KR19990016198A - Method for manufacturing field emission device using silicide process - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전계방출소자에 전자를 방출시킬수 있는 실리콘 에미터 팁 혹은 금속 에미터 팁을 저온에서 실리사이드 공정을 사용하여 뾰족하게 형성시키는 방법을 제공하는 것으로, 에미터 팁을 뾰족하게하여 전계방출이 용이하며, 종래의 제조방법보다 저온에서 팁을 뾰족하게 할 수 있을 뿐 아니라, 균일성과 대칭성이 높게되며, 유리판 위에 에미터 팁을 형성할 수 있다. 또한, 본 발명을 사용하면 제작한 어레이를 유리판 위에서 진공패키징을 바로 할 수 있을 뿐 아니라, 저가격으로 대면적의 평판 디스플레이를 만들 수 있다.The present invention provides a method of sharply forming a silicon emitter tip or a metal emitter tip capable of emitting electrons to a field emission device using a silicide process at a low temperature. The emitter tip is sharp to facilitate field emission. In addition, the tip can be sharpened at a lower temperature than the conventional manufacturing method, and uniformity and symmetry are high, and an emitter tip can be formed on the glass plate. In addition, the present invention can not only vacuum-pack the fabricated array on a glass plate but also make a large area flat panel display at low cost.
Description
본 발명은 전계방출소자(Field Emission Device) 제조 방법에 관한 것으로, 특히 전계방출소자의 에미터 팁(emitter tip)을 저온에서 뾰족하게 형성할 수 있는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a field emission device, and more particularly, to a method of forming an emitter tip of a field emission device at a low temperature.
전계방출소자는 전계를 인가하여 에미터 팁으로 부터 진공 또는 특정 개스분위기에서 전자를 방출시켜 구동하는 진공소자로서, 이러한 진공소자는 마이크로파 소자, 평판 디스플레이, 및 센서 등으로 이용된다. 이중에, 이러한 전계방출소자를 디스플레이에 이용하여 FED(Field Emission Display)에 응용하는 연구가 최근 활발히 이루어 지고 있다.The field emission device is a vacuum device that applies an electric field to emit electrons from a emitter tip in a vacuum or a specific gas atmosphere, and is used as a microwave device, a flat panel display, a sensor, or the like. Among these, researches on applying such field emission devices to field emission displays (FEDs) have been actively conducted in recent years.
도 1은 통상적인 FED 구조를 나타내는 단면도로서, 어레이된 전계방출소자 갖는 하판(100)과 형광체(phosphor)(201)를 가진 상판(200)이 스페이서(spacer)(300)에 의해 서로 평행하게 진공 패키징되어 구성되며, 전계방출소자의 게이트 전극을 제어하는 것에 의해 에미터 팁(101)로부터 전자를 방출하고, 방출된 전자를 상판(200)의 형광체(201)에 충돌시켜 형광체(201)의 음극 발광(cathode luminescence)으로 화상을 표시하는 장치이다. 즉, FED의 동작원리는 게이트와 케소드(에미터 팁과 접속된 에미터 전극)의 에 전압이 인가되어 전자가 방출 되고 애노드(anode) 전압에 의해 가속을 받아서 형광체 물질이 도포되어 있는 애노드 전극을 때리게 되고, 전자로 부터 에너지를 받아 여기된 형광체 물질은 빛을 발산하는 원리를 이용하여 디스플레이에 사용하게 된다.1 is a cross-sectional view showing a conventional FED structure, in which a lower plate 100 having an arrayed field emission device and an upper plate 200 having phosphor 201 are vacuumed in parallel to each other by a spacer 300. It is packaged and configured to emit electrons from the emitter tip 101 by controlling the gate electrode of the field emission device, and the emitted electrons collide with the phosphor 201 of the upper plate 200 to cause the cathode of the phosphor 201. It is a device for displaying an image by cathode luminescence. That is, the operation principle of the FED is an anode electrode in which a phosphor is applied by applying a voltage to the gate and the cathode (the emitter electrode connected to the emitter tip) to emit electrons, and to be accelerated by the anode voltage. In this case, the excited phosphor material receives energy from the electrons and is used in a display using the principle of emitting light.
