KR0146218B1

KR0146218B1 - Method for manufacturing metal field emitter

Info

Publication number: KR0146218B1
Application number: KR1019950008245A
Authority: KR
Inventors: 최경철
Original assignee: 임효빈; 사단법인고등기술연구원연구조합
Priority date: 1995-04-10
Filing date: 1995-04-10
Publication date: 1998-11-02
Also published as: KR960039205A

Abstract

금속 식각법을 이용하여, 신뢰성 있는 팁 형태의 필드 에미터를 제조하기 위해, 금속 팁 에미터를 금속 벌크(bulk) 상태 또는 막질이 좋은 필름 형태로부터 만들어서, 팁 내구성 및 내마모성을 해결하고, 전계방출 능력이 우수한 팁 필드 에미터를 제조할 수 있다.Using metal etching, to produce a reliable tip-shaped field emitter, the metal tip emitter is made from a metal bulk or a good film form to solve tip durability and abrasion resistance, and field emission Tip field emitters with good performance can be produced.

Description

Metal Field Emitter Manufacturing Method

제1a도 내지 1e도는 종래의 금속 필드 에미터의 제조공정을 순차적으로 나타내기 위한 정단면도.1A to 1E are front cross-sectional views for sequentially showing a manufacturing process of a conventional metal field emitter.

제2a도 내지 2e도는 종래의 실리콘 필드 에미터의 제조공정을 순차적으로 나타내기 위한 정단면도.2A to 2E are front cross-sectional views for sequentially showing a manufacturing process of a conventional silicon field emitter.

제3a도 내지 3f도는 본 발명의 금속 필드 에미터의 제조공정을 순차적으로 나타내기 위한 정단면도.3a to 3f are front cross-sectional views for sequentially showing the manufacturing process of the metal field emitter of the present invention.

제4도는 본 발명의 또 다른 실시예에 의해 제조된 화산형 금속 필드 에미터의 정단면도.4 is a front sectional view of a volcanic metal field emitter produced by another embodiment of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : 기판(Substrate) 2 : 어드레스 전극1 Substrate 2 Address electrode

3 : 절연층 4 : 게이트 금속층3: insulation layer 4: gate metal layer

5 : 게이트 홀 6 : 희생층5: gate hole 6: sacrificial layer

7 : 금속 에미터 7' : 희생층 상부의 금속층7: metal emitter 7 ': metal layer on top of sacrificial layer

8 : 실리콘 9 : 실리콘 산화막8: silicon 9: silicon oxide film

10 : 샤프닝(Sharpning)산화막 11 : 금속 벌크(bulk)또는 필름층10: sharpening oxide film 11: metal bulk or film layer

11' : 금속 팁 12 : 제1포토레지스트 마스크11 ': metal tip 12: first photoresist mask

13 : 제2포토레지스트 마스크13: second photoresist mask

본 발명은 금속 필드 에미터 제조방법에 관한 것으로, 특히, 금속 팁 에미터를 금속 벌크(bulk) 또는 막질이 좋은 필름 형태로부터 제조함으로써, 팁 내구성 및 팁 내마모성을 해결하고, 전계 방출능력이 우수한 팁 필드 에미터를 제조할 수 있는 금속 필드 에미터 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a metal field emitter, and in particular, by manufacturing a metal tip emitter from a metal bulk or a good film form, the tip durability and tip abrasion resistance is solved, the tip excellent in the field emission capability It relates to a metal field emitter manufacturing method capable of producing a field emitter.

종래의 금속 필드 에미터를 제조하는 방법으로는 어드레스 전극 상부에 증착법 또는 전자빔 증착법 등으로 금속 필드 에미터를 제조하였다.As a conventional method of manufacturing a metal field emitter, a metal field emitter is manufactured by evaporation or electron beam deposition on an address electrode.

그러나, 상술한 방법에 의하면, 금속 팁의 금속 필드 에미터를 제조하기 위해서는, 기판을 회전시켜야 하는데, 상기 기판을 회전시키기 위해서는 특수한 공정 장비를 필요로 하는 문제점이 있고, 또한, 형성된 금속 팁 에미터는 막의 치밀도가 떨어지고 균일성도 떨어지는 문제점이 있다.However, according to the method described above, in order to manufacture the metal field emitter of the metal tip, the substrate must be rotated, and there is a problem of requiring special process equipment to rotate the substrate, and the formed metal tip emitter There is a problem that the density of the film is lowered and the uniformity is also lowered.

