JPH11111157A

JPH11111157A - 電界放出冷陰極及びその製造方法

Info

Publication number: JPH11111157A
Application number: JP27000297A
Authority: JP
Inventors: Tadahiro Matsuzaki; 忠弘松▲崎▼; Nobuya Seko; 暢哉世古
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1997-10-02
Filing date: 1997-10-02
Publication date: 1999-04-23
Also published as: KR19990036808A

Abstract

(57)【要約】【課題】ダイシング用保護シートの粘着剤のエミッタの
先端への接触が無く、かつ電子ビームのゲート電極への
直接入射が無い電界放出冷陰極を提供する。【解決手段】基板１上に絶縁層２を介してゲート電極
３が積層され、露出した基板１表面上には尖鋭な先端を
持つエミッタ４が設けられ、開口６の形状が、ゲート電
極３の最も基板１側の部分の開口幅（Ｄ２）よりも、開
口端の開口幅（Ｄ１）の方が広くなるように段差状に形
成されている電界放出冷陰極；及び、その段差形状を異
方性エッチングにより形成する電界放出冷陰極の製造方
法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電界放出冷陰極及
びその製造方法に関し、さらに詳しくは、ダイシング実
施時に素子表面に貼付する保護シートの粘着剤がエミッ
タの先端に接触せず、かつエミッタから放出される電子
ビームがゲート電極に直接入射しない構造の電界放出冷
陰極及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電界放出冷陰極（電子放出素子）
としては、例えば、特開平６−２３１６７３号、同７−
６５６９７号、同８−１０６８４６号公報等に記載のも
のが挙げられる。

【０００３】特開平６−２３１６７３号公報には、貫通
孔を有するゲート電極と微小突起状のエミッタを有する
基板を絶縁スペーサを介して貼合わせた電界放出冷陰極
が記載されている。この冷陰極のゲート開口近傍はテー
パー形状になっているが、このテーパー形状は開口部を
形成する際の等方性エッチングで必然的に形成されるも
のである。

【０００４】また、特開平７−６５６９７号公報には、
エミッタもしくは基板とのショートを避けるために、ゲ
ート電極上に絶縁被覆層を設けた構成が記載されてい
る。この被覆層は、ゲート電極の開口幅と同じかゲート
電極を包み込む構造となっている。

【０００５】図１０は、従来のスピント（Ｓｐｉｎｄ
ｔ）型冷陰極の構造を例示する模式的部分断面図であ
る。この電界放出冷陰極は、導電性基板１上に金属材料
で形成され尖鋭な先端を持つエミッタ４を有し、エミッ
タ４の先端を取り囲むように配置されたゲート電極３
が、絶縁層２を介して基板１上に積層されている。この
エミッタ４とゲート電極３間に１０〜１００Ｖ程度の電
圧を印加し、エミッタ４の先端に電界を集中させ高電界
（２０〜５０ＭＶ／ｃｍ）にすれば、トンネル効果によ
り電子ビームを放出できる。

【０００６】通常の電界放出冷陰極の製造工程において
は、シリコンウェーハやガラス基板などの同一基板上
に、半導体製造プロセスを利用して同時に複数の素子を
形成した後、スクライブによって切断し、各素子に分割
する。この基板の分割方法としては、ダイシングマシン
によるスクライブが一般的であり、これはダイヤモンド
を含む円盤状の砥石を高速回転させながら基板を切削す
る方式である（以後、この方式をダイシングと称す
る）。

【０００７】このダイシングは、通常、砥石の摩耗や破
壊を防止するために切削水を吹き付け、かつ素子表面に
保護シートを貼付した状態で行われる。図１１は、素子
表面にこのダイシング用保護シートを貼付した状態を例
示する模式的部分断面図である。この保護シート１０
は、基部８の片面にアクリル系樹脂等から成る粘着部９
を設けたものであり、切削屑が混在した切削水の開口６
内部への侵入を防ぎ、ゲート電極３と基板１もしくはエ
ミッタ４の間で絶縁性が劣化することを防止する目的で
用いられる。また、この保護シート１０は、一般に、圧
力１〜１０ｋｇ／ｃｍ²程度でゴムローラーにより圧着
され、素子に貼付される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図１１に示したような
工程においては、保護シート１０を貼付した際に、粘着
部９がゲート電極３の開口部６に入り込み、エミッタ４
の先端に接触し、保護シート１０を剥離した後もエミッ
タ４の先端にアクリル系樹脂等（粘着部９）が残留して
しまう場合がある。そして、この残留した樹脂は、エミ
ッタ４先端の実効的な仕事関数を上昇させ、電子ビーム
を減衰させてしまう。