도 2a 내지 도 2e는 종래기술에 따른 전계방출소자 제조 방법을 나타내는 공정 단면도로서, 먼저, 도 2a와 같이, 실리콘막(202) 상에 실리콘산화막(203)을 형성한 다음, 포토레지스트(204) 패턴의 형성 및 식각에 의해 실리콘산화막(203)을 패터닝하고, 포토레지스트(204) 패턴을 제거한 다음, 도 2b와 같이, 패터닝된 실리콘산화막(203)을 마스크로하여 실리콘막(202)을 등방성 건식식각한다. 이어서, 도 2c와 같이, 노출된 실리콘막(202)을 열산화시켜 산화막(210)을 성장시킨 다음, 도 2d와 같이, 전자선증착(e-beam)방법에 의해 게이트 절연막(208)과 게이트 전도막(209)을 증착한 후, 도 2e와 같이, 산화막(210)을 부분적으로 식각하여 팁 상부의 전극을 리프트 오프(lift-off)시킨다.2A through 2E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a field emission device according to the related art. First, as shown in FIG. 2A, a silicon oxide film 203 is formed on a silicon film 202, and then a photoresist 204 is formed. After patterning and etching, the silicon oxide film 203 is patterned, the photoresist 204 pattern is removed, and the silicon film 202 isotropically dried using the patterned silicon oxide film 203 as a mask as shown in FIG. 2B. Etch it. Subsequently, as shown in FIG. 2C, the exposed silicon film 202 is thermally oxidized to grow the oxide film 210, and as shown in FIG. 2D, the gate insulating film 208 and the gate conduction are formed by an electron beam deposition (e-beam) method. After the deposition of the film 209, as shown in FIG. 2E, the oxide film 210 is partially etched to lift off the electrode on the tip.
도 2a 내지 도 2e와 같은 종래기술을 사용하는 경우, 공정을 고온에서 수행하므로 유리판위에 에미터 어레이를 제작 할 수 없는 단점이 있다.When using the prior art as shown in Figures 2a to 2e, there is a disadvantage that the emitter array can not be produced on the glass plate because the process is performed at a high temperature.
도 3a 및 도 3e는 다른 종래기술에 따른 전계방출소자 제조 방법을 나타내는 공정 단면도로서, 먼저, 도 3a와 같이, 실리콘막(302) 상에 실리콘산화막(303)을 형성한 다음, 포토레지스트(304) 패턴의 형성 및 식각에 의해 실리콘산화막(303)을 패터닝하고, 포토레지스트(304) 패턴을 제거한 다음, 도 3b와 같이, 패터닝된 실리콘산화막(303)을 마스크로하여 실리콘막(302)을 등방성 건식식각 한다. 이어서, 도 3c와 같이, 노출된 실리콘막(302)을 습식식각하여 실리콘 팁을 형성한다. 이어서, 도 3d와같이, 전면에 게이트 절연막(308)과 게이트 전도막(309)을 증착한 후, 도 3e와 같이, 실리콘 팁이 노출되도록 게이트 전도막(309)과 게이트 절연막(308)을 부분적으로 습식식각한다.3A and 3E are cross-sectional views illustrating another method of manufacturing a field emission device according to the related art. First, as shown in FIG. 3A, a silicon oxide film 303 is formed on a silicon film 302, and then a photoresist 304 is formed. Patterning and etching the silicon oxide film 303, removing the photoresist 304 pattern, and isotropically forming the silicon film 302 using the patterned silicon oxide film 303 as a mask, as shown in FIG. 3B. Dry etch. 3C, the exposed silicon film 302 is wet etched to form a silicon tip. Subsequently, as shown in FIG. 3D, after the gate insulating film 308 and the gate conductive film 309 are deposited on the entire surface, as shown in FIG. 3E, the gate conductive film 309 and the gate insulating film 308 are partially formed to expose the silicon tip. Wet etch.
도 3a 및 도 3e와 같은 종래기술을 사용하는 경우, 저온에서 공정이 가능하지만, 습식식각의 특성상 넓은 면적에서의 식각 균일도가 나빠지게 된다.In the case of using the prior art as shown in FIGS. 3A and 3E, the process can be performed at a low temperature, but the etching uniformity of the large area becomes worse due to the nature of the wet etching.
