KR100319379B1 - 집속 렌즈를 갖는 전계 방출 표시 소자의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
포커싱 게이트를 용이하게 제조할 수 있고, 게이트 전극과 포커싱 게이트와의 단락(short)을 방지할 수 있는 수직형 집속 렌즈를 구비한 전계 방출 표시 소자의 제조 방법이 개시되어 있다. 기판 상에 게이트 절연막 및 게이트 전극층을 순차적으로 형성하고, 상기 게이트 전극층 및 게이트 절연막에 상기 기판을 부분적으로 노출하는 팁용 홀을 형성한다. 다음에, 경사 증착법에 의해 분리층을 상기 게이트 전극층상에 선택적으로 형성한 후, 상기 기판 및 분리층상에 전자빔 증착법에 의해 에미터 팁 및 도전물질층을 각각 형성하고, 상기 분리층 및 도전물질층을 제거한다. 다음에, 게이트 전극층상에 선택적으로 포커싱 게이트 절연막 및 포커싱 게이트를 형성한다. 에미터 팁을 제조한 후에 포커싱 게이트를 제조하기 때문에 게이트 전극과 포커싱 게이트간의 단락을 방지할 수 있다.
Description
본 발명은 전계 방출 표시 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 집속 렌즈를 갖는 전계 방출 표시 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전계 방출 표시 소자는 전자를 방출하기 위해 열적 방출을 이용하는 것이 아니라 캐소드 상에 에미터 팁을 형성하고 게이트 전극을 에미터 팁 가까이 위치시킴으로써 에미터 끝에 형성된 강한 전기장으로 전자를 방출시키는 전계방출을 이용한다. 그리고, 에미터 팁에서 방출된 전자는 다시 캐소드와 애노드간의 전계에 의해 가속되어 애노드 기판에 형성되어 있는 형광층에 충돌하면 얻을 수 있다.
도 1은 종래의 전계 방출 표시 소자를 도시한 단면도이다.
구체적으로, 종래의 전계 방출 표시 소자는 유리 기판(11) 상에 캐소드 전극(13)이 형성되어 있고, 상기 캐소드 전극(13) 및 유리 기판(11) 상에 상기 캐소드 전극(13)의 일부 표면을 오픈 하는 직경 1㎛ 내외의 홀을 갖는 게이트 절연막(15)과 게이트 전극(17)이 순차적으로 형성되어 있다. 그리고, 상기 캐소드 전극(13) 상의 홀 내부에는 원추형의 에미터 팁(19)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 캐소드 전극(13)이 형성되어 있는 유리 기판(11)과 유리 기판(11)에 대향되고 형광체(도시 안됨)가 형성되어 있는 애노드 기판(도시 안됨)을 200㎛∼1.1㎜의 일정 간격을 두고 밀봉하여 제작한다. 이와 같이 구성된 전계 방출 표시 소자는 게이트 전극(17) 부근에 뾰족한 에미터 팁(19)의 끝부분이 위치하게 되어 진공 중에서 게이트 전극(17)에 전압을 인가하면 전계에 의하여 에미터 팁(19)에서 전자를 방출하게 된다. 방출된 전자는 다시 캐소드 전극(13)과 애노드 기판간의 전계에 의해 가속되어 애노드 기판에 형성되어 있는 형광층을 때려 화상을 얻게 된다.
그런데, 종래의 전계 방출 표시 소자의 에미터 팁 끝에서 방출되는 전자빔은 고유 특성상 일정한 퍼짐 폭을 갖고 애노드 기판에 도달된다. 상기 전자빔의 퍼짐 폭은 캐소드와 애노드 기판간의 공간이 클수록 크고 게이트 전극에 인가되는 전압이 클수록 크게 된다. 이와 같은 전자빔의 퍼짐은 인접한 형광체를 발광시켜 콘트라스트와 색순도를 저하시킨다. 더욱이, 표시면의 화소가 미세화 될수록 전자빔 퍼짐 현상은 더 커지게 된다.
이와 같은 문제점을 개선하기 위해 전계 방출 표시 소자에 집속 렌즈(focusing lens, 집속 렌즈 전극)를 더 구비하여 전자빔의 퍼짐을 감소시키는 방법이 제안되었다. 이러한 집속 렌즈 전극의 형성은 게이트 전극의 형성시에 게이트 전극과 수평 하게 형성되는 수평형과 게이트 전극의 상부에 형성되는 수직형으로 구분된다. 이러한 집속 렌즈의 예를 들면, 미합중국 특허 제5,191,217호(issued to Robert C. Kane et al.)에는 각 팁마다 집속 전극을 설치한 전계 방출 소자가 개시되어 있고, 미합중국 특허 제5,259,799호(issued to Trung T. Doan et al.)에는 집속 전극 형성 방법이 개시되어 있다. 또한, 미합중국 특허 제5,793,152호(issued to Cha-Met Tang et al.)에는 게이트 전극 위에 여러 개의 팁을 집단으로 하여 형성된 수직형 집속 전극을 갖는 전계 방출 소자를 개시하고 있다.