【０００９】また、この保護シートの粘着剤のエミッタ
４の先端への接触を防ぐ為に、ゲート電極３を厚くし、
エミッタ４の先端が相対的に開口の奥の方に位置するよ
うにすることも考えられるが、この場合別の問題が生じ
てしまう。すなわち、エミッタ４の先端から放出される
電子ビームは、通常、垂直方向に対して半角で３０〜４
０゜程度の広がりを持って放出されるので、開口６を構
成するゲート電極３に電子ビームが直接入射し、電子ビ
ームがゲート電極３に捕らえられることにより電流のロ
スが生じてしまう問題が生じるのである。

【００１０】本発明は、上述した従来技術の課題を解決
すべくなされたものであり、ダイシング実施時に素子表
面に貼付する保護シートの粘着剤のエミッタの先端への
接触を防ぐことにより電子ビームの減衰を防止し、かつ
エミッタから放出される電子ビームがゲート電極に直接
入射することを防ぐことにより電流のロスを防止できる
電界放出冷陰極及びその製造方法を提供することを目的
とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に絶縁
層を介して導電膜から成るゲート電極が積層され、該ゲ
ート電極及び絶縁層には該基板の表面が露出する開口が
形成され、該露出した基板表面上には尖鋭な先端を持つ
エミッタが設けられて成る電界放出冷陰極であって、前
記開口の形状が、開口を構成する前記ゲート電極の最も
基板側の部分の開口幅（Ｄ２）よりも、開口の最も外部
側の部分である開口端の開口幅（Ｄ１）の方が広くなる
ように段差状に形成されていることを特徴とする電界放
出冷陰極である。

【００１２】このように開口の形状を段差状に形成し、
開口端の開口幅（Ｄ１）を広くすることによって、ダイ
シング用保護シートの粘着部がエミッタ先端に接触し難
く、かつエミッタから放出される電子ビームがゲート電
極に直接入射しない構造にすることができ、上記目的を
達成可能となる。

【００１３】さらに、本発明の電界放出冷陰極におい
て、望ましくは、開口端からエミッタの先端までの間隙
（Ｈ１）の長さを、ダイシング用保護シートの粘着部の
垂下長（Ｈ２）よりも長くし、また望ましくは、開口幅
（Ｄ１）を、エミッタから放出される電子ビームがゲー
ト電極に直接入射しない程度に広い幅とし、また望まし
くは、エミッタの先端を、ゲート電極の開口幅（Ｄ２）
の部分に位置するように構成し、また望ましくは、ゲー
ト電極を二以上の導電膜を積層して構成し、また望まし
くは、ゲート電極上に、開口を囲むように配置された絶
縁物から成る突起を設け、該ゲート電極全体が開口の開
口幅（Ｄ２）の部分を構成し、該絶縁物から成る突起が
開口の開口幅（Ｄ１）の部分を構成することによって、
更に優れた効果、あるいは別個の効果を得ることもでき
る。これらの点は後に詳述する。

【００１４】また、本発明の製造方法は、上述の電界放
出冷陰極を製造するための方法であって、基板上に、絶
縁層、ゲート電極を順次積層形成する工程と、該ゲート
電極表面の開口部形成予定位置以外の領域にレジスト膜
を形成し、該レジスト膜をマスクとした異方性ドライエ
ッチングにより、開口幅（Ｄ１）の開口をゲート電極の
中途まで形成する工程と、前記レジスト膜を剥離した
後、前記ゲート電極表面と前記開口の側面に新たなレジ
スト膜を形成し、該レジスト膜をマスクとした異方性ド
ライエッチングにより、開口幅（Ｄ２）の開口を基板表
面に達するまで形成する工程とを含むことを特徴とする
電界放出冷陰極の製造方法である。

