KR100199924B1 - 몰드법을 이용한 다이아몬드 3극 필드 에미터 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실리콘 단결정 몰드법을 이용하여 실리콘 단결정 수직식각 한 후, 게이트 전극과 절연체를 증착하고, 실리콘 단결정 몰드를 형성하여 다이아몬드를 증착하여 완성하는 다이아몬드 3극 필드 에미터 제조방법에 관한 것으로, 제조공정을 간편화하고, 절연체와 게이트 전극을 재현성 있게 형성하는 것을 목적으로 하기 때문에, 실리콘 단결정을 수직식각한후, 게이트전극과 절연체를 순차적으로 증착함으로써 게이트전극과 절연체를 형성하는데 있어 식각법을 사용하지 않는 것을 특징으로 한다. 따라서 본 발명에 따른 제조방법은 종래의 다이아몬드 3극 필드에미터의 제조공정에 비해 간편화되어 있고, 제조시간을 단축할 수 있다.

Description

몰드법을 이용한 다이아몬드 3극 필드 에미터 제조방법

제1a도 내지 제1e도는 종래의 실리콘 단결정 몰드를 이용한 다이아몬드 3극 필드 에미터의 제조방법을 순차적으로 각각 나타낸 정단면도.

제2a도 내지 제2g도는 본 발명에 따른 실리콘 단결정 몰드를 이용한 다이아몬드 3극 필드 에미터의 제조방법을 순차적으로 각각 나타낸 정단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 실리콘 단결정 1' : 실리콘 단결정 몰드

2 : 포토레지스트 2' : 포토레지스트 마스크 패턴

3 : 다이아몬드 팁 에미터 4 : 기판

5 : 절연체 6 : 게이트 전극

본 발명은 실리콘 단결정 몰드법을 이용한 다이아몬드 3극 필드 에미터 제조방법에 관한 것으로, 특히 실리콘 단결정을 수직식가한 후, 게이트 전극과 절연체를증착하고, 실리콘 다결정 몰드를 형성하여 다이아몬드를 증착하여 완성하는 다이아몬드 3극 필드 에미터 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 팁형 에미터를 이용한 필드 에미터에서는 하부전극층 위에 팁 에미터가 배치되어 있으며, 게이트 전극이 형성되어 있다. 게이트 전극과 하부전극 사이에는 절연체를 배치하여 두 전극을 전기적으로 절연시키며, 게이트 전극에는 각각의 에미터에 대응하는 게이트 홀일 형성되어 있다. 하부전극과 게이트 전극에 전압을 인가하면 (예를 들어, 하부전극에 (-)전압, 게이트 전극에 (+)전압) 에미터의 선단 부분으로 부터 전자가 방출되어 게이트 홀을 통과하게 된다.

상기의 필드 에미터 제조방법에서는 금속의 전자 빔 증착법, 실리콘 단결정 식각법 또는 몰드법등이 이용된다.

또한, 에이취, 에프, 그레이(H,F, Gray)의 미국특허 제 4,307,509인 종래의 몰드법의 의한 필드 에미터의 제조공정은, 실리콘 단결정 기판 상부에 마스크층으로 실리콘 산화막을 형성한 후, 포토리소그라피 방법에 의해 마스크층의 특정부분에 창(window)를 형성한다. 이때 창의 치수는 최종적으로 형성되는 팁형 에미터의 밑면의 치수를 정의하게 된다. 이 창에 의해 형성된 실리콘 표면을 적절한 식각용액으로 방위의존성 식각을 하면 피라미드 형태의 구멍이 형성된다. 상기 방위의존성 식각은 실리콘의 미세가공 기술로써, 실리콘의 결정학적 방향에 따라 식각 속도가 다른 것을 이용하는 것이다. 예를 들어 식각용액의 조성과 온도를 적절히 선택하면 {100}면의 식각속도가 {111}면의 식각속도 보다 수백배 높게 조절하는 것도 가능하다. 따라서 4개의 {111}면을 벽면으로 하여 {100}면상의 한 첨점에서 만나는 피라미드형 구멍을 형성할 수 있다. 상기 피라미드형 구멍을 형성하는 과정에서 실리콘 {100}단결정을 사용한 경우 {100}면과 {111}면이 이루는 각은 54.7이다. 따라서 구멍의 치수가 정해지면 몰드에 형성되는 피라미드형 구멍의 높이가 자동적으로 결정되게 된다. 이 구멍을 다이아몬드로 채우고 실리콘 몰드를 식각하여 제거하면 피라미드 형태의 다이아몬드팁 에미터를 제조할 수 있다. 상기 다이아몬드 팁 에미터 상부에 절연체와 게이트 전극을 순차적으로 증착하고, 게이트전극 상부에 포토레지스트층을 형성한후, 팁상부의 포토레지스트층에 패턴을 형성하여 게이트 전극이 노출되도록 한다. 다음으로 상기 노출된 게이트전극과 절연체를 식각하여 다이아몬드 3극 필드에미터를 완성하였다.

