JPH11167857A - Cold electron emitting element and manufacture therefor - Google Patents

Cold electron emitting element and manufacture therefor

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JPH11167857A
JPH11167857A JP7815598A JP7815598A JPH11167857A JP H11167857 A JPH11167857 A JP H11167857A JP 7815598 A JP7815598 A JP 7815598A JP 7815598 A JP7815598 A JP 7815598A JP H11167857 A JPH11167857 A JP H11167857A
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conductive layer
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forming
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秀典 蒲生
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正剛 金丸
Junji Ito
順司 伊藤
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  • Cold Cathode And The Manufacture (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a field emission type electron emitting element capable of suppressing the electric current fluctuation to the minimum and at the same time suppressing local large current flow without increasing the operational voltage and formable on a glass substrate easy to lower the cost and to enlarge the surface area of the element. SOLUTION: This field emission type cold electron emitting element is produced by sequentially laminating a first conductive layer 2 on an insulating substrate 1, an insulating layer 5, and a gate electrode 7, forming an aperture part B in the insulating layer 5 and the gate electrode 7, and forming an emitter 8 in the aperture part B while keeping the emitter separated from the gate electrode 7. In this case, the emitter 8 is made of a non-single crystal silicon and a second conductive layer 3 is formed on the insulating substrate 1 while being kept from a contact with the first conductive layer 2. Further, a semiconductor thin layer 4 of a non-single crystal silicon is formed on the insulating substrate 1 at least between the first conductive layer 2 and the second conductive layer 3 and a third conductive layer 6 is formed on or under the semiconductive thin layer 4 through a gate insulating layer 5' while being kept from a contact with the first conductive layer 2 and the second conductive layer 3.

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、強電界によって冷
電子を放出する電界放射型の冷電子放出素子及びその製
造方法に関する。より詳しくは、光プリンタ、電子顕微
鏡、電子ビーム露光装置などの電子発生源や電子銃とし
て、あるいは照明ランプの超小型照明源として、特に、
平面ディスプレイを構成するアレイ状のFEA(Field E
mitter Array)の電子発生源として有用な冷電子放出素
子及びその製造方法に関する。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a field emission type cold electron emitting device that emits cold electrons by a strong electric field and a method of manufacturing the same. More specifically, as an electron source or electron gun such as an optical printer, an electron microscope, an electron beam exposure device, or as a micro illumination source of an illumination lamp,
Array-like FEA (Field E
The present invention relates to a cold electron emission element useful as an electron source of a mitter array and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、電子ディスプレイデバイスと
して陰極線管が広く用いられているが、陰極線管は、電
子銃のカソードから熱電子を放出させるためにエネルギ
ー消費量が大きく、また、構造的に大きな容積を必要と
するなどの問題があった。
2. Description of the Related Art Conventionally, a cathode ray tube has been widely used as an electronic display device. However, the cathode ray tube consumes a large amount of energy to emit thermoelectrons from a cathode of an electron gun, and is structurally large. There were problems such as requiring a volume.

【0003】このため、熱電子ではなく冷電子を利用で
きるようにして、全体としてエネルギー消費量を低減さ
せ、しかも、デバイス自体を小形化した平面型のディス
プレイが求められ、更に、近年では、そのような平面型
ディスプレイに高速応答性と高解像度とを実現すること
も強く求められている。
[0003] For this reason, there has been a demand for a flat display in which cold electrons can be used instead of thermoelectrons, thereby reducing the energy consumption as a whole and further reducing the size of the device itself. There is also a strong demand for such a flat display to realize high-speed response and high resolution.

【0004】このような冷電子を利用する平面型ディス
プレイの構造としては、高真空の平板セル中に、微小な
電子放出素子をアレイ状に配したものが有望視されてい
る。そして、そのために使用する電子放出素子として、
電界放射現象を利用した電界放射型の冷電子放出素子が
注目されている。この電界放射型の冷電子放出素子は、
物質に印加する電界の強度を上げると、その強度に応じ
て物質表面のエネルギー障壁の幅が次第に狭まり、電界
強度が107V/cm以上の強電界となると、物質中の電
子がトンネル効果によりそのエネルギー障壁を突破でき
るようになり、そのため物質から電子が放出されるとい
う現象を利用している。この場合、電場がポアッソンの
方程式に従うために、電子を放出する部材(エミッタ)
に電界が集中する部分を形成すると、比較的低い引き出
し電圧で効率的に冷電子の放出を行うことができる。
As a structure of such a flat display utilizing cold electrons, a structure in which minute electron-emitting devices are arranged in an array in a high-vacuum flat plate cell is considered promising. And as an electron-emitting device used for that,
A field emission type cold electron-emitting device utilizing the field emission phenomenon has attracted attention. This field emission type cold electron emission element
When the intensity of the electric field applied to a substance is increased, the width of the energy barrier on the surface of the substance is gradually reduced in accordance with the intensity. When the electric field strength becomes a strong electric field of 10 7 V / cm or more, electrons in the substance are caused by a tunnel effect. They can break through the energy barrier and take advantage of the phenomenon that electrons are emitted from matter. In this case, a member that emits electrons (emitter) because the electric field follows Poisson's equation
When a portion where an electric field is concentrated is formed, cold electrons can be efficiently emitted with a relatively low extraction voltage.

【0005】このような電界放射型の冷電子放出素子の
一般的なものとしては、図7に示すように、先端が尖っ
た円錐形の冷電子放出素子を例示することができる。こ
の素子においては、絶縁性基板71上に導電層72、絶
縁層73及びゲート電極74が順次積層されており、そ
の絶縁層73及びゲート電極74には、導電層72に達
する開口部Bが形成されている。そして、その開口部B
内の導電層72上には、ゲート電極74に接触しないよ
うに、点状突起を有する円錐形状のエミッタ75が形成
されている。
As a general example of such a field emission type cold electron emitting device, a conical cold electron emitting device having a sharp tip as shown in FIG. 7 can be exemplified. In this element, a conductive layer 72, an insulating layer 73, and a gate electrode 74 are sequentially stacked on an insulating substrate 71, and an opening B reaching the conductive layer 72 is formed in the insulating layer 73 and the gate electrode 74. Have been. And the opening B
A conical emitter 75 having a point-like projection is formed on the conductive layer 72 inside so as not to contact the gate electrode 74.

【0006】このような円錐形エミッタでは、スピント
型エミッタが広く知られている。
Among such conical emitters, Spindt-type emitters are widely known.

【0007】スピント型エミッタを備えた冷電子放出素
子の製造例を、図8(a)〜(d)を参照しながら説明
する。
An example of manufacturing a cold electron-emitting device having a Spindt-type emitter will be described with reference to FIGS.

【0008】まず、図8(a)に示すように、予め導電
層82が形成された絶縁性基板81上に、絶縁層83及
びゲート電極84をスパッタ法又は真空蒸着法等により
順次成膜する。続いて、フォトリソグラフィー法と反応
性イオンエッチング法(RIE)とを利用して絶縁層8
3及びゲート電極84の一部を、導電層82が露出する
まで円形の孔(ゲート孔)が開口するようにエッチング
する。
First, as shown in FIG. 8A, an insulating layer 83 and a gate electrode 84 are sequentially formed on an insulating substrate 81 on which a conductive layer 82 is formed in advance by a sputtering method or a vacuum evaporation method. . Subsequently, the insulating layer 8 is formed using photolithography and reactive ion etching (RIE).
3 and a part of the gate electrode 84 are etched such that a circular hole (gate hole) is opened until the conductive layer 82 is exposed.

【0009】次に、図8(b)に示すように、斜方蒸着
によりリフトオフ材85をゲート電極84の上面と側面
にのみ形成する。リフトオフ材85の材料としては、A
l、MgO等が多く使用されている。
Next, as shown in FIG. 8B, a lift-off material 85 is formed only on the upper and side surfaces of the gate electrode 84 by oblique evaporation. The material of the lift-off material 85 is A
1, MgO and the like are often used.

【0010】続いて、図8(c)に示すように、導電層
82上に、その垂直な方向から通常の異方性蒸着によ
り、エミッタ86用の金属材料を蒸着する。このとき、
蒸着の進行につれて、ゲート孔の開口径が狭まると同時
に導電層82上に円錐形のエミッタ86が自己整合的に
形成される。蒸着は、最終的にゲート孔が閉じるまで行
なう。エミッタの材料としては、Mo、Ni等を使用す
ることができる。
Subsequently, as shown in FIG. 8C, a metal material for the emitter 86 is deposited on the conductive layer 82 by a normal anisotropic deposition from a vertical direction. At this time,
As the evaporation proceeds, the conical emitter 86 is formed on the conductive layer 82 in a self-aligned manner at the same time as the opening diameter of the gate hole is reduced. The vapor deposition is performed until the gate hole is finally closed. As the material of the emitter, Mo, Ni, or the like can be used.

【0011】最後に、図8(d)に示すように、リフト
オフ材85をエッチングにより剥離し、必要に応じてゲ
ート電極84をパターニングする。これによりスピント
型エミッタ86を備えた冷電子放出素子が得られる。
Finally, as shown in FIG. 8D, the lift-off material 85 is peeled off by etching, and the gate electrode 84 is patterned as necessary. Thus, a cold electron-emitting device having the Spindt-type emitter 86 is obtained.

【0012】このようなスピント型エミッタを備えた冷
電子放出素子は、異方性蒸着法により自己整合的に円錐
形状のエミッタを簡便に形成でき、更にエミッタ材料が
広範囲に選定できるという利点を有している。
The cold electron-emitting device having such a Spindt-type emitter has the advantage that a conical emitter can be easily formed in a self-aligned manner by anisotropic vapor deposition, and that the emitter material can be selected over a wide range. doing.

【0013】ところで、スピント型エミッタに代表され
る、微細加工技術を利用した冷電子放出素子を特に平面
ディスプレイ等に適用する場合、エミッタからのエミッ
ション電流の変動が小さいことが、高品位の画質を得る
には必要不可欠である。
When a cold electron-emitting device utilizing fine processing technology, such as a Spindt-type emitter, is applied to a flat display or the like in particular, the small fluctuation of the emission current from the emitter leads to high quality image quality. Indispensable to get.

【0014】エミッション電流の変動は、エミッタを集
積化することで、ある程度低減することが可能である。
これは、集積化により個々のエミッタにおけるエミッシ
ョン特性のばらつきの影響が低減されるためである。し
かしながら、この方法では各エミッタからのエミッショ
ン電流を見かけ上平均化するにすぎないため、局所的に
現れる異常に大きなエミッション電流を抑制することは
不可能である。
The fluctuation of the emission current can be reduced to some extent by integrating the emitter.
This is because the effect of variations in emission characteristics of individual emitters is reduced by integration. However, in this method, the emission current from each emitter is merely averaged, so that it is impossible to suppress an abnormally large emission current that appears locally.

【0015】このようなエミッション電流の変動を低減
する手段として、米国特許第3789471号明細書で
は、スピント型エミッタにおいて、導電層とエミッタの
間に抵抗層を設ける技術が示されている。
As means for reducing such a variation in emission current, US Pat. No. 3,789,471 discloses a technique in which a spint type emitter is provided with a resistive layer between a conductive layer and the emitter.

【0016】このような抵抗層を具備した冷電子放出素
子の構成例を、図9を参照しながら説明する。
An example of the configuration of a cold electron emission device having such a resistance layer will be described with reference to FIG.

【0017】絶縁性基板91上に導電層92、抵抗層9
3、絶縁層94及びゲート電極95が順次積層されてお
り、その絶縁層94及びゲート電極95には、抵抗層9
3に達する開口部Bが形成されている。そして、その開
口部B内の抵抗層93上には、ゲート電極95に接触し
ないように、円錐形状のエミッタ96が形成されてい
る。
A conductive layer 92 and a resistance layer 9 are formed on an insulating substrate 91.
3, an insulating layer 94 and a gate electrode 95 are sequentially laminated, and the insulating layer 94 and the gate electrode 95
3 is formed. A conical emitter 96 is formed on the resistance layer 93 in the opening B so as not to contact the gate electrode 95.

【0018】この場合、抵抗層93は導電層92とエミ
ッタ96間に電気的に直列に挿入されている。この抵抗
層93により、素子間の電流を均一化する作用が得ら
れ、さらに素子破壊につながる大電流を低減するととも
に、エミッション電流の変動も抵抗層93の抵抗値に比
例して減少させることが可能となる。抵抗層93の比抵
抗は102から106Ω・cmが適当とされている。
In this case, the resistance layer 93 is electrically inserted between the conductive layer 92 and the emitter 96 in series. The resistance layer 93 has an effect of equalizing the current between the elements, and furthermore, a large current that leads to element destruction can be reduced, and the fluctuation of the emission current can be reduced in proportion to the resistance value of the resistance layer 93. It becomes possible. The specific resistance of the resistance layer 93 is appropriately set to 10 2 to 10 6 Ω · cm.

【0019】一方、半導体集積回路製造技術を応用した
シリコンエミッタもまた広く知られている(Tech.Dig.IV
MC., p26(1991))。
On the other hand, a silicon emitter to which a semiconductor integrated circuit manufacturing technology is applied is also widely known (Tech. Dig. IV).
MC., P26 (1991)).

【0020】シリコンエミッタを備えた冷電子放出素子
の製造例を、図10(a)〜(e)を参照しながら説明
する。
An example of manufacturing a cold electron-emitting device having a silicon emitter will be described with reference to FIGS.

【0021】まず、図10(a)に示すように、単結晶
シリコン基板101を熱酸化して表面に酸化シリコン層
を形成し、その酸化シリコン層をフォトリソグラフィー
法を利用して円形にパターニングすることにより、円形
のエッチングマスク用酸化シリコン層102を形成す
る。この酸化シリコン層102は後述するようにリフト
オフ材としても機能する。なお、酸化シリコン層102
の径は、ほぼゲート径に相当する。
First, as shown in FIG. 10A, a single crystal silicon substrate 101 is thermally oxidized to form a silicon oxide layer on the surface, and the silicon oxide layer is patterned into a circular shape by using a photolithography method. Thus, a circular silicon oxide layer 102 for an etching mask is formed. This silicon oxide layer 102 also functions as a lift-off material as described later. Note that the silicon oxide layer 102
Is approximately equivalent to the gate diameter.

【0022】次に、図10(b)に示すように、サイド
エッチレートの高い条件の反応性イオンエッチング法
(RIE)によりシリコン基板101をエッチングし、
エミッタ103を形成する。
Next, as shown in FIG. 10B, the silicon substrate 101 is etched by a reactive ion etching (RIE) under a condition of a high side etch rate.
An emitter 103 is formed.

【0023】続いて、図10(c)に示すように、熱酸
化によりシリコン基板101及びエミッタ103の表面
にエミッタ先端先鋭化用酸化シリコン層104を形成す
る。この酸化シリコン層104の形成時に発生する応力
により、酸化シリコン層104の内側のエミッタ103
の先端が容易に尖鋭化される。
Subsequently, as shown in FIG. 10C, a silicon oxide layer 104 for sharpening the tip of the emitter is formed on the surfaces of the silicon substrate 101 and the emitter 103 by thermal oxidation. Due to the stress generated when the silicon oxide layer 104 is formed, the emitter 103 inside the silicon oxide layer 104 is formed.
Is easily sharpened.

【0024】そして、図10(d)に示すように、異方
性蒸着法により絶縁層105、ゲート電極106を積層
する。
Then, as shown in FIG. 10D, an insulating layer 105 and a gate electrode 106 are laminated by an anisotropic vapor deposition method.

【0025】最後に、図10(e)に示すように、リフ
トオフ材としても機能するエッチングマスク用酸化シリ
コン層102をエッチングによりリフトオフし、更に、
エミッタ103の表面の酸化シリコン層104をエッチ
ング除去する。そして必要に応じてゲート電極106を
パターニングする。これによりシリコンエミッタを備え
た冷電子放出素子が得られる。
Finally, as shown in FIG. 10E, the silicon oxide layer 102 for an etching mask, which also functions as a lift-off material, is lifted off by etching.
The silicon oxide layer 104 on the surface of the emitter 103 is removed by etching. Then, the gate electrode 106 is patterned as necessary. Thereby, a cold electron emission device having a silicon emitter is obtained.

【0026】さらに最近、シリコンエミッタにおいて、
シリコンの半導体としての性質を利用して高度な電流制
御が可能であることが示されている(Jpn.J.Appl.Phys.v
ol.35 p6637(1996))。このような電流制御機能を搭載し
たシリコンエミッタはMOSFET構造エミッタと称さ
れる。このMOSFET構造エミッタを備えた冷電子放
出素子の構成を図11を参照しながら説明する。
More recently, in silicon emitters,
It has been shown that advanced current control is possible using the properties of silicon as a semiconductor (Jpn.J. Appl.Phys.v.
ol. 35 p6637 (1996)). A silicon emitter equipped with such a current control function is called a MOSFET structure emitter. The configuration of the cold electron-emitting device having the MOSFET structure emitter will be described with reference to FIG.

【0027】p型シリコン基板111の同一平面上に、
n型シリコンからなる円錐形のエミッタ112とn型シ
リコン層113を介してエミッタ配線層114が設けら
れ、エミッタ112とエミッタ配線層114の間に絶縁
層115を介してゲート電極116が設置されている。
即ち、このエミッタではMOSFET(metal-oxide-sem
iconductor field-effect-transistor)構造を冷電子放
出素子に内蔵した構造をもち、冷電子放出素子のエミッ
タ配線層114がMOSFETのソース、エミッタ11
2がドレイン、ゲート電極116がゲート、絶縁層11
5がゲート絶縁層としてそれぞれ機能する。
On the same plane of the p-type silicon substrate 111,
An emitter wiring layer 114 is provided via a conical emitter 112 made of n-type silicon and an n-type silicon layer 113, and a gate electrode 116 is provided between the emitter 112 and the emitter wiring layer 114 via an insulating layer 115. I have.
That is, the MOSFET (metal-oxide-sem
The emitter field layer 114 of the cold electron emission element has a structure in which an emitter field-effect-transistor) structure is built in the cold electron emission element.
2 is a drain, gate electrode 116 is a gate, insulating layer 11
5 each function as a gate insulating layer.

【0028】MOSFET構造エミッタを備えた冷電子
放出素子の製造例を、図12(a)〜(g)を参照しな
がら説明する。
A manufacturing example of a cold electron emission device having a MOSFET structure emitter will be described with reference to FIGS.

【0029】まず、図12(a)に示すように、単結晶
のp型シリコン基板121を熱酸化して表面に酸化シリ
コン層を形成し、その酸化シリコン層をフォトリソグラ
フィー法を利用して円形にパターニングすることによ
り、円形のエッチングマスク用酸化シリコン層122を
形成する。この酸化シリコン層122は後述するように
リフトオフ材としても機能する。なお、酸化シリコン層
122の径は、ほぼゲート径に相当する。
First, as shown in FIG. 12A, a single crystal p-type silicon substrate 121 is thermally oxidized to form a silicon oxide layer on the surface, and the silicon oxide layer is formed into a circular shape by using photolithography. To form a silicon oxide layer 122 for a circular etching mask. This silicon oxide layer 122 also functions as a lift-off material as described later. Note that the diameter of the silicon oxide layer 122 substantially corresponds to the gate diameter.