도 2는 상술한 종래의 수직형 집속 렌즈를 갖는 전계 방출 표시 소자를 도시한 단면도이다. 도 2를 참조하면, 종래의 전계 방출 표시 소자는 게이트 전극(17) 상에 절연층(21) 및 집속 렌즈용 폴리실리콘층(23)이 형성되어 있다.
상기 수직형 집속 렌즈(23)는 캐소드 전극(13)이 형성되어 있는 기판(11)상에 게이트 절연막(15), 게이트 금속층(17), 집속렌즈 절연층(21) 및 집속 렌즈용 폴리실리콘층(23)을 순차적으로 증착한 후, 상기 폴리실리콘층(23)상에 포토레지스트막을 도포한다. 다음에, 상기 포토 레지스트막(도시 안됨)을 사진 공정에 의해패터닝하여 홀을 형성한 후, 폴리실리콘층(23), 집속 렌즈 절연층(21), 게이트 금속층(17) 및 절연막(15)을 순차적으로 식각한다. 다음에, E-빔으로 마이크로 팁(19)을 형성한 후, 리프트 오프 공정에 의해 팁 형성시 잔류하는 금속물질과 포토레지스트막을 제거하여 소자를 완성한다.
그런데, 도 2에 도시한 수직형 집속 렌즈(23)를 갖는 전계 방출 표시 소자는 전자빔의 집속 효과는 좋으나 실리콘 기판을 사용하여 전계 방출 표시 소자를 제조하는 경우에는 화소들간의 격리(Isolation), 진공 실링 및 팩키지가 어렵다. 또한, 대면적으로 전계 방출 소자 어레이를 제조하는 것이 불가능하다.
게다가, 게이트 홀을 형성한 후에, E-빔 공정을 수행하기 때문에 게이트에 금속이 증착 되어 전류의 누설이 발생할 우려가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 포커싱 게이트를 용이하게 제조할 수 있고, 게이트 전극과 포커싱 게이트와의 단락(short)을 방지할 수 있는 수직형 집속 렌즈를 구비한 전계 방출 표시 소자의 제조 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 종래의 전계 방출 표시 소자를 도시한 단면도이다.
도 2는 종래의 수직형 집속 렌즈를 갖는 전계 방출 표시 소자를 도시한 단면도이다.
도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 제1 실시예에 따른 수직형 포커싱 게이트 전극을 갖는 전계 방출 표시 소자를 제조하기 위한 단면도들이다.
도 4a 내지 도 4h는 본 발명의 제2 실시예에 따른 수직형 포커싱 게이트 전극을 갖는 전계 방출 표시 소자를 제조하기 위한 단면도들이다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
기판 상에 게이트 절연막 및 게이트 전극층을 순차적으로 형성하는 단계;
상기 게이트 전극층 및 게이트 절연막에 상기 기판을 부분적으로 노출하는 팁용 홀을 형성하는 단계;
경사 증착법에 의해 분리층을 상기 게이트 전극층상에 선택적으로 형성하는단계;
상기 기판 및 분리층상에 전자빔 증착법에 의해 에미터 팁 및 도전물질층을 각각 형성하는 단계;
상기 분리층 및 도전물질층을 제거하는 단계; 및
상기 게이트 전극층상에 선택적으로 포커싱 게이트 절연막 및 포커싱 게이트를 형성하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 수직형 집속 렌즈를 갖는 전계 방출 표시 소자의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 게이트 전극층상에 선택적으로 포커싱 게이트 절연막 및 포커싱 게이트를 형성하기 위하여는 상기 게이트 절연막상, 홀의 측벽상 및 에미터 팁상에 연속적으로 포커싱 게이트 절연막을 형성하고, 상기 포커싱 게이트 절연막 상에 포커싱 게이트 층을 형성한 후, 상기 포커싱 게이트층 및 포커싱 게이트 절연막을 사진 식각법에 의해 패터닝하여 수행한다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 게이트 전극층상에 선택적으로 포커싱 게이트 절연막 및 포커싱 게이트를 형성하기 위하여, 상기 게이트 절연막상, 홀의 측벽상 및 에미터 팁상에 연속적으로 포커싱 게이트 절연막을 형성하고, 상기 게이트 전극상에 형성된 포커싱 게이트 절연막 상에만 선택적으로 포커싱 게이트를 형성한 후, 상기 포커싱 게이트를 식각마스크로 사용하여 홀의 측벽상 및 에미터 팁상에 형성되어 있는 포커싱 게이트 절연막을 제거한다. 상기 포커싱 게이트 절연막 상에만 선택적으로 포커싱 게이트 전극을 형성하는 공정은 경사 증착법을 사용하여 포커싱 게이트 전극용 물질을 진공 중에서 증착하여 수행한다.
