KR100239688B1 - 필드 에미션 디스플레이(fed)의 마이크로팁 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 필드 에미션 디스플레이(FED)를 구성하는 마이크로팁의 형상을 균일하고 정교하게 만드는 FED의 마이크로팁 제조방법에 관한 것이다. 이와 같은 본 발명 FED의 마이크로팁 제조방법은 실리콘기판위에 제1산화막층을 형성하고, 상기 산화막층에 사진식각법으로 패턴을 형성한 후에 마스크가 없는 창을 통하여 실리콘기판 속으로 불순물을 확산하는 과정과, 상기 제1산화막층을 제거하는 과정과, 이후 HF양극산화반응을 실행하여 불순물층만을 선택적으로 다공질실리콘층으로 만드는 과정과, 상기 다공질실리콘층을 산화시켜 제2산화층으로 만드는 과정과, 상기 제2산화층을 제거하는 과정을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다. 상기의 공정을 수행하여 얻게된 마이크로팁은 형상이 균일하고 정교한 즉, 높이가 일정하고 팁의 축이 수직축과 평행을 이루며, 팁의 둘레면이 곡선의 원뿔둘레면이 형성된다.

Description

필드 에미션 디스플레이(FED)의 마이크로팁 제조방법

제1도는 일반적인 마이크로팁형 필드 에미션 디스플레이를 도시한 단면도.

제2도의 (a)도 내지 (c)도는 종래의 기술에 의한 마이크로팁형 필드에미션 디스플레이의 마이크로팁을 형성하는 제조방법을 도시한 공정순서단면도.

제3도의 (a)도 내지 (d)도는 본 발명에 따른 마이크로팁형 필드 에미션 디스플레이의 마이크로팁을 형성하는 제조방법을 도시한 공정순서단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 후면 그라스기판 3 : 게이트

4 : 절연층 5 : 스페이서

6 : 형광체 7 : 애노우드전극

8 : 전면 그라스기판 20 : 캐소우드전극

21 : 실리콘기판 22 : 마이크로팁

23 : 절연층 24 : 불순물층

25 ; 다공질실리콘층 26 : 산화막층

본 발명은 필드 에미션 디스플레이(Fiele-Emission Display ; 이하 'FED'라 한다)의 제조방법에 관한 것으로, 특히 전자를 방출하는 캐소우드(Cathode)를 팁(Tip)형으로 만든 마이크로팁형 FED에 있어서 마이크로팁의 형상을 균일하고 정교하게 만들도록한 FED의 마이크로팁 제조방법에 관한 것이다.

먼저, 일반적인 마이크로팁형 FED의 개략적인 구조를 설명하면 다음과 같다.

후면 그라스기판의 상측에 종렬(Column)로 배치된 캐소오드전극이 등간격으로 평행하게 배열되고, 상기 캐소우드전극위를 직각으로 교차하면서 교차하는 부분이 절연층에 의해 분리되는 게이트가 횡렬(Row)로 배열되는데, 상기 캐소우드전극과 게이트의 교차점에서 크로스 형상으로 셀(cell)의 하부를 형성하여 하부패널을 구성한다.

상기 셀 하부의 구성을 살펴보면, 후면 그라스기판 위에 접촉하여 배치된 캐소우드전극의 상단부에 원뿔형 구조의 마이크로팁이 바둑판 모양으로 배열되고, 상기 캐소우드전극과 이를 가로지르는 게이트가 분리되도록 하는 절연층이 상기 마이크로팁들 사이의 경계부분에 적층된다. 그리고 상기 절연층의 상단부에는 접촉면이 일치하는 게이트가 적층된다. 따라서 각각의 마이크로팁은 절연층과 게이트를 측벽으로 하여 구성되는 홀(Hall)의 중심부에 놓이게 된다. 상기와 같은 셀 하부는 다수의 마이크로팁과 이와 동수의 홀이 바둑판 모양으로 배열되는 구조를 갖는다.

그리고, 상기 하부패널의 상층면에는 각각의 셀영역을 둘러 싸는 스페이서가 전면에 배치된다.

한편, 전면 그라스의 하측면으로부터 평판형의 애노우드전극과 형광체가 순차적으로 도포되어 상부패널을 구성한다.

