KR100257699B1 - 전계 방출 표시소자용 금속 팁 필드 에미터 제조방법 - Google Patents

Abstract

몰딩 기술을 이용한 전계 방출 표시소자용 금속 팁 필드 에미터 제조 방법에서 실리콘 몰드와 그 상부에 형성되는 유리를 접합시킬 때, 선택 증착이 가능한 저압 화학기상 증착법을 이용하여 금속 팁을 제조함으로써, 양호한 접합이 가능하게 되어, 전계 방출 표시소자의 내구성을 높일 수 있다.

Description

전계 방출 표시소자용 금속 팁 필드 에미터 제조방법

제1(a)도는 종래의 기술에 따라 상부에 실리콘 산화막이 형성되어 있는 실리콘 몰드에 피라미드형 홀을 형성하는 공정을 나타내는 금속 팁 필드 에미터의 정단면도.

제1(b)도는 제1(a)의 공정후, 실리콘 몰드 상부의 실리콘 산화막을 제거한 후 피라미드형 홀 내부를 금속으로 충진시키는 공정을 나타내는 금속 팁 필드 에미터의 정단면도.

제1(c)도는 제1(b)의 공정후 금속 박막 상부에 유리를 형성하는 공정을 나타내는 금속 팁 필드 에미터의 정단면도.

제1(d)도는 제1(c)도의 공정후, 하부의 실리콘 몰드를 제거하는 공정을 나타내는 금속 팁 필드 에미터의 정단면도.

제1(e)도는 제1(d)도의 공정 후, 금속 팁 필드 에미터 상부에 절연체 및 게이트 금속을 순차적으로 형성하고, 상기 절연체 및 게이트 금속의 소정부분을 식각하는 공정을 나타내는 금속 팁 필드 에미터의 정단면도.

제2(a)도는 본 발명에 따라 상부에 실리콘 산화막이 형성되어 있는 실리콘 몰드에 피라미드형 홀을 형성하는 공정을 나타내는 금속 팁 필드 에미터의 정단면도.

제2(b)도는 제2(a)도의 공정후, 상기 피라미드형 홀 내부를 텅스텐으로 증착시켜 텅스텐 팁 필드 에미터를 형성하는 공정을 나타내는 금속 팁 필드 에미터의 정단면도.

제2(c)도는 제2(b)도의 공정 후, 실리콘 몰드 상부의 실리콘 산화막을 제거한 후, 그 상부에 텅스텐 박막과 유리를 형성하는 공정을 나타내는 금속 팁 필드 에미터의 정단면도.

제2(d)도는 제2(c)도의 공정 후 상기 실리콘 몰드를 제거하는 공정을 나타내는 금속 팁 필드 에미터의 정단면도.

제2(e)도는 상부에 절연체 및 게이트 금속을 순차적으로 형성하고, 상기 절연체 및 게이트 금속의 소정부분을 식각하는 공정을 나타내는 금속 팁 필드 에미터의 정단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 실리콘 몰드 2 : 실리콘 산화막

3 : 피라미드형 홀 4 : 텅스텐 팁

4' : 금속 팁 금속 박막 5 : 텅스텐 박막

6 : 유리 7 : 절연체

8 : 게이트 금속

본 발명은 몰딩 기술을 이용한 전계방출 표시소자용 금속 팁 필드 에미터 제조방법에 관한 것으로, 특히, 금속 팁 필드 에미터 제조시, 선택증착이 가능한 저압 화학기상 증착법을 사용하므로써, 실리콘 웨이퍼와 유리를 정전접합시킬 때, 접합 강도가 증가하여 전계 방출 표시소자의 내구성을 향상시킬 수 있는 전계 방출 표시소자용 금속 팁 필드 에미터 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 전계 방출 표시소자용 금속 팁 필드 에미터를 제조할 때의 몰딩 기술에서는 팁을 형성한 후, 실리콘 몰드를 제거할때 최종기판이 유리가 되기 때문에, 정전접합은 전계방출 표시소자의 내구성을 결정하는 아주 중요한 공정이 된다.