【0030】次に、図12(b)に示すように、サイド
エッチレートの高い条件の反応性イオンエッチング法
(RIE)によりp型シリコン基板121をエッチング
し、エミッタ123を形成する。
Next, as shown in FIG. 12B, the p-type silicon substrate 121 is etched by reactive ion etching (RIE) under a condition of a high side etch rate to form an emitter 123.

【0031】続いて、図12(c)に示すように、熱酸
化によりp型シリコン基板121及びエミッタ123の
表面にエミッタ先端先鋭化用ならびに絶縁層用酸化シリ
コン層124を形成する。この酸化シリコン層124の
形成時に発生する応力により、酸化シリコン層124の
内側のエミッタ123の先端が容易に尖鋭化される。
Subsequently, as shown in FIG. 12C, a silicon oxide layer 124 for sharpening the tip of the emitter and for the insulating layer is formed on the surfaces of the p-type silicon substrate 121 and the emitter 123 by thermal oxidation. Due to the stress generated when the silicon oxide layer 124 is formed, the tip of the emitter 123 inside the silicon oxide layer 124 is easily sharpened.

【0032】そして、図12(d)に示すように、ゲー
ト電極125材料を成膜し、そのゲート電極125材料
をフォトリソグラフィー法を利用して、エミッタ配線用
の円形孔パターンに形成する。
Then, as shown in FIG. 12D, a material for the gate electrode 125 is formed, and the material of the gate electrode 125 is formed into a circular hole pattern for the emitter wiring by using photolithography.

【0033】次に、図12(e)に示すように、リフト
オフ材としても機能するエッチングマスク用酸化シリコ
ン層122をエッチングによりリフトオフし、更に、エ
ミッタ123の表面の酸化シリコン層124をエッチン
グ除去するとともにエミッタ配線孔Cを形成する。
Next, as shown in FIG. 12E, the silicon oxide layer 122 for an etching mask, which also functions as a lift-off material, is lifted off by etching, and the silicon oxide layer 124 on the surface of the emitter 123 is removed by etching. At the same time, an emitter wiring hole C is formed.

【0034】続いて、図12(f)に示すように、リン
をイオン注入した後拡散アニールを施し、エミッタ12
3をn型化するとともに、エミッタ配線孔Cの底部にn
型シリコン層126を生成する。
Subsequently, as shown in FIG. 12F, diffusion annealing is performed after ion implantation of phosphorus, and
3 is made n-type, and n is formed at the bottom of the emitter wiring hole C.
A mold silicon layer 126 is generated.

【0035】最後に、図12(g)に示すように、エミ
ッタ配線用及びゲート配線用電極材料としてアルミニウ
ム等の金属薄膜127を成膜した後、必要に応じてゲー
ト電極125をパターニングする。これによりMOSF
ET構造エミッタを備えた冷電子放出素子が得られる。
Finally, as shown in FIG. 12 (g), after forming a metal thin film 127 of aluminum or the like as an electrode material for the emitter wiring and the gate wiring, the gate electrode 125 is patterned as necessary. This allows MOSF
A cold electron emission device having an ET structure emitter is obtained.

【0036】このようなMOSFET構造を有したシリ
コンエミッタからなる冷電子放出素子では、従来のシリ
コンエミッタとほぼ同様の作製工程で容易に作製できる
にも関わらず、MOSトランジスタを素子に内蔵するこ
とにより、トランジスタ制御された非常に安定したエミ
ッション電流が得られ、かつ局所的な大電流の発生をな
くすることができるため素子破壊も原理的に起こり得な
いという、大きな特徴を有する。
In a cold electron emission device comprising a silicon emitter having such a MOSFET structure, although a MOS transistor can be easily manufactured in substantially the same manufacturing process as a conventional silicon emitter, a MOS transistor is built in the device. An extremely stable emission current controlled by a transistor can be obtained, and the generation of a local large current can be eliminated.

【0037】[0037]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電流安
定化のために抵抗層を施した冷電子放出素子において
は、局所的な大電流に対して十分な電流低減特性を得る
ためには、より大きな抵抗を与える必要が生じるととも
に、電流変動も個々の素子の特性に対して相対的に低減
できるに止まること、さらには原理的に動作電圧の上昇
が避けられないという問題があった。
However, in a cold electron emitting device provided with a resistance layer for stabilizing a current, a larger current reducing characteristic is required to obtain a sufficient current reduction characteristic with respect to a local large current. In addition to the necessity of providing a resistance, there has been a problem that the current fluctuation can be reduced only relative to the characteristics of the individual elements, and further, an increase in the operating voltage cannot be avoided in principle.

【0038】一方、電流制御機能を搭載したMOSFE
T構造を有したシリコンエミッタでは、トランジスタ制
御による非常に高いレベルでの安定な電流が得られる
が、単結晶シリコン基板を必要とすることから、低コス
ト化及び大面積化が困難であるという問題があった。
On the other hand, a MOSFE equipped with a current control function
With a silicon emitter having a T structure, a stable current can be obtained at a very high level by transistor control. However, since a single crystal silicon substrate is required, it is difficult to reduce the cost and increase the area. was there.

【0039】また、従来技術による冷電子放出素子にお
いては、素子の駆動電圧はゲート電極にかける冷電子の
引き出し電圧(動作電圧)となるため、通常数十ボルト
以上の高電圧が必要となり、低コストのIC回路が使用
できないため、駆動回路が高価になるという問題があっ
た。
In the cold electron emitting device according to the prior art, since the driving voltage of the device is a drawing voltage (operating voltage) of cold electrons applied to the gate electrode, a high voltage of usually several tens of volts or more is required. Since a costly IC circuit cannot be used, there is a problem that the driving circuit becomes expensive.

【0040】本発明は、以上の従来技術の課題を解決し
ようとするものであり、半導体薄膜を用いて素子自体に
電流制御機能を搭載することで、動作電圧を上昇させる
ことなく局所的な大電流を抑えるとともに電流変動を最
小限に低減でき、かつ、ガラス基板等を用いることで低
コスト化及び大面積化を容易とした、さらにはスイッチ
ング用電極をゲート電極とは別に設けることで駆動電圧
を低下させ回路コストを低減できる、電界放射型の冷電
子放出素子及びその製造方法を提供することを目的とす
る。
The present invention is intended to solve the above-mentioned problems of the prior art. By mounting a current control function on a device itself using a semiconductor thin film, a local large scale operation can be performed without increasing the operating voltage. The current can be suppressed and the current fluctuation can be reduced to the minimum, and the cost and the area can be easily reduced by using a glass substrate, and the driving voltage can be reduced by providing the switching electrode separately from the gate electrode. It is an object of the present invention to provide a field emission type cold electron-emitting device and a method for manufacturing the same, which can reduce the circuit cost.

【0041】[0041]

【課題を解決するための手段】本発明者は、絶縁性基板
上に第1の導電層(ドレイン)と第2の導電層(ソー
ス)を設け、少なくともそれらの導電層の間隙の絶縁性
基板上に、第3の導電層と非単結晶シリコンからなる半
導体薄膜とをゲート絶縁層を介して積層して設けること
により薄膜トランジスタ(TFT)構造を実現し、更に
第1の導電層(ドレイン)上には、非単結晶シリコンか
らなるエミッタを形成することにより、単結晶シリコン
基板を使用することなく、容易に薄膜トランジスタを冷
電子放出素子の中のエミッタ近傍に作り込むことができ
る。それにより電流を安定化でき且つ薄膜トランジスタ
のゲート電極を素子のスイッチング電極として用いるこ
とで駆動電圧が低減できることを見出し、本発明を完成
させるに至った。
Means for Solving the Problems The present inventor has provided a first conductive layer (drain) and a second conductive layer (source) on an insulating substrate, and provided at least an insulating substrate at a gap between the conductive layers. A thin film transistor (TFT) structure is realized by laminating a third conductive layer and a semiconductor thin film made of non-single-crystal silicon via a gate insulating layer on the third conductive layer, and further on the first conductive layer (drain). By forming an emitter made of non-single-crystal silicon, a thin film transistor can be easily formed in the vicinity of the emitter in the cold electron-emitting device without using a single-crystal silicon substrate. As a result, they have found that the current can be stabilized and that the driving voltage can be reduced by using the gate electrode of the thin film transistor as the switching electrode of the element, and have completed the present invention.

【0042】即ち、本発明は、絶縁性基板上に第1の導
電層、絶縁層及びゲート電極が順次積層され、該ゲート
電極と絶縁層とには開口部が設けられ、その開口部内に
エミッタが該ゲート電極に接触しないように形成されて
なる電界放射型の冷電子放出素子において、エミッタが
非単結晶シリコンからなり、第2の導電層が、第1の導
電層と互いに直接接触しないように絶縁性基板上に設け
られており、非単結晶シリコンからなる半導体薄膜層
が、少なくとも第1の導電層と第2の導電層との間の絶
縁性基板上に設けられており、そして第3の導電層が、
第1の導電層及び第2の導電層と互いに接触しないよう
にゲート絶縁層を介して半導体薄膜層の上又は下に設け
られていることを特徴とする冷電子放出素子を提供す
る。
That is, according to the present invention, a first conductive layer, an insulating layer and a gate electrode are sequentially laminated on an insulating substrate, an opening is provided in the gate electrode and the insulating layer, and an emitter is provided in the opening. Are formed so as not to contact the gate electrode, the emitter is made of non-single-crystal silicon, and the second conductive layer is not in direct contact with the first conductive layer. A semiconductor thin film layer made of non-single-crystal silicon is provided on the insulating substrate between at least the first conductive layer and the second conductive layer; 3 conductive layer,
A cold electron emission element is provided above or below a semiconductor thin film layer via a gate insulating layer so as not to contact with the first conductive layer and the second conductive layer.

【0043】また、本発明は、第3の導電層がゲート絶
縁層を介して半導体薄膜の上に設けられている上述の冷
電子放出素子の製造方法であって: (a) 絶縁性基板上に金属薄膜層を成膜後、該金属薄
膜層をフォトリソグラフィー法によりパターニングして
第1の導電層及び第2の導電層とを、互いに直接接触し
ないように同時に形成し、続いて、半導体薄膜材料層、
ゲート絶縁材料層、第3の導電材料層を順次成膜する工
程; (b) フォトリソグラフィー法によりパターニングし
て第3の導電層を形成し、続いて、フォトリソグラフィ
ー法により順次パターニングしてゲート絶縁層、半導体
薄膜層を形成し、レジスト層を残す工程; (c) 少なくとも第2の導電層上にエミッタ材料、エ
ッチングマスク材料層を順次成膜する工程; (d) エッチングマスク材料層をフォトリソグラフィ
ー法によりゲートの開口径に相当する形状の孔にパター
ニングしてエッチングマスク層を形成し、反応性イオン
エッチングによりエミッタ材料を第1の導電層が露出す
るまでエッチングすることによりエミッタを形成する工
程; 及び (e) 絶縁性基板に対して垂直方向の異方性蒸着法に
より、半導体薄膜層上に絶縁材料及びゲート電極材料を
自己整合的に成膜し、エッチングマスク層を剥離すると
同時に、エミッタ上の絶縁材料層及びゲート電極材料を
剥落させ、絶縁層及びゲート電極とを形成し、絶縁層及
びゲート電極をフォトリソグラフィー法によりパターニ
ングしてゲート絶縁層を形成し、同時にレジスト層をレ
ジスト層上の絶縁材料及びゲート電極材料とともに剥落
する工程を含んでなることを特徴とする製造方法を提供
する。
According to the present invention, there is provided a method of manufacturing a cold electron emitting device as described above, wherein the third conductive layer is provided on the semiconductor thin film via the gate insulating layer: (a) On the insulating substrate Forming a first conductive layer and a second conductive layer simultaneously without direct contact with each other by patterning the metal thin film layer by a photolithography method; Material layer,
A step of sequentially forming a gate insulating material layer and a third conductive material layer; (b) patterning by photolithography to form a third conductive layer, and then sequentially patterning by photolithography to perform gate insulation Forming a layer and a semiconductor thin film layer and leaving a resist layer; (c) a step of sequentially forming an emitter material and an etching mask material layer on at least the second conductive layer; and (d) photolithography of the etching mask material layer. Forming an etching mask layer by patterning holes having a shape corresponding to the opening diameter of the gate by a method, and forming an emitter by etching the emitter material by reactive ion etching until the first conductive layer is exposed; And (e) an insulating material is formed on the semiconductor thin film layer by anisotropic vapor deposition in a direction perpendicular to the insulating substrate. And forming a gate electrode material in a self-aligned manner, peeling off the etching mask layer, and simultaneously peeling off the insulating material layer and the gate electrode material on the emitter to form an insulating layer and a gate electrode. Is patterned by photolithography to form a gate insulating layer, and at the same time, stripping the resist layer together with the insulating material and the gate electrode material on the resist layer.

【0044】また、本発明は、第3の導電層がゲート絶
縁層を介して半導体薄膜の上に設けられている上述の冷
冷電子放出素子の別の製造方法において: (a′) 絶縁性基板上に金属薄膜層を成膜後、該金属
薄膜層をフォトリソグラフィー法によりパターニングし
て第1の導電層及び第2の導電層とを、互いに直接接触
しないように同時に形成し、続いて、半導体薄膜層、エ
ミッタ材料、エッチングマスク材料層を順次成膜する工
程; (b′) エッチングマスク材料層をフォトリソグラフ
ィー法によりゲートの開口径に相当する形状の孔にパタ
ーニングしてエッチングマスク層を形成し、反応性イオ
ンエッチングによりエミッタ材料を半導体薄膜層が露出
するまでエッチングすることによりエミッタを形成する
工程; (c′) 絶縁性基板に対して垂直方向の異方性蒸着法
により、半導体薄膜層上に絶縁材料及びゲート電極材料
を自己整合的に成膜する工程; (d′) エッチングマスク層を剥離すると同時に、エ
ミッタ上の絶縁材料層及びゲート電極材料を剥落させ、
絶縁層及びゲート電極とを形成する工程; 及び (e′) 絶縁層及びゲート電極をフォトリソグラフィ
ー法によりパターニングしてゲート絶縁層を形成し、続
いて、第3の導電層をリフトオフ法により形成する工程
を含んでなることを特徴とする製造方法を提供する。
According to another aspect of the present invention, there is provided another method for manufacturing the above-mentioned cold electron-emitting device, wherein the third conductive layer is provided on the semiconductor thin film via the gate insulating layer. After forming a metal thin film layer on a substrate, the metal thin film layer is patterned by photolithography to form a first conductive layer and a second conductive layer simultaneously without direct contact with each other, A step of sequentially forming a semiconductor thin film layer, an emitter material, and an etching mask material layer; (b ') forming an etching mask layer by patterning the etching mask material layer into holes having a shape corresponding to the opening diameter of the gate by photolithography; Forming an emitter by etching the emitter material by reactive ion etching until the semiconductor thin film layer is exposed; (c ') an insulating substrate A step of forming an insulating material and a gate electrode material in a self-aligned manner on the semiconductor thin film layer by anisotropic vapor deposition in the vertical direction; (d ') removing the etching mask layer and simultaneously forming the insulating material on the emitter; Peel off the layer and gate electrode material,
Forming an insulating layer and a gate electrode; and (e ') patterning the insulating layer and the gate electrode by photolithography to form a gate insulating layer, and subsequently forming a third conductive layer by a lift-off method. There is provided a manufacturing method characterized by including a step.

【0045】また、本発明は、第3の導電層がゲート絶
縁層を介して半導体薄膜の上に設けられている上述の冷
電子放出素子の製造方法であって: (a″) 絶縁性基板上に金属薄膜層を成膜後、該金属
薄膜層をフォトリソグラフィー法によりパターニングし
て第1の導電層及び第2の導電層を互いに直接接触しな
いように同時に形成し、続いて、半導体薄膜層、ゲート
絶縁材料、第3の導電材料を順次成膜し、フォトリソグ
ラフィー法によりパターニングして第3の導電層を形成
した後、さらに、フォトリソグラフィー法によりパター
ニングしてゲート絶縁層を形成する工程; (b″) エミッタ材料、エッチングマスク材料層を順
次成膜し、エッチングマスク材料層をフォトリソグラフ
ィー法によりゲートの開口径に対応する形状の孔にパタ
ーニングしてエッチングマスク層を形成し、反応性イオ
ンエッチングによりエミッタ材料を絶縁層もしくは第1
の導電層が露出するまでエッチングすることによりエミ
ッタを形成する工程; (c″) 絶縁性基板に対して垂直方向の異方性蒸着法
により、半導体薄膜層上に絶縁層材料及びゲート電極材
料を自己整合的に成膜する工程; (d″) エッチングマスク層を剥離すると同時に、エ
ミッタ上の絶縁材料及びゲート電極材料を剥落させ、絶
縁層及びゲート電極とを形成する工程; 及び (e″) 絶縁層及びゲート電極をフォトリソグラフィ
ー法によりパターニングして第3の導電層及びゲート絶
縁層を露出させる工程を含んでなることを特徴とする製
造方法を提供する。
According to the present invention, there is also provided a method for manufacturing a cold electron emitting device as described above, wherein the third conductive layer is provided on the semiconductor thin film via the gate insulating layer: (a ″) Insulating substrate After forming a metal thin film layer thereon, the metal thin film layer is patterned by photolithography to form a first conductive layer and a second conductive layer simultaneously so as not to directly contact each other. Forming a gate insulating material, a third conductive material sequentially, patterning by photolithography to form a third conductive layer, and further patterning by photolithography to form a gate insulating layer; (B ″) An emitter material and an etching mask material layer are sequentially formed, and the etching mask material layer is formed into a hole having a shape corresponding to the opening diameter of the gate by photolithography. To form an etching mask layer, and the reactive ion etching is used to convert the emitter material to an insulating layer or a first layer.
(C ″) an insulating layer material and a gate electrode material are formed on the semiconductor thin film layer by anisotropic vapor deposition in a direction perpendicular to the insulating substrate; (D ″) a step of forming an insulating layer and a gate electrode by peeling off the etching mask layer and simultaneously removing an insulating material and a gate electrode material on the emitter; and (e ″). A manufacturing method characterized by including a step of patterning an insulating layer and a gate electrode by a photolithography method to expose a third conductive layer and a gate insulating layer.

