KR100266108B1 - Manufacturing method of field emission device tip - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for manufacturing a tip of a field emission display device is provided to prevent damage of a silicon tip in a process for forming a gate on a tip formed with a single crystal silicon by forming a silicide layer. CONSTITUTION: A polysilicon tip(1) is formed by using a transfer mode method. A metal layer is formed on the polysilicon tip(1). A silicide layer(3) is formed by performing a heat treatment for the polysilicon tip(1) and the metal layer. An FEA(Field Emission Array) is formed by performing an etch-back process. The metal layer is formed with any one of Ni, Co, W, Ta, Ti, Mo, and Cr.

Description

전계 방출 소자의 팁 제조 방법Method for manufacturing tips of field emission devices

제1도 내지 제3도는 본 발명에 따라 팁에 실리사이드층(3)을 형성시키는 공정을 순서로 나타낸 도면.1 to 3 show in sequence the process of forming the silicide layer 3 at the tip according to the invention.

제4도는 본 발명에 따른 완성된 전계 방출 소자의 요부 단면구성도.4 is a cross-sectional view of main parts of the completed field emission device according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : 팁 2 : 메탈층1 tip 2 metal layer

3 : 살리사이드 층 4 : 게이트3: salicide layer 4: gate

본 발명은 전계 방출 소자 팁의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of making a field emission device tip.

일반적으로 실리콘 팁은 각각의 별개의 방법에 의해 제조할 수 있지만 실리콘 재질로 이루어지는 팁(Tip)은 일반적으로 고전류, 열 등에 의해 실리콘 팁이 쉽게 손상되는 문제가 있다.In general, the silicon tip can be manufactured by a separate method, but a tip made of a silicon material generally has a problem that the silicon tip is easily damaged by high current, heat, or the like.

본 발명은 이와 같은 종래의 실리콘 팁의 내구성 및 열안정성(내열성)을 높인 것으로, 이하 본 발명에 따른 제조방법을 실시예로써 설명한다.The present invention is to increase the durability and thermal stability (heat resistance) of such a conventional silicon tip, hereinafter, the manufacturing method according to the present invention will be described as an example.

먼저, 통상의 트랜스퍼 몰드(transfer mold)법을 이용한 실리콘 팁의 제조 공정을 살펴보면,First, looking at the manufacturing process of the silicon tip using a conventional transfer mold method,

가) 결정방향이 100인 단결정 실리콘 기판상에 열산화 막을 형성하는 단계 (이때 온도 900℃∼1000℃, 1000Å∼3000Å)이다)와, 나) 상기 공정후 열산화 막 상부에 포토레지스트를 형성하는 단계, 다) 사진 식각 공정으로 사각 및 원형의 패턴을 직경 1∼3㎛로 형성하는 단계, 라) 산화막을 건식, 비등방성 식각(CHF3, C2FaCF4개스 사용)하는 단계, 마) 상기 단계 후 실리콘 몰드를 형성하는 단계(여기서는 상기 산화막을 마스크로 하여 실리콘을 KOH 용액으로 식각 실리콘 단결정의 결정 방향에 따른 식각의 차이에 의해 111명에 따른 결정 방향에 비해 식각 속도가 느려 역 피라미드 형태의 홈이 형성됨(이론적인 경사면 각도 : 54.7°)), 바) 상기 공정 후 마스크로 사용된 산화막 식각 및 기판 Cleaning 하는 단계, 사) Sharpening 단계 (이 단계에서는 실리콘 몰드를 열산화하여 산화막 형성(3000∼5000Å) Mold 끝 부분에 실리콘 원자의 밀도가 높으므로 산화되는 속도가 느림 이로 인해 끝 부분이 더 뾰족해지며 Mold의 중횡비가 더욱 커지는 효과가 있음.) 아) 상기 공정 후 폴리 실리콘을 몰드에 채우는(Sputtering) 단계와, 자) 실리콘 몰드 식각(30% KOH 용액을 40℃∼60℃로 가열) 단계를 거쳐, 폴리 실리콘 팁을 완성하는 단계로 이루어 진다.A) forming a thermally oxidized film on a single crystal silicon substrate having a crystal orientation of 100 (at a temperature of 900 ° C to 1000 ° C and 1000 ° C to 3000 ° C), and b) forming a photoresist on the thermal oxide film after the process. Step, c) forming square and circular patterns with a diameter of 1 to 3 μm by a photolithography process; d) dry and anisotropic etching of the oxide film (using CHF 3 , C2F a CF 4 gas), e) After the step of forming a silicon mold (in this case, the etch rate is slower than the crystal direction of 111 people due to the difference in etching according to the crystal direction of the silicon single crystal by etching the silicon as a KOH solution with the oxide film as a mask of Grooves are formed (theoretical angle of inclination: 54.7 °), f) etching the oxide film and cleaning the substrate used as a mask after the process; g) sharpening step (in this step, thermal oxidation of the silicon mold is performed. Oxide film formation (3000 ~ 5000Å) As the density of silicon atoms at the end of mold is high, the oxidation rate is slow. Therefore, the tip becomes sharper and the aspect ratio of mold is increased. After the step of sputtering the mold (i) and the silicon mold etching (heating 30% KOH solution to 40 ℃ ~ 60 ℃) step to complete the polysilicon tip.