이와같이, 종래에는 전계방출소자의 에미터 팁을 제조함에 있어, 그 형상을 뾰족하게 형성하기 위하여, 실리콘 또는 다결정 실리콘을 건식식각과 습식식각을 사용하여 형성하거나, 건식식각 또는 습식식각후 팁 첨예화 산화막 성장 공정을 사용하고 있으나, 균일하게 뽀족하게 식각 하기가 힘들다. 또한, 실리콘이나 다결정실리콘을 건식식각 방법에 의해 등방성 식각을 한 후, 800 ℃ 이상의 고온에서 산화막 성장을 하여 뾰족하게 만드는 방법을 사용하고 있으나, 이러한 제작 방법은 고온 공정을 사용하므로 유리판위에 제작할 수 없으며, 나중에 제작된 FEA(Field Emission Array)를 진공 패키징을 할 경우, 이것을 유리판위에다 붙여 패키징을 하므로 패키징 수율이 낮아지는 단점이 있다.As described above, in manufacturing the emitter tip of the field emission device, silicon or polycrystalline silicon is formed by using dry etching and wet etching, or after dry etching or wet etching, in order to form a sharp shape thereof. The growth process is used, but it is difficult to etch uniformly pointedly. In addition, after isotropic etching of silicon or polysilicon by dry etching, an oxide film is grown at a high temperature of 800 ° C. or higher to make it pointed. However, such a manufacturing method uses a high temperature process and cannot be manufactured on a glass plate. In case of vacuum packaging the FEA (Field Emission Array) produced later, the packaging yield is lowered because the packaging is attached to the glass plate.
본 발명의 목적은 저온 공정이 가능하고, 균일성과 대칭성을 높이면서 에미터 팁의 최상단을 뾰족하게 형성하는 전계방출소자 제조 방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a field emission device capable of low temperature processing, and increasing the uniformity and symmetry of the top of the emitter tip.
도 1은 통상적인 FED(Field Emission Display) 구조를 나타내는 단면도.1 is a cross-sectional view showing a conventional field emission display (FED) structure.
도 2a 내지 도 2e는 종래기술에 따른 전계방출소자 제조 방법을 나타내는 공정 단면도.2A to 2E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a field emission device according to the related art.
도 3a 내지 도 3e는 다른 종래기술에 따른 전계방출소자 제조 방법을 나타내는 공정 단면도.3A to 3E are cross-sectional views illustrating another method of manufacturing a field emission device according to the related art.
도 4a 내지 4h 도는 본 발명의 일실시예에 따른 전계방출소자 제조 방법을 나타내는 공정 단면도.4A to 4H are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a field emission device according to an embodiment of the present invention.
도 5a 내지 5h 도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전계방출소자 제조 방법을 나타내는 공정 단면도.5A to 5H are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a field emission device according to another exemplary embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
401, 501 : 유리기판 402 : 실리콘 계열의 에미터 전도막401, 501: glass substrate 402: emitter conductive film of silicon series
403 : 하드마스크층 405, 505 : 금속층403: hard mask layer 405, 505: metal layer
404 : 포토레지스트 패턴 406, 506 : 실리사이드층404: photoresist pattern 406, 506: silicide layer
407 : 에미터 팁 408, 508 : 게이트 절연막407 emitter tip 408, 508 gate insulating film
409, 509 : 게이트 전도막 511 : 완충막409 and 509: gate conductive film 511: buffer film
502 : 비정질실리콘막502: amorphous silicon film
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 특징적인 전계방출소자 제조 방법은, 기판상에 에미터용으로 실리콘 계열 박막을 형성하는 단계; 상기 실리콘 계열 박막상에 마스크 패턴을 형성하는 단계; 에미터 팁의 목 부분을 형성하기 위하여 상기 실리콘 계열 박막을 소정두께 식각하고, 상기 마스크 패턴을 제거하는 단계; 에미터 팁의 목부분이 형성된 상기 실리콘 계열 박막 상에 실리사이드를 위한 고융점 금속막을 형성하는 단계; 상기 실리콘 계열 박막의 에미터 팁 목부분을 뾰족하게 형성하기 위하여, 열처리에 의해 실리콘 계열의 박막과 상기 금속막을 반응시켜 실리사이드막을 형성하는 단계; 및 상기 실사이드막을 제거하는 단계를 포함하여 이루어진다.One characteristic field emission device manufacturing method of the present invention for achieving the above object comprises the steps of forming a silicon-based thin film for the emitter on the substrate; Forming a mask pattern on the silicon based thin film; Etching the silicon-based thin film to a predetermined thickness to form a neck portion of the emitter tip, and removing the mask pattern; Forming a high melting point metal film for silicide on the silicon-based thin film on which the neck of the emitter tip is formed; Forming a silicide film by reacting the silicon-based thin film with the metal film by heat treatment in order to sharply form an emitter tip neck of the silicon-based thin film; And removing the silicide film.
