KR20000023077A - Field emission element and manufacturing method thereof - Google Patents

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KR20000023077A
KR20000023077A KR1019990038738A KR19990038738A KR20000023077A KR 20000023077 A KR20000023077 A KR 20000023077A KR 1019990038738 A KR1019990038738 A KR 1019990038738A KR 19990038738 A KR19990038738 A KR 19990038738A KR 20000023077 A KR20000023077 A KR 20000023077A
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field emission
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핫토리아츠오
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우에시마 세이스케
야마하 가부시키가이샤
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    • H01J1/00Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
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    • HELECTRICITY
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Abstract

PURPOSE: A method of manufacturing a field emission device is provided to increase the electric field at an emitter end CONSTITUTION: A method of manufacturing a field emission device comprises the steps of: forming a surface layer including a conductive gate layer on a substrate; eliminating a part of the surface layer to form a hole penetrating the surface layer; forming a side- space forming part composed of a first sacrificial layer on the side wall of the hole; forming a second sacrificial layer on the surface layer and the entire surface of the hole to form a planarized layer of the second sacrificial layer on the bottom of the hole; forming a conductive emitter layer having a different thickness at a different location on the entire surface of the second sacrificial layer; eliminating the entire thickness of the emitter layer from the hole bottom and anisotropic-etching-back the entire surface of the emitter layer to form a penetrating hole on the emitter layer; and eliminating at least a part of the substrate and the second sacrificial layer to expose at least the vicinity of the emitter end.

Description

전계방출소자와 그 제조방법{FIELD EMISSION ELEMENT AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}Field emission device and manufacturing method thereof {FIELD EMISSION ELEMENT AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은, 전계방출소자 및 그 제조방법에 관한 것이며, 특히, 그 첨단부로부터 전자가 방출되는 전계방출음극을 구비하는 전계방출소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention [0001] The present invention relates to a field emission device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a field emission device having a field emission cathode from which electrons are emitted from its tip and a method for manufacturing the same.

전계방출소자는 전계집중을 이용하여 첨예한 이미터(전계방출음극)의 첨단부로부터 전자를 방출한다. 예를 들면, 평판 디스플레이는 어레이 위에 배치된 다수의 이미터를 가지는 필드 이미터 어레이(Field Emitter Array: FEA)를 사용하여 구성된다. 각각의 이미터는 대응하는 디스플레이 각각의 화소에 대해서 휘도 등을 제어한다.The field emission device emits electrons from the tip of a sharp emitter (field emission cathode) using field concentration. For example, flat panel displays are constructed using a field emitter array (FEA) with multiple emitters disposed above the array. Each emitter controls the brightness and the like for each pixel of the corresponding display.

바오핑 왕(Baoping Wang)이 쓴 논문 "싱글 또는 더블 게이트 레이스 트랙형 전계방출 이미터의 새로운 구조(Novel Single- and Double-Gate Race-Track-Shaped Field Emitter Structures)" (Proc. IEDM, pp.313-316, 1996)에는 세로방향으로 게이트전극을 가진 레이스 트랙형 전계방출 이미터가 보고되어 있다. 이 이미터구조의 소자에서 이미터 전극은 내측의 포스트-게이트 전극(post-gate electrode)과 외측의 제2게이트 전극 사이에 오도록 배치된다. 소자의 내측의 포스트-게이트 전극은 이미터 첨단부에 전계를 걸어서 전자가 방출되도록 하는 것이며, 외부의 제2게이트 전극은 이미터 첨단부의 전계를 강하게 하여서 포스트-게이트 전극과 이미터 전극의 사이에서 임계전압을 낮추는 역할을 한다. 또한 이 문헌에는 기재되어 않지만, 상기 외부의 제2게이트 전극은 또한 방사된 전자빔을 수렴하는 역할을 한다.A paper by Baoping Wang, "Novel Single- and Double-Gate Race-Track-Shaped Field Emitter Structures" (Proc. IEDM, pp. 313-316, 1996, reports a race track type field emission emitter with a gate electrode in the longitudinal direction. In the device of this emitter structure, the emitter electrode is disposed so as to be between the inner post-gate electrode and the outer second gate electrode. The post-gate electrode on the inside of the device applies an electric field to the emitter tip to emit electrons, and the external second gate electrode strengthens the electric field of the emitter tip to between the post-gate electrode and the emitter electrode. It lowers the threshold voltage. Also not described in this document, the external second gate electrode also serves to converge the emitted electron beam.

이 포스트-게이트의 직경은 4㎛로 종래의 형태에 비해서 하나의 단위만큼(1 digit) 크다. 그러므로, 고가이며, 단위시간당 처리량(throughput)이 낮은 1/4, 1/5배, 1/10 노출의 스텝퍼(stepper)나, 전자빔(EB), 또는 집속이온빔(Focussed Ion Beam: FIB)의 노광장치를 사용하지 않고도, 접촉식 정렬기(contact aligner), 근접식 정렬기(proximity aligner), 반사식 정렬기(mirror projection aligner) 또는 1/1, 1/2, 1/2.5 노출의 스텝퍼 등의 저가 또는 높은 단위시간당 처리량을 가지는 장치로서 진공 마이크로소자(vacuum micro device)를 형성할 수 있다.The diameter of this post-gate is 4 [mu] m, one unit larger (1 digit) than the conventional form. Therefore, exposure to 1/4, 1/5 times, 1/10 exposure stepper, electron beam (EB), or focused ion beam (FIB) is expensive and has low throughput per unit time. Without the use of devices, contact aligners, proximity aligners, mirror aligners, or steppers with 1/1, 1/2, 1 / 2.5 exposure, etc. As a device having a low cost or high throughput per unit time, a vacuum micro device can be formed.

이미터 전극과 게이트 전극 사이의 거리는, SiO2등의 절연막의 두께에 의해 정해진다. 이미터의 면적이 크기 때문에, 단위 면적에 대한 전류밀도가 크다.The distance between the emitter electrode and the gate electrode is determined by the thickness of the insulating film such as SiO 2 . Since the area of the emitter is large, the current density with respect to the unit area is large.

보고에 의하면, 하나의 게이트 전극에 대응하는 첨예한 이미터의 전극의 수를 증가하는 것에 의해서 단위 면적에 대한 전류밀도를 향상시킨다는 방법이 있다.Reportedly, there is a method of improving the current density with respect to the unit area by increasing the number of sharp emitter electrodes corresponding to one gate electrode.

또한, 몰드로 역할하는 오목부를 가지는 희생막(sacrificial film) 위에 독립분산성의 초미립자 등을 형성하고, 전류방출형 이미터를 제조하는 방법도 이미 제안되었다.In addition, a method of forming a self-dispersible ultrafine particle or the like on a sacrificial film having a recess serving as a mold and manufacturing a current-emitting emitter has also been proposed.

아카마(Akama)에 의해 발표된 논문 "β- W 필름을 이용한 전계방출소자", 일본의 춘기응용물리학회 회보집 No 2, P640, 30p-T-3의 문헌에는 β- W 필름을 사용하는 전계방출소자가 보고되었다.In the paper published by Akama, "Field Emission Devices Using β-W Films", Japanese Society of Spring Applied Physics Publication No. 2, P640, 30p-T-3, an electric field using β-W films Emission element has been reported.

일본특허공개 평5-211030호에는, 그 음극이 다공성 알루미늄 양극산화막의 구멍 내에 형성된 열전자 방출물질(thermionic emission material)로 만들어진 전계전자 방출소자가 개시되어 있다.Japanese Patent Laid-Open No. 5-211030 discloses a field electron emission device in which a cathode is made of a thermoionic emission material formed in a hole of a porous aluminum anodization film.

전술한 논문 "싱글 또는 더블 게이트 레이스 트랙형 전계방출 이미터의 새로운 구조"의 도 6에는 단일 게이트형 전계방출소자에 대한 처리흐름도가 도시되어 있다. 이 도 6에서 포스트-게이트 전극의 높이는 이미터 전극의 높이와 동일하다. 그러나, 도 9에 도시된 단면형태의 SEM 사진에서 이미터 전극은 수축되어 게이트 전극의 그것보다 훨씬 아래에 놓여진다. 이 포스트-게이트 전극에는 이미터 전극에 비해서 양의 전압이 인가된다. 게이트 전극의 훨씬 아래에 위치하고 있는 이미터 전극으로부터 방사되는 많은 전자는 양극전극이나 형광체에 도착하기 전에 포스트-게이트 전극에 흡수되어 버릴 것이다. 또한, 이미터 전극의 위치는 에칭시간이나 조건보다도 크게 변동하게 된다.The processing flow for a single gate type field emission device is shown in FIG. 6 of the aforementioned paper "New Structure of Single or Double Gate Race Track Type Field Emission Emitter." In this figure, the height of the post-gate electrode is equal to the height of the emitter electrode. However, in the SEM image of the cross-sectional view shown in Fig. 9, the emitter electrode contracts and lies far below that of the gate electrode. A positive voltage is applied to this post-gate electrode as compared to the emitter electrode. Many electrons emitted from an emitter electrode located far below the gate electrode will be absorbed by the post-gate electrode before arriving at the anode or phosphor. In addition, the position of the emitter electrode is larger than the etching time or condition.

도 21a는 종래의 기술에 따라 구성된 초미립자를 사용하여 이미터 전극을 형성하는 공정을 설명하기 위한 단면도이다. 기판(200) 위에 게이트전극(201)이 형성되고, 게이트 전극(201)을 통과하도록 형성된 구멍의 측벽에 측면공간형성부(202)가 형성되어 있다. 게이트전극(201) 및 측면공간형성부(202)의 전체 면에는 Si산화막의 희생막(203)이 형성된다. 이 희생막(203) 위에 도전성의 독립분산성 초미립자(204)를 도포하고, 150℃에서 5분을 구우면(baking) 초미립자의 매립특성이 좋아진다. 그러나, 200℃에서 5분간 구우면 초미립자(204) 가운데 작은 보이드(void)가 발생한다. 또한 300℃에서 5분간 구우면 큰 보이드(205)가 발생하게 되어 보이드(205)가 이미터 전극을 2부분으로 단선시키게 되므로 이미터의 첨단부까지 전압이 인가되지 않게 된다.21A is a cross-sectional view for explaining a step of forming an emitter electrode using ultra-fine particles constructed in accordance with the prior art. The gate electrode 201 is formed on the substrate 200, and the side space forming part 202 is formed on the sidewall of the hole formed to pass through the gate electrode 201. The sacrificial film 203 of the Si oxide film is formed on the entire surface of the gate electrode 201 and the side space forming portion 202. The conductive self-dispersible ultrafine particles 204 are applied onto the sacrificial film 203 and baked at 150 ° C. for 5 minutes to improve the embedding characteristics of the ultrafine particles. However, when baked at 200 ° C. for 5 minutes, small voids are generated among the ultrafine particles 204. In addition, when baked at 300 ° C. for 5 minutes, a large void 205 is generated and the void 205 disconnects the emitter electrode into two parts, so that no voltage is applied to the tip of the emitter.

보이드가 형성되는 이유는 미립자가 성장 및 체적수축 때문만이 아니라. Si산화막(203) 표면과의 미끄럼특성(wettablity)을 나쁘게 하기 때문이기도 한다. 보이드나 미립자 직경의 증대를 방지하기 위해서는 굽는 온도를 가능한 한 낮게 하여야 한다. 한편, 이미터 전극의 저항을 작게 하기 위해서는 약 250℃ 이상에서 구울 필요가 있다. 이미터 저항이 크게 되면 이미터 첨단부에서 전계가 약하기 되거나 방출되지 않게 된다. 이미터와 게이트 전극 사이에 인가되는 전압을 높여서 대응하도록 하면, 구동회로가 비싸지게 되고 복잡하게 되며 전력소모도 증대된다.The reason why the voids are formed is not only due to the growth and volume shrinkage of the fine particles. This is also because the slipperiness with the surface of the Si oxide film 203 is deteriorated. The baking temperature should be as low as possible to prevent the increase in void or particle diameter. On the other hand, in order to reduce the resistance of an emitter electrode, it is necessary to bake at about 250 degreeC or more. Large emitter resistance prevents the field from weakening or emitting at the emitter tip. Increasing the voltage applied between the emitter and the gate electrode makes the driving circuit expensive, complicated, and increases the power consumption.

또한, Au, Ag와 같은 독립분산성의 초미립자 및 유리 또는 SiO2사이에서의 밀착성은 나쁘다. 그러므로, 몰드나 지지기판과의 밀착성이 나빠지게 된다. 제조공정에서의 열팽창계수의 차이에 기인한 이미터 전극의 벗겨짐을 방지하기 위해서는, 고온 처리가 불가피하다.In addition, the adhesion between the self-dispersible ultrafine particles such as Au and Ag and glass or SiO 2 is poor. Therefore, the adhesion with the mold or the support substrate is deteriorated. In order to prevent peeling of the emitter electrode due to the difference in thermal expansion coefficient in the manufacturing process, high temperature treatment is inevitable.

β- W막을 이용한 전계방출소자는, 높이 방향으로 서로 멀리 떨어져 형성된 게이트 전극과 이미터 전극을 가지기 때문에, 이미터 전극의 첨단부에서 전계는 약하게 된다.Since the field emission device using the β-W film has a gate electrode and an emitter electrode formed far from each other in the height direction, the electric field becomes weak at the tip of the emitter electrode.

다공성 알루미늄 양극 산화막의 구멍 내에 형성된 열전자방출물질을 음극으로 하는 전계방출소자는 자동정렬방법으로 제조되지 않는다. 즉, 게이트와 이미터의 횡방향 어긋남을 고려하여 설계할 필요가 있다. 이는 게이트와 이미터전극 사이의 거리를 넓히게 하며, 이미터 첨단부에서 전계를 약하게 한다.The field emission device whose cathode is the hot electron emission material formed in the hole of the porous aluminum anodic oxide film is not manufactured by the automatic alignment method. That is, it is necessary to design in consideration of the lateral shift between the gate and the emitter. This widens the distance between the gate and the emitter electrode and weakens the electric field at the emitter tip.

본 발명은 전술한 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 이미터 첨단부에서 전계를 상승시킬 수 있는 전계방출소자 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide a field emission device capable of raising the electric field at the emitter tip and a method of manufacturing the same.

본 발명의 또 다른 목적은 제조과정에서 높이 방향에서의 이미터 첨단부의 제어를 용이하게 할 수 있는 전계방출소자 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a field emission device capable of facilitating control of the emitter tip in the height direction during the manufacturing process and a method of manufacturing the same.

본 발명의 또 다른 목적은 제조공정에서 이미터 전극에 보이드가 발생되더라도 이미터를 단선시키지 않는 전계방출소자 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a field emission device and a method of manufacturing the same, which do not disconnect the emitter even if voids are generated in the emitter electrode in the manufacturing process.

도 1a 내지 도 1i는 본 발명의 제1실시예에 따른 2전극 전계방출소자의 제조단계를 설명하기 위한 단면도,1A to 1I are cross-sectional views illustrating a manufacturing step of a two-electrode field emission device according to a first embodiment of the present invention;

도 2a 및 도 2b는 지지기판을 사용하여 제1실시예의 전계방출소자를 강화하는 방법을 설명하는 도면,2A and 2B illustrate a method of strengthening the field emission device of the first embodiment by using a support substrate;

도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 제2실시예에 따른 3전극 전계방출소자의 제조단계를 설명하기 위한 단면도,3A to 3H are cross-sectional views illustrating a manufacturing step of a three-electrode field emission device according to a second embodiment of the present invention;

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제2실시예의 변형예에 따른 전계방출소자의 제조단계를 설명하기 위한 단면도,4A and 4B are cross-sectional views for explaining a manufacturing step of a field emission device according to a modification of the second embodiment of the present invention;

도 5a 내지 도 5i는 본 발명의 제3실시예에 따른 2극 전계방출소자의 제조단계를 설명하기 위한 단면도,5A to 5I are cross-sectional views for explaining a manufacturing step of a two-pole field emission device according to a third embodiment of the present invention;

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제3실시예의 변형예에 따른 전계방출소자의 제조 단계를 설명하기 위한 단면도,6A and 6B are cross-sectional views for explaining a manufacturing step of a field emission device according to a modification of the third embodiment of the present invention;

도 7a 내지 도 7h는 본 발명의 제4실시예에 따른 3전극 전계방출소자의 제조 단계를 설명하기 위한 단면도,7A to 7H are cross-sectional views illustrating manufacturing steps of a three-electrode field emission device according to a fourth embodiment of the present invention;

도 8a 및 도 8b는 본 발명의 제4실시예의 변형예에 따른 전계방출소자의 제조단계를 설명하기 위한 단면도,8A and 8B are cross-sectional views illustrating a manufacturing step of a field emission device according to a modification of the fourth embodiment of the present invention;

도 9a 내지 도 9i는 본 발명의 제5실시예에 따른 2전극 전계방출소자의 제조 단계를 설명하기 위한 단면도,9A to 9I are cross-sectional views for explaining a manufacturing step of a two-electrode field emission device according to a fifth embodiment of the present invention;

도 10a 및 도 10b는 본 발명의 제5실시예의 변형예에 따른 전계방출소자의 제조단계를 설명하기 위한 단면도,10A and 10B are cross-sectional views for explaining a manufacturing step of a field emission device according to a modification of the fifth embodiment of the present invention;

도 11a 내지 도 11h는 본 발명의 제6실시예에 따른 전계방출소자의 제조 단계를 설명하기 위한 단면도,11A to 11H are cross-sectional views illustrating manufacturing steps of a field emission device according to a sixth embodiment of the present invention;

도 12a 및 도 12b는 본 발명의 제6실시예의 변형예에 따른 전계방출소자의 제조단계를 설명하기 위한 단면도,12A and 12B are cross-sectional views illustrating a manufacturing step of a field emission device according to a modification of the sixth embodiment of the present invention;

