KR100260257B1 - 필드 에미터 소자의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 필드 에미터 소자의 제조방법에 관한 것으로, 실리콘 기판에 다이아몬드 결정을 램덤한 크기로 성장시키고 상기 다이아몬드 결정을 식각하여 일정크기 이하의 결정만을 남긴 다음, 상기 남은 다이아몬드 결정을 마스크로하여 상기 실리콘기판을 일정두께 등방성식각하여 "∧" 형태를 구비하고 상기 "∧" 형태의 표면을 산화시켜 산화막을 형성한 다음, 전체표면상부에 게이트절연막과 게이트용 금속박막을 순차적으로 형성하고 상기 산화막을 제거하여 상기 게이트절연막과 게이트용 금속박막을 리프트-오프시키는 공정으로 실리콘 팁을 갖는 에미터 소자를 형성함으로써 게이트 홀의 밀도를 증가시켜 대용량화된 소자를 낮은 구동전압으로 구동시킬 수 있도록 하는 기술이다.

Description

필드 에미터 소자의 제조방법

본 발명은 필드 에미터 소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 포토 리소그래피 공정없이 다이아몬드 결정을 마스크로 이용하여 미세한 게이트 홀을 형성함으로써 팁(tip)의 밀도를 향상시키고 이를 낮은 구동전압으로 사용할 수 있어 팁의 수명을 연장시키고 대형화를 하게 하는 기술에 관한 것이다.

일반적으로, 전계방출소자 ( field emission display ; 이하 FED 라 칭함 ) 는, 팁의 날카로운 부분에 전계가 집중되는 현상을 이용하여 비교적 낮은 전압, 예를 들어 500∼10 ㎸ 정도의 전압을 인가하여 터널효과에 의한 냉전자를 방출시키는 소자로서, 이를 이용하여 형성되는 FED 는 CRT 의 고선명성과 액정표시장치 ( liquid crystal display; 이하 LCD 라 칭함 ) 의 경박형의 장점을 모두 갖추고 있어 차세대 표시장치로서 주목받고 있다.

특히, FED 는 경박형의 제작이 가능할 뿐만 아니라, LCD 의 결정적인 단점인 공정수율, 제조단가 및 대형화의 문제점들을 해결할 수 있다. 즉, LCD 는 하나의 단위화소라도 불량이 발생되면 제품전체가 불량 처리되지만, FED 는 하나의 화소 그룹에 그보다 작은 다수개의 단위화소들이 형성되어 있어 한 두개의 단위화소에 불량이 발생하여도 화소 그룹의 동작에는 이상이 없어 제품 전체의 수율이 향상된다. 또한 FED 는 LCD 에 비해 구조가 간단하고, 소비전력이 작아 단가가 낮고, 휴대형 표시장치에 적합한 등의 이점이 있다.

초기의 FED 는 공동에 의해 외부로 노출되어 있으며, 날카로운 부분을 갖는 원뿔형 에미터와, 상기 에미터의 양측에 정렬되어 있는 게이트와, 상기 게이트와 일정간격 이격되어 있는 애노드(Anode)로 구성되어 각각이 CRT의 캐소드, 게이트 및 애노드와 대응된다.

상기의 FED는 애노드에 전압, 예를들어 5∼10 V 정도의 전압이 인가되어 에미터의 꼭지부에 집중된 전계에 의해 전자가 방출되며, 상기 방출된 전자는 양의 전압이 인가된 애노드에 의해 인도되어 애노드에 도포되어있는 형광물질을 발광시키고, 상기 게이트는 전자의 방향 및 양을 조절한다.

그러나 상기와 같은 원뿔형 에미터를 구비하는 초기의 FED는, 방출된 전자들중의 일부가 게이트로 유도되어 게이트 전류가 흘러 전자의 제어가 어렵고, 에미터와 애노드의 사이에서 전자와 충돌하여 형성된 양이온이 에미터와 충돌하여 소자가 파괴되므로, 이를 방지하기 위하여 소자의 내부를 고진공 상태로 유지하여야하며, 날카로운 원뿔형 에미터의 균일한 제작이 어렵고, 원뿔형 에미터의 최상부에 형성되는 팁 ( tip ) 이 손상되기 쉬운 등의 문제점이 있다.