본 발명에 의하면, 에미터 팁을 제조한 후에 포커싱 게이트를 제조하기 때문에 게이트 전극과 포커싱 게이트간의 단락을 방지할 수 있다.
또한, 첫 번째 실시예에 의하면, 각각의 팁에 포커싱 게이트를 사진 식각법에 의해 형성할 수 있기 때문에 포커싱이 우수하다. 게다가 포커싱 게이트 홀 형성이 포커싱 게이트 전극을 형성할 때 동시에 이루어지기 때문에 사진 식각 공정은 종래에서와 같은 횟수로 충분하다.
두 번째 실시예에 의하면, 포커싱 게이트를 경사증착법에 의해 자기 정렬 방법으로 실시할 수 있어서 효과적이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 제1 실시예에 따른 수직형 포커싱 게이트 전극을 갖는 전계 방출 표시 소자를 제조하기 위한 단면도들이다.
먼저 도 3a를 참조하면, 구체적으로, 실리콘 또는 유리로 이루어진 기판(100) 상에 0.1∼0.5㎛의 두께로 캐소드 전극(113)을 형성한다. 캐소드 전극(113)은 기판(100)상에 Cr, Mo, Nb, Ni 등의 금속막을 스퍼터링법 등을 이용하여 1000∼3000Å의 두께로 증착한 후 사진식각공정으로 일방향으로 패터닝하여 형성한다. 다음에, 상기 캐소드 전극(113)이 형성되어 있는 기판(100)상에 전면에 절연층(115), 예컨대 실리콘 산화막을 플라즈마 화학 기상 증착법 또는 화학 기상 증착법 등에 의해 증착한다. 이어서, 상기 절연층(115)상에 게이트 전극으로 사용할 Cr, Mo, Nb 또는 Ni 등의 게이트 금속막(117)을 스퍼터링 등의 방법으로 1000∼5000Å의 두께로 증착한다.
도 3b를 참조하면, 상기 게이트 금속막(117)상에 포토레지스트를 도포하여 포토 레지스트막(도시 안됨)을 형성한 후, 상기 포토 레지스트막을 선택적으로 노광하여 포토 레지스트 패턴을 수득한다. 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 게이트 금속막(117) 및 게이트 절연층(115)을 순차적으로 식각하여 상기 기판(100)을 부분적으로 노출하는 에미터 팁용 홀(118)을 형성한다. 다음에, 식각 마스크로 사용된 포토레지스트 패턴은 스트립핑하여 제거한다.
도 3c를 참조하면, 상기 게이트 금속막(117)상에 분리층(119)을 형성한다. 분리층(119)은 알루미늄과 같은 금속을 타겟으로 사용하고, 진공 증착기를 사용하여 경사 증착법에 의해 형성한다. 참조 번호 120은 상기 알루미늄이 증착되는 방향을 나타낸다. 도시한 바와 같이, 경사 증착법을 사용하면 게이트 금속막(117)상에만 선택적으로 분리층(119)을 형성할 수 있다. 홀(118)내의 측벽에도 증착될 가능성이 있지만, 경사 각도를 조정하여 무시할 정도로 적은 양만이 홀(118)의 측벽에 증착되게 할 수 있다.
도 3d를 참조하면, 상기 분리층(119)상에, 전자빔 증착기를 이용하여 몰리브덴(Mo), 니오비움(Nb) 또는 니켈(Ni)을 수직 증착하면, 도시한 바와 같이 홀(118)내에는 에미터 팁(120)이 형성되고, 분리층(119)상에는 도전 물질층(120a)이 형성된다.
도 3e를 참조하면, 상기 도전물층(120a)과 분리층(119)을 식각하여 에미터팁(120)을 완성한다. 다음에, 상기 홀(118)의 측벽, 에미터 팁(120) 및 상기 게이트 전극층(117)상에 연속적으로 포커싱 게이트 절연막(123)을 형성한다. 포커싱 게이트 절연막(123)은 플라즈마 증대 화학 기상 증착법에 의해 산화 실리콘과 같은 절연물질을 증착시켜 형성한다.