도 13a 내지 도 13i는 본 발명의 제7실시예에 따른 2전극 전계방출소자의 제조 단계를 설명하기 위한 단면도,13A to 13I are cross-sectional views illustrating a manufacturing step of a two-electrode field emission device according to a seventh embodiment of the present invention;

도 14a 내지 도 14c는 본 발명의 제7실시예의 변형예에 따른 전계방출소자의 제조단계를 설명하기 위한 단면도,14A to 14C are cross-sectional views for explaining a manufacturing step of a field emission device according to a modification of the seventh embodiment of the present invention;

도 15a 내지 도15h는 본 발명의 제8실시예에 따른 3전극 전계방출소자의 제조 단계를 설명하기 위한 단면도,15A to 15H are cross-sectional views illustrating manufacturing steps of a three-electrode field emission device according to an eighth embodiment of the present invention;

도 16a 내지 도 16c는 본 발명의 제8실시예의 변형예에 따른 전계방출소자의 제조단계를 설명하기 위한 단면도,16A to 16C are cross-sectional views illustrating a manufacturing step of a field emission device according to a modification of the eighth embodiment of the present invention;

도 17a 내지 도 17i는 본 발명의 제9실시예에 따른 2전극 전계방출소자의 제조 단계를 설명하기 위한 단면도,17A to 17I are cross-sectional views illustrating a manufacturing step of a two-electrode field emission device according to a ninth embodiment of the present invention;

도 18a 및 도 18b는 본 발명의 제9실시예의 변형예에 따른 전계방출소자의 제조 단계를 설명하기 위한 단면도,18A and 18B are cross-sectional views illustrating a manufacturing step of a field emission device according to a modification of the ninth embodiment of the present invention;

도 19a 내지 도 19h는 본 발명의 제10실시예에 따른 3전극 전계방출소자의 제조 단계를 설명하기 위한 단면도,19A to 19H are cross-sectional views illustrating manufacturing steps of a three-electrode field emission device according to a tenth embodiment of the present invention;

도 20a 내지 도 20c는 본 발명의 제10실시예의 변형예에 따른 전계방출소자의 제조단계를 설명하기 위한 단면도,20A to 20C are cross-sectional views illustrating a manufacturing step of a field emission device according to a modification of the tenth embodiment of the present invention;

도 21a 종래 기술에 따른 전계방출소자의 제조 단계를 설명하기 위한 단면도, 도 21b는 본 발명의 제9실시예에 따른 전계방출소자의 제조 단계를 상세히 설명하기 위한 단면도, 도 21c는 본 발명의 제7실시예에 따른 전계방출소자의 제조 단계를 상세히 설명하기 위한 단면도,21A is a cross-sectional view illustrating a manufacturing step of a field emission device according to the prior art, FIG. 21B is a cross-sectional view illustrating in detail a manufacturing step of a field emission device according to a ninth embodiment of the present invention, and FIG. Sectional drawing for explaining in detail the manufacturing steps of the field emission device according to the seventh embodiment,

도 22는 본 발명의 일실시예에 따른 전계방출소자의 사시도,22 is a perspective view of a field emission device according to an embodiment of the present invention;

도 23은 전계방출소자를 사용하는 평판 디스플레이의 단면도,23 is a cross-sectional view of a flat panel display using a field emission device;

도 24는 도 1i에 도시된 이미터 전극의 첨단부의 확대도이다.24 is an enlarged view of the tip of the emitter electrode shown in FIG. 1I.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100: 기판10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100: substrate

11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 101: 게이트 전극막11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 101: gate electrode film

11a, 21a, 31a, 41a, 51a, 61a, 71a, 81a, 91a, 101a, 114: 게이트 전극11a, 21a, 31a, 41a, 51a, 61a, 71a, 81a, 91a, 101a, 114: gate electrode

13a, 23a, 33a, 43a, 54a, 64a, 74a, 84a, 93a: 측면공간형성부(side spacer)13a, 23a, 33a, 43a, 54a, 64a, 74a, 84a, 93a: side spacers

15a, 25a, 35a, 45a, 56a, 66a, 76a, 86a, 87a, 95a, 105a, 106a, 113: 이미터 전극15a, 25a, 35a, 45a, 56a, 66a, 76a, 86a, 87a, 95a, 105a, 106a, 113: emitter electrode

40b , 60b, 80b, 100b: 애노드 전극40b, 60b, 80b, 100b: anode electrode

전술한 목적을 달성하기 위한 수단으로 본 발명의 제1측면에 따르면, 지지기판; 상기 지지기판에 의해 지지되어 부착되는 기저부, 상기 지지기판에 대향하는 방향으로 상기 기저부로부터 돌출되는 돌출부 및 상기 돌출부의 첨단부로부터 상기 지지기판의 표면까지의 부분에 형성되는 개구부를 구비하며 상기 지지기판의 기판면에 형성되는 제1이미터 전극; 상기 제1이미터전극의 기저부에 형성되며, 상기 돌출부 외부의 주변영역을 둘러싸는 개구부를 가지는 제1희생막; 및 상기 돌출부 외부의 주변영역을 둘러싸는 개구부를 가지고 제1희생막에 형성되는 게이트전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자를 제공한다.According to a first aspect of the present invention as a means for achieving the above object, a support substrate; The support substrate having a base supported by and attached to the support substrate, a protrusion projecting from the base in a direction opposite to the support substrate, and an opening formed in a portion from the tip of the protrusion to the surface of the support substrate; A first emitter electrode formed on the substrate surface of the substrate; A first sacrificial layer formed at a base of the first emitter electrode and having an opening surrounding a peripheral area outside the protrusion; And a gate electrode formed on the first sacrificial film having an opening surrounding a peripheral area outside the protrusion.

또한 본 발명의 제2측면에 따르면, (a) 기판 위에 도전성 게이트 막을 포함하는 표면층을 형성하는 공정; (b) 상기 표면층을 통과하는 구멍을 형성하도록 상기 표면층의 일부를 제거하는 공정; (c) 상기 구멍의 측벽에 제1희생막의 물질로 된 측면공간형성부를 형성하는 공정; (d) 상기 구멍의 바닥부에 제2희생막의 평탄면이 형성되도록 제2희생막을 상기 표면층과 상기 구멍의 전체 면에 형성하는 공정; (e) 상기 제2희생막의 전체 표면 위에 다른 위치에서 다른 두께를 가지도록 도전성 이미터 막을 형성하는 공정; (f) 구멍의 바닥부로부터 이미터 막 전체 두께를 제거하고, 상기 이미터 막에 통과공을 형성하도록 상기 이미터 막 전체 표면을 이방적으로 에칭-백(etching back)하는 공정; 및 (g) 적어도 상기 이미터막의 첨단부 근방을 노출시키도록 상기 기판과 상기 제2희생막의 적어도 일부를 제거하는 공정을 포함하는 전계방출소자의 제조방법을 제공한다.According to a second aspect of the present invention, there is also provided a method for forming a surface layer comprising: (a) forming a surface layer including a conductive gate film on a substrate; (b) removing a portion of the surface layer to form a hole passing through the surface layer; (c) forming a side space forming portion made of a material of a first sacrificial film on the sidewall of the hole; (d) forming a second sacrificial film on the entire surface of the surface layer and the hole such that a flat surface of the second sacrificial film is formed at the bottom of the hole; (e) forming a conductive emitter film to have different thicknesses at different locations on the entire surface of the second sacrificial film; (f) removing the entire thickness of the emitter film from the bottom of the hole and anisotropically etching back the entire surface of the emitter film to form a through hole in the emitter film; And (g) removing at least a portion of the substrate and the second sacrificial film to expose at least the vicinity of the tip of the emitter film.

상기 이미터 전극의 첨단부가 열려져서 이미터막에 통과공을 형성하고 있으므로, 이미터전극에서 전계는 강하게 될 수 있다.Since the tip of the emitter electrode is opened to form a through hole in the emitter film, the electric field in the emitter electrode can be strong.

또한, 상기 제2희생막의 평탄면이 이미터막의 표면와 같은 높이로 되므로, 높이방향에서의 이미터의 첨단부 위치가 제어될 수 있다.In addition, since the flat surface of the second sacrificial film is flush with the surface of the emitter film, the position of the tip of the emitter in the height direction can be controlled.

또한, 이미터전극을 제1이미터막과 초미립자에 의해 형성된 제2이미터막으로 만들어진다면, 보이드가 발생하더라도 이미터 전극의 전기적 단선을 방지할 수 있다.In addition, if the emitter electrode is made of the second emitter film formed by the first emitter film and the ultrafine particles, electrical disconnection of the emitter electrode can be prevented even if voids are generated.

또한, 이미터 전극의 첨단부를 에칭-백함으로써, 외부주변부에서 이미터 전극의 첨단부의 곡률반경은 단면으로 볼 때 5nm 이하로 형성될 수 있다. 이미터전극의 영역이 크기 때문에 방출전류는 증가될 수 있다.Further, by etching back the tip of the emitter electrode, the radius of curvature of the tip of the emitter electrode at the outer periphery can be formed to 5 nm or less in cross section. Since the area of the emitter electrode is large, the emission current can be increased.

또한 이미터막의 초미립자에 대한 굽는 온도를 낮출 수 있고, 초미립자의 반경 증가가 예방될 수 있다.In addition, the baking temperature for the ultrafine particles of the emitter film can be lowered, and an increase in the radius of the ultrafine particles can be prevented.

또한, 이미터 전극이 낮은 인가전압에서 작동될 수 있으므로, 구동장치는 간단한 설계로 구성될 수 있고 소비전력을 낮출 수 있다.In addition, since the emitter electrode can be operated at a low applied voltage, the drive device can be configured with a simple design and lower the power consumption.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 구성을 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the configuration of the present invention.

도 1a 내지 도 1i는 본 발명의 제1실시예에 따른 2전극의 전계방출소자의 제조단계를 설명하는 단면도이다. 2전극소자는 전자가 방출되는 이미터전극(음극)과, 전자의 방출을 제어하는 게이트 전극의 2개의 전극을 가진다.1A to 1I are cross-sectional views illustrating manufacturing steps of the field emission device of the two electrodes according to the first embodiment of the present invention. The two-electrode element has two electrodes: an emitter electrode (cathode) through which electrons are emitted and a gate electrode that controls the emission of electrons.

도 1a에 도시된 바와 같이, 유리, 석영 등으로 이루어진 단층기판, 또는 Si와 Si산화막의 적층으로 이루어진 기판(10) 위에 게이트 전극막(11)이 형성된다. 이 게이트 전극(11)은 P(인) 또는 붕소(B)가 도핑된 다결정 실리콘(polysilicon)으로 0.2㎛의 두께를 가지도록 만들어진다.As shown in FIG. 1A, a gate electrode film 11 is formed on a single layer substrate made of glass, quartz, or the like, or a substrate 10 made of a stack of Si and Si oxide films. The gate electrode 11 is made of polysilicon doped with P (phosphorus) or boron (B) to have a thickness of 0.2 탆.

예를 들면, 이 다결정 실리콘 막은 막형성실(film forming chamber)에 He으로 희석된 SiH4가스를 0.6 slm의 유속으로 도입하고, 용기 내를 625℃의 온도와 30Pa의 압력 조건으로 하여 형성된다. 그후, 막의 저항값을 낮출 목적으로, POCl3= 50mg/min, N2= 20 slm, O2= 0.1slm의 유량의 가스를 각각 도입하여, 850℃의 온도로 수직확산로(vertical diffusion furnace)를 사용하여 다결정 실리콘막에 P가 확산된다.For example, this polycrystalline silicon film is formed by introducing HeH-diluted SiH 4 gas into a film forming chamber at a flow rate of 0.6 slm and subjecting the vessel to a temperature of 625 占 폚 and a pressure of 30 Pa. Thereafter, for the purpose of lowering the resistance value of the membrane, a gas having a flow rate of POCl 3 = 50 mg / min, N 2 = 20 slm and O 2 = 0.1 slm was introduced, respectively, and a vertical diffusion furnace was conducted at a temperature of 850 ° C. P is diffused into the polycrystalline silicon film by using.

다음으로, 게이트 전극막(11)의 표면 전체에 포토리소그래피법(photo lithography)으로 소정의 패턴을 가지는 레지스트 막(도시 생략)이 형성된다. 그리고, 마스크로서 레지스트 패턴을 사용하여 게이트 전극막(11)을 이방적으로 에칭하여 도 1b에 도시된 바와 같이 오목부(12)를 형성하고, 소정을 패턴을 가지는 게이트 전극(11a)을 남겨놓는다. 이 오목부(12)는 일반적으로 수직인 내벽을 가지며, 그 형상(평면도 상에서)은 직경 0.5㎛이고 깊이가 약 0.2㎛인 원형이다.Next, a resist film (not shown) having a predetermined pattern is formed on the entire surface of the gate electrode film 11 by photolithography. Then, the gate electrode film 11 is anisotropically etched using a resist pattern as a mask to form the recess 12 as shown in FIG. 1B, leaving the gate electrode 11a having a predetermined pattern. . This recess 12 has a generally vertical inner wall, and its shape (on plan view) is circular with a diameter of 0.5 mu m and a depth of about 0.2 mu m.

다음으로 도 1c에 도시된 바와 같이, 대기압 CVD법(chemical vapor deposition)에 의해 Si산화막을 0.15㎛의 두께로 퇴적하여, 제1희생막(절연막)(13)을 오목부(12)에 노출된 기판(10)의 표면 및 게이트 전극(11a) 위에 형성한다.Next, as shown in FIG. 1C, the Si oxide film is deposited to a thickness of 0.15 μm by atmospheric pressure CVD (chemical vapor deposition) to expose the first sacrificial film (insulating film) 13 to the recess 12. It is formed on the surface of the board | substrate 10 and the gate electrode 11a.

예를 들면, 이 희생막은 400℃의 기판온도에서 원료가스로서 O3및 TEOS (Tetraethoxysilane)에 의해 형성된다. Si산화막 대신에 Si 질화막 등의 절연막이나, 또는 다결정 실리콘, W 실리사이드, Al 합금, TiNx등의 도전막도 사용될 수 있다.For example, this sacrificial film is formed by O 3 and TEOS (Tetraethoxysilane) as source gas at a substrate temperature of 400 ° C. Instead of the Si oxide film, an insulating film such as a Si nitride film or a conductive film such as polycrystalline silicon, W silicide, Al alloy, TiN x or the like may also be used.

다음으로, 도 1d에 도시된 바와 같이, 제1희생막(13)이 이방적으로 건식-에칭(에칭-백)되어 측면공간형성부(13a)로서 게이트 전극(11a)의 구멍(12)의 내측벽 위에만 제1희생막의 일부를 남기도록 한다. 이 에칭으로, 게이트 전극(11a)의 표면이 노출되고, 구멍(12)에서 기판(10)의 표면이 노출된다.Next, as shown in FIG. 1D, the first sacrificial film 13 is anisotropically dry-etched (etched back) to form the side space forming part 13a of the hole 12 of the gate electrode 11a. Only part of the first sacrificial film is left on the inner wall. By this etching, the surface of the gate electrode 11a is exposed, and the surface of the substrate 10 is exposed in the hole 12.

예를 들면, 이러한 에칭은 CHF3+ CO2+ Ar 에칭가스 및 50mTorr의 반응실 압력 조건하에서 마그네트론 RIE시스템을 사용하여 수행된다.For example, this etching is performed using a magnetron RIE system under CHF 3 + CO 2 + Ar etching gas and a reaction chamber pressure of 50 mTorr.

다음으로, 도 1e에 도시된 바와 같이, SiO2로 만들어진 제2희생막(14)이 대기압 CVD법에 의해 0.1㎛의 두께로 등방적으로 기판면 전체에 퇴적된다. 예를 들면, 이 막은 원료가스로 TESO 및 O3를 사용하여 400℃의 기판온도에서 형성된다. 퇴적된 제2희생막(14)은 게이트 전극(11a), 측면공간형성부(13a)의 표면에 (일체되도록) 남겨진다.Next, as shown in Fig. 1E, a second sacrificial film 14 made of SiO 2 is isotropically deposited on the entire substrate surface to a thickness of 0.1 mu m by atmospheric pressure CVD. For example, this film is formed at a substrate temperature of 400 ° C. using TESO and O 3 as source gas. The deposited second sacrificial film 14 is left on the surface of the gate electrode 11a and the side space forming part 13a (to be integrated).

다음으로 도 1f에 도시된 바와 같이, 제2희생막(14) 위에 예를 들면 TiNx로 된 이미터 전극막(15)을 상부 평탄면부분에서 측정된 0.15㎛ 두께로 반응성 스퍼터링법으로 퇴적한다. 예를 들면, 반응성 스퍼터링은 Ti의 타겟과, N2+ Ar가스의 공급 조건하에서 DC 스퍼터링 시스템을 사용하여 형성된다. 이미터 전극막(15)은 제2희생막의 상부 평탄면 위에서 두텁고, 측면공간형성부(13a)위에서 점차로 얇아지며, 구멍(12)의 바닥부에서 가장 얇게 된다.Next, as shown in FIG. 1F, the emitter electrode film 15, for example, TiN x, is deposited on the second sacrificial film 14 by a reactive sputtering method to a thickness of 0.15 μm measured at the upper flat surface portion. . For example, reactive sputtering is formed using a DC sputtering system under a target of Ti and a supply condition of N 2 + Ar gas. The emitter electrode film 15 is thick on the top flat surface of the second sacrificial film, gradually thinner on the side space forming portion 13a, and thinnest at the bottom of the hole 12.