종래의 몰딩 기술에 있어서는, 실리콘 몰드를 충진할 때, 전자 빔 열 증착범이나 스퍼터링 법으로 실리콘 몰드를 충진하여, 금속 팁을 형성하는데, 이때의 팁의 높이가 2㎛ 정도되므로, 실리콘 몰드 이외의 부분에도 금속박막이 같은 두께로 증착된다. 정전접합은 약 300℃ 정도의 온도에서, 강한 전기장을 야기시켜 실리콘 몰드와 유리를 접합시키는 기술인데, 실리콘 몰드와 유리 사이에 금속 박막이 존재하면 접합이 잘 되지 않는 문제점이 발생된다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해, 몰딩기술에 의한 금속 팁 필드 에미터 제조시, 선택 증착이 가능한 저압 화학기상 증착법을 사용함으로써, 정전접합이 잘 되게 하는것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 실리콘 단결정 웨이퍼에 실리콘 산화막을 형성한 후, 상기 실리콘 산화막을 사진 식각공정과 반응성 이온 식각으로 소정 부분을 식각한 후, 계속하여 비등방성 식각용액으로 상기 실리콘 단결정 웨이퍼를 식각하여 피라미드형 홀을 가진 실리콘 몰드를 형성하는 단계와, 상기 실리콘 몰드의 피라미드형 홀 내부를 금속 박막으로 채워넣어 금속 팁 필드 에미터를 형성하고, 그 상부의 실리콘 산화막을 제거한후, 전체구조 상부에 금속 박막을 형성하고, 그 상부에 유리를 접합시키는 단계와, 상기 실리콘 몰드를 제거한후, 상기 팁 필드 에미터 상부에 절연체와 게이트 금속을 형성한 후, 상기 절연체와 게이트 금속을 습식 식각하여 트라오드 구조의 금속 팁 필드 에미터를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면으로 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기로 한다.

제1(a)도 내지 제1(e)도는 종래의 몰딩 기술에 따른 전계 방출용 표시소자의 금속 팁 필드 에미터 제조공정을 나타낸 것으로써, 제1(a)도는 실리콘 단결정 웨이퍼를 KOH용액으로 습식 식각하여 피라미드형 홀(3)을 만드는 공정을 나타내는데, 실리콘 웨이퍼의 피라미드형 어레이(array)식각은 마이크로 머시닝 분야에서는 잘 확립되어 있는 공정으로 그 형성 방법은 다음과 같다. 먼저 실리콘 단결정 웨이퍼를 열산화 방법이나 화학증착법에 의해 얇은 산화막(2)을 형성 (이때 산화막의 두께는 중요하지 않음)하고 사진 식각공정에 의해 원하는 크기로 산화막에 구멍을 만든다. 그리고 실리콘의 비등방 식각 용액에 담그는데 이때 실리콘의 {100} 면의 식각속도가 {111}이나 {110}면보다 100배 정도 빠르기 때문에 {111}면만이 나타나 피라미드형 홈을 가진 실리콘 몰드(1)가 형성된다.

다음에 제1(b)도에서와 같이 실리콘 산화막을 HF 용액을 이용하여 제거한후, 실리콘 몰드(1) 위에 필드 에미터인 금속 팁 및 금속 박막(4')을 증착하여 몰드를 충진한다. 그후 제1(c)도에서와 같이 정전접합법을 이용하여 실리콘 몰드(1)와 유리(6) (Corning 계열의 유리)를 접합한다.

다음에 제1(d)도에서와 같이 실리콘 몰드(1)를 KOH 용액을 이용하여 제거하고, 최종적으로, 제1(d)도에서와 같이 금속 팁(4)상부에 절연체(7)와 게이트 금속(8)을 형성하고 절연체와 게이트 금속층을 습식 식각하여 트라이오드 구조를 가지는 전계 방출 표시소자용 금속 팁 필드 에미터를 완성한다.

이때 금속 팁의 높이가 대개 2㎛정도이므로 금속 팁(4') 이외의 실리콘 몰드 부분에도 금속 박막(4')이 같은 두께로 증착된다. 금속을 몰드에 충진한 후에 이루어지는 정전접합은 대개 300℃ 정도의 온도에서 강한 전기장을 야기시켜 실리콘 웨이퍼와 유리를 접합하는 기술인데 도시된 바와 같이 실리콘과 유리 사이에 금속 박막이 존재하면 접합이 잘되지 않는 문제점이 있다

