JPWO2004036615A1 - 冷陰極型フラットパネルディスプレイ - Google Patents

Abstract

薄膜型電子源アレイの上部電極（１３）への給電線となる上部配線電極（１６）の下に、第二層間絶縁層（１５）を形成して短絡不良を防止する。さらに、電子放出部を第二層間絶縁層（１５）で制限することにより、電子加速層（１２）と第一層間絶縁層（１４）の境界に偏在する欠陥を被覆して、経時的な絶縁破壊不良を抑止する。

Description

本発明は、下部電極と上部電極、その間に挟持される絶縁層などの電子加速層から形成され、前記下部電極と前記上部電極の間に電圧を印加することで前記上部電極側より電子を放出する薄膜型電子源をアレイ状に配列した基板と、前記第１基板側から放出される電子で励起される複数の蛍光体を配列した蛍光面を有する第２基板と、を具備した冷陰極型フラットパネルディスプレイに関する。

テレビ受信機やパソコンモニター、その他の各種の電子機器の表示デバイスとして、所謂フラットパネルディスプレイが知られている。この種のフラットパネルディスプレイには、液晶ディスプレイ、有機エレクトロルミネッセンス（有機ＥＬ）ディスプレイ、プラズマディスプレイ、あるいは電界放出型パネルディスプレイ（フィールドエミッションディスプレイ：ＦＥＤ）等がある。
特に、電界放出型パネルディスプレイでは、その電子放出源として薄膜型電子源を用いた冷陰極型フラットパネルディスプレイが実用化の段階にある。薄膜型電子源とは、上部電極−電子加速層−下部電極の三層薄膜構造を基本とし、上部電極−下部電極の間に電圧を印加して、上部電極の表面から真空中に電子を放出させるものである。
例えば、金属−絶縁体−金属を積層したＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ）型、金属−絶縁体−半導体を積層したＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型、金属−絶縁体−半導体−金属型等がある。
ＭＩＭ型については，例えば特開平７−６５７１０号公報に開示がある。また、金属−絶縁体−半導体型については、ＭＯＳ型（Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｏｎｏｌ．Ｂ１１（２）ｐ．４２９−４３２（１９９３）参照）、金属−絶縁体−半導体−金属型ではＨＥＥＤ型（ｈｉｇｈ−ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ−ｅｌｅｃｔｒｏ−ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．ｖｏｌ ３６ ｐ Ｌ９３９などに記載参照）、ＥＬ型（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ、応用物理 第６３巻、第６号、５９２頁などに記載）、ポーラスシリコン型（応用物理 第６６巻、第５号、４３７頁などに記載）などが報告されている。
第１図はＭＩＭ型を例として薄膜型電子源の動作原理を説明する模式図である。また、第２図は従来の薄型電子源の素子構造を説明する模式断面図である。図１において、参照符号１１は下部電極、同１２は絶縁層、同１３は上部電極、同２０は真空を示す。上部電極１３と下部電極１１との間に駆動電圧Ｖｄを印加して、絶縁層１２内の電界を１〜１０ＭＶ／ｃｍ程度にすると、下部電極１１中のフェルミ準位近傍の電子はトンネル現象により障壁を透過し、絶縁層１２、上部電極１３の伝導帯へ注入されホットエレクトロンとなる。
これらのホットエレクトロンは絶縁層１２中、上部電極１３中で散乱されてエネルギーを損失するが、上部電極１３の仕事関数φ以上のエネルギーを有する一部のホットエレクトロンは真空２０中に放出される。
他の薄膜型電子源も原理は多少異なるものもあるが、薄い上部電極１３を通してホットエレクトロンを放出する点では共通している。
このような薄膜型電子源は複数本の上部電極１３と、複数本の下部電極１１を直交させてマトリクスを形成すると、任意の場所から電子線を発生させることができるので、画像表示装置等の電子源に用いることができる。これまで、Ａｕ−Ａｌ_２Ｏ_３−Ａｌ構造のＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ）構造などから電子放出が観測されている。
なお、通常このようなマトリクス構造の薄膜型電子源アレイを形成する場合、第２図に示すように、電子放出部を制限し、かつ下部電極１１の配線端部への電界集中と、両電極間の短絡を防止するための層間絶縁層１４と、薄くてシート抵抗が高い上部電極１３への給電を目的とした上部電極給電配線１５が電子放出部以外に形成される。参照符号１０は基板、また１７は表面保護層で、１７ａは表面保護膜下層、１７ａは表面保護膜上層である。
薄膜型電子源アレイは下部電極１１と上部電極１３および上部電極給電配線１６のＸＹマトリクスに電圧を印加して画像表示装置を行うため、それらの電極間の絶縁が重要である。絶縁不良があると下部電極１１と、上部電極１３または上部電極給電配線１６間が電気的に短絡し、画像欠陥を生じる。そのため、電子加速層となるトンネル絶縁膜１２、および電子放出部を制限する層間絶縁膜１４は無欠陥であることが望まれる。
通常、絶縁不良には、タイムゼロ絶縁破壊と経時的絶縁破壊の２種類のモードがある。タイムゼロ絶縁破壊とは、電極間に電圧が印加された瞬間に破壊にいたるモードで、ＭＩＭ型電子源においては、下部電極１１と上部電極給電配線１６とを絶縁する層間絶縁層１４にこの不良が見られる。
一方、経時的絶縁破壊とは、電極間に電圧を印加するとき、初期は破壊を示さないが、電圧を印加し続けると徐々に破壊に至るモードで、ＭＩＭ型電子源では下部電極１１と上部電極給電配線１６とを絶縁するトンネル絶縁膜１２がこの破壊モードを示す。
トンネル絶縁膜１２や層間絶縁膜１４の形成に、従来は陽極酸化という電気化学的な成膜法を用いてきた。これは、他の成膜方法に比べ、膜質、膜厚の均一性に格段に優れており、大規模（大面積）アレイの形成に適しているからである。
しかしながら、陽極酸化を用いた場合の問題点として、下記（１）、（２）を挙げることができる。
（１）表面に付着した異物などにより電流が流れない場所があるとタイムゼロの絶縁破壊不良を引き起こす。
（２）ＭＩＭ型電子源では局所酸化の手法を使って、厚い酸化膜（層間絶縁膜１４）と薄い酸化膜（トンネル絶縁膜１２）を作り分けている。この場合、両者の境界に中間的な性質を持つ遷移領域が介在し、トンネル絶縁膜に経時的絶縁破壊を起こすウィークスポットをもたらす。
上記（１）、（２）は所謂画素欠陥の原因となり、冷陰極型フラットパネルディスプレイの信頼性を低下させる。これらの問題点を解消することが課題となっていた。
本発明の目的は、上記従来技術の課題を解消し、画素欠陥の発生を低減して信頼性を向上した冷陰極型フラットパネルディスプレイを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、下部電極と上部電極、その間に挟持される絶縁層などの電子加速層から形成され、該下部電極と該上部電極間に電圧を印加することで該上部電極側より電子を放出する薄膜型電子源をアレイ状に形成した基板と、蛍光面とを有する冷陰極型フラットパネルディスプレイにおいて、
前記薄膜型電子源アレイに、電子加速層の領域を制限する第一の層間絶縁層と、前記上部電極への給電線となる上部電極給電配線とを設け、さらに前記上部電極給電配線と前記第一層間絶縁層の間に第二層間絶縁層を設けたことで、タイムゼロの絶縁破壊不良を抑制した。
また、本発明は、前記第二層間絶縁層の開口部を電子加速層領域の内側に設けて電子放出領域を制限することにより前記経時的絶縁破壊を起こすウィークスポットの発生を回避した。
本発明は特に、前記第一層間絶縁層が陽極酸化膜であり、前記第二層間絶縁層層が堆積プロセスで形成されている場合有効である。また前記下部電極がＡｌ、またはＡｌ合金であり、前記第一層間絶縁層はその陽極酸化膜であり、前記第二層間絶縁層は前記下部電極およびその陽極酸化膜に対し選択エッチングできる絶縁膜材料である場合に有効である。

