KR100459405B1 - 전계방출소자 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전계방출소자 제조방법에 관한 것으로, 종래 전계방출소자 제조방법은 탑전극 패턴의 형성을 위해 다른 전극과의 분리를 목적으로 하는 절연층 패턴을 형성해야 함으로써 공정이 복잡한 문제점이 있었다. 이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 유리기판의 상부에 베이스전극을 형성하는 단계와; 상기 베이스전극의 측면에 보호절연막을 형성하고, 그 베이스전극의 상부중앙에 터널링절연막을 형성하는 단계와; 상기 보호절연막상에 텅스텐 및 알루미늄을 적층하여 버스전극을 형성하는 단계와; 쉐도우 마스크를 사용하는 금속증착방법으로 상기 터널링절연막 상에 상기 버스전극과 연결되는 탑전극을 형성하는 단계로 구성되어, 전극의 분리를 위한 절연층의 증착 및 패터닝공정을 사용하지 않고, 쉐도우 마스크를 사용하여 원하는 형상의 탑전극을 원하는 위치에 형성할 수 있도록 하여 공정을 단순화함으로써, 그 수율을 향상시키고, 제조비용을 절감하는 효과가 있다.

Description

전계방출소자 제조방법{MANUFACTURING METHOD FOR FIELD EMISSION DEVICE}

본 발명은 전계방출소자 제조방법에 관한 것으로, 특히 쉐도우 마스크를 사용하여 원하는 형상의 탑전극을 원하는 위치에 형성함으로써, 공정을 단순화하는데 적당하도록 한 전계방출소자 제조방법에 관한 것이다.

최근 전계방출(FIELD EMISSION)을 이용한 소자가 디스플레이 분야에 적용되면서 이를 이용한 THIN CRT가 개발되고 있다. 이는 얇으면서도 기존의 CRT와 같은 우수한 특성의 화질을 제공할 수 있기 때문이다.

상기와 같은 전계방출소자의 전자원을 제조하는 방법으로는 SPINDT형이 주류를 이루고 있으며, 이와 같은 종래 SPINDT형 전자원을 가지는 전계방출소자의 제조방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1a 내지 도1e에 도시한 바와 같이 기판(1)의 상부에 베이스전극(2), 절연막(3), 게이트전극(4)을 순차적으로 형성하는 단계(도1a)와; 상기 게이트전극(4)의 일부를 제거하고, 그 하부에서 노출되는 절연막(3)을 식각하는 단계(도1b)와; 전자선 증착법을 사용하여 상기 게이트전극(4)의 상부에 희생층(5)을 형성하는 단계(도1c)와; 상기 구조의 상부전면에 몰리브덴(Mo)을 전자선 증착법으로 증착하여 상기 절연막(3)이 제거된 베이스전극(2)의 상부에 전계방출팁(7)을 형성함과 아울러 상기 희생층(5) 상에 몰리브덴층(6)을 형성하는 단계(도1d)와; 상기 몰리브덴층(6)을 선택적으로 제거하고, 희생층(5)을 제거하는 단계(도1e)로 구성된다.

이하, 상기와 같은 종래 SPINDT형 전계방출소자 제조방법을 보다 상세히 설명한다.

먼저, 기판(1)의 상부에 금속을 증착하여 베이스전극(2)을 형성한다.

그 다음, 상기 베이스전극(2)의 상부전면에 절연막(3)을 증착한 후, 그 절연막(3) 상에 게이트전극(4)을 형성한다.

그 다음, 상기 게이트전극(4)에 미세홀을 형성한다.

이때의 홀은 1㎛이하의 직경으로 형성해야 한다.

그 다음, 상기 미세홀이 형성된 게이트전극(4)의 하부측에서 노출된 절연막(3)을 식각하여 그 하부의 베이스전극(2)을 노출시킨다.

그 다음, 전자선 증착법을 사용하여 상기 게이트전극(4)의 상부에 희생층(5)을 형성한다.

이때 희생층(5)을 게이트전극(4)의 상부와 측면에 동시에 형성하기 위해서, 전자선 증착시 15°의 기울기를 가지는 경사 증착을 해야 한다.

그 다음, 몰리브덴을 전자선 증착법으로 증착하여, 상기 베이스전극(2) 상에 전계방출팁(7)을 형성한다.

이때의 전자선 증착법은 기판에 대한 입사각이 매우 작아야 한다. 이와 같은 기울기를 가지는 경사 증착법을 사용하여 희생층(5) 상에 몰리브덴막(6)이 형성됨과 아울러 상기 절연막(3)의 식각으로 노출되는 베이스전극(2)의 상부에 전계방출팁(7)을 형성할 수 있게 된다.

그 다음, 상기 희생층(5) 상에 증착된 몰리브덴막(6)을 제거하고, 노출되는희생층(5)을 제거한다.