이러한 트랜스퍼 몰드법을 이용한 전계 방출 소자의 에미터 제조의 경우를 설명하면,When describing the case of emitter production of the field emission device using such a transfer mold method,

트랜스퍼 몰드법을 이용하여 형성한 팁은 종횡비(Aspect ratio), 균일성, 재현성 등이 좋으며, 저 전압에서도 전계방출이 되며 높은 전류를 나타내는 특성이 있다. 그러나 폴리 실리콘(Poly-Si)으로 팁을 형성할 시 내구성이 문제가 된다.The tip formed by the transfer mold method has good aspect ratio, uniformity, and reproducibility, and emits electric field at low voltage and shows high current. However, durability is a problem when forming tips from poly-silicon (Poly-Si).

본 발명에서는 상기한 트랜스퍼 몰드법으로 폴리 실리콘 팁(1)을 제1도와 같이 형성한 후, Pocl3도핑을 하거나 폴리 실리콘 형성시 증착을 통하여 폴리 실리콘 팁(1)이 도전층이 되도록 한다.In the present invention, the polysilicon tip 1 is formed as shown in FIG. 1 by the above-described transfer mold method, and then the polysilicon tip 1 becomes a conductive layer through Pocl 3 doping or deposition during polysilicon formation.

예로써, 제2도에서 보듯이 폴리 실리콘 팁(1) 위 메탈층(2)을 수백 Å 정도 형성시킨다. 메탈층(2) 형성을 위한 금속재질은 실리사이드 형성 가능한 Ni, Co, W, Ta, Ti, Mo, Cr 등을 사용할 수 있다.For example, as shown in FIG. 2, the metal layer 2 on the polysilicon tip 1 is formed by several hundred micrometers. As the metal material for forming the metal layer 2, silicide-formable Ni, Co, W, Ta, Ti, Mo, Cr, or the like may be used.

그리고 폴리 실리콘과 금속 즉, 폴리 실리콘 팁(1)과 메탈층(2)을 열처리 하여 제3도와 같이 실리 사이드 층(3)을 형성시킨다.Then, the silicon layer, that is, the polysilicon tip 1 and the metal layer 2 is heat-treated to form the silicide layer 3 as shown in FIG.

그런후, 에치백(Etch back) 공정을 이용하여 제4도와 같은 구조의 FEA(Field emission array)를 형성한다.Thereafter, a field emission array (FEA) having a structure as shown in FIG. 4 is formed by using an etch back process.

이와 같은 본 발명의 실시예에 의하면 형성된 팁에 제4도에 도시한 바와 같은 게이트(4)를 형성하는 과정에서 폴리 실리콘 팁(1) 끝에 손상이 올 수 있는 것을 실리 사이드 층(3)의 형성으로 인해 폴리 실리콘 팁(1)을 보호할 수 있는 효과가 있다. 그리하여 팁의 내구성과 열 안정성을 보장할 수 있다.According to the exemplary embodiment of the present invention, the silicide layer 3 may be formed at the end of the polysilicon tip 1 in the process of forming the gate 4 as shown in FIG. Due to this has the effect of protecting the polysilicon tip (1). This ensures tip durability and thermal stability.

다음은 다른 실시 예로서 등방성 에칭에 의하여 형성된 단결정 실리콘 팁위에 실리 사이드 층을 형성하는 경우를 설명한다.Next, as another embodiment, a case of forming a silicide layer on a single crystal silicon tip formed by isotropic etching is described.

단결정 실리콘 전계 방출 소자는 공정 온도가 높고 제조 공정이 복잡하며, 실리콘 웨이퍼 사이즈의 한계에 의해 대면적화가 불가능한 단점을 가진다. 단결정 실리콘 전계 방출 소자 역시 전류, 열, 배기등에 의해 실리콘 팁 부분의 손상에 의해 특성 저하를 가져온다.The single crystal silicon field emission device has a high process temperature, a complicated manufacturing process, and a large area is impossible due to the limitation of the silicon wafer size. The single crystal silicon field emission device also causes deterioration of characteristics due to damage to the silicon tip portion by current, heat, and exhaust.