第１図は薄膜型電子源の動作原理を示す図、第２図は従来の薄型電子源の素子構造を説明する模式断面図、第３図は本発明による冷陰極型フラットパネルディスプレイの第１実施例の薄膜型電子源の素子の模式断面図、第４図は本発明の第１実施例における薄膜型電子源の製法を説明する模式図、第５図は本発明の第１実施例における薄膜型電子源の製法を説明する第４図に続く模式図、第６図は本発明の第１実施例における薄膜型電子源の製法を説明する第５図に続く模式図、第７図は本発明の第１実施例における薄膜型電子源の製法を説明する第６図に続く模式図、第８図は本発明の第１実施例における薄膜型電子源の製法を説明する第７図に続く模式図、第９図は本発明の第１実施例における薄膜型電子源の製法を説明する第８図に続く模式図、第１０図は本発明の第１実施例における薄膜型電子源の製法を説明する第９図に続く模式図、第１１図は本発明の第１実施例における薄膜型電子源の製法を説明する第１０図に続く模式図、第１２図は本発明の第１実施例における薄膜型電子源の製法を説明する第１１図に続く模式図、第１３図は本発明の第１実施例における薄膜型電子源の製法を説明する第１２図に続く模式図、第１４図は本発明の第１実施例の構造を用いた場合と従来構造を用いた場合の再陽極酸化の特性を比較した説明図、第１５図は本発明による冷陰極型フラットパネルディスプレイの第２実施例の薄膜型電子源の素子の模式断面図、第１６図は本発明の第２実施例における薄膜型電子源の製法を説明する模式図、第１７図は本発明の第２実施例における薄膜型電子源の製法を説明する第１６図に続く模式図、第１８図は本発明の第２実施例における薄膜型電子源の製法を説明する第１７図に続く模式図、第１９図は本発明の第２実施例における薄膜型電子源の製法を説明する第１８図に続く模式図、第２０図は本発明の第２実施例における薄膜型電子源の製法を説明する第１９図に続く模式図、第２１図は本発明の第２実施例における薄膜型電子源の製法を説明する第２０図に続く模式図、第２２図は本発明の第２実施例における薄膜型電子源の製法を説明する第２１図に続く模式図、第２３図は本発明の第２実施例における薄膜型電子源の製法を説明する第２２図に続く模式図、第２４図は本発明の第２実施例における薄膜型電子源の製法を説明する第２３図に続く模式図、第２５図は本発明の第２実施例における薄膜型電子源の製法を説明する第２４図に続く模式図、第２６図は本発明の第２実施例の構造を用いた場合と第１実施例の構造を用いた場合の動作寿命特性を比較した説明図、第２７図は本発明の第３実施例における薄膜型電子源の製法を説明する模式図、第２８図は本発明の第３実施例における薄膜型電子源の製法を説明する第２７図に続く模式図、第２９図は本発明の第３実施例における薄膜型電子源の製法を説明する第２８図に続く模式図、第３０図は本発明の第３実施例における薄膜型電子源の製法を説明する第２９図に続く模式図、第３１図は本発明の第３実施例における薄膜型電子源の製法を説明する第３０図に続く模式図、第３２図は本発明の第３実施例における薄膜型電子源の製法を説明する第３１図に続く模式図、第３３図は本発明の第３実施例における薄膜型電子源の製法を説明する第３２図に続く模式図、第３４図は本発明の第３実施例における薄膜型電子源の製法を説明する第３３図に続く模式図、第３５図は本発明の第４実施例における薄膜型電子源の製法を説明する模式図、第３６図は本発明の第４実施例における薄膜型電子源の製法を説明する第３５図に続く模式図、第３７図は本発明の第４実施例における薄膜型電子源の製法を説明する第３６図に続く模式図、第３８図は本発明の第４実施例における薄膜型電子源の製法を説明する第３７図に続く模式図、第３９図は本発明の第４実施例における薄膜型電子源の製法を説明する第３８図に続く模式図、第４０図は本発明の第４実施例における薄膜型電子源の製法を説明する第３９図に続く模式図、第４１図は本発明の第４実施例における薄膜型電子源の製法を説明する第４０図に続く模式図、第４２図は本発明の第４実施例における薄膜型電子源の製法を説明する第４１図に続く模式図、第４３図は本発明の第４実施例における薄膜型電子源の製法を説明する第４２図に続く模式図、第４４図は本発明の第２実施例の薄膜型電子源を用いた冷陰極型フラットパネルディスプレイの電子源基板の構造を説明する模式図、第４５図は本発明の冷陰極型フラットパネルディスプレイを構成する蛍光面基板の一例を説明する模式図、第４６図は第４４図の電子源基板と第４５図の蛍光面基板を貼り合わせた冷陰極型フラットパネルディスプレイの構成を説明する第４５図のＡ−Ａ’断面およびＢ−Ｂ’断面に相当する模式断面図、第４７図は本発明による冷陰極型フラットパネルディスプレイの駆動系を説明する回路結線図、第４８図は第４７図の駆動系における駆動電圧波形図、第４９図は本発明による冷陰極型フラットパネルディスプレイの第５実施例を説明する電子源基板の電子放出部を模式的に説明する要部断面図、第５０図は本発明の第５実施例における薄膜型電子源の製法を説明する模式図、第５１図は本発明の第５実施例における薄膜型電子源の製法を説明する第５０図に続く模式図、第５２図は本発明の第５実施例における薄膜型電子源の製法を説明する第５１図に続く模式図、第５３図は本発明の第５実施例における薄膜型電子源の製法を説明する第５２図に続く模式図、第５４図は本発明の第５実施例における薄膜型電子源の製法を説明する第５３図に続く模式図、第５５図は本発明の第５実施例における薄膜型電子源の製法を説明する第５４図に続く模式図、第５６図は本発明の第５実施例における薄膜型電子源の製法を説明する第５５図に続く模式図、第５７図は本発明の第５実施例における薄膜型電子源の製法を説明する第５６図に続く模式図、第５８図は本発明の第５実施例における薄膜型電子源の製法を説明する第５７図に続く模式図、第５９図は本発明の第５実施例における薄膜型電子源の製法を説明する第５８図に続く模式図、第６０図は本発明の第５実施例の電子源基板の模式的説明図、第６１図は第６０図に示した電子源基板と組み合わせる蛍光面基板の模式的説明図、第６２図は第６０図に示した電子源基板と第６１図に示した蛍光面基板とを張り合わせた冷陰極型フラットパネルディスプレイの構成を説明する断面図である。

以下、本発明の実施の形態を添付の図面に従ってより詳細に説明する。第３図は本発明による冷陰極型フラットパネルディスプレイの第１実施例の電子源基板の電子放出部を模式的に説明する要部断面図、第４図〜第１４図は第３図に示した電子源基板の製造方法の説明図である。
本実施例の電子源基板の電子放出部はＭＩＭ型電子源素子で構成される。第３図において、参照符号１０はガラスを好適とする絶縁基板、１１は下部電極、１２はトンネル絶縁膜、１３は上部電極、１４は第一層間絶縁膜、１６は上部電極給電配線を示す。また、１７は表面保護層であり、１７ａは表面保護膜下層、１７ａは表面保護膜上層である。
第３図に示されたように、本実施例のＭＩＭ型電子源素子は、その上部電極１３が上部電極給電配線１６のテーパー状の端部と電気的に接続されている。以下、この構造のＭＩＭ型電子源素子の製造方法を第４図〜第１４図を順に参照して説明する。
まず、第４図に示したように、ガラス等の絶縁性の基板１０上に下部電極１１用の金属膜を成膜する。この下部電極１１の材料としてはＡｌ（アルミニウム）やＡｌ合金を用いる。ここでは、Ｎｄ（ネオジム）を２原子量％ドープしたＡｌ−Ｎｄ合金を用いる。
このＡｌ−Ｎｄ合金の成膜には、例えば、スパッタリング法を用い、膜厚は３００ｎｍとした。成膜後、ホトリソグラフィ工程、エッチング工程により第４図に示すようなストライプ形状の下部電極１１を形成する。エッチングは、例えば燐酸、酢酸、硝酸の混合水溶液（ＰＡＮ）を処理液としてウェットエッチングを適用する。
次に、第一層間絶縁層１４、トンネル絶縁膜１２の形成方法を第５図と第６図を参照して説明する。まず、下部電極１１上の電子放出部となる部分をレジスト膜１９で覆い、その他の部分を選択的に厚く陽極酸化し、第一層間絶縁層１４とする。この陽極酸化処理の化成電圧を１００Ｖとすれば、厚さ約１３６ｎｍの第一層間絶縁層１４が形成される。
次に、レジスト膜１９を除去し、残りの下部電極１１の表面を陽極酸化する。このときの化成電圧を例えば６Ｖとすれば、下部電極１１上に厚さ約１０ｎｍのトンネル絶縁層１２が形成される（第６図参照）。
第８図では、上部電極給電配線１６と第二層間絶縁層１５を成膜する。上部電極給電配線１６の材料としては、ＡｌもしくはＡｌ合金が好ましく、特にＮｄを２原子量％ドープしたＡｌ−Ｎｄ合金が好適である。ここではスパッタ法によりＡｌ−Ｎｄ合金を５００ｎｍ厚に成膜した。この際、基板１０の温度を室温より高く設定してＡｌ合金の粒径を大きくし、より抵抗率を下げた。
第二層間絶縁層１５の材料としては、Ａｌやその陽極酸化膜に対し選択エッチングできる絶縁膜材料が特に望ましい。例えば、ＣＦ４を用いたドライエッチングができるＳｉ酸化物やＳｉ窒化物などの絶縁膜材料を用いるのが好適である。ＣＦ_４などのフッ化物系エッチングガスを用いたドライエッチング法は下部電極のＡｌやＡｌ合金、およびその陽極酸化膜に対し、Ｓｉ酸化物やＳｉ窒化物を高い選択比でエッチングできる。
ここでは、第二層間絶縁層１５としてＳｉ酸化物を用い、その膜厚は薄膜型電子源の駆動電圧Ｖｄ（本実施例では５〜１０Ｖ）やトンネル絶縁層１２の化成電圧ＶＡ（本実施例では６Ｖ）で絶縁破壊しない十分な膜厚（本実施例では４０ｎｍ：耐電圧は約４０Ｖ）とした。
次に、図８に示したように、ホトリソグラフィ工程、エッチング工程により上部電極給電配線１６を下部電極１１とは直交する方向にストライプ状に加工する。ウェットエッチングには、例えば、燐酸、酢酸、硝酸の混合水溶液（ＰＡＮ）を処理液として使用する。このとき、第二層間絶縁層１５はエッチングストッパーの役割を担うので、上記ウェットエッチング液による第一層間絶縁層１４への損傷は無視することができる。
図９では、表面保護膜１７を形成する。表面保護膜１７は表面保護膜下層１７ａと表面保護膜上層１７ｂからなり、例えば半導体素子等で絶縁膜として一般的に用いられているものを利用できる。すなわち、材料としてはＳＩＯ、ＳｉＯ_２、リン珪酸ガラス、ホウ珪酸ガラス等のガラス類、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ａｌ_２Ｏ_３、ポリイミドなどが利用できる。
また、成膜法としては、スパッタリング法、真空蒸着法、化学気相成長法、塗布法などを用いることができる。例えば、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｓｉ_３Ｎ_４などの成膜にはスパッタリング法や化学気相成長法、ＳｉＯ_２の成膜には真空蒸着法、リン珪酸ガラスやホウ珪酸ガラス等のガラス類やポリイミドは塗布法などを用いることができる。