【００１５】この製造方法によれば、異方性ドライエッ
チングを用いるので、ゲート電極の開口幅を所望の寸法
で、精度良く容易に形成できる。

【００１６】また、ゲート電極が二以上の導電膜を積層
して成るものである場合は、基板上に、絶縁層、下層ゲ
ート電極、上層ゲート電極を順次積層形成する工程と、
該上層ゲート電極表面の開口部形成予定位置以外の領域
にマスクを形成し、異方性ドライエッチングにより、開
口幅（Ｄ２）の開口を下層ゲート電極及び上層ゲート電
極に形成する工程と、前記マスクをそのまま使用して、
開口幅（Ｄ２）の開口の側面のうち上層ゲート電極部分
のみを選択エッチングすることにより、上層ゲート電極
部分の開口を開口幅（Ｄ１）に広げる工程とを含むこと
を特徴とする電界放出冷陰極の製造方法が望ましい。

【００１７】この製造方法によれば、Ｄ１、Ｄ２部分の
構造を同一のマスク材を使用して形成でき、Ｄ１とＤ２
の位置関係にずれが無く、寸法精度がさらに向上する。

【００１８】また、本発明の電界放出冷陰極が複数形成
された素子表面に保護シートを貼付し、ダイシングマシ
ンによるスクライブによって切断し、各素子に分割する
工程を含むことを特徴とする電界放出冷陰極の製造方法
によれば、保護シートの粘着剤がエミッタの先端に接触
せず、良好なダイシングが可能である。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態に
ついて説明する。

【００２０】図１は、電界放出冷陰極の１素子を例示す
る斜視図である。この図に示す実施形態においては、基
板１の表面に絶縁層（図１では示さず）を介してゲート
電極３が形成され、このゲート電極３のエミッタ領域４
ａには基板１にまで達する開口が形成されている。この
開口内部には微小な円錐状のエミッタ（図１では示さ
ず）が形成されていて、基板１と電気的に接続されてい
る。また、ゲート電極３はボンディングパッド５と電気
的に接続されており、基板１とボンディングパッド５に
電圧を印加することで、エミッタの先端から電子ビーム
が放出される。

【００２１】図２は、本発明の一実施形態の電界放出冷
陰極の特徴部分を示す模式的部分断面図である。この図
に示す実施形態においては、所望の導電性を有する基板
１の表面（図面では上側の面）に、厚さ０．５〜１μｍ
程度の絶縁層２を介して、ゲート電極３としての導電性
膜が厚さ１μｍ程度形成されている。

【００２２】この基板１としては、シリコンウェーハや
ガラス基板表面上に導電性の膜を形成したものが一般的
に使用される。絶縁層２としては、シリコン酸化膜やシ
リコン窒化膜、もしくは、それらを積層した膜を使用す
ればよい。特に、基板１がシリコンウェーハの場合、熱
酸化法により形成する酸化シリコン膜を絶縁層２として
用いると、ゲート電極３と基板１の間の良好な絶縁性が
得られる。ゲート電極３としては、タングステン膜、モ
リブデン膜、チタン膜、クロム膜などの導電膜を使用す
ればよい。

【００２３】ゲート電極３及び絶縁層２には基板１に達
する開口６、すなわち基板１の表面を露出させる開口６
が形成されている。この開口６の底部には、例えば高さ
１μｍ、基部直径が０．８μｍ程度の微小な円錐状のエ
ミッタ４が形成されている。また、本実施形態におい
て、ゲート電極３とエミッタ４の間隔は、サブミクロン
サイズの非常に小さい寸法であり、更にエミッタ４の先
端は極めて先鋭に形成されている。

【００２４】エミッタ４の材料としては、電子放出によ
る発熱や、吸着ガスを放出させる際に実施する熱処理な
どにより溶融変形が起こらない材料を選択することが望
ましく、例えば、タングステン、モリブデンなどの高融
点金属が好ましい。

【００２５】ゲート電極３に形成された開口６の幅は、
その上部（外部側）と下部（基板１側）で寸法が異な
る。すなわち、ゲート電極３の下部付近の開口幅（Ｄ
２）に比べて、上部の開口幅（Ｄ１）の方が広くなるよ
うに段差状に形成されている。このような開口形状は、
例えば、従来の開口よりも上部の開口幅（Ｄ１）を広く
することにより形成すればよい。

