KR100474272B1 - 평면형 전계방출소자 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 평면형 전계방출소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 종래 평면형 전계방출소자는 오버행 절연막으로 실리콘 질화막 또는 실리콘 산화막을 사용하여 하지막에 스트레스를 주어 소자의 수명이 단축되는 문제점이 있었다. 이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 기판의 상부에 하부전극을 형성하고, 그 하부전극의 측면부에 필드절연막을 형성하는 단계와; 상기 필드절연막의 사이 하부전극상에 터널링 절연막을 형성하는 단계와; 상부전극패드 및 상부전극버스를 순차 형성하는 단계와; 상기 상부전극패드 및 상부전극버스의 상부에 비정질 실리콘 오버행 절연막을 형성하는 단계와; 상기 오버행 절연막을 마스크로 하여 상기 터널링 절연막상에 상부전극을 형성하는 단계를 통해, 그 오버행 절연막을 비정질 실리콘으로 형성하여, 하지막에 미치는 잔류응력을 줄여 소자의 수명을 연장하는 효과와 아울러 그 평면형 전계방출소자의 동작 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.

Description

평면형 전계방출소자 및 그 제조방법{FLAT TYPE FIELD EMISSION DISPLAY AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 평면형 전계방출소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 오버행 절연막이 그 하부의 각 구조에 미치는 스트레스에 의한 영향을 줄이는데 적당하도록 한 평면형 전계방출소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 최근 전계방출(field emission)을 이용한 소자가 디스플레이 분야에 적용되면서 이를 이용한 박막형 CRT의 개발이 본격화 되고 있다. 이는 얇으면서도 기존의 CRT와 같은 우수한 특성의 화질을 제공할 수 있다.

상기 전계방출소자는 스핀트(SPINDT)형, MIM(METAL-INSULATOR-METAL)형, BSD(BALLISTIC ELECTRON SURFACE EMITTING DEVICE)형이 있다.

상기 MIM형 전계방출소자는 제조방법이 간단하며, 고진공이 필요없고, 포커싱(FOCUSING)도 필요 없으며, 특히 20V이하의 구동전압으로 소비전력이 낮은 장점이 있다.

상기 MIM형 전계방출소자는 하부전극과 상부전극의 전압차에 의해 하부전극에서 여기된 전자가 터널링절연막과, 상부전극을 투과하여 상판에 형성된 형광체를 여기시켜 가시광을 여기시킴으로써, 표시소자로 사용된다.

상기 상부전극은 전자가 투과되는 전극이며, 그 상부전극의 형성이 용이하지 않기 때문에 오버행 절연막을 두어, 원하는 위치에 선택적으로 상부전극을 형성할 수 있게 된다. 이하, 상기와 같은 종래 전계방출소자 및 그 제조방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도1a 내지 도1g는 종래 전계방출소자의 제조공정 수순단면도로서, 이에 도시한 바와 같이 하판유리(1)의 상부일부에 하부전극(2)을 형성하는 단계(도1a)와; 상기 하부전극(2)의 중앙부에 포토레지스트(PR) 패턴을 형성한 후, 노출된 하부전극(2)의 상부에 필드절연막(3)을 형성하는 단계(도1b)와; 상기 포토레지스트(PR)를 제거하고, 노출되는 하부전극(2)의 상부에 터널링절연막(4)을 형성하는 단계(도1c)와; 상기 구조의 상부전면에 상부전극패드(5)와 상부전극버스(6)를 순차적으로 증착하고, 패터닝하여 상기 터널링절연막(4)과 필드절연막(3)의 노출을 차단하는 단계(도1d)와; 상기 구조의 상부에 실리콘 질화막 또는 실리콘 산화막을 증착하여 오버행 절연막(7)을 형성하고, 그 오버행 절연막(7)과 하부의 상부전극버스(6)를 패터닝하여 터널링절연막(4)의 상부측 상부전극패드(5)를 노출시키는 단계(도1e)와; 상기 상부전극패드(5)를 식각함과 아울러 상기 상부전극버스(6)의 측면을 과도 식각하는 단계(도1f)와; 상기 구조의 상부에 금속을 증착하여, 상기 오버행 절연막(7)과 노출된 터널링절연막(4) 및 상부전극패드(5) 상에 상부전극(8)을 형성하는 단계(도1g)로 제조된다.