이처럼 종래 SPINDT형 전계방출소자는 미세홀을 패터닝해야 하고, 성막과정에서 입사각이 매우 작아야 하기 때문에 대면적이 될 수록 증착 장비의 높이가 높아져야 하는 등 문제가 있다.

특히 대면적에서는 미세 패턴의 노광이 어렵고, 희생층 및 전계방출팁의 형성이 어려워 대면적화가 용이하지 않다.

이와 같은 문제점을 감안하여 평면형 에미터가 연구되고 있다.

이러한 평면형 에미터로는 MIM(METAL-INSULATOR-METAL), BSD(BALLISTIC ELECTRON SURFACE EMITTING DEVICE)가 연구되고 있다.

상기 MIM과 BSD구조는 제조방법이 간단하고, 고진공이 요구되지 않으며, 구동전압이 낮고 표면오염에 강한 여러 장점이 있어, 차세대 전계방출소자로 주목받고 있다.

MIM 구조는 두전극 사이에 얇은 절연체가 존재하는 구조이며, 게이트에 전압을 인가하면 얇은 절연층을 터널링하여 뚫고 나온 전자중 게이트전극의 일함수보다 높은 에너지를 가지는 전자가 애노드(ANODE)로 방출되는 구조를 가진다.

도2a 내지 도2j는 종래 MIM 구조의 전계방출소자 제조공정 수순단면도로서, 이에 도시한 바와 같이 유리기판(21)의 상부에 알루미늄을 증착하고, 패터닝하여 그 유리기판(21)의 상부일부에 베이스전극(22)을 형성하는 단계(도2a)와; 상기 베이스전극(22)의 중앙상부에 포토레지스트(PR) 패턴을 형성하고, 노출된 베이스전극(22)의 전면에 보호절연막(23)을 형성하는 단계(도2b)와; 상기 포토레지스트(PR) 패턴을 제거하고, 그 포토레지스트(PR)이 제거된 베이스전극(22)의 중앙상부에 얇은 터널링절연막(24)을 형성하는 단계(도2c)와; 상기 구조의 상부전면에 텅스텐(25)과 알루미늄(26)을 순차적으로 증착하는 단계(도2d)와; 상기 증착된 알루미늄(26)과 텅스텐(25)을 패터닝하여 보호절연막(23)의 측면 유리기판(21)의 상부일부와, 상기 베이스전극(22)의 상부에 위치하는 버스전극을 형성하는 단계(도2e)와; 상기 구조의 상부전면에 질화실리콘(27)을 증착하는 단계(도2f)와; 상기 질화실리콘(27)을 패터닝하여 상기 터널링절연막(24)의 상부측에 위치하는 알루미늄(26)을 노출시키는 단계(도2g)와; 상기 노출된 알루미늄(26)을 제거하는 단계(도2h)와; 상기 알루미늄(26)의 식각으로 노출된 텅스텐(25)을 식각하는 단계(도2i)와; 상기 구조의 상부전면에 금속을 증착하여 상기 터널링절연막(24)의 상부에 탑전극(28)을 형성하는 단계(도2j)로 이루어진다.

이하, 상기와 같은 종래 MIM형 전계방출소자 제조방법을 보다 상세히 설명한다.

먼저, 도2a에 도시한 바와 같이 기판(21)의 상부전면에 알루미늄을 증착한다.

그 다음, 상기 증착된 알루미늄을 패터닝하여 상기 기판(21)의 상부일부에 위치하는 베이스전극(22)을 형성한다.

이때 제1마스크를 사용하여 베이스전극(22)을 형성하게 된다.

그 다음, 도2b에 도시한 바와 같이 상기 구조의 상부전면에 포토레지스트(PR)를 도포하고, 노광 및 현상하여 상기 형성된 베이스전극(22)의 중앙상부에 포토레지스트(PR) 패턴을 형성한다.

이때, 제2마스크가 사용된다.

그 다음, 상기 포토레지스트(PR) 패턴에 의해 선택적으로 노출된 베이스전극(22)을 산화시켜 보호절연막(23)을 형성한다.

그 다음, 도2c에 도시한 바와 같이 상기 포토레지스트(PR) 패턴을 제거하고, 그 포토레지스트(PR) 패턴의 제거로 노출되는 베이스전극(22)의 중앙상부를 산화시켜 얇은 터널링절연막(24)을 형성한다.

그 다음, 도2d에 도시한 바와 같이 상기 구조의 상부전면에 텅스텐(25)과 알루미늄(26)을 순차적으로 증착한다.

상기 텅스텐(25)과 알루미늄(26)은 버스전극이 된다.