다음으로 도 1g에 도시된 바와 같이, 이미터 전극막(15)은 상기 상부평탄면에서 측정된 바와 같이 약 0.05㎛로 에칭-백되어 구멍(12)의 바닥부 위에서만 이미터 전극막(15)을 완전히 제거하여 게이트 전극(11a) 및 측면공간형성부(12a) 위에 이미터 전극(15a)을 남긴다. 이미터 전극(15a)은 기저부(15c)와 이 기저부(15c)로부터 연장되어 돌출되는 돌출부(화산의 크레이터 형상의 부분: 15d)를 포함한다. 이미터 전극(15a)의 첨단부에서 에칭-백으로 개구(15b)가 구멍(15e)을 통해 돌출부(15b)를 통해 형성된다. 이 에칭-백은 이방적으로 건식-에칭으로 수행된다. 예를 들면, 반응실 압력 125mTorr에서 에칭가스로서 Cl2를 사용하는 마그네트론 RIE 시스템이 사용된다.Next, as shown in FIG. 1G, the emitter electrode film 15 is etched back to about 0.05 μm as measured on the upper planar surface so that the emitter electrode film 15 is only on the bottom of the hole 12. ) Is completely removed, leaving the emitter electrode 15a on the gate electrode 11a and the side space forming portion 12a. The emitter electrode 15a includes a base 15c and a protrusion (volcano crater-shaped portion: 15d) that extends from and protrudes from the base 15c. An opening 15b is formed through the protrusion 15b through the hole 15e from the tip of the emitter electrode 15a to the etching-back. This etch-back is anisotropically performed by dry-etching. For example, a magnetron RIE system using Cl 2 as an etching gas at a reaction chamber pressure of 125 mTorr is used.

다음으로, 도 1h에 도시된 바와 같이, 기판(10)과 측면공간형성부(13a) 및 제2희생막(14)의 일부는 에칭으로 제거되어 게이트 전극(11a) 및 이미터 전극(15a)를 노출하도록 한다. 개구(14b)는 제2희생막에 형성되며, 개구(11b)는 게이트 전극(11a)에 형성된다. 기판(10)이 Si로 형성된다면, HF+HNO3+CH3COOH를 사용하여 에칭된다. 측면공간형성부(13a) 등의 SiO2는 HF +NH4F에 의해 에칭된다.Next, as shown in FIG. 1H, portions of the substrate 10, the side space forming portion 13a, and the second sacrificial film 14 are removed by etching to form the gate electrode 11a and the emitter electrode 15a. To expose. The opening 14b is formed in the second sacrificial film, and the opening 11b is formed in the gate electrode 11a. If the substrate 10 is formed of Si, it is etched using HF + HNO 3 + CH 3 COOH. SiO 2 such as the side space forming portion 13a is etched by HF + NH 4 F.

마지막으로, 도 1i에 도시된 바와 같이, 지지기판이 정전접착에 의해 이미터전극(15a)에 접착되어 이미터 전극(15a)에 기계적 강도를 부여한다. 지지기판(16)은 유리, 석영 또는 Al2O3로 만들어 질 수 있다.Finally, as shown in FIG. 1I, the support substrate is bonded to the emitter electrode 15a by electrostatic bonding to impart mechanical strength to the emitter electrode 15a. The support substrate 16 may be made of glass, quartz or Al 2 O 3 .

이 실시예에 따르면, 이미터 전극(15a)의 측면에 가깝게 배치되는 게이트 전극(11a)을 가지는 2전극 전계방출소자가 제조될 수 있다. 이 이미터 전극(15a)은 그것이 부착되고 상기 지지기판(16)에 의해 지지되는 기저부(15c)와, 기저부(15c)로부터 아래로 갈수록 내경을 점차 감소시킴으로써 연장되어 돌출되는 속이 빈 중공돌출부(15d)를 가진다. 이미터 전극(15a)의 돌출부(15d)는 상기 구멍(15e)를 통해 형성되며 화산 모양을 가진다. 화산모양의 돌출부(15c)의 내면은 상기 기저부(15b)의 상부면에 대한 상대적인 각도를 점차로 증가시키킨다.According to this embodiment, a two-electrode field emission device having a gate electrode 11a disposed close to the side of the emitter electrode 15a can be manufactured. The emitter electrode 15a has a base 15c to which it is attached and supported by the support substrate 16, and a hollow hollow projection 15d which extends and protrudes by gradually decreasing an inner diameter downward from the base 15c. ) The protruding portion 15d of the emitter electrode 15a is formed through the hole 15e and has a volcanic shape. The inner surface of the volcanic protrusion 15c gradually increases the angle relative to the upper surface of the base 15b.

돌출부(15d) 및 기저부(15c) 사이의 경계의 직경은 예를 들면 약 0.4㎛이고, 돌출부(15d)의 첨단부 직경은 약 0.1㎛이다.The diameter of the boundary between the protrusion 15d and the base 15c is, for example, about 0.4 mu m, and the tip diameter of the protrusion 15d is about 0.1 mu m.

돌출부(15d)의 두께는 상기 기저부(15c)와의 경계에서 약 0.4㎛이며 그 첨단부에서 약 0.05㎛이다.The thickness of the protrusion 15d is about 0.4 mu m at the boundary with the base 15c and about 0.05 mu m at its tip.

화산모양의 이미터 전극(15a)은 종래의 이미터 전극 보다 전계가 강하게 인가될 수 있다. RIE(Reactive Ion Etching) 에칭-백 처리는 이미터 전극의 첨단부의 곡률반경을 5nm 또는 그 보다 작게 할 수 있다.The volcanic emitter electrode 15a may have a stronger electric field than the conventional emitter electrode. Reactive ion etching (RIE) etch-back treatment can reduce the radius of curvature of the tip of the emitter electrode to 5 nm or less.

이미터 전극(15a)의 첨단부의 곡률반경이 작아질수록 전계는 이미터 전극(15a)의 첨단부에 집중되며, 전계방출소자의 성능은 향상된다. 이 이미터 전극(15a)의 면적이 크기 때문에 방출전류를 증가시킬 수 있다.As the radius of curvature of the tip of the emitter electrode 15a decreases, the electric field is concentrated on the tip of the emitter electrode 15a, and the performance of the field emission device is improved. Since the area of this emitter electrode 15a is large, the emission current can be increased.

도 24는 이미터 전극(15a)의 첨단부(201)의 확대도이다. 첨단부(201)의 내측 둘레부(203)의 곡률반경은, 도 1g에 도시된 에칭처리에 의해 결정된다. 첨단부(201)의 외측 둘레부(202)의 곡률반경은 도 1e에 도시된 바와 같이 형성된 제2희생막(14)의 형상에 의해 결정된다. 예를 들면, 내측 둘레부(203)의 곡률반경은 외측 둘레부(202)의 곡률반경보다 작다.24 is an enlarged view of the tip 201 of the emitter electrode 15a. The radius of curvature of the inner circumferential portion 203 of the tip portion 201 is determined by the etching process shown in FIG. 1G. The radius of curvature of the outer circumferential portion 202 of the tip portion 201 is determined by the shape of the second sacrificial film 14 formed as shown in FIG. 1E. For example, the radius of curvature of the inner circumference 203 is smaller than the radius of curvature of the outer circumference 202.

도 2a 및 도 2b는 제1실시예를 변형한 실시예를 도시한 단면도이다. 이 변형예는 지지기판으로 이미터 전극(15a)을 강화하는 다른 방법을 제공한다. 도 1g의 공정에서 얻은 제1실시예의 이미터 전극(15a)에 제3희생막(17)이 형성된다. 이 제3희생막(17)은 저압 CVD법에 의해 다결정 실리콘으로 형성되며, 그 두께는 0.2㎛이다. 이 다결정 실리콘에는 저항을 낮추기 위해서, P 또는 B와 같은 불순물 이온이 이온주입법, 열확산법 등에 의해 도입된다.2A and 2B are cross-sectional views showing an embodiment modified from the first embodiment. This variant provides another method of strengthening the emitter electrode 15a with a support substrate. A third sacrificial film 17 is formed on the emitter electrode 15a of the first embodiment obtained in the process of FIG. 1G. This third sacrificial film 17 is formed of polycrystalline silicon by a low pressure CVD method, and the thickness thereof is 0.2 탆. In order to lower the resistance, the polycrystalline silicon is introduced with impurity ions such as P or B by ion implantation, thermal diffusion, or the like.

다음으로, 도 2a에 도시된 바와 같이, 제3희생막의 오목부에는 예를 들면 SOG(Spin On Glass)로 만들어진 평탄화막으로 채워진다.Next, as shown in FIG. 2A, the concave portion of the third sacrificial film is filled with a planarization film made of, for example, spin on glass (SOG).

평탄화막(18)의 표면은 CMP(chemical Mechanical Polishing) 또는 에칭(에칭-백)으로 평탄화된다. 평탄화막은 SOG 대신에 PSG(Phosphosilicate Glass) 또는 BPSG(Borophosphosilicate Glass)를 리플로하여 형성될 수 있다.The surface of the planarization film 18 is planarized by chemical mechanical polishing (CMP) or etching (etching-back). The planarization layer may be formed by reflowing Phosphosilicate Glass (PSG) or Borophosphosilicate Glass (BPSG) instead of SOG.

다음으로, 지지기판(19)은 정전접착에 의해 이미터 전극에 접착된다. 예를 들면, 지지기판(19)은 유리, 석영 또는 Al2O3로 만들어진다.Next, the support substrate 19 is bonded to the emitter electrode by electrostatic bonding. For example, the support substrate 19 is made of glass, quartz or Al 2 O 3 .

다음으로, 기판(10) 등은, 도 1h의 것에 유사한 에칭처리에 의해 에칭되어 제거됨으로써 도 2b에 도시된 바와 같이, 에미터 전극의 아래부분을 노출한다. 제3희생막(17)은 지지기판(19)과 이미터 전극(15d) 사이에 존재한다. 이 이미터 전극(15a)은 기저부(15c) 및 돌출부(15d)를 가진다. 통과공(15b)은 돌출부(15d)를 통과하여 형성된다. 제3희생막(17)의 일부는 기저부측 위의 돌출부(15d) 내에서 부분적으로 채워진다.Next, the substrate 10 or the like is etched away by an etching process similar to that of FIG. 1H to expose the lower portion of the emitter electrode, as shown in FIG. 2B. The third sacrificial film 17 is present between the support substrate 19 and the emitter electrode 15d. This emitter electrode 15a has a base 15c and a protrusion 15d. The passage hole 15b is formed through the protrusion part 15d. A part of the third sacrificial film 17 is partially filled in the protrusion 15d on the base side.

이미터 및 게이트 전극을 가지는 2전극 전계방출소자를 제조하는 방법이 지금까지 설명되었다. 다음으로 3전극소자인 전계방출소자의 다른 형태를 제조하는 방법을 설명한다. 이 3전극소자는 3개의 전극, 이미터 전극, 게이트 전극 및 애노드 전극을 가진다.A method of manufacturing a two-electrode field emission device having an emitter and a gate electrode has been described so far. Next, a method of manufacturing another form of the field emission device that is a three-electrode device will be described. This three-electrode element has three electrodes, an emitter electrode, a gate electrode and an anode electrode.

도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 제2실시예에 따른 3전극 전계방출소자의 제조단계를 설명하기 위한 도면이다.3A to 3H are views for explaining the manufacturing steps of the three-electrode field emission device according to the second embodiment of the present invention.

도 3a에 도시된 바와 같이, P 및 B로 도핑된 다결정 실리콘의 애노드 전극(20b)은 Si 산화막으로 만들어진 시작기판(20a) 위에 스퍼터링에 의해 0.15㎛ 두께로 퇴적된다.As shown in Fig. 3A, the anode electrode 20b of polycrystalline silicon doped with P and B is deposited to a thickness of 0.15 mu m by sputtering on a starting substrate 20a made of a Si oxide film.

다음으로, 제1희생막(절연막: 20c)이 애노드 전극(20b)에 CVD법에 의해 퇴적되어 기판(20)을 얻는다. 이 기판(20)에는 게이트 전극막(21)이 스퍼터링에 의해 0.3㎛의 두께로 형성된다. 게이트 전극막(21)은 P 또는 B로 도핑된 다결정 실리콘으로 만들어진다.Next, a first sacrificial film (insulating film 20c) is deposited on the anode electrode 20b by CVD to obtain a substrate 20. The gate electrode film 21 is formed in this board | substrate 20 to thickness of 0.3 micrometer by sputtering. The gate electrode film 21 is made of polycrystalline silicon doped with P or B.

다음으로, 소정의 패턴을 가지는 레지스트막(도시 생략)이 포토리소그래피법에 의해 게이트 전극막(21)의 전체 면에 형성된다. 이 레지스트 패턴을 마스크로 사용하여 게이트 전극막(21)이 이방적으로 에칭되어 도 3a에 도시된 바와 같이 오목부(통과공: 22)를 가지는 게이트전극(21a)을 남긴다. 오목부(통과공: 22)는 그 형상(평면도 상에서)이 0.5㎛의 직경과 0.3㎛의 깊이를 가지는 실린더형으로 이루어진다.Next, a resist film (not shown) having a predetermined pattern is formed on the entire surface of the gate electrode film 21 by the photolithography method. Using this resist pattern as a mask, the gate electrode film 21 is anisotropically etched to leave the gate electrode 21a having the concave portion (through hole 22) as shown in Fig. 3A. The concave portion (through hole) 22 is cylindrical in shape (on plan view) having a diameter of 0.5 탆 and a depth of 0.3 탆.

이 에칭은 예를 들면, 반응실압력 100mTorr에서 에칭가스로서 HBr을 사용하여 마그네트론 RIE를 사용하는 건식-에칭에 의해 실행된다.This etching is performed, for example, by dry-etching using magnetron RIE using HBr as the etching gas at a reaction chamber pressure of 100 mTorr.

다음으로, 공정들은 도 1c 및 도 1d에 도시된 제1실시예의 것과 유사한 공정이 수행되어, 도 3b에 도시된 바와 같이 게이트 전극(21a)의 오목부(통과공: 22)의 내측벽에만 SiO2의 제2희생막으로 만들어진 측면공간형성부(23)가 형성되도록 한다.Next, processes are performed similar to those of the first embodiment shown in FIGS. 1C and 1D, so that only SiO is formed on the inner wall of the recess (through hole 22) of the gate electrode 21a, as shown in FIG. 3B. The side space forming part 23 made of the second sacrificial film 2 is formed.

다음으로, 도 3c에 도시된 바와 같이, SiO2로 만들어진 제3희생막(절연막: 24)이 대기압 CVD법에 의해 기판의 전체 표면에 0.1㎛의 두께로 등방적으로 형성된다. 예를 들면, 이 막은 TEOS 및 O3를 사용하여 400℃의 기판온도에서 형성된다.Next, as shown in Fig. 3C, a third sacrificial film made of SiO 2 (insulating film 24) is isotropically formed on the entire surface of the substrate at a thickness of 0.1 mu m by the atmospheric pressure CVD method. For example, this film is formed at a substrate temperature of 400 ° C. using TEOS and O 3 .

다음으로 도 3d에 도시된 바와 같이 이미터 전극막(25)이 예를 들면 TiNx로 만들어져 반응성 스퍼터링에 의해 제3희생막(24) 위에 두께 0.15㎛로 형성된다. 예를 들면, 반응성 스퍼터링은 Ti타겟과 N2 + Ar 가스의 공급 조건하에서 DC 스퍼터링 시스템을 사용하여 수행된다.Next, as shown in FIG. 3D, the emitter electrode film 25 is made of TiN x , for example, and is formed on the third sacrificial film 24 to have a thickness of 0.15 μm by reactive sputtering. For example, reactive sputtering is performed using a DC sputtering system under conditions of supply of Ti target and N 2 + Ar gas.

다음으로, 도 3e에 도시된 바와 같이, 이미터 전극막(25)은 0.05㎛만큼 에칭-백되어 오목부(통과공:22)의 바닥부 위에서만 완전히 제거됨으로써 제3희생막(24)의 내벽과 상부면에 이미터 전극(25a)을 남긴다. 이미터 전극(15a)는 기저부(25c) 및 돌출부(25d: 화산의 크레이터 모양 부분)를 포함한다. 이러한 에칭-백으로, 이미터 전극(25a)의 돌출부(25d)의 첨단부가 열리고, 통과공(25e)이 이 첨단부로 연장되어 형성된다. 에칭-백은 건식-에칭에 의해 실행된다. 예를 들면, 마그네트론 RIE 시스템은 반응실 압력 125mTorr에서 에칭가스로서 Cl2를 사용한다.Next, as shown in FIG. 3E, the emitter electrode film 25 is etched back by 0.05 [mu] m and completely removed only on the bottom of the concave portion (through hole 22) so that the third sacrificial film 24 is removed. The emitter electrode 25a is left on the inner wall and the upper surface. The emitter electrode 15a includes a base 25c and a protrusion 25d (crater-shaped portion of a volcano). With this etching-back, the tip of the protrusion 25d of the emitter electrode 25a is opened, and the through hole 25e extends to this tip. Etch-back is performed by dry-etching. For example, the magnetron RIE system uses Cl 2 as an etching gas at a reaction chamber pressure of 125 mTorr.