本実施例では、表面保護膜下層１７ａにＳｉ_３Ｎ_４を、表面保護膜上層１７ｂにＳｉＯ_２からなる多層膜を使用し、膜厚はそれぞれ３００ｎｍとした。
この表面保護膜１７は、上部電極を画素毎に分離させるとともに、パネルが完成した段階では、支柱に掛かる大気圧から電子源素子を保護する役割がある。
図１０では、電子放出部を開けるために、ホトリソグラフィとドライエッチングにより表面保護膜１７の一部を開口する。ドライエッチングのガスにはＣＦ_４とＯ_２との混合ガスが好適である。ＣＦ_４などのフッ化物系エッチングガスを用いたドライエッチング法は表面保護膜１７のＳｉＯ_２膜やＳｉ_３Ｎ_４膜を上部電極給電配線１６のＡｌ合金に対し高い選択比でエッチングするので、上部電極給電配線１６をストッパー膜として表面保護膜１７のみを加工することが可能である。
これに加えて、本実施例では、表面保護膜１７を構成する２つの膜（表面保護膜下層１７ａと表面保護膜上層１７ｂ）は、それぞれ異なる速さでエッチングされるため、層間絶縁膜下層１７ａがより大きなサイドエッチングを受け、表面保護膜下層１７ａが表面保護膜上層１７ｂよりも後退し、この部分に“ひさし”構造が形成される。
図１１では、ホトリソグラフィによりレジストパターンを付与し、上述の燐酸、酢酸、硝酸の混合水溶液（ＰＡＮ）を使用して電子放出部の上部電極給電配線１６を除去する。この際、電子放出部において後から作られる上部電極１３との電気的な接続を図るため、剥離を伴いながらエッチングが進行するよう、レジストの硬化温度を通常より下げて密着力を落とした。
これにより、上部電極給電配線１６の端部には、順傾斜形状すなわち極めて緩やかなテーパー（テーパー角が１０度以下）がついた。
図１２において、ホトリソグラフィ工程、ＣＦ_４とＯ_２の混合ガスを用いたドライエッチング工程により第二層間絶縁層１５のＳｉＯ_２を除去し、トンネル絶縁膜１２を囲うように電子放出部を開口する。
ＣＦ_４などのフッ化物系エッチングガスを用いたドライエッチング法は、第二層間絶縁層１５のＳｉＯ_２を、Ａｌ合金の陽極酸化膜からなるトンネル絶縁膜１２、および第一層間絶縁層１４に対し高い選択比でエッチングするので、トンネル絶縁膜１２へのダメージを少なくすることができる。
またこの時、エッチング条件を調整して、第二層間絶縁層１５のＳｉＯ_２に較べてレジストマスクが速くエッチングされるように調整して、端部に緩やかな傾斜形状を与えるようにした。これによりこの部分における上部電極の被服不良を防止することができた。露出したトンネル絶縁膜１２には、再度陽極酸化を施し、加工による損傷を修復する。
最後に、図１３に示したように、上部電極膜１３を形成して電子源基板が完成する。上部電極膜１３の成膜はスパッタで行う。上部電極１３としては、例えばＩｒ、Ｐｔ、Ａｕの積層膜を用い、それぞれの膜厚は数ｎｍとする。この際、上部電極１３は、前述の“ひさし”部で被覆不良を起こして画素毎に分離される。これにより、ホトリソグラフィ等に起因する上部電極やトンネル絶縁膜１２への付随的な汚染や加工損傷を回避することができる。
本実施例の効果は、画像表示を行うことにより直接確認することができるが、それ以外にも前述の再陽極酸化特性を見ることでも確認出来る。
図１４は本発明の第１実施例の構造を用いた場合と従来構造を用いた場合の再陽極酸化の特性を比較した説明図であり、化成電圧ＶＡ＝６Ｖ時の定電圧印加状態における本発明の第１実施例の構造の再陽極酸化の化成電流特性を（ａ）、第二層間絶縁層１５を有しない従来構造の再陽極酸化の化成電流特性を（ｂ）に示す。
図１４（ａ）に示されたように、第二層間絶縁層１５を有しない従来構造では、酸化中に第一層間絶縁層１４に絶縁破壊が度々生じ、化成電流の増大が観測される。これに対し、第二層間絶縁層１５を有する本実施例の構造では、図１４（ａ）に示されたように、化成電流は酸化の進行により単調に減少している。これは、本発明の構造が、第一層間絶縁層１４の欠陥があっても第二層間絶縁層１５が欠陥を保護し、化成電圧ＶＡに対し十分な絶縁耐性を確保していることを示している。これは第二層間絶縁層１５の欠陥が、第一層間絶縁層１４の欠陥位置と重なる可能性は極めて稀だからである。
なお、本実施例では、上部電極給電配線１６の形成前にトンネル絶縁膜１２をあらかじめ陽極酸化で形成し、上部電極給電配線１６等の加工後、トンネル絶縁膜１２の再酸化を行ってダメージを修復した。これに対し、上部電極給電配線１６等の加工後、初めてトンネル絶縁層１２の陽極酸化を行うことも可能である。この方法では、トンネル絶縁膜１２を形成する酸化が１回で済むため工程短縮が可能となる。
本実施例の構造を有する電子源基板と蛍光面基板の貼り合わせて冷陰極型フラットパネルディスプレイを構成したところ、画素欠陥の発生を低減して信頼性を向上した冷陰極型フラットパネルディスプレイが得られた。
次に、本発明の第２実施例について説明する。
第１５図は本発明による冷陰極型フラットパネルディスプレイの第２実施例の電子源基板の電子放出部を模式的に説明する要部断面図、第１６図〜第２５図は第１５図に示した電子源基板の製造方法の説明図である。
第１５図に示されたように、本実施例の電子源基板の電子放出部は、第二層間絶縁層１５の開口領域がトンネル絶縁膜１２の領域の内側に設けられている点を特徴とし、他の構成は第３図で説明したものと同様である。
第１６図〜第２５図を参照して図１５に示した断面構造をもつ電子放出部について、その製造方法を説明する。本実施例による電子放出部は、層間絶縁膜の欠陥による下部電極と上部電極給電配線との初期的な短絡不良を低減するのみならず、トンネル絶縁膜１２の膜質を向上させて、経時的絶縁破壊を抑制する効果がある。
図１６において、ガラス等の絶縁性の基板１０上に下部電極１１用の金属膜を成膜する。下部電極１１の構成材料としてはＡｌやＡｌ合金を用いる。ここでは、Ｎｄを２原子量％ドープしたＡｌ−Ｎｄ合金を用いた。この成膜には、例えば、スパッタリング法を用い、その膜厚は３００ｎｍとした。成膜後はホトリソグラフィ工程、エッチング工程により図３に示すようなストライプ形状の下部電極１１を形成する。エッチングは例えば燐酸、酢酸、硝酸の混合水溶液によるウェットエッチングを適用する。
次に、保護絶縁膜１４、トンネル絶縁膜１２の形成方法を第１７図と第１８図を用いて説明する。まず、下部電極１１上の電子放出部となる部分をレジスト膜１９で覆い、その他の部分を選択的に厚く陽極酸化して第一層間絶縁層１４とする。化成電圧を１００Ｖとすれば、厚さ約１３６ｎｍの第一層間絶縁層１４が形成される。
次に、レジスト膜１９を除去し、残りの下部電極１１の表面を陽極酸化する。この陽極酸化は、例えば、化成電圧を６Ｖとすれば、下部電極１１上に厚さ約１０ｎｍのトンネル絶縁層１２が形成される。ここでの陽極酸化に使用する化成液として、特開平１１−１３５３１６号公報に記載された非水系化成液を用いると、トンネル絶縁膜１２の膜質向上が期待できる。
上記特開平１１−１３５３１６号公報において、これらの化成液で陽極酸化したトンネル絶縁膜は、経時的な絶縁破壊に対して耐性を有することが開示されている。
第１９図では上部電極給電配線１６と第二層間絶縁層１５を成膜する。上部電極給電配線１６の材料としては、ＡｌもしくはＡｌ合金が好ましく、特にＮｄを２原子量％ドープしたＡｌ−Ｎｄ合金が好適である。ここではスパッタ法によりＡｌ−Ｎｄ合金を５００ｎｍ厚に成膜した。この際、基板１０の温度を室温より高く設定してＡｌ合金の粒径を大きくし、より抵抗率を下げた。
第二層間絶縁層１５の材料としては、Ａｌやその陽極酸化膜に対し選択エッチングできる絶縁膜材料が特に望ましい。例えば、ＣＦ_４を用いたドライエッチングできるＳｉ酸化物やＳｉ窒化物などの絶縁膜材料を用いるのが好適である。
ＣＦ_４などのフッ化物系エッチングガスを用いたドライエッチング法は下部電極のＡｌやＡｌ合金、およびその陽極酸化膜に対し、Ｓｉ酸化物やＳｉ窒化物を高い選択比でエッチングできる。
ここでは、第二層間絶縁層１５としてＳｉ酸化物を用い、その膜厚は薄膜型電子源の駆動電圧Ｖｄ（本実施例では５〜１０Ｖ）や絶縁層１２の化成電圧ＶＡ（本実施例では６Ｖ）で絶縁破壊しない十分な膜厚（本実施例では４０ｎｍ：耐電圧は約４０Ｖ）とした。
第２０図において、ホトリソグラフィ工程、エッチング工程により上部電極給電配線１６を下部電極１１とは直交する方向にストライプ状に加工する。ウェットエッチングには、例えば、燐酸、酢酸、硝酸の混合水溶液（ＰＡＮ）を使用する。このとき、第二層間絶縁層１５はエッチングストッパーの役割を担うので、上記ウェットエッチング液による第一層間絶縁層１４への損傷は無視することができる。
第２１図では表面保護膜１７を形成する。表表面保護膜１７は表面保護膜下層１７ａと表面保護膜上層１７ｂからなり、この面保護膜１７は、例えば半導体素子等で絶縁膜として一般的に用いられているものを利用できる。すなわち、材料としてはＳｉＯ、ＳｉＯ_２、リン珪酸ガラス、ホウ珪酸ガラス等のガラス類、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ａｌ_２Ｏ_３、ポリイミドなどが利用できる。また成膜法としては、スパッタリング法、真空蒸着法、化学気相成長法、塗布法などを用いることができる。