【００２６】また本実施形態においては、エミッタ４の
先端位置が、ゲート電極３の下部付近（開口幅がＤ２の
部分）となるように形成されている。このような構成に
よりゲート電極３の表面とエミッタ４の先端との間には
間隙（Ｈ１）ができる。

【００２７】図３は、本発明の電界放出冷陰極に、ダイ
シング用保護シートを貼付した状態を例示する模式的部
分断面図である。図２に示したゲート電極３の上面（開
口端）からエミッタ４の先端までの間隙（Ｈ１）が、粘
着部９が開口部６に入り込んだ時の垂下長（Ｈ２）より
も長ければ、粘着部９とエミッタ４の先端の接触が防止
できる。具体的には、間隙（Ｈ１）は垂下長（Ｈ２）よ
りも０．１〜０．２μｍ程度長くすることが望ましい。

【００２８】一般に、保護シート１０の基部８には、例
えば、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン
テレフタレートなどが使用され、粘着部９にはアクリル
系樹脂などが使用される。また、粘着部９の厚みは数十
μｍ程度が一般的である。そして、保護シート１０はゴ
ムローラーによる圧着（貼付時の圧力は１〜１０ｋｇ／
ｃｍ²程度）で素子表面に貼付されるので、粘着部９は
ゲート電極３の開口部６にある程度入り込む。

【００２９】具体的には、例えば基部８がポリオレフィ
ンで、粘着部９が特定のアクリル系樹脂により構成され
た保護シート１０を、貼付圧力１ｋｇ／ｃｍ²で貼付し
た場合、開口幅（Ｄ１）に対する垂下長（Ｈ２）の値
は、下記式Ｈ２（μｍ）＝Ｄ１（μｍ）×０．３＋０．０７により、ある程度算出できることが分かった。ここで、
開口幅（Ｄ１）が１．４μｍであったとすると、粘着部
９の垂下長（Ｈ２）は、前記式より０．４９μｍ程度で
あり、間隙（Ｈ１）が０．４９μｍより長くなるように
ゲート電極３の厚さを調整することで、粘着部９とエミ
ッタ４の先端の接触を防止できる。すなわち、粘着剤と
エミッタ先端が接触しないようにゲート電極３を厚膜化
すればよいのである。例えば、ゲート開口幅がＤ２の部
分の厚さが０．３μｍであり、エミッタ４の先端がその
上端部に位置しているとすれば、ゲート電極３の厚さを
１μｍ程度にすればよい。但し、上記式による設計は単
なる一例であり、本発明はこれに限定されるものではな
い。例えば粘着剤の種類、素子各部のサイズ、貼着条件
など各種条件に応じて、適宜、最適な寸法を選定するこ
とが好ましい。

【００３０】図６は、エミッタ４に粘着剤が付着した場
合と、付着していない場合におけるゲート電圧とエミッ
ション電流の一般的な関係を示すグラフである。ここに
示されるように、粘着剤の付着はエミッション電流に大
きな影響を与える。本発明の電界放出冷陰極は、ダイシ
ング用保護シートの粘着部がエミッタの先端に接触しな
い構造なので、このグラフの「○」線に示されるような
良好な電子ビーム放出が得られることになる。

【００３１】次に、電界放出冷陰極の電子ビーム放出に
関わる内容について説明する。図４は、本発明の電界放
出冷陰極から電子ビームを放出する状態を例示する模式
的部分断面図である。この基板１とゲート電極３の間に
ゲート電極３が正となるように約１０〜１００Ｖの電圧
を印加することで、エミッタ４の先端には強い電界が加
わる。この電界が２０〜５０ＭＶ／ｃｍ以上になると、
エミッタ４の先端から電子ビームが放出される。この
時、電子ビームは広がりを持って放出され、その角度は
垂直方向に対して半角で３０〜４０゜程度である。