다음으로 레지스트 마스크(도시 생략)가 통상의 포토리소그래피법에 의해 이미터 전극(25a) 위에 형성된다. 이 레지스트 마스크를 사용하여, 이미터 전극(25a)이 부분적으로 에칭제거되어 도 3f에 도시된 슬릿형 개구(26)가 형성된다. 이 슬릿형개구(26)의 이미터 전극부 내측은 25b로 표시되며, 이 슬릿형 개구(26)의 이미터 전극부 외측은 25c로 표시된다. 이 슬릿형 개구(26)는 이방성 건식-에칭으로 형성된다. 예를 들면, 마그네트론 RIE 시스템은 반응식압력 125mTorr에서 에칭가스로서 Cl2를 사용한다. 도 3e의 공정과 도3f의 공정은 거꾸로 될 수 있다.Next, a resist mask (not shown) is formed on the emitter electrode 25a by a normal photolithography method. Using this resist mask, the emitter electrode 25a is partially etched away to form the slit-shaped opening 26 shown in FIG. 3F. The inside of the emitter electrode portion of this slit-shaped opening 26 is represented by 25b, and the outside of the emitter electrode portion of this slit-shaped opening 26 is represented by 25c. This slit-shaped opening 26 is formed by anisotropic dry-etching. For example, the magnetron RIE system uses Cl 2 as an etching gas at a reaction pressure of 125 mTorr. The process of FIG. 3E and the process of FIG. 3F may be reversed.

다음으로 도 3g에 도시된 바와 같이, 측면공간형성부(23) 및 제1 및 제3희생막(20c, 24)의 일부는 등방적으로 습식-에칭(wet-etched)되어, 제거됨으로써 이미터 전극(25b, 25c), 게이트 전극(21a) 및 애노드 전극(20b)을 노출시켜 3전극소자를 완성한다. SiO2는 HF+NH4F에 의해 에칭된다.Next, as shown in FIG. 3G, the lateral space forming portion 23 and a part of the first and third sacrificial films 20c and 24 are isotropically wet-etched and removed to emit the emitter. The electrodes 25b and 25c, the gate electrode 21a and the anode electrode 20b are exposed to complete the three-electrode element. SiO 2 is etched by HF + NH 4 F.

도 3f에 도시된 공정에서 형성된 슬릿형 개구(26)는 형성되지 않을 수도 있다. 이 경우, 도 3e에 도시된 처리 후에 측면공간형성부(23) 및 제1희생막과 제2희생막(20c, 24)의 일부는 등방적으로 습식-에칭되어 돌출부(25d)를 통해 제거되고 이미터 전극(25b,25c), 게이트 전극(21a) 및 애노드 전극(20b)을 노출하여 도 3h에 도시된 바와 같은 3전극소자를 완성한다. SiO2는 HF 및 NH4F에 의해 에칭된다. 전술한 바와 같이, 이미터 전극(25a)은 기저부(25c) 및 이 기저부로부터 돌출되어 연장하는 돌출부(25d)를 가진다. 돌출부(25d)는 통과공(25e)를 가진다.The slit-shaped openings 26 formed in the process shown in FIG. 3F may not be formed. In this case, after the process shown in Fig. 3E, the lateral space forming portion 23 and a part of the first and second sacrificial films 20c and 24 are isotropically wet-etched and removed through the protrusion 25d. The emitter electrodes 25b and 25c, the gate electrode 21a and the anode electrode 20b are exposed to complete the three-electrode element as shown in FIG. 3H. SiO 2 is etched by HF and NH 4 F. As described above, the emitter electrode 25a has a base portion 25c and a protrusion portion 25d protruding from and extending from the base portion. The protrusion 25d has a through hole 25e.

도 4a 및 도 4b는 제2실시예를 변형한 변형예를 도시한 단면도이다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 제1 및 제3희생막(20c, 24)은, 제2실시예의 도 3e에 도시된 것으로 공정처리되어 형성된 전계방출소자의 이미터 전극을 마스크로 사용하여 이미터 전극(25a)의 돌출부(25d)를 통해 깊이 방향으로 이방적으로 에칭된다. 이 이방성 건식-에칭은 예를 들면, 마그네트론 RIE 시스템을 이용하여, 반응실 압력 50mTorr에서 에칭가스로서 CHF3+CO2+ Ar을 사용함으로써 수행된다.4A and 4B are sectional views showing a modified example of the second embodiment. As shown in FIG. 4A, the first and third sacrificial films 20c and 24 are emitters using the emitter electrode of the field emission device formed by processing as shown in FIG. 3E of the second embodiment as a mask. It is anisotropically etched in the depth direction through the protrusion 25d of the electrode 25a. This anisotropic dry-etching is performed by using CHF 3 + CO 2 + Ar as an etching gas at a reaction chamber pressure of 50 mTorr, for example, using a magnetron RIE system.

그후, 측면공간형성부(23) 및 제1 및 제3희생막(20c, 24)의 일부는 등방적으로 습식-에칭되어 이미터 전극(25a)의 돌출부(25d)를 통해 제거되어 이미터 전극(25a), 게이트 전극(21a) 및 애노드 전극(20b)을 노출시킴으로써 도 4b에 도시된 바와 같은 3전극소자를 완성한다. SiO2는 HF + NH4F에 의해 에칭된다.Thereafter, portions of the lateral space forming portion 23 and the first and third sacrificial films 20c and 24 are isotropically wet-etched and removed through the protrusion 25d of the emitter electrode 25a to emit the electrode. A three-electrode element as shown in Fig. 4B is completed by exposing 25a, gate electrode 21a and anode electrode 20b. SiO 2 is etched by HF + NH 4 F.

도 5a 내지 도 5i는 본 발명의 제3실시예에 따른 제조단계를 설명하기 위한 단면도이다. 이미터 전극(전계방출음극) 및 게이트 전극을 가지는 2전극소자를 제도하는 방법을 이하 설명하도록 한다.5A to 5I are cross-sectional views illustrating a manufacturing step according to a third embodiment of the present invention. A method of drawing a two-electrode element having an emitter electrode (field emission cathode) and a gate electrode will be described below.

도 5a에 도시된 바와 같이, 게이트 전극막(31)은 유리, 석영, 또는 Si 및 Si 산화막의 적층으로 된 단층기판인 기판(30)위에 형성된다. 게이트 전극(31)은 P 또는 B로 도핑된 다결정 실리콘 막으로 두께 0.1㎛를 가지도록 형성된다.As shown in Fig. 5A, a gate electrode film 31 is formed on a substrate 30 which is a single layer substrate made of glass, quartz, or a stack of Si and Si oxide films. The gate electrode 31 is formed of a polycrystalline silicon film doped with P or B so as to have a thickness of 0.1 탆.

이 다결정 실리콘 막은, 예를 들면, 625℃의 온도와 30Pa의 압력 조건하에서 막형성실(film forming chamber)로 He으로 희석된 SiH4가스를 0.6 slm의 유속으로 도입하여 형성된다. 그후, 막의 저항값을 낮출 목적으로, 850℃의 온도로 수직확산로에서 POCl3= 50mg/min, N2= 20 slm, O2= 0.1slm의 유량의 가스를 각각 도입하여, 다결정 실리콘막에 P가 확산된다.This polycrystalline silicon film is formed by, for example, introducing SiH 4 gas diluted with He into a film forming chamber at a temperature of 625 ° C. and a pressure of 30 Pa at a flow rate of 0.6 slm. Thereafter, for the purpose of lowering the resistance of the film, gases of POCl 3 = 50 mg / min, N 2 = 20 slm, and O 2 = 0.1 slm were introduced into the polycrystalline silicon film at a temperature of 850 占 폚 in a vertical diffusion furnace. P diffuses.

다음으로, 게이트 전극막(31)의 표면 전체에 포토리소그래피법으로 소정의 패턴을 가지는 레지스트 막(도시 생략)이 형성된다. 그리고, 마스크로서 레지스트 패턴을 사용하여 게이트 전극막(31)을 이방적으로 에칭하여 도 5b에 도시된 바와 같이 오목부(통과공: 32)를 형성하고, 소정을 패턴을 가지는 게이트 전극(31a)을 남겨놓는다. 이 오목부(통과공: 32)은 일반적으로 수직인 내벽을 가지며, 그 형상(평면도 상에서)은 직경 0.5㎛이고 깊이가 약 0.15㎛인 원형이다.Next, a resist film (not shown) having a predetermined pattern is formed on the entire surface of the gate electrode film 31 by the photolithography method. Then, the gate electrode film 31 is anisotropically etched using a resist pattern as a mask to form a concave portion (through hole) 32 as shown in FIG. 5B, and the gate electrode 31a having a predetermined pattern. Leave it. This concave portion (through hole) 32 has a generally vertical inner wall, and its shape (on plan view) is circular with a diameter of 0.5 mu m and a depth of about 0.15 mu m.

다음으로 도 5c에 도시된 바와 같이, 제2게이트전극막(33)이 오목부(통과공:32)에 노출된 기판(30)과 게이트 전극(31a)의 표면 위에 형성된다. 제2게이트전극막(33)은 P 또는 B로 도핑된 다결정 실리콘막으로 0.15㎛의 두께를 가지도록 형성된다.Next, as shown in FIG. 5C, a second gate electrode film 33 is formed on the surfaces of the substrate 30 and the gate electrode 31a exposed to the recessed portion (through hole 32). The second gate electrode film 33 is a polycrystalline silicon film doped with P or B and is formed to have a thickness of 0.15 μm.

이 다결정 실리콘막은, 예를 들면, 625℃의 온도와 30Pa의 압력 조건하에서 막형성실로 He으로 희석된 SiH4가스를 0.6 slm의 유속으로 도입하여 형성된다. 그후, 막의 저항값을 낮출 목적으로, 850℃의 온도로 수직확산로에서 POCl3= 50mg/min, N2= 20 slm, O2= 0.1slm의 유량의 가스를 각각 도입하여, 다결정 실리콘막에 P가 확산된다. 다결정 실리콘 대신에 제2게이트 전극(33)은 W 실리사이드, Al 합금, TiNx등으로 형성될 수 있다.This polycrystalline silicon film is formed by, for example, introducing SiH 4 gas diluted with He into the film forming chamber at a temperature of 625 ° C. and a pressure of 30 Pa at a flow rate of 0.6 slm. Thereafter, for the purpose of lowering the resistance of the film, gases of POCl 3 = 50 mg / min, N 2 = 20 slm, and O 2 = 0.1 slm were introduced into the polycrystalline silicon film at a temperature of 850 占 폚 in a vertical diffusion furnace. P diffuses. Instead of polycrystalline silicon, the second gate electrode 33 may be formed of W silicide, Al alloy, TiN x, or the like.

다음으로 도 5d에 도시된 바와 같이, 제2게이트 전극막(33)은 이방적으로 건식-에칭되고(에칭-백) 게이트 전극(31a)의 오목부(통과공: 32)의 내벽에만 측면공간형성부(33a)로서 게이트 전극의 일부가 남겨진다. 이 에칭으로, 게이트 전극(31a)의 표면이 노출되고, 오목부(통과공: 32) 내의 기판(30) 표면이 노출된다.Next, as shown in FIG. 5D, the second gate electrode film 33 is anisotropically dry-etched (etched-back) and has side spaces only on the inner wall of the recess (through hole 32) of the gate electrode 31a. A portion of the gate electrode is left as the forming portion 33a. By this etching, the surface of the gate electrode 31a is exposed, and the surface of the substrate 30 in the concave portion (through hole 32) is exposed.

이 에칭은 예를 들면, 반응실압력 100mTorr에서 에칭가스로서 HBr을 사용하여 마그네트론 RIE를 사용하여 실행된다.This etching is performed by using magnetron RIE using HBr as an etching gas, for example, at a reaction chamber pressure of 100 mTorr.

다음으로 도 5e에 도시된 바와 같이, SiO2로 된 제1희생막(절연막: 34)이 전체 기판 표면위에 0.1㎛의 두께로 대기압 CVD법에 의해 전체 기판면에 퇴적된다. 이 막은 예를 들면, 원료가스로서 TESO 및 O3를 사용하여 400℃의 기판온도에서 형성된다. 제1희생막(34)은 게이트 전극(31a), 측면공간형성부(33a)의 표면에 (일체되도록) 남겨진다.Next, as shown in Fig. 5E, a first sacrificial film made of SiO 2 (insulating film 34) is deposited on the entire substrate surface by the atmospheric pressure CVD method at a thickness of 0.1 mu m on the entire substrate surface. This film is formed at a substrate temperature of 400 ° C., for example, using TESO and O 3 as source gas. The first sacrificial film 34 is left on the surface of the gate electrode 31a and the side space forming portion 33a (to be integrated).

다음으로, 도 5f에 도시된 바와 같이, 예를 들면, TiNx로 만들어진 이미터 전극막(35)이 반응성 스퍼터링을 통해 제1희생막(34) 위에 0.15㎛의 두께로 퇴적된다. 반응성 스퍼터링은 예를 들면, Ti의 타겟 및 N2+ Ar 가스의 공급 조건하에서 DC 스퍼터링 시스템의 조건하에서 수행된다. 다음으로 도 5g에 도시된 바와 같이, 이미터 전극막(35)은 0.05㎛만큼 에칭-백되어 오목부(통과공: 12)의 바닥부에서만 이미터 전극막(35)이 완전히 제거되며, 게이트 전극(31a) 및 측면공간형성부(33a)에 대해서 이미터 전극(35a)로서 남게 된다. 이러한 에칭-백은 이방성 건식-에칭에 의해 수행된다. 마그네트론 RIE 시스템은 반응실 압력 125mTorr에서 에칭가스로서 Cl2를 사용한다.Next, as shown in FIG. 5F, an emitter electrode film 35 made of TiN x , for example, is deposited on the first sacrificial film 34 to a thickness of 0.15 μm through reactive sputtering. Reactive sputtering is performed under the conditions of a DC sputtering system, for example, under a target of Ti and a supply condition of N 2 + Ar gas. Next, as shown in FIG. 5G, the emitter electrode film 35 is etched back by 0.05 μm so that the emitter electrode film 35 is completely removed only at the bottom of the concave portion (through hole 12), and the gate The electrode 31a and the side space forming portion 33a remain as the emitter electrode 35a. This etch-back is performed by anisotropic dry-etching. The magnetron RIE system uses Cl 2 as an etching gas at a reaction chamber pressure of 125 mTorr.

다음으로 도 5h에 도시된 바와 같이, 기판(30) 및 제1희생막(34)의 일부는 에칭 제거되어, 측면공간형성부(33a) 및 이미터 전극(35a)을 노출시킨다. 기판(30)이 Si로 형성되면, HF+HNO3+CH3COOH를 사용하여 에칭된다. 측면공간형성부(13a) 등의 SiO2는 HF +NH4F에 의해 에칭된다. 이미터 전극(35a)은 기저부(35c)와 이 기저부(35c)로부터 연장되어 돌출되는 돌출부(화산의 크레이터 형상의 부분: 35d)를 포함한다. 이 돌출부(크레이터: 35d)는 통과공(35e)을 가진다.Next, as shown in FIG. 5H, a portion of the substrate 30 and the first sacrificial film 34 are etched away to expose the lateral space forming portion 33a and the emitter electrode 35a. When the substrate 30 is formed of Si, it is etched using HF + HNO 3 + CH 3 COOH. SiO 2 such as the side space forming portion 13a is etched by HF + NH 4 F. The emitter electrode 35a includes a base 35c and a protrusion (volcano crater-shaped portion: 35d) that extends from and protrudes from the base 35c. This protrusion (crater 35d) has a through hole 35e.

마지막으로, 도 5i에 도시된 바와 같이, 지지기판(36)은 정전접착에 의해 이미터전극(35a)에 접착되어 이미터 전극(35a)에 기계적 강도를 부여한다. 지지기판(36)은 유리, 석영 또는 Al2O3로 만들어 질 수 있다.Finally, as shown in FIG. 5I, the support substrate 36 is bonded to the emitter electrode 35a by electrostatic bonding to impart mechanical strength to the emitter electrode 35a. The support substrate 36 may be made of glass, quartz or Al 2 O 3 .

도 5g에 도시된 공정 이후에, 지지기판(36)은 정전접착에 의해 이미터 전극(35a)에 접착될 수 있고, 그 후에 기판(30) 및 제1희생막(34)의 일부는 도 5h에 도시된 것처럼 제거될 수 있다.After the process shown in FIG. 5G, the support substrate 36 may be adhered to the emitter electrode 35a by electrostatic bonding, after which the substrate 30 and a portion of the first sacrificial film 34 are part of FIG. 5H. It can be removed as shown.

이 실시예에 따르면, 제1실시예의 장점 이외에, 도전성물질로 된 측면공간형성부(33a)가 게이트 전극으로 남게됨으로써, 이미터 첨단부와 게이트 전극 사이의 거리는 짧아져서 이미터 첨단에서의 전계는 강하게 되고 소자성능은 향상될 수 있게 되는 부가적인 효과가 발생된다. 즉, 제2게이트 또는 측면공간형성부(33a)에 의해 정의된 게이트 구멍의 직경은 게이트 전극(31a)에 의해 정의된 것보다 작게 되어, 게이트 전극과 이미터 전극 사이의 거리는 짧아지게 된다. 그러므로, 저전압에서 전자방출이 가능하게 된다.According to this embodiment, in addition to the advantages of the first embodiment, the side-space forming portion 33a made of a conductive material remains as the gate electrode, so that the distance between the emitter tip and the gate electrode is shortened so that the electric field at the emitter tip is An additional effect arises that becomes strong and the device performance can be improved. That is, the diameter of the gate hole defined by the second gate or side space forming portion 33a is smaller than that defined by the gate electrode 31a, so that the distance between the gate electrode and the emitter electrode is shortened. Therefore, electron emission is possible at a low voltage.