例えば、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｓｉ_３Ｎ_４などの成膜にはスパッタリング法や化学気相成長法、ＳｉＯ_２の成膜には真空蒸着法、リン珪酸ガラスやホウ珪酸ガラス等のガラス類やポリイミドは塗布法などを用いることができる。本実施例では、表面保護膜下層１７ａにＳｉ_３Ｎ_４を、表面保護膜上層１７ｂにはＳｉＯ_２からなる多層膜を使用し、膜厚はそれぞれ３００ｎｍとした。
この表面保護膜１７は、上部電極１１を画素毎に分離させるとともに、パネルディスプレイが完成した段階では、電子源基板と蛍光面基板の貼り合わせ間隔を規定する支柱に掛かる大気圧から電子源素子を保護する役割がある。
第２２図では、電子放出部を開けるために、ホトリソグラフィとドライエッチングにより表面保護膜１７の一部を開口する。ドライエッチングのガスにはＣＦ_４とＯ_２との混合ガスが好適である。ＣＦ_４などのフッ化物系エッチングガスを用いたドライエッチング法は表面保護膜１７のＳｉＯ_２やＳｉ_３Ｎ_４膜を上部電極給電配線１６のＡｌ合金に対し高い選択比でエッチングするので、上部電極給電配線１６をストッパー膜として表面保護膜１７のみを加工することが可能である。これに加えて、本実施例では、表面保護膜１７を構成する２つの膜（表面保護膜下層１７ａと表面保護膜上層１７ｂ）は、それぞれ異なる速さでエッチングされるため、層間絶縁膜下層１７ａがより大きなサイドエッチングを受け、表面保護膜下層１７ａが表面保護膜上層１７ｂよりも後退し、この部分に“ひさし”構造が形成される。
第２３図では、ホトリソグラフィによりレジストパターンを付与し、上述の燐酸、酢酸、硝酸の混合水溶液（ＰＡＮ）を使用して電子放出部の上部電極給電配線１６を除去する。この際、電子放出部において後から作られる上部電極１３との電気的な接続を図るため、剥離を伴いながらエッチングが進行するよう、レジストの硬化温度を通常より下げて密着力を落とした。これにより、上部電極給電配線１６の端部には、順傾斜形状すなわち極めて緩やかなテーパー（テーパー角が１０度以下）がついた。
第２４図では、ホトリソグラフィ工程、ＣＦ_４とＯ_２との混合ガスを用いたドライエッチング工程により第二層間絶縁層１５のＳｉＯ_２をドライエッチングし、トンネル絶縁膜１２を囲うように電子放出部を開口する。ＣＦ_４などのフッ化物系エッチングガスを用いたドライエッチング法は第二層間絶縁層１５のＳｉＯ_２を、Ａｌ合金の陽極酸化膜からなるトンネル絶縁膜１２、および第一層間絶縁層１４に対し高い選択比でエッチングするので、トンネル絶縁膜１２へのダメージを少なくすることができる。
またこの時、エッチング条件を調整して、第二層間絶縁層１５のＳｉＯ_２に較べてレジストマスクが速くエッチングされるように調整して、端部に緩やかな傾斜形状を与えるようにした。これによりこの部分における上部電極の被服不良に起因する断線を防止することができた。露出したトンネル絶縁膜１２には、再度陽極酸化を施し、加工による損傷を修復する。
最後に、第２５図に示したように、上部電極膜１３を形成して電子源基板が完成する。上部電極膜１３の成膜はスパッタで行う。上部電極１３としては、例えばＩｒ、Ｐｔ、Ａｕの積層膜を用い、それぞれの膜厚は数ｎｍとする。この際、上部電極１３は、前述の“ひさし”部で被覆不良を起こし、画素毎に分離される。これによりホトリソグラフィ等に起因する上部電極膜１３やトンネル絶縁膜１２への付随的な汚染や加工損傷を回避することができる。
第２６図は本発明の第２実施例の構造を用いた場合と第１実施例の構造を用いた場合の動作寿命特性を比較した説明図である。第２６図は、一定電流をダイオードに流すのに必要なダイオード電圧の増分を動作時間に対して測定してプロットしたものである。
トンネルダイオードにおいて、絶縁膜に注入された電子は、伝導帯を走行するうちに非弾性散乱を受け、一部が絶縁膜中に捕獲される。捕獲された電子は絶縁膜中の電界を緩和するため、障壁の厚さが増す。これにより、電子注入が抑制される。従って、一定のダイオード電流を保つためには、印加する電圧を増やす必要がある。本発明者等の経験では、この電圧増加分が０．５Ｖに達すると絶縁膜が真性破壊に至る傾向にあることが判っている。
本発明の第１実施例で説明したＭＩＭ型の電子放出構造の場合、ダイオード電圧の上昇は３，０００時間で０．３Ｖ、その後１０，０００時間で絶縁破壊に至った。これに対し、本発明の第２実施例の構造の場合、電圧上昇は２０，０００時間経過の時点で０．２Ｖであり、破壊に至っていないことが確認された。
この理由については、まだ不明な点もあるが、本発明者らは次のように考えている。
第１実施例と第２実施例の違いは、電子放出領域を定める方式にある。第１実施例では、第一層間絶縁層により境界が形成されている。第一層間絶縁層では、非酸化領域を作るため、レジストパターンをマスクとした局所酸化の手法を用いている。この場合、レジストパターンのエッジにおいて酸化が完全に抑止されることはない。
実際には、それより１μｍ程度横方向内側まで酸化が進行する。この横方向の酸化進行により、酸化膜厚がゼロ（もしくは、自然酸化膜）から１４０ｎｍ（１００Ｖ酸化）まで連続的に変化した中間領域が形成される。この状態で次工程に進み、陽極酸化によりトンネル酸化膜を形成すると、この中間領域で６Ｖに相当する膜厚をもつ部分までが、再度酸化を受けることになる。いわば二重の酸化を受けたこの領域は、トンネル酸化膜と層間絶縁膜の中間的な性質を示す。正常なトンネル絶縁膜領域に比べ、この領域にはトラップ順位や欠陥が多く含まれていると推定され、トンネルダイオードとして動作させると、電子注入に対して経時劣化が顕著に現れると考らえる。
これに対し第２実施例では、上記中間領域は第二層間絶縁層に覆われるために、トンネルダイオードの動作には寄与しない。これが経時的な絶縁破壊モードを抑制することが出来る理由であると考えられる。
本実施例の構造を有する電子源基板と蛍光面基板の貼り合わせて冷陰極型フラットパネルディスプレイを構成したところ、画素欠陥の発生を低減して信頼性を向上した冷陰極型フラットパネルディスプレイが得られた。
次に、本発明の第３実施例を第２７図〜第３３図を参照して詳細に説明する。本実施例は、第二層間絶縁層１５の開口領域がトンネル絶縁膜１２の領域の内側に設けられている点では、第２実施例と同様の構造である。しかし、本実施例は、テーパー加工のバス配線を用いる代わりに、接続用の薄膜電極を持つことを特徴としている。この構造は、第２実施例２に比べ、テーパー加工のプロセスが不要なため、バス配線の厚膜化に対応しやすいという利点がある。
本実施例は、電子源基板にトンネル絶縁膜１２を形成するまでは、第２実施例を説明する第１６図〜第１８図と同じであるので繰り返しの説明は省略し、バス電極の形成から説明する。
第２７図では、トンネル絶縁膜１２の上に上部電極給電配線１６と第二層間絶縁層１５を成膜する。本実施例では、上部電極給電配線１６は上部電極給電配線下層１６ａと上部電極給電配線上層１６ｂの二層構造となっている。
上部電極給電配線下層１６ａの材料としては、高融点金属、例えばＴｉ、Ｃｒ、Ｗ等、Ｍｏ、Ｎｂまたはそれらのケイ素化合物（シリサイド）が好ましい。特に、第二層間絶縁層１５に対して選択的にウェットエッチングが出来ることから、Ｃｒ、Ｗが好適である。上部電極給電配線上層１６ｂの材料としては、ＡｌもしくはＡｌ合金が好ましく、特にＮｄを２原子量％ドープしたＡｌ−Ｎｄ合金が好適である。ここでは、スパッタ法によりＣｒとＡｌ−Ｎｄ合金を、それぞれ２０ｎｍと５００ｎｍ厚に成膜した。この際、基板温度を室温より高く設定してＡｌ合金の粒径は大きくし、より抵抗率を下げることも可能である。
第二層間絶縁層１５としては、Ａｌやその陽極酸化膜に対し選択エッチングできる絶縁膜材料が特に望ましい。例えば、ＣＦ_４を用いたドライエッチングできるＳｉ酸化物やＳｉ窒化物などの絶縁膜材料を用いるのが好適である。
ＣＦ_４などのフッ化物系エッチングガスを用いたドライエッチング法は下部電極のＡｌやＡｌ合金、およびその陽極酸化膜に対し、Ｓｉ酸化物やＳｉ窒化物を高い選択比でエッチングできる。
ここでは、第二層間絶縁層１５としてＳｉ酸化物を用い、膜厚は薄膜型電子源の駆動電圧Ｖｄ（本実施例では５〜１０Ｖ）や絶縁層１２の化成電圧ＶＡ（本実施例では６Ｖ）で絶縁破壊しない十分な膜厚（本実施例では４０ｎｍ：耐電圧は約４０Ｖ）とした。
第２８図では、ホトリソグラフィ工程、エッチング工程により上部電極給電配線１６ａ及び１６ｂを下部電極１１とは直交する方向にストライプ状に加工する。ウェットエッチングには、例えば、Ａｌ合金に対しては燐酸、酢酸、硝酸の混合水溶液（ＰＡＮ）を、Ｃｒに対しては硝酸セリウム二アンモニウム水溶液を使用する。このとき第二層間絶縁層１５は、エッチングストッパーの役割を担うので、上記ウェットエッチング液による第一層間絶縁層１４への損傷は無視することができる。
第２９図では表面保護膜を形成する。表面保護膜１７は例えば半導体素子等で絶縁膜として一般的に用いられているものを利用できる。すなわち、表面保護膜１７の材料としては、ＳｉＯ、ＳｉＯ_２、リン珪酸ガラス、ホウ珪酸ガラス等のガラス類、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ａｌ_２Ｏ_３、ポリイミドなどが利用できる。
