液からベースプレートを除去する工程と、その後で、 突起を尖らせるために、酸化物層を突起から除去する工程と、 を備える電界放出表示装置のための電界放出器場所を尖らせる方法。 １１． 請求の範囲１０記載の方法において、 電解質溶液は、ｎ−メチル・アセトアミドおよび水である方法。 １２． 請求の範囲１０記載の方法において、 電解質溶液は、ＫＮＯ₃、Ｈ₃ＰＯ₄およびＨＮＯ₃より成る群から選択した化学 物質を含む方法。 １３． 請求の範囲１０記載の方法において、 前記方法を、ベースプレート上の種々の回路素子の形成後に実施する方法。 １４． 請求の範囲１０記載の方法において、 シリコン突起を、アモルファスシリコンで形成する方法。 １５． 請求の範囲１０記載の方法において、 ベースプレートを、シリコンで形成する方法。 １６． 請求の範囲１０記載の方法において、 ベースプレートを、ガラスで形成する方法。 １７． 請求の範囲１６記載の方法において、 シリコン突起を、アモルファスシリコンで形成する方法。 １８． 請求の範囲１６記載の方法において、 ガラスは、ソーダ石灰フロートガラスである方法。 １９． 請求の範囲１０記載の方法において、 電解質溶液は、２０℃ないし１００℃の温度にある方法。 ２０． ベースプレートを用意する工程と、 頂部を含む突起をベースプレート上に形成する工程と、 負圧に維持しているプロセスチャンバ内にベースプレートを置き、プラズマ中 の酸素が突起と反応して酸化物層を形成するように、前記プロセスチャンバ内で プラズマ含有酸素を発生するというプラズマ支援酸化法を用いて、成長させられ る酸化物層を突起上に形成する工程と、 電解質溶液からベースプレートを除去する工程と、その後で、 前記頂部を尖らせるために、酸化物層を突起から除去する工程と、 を備える電界放出表示装置のための電界放出器場所を尖らせる方法。 ２１． 請求の範囲２０記載の方法において、 プラズマ支援酸化法は、陰極プラズマ酸化法である方法。 ２２． 請求の範囲２０記載の方法において、 プラズマ支援酸化法は、陽極プラズマ酸化法である方法。 ２３． 請求の範囲２０記載の方法において、 プラズマ支援酸化法を、３００℃から７００℃までの温度で実施する方法。 ２４． 請求の範囲２０記載の方法において、 電界放出表示装置のための集積回路の製造後に、プラズマ支援酸化法を実施す る方法。 ２５． 請求の範囲２０記載の方法において、 突起を一層尖らせるために、プラズマ支援酸化法を実施する方法。 ２６． ベースプレートを用意する工程と、 ある曲率半径を持つ頂部に終端する突起において、アモルファスシリコンと、 単結晶シリコンと、金属とで構成された群から選択した材料で形成した前記突起 をベースプレート上に形成する工程と、 ３００℃と７００℃の温度のプラズマを含有している酸素を含むプロセスチャ ンバ内にベースプレートを置き、プラズマ支援酸化法を用いて突起上で成長させ られる酸化物層を形成する工程と、 プロセスチャンバからベースプレートを除去する工程と、その後で、 頂部の半径を小さくして突起を尖らせるために酸化物層を突起から除去する工 程と、 を備える電界放出表示装置のための電界放出器場所を尖らせる方法。 ２７． 請求の範囲２６記載の方法において、 酸素含有ガスは、精製した酸素および不活性ガスを含む方法。 ２８． 請求の範囲２６記載の方法において、 酸化物層の除去に、湿式エッチングを用いる方法。 ２９． 請求の範囲２６記載の方法において、 酸化物形成工程および除去工程を繰り返す方法。 ３０． 請求の範囲２５記載の方法において、 プラズマ支援酸化は、陰極プラズマ酸化法である方法。 ３１． 請求の範囲２６記載の方法において、 プラズマ支援酸化は、陽極プラズマ酸化法である方法。 ３２． ベースプレートを用意する工程と、 頂部に終端するシリコン突起をベースプレート上に形成する工程と、 ３００℃〜７００℃の温度に維持されている真空プロセスチャンバ内にベース プレートを置き、プラズマ含有酸素をプロセスチャンバ内で発生し、かつ突起が プラズマに面しないようにプラズマ含有酸素を閉じ込めるような、プラズマ支援 酸化法を用いて突起上にＳｉＯ２を形成する工程と、 プロセスチャンバからベースプレートを除去する工程と、その後で、 酸化物層を突起から除去する工程と、 を備える電界放出表示装置のための電界放出器場所を尖らせる方法。 ３３． 請求の範囲３２記載の方法において、 ベースプレートはシリコンであり、突起はアモルファスシリコンである方法。 ３４． 請求の範囲３２記載の方法において、 ベースプレートはガラスであり、突起はアモルファスシリコンである方法。 ３５． 請求の範囲３２記載の方法において、 電界放出表示装置のための集積回路の製造後に、酸化法を実施する方法。 ３６． 請求の範囲３２記載の方法において、 プロセスチャンバの周囲に置かれたＲＦコイルを用いてプラズマを発生する方 法。 ３７． ベースプレートを用意する工程と、 頂部に終端するシリコン突起をベースプレート上に形成する工程と、 約１０ないし３０気圧の圧力に維持されているプロセスチャンバ内にベースプ レートを置き、酸素を含有しているガスにさらすような、高圧酸化法を用いて突 起上に酸化物層を形成する工程と、 プロセスチャンバからベースプレートを除去する工程と、その後で、 酸化物層を突起から除去する工程と、 を備える電界放出表示装置のための電界放出器場所を尖らせる方法。 ３８． 請求の範囲３７記載の方法において、 電界放出表示装置のための集積回路の製造後に、高圧酸化法を実施する方法。 ３９． 請求の範囲３７記載の方法において、 突起は、アモルファスシリコンで形成する方法。 ４０． 頂部に終端する突起が上に形成されているベースプレートを用意する 工程と、 前記突起から酸化物層を形成する工程と、 前記突起から酸化物層を除去する工程と、 を備える電界放出表示装置のための電界放出器場所を尖らせる方法。 ４１． 請求の範囲４０記載の方法において、 前記突起は、シリコンを含む方法。 ４２． 請求の範囲４１記載の方法において、 前記突起は、アモルファスシリコンを含む方法。 ４３． 請求の範囲４１記載の方法において、 前記突起は、単結晶シリコンを含む方法。 ４４． 請求の範囲４０記載の方法において、 前記ベースプレートを、電解質溶液中に浸すことにより前記酸化物層を成長さ せる方法。 ４５． 請求の範囲４０記載の方法において、 前記ベースプレートを、酸素含有プラズマにさらすことにより前記酸化物層を 成長させる方法。