도 6a 및 도 6b는 제3실시예를 변형한 변형예를 설명하기 위한 단면도이다. 이 변형예는 지지기판으로 이미터 전극(35a)을 강화하는 다른 방법을 제공한다. 제2희생막(도전막: 36)은 전술한 제3실시예의 도 5g의 공정에서 얻은 소자의 이미터 전극(35a) 위에 형성된다. 이 제2희생막(도전막: 36)은 다결정 실리콘으로 만들어지는 데, 감압 CVD법으로 0.2㎛의 두께로 형성된다. 제2희생막은 Si산화막 및 Si질화막 등의 절연막으로 만들어 질 수 있다. 저항을 낮추기 위해서, P 및 B와 같은 불순물이 이온주입법, 열확산법 등에 의해 다결정 실리콘에 도입될 수 있다.6A and 6B are cross-sectional views for explaining a modified example of the third embodiment. This variant provides another method of strengthening the emitter electrode 35a with a support substrate. A second sacrificial film (conductive film 36) is formed on the emitter electrode 35a of the device obtained in the process of Fig. 5G of the above-described third embodiment. The second sacrificial film (conductive film 36) is made of polycrystalline silicon, and is formed to a thickness of 0.2 占 퐉 by reduced pressure CVD. The second sacrificial film may be made of an insulating film such as an Si oxide film and a Si nitride film. In order to lower the resistance, impurities such as P and B can be introduced into the polycrystalline silicon by ion implantation, thermal diffusion, or the like.

다음으로 도 6a에 도시된 바와 같이, 제2희생막 위에 오목부는 예를 들면 SOG로 만들어진 평탄화막(37)으로 채워진다. 이 평탄화막(37)은 CMP 또는 에칭(에칭-백)에 의해 평탄화된다. SOG 대신에, 평탄화막(38)은 PSG 또는 BPSG를 리플로하여 형성될 수 있다.Next, as shown in FIG. 6A, the recess is filled with a planarization film 37 made of SOG, for example, on the second sacrificial film. This planarization film 37 is planarized by CMP or etching (etching-back). Instead of the SOG, the planarization film 38 may be formed by reflowing the PSG or the BPSG.

다음으로, 지지기판(38)은 정전접착에 의해 이미터전극(35a)에 접착된다. 예를 들면, 지지기판(38)은 유리, 석영, 또는 Al2O3로 만들어진다.Next, the support substrate 38 is bonded to the emitter electrode 35a by electrostatic bonding. For example, the support substrate 38 is made of glass, quartz, or Al 2 O 3 .

다음으로, 기판(30) 등은 도 5h의 그것과 유사한 에칭처리에 의해 에칭 제거되어, 도 6b에 도시된 바와 같은 이미터 전극의 저부를 드러내어 전계방출소자를 제작 완성한다.Next, the substrate 30 or the like is etched away by an etching process similar to that of FIG. 5H to expose the bottom of the emitter electrode as shown in FIG. 6B to complete the field emission device.

도 7a 내지 도 7h는 본 발명의 제4실시예에 따른 3전극형 전계방출소자의 제조단계를 설명하기 위한 단면도이다.7A to 7H are cross-sectional views illustrating a manufacturing step of a three-electrode type field emission device according to a fourth embodiment of the present invention.

도 7a에 도시된 바와 같이, 기판(40)은 시작기판(40a) 및 이 시작기판(40a)위에 형성되는 애노드 전극(40b) 및 제1희생막(40c)으로 구성된다. P 또는 B로 도핑된 다결정 실리콘의 애노드 전극(40b)은 Si 산화막으로 만들어진 시작기판(40a) 위에 스퍼터링에 의해 약 0.15㎛의 두께로 퇴적된다.As shown in FIG. 7A, the substrate 40 is composed of a start substrate 40a, an anode electrode 40b and a first sacrificial film 40c formed on the start substrate 40a. An anode electrode 40b of polycrystalline silicon doped with P or B is deposited to a thickness of about 0.15 mu m by sputtering on a starting substrate 40a made of a Si oxide film.

다음으로, 제1희생막(절연막: 40c)이 CVD법에 의해 애노드 전극(40b) 위에 퇴적되어 기판(40)을 얻는다. 게이트 전극막(41)은 기판 (40) 위에 스퍼터링 또는 저압 CVD법에 의해 두께 0.3㎛로 형성된다. 이 게이트 전극막(41)은 P 또는 B가 도핑된 다결정 실리콘으로 만들어진다.Next, a first sacrificial film (insulation film) 40c is deposited on the anode electrode 40b by CVD to obtain a substrate 40. The gate electrode film 41 is formed on the substrate 40 with a thickness of 0.3 탆 by sputtering or low pressure CVD. This gate electrode film 41 is made of polycrystalline silicon doped with P or B.

다음으로, 소정의 패턴을 가지는 레지스트 막(도시 생략)이 포토리소그래피법에 의해서 게이트전극막(41)의 전체 표면에 형성된다. 마스크로서 레지스트 패턴을 사용하여, 게이트 전극막(41)은 이방적으로 에칭되어, 도 7a에 도시된 바와 같이 오목부(통과공: 42)를 가지는 게이트 전극(41a)을 남기게 된다. 오목부(통과공:42)의 형상은 0.5㎛의 직경과, 약 0.3㎛의 깊이를 가지는 평면도 상에서 볼 때 원형이며, 전체적으로 실린더 형으로 형성된다.Next, a resist film (not shown) having a predetermined pattern is formed on the entire surface of the gate electrode film 41 by the photolithography method. Using the resist pattern as a mask, the gate electrode film 41 is anisotropically etched, leaving a gate electrode 41a having a recess (through hole 42) as shown in Fig. 7A. The shape of the concave portion (through hole 42) is circular when viewed from a plan view having a diameter of 0.5 mu m and a depth of about 0.3 mu m, and is formed in a cylindrical shape as a whole.

이 에칭은 예를 들면, 반응실압력 100mTorr에서 에칭가스로서 HBr을 사용하여 마그네트론 RIE를 사용하여 실행된다.This etching is performed by using magnetron RIE using HBr as an etching gas, for example, at a reaction chamber pressure of 100 mTorr.

도 5c 및 도 5d에 도시된 제3실시예의 그것과 유사한 공정이 실행되어, Si의 제2게이트 전극막 또는 다른 도전성물질로 만들어진 측면공간형성부(43a)를 도 7b에 도시된 바와 같이 게이트 전극(41a)의 오목부(통과공: 42)의 내벽 위에만 형성한다.A process similar to that of the third embodiment shown in Figs. 5C and 5D is executed, so that the side space forming portion 43a made of the second gate electrode film of Si or another conductive material is formed as shown in Fig. 7B. It forms only on the inner wall of the recessed part (passing hole 42) of 41a.

다음으로 도 7c에 도시된 바와 같이, SiO2로 된 제2희생막(절연막: 44)이 전체 기판면에 두께 0.1㎛로 대기압 CVD법에 의해 퇴적된다. 이 막은 예를 들면 TEOS 및 O3를 원료가스로 사용하여 기판 온도 400℃에서 형성된다.Next, as shown in Fig. 7C, a second sacrificial film (insulation film: 44) made of SiO 2 is deposited on the entire substrate surface by an atmospheric pressure CVD method with a thickness of 0.1 mu m. This film is formed at a substrate temperature of 400 ° C. using TEOS and O 3 as source gas, for example.

다음으로 도 7d에 도시된 바와 같이, 에미터 전극막(45)은 예를 들면 TiNx로 만들어지며, 반응성 스퍼터링에 의해 제2희생막(44) 위에 0.15㎛의 두께로 퇴적된다. 반응성 스퍼터링은 예를 들면 Ti 타겟과 N2+ Ar 가스의 공급이라는 조건하에서의 DC 스퍼터링 시스템을 사용하여 형성된다.Next, as shown in FIG. 7D, the emitter electrode film 45 is made of TiNx, for example, and is deposited on the second sacrificial film 44 to a thickness of 0.15 μm by reactive sputtering. Reactive sputtering is formed using, for example, a DC sputtering system under the condition of supplying a Ti target and N 2 + Ar gas.

다음으로 도 7e에 도시된 바와 같이, 이미터 전극막(45)은 약 0.05㎛만큼 에칭-백되어 오목부(통과공: 42)의 바닥부 위에서만 이미터 전극막(45)을 제거하여 제2희생막(44)의 상부면 및 내벽에 이미터 전극(45a)으로 남기게 된다. 이미터 전극(45a)은 기저부(45c) 및 돌출부(화산의 크레이터 같은 부분: 45d)를 포함한다. 이 에칭-백으로, 이미터 전극(45a)의 돌출부(크레이터: 45d)의 첨단부가 개방되고, 돌출부(45d)에 통과공(45e)이 형성된다. 이 에칭-백은 이방성 건식-에칭에 의해 형성된다. 마드네트론 RIE시스템은 예를 들면, 반응실 압력 125mTorr에서 Cl2를 에칭가스로 사용하는 방법을 고려할 수 있다.Next, as shown in FIG. 7E, the emitter electrode film 45 is etched back by about 0.05 μm to remove the emitter electrode film 45 only on the bottom of the recess (through hole 42). 2 is left as the emitter electrode 45a on the upper surface and the inner wall of the sacrificial film 44. The emitter electrode 45a includes a base 45c and a protrusion (crater-like portion of the volcano: 45d). By this etching-back, the tip of the protrusion (crater: 45d) of the emitter electrode 45a is opened, and a through hole 45e is formed in the protrusion 45d. This etch-back is formed by anisotropic dry-etching. The Madronon RIE system may consider using Cl 2 as an etching gas, for example, at a reaction chamber pressure of 125 mTorr.

다음으로, 레지스트 마스크(도시 생략)는 통상적인 포토리소그래피 법에 의해서 이미터 전극(45a) 위에 형성된다. 이 레지스트 마스크를 사용하여, 이미터 전극(45a)은 부분적으로 에칭되어서, 도 7f에 도시된 바와 같이 이미터 전극부(45b, 45c) 및 슬릿형 개구(46)를 형성하도록 제거된다. 슬릿형 개구부(46)는 이방성 건식-에칭에 의해 형성된다. 마드네트론 RIE시스템은 예를 들면, 반응실 압력 125mTorr에서 Cl2를 에칭가스로 사용하는 방법을 고려할 수 있다. 도 7e의 공정 및 도 7f의 공정은 서로 바뀔 수 있다.Next, a resist mask (not shown) is formed on the emitter electrode 45a by a conventional photolithography method. Using this resist mask, the emitter electrode 45a is partially etched and removed to form the emitter electrode portions 45b and 45c and the slit opening 46 as shown in FIG. 7F. The slit opening 46 is formed by anisotropic dry-etching. The Madronon RIE system may consider using Cl 2 as an etching gas, for example, at a reaction chamber pressure of 125 mTorr. The process of FIG. 7E and the process of FIG. 7F may be interchanged.

다음으로 도 7g에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2희생막(40c, 44)의 일부는 등방적으로 습식-에칭되어, 슬릿형 개구부(46)를 통해 제거됨으로써 이미터 전극(45b, 45c), 게이트 전극(41a), 제2게이트 전극(43a) 및 애노드 전극(40b)을 드러내어 3전극 소자를 완성하게 된다. SiO2는 HF + NH4F 에 의해 에칭된다.Next, as shown in FIG. 7G, portions of the first and second sacrificial films 40c and 44 are isotropically wet-etched and removed through the slit-shaped openings 46 to emitter electrodes 45b and 45c. ), The gate electrode 41a, the second gate electrode 43a and the anode electrode 40b are exposed to complete the three-electrode element. SiO 2 is etched by HF + NH 4 F.

도 7f에 도시된 공정에서 형성된 슬릿형 개구(46)는 형성되지 않은 수도 있다. 이 경우에 도 7e에 도시된 공정이후에, 제1 및 제2희생막(40c, 44)의 일부가 등방적으로 습식-에칭되어, 돌출부(45d)를 통해 제거되고, 에미터 전극(45a), 게이트 전극(41a), 제2게이트 전극(43a) 및 애노드 전극(40b)을 노출하여 도 7h에 도시된 3전극소자를 완성한다. SiO2는 HF + NH4F에 의해 에칭된다.The slit-shaped openings 46 formed in the process shown in FIG. 7F may not be formed. In this case, after the process shown in Fig. 7E, portions of the first and second sacrificial films 40c and 44 are isotropically wet-etched to be removed through the protrusion 45d, and the emitter electrode 45a. The gate electrode 41a, the second gate electrode 43a, and the anode electrode 40b are exposed to complete the three-electrode element shown in FIG. 7H. SiO 2 is etched by HF + NH 4 F.

도 8a 및 도 8b는 본 발명의 제4실시예를 변형한 변형예를 도시한 단면도이다. 도 8a에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2희생막(40c, 44)은 제4실시예의 도7e에 도시된 것까지의 공정에 의해 형성된 전계방출소자의 이미터 전극을 마스크로 사용하여, 이미터 전극(45a)의 돌출부(45d)를 통해 깊이 방향으로 이방적으로 에칭된다. 이 이방성 건식-에칭은 50mTorr의 반응식 압력에서 CHF3+ CO2+ Ar을 에칭가스로 사용하여 마그네트론 RIE 시스템을 이용함으로써 실행된다.8A and 8B are cross-sectional views showing a modified example of the fourth embodiment of the present invention. As shown in Fig. 8A, the first and second sacrificial films 40c and 44 use the emitter electrode of the field emission device formed by the process up to that shown in Fig. 7E of the fourth embodiment as a mask, It is anisotropically etched in the depth direction through the projection 45d of the emitter electrode 45a. This anisotropic dry-etching is performed by using a magnetron RIE system using CHF 3 + CO 2 + Ar as the etching gas at a reaction pressure of 50 mTorr.

그리고, 제1 및 제2희생막(40c, 44)의 일부는 이미터 전극(45a)의 돌출부(45d)를 통해 등방적으로 습식-에칭되어 제거되고, 이미터 전극(45a), 게이트 전극(41a), 측면공간형성부(43a) 및 애노드 전극(40b)이 노출되어 도 8b에 도시된 3전극소자를 완성하게 된다. SiO2는 HF + NH4F에 의해 에칭된다.A portion of the first and second sacrificial films 40c and 44 is isotropically wet-etched and removed through the protrusion 45d of the emitter electrode 45a, and the emitter electrode 45a and the gate electrode ( 41a), the lateral space forming portion 43a and the anode electrode 40b are exposed to complete the three-electrode element shown in FIG. 8B. SiO 2 is etched by HF + NH 4 F.

본 발명의 제4실시예에 따르면, 제2실시예의 이점에 부가하여, 도전성 물질의 측면공간형성부(43a)가 제2게이트 전극으로 남기 때문에 이미터 첨단부에서 전계강도가 증가하며, 소자성능이 개선된다.According to the fourth embodiment of the present invention, in addition to the advantages of the second embodiment, the electric field strength is increased at the tip of the emitter because the side space forming portion 43a of the conductive material remains as the second gate electrode, and the device performance is improved. This is improved.

도 9a 내지 도 9i는 본 발명의 제5실시예에 따른 2전극 전계방출소자의 제조단계를 설명하기 위한 도면이다. 도 9a에 도시된 바와 같이, 게이트 전극막(51)은 유리 또는 석영의 단층기판 또는 Si 및 Si 산화막의 적층인 기판(50) 위에 형성된다. 게이트 전극(51)은 P(인), B(붕소)로 도핑된 다결정 실리콘막으로 형성되며, 0.01㎛의 두께를 가진다.9A to 9I are views for explaining the manufacturing steps of the two-electrode field emission device according to the fifth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 9A, a gate electrode film 51 is formed on a single layer substrate made of glass or quartz or a substrate 50 which is a stack of Si and Si oxide films. The gate electrode 51 is formed of a polycrystalline silicon film doped with P (phosphorus) or B (boron) and has a thickness of 0.01 μm.

다결정 실리콘 막은 예를 들면, 625℃의 기판온도에서 He로 희석된 SiH4가스를 필름형성실로 도입하여 형성된다. 그 후에, 막의 저항을 감소시키기 위한 목적으로, P 또는 B가 확산 또는 주입에 의해 다결정 실리콘 막에 도입된다.The polycrystalline silicon film is formed by, for example, introducing SiH 4 gas diluted with He into the film forming chamber at a substrate temperature of 625 ° C. Thereafter, for the purpose of reducing the resistance of the film, P or B is introduced into the polycrystalline silicon film by diffusion or implantation.

다음으로, 도 9a에 도시된 바와 같이, 제1희생막(절연막:52)이 게이트 전극막(51)위에 형성된다. 예를 들면, 제1희생막(52)은 기판온도 400℃에서 원료가스로서 O3와 TEOS를 사용하여 게이트 전극막(51) 위에 Si 산화막을 퇴적시킴으로써 0.2㎛의 두께로 형성된다.Next, as shown in FIG. 9A, a first sacrificial film (insulation film) 52 is formed on the gate electrode film 51. For example, the first sacrificial film 52 is formed to a thickness of 0.2 占 퐉 by depositing an Si oxide film on the gate electrode film 51 using O 3 and TEOS as source gas at a substrate temperature of 400 ° C.

다음으로 레지스트 막(도시 생략)이 포토리소그래피법에 의해서 제1희생막(52)의 전체 표면에 형성된다. 마스크로서 레지스트 패턴을 사용하여, 제1희생막(52)은 이방적으로 에칭되고, 도 9b에 도시된 바와 같이 오목부(통과공: 53)와 함께 소정의 패턴을 가지는 제1희생막(52a)을 남기게 된다. 오목부(통과공: 53)는 수직의 내벽을 가지며, 그 형상(평면도 상에서 볼 때)은 0.5㎛의 직경과, 약 0.2㎛의 깊이를 가지는 원형이다.Next, a resist film (not shown) is formed on the entire surface of the first sacrificial film 52 by the photolithography method. Using a resist pattern as a mask, the first sacrificial film 52 is anisotropically etched, and as shown in FIG. 9B, the first sacrificial film 52a having a predetermined pattern together with the concave portion (through hole 53). ) Is left. The concave portion (through hole) 53 has a vertical inner wall, and its shape (as viewed in plan view) is circular having a diameter of 0.5 mu m and a depth of about 0.2 mu m.