【0046】また本発明は、第3の導電層がゲート絶縁
層を介して半導体薄膜の下に設けられている上述の冷電
子放出素子の別の製造方法であって: (f) 絶縁性基板上に金属薄膜層を成膜後、該金属薄
膜層をフォトリソグラフィー法によりパターニングして
第3の導電層を形成し、続いて、ゲート絶縁層、半導体
薄膜材料層、金属薄膜層を順次成膜する工程; (g) 該金属薄膜層をフォトリソグラフィー法により
パターニングして第1の導電層及び第2の導電層を互い
に直接接触しないように同時に形成した後、フォトリソ
グラフィー法により少なくとも第1の導電層及び第2の
導電層の間隙上にレジスト層を形成する工程; (h) エミッタ材料、エッチングマスク材料層を順次
成膜し、エッチングマスク材料層をフォトリソグラフィ
ー法によりゲートの開口径に対応する形状の孔にパター
ニングしてエッチングマスク層を形成し、反応性イオン
エッチングによりエミッタ材料を絶縁層もしくは第1の
導電層が露出するまでエッチングすることによりエミッ
タを形成する工程; (i) 絶縁性基板に対して垂直方向の異方性蒸着法に
より、少なくとも第2の導電層上に絶縁層材料及びゲー
ト電極材料を自己整合的に成膜する工程; 及び (j) エッチングマスク層を剥離すると同時に、エミ
ッタ上の絶縁材料及びゲート電極材料を剥落させ、絶縁
層及びゲート電極とを形成した後、さらに絶縁層材料及
びゲート電極材料をフォトリソグラフィー法によりパタ
ーニングして絶縁層及びゲート電極を形成し、レジスト
層を剥落させると同時にレジスト層上の絶縁材料及びゲ
ート電極材料を剥落させる工程を含んでなることを特徴
とする製造方法を提供する。
According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a cold electron-emitting device as described above, wherein the third conductive layer is provided below the semiconductor thin film via the gate insulating layer. After forming a metal thin film layer thereon, the metal thin film layer is patterned by photolithography to form a third conductive layer, and then a gate insulating layer, a semiconductor thin film material layer, and a metal thin film layer are sequentially formed. (G) patterning the metal thin film layer by photolithography to form a first conductive layer and a second conductive layer at the same time so as not to directly contact each other, and then to form at least a first conductive layer by photolithography. Forming a resist layer on the gap between the layer and the second conductive layer; (h) forming an emitter material and an etching mask material layer sequentially, and photolithography the etching mask material layer An etching mask layer is formed by patterning holes having a shape corresponding to the opening diameter of the gate by a method, and the emitter material is etched by reactive ion etching until the insulating layer or the first conductive layer is exposed to form an emitter. (I) forming an insulating layer material and a gate electrode material in a self-aligned manner on at least the second conductive layer by anisotropic vapor deposition in a direction perpendicular to the insulating substrate; and (j) At the same time as removing the etching mask layer, the insulating material and the gate electrode material on the emitter are peeled off to form the insulating layer and the gate electrode, and then the insulating layer material and the gate electrode material are patterned by photolithography to be insulated. Forming a layer and a gate electrode, stripping the resist layer, and simultaneously forming an insulating material and a gate electrode on the resist layer There is provided a manufacturing method, comprising a step of stripping a material.

【0047】[0047]

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に従って詳細
に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0048】図1(a)、(a′)、(b)及び
(b′)は、第3の導電層がゲート絶縁膜を介して半導
体薄膜層の上に設けられている本発明の冷電子放出素子
の断面図である。
FIGS. 1 (a), 1 (a '), 1 (b) and 1 (b') show a third embodiment of the present invention in which a third conductive layer is provided on a semiconductor thin film layer via a gate insulating film. FIG. 3 is a cross-sectional view of the electron-emitting device.

【0049】即ち、図1(a)の冷電子放出素子におい
ては、絶縁性基板1の同一平面上に、第1の導電層2と
第2の導電層3が設けられ、第1の導電層2と第2の導
電層3との上から第1の導電層2と第2の導電層3の間
隙Aにかけて、非単結晶シリコンからなる半導体薄膜層
4が連続して配されている。そして、第1の導電層2と
第2の導電層3との間隙Aにおける半導体薄膜層4上に
は、ゲート絶縁層5′を介して第3の導電層6が形成さ
れている。また、第1の導線層2上には絶縁層5及びゲ
ート電極7が順次積層されており、ゲート電極7と絶縁
層5とには半導体薄膜層4に達するエミッタ用孔Bが設
けられている。そして、そのエミッタ用孔B内の第1の
導線層2上には、非単結晶シリコンからなる円錐形又は
円錐台形のエミッタ8が、ゲート電極7に接触しないよ
うに形成されている。
That is, in the cold electron-emitting device shown in FIG. 1A, a first conductive layer 2 and a second conductive layer 3 are provided on the same plane of an insulating substrate 1, and the first conductive layer A semiconductor thin film layer 4 made of non-single-crystal silicon is continuously arranged from above the second conductive layer 3 to the gap A between the first conductive layer 2 and the second conductive layer 3. Then, on the semiconductor thin film layer 4 in the gap A between the first conductive layer 2 and the second conductive layer 3, a third conductive layer 6 is formed via a gate insulating layer 5 '. An insulating layer 5 and a gate electrode 7 are sequentially stacked on the first conductive layer 2, and an emitter hole B reaching the semiconductor thin film layer 4 is provided in the gate electrode 7 and the insulating layer 5. . A conical or frustoconical emitter 8 made of non-single-crystal silicon is formed on the first conductive layer 2 in the emitter hole B so as not to contact the gate electrode 7.

【0050】また、図2(c)及び(c′)の冷電子放
出素子は、第3の導電層がゲート絶縁層を介して半導体
薄膜層の下に設けられている本発明の冷電子放出素子の
断面図である。
The cold electron-emitting device shown in FIGS. 2C and 2C has a structure in which the third conductive layer is provided below the semiconductor thin film layer via the gate insulating layer. It is sectional drawing of an element.

【0051】即ち、図2(c)の冷電子放出素子は、絶
縁性基板1上に、第1の導電層2と第2の導電層3が設
けられ、第1の導電層2と第2の導電層3との下から第
1の導電層2と第2の導電層3の間隙Aにかけて、非単
結晶シリコンからなる半導体薄膜層4が連続して配され
ている。そして、第1の導電層2と第2の導電層3との
間隙Aにおける半導体薄膜層4の下には、ゲート絶縁層
5′を介して第3の導電層6が形成されている。また、
第1の導線層2上には絶縁層5及びゲート電極7が順次
積層されており、ゲート電極7と絶縁層5とには半導体
薄膜層4に達するエミッタ用孔Bが設けられている。そ
して、そのエミッタ用孔B内の第1の導線層2上には、
非単結晶シリコンからなる円錐形又は円錐台形のエミッ
タ8が、ゲート電極7に接触しないように形成されてい
る。
That is, in the cold electron-emitting device shown in FIG. 2C, a first conductive layer 2 and a second conductive layer 3 are provided on an insulating substrate 1, and the first conductive layer 2 and the second The semiconductor thin film layer 4 made of non-single-crystal silicon is continuously arranged from below the conductive layer 3 to the gap A between the first conductive layer 2 and the second conductive layer 3. A third conductive layer 6 is formed below the semiconductor thin film layer 4 in a gap A between the first conductive layer 2 and the second conductive layer 3 with a gate insulating layer 5 'interposed therebetween. Also,
An insulating layer 5 and a gate electrode 7 are sequentially stacked on the first conductive layer 2, and the gate electrode 7 and the insulating layer 5 are provided with an emitter hole B reaching the semiconductor thin film layer 4. Then, on the first conductive layer 2 in the emitter hole B,
A conical or frustoconical emitter 8 made of non-single-crystal silicon is formed so as not to contact the gate electrode 7.

【0052】ここで、第1の導電層2、第2の導電層
3、半導体薄膜層4、ゲート絶縁層5′及び第3の導電
層6は共同して、nチャネルエンハンスメントモードで
動作する薄膜トランジスタ構造(TFT)を構成してい
る。即ち、第1の導電層2はドレイン、第2の導電層3
はソース、半導体薄膜層4はチャネル、ゲート絶縁層
5′は文字通りゲート絶縁層、及び第3の導電層6はゲ
ートとして機能している。本発明においては、TFTの
ゲート絶縁膜の厚みの制御をより容易にするために、絶
縁層を2層化した構造とすることができる。
Here, the first conductive layer 2, the second conductive layer 3, the semiconductor thin film layer 4, the gate insulating layer 5 ′, and the third conductive layer 6 work together in a thin film transistor operating in an n-channel enhancement mode. It constitutes a structure (TFT). That is, the first conductive layer 2 is a drain, the second conductive layer 3
Denotes a source, the semiconductor thin film layer 4 functions as a channel, the gate insulating layer 5 'functions as a gate insulating layer literally, and the third conductive layer 6 functions as a gate. In the present invention, in order to more easily control the thickness of the gate insulating film of the TFT, a structure in which the insulating layer is formed into two layers can be used.

【0053】また、より低い引き出し電圧(動作電圧)
を得るという観点から、図1(b)に示すように、第1
の導電層2とエミッタ8との間に半導体薄膜層4を介在
させない構造とすることができる。また、より良好な電
流制御特性を得るという観点から、図1(a)、図1
(b)及び図2(c)に対応して、それぞれ図1
(a′)、図1(b′)及び図2(c′)にそれぞれ示
すように、第1の導電層2と半導体薄膜層4との間及び
第2の導電層3と半導体薄膜層4との間に、オーミック
層9を介在させることが好ましい。
Further, a lower extraction voltage (operating voltage)
From the viewpoint of obtaining the first, as shown in FIG.
The semiconductor thin film layer 4 is not interposed between the conductive layer 2 and the emitter 8. Further, from the viewpoint of obtaining better current control characteristics, FIGS.
1 (b) and FIG. 2 (c), respectively.
(A '), as shown in FIGS. 1 (b') and 2 (c '), respectively, between the first conductive layer 2 and the semiconductor thin film layer 4 and between the second conductive layer 3 and the semiconductor thin film layer 4 It is preferable that an ohmic layer 9 is interposed between them.

【0054】本発明において、絶縁性基板1は、冷電子
放出素子の支持基板として用いられており、大面積化が
容易な絶縁性の基板を好ましく使用することができる。
このような絶縁性基板としては、ガラス基板、セラミッ
クス基板、石英基板などを使用することができるが、中
でもガラス基板を好ましく使用することができる。単結
晶シリコンの表面に絶縁層が形成された基板も使用する
ことができる。
In the present invention, the insulating substrate 1 is used as a support substrate for a cold electron emission element, and an insulating substrate that can be easily formed in a large area can be preferably used.
As such an insulating substrate, a glass substrate, a ceramic substrate, a quartz substrate, or the like can be used, and among them, a glass substrate can be preferably used. A substrate in which an insulating layer is formed over the surface of single crystal silicon can also be used.

【0055】本発明において、第1の導電層2は、TF
Tのドレインとして機能する。このような第1の導電層
2の材料としては、配線抵抗が低く、下層の絶縁性基板
1と密着性が高い材料が適当である。このような材料と
して、特に好ましくはCr又はAl、Cr積層膜を挙げ
ることができる。
In the present invention, the first conductive layer 2 is made of TF
Functions as a drain of T. As a material of such a first conductive layer 2, a material having a low wiring resistance and a high adhesion to the underlying insulating substrate 1 is suitable. Such a material is particularly preferably a Cr or Al, Cr laminated film.

【0056】第1の導電層2の膜厚は、十分な配線抵抗
と密着性が得られる限り特に制限はないが、通常0.0
1〜1.0μm、好ましくは0.05〜0.5μmであ
る。
The thickness of the first conductive layer 2 is not particularly limited as long as sufficient wiring resistance and adhesion can be obtained.
It is 1 to 1.0 μm, preferably 0.05 to 0.5 μm.

【0057】第2の導電層3は、エミッタ配線層として
機能し且つTFTのソースとしても機能する。このよう
な第2の導電層3の材料としては、配線抵抗が低く、下
層の絶縁性基板1と密着性が高い材料が適当である。こ
のような材料として、特に好ましくはCr又はAl、C
r積層膜を挙げることができる。
The second conductive layer 3 functions as an emitter wiring layer and also functions as a source of the TFT. As a material of such a second conductive layer 3, a material having low wiring resistance and high adhesion to the underlying insulating substrate 1 is suitable. As such a material, Cr or Al, C is particularly preferable.
r laminated film.

【0058】第2の導電層3の膜厚は、十分な配線抵抗
と密着性が得られる限り特に制限はないが、通常0.0
1〜1.0μm、好ましくは0.05〜0.5μmであ
る。
The thickness of the second conductive layer 3 is not particularly limited as long as sufficient wiring resistance and adhesion can be obtained.
It is 1 to 1.0 μm, preferably 0.05 to 0.5 μm.

【0059】半導体薄膜層4は、薄膜トランジスタ(T
FT)のチャネルとして機能する。このような半導体薄
膜層4としては、液晶ディスプレイのスイッチング素子
として広く用いられているTFTと同様の公知の材料か
ら形成することができ、好ましくは、非単結晶シリコン
を使用することができる。このような非単結晶シリコン
としては、アモルファスシリコン(特にノンドープの水
素化アモルファスシリコン)やポリシリコンを挙げるこ
とができる。
The semiconductor thin film layer 4 includes a thin film transistor (T
FT). Such a semiconductor thin film layer 4 can be formed from a known material similar to a TFT widely used as a switching element of a liquid crystal display, and preferably, non-single-crystal silicon can be used. Examples of such non-single-crystal silicon include amorphous silicon (especially non-doped hydrogenated amorphous silicon) and polysilicon.

【0060】なお、絶縁性基板1としてガラス基板を用
いる場合には、半導体薄膜層4として特に水素化アモル
ファスシリコン、あるいはレーザーアニールによるポリ
シリコンを好ましく用いることができる。
When a glass substrate is used as the insulating substrate 1, amorphous silicon hydride or polysilicon obtained by laser annealing can be preferably used as the semiconductor thin film layer 4.

【0061】半導体薄膜層4の厚みは、TFTのチャネ
ルとして動作しうる厚みとして、通常0.01〜2.0
μm、好ましくは0.03〜0.7μmである。
The thickness of the semiconductor thin film layer 4 is usually 0.01 to 2.0 as a thickness capable of operating as a TFT channel.
μm, preferably 0.03 to 0.7 μm.

【0062】絶縁層5は、エミッタ8及び第1の導電層
2とゲート電極7とを電気的に絶縁するための層であ
る。さらに、半導体薄膜層4と第3の導電層6とを電気
的に絶縁するためにも同時に使用される。すなわち、T
FTのゲート絶縁層5′としても機能する。
The insulating layer 5 is a layer for electrically insulating the emitter 8 and the first conductive layer 2 from the gate electrode 7. Further, they are used simultaneously to electrically insulate the semiconductor thin film layer 4 and the third conductive layer 6. That is, T
It also functions as the gate insulating layer 5 'of the FT.

【0063】このような絶縁層5としては、自己整合的
に形成するために異方性蒸着が望ましく、オゾンと酸素
の混合ガスを反応ガスとして用いる反応性のチムニー式
抵抗加熱蒸着法による酸化シリコンが特に良好な絶縁性
を得ることができるので好ましい。ただし、製法によっ
てはTFTのゲート絶縁層を別途成膜するが、そのよう
な場合は、絶縁層5としては、従来のTFTと同様の公
知の材料から形成することができる。例えば、PECV
D法による窒化シリコン、酸化シリコンを用いることが
できる。
The insulating layer 5 is desirably anisotropically deposited to form in a self-aligned manner, and is a silicon oxide formed by a reactive chimney resistance heating deposition method using a mixed gas of ozone and oxygen as a reactive gas. Is particularly preferred since good insulation can be obtained. However, a gate insulating layer of the TFT is separately formed depending on a manufacturing method. In such a case, the insulating layer 5 can be formed from a known material similar to a conventional TFT. For example, PECV
Silicon nitride or silicon oxide by the D method can be used.

【0064】絶縁層5の厚みは、エミッタ周囲部におい
ては、エミッタ8、第1の導電層2もしくは半導体薄膜
層4とゲート電極7との間に十分な絶縁性が保たれれば
よく、例えば、0.2〜2.0μm、好ましくは0.3
〜1.0μmである。また、TFT部のゲート絶縁層
5′として機能させるためには、通常、0.01〜1.
0μm、好ましくは0.03〜0.5μmである。
The thickness of the insulating layer 5 may be such that sufficient insulation between the emitter 8, the first conductive layer 2 or the semiconductor thin film layer 4 and the gate electrode 7 is maintained around the emitter. , 0.2 to 2.0 μm, preferably 0.3
1.01.0 μm. Further, in order to function as the gate insulating layer 5 'of the TFT portion, usually, 0.01 to 1.0.
0 μm, preferably 0.03 to 0.5 μm.

【0065】第3の導電層6は、TFTのゲートとして
機能する。このような第3の導電層6の材料としては、
配線抵抗が低く、下層の絶縁層5と密着性が高い材料が
適当である。このような材料として、特に好ましくはC
r又はAl、Cr積層膜を挙げることができる。
The third conductive layer 6 functions as a gate of the TFT. Examples of the material of the third conductive layer 6 include:
A material having low wiring resistance and high adhesion to the lower insulating layer 5 is suitable. Such a material is particularly preferably C
r or an Al or Cr laminated film.

【0066】第3の導電層6の膜厚は、十分な配線抵抗
と密着性が得られる限り特に制限はないが、通常0.0
5〜2.0μm、好ましくは0.05〜0.5μmであ
る。
The thickness of the third conductive layer 6 is not particularly limited as long as sufficient wiring resistance and adhesion can be obtained.
It is 5 to 2.0 μm, preferably 0.05 to 0.5 μm.

【0067】ゲート電極7は、エミッタ8に強電界を集
中させるための電極である。ゲート電極7の材料として
は、耐電流性の点から高融点金属であって、エミッタ形
成時に使用するエッチング液に耐性を有する材料を使用
することができ、好ましくはCr、W、Ta又はNbを
挙げることができる。
The gate electrode 7 is an electrode for concentrating a strong electric field on the emitter 8. As a material for the gate electrode 7, a material having a high melting point from the viewpoint of current resistance and having resistance to an etching solution used for forming an emitter can be used. Preferably, Cr, W, Ta or Nb is used. Can be mentioned.

【0068】ゲート電極7の厚みは、必要に応じて適宜
決定することができるが、好ましくは0.1〜0.5μ
mである。
The thickness of the gate electrode 7 can be appropriately determined as needed, but is preferably 0.1 to 0.5 μm.
m.

【0069】エミッタ8は、その表面から電子を直接的
に放出する部材であり、非単結晶シリコン薄膜を使用す
る。ここで、エミッタ8を非単結晶シリコン薄膜、例え
ばポリシリコン薄膜またはアモルファスシリコン薄膜で
形成した場合、エミッタ自体がある程度の抵抗をもつた
めに、より安定なエミッション特性を得ることができ
る。
The emitter 8 is a member that directly emits electrons from its surface, and uses a non-single-crystal silicon thin film. Here, when the emitter 8 is formed of a non-single-crystal silicon thin film, for example, a polysilicon thin film or an amorphous silicon thin film, more stable emission characteristics can be obtained because the emitter itself has a certain degree of resistance.

【0070】エミッタ8全体の厚み(高さ)は、必要に
応じて適宜決定することができるが、好ましくは0.3
〜2.0μmである。
The thickness (height) of the entire emitter 8 can be appropriately determined as necessary, but is preferably 0.3
2.02.0 μm.