그 다음, 도2e에 도시한 바와 같이 상기 증착된 알루미늄(26)과 텅스텐(25)을 패터닝하여 상기 베이스전극(22)의 상부측과 그 주변부의 기판(21) 상에 위치하는 패턴을 형성한다.

이때, 제3마스크가 사용된다.

그 다음, 도2f에 도시한 바와 같이 상기 구조의 상부전면에 질화실리콘막(27, SiNx)을 형성한다.

그 다음, 도2g에 도시한 바와 같이 제4마스크를 사용하는 식각공정으로 상기 증착된 질화실리콘막(27)을 식각하여 상기 터널링절연막(24)의 상부측에 위치하는 알루미늄(26)을 노출시킨다.

그 다음, 도2h에 도시한 바와 같이 상기 노출된 알루미늄(26)을 식각하여 그하부의 텅스텐(25)을 노출시킨다.

그 다음, 도2i에 도시한 바와 같이 제5마스크를 사용하여, 상기 노출된 텅스텐(25)의 일부를 식각한다.

그 다음, 도2j에 도시한 바와 같이 상기 구조의 상부전면에 Ir/Pt/Au를 순차적으로 증착하여 상기 터널링절연막(24) 상에 탑전극(28)을 형성한다.

이때 상기 탑전극(28)은 패터닝된 텅스텐(25)과 연결되어 버스전극과 탑전극(28)이 연결되도록 한다.

이와 같이 종래 MIM형 전계방출소자 제조방법은 그 공정이 복잡한 문제점이 있었다.

도3은 BSD형 전계방출소자의 모식도로서, 이에 도시한 바와 같이 기판(31)의 상부에 하부전극(32)이 형성되며, 그 하부전극(32)의 상부일부에 폴리실리콘 그레인(33)이 형성되고, 그 폴리실리콘 그레인(33)의 표면을 산화시켜 산화막(34)을 형성한 후, 그 상부에 상부전극(35)을 형성한 구조를 가진다.

상기한 바와 같이 종래 MIM형 전계방출소자 제조방법은 제조공정이 복잡하여 수율이 저하되고, 제조비용이 증가하는 문제점이 있었다.

이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 MIM형 전계방출소자의 제조공정을 보다 단순화 할 수 있는 전계방출소자 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도1a 내지 도1e는 종래 SPINDT형 전계방출소자의 제조공정 수순단면도.

도2a 내지 도2j는 종래 MIM형 전계방출소자의 제조공정 수순단면도.

도3은 종래 BSD형 전계방출소자의 단면도.

도4a 내지 도4g는 본 발명 MIM형 전계방출소자의 제조공정 수순단면도.

도5는 쉐도우 마스크의 일실시예도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

41:기판 42:베이스전극

43:보호절연막 44:터널링절연막

45:텅스텐 46:알루미늄

47:탑전극 48:쉐도우 마스크

상기와 같은 목적은 패터닝이 용이하지 않은 탑전극을 형성하기 위해 전극간의 분리를 위한 절연막을 사용하지 않고, 쉐도우 마스크를 사용하여 직접 원하는 위치에 탑전극 패턴을 형성함으로써 달성되는 것으로, 이와 같은 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도4a 내지 도4g는 본 발명 전계방출소자 제조공정 수순단면도로서, 이에 도시한 바와 같이 유리 기판(41)의 상부에 베이스전극(42)을 형성하는 단계(도4a)와; 상기 베이스전극(42)의 중앙상부에 포토레지스트(PR) 패턴을 형성하고, 노출된 베이스전극(42)에 보호절연막(43)을 형성하는 단계(도4b)와; 상기 포토레지스트(PR) 패턴을 제거하고, 노출된 베이스전극(42)의 중앙상부에 터널링절연막(44)을 형성하는 단계(도4c)와; 상기 구조의 상부전면에 텅스텐(45)과 알루미늄(46)을 순차적으로 증착하는 단계(도4d)와; 상기 증착된 알루미늄(46)을 패터닝하여 버스전극 패턴을 형성하는 단계(도4e)와; 상기 텅스텐(45)을 패터닝하여 버스전극 및 연결부를 형성하는 단계(도4f)와; 쉐도우 마스크(48)를 사용하여 상기 터널링절연막(44)의 상부에 위치함과 아울러 상기 텅스텐(45) 및 알루미늄(46)인 버스전극에 연결되는 탑전극(47)을 형성하는 단계(도4g)로 구성된다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명 전계방출소자 제조방법을 보다 상세히 설명한다.

먼저, 도4a에 도시한 바와 같이 유리 기판(41)의 상부전면에 알루미늄을 증착하고, 패터닝하여 상기 유리 기판(41)의 상부일부에 베이스전극(42)을 형성한다.

그 다음, 도4b에 도시한 바와 같이 상기 구조의 상부전면에 포토레지스트(PR)를 도포하고, 노광 및 현상하여 상기 베이스전극(42)의 상부중앙에 포토레지스트(PR) 패턴을 형성한다.