따라서, FED의 완성패널은 하부패널의 게이트와 스페이서, 상부패널의 형광체가 순차적으로 접합하여 완성된다.

이와 같은 FED의 구성에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 마이크로팁형 FED의 요부인 셀의 구성을 도시한 종단면도로서, 이에 도시한 바와 같이 후면 그라스기판(1) 위에는 종렬(Column)로 배열된 캐소우드전극(20)의 길이방향의 단면을 보여주고 있는데, 이 전극의 상부는 원뿔형 구조의 마이크로팁(20)이 소정의 일정한 간격을 두고 배열된다. 상기의 마이크로팁(22)은 캐소우드전극(20)에 전원을 공급하면 선단(또는 꼭지점)에서 수직 방향으로 전자빔을 방출한다.

그리고, 상기 캐소우드전극(20)의 마이크로팁(22) 사이에서 이를 수직으로 가로지르는 게이트(3)가 배열되는데, 상기 케소우드전극(20)과 게이트(3)가 교차하는 부분은 서로 분리되도록 절연층(4)이 적층된다. 상기 절연층(4)의 상단부에 있는 게이트(3)는 상기 마이크로팁(22)의 선단에서 방출한 전자빔이 퍼지는 것과 휘어지는 것을 방지하여 일정하고 균일한 전자빔이 수직 상방으로 진행하도록 하는 작용을 한다.

그리고, 게이트(3) 상부에는 셀영역의 주위를 둘러 싸도록 개구부를 두고 상기 셀영역을 제외한 전면을 덮는 스페이서(5)가 배열된다.

이어서, 상기 스페이서(5) 위에는 형광물질을 포함한 평면구조의 형광체(6)가 배열되는데, 이 형광체(6)는 상기 마이크로팁(22)으로부터 방출된 전자빔이 충돌하면 여기되어 빛을 방출한다. 상기 형광체(6) 위에는 빛이 투과할 수 있고 전계를 발생하여 전자를 상기 형광체(6)로 유도하는 평면구조의 투명한 애노우드전극(7)이 도포되며, 상기 애노우드전극(7) 위에 전면 그라스기판(8)이 덮힘으로써 마이크로팁형 FED가 완성된다.

상기의 FED는 마이크로팁의 형상이 균일하고 정교하게 만들어져야 양질의 화면을 얻을 수 있고, FED의 수명을 연장할 수 있게 된다.

이에, 마이크로팁의 형상을 균일하고 정교하게 만들기 위한 제조방법에 대한 기술을 중심으로 설명한다.

이하, 상기와 같이 구성된 마이크로팁형 FED의 중요한 구성요소인 마이크로팁에 대한 종래의 제조방법에 대해서, 제조공정순서를 공정단면도로 도시한 제2도의 (a) 내지 (c)를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 제2도의 (a)에 도시된 바와 같이 n형 또는 p형의 실리콘 기판(11) 위에 산화공정으로 산화막층(SiO₂;13)을 형성한다.

제2도의 (b)는 제2도의 (a)에 도시된 산화막층(13)에 사진식각공정으로 마이크로팁(12)이 형성되는 영역과 관련된 패턴을 형성하고, 상기 패턴이 형성된 실리콘기판(11)을 수산화칼륨(KOH)을 베이스로 하고 과산화수소(H₂O₂)와 이소프로필 알코올(Isopropyl Alcohol;CH₃CHOHCH₃)을 포함한 식각용액으로 식각을 하여 마이크로팁(12)의 형상을 만든 단면을 나타내고 있다.

이와 같은 화학약품 식각공정은 상기 사진식각공정으로 패턴을 형성 한 후에 남은 산화막(13)을 마스크로 이용하고 상기 식각용액의 이방성식각성을 이용하는데, 식각용액의 농도와 침전시간을 조절하여 마이크로팁(12)의 형상을 원뿔형으로 만들게 된다. 여기에서 식각용액의 이방성식각성을 이용하여 마이크로팁(12)의 형상을 제어하는 방법은 종래기술의 요지이다.

이후, 제2도의 (c)는 마이크로팁(12)의 꼭지점 위에 남아있는 산화막(13)을 불화수소산(HF) 용액을 이용한 식각공정으로 제거함으로써, 마이크로팁(12)의 제조공정이 마무리된다.