【0071】また、エミッタ8の形状としては、円錐形
または円柱形、或いは円錐台形または多角錐台であるこ
とが好ましい。
The shape of the emitter 8 is preferably a cone or a cylinder, or a truncated cone or a truncated polygon.

【0072】オーミック層9は、第1の導電層2及び第
2の導電層3と半導体薄膜層4とのオーミック接触を得
るために、又はより良好なオーミック接触を得るために
設けられている。このようなオーミック層9の材料とし
ては、従来のTFTと同様の公知の材料から形成するこ
とができる。例えば、少なくともシラン及びホスフィン
の混合ガスを反応ガスとして用いるPE(プラズマエン
ハンスト)CVD法によるn型の水素化アモルファスシ
リコンを用いることができる。
The ohmic layer 9 is provided for obtaining an ohmic contact between the first conductive layer 2 and the second conductive layer 3 and the semiconductor thin film layer 4 or for obtaining a better ohmic contact. Such a material of the ohmic layer 9 can be formed from a known material similar to a conventional TFT. For example, n-type hydrogenated amorphous silicon by PE (plasma enhanced) CVD using a mixed gas of at least silane and phosphine as a reaction gas can be used.

【0073】オーミック層9の膜厚は、十分なオーミッ
ク特性が得られる限り特に制限はないが、通常0.01
〜1.0μm、好ましくは0.03〜0.07μmであ
る。
The thickness of the ohmic layer 9 is not particularly limited as long as sufficient ohmic characteristics can be obtained.
To 1.0 μm, preferably 0.03 to 0.07 μm.

【0074】次に、図1(a)の態様の冷電子放出素子
の製造方法を、図3に従って詳細に説明する。
Next, a method of manufacturing the cold electron-emitting device of the embodiment shown in FIG. 1A will be described in detail with reference to FIG.

【0075】工程(a) まず、絶縁性基板1上に金属薄膜をスパッタ法等により
成膜した後、フォトリソグラフィー法により第1の導電
層2と第2の導電層3にTFTのチャネル長に相当する
間隙とチャネル幅に相当する幅を設けてパターニングす
る。
Step (a) First, after a metal thin film is formed on the insulating substrate 1 by a sputtering method or the like, the first conductive layer 2 and the second conductive layer 3 are formed by photolithography on the channel length of the TFT. Patterning is performed by providing a corresponding gap and a width corresponding to the channel width.

【0076】次に、非単結晶シリコンなどの半導体薄膜
材料層4′をCVD法等により成膜する。ここで、半導
体薄膜材料層4′としては、PECVD法で成膜された
水素化アモルファスシリコン、又は熱CVDもしくはP
ECVD法で成膜されたアモルファスシリコン膜を例え
ばレーザーアニール等でアニール処理し生成したポリシ
リコン膜が好ましく用いることができる。
Next, a semiconductor thin film material layer 4 'of non-single-crystal silicon or the like is formed by a CVD method or the like. Here, as the semiconductor thin film material layer 4 ', hydrogenated amorphous silicon formed by PECVD or thermal CVD or PCVD
A polysilicon film formed by annealing an amorphous silicon film formed by the ECVD method by, for example, laser annealing or the like can be preferably used.

【0077】続いて、ゲート絶縁材料層5aとして絶縁
膜を形成する。ここで、ゲート絶縁材料層5aとして
は、PECVD法、蒸着法、スパッタ法で成膜された酸
化シリコン膜、窒化シリコン膜を使用することができ
る。特に好ましくは、シランとアンモニアから成る混合
ガスを反応ガスとして用いるPECVD法による窒化シ
リコン膜を使用できる。
Subsequently, an insulating film is formed as the gate insulating material layer 5a. Here, as the gate insulating material layer 5a, a silicon oxide film or a silicon nitride film formed by a PECVD method, an evaporation method, or a sputtering method can be used. Particularly preferably, a silicon nitride film formed by a PECVD method using a mixed gas of silane and ammonia as a reaction gas can be used.

【0078】さらに、ゲート絶縁材料層5a上に、第3
の導電材料層6′として金属薄膜を蒸着法、スパッタ法
等の通常の成膜法を用いて成膜する(図3(a))。
Further, on the gate insulating material layer 5a, a third
A metal thin film is formed as the conductive material layer 6 'by using a normal film forming method such as an evaporation method or a sputtering method (FIG. 3A).

【0079】工程(b) 次に、フォトリソグラフィー法により第3の導電材料層
6′をTFTチャネルの直上に配するようにパターニン
グして、第3の導電層6を形成し、さらに、フォトリソ
グラフィー法により、第2の導電層3が露出するように
ゲート絶縁材料層5a及び半導体薄膜材料層4′を順次
パターニングして、ゲート絶縁層5′及び半導体薄膜層
4を形成する。このとき、パターニングの際用いたレジ
ストは保護層11として残し、以後の工程においてTF
Tの保護に用いる(図3(b))。
Step (b) Next, the third conductive material layer 6 ′ is patterned by photolithography so as to be disposed immediately above the TFT channel to form a third conductive layer 6. The gate insulating material layer 5a and the semiconductor thin film material layer 4 'are sequentially patterned so that the second conductive layer 3 is exposed, thereby forming the gate insulating layer 5' and the semiconductor thin film layer 4. At this time, the resist used for patterning is left as the protective layer 11 and TF is used in the subsequent steps.
It is used for protecting T (FIG. 3B).

【0080】工程(c) 続いて、非単結晶シリコンなどのエミッタ材料8′をC
VD法等により成膜する。ここで、エミッタ材料8′の
成膜法としては、シランまたはジシランとホスフィンか
ら成る混合ガスを反応ガスとして用いるPECVD法が
好ましい。この場合には、n型の水素化アモルファスシ
リコン膜が形成できる。あるいはスパッタ法も好ましく
利用することができ、この場合にはアモルファスシリコ
ン膜が形成できる。
Step (c) Subsequently, the emitter material 8 'such as non-single-crystal silicon is
The film is formed by a VD method or the like. Here, as a film forming method of the emitter material 8 ', a PECVD method using a mixed gas of silane or disilane and phosphine as a reaction gas is preferable. In this case, an n-type hydrogenated amorphous silicon film can be formed. Alternatively, a sputtering method can also be preferably used, and in this case, an amorphous silicon film can be formed.

【0081】続いて、エッチングマスク材料層10′と
して酸化シリコン膜を蒸着法、スパッタ法等の通常の成
膜法を用いて成膜する(図3(c))。
Subsequently, a silicon oxide film is formed as an etching mask material layer 10 'using a normal film forming method such as a vapor deposition method or a sputtering method (FIG. 3C).

【0082】工程(d) 次に、フォトリソグラフィー法によりエッチングマスク
材料層10′にゲートの開口径に相当する形状の孔(円
形又は多角形)にパターニングしてエッチングマスク層
10を形成し、反応性イオンエッチングによりエミッタ
材料8′を第2の導電層3が露出するまでエッチングす
ることによりエミッタ8を形成する。
Step (d) Next, an etching mask layer 10 is formed by patterning holes (circular or polygonal) having a shape corresponding to the opening diameter of the gate in the etching mask material layer 10 'by photolithography. The emitter 8 is formed by etching the emitter material 8 'by ionic ion etching until the second conductive layer 3 is exposed.

【0083】続いて、半導体薄膜層4上に、その垂直な
方向から通常の異方性蒸着により、絶縁材料5″及びゲ
ート電極材料7′を蒸着する。このとき、絶縁材料5″
としては、自己整合的に形成するために異方性蒸着が望
ましく、オゾンと酸素の混合ガスを反応ガスとして用い
る反応性のチムニー式抵抗加熱蒸着法による酸化シリコ
ン膜を使用する(図3(d))。
Then, an insulating material 5 ″ and a gate electrode material 7 ′ are deposited on the semiconductor thin film layer 4 by normal anisotropic vapor deposition from the vertical direction. At this time, the insulating material 5 ″
In order to form the film in a self-aligned manner, anisotropic vapor deposition is desirable, and a silicon oxide film formed by a reactive chimney resistance heating vapor deposition method using a mixed gas of ozone and oxygen as a reaction gas is used (FIG. 3D )).

【0084】工程(e) 次に、エッチングマスク層10をエッチングにより剥離
し、絶縁層5及びゲート電極7を形成する。必要に応じ
てゲート電極7をパターニングする。このとき、パター
ニングの最後に使用したレジストを剥離する際に、同時
に保護層11も剥落できる(図3(e))。これにより
図1(a)の冷電子放出素子が得られる。
Step (e) Next, the etching mask layer 10 is peeled off by etching to form the insulating layer 5 and the gate electrode 7. The gate electrode 7 is patterned as required. At this time, when the resist used at the end of the patterning is stripped, the protective layer 11 can also be stripped at the same time (FIG. 3E). Thus, the cold electron-emitting device shown in FIG. 1A is obtained.

【0085】なお、オーミック層9を設ける場合には、
(a)工程において、絶縁性基板1上に金属薄膜を成膜
した後に、続いてオーミック層を成膜する。オーミック
層としては例えばn型の水素化アモルファスシリコンを
用いることができる。パターンニグは金属薄膜と同時に
行えばよい。
In the case where the ohmic layer 9 is provided,
In the step (a), after forming a metal thin film on the insulating substrate 1, an ohmic layer is formed subsequently. As the ohmic layer, for example, n-type hydrogenated amorphous silicon can be used. The pattern nig may be performed simultaneously with the metal thin film.

【0086】次に、図1(a)の態様の別の冷電子放出
素子の製造方法を、図4に従って詳細に説明する。 工程(a′) まず、絶縁性基板1上に金属薄膜をスパッタ法等により
成膜した後、フォトリソグラフィー法により第1の導電
層2と第2の導電層3にTFTのチャネル長に相当する
間隙とチャネル幅に相当する幅を設けてパターニングす
る。
Next, a method of manufacturing another cold electron-emitting device according to the embodiment of FIG. 1A will be described in detail with reference to FIG. Step (a ') First, after a metal thin film is formed on the insulating substrate 1 by a sputtering method or the like, the first conductive layer 2 and the second conductive layer 3 corresponding to the channel length of the TFT are formed by a photolithography method. Patterning is performed by providing a width corresponding to the gap and the channel width.

【0087】次に、非単結晶シリコンなどの半導体薄膜
層4、エミッタ材料8′をCVD法等により成膜する。
ここで、半導体薄膜層4としては、PECVD法で成膜
された水素化アモルファスシリコン、又は熱CVDもし
くはPECVD法で成膜されたアモルファスシリコン膜
を例えばレーザーアニール等でアニール処理し生成した
ポリシリコン膜が好ましく用いることができる。
Next, a semiconductor thin film layer 4 of non-single-crystal silicon or the like and an emitter material 8 'are formed by a CVD method or the like.
Here, as the semiconductor thin film layer 4, a hydrogenated amorphous silicon film formed by a PECVD method, or a polysilicon film formed by annealing an amorphous silicon film formed by a thermal CVD or PECVD method, for example, by laser annealing or the like Can be preferably used.

【0088】また、エミッタ材料8′の成膜法として
は、シランまたはジシランとホスフィンから成る混合ガ
スを反応ガスとして用いるPECVD法が好ましい。こ
の場合には、n型の水素化アモルファスシリコン膜が形
成できる。あるいはスパッタ法も好ましく利用すること
ができ、この場合にはアモルファスシリコン膜が形成で
きる。
As a film forming method of the emitter material 8 ', a PECVD method using a mixed gas of silane or disilane and phosphine as a reaction gas is preferable. In this case, an n-type hydrogenated amorphous silicon film can be formed. Alternatively, a sputtering method can also be preferably used, and in this case, an amorphous silicon film can be formed.

【0089】続いて、エッチングマスク材料層10′と
して酸化シリコン膜を蒸着法、スパッタ法等の通常の成
膜法を用いて成膜する(図4(a′))。
Subsequently, a silicon oxide film is formed as an etching mask material layer 10 'using a normal film forming method such as an evaporation method or a sputtering method (FIG. 4A').

【0090】工程(b′) 次に、フォトリソグラフィー法によりエッチングマスク
材料層10′にゲートの開口径に相当する形状の孔(円
形又は多角形)にパターニングしてエッチングマスク層
10を形成し、反応性イオンエッチングによりエミッタ
材料8′を半導体薄膜層4が露出するまでエッチングす
ることによりエミッタ8を形成する(図4(b′))。
Step (b ') Next, the etching mask material layer 10' is patterned into holes (circular or polygonal) having a shape corresponding to the opening diameter of the gate by photolithography to form the etching mask layer 10. The emitter 8 is formed by etching the emitter material 8 'by reactive ion etching until the semiconductor thin film layer 4 is exposed (FIG. 4 (b')).

【0091】工程(c′) 続いて、半導体薄膜層4上に、その垂直な方向から通常
の異方性蒸着により、絶縁材料5″及びゲート電極材料
7′を蒸着する(図4(c′))。このとき、絶縁材料
5″としては、自己整合的に形成するために異方性蒸着
が望ましく、オゾンと酸素の混合ガスを反応ガスとして
用いる反応性のチムニー式抵抗加熱蒸着法による酸化シ
リコン膜を使用する。
Step (c ') Subsequently, an insulating material 5 "and a gate electrode material 7' are deposited on the semiconductor thin film layer 4 by normal anisotropic vapor deposition from the vertical direction (FIG. 4 (c ')). At this time, the insulating material 5 ″ is desirably anisotropic vapor deposition in order to form in a self-aligned manner, and is oxidized by a reactive chimney type resistance heating vapor deposition method using a mixed gas of ozone and oxygen as a reactive gas. Use a silicon film.

【0092】工程(d′) 次に、エッチングマスク層10をエッチングにより剥離
し、絶縁層5及びゲート電極7を形成する。必要に応じ
てゲート電極7をパターニングする(図4(d′))。
Step (d ') Next, the etching mask layer 10 is peeled off by etching to form the insulating layer 5 and the gate electrode 7. The gate electrode 7 is patterned if necessary (FIG. 4D ').

【0093】工程(e′) 最後に、絶縁層5及びゲート電極7をフォトリソグラフ
ィー法によりパターニングして所定の厚みのTFTのゲ
ート絶縁層5′を形成し、TFTチャネルの直上に第3
の導電層6をフォトリソグラフィー法によって例えばリ
フトオフ法により形成する(図4(e′))。これによ
り図1(a)の別の冷電子放出素子が得られる。
Step (e ′) Finally, the insulating layer 5 and the gate electrode 7 are patterned by photolithography to form a gate insulating layer 5 ′ of a predetermined thickness of the TFT, and a third gate insulating layer 5 ′ is formed immediately above the TFT channel.
Is formed by photolithography, for example, by a lift-off method (FIG. 4E '). Thus, another cold electron-emitting device shown in FIG. 1A is obtained.

【0094】なお、オーミック層9を設ける場合には、
(a′)工程において、絶縁性基板1上に金属薄膜を成
膜した後に、続いてオーミック層を成膜する。オーミッ
ク層としては例えばn型の水素化アモルファスシリコン
を用いることができる。パターニングは金属薄膜と同時
に行えばよい。
When the ohmic layer 9 is provided,
In the step (a '), after forming a metal thin film on the insulating substrate 1, an ohmic layer is formed subsequently. As the ohmic layer, for example, n-type hydrogenated amorphous silicon can be used. The patterning may be performed simultaneously with the metal thin film.

【0095】次に、図1(b)の態様の冷電子放出素子
の製造方法を、図5に従って詳細に説明する。
Next, a method for manufacturing the cold electron-emitting device of the embodiment shown in FIG. 1B will be described in detail with reference to FIG.

【0096】工程(a″) まず、絶縁性基板1上に金属薄膜をスパッタ法等により
成膜した後、フォトリソグラフィー法により第1の導電
層2と第2の導電層3とに、TFTのチャネル長に相当
する間隙とチャネル幅に相当する幅を設けてパターニン
グする。
Step (a ″) First, a thin metal film is formed on an insulating substrate 1 by a sputtering method or the like, and then a first conductive layer 2 and a second conductive layer 3 are formed by photolithography on the TFT. Patterning is performed by providing a gap corresponding to the channel length and a width corresponding to the channel width.

【0097】次に、非単結晶シリコンなどの半導体薄膜
層4及びゲート絶縁層5′をCVD法等により成膜す
る。ここで、半導体薄膜層4としては、PECVD法で
成膜された水素化アモルファスシリコン、または熱CV
DもしくはPECVD法で成膜されたアモルファスシリ
コン膜を例えばレーザーアニール等でアニール処理し生
成したポリシリコン膜を好ましく用いることができる。
Next, a semiconductor thin film layer 4 of non-single-crystal silicon or the like and a gate insulating layer 5 'are formed by a CVD method or the like. Here, as the semiconductor thin film layer 4, hydrogenated amorphous silicon formed by PECVD or thermal CV
A polysilicon film formed by annealing an amorphous silicon film formed by D or PECVD, for example, by laser annealing or the like can be preferably used.

【0098】また、ゲート絶縁層5′の成膜法として
は、シランとアンモニアから成る混合ガスを反応ガスと
して用いて窒化シリコン膜を形成するPECVD法が好
ましい。
As a method for forming the gate insulating layer 5 ', a PECVD method for forming a silicon nitride film using a mixed gas of silane and ammonia as a reaction gas is preferable.

【0099】続いて、金属薄膜を蒸着法、スパッタ法等
の通常の成膜法を用いて成膜した後、フォトリソグラフ
ィー法によりパターニングしTFTのゲートとして第3
の導電層6を形成する。
Subsequently, a metal thin film is formed by a normal film forming method such as an evaporation method or a sputtering method, and then patterned by photolithography to form a third gate as a TFT gate.
Is formed.

【0100】更に、フォトリソグラフィー法により半導
体薄膜層4及びゲート絶縁層5′をエミッタの下地とな
る部分をのぞいた形状にパターニングする(図5
(a″))。
Further, the semiconductor thin film layer 4 and the gate insulating layer 5 'are patterned by photolithography into a shape excluding a portion to be a base of the emitter (FIG. 5).
(A ″)).

【0101】工程(b″) 次に、エミッタ材料として非単結晶シリコンを成膜す
る。エミッタ材料の成膜法としては、シランまたはジシ
ランとホスフィンから成る混合ガスを反応ガスとして用
いてn型の水素化アモルファスシリコンを形成するPE
CVD法、あるいはアモルファスシリコンを形成するス
パッタ法が好ましい。
Step (b ″) Next, non-single-crystal silicon is formed as an emitter material.The emitter material is formed by using an n-type mixed gas of silane or disilane and phosphine as a reaction gas. PE to form hydrogenated amorphous silicon
A CVD method or a sputtering method for forming amorphous silicon is preferable.

【0102】次に、フォトリソグラフィー法によりエッ
チングマスク材料にゲートの開口径に相当する形状の孔
にパターニングしてエッチングマスク層10を形成し、
反応性イオンエッチングによりエミッタ材料を半導体薄
膜層4が露出するまでエッチングすることによりエミッ
タ8を形成する(図5(b″))。
Next, an etching mask layer 10 is formed by patterning the etching mask material into holes having a shape corresponding to the opening diameter of the gate by photolithography.
An emitter 8 is formed by etching the emitter material by reactive ion etching until the semiconductor thin film layer 4 is exposed (FIG. 5 (b ″)).