다음에, 도 9c에 도시된 바와 같이, 제2희생막(절연막: 54)이 오목부(통과공:53)에 노출된 상기 제1희생막(52a) 및 게이트 전극막(51)의 표면 위에 형성된다. 제2희생막(54)은 예를 들면, 400℃의 기판온도에서 원료가스로 O3및 TEOS를 사용하는 조건에서 대기압 CVD법에 의해 0.15㎛의 두께로 퇴적된 SiO2로 만들어진다.Next, as shown in FIG. 9C, a second sacrificial film (insulation film) 54 is formed on the surfaces of the first sacrificial film 52a and the gate electrode film 51 exposed to the concave portion (through hole 53). Is formed. The second sacrificial film 54 is made of SiO 2 deposited to a thickness of 0.15 mu m by atmospheric pressure CVD, for example, under conditions using O 3 and TEOS as source gas at a substrate temperature of 400 deg.

다음으로, 도 9d에 도시된 바와 같이, 제2희생막(54)은 이방적으로 건식-에칭(에칭-백)되어 제1희생막(52a)의 오목부(통과공: 53)의 내벽에만 측면공간형성부(54a)로서 제2희생막(54)의 일부를 남긴다.Next, as shown in FIG. 9D, the second sacrificial film 54 is anisotropically dry-etched (etched-back) so that only the inner wall of the recess (through hole 53) of the first sacrificial film 52a is provided. A part of the second sacrificial film 54 is left as the side space forming portion 54a.

이 에칭은 예를 들면, 반응실 압력 50mTorr와 CHF3+ CO2+ Ar 에칭가스를 사용하는 조건에서 마그네트론 RIE 시스템을 사용하여 수행된다. 그리고, 제1희생막(52a)과 측면공간형성부(54a)를 마스크로 사용하여 게이트 전극막(51)이 에칭된다. 이 에칭은 예를 들면, 반응실압력 100mTorr에서 에칭가스로서 HBr을 사용하여 마그네트론 RIE를 사용하여 실행된다.This etching is performed using a magnetron RIE system, for example, under conditions using a reaction chamber pressure of 50 mTorr and a CHF 3 + CO 2 + Ar etching gas. The gate electrode film 51 is etched using the first sacrificial film 52a and the side space forming portion 54a as a mask. This etching is performed by using magnetron RIE using HBr as an etching gas, for example, at a reaction chamber pressure of 100 mTorr.

다음으로 도 9e에 도시된 바와 같이, 산화막으로 만들어진 제3희생막(절연막: 55)이 대기압 CVD법에 의해 등방적으로 전체 기판 표면에 두께 0.1㎛의 두께로 퇴적된다. 이 막은 예를 들면, TEOS 및 O3를 원료가스로 사용하여 기판 온도 400℃에서 형성된다. 이 퇴적된 제3희생막(55)은 측면공간형성부(54a) 및 기판(50)의 표면 형상을 만들게 된다.Next, as shown in Fig. 9E, a third sacrificial film made of an oxide film (insulating film 55) is isotropically deposited on the entire substrate surface by a thickness of 0.1 mu m by the atmospheric pressure CVD method. This film is formed at a substrate temperature of 400 ° C. using, for example, TEOS and O 3 as source gas. The deposited third sacrificial film 55 forms the surface shapes of the side space forming part 54a and the substrate 50.

다음으로, 도 9f에 도시된 바와 같이, 예를 들면, TiNx로 만들어진 이미터 전극막(56)이 반응성 스퍼터링에 의해 제3희생막(55) 위에 0.2㎛의 두께로 퇴적된다. 반응성 스퍼터링은 예를 들면 Ti 타겟과 N2+ Ar 가스의 공급조건 하에서 DC 스퍼터링 시스템을 사용하여 형성된다.Next, as shown in FIG. 9F, for example, an emitter electrode film 56 made of TiN x is deposited to a thickness of 0.2 μm on the third sacrificial film 55 by reactive sputtering. Reactive sputtering is formed using a DC sputtering system, for example, under conditions of supply of Ti target and N 2 + Ar gas.

다음으로 도 9g에 도시된 바와 같이, 이미터 전극막(56)은 약 0.1㎛만큼 에칭-백되어 오목부(통과공: 53)의 바닥부 위에서만 이미터 전극막(56)을 제거하여 제3희생막(55)의 상부면 및 내벽에 이미터 전극(56a)으로 남기게 된다. 이 에칭-백은 이방성 건식-에칭에 의해 형성된다. 마그네트론 RIE시스템은 예를 들면, 반응실 압력 125mTorr에서 Cl2를 에칭가스로 사용하는 방법을 고려할 수 있다.Next, as shown in FIG. 9G, the emitter electrode film 56 is etched back by about 0.1 μm to remove the emitter electrode film 56 only on the bottom of the recess (through hole 53). 3 is left as the emitter electrode 56a on the upper surface and the inner wall of the sacrificial film 55. This etch-back is formed by anisotropic dry-etching. The magnetron RIE system may consider using Cl 2 as an etching gas, for example, at a reaction chamber pressure of 125 mTorr.

다음으로, 도 9h에 도시된 바와 같이, 기판 (50) 및 측면공간형성부(54a) 및 제3희생막(55)의 일부는 에칭 제거되어 게이트 전극(51a) 및 이미터 전극(56a)을 노출함으로써 2전극소자를 형성한다. 기판(50)이 Si로 형성되면, HF+ HNO3+ CH3COOH를 사용하여 에칭된다. 실리콘 산화막 등은 HF +NH4F에 의해 에칭된다. 이미터 전극(56a)은 기저부(56c)와 돌출부(화산의 크레이터 형상의 부분: 56d)를 포함한다. 이 돌출부(크레이터: 56d)는 통과공(56e)을 가진다.Next, as shown in FIG. 9H, portions of the substrate 50, the lateral space forming portion 54a, and the third sacrificial film 55 are etched away to form the gate electrode 51a and the emitter electrode 56a. By exposing, a two-electrode element is formed. When the substrate 50 is formed of Si, it is etched using HF + HNO 3 + CH 3 COOH. The silicon oxide film and the like are etched by HF + NH 4 F. The emitter electrode 56a includes a base 56c and a protrusion (volcano crater-shaped portion 56d). This projecting portion (crater 56d) has a through hole 56e.

도 9i는 지지기판(57)을 정전접착에 의해 이미터 전극(56a)에 접착시켜 도 9h의 공정 이전에 이미터 전극(56a)에 기계적 강도를 부여하도록 하는 공정을 설명하는 단면도이다. 이 경우에, 지지기판을 접착하는 공정 이후에, 기판과 같이 불필요한 부분은 도 9h의 에칭공정에 의해 제거된다.FIG. 9I is a cross-sectional view illustrating a process of attaching the support substrate 57 to the emitter electrode 56a by electrostatic bonding to impart mechanical strength to the emitter electrode 56a before the process of FIG. 9H. In this case, after the process of adhering the support substrate, unnecessary portions such as the substrate are removed by the etching process of Fig. 9H.

동일한 게이트-이미터 간 전압이 인가되면, 전계는 도 5i에 도시된 이미터 전극의 첨단부에서 더 강하게 되고, 낮은 전압 전자방출이 가능하게 된다. 그러나, 이미터 전극(35a) 및 측면공간형성부(33a) 사이의 거리가 짧기 때문에, 회로쇼트나 누출이 발생하기 쉽다. 반면, 도 9i에 도시된 이미터 전극은 비록 도 5i에 도시된 이미터 전극에 비해서 저전압 전자방출 부분에서는 열등하지만, 그에 비해 회로 쇼트 및 누출을 방지하는 여유는 커질 수 있다.When the same gate-emitter voltage is applied, the electric field becomes stronger at the tip of the emitter electrode shown in FIG. 5I, enabling lower voltage electron emission. However, since the distance between the emitter electrode 35a and the side space forming portion 33a is short, circuit shorting and leakage are likely to occur. On the other hand, although the emitter electrode shown in Fig. 9I is inferior in the low voltage electron emission portion compared to the emitter electrode shown in Fig. 5I, the margin for preventing short circuit and leakage can be increased.

도 10a 및 도 10b는 본 발명의 제5실시예를 변형한 변형예를 설명하기 위한 단면도이다. 이 변형예는 이미터 전극(56a)을 지지기판으로 보강하는 다른 방법을 제공하기 위한 것이다. 제4희생막(58)은 도 9g의 공정에서 얻은 제5실시예의 이미터 전극(56a) 위에 형성된다. 제4희생막(58)은 저압 CVD법에 의해 퇴적된 다결정 실리콘으로 만들어진다. 저항값을 낮추기 위한 목적으로, P 및 B와 같은 불순물 이온이 이온주입법, 열확산법 등에 의해 다결정 실리콘에 도입될 수 있다.10A and 10B are cross-sectional views illustrating a modified example of the fifth embodiment of the present invention. This variant is intended to provide another method of reinforcing the emitter electrode 56a with a supporting substrate. The fourth sacrificial film 58 is formed on the emitter electrode 56a of the fifth embodiment obtained in the process of Fig. 9G. The fourth sacrificial film 58 is made of polycrystalline silicon deposited by low pressure CVD. For the purpose of lowering the resistance value, impurity ions such as P and B can be introduced into the polycrystalline silicon by ion implantation, thermal diffusion, or the like.

다음으로, 도 10a에 도시된 바와 같이, 제4희생막(58)위의 오목부는 예를 들면 SOG로 만들어진 평탄화막(59)으로 채워진다. 이 평탄화막(59)은 CMP 또는 에칭(에칭-백)에 의해 평탄화된다. SOG 대신에, 평탄화막(59)은 PSG 또는 BPSG를 리플로하여 형성될 수 있다.Next, as shown in Fig. 10A, the concave portion on the fourth sacrificial film 58 is filled with a planarization film 59 made of SOG, for example. This planarization film 59 is planarized by CMP or etching (etching-back). Instead of the SOG, the planarization film 59 may be formed by reflowing the PSG or the BPSG.

다음으로, 지지기판(57)은 정전접착에 의해 평탄화막(59)으로 제4희생막(58)에 접착된다.Next, the support substrate 57 is adhered to the fourth sacrificial film 58 by the planarization film 59 by electrostatic bonding.

다음으로, 기판(50)과 같이 불필요한 부분은 도 5h의 그것과 유사한 에칭처리에 의해 에칭 제거되어, 도 10b에 도시된 바와 같은 이미터 전극의 첨단부 및 게이트 전극(51)을 노출하여 전계방출소자를 제작 완성한다. 이 이미터 전극(56a)은 또한 기저부(56c) 및 돌출부(56d)를 포함하며, 상기 돌출부(56d)에는 통과공(56e)이 형성된다.Next, unnecessary portions such as the substrate 50 are etched away by an etching process similar to that of FIG. 5H to expose the tip of the emitter electrode and the gate electrode 51 as shown in FIG. Create and complete the device. This emitter electrode 56a also includes a base 56c and a protrusion 56d, through which a passing hole 56e is formed.

도 11a 내지 도 11h는 본 발명의 제6실시예에 따른 3전극형 전계방출소자의 제조단계를 설명하기 위한 단면도이다.11A to 11H are cross-sectional views illustrating a manufacturing step of a three-electrode type field emission device according to a sixth embodiment of the present invention.

도 11a에 도시된 바와 같이, Si 산화막으로 된 시작기판(60a) 위에 애노드 전극(60b)이 저압 CVD법 또는 스퍼터링에 의해 두께 0.15㎛의 두께로 퇴적된다. 이 애노드 전극(60b)은 P 또는 B를 도핑한 다결정 실리콘 또는 비정질 실리콘으로 된다.As shown in Fig. 11A, the anode electrode 60b is deposited to a thickness of 0.15 mu m by the low pressure CVD method or sputtering on the start substrate 60a made of the Si oxide film. This anode electrode 60b is made of polycrystalline silicon or amorphous silicon doped with P or B.

다음으로, SiO2로 된 제1희생막(절연막: 60c)이 CVD법에 의해 두께 0.2㎛로 애노드 전극(60b)에 퇴적된다. 이 기판(60)위에는 게이트 전극막(61)이 저압 CVD법 또는 스퍼터링에 의해 0.1㎛의 두께로 퇴적된다. 이 게이트 전극막(61)은 P 또는 B로 도핑된 다결정 실리콘 또는 비정질 실리콘으로 만들어진다. 제2희생막(절연막: 62)은 게이트 전극막(61) 위에 두께 0.2㎛로 퇴적된다.Next, a first sacrificial film (insulation film: 60c) made of SiO 2 is deposited on the anode electrode 60b with a thickness of 0.2 탆 by the CVD method. On this substrate 60, a gate electrode film 61 is deposited to a thickness of 0.1 mu m by low pressure CVD or sputtering. This gate electrode film 61 is made of polycrystalline silicon or amorphous silicon doped with P or B. A second sacrificial film (insulation film) 62 is deposited on the gate electrode film 61 with a thickness of 0.2 탆.

다음에, 소정의 패턴을 가진 레지스트 막(도시 생략)이 포토리소그래피에 의해 제2희생막(62)의 전체 표면에 형성된다. 마스크로서 레지스트 패턴을 사용하여, 제2희생막(62)은 이방적으로 에칭되고, 도 11a에 도시된 바와 같이 오목부(통과공: 63)와 함께 소정의 패턴을 가지는 제2희생막(62a)을 남기게 된다. 오목부(통과공: 63)의 형상(평면도 상에서 볼 때)은 0.5㎛의 직경과, 약 0.2㎛의 깊이를 가지는 원형이다.Next, a resist film (not shown) having a predetermined pattern is formed on the entire surface of the second sacrificial film 62 by photolithography. Using the resist pattern as a mask, the second sacrificial film 62 is anisotropically etched, and the second sacrificial film 62a having a predetermined pattern together with the concave portion (through hole 63) as shown in Fig. 11A. ) Is left. The shape (viewed in plan view) of the concave portion (through hole 63) is circular having a diameter of 0.5 탆 and a depth of about 0.2 탆.

이 에칭은 예를 들면, 반응실 압력 50mTorr와 CHF3+ CO2+ Ar 에칭가스를 사용하는 조건에서 마그네트론 RIE 시스템을 사용하여 형성된다. 에칭처리기간동안 레지스트가 온도 상승에 의해 연질화되는 것을 방지하기 위해서 기판(60)의 바닥부는 He로 냉각되는 것이 바람직하다.This etching is formed using a magnetron RIE system, for example, under conditions using a reaction chamber pressure of 50 mTorr and a CHF 3 + CO 2 + Ar etching gas. It is preferable that the bottom of the substrate 60 be cooled to He in order to prevent the resist from softening by the temperature rise during the etching process.

다음으로, Si 산화막으로 된 제3희생막(64)이 오목부(통과공: 63)에 노출된 게이트 전극(61) 및 제2희생막(62a)의 표면에 두께 0.15㎛로 대기압 CVD법에 의해 퇴적된다. 이 제3희생막(64)은 예를 들면 TEOS + O3를 원료가스로 사용하여 기판 온도 400℃에서 형성된다.Next, a third sacrificial film 64 made of an Si oxide film was applied to the surface of the gate electrode 61 and the second sacrificial film 62a exposed to the concave portion (through hole 63) at a thickness of 0.15 占 퐉 in the atmospheric pressure CVD method. Is deposited. This third sacrificial film 64 is formed at a substrate temperature of 400 ° C. using TEOS + O 3 as the source gas, for example.

다음에, 도 11b에 도시된 바와 같이, 제3희생막(64)은 이방적으로 건식-에칭되어(에칭-백) 측면공간형성부(64a)로서 제3희생막(64)의 일부를 제2희생막(62a)의 내벽에만 남겨진다. 다음으로, 제2희생막(62a) 및 측면공간형성부(64a)를 마스크로 사용하여, 게이트 전극막(61)이 이방성 건식에칭으로 에칭된다. 이 건식 에칭은 예를 들면, 반응실압력 100mTorr에서 에칭가스로서 HBr을 사용하여 마그네트론 RIE를 사용하여 실행된다.Next, as shown in FIG. 11B, the third sacrificial film 64 is anisotropically dry-etched (etched-back) to remove a portion of the third sacrificial film 64 as the lateral space forming portion 64a. Only the inner wall of the sacrificial film 62a is left. Next, using the second sacrificial film 62a and the side space forming portion 64a as a mask, the gate electrode film 61 is etched by anisotropic dry etching. This dry etching is performed using a magnetron RIE using HBr as an etching gas, for example, at a reaction chamber pressure of 100 mTorr.

다음으로, 도 11c에 도시된 바와 같이, SiO2로 된 제4희생막(절연막: 65)은 전체 기판 표면 위에 대기압 CVD법에 의해 두께 0.15㎛로 등방적으로 퇴적된다. 이 막은 예를 들면, 기판 온도 400℃에서 TEOS 및 O3를 원료가스로 사용하여 형성된다.Next, as shown in Fig. 11C, a fourth sacrificial film (insulation film: 65) made of SiO 2 is isotropically deposited to a thickness of 0.15 mu m by the atmospheric pressure CVD method on the entire substrate surface. This film is formed using, for example, TEOS and O 3 as source gas at a substrate temperature of 400 ° C.

다음으로 도 11d에 도시된 바와 같이, 예를 들면 TiNx로 된 이미터 전극막(66)은 제4희생막(65) 위에 두께 0.2㎛로 Ti의 타겟과 N2+ Ar 가스의 공급하에서 DC 스퍼터링 시스템을 사용하여 형성된다.Next, as shown in FIG. 11D, the emitter electrode film 66 made of TiN x , for example, is DC on the fourth sacrificial film 65 under a supply of a target of Ti and N 2 + Ar gas at a thickness of 0.2 μm. It is formed using a sputtering system.