【００３２】本発明においては、ゲート電極３の開口６
の幅を、その上部（外部側）で広くすることで（Ｄ１部
分）、エミッタ４の先端から広がりを持って放出された
電子ビームがゲート電極３へ直接入射することがない構
造とし、電子ビームがゲート電極３に捕らえられること
を防止している。例えば、電子ビームの広がり角度の半
角が３５゜であり、ゲート電極３の上面からエミッタ４
の先端までの間隙（Ｈ１）を０．７μｍとした時には、
開口幅（Ｄ１）を１．４μｍ程度とすることで電子ビー
ムのゲート電極３への直接入射を防止できる。このサイ
ズについては、各種条件に応じて、適宜、最適な寸法を
選定することが好ましい。

【００３３】次に、図２〜図４に示した電界放出冷陰極
を製造するための方法を、図５を参照しながら説明す
る。

【００３４】まず、所望の導電性を有する基板１（シリ
コンウェーハ等）の表面に、例えば熱酸化法による酸化
シリコン膜と化学気相成長法によるシリコン窒化膜の積
層膜からなる絶縁層２を、総厚で０．７μｍ程度の厚さ
で形成する。更に、この絶縁層２の表面に、ゲート電極
３となる導電膜、例えばタングステン、モリブデン、チ
タン、クロムなどを、スパッタ法や蒸着を用いて１μｍ
程度の厚さで形成する（図５（ａ））。

【００３５】次に、レジスト膜７をマスクにした異方性
ドライエッチングにより、１．４μｍ程度の開口幅を有
し、深さが０．７μｍ程度の開口６ａをゲート電極３に
形成する（図５（ｂ））。

【００３６】続いて、レジスト膜７を一旦剥離した後、
再度新たなレジスト膜７によるマスクを形成して、基板
１に達するまで１μｍ程度の開口幅で異方性ドライエッ
チングを行うことで、ゲート電極３の上部と下部で開口
幅が異なる開口を形成する（図５（ｃ））。ここで、異
方性ドライエッチングを用いる理由は、所望の開口幅を
精度良く形成できるからであり、等方性のエッチングで
は横方向へのエッチング量が大きく、所望の開口幅を得
ることが困難である。

【００３７】次に、基板１を回転させながら、斜め方向
より蒸着を行うことで剥離層１１を形成する。続いて、
基板１に対して垂直方向より、エミッタ材１２（タング
ステン、モリブデンなど）を蒸着することで、エミッタ
４を形成する。ここで、剥離層１１の材料には、エミッ
タ４やその他の素子形成材料とエッチング選択性を有す
る、例えばアルミニウムを使用する（図５（ｄ））。

【００３８】次に、リン酸などにより剥離層１１のみを
選択的にエッチングすることで、ゲート電極４及びその
他の素子表面に堆積した余分なエミッタ材料１２を剥離
し、電界放出冷陰極を得る（図５（ｅ））。

【００３９】図２〜図５に示した実施形態では、エミッ
タ４毎に間隙（Ｈ１）を設ける構造を説明したが、本発
明はこれに限定されず、複数のエミッタに対して共通の
間隙（Ｈ１）が形成される構造にしてもよい。また、ゲ
ート電極の開口幅がＤ１とＤ２の二段に形成されている
構造を説明したが、三段以上に形成された構造にしても
よい。

【００４０】また、図２〜図５に示した実施形態では、
ゲート電極３が単層の構造を示したが、多層構造にする
ことも可能であり、上層として絶縁物を使用してもよ
い。また、複数のエミッタ毎に上記構造を適用すること
もできる。

【００４１】図７は、本発明の別の一実施形態の電界放
出冷陰極の特徴部分を示す模式的部分断面図である。本
実施形態は、図２に示した実施形態と比較すると、ゲー
ト電極３が二種類の導電性を有する材料（上層ゲート電
極３ａと下層ゲート電極３ｂ）を積層して形成している
点で異なり、その他の構造はほぼ同等である。上層ゲー
ト電極３ａと下層ゲート電極３ｂは、それぞれ、図２に
示した実施形態におけるゲート電極３の開口幅がＤ１で
ある部分とＤ２である部分に相当しており、外形寸法は
同じである。