【0103】工程(c″) 続いて、ゲート絶縁層5′上に、その垂直な方向から通
常の異方性蒸着により、絶縁材料層5″及びゲート電極
材料7′を蒸着する(図5(c″))。このとき、絶縁
材料層5″としては、自己整合的に形成するために異方
性蒸着が望ましく、オゾンと酸素の混合ガスを反応ガス
として用いる反応性のチムニー式抵抗加熱蒸着法による
酸化シリコン膜を使用する。
Step (c ″) Subsequently, the insulating material layer 5 ″ and the gate electrode material 7 ′ are deposited on the gate insulating layer 5 ′ by ordinary anisotropic vapor deposition from the vertical direction (FIG. 5 ( c ″)) At this time, anisotropic vapor deposition is desirable as the insulating material layer 5 ″ in order to form in a self-aligned manner, and reactive chimney type resistance heating vapor deposition using a mixed gas of ozone and oxygen as a reactive gas. A silicon oxide film formed by a method is used.

【0104】工程(d″) 次に、エッチングマスク層10をエッチングにより剥離
し、絶縁層5及びゲート電極7を形成する。必要に応じ
てゲート電極7をパターニングする(図5(d″))。
Step (d ″) Next, the etching mask layer 10 is removed by etching to form an insulating layer 5 and a gate electrode 7. The gate electrode 7 is patterned as necessary (FIG. 5 (d ″)). .

【0105】工程(e″) 最後に、絶縁層5及びゲート電極7をフォトリソグラフ
ィー法によりパターニングしつつ、第3の導電層6とゲ
ート絶縁層5′とを露出させる(図5(e″))。これ
により図1(b)の冷電子放出素子が得られる。
Step (e ″) Finally, the third conductive layer 6 and the gate insulating layer 5 ′ are exposed while patterning the insulating layer 5 and the gate electrode 7 by photolithography (FIG. 5 (e ″)). ). Thus, the cold electron emitting device of FIG. 1B is obtained.

【0106】なお、オーミック層9を設ける場合には、
(a″)工程において、絶縁性基板1上に金属薄膜を成
膜した後に、続いてオーミック層を成膜する。オーミッ
ク層としては例えばn型の水素化アモルファスシリコン
を用いることができる。パターニングは金属薄膜と同時
に行えばよい。
When the ohmic layer 9 is provided,
In the step (a ″), an ohmic layer is subsequently formed after forming a metal thin film on the insulating substrate 1. As the ohmic layer, for example, n-type hydrogenated amorphous silicon can be used. It may be performed simultaneously with the metal thin film.

【0107】以上説明したように、本発明の冷電子放出
素子においては、非単結晶シリコンをチャネルとしたT
FT構造を有し、ドレイン電極上に非単結晶シリコンで
エミッタを構成することにより、絶縁性基板上において
もトランジスタによって高度に制御されたエミッション
電流が得られ、且つエミッタのゲート電極(引き出し電
極)ではなく、TFTのゲートをスイッチング電極とし
て用いて駆動することにより、低電圧駆動を実現するこ
とができる。
As described above, in the cold electron-emitting device of the present invention, the T
By having an FT structure and forming an emitter of non-single-crystal silicon on a drain electrode, an emission current highly controlled by a transistor can be obtained even on an insulating substrate, and a gate electrode (lead electrode) of the emitter. Instead, low-voltage driving can be achieved by driving using the gate of the TFT as a switching electrode.

【0108】次に、図2(c)の態様の冷電子放出素子
の製造方法を、図6に従って詳細に説明する。
Next, a method of manufacturing the cold electron-emitting device of the embodiment shown in FIG. 2C will be described in detail with reference to FIG.

【0109】工程(f) まず、絶縁性基板1上に金属薄膜層をスパッタ法等によ
り成膜した後、フォトリソグラフィー法により第3の導
電層6をパターニングして設ける。
Step (f) First, after a metal thin film layer is formed on the insulating substrate 1 by sputtering or the like, the third conductive layer 6 is provided by patterning by photolithography.

【0110】次に、酸化シリコン、窒化シリコンなどの
ゲート絶縁層5′をCVD法等により成膜する。ここ
で、ゲート絶縁層5′としては、PECVD法で成膜さ
れた酸化シリコン、窒化シリコンを好ましく用いること
ができる。また特には、ゲート絶縁層5′の成膜法とし
ては、シランとアンモニアから成る混合ガスを反応ガス
として用いて窒化シリコン膜を形成するPECVD法が
好ましい。
Next, a gate insulating layer 5 'of silicon oxide, silicon nitride or the like is formed by a CVD method or the like. Here, as the gate insulating layer 5 ', silicon oxide or silicon nitride formed by a PECVD method can be preferably used. In particular, as a method for forming the gate insulating layer 5 ', a PECVD method in which a silicon nitride film is formed using a mixed gas of silane and ammonia as a reaction gas is preferable.

【0111】次に、非単結晶シリコンなどの半導体薄膜
層4をCVD法等により成膜する。ここで、半導体薄膜
層4としては、PECVD法で成膜された水素化アモル
ファスシリコン、又は熱CVDもしくはPECVD法で
成膜されたアモルファスシリコン膜を例えばレーザーア
ニール等でアニール処理し生成したポリシリコン膜が好
ましく用いることができる。
Next, a semiconductor thin film layer 4 of non-single-crystal silicon or the like is formed by a CVD method or the like. Here, as the semiconductor thin film layer 4, a hydrogenated amorphous silicon film formed by a PECVD method, or a polysilicon film formed by annealing an amorphous silicon film formed by a thermal CVD or PECVD method, for example, by laser annealing or the like Can be preferably used.

【0112】続いて、金属薄膜3′を蒸着法、スパッタ
法等の通常の成膜法を用いて成膜する(図6(f))。
Subsequently, a metal thin film 3 'is formed by a normal film forming method such as a vapor deposition method or a sputtering method (FIG. 6 (f)).

【0113】工程(g) 次に、金属薄膜3′をフォトリソグラフィー法により第
1の導電層2と第2の導電層3とに、TFTのチャネル
長に相当する間隙とチャネル幅に相当する幅を設けてパ
ターニングする。
Step (g) Next, the metal thin film 3 ′ is formed on the first conductive layer 2 and the second conductive layer 3 by photolithography to form a gap corresponding to the channel length of the TFT and a width corresponding to the channel width. And patterning.

【0114】更に、フォトリソグラフィー法により半導
体薄膜層4及びゲート絶縁層5′をエミッタの下地とな
る部分をのぞいた形状にパターニングする。そして、こ
こでフォトリソグラフィー法に用いたレジストパターン
は、以後の工程の保護層11として残しておく(図6
(g))。
Further, the semiconductor thin film layer 4 and the gate insulating layer 5 'are patterned by photolithography into a shape excluding a portion to be a base of the emitter. Then, the resist pattern used in the photolithography method is left as the protective layer 11 in the subsequent steps (FIG. 6).
(G)).

【0115】工程(h) 次に、エミッタ材料8′として非単結晶シリコンを成膜
する。エミッタ材料の成膜法としては、アモルファスシ
リコンを形成するスパッタ法が好ましい。
Step (h) Next, non-single-crystal silicon is formed as the emitter material 8 '. As a method for forming a film of the emitter material, a sputtering method for forming amorphous silicon is preferable.

【0116】続いて、エッチングマスク材料層10′と
して酸化シリコン膜を蒸着法、スパッタ法等の通常の成
膜法を用いて成膜する(図6(h))。
Subsequently, a silicon oxide film is formed as an etching mask material layer 10 'by using a normal film forming method such as an evaporation method or a sputtering method (FIG. 6 (h)).

【0117】工程(i) 次に、フォトリソグラフィー法によりエッチングマスク
材料にゲートの開口径に相当する形状の孔にパターニン
グしてエッチングマスク層10を形成し、反応性イオン
エッチングによりエミッタ材料を半導体薄膜層4が露出
するまでエッチングすることによりエミッタ8を形成す
る。
Step (i) Next, an etching mask layer 10 is formed by patterning the etching mask material into holes having a shape corresponding to the opening diameter of the gate by photolithography, and the emitter material is changed to a semiconductor thin film by reactive ion etching. The emitter 8 is formed by etching until the layer 4 is exposed.

【0118】続いて、ゲート絶縁層5′上に、その垂直
な方向から通常の異方性蒸着により、絶縁材料層5″及
びゲート電極材料7′を蒸着する(図6(i))。この
とき、絶縁材料層5″としては、自己整合的に形成する
ために異方性蒸着が望ましく、オゾンと酸素の混合ガス
を反応ガスとして用いる反応性のチムニー式抵抗加熱蒸
着法による酸化シリコン膜を使用する。
Subsequently, the insulating material layer 5 ″ and the gate electrode material 7 ′ are deposited on the gate insulating layer 5 ′ from the vertical direction by ordinary anisotropic vapor deposition (FIG. 6 (i)). At this time, as the insulating material layer 5 ″, anisotropic vapor deposition is desirable in order to form in a self-aligned manner, and a silicon oxide film formed by a reactive chimney resistance heating vapor deposition method using a mixed gas of ozone and oxygen as a reaction gas is used. use.

【0119】工程(j) 次に、エッチングマスク層10をエッチングにより剥離
し、絶縁層5及びゲート電極7を形成する。必要に応じ
てゲート電極7をパターニングする(図6(j))。こ
れにより図2(c)の冷電子放出素子が得られる。
Step (j) Next, the etching mask layer 10 is peeled off by etching to form the insulating layer 5 and the gate electrode 7. The gate electrode 7 is patterned as needed (FIG. 6 (j)). Thereby, the cold electron emitting device of FIG. 2C is obtained.

【0120】なお、オーミック層9を設ける場合には、
(f)工程において、半導体薄膜層4を成膜後に、続い
てn型の水素化アモルファスシリコン層を成膜する。パ
ターニングは金属薄膜3′と同時に行えばよい。
When the ohmic layer 9 is provided,
In the step (f), after the semiconductor thin film layer 4 is formed, an n-type hydrogenated amorphous silicon layer is subsequently formed. The patterning may be performed simultaneously with the metal thin film 3 '.

【0121】以上説明したように、本発明の冷電子放出
素子においては、非単結晶シリコンをチャネルとしたT
FT構造を有し、ドレイン電極上に非単結晶シリコンで
エミッタを構成することにより、絶縁性基板上において
もトランジスタによって高度に制御されたエミッション
電流が得られ、且つエミッタのゲート電極(引き出し電
極)ではなく、TFTのゲートをスイッチング電極とし
て用いて駆動することにより、低電圧駆動を実現するこ
とができる。
As described above, in the cold electron-emitting device of the present invention, the T
By having an FT structure and forming an emitter of non-single-crystal silicon on a drain electrode, an emission current highly controlled by a transistor can be obtained even on an insulating substrate, and a gate electrode (lead electrode) of the emitter. Instead, low-voltage driving can be achieved by driving using the gate of the TFT as a switching electrode.

【0122】[0122]

【実施例】本発明の冷電子放出素子の製造例を以下の実
施例で具体的に説明する。
EXAMPLES The production examples of the cold electron-emitting device of the present invention will be specifically described in the following examples.

【0123】実施例1 (図1(a)の態様の冷電子放出素子の製造例(図3参
照)) 工程(a) まず、絶縁性基板1上に金属薄膜としてCrをスパッタ
法により0.1μmの膜厚で成膜した後、フォトリソグ
ラフィー法により第1の導電層2と第2の導電層3をパ
ターニングしTFTのチャネルを形成した。
Example 1 (Example of manufacturing a cold electron-emitting device according to the embodiment of FIG. 1A (see FIG. 3)) Step (a) First, Cr was deposited as a metal thin film on an insulating substrate 1 by a sputtering method. After forming a film having a thickness of 1 μm, the first conductive layer 2 and the second conductive layer 3 were patterned by photolithography to form a channel of the TFT.

【0124】次に、半導体薄膜層4としてPECVD法
によってノンドープの水素化アモルファスシリコン膜を
0.1μmの膜厚で成膜した。反応ガスとしてシランガ
ス、また希釈ガスとして水素を使用し、ガス総流量30
0sccm、ガス圧1Torr、基板温度250℃、R
Fパワー60Wの条件で成膜した。
Next, a non-doped hydrogenated amorphous silicon film having a thickness of 0.1 μm was formed as the semiconductor thin film layer 4 by PECVD. Silane gas was used as the reaction gas, and hydrogen was used as the diluent gas.
0 sccm, gas pressure 1 Torr, substrate temperature 250 ° C, R
The film was formed under the condition of F power of 60 W.

【0125】続いて、ゲート絶縁層5′としては、チム
ニー抵抗加熱方式を用いて蒸着源としてシリコンモノオ
キサイド、反応ガスとして酸素とオゾンの混合ガスを用
いて反応性蒸着を行った。条件は(蒸着圧力:5×10
-6Torr/蒸着速度:20nm/sec)の条件で成
膜した。
Subsequently, as the gate insulating layer 5 ', reactive deposition was performed using a chimney resistance heating method, using silicon monooxide as a deposition source and a mixed gas of oxygen and ozone as a reaction gas. The conditions are (deposition pressure: 5 × 10
-6 Torr / evaporation rate: 20 nm / sec).

【0126】続いて、金属薄膜としてCrをスパッタ法
により0.2μmの膜厚で成膜した(図3(a))。
Subsequently, Cr was formed as a metal thin film to a thickness of 0.2 μm by a sputtering method (FIG. 3A).

【0127】工程(b) 次にフォトリソグラフィー法により第3の導電層6をパ
ターニングしTFTのゲートを形成した。さらに、ゲー
ト絶縁層5′と半導体薄膜層4をフォトリソグラフィー
法によりパターニングし、第2の導電層3を露出すると
ともにTFTのアイランドを形成した。ここで、フォト
リソグラフィーに用いたレジストパターンは、以後の工
程におけるTFTの保護層11として残した(図3
(b))。
Step (b) Next, the third conductive layer 6 was patterned by photolithography to form a gate of the TFT. Further, the gate insulating layer 5 'and the semiconductor thin film layer 4 were patterned by photolithography to expose the second conductive layer 3 and form a TFT island. Here, the resist pattern used for the photolithography was left as the protective layer 11 of the TFT in the subsequent steps (FIG. 3).
(B)).

【0128】工程(c) 次に、エミッタ材料8′としてPECVD法によってn
型の水素化アモルファスシリコン膜を0.8μmの膜厚
で成膜した。反応ガスとしてシランガス及びホスフィン
ガス(ドープ濃度3000ppm)、また希釈ガスとし
て水素を使用し、ガス総流量560sccm、ガス圧1
Torr、基板温度350℃、RFパワー60Wの条件
で成膜した。
Step (c) Next, n is used as the emitter material 8 'by PECVD.
A hydrogenated amorphous silicon film having a thickness of 0.8 μm was formed. A silane gas and a phosphine gas (dope concentration: 3000 ppm) were used as a reaction gas, and hydrogen was used as a diluent gas.
The film was formed under the conditions of Torr, substrate temperature of 350 ° C., and RF power of 60 W.

【0129】続いて、エッチングマスク材料層10′と
して酸化シリコン膜を蒸着法により0.2μmの膜厚で
成膜した(図3(c))。
Subsequently, a silicon oxide film having a thickness of 0.2 μm was formed as an etching mask material layer 10 ′ by a vapor deposition method (FIG. 3C).

【0130】工程(d) 次に、通常のフォトリソグラフィー法を用いてゲート開
口径として1.2μmの円形パターンを形成してエッチ
ングマスク層10を得た後、反応性イオンエッチングに
よりエミッタ材料8′の水素化アモルファスシリコンを
半導体薄膜層4が露出するまでエッチングした。このと
きのエッチング条件は(導入ガス:SF660sccm
/パワー100W/ガス圧4.5Pa)であった。
Step (d) Next, a circular pattern having a gate opening diameter of 1.2 μm is formed by using a usual photolithography method to obtain an etching mask layer 10, and then the emitter material 8 ′ is formed by reactive ion etching. Was etched until the semiconductor thin film layer 4 was exposed. The etching conditions at this time were (introduced gas: SF 6 60 sccm
/ Power 100W / gas pressure 4.5Pa).

【0131】続いて、基板に対して垂直方向からの異方
性蒸着法により、絶縁材料5″として酸化シリコンを、
ゲート電極材料7′としてNbを、それぞれ0.6μm
及び0.2μmの膜厚で蒸着した。ここで、絶縁材料
5″の成膜法としては、チムニー抵抗加熱方式を用いて
蒸着源としてシリコンモノオキサイド、反応ガスとして
酸素とオゾンの混合ガスを用いて反応性蒸着を行った。
条件は(蒸着圧力:5×10-6Torr/蒸着速度:2
0nm/sec)であった(図3(d))。
Subsequently, silicon oxide was used as an insulating material 5 ″ by anisotropic vapor deposition from a direction perpendicular to the substrate,
Nb is 0.6 μm each as a gate electrode material 7 ′.
And a film thickness of 0.2 μm. Here, as a method of forming the insulating material 5 ″, reactive evaporation was performed by using a chimney resistance heating method and using silicon monooxide as an evaporation source and a mixed gas of oxygen and ozone as a reaction gas.
The conditions are as follows (deposition pressure: 5 × 10 -6 Torr / deposition rate: 2
0 nm / sec) (FIG. 3D).

【0132】工程(e) 次に、エッチングマスク層10の酸化シリコンを緩衝フ
ッ酸溶液を用いてウエットエッチングし上層の絶縁材料
5″及びゲート電極材料7′とともに剥離し、絶縁層5
とゲート電極7とを形成した。
Step (e) Next, the silicon oxide of the etching mask layer 10 is wet-etched using a buffered hydrofluoric acid solution to be peeled off together with the upper insulating material 5 ″ and the gate electrode material 7 ′.
And a gate electrode 7 were formed.

【0133】最後に、フォトリソグラフィー法によりゲ
ート電極7を所定の形状にパターニングした。ここでフ
ォトリソグラフィー法に用いたレジストパターンを剥離
するときに、同時に保護層11も剥離された(図3
(e))。これにより、図1(a)の冷電子放出素子が
得られた。
Finally, the gate electrode 7 was patterned into a predetermined shape by photolithography. Here, when the resist pattern used in the photolithography method was stripped, the protective layer 11 was also stripped at the same time (FIG. 3).
(E)). Thus, the cold electron-emitting device shown in FIG. 1A was obtained.

【0134】実施例2 (図1(a)の態様の別の冷電子放出素子の製造例(図
4参照)) 工程(a′) まず、絶縁性基板1上に金属薄膜としてCrをスパッタ
法により0.1μmの膜厚で成膜した後、フォトリソグ
ラフィー法により第1の導電層2と第2の導電層3をパ
ターニングしTFTのチャネルを形成した。
Example 2 (Example of manufacturing another cold electron-emitting device according to the embodiment of FIG. 1A (see FIG. 4)) Step (a ') First, Cr was sputtered on insulating substrate 1 as a metal thin film. After that, the first conductive layer 2 and the second conductive layer 3 were patterned by photolithography to form a TFT channel.