도 3f를 참조하면, 상기 포커싱 게이트 절연막(123)상에 선택적으로 포커싱 게이트(125)를 형성한다. 상기 포커싱 게이트(125)는 도 3c에서와 동일하게 경사 증착법을 사용하여 진공 중에서 Cr, Mo, Nb 또는 Ni 등의 금속 물질을 증착하여 형성한다. 그러면, 홀(118)내의 포커싱 게이트 절연막(123)상에는 금속 물질이 증착되지 않고, 게이트 전극층(117)상에 형성된 포커싱 게이트 절연막(123)상에만 선택적으로 금속 물질이 증착된다.
도 3g를 참조하면, 상기 포커싱 게이트 절연막(123)을 산화 실리콘 식각 용액인 불화 수소용액으로 습식 식각하면 홀(118)내에 형성되어 있는 포커싱 게이트 절연막(123)이 선택적으로 제거되어 도시한 바와 같은 수직형 포커싱 게이트 전극을 구비하는 전계 방출 소자가 완성된다.
상술한 본 실시예에 의하면, 포커싱 게이트를 경사 증착법에 의하여 자기 정렬방식으로 제조할 수 있다. 또한, 에미터 팁을 제조한 후에, 포커싱 게이트를 제조하기 때문에, 게이트 전극과 포커싱 게이트의 단락을 방지할 수 있다.
도 4a 내지 도 4h는 본 발명의 제2 실시예에 따른 수직형 포커싱 게이트 전극을 갖는 전계 방출 표시 소자를 제조하기 위한 단면도들이다.
먼저 도 4a를 참조하면, 도 3a에 도시한 바와 동일한 방법으로 기판(200)상에 캐소드 전극(213)을 형성한다. 다음에, 상기 캐소드 전극(213)이 형성되어 있는 기판(200)상에 전면에 절연층(215) 및 게이트 금속막(217)을 형성한다.
도 4b를 참조하면, 도 3b에 도시한 바와 동일한 방법으로, 사진 식각방법을 사용하여 상기 게이트 금속막(217) 및 게이트 절연층(215)을 순차적으로 식각하여 상기 기판(200)을 부분적으로 노출하는 에미터 팁용 홀(218)을 형성한다.
도 4c를 참조하면, 도 3c에 도시한 바와 동일한 방법으로, 상기 게이트 금속막(217)상에 분리층(219)을 형성한다. 참조 번호 220은 알루미늄이 증착되는 방향을 나타낸다.
도 4d를 참조하면, 도 3d에 도시한 바와 동일하게, 상기 분리층(219)상에, 전자빔 증착기를 이용하여 몰리브덴(Mo), 니오비움(Nb) 또는 니켈(Ni)을 수직 증착하면, 도시한 바와 같이 홀(218)내에는 에미터 팁(220)이 형성되고, 분리층(219)상에는 도전 물질층(220a)이 형성된다.
도 4e를 참조하면, 상기 도전물층(220a)과 분리층(219)을 식각하여 에미터팁(220)을 완성한다. 다음에, 상기 홀(218)의 측벽, 에미터 팁(220) 및 상기 게이트 전극층(217)상에 연속적으로 포커싱 게이트 절연막(223)을 형성한다. 포커싱 게이트 절연막(223)은 플라즈마 증대 화학 기상 증착법에 의해 산화 실리콘과 같은 절연물질을 증착시켜 형성한다. 다음에, 상기 포커싱 게이트 절연막(223)의 전면상에 통상의 스퍼터링 방법으로 포커싱 게이트 전극(225)을 형성한다.
도 4f를 참조하면, 상기 포커싱 게이트 전극(225)상에 포토레지스트를 도포하여 포토 레지스트막을 형성한 후, 통상적인 사진 공정을 통하여, 상기 게이트 전극(217)상부에만 포토레지스트 패턴(227)을 형성한다.
도 4g를 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴(227)을 에칭 마스크로 사용하여,홀(218)부위에 존재하는 포커싱 게이트 전극(225)을 부분적으로 제거하여 상기 게이트 전극(217)상부에 존재하는 포커싱 게이트 절연막(223)상에만 포커싱 전극(225)이 남도록 한다.
도 4h를 참조하면, 잔류하는 포토레지스트 패턴(227)을 스트립핑하여 제거한 후, 도 3g에서와 동일한 방법으로, 상기 포커싱 게이트 절연막(223)을 습식 식각하여 홀(218)내에 형성되어 있는 포커싱 게이트 절연막(223)이 선택적으로 제거하여 도시한 바와 같은 수직형 포커싱 게이트 전극을 구비하는 전계 방출 소자가 완성된다.
