KR100292829B1 - 3극구조의몰리브덴팁전계효과전자방출표시소자제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3극 구조의 몰리브덴 팁 FED의 제조방법에 관한 것으로, 기판(10)상에 제 1 분리층(30)과 포토레지스트층(32)을 증착하고 코팅하는 단계와, 상기 제 1분리층(30)과 포토레지스트층(32)을 사진식각공정에 의해 식각하여 패턴을 형성하는 단계와, 상기 패턴상에 팁용 금속층(40)을 증착하여 금속팁(40')을 형성하는 단계와, 나중공정에서 2번째 리포트-오프(lift-off)를 하기위하여 제 2 분리층(50)을 증착하는 단계와, 상기 금속팁(40')을 제외한 상기 제 1 분리층(30)을 웨트 에칭으로 식각하는 단계와, 상기 금속팁(40')을 원기둥 형태로 만들고자 상기 금속팁(40')을 드라이 에칭으로 식각하는 단계와, 이 시편상에 진공증착으로 게이트 절연층(60)을 증착하는 단계와, 절연층(60)증착후 제 2 분리층(50)을 웨트 에칭하여 금속팁위에 절연층을 제거하는 단계와, 상기 기판(10)을 경사로 회전하면서 게이트 절연층(60)상에 게이트 전극(70)과 제 3 분리층(80)을 순차적으로 경사증착하는 단계와, 상기 기판(10)에 몰리브덴 또는 기타 금속층(40)을 수직증착하는 단계와, 상기 게이트 전극(70)상의 제 3 분리층(80)을 웨트 에칭으로 식각하여 리프트-업하여 마이크로팁(90)을 형성하는 단계를 포함하여, 직경 1.5㎛의 마스크로서 사진식각공정을 행하여 게이트홀을 0.5㎛이하로 제작하면서도, 팁의 높이와 게이크 절연층의 두께를 1㎛이상으로 크게하므로 누설전류 및 소자파괴를 방지하고, 팁의 모양이 5각형 형상이므로, 구조 및 열에 대한 안정성이 향상되는 효과를 가진다.

Description

3극 구조의 몰리브덴팁 전계효과 전자방출 표시소자 제조방법{METHOD FOR FABRICATION A TRIPOLAR MO TIP EMISSION DISPLAY}

본 발명은 3극 구조의 전계효과 전자방출 표시소자(Field Emission Display)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 0.5㎛이하의 게이트홀을 가지면서도 누설전류 및 소자파괴 등을 방지할 수 있도록 팁의 높이와 게이트 절연층의 두께를 크게할 수 있는 3극 구조의 몰리브덴 팁 전계효과 전자방출 표시소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.

전계효과 전자방출 표시소자(Field Emission Display; 이하 FED로 약칭함.)는 음극판 패널인 캐소드(cathode)와 양극판 패널인 애노드(anode)로 구성되어 있다. 캐소드는 전자를 방출하는 마이크로팁(FEA: Field Emitter Array)으로 구성되며 애노드는 형광체가 도포되어 사람이 볼 수 있는 영상으로 나타내는 부분이다. FED는 기본적으로 캐소드에서 방출된 전자가 애노드의 형광체에 부딪쳐 영상을 나타내도록 설계되어 있으며, 하부기판에 캐소드 전극과 에미터가 구비된 2극 구조와, 캐소드 전극과 에미터 및 게이트 전극이 구비된 3극 구조가 있다.

이러한 FED는 우선 유리기판위에 전자를 방출하는 마이크로팁 구조를 반도체공정으로 제작하고 애노드에 형광체를 도포한 후 스페이서(Spacer)라는 분리층을 만들고 고진공 패키징을 행한다. 그리고 하부기판의 캐소드 전극과 게이트 전극에 적절한 양의 전압을 가하면 마이크로팁에 강한 전기장이 형성되어 양자 역학적 터널효과에 의해 전자가 방출되고, 방출된 전자가 수백볼트의 전압이 가해진 애노드에 끌려 형광체를 때리게 되면 이때 형광체상에 발광함으로써 원하는 패턴 또는 문자나 기호를 표시하게 된다. FED는 CRT의 장점인 고해상도, 광시야각 및 액정(LCD)의 장점인 박형, 절전, 적게 드는 공정비용 등의 고른 장점을 가지고 있으며, 화소의 밀도가 높아 수율이 높으므로, 최근 각광을 받고 있다.