【0135】次に、半導体薄膜層4としてPECVD法
によってノンドープの水素化アモルファスシリコン膜を
0.1μmの膜厚で成膜した。反応ガスとしてシランガ
ス、また希釈ガスとして水素を使用し、ガス総流量30
0sccm、ガス圧1Torr、基板温度250℃、R
Fパワー60Wの条件で成膜した。
Next, a non-doped hydrogenated amorphous silicon film having a thickness of 0.1 μm was formed as the semiconductor thin film layer 4 by PECVD. Silane gas was used as the reaction gas, and hydrogen was used as the diluent gas.
0 sccm, gas pressure 1 Torr, substrate temperature 250 ° C, R
The film was formed under the condition of F power of 60 W.

【0136】次に、エミッタ材料8′としてPECVD
法によってn型の水素化アモルファスシリコン膜を0.
8μmの膜厚で成膜した。反応ガスとしてシランガス及
びホスフィンガス(ドープ濃度3000ppm)、また
希釈ガスとして水素を使用し、ガス総流量560scc
m、ガス圧1Torr、基板温度350℃、RFパワー
60Wの条件で成膜した。
Next, PECVD is used as the emitter material 8 '.
The n-type hydrogenated amorphous silicon film is set to 0.
The film was formed with a thickness of 8 μm. A silane gas and a phosphine gas (dope concentration: 3000 ppm) are used as a reaction gas, and hydrogen is used as a diluent gas.
m, gas pressure of 1 Torr, substrate temperature of 350 ° C., and RF power of 60 W.

【0137】続いて、エッチングマスク材料層10′と
して酸化シリコン膜を蒸着法により0.2μmの膜厚で
成膜した(図4(a′))。
Subsequently, a silicon oxide film having a thickness of 0.2 μm was formed as an etching mask material layer 10 ′ by vapor deposition (FIG. 4 (a ′)).

【0138】工程(b′) 次に、通常のフォトリソグラフィー法を用いてゲート開
口径として1.2μmの円形パターンを形成してエッチ
ングマスク層10を得た後、反応性イオンエッチングに
よりエミッタ材料8′の水素化アモルファスシリコンを
半導体薄膜層4が露出するまでエッチングした。このと
きのエッチング条件は(導入ガス:SF660sccm
/パワー100W/ガス圧4.5Pa)であった(図4
(b′))。
Step (b ′) Next, a circular pattern having a gate opening diameter of 1.2 μm is formed by using ordinary photolithography to obtain an etching mask layer 10, and then the emitter material 8 is formed by reactive ion etching. 'Hydrogenated amorphous silicon was etched until the semiconductor thin film layer 4 was exposed. The etching conditions at this time were (introduced gas: SF 6 60 sccm
/ Power 100 W / gas pressure 4.5 Pa) (FIG. 4).
(B ')).

【0139】工程(c′) 次に、基板に対して垂直方向からの異方性蒸着法によ
り、絶縁材料5″として酸化シリコンを、ゲート電極材
料7′としてNbを、それぞれ0.6μm及び0.2μ
mの膜厚で蒸着した。ここで、絶縁材料5″の成膜法と
しては、チムニー抵抗加熱方式を用いて蒸着源としてシ
リコンモノオキサイド、反応ガスとして酸素とオゾンの
混合ガスを用いて反応性蒸着を行った。条件は(蒸着圧
力:5×10-6Torr/蒸着速度:20nm/se
c)であった(図4(c′))。
Step (c ') Next, silicon oxide is used as the insulating material 5 ", Nb is used as the gate electrode material 7', 0.6 μm and 0 μm, respectively, by anisotropic vapor deposition from the direction perpendicular to the substrate. .2μ
m was deposited. Here, as a method of forming the insulating material 5 ″, reactive deposition was performed by using a chimney resistance heating method and using silicon monooxide as a deposition source and a mixed gas of oxygen and ozone as a reaction gas. Deposition pressure: 5 × 10 −6 Torr / deposition rate: 20 nm / se
c) (FIG. 4 (c ')).

【0140】工程(d′) 次に、エッチングマスク層10の酸化シリコンを緩衝フ
ッ酸溶液を用いてウエットエッチングし上層の絶縁材料
5″及びゲート電極材料7′とともに剥離し、絶縁層5
とゲート電極7とを形成した(図4(d′))。
Step (d ') Next, the silicon oxide of the etching mask layer 10 is wet-etched by using a buffered hydrofluoric acid solution, and peeled off together with the upper insulating material 5 "and the gate electrode material 7'.
And a gate electrode 7 were formed (FIG. 4 (d ')).

【0141】工程(e′) 最後に、フォトリソグラフィー法によりゲート電極7と
絶縁層5とを0.5μmエッチングして0.1μmの厚
みを残すことによりゲート絶縁層5′を形成した。次
に、フォトリソグラフィー法により第3の導電層6パタ
ーンのレジストのネガパターンを作製した後、Crを
0.2μmの厚みで蒸着し、レジストをCrとともに剥
離し第3の導電層6を形成した(図4(e′))。これ
により、図1(a)の冷電子放出素子が得られた。
Step (e ') Finally, the gate electrode 7 and the insulating layer 5 were etched by 0.5 .mu.m by photolithography to leave a thickness of 0.1 .mu.m, thereby forming a gate insulating layer 5'. Next, after forming a resist negative pattern of the third conductive layer 6 pattern by photolithography, Cr was deposited to a thickness of 0.2 μm, and the resist was peeled off together with Cr to form a third conductive layer 6. (FIG. 4 (e ')). Thus, the cold electron-emitting device shown in FIG. 1A was obtained.

【0142】実施例3 (図1(b)の態様の冷電子放出素子の製造例(図5参
照)) 工程(a″) まず、絶縁性基板1上に金属薄膜としてCrをスパッタ
法により0.1μmの膜厚で成膜した後、フォトリソグ
ラフィー法により第1の導電層2と第2の導電層3をパ
ターニングしてTFTのチャネルを形成した。
Example 3 (Example of manufacturing a cold electron-emitting device according to the embodiment of FIG. 1B (see FIG. 5)) Step (a ″) First, Cr was deposited as a metal thin film on the insulating substrate 1 by sputtering. After forming the first conductive layer 2 and the second conductive layer 3 by photolithography, a channel of the TFT was formed.

【0143】次に、半導体薄膜層4としてPECVD法
によってノンドープの水素化アモルファスシリコン膜を
0.1μmの膜厚で成膜した。反応ガスとしてシランガ
ス、また希釈ガスとして水素を使用し、ガス総流量30
0sccm、ガス圧1Torr、基板温度250℃、R
Fパワー60Wの条件で成膜した。
Next, a non-doped hydrogenated amorphous silicon film having a thickness of 0.1 μm was formed as the semiconductor thin film layer 4 by PECVD. Silane gas was used as the reaction gas, and hydrogen was used as the diluent gas.
0 sccm, gas pressure 1 Torr, substrate temperature 250 ° C, R
The film was formed under the condition of F power of 60 W.

【0144】次に、ゲート絶縁層5′としてPECVD
法によって窒化シリコン膜を0.1μmの膜厚で成膜し
た。反応ガスとしてシランとアンモニアの混合ガス、ま
た希釈ガスとして水素を使用し、ガス総流量540sc
cm、ガス圧1Torr、基板温度350℃、RFパワ
ー60Wの条件で成膜した。
Next, PECVD is used as the gate insulating layer 5 '.
A silicon nitride film was formed to a thickness of 0.1 μm by the method. Using a mixed gas of silane and ammonia as a reaction gas and hydrogen as a diluting gas, a total gas flow rate of 540 sc
cm, gas pressure of 1 Torr, substrate temperature of 350 ° C., and RF power of 60 W.

【0145】続いて、金属薄膜としてCrをスパッタ法
により0.2μmの膜厚で成膜した後、フォトリソグラ
フィー法により第3の導電層6をパターニングしTFT
のゲートを形成した。さらに、ゲート絶縁層5′と半導
体薄膜層4をフォトリソグラフィー法によりパターニン
グすることで、エミッタ用孔Bを形成した(図5
(a″))。
Subsequently, a Cr thin film having a thickness of 0.2 μm was formed as a metal thin film by sputtering, and then the third conductive layer 6 was patterned by photolithography to form a TFT.
Gate was formed. Further, an emitter hole B was formed by patterning the gate insulating layer 5 'and the semiconductor thin film layer 4 by photolithography (FIG. 5).
(A ″)).

【0146】工程(b″) 次に、エミッタ材料としてPECVD法によってn型の
水素化アモルファスシリコン膜を0.8μmの膜厚で成
膜した。反応ガスとしてシランガス及びホスフィンガス
(ドープ濃度3000ppm)、また希釈ガスとして水
素を使用し、ガス総流量560sccm、ガス圧1To
rr、基板温度350℃、RFパワー60Wの条件で成
膜した。
Step (b ″) Next, an n-type hydrogenated amorphous silicon film having a thickness of 0.8 μm was formed as a material for the emitter by PECVD using a silane gas and a phosphine gas (doping concentration: 3000 ppm) as reaction gases. Also, hydrogen was used as a diluent gas, the total gas flow rate was 560 sccm, and the gas pressure was 1 To.
The film was formed under the conditions of rr, substrate temperature of 350 ° C., and RF power of 60 W.

【0147】続いて、エッチングマスク材料層として酸
化シリコン膜を蒸着法により0.2μmの膜厚で成膜し
た。次に、通常のフォトリソグラフィー法を用いてゲー
ト開口径として1.2μmの円形パターンを形成し、反
応性イオンエッチングによりエミッタ材料の水素化アモ
ルファスシリコンを半導体薄膜層4が露出するまでエッ
チングすることによりエミッタ8を得た。このときのエ
ッチング条件は(導入ガス:SF660sccm/パワ
ー100W/ガス圧4.5Pa)であった(図5
(b″))。
Subsequently, a silicon oxide film having a thickness of 0.2 μm was formed as an etching mask material layer by an evaporation method. Next, a circular pattern having a gate opening diameter of 1.2 μm is formed using a normal photolithography method, and hydrogenated amorphous silicon as an emitter material is etched by reactive ion etching until the semiconductor thin film layer 4 is exposed. An emitter 8 was obtained. The etching conditions at this time were (introduced gas: SF 6 60 sccm / power 100 W / gas pressure 4.5 Pa) (FIG. 5).
(B ″)).

【0148】工程(c″) 次に、基板に対して垂直方向からの異方性蒸着法によ
り、絶縁材料5″として酸化シリコンを、ゲート電極材
料7′としてNbを、それぞれ0.6μm及び0.2μ
mの膜厚で蒸着した。ここで、絶縁材料5″の成膜法と
しては、チムニー抵抗加熱方式を用いて蒸着源としてシ
リコンモノオキサイド、反応ガスとして酸素とオゾンの
混合ガスを用いて反応性蒸着を行った。条件は(蒸着圧
力:5×10-6Torr/蒸着速度:20nm/se
c)であった(図5(c″))。
Step (c ″) Next, silicon oxide is used as the insulating material 5 ″, Nb is used as the gate electrode material 7 ′, and 0.6 μm and 0 μm are formed by anisotropic vapor deposition from the direction perpendicular to the substrate. .2μ
m was deposited. Here, as a method of forming the insulating material 5 ″, reactive deposition was performed by using a chimney resistance heating method and using silicon monooxide as a deposition source and a mixed gas of oxygen and ozone as a reaction gas. Deposition pressure: 5.times.10@-6 Torr / deposition rate: 20 nm / se
c) (FIG. 5 (c ″)).

【0149】工程(d″) 次に、エッチングマスク層10を酸化シリコンを緩衝フ
ッ酸溶液を用いてウエットエッチングし上層の絶縁材料
5″及びゲート電極材料7′とともに剥離し、絶縁層5
とゲート電極7とを形成した(図5(d″))。
Step (d ″) Next, the etching mask layer 10 is wet-etched with silicon oxide using a buffered hydrofluoric acid solution, and peeled off together with the upper insulating material 5 ″ and the gate electrode material 7 ′.
And a gate electrode 7 were formed (FIG. 5 (d ″)).

【0150】工程(e″) 最後に、フォトリソグラフィー法によりゲート電極7と
絶縁層5を更にパターニングして第3の導電層6を露出
させた(図5(e″))。これにより、図1(b)の冷
電子放出素子が得られた。
Step (e ″) Finally, the gate electrode 7 and the insulating layer 5 were further patterned by photolithography to expose the third conductive layer 6 (FIG. 5 (e ″)). Thus, the cold electron-emitting device shown in FIG. 1B was obtained.

【0151】実施例4(図2(c)の態様の冷電子放出
素子の製造例(図6参照)) 工程(f) まず、絶縁性基板1上に金属薄膜としてCrをスパッタ
法により0.1μmの膜厚で成膜した後、フォトリソグ
ラフィー法により第3の導電層3をパターニングしTF
Tゲートを形成した。
Example 4 (Example of manufacturing a cold electron-emitting device according to the embodiment of FIG. 2C (see FIG. 6)) Step (f) First, Cr was deposited as a metal thin film on the insulating substrate 1 by sputtering to a thickness of 0.1 mm. After forming a film with a thickness of 1 μm, the third conductive layer 3 is patterned by photolithography to form TF
A T gate was formed.

【0152】次に、ゲート絶縁層5′としてPECVD
法によって窒化シリコン膜を0.1μmの膜厚で成膜し
た。反応ガスとしてシランとアンモニアの混合ガス、ま
た希釈ガスとして水素を使用し、ガス総流量540sc
cm、ガス圧1Torr、基板温度350℃、RFパワ
ー60Wの条件で成膜した。
Next, PECVD is used as the gate insulating layer 5 '.
A silicon nitride film was formed to a thickness of 0.1 μm by the method. Using a mixed gas of silane and ammonia as a reaction gas and hydrogen as a diluting gas, a total gas flow rate of 540 sc
cm, gas pressure of 1 Torr, substrate temperature of 350 ° C., and RF power of 60 W.

【0153】続いて、半導体薄膜層4としてPECVD
法によってノンドープの水素化アモルファスシリコン膜
を0.1μmの膜厚で成膜した。反応ガスとしてシラン
ガス、また希釈ガスとして水素を使用し、ガス総流量3
00sccm、ガス圧1Torr、基板温度250℃、
RFパワー60Wの条件で成膜した。
Subsequently, PECVD is used as the semiconductor thin film layer 4.
A non-doped hydrogenated amorphous silicon film having a thickness of 0.1 μm was formed by the method. Using silane gas as the reaction gas and hydrogen as the diluent gas, the total gas flow rate is 3
00 sccm, gas pressure 1 Torr, substrate temperature 250 ° C,
The film was formed under the condition of RF power of 60 W.

【0154】続いて、金属薄膜3′としてCrをスパッ
タ法により0.2μmの膜厚で成膜した(図6
(f))。
Subsequently, Cr was formed as a metal thin film 3 'with a thickness of 0.2 μm by sputtering (FIG. 6).
(F)).

【0155】工程(g) 次に、金属薄膜3′をフォトリソグラフィー法により第
1の導電層2及び第2の導電層3をパターニングし、T
FTのチャネルを形成した。さらにフォトリソグラフィ
ー法によりパターニングしレジストパターンを形成し、
以後の工程におけるTFTの保護層11とした(図6
(g))。
Step (g) Next, the first conductive layer 2 and the second conductive layer 3 are patterned on the metal thin film 3 'by photolithography,
An FT channel was formed. Furthermore, patterning by photolithography method to form a resist pattern,
In the subsequent steps, the protective layer 11 of the TFT was formed (FIG. 6).
(G)).

【0156】工程(h) 次に、エミッタ材料8′としてスパッタ法によってアモ
ルファスシリコン膜を0.8μmの膜厚で成膜した。成
膜温度は室温で行った。
Step (h) Next, an amorphous silicon film having a thickness of 0.8 μm was formed as the emitter material 8 ′ by sputtering. The film was formed at room temperature.

【0157】続いて、エッチングマスク材料層10′と
して酸化シリコン膜を蒸着法により0.2μmの膜厚で
成膜した(図6(h))。
Subsequently, a silicon oxide film having a thickness of 0.2 μm was formed as an etching mask material layer 10 ′ by vapor deposition (FIG. 6H).

【0158】工程(i) 次に、通常のフォトリソグラフィー法を用いてゲート開
口径として1.2μmの円形パターンを形成してエッチ
ングマスク層10を得た後、、反応性イオンエッチング
によりエミッタ材料8′の水素化アモルファスシリコン
を半導体薄膜層4が露出するまでエッチングした。この
ときのエッチング条件は(導入ガス:SF660scc
m/パワー100W/ガス圧4.5Pa)であった。
Step (i) Next, a circular pattern having a gate opening diameter of 1.2 μm is formed by a usual photolithography method to obtain an etching mask layer 10, and then the emitter material 8 is formed by reactive ion etching. 'Hydrogenated amorphous silicon was etched until the semiconductor thin film layer 4 was exposed. The etching conditions at this time were (introduced gas: SF 6 60 scc)
m / power 100 W / gas pressure 4.5 Pa).

【0159】続いて、基板に対して垂直方向からの異方
性蒸着法により、絶縁材料5″として酸化シリコンを、
ゲート電極材料7′としてNbを、それぞれ0.6μm
及び0.2μmの膜厚で蒸着した。ここで、絶縁材料
5″の成膜法としては、チムニー抵抗加熱方式を用いて
蒸着源としてシリコンモノオキサイド、反応ガスとして
酸素とオゾンの混合ガスを用いて反応性蒸着を行った。
条件は(蒸着圧力:5×10-6Torr/蒸着速度:2
0nm/sec)であった(図6(i))。
Subsequently, silicon oxide was used as an insulating material 5 ″ by anisotropic vapor deposition from a direction perpendicular to the substrate.
Nb is 0.6 μm each as a gate electrode material 7 ′.
And a film thickness of 0.2 μm. Here, as a method of forming the insulating material 5 ″, reactive evaporation was performed by using a chimney resistance heating method and using silicon monooxide as an evaporation source and a mixed gas of oxygen and ozone as a reaction gas.
The conditions are as follows (deposition pressure: 5 × 10 -6 Torr / deposition rate: 2
0 nm / sec) (FIG. 6 (i)).

【0160】工程(j) 次に、エッチングマスク層10の酸化シリコンを緩衝フ
ッ酸溶液を用いてウエットエッチングし上層の絶縁材料
5″及びゲート電極材料7′とともに剥離し、絶縁層5
とゲート電極7とを形成した。
Step (j) Next, the silicon oxide of the etching mask layer 10 is wet-etched by using a buffered hydrofluoric acid solution to be peeled off together with the upper insulating material 5 ″ and the gate electrode material 7 ′.
And a gate electrode 7 were formed.

