KR0168971B1 - 이온 주입에 의해 형성된 필드 에미터 팁의 구조 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 필드 에미션 디바이스의 필드 에미터의 팁에서 방출되는 전자를 팁의 중앙으로 집중시키기 위해, 그 에미터 팁에 이온을 주입함으로써, 화소구동 유효전자의 방출갯수를 증가시킨 필드 에미터 팁의 구조 및 그 제조방법을 제공한다. 이를 위해, 본 발명에서는 상기 필드 에미터 팁의 일부분에 마스킹을 통해 실리콘이온을 주입한다. 바람직하게는 상기 필드 에미터의 팁의 첨두부분의 직하로 상기 기판까지의 부분을 제외한 부분에 마스킹을 통해 이온을 주입한다. 본 발명의 필드 에미터 제조방법은 기판 상에 상기 필드 에미터의 팁을 형성하는 과정, 상기 필드 에미터의 팁부분에 이온이 주입되는 부분을 제외하고는 포토레지스트를 입히는 마스킹 과정, 상기 포토레지스트가 입혀지지 않은 필드 에미터의 팁부분에 이온을 주입하는 과정, 상기 포토레지스트 부분의 상방에 광차단층을 입히는 단계 및 상기 포토레지스트를 제거하기 위하여 상기 광차단층위로 광을 조사하여 현상하는 과정을 포함한다.

Description

이온 주입에 의해 형성된 필드 에미터 팁의 구조 및 그 제조방법

제1도는 일반적인 이온 주입에 의해 형성된 필드 에미터 팁의 구조를 도시한 구성도.

제2도는 본 발명에 의하여 이온 주입에 의해 형성된 필드 에미터 팁을 이용한 필드 에미션 디바이스의 개략적인 구성도.

제3도는 본 발명의 필드 에미터 팁의 제조방법을 설명하기 위한 도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 기판 200 : 필드 에미터 팁

202 : 이온 204 : 절연체

206 : 게이트 208 : 화소

210 : 투명 전극

본 발명은 필드 에미션 디스플레이(field emission display)에 사용되는 필드 에미터 팁의 구조 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 마스킹기법을 이용하여 코운(cone)타입 및 웨지(wedge)타입의 필드 에미터 팁의 가장자리에 이온을 주입함으로써, 전자를 방출하는 필드 에미터 팁의 부분을 기둥타입으로 구조를 변경하여 방출전자를 팁의 중앙으로 집중시킨 필드 에미터 팁의 구조 및 그 제조방법에 관한 것이다.

전자를 방출하는 필드 에미터로서 도체 및 반도체전극을 채용한 필드 에미션 디바이스는 공지된 기술이다. 일반적으로 필드 에미션 디스플레이는 진공관에서와 같이 전자를 방출하기 위해 열적 방출을 이용하는 것이 아니라, 실리콘이나 금속 팁을 캐소오드로 이용하고 게이트 전극을 상기 팁 가까이 위치시킴으로써 팁끝에 형성된 강한 전기장으로 전자를 방출시키는 필드 에미션을 이용한다. 이러한 종래의 전자 에미터는 이온충격에 대한 감도, 높은 동작전압 및 표면불안정성등과 같은 바람직하지 못한 성질을 드러내고 있다. 따라서, 이러한 종래의 전자 에미터의 단점을 극복한 전자 에미터의 수요가 증가하는 추세이다.