또한, 본 발명의 다른 특징적인 전계방출소자 제조 방법은, 기판상에 완충막을 형성하고, 상기 완충막 상에 에미터용으로 금속막을 형성하는 단계; 상기 금속막 상에 마스크 패턴을 형성하는 단계; 에미터 팁의 목 부분을 형성하기 위하여 상기 금속막을 소정두께 식각하고, 상기 마스크 패턴을 제거하는 단계; 에미터 팁의 목부분이 형성된 상기 금속막상에 실리사이드를 위한 비정질실리콘막을 형성하는 단계; 상기 금속막의 에미터 팁 목부분을 뾰족하게 형성하기 위하여, 열처리에 의해 상기 금속막과 상기 비정질실리콘막을 반응시켜 실리사이드막을 형성하는 단계; 및 상기 실사이드막을 제거하는 단계를 포함하여 이루어진다.In addition, another characteristic field emission device manufacturing method of the present invention, forming a buffer film on a substrate, and forming a metal film for the emitter on the buffer film; Forming a mask pattern on the metal film; Etching the metal film to a predetermined thickness to form a neck portion of the emitter tip, and removing the mask pattern; Forming an amorphous silicon film for silicide on the metal film on which the neck of the emitter tip is formed; Forming a silicide film by reacting the metal film with the amorphous silicon film by a heat treatment to sharply form an emitter tip neck of the metal film; And removing the silicide film.
이렇듯, 본 발명은 저온의 실리사이드 공정에 의해 팁을 뽀족하게 형성시키는 것으로, 다른 공정과 더불어 기판을 유리를 사용할 수 있는 장점이 있어 저가격으로 대면적의 평판디스플레이를 만들수 있는 장점이 있다. 또한, 이러한 제조방법은 기존의 반도체 공정장비를 이용할 수 있는 장점과 집적회로 제조 공정과 양립되게 제작 할 수 있는 장점이 있다.As such, the present invention is to form a tip sharply by a low-temperature silicide process, there is an advantage that the glass can be used with the substrate in addition to other processes, there is an advantage that can make a large area flat panel display at a low price. In addition, such a manufacturing method has the advantage of using the existing semiconductor process equipment and can be manufactured to be compatible with the integrated circuit manufacturing process.
첨부된 도 4a 내지 4h 도와, 도 5a 내지 5h 도를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.4A to 4H and FIGS. 5A to 5H will be described in detail with reference to preferred embodiments of the present invention.
도 4a 내지 4h 도는 본 발명의 일실시예에 따른 전계방출소자 제조 방법을 나타내는 공정 단면도로서, 실리콘 또는 다결정실리콘 에미터 팁을 제조하는 방법을 나타낸다.4A through 4H are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a field emission device according to an exemplary embodiment of the present invention, and illustrate a method of manufacturing a silicon or polycrystalline silicon emitter tip.
먼저, 도 4a와 같이, 유리기판(401), 또는 그 상부에 저항층을 포함하는 유리기판위에 예컨데 실리콘 혹은 폴리실리콘 혹은 비정질 실리콘과 같은 실리콘 계열의 에미터 전도막(402)을 증착한 후, 예컨데 산화막 또는 질화막/산화막/질화막과 같은 하드마스크층(403)을 50nm ~ 300nm 사이로 증착 시킨다. 하드마스크층(403)은 실리콘 식각시 마스킹 효과를 극대화하여 준다.First, as shown in FIG. 4A, a silicon-based emitter conductive film 402 such as silicon, polysilicon, or amorphous silicon is deposited on the glass substrate 401 or a glass substrate including a resistive layer thereon. For example, a hard mask layer 403 such as an oxide film or a nitride film / oxide film / nitride film is deposited between 50 nm and 300 nm. The hard mask layer 403 maximizes the masking effect during silicon etching.