【0161】最後に、フォトリソグラフィー法によりゲ
ート電極7を所定の形状にパターニングした。ここでフ
ォトリソグラフィーに用いたレジストパターンを剥離す
るときに、同時に保護層11も剥離された(図6
(j))。これにより、図2(c)の冷電子放出素子が
得られた。
[0161] Finally, the gate electrode 7 was patterned into a predetermined shape by photolithography. Here, when the resist pattern used for the photolithography was stripped, the protective layer 11 was also stripped at the same time (FIG. 6).
(J)). As a result, the cold electron-emitting device shown in FIG. 2C was obtained.

【0162】(評価)上述の冷電子放出素子を試作し以
下のように試験し、評価した。即ち、各素子のエミッタ
−ゲート電極間の距離を0.6μm、エミッタ高さ0.
8μm、TFTパラメータとしてチャネル長L/チャネ
ル幅W:1/10とした構造の素子に対し、蛍光体を塗
布した透明電極(アノード)を有するガラス板部材を距
離30mmで対向させ、エミッタ電極−ゲート電極間に
ゲート電極側が正となる極性で引き出し電圧を印加した
ところ、約10Vのスイッチング電圧で良好にかつ安定
に電子を放出することができた。
(Evaluation) The above-mentioned cold electron-emitting device was fabricated as a prototype, and tested and evaluated as follows. That is, the distance between the emitter and the gate electrode of each element is 0.6 μm, and the height of the emitter is 0.1 μm.
A glass plate member having a transparent electrode (anode) coated with a phosphor was opposed at a distance of 30 mm to an element having a structure having a channel length L / channel width W: 1/10 as a TFT parameter at a distance of 30 mm. When a withdrawing voltage was applied between the electrodes with a polarity such that the gate electrode side was positive, electrons were successfully and stably emitted at a switching voltage of about 10 V.

【0163】(評価)実施例1、2及び3で得られた冷
電子放出素子を、以下のように試験し評価した。即ち、
各素子のエミッタ−ゲート電極間の距離を0.6μmと
し、エミッタ高さを0.8μmとし、そしてTFTパラ
メータとしてチャネル長(L)とチャネル幅(W)との
比率(L/W)を1/10とした構造の素子に対し、蛍
光体を塗布した透明電極(アノード)を有するガラス板
部材を距離30mmで対向させ、エミッタ電極−ゲート
電極間にゲート電極側が正となる極性で引き出し電圧を
印加したところ、約10Vのスイッチング電圧で良好に
かつ安定に電子を放出することができた。
(Evaluation) The cold electron-emitting devices obtained in Examples 1, 2 and 3 were tested and evaluated as follows. That is,
The distance between the emitter and the gate electrode of each element was 0.6 μm, the height of the emitter was 0.8 μm, and the ratio (L / W) of the channel length (L) to the channel width (W) was 1 as the TFT parameter. A glass plate member having a transparent electrode (anode) coated with a phosphor is opposed to the element having a structure of / 10 at a distance of 30 mm, and an extraction voltage is applied between the emitter electrode and the gate electrode with a polarity where the gate electrode side is positive. Upon application, electrons were successfully and stably emitted at a switching voltage of about 10V.

【0164】得られた典型的なエミッション特性の模式
図を図13に示す。低電界領域ではエミッタ自身の電流
電圧特性(E)を示し、高電界領域ではTFTによる電
流電圧特性(M)に従がう飽和特性を示した。即ち、エ
ミッション電流がTFTのドレイン電流値を越えた高電
界領域で電流のトランジスタ制御による飽和電流領域が
得られ、本素子では引き出し電圧110V以上で安定な
エミッション電流(ME)が得られた。また、TFTの
ゲート電圧4V以上でエミッション電流が得られ、低電
圧でスイッチングができた。
FIG. 13 is a schematic diagram of the obtained typical emission characteristics. In the low electric field region, the current-voltage characteristic (E) of the emitter itself was exhibited, and in the high electric field region, a saturation characteristic according to the current-voltage characteristic (M) of the TFT was exhibited. That is, in a high electric field region where the emission current exceeds the drain current value of the TFT, a saturation current region is obtained by transistor control of the current. In this device, a stable emission current (ME) was obtained at an extraction voltage of 110 V or more. Further, an emission current was obtained when the gate voltage of the TFT was 4 V or more, and switching was possible at a low voltage.

【0165】[0165]

【発明の効果】本発明によれば、TFT構造を有する金
属でエミッタを構成することにより、絶縁性基板上にお
いてもトランジスタによって高度に制御されたエミッシ
ョン電流が得られ、且つスイッチング用電極をゲート電
極とは別に設けることにより駆動電圧の低減を容易に実
現する冷電子放出素子を得ることができる。
According to the present invention, by forming an emitter with a metal having a TFT structure, an emission current highly controlled by a transistor can be obtained even on an insulating substrate, and a switching electrode can be used as a gate electrode. By separately providing the cold electron emission element, it is possible to obtain a cold electron emission element that can easily reduce the driving voltage.

【0166】従って、低コストで大面積化が可能なガラ
ス基板上に、電流安定性が高くかつ低電圧駆動できる冷
電子放出素子を得ることができる。更に、フラットパネ
ルディスプレイに応用した場合にも、高速、高精細度の
画像が、低消費電力で得ることが可能となる。
Therefore, it is possible to obtain a cold electron-emitting device which has high current stability and can be driven at a low voltage on a glass substrate which can be made large in area at low cost. Further, even when applied to a flat panel display, a high-speed, high-definition image can be obtained with low power consumption.

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

【図1】本発明の冷電子放出素子の断面図(同図
(a)、(b)、(a′)、(b′))である。
FIG. 1 is a cross-sectional view (FIGS. (A), (b), (a ′), (b ′)) of a cold electron emission element of the present invention.

【図2】本発明の別の冷電子放出素子の断面図(同図
(c)、(c′))である。
FIG. 2 is a cross-sectional view (FIGS. (C) and (c ′)) of another cold electron-emitting device of the present invention.

【図3】本発明の冷電子放出素子の製造工程図である。FIG. 3 is a manufacturing process diagram of the cold electron emission device of the present invention.

【図4】本発明の別の冷電子放出素子の製造工程図であ
る。
FIG. 4 is a manufacturing process diagram of another cold electron-emitting device of the present invention.

【図5】本発明の別の冷電子放出素子の製造工程図であ
FIG. 5 is a manufacturing process diagram of another cold electron-emitting device of the present invention.

【図6】本発明の別の冷電子放出素子の製造工程図であ
FIG. 6 is a manufacturing process diagram of another cold electron-emitting device of the present invention.

【図7】従来の冷電子放出素子の断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view of a conventional cold electron emission element.

【図8】従来の冷電子放出素子の製造工程図である。FIG. 8 is a manufacturing process diagram of a conventional cold electron-emitting device.

【図9】従来の別の冷電子放出素子の断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view of another conventional cold electron emission element.

【図10】従来の冷電子放出素子の断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of a conventional cold electron-emitting device.

【図11】従来の別の冷電子放出素子の製造工程図であ
る。
FIG. 11 is a manufacturing process diagram of another conventional cold electron-emitting device.

【図12】従来の別の冷電子放出素子の製造工程図であ
る。
FIG. 12 is a manufacturing process diagram of another conventional cold electron emission element.

【図13】本発明の冷電子放出素子の電気特性の一例の
模式図である。
FIG. 13 is a schematic diagram illustrating an example of electrical characteristics of the cold electron emission element of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 絶縁性基板 2 第1の導電層 3 第2の導電層 4 半導体薄膜層 5 絶縁層 5′ ゲート絶縁層 6 第3の導電層 7 ゲート電極 8 エミッタ 9 オーミック層 REFERENCE SIGNS LIST 1 Insulating substrate 2 First conductive layer 3 Second conductive layer 4 Semiconductor thin film layer 5 Insulating layer 5 ′ Gate insulating layer 6 Third conductive layer 7 Gate electrode 8 Emitter 9 Ohmic layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金丸 正剛 茨城県つくば市梅園1丁目1番4 工業技 術院電子技術総合研究所内 (72)発明者 伊藤 順司 茨城県つくば市梅園1丁目1番4 工業技 術院電子技術総合研究所内 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing from the front page (72) Inventor Masago Kanamaru 1-1-4 Umezono, Tsukuba, Ibaraki Pref. Within the Institute of Electronics and Technology (72) Inventor Junji Ito 1-4-1, Umezono, Tsukuba, Ibaraki Inside the Electronic Technology Research Institute, Industrial Technology Institute

