KR19990043882A - 측면 에미터 팁이 구비된 전계방출소자 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 측면 에미터 팁이 구비된 전계방출소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 유리기판 상부에 제1게이트전극, 제1절연막, 에미터전극, 제2절연막 및 제2게이트전극의 적층구조가 "V" 자 형태로 구비되되, 에미터 팁이 상기 제1절연막과 제2절연막 사이로 돌출되어 구비되는 측면 에미터 팁이 구비된 전계방출소자로서, 상기 제1절연막이 상기 제2절연막보다 얇게 구비되어 작은 구동전압으로 강한 전계를 얻을 수 있도록 함으로써 소자의 대용량화를 가능하게 하고 그에 따른 소자의 특성을 향상시킬 수 잇는 기술이다.

Description

측면 에미터 팁이 구비된 전계방출소자 및 그 제조방법

본 발명은 측면 에미터 팁이 구비된 전계방출소자 ( field emission display ; 이하 FED 라 칭함 ) 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 에미터전극을 게이트전극이 감싸는 형태로 FED 를 형성함으로써 강한 전계를 걸을 수 있어 소자의 특성을 향상시킬 수 있는 기술에 관한 것이다.

일반적으로, 전계방출소자는 팁의 날카로운 부분에 전계가 집중되는 현상을 이용하여 비교적 낮은 전압, 예를 들어 5∼10 V 정도의 전압을 인가하여 터널효과에 의한 냉전자를 방출시키는 소자로서, 이를 이용하여 형성되는 FED는 CRT의 고선명성과 액정표시장치 ( liquid crystal display; 이하 LCD 라 칭함 ) 의 경박형의 장점을 모두 갖추고 있어 차세대 표시장치로서 주목받고 있다.

특히, FED는 경박형의 제작이 가능할 뿐만 아니라, LCD의 결정적인 단점인 공정수율, 제조단가 및 대형화의 문제점들을 해결할 수 있다. 즉, LCD는 하나의 단위화소라도 불량이 발생되면 제품전체가 불량 처리되지만, FED는 하나의 화소 그룹에 그보다 작은 다수개의 단위화소들이 형성되어 있어 한 두개의 단위화소에 불량이 발생하여도 화소 그룹의 동작에는 이상이 없어 제품 전체의 수율이 향상된다. 또한 FED는 LCD에 비해 구조가 간단하고, 소비전력이 작아 단가가 낮고, 휴대형 표시장치에 적합한 등의 이점이 있다.

초기의 FED는 공동에 의해 외부로 노출되어 있으며, 날카로운 부분을 갖는 원뿔형 에미터(캐소드)와, 상기 에미터의 양측에 정렬되어 있는 게이트와 상기 게이트와 일정간격 이격되어 있는 애노드(Anode)로 구성되어 각각이 CRT의 캐소드, 게이트 및 애노드와 대응된다.

상기의 FED는 애노드에 전압, 예를들어 500∼10㎸ 정도의 전압이 인가되어 캐소드의 꼭지부에 집중된 전계에 의해 전자가 방출되며, 상기 방출된 전자는 양의 전압이 인가된 애노드에 의해 인도되어 애노드에 도포되어있는 형광물질을 발광시키고, 상기 게이트는 전자의 방향 및 양을 조절한다.

그러나 상기와 같은 원뿔형 캐소드를 구비하는 초기의 FED는, 방출된 전자들중의 일부가 게이트로 유도되어 게이트 전류가 흘러 전자의 제어가 어렵고, 캐소드와 애노드의 사이에서 전자와 충돌하여 형성된 양이온이 캐소드와 충돌하여 소자가 파괴되므로, 이를 방지하기 위하여 소자의 내부를 고진공 상태로 유지하여야하며, 날카로운 원뿔형 캐소드의 균일한 제작이 어렵고, 원뿔형의 캐소드의 최상부에 형성되는 팁 ( tip ) 가 손상되기 쉬운 등의 문제점이 있다.

또한, 전자빔을 이용한 수직, 경사 증착공정을 이용하여 팁을 만드는 방법은 공정이 까다롭고 특히 대면적을 제조하는 방법에 있어서 매우 어렵다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 제1,2게이트전극용 금속 사이에 에미터전극용 금속을 형성함으로써 적은 전압으로 강한 전계를 얻어 대용량의 FED 에도 적용할 수 있는 측면 에미터 팁이 구비된 전계방출소자 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1a 내지 도 1g 는 본 발명의 실시예에 따른 측면 에미터 팁이 구비된 전계방출소자 및 그 제조방법을 도시한 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