이어서, 도 4b와 같이, 팁 마스크 패턴인 포토레지스트 패턴(404)을 정의한후, 하드 마스크층(403)을 식각하여 패터닝한다.Subsequently, as illustrated in FIG. 4B, after defining the photoresist pattern 404 which is a tip mask pattern, the hard mask layer 403 is etched and patterned.
이어서, 도 4c와 같이, 포토레지스트 패턴(404)을 제거한 다음, 패터닝된 하드 마스크층(403)을 식각 마스크로하여 에미터 전도막(402)을 등방성 식각을 하거나 등방성/비등방성의 두단계로 식각을 실시하여 에미터 팁의 목부분을 형성하는데, 등방성/비등방성의 두단계로 식각할때에는 첫 단계의 등방성 식각과 두 번째 단계의 비등방성의 식각시간을 각각 조절하여 팁이 형성될 실리콘이 남는부분(목부분)의 두께와 팁의 높이를 각각 독립적으로 조절할 수 있는 장점이 있다. 즉, 이러한 2단계 식각공정을 이용하면 주어진 하드 마스크층(403)의 크기에 비해서 팁을 높게 만들 수 있는데, 팁이 높게 되면 나중에 게이트 형성을 위하여 에치백(etch-back)이나 화학적/기계적 연마(CMP : Chemical Mechanical Polishing) 공정을 할 때, 식각되는 게이트 개구의 크기가 균일해 지며, 팁에 인가되는 전기장의 크기가 커지며, 게이트와 케소드간의 기생용량(parasitic capacitance)이 작아져서 소자의 RC 지연시간에 유리하게 작용한다. 또한 팁의 높이가 높은 경우, 게이트 유전체, 집속전극 아래의 유전체의 두께를 두껍게하여 누설전류를 효과적으로 방지할 수 있게 된다.Subsequently, as shown in FIG. 4C, after the photoresist pattern 404 is removed, the emitter conductive layer 402 is isotropically etched using the patterned hard mask layer 403 as an etch mask or etched in two steps of isotropic / anisotropy. In order to form the neck of the emitter tip, when the etching is performed in two steps of isotropic / anisotropy, the remaining part of silicon to form the tip is controlled by adjusting the etching time of the first isotropic etching and the second anisotropy. The thickness of the neck and tip height can be adjusted independently of each other. In other words, using this two-step etching process, the tip can be made higher than the size of a given hard mask layer 403. If the tip is high, etch-back or chemical / mechanical polishing (to form the gate later) is performed. During the chemical mechanical polishing (CMP) process, the gate opening to be etched becomes uniform, the size of the electric field applied to the tip is increased, and the parasitic capacitance between the gate and the cathode is reduced, resulting in a RC delay of the device. It works in time. In addition, when the tip height is high, the thickness of the dielectric under the gate dielectric and the focusing electrode is increased to effectively prevent leakage current.
이어서, 도 4d 와 같이, 하드 마스크(403)을 식각하고, 전자선증착(e-beam) 혹은 스퍼터링(sputtering)에 의해 실리사이드를 위하여 예컨데 Ti, Co, Ta, Pd, Pt, W, Mo 등과 같은 고융점 금속층(405)을 10nm ~ 500nm의 두께로 증착시킨다. 이 금속층(5)의 두께는 실리사이드층의 두께를 결정하게 된다.Subsequently, as shown in FIG. 4D, the hard mask 403 is etched, and, for example, silicides such as Ti, Co, Ta, Pd, Pt, W, Mo, and the like for silicide by e-beam or sputtering. Melting point metal layer 405 is deposited to a thickness of 10nm ~ 500nm. The thickness of this metal layer 5 determines the thickness of the silicide layer.