또한, 종래의 실리콘 필드 에미터를 제조하는 방법은, 간단하고, 팁 에미터의 신뢰도는 뛰어나나, 전계방출 능력이 금속 팁 에미터에 비하여 떨어지는 문제점이 있다.In addition, the conventional method for producing a silicon field emitter is simple, the tip emitter reliability is excellent, but the field emission ability is inferior to the metal tip emitter.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 상술한, 증착법에 의한 금속 필드 에미터와 건식 식각에 의한 실리콘 필드 에미터의 장점을 취할 수 있는 금속 필드 에미터 제조방법으로 팁 내구성 및 팁 마모성을 해결하고 전계 방출 능력이 우수한 금속 팁 필드 에미터를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention solves the tip durability and tip wear with a metal field emitter manufacturing method that can take advantage of the above-described metal field emitter by the deposition method and silicon field emitter by the dry etching to solve the above-mentioned problems and It is an object to provide a metal tip field emitter with excellent field emission capability.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 전계에 의해 전자가 방출되는 능력을 높이기 위해, 금속 벌크(bulk) 또는 막질이 좋은 필름 형태로 하여, 금속 식각법으로 금속 팁 에미터를 제조하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention is to produce a metal tip emitter by a metal etching method in the form of a metal bulk (bulk) or a good film quality, in order to increase the ability of the electrons are emitted by the electric field do.

이하, 첨부된 도면으로 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with the accompanying drawings.

제1a도 내지 제1e도는 종래의 금속 필드 에미터를 제조하는 공정을 순차적으로 나타내기 위한 정단면도로서, 금속 필드 에미터를 증착법 또는 전자빔 증착법으로 제조하였다. 먼저 제1a도와 같이 기판(1) 상부의 음극 어드레스 전극(2) 위에 절연층(3)과 게이트 금속 층(4)을 증착한다. 다음에 사진 식각 공정을 통하여 제1b도와 같이 게이트 홀(5)을 만들고 희생층(6)을 제1c도와 같이 만든다. 상기 희생층(6)을 만들 때 화살표로 표시된 바와 같이, 기판(1)을 돌리면서 어느 정도의 각도로 희생층을 증착한다. 그리고 나서 제1d도와 같이 금속을 증착법에 의해 역시 기판(1)을 돌리면서 증착한다. 마지막으로 희생층(6) 및 금속층(7')을 리프트 오프(Lift-Off)로 제거한다. 최종적으로 제1e도와 같은 금속 필드 에미터(7)를 완성시킨다.1A to 1E are front cross-sectional views for sequentially showing a process for manufacturing a conventional metal field emitter, wherein the metal field emitter is manufactured by vapor deposition or electron beam deposition. First, as shown in FIG. 1A, an insulating layer 3 and a gate metal layer 4 are deposited on the cathode address electrode 2 on the substrate 1. Next, the gate hole 5 is formed as shown in FIG. 1B through the photolithography process, and the sacrificial layer 6 is made as shown in FIG. 1C. As indicated by the arrows when making the sacrificial layer 6, the sacrificial layer is deposited at an angle while turning the substrate 1. Then, the metal is deposited while turning the substrate 1 by the vapor deposition method as shown in FIG. 1D. Finally, the sacrificial layer 6 and the metal layer 7 'are removed by lift-off. Finally, the metal field emitter 7 as shown in FIG. 1e is completed.

제2a도 내지 2e도는 종래의 실리콘 필드 에미터 제조공정을 순차적으로 도시한 것으로서, 먼저 제2a도에서와 같이 기판(1) 상부에 실리콘 층(8)을 형성하고, 그 상부에 실리콘 산화막(9)을 형성한다.2a to 2e sequentially illustrate a conventional silicon field emitter manufacturing process, first forming a silicon layer 8 on the substrate 1, as shown in Figure 2a, and a silicon oxide film 9 thereon. ).