제1도는 필드 에미션 디바이스에 적용되는, 이온 주입 기술에 의하여 이온이 주입된 필드 에미터의 팁 구조를 도시한 것이다. 이러한 구조는 미합중국 특허 제5,129,850호에 개시된 이온 주입 공정에 의해 얻어진다. 즉, 기판(401)에 이방성 엣칭 또는 이온 밀링(ion milling)에 의해 기판의 표면을 V형으로 형상화한 후, 이 기판(401)상에 탄소이온(406)을 주입하고, 그 후 기판의 일부분(402)을 제거한 뒤 기판(401)상에 도체/반도체층(407)을 도포함으로써 얻어진다. 여기서, 참조번호 406은 다이아몬드 결정피복을 나타내는 것으로 소정의 가열처리에 의해 탄소이온은 성장된다. 이러한 구조는 동작안정성을 개선시키고 장치의 수명을 증가시킬 수 있다. 또한, 다이아몬드 코팅은 일함수를 매우 낮게 하며 더욱 안정적인 결정 구조를 제공한다. 그러나, 이 경우 기판상에는 필드 에미터의 팁 부분(408)이외에 전체 기판(401)상에 걸쳐 균일하게 다이아몬드 코팅이 되어 있으므로, 전체적으로 낮은 동작전압에 의한 경우에도 전자가 방출될 수 있지만, 필드 에미터 팁부분으로부터만 전자 방출을 증가시켜 화소에 도달하는 유효 전자 방출을 증가시키지는 못하는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 필드 에미션 디바이스의 필드 에미터 팁에서 방출되는 전자를 중앙으로 집중시키기 위해 마스킹기법을 이용하여 필드 에미터 팁의 일부분에 이온주입을 함으로써 형성된 필드 에미터 팁의 구조를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 필드 에미션 디바이스의 필드 에미터 팁에서 방출되는 전자를 중앙으로 집중시키기 위해 마스킹기법을 이용하여 필드 에미터 팁의 일부분에 이온주입을 한 필드 에미터 팁의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 이온 주입에 의해 형성된 필드 에미터의 팁의 구조는, 기판과, 이 기판상에서 돌출되어 전류를 방출하는 다수의 필드 에미터 팁과, 상기 필드 에미터 팁에서 전류가 방출되도록 그 주변에 전기장을 형성시키도록 소정의 전압이 인가되는 다수의 게이트 전극을 구비한 필드 에미션 디바이스에 있어서, 상기 필드 에미터 팁의 일부분에 마스킹을 통해 이온을 주입한 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 필드 에미터의 팁 구조는 바람직하게는 상기 필드 에미터의 팁의 첨두부분의 직하로 상기 기판까지의 부분을 제외한 부분에 마스킹을 통해 이온을 주입한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르는 이온주입에 의한 필드 에미터 팁의 제조방법은, 기판 상에 필드 에미터의 팁을 형성하는 과정; 상기 필드 에미터의 팁의 이온이 주입되는 부분을 제외하고는 포토레지스트를 입히는 마스킹과정; 상기 포토레지스트가 입혀지지 않은 필드 에미터 팁부분에 이온을 주입하는 과정; 상기 포토레지스트 부분의 상방에 광차단층을 입히는 단계; 및 상기 포토레지스트를 제거하기 위하여 상기 광차단층을 통해 광을 조사하여 포토레지스트부분을 현상하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 필드 에미터 팁의 구조 및 그 제조방법의 바람직한 실시예에 대해서 상세하게 설명한다.

본 발명에 의한 필드 에미터 팁의 구조는 제2도에 도시한 바와 같이 이온주입(ion implantation)에 의해 대전된 원자 또는 분자를 직접 기판(100)상의 필드 에미터(200)의 팁의 일부분 속으로 주입시킴으로써 형성된다. 이렇게 이온이 주입된 필드 에미터(200)를 갖는 필드 에미션 디바이스는 상기 필드 에미터(200)와 절연체(204)상의 게이트(206)간에 충분한 전압이 인가되면 강한 전계에 의해 전자들이 에미터로부터 터널링되어 외부로 방출된다. 이렇게 방출된 전자들은 게이트(206)를 지나면서 가속이 되고 투명전극(210)상의 적(R), 녹(G), 청(B)화소(208)에 고에너지를 갖고 충돌되어 발광하게 된다. 이 경우, 필드 에미터(200)의 팁의 일부분 또는 팁직하로부터 기판까지 부분을 제외한 팁부분에 마스킹기법을 이용하여 이온을 주입할 수 있다.

본 발명에 적용되는 이온주입방식은 S. Wolf and R.N. Tauber의 VLSI를 위한 실리콘프로세싱 볼륨1(Silicon Processing for the VLSI Era Volume 1-Process Technology, pp. 279-330)에 개시되어 있으므로 상세한 설명은 생략한다. 그러나, 제조공정상 에너지를 갖는 이온빔이 기판을 침투할 때 원자핵과 기판의 전자간의 충돌로 인하여 에너지를 잃게 되어 결국 정지하게 되는데, 이 때 이동되는 이온빔의 궤적은 직선이 아니라 총 이동경로가 곡선궤적을 그리게 된다. 그러나, 중요한 것은 전체의 곡선경로가 아니라 주입된 이온의 침투깊이이고, 그 침투깊이를 적절히 조절함으로써 원하는 부위에 원하는 만큼의 이온을 주입하게 된다.

본 발명에 의해 원하는 이온을 필드 에미터의 팁의 일부분에 주입하는 경우, 제3도에 도시된 바와 같이 필드 에미터의 팁의 첨두부분으로부터 직하로 기판까지의 부분을 제외한 팁의 부분에 이온이 주입되도록 할 수도 있다.