상세한 3극 구조의 FED의 제조방법은 도 1a에 도시된 바와 같이, 유리 또는 실리콘의 기판(10)상에 절연층(12)과 게이트 전극(14)을 순서대로 증착하고, 사진식각에 의거 일차로 드라이 에칭(dry etching)하고, 이차로 웨트 에칭(wet etching)으로 식각하여 패턴을 형성한다. 이어서 도 1b에 도시된 바와 같이, 기판(10)을 회전하면서 기판과 10∼20°의 각도로 알루미늄 분리층(16)을 경사 증착한다. 그리고, 도 1c에 도시된 바와 같이, 기판(10)에 수직으로 몰리브덴(Mo) 금속층(18)을 진공증착방법으로 쌓아 마이크로팁(20)을 형성하고, 증착이 끝난 시편의 알루미늄 분리층(16)을 리프트-업(lift-up)하므로서, 도 1d에 도시된 바와 같은 3극 구조의 몰리브덴 마이크로팁 FED를 완성한다.

이와 같이 제조된 종래의 FED는 게이트홀의 직경이 사진식각공정상의 마스크 패턴에 의해 좌우되는 데, 현재의 기술수준에서는 콘택 마스크의 패턴을 1㎛이하로 제작할 수 없었다. 이 결과, 게이트 직경이 큼에 따라 구동전압, 즉 전자를 방출하기 위하여 게이트 전극에 인가되는 전압이 높아지는 문제가 있었다. 따라서, 게이트홀의 직경을 줄이고자 현재 존재하고 있는 방법은 사진식각공정에서 콘택 마스크를 사용하지 않고 레이저 홀로그라피(laser holography), 레이저 인터피어런스(laser interference) 등의 방법으로 패턴을 만드는 것이 제안되어 있지만, 이 방법에 의하면 게이트홀의 직경은 줄어들지만, 줄어든 홀의 직경만큼 팁의 높이도 낮아지고, 높은 전자방출을 위하여 팁의 선단과 게이트 전극의 높이를 같게 할 경우, 게이트 절연층의 두께가 상당히 얇아지기 때문에 누설전류 및 소자파괴 등의 치명적인 현상을 초래하는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 종래의 단점을 해소하기 위한 것으로, 그 목적은 직경 1.5㎛의 도트 사이즈를 가지는 마스크를 가지고 사진식각공정을 행하여 게이트홀(gate hole)의 직경을 0.5㎛이하로 제작하면서도, 게이트홀을 줄이는 경우, 낮아지는 팁의 높이와 얇아지는 게이트 절연층으로 인해 야기되는 누설전류 및 소자파괴 등을 방지할 수 있도록 팁의 높이와 게이트 절연층의 두께를 크게 한 3극 구조의 몰리브덴 팁 전계효과 전자방출 표시소자 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