11 : 기판 13 : 제1게이트전극용 금속

15 : 제1실리콘산화막 17 : 에미터전극용 금속

19 : 제2실리콘산화막 21 : 제1감광막패턴

23 : 실리콘질화막 25 : 제2게이트전극용 금속

27 : 제2감광막패턴 29 : 에미터 팁

이상의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 측면 에미터 팁이 구비된 전계방출소자는,

유리기판 상부에 제1게이트전극, 제1절연막, 에미터전극, 제2절연막 및 제2게이트전극의 적층구조가 "V" 자 형태로 구비되되, 에미터 팁이 상기 제1절연막과 제2절연막 사이로 돌출되어 구비되는 측면 에미터 팁이 구비된 전계방출소자로서,

상기 제1절연막이 상기 제2절연막보다 얇게 구비되는 것과,

상기 제2절연막은 제1절연막의 1.5 내지 4 배 정도의 두께로 구비되는 것과,

상기 제1,2절연막은 실리콘산화막인 것과,

상기 에미터 전극과 제2게이트전극 계면에 제3절연막인 실리콘질화막이 구비되어 쇼트를 방지하는 것을 특징으로한다.

이상의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 측면 에미터 팁이 구비된 전계방출소자의 제조방법은,

유리기판 상부에 제1게이트전극용 금속, 제1절연막, 에미터전극용 금속, 제2절연막을 순차적으로 적층하는 공정과,

상기 제1게이트전극용 금속, 제1절연막, 에미터전극용 금속, 제2절연막을 게이트전극과 에미터전극 라인을 형성하는 마스크를 이용하여 패터닝하는 공정과,

상기 패터닝공정시 에미터전극용 금속이 측면식각되어 구비된 홈을 매립하는 제3절연막을 형성하는 공정과,

전체표면상부에 제2게이트전극용 금속을 형성하는 공정과,

상기 제1게이트전극용 금속, 제1절연막, 에미터전극용 금속, 제2절연막 및 제2게이트전극용 금속의 적층구조를 상부로 부터 식각하되, 팁 형성용 마스크를 이용하여 실시하는 공정을 포함하는 것으로,

상기 제1,2절연막은 실리콘산화막을 사용하는 것과,

상기 제2절연막은 제1절연막의 1.5 내지 4 배 정도의 두께로 형성하는 것과,

상기 제3절연막은 실리콘질화막인 것과,

상기 팁 형성용 마스크를 이용한 식각공정은, 금속과 산화막 및 질화막의 식각선택비 차이를 이용한 식각공정으로 실시하는 것과,

상기 제1절연막은 에미터 팁에 인가되는 전계의 강도 변화를 위하여 두께를 변화시키는 것을 특징으로한다.

이하, 첨부된 도면을 참고로하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 1a 내지 도 1g 는 본 발명의 실시예에 따른 측면 에미터 팁이 구비된 전계방출소자의 제조방법을 도시한 단면도로서, 도 1a 내지 도 1e 는 정면의 단면도이고, 도 1f 및 도 1g 는 상기 도 1e 의 ⓐ - ⓐ 절단면을 따른 측면 단면도를 도시한다.

먼저, 투명한 기판(11) 상부에 제1게이트전극용 금속(13)을 형성하고, 그 상부에 제1실리콘산화막(15)을 형성한다. 그리고, 상기 제1실리콘 산화막(15) 상부에 에미터전극용 금속(17)을 일정두께 형성한다.

그리고, 상기 에미터전극용 금속(17) 상부에 제2실리콘산화막(19)을 형성한다. 이때, 상기 제2실리콘산화막(19)은 상기 제1실리콘산화막(15)의 두배 정도로 두껍게 형성한다.

그 다음, 상기 제2실리콘산화막(19) 상부에 제1감광막패턴(21)을 형성한다. 이때, 상기 제1감광막패턴(21)은 에미터전극이나 게이트전극을 패터닝하기 위한 마스크를 이용하여 형성한 것이다. (도 1a)

그리고, 상기 제1감광막패턴(21)을 마스크로하여 상기 제1게이트전극용 금속(13)이 노출되도록 상기 제2실리콘산화막(19), 에미터전극용 금속(17) 및 제1실리콘산화막(15)을 순차적으로 식각한다. 이때, 상기 제1실리콘산화막(15)의 식각공정시 상기 제1실리콘산화막(15)과 제2실리콘산화막(19) 사이에 위치한 상기 에미터전극용 금속(17)이 일정폭 측면식각되어 홈(20)이 형성된다. (도 1b)

그 다음에, 전체표면상부에 실리콘질화막(23)을 일정두께 증착한다. 그리고, 상기 제2실리콘산화막(19)과 제1게이트전극용 금속(13)을 식각장벽으로 하여 이방성식각함으로써 상기 홈(20)을 상기 실리콘질화막(23)으로 매립한다. (도 1d)

그리고, 전체표면상부에 제2게이트전극용 금속(25)을 일정두께 증착한다. (도 1e)

그 다음에, 라인 형태로 패터닝된 게이트전극와 에미터전극의 라인에 에미터 팁이 형성되는 부분을 식각할 수 있는 제2감광막패턴(27)을 상기 제2게이트전극용 금속(25) 상부에 형성한다. (도 1f)

그리고, 상기 제2감광막패턴(27)을 마스크로하여 상기 유리기판이 노출될때까지 식각하여 홈으로 형성한다.