【００４２】次に、図７に示した電界放出冷陰極を製造
するための方法を、図８を参照しながら説明する。

【００４３】まず、基板１表面に、例えば熱酸化法によ
る酸化シリコン膜などから成る絶縁層２を０．７μｍ程
度の厚さで形成する。次に、その表面に下層ゲート電極
３ｂとなる膜、例えば、タングステン膜をスパッタ法や
蒸着を用いて０．３μｍ程度の厚さで形成する。更に、
上層ゲート電極３ａとなる膜、例えば、モリブデン膜を
同様に０．７μｍ程度の厚さで形成する（図８
（ａ））。

【００４４】次に、厚さ０．５μｍ程度のシリコン酸化
膜１３をマスク材にした異方性ドライエッチングによ
り、ゲート電極３に絶縁層２の表面にまで達する開口６
を形成する（図８（ｂ））。

【００４５】次に、このシリコン酸化膜１３（マスク
材）をそのまま使用して、上層ゲート電極３ａ（モリブ
デン）のみを、例えば、硝酸により選択エッチングする
ことで上層ゲート電極３ａを横方向に後退させる（図８
（ｃ））。

【００４６】次に、ＨＦにより開口６が基板１に達する
まで絶縁層２をエッチングする。この時、シリコン酸化
膜１３（マスク材）も同時にエッチングされて除去でき
る。また、絶縁層２はサイドエッチングされるが、特性
上なんら問題は無い（図８（ｄ））。

【００４７】本実施形態では、ゲート電極３を積層構造
とすることで、Ｄ１、Ｄ２部分の構造を同一のマスク材
を使用して形成できるため、Ｄ１とＤ２の位置関係にず
れが無く、寸法精度がさらに向上し、所望とする形状が
容易に得られる。また、その結果として、ゲート電極３
へ電子ビームが直接入射することを安定して防ぐことが
できる。

【００４８】図７〜図８に示した実施形態では、ゲート
電極３が二段に積層されている構造を説明したが、本発
明はこれに限定されず、ゲート電極３を三段以上積層し
て形成してもよい。

【００４９】図９は、本発明の別の一実施形態の電界放
出冷陰極の特徴部分を示す模式的部分断面図である。本
実施形態は、図７に示した実施形態と比較すると、上層
ゲート電極３ａに相当する部分の材料を絶縁物とし、更
に開口６の近傍にのみ形成した突起１４にした点で異な
り、その他の構造は同等である。例えば、突起１４とゲ
ート電極３ｃは、それぞれゲート電極３の開口幅がＤ１
である部分とＤ２である部分に相当しており、開口６内
部の段差形状自体は同じである。また、突起１４は、シ
リコン酸化膜やシリコン窒化膜などの絶縁材料であり、
幅０．５〜１μｍ程度の幅（Ｗ）で開口６を囲むように
形成される。

【００５０】図２や図７に示した実施形態では、粘着剤
とエミッタ４の接触を避けるためにゲート電極３の形状
を厚膜化しているため、電子ビームがゲート電極３の電
界に引かれて、その放出角度が大きくなる可能性があ
る。一方、本実施形態では、電子ビーム放出に寄与する
部分（ゲート電極３ｃ）のみを導電性材料として、それ
以外を絶縁物（突起１４部分）とすることで、電子ビー
ムの放出角度に影響しない構造としている。また、絶縁
物（突起１４部分）を図３で示した粘着部９の侵入防止
に寄与する部分のみに形成して、それ以外の部分ではゲ
ート電極３ｃを露出させることで、絶縁物のチャージア
ップによる電子ビームの軌道変化を減少させている。

【００５１】以上に説明した各実施形態では、個々のゲ
ート開口に対して、それを囲むゲート電極４の厚膜化、
もしくは絶縁層による突起１４を形成する例を説明した
が、それを複数のゲート開口をまとめて囲むように形成
した場合についても、保護シートの粘着部の粘度、厚
さ、貼り付け条件に依っては適応が可能であり、同様の
効果が得られる。

【００５２】また、その適応対象素子のエミッタがセル
分離構造である場合には、各セルの分離境界領域でゲー
ト電極の厚膜化、もしくはその領域に絶縁層の突起部を
形成することで、エミッタの密度等、素子の基本特性に
影響なく、本発明の効果が得られる。