이하, 상기와 같이 구성된 종래 평면형 전계방출소자 제조방법의 일실시예를 보다 상세하게 설명한다.

먼저, 도1a에 도시한 바와 같이 하판유리(1)의 상부일부에 알루미늄(Al)을 증착한다.

그 다음, 상기 증착된 알루미늄을 포토레지스트 패턴을 마스크로 하는 습식식각공정으로 상기 하판유리(1)의 상부일부에 하부전극(2)을 형성한다.

그 다음, 도1b에 도시한 바와 같이 상기 하부전극(2)의 중앙상부에 포토레지스트(PR) 패턴을 형성한다.

그 다음, 상기 포토레지스트(PR) 패턴에 의해 선택적으로 노출된 하부전극(2)을 양극산화법으로 산화시켜 산화 알루미늄인 필드절연막(3)을 형성한다.

그 다음, 도1c에 도시한 바와 같이 상기 포토레지스트(PR) 패턴을 제거한다. 이때, 노출되는 하부전극(2)의 중앙 상부에 터널링절연막(4)을 성막한다.

그 다음, 도1d에 도시한 바와 같이 상기 구조의 상부전면에 텅스텐과 알루미늄을 성막하여 상부전극패드(5)와 상부전극버스(6)를 형성한다.

그 다음, 상기 형성된 상부전극패드(5)와 상부전극버스(6)를 패터닝하여 상기 터널링절연막(4)과 필드절연막(3)의 상부측에만 선택적으로 위치하도록 한다.

그 다음, 도1e에 도시한 바와 같이 상기 구조의 상부에 실리콘 질화막 또는 실리콘 산화막을 성막하여 오버행 절연막(7)을 형성한다.

그 다음, 그 오버행 절연막(7)과 하부의 상부전극버스(6)를 패터닝하여 터널링절연막(4)의 상부측 상부전극패드(5)를 노출시킨다.

그 다음, 도1f에 도시한 바와 같이 상기 상부전극패드(5)를 식각함과 아울러 상기 상부전극버스(6)의 측면을 과도 식각한다.

그 다음, 도1g에 도시한 바와 같이, 상기 구조의 상부에 Ir/Pt/Au를 증착하여, 상기 오버행 절연막(7)과 노출된 터널링절연막(4) 및 상부전극패드(5) 상에 상부전극(8)을 형성한다.

상기 상부전극(8)은 하부전극(2)으로 부터 방출된 전자가 통과하여 상부기판인 애노드로 방출되기 때문에, 두께가 두꺼우면 전자의 투과율이 낮아지고, 너무 얇으면 저항이 커져서 전극으로 사용할 수 없게 된다.

이와 같은 점을 감안하여 전도성이 우수하고, 표면오염에 강한 Au가 사용된다. 상기 Au의 두께가 100Å의 부근에서는 전극 형성후, 패터닝하기가 매우 어려워 리프트 오프(LIFT OFF) 방법을 이용하거나, 오버행 절연막(7)을 형성하여 다른 전극과 분리시키는 방법을 사용하고 있다.

상기 리프트 오프방법은 포토레지스트를 사용하여 Au의 제거부분을 제거할때 유기물질을 사용하게 되며, 이는 얇은 상부전극(8)이 손상되기 쉽다.

또한, 종래 오버행 절연막(7)을 구성하는 실리콘 질화막(SiNx) 또는 실리콘 산화막(SiOx)는 하지막에 큰 스트레스를 유발하여 소자의 수명을 단축시키는 문제점이 있었다.

이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 상부전극을 형성하기 위한 오버행 절연막이 하지막에 스트레스를 주지 않도록 하는 평면형 전계방출소자 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 오버행 절연막을 비정질 실리콘으로 제작하여 하지막에 스트레스를 유발시키지 않도록 구성된다.