Claims (46)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 絶縁性基板上に第1の導電層、絶縁層及
びゲート電極が順次積層され、該ゲート電極と絶縁層と
には開口部が設けられ、その開口部内にエミッタが該ゲ
ート電極に接触しないように形成されてなる電界放射型
の冷電子放出素子において、 エミッタが非単結晶シリコンからなり、 第2の導電層が、第1の導電層と互いに直接接触しない
ように絶縁性基板上に設けられており、 非単結晶シリコンからなる半導体薄膜層が、少なくとも
第1の導電層と第2の導電層との間の絶縁性基板上に設
けられており、そして第3の導電層が、第1の導電層及
び第2の導電層と互いに接触しないようにゲート絶縁層
を介して半導体薄膜層の上又は下に設けられていること
を特徴とする冷電子放出素子。
A first conductive layer, an insulating layer, and a gate electrode are sequentially laminated on an insulating substrate, an opening is provided in the gate electrode and the insulating layer, and an emitter is provided in the opening in the gate electrode. In the field emission type cold electron emission element formed so as not to contact with the substrate, the emitter is made of non-single-crystal silicon, and the insulating substrate is arranged so that the second conductive layer does not directly contact with the first conductive layer. A semiconductor thin film layer made of non-single-crystal silicon is provided on at least an insulating substrate between the first conductive layer and the second conductive layer; and a third conductive layer Is provided above or below the semiconductor thin film layer via a gate insulating layer so as not to contact with the first conductive layer and the second conductive layer.
【請求項2】 第3の導電層がゲート絶縁層を介して半
導体薄膜層の上に設けられている請求項1記載の冷電子
放出素子。
2. The cold electron-emitting device according to claim 1, wherein the third conductive layer is provided on the semiconductor thin film layer via a gate insulating layer.
【請求項3】 第3の導電層がゲート絶縁層を介して半
導体薄膜層の下に設けられている請求項1記載の冷電子
放出素子。
3. The cold electron-emitting device according to claim 1, wherein the third conductive layer is provided below the semiconductor thin film layer via a gate insulating layer.
【請求項4】 エミッタ及び半導体薄膜層を構成する非
単結晶シリコンが、アモルファスシリコン又はポリシリ
コンである請求項1〜3のいずれかに記載の冷電子放出
素子。
4. The cold electron-emitting device according to claim 1, wherein the non-single-crystal silicon constituting the emitter and the semiconductor thin film layer is amorphous silicon or polysilicon.
【請求項5】 エミッタが、n型水素化アモルファスシ
リコンから構成されている請求項4記載の冷電子放出素
子。
5. The cold electron-emitting device according to claim 4, wherein the emitter is made of n-type hydrogenated amorphous silicon.
【請求項6】 半導体薄膜層が、ノンドープの水素化ア
モルファスシリコンから構成されている請求項4記載の
冷電子放出素子。
6. The cold electron-emitting device according to claim 4, wherein the semiconductor thin film layer is made of non-doped hydrogenated amorphous silicon.
【請求項7】 第1の導電層と半導体薄膜層との間及び
第2の導電層と半導体薄膜層との間に、オーミック層が
挟持されている請求項1〜3のいずれかに記載の冷電子
放出素子。
7. The ohmic layer according to claim 1, wherein an ohmic layer is sandwiched between the first conductive layer and the semiconductor thin film layer and between the second conductive layer and the semiconductor thin film layer. Cold electron emission device.
【請求項8】 オーミック層が、n型水素化アモルファ
スシリコンから構成されている請求項7記載の冷電子放
出素子。
8. The cold electron-emitting device according to claim 7, wherein the ohmic layer is made of n-type hydrogenated amorphous silicon.
【請求項9】 第1の導電層上に、エミッタが直接設け
られている請求項1〜3のいずれかに記載の冷電子放出
素子。
9. The cold electron-emitting device according to claim 1, wherein an emitter is provided directly on the first conductive layer.
【請求項10】 半導体薄膜層を囲む第1の導電層、第
2の導電層及び第3の導電層が、それぞれドレイン電
極、ソース電極及びゲート電極として機能する薄膜トラ
ンジスタ構造を形成しており、その薄膜トランジスタが
nチャネルエンハンスメントモードで動作する請求項1
〜9のいずれかに記載の冷電子放出素子。
10. A first conductive layer, a second conductive layer, and a third conductive layer surrounding a semiconductor thin film layer form a thin film transistor structure functioning as a drain electrode, a source electrode, and a gate electrode, respectively. 2. The thin film transistor operates in an n-channel enhancement mode.
10. The cold electron-emitting device according to any one of claims 9 to 9.
【請求項11】 エミッタの形状が、円錐形、円錐台形
又は多角錐台形である請求項1〜3のいずれかに記載の
冷電子放出素子。
11. The cold electron emission device according to claim 1, wherein the shape of the emitter is a conical shape, a truncated cone shape, or a truncated polygonal shape.
【請求項12】 絶縁性基板が、ガラス基板である請求
項1〜3のいずれかに記載の冷電子放出素子。
12. The cold electron-emitting device according to claim 1, wherein the insulating substrate is a glass substrate.
【請求項13】 請求項2記載の冷電子放出素子の製造
方法であって: (a) 絶縁性基板上に金属薄膜層を成膜後、該金属薄
膜層をフォトリソグラフィー法によりパターニングして
第1の導電層と第2の導電層とを、互いに直接接触しな
いように同時に形成し、続いて、半導体薄膜材料層、ゲ
ート絶縁材料層、第3の導電材料層を順次成膜する工
程; (b) フォトリソグラフィー法によりパターニングし
て第3の導電層を形成し、続いて、フォトリソグラフィ
ー法により順次パターニングしてゲート絶縁層、半導体
薄膜層を形成し、レジスト層を残す工程; (c) 少なくとも第2の導電層上にエミッタ材料層、
エッチングマスク材料層を順次成膜する工程; (d) エッチングマスク材料層をフォトリソグラフィ
ー法によりゲートの開口径に相当する形状の孔にパター
ニングしてエッチングマスク層を形成し、反応性イオン
エッチングによりエミッタ材料を第1の導電層が露出す
るまでエッチングすることによりエミッタを形成する工
程; 及び (e) 絶縁性基板に対して垂直方向の異方性蒸着法に
より、半導体薄膜層上に絶縁材料及びゲート電極材料を
自己整合的に成膜し、 エッチングマスク層を剥離すると同時に、エミッタ上の
絶縁材料層及びゲート電極材料を剥落させ、絶縁層及び
ゲート電極を形成し、 絶縁層及びゲート電極をフォトリソグラフィー法により
パターニングして絶縁層を形成し、同時にレジスト層を
レジスト層上の絶縁材料及びゲート電極材料とともに剥
落する工程を含んでなることを特徴とする製造方法。
13. The method for manufacturing a cold electron emission device according to claim 2, wherein: (a) forming a metal thin film layer on an insulating substrate, and patterning the metal thin film layer by photolithography. Forming a first conductive layer and a second conductive layer simultaneously so as not to directly contact each other, and then sequentially forming a semiconductor thin film material layer, a gate insulating material layer, and a third conductive material layer; b) patterning by a photolithography method to form a third conductive layer, and then sequentially patterning by a photolithography method to form a gate insulating layer and a semiconductor thin film layer and leave a resist layer; (c) at least An emitter material layer on the second conductive layer,
(D) patterning the etching mask material layer into holes having a shape corresponding to the opening diameter of the gate by photolithography to form an etching mask layer, and forming the emitter by reactive ion etching. Forming an emitter by etching the material until the first conductive layer is exposed; and (e) an insulating material and a gate on the semiconductor thin film layer by anisotropic vapor deposition perpendicular to the insulating substrate. Depositing the electrode material in a self-aligned manner, peeling off the etching mask layer, peeling off the insulating material layer and the gate electrode material on the emitter, forming the insulating layer and the gate electrode, and photolithography of the insulating layer and the gate electrode Patterning to form an insulating layer, and at the same time, a resist layer and an insulating material on the resist layer and A manufacturing method comprising a step of peeling off together with a gate electrode material.
【請求項14】 工程(a)において、少なくとも半導
体薄膜材料層が、プラズマエンハンストCVD法で形成
された水素化アモルファスシリコン層である請求項13
記載の冷電子放出素子の製造方法。
14. The step (a) wherein at least the semiconductor thin film material layer is a hydrogenated amorphous silicon layer formed by a plasma enhanced CVD method.
The manufacturing method of the cold electron-emitting device according to the above.
【請求項15】 工程(a)において、半導体薄膜層
が、熱CVD法またはプラズマエンハンストCVD法で
アモルファスシリコンを成膜した後、アニール処理を施
すことにより形成されたポリシリコン層である請求項1
3記載の冷電子放出素子の製造方法。
15. The method according to claim 1, wherein in the step (a), the semiconductor thin film layer is a polysilicon layer formed by performing an annealing process after forming an amorphous silicon film by a thermal CVD method or a plasma enhanced CVD method.
4. The method for manufacturing a cold electron-emitting device according to item 3.
【請求項16】 工程(c)において、エミッタ材料が
非単結晶シリコンである請求項13記載の冷電子放出素
子の製造方法。
16. The method according to claim 13, wherein in step (c), the emitter material is non-single-crystal silicon.
【請求項17】 工程(c)において、エミッタ材料が
アモルファスシリコンである請求項13記載の冷電子放
出素子の製造方法。
17. The method according to claim 13, wherein in step (c), the emitter material is amorphous silicon.
【請求項18】 工程(a)において、絶縁性基板上に
金属薄膜層を成膜した後、続いてオーミック層を成膜
し、該金属薄膜層とオーミック層とをフォトリソグラフ
ィー法によりパターニングして第1の導電層及び第2の
導電層を同時に形成する請求項13記載の冷電子放出素
子の製造方法。
18. In the step (a), after forming a metal thin film layer on an insulating substrate, an ohmic layer is subsequently formed, and the metal thin film layer and the ohmic layer are patterned by photolithography. 14. The method for manufacturing a cold electron emitting device according to claim 13, wherein the first conductive layer and the second conductive layer are simultaneously formed.
【請求項19】 工程(a)において、オーミック層
が、少なくともシラン及びホスフィンの混合ガスを反応
ガスとして用いるプラズマエンハンストCVD法で形成
されたn型の水素化アモルファスシリコン層である請求
項18記載の冷電子放出素子の製造方法。
19. The method according to claim 18, wherein in the step (a), the ohmic layer is an n-type hydrogenated amorphous silicon layer formed by a plasma enhanced CVD method using at least a mixed gas of silane and phosphine as a reaction gas. A method for manufacturing a cold electron-emitting device.
【請求項20】 工程(b)において、フォトリソグラ
フィー法により順次パターニングしてゲート絶縁層、半
導体薄膜層を形成した後、保護層材料を成膜しフォトリ
ソグラフィー法によりパターニングして保護層を形成す
る請求項20記載の冷電子放出素子の製造方法。
20. In the step (b), after sequentially forming a gate insulating layer and a semiconductor thin film layer by patterning by photolithography, forming a protective layer material and patterning by photolithography to form a protective layer. A method for manufacturing a cold electron-emitting device according to claim 20.
【請求項21】 工程(b)において、保護層材料が、
プラズマエンハンストCVD法で形成された窒化シリコ
ン層又は酸化シリコン層である請求項13記載の冷電子
放出素子の製造方法。
21. In the step (b), the protective layer material comprises:
14. The method for manufacturing a cold electron-emitting device according to claim 13, which is a silicon nitride layer or a silicon oxide layer formed by a plasma enhanced CVD method.
【請求項22】 請求項2記載の冷電子放出素子の製造
方法であって: (a′) 絶縁性基板上に金属薄膜層を成膜後、該金属
薄膜層をフォトリソグラフィー法によりパターニングし
て第1の導電層及び第2の導電層とを、互いに直接接触
しないように同時に形成し、続いて、半導体薄膜層、エ
ミッタ材料、エッチングマスク材料層を順次成膜する工
程; (b′) エッチングマスク材料層をフォトリソグラフ
ィー法によりゲートの開口径に対応する形状の孔にパタ
ーニングしてエッチングマスク層を形成し、反応性イオ
ンエッチングによりエミッタ材料を半導体薄膜層が露出
するまでエッチングすることによりエミッタを形成する
工程; (c′) 絶縁性基板に対して垂直方向の異方性蒸着法
により、半導体薄膜層上に絶縁層材料及びゲート電極材
料を自己整合的に成膜する工程; (d′) エッチングマスク層を剥離すると同時に、エ
ミッタ上の絶縁材料層及びゲート電極材料を剥落させ、
絶縁層及びゲート電極とを形成する工程; 及び (e′) 絶縁層及びゲート電極をフォトリソグラフィ
ー法によりパターニングしてゲート絶縁層を形成し、続
いて、第3の導電層をリフトオフ法により形成する工程
を含んでなることを特徴とする製造方法。
22. The method of manufacturing a cold electron emission device according to claim 2, wherein: (a ′) forming a metal thin film layer on an insulating substrate, and patterning the metal thin film layer by photolithography. Forming a first conductive layer and a second conductive layer simultaneously so as not to directly contact each other, and subsequently forming a semiconductor thin film layer, an emitter material, and an etching mask material layer sequentially; (b ') etching The mask material layer is patterned by photolithography into holes having a shape corresponding to the opening diameter of the gate to form an etching mask layer, and the emitter is etched by reactive ion etching until the semiconductor thin film layer is exposed. (C ') forming an insulating layer material and a gate electrode on the semiconductor thin film layer by anisotropic vapor deposition in a direction perpendicular to the insulating substrate; (D ') peeling off the etching mask layer and simultaneously peeling off the insulating material layer and the gate electrode material on the emitter;
Forming an insulating layer and a gate electrode; and (e ') patterning the insulating layer and the gate electrode by photolithography to form a gate insulating layer, and subsequently forming a third conductive layer by a lift-off method. A production method comprising a step.
【請求項23】 工程(a′)において、半導体薄膜層
及びエミッタ材料が、プラズマエンハンストCVD法で
形成された水素化アモルファスシリコン層である請求項
22記載の冷電子放出素子の製造方法。
23. The method according to claim 22, wherein in the step (a ′), the semiconductor thin film layer and the emitter material are a hydrogenated amorphous silicon layer formed by a plasma enhanced CVD method.
【請求項24】 工程(a′)において、エミッタ材料
がアモルファスシリコンである請求項22記載の冷電子
放出素子の製造方法。
24. The method according to claim 22, wherein in the step (a ′), the emitter material is amorphous silicon.
【請求項25】 工程(a′)において、エミッタ材料
が少なくともシラン及びホスフィンの混合ガスを反応ガ
スとして用いるプラズマエンハンストCVD法で形成さ
れたn型の水素化アモルファスシリコンである請求項2
2記載の冷電子放出素子の製造方法。
25. In the step (a ′), the emitter material is n-type hydrogenated amorphous silicon formed by a plasma enhanced CVD method using at least a mixed gas of silane and phosphine as a reaction gas.
3. The method for manufacturing a cold electron-emitting device according to item 2.
【請求項26】 工程(a′)において、半導体薄膜層
が、熱CVD法またはプラズマエンハンストCVD法で
アモルファスシリコンを成膜した後、アニール処理を施
すことにより形成されたポリシリコン層である請求項2
2記載の冷電子放出素子の製造方法。
26. The method according to claim 26, wherein in the step (a ′), the semiconductor thin film layer is a polysilicon layer formed by performing an annealing process after forming an amorphous silicon film by a thermal CVD method or a plasma enhanced CVD method. 2
3. The method for manufacturing a cold electron-emitting device according to item 2.
【請求項27】 工程(a′)において、絶縁性基板上
に金属薄膜層を成膜した後、続いてオーミック層を成膜
し、該金属薄膜層とオーミック層とをフォトリソグラフ
ィー法によりパターニングして第1の導電層及び第2の
導電層を同時に形成する請求項22記載の冷電子放出素
子の製造方法。
27. In the step (a ′), after forming a metal thin film layer on an insulating substrate, subsequently forming an ohmic layer, and patterning the metal thin film layer and the ohmic layer by photolithography. 23. The method according to claim 22, wherein the first conductive layer and the second conductive layer are formed at the same time.
【請求項28】 工程(a′)において、オーミック層
が、少なくともシラン及びホスフィンの混合ガスを反応
ガスとして用いるプラズマエンハンストCVD法で形成
されたn型の水素化アモルファスシリコン層である請求
項27記載の冷電子放出素子の製造方法。
28. The method according to claim 27, wherein in the step (a ′), the ohmic layer is an n-type hydrogenated amorphous silicon layer formed by a plasma enhanced CVD method using at least a mixed gas of silane and phosphine as a reaction gas. The method for manufacturing a cold electron-emitting device of the present invention.
【請求項29】 請求項2記載の冷電子放出素子の製造
方法であって: (a″) 絶縁性基板上に金属薄膜層を成膜後、該金属
薄膜層をフォトリソグラフィー法によりパターニングし
て第1の導電層及び第2の導電層を互いに直接接触しな
いように同時に形成し、続いて、半導体薄膜層、ゲート
絶縁材料、第3の導電材料を順次成膜し、フォトリソグ
ラフィー法によりパターニングして第3の導電層を形成
した後、さらに、フォトリソグラフィー法によりパター
ニングしてゲート絶縁層を形成する工程; (b″) エミッタ材料、エッチングマスク材料層を順
次成膜し、エッチングマスク材料層をフォトリソグラフ
ィー法によりゲートの開口径に対応する形状の孔にパタ
ーニングしてエッチングマスク層を形成し、反応性イオ
ンエッチングによりエミッタ材料を絶縁層もしくは第1
の導電層が露出するまでエッチングすることによりエミ
ッタを形成する工程; (c″) 絶縁性基板に対して垂直方向の異方性蒸着法
により、半導体薄膜層上に絶縁層材料及びゲート電極材
料を自己整合的に成膜する工程; (d″) エッチングマスク層を剥離すると同時に、エ
ミッタ上の絶縁材料及びゲート電極材料を剥落させ、絶
縁層及びゲート電極とを形成する工程; 及び (e″) 絶縁層及びゲート電極をフォトリソグラフィ
ー法によりパターニングして第3の導電層及びゲート絶
縁層を露出させる工程を含んでなることを特徴とする製
造方法。
29. The method for manufacturing a cold electron emission device according to claim 2, comprising: (a ″) forming a metal thin film layer on an insulating substrate, and patterning the metal thin film layer by photolithography. The first conductive layer and the second conductive layer are simultaneously formed so as not to directly contact each other, and subsequently, a semiconductor thin film layer, a gate insulating material, and a third conductive material are sequentially formed and patterned by photolithography. Forming a third conductive layer by photolithography, and further patterning by photolithography to form a gate insulating layer; (b ″) forming an emitter material and an etching mask material layer sequentially, An etching mask layer is formed by patterning holes with a shape corresponding to the opening diameter of the gate by photolithography, and reactive ion etching is used. The emitter material insulating layer or the first
(C ″) an insulating layer material and a gate electrode material are formed on the semiconductor thin film layer by anisotropic vapor deposition in a direction perpendicular to the insulating substrate; (D ″) a step of forming an insulating layer and a gate electrode by peeling off the etching mask layer and simultaneously removing an insulating material and a gate electrode material on the emitter; and (e ″). A method comprising: patterning an insulating layer and a gate electrode by photolithography to expose a third conductive layer and a gate insulating layer.
【請求項30】 工程(a″)において、半導体薄膜層
及びエミッタ材料が、プラズマエンハンストCVD法で
形成された水素化アモルファスシリコンである請求項2
9記載の冷電子放出素子の製造方法。
30. In the step (a ″), the semiconductor thin film layer and the emitter material are hydrogenated amorphous silicon formed by a plasma enhanced CVD method.
10. The method for manufacturing a cold electron emitting device according to item 9.
【請求項31】 工程(a″)において、エミッタ材料
がアモルファスシリコンである請求項29記載の冷電子
放出素子の製造方法。
31. The method according to claim 29, wherein in the step (a ″), the emitter material is amorphous silicon.
【請求項32】 工程(a″)において、エミッタ材料
が少なくともシラン及びホスフィンの混合ガスを反応ガ
スとして用いるプラズマエンハンストCVD法で形成さ
れたn型の水素化アモルファスシリコンである請求項2
9記載の冷電子放出素子の製造方法。
32. In the step (a ″), the emitter material is n-type hydrogenated amorphous silicon formed by a plasma enhanced CVD method using a mixed gas of at least silane and phosphine as a reaction gas.
10. The method for manufacturing a cold electron emitting device according to item 9.
【請求項33】 工程(a″)において、半導体薄膜層
が、熱CVD法またはプラズマエンハンストCVD法で
アモルファスシリコンを成膜した後、アニール処理を施
すことにより形成されたポリシリコン層である請求項2
9記載の冷電子放出素子の製造方法。
33. In the step (a ″), the semiconductor thin film layer is a polysilicon layer formed by forming an amorphous silicon film by a thermal CVD method or a plasma enhanced CVD method and then performing an annealing process. 2
10. The method for manufacturing a cold electron emitting device according to item 9.
【請求項34】 工程(a″)において、ゲート絶縁材
料が、プラズマエンハンストCVD法で形成された窒化
シリコン層又は酸化シリコンである請求項29記載の冷
電子放出素子の製造方法。
34. The method according to claim 29, wherein in the step (a ″), the gate insulating material is a silicon nitride layer or a silicon oxide formed by a plasma enhanced CVD method.
【請求項35】 工程(a″)において、絶縁性基板上
に金属薄膜層を成膜した後、続いてオーミック層を成膜
し、該金属薄膜層とオーミック層をフォトリソグラフィ
ー法によりパターニングして第1の導電層及び第2の導
電層を同時に形成する請求項29記載の冷電子放出素子
の製造方法。
35. In a step (a ″), after forming a metal thin film layer on an insulating substrate, subsequently forming an ohmic layer, and patterning the metal thin film layer and the ohmic layer by photolithography. 30. The method according to claim 29, wherein the first conductive layer and the second conductive layer are simultaneously formed.
【請求項36】 工程(a″)において、オーミック層
が、少なくともシラン及びホスフィンの混合ガスを反応
ガスとして用いるプラズマエンハンストCVD法で形成
されたn型の水素化アモルファスシリコン層である請求
項35記載の冷電子放出素子の製造方法。
36. The step (a ″), wherein the ohmic layer is an n-type hydrogenated amorphous silicon layer formed by a plasma enhanced CVD method using at least a mixed gas of silane and phosphine as a reaction gas. The method for manufacturing a cold electron-emitting device of the present invention.
【請求項37】 請求項3記載の冷電子放出素子の製造
方法であって: (f) 絶縁性基板上に金属薄膜層を成膜後、該金属薄
膜層をフォトリソグラフィー法によりパターニングして
第3の導電層を形成し、続いて、ゲート絶縁層、半導体
薄膜層、金属薄膜層を順次成膜する工程; (g) 該金属薄膜層をフォトリソグラフィー法により
パターニングして第1の導電層及び第2の導電層を互い
に直接接触しないように同時に形成した後、フォトリソ
グラフィー法により少なくとも第1の導電層及び第2の
導電層の間隙上にレジスト層を形成する工程; (h) エミッタ材料、エッチングマスク材料層を順次
成膜し、エッチングマスク材料層をフォトリソグラフィ
ー法によりゲートの開口径に対応する形状の孔にパター
ニングしてエッチングマスク層を形成し、反応性イオン
エッチングによりエミッタ材料を絶縁層もしくは第1の
導電層が露出するまでエッチングすることによりエミッ
タを形成する工程; (i) 絶縁性基板に対して垂直方向の異方性蒸着法に
より、少なくとも第2の導電層上に絶縁層材料及びゲー
ト電極材料を自己整合的に成膜する工程; 及び (j) エッチングマスク層を剥離すると同時に、エミ
ッタ上の絶縁材料及びゲート電極材料を剥落させ、絶縁
層及びゲート電極とを形成した後、さらに絶縁層材料及
びゲート電極材料をフォトリソグラフィー法によりパタ
ーニングして絶縁層及びゲート電極を形成し、レジスト
層を剥落させると同時にレジスト層上の絶縁材料及びゲ
ート電極材料を剥落させる工程を含んでなることを特徴
とする製造方法。
37. The method for manufacturing a cold electron emission device according to claim 3, wherein: (f) forming a metal thin film layer on an insulating substrate, and patterning the metal thin film layer by photolithography. Forming a conductive layer of No. 3 and then sequentially forming a gate insulating layer, a semiconductor thin film layer and a metal thin film layer; (g) patterning the metal thin film layer by photolithography to form a first conductive layer and Forming a resist layer at least over a gap between the first conductive layer and the second conductive layer by photolithography after forming the second conductive layers simultaneously so as not to directly contact each other; (h) an emitter material; An etching mask material layer is sequentially formed, and the etching mask material layer is patterned into holes having a shape corresponding to the opening diameter of the gate by a photolithography method. Forming a layer and etching the emitter material by reactive ion etching until the insulating layer or the first conductive layer is exposed to form an emitter; (i) anisotropy perpendicular to the insulating substrate A step of forming an insulating layer material and a gate electrode material at least on the second conductive layer in a self-aligned manner by vapor deposition; and After the insulating layer and the gate electrode are formed, the insulating layer material and the gate electrode material are further patterned by photolithography to form the insulating layer and the gate electrode. A step of removing the insulating material and the gate electrode material.
【請求項38】 工程(f)において、半導体薄膜層材
料が、プラズマエンハンストCVD法で形成された水素
化アモルファスシリコンである請求項37記載の冷電子
放出素子の製造方法。
38. The method according to claim 37, wherein in the step (f), the semiconductor thin film layer material is hydrogenated amorphous silicon formed by a plasma enhanced CVD method.
【請求項39】 工程(h)において、エミッタ材料が
アモルファスシリコンである請求項37記載の冷電子放
出素子の製造方法。
39. The method according to claim 37, wherein in step (h), the emitter material is amorphous silicon.
【請求項40】 工程(h)において、エミッタ材料が
少なくともシラン及びホスフィンの混合ガスを反応ガス
として用いるプラズマエンハンストCVD法で形成され
たn型の水素化アモルファスシリコンである請求項37
記載の冷電子放出素子の製造方法。
40. In the step (h), the emitter material is n-type hydrogenated amorphous silicon formed by a plasma enhanced CVD method using at least a mixed gas of silane and phosphine as a reaction gas.
The manufacturing method of the cold electron-emitting device according to the above.
【請求項41】 工程(f)において、半導体薄膜層
が、熱CVD法またはプラズマエンハンストCVD法で
アモルファスシリコンを成膜した後、アニール処理を施
すことにより形成されたポリシリコン層である請求項3
7記載の冷電子放出素子の製造方法。
41. In the step (f), the semiconductor thin film layer is a polysilicon layer formed by forming an amorphous silicon film by a thermal CVD method or a plasma enhanced CVD method and then performing an annealing treatment.
8. The method for manufacturing a cold electron-emitting device according to claim 7.
【請求項42】 工程(f)において、ゲート絶縁層
が、プラズマエンハンストCVD法で形成された窒化シ
リコン層又は酸化シリコンである請求項37記載の冷電
子放出素子の製造方法。
42. The method according to claim 37, wherein in the step (f), the gate insulating layer is a silicon nitride layer or a silicon oxide formed by a plasma enhanced CVD method.
【請求項43】 工程(f)において、ゲート絶縁層上
に半導体薄膜層材料を成膜した後、続いてオーミック層
を成膜し、工程(g)において、金属薄膜層とオーミッ
ク層をフォトリソグラフィー法によりパターニングして
第1の導電層及び第2の導電層を同時に形成する請求項
37記載の冷電子放出素子の製造方法。
43. In a step (f), after forming a semiconductor thin film layer material on the gate insulating layer, an ohmic layer is subsequently formed, and in the step (g), the metal thin film layer and the ohmic layer are 38. The method according to claim 37, wherein the first conductive layer and the second conductive layer are simultaneously formed by patterning by a method.
【請求項44】 工程(f)において、オーミック層
が、少なくともシラン及びホスフィンの混合ガスを反応
ガスとして用いるプラズマエンハンストCVD法で形成
されたn型の水素化アモルファスシリコン層である請求
項37記載の冷電子放出素子の製造方法。
44. The method according to claim 37, wherein in the step (f), the ohmic layer is an n-type hydrogenated amorphous silicon layer formed by a plasma enhanced CVD method using at least a mixed gas of silane and phosphine as a reaction gas. A method for manufacturing a cold electron-emitting device.
【請求項45】 工程(g)において、フォトリソグラ
フィー法によりパターニングして第1の導電層及び第2
の導電層を互いに直接接触しないように同時に形成した
後、保護膜材料を成膜しフォトリソグラフィー法により
該保護膜材料を少なくとも第1の導電層及び第2の導電
層の間隙上に残るように形成する請求項37記載の冷電
子放出素子の製造方法。
45. In the step (g), the first conductive layer and the second conductive layer are patterned by photolithography.
Are formed simultaneously so that they do not directly contact each other, then a protective film material is formed, and the protective film material is left by photolithography so as to remain at least in the gap between the first conductive layer and the second conductive layer. 38. The method for manufacturing a cold electron emitting device according to claim 37, wherein the forming is performed.
【請求項46】 工程(g)において、保護層材料が、
プラズマエンハンストCVD法で形成された窒化シリコ
ン層又は酸化シリコン層である請求項37記載の冷電子
放出素子の製造方法。
46. In the step (g), the protective layer material comprises:
38. The method for manufacturing a cold electron-emitting device according to claim 37, wherein the cold electron-emitting device is a silicon nitride layer or a silicon oxide layer formed by a plasma enhanced CVD method.
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