【００５３】図１２及び図１３は、エミッタがセル分離
構造である代表的実施形態を示す模式図である。

【００５４】図１２に示す実施形態においては、エミッ
タ４は、基板１表面に絶縁層１６を介して形成された抵
抗層１５の表面にセル状に配置されており、各セルの分
離境界領域で基板１と抵抗層１５が接続されている（こ
の接続部分を給電部１７と称す）。抵抗層１５は、エミ
ッタ４とゲート電極３の間での放電破壊を抑制する目的
で設けられるが、このように給電部１７を格子状とする
ことでエミッタアレイ全体での抵抗値を均一化すること
ができる。なお、本発明は、図１２に示す実施形態に示
す様に、エミッタ４が基板１表面に絶縁層１６を介して
形成された抵抗層１５の表面に配置された場合をも包含
する。すなわち、本発明において、エミッタが設けられ
る露出した基板表面上とは、所望の機能を有する周知の
層が介在する場合も含むのである。

【００５５】図１３に示す実施形態においては、エミッ
タ４は、基板１の表面にセル状に配置されており、各セ
ルの分離境界領域に相当する基板１には溝が掘られ、絶
縁物が埋設されている（この部分をトレンチ構造部１８
と称する）。トレンチ構造部１８で囲まれた部分の基板
１の比抵抗は大きくなるため、これが、エミッタ４とゲ
ート電極３の間での放電破壊を抑制する抵抗として機能
する。

【００５６】このように、エミッタがセル分離構造であ
る場合には、エミッタが形成されていない領域（図１２
に示した例では給電部１７、図１３に示した例ではトレ
ンチ構造部１８に相当する領域）のゲート電極を厚膜
化、もしくはその領域に絶縁層の突起部を形成すればよ
い。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の電界放出
冷陰極によれば、その開口等が特定の形状を有するの
で、ダイシング実施時に素子表面に貼付する保護シート
の粘着剤のエミッタの先端への接触を防ぐことができ、
この結果、電子ビームの減衰を防止できる。更には、エ
ミッタから放出される電子ビームがゲート電極に直接入
射することを防ぐことができ、この結果、電流のロスを
防止できる。

【００５８】また、本発明の電界放出冷陰極の製造方法
によれば、異方性ドライエッチングを用いるので、ゲー
ト電極の開口幅を所望の寸法で精度良く容易に形成でき
る。さらに、ゲート電極が二以上の導電膜を積層して成
るものである場合は、Ｄ１、Ｄ２部分の構造を同一のマ
スク材を使用して形成でき、Ｄ１とＤ２の位置関係にず
れが無く、寸法精度をさらに向上することも可能であ
る。

【００５９】また、本発明の電界放出冷陰極が複数形成
された素子表面に保護シートを貼付しダイシングを実施
すれば、保護シートの粘着剤がエミッタの先端に接触せ
ず、良好なダイシングが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】電界放出冷陰極の１素子を例示する斜視図であ
る。

【図２】本発明の一実施形態の電界放出冷陰極の特徴部
分を示す模式的部分断面図である。

【図３】本発明の電界放出冷陰極に、ダイシング用保護
シートを貼付した状態を例示する模式的部分断面図であ
る。

【図４】本発明の電界放出冷陰極から電子ビームを放出
する状態を例示する模式的部分断面図である。

【図５】（ａ）〜（ｅ）は、本発明の電界放出冷陰極の
製造方法の各工程を例示する模式的部分断面図である。

【図６】エミッタ４に粘着剤が付着した場合と、付着し
ていない場合におけるゲート電圧とエミッション電流の
一般的な関係を示すグラフである。

【図７】本発明の別の一実施形態の電界放出冷陰極の特
徴部分を示す模式的部分断面図である。

【図８】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の電界放出冷陰極の
製造方法の各工程を例示する模式的部分断面図である。