상술한 본 실시예에 의하면, 각각의 팁에 포커싱 게이트를 형성할 수 있어 전자의 포커싱이 매우 우수하다. 또한, 에미터 팁을 제조한 후에, 포커싱 게이트를 제조하기 때문에, 게이트 전극과 포커싱 게이트의 단락을 방지할 수 있다. 또한, 포커싱 게이트 홀의 형성이 포커싱 게이트 전극을 형성할 때 동시에 이루어지기 때문에 별도의 사진 식각 공정이 추가되지 않고, 에미터 팁을 제조할 수 있다.
특히, 본 발명은 캐소드 전극의 두께(d)를 제어함으로써 게이트 전극(39b)과 집속 렌즈(39c)간의 높이 차를 조절할 수 있어 수직형 집속 렌즈의 효과를 다양하게 얻을 수 있다. 또한, 본 발명은 표면 요철 형상을 이용하기 때문에 수직형 집속 렌즈의 동일한 효과를 내면서도 수직형 집속형 렌즈를 형성하기 위해 필요한 제2 절연층 형성 공정을 하지 않아도 된다. 또한, 본 발명의 수직형 집속 렌즈는 수평형 집속 렌즈 공정의 장점인 게이트 전극과 집속 렌즈를 동일 금속층에서 한 번의 사진식각 기술을 통해 구현할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 전계 방출 표시 소자는 수직형 집속 렌즈를 형성하기 위해서 수행하는 추가공정을 없애고도 수직형 집속 렌즈를 완성할 수 있다. 이에 따라, 불필요한 재료의 낭비를 막고 공정상의 수율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 전계 방출 표시 소자는 수평형 집속 렌즈를 형성하는 공정을 사용하여 수직형 집속 렌즈를 얻을 수 있고, 이에 따라 에미터 팁으로부터 방출되는 전자의 빔 퍼짐 현상을 집속 렌즈에 의해 최소화시킴으로서 의도하는 형광체만을 발광시킬 수 있다. 이에 따라, 누화(cross talk) 현상을 방지하여 색 순도 및 구현 가능한 색수를 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 전계 방출 표시 소자는 어레이 내부에 여분의 집속 렌즈 공간을 확보할 필요가 없기 때문에 집속 렌즈로 인한 화소당 에미터 팁의 밀도가 줄어드는 것을 방지할 수 있다.
Claims (4)
- 기판 상에 게이트 절연막 및 게이트 전극층을 순차적으로 형성하는 단계;상기 게이트 전극층 및 게이트 절연막에 상기 기판을 부분적으로 노출하는 팁용 홀을 형성하는 단계;경사 증착법에 의해 분리층을 상기 게이트 전극층상에 선택적으로 형성하는 단계;상기 기판 및 분리층상에 전자빔 증착법에 의해 에미터 팁 및 도전물질층을 각각 형성하는 단계;상기 분리층 및 도전물질층을 제거하는 단계; 및상기 게이트 전극층상에 선택적으로 포커싱 게이트 절연막 및 포커싱 게이트를 형성하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 수직형 집속 렌즈를 갖는 전계 방출 표시 소자의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 게이트 전극층상에 선택적으로 포커싱 게이트 절연막 및 포커싱 게이트를 형성하는 단계는,상기 게이트 절연막상, 홀의 측벽상 및 에미터 팁상에 연속적으로 포커싱 게이트 절연막을 형성하는 단계;상기 포커싱 게이트 절연막 상에 포커싱 게이트층을 형성하는 단계; 및상기 포커싱 게이트층 및 포커싱 게이트 절연막을 사진 식각법에 의해 패터닝하는 단계로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 게이트 전극층상에 선택적으로 포커싱 게이트 절연막 및 포커싱 게이트를 형성하는 단계는,상기 게이트 절연막상, 홀의 측벽상 및 에미터 팁상에 연속적으로 포커싱 게이트 절연막을 형성하는 단계;상기 게이트 전극상에 형성된 포커싱 게이트 절연막 상에만 선택적으로 포커싱 게이트를 형성하는 단계; 및상기 포커싱 게이트를 식각마스크로 사용하여 홀의 측벽상 및 에미터 팁상에 형성되어 있는 포커싱 게이트 절연막을 제거하는 단계로 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제3항에 있어서, 상기 포커싱 게이트 절연막 상에만 선택적으로 포커싱 게이트 전극을 형성하는 단계는 경사 증착법을 사용하여 포커싱 게이트 전극용 물질을 진공 중에서 증착하여 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
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