이 때에는 먼저 산화공정을 통해 실리콘 산화막을 형성하고 사진 식각 공정을 통해 제2a도 처럼 팁 마스크를 만든다. 그리고 제2b도와 같이 실리콘 식각으로 팁(8') 모양을 만든다. 이때에 실리콘 식각은 두가지 방법으로 이루어진다. 첫번째 방법은 습식 식각으로 등방성 및 비등방성 에천트를 사용하여 팁 형태를 만든다. 두번째 방법은 플라즈마에 의한 건식 식각 방법으로 RIE(Reactive Ion Etching) 모드에 의한 비등방성 식각과 플라즈마 모드에 의한 등방성 식각을 하여 팁 모양의 에미터를 제조한다. 다음에 제2c도와 같이 산화 공정을 통해 샤프닝 산화막(10)을 형성하고 절연층(3)과 게이트 금속층(4)을 증착하면 제2d도와 같이 된다. 그리고 나서 팁 위에 있는 게이트 금속층(4)과 절연층(3) 및 샤프닝 산화막(10)을 제거하면 제2e도와 같은 실리콘 팁 필드 에미터가 완성된다.In this case, a silicon oxide film is first formed through an oxidation process, and a tip mask is formed as shown in FIG. And as shown in Figure 2b to form a tip (8 ') by silicon etching. At this time, silicon etching is performed in two ways. The first method is wet etching using tip isotropic and anisotropic etchant. The second method is a dry etching method using a plasma to produce tip-shaped emitters by anisotropic etching using RIE (reactive ion etching) mode and isotropic etching using plasma mode. Next, as shown in FIG. 2C, when the sharpening oxide film 10 is formed through the oxidation process, and the insulating layer 3 and the gate metal layer 4 are deposited, the second oxide is shown in FIG. Then, removing the gate metal layer 4, the insulating layer 3, and the sharpening oxide film 10 on the tip, a silicon tip field emitter as shown in FIG. 2e is completed.

그러나, 종래의 금속 필드 에미터 제조방법은 앞에서 설명한 것과 같이 금속 팁 및 희생층을 만들 때 기판을 돌려야 한다. 그러므로 공정 장비의 특수 장치가 필요하고 균일도가 떨어진다. 또한 형성된 금속 팁 에미터는 막의 치밀도가 떨어져 동작시 신뢰성이 약하다. 이에 비해 제2도에 도시된 실리콘 필드 에미터는 제조방법은 간단하고 팁 에미터의 신뢰도 또한 좋으나 전계방출 능력이 금속 팁 에미터에 비하여 떨어지는 단점이 있다.However, conventional metal field emitter manufacturing methods require the substrate to be turned when making the metal tip and sacrificial layer, as described above. Therefore, special equipment of process equipment is required and uniformity is poor. In addition, the formed metal tip emitter has a low density of the film, and thus has low reliability in operation. On the other hand, the silicon field emitter shown in FIG. 2 has a disadvantage in that the manufacturing method is simple and the reliability of the tip emitter is good, but the field emission ability is lower than that of the metal tip emitter.

제3a도 내지 3f도는 본 발명의 건식 식각에 의한 팁 필드 에미터 제조공정을 나타내기 위한 정단면도로서, 상술한 증착법에 의한 금속 필드 에미터 제조 법과 건식 식각에 의한 실리콘 필드 에미터의 각 장점을 혼용하여 개선된 필드 에미터를 제조한다. 그 공정순서를 살펴보면, 먼저, 기판(1) 상부에 금속 벌크(bulk) 또는 양질의 금속 필름층(11)을 형성하고, 그 상부에 포토레지스트 층(12)을 형성한다. 그후, 사진 식각공정을 통해 마스크 패턴을 만든다. 그리고 금속을 RIE에칭을 하여 제3b도와 같이 만든다. 다시 플라즈마 모드에 의한 건식 식각 또는 습식 식각을 하여 팁위에 마스크가 떨어져 나갈 때까지 팁모양을 형성한다(제3c도). 그리고 나서 절연층(3)과 게이트 금속층(4)을 증착하고 그 위에 게이트 전극만을 남기기 위해 포토레지스트 마스크 공정을 한다.(제3d도) 그리고 게이트 금속층(4)을 에칭하고(제3e도) 절연층(3)을 다시 에칭하고 마스크(13)를 제거하면 제3f도와 같은 금속 팁 에미터가 완성된다.3a to 3f are front cross-sectional views showing the process of manufacturing the tip field emitter by the dry etching of the present invention. Combine to produce improved field emitters. Looking at the process sequence, first, the metal bulk or the high quality metal film layer 11 is formed on the substrate 1, and the photoresist layer 12 is formed on the substrate 1. After that, a mask pattern is formed through a photolithography process. The metal is then subjected to RIE etching to make it as shown in FIG. 3b. Dry etching or wet etching in the plasma mode is performed again to form a tip shape until the mask is detached from the tip (FIG. 3C). Then, the insulating layer 3 and the gate metal layer 4 are deposited and a photoresist mask process is performed to leave only the gate electrode thereon (FIG. 3D) and the gate metal layer 4 is etched (FIG. 3E). Etching layer 3 again and removing mask 13 completes the metal tip emitter as shown in FIG. 3f.