【図９】本発明の別の一実施形態の電界放出冷陰極の特
徴部分を示す模式的部分断面図である。

【図１０】従来のスピント型冷陰極の構造を例示する模
式的部分断面図である。

【図１１】従来の素子表面にダイシング用保護シートを
貼付した状態を例示する模式的部分断面図である。

【図１２】本発明において、エミッタがセル分離構造で
ある代表的実施形態を示す模式図である。

【図１３】本発明において、エミッタがセル分離構造で
ある代表的実施形態を示す模式図である。

【符号の説明】

１基板２絶縁層３ゲート電極３ａ上層ゲート電極３ｂ下層ゲート電極４エミッタ４ａエミッタ領域５ボンディングパッド６開口７レジスト膜８基部９粘着部１０保護シート１１剥離層１２エミッタ材料１３シリコン酸化膜１４突起１５抵抗層１６絶縁層１７給電部１８トレンチ構造部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に絶縁層を介して導電膜から成る
ゲート電極が積層され、該ゲート電極及び絶縁層には該
基板の表面が露出する開口が形成され、該露出した基板
表面上には尖鋭な先端を持つエミッタが設けられて成る
電界放出冷陰極であって、前記開口の形状が、開口を構成する前記ゲート電極の最
も基板側の部分の開口幅（Ｄ２）よりも、開口の最も外
部側の部分である開口端の開口幅（Ｄ１）の方が広くな
るように段差状に形成されていることを特徴とする電界
放出冷陰極。
【請求項２】開口端からエミッタの先端までの間隙
（Ｈ１）の長さが、ダイシング用保護シートの粘着部の
垂下長（Ｈ２）よりも長い請求項１記載の電界放出冷陰
極。
【請求項３】開口幅（Ｄ１）が、エミッタから放出さ
れる電子ビームがゲート電極に直接入射しない程度に広
い幅である請求項１又は２記載の電界放出冷陰極。
【請求項４】エミッタの先端が、ゲート電極の開口幅
（Ｄ２）の部分に位置する請求項１〜３の何れか一項記
載の電界放出冷陰極。
【請求項５】ゲート電極が、二以上の導電膜を積層し
て成る請求項１〜４の何れか一項記載の電界放出冷陰
極。
【請求項６】ゲート電極上に、開口を囲むように配置
された絶縁物から成る突起が設けられ、該ゲート電極全
体が開口の開口幅（Ｄ２）の部分を構成し、該絶縁物か
ら成る突起が開口の開口幅（Ｄ１）の部分を構成する請
求項１〜４の何れか一項記載の電界放出冷陰極。
【請求項７】エミッタがセル分離構造であり、複数の
エミッタのゲート開口をまとめて囲むように、各セルの
分離境界領域上の全部または一部のゲート電極を厚膜化
し、もしくは、複数のエミッタのゲート開口をまとめて
囲むように、各セルの分離離境界領域上の全部または一
部に絶縁物から成る突起を設けた構成を有する請求項１
〜６の何れか一項記載の電界放出冷陰極。
【請求項８】請求項１〜７の何れか一項記載の電界放
出冷陰極を製造するための方法であって、基板上に、絶縁層、ゲート電極を順次積層形成する工程
と、該ゲート電極表面の開口部形成予定位置以外の領域にレ
ジスト膜を形成し、該レジスト膜をマスクとした異方性
ドライエッチングにより、開口幅（Ｄ１）の開口をゲー
ト電極の中途まで形成する工程と、前記レジスト膜を剥離した後、前記ゲート電極表面と前
記開口の側面に新たなレジスト膜を形成し、該レジスト
膜をマスクとした異方性ドライエッチングにより、開口
幅（Ｄ２）の開口を基板表面に達するまで形成する工程
とを含むことを特徴とする電界放出冷陰極の製造方法。
【請求項９】請求項５記載の電界放出冷陰極を製造す
るための方法であって、基板上に、絶縁層、下層ゲート電極、上層ゲート電極を
順次積層形成する工程と、該上層ゲート電極表面の開口部形成予定位置以外の領域
にマスクを形成し、異方性ドライエッチングにより、開
口幅（Ｄ２）の開口を下層ゲート電極及び上層ゲート電
極に形成する工程と、前記マスクをそのまま使用して、開口幅（Ｄ２）の開口
の側面のうち上層ゲート電極部分のみを選択エッチング
することにより、上層ゲート電極部分の開口を開口幅
（Ｄ１）に広げる工程とを含むことを特徴とする電界放
出冷陰極の製造方法。
【請求項１０】請求項１〜７の何れか一項記載の電界
放出冷陰極が複数形成された素子表面に保護シートを貼
付し、ダイシングマシンによるスクライブによって切断
し、各素子に分割する工程を含むことを特徴とする電界
放出冷陰極の製造方法。