다음으로, 도 11e에 도시된 바와 같이, 이미터 전극막(66)은 0.1㎛만큼 에칭-백되어, 오목부(통과공: 63)의 바닥부 위에서만 이미터 전극막(66)을 완전히 제거하고, 제4희생막(65)의 내벽과 상부표면 위에 이미터 전극(66a)을 남긴다. 이미터 전극(66a)은 기저부(66c) 및 돌출부(화산의 크레이터와 같은 형태: 66d)를 포함한다. 이 에칭-백으로, 이미터 전극(66a)의 돌출부(크레이터: 66d)의 첨단부는 열리게 되고, 통과공(66e)이 이미터 전극(66a)의 돌출부에 형성된다. 이 에칭-백은 이방성 건식 에칭에 의해 형성된다. 마그네트론 RIE시스템은 예를 들면, 반응실 압력 125mTorr에서 Cl2를 에칭가스로 사용하는 방법을 고려할 수 있다.Next, as shown in Fig. 11E, the emitter electrode film 66 is etched back by 0.1 mu m, so as to completely remove the emitter electrode film 66 only on the bottom of the recess (through hole 63). The emitter electrode 66a is left on the inner wall and the upper surface of the fourth sacrificial film 65. The emitter electrode 66a includes a base 66c and a protrusion (like a crater of volcano: 66d). By this etching-back, the tip of the protrusion (crater: 66d) of the emitter electrode 66a is opened, and the through hole 66e is formed in the protrusion of the emitter electrode 66a. This etch-back is formed by anisotropic dry etching. The magnetron RIE system may consider using Cl 2 as an etching gas, for example, at a reaction chamber pressure of 125 mTorr.

다음으로, 레지스트 마스크(도시 생략)가 통상적인 포토리소그래피 법에 의해서 이미터 전극(66a) 위에 형성된다. 이 레지스트 마스크를 사용하여, 이미터 전극(66a)은 부분적으로 에칭 제거되어, 도 11f에 도시된 바와 같이 이미터 전극부(66b, 66c) 및 슬릿형 개구(67)를 형성하도록 제거된다. 슬릿형 개구부(67)는 이방성 건식-에칭에 의해 형성된다. 마드네트론 RIE시스템은 예를 들면, 반응실 압력 125mTorr에서 Cl2를 에칭가스로 사용하는 방법을 고려할 수 있다. 도 11e의 공정 및 도 11f의 공정은 서로 바뀔 수 있다.Next, a resist mask (not shown) is formed on the emitter electrode 66a by a conventional photolithography method. Using this resist mask, the emitter electrode 66a is partially etched away and removed to form the emitter electrode portions 66b, 66c and the slit opening 67 as shown in FIG. 11F. The slit-shaped opening 67 is formed by anisotropic dry-etching. The Madronon RIE system may consider using Cl 2 as an etching gas, for example, at a reaction chamber pressure of 125 mTorr. The process of FIG. 11E and the process of FIG. 11F may be interchanged.

다음으로 도 11g에 도시된 바와 같이, 제1 및 제4희생막(60c, 65)의 일부는 등방적으로 습식-에칭되어, 슬릿형 개구부(67)를 통해 제거됨으로써 이미터 전극(66b, 66c), 게이트 전극(61a) 및 애노드 전극(60b)을 드러내어 3전극 소자를 완성하게 된다. SiO2는 HF + NH4F 에 의해 에칭된다.Next, as shown in FIG. 11G, portions of the first and fourth sacrificial films 60c and 65 are isotropically wet-etched and removed through the slit-shaped opening 67 to emit emitter electrodes 66b and 66c. ), The gate electrode 61a and the anode electrode 60b are exposed to complete the three-electrode element. SiO 2 is etched by HF + NH 4 F.

도 11f에 도시된 공정에서 형성된 슬릿형 개구(67)는 형성되지 않은 수도 있다. 이 경우에 도 11e에 도시된 공정 이후에, 제1 및 제4희생막(60c, 65)의 일부가 등방적으로 습식-에칭되어, 돌출부(66d)를 통해 제거되고, 도 11h에 도시된 3전극소자를 완성한다. SiO2는 HF + NH4F에 의해 에칭된다.The slit-like opening 67 formed in the process shown in FIG. 11F may not be formed. In this case, after the process shown in Fig. 11E, portions of the first and fourth sacrificial films 60c, 65 are isotropically wet-etched and removed through the projections 66d, 3 shown in Fig. 11H. Complete the electrode element. SiO 2 is etched by HF + NH 4 F.

도 12a 내지 도 12b는 본 발명의 제6실시예에 따른 변형예를 설명하기 위한 단면도이다. 도 12a에 도시된 바와 같이, 제1 및 제4희생막(60c, 65)은 제6실시예의 도 11e 에 도시된 공정까지 공정에 의해 형성된 전계방출소자의 이미터 전극을 마스크로 사용하여, 이미터전극(66a)의 돌출부(66d)를 통해 깊이 방향으로 이방적으로 에칭된다. 예를 들면, 이 이방성 건식-에칭은 50mTorr의 반응식 압력에서 CHF3+ CO2+ Ar을 에칭가스로 사용하여 마그네트론 RIE 시스템을 이용함으로써 실행된다.12A to 12B are cross-sectional views for explaining a modification according to the sixth embodiment of the present invention. As shown in Fig. 12A, the first and fourth sacrificial films 60c and 65 have already used the emitter electrode of the field emission device formed by the process up to the process shown in Fig. 11E of the sixth embodiment as a mask. It is anisotropically etched in the depth direction through the projection 66d of the electrode electrode 66a. For example, this anisotropic dry-etching is performed by using a magnetron RIE system using CHF 3 + CO 2 + Ar as an etching gas at a reaction pressure of 50 mTorr.

그리고, 측면공간형성부(64a)와 제1 및 제4희생막(60c, 65)의 일부는 이미터 전극(66a)의 돌출부(66d)를 통해 등방적으로 습식-에칭되어 제거되고, 이미터 전극(66a), 게이트 전극(61a) 및 애노드 전극(60b)이 노출되어 도 12b에 도시된 3전극소자를 완성하게 된다. SiO2는 HF + NH4F에 의해 에칭된다.In addition, a portion of the lateral space forming portion 64a and the first and fourth sacrificial films 60c and 65 are isotropically wet-etched and removed through the protrusion 66d of the emitter electrode 66a, and the emitter is removed. The electrode 66a, the gate electrode 61a and the anode electrode 60b are exposed to complete the three-electrode element shown in FIG. 12B. SiO 2 is etched by HF + NH 4 F.

도 13a 내지 도 13i는 본 발명의 제7실시예에 따른 2전극 전계방출소자의 제조단계를 설명하기 위한 단면도이다.13A to 13I are cross-sectional views illustrating a manufacturing step of a two-electrode field emission device according to a seventh embodiment of the present invention.

도 13a에 도시된 바와 같이, 게이트전극막(71)은 유리 또는 석영의 단층기판 또는 Si 및 Si 산화막의 적층인 기판(70) 위에 형성된다. 게이트 전극(71)은 P 또는 B로 도핑된 다결정 실리콘막으로 형성되며, 0.01㎛의 두께를 가진다.As shown in Fig. 13A, a gate electrode film 71 is formed on a substrate 70 which is a single layer substrate made of glass or quartz or a stack of Si and Si oxide films. The gate electrode 71 is formed of a polycrystalline silicon film doped with P or B and has a thickness of 0.01 μm.

다결정 실리콘 막은 예를 들면, 625℃의 기판온도에서 He로 희석된 SiH4가스를 필름형성실(반응실)로 도입하여 형성된다. 그 후에, 막의 저항을 감소시키기 위한 목적으로, P 또는 B가 확산 또는 주입에 의해 다결정 실리콘 막에 도입된다.The polycrystalline silicon film is formed by, for example, introducing SiH 4 gas diluted with He into a film formation chamber (reaction chamber) at a substrate temperature of 625 ° C. Thereafter, for the purpose of reducing the resistance of the film, P or B is introduced into the polycrystalline silicon film by diffusion or implantation.

다음으로, 도 13a에 도시된 바와 같이, 제1희생막(절연막: 72)이 게이트 전극막(71) 위에 형성된다. 예를 들면, 제1희생막(52)은 기판온도 400℃에서 원료가스로서 O3와 TEOS를 사용하여 게이트 전극막(71) 위에 Si 산화막을 퇴적시킴으로써 0.2㎛의 두께로 형성된다.Next, as shown in FIG. 13A, a first sacrificial film (insulation film) 72 is formed over the gate electrode film 71. For example, the first sacrificial film 52 is formed to a thickness of 0.2 占 퐉 by depositing an Si oxide film on the gate electrode film 71 using O 3 and TEOS as source gas at a substrate temperature of 400 ° C.

다음으로, 레지스트 막(도시 생략)이 포토리소그래피법에 의해서 제1희생막(72)의 전체 표면에 형성된다. 마스크로서 레지스트 패턴을 사용하여, 제1희생막(72)은 이방적으로 에칭되고, 도 13b에 도시된 바와 같이 오목부(통과공: 73)와 함께 소정의 패턴을 가지는 제1희생막(72a)을 남기게 된다. 오목부(통과공: 73)는 수직의 내벽을 가지며, 그 형태는 (평면도 상에서 볼 때) 0.5㎛의 직경과, 약 0.2㎛의 깊이를 가지는 원형이다.Next, a resist film (not shown) is formed on the entire surface of the first sacrificial film 72 by the photolithography method. Using a resist pattern as a mask, the first sacrificial film 72 is anisotropically etched, and as shown in FIG. 13B, the first sacrificial film 72a having a predetermined pattern together with the concave portion (through hole 73). ) Is left. The concave portion (through hole 73) has a vertical inner wall, and the shape is circular having a diameter of 0.5 mu m and a depth of about 0.2 mu m (as viewed in plan view).

다음에, 도 13c에 도시된 바와 같이, 제2희생막(절연막: 74)이 오목부(통과공:53)에 노출된 상기 제1희생막(72a) 및 게이트 전극막(71)의 표면 위에 형성된다. 제2희생막(74)은 예를 들면, 400℃의 기판온도에서 원료가스로 O3및 TEOS를 사용하는 조건에서 대기압 CVD법에 의해 0.15㎛의 두께로 퇴적된 SiO2로 만들어진다.Next, as shown in FIG. 13C, a second sacrificial film (insulation film) 74 is formed on the surfaces of the first sacrificial film 72a and the gate electrode film 71 exposed to the recessed portion (through hole 53). Is formed. The second sacrificial film 74 is made of SiO 2 deposited to a thickness of 0.15 mu m by atmospheric pressure CVD, for example, under conditions using O 3 and TEOS as source gas at a substrate temperature of 400 deg.

다음으로, 도 13d에 도시된 바와 같이, 제2희생막(74)은 이방적으로 건식-에칭되어(에칭-백) 제1희생막(72a)의 오목부(통과공: 73)의 내벽에만 측면공간형성부(74a)로서 제2희생막(74)의 일부를 남긴다.Next, as shown in FIG. 13D, the second sacrificial film 74 is anisotropically dry-etched (etched-back) so that only the inner wall of the concave portion (through hole 73) of the first sacrificial film 72a is provided. A part of the second sacrificial film 74 is left as the side space forming part 74a.

이 에칭은 예를 들면, 반응실 압력 50mTorr와 CHF3+ CO2+ Ar 에칭가스를 사용하는 조건에서 마그네트론 RIE 시스템을 사용하여 수행된다.This etching is performed using a magnetron RIE system, for example, under conditions using a reaction chamber pressure of 50 mTorr and a CHF 3 + CO 2 + Ar etching gas.

다음으로, 도 13d에 도시된 바와 같이, 제1희생막(72a)과 측면공간형성부(74a)를 마스크로 사용하여, 게이트 전극막(71)이 에칭되어 구멍으로 소정의 패턴을 가지는 게이트전극(71a)을 형성하게 된다.Next, as shown in FIG. 13D, using the first sacrificial film 72a and the side space forming portion 74a as a mask, the gate electrode film 71 is etched to form a gate electrode having a predetermined pattern with holes. It forms 71a.

다음으로, 도 13e에 도시된 바와 같이, Si 산화막으로 만들어진 제3희생막(절연막: 75)이 대기압 CVD법에 의해 등방적으로 전체 기판 표면에 두께 0.1㎛의 두께로 퇴적된다. 이 막은 예를 들면, TEOS 및 O3를 원료가스로 사용하여 기판 온도 400℃에서 형성된다.Next, as shown in Fig. 13E, a third sacrificial film (insulation film) 75 made of a Si oxide film is isotropically deposited on the entire substrate surface by a thickness of 0.1 mu m by the atmospheric pressure CVD method. This film is formed at a substrate temperature of 400 ° C. using, for example, TEOS and O 3 as source gas.

다음으로, 도 13f에 도시된 바와 같이, 예를 들면, TiNx로 만들어진 이미터 전극막(76)이 반응성 스퍼터링에 의해 제3희생막(75) 위에 0.2㎛의 두께로 퇴적된다. 반응성 스퍼터링은 예를 들면 TiNx타겟과 N2가스의 공급조건 하에서 DC 스퍼터링 시스템을 사용하여 형성된다. 통상의 스퍼터링 또는 증착이 사용될 수도 있다. 이 제1이미터 전극막(76)은 Ti, W, Mo, Ni, Cr, Au, Pt, Pd 및 Ag 등의 금속 또는 TiOxNy, TiWx및 CrNx와 같은 합금으로 형성될 수 있다.Next, as shown in FIG. 13F, for example, an emitter electrode film 76 made of TiN x is deposited to a thickness of 0.2 μm on the third sacrificial film 75 by reactive sputtering. Reactive sputtering is formed using a DC sputtering system, for example, under conditions of supply of TiN x target and N 2 gas. Conventional sputtering or deposition may be used. The first emitter electrode film 76 may be formed of a metal such as Ti, W, Mo, Ni, Cr, Au, Pt, Pd, Ag, or an alloy such as TiO x N y , TiW x, and CrN x . .

다음으로, 도 13g에 도시된 바와 같이, 제1이미터 전극막(76)은 약 0.1㎛만큼 에칭-백되어 오목부(통과공: 73)의 바닥부 위에서만 이미터 전극막(76)을 완전히 제거하여 제3희생막(75)의 상부면 및 내벽에 이미터 전극(76a)으로 남기게 된다. 이 에칭-백은 이방성 건식-에칭에 의해 형성된다. 마그네트론 RIE시스템은 예를 들면, 반응실 압력 125mTorr에서 Cl2를 에칭가스로 사용하는 방법이 사용될 수 있다. 제1이미터 전극(76a)은 기저부(76c), 돌출부(크레이터: 76d) 및 이 돌출부(76d)에 형성된 통과공(76e)를 포함한다.Next, as shown in FIG. 13G, the first emitter electrode film 76 is etched back by about 0.1 [mu] m to remove the emitter electrode film 76 only on the bottom of the recess (through hole 73). It is completely removed to leave the emitter electrode 76a on the upper surface and the inner wall of the third sacrificial film 75. This etch-back is formed by anisotropic dry-etching. The magnetron RIE system can be used, for example, using Cl 2 as an etching gas at a reaction chamber pressure of 125 mTorr. The first emitter electrode 76a includes a base portion 76c, a projection portion (crater: 76d), and a through hole 76e formed in the projection portion 76d.

다음으로, 도 13h에 도시된 바와 같이, 제2이미터 전극막(77)이 제1이미터 전극(76a) 및 제3희생막(75)의 표면위에 형성된다. 제2이미터전극막(77)은 예를 들면, Au, Pt, Pd 및 Ag등과 같은 독립분산성 초미세입자를 코팅하여 입히고, 이들을 200℃ 내지 300℃의 범위의 온도 또는 보다 바람직하기로는 200℃ 이하의 온도에서 구워서 형성된다. 이 통과공(76e)은 독립분산성 초미립자로 채워진다. 초미립자를 입히는 대신에, 분사인쇄시스템(jet printing system)을 사용하는 건식 방법으로 제3희생막(75) 및 제1이미터 전극(76a)의 표면 위에 독립분상성 초미립자가 직접 그려지도록 할 수도 있다. 초미립자를 사용하는 대신에 그 금속물질이 도금될 수도 있다. 다른 물질, 예를 들면, 스퍼터링 및 증착에 의해 Al, Cr, Ni, Mo 및 Hf가 사용되거나, 또는 CVD법에 의해 W, Cu, Al 등이 사용되어, 제2이미터전극막(77)을 형성할 수도 있다.Next, as shown in FIG. 13H, a second emitter electrode film 77 is formed on the surfaces of the first emitter electrode 76a and the third sacrificial film 75. The second emitter electrode film 77 is coated with, for example, independent dispersible ultrafine particles such as Au, Pt, Pd, Ag, and the like, and these are coated with a temperature in the range of 200 ° C to 300 ° C or more preferably 200 ° C. It is formed by baking at the following temperature. This through hole 76e is filled with freely dispersible ultrafine particles. Instead of coating the ultrafine particles, a dry method using a jet printing system may be used to directly draw the autonomous superfine particles on the surface of the third sacrificial film 75 and the first emitter electrode 76a. . Instead of using ultra-fine particles, the metal material may be plated. Other materials, for example, Al, Cr, Ni, Mo, and Hf are used by sputtering and vapor deposition, or W, Cu, Al, and the like are used by CVD to form the second emitter electrode film 77. It may be formed.