이와같은 목적을 실현하기 위한 본 발명에 따른 3극 구조의 몰리브덴 팁 전계효과 전자방출 표시소자의 제조방법은 기판상에 제 1 분리층을 증착하고 상기 제 1 분리층상에 포토레지스트층을 코팅하는 단계와, 상기 제 1분리층과 포토레지스트층을 사진식각공정에 의해 식각하여 패턴을 형성하는 단계와, 상기 패턴상에 팁용 금속층을 증착하여 금속팁을 형성하는 단계와, 나중 공정에서 2번째 리프트-오프를 하기위해서 제 2 분리층을 증착하는 단계와, 상기 금속팁을 제외한 상기 제 1 분리층을 웨트 에칭으로 식각하는 단계와, 상기 금속팁을 원기둥 형태로 만들고자 상기 금속팁을 드라이 에칭으로 식각하는 단계와, 이 시편상에 진공증착으로 게이트 절연층을 증착하는 단계와, 절연층증착후 제 2 분리층을 웨트 에칭하여 금속팁위의 절연층을 제거하는 단계와, 상기 기판을 경사로 회전하면서 게이트 절연층상에 게이트 전극과 제 3 분리층을 순차적으로 경사증착하는 단계와, 상기 기판에 몰리브덴 또는 기타 금속층을 수직증착하는 단계와, 상기 게이트 전극상의 제 3 분리층을 웨트 에칭으로 식각하여 리프트-업하여 마이크로팁을 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 팁의 높이가 1㎛이상이 되고, 게이트 절연층의 두께 또한 1㎛이상이 된다. 더구나, 팁의 모양이 종래와 같이 원뿔 형태를 이루는 것이 아니라 5각형 형상이므로, 구조 및 열에 대한 안정성이 향상되는 효과를 가진다.

본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술되는 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

도 1a 내지 도 1d는 종래의 3극 구조의 메탈 마이크로팁 FED를 나타내는 단면도이고,

도 2a 내지 2j는 본 발명에 따른 3극 구조의 몰리브덴 마이크로팁 FED의 제조공정도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>

10 ; 기판 12 ; 절연층

14 : 게이트 전극 16 ; 알루미늄 분리층

20 ; 마이크로팁 30 ; 제 1 분리층

32 ; 포토 레지스트층 40 ; 팁용 금속층

40' ; 금속팁 50 ; 제 2 분리층

60 ; 게이트 절연층 70 ; 게이트 전극

80 ; 제 3 분리층 90 ; 마이크로팁

이하 본 발명에 따른 3극 구조의 몰리브덴팁 전계효과 전자방출 표시소자 제조방법을 첨부된 도면과 함께 상세히 설명한다.

도 2a 내지 도 2j는 본 발명에 따른 3극 구조의 몰리브덴팁 전계효과 전자방출 표시소자의 제조공정도를 나타낸다.

본 발명에 따른 3극 구조의 몰리브덴 팁 전계효과 전자방출 표시소자의 제조방법을 설명하면, 먼저 도 2a에 도시된 바와 같이, 실리콘 또는 유리로 이루어진 기판(10)상에 알루미늄의 제 1 분리층(30)을 증착하고 이 제 1 분리층(30)상에 포토레지스트층(32)을 코팅한다. 이어서, 제 1분리층(30)과 포토레지스트층(32)을 사진식각공정에 의해 식각하여 도 2b와 같은 패턴을 형성한다. 이때의 게이트홀의 크기는 1.5㎛정도가 된다. 계속해서, 형성된 패턴상에 팁용 금속층(40)을 증기증착(evaporation deposition)하여 도 2c에 도시된 바와 같은 금속팁(40')을 형성하며, 이때, 팁용 금속으로서 몰리브덴(Molybdenum : Mo)또는 티타늄(Titanium : Ti)등을 사용하며, 몰리브덴을 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 도 2d에 도시된 바와 같이, 나중 공정에서 2번째 리프트-오프(lift-off)를 하기위해서 제 2 분리층(50)을 증착한다. 이때, 제 2 분리층(50)은 알루미늄을 사용하는 제 1 분리층(30)을 대신에 금(Au) 또는 알루미늄(Al)과 식각액에 녹지않는 금속을 사용하며, 이어서, 금속팁(40')주위의 제 2 분리층(50)을 웨트 에칭으로 식각하면 도 2e에 도시된 바와 같이 된다.