また、成膜法としては、スパッタリング法、真空蒸着法、化学気相成長法、塗布法などを用いることができる。例えば、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｓｉ_３Ｎ_４などの成膜にはスパッタリング法や化学気相成長法、ＳｉＯ_２の成膜には真空蒸着法、リン珪酸ガラスやホウ珪酸ガラス等のガラス類やポリイミドは塗布法などを用いることができる。
本実施例では、表面保護膜下層１７ａにＳｉ３ Ｎ４を、表面保護膜上層１７ｂにはＳｉＯ_２からなる多層膜を使用し、膜厚はそれぞれ３００ｎｍとした。この表面保護膜１７は、上部電極１３を画素毎に分離させるとともに、パネルディスプレイが完成した段階では、電子源基板と蛍光面基板の貼り合わせ間隔を規定する支柱に掛かる大気圧から電子源素子を保護する役割がある。
第３０図では、電子放出部を開けるために、ホトリソグラフィとドライエッチングにより表面保護膜１７の一部を開口する。ドライエッチングのガスにはＣＦ_４とＯ_２との混合ガスが好適である。ＣＦ_４などのフッ化物系エッチングガスを用いたドライエッチング法は、表面保護膜１７のＳｉＯ_２やＳｉ_３Ｎ_４膜を上部電極給電配線１６のＡｌ合金に対し高い選択比でエッチングするので、上部電極給電配線上層１６ｂをストッパー膜として表面保護膜１７のみを加工することが可能である。
これに加えて、本実施例では、表面保護膜１７を構成する２つの膜（表面保護膜下層１７ａと表面保護膜上層１７ｂ）は、それぞれ異なる速さでエッチングを受けるため、層間絶縁膜下層１７ａがより大きなサイドエッチングを受け、表面保護膜下層１７ａが表面保護膜上層１７ｂよりも後退し、この部分に“ひさし”構造が形成される。
第３１図では、ホトリソグラフィによりレジストパターンを付与し、上述の燐酸、酢酸、硝酸の混合水溶液（ＰＡＮ）を使用して電子放出部の上部電極給電配線上層１６ｂを除去する。
続いて、第３２図に示したように、ホトリソグラフィによりレジストパターンを付与し、上述の硝酸セリウム二アンモニウム水溶液を使用して、電子放出部の上部電極給電配線下層１６ａを除去する。この際、電子放出部において後から作られる上部電極１３との電気的な接続を図るため、上部電極給電配線下層１６ａが上部電極給電配線上層１６ｂからはみ出すようにパターニングする。上部電極給電配線下層１６ａの厚さは僅か数十ｎｍなので、この部分で段切れを起こすことなく上部電極１３との電気的接続をとることができる。
第３３図では、ホトリソグラフィ工程、ＣＦ４とＯ２との混合ガスを用いたドライエッチング工程により第二層間絶縁層１５のＳｉＯ_２をドライエッチングし、トンネル絶縁膜１２の内側に電子放出部を開口する。
ＣＦ_４などのフッ化物系エッチングガスを用いたドライエッチング法は第二層間絶縁層１５のＳｉＯ_２を、Ａｌ合金の陽極酸化膜からなるトンネル絶縁膜１２、および第一層間絶縁層１４に対し高い選択比でエッチングするので、トンネル絶縁膜１２へのダメージを少なくすることができる。
またこの時、エッチング条件を調整して、第二層間絶縁層１５のＳｉＯ_２に較べてレジストマスクが速くエッチングされるように調整して、端部に緩やかな傾斜形状を与えるようにした。これにより、この部分における上部電極１３の被服不良に起因する断線を防止することができる。露出したトンネル絶縁膜１２には再度陽極酸化を施し、加工による損傷を修復する。
最後に、第３４図に示したように、上部電極膜１３を形成して電子源基板が完成する。上部電極膜１３の成膜はスパッタで行う。上部電極１３としては、例えばＩｒ、Ｐｔ、Ａｕの積層膜を用い、それぞれの膜厚は数ｎｍとする。この際、上部電極１３は、前述の“ひさし”部で被覆不良を起こし、画素毎に分離される。これにより、ホトリソグラフィ等に起因する上部電極１３やトンネル絶縁膜１２への付随的な汚染や加工損傷を回避することができる。
本実施例では、上部電極給電配線１６に上部電極１３との接続のためのテーパー加工を施す必要がない。このことは、レジストとの選択比と無関係に上部電極給電配線１６の膜厚を設定できることを意味し、当該給電配線１６の低抵抗化を図るのに有利な素子構造であると言える。
本実施例の構造を有する電子源基板と蛍光面基板の貼り合わせて冷陰極型フラットパネルディスプレイを構成したところ、画素欠陥の発生を低減して信頼性を向上した冷陰極型フラットパネルディスプレイが得られた。
次に、本発明の第４実施例について、第３５図〜第４３図を参照して説明する。
本実施例は、第二層間絶縁層１５の開口領域がトンネル絶縁膜１２の領域の内側に設けられている点では先に説明した第２実施例２と同じである。しかし、本実施例では、厚い陽極酸化膜を第二層間絶縁層に用いる代わりに、第一層間絶縁層が第二層間絶縁層を兼ねている点に特徴を有する。この構造は、第２実施例に比べ、局所的に厚い陽極酸化を施す処理が無いため、製造工程を簡略化できるという利点がある。
まず、第３５図に示したように、第２実施例と同じように、基板１０上に下部電極配線１１を形成する。
次に、第３６図では、下部電極配線１１を陽極酸化して、全面にトンネル絶縁膜１２を形成する。この形成条件は第２実施例で開示した条件に従う。
第３７図では、上部電極給電配線１６と第二層間絶縁膜下層１４ａ及び第二層間絶縁膜上層１４ｂを成膜する。
本実施例では、第二層間絶縁層１４を二層構造とした。これは、第二層間絶縁層１４の端部で上部電極１３が被服不良起こして断線しないように、順傾斜形状すなわち緩やかな傾斜形状を持たせるためである。この傾斜形状の加工には、ドライエッチングに際してマスク材と被エッチング材の速度比を１より大にすればよい。
ここでは、第二層間絶縁膜上層１４ｂをマスク材と見立て、エッチング速度差を利用して傾斜構造を導入した。しかし、この他にも第二層間絶縁膜上層１４ｂの代わりに、マスク材として通常のレジストパターンを利用し、エッチング条件（ガス組成等）を調整して同じ目的を達成することも可能であることは言うまでもない。
第二層間絶縁層１４としては、Ａｌやその陽極酸化膜に対し選択エッチングできる絶縁膜材料が特に望ましい。例えばＣＦ_４を用いたドライエッチングできるＳｉ酸化物やＳｉ窒化物などの絶縁膜材料を用いるのが好適である。ＣＦ_４などのフッ化物系エッチングガスを用いたドライエッチング法は下部電極のＡｌやＡｌ合金、およびその陽極酸化膜に対し、Ｓｉ酸化物やＳｉ窒化物を高い選択比でエッチングできる。
ここでは、第二層間絶縁層下層１４ａとしてＳｉ酸化物を用い、その膜厚は薄膜型電子源の駆動電圧Ｖｄ（本実施例では５〜１０Ｖ）や絶縁層１２の化成電圧ＶＡ（本実施例では６Ｖ）で絶縁破壊しない十分な膜厚とする。本実施例では２００ｎｍ（耐電圧は約２００Ｖ）とした。第二層間絶縁層上層１４ｂとしては、窒化珪素ＳｉＮＸが好適である。ここでは、スパッタ法によりＳｉＯ_Ｘ、ＳｉＮ_Ｘ、Ａｌ合金をそれぞれ、２００ｎｍ、２０ｎｍ、５００ｎｍ厚に成膜した。Ａｌ合金の成膜の際、基板温度を室温より高く設定してＡｌ合金の粒径を大きくして抵抗率を下げることも可能である。
第３８図では、ホトリソグラフィ工程、エッチング工程により上部電極給電配線１６を下部電極１１とは直交する方向にストライプ状に加工する。ウェットエッチングには、例えば、Ａｌ合金に対しては燐酸、酢酸、硝酸の混合水溶液（ＰＡＮ）を使用する。このとき第二層間絶縁層１４はエッチングストッパーの役割を担うので、上記ウェットエッチング液による下部電極１１への損傷は無視することができる。
第３９図では表面保護膜１７を形成する。表面保護膜１７は、例えば半導体素子等で絶縁膜として一般的に用いられているものを利用できる。すなわち、表面保護膜１７の材料としては、ＳｉＯ、ＳｉＯ_２、リン珪酸ガラスやホウ珪酸ガラス等のガラス類、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ａｌ_２Ｏ_３、ポリイミドなどが利用できる。
また、この成膜法としては、スパッタリング法、真空蒸着法、化学気相成長法、塗布法などを用いることができる。例えば、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｓｉ_３Ｎ_４などの成膜にはスパッタリング法や化学気相成長法、ＳｉＯ_２の成膜には真空蒸着法、リン珪酸ガラスやホウ珪酸ガラス等のガラス類やポリイミドは塗布法などを用いることができる。
本実施例では、表面保護膜下層１７ａにＳｉ_３Ｎ_４を、表面保護膜上層１７ｂにはＳｉＯ_２からなる多層膜を使用し、その膜厚はそれぞれ３００ｎｍとした。この表面保護膜１７は、上部電極１３を画素毎に分離させるとともに、パネルディスプレイが完成した段階では、電子源基板と蛍光面基板の貼り合わせ間隔を規定する支柱に掛かる大気圧から電子源素子を保護する役割がある。
第４０図では、電子放出部を開けるために、ホトリソグラフィとドライエッチングにより表面保護膜１７の一部を開口する。ドライエッチングのガスにはＣＦ４とＯ２との混合ガスが好適である。ＣＦ４などのフッ化物系エッチングガスを用いたドライエッチング法は、表面保護膜１７のＳｉＯ_２やＳｉ_３Ｎ_４膜を上部電極給電配線１６のＡｌ合金に対し高い選択比でエッチングするので、上部電極給電配線上層１６ｂをストッパー膜として表面保護膜１７のみを加工することが可能である。
これに加えて、本実施例では、表面保護膜１７を構成する２つの膜（表面保護膜下層１７ａと表面保護膜上層１７ｂ）は、それぞれ異なる速さでエッチングを受けるため、層間絶縁膜下層１７ａがより大きなサイドエッチングを受け、この部分に“ひさし”構造が形成される。
