JPH11120897A

JPH11120897A - 電子放出素子

Info

Publication number: JPH11120897A
Application number: JP27695097A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Nakanishi; 優行中西; Kazutami Chin; 和民陳; Tokuhide Shimojo; 徳英下条
Original assignee: Ise Electronics Corp
Current assignee: Noritake Itron Corp
Priority date: 1997-10-09
Filing date: 1997-10-09
Publication date: 1999-04-30

Abstract

(57)【要約】【課題】短絡不良などのない電子放出素子が得られる
ようにする。【解決手段】シリコン基板１０１をエッチングするこ
とで、先端が尖った凸状のコーン１０４を形成する。次
に、コーン１０４側面を含むシリコン基板１０１表面
に、熱酸化により酸化膜１０５を形成する。そして、Ａ
ｌ₂Ｏ₃からなるからなる絶縁層１０６を全面に堆積形成
し、これをコーン１０４を露出させるときのマスクとす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、蛍光体を発光さ
せるなどのために、真空中で電子を放出する電子放出素
子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶ディスプレイの性能を上回る
可能性のあるＦＥＤ（field emissiondisplay）が注目
されている。たとえば、ＦＥＤはバックライトが不要な
自発光ディスプレイである。このため、バックライト付
き液晶ディスプレイに比較して、より薄く、視野角の広
いディスプレイが実現できる。また、ＦＥＤは発光効率
が液晶ディスプレイに比較して２倍以上と大きいため、
消費電力の抑制も可能となる。このＦＥＤは、電子を放
出する小さな素子（電子放出素子）をガラス基板上に多
数形成し、それらの素子から放出した電子を、対向する
ガラス基板上の蛍光体に衝突させて光らせることによ
り、表示を行うようにするものである。

【０００３】蛍光体があるガラス基板には陽極が配置し
てあり、この陽極と電子放出素子側のエミッタ電極に電
圧を印加することで電子を加速する。２枚のガラス基板
の間は高真空に引かれている。そして、この電子放出素
子にはいくつかの形態があるが、突起状の冷陰極（エミ
ッタ電極）を用いるスピント型がもっとも一般的であ
る。このスピント型の電子放出素子では、エミッタ電極
上部周囲に配置したゲート電極とそのエミッタ電極との
間に電圧を印加することで、エミッタ電極先端部より電
子を放出させるようにしている。

【０００４】従来、その円錐状のエミッタ電極は、次に
示すようにして作製されていた。まず、図４（ａ）に示
すように、シリコン基板４０１を熱酸化することで、そ
の表面にシリコン酸化膜４０２を形成する。ついで、公
知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術によりシ
リコン酸化膜４０２を加工して、図４（ｂ）に示すよう
に、シリコン基板４０１上の所定位置にマスクパターン
４０３を形成する。次に、そのマスクパターン４０３を
マスクとしてプラズマを用いたドライエッチングにより
シリコン基板４０１をエッチングすることで、図４
（ｃ）に示すように、先端が尖った凸状のコーン４０４
を形成する。

【０００５】次に、図４（ｄ）に示すように、コーン４
０４側面を含むシリコン基板４０１表面に、熱酸化によ
り酸化膜４０５を形成する。次に、図４（ｅ）に示すよ
うに、電子ビーム加熱真空蒸着により、シリコン酸化物
からなる絶縁層４０６を全面に堆積形成する。この絶縁
層４０６の形成では、マスクパターン４０３下の領域に
は膜が形成されないようにする必要がある。このため、
絶縁層４０６の形成には、垂直異方性の特性を強く持
つ、真空蒸着法を用いる。また、絶縁層４０６として
は、シリコン酸化物を用いるが、シリコン酸化物をター
ゲットとしたとき、通常の抵抗加熱式ではシリコン酸化
物の真空蒸着が困難なため、電子ビーム加熱真空蒸着を
用いるようにしている。

【０００６】次に、図５（ｆ）に示すように、絶縁層４
０６上にＭｏを堆積して導電膜４０７を形成する。この
Ｍｏの堆積は、たとえば、スパッタ法により行えばよ
い。次に、ＨＦ（弗酸）などを用いて選択的に酸化膜を
エッチングすることで、コーン４０４表面に形成された
酸化膜４０５を除去する。この結果、図５（ｇ）に示す
ように、先端がとがった形状の電子放出部となるエミッ
タ電極４０４ａが形成される。同時に、コーン４０４上
に形成されていたマスクパターン４０３もその上に形成
された絶縁層４０６および導電膜４０７とともの除去さ
れる。