그러나, 상기 제조방법은 몰드법을 사용하기 때문에 다이아몬드 팁을 형성하는데 있어서 재현성은 있지만, 다이아몬드 팁이 형성된 다음에 다시 절연층과 게이트 전극을 증착하고 사진식각 공정으로 패턴을 형성한후, 상기 팁 상부의 게이트 전극과 절연체를 부분적으로 식각하여 다이아몬드 3극 필드 에미터를 완성하기 때문에 제조공정이 복잡하고, 절연체와 게이트 전극을 형성하는데 있어 재현성을 유지하는데 문제가 있다.

따라서 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해, 실리콘 단결정을 수직식각한후, 게이트 전극과 절연체를 순차적으로 증착한 다음, 실리콘을 식각하여 몰드법에 의한 다이아몬드 팁 3극 필드에미터를 완성함으로써 제조공정을 간편화하고, 절연체와 게이트 전극을 재현성 있게 형성하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해 실리콘 단결정 상부에 포토레지스트층을 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트층의 소정부분을 포토리소그라피 방법으로 테이퍼 형상의 마스크 패턴을 형성하는 단계와, 상기 마스크 패턴이외의 노출된 실리콘 단결정을 건식식각방법으로 수직식각하는 단계와, 상기 식각된 실리콘 단결정 상부에 게이트 전극과 절연체를 순차적으로 증착하는 단계와, 상기 마스크 패턴을 리프트-오프(lift off) 방법으로 제거하는 단계와, 상기 노출된 실리콘 단결정을 방위의존성 식각하여 실리콘 단결정 상부에 피라밋 형상의 구멍을 형성하는 단계와, 상기 구멍에 다이아몬드를 층착하여 다이아몬드를 팁 에미터를 형성하고 연속해서 기판을 정전접합으로 다이아몬드 팁 에미터에 접합시키는 단계와, 상기 실리콘을 습식식각으로 제거하는 단계를 포함하여 다아이몬드 3극 필드 에미터를 완성하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면으로 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

제1a도 내지 제1e도는 종래의 실리콘 단결정 몰드법을 이용한 다이아몬드 3극 필드에미터의 제조방법을 순차적으로 각각 나타낸 것으로서, 제1a도는 실리콘 단결정(1) 상부에 포토레지스트(2)를 형성하고 사진식각 공정으로 패턴을 형성한 것을 나타낸 것이도, 제1b도는 상기 노출된 단결정 실리콘(1) 표면을 적절한 식각용액으로 방위의존성 식각을 하여 피라미드 형상의 구멍이 형성된 것을 나타낸 것이다. 상기 방위의존성 식각은 실리콘 미세가공 기술로서 실리콘의 결정학적 방향에 따라 식각속도가 다른 것을 이용한 것이다.

다음으로 제1c도는 상기 포토레지스트(2)를 제거하고 실리콘 단결정 몰드(1')의 피라미드 모양의 구명에 다이아몬드를 채워넣어 다이아몬드 팁 에미터(3)가 형성된 후, 상기 다이아몬드 팁 에미터(3)에 기판(4)을 접합시킨 것을 나타낸 것이고, 제1d는 상기 실리콘 단결정 몰드(1')를 식각법으로 제거한 다이아몬드 팁 에미터를 나타낸 것이다.