그리고, 드라이 에칭으로 금속팁(40')을 드라이 에칭으로 식각하면, 도 2f에 도시된 바와 같이 금속팁(40')이 직경 0.2-0.3㎛의 원기둥형태로 형성되고, 이후, 이 시편상에 도 2g에 도시된 바와 같이 진공증착으로 게이트 절연층(60)을 증착하여 0.8㎛정도의 게이트홀을 형성한다. 제 2 분리층(50)을 식각하여 금속팁(40')위에 있는 불필요한 절연층을 제거하고 이 게이트 절연층(60)상에 도 2h에 도시된 바와 같이, 기판(10)을 회전하면서 게이트 전극(70)과 제 3 분리층(80)을 순차적으로 경사증착하여 0.5㎛이하의 게이트홀을 형성하고, 기판(10)에 대해 몰리브덴 또는 기타 금속층(40)을 수직증착하여 도 2i와 같이 형성한다.

마지막으로, 게이트 전극(70)상의 제 3 분리층(80)을 도 2j와 같이 웨트 에칭으로 식각하여 리프트-업하여 몰리브덴의 마이크로팁(90)의 제조를 완성한다.

전술한 공정을 통해 제조한 본 발명의 3극 구조의 FED는 오각형 구조의 몰리브덴팁(90)이 형성된다.

이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명이 속하는 분야의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 3극 구조의 전계효과 전자방출 표시소자의 제조방법은 직경 1.5㎛의 도트 사이즈를 가지는 마스크를 가지고 사진식각공정을 행하여 게이트홀(gate hole)의 직경을 0.5㎛이하로 제작하면서도, 게이트홀을 줄이는 경우, 낮아지는 팁의 높이와 얇아지는 게이트 절연층으로 인해 야기되는 누설전류 및 소자파괴 등을 방지할 수 있도록 팁의 높이와 게이크 절연층의 두께가 1㎛이상이 되며, 더구나, 팁의 모양이 종래와 같이 원뿔 형태를 이루는 것이 아니라 5각형 형상이므로, 구조 및 열에 대한 안정성이 향상되는 효과를 가진다.

Claims (5)

1. 3극 구조의 몰리브덴 팁 전계효과 전자방출 표시소자의 제조방법에 있어서,

   기판상에 제 1 분리층을 증착하고 상기 제 1 분리층상에 포토레지스트층을 코팅하는 단계와,

   상기 제 1분리층과 포토레지스트층을 사진식각공정에 의해 식각하여 패턴을 형성하는 단계와,

   상기 패턴상에 팁용 금속층을 증착하여 금속팁을 형성하는 단계와,

   나중 공정에서 2번째 리프트-오프를 하기위하여 제 2 분리층을 증착하는 단계와,

   상기 금속팁을 제외한 상기 제 1 분리층을 웨트 에칭으로 식각하는 단계와,

   상기 금속팁을 윈기둥 형태로 만들고자 상기 금속팁을 드라이 에칭으로 식각하는 단계와,

   이 시편상에 진공증착으로 게이트 절연층을 증착하는 단계와,

   절연층증착후, 제 2 분리층을 웨트 에층하여 금속팁위의 절연층을 제거하는 단계와,

   상기 기판을 경사로 회전하면서 게이트 절연층상에 게이트 전극과 제 3 분리층을 순차적으로 경사증착하는 단계와,

   상기 기판에 몰리브덴 또는 기타 금속층을 수직증착하는 단계와,

   상기 게이트 전극상의 제 3 분리층을 웨트 에칭으로 식각하여 리프트-업하여마이크로팁을 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 3극 구조의 몰리브덴 팁 FED 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 기판은 실리콘 또는 유리를 사용한 것을 특징으로 하는 3극 구조의 몰리브덴 팁 FED 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 분리층은 알루미늄인 것을 특징으로 하는 3극 구조의 몰리브덴 팁 FED 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 2 분리층은 금 또는 알루미늄과 식각액에 녹지않는 금속인 것을 특징으로 하는 3극 구조의 몰리브덴 팁 FED 제조방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 형성된 마이크로팁은 오각형 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 3극 구조의 몰리브덴팁 FED 제조방법.

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