이어서, 도 4e는 에미터 전도막(402) 상에 증착된 금속층(405)을 전기로(furnace) 혹은 급속열처리(RTP : rapid thermal annealing) 장비를 이용하여 열처리함으로써 예컨데 TiSi2, CoSi, TaSi2, PdSi, PtSi, WSi, MoSi 등의 실사이드층(406)을 20nm ~ 1000nm의 두께로 형성시킨다. 이때, 고융점 금속층과 반응하는 실리콘 계열의 에미터 전도막(402)는 목부분의 첨단부가 뾰족해지게 된다.Subsequently, FIG. 4E shows that the metal layer 405 deposited on the emitter conductive film 402 is heat-treated using an electric furnace or rapid thermal annealing (RTP) equipment, for example, TiSi 2 , CoSi, TaSi 2. The silicide layer 406 such as PdSi, PtSi, WSi, MoSi, or the like is formed to a thickness of 20 nm to 1000 nm. At this time, the silicon-based emitter conductive film 402 reacting with the high melting point metal layer becomes sharp at the tip of the neck.
이어서, 도 4f와 같이, 실리사이드층(406)을 습식식각으로 모두 제거하여 에미터 팁(407)이 노출 되게 한다. 이때, 실리사이드막은 통상적으로 에천트에서 제거하게되는데, 금속층(405)의 표면이 노출된 상태에서 실리사이드 형성을 위한 열처리를 실시하게되면 금속층(405)의 표면이 산화되어 금속산화층을 형성하기 때문에, 에천트에서 표면의 금속산화층에 의해 실리사이드막이 제거되지 않는 경우가 발생하게 된다. 따라서, 바람직하게는 도 4e에서, 금속층(405) 상에 열처리시 금속층의 표면 산화를 방지하기 위한 보호막(도면에 도시되지 않음)을 400℃ 이하의 저온에서 형성한 다음, 실리사이드 형성을 위한 열처리를 실시한 다음, 보호막과 실리사이드막을 동시에 또는 차례로 제거한다. 또한, 실리사이드막의 제거에 의해 노출된 에미터 팁(407) 상에 금속, 질화금속 계열, 탄화금속 계열, 및 다이아몬드 등의 저일함수물질(도면에 도시되지 않음)을 코팅하여, 팁의 사용전압을 낯출 수 잇고, 장시간 사용할 때 수명을 길게할 수 있는 장점이 있다.Subsequently, as shown in FIG. 4F, the silicide layer 406 is removed by wet etching to expose the emitter tip 407. At this time, the silicide film is typically removed from the etchant. When the surface of the metal layer 405 is exposed to heat treatment for silicide formation, the surface of the metal layer 405 is oxidized to form a metal oxide layer. In the case, the silicide film is not removed by the metal oxide layer on the surface. Therefore, in FIG. 4E, preferably, a protective film (not shown) is formed at a low temperature of 400 ° C. or lower to prevent surface oxidation of the metal layer during heat treatment on the metal layer 405, and then heat treatment for silicide formation is performed. After that, the protective film and the silicide film are simultaneously or sequentially removed. In addition, a low work function material (not shown) such as metal, metal nitride, metal carbide, and diamond is coated on the emitter tip 407 exposed by the removal of the silicide film, thereby reducing the operating voltage of the tip. It can be unfamiliar and has the advantage of prolonging its life when used for a long time.
이어서, 도 4g와 같이, 게이트 절연막(408)을 600℃ ~ 700℃ 이하의 저온에서 공정이 가능한 플라즈마 화학증착방법(PECVD)이나 저압 화학증착방법(LPCVD)으로 100nm ~ 1000nm 형성하고, 게이트 전도막(409)으로 Ti, Co, Ta, W, Mo, Au 등의 금속층 또는 실리사이드층 혹은 폴리실리콘층을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 4G, the gate insulating film 408 is formed to be 100 nm to 1000 nm by a plasma chemical vapor deposition method (PECVD) or a low pressure chemical vapor deposition method (LPCVD) capable of processing at a low temperature of 600 ° C. to 700 ° C. or less. At 409, a metal layer such as Ti, Co, Ta, W, Mo, Au, a silicide layer, or a polysilicon layer is formed.