제4도는 본 발명의 또 다른 실시예에 의해 제조된 화산형 금속 필드 에미터의 정단면도로서, 제3d도의 포토레지스트 마스크 공정시 식각부위의 마스크 패턴 부분의 폭을 좁게 한 후, 제3e도에서와 같이 하부의 게이트 금속층(4)과 절연층(3)을 식각하고, 마스크(13)를 제거하면 화산형 금속 필드 에미터가 완성된다.FIG. 4 is a cross-sectional front view of a volcanic metal field emitter manufactured by another embodiment of the present invention, and after narrowing the width of the mask pattern portion of the etched portion in the photoresist mask process of FIG. As described above, when the lower gate metal layer 4 and the insulating layer 3 are etched and the mask 13 is removed, a volcanic metal field emitter is completed.

이때, 게이트 전극에 전압을 가하면 게이트와 팁 에미터 사이의 전계가 걸린다. 이때 팁의 기하학적 모양이 전계를 집중시키기 때문에 팁 선단에서 전계에 의한 전자가 방출된다. 이때의 전자 방출능력은 전계와 팁 에미터의 특성에 의해 결정되는데 본 발명의 경우 금속 팁 에미터를 금속 벌크 상태 또는 막질이 좋은 필름 형태에서 만들었기 때문에 그 특성이 우수하다.At this time, when a voltage is applied to the gate electrode, an electric field is applied between the gate and the tip emitter. At this time, since the tip geometry concentrates the electric field, electrons are emitted by the electric field at the tip of the tip. The electron emission capability at this time is determined by the characteristics of the electric field and the tip emitter. In the present invention, since the metal tip emitter is made in a metal bulk state or in a good film form, the characteristics are excellent.

이상, 본 발명의 금속 필드 에미터 제조방법에 따르면, 내구성 및 신뢰성이 향상되고 전계 방출 능력이 우수한 금속 팁 에미터를 제조할 수 있다.As mentioned above, according to the manufacturing method of the metal field emitter of this invention, the metal tip emitter improves durability and reliability, and is excellent in the field emission capability.

여기서, 주지해야 할 점은, 금속 식각 법에 의해 팁 모양이 아닌 다른 기하학적 모양의 에미터를 제조할 수 있으며, 팁을 형성할 때 금속을 건식 식각 또는 습식 식각으로 할 수 있고 절연층 및 게이트 전극 층을 다른 방법으로 형성할 수 있는 것도 본 발명의 범주에 속한다.It should be noted that the metal etching method can produce emitters of geometric shapes other than the tip shape, the metal can be dry or wet etched when forming the tips, and the insulating layer and the gate electrode It is also within the scope of the present invention that the layer can be formed in other ways.

Claims

Sequentially forming a metal layer having a bulk or high quality film and a first photoresist layer on the substrate, and then removing a part of the first photoresist layer through a photolithography process to form a mask pattern; Etching the metal layer under the mask pattern and then etching the same by dry or wet etching until the mask is removed, so that the metal layer becomes a tip shape; Depositing an insulating layer, a gate metal layer, and a second photoresist layer sequentially from the top of the entire structure, and then removing a portion of the second photoresist layer through a photolithography process to form a mask pattern; Etching the gate metal layer and the insulating layer under the mask pattern and removing the top second photoresist layer.

The method of claim 1, wherein when etching the gate metal layer and the insulating layer under the mask pattern, only a portion of the gate metal layer and the insulating layer on the tip is etched and the second photoresist layer is removed to form a volcanic metal field emitter. Metal field emitter manufacturing method comprising the step of.

The method of claim 1 or 2, wherein the etching of the metal layer under the mask pattern is performed by reactive ion etching (RIE).