이때, 상기 식각공정은, 식각선택비가 높은 제1,2실리콘산화막(15,19)이 상기 금속(13,17,25)보다 더 깊게 식각되어 상기 금속(13,17,25)이 돌출된 형태로 실시된다. 그리고, 상기 적층구조의 상측에 형성된 제2게이트전극용 금속(25)이 가장 넓은 폭으로 식각되고, 상기 적층구조의 하측에 형성된 제1게이트전극용 금속(13)은 가장 좁은 폭으로 식각되어 전체적으로 "V" 자 형으로 형성되어, 각각 에미터 전극과 게이트전극이 구비된다.

그리고, 상기 제1,2실리콘산화막(15,19) 사이의 계면에 구비된 에미터전극용 금속(17)의 돌출부는 에미터 팁(29)으로 구비된다. (도 1g)

이상에서 설명한 바와같이 본 발명에 따른 측면 에미터 팁이 구비된 전계방출소자 및 그 제조방법은, 에미터 전극을 게이트전극이 감싸며, 제조공정시 실리콘산화막의 두께를 조절할 수 있어 낮은 구동 전압으로 강한 전계를 가할 수 있어 소자의 특성을 향상시키고 그에 따른 소자의 대용량화를 가능하게 하는 효과가 있다.

Claims (10)

1. 유리기판 상부에 제1게이트전극, 제1절연막, 에미터전극, 제2절연막 및 제2게이트전극의 적층구조가 "V" 자 형태로 구비되되, 에미터 팁이 상기 제1절연막과 제2절연막 사이로 돌출되어 구비되는 측면 에미터 팁이 구비된 전계방출소자로서,

   상기 제1절연막이 상기 제2절연막보다 얇게 구비되는 것을 특징으로하는 측면 에미터 팁이 구비된 전계방출소자.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제2절연막은 제1절연막의 1.5 내지 4 배 정도의 두께로 구비되는 것을 특징으로하는 측면 에미터 팁이 구비된 전계방출소자.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1,2절연막은 실리콘산화막인 것을 특징으로하는 측면 에미터 팁이 구비된 전계방출소자.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 에미터 전극과 제2게이트전극 계면에 제3절연막인 실리콘질화막이 구비되어 쇼트를 방지하는 것을 특징으로하는 측면 에미터 팁이 구비된 전계방출소자.
5. 유리기판 상부에 제1게이트전극용 금속, 제1절연막, 에미터전극용 금속, 제2절연막을 순차적으로 적층하는 공정과,

   상기 제1게이트전극용 금속, 제1절연막, 에미터전극용 금속, 제2절연막을 게이트전극과 에미터전극 라인을 형성하는 마스크를 이용하여 패터닝하는 공정과,

   상기 패터닝공정시 에미터전극용 금속이 측면식각되어 구비된 홈을 매립하는 제3절연막을 형성하는 공정과,

   전체표면상부에 제2게이트전극용 금속을 형성하는 공정과,

   상기 제1게이트전극용 금속, 제1절연막, 에미터전극용 금속, 제2절연막 및 제2게이트전극용 금속의 적층구조를 상부로 부터 식각하되, 팁 형성용 마스크를 이용하여 실시하는 공정을 포함하는 측면 에미터 팁이 구비된 전계방출소자의 제조방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 제1,2절연막은 실리콘산화막을 사용하는 것을 특징으로하는 측면 에미터 팁이 구비된 전계방출소자의 제조방법.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 제2절연막은 제1절연막의 1.5 내지 4 배 정도의 두께로 형성하는 것을 특징으로하는 측면 에미터 팁이 구비된 전계방출소자의 제조방법.
8. 제 5 항에 있어서,

   상기 제3절연막은 실리콘질화막인 것을 특징으로하는 측면 에미터 팁이 구비된 전계방출소자의 제조방법.
9. 제 5 항에 있어서,

   상기 팁 형성용 마스크를 이용한 식각공정은, 금속과 산화막 및 질화막의 식각선택비 차이를 이용한 식각공정으로 실시하는 것을 특징으로하는 측면 에미터 팁이 구비된 전계방출소자의 제조방법.
10. 제 5 항에 있어서,

    상기 제1절연막은 에미터 팁에 인가되는 전계를 강도를 변화시키기 위하여 두께를 변화시키는 것을 특징으로하는 측면 에미터 팁이 구비된 전계방출소자의 제조방법.