또한, 전자빔을 이용한 수직, 경사 증착공정을 이용하여 팁을 만드는 방법은 공정이 까다롭고 특히 대면적을 제조하는 방법에 있어서 매우 어렵다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 다이아몬드를 이용하여 실리콘 팁을 형성함으로써 포토 리소그래피 공정없이 낮은 구동전압으로 대형화되는 소자에 적용할 수 있느 필드 에미터 소자의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1a 내지 도 1f 는 본 발명의 실시예에 따른 필드 에미터 소자의 제조방법을 도시한 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

11 : 실리콘기판 13 : 픽셀 간격 방패막

15 : 다이아몬드 결정 17 : 산화막

19 : 게이트절연막 21 : 게이트용 금속박막

이상의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 필드 에미터 소자의 제조방법은,

실리콘 기판에 다이아몬드 결정을 램덤한 크기로 성장시키는 공정과,

상기 다이아몬드 결정을 식각하여 일정크기 이하의 결정만을 남기는 공정과,

상기 남은 다이아몬드 결정을 마스크로하여 상기 실리콘기판을 일정두께 등방성식각하여 "∧" 형태를 구비하는 공정과,

상기 "∧" 형태의 표면을 산화시켜 산화막을 형성하는 공정과,

전체표면상부에 게이트절연막과 게이트용 금속박막을 순차적으로 형성하는 공정과,

상기 산화막을 제거하여 상기 게이트절연막과 게이트용 금속박막을 리프트-오프시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로한다.

이하, 첨부된 도면을 참고로하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 1a 내지 도 1f 는 본 발명의 실시예에 따른 필드 에미터 소자의 제조방법을 도시한 단면도이다.

먼저, 실리콘 기판(11) 상부에 각 픽셀(도시안됨)을 패터닝한다. 그리고, 상기 실리콘 기판(11) 상부에 다이아몬드 결정(15)을 성장시키되, 랜덤한 크기로 성장시킨다. 이때, 상기 다이아몬드 결정(15)은 화학기상증착 ( chemical vapor deposition, 이하CVD 라 함 ) 방법으로 형성한다. 이때, 상기 픽셀의 패터닝 공정은 실리콘산화막으로 형성된 픽셀의 간격 방패막(13)을 구비한다. (도 1a)

그 다음에, 상기 실리콘 기판(11) 상부에 형성된 다이아몬드 결정(15) 표면을 식각한다. 이때, 상기 식각공정은 남겨진 다이아몬드 결정(15)의 크기가 1 ㎛ 이하가 될때까지 실시한다.

이로인하여, 상대적으로 큰 다이아몬드 결정(15)만이 상기 실리콘기판(11) 상부에 남게 된다.

상기 도 1b 는 남아 있는 다이아몬드 결정(15) 중 일부만을 도시한 것이다. (도 1b)

그 다음에, 상기 실리콘기판(11) 상부의 구조물을 마스크로 하여 상기 실리콘기판(11)을 일정깊이 등방성식각한다.

이때, 상기 다이아몬드 결정(15) 하부의 식각된 실리콘기판(11)은 "∧" 형태로 형성된다. (도 1c)

그 다음, 상기 "∧" 형태의 실리콘기판(11) 표면을 산화시켜 산화막(17)을 형성한다. (도 1d)

그 다음에, 전체표면상부에 게이트절연막(19)와 게이트용 금속박막(21)을 적층한다. 이때, 상기 게이트절연막(19)은 실리콘산화막으로 형성한다. (도 1e)

그리고, 비.오.이. ( buffered oxide etchant, 이하에서 BOE 라 함 ) 용액을 이용하여 상기 산화막(17)을 식각하여 상기 다이아몬드 결정(15)을 포함한 그 상부의 구조물을 리프트-오프 ( lift-off ) 시켜 실리콘 팁(23)을 형성한다. 이때, 상기 픽셀의 간격 방패막(13)은 리프트-오프 공정시 제거된다. (도 1f)

이상에서 설명한 바와같이 본 발명에 따른 필드 에미터 소자의 제조방법은, 포토 리소그래피 공정없이 게이트 홀의 크기를 줄여 팁의 밀도를 높키고 구동전압을 낮출 수 있어 소자의 대용량화를 가능하게 하는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 실리콘 기판에 다이아몬드 결정을 램덤한 크기로 성장시키는 공정과,

   상기 다이아몬드 결정을 식각하여 일정크기 이하의 결정만을 남기는 공정과,

   상기 남은 다이아몬드 결정을 마스크로하여 상기 실리콘기판을 일정두께 등방성식각하여 "∧" 형태를 구비하는 공정과,

   상기 "∧" 형태의 표면을 산화시켜 산화막을 형성하는 공정과,

   전체표면상부에 게이트절연막과 게이트용 금속박막을 순차적으로 형성하는 공정과,

   상기 산화막을 제거하여 상기 게이트절연막과 게이트용 금속박막을 리프트-오프시키는 공정을 포함하는 필드 에미터 소자의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 다이아몬드 결정은 CVD 방법으로 형성하는 것을 특징으로하는 필드 에미터 소자의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 산화막 제거공정은 BOE 용액을 이용하여 실시하는 것을 특징으로 하는 필드 에미터 소자의 제조방법.

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