【０００７】また、エミッタ電極４０４ａ（コーン４０
４）周囲に形成された導電膜４０７下の露出している絶
縁層４０６側部も、同時にエッチング（サイドエッチン
グ）される。この結果、エミッタ電極４０４ａ形成領域
上に、導電膜４０７が庇のようにせり出した状態とな
る。そして、図５（ｈ）に示すように、導電膜４０７を
公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術に
よりパターニングして、ゲート電極４０７ａを形成す
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来で
は、以下に示す理由により、形成したゲート電極とエミ
ッタ電極とが接触してしまうことがあるという問題があ
った。図５（ｇ）を用いて説明すると、エミッタ電極４
０４ａ形成のために、この表面に形成されていた熱酸膜
をＨＦなどにより除去する際、前述したように、絶縁層
４０６もサイドエッチングされ、導電膜４０７が庇のよ
うにせり出した状態となる。ここで、エミッタ電極４０
４ａを、その先端がより再現性よく先鋭となるように形
成するためには、コーン４０４表面に形成する酸化膜４
０５（図４）をある程度厚く形成しておく必要がある。

【０００９】一方、熱酸化により形成された酸化膜と、
真空蒸着により形成された酸化膜とでは、ＨＦなどによ
るエッチングにおける溶解速度（エッチングレート）が
異なる。すなわち、真空蒸着による堆積膜は、熱酸化膜
に比較してＨＦに対して溶解しやすい状態となってい
る。したがって、エミッタ電極４０４ａ形成のために酸
化膜４０５を完全に除去しようとすると、導電膜４０７
下の絶縁層４０６が必要以上にサイドエッチングされ
る。そして、導電膜４０７端部の庇が長くなりすぎ、自
重のため垂れ下がり、エミッタ電極４０４ａと接触しや
すい状態となってしまう。これは、エミッタ電極４０４
ａ先端をより鋭角に形成しようとすればするほど顕著に
なる。

【００１０】この発明は、以上のような問題点を解消す
るためになされたものであり、短絡不良などのない電子
放出素子が得られるようにすることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明の電子放出素子
は、シリコン基板表面に先端が尖った凸状に形成された
エミッタ電極と、そのエミッタ電極を取り囲むようにエ
ミッタ電極形成部が開口されてシリコン基板上に形成さ
れた絶縁層と、絶縁層表面に形成され、エミッタ電極と
の間に電圧を印加することでエミッタ電極先端より電子
を放出させるためのゲート電極とを備え、絶縁層が、真
空蒸着により堆積されたシリコン酸化物に比較して弗酸
を含むエッチング液に溶解しにくい絶縁物からなるよう
にした。このように構成したので、絶縁層の開口部内へ
のゲート電極のせり出し量を抑制した状態で電子放出素
子を製造できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態を図を
参照して説明する。まず、この実施の形態における電子
放出素子の製造方法に関して説明する。はじめに、図１
（ａ）に示すように、シリコン基板１０１を熱酸化する
ことで、その表面にシリコン酸化膜１０２を形成する。
ついで、公知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技
術によりシリコン酸化膜１０２を加工して、図１（ｂ）
に示すように、シリコン基板１０１上の所定位置にマス
クパターン１０３を形成する。

【００１３】次に、そのマスクパターン１０３をマスク
としてプラズマを用いたドライエッチングによりシリコ
ン基板１０１をエッチングすることで、図１（ｃ）に示
すように、先端が尖った凸状のコーン１０４を形成す
る。次に、図１（ｄ）に示すように、コーン１０４側面
を含むシリコン基板１０１表面に、熱酸化により酸化膜
１０５を形成する。次に、図１（ｅ）に示すように、Ａ
ｌ₂Ｏ₃からなるからなる絶縁層１０６を全面に堆積形成
する。この絶縁層１０６の形成では、マスクパターン１
０３下の領域には膜が形成されないようにする必要があ
る。このため、絶縁層１０６の形成には、垂直異方性の
特性を強く持つ成膜方法を用いる。

【００１４】次に、図２（ｆ）に示すように、絶縁層１
０６上にＭｏを堆積して導電膜１０７を形成する。この
Ｍｏの堆積は、たとえば、スパッタ法により行えばよ
い。次に、ＨＦなどを用いて選択的に酸化膜をエッチン
グすることで、コーン１０４表面に形成された酸化膜１
０５を除去する。ここで、ＨＦのかわりに、緩衝液とし
てＮＨ₄Ｆを加えたバッファードＨＦを用いるようにし
てもよい。この結果、図２（ｇ）に示すように、先端が
とがった円錐形状の電子放出部となるエミッタ電極１０
４ａが形成される。同時に、コーン１０４上に形成され
ていたマスクパターン１０３も、その上に形成された絶
縁層１０６および導電膜１０７とともの除去される。な
お、エミッタ電極１０４ａは、円錐形状に形成する必要
はなく、四角錐など先端が尖った凸状になっていればよ
い。

【００１５】ここで、エミッタ電極１０４ａ（コーン１
０４）周囲に形成された導電膜１０７下の露出している
絶縁層１０６側部も、同時にエッチング（サイドエッチ
ング）される。しかし、この実施の形態では、絶縁層１
０６にＡｌ₂Ｏ₃を用いるようにしたので、ＨＦに対する
エッチングレートが熱酸化膜より遅いので、エミッタ電
極１０４ａ形成領域上への導電膜１０７の庇のせり出し
があまりない。そして、図２（ｈ）に示すように、導電
膜１０７を公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチ
ング技術によりパターニングして、ゲート電極１０７ａ
を形成する。