이어서, 도 4h와 같이, 게이트 전도막(409)를 화학적/기계적 연마 방법이나 에치백(etch-back)방법으로 식각하여 에미터 팁에 의해 돌출된 부위의 게이트 전도막의 상부 일부를 식각한 다음, 습식식각으로 집속전극용 절연막을 부분적으로 식각하여 게이트 개구를 형성한다. 그 다음, 게이트 절연막(408)의 일부를 습식 식각하여 팁을 노출시킨 후, 게이트 전도막을 패터닝(patterning)하고 식각하여 본 구조를 완성시킨다.Subsequently, as shown in FIG. 4H, the gate conductive layer 409 is etched by a chemical / mechanical polishing method or an etch-back method to etch a portion of the upper portion of the gate conductive layer protruding by the emitter tip. The wet-etched insulating film for the focusing electrode is partially etched to form a gate opening. A portion of the gate insulating film 408 is then wet etched to expose the tip, and then the gate conductive film is patterned and etched to complete the present structure.
도 5a 내지 5h 도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전계방출소자 제조 방법을 나타내는 공정 단면도로서, 금속 에미터 팁을 제작하는 경우를 나타낸다.5A to 5H are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a field emission device according to another exemplary embodiment of the present invention, illustrating a case of manufacturing a metal emitter tip.
먼저, 도 5a는 유리기판(501)위에 완충막(511) 및 저항층(도시되지 않음)을 형성 한 후, 에미터 전극용 금속층(505)으로 Ti, Co, Ta, Pd, Pt, W, Mo 등을 증착 한다.First, FIG. 5A shows a buffer film 511 and a resistive layer (not shown) on the glass substrate 501, and then Ti, Co, Ta, Pd, Pt, W, Mo, etc. are deposited.
이어서, 도 5b와 같이, 팁 마스크 패턴인 포토레지스트 패턴(504)을 정의 한다.Next, as shown in FIG. 5B, a photoresist pattern 504 that is a tip mask pattern is defined.
이어서, 도 5c와같이, 포토레지스트 패턴(504)을 식각 마스크로하여 금속층(505)을 등방성 식각을 하거나 등방성/비등방성의 두단계로 식각을 실시하여 에미터 팁의 목부분을 형성하는데, 2단계 식각방법은 첫 단계의 등방성 식각과 두 번째 단계의 비등방성의 식각시간을 각각 조절하여 팁이 형성될 실리콘이 남는부분(목부분)의 두께와 팁의 높이를 각각 독립적으로 조절할 수 있는 장점이 있다.Subsequently, as shown in FIG. 5C, the metal layer 505 is isotropically etched using the photoresist pattern 504 as an etch mask, or etching is performed in two steps of isotropic / anisotropy to form the neck of the emitter tip. The etching method has the advantage of independently controlling the thickness and tip height of the remaining portion (neck) of silicon where the tip will be formed by adjusting the etching time of the first step and the anisotropic step of the second step, respectively.
이어서, 도 5d와 같이, 포토레지스트 패턴(504)을 제거하고, 전자선(e-beam) 증착혹은, 스퍼터링, 플라즈마화학증착(PECVD)등에 의한 방법으로 실리사이드 형성을 위한 비정질 실리콘막(502)을 10nm ~ 500nm 증착시킨다. 이러한 비정질 실리콘층(502)의 두께는 나중에 실리사이드층의 두께를 결정하게 된다.Subsequently, as shown in FIG. 5D, the photoresist pattern 504 is removed, and the amorphous silicon film 502 for silicide formation is formed by e-beam deposition, sputtering, plasma chemical vapor deposition (PECVD), etc. ˜500 nm deposition. The thickness of this amorphous silicon layer 502 will later determine the thickness of the silicide layer.
이어서, 도 5e와 같이, 금속층(505)위에 증착된 비정질실리콘(502)막을 전기로 혹은 급속열처리 장비를 이용하여 열처리함으로써, TiSi2, CoSi, TaSi2, PdSi, PtSi, WSi, MoSi 등의 실사이드층(506)을 20nm ~ 1000nm의 두께로 형성시킨다. 이때, 금속층의 목 부분은 첨단부가 뾰족해진다.Subsequently, as shown in FIG. 5E, the amorphous silicon 502 film deposited on the metal layer 505 is heat-treated using an electric furnace or a rapid heat treatment equipment, thereby producing yarns such as TiSi 2 , CoSi, TaSi 2 , PdSi, PtSi, WSi, MoSi, and the like. The side layer 506 is formed to a thickness of 20 nm to 1000 nm. At this time, the tip of the neck of the metal layer becomes sharp.