특히, 오버행 절연막인 비정질 실리콘의 비저항이 10⁷Ohmㆍcm이상인 것을 사용하여, 전기적 절연특성의 열화를 방지하도록 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명 평면형 전계방출소자 및 그 제조방법의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도2a 내지 도2g는 본 발명 평면형 전계방출소자의 제조공정 수순단면도로서, 이에 도시한 바와 같이 하판유리(1)의 상부일부에 하부전극(2)을 형성하는 단계(도2a)와; 상기 하부전극(2)의 중앙부에 포토레지스트(PR) 패턴을 형성한 후, 노출된 하부전극(2)의 상부에 필드절연막(3)을 형성하는 단계(도2b)와; 상기 포토레지스트(PR)를 제거하고, 노출되는 하부전극(2)의 상부에 터널링절연막(4)을 형성하는 단계(도2c)와; 상기 구조의 상부전면에 상부전극패드(5)와 상부전극버스(6)를 순차적으로 증착하고, 패터닝하여 상기 터널링절연막(4)과 필드절연막(3)의 노출을 차단하는 단계(도2d)와; 상기 구조의 상부에 비정질 실리콘(a-Si)을 성막하여 오버행 절연막(7)을 형성하고, 그 오버행 절연막(7)과 하부의 상부전극버스(6)를 패터닝하여 터널링절연막(4)의 상부측 상부전극패드(5)를 노출시키는 단계(도2e)와; 상기 상부전극패드(5)를 식각함과 아울러 상기 상부전극버스(6)의 측면을 과도 식각하는 단계(도2f)와; 상기 구조의 상부에 금속을 증착하여, 상기 오버행 절연막(7)과 노출된 터널링절연막(4) 및 상부전극패드(5) 상에 상부전극(8)을 형성하는 단계(도2g)로 제조된다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명 평면형 전계방출소자 제조방법의 일실시예를 보다 상세하게 설명한다.

먼저, 도2a에 도시한 바와 같이 하판유리(1)의 상부일부에 알루미늄(Al)을 증착한다.

그 다음, 상기 증착된 알루미늄을 포토레지스트 패턴을 마스크로 하는 습식식각공정으로 상기 하판유리(1)의 상부일부에 하부전극(2)을 형성한다.

그 다음, 도2b에 도시한 바와 같이 상기 하부전극(2)의 중앙상부에 포토레지스트(PR) 패턴을 형성한다.

그 다음, 상기 포토레지스트(PR) 패턴에 의해 선택적으로 노출된 하부전극(2)을 양극산화법으로 산화시켜 산화 알루미늄인 필드절연막(3)을 형성한다.

그 다음, 도2c에 도시한 바와 같이 상기 포토레지스트(PR) 패턴을 제거한다. 이때, 노출되는 하부전극(2)의 중앙 상부에 터널링절연막(4)을 성막한다.

그 다음, 도2d에 도시한 바와 같이 상기 구조의 상부전면에 텅스텐과 알루미늄을 성막하여 상부전극패드(5)와 상부전극버스(6)를 형성한다.

그 다음, 상기 형성된 상부전극패드(5)와 상부전극버스(6)를 패터닝하여 상기 터널링절연막(4)과 필드절연막(3)의 상부측에만 선택적으로 위치하도록 한다.

그 다음, 도2e에 도시한 바와 같이 상기 구조의 상부에 비정질 실리콘(a-Si)을 성막하여 오버행 절연막(7)을 형성한다.

그 다음, 그 오버행 절연막(7)과 하부의 상부전극버스(6)를 패터닝하여 터널링절연막(4)의 상부측 상부전극패드(5)를 노출시킨다.

상기 비정질 실리콘(a-Si)의 성막으로 형성되는 오버행 절연막(7)의 두께는 5000Å 정도의 두께로 성막하는 것이 바람직하다.