第４１図では、ホトリソグラフィによりレジストパターンを付与し、上述の燐酸、酢酸、硝酸の混合水溶液（ＰＡＮ）を使用して電子放出部の上部電極給電配線上層１６を除去する。この際、電子放出部において後から作られる上部電極１３との電気的な接続を図るため、剥離を伴いながらエッチングが進行するよう、レジストの硬化温度を通常より下げて密着力を落とした。これにより、上部電極給電配線１６の端部には、順傾斜形状すなわち極めて緩やかなテーパー（テーパー角が１０度以下）がついた。
第４２図において、ホトリソグラフィ工程、ＣＦ４とＯ２との混合ガスを用いたドライエッチング工程により第二層間絶縁膜上層１４ｂのＳｉＮＸと第二層間絶縁膜下層１４ａのＳｉＯ_Ｘをドライエッチングして電子放出部を開口する。ＣＦ_４などのフッ化物系エッチングガスを用いたドライエッチング法は第二層間絶縁層１４を、Ａｌ合金の陽極酸化膜からなるトンネル絶縁膜１２に対し高い選択比でエッチングするので、トンネル絶縁膜１２へのダメージを少なくすることができる。
また、通常の条件下では、第二層間絶縁膜上層１４ｂのＳｉＮ_Ｘが第二層間絶縁膜下層１４ａのＳｉＯ_Ｘよりも早くエッチングされるため、緩やかな傾斜形状が付与される。露出したトンネル絶縁膜１２には再度陽極酸化を施し、加工による損傷を修復する。
最後に、第４３図で、上部電極膜１３を形成して電子源基板が完成する。上部電極膜１３の成膜はスパッタで行う。上部電極１３としては、例えば、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕの積層膜を用い、それぞれの膜厚は数ｎｍとする。この際、上部電極１３は前述の“ひさし”部で被覆不良を起こし、画素毎に分離される。これによりホトリソグラフィ等に起因する上部電極やトンネル絶縁膜１２への付随的な汚染や加工損傷を回避することができる。
本実施例の構造には、前述の第１実施例〜第３実施例における厚い陽極酸化膜からなる第一層間絶縁層がない。陽極酸化膜形成工程を減らせるため、製造工程の簡略化に有利な素子構造であると言える。
本実施例の構造を有する電子源基板と蛍光面基板の貼り合わせて冷陰極型フラットパネルディスプレイを構成したところ、画素欠陥の発生を低減して信頼性を向上した冷陰極型フラットパネルディスプレイが得られた。
次に、本発明による冷陰極型フラットパネルディスプレイの他の構成例について第４４図〜第４８図を参照して説明する。
第４４図は本発明の第２実施例の薄膜型電子源を用いた冷陰極型フラットパネルディスプレイの電子源基板の構造を説明する模式図である。電子源基板の薄膜型電子源はＭＩＭ型電子源である。なお、第２実施例〜第４実施例で説明した薄膜型電子源を有する電子源基板についても同様である。
第４４図において、前記各実施例と同一の参照符号は同一機能部分に対応する。
まず、第２実施例の手法にしたがって基板１０上にＭＩＭ型電子源を作製する。ここでは、（３×３）ドットのＭＩＭ型電子源基板の平面図とその断面図で説明する。但し、実際は表示ドット数に対応した数のＭＩＭ型電子源マトリクスを形成する。第１実施例から第４実施例では説明しなかったが、ＭＩＭ型電子源マトリクスを表示装置に使用する場合、下部電極１１、上部電極給電配線１６の電極端部は後述する駆動回路との接続のため電極面を露出しておかなければならない。
第４５図は本発明の冷陰極型フラットパネルディスプレイを構成する蛍光面基板の一例を説明する模式図である。参照符号１１０は蛍光面基板を構成する面板、１１１は赤色蛍光体、１１２は緑色蛍光体、１１３は青色蛍光体１１４はメタルバック、１２０はブラックマトリクスである。第４５図に示した蛍光面基板の製造方法を説明する。
面板１１０には透光性のガラスなどを用いる。まず、パネルディスプレイのコントラストを上げる目的で面板１１０にブラックマトリクス１２０を形成する。このブラックマトリクス１２０は次のようにして形成する。面板１１０にＰＶＡ（ポリビニルアルコール）と重クロム酸アンモニウムとを混合した溶液を面板１１０に塗布し、ブラックマトリクス１２０を形成したい部分以外に紫外線を照射して感光させた後、未感光部分を除去し、そこに黒鉛粉末を溶かした溶液を塗布し、ＰＶＡをリフトオフ（剥離）することにより形成する。
次に、赤色蛍光体１１１を形成する。赤色の蛍光体粒子にＰＶＡと重クロム酸アンモニウムとを混合した水溶液を面板１１０上に塗布し、赤色の蛍光体を形成する部分に紫外線を照射して感光させた後、未感光部分を流水で除去する。
このようにして赤色蛍光体１１１をパターン化する。このパターンは第４５図に示したようなストライプ状にパターン化する。同様にして、緑色蛍光体１１２と青色蛍光体１１３を形成する。
蛍光体としては、例えば赤色にＹ２ Ｏ２ Ｓ：Ｅｕ（Ｐ２２−Ｒ）を、緑色にＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ（Ｐ２２−Ｇ）を、青色にＺｎＳ：Ａｇ（Ｐ２２−Ｂ）を用いることができる。
３色の蛍光体を形成後、これらの蛍光体を覆ってニトロセルロースなどを形成してフィルミング膜を施し、さらにその上を覆って面板１１０全体にＡｌを膜厚７５ｎｍ程度の膜厚に蒸着してメタルバック１１４とする。このメタルバック１１４は加速電極（陽極）として働く。その後、面板１１０を大気中４００℃程度に加熱してフィルミング膜やＰＶＡなどの有機物を加熱分解する。このようにして蛍光面基板すなわち表示側基板が完成する。
第４６図は第４４図に示した電子源基板と第４５図に示した蛍光面基板を貼り合わせた冷陰極型フラットパネルディスプレイの構成の説明図であり、同図（ａ）は第４５図のＡ−Ａ’断面に相当する模式断面図、同図（ｂ）は同じく第４５図のＢ−Ｂ’断面に相当する模式断面図である。
第４５図で説明した蛍光面基板１１０と電子源基板１０とをスペーサ３０を介し、周囲の枠１１６をフリットガラス１１５等の接着剤を用いて封着する。蛍光面基板の面板１１０と電子源基板の基板１０の間の距離は１〜３ｍｍ程度になるようにスペーサ３０の高さを設定する。スペーサ３０は、例えばガラス板またはセラミックス板を用い、これを上部電極給電配線１６上に配置する。
このスペーサ３０を蛍光面基板１１０に有するブラックマトリクス１２０の下に配置することで、スペーサ３は蛍光体の発光を阻害しない。
ここでは、説明のため、赤色、緑色、青色に発光するドット毎、すなわち全ての上部電極給電配線１６の上方にスペーサ３０を立てているが、実際は機械強度が耐える範囲で、スペーサ３０の数（密度）を減らし、大体１ｃｍ置き程度に立てればよい。
第４６図ではスペーサ３０を一方向に並設した板状スペーサとして示してあるが、これに代えて支柱状のスペーサ、あるいは格子状のスペーサを使用して蛍光面基板１１０と電子源基板１０とを組み立てることができる。蛍光面基板１１０、電子源基板１０あるいは枠１１６には排気管（図示せず）が設けられ、また表示領域を避けた位置にゲッター材が収容される。
蛍光面基板１１０と電子源基板１０とを枠１１６で封着する。この封着はフリットガラス１１５を用いるのが望ましい。封着した後、封着された内部を図示しない排気管を通して１０ Ｔｏｒｒ程度の真空に排気し、封じ切る。封じ切り後、ゲッター材を活性化し、封着された内部を高真空に維持する。例えば、Ｂａを主成分とする蒸発型のゲッター材の場合、高周波誘導加熱等によりゲッター材を蒸発させてゲッター膜を形成する。また、Ｚｒを主成分とする非蒸発型ゲッター材を用いてもよい。このようにして、ＭＩＭ型電子源を用いた冷陰極型フラットパネルディスプレイが完成する。
上記の冷陰極型フラットパネルディスプレイでは、面板１１０と基板１０間の距離は１〜３ｍｍ程度と長いので、メタルバック１１４に印加する加速電圧を１〜１０ＫＶと高電圧にできる。したがって、蛍光体には上述したような陰極線管（ＣＲＴ）用の蛍光体を使用できる。
第４７図は本発明による冷陰極型フラットパネルディスプレイの駆動系の一例を説明する回路結線図、第４８図は第４７図の駆動系における駆動電圧波形図である。第４７図において、下部電極１１は走査線駆動回路４０へ結線され、上部電極給電配線１６は信号線駆動回路５０に結線される。説明の簡単化のため、第４７図には冷陰極型フラットパネルディスプレイの表示領域を（３×３）画素で示し、走査線駆動回路４０は走査線給電回路Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を有し、信号線駆動回路５０は信号線給電回路Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３を有する。
したがって、ここではｍ＝３、ｎ＝３である（ｍ×ｎ）画素から構成され、走査線駆動回路４０は走査線給電回路Ｓｍ（ｍ＝１、２、３）で、信号線駆動回路５０は信号線給電回路Ｄｎ（ｎ＝１、２、３）で構成される。
画素はｍ番目の上部電極給電配線１６につながれた走査線給電回路Ｓｍとｎ番目の下部電極１１につながれた信号線給電回路Ｄｎの交点に位置する画素は、座標（ｍ，ｎ）で表される。メタルバック１１４には電源回路６０から１〜１０ＫＶ程度の直流加速電圧が常時印加される。
第４８図を参照して第４７図の回路において発生する電圧波形の一例を説明する。時刻ｔ０ではいずれの電極も電圧ゼロであるので電子は放出されず，蛍光体は発光しない。時刻ｔ＝ｔ１において、下部電極配線１１に接続する走査線給電回路Ｓ１だけに−Ｖ１なる電圧をかけ、上部電極給電配線１６に接続する信号線給電回路Ｄ２、Ｄ３にはＶ２なる電圧を印加する。