제2(a)도 내지 제2(e)도는 본 발명의 몰딩 기술에 의하여 전계 방출 표시소자용 금속 팁 필드 에미터 제조시 용이한 정전접합을 위해 선택증착이 가능한 저압 화학기상 증착법을 선택한 것으로 그 제조 공정 순서는 다음과 같다. 먼저 제2(a)도에 도시된 실리콘 몰드(1)를 형성하는 공정은 종래기술과 동일하며 이 때 몰드를 만들기 위해 형성한 실리콘 산화막(2)을 금속 박막 증착 전에 제거하지 않는다. 다음에 제2(b)도에서와 같이 실리콘 몰드(1)와 산화막 상부로 부터 텅스텐 금속 박막을 저압 화학기상 증착법을 이용하여 증착한다. 이때 저압화학기상 증착법의 특성상 텅스텐이 실리콘 위에만 증착이 되므로 실리콘 몰드(1)의 피라미드형 홀(3)만 충진된다. 그후 실리콘 산화막(2)을 불산용액으로 제거하고 전체 실리콘몰드(1) 위에 텅스텐 박막(5)을 스퍼터링으로 0.2㎛ 증착한 후, 정전접합법을 이용하여 실리콘 몰드(1)와 유리(6) (Corning 계열의 유리)를 접합한다.

제1(d)도에서와 같이 실리콘 몰드(1)를 KOH 용액을 이용하여 제거하고, 제2(e)도에서와 같이 금속 팁(4) 위에 절연체(7)와 게이트 금속(8)을 형성한다. 이때 금속팁 상부에 절연체를 형성 할때 플라즈마 화학 증착법을 사용하며, 절연체 상부에 게이트 금속을 형성할때는 크롬(Cr) 티타늄(Ti) 또는 팅스텐(W)을 스퍼터링으로 형성하며, 그후 절연체(7)와 게이트 금속(8)을 습식 식각하여 트라이오드 구조를 가지는 전계 방출 표시소자용 금속 팁 필드 에미터를 형성한다. 이때 캐소드 전극과 게이트 전극 사이에 적당한 전압을 인가하면 괼드 에미션 기구에 의해 금속 팁 선단에서 전자가 방출된다. 방출된 전자는 애노우드와 캐소드 사이에 형성된 전압에 의해 가속되어 애노드 위에 도포된 형광체를 자극함으로써 전계 방출형 표시소자의 기능을 수행하게 된다.

이상에서 살펴본 바와같이 선택증착이 가능한 저압 화학기상 증착법으로 실리콘 몰드의 피라미드형 홀 안에만 금속 박막을 충진함으로써 실리콘 웨이퍼와 유리 사이에 존재하는 금속의 두께를 조절할 수 있다. 따라서 실리콘 웨이퍼와 유리 사이에 존재하는 금속 박막의 두께가 필요 이상으로 두꺼워지는 문제가 사라져 정전접합시 접합강도가 증가하여 후에 전계 방출 표시소자의 내구성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (6)

1. 실리콘 단결정 웨이퍼에 실리콘 산화막음 형성하고, 상기 실리콘 산화막을 사진 식각공정과, 반웅성 이온 식각으로 소정부분을 식각한 후, 계속하여 비등방성 식각용액으로 상기 실리콘 단결정 웨이퍼를 식각하여 피라미드형 홀을 가진 실리콘 몰드를 형성하는 단계와, 상기 실리콘 몰드의 피라미드형 흘 내부를 금속 박막으로 채워넣어 금속 팁 필드 에미터를 형성하고, 그 상부의 실리콘 산화막을 제거한 후, 전체구조 상부에 금속 박막을 형성하고 그 상부에 유리를 접합시키는 단계와, 상기 실리콘 몰드를 제거한 후. 상기 팁 필드 에미터 상부에 절연체와 게이트 금속을 형성한 후, 상기 절연체와 게이트 금속을 식각하여 트라이오드 구조의 금속 팁 필드에미터를 형성하는 단계를 포함하는 전계방출 표시소자용 금속 팁 필드 에미터 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 금속 팁 필드 에미터 상부에 형성되는 절연체는 SiO₂또는 Si₃N₄를 플라즈마 화학 중착법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 표시소자용 금속 팁 필드에미터 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 금속 팁 필드 에미터 상부에 형성되는 게이트 금속은 크롬(Cr), 티타늄(Ti) 또는 텅스텐(W)을 스퍼터링으로 형성하는 것을 특징으로 하는 전계 광출 표시소자용 금속 팁 필드 에미터 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 실리콘 몰드를 KOH 용액으로 제거하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 표시소자용 금속 팁 필드 에미터 제조방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 실리콘 몰드와 그 상부에 형성되는 유리는 정전접합 방법으로 접합되는 것을 특징으로 하는 전계 방출 표시소자용 금속 팁 필드 에미터 제조방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 실리콘 몰드의 피라미드형 홀 내부를 금속 박막을 채워 넣을 때 저압 화학기상 증착법을 이용하여 피라미드 홀 안에만 금속박막이 충진되는 것을 특징으로 하는 전계 방출 표시소자용 금속 팁 필드 에미터 제조방법.