【００１６】以上説明したように、この実施の形態にお
いては、ゲート電極下の絶縁分離のための絶縁層とし
て、ＨＦなどのＨＦ系のエッチング液に対して、真空蒸
着により形成したシリコン酸化膜よりエッチングレート
の遅い材料であるＡｌ₂Ｏ₃を用いるようにした。この結
果、ゲート電極の庇のせり出し量を抑制できるので、エ
ミッタ電極とゲート電極との接触を防ぐことができる。
また、真空蒸着により形成したシリコン酸化膜よりエッ
チングレートの遅い材料として、Ａｌ₂Ｏ₃に限るもので
はなく、他にも、ＴｉＯ₂ ，Ｚｒ０₂ ，Ｔａ₂０₅，Ｓｉ
₃Ｎ₄を用いるようにしてもよい。

【００１７】また、上述では、ゲート電極下の絶縁層を
１層構造としたが、これに限るものではない。図３に示
すように、まず、エミッタ電極１０４ａが形成されたシ
リコン基板１０１上に、エミッタ電極１０４ａ形成部を
囲うように、熱酸化による酸化膜１０５を配置する。そ
して、その酸化膜１０５上に、真空蒸着などにより形成
した下層絶縁層１０６ａを配置し、その上にたとえばＡ
ｌ₂Ｏ₃などからなる上層絶縁層１０６ｂを配置し、その
上にゲート電極１０７ａを配置するようにしてもよい。
下層絶縁層１０６ａはＨＦによりエッチングされやすい
ので、サイドエッチング量が多いが、上層絶縁層１０６
ｂはＨＦによりエッチングされ難いので、サイドエッチ
ング量が少ない。このため、ゲート電極１０７ａの庇の
せり出し量を少なくすることが可能となる。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明では、シ
リコン基板表面に先端が尖った凸状に形成されたエミッ
タ電極と、そのエミッタ電極を取り囲むようにエミッタ
電極形成部が開口されてシリコン基板上に形成された絶
縁層と、絶縁層表面に形成され、エミッタ電極との間に
電圧を印加することでエミッタ電極先端より電子を放出
させるためのゲート電極とを備えた電子放出素子におい
て、その絶縁層が、真空蒸着により堆積されたシリコン
酸化物に比較して弗酸を含むエッチング液に溶解しにく
い絶縁物からなるようにした。この結果、絶縁層の開口
部内へのゲート電極のせり出し量を抑制した状態で電子
放出素子を製造できるので、この発明によれば、エミッ
タ電極とゲート電極との間の短絡不良などのない電子放
出素子が得られるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態における電子放出素子
の製造方法を説明するための断面図である。

【図２】図１に続く、この発明の実施の形態における
電子放出素子の製造方法を説明するための断面図であ
る。

【図３】この発明の他の形態の電子放出素子の構成を
示す断面図である。

【図４】従来の電子放出素子の製造方法を説明するた
めの断面図である。

【図５】図４に続く、従来の電子放出素子の製造方法
を説明するための断面図である。

【符号の説明】

１０１…シリコン基板、１０２…シリコン酸化膜、１０
３…マスクパターン、１０４…コーン、１０４ａ…エミ
ッタ電極、１０５…酸化膜、１０６…絶縁層、１０７…
導電膜、１０７ａ…ゲート電極。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリコン基板表面に先端が尖った凸状に
形成されたエミッタ電極と、前記エミッタ電極を取り囲むように前記エミッタ電極形
成部が開口されて前記シリコン基板上に形成された絶縁
層と、前記絶縁層表面に形成され、前記エミッタ電極との間に
電圧を印加することで前記エミッタ電極先端より電子を
放出させるためのゲート電極とを備え、前記絶縁層が、真空蒸着により堆積されたシリコン酸化
物に比較して弗酸を含むエッチング液に溶解しにくい絶
縁物からなることを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】請求項１記載の電子放出素子において、前記絶縁物が、Ａｌ₂Ｏ₃，ＴｉＯ₂ ，Ｔａ₂Ｏ₅，Ｓｉ₃
Ｎ₄いずれかからなることを特徴とする電子放出素子。
【請求項３】請求項１記載の電子放出素子において、前記絶縁層が上層絶縁層と下層絶縁層とから構成され、前記上層絶縁層が、真空蒸着により堆積されたシリコン
酸化物に比較して弗酸を含むエッチング液に溶解しにく
い絶縁物からなることを特徴とする電子放出素子。
【請求項４】請求項３記載の電子放出素子において、前記上層絶縁物が、Ａｌ₂Ｏ₃，ＴｉＯ₂ ，Ｔａ₂Ｏ₅，Ｓ
ｉ₃Ｎ₄いずれかからなることを特徴とする電子放出素
子。