이와 같이, 종래의 마이크로팁(12) 형성방법은 실리콘기판(11) 상에 산화막(13)을 형성하고 사진식각법을 이용하여 상기 산화막(13)에 패턴을 형성하는 공정과; 상기 패턴이 형성된 실리콘기판(11)에 대해서 이방성식각성을 갖는 식각용액을 이용하여 마이크로팁(12)의 형상을 만들어 가는 공정과; 불화수소산 수용액을 이용하여 산화막층(13)을 제거하는 공정을 포함하여 구성되었다.

그러나, 이와 같이 형성된 마이크로팁은 설계와 제조공정을 통하여 제작자가 의도하는 이상적인 원뿔형의 형상이 이루어지지 못하는데, 원뿔형 팁의 축이 수직축과 평행을 이루지 못하거나, 팁의 둘레면이 곡선의 원뿔둘레면이 아니라 다각형이 되거나, 각각의 팁의 높이가 같지 않음으로써, 마이크로팁에서의 전계분포가 일정하지 않아 화면이 정확히 형성되지 못하는 문제점과, FED의 수명을 단축시키는 문제점이 있었다.

또한, 이방성 식각용액의 농도와 식각시간을 조절하여 식각률을 조절하기가 복잡한 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, FED의 캐소우드전극에 있어서 전자빔을 방출하는 마이크로팁을 만드는 제조공정이 간단하면서도 팁의 형상이 균일하고 정교하게 되도록 하는 마이크로팁의 제조방법을 제공하는데 있다.

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 FED의 마이크로팁 제조방법은 실리콘기판 위에 형성된 산화막층에 사진식각법으로 패턴을 형성하는 공정과; 상기 패턴이 형성된 산화막을 마스크로 사용하여 기판내에 불순물을 확산하여 소정의 불순물층을 만드는 공정과; 상기 불순물 확산공정에서 마스크로 이용한 산화막층을 제거하는 공정과; 이후 전해액으로 HF용액을 이용하고 불순물층을 양극으로 하여 HF양극산화반응을 실행하여 불순물층만을 선택적으로 다공질 실리콘층으로 만드는 공정과; 상기 다공질 실리콘층을 산화시켜 산화막층으로 만드는 공정과; 상기 산화막층을 HF용액으로 식각하는 과정을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기에서 불순물 확산공정은 서로 이웃하는 불순물층과의 사이에서 불순물층을 경계로 실리콘기판의 상층부에 형성되는 마이크로팁의 대략적인 형상을 만드는 공정이고, 산화공정은 상기의 대략적인 형상을 하고 있는 팁의 형상을 균일하고 정교하게 만드는 공정이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.

본 발명과 관련된 FED의 구성단위인 셀의 구조를 제1도에 단면도로 도시하였는데, 이에 대한 설명은 상기에서 설명하였으므로 생략하고, 여기에서는 제1도에 도시되어 있는 마이크로팁에 대하여 그 제조방법을 공정순서단면도로 도시한 제3도의 (a) 내지 (d)를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 제3도의 (a)에 도시된 바와 같이 n형의 실리콘기판(21) 상에 산화공정으로 산화막층(SiO₂;23)을 형성한 다음, 상기 산화막층(23)에 사진식각법을 이용하여 패턴을 형성하고, 이어서 상기 패턴이 형성된 산화막층(23)을 마스크로 하여 고농도의 p형 불순물을 기판 내부로 확산하여 고농도의 p형 불순물층(24)을 형성한다.

이때, 상기에서 산화막층(23)에 패턴을 형성하는 공정과 실리콘기판(21) 속으로 고농도의 p형 불순물을 확산시켜 불순물층(24)을 만드는 공정은 마이크로팁(22)의 대략적인 형상을 만드는 과정으로써, n형의 실리콘기판(21) 내부에 형성된 불순물층(24)은 불순물의 확산속도 및 확산방향의 조절에 의해, 마스크로 이용되는 산화막층(23) 아래영역에 대략적인 원뿔형상으로 마이크로팁(22)을 만들게 된다. 상기의 원뿔영역은 불순물이 침투하지 못한 영역으로서 기판(21)의 구성성분과 동일한 n형 실리콘물질이다.