이어서, 도 5f와 같이, 실리사이드(506)을 습식식각으로 모두 식각해 내어 금속 에미터 에미터 팁(507)이 노출 되게 한다. 이때, 실리사이드막의 제거에 의해 노출된 에미터 팁(507) 상에 금속, 질화금속 계열, 탄화금속 계열, 및 다이아몬드 등의 저일함수물질(도면에 도시되지 않음)을 코팅하여, 팁의 사용전압을 낯출 수 잇고, 장시간 사용할 때 수명을 길게할 수 있는 장점이 있다.Subsequently, as shown in FIG. 5F, the silicide 506 is etched away by wet etching to expose the metal emitter emitter tip 507. In this case, a low work function material (not shown) such as metal, metal nitride, metal carbide, and diamond is coated on the emitter tip 507 exposed by the removal of the silicide film, thereby reducing the operating voltage of the tip. It can be unfamiliar and has the advantage of prolonging its life when used for a long time.
이어서, 이어서, 도 5g와 같이, 게이트 절연막(508)을 600℃ ~ 700℃ 이하의 저온에서 공정이 가능한 플라즈마 화학증착방법(PECVD)이나 저압 화학증착방법(LPCVD)으로 100nm ~ 1000nm 형성하고, 게이트 전도막(509)으로 Ti, Co, Ta, W, Mo, Au 등의 금속층 또는 실리사이드층 혹은 폴리실리콘층을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 5G, the gate insulating film 508 is formed to have a thickness of 100 nm to 1000 nm by a plasma chemical vapor deposition method (PECVD) or a low pressure chemical vapor deposition method (LPCVD) that can be processed at a low temperature of 600 ° C. to 700 ° C. or less. As the conductive film 509, a metal layer, a silicide layer, or a polysilicon layer such as Ti, Co, Ta, W, Mo, Au, or the like is formed.
이어서, 도 5h와 같이, 게이트 전도막(509)를 화학적/기계적 연마 방법이나 에치백(etch-back)방법으로 식각하여 에미터 팁에 의해 돌출된 부위의 게이트 전도막의 상부 일부를 식각한 다음, 습식식각으로 집속전극용 절연막을 부분적으로 식각하여 게이트 개구를 형성한다. 그 다음, 게이트 절연막(408)의 일부를 습식 식각하여 팁을 노출시킨 후, 게이트 전도막을 패터닝(patterning)하고 식각하여 본 구조를 완성시킨다.Subsequently, as shown in FIG. 5H, the gate conductive layer 509 is etched by a chemical / mechanical polishing method or an etch-back method to etch the upper portion of the gate conductive layer protruding from the emitter tip. The wet-etched insulating film for the focusing electrode is partially etched to form a gate opening. A portion of the gate insulating film 408 is then wet etched to expose the tip, and then the gate conductive film is patterned and etched to complete the present structure.
본 발명은 전계방출소자에 전자를 방출시킬수 있는 실리콘 에미터 팁 혹은 금속 에미터 팁을 저온에서 실리사이드 공정을 사용하여 뾰족하게 형성시키는 방법을 제공하는 것으로, 에미터 팁을 뾰족하게하여 전계방출이 용이하며, 종래의 제조방법보다 저온에서 팁을 뾰족하게 할 수 있을 뿐 아니라, 균일성과 대칭성이 높게되며, 유리판 위에 에미터 팁을 형성할 수 있다. 또한, 본 발명을 사용하면 제작한 어레이를 유리판 위에서 진공패키징을 바로 할 수 있을 뿐 아니라, 저가격으로 대면적의 평판 디스플레이를 만들 수 있다.The present invention provides a method of sharply forming a silicon emitter tip or a metal emitter tip capable of emitting electrons to a field emission device using a silicide process at a low temperature. The emitter tip is sharp to facilitate field emission. In addition, the tip can be sharpened at a lower temperature than the conventional manufacturing method, and uniformity and symmetry are high, and an emitter tip can be formed on the glass plate. In addition, the present invention can not only vacuum-pack the fabricated array on a glass plate but also make a large area flat panel display at low cost.
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