따라서, 본 발명의 다른 실시 예에서도 역시 단결정 실리콘 팁위에 메탈 층을 형성하여 열처리 후 실리 사이드를 형성시킨 것으로 이하 더욱 구체적으로 설명한다.Therefore, in another embodiment of the present invention, the silicide is formed after the heat treatment by forming the metal layer on the single crystal silicon tip.

먼저, 등방성 에칭 또는 등방/비등방 이단계 에칭과 샤프닝 산화(Sharpening Oxidation)를 통해 앞선 실시예의 제1도와 같은 샤프닝된 팁(1)을 형성한다.First, an isotropic etch or isotropic / anisotropic two-step etch and sharpening oxidation to form the sharpened tip 1 as in the first embodiment of the previous embodiment.

그리고 메탈층(2)를 수백 Å 형성시키고, 단결정 실리콘과 메탈층(2)을 열처리하여 실리 사이드 층(3)을 형성시킨다. 메탈층(2) 형성 가능한 물질은 앞선 실시예와 마찬가지로 실리 사이드 가능한 물질 예로써, Ni, Co, W, Ta, Ti, Mo, Cr 등을 사용할 수 있다. 그리고 에치백 공정을 이용하여 FEA를 형성한다.Then, the metal layer 2 is formed hundreds of microseconds, and the silicide layer 3 is formed by heat-treating the single crystal silicon and the metal layer 2. The material capable of forming the metal layer 2 may be silicideable material, for example, Ni, Co, W, Ta, Ti, Mo, Cr, or the like, as in the previous embodiment. The etch back process is used to form the FEA.

이와 같은 본 발명에 따르면 단결정 실리콘으로 형성한 팁에 게이트(4)를 형성하는 과정에서 실리콘 팁 끝의 손상을 가져 오는 것을 방지할 수 있다.According to the present invention as described above it is possible to prevent the damage of the tip of the silicon tip in the process of forming the gate 4 in the tip formed of single crystal silicon.

Claims (4)

전계 방출 소자의 팁 제조방법에 있어서, 트랜스퍼 몰드법에 의해 폴리 실리콘 팁(1)을 형성하는 공정과,In the tip manufacturing method of the field emission device, the step of forming the polysilicon tip (1) by the transfer mold method, 상기 공정 후 폴리 실리콘 팁(1) 상에 메탈층(2)을 형성시키는 공정과,Forming a metal layer 2 on the polysilicon tip 1 after the step; 폴리 실리콘 팁(1)과 메탈층(2)을 열처리하여 실리 사이드 층(3)을 형성시키는 공정과,Heat-treating the polysilicon tip (1) and the metal layer (2) to form the silicide layer (3), 에치백 공정으로 FEA를 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자의 팁 제조 방법.Method for producing a tip of a field emission device comprising the step of forming the FEA by the etch back process. 제1항에 있어서, 상기 메탈층(2) 형성을 위한 금속은 Ni, Co, W, Ta, Ti, Mo, Cr 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자의 팁 제조 방법.The method of claim 1, wherein the metal for forming the metal layer (2) is any one of Ni, Co, W, Ta, Ti, Mo, Cr. 전계 방출 소자의 팁 제조 방법에 있어서, 등방성 에칭 또는 등방/비등방 이단계 에칭과 샤프닝에 의해 팁을 형성하는 공정과,A method of manufacturing a tip of a field emission device, comprising: forming a tip by isotropic etching or isotropic / anisotropic two-step etching and sharpening; 팁위에 메탈층(2)을 형성시키는 공정과,Forming a metal layer 2 on the tip; 단결정 실리콘과 메탈층(2)을 열처리 하여 실리 사이드 층(3)을 형성시키는 공정과,Heat-treating the single crystal silicon and the metal layer (2) to form the silicide layer (3), 에치백 공정을 이용하여 FEA를 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자의 팁 제조 방법.A method of manufacturing a tip for a field emission device, comprising the step of forming an FEA using an etch back process. 제3항에 있어서, 상기 메탈층(2)을 형성하기 위한 금속은 Ni, Co, W, Ta, Ti, Mo, Cr 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자의 팁 제조 방법.4. The method of manufacturing a tip of a field emission device according to claim 3, wherein the metal for forming the metal layer (2) is any one of Ni, Co, W, Ta, Ti, Mo, and Cr.
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