座標（１、２）の画素と座標（１，３）の画素において、下部電極１１と上部電極給電配線１６間には（Ｖ１＋Ｖ２）なる電圧が印加されるので、（Ｖ１＋Ｖ２）を電子放出開始電圧以上に設定しておけば、これらのＭＩＭ型電子源からは電子が真空中に放出される。放出された電子は、蛍光面基板のメタルバック１１４に印加された１〜１０ＫＶ程度の加速電圧により加速された後、蛍光体に入射してこれを励起し、発光させて点灯させる。
同様に、時刻ｔ＝ｔ２において、下部電極配線１１に接続する走査線給電回路Ｓ２だけに−Ｖ１なる電圧をかけ、上部電極給電配線１６に接続する信号線給電回路Ｄ３にＶ２なる電圧を印加すると、座標（２、３）の画素が点灯する。
このようにして、下部電極配線１１に印加する電圧信号を変えることにより所望の走査線を選択し、上部電極給電配線１６への印加電圧Ｖ２の大きさを適宜変えることにより階調表現を行う、所謂線順次駆動方式の画像表示が可能となる。
時刻ｔ＝ｔ５において、トンネル絶縁膜１２中に蓄積される電荷を開放するための反転電圧の印加を行う。すなわち、下部電極配線１１の全てに電圧Ｖ３を加え、同時に全ての上部電極給電配線１６に０Ｖを印加する。
また、ここでは開示しなかった他の電子源、例えばＭＩＳ型あるいは弾道伝導（ＢＳＤ）型などのホットエレクトロン型電子源についても、上述の議論をそのまま当てはめることができる。
すなわち、上部電極給電配線と下部電極配線とのタイムゼロの絶縁不良を防ぐには、熱酸化と堆積法など、成膜法の異なる複数の絶縁膜を重ね合わせた層間絶縁膜を配備することが有効である。
これに加えて、前記複数の絶縁膜のうち、堆積法により形成した絶縁膜の開口部をもって、電子放出領域を規定することは、局所酸化に伴って半導体に生じるダングリングボンドや結晶欠陥を回避できるので、ホットエレクトロン注入に対するトンネル絶縁膜の経時的絶縁破壊耐性に優れた、信頼性のフラットパネルディスプレイを提供することができる。
次に、本発明の第５実施例について、第４９図〜第６２図を参照して説明する。第４９図は本発明による冷陰極型フラットパネルディスプレイの第５実施例を説明する電子源基板の電子放出部を模式的に説明する要部断面図である。図中、参照符号１０は基板、１１は下部電極、１２はトンネル絶縁膜、１３は上部電極、１４は第一層間絶縁層、１５は第二層間絶縁層、１６は上部電極給電配線で１６ａは上部電極給電配線下層、１６ｂは上部電極給電配線上層を示す。また、１７は表面保護層である。
本実施例では、上部電極給電配線１６の下に第二層間絶縁層１５を設け、第一層間絶縁層１４に欠陥がある場合でも耐電圧性を確保できるように構成したものである。第二層間絶縁層１５は、駆動電圧Ｖｄや上部電極給電配線１６の形成後の施される陽極酸化中に印加される化成電圧ＶＡによる第一層間絶縁層１４の絶縁破壊を防止できるようにしたものである。
本実施例の電子源基板の製造方法を第５０図〜第５９図を参照して説明する。なお、第５０図〜第５９図において、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’断面図を示す。
先ず、第５０図に示すように、ガラス等の絶縁性の基板１０上に下部電極１１となる金属膜を成膜する。この金属膜の材料としては、ＡｌやＡｌ合金を用いる。下部電極１１となる金属膜にＡｌやＡｌ合金を用いるのは、陽極酸化により良質の絶縁膜を形成できるからである。ここでは、Ｎｄを２原子量％ドープしたＡｌ−Ｎｄ合金を用いた。
この成膜には、例えばスパッタリング法を用い、その膜厚を３００ｎｍとした。成膜後、ホトリソグラフィ工程、エッチング工程によりストライプ状の下部電極１１を形成する。エッチング処理には、例えば燐酸、酢酸、硝酸の混合水溶液（ＰＡＮ）を用いる。
次に、第一層間絶縁層１４、トンネル絶縁層１２を形成する。第５１図に示したように、下部電極１１上の電子放出部となる部分をレジスト膜１９で覆い、その他の部分を選択的に厚く陽極酸化し、第一層間絶縁層１４とする。この際の化成電圧を１００Ｖとすれば、厚さが約１３６ｎｍの第一層間絶縁層１４が形成される。次に、第５２図に示したように、レジスト膜１９を除去し、残りの下部電極１１の表面を陽極酸化する。この際の化成電圧を６Ｖとすれば、下部電極１１上に厚さが約１０ｎｍのトンネル絶縁層１２が形成される。
第５３図において、上部電極１３への給電線となる上部電極給電配線下層１６ａと第二層間絶縁層１５を、例えばスパッタリング法等で成膜する。第二層間絶縁層１５としては、特にＡｌやその陽極酸化膜に対して選択エッチングできる絶縁材料が望ましい。例えば、ＣＦ_４などのフッ化物系エッチングガスを用いたドライエッチング法は、下部電極１１のＡｌやＡｌ合金、およびその陽極酸化膜に対し、Ｓｉ酸化物やＳｉ窒化物を高い選択比でエッチングすることができる。
ここでは、第二層間絶縁層１５としてＳｉ酸化物（ここでは、ＳｉＯ_２）を用い、膜厚は薄膜電子源の駆動電圧Ｖｄ（本実施例では５〜１０Ｖ）やトンネル絶縁層１２の化成電圧ＶＡ（本実施例では６Ｖ）で絶縁破壊しない十分な膜厚（本実施例では４０ｎｍ、耐電圧は約４０Ｖ）とした。
また、上部電極給電配線層１６には積層膜を用いた。本実施例では、上部電極給電配線下層１６ａの材料としてタングステン（Ｗ）を用い、上部電極給電配線上層１６ｂの材料としてＡｌ−Ｎｄ合金を用いた。上部電極給電配線下層１６ａの膜厚は、上部電極１３が当該上部電極給電配線下層１６ａの段差で破線しないように、数ｎｍ〜数１０ｎｍ程度と薄くし、上部電極給電配線上層１６ｂは給電を十分に確保し、表面保護層１７のエッチングの際のストッパー膜とするため、数１００ｎｍ程度と厚く成膜する。
続いて、第５４図に示したように、ホトエッチング工程により上部電極給電配線上層１６ｂと上部電極給電配線下層１６ａを下部電極１１に対して直交するように加工して形成する。このエッチングは、上部電極給電配線上層１６ｂのＡｌ−Ｎｄ合金に対して、前記した燐酸、酢酸、硝酸の混合水溶液（ＰＡＮ）を用いたウエットエッチングを施す。また、上部電極給電配線下層１６ａのＷに対してはアンモニアと過酸化水素の混合水溶液中でのウエットエッチングや、ＣＦ４＋Ｏ２ガスを用いたプラズマエッチングなどを用いることができる。
ＣＦ_４＋Ｏ_２ガスを用いたプラズマエッチングでは、第二層間絶縁層１５のＳｉＯ_２もある程度エッチングされるが、本発明の目的を達成するには、第二層間絶縁層１５は上部電極給電配線１６の下にのみあれば良いので問題はない。なお、第５４図はプラズマエッチングを施した場合を示す。
次に、第５５図に示したように、表面保護層１７となる絶縁膜を成膜する。この表面保護層１７は、例えば半導体素子等で絶縁膜として一般的に用いられているものを利用できる。すなわち、その材料としては、ＳｉＯ、ＳｉＯ_２、リン珪酸ガラス、ホウ珪酸ガラス等のガラス類、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ａｌ_２Ｏ_３、ポリイミドなどが利用できる。
また成膜法としては、スパッタリング法、真空蒸着法、化学気相成長法、塗布法などを用いることができる。例えば、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｓｉ_３Ｎ_４などの成膜にはスパッタリング法や化学気相成長法、ＳｉＯ_２の成膜には真空蒸着法、リン珪酸ガラスやホウ珪酸ガラス等のガラス類やポリイミドは塗布法などを用いることができる。本実施例では、スパッタリング法によりＳｉ_３Ｎ_４を厚さが０．３〜１μｍ程度に成膜した。
続いて、第５６図では、ホトエッチング工程で表面保護層１７に電子放出部を含む領域を開口する。この加工は、例えばＣＦ_４を用いたドライエッチング法等が用いられる。ＣＦ_４などのフッ化物系エッチングガスを用いたドライエッチング法は、表面保護層１７のＳｉ_３Ｎ_４膜を上部電極給電配線上層１６ｂのＡｌ合金に対して高い選択比でエッチングするので、上部電極給電配線上層１６ｂをストッパー膜として表面保護層１７のみを加工することが可能である。
第５７図では、電子放出部の上部電極給電配線上層１６ｂを燐酸、酢酸、硝酸の混合水溶液（ＰＡＮ）を用いたウエットエッチングを施す。表面保護層１７に用いたＳｉ_３Ｎ_４膜、上部電極給電配線下層１６ａのＷと第二層間絶縁層１５のＳｉＯ_２はほとんどエッチングされない。したがって、上部電極給電配線上層１６ｂのみ高い選択比でエッチングする。そのため、表面保護層１７に対し、上部電極給電配線上層１６ｂが内側に後退し、開口部が“ひさし”状となる。
次に、第５８図に示したように、ホトエッチング工程、ＣＦ_４＋Ｏ_２ガスを用いたドライエッチング工程により、上部電極給電配線下層１６ａのＷと第二層間絶縁層１５のＳｉＯ_２を一括でドライエッチングして電子放出部を開口する。この際、上部電極４給電配線下層１６ａのＷが上部電極給電配線上層１６ｂおよび表面保護層１７より電子放出部側に延在するように加工することで、後に形成する上部電極１３との接触をとることができる。
ＣＦ_４などのフッ化物系エッチングガスを用いたドライエッチング法は、上部電極給電配線下層１６ａのＷおよび表面保護層１７のＳｉＯ_２を、Ａｌ合金の陽極酸化膜からなるトンネル絶縁層１２、および第一層間絶縁層１４に対して高い選択比でエッチングするので、トンネル絶縁層１２へのダメージを少なくすることができる。