그 다음, 제3도의 (b)에 도시한 바와 같이 상기 확산공정에서 마스크로 이용한 산화막층(23)을 제거한 후에, 튜브속에서 불화수소산(HF)용액을 전해액으로 하고 상기 p형 불순물층(24)을 양극으로 하여 HF양극산화반응을 일으킴으로써, 고농도의 p형 불순물층(24)만이 선택적으로 다공질실리콘층(PSL;25)으로 변하게 된다. 상기 양극 반응시의 전해액은 20~40 질량 % HF 수용액을 사용한다.

이어서, 제3도의 (c)에 도시된 바와 같이 상기 다공질실리콘층(25)이 있는 실리콘기판(21)을 고온산화시키면 n형 실리콘층을 제외한 물질은 산화막층(SiO₂;26)으로 변하게 된다. 이때, 상기 산화공정은 대략적인 형상을 하고 있는 팁(22)을 균일하고 정교한 형상으로 만들게 된다.

상기 다공질 실리콘층(25)의 산화공정은 온도를 900℃~1000℃ 로 하고 반응시간을 각기 1시간정도씩 하는 건식산화과정과 습식산화과정을 순차적으로 진행시키도록 한다.

그리고, 상기 산화막층(26)을 HF용액으로 식각함으로써, 제3도의 (d)에 도시된 바와 같이 산화막층(26)이 제거되어 형상이 균일하고 정교한 마이크로팁(22)을 얻게 된다.

상기의 공정을 수행하여 얻게된 마이크로팁(22)은 형상이 균일하고 정교한 즉, 높이가 일정하고 팁의 축이 수직축과 평행을 이루며, 팁(22)의 둘레면이 곡선의 원뿔둘레면으로 형성됨으로써, 마이크로팁(22)에서 방출하는 전자빔이 균일한 세기와 방향을 유지하게 된다. 따라서 상기의 게이트(3)와 애노우드전극(7)에 유도되어 형광체(6)를 여기시킴으로써 형성되는 화면이 정확히 형성되는 효과가 있다.

그리고, 팁(22)의 형상이 불규칙함으로써 발생하는 FED의 수명단축을 방지하여 FED의 수명을 개선하는 효과가 있다.

또한, 종래 이방성 식각용액을 이용한 팁의 제조방법보다 단순하고 간단한 제조방법으로 공정을 수행하는 효과와 아울러 FED소자의 고밀도의 집적화를 이룰 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. (정정)실리콘기판 위에 형성된 제1산화막층에 사진식각법으로 패턴을 형성하는 공정과; 상기 패턴이 형성된 제1산화막층을 마스크로 사용하여 상기 실리콘기판에 불순물을 확산하여 소정의 형상을 갖는 불순물층을 만드는 공정과; 상기 불순물 확산공정에서 마스크로 이용한 제1산화막층을 제거하는 공정과; 이후 HF양극산화반응을 실행하여 불순물층만을 선택적으로 다공질실리콘층으로 만드는 공정과; 상기 다공질실리콘층을 산화시켜 제2산화막층으로 만드는 공정과; 상기 제2산화막층을 HF용액으로 식각하는 공정으로 제조되는 것을 특징으로 하는 필드 에미션 디스플레이(FED)의 마이크로팁 제조방법.
2. 제1항에 있어서, HF양극산화반응은 HF수용액을 전해액으로 이용하고, 불순물층을 양극으로 하며, n형 실리콘을 마스크로 이용하는 것을 특징으로 하는 필드 에미션 디스플레이(FED)의 마이크로팁 제조방법.
3. (정정)제2항에 있어서, HF양극산화반응은 전해액을 20~40 질량% HF수용액으로 하는 것을 특징으로 하는 필드 에미션 디스플레이(FED)의 마이크로팁 제조방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 다공질실리콘층을 산화시키는 산화공정은 온도를 900℃로하고 반응시간을 1시간으로 하는 건식산화 과정과, 온도를 1000℃로하고 반응시간을 1시간으로 하는 습식산화과정을 순차적으로 실행하는 것을 특징으로 하는 필드 에미션 디스플레이(FED)의 마이크로팁 제조방법.