그 다음, 상기 포토레지스트(PR) 패턴에 의해 선택적으로 노출되는 베이스전극(42)을 산화시켜 보호절연막(43)을 형성한다.

그 다음, 도4c에 도시한 바와 같이 상기 포토레지스트(PR) 패턴을 제거하고, 그 포토레지스트(PR) 패턴의 제거로 노출되는 베이스전극(42)의 중앙상부를 산화시켜 얇은 터널링절연막(44)을 형성한다.

그 다음, 도4d에 도시한 바와 같이 상기 구조의 상부전면에 텅스텐(45)과 알루미늄(46)을 순차적으로 증착한다.

이때, 텅스텐(45)과 알루미늄(46)은 버스전극의 구성요소이다.

그 다음, 도4e에 도시한 바와 같이 상기 증착된 알루미늄(46)을 선택적으로 패터닝하여, 버스전극의 구조를 형성한다.

즉, 상기 알루미늄(46)이 보호절연막(43)의 상부측 영역상에 위치함과 아울러 그 보호절연막(43)의 측면측 기판(41)의 상부측에도 위치하도록 한다.

그 다음, 도4f에 도시한 바와 같이 상기 텅스텐(45)을 패터닝하여 버스전극 패턴을 형성한다.

이때 텅스텐(45)은 상기 베이스전극(42)의 중앙부에서 상기 알루미늄(46) 보다 돌출된 형태로 패터닝하여 이후에 형성될 탑전극(47)과 연결될 수 있도록 한다.

그 다음, 도4g에 도시한 바와 같이 쉐도우 마스크(48)를 사용하는 스퍼터링 또는 증착법을 사용하여 상기 노출된 터널링절연막(44)의 상부전면과, 알루미늄(46) 및 텅스텐(45)에 연결되는 탑전극(47)을 형성한다.

상기 도면에 도시한 도면부호 49는 스퍼터링장치의 모식도이다.

이처럼 쉐도우 마스크(48)를 사용하면 원하는 위치에 정확하게 탑전극(47)을 형성할 수 있으며, 종래와 같이 질화막의 증착등 부수적인 공정이 필요하지 않게 된다.

도5는 쉐도우 마스크의 실시예로써 이에 도시한 바와 같이 스퍼터링 또는 다른 증착법을 사용할때 증착되는 금속이 투과되는 투과영역(51)과 금속이 투과되는 것을 방지하는 투과방지영역(52)을 가지고 있으며, 대면적의 표시소자에서 용이하게 원하는 위치에 선택적으로 탑전극(47)을 증착할 수 있도록 하였다.

상기 탑전극(47)의 두께는 약 100Å 이며, 이는 패터닝하기 매우 어려운 것으로, 종래에는 질화막을 사용하여 다른 전극과 분리시키는 방법을 사용하였다.

이러한 경우 질화막을 증착하고, 패터닝하는 과정을 거쳐야 하기 때문에 공정이 복잡해 진다.

본 발명에서는 쉐도우 마스크를 사용하여 탑전극 패턴을 그대로 증착하기 때문에 패터닝공정이 필요하지 않으며, 종래와 같이 전극 분리를 위한 질화막 패턴을 사용하지 않고도 원하는 위치에 원하는 형상의 탑전극을 형성할 수 있게 된다.

상기한 바와 같이 본 발명은 전극의 분리를 위한 절연층의 증착 및 패터닝공정을 사용하지 않고, 쉐도우 마스크를 사용하여 원하는 형상의 탑전극을 원하는 위치에 형성할 수 있도록 하여 공정을 단순화함으로써, 그 수율을 향상시키고, 제조비용을 절감하는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 유리기판의 상부에 베이스전극을 형성하는 단계와; 상기 베이스전극의 측면에 보호절연막을 형성하고, 그 베이스전극의 상부중앙에 터널링절연막을 형성하는 단계와; 상기 보호절연막상에 텅스텐 및 알루미늄을 적층하여 버스전극을 형성하는 단계와; 쉐도우 마스크를 사용하는 금속증착방법으로 상기 터널링절연막 상에 상기 버스전극과 연결되는 탑전극을 형성하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 전계방출소자 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 탑전극은 상기 각 구조가 형성된 기판상에 쉐도우 마스크를 정렬시키고, 금속 스퍼터링 또는 증착법을 사용하여 금속을 증착하여 형성하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자 제조방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 쉐도우 마스크는 금속이 투과되는 투과영역과 금속의 투과를 방지하는 차단영역으로 구성되며, 상기 투과영역은 상기 터널링절연막의 위치에 위치하며, 그 터널링절연막의 면적보다 더 넓은 것을 특징으로 하는 전계방출소자 제조방법.