また、本実施例のように、第二層間絶縁層１５と、この第二層間絶縁層１５に接する上部電極給電配線下層１６ａとして、ＣＦ_４などのフッ化物系エッチングガスを用いたドライエッチング法で加工できるＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ｗ等を用いることで、第二層間絶縁層１５が上部電極給電配線下層１６ａの下に一括エッチングにより自己整合的に形成されるとともに、工程が簡略化されるという利点がある。
次に、トンネル絶縁層１２を再度陽極酸化してダメージを修復する。本実施例では、上部電極給電配線下層１６ａの下に第二層間絶縁層１５を有しているので、正常に再陽極酸化を行うことができる。
第５９図では、トンネル絶縁層１２の再陽極酸化でダメージの修復を行った後、最終的に上部電極１３の成膜を行う。この成膜には、例えばスパッタリング法を用いる。上部電極１３としては、例えばＩｒ、Ｐｔ、Ａｕの積層膜を用い、その膜厚は数ｎｍである（ここでは、５ｎｍとした）。成膜された薄い上部電極１３は、表面保護層１７の開口部の“ひさし”状の段差で切断され、各電子源毎に分離あれると共に、上部電極給電配線上層１６ｂおよび表面保護層１７より電子放出部側に延在する上部電極給電配線下層１６ａのＷと接触し、給電される構造となる。
本実施例では、上部電極給電配線１６の形成前にトンネル絶縁層１２をあらかじめ陽極酸化で形成し、上部電極給電配線１６等の加工後、トンネル絶縁層１２の再陽極酸化を行ってダメージを修復したが、上部電極給電配線１６等の加工後に初めてトンネル絶縁層１２の陽極酸化を行うことも可能である。この方法では、陽極酸化が１回のみでよいため、工程を短縮できる。特に、本実施例の構造は、上部電極給電配線上層１６ｂのウエットエッチングの際、当該上部電極給電配線上層１６ｂと第二層間絶縁層１５が二重に下部電極１１を保護するので、下部電極１１の電極表面が粗れ難く、良質のトンネル絶縁層１２を形成できる。
第６０図は本発明の第５実施例の電子源基板の模式的説明図であり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ’断面図、同図（ｃ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ’断面図を示す。また、第６１図は第６０図に示した電子源基板と組み合わせる蛍光面基板の模式的説明図であり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ’断面図、同図（ｃ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ’断面図を示す。なお、ここでは、説明のために（３×３）画素のみを示す。
蛍光面基板は次のようにして製作される。第６１図に示したように、透光性のガラスを好適とする面板１１０に表示我画像のコントラストを上げる目的でブラックマトリクス１２０を形成する。このブラックマトリクス１２０は、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）と重クロム酸ナトリウムとを混合した溶液を面板１１０に塗布し、乾燥してＰＶＡ塗膜を形成する。このＰＶＡ塗膜に対し、所定の露光マスクを介してブラックマトリクス１２０を形成する部分以外の部分に紫外線を照射して感光させる。
そして、未感光部分のＰＶＡ塗膜を除去して感光部分のＰＶＡ塗膜を残す。このＰＶＡ塗膜の前記除去部分に黒鉛粉末を溶かした溶液を塗布し、乾燥後、ＰＶＡ塗膜を剥離（リフトオフ）することによりブラックマトリクス１２０が形成される。
次に、赤色蛍光体材料にＰＶＡと重クロム酸ナトリウムとを混合した水溶液をブラックマトリクス１２０を形成した面板１１０に塗布する。蛍光体となる部分に紫外線を照射して感光させ、未感光部分を流水で除去し、赤色蛍光体１１１をパターン形成する。本実施例では、ストライプ状パターンとした。同様にして、緑色蛍光体１１２と青色蛍光体１１３を形成する。
赤色蛍光体材料としては、例えば、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ（Ｐ２２−Ｒ）、緑色蛍光体材料としては、例えば、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ（Ｐ２２−Ｇ）、青色蛍光体材料としては、例えば、ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌ（Ｐ２２−Ｂ）を用いることができる。
次いで、蛍光体を覆ってニトロセルロースなどの膜でフィルミングした後、面板１１０の全体にＡｌを膜厚が７５ｎｍ程度蒸着してメタルバック１１４とする。このメタルバック１１４は加速電極（陽極）として機能する。その後、面板１１０を大気中４００°Ｃ程度に加熱してフィルミング膜やＰＶＡなどの有機物を加熱分解する。こうして、表示側基板である蛍光面基板が完成する。
第６２図は第６０図に示した電子源基板と第６１図に示した蛍光面基板とを張り合わせた冷陰極型フラットパネルディスプレイの構成を説明する断面図であり、同図（ａ）は第６１図のＡ−Ａ’断面に、同図（ｂ）は第６１図のＢ−Ｂ’断面に相当する。
電子源基板と蛍光面基板は、その間にスペーサ３０を介在させて周囲枠１１６をフリットガラスを好適とする接着剤で貼り合わせ、封着する。電子源基板と蛍光面基板の距離が１〜３ｍｍ程度となるようにスペーサ３０の高さを設定する。スペーサ３０は電子源基板の表面保護層１７上に立てられている。ここでは、説明のために赤、緑、青の各画素ごとにスペーサ３０を設けているが、実際は機械的強度が耐えられる範囲でスペーサの設置密度を選定すればよく、例えば１ｃｍ置きに設置される。封着した後の処理は前記の第４６図で説明したものと同様であり、また駆動回路系についても前記の第４７図と第４８図で説明したものと同様なので繰り返しの説明は省略する。
本実施例によっても、局所酸化に伴って半導体に生じるダングリングボンドや結晶欠陥を回避できるので、ホットエレクトロン注入に対するトンネル絶縁膜の経時的絶縁破壊耐性に優れた、信頼性のフラットパネルディスプレイを提供することができる。

以上のように、本発明によれば、初期的な（タイムゼロ）絶縁破壊不良を防止して、製造歩留まりを向上でき、また経時的な絶縁破壊不良を抑止して、動作寿命を確保した高信頼性の冷陰極型フラットパネルディスプレイを提供することができる。

Claims (8)

1. 下部電極および上部電極と、前記下部電極および上部電極の間に挟持された電子加速層を有し、
   前記下部電極と前記上部電極の間に電圧を印加することで前記上部電極側より電子を放出する薄膜型電子源をアレイ状に配列した第１基板と、
   前記第１基板側から放出される電子で励起される複数の蛍光体を配列した蛍光面を有する第２基板と、
   を具備した冷陰極型フラットパネルディスプレイであって、
   前記薄膜型電子源のアレイは、第一層間絶縁層と前記上部電極への給電線となる上部電極給電配線を有すると共に、
   前記電子加速層と前記上部電極との間に第二層間絶縁層を備えたことを特徴とする冷陰極型フラットパネルディスプレイ。
2. 請求の範囲１において、
   前記下部電極はアルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、
   前記電子加速層並びに前記第一層間絶縁層は、当該下部電極を構成するアルミニウムまたはアルミニウム合金の陽極酸化膜であり、
   前記第二層間絶縁層は、前記下部電極および当該下部電極を構成するアルミニウムまたはアルミニウム合金の陽極酸化膜に対し、選択的にエッチングを施すための絶縁膜材料であることを特徴とする冷陰極型フラットパネルディスプレイ。
3. 請求の範囲２において、
   電子加速領域を囲む前記第二の層間絶縁層の端部が、順傾斜形状であることを特徴とする冷陰極型フラットパネルディスプレイ。
4. 請求の範囲２において、
   前記第二の層間絶縁層が多層構造を成し、
   電子放出領域を囲む端部に各層のエッチング速度差を利用して形成された順傾斜形状を有することを特徴とする冷陰極型フラットパネルディスプレイ。
5. 下部電極と上部電極および前記下部電極と前記上部電極の間に挟持される電子加速層を有し、前記下部電極と前記上部電極間に電圧を印加することで前記上部電極側より電子を放出する薄膜型電子源をアレイ状に配列した基板と蛍光面とを有する冷陰極型フラットパネルディスプレイであって、
   前記薄膜型電子源アレイは、第一の層間絶縁層と、前記上部電極への給電線となる上部電極給電配線を有し、
   電子放出を行う領域が、前記電子加速層と前記上部電極との間に挟まれた第二の層間絶縁層で囲まれていることを特徴とする冷陰極型フラットパネルディスプレイ。
6. 請求の範囲５において、
   前記下部電極はＡｌまたはＡｌ合金からなり、前記電子加速層並びに第一の層間絶縁層がその陽極酸化膜であり、
   前記第二の層間絶縁層は、前記下部電極およびその陽極酸化膜に対し選択エッチングできる絶縁膜材料であることを特徴とする冷陰極型フラットパネルディスプレイ。
7. 請求の範囲５において、
   電子放出領域を囲む前記第二の層間絶縁層の端部が、順傾斜形状であることを特徴とする冷陰極型フラットパネルディスプレイ。
8. 請求の範囲５において、
   前記第二の層間絶縁層が多層構造を成し、前記電子放出領域を囲む端部に各層のエッチング速度差を利用して形成された順傾斜形状を有することを特徴とする冷陰極型フラットパネルディスプレイ。

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