다음으로 제1e도는 상기 다이아몬드 팁 에미터(3) 상부에 절연체(5)와 게이트 전극(6)을 순차적으로 형성한 후, 상기 게이트 전극(6) 상부에 포토레지스트(2)를 형성하여 사진 식각 공정으로 팁 상부에 패턴을 형성하고 노출된 게이트 전극(6)과 절연체(5)를 식각하여 완성된 다이아몬드 3극 필드 에미터를 나타낸 것이다.

다음으로 제2a도 내지 제2g도는 본 발명에 따른 실리콘 단결정 몰드법을 이용한 다이아몬드 3극 필드 에미터의 제조방법을 순차적으로 각각 나타낸 것으로서, 제2a도는 실리콘 단결정(1) 상부에 포토레지스트(2)가 형성되어 있는 것을 나타낸 것이고, 제2b도는 상기 포토레지스트(2)의 소정부분을 포토리소그라피 방법으로 테이퍼 형상의 포토레지시트 마스크 패턴(2')을 형성한 것을 나타낸 것이다.

다음으로 제2c도는 상기 포토레지스트 마스크 패턴(2')이외의 노출된 실리콘 단결정(1)을 건식식각방법으로 수직식각하여 포토레지스트 패턴(2')하부에 실리콘 단결정(1) 기둥의 형성된 것을 나타낸 것이고, 제2d도는 상기 식각된 실리콘 단결정(1) 상부에 게이트 전극(6)과 절연체(5)를 순차적으로 증착하고 마스크 패턴을 리프트-오프(lift-off)방법으로 제거한 것을 나타낸 것이다.

다음으로 제2e도는 상기 포토레지스트 마스크 패턴(2')을 리프트-오프(lift-off) 방법으로 제거하여 노출된 실리콘 단결정(1)을 방위의존성 식각방법으로 식각하여 실리콘 단결정(1) 상부에 피라밋 형상의 구멍을 형성한 것을 나타낸 것이고, 제2f도는 상기 피라밋 형상의 구멍에 다이아몬드를 증착하여 다이아몬드 팁 에미터(3)를 형성하고 연속해서 기판(4)을 정전접합으로 다이아몬드 팁 에미터(3)에 접합시킨 것을 나타낸 것이다.

다음으로 제2g도는 상기 실리콘 단결정 몰드(1')를 습식식각으로 제거하여 다이아몬드 3극 필드 에미터가 완성된 것을 나타낸 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 다이아몬드 3극 필드 에미터의 제조방법은 종래의 다이아몬드 3극 필드에미터의 제조공정에 비해 간편화되어 있고, 제조시간을 단축할 수 있다. 또한, 절연체와 게이트전극을 형성하는데 있어 증착법만을 사용하기 때문에 재현성이 양호하다.

본 발명에 따른 제조방법은 칼륨비소 팁, 금속 팁 등의 3극 필드 에미터를 제조하는데도 이용할 수 있다.

Claims (5)

1. 실리콘 단결정 상부에 포토레지스트층을 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트층의 일정부분에 마스크 패턴을 형성하는 단계와, 상기 마스크 패턴 이외의 노출된 실리콘 단결정을 수직식각하는 단계와, 상기 식각된 실리콘 단결정 상부에 게이트전극과 절연체를 순차적으로 증착하는 단계와, 상기 마스크패턴을 제거하는 단계와, 상기 노출된 실리콘 단결정을 방위의존성 식각하여 실리콘 단결정 상부에 구멍을 형성하는 단계와, 상기 구멍에 다이아몬드를 증착하여 다이아몬드 팁 에미터를 형성하고 연속해서 기판을 다이아몬드 팁 에미터를 접합시키는 단계와, 상기 실리콘을 제거하는 단계를 포함하는 다이아몬드 3극 필드 에미터의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 실리콘 단결정 상부에 형성되는 마스크 패턴이 테이퍼 형상인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 3극 필드 에미터의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 마스크 패턴을 제거하는 단계에서 리프트-오프 방법을 사용하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 3극 필드 에미터의 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 실리콘 몰드에 형성되는 구멍은 피라밋 형상인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 3극 필드 에미터의 제조방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 실리콘 몰드를 제거하는 단계에서 습식식각법을 사용하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 3극 필드 에미터의 제조방법.