제3도는 본 발명에 의한 필드 에미터의 팁에 이온을 주입하는 과정을 설명하기 위한 개략도이다. 제3도에 의하면, 준비된 기판(100)에 형성된 필드 에미터의 팁(200)의 부근에 절연체(204) 및 게이트(206)를 형성한 후, 필드 에미터의 팁(200)의 이온주입이 될 부분을 제외하고 포토레지스트(300)를 마스킹한다. 그 다음, 에미터 팁의 이온이 주입될 부분에 실리콘 이온등을 주입하며, 이 때 그 침투깊이를 조절하여 제2도 및 제3도에 도시한 바와 같이 실리콘 기판(100)상의 필드 에미터 팁(200)의 소정 부분에 이온을 주입할 수 있다. 그 위에 광을 조사하기 위한 광차단층(302)을 형성한 후, 광(304)을 조사하면 광(304)에 노출된 포토레지스트(300)는 현상제로서 알려진 용매에 의해서 용해되거나 용해되지 않거나 하여 현상된다. 이로써, 본 발명의 이온주입에 의한 필드 에미터의 팁구조를 얻을 수 있다.

본 발명에서는 종래의 필드 에미터의 구조가 코운타입인 데 반하여, 상기 코운타입의 에미터 팁의 가장자리부분, 즉 팁의 첨두분의 직하로 기판까지의 부분을 제외한 부분에 이온주입을 하여 기둥타입으로 기하학적인 변경을 함에 따라서, 전자를 방출하는 팁의 직경을 코운타입보다 작게 즉, 전체 전자방출팁의 구조를 뾰족하게 함으로써 화소구동 방출전자의 유효갯수를 증가시킬 수 있다. 이는 주입되는 실리콘 이온이 실리콘 기판에 존재하는 실리콘 이온과 반응하여 아모포스화되어 필드 에미터 팁부분의 도전성이 이온이 주입되지 않은 기둥형의 팁부분으로 집중되기 때문이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 이온이 주입된 필드 에미터는 필드 에미터의 팁의 가장자리 부분에만 이온이 주입되어 있어서 필드 에미션 디바이스의 필드 에미터 팁으로부터 방출되는 전자를 중앙으로 집중시킬 수가 있다. 그 결과 화소에 도달하는 유효전자의 갯수를 집중시킬 수 있어 동일한 동작전압에서도 효율적인 화소 구동을 위한 전자방출을 할 수 있다.

Claims (4)

1. 기판과, 이 기판상에서 돌출되어 전류를 방출하는 다수의 필드 에미터 팁과, 상기 필드 에미터 팁에서 전류가 방출되도록 그 주변에 전기장을 형성시키도록 소정의 전압이 인가되는 다수의 게이트 전극을 구비한 필드 에미션 디바이스에 있어서, 상기 필드 에미터 팁의 일부분에 마스킹을 통해 이온을 주입한 것을 특징으로 하는 필드 에미터 팁의 구조.
2. 제1항에 있어서, 상기 필드 에미터의 팁의 첨두부분의 직하로 상기 기판까지의 부분을 제외한 팁 부분에 마스킹을 통해 실리콘 이온을 주입한 것을 특징으로 하는 필드 에미터 팁의 구조.
3. 기판과, 이 기판상에서 돌출되어 전류를 방출하는 다수의 필드 에미터 팁과, 상기 필드 에미터 팁에서 전류가 방출되도록 그 주변에 전기장을 형성시키도록 소정의 전압이 인가되는 다수의 게이트 전극을 구비한 필드 에미션 디바이스에 있어서, 상기 필드 에미터 팁의 일부분에 마스킹을 통해 이온을 주입함으로써 형성되는 필드 에미터 팁을 제조하는 방법에 있어서, 기판 상에 상기 필드 에미터 팁을 형성하는 과정; 상기 필드 에미터의 팁부분에 이온이 주입되는 부분을 제외하고는 포토레지스트를 입히는 마스킹과정; 상기 포토레지스트가 입혀지지 않은 필드 에미터의 팁부분에 이온을 주입하는 과정; 상기 포토레지스트 부분의 상방에 광을 조사하기 위한 광차단층을 입히는 단계; 및 상기 포토레지스트를 제거하기 위하여 상기 광차단층위로 광을 조사하여 상기 포토레지스트를 현상하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 필드 에미터 팁의 제조방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 이온을 주입하는 과정에서 상기 필드 에미터 팁의 첨두의 직하로 기판까지의 부분을 제외한 부분에 실리콘 이온을 주입하는 것을 특징으로 하는 필드 에미터 팁의 제조방법.