또한, 그 비정질 실리콘(a-Si)의 비저항이 10⁷Ohmㆍcm 이상이 되도록 함으로써, 상기 상부전극(8)과 하부의 다른 전극들 사이의 전기적인 절연이 이루어지도록 한다.

상기와 같은 비정질 실리콘(a-Si)은 고온공정을 사용할 수 없는 제조공정상의 제한에 의해 스퍼터링법으로 성막된다.

상기 비정질 실리콘은 기존의 실리콘 질화막 또는 실리콘 산화막 오버행 절연막에 비하여 잔류응력이 낮은 오버행 절연막을 형성할 수 있으며, 그 잔류응력의 감소에 의해 평면형 전계방출소자의 수명을 연장하고, 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.

상기 잔류응력은 실리콘 질화막 또는 실리콘 산화막과 비정질 실리콘의 결정구조 차이에 기인한다.

그 다음, 도2f에 도시한 바와 같이 상기 상부전극패드(5)를 식각함과 아울러 상기 상부전극버스(6)의 측면을 과도 식각한다.

그 다음, 도2g에 도시한 바와 같이, 상기 구조의 상부에 Ir/Pt/Au를 증착하여, 상기 오버행 절연막(7)과 노출된 터널링절연막(4) 및 상부전극패드(5) 상에 상부전극(8)을 형성한다.

도3은 본 발명을 통해 제조된 평면형 전계방출소자의 전자 현미경 평면사진으로서, 이에 도시한 바와 같이 비정질 실리콘 오버행 절연막(7)이 상부전극(8)의 주변에 형성되어 있으며, 그 상부전극(8)의 내에 경계가 나타나는 이유는 필드절연막(3)의 단차에 의한 것이다.

상기한 바와 같이 본 발명 평면형 전계방출소자 및 그 제조방법은 상부전극의 용이한 형성과, 그 상부전극의 절연을 위한 오버행 절연막을 비저항이 10⁷Ohmㆍcm 이상인 비정질 실리콘을 이용하여 형성함으로써, 하지막에 미치는 잔류응력을 줄여 소자의 수명을 연장하는 효과와 아울러 그 평면형 전계방출소자의 동작 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.

도1a 내지 도1g는 종래 평면형 전계방출소자의 제조공정 수순단면도.

도2a 내지 도2g는 본 발명 평면형 전계방출소자의 제조공정 수순단면도.

도3은 본 발명 평면형 전계방출소자의 평면사진.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1:하판유리 2:하부전극

3:필드절연막 4:터널링절연막

5:상부전극패드 6:상부전극버스

7:오버행 절연막 8:상부전극

Claims (4)

1. 하부전극과, 상기 하부전극의 중앙상부에 위치하는 터널링 절연막과, 상기 터널링 절연막상에 위치하는 상부전극과, 상기 상부전극과 하부전극을 전기적으로 절연시키는 오버행 절연막을 포함하는 박막형 전계방출소자에 있어서, 상기 오버행 절연막은 비저항이 10⁷Ohmㆍcm 이상인 비정질 실리콘으로 형성된 것을 특징으로 하는 박막형 전계방출소자.
2. 제 1항에 있어서, 오버행 절연막은 그 두께가 5000Å인 것을 특징으로 하는 박막형 전계방출소자.
3. 기판의 상부에 하부전극을 형성하고, 그 하부전극의 측면부에 필드절연막을 형성하는 단계와; 상기 필드절연막의 사이 하부전극상에 터널링 절연막을 형성하는 단계와; 상부전극패드 및 상부전극버스를 순차 형성하는 단계와; 상기 상부전극패드 및 상부전극버스의 상부에 오버행 절연막을 형성하는 단계와; 상기 오버행 절연막을 마스크로 하여 상기 터널링 절연막상에 상부전극을 형성하는 단계로 이루어지는 평면형 전계방출소자 제조방법에 있어서, 상기 오버행 절연막은 비저항이 10⁷Ohmㆍcm 이상인 비정질 실리콘을 스퍼터링법으로 증착하고, 패터닝하여 형성하는 것을 특징으로 하는 평면형 전계방출소자 제조방법.
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