다음으로, 도 13i에 도시된 바와 같이, 기판(70) 및 측면공간형성부(74a)와 제1 및 제3희생막(72a, 75)의 일부가 에칭 제거되어 이미터 전극(76a)을 노출하여 2전극소자를 형성한다. 기판(70)이 Si로 형성되면, HF+ HNO3+ CH3COOH를 사용하여 에칭된다. 실리콘 산화막 등은 HF +NH4F에 의해 에칭된다.Next, as shown in FIG. 13I, portions of the substrate 70, the lateral space forming portion 74a, and the first and third sacrificial films 72a and 75 are etched away to expose the emitter electrode 76a. To form a two-electrode element. When the substrate 70 is formed of Si, it is etched using HF + HNO 3 + CH 3 COOH. The silicon oxide film and the like are etched by HF + NH 4 F.

도 14c에 도시된 예에서, 도 13h의 공정이후에, 제2이미터 전극막(77)이 이온 밀링(ion milling) 등에 의해 에칭-백되어 제1이미터 전극(76a)의 통과공(76e)에서만 제2이미터 전극(77a)을 남기며, 도 13i에 도시된 것처럼 기판(70)과 같이 불필요한 부분을 제거하는 공정에 앞서 지지기판(78)이 정전접착에 의해 제1 및 제2이미터 전극(76a, 77a)에 접착되어 이미터 전극에 기계적 강도를 부여한다.In the example shown in FIG. 14C, after the process of FIG. 13H, the second emitter electrode film 77 is etched back by ion milling or the like to pass through the hole 76e of the first emitter electrode 76a. ), Leaving the second emitter electrode 77a only, and prior to the process of removing unnecessary portions such as the substrate 70 as shown in FIG. It is adhered to the electrodes 76a and 77a to impart mechanical strength to the emitter electrode.

도 21c는 도 13h에 도시된 바와 같이 독립분산초미립자를 굽는 공정을 상세히 도시하는 단면도이다. 큰 보이드(79)가 초미립자에 형성되고, 이 보이드에 의해 제2이미터 전극(77)이 단선된다 하여도, 제1이미터 전극(76a)에 의해 전기적 도통이 이루어져서 전압이 이미터 첨단부에 인가될 수 있다. 초미립자를 구워서 형성된 종래의 이미터 전극은 이 실시예의 제1이미터 전극을 가지지 않고, 따라서, 보이드는 치명적인 결함이 될 수 있다.FIG. 21C is a cross-sectional view showing in detail the process of baking the independent dispersed ultrafine particles as shown in FIG. 13H. Although large voids 79 are formed in the ultrafine particles and the second emitter electrode 77 is disconnected by the voids, electrical conduction is caused by the first emitter electrode 76a so that a voltage is applied to the emitter tip. Can be applied. Conventional emitter electrodes formed by baking ultra-fine particles do not have the first emitter electrodes of this embodiment, and therefore voids can be fatal defects.

도 14a 및 14b는 본 발명의 제7실시예의 변형예를 도시한 것이다. 이 변형예는 지지기판으로 이미터 전극(76a)을 보강하는 다른 방법을 제공한다. 도 14a에 도시된 바와 같이, 지지기판(78)은 제7실시예의 도 13h에 도시된 공정에서 형성된 소자의 제2이미터 전극막(77)에 접착된다.14A and 14B show a modification of the seventh embodiment of the present invention. This variant provides another method of reinforcing the emitter electrode 76a with a support substrate. As shown in Fig. 14A, the support substrate 78 is bonded to the second emitter electrode film 77 of the element formed in the process shown in Fig. 13H of the seventh embodiment.

도시되지는 않았지만, 지지기판(78)이 유리 및 석영 등과 같은 절연막으로 만들어진다면, 반응성 스퍼터링에 의해 TiNx를 0.2㎛의 두께로 퇴적시키고, 지지기판(78)을 접착층에 접착하는 것에 의해서 제2이미터 전극(77) 위에 접착제 또는 접착층을 형성하는 것이 바람직하다. 이 반응성 스퍼터링은 타겟으로 Ti를 사용하고 N2+ Ar 가스를 도입하는 DC스퍼터링 시스템에 의해 수행되는 것이 바람직하다. 통상의 스퍼터링이 사용되면, N2가스가 도입되는 동안 스퍼터링 타겟으로 TiNx가 사용되는 것이 바람직하다. 증착법이 사용될 수도 있다. 이 접착층은 Ti, W, Mo, Ni, Cr, Au, Pt, Pd 및 Ag 같은 금속 또는 TiOxNy, TiWx, 및 CrNx등의 합금을 사용하여 만들어질 수 있다.Although not shown, if the support substrate 78 is made of an insulating film such as glass, quartz, or the like, the second substrate is formed by depositing TiN x to a thickness of 0.2 μm by reactive sputtering and adhering the support substrate 78 to the adhesive layer. It is preferable to form an adhesive or adhesive layer on the emitter electrode 77. This reactive sputtering is preferably performed by a DC sputtering system using Ti as the target and introducing N 2 + Ar gas. If conventional sputtering is used, TiN x is preferably used as the sputtering target while the N 2 gas is introduced. Deposition methods may be used. This adhesive layer can be made using metals such as Ti, W, Mo, Ni, Cr, Au, Pt, Pd and Ag or alloys such as TiO x N y , TiW x , and CrN x .

다음으로, 기판(70) 등의 불필요한 부분이 도 13i에 도시된 것과 유사한 에칭처리에 의해 제거되어, 도 14b에 도시된 이미터 전극의 첨단부를 노출함으로써 전계방출소자를 완성한다.Next, unnecessary portions of the substrate 70 and the like are removed by an etching process similar to that shown in FIG. 13I, thereby completing the field emission device by exposing the tip portion of the emitter electrode shown in FIG. 14B.

도 15a 내지 도 15h는 본 발명의 제8실시예에 따른 전계방출소자의 제조단계를 설명하기 위한 단면도이다.15A to 15H are cross-sectional views illustrating manufacturing steps of the field emission device according to the eighth embodiment of the present invention.

도 15a에 도시된 바와 같이, Si 산화막으로 된 시작기판(80a) 위에 애노드 전극(80b)이 저압 CVD법 또는 스퍼터링에 의해 두께 0.15㎛의 두께로 퇴적된다. 이 애노드 전극(80b)은 P 또는 B를 도핑한 다결정 실리콘 또는 비정질 실리콘으로 된다.As shown in Fig. 15A, the anode electrode 80b is deposited to a thickness of 0.15 mu m by a low pressure CVD method or sputtering on a start substrate 80a made of a Si oxide film. This anode electrode 80b is made of polycrystalline silicon or amorphous silicon doped with P or B.

다음으로, SiO2로 된 제1희생막(80c)이 애노드 전극(80b)에 퇴적되어 기판(80)이 형성된다. 이 기판(60) 위에는 P 또는 B로 도핑된 다결정 실리콘 또는 비정질 실리콘으로 만들어진 게이트 전극막(81)이 0.1㎛의 두께로 퇴적되고, 그리고, 이 게이트 전극들 위에 제2희생막(절연막: 82)이 두께 0.2㎛로 퇴적된다.Next, a first sacrificial film 80c made of SiO 2 is deposited on the anode electrode 80b to form a substrate 80. On this substrate 60, a gate electrode film 81 made of polycrystalline silicon or amorphous silicon doped with P or B is deposited to a thickness of 0.1 mu m, and a second sacrificial film (insulating film 82) is formed on the gate electrodes. This thickness is deposited to 0.2 탆.

다음에, 소정의 패턴을 가진 레지스트 막(도시 생략)이 포토리소그래피에 의해 제2희생막(82)의 전체 표면에 형성된다. 마스크로서 레지스트 패턴을 사용하여, 제2희생막(82)은 이방적으로 에칭되고, 도 15a에 도시된 바와 같이 오목부(통과공: 83)와 함께 소정의 패턴을 가지는 제2희생막(82a)을 남기게 된다. 오목부(통과공: 83)의 형상(평면도 상에서 볼 때)은 0.5㎛의 직경과, 약 0.2㎛의 깊이를 가지는 원형이다.Next, a resist film (not shown) having a predetermined pattern is formed on the entire surface of the second sacrificial film 82 by photolithography. Using the resist pattern as a mask, the second sacrificial film 82 is anisotropically etched, and the second sacrificial film 82a having a predetermined pattern together with the concave portion (through hole 83) as shown in Fig. 15A. ) Is left. The shape of the concave portion (through hole 83) (viewed from the top view) is circular having a diameter of 0.5 mu m and a depth of about 0.2 mu m.

이 에칭은 예를 들면, 반응실 압력 50mTorr와 CHF3+ CO2+ Ar 에칭가스를 사용하는 조건에서 마그네트론 RIE 시스템을 사용하여 형성된다. 에칭처리기간동안 레지스트가 온도 상승에 의해 연질화되는 것을 방지하기 위해서 기판(80)의 바닥부는 He로 냉각되는 것이 바람직하다.This etching is formed using a magnetron RIE system, for example, under conditions using a reaction chamber pressure of 50 mTorr and a CHF 3 + CO 2 + Ar etching gas. The bottom of the substrate 80 is preferably cooled to He in order to prevent the resist from softening by the temperature rise during the etching process.

다음으로, Si 산화막으로 된 제3희생막(84)이 오목부(통과공: 83)에 노출된 게이트 전극(81) 및 제2희생막(82a)의 표면에 두께 0.15㎛로 대기압 CVD법에 의해 퇴적된다. 이 제3희생막(84)은 예를 들면 O3+ TEOS를 원료가스로 사용하여 기판 온도 400℃에서 형성된다.Next, the third sacrificial film 84 made of an Si oxide film was applied to the surface of the gate electrode 81 and the second sacrificial film 82a exposed to the concave portion (through hole 83) at a thickness of 0.15 占 퐉 in the atmospheric pressure CVD method. Is deposited. This third sacrificial film 84 is formed at a substrate temperature of 400 ° C. using, for example, O 3 + TEOS as the source gas.

다음에, 도 15b에 도시된 바와 같이, 제3희생막(84)은 이방적으로 건식-에칭되어(에칭-백) 측면공간형성부(84a)로서 제3희생막(84)의 일부를 제2희생막(82a)의 내벽에만 남겨진다. 다음으로, 제2희생막(82a) 및 측면공간형성부(84a)를 마스크로 사용하여, 게이트 전극막(81)이 이방성 건식에칭으로 에칭되어 통과공을 가지는 게이트 전극(81a)를 형성한다. 이 건식 에칭은 예를 들면, 반응실압력 100mTorr에서 에칭가스로서 HBr을 사용하여 마그네트론 RIE를 사용하여 실행된다.Next, as shown in FIG. 15B, the third sacrificial film 84 is anisotropically dry-etched (etched-back) to remove a portion of the third sacrificial film 84 as the lateral space forming portion 84a. Only the inner wall of the sacrificial film 82a is left. Next, using the second sacrificial film 82a and the side space forming portion 84a as a mask, the gate electrode film 81 is etched by anisotropic dry etching to form a gate electrode 81a having a through hole. This dry etching is performed using a magnetron RIE using HBr as an etching gas, for example, at a reaction chamber pressure of 100 mTorr.

다음으로, 도 15c에 도시된 바와 같이, SiO2로 된 제4희생막(절연막: 85)은 전체 기판 표면 위에 대기압 CVD법에 의해 두께 0.15㎛로 등방적으로 퇴적된다. 이 막은 예를 들면, 기판 온도 400℃에서 TEOS 및 O3를 원료가스로 사용하여 형성된다.Next, as shown in Fig. 15C, a fourth sacrificial film made of SiO 2 (insulating film: 85) isotropically deposited to a thickness of 0.15 mu m by the atmospheric pressure CVD method on the entire substrate surface. This film is formed using, for example, TEOS and O 3 as source gas at a substrate temperature of 400 ° C.

다음으로, 도 15d에 도시된 바와 같이, 예를 들면 TiNx로 된 이미터 전극막(86)은 제4희생막(85) 위에 두께 0.2㎛로 Ti의 타겟과 N2+ Ar 가스공급 조건에서 DC 스퍼터링 시스템을 사용하여 형성된다.Next, as shown in FIG. 15D, the emitter electrode film 86 made of TiN x , for example, is 0.2 μm thick on the fourth sacrificial film 85 under a target of Ti and N 2 + Ar gas supply conditions. It is formed using a DC sputtering system.

다음으로, 도 15e에 도시된 바와 같이, 제1이미터 전극막(86)은 0.1㎛만큼 에칭-백되어, 오목부(통과공: 83)의 바닥부 위에서만 제1이미터 전극막(86)을 완전히 제거하고, 제4희생막(85)의 내벽과 상부표면 위에 이미터 전극(86a)을 남긴다. 이미터 전극(86a)은 기저부(86c) 및 돌출부(크레이터: 86d)를 포함한다. 이 에칭-백으로, 이미터 전극(86a)의 돌출부(크레이터: 86d)의 첨단부가 열리게 되고, 통과공(86e)이 이미터 전극(86a)의 돌출부에 형성된다. 이 에칭-백은 이방성 건식 에칭에 의해 형성된다. 마그네트론 RIE시스템은 예를 들면, 반응실 압력 125mTorr에서 Cl2를 에칭가스로 사용하는 방법을 고려할 수 있다.Next, as shown in FIG. 15E, the first emitter electrode film 86 is etched back by 0.1 μm so that the first emitter electrode film 86 is only on the bottom of the recess (through hole 83). ) Is completely removed and the emitter electrode 86a is left on the inner wall and the upper surface of the fourth sacrificial film 85. The emitter electrode 86a includes a base 86c and a protrusion (crater 86d). By this etching-back, the tip of the protrusion (crater: 86d) of the emitter electrode 86a is opened, and the through hole 86e is formed in the protrusion of the emitter electrode 86a. This etch-back is formed by anisotropic dry etching. The magnetron RIE system may consider using Cl 2 as an etching gas, for example, at a reaction chamber pressure of 125 mTorr.

다음으로, 도 15f에 도시된 바와 같이, 제2이미터 전극막(87)이 제1이미터 전극(86a) 및 제3희생막(85)의 표면 위에 형성된다. 제2이미터전극막(87)은 예를 들면, Au, Pt, Pd 및 Ag등과 같은 독립분산성 초미세입자를 코팅하여 입히고, 이들을 200℃ 내지 300℃의 범위의 온도 또는 보다 바람직하기로는 200℃ 이하의 온도에서 구워서 형성된다. 초미립자를 입히는 대신에, 분사인쇄시스템을 사용하는 건식 방법으로 제3희생막(85) 및 제1이미터 전극(86a)의 표면 위에 독립분상성 초미립자가 직접 그려지도록 할 수도 있다. 초미립자를 사용하는 대신에 그 금속물질이 도금될 수도 있다. 다른 물질, 예를 들면, 스퍼터링 및 증착에 의해 Al, Cr, Ni, Mo 및 Hf가 사용되거나, 또는 CVD법에 의해 W, Cu, Al 등이 사용되어, 제2이미터전극막(87)을 형성할 수도 있다.Next, as shown in FIG. 15F, a second emitter electrode film 87 is formed on the surfaces of the first emitter electrode 86a and the third sacrificial film 85. The second emitter electrode film 87 is coated by coating, for example, independent dispersible ultrafine particles such as Au, Pt, Pd, Ag, and the like, and these are in the range of 200 ° C to 300 ° C or more preferably 200 ° C. It is formed by baking at the following temperature. Instead of applying the ultrafine particles, a dry method using a spray printing system may be used to directly draw the autonomous particulates on the surfaces of the third sacrificial film 85 and the first emitter electrode 86a. Instead of using ultra-fine particles, the metal material may be plated. Other materials, for example, Al, Cr, Ni, Mo, and Hf are used by sputtering and vapor deposition, or W, Cu, Al, and the like are used by CVD to form the second emitter electrode film 87. It may be formed.

다음으로, 레지스트 마스크(도시 생략)가 통상적인 포토리소그래피 법에 의해서 이미터 전극(87) 위에 형성된다. 이 레지스트 마스크를 사용하여, 제1 및 제2이미터 전극은 부분적으로 에칭 제거되어 도 15g에 도시된 바와 같은 슬릿형 개구(89)를 형성하고, 슬릿형 개구(89)의 양측면 위의 제1이미터 전극부(86a, 87b) 및 제2이미터 전극부(86c, 87c)를 형성한다. 슬릿형 개구(89)는 예를 들면, Ar 가스, 700eV의 가속에너지, 800mA의 전류 및 0도의 경사각(기준법선방향)을 가지는 이온빔의 조건하에서 이온 밀링에 의해 형성된다.Next, a resist mask (not shown) is formed on the emitter electrode 87 by a conventional photolithography method. Using this resist mask, the first and second emitter electrodes are partially etched away to form slit openings 89 as shown in FIG. 15G, and the first on both sides of the slit openings 89. Emitter electrode portions 86a and 87b and second emitter electrode portions 86c and 87c are formed. The slit-like opening 89 is formed by ion milling under the conditions of, for example, an Ar gas, an acceleration energy of 700 eV, a current of 800 mA, and an ion beam having an inclination angle of 0 degrees (reference normal direction).

다음으로, 도 15h에 도시한 바와 같이, 측면공간형성부(84a) 및 제1 및 제4희생막(80c, 85)의 일부는 슬릿형 개구(89)를 통해 등방적으로 습식-에칭되어 제거되고, 이미터 전극(86b, 86c), 게이트 전극(81a) 및 애노드 전극(80b)이 노출되어 3전극소자를 완성하게 된다. SiO2는 HF + NH4F에 의해 에칭된다.Next, as shown in FIG. 15H, portions of the lateral space forming portion 84a and the first and fourth sacrificial films 80c and 85 are isotropically wet-etched and removed through the slit-shaped opening 89. The emitter electrodes 86b and 86c, the gate electrode 81a and the anode electrode 80b are exposed to complete the three-electrode element. SiO 2 is etched by HF + NH 4 F.

도 16a, 도 16b 및 도 16c는 제8실시예의 변형예를 도시하는 단면도이다. 도 16a에 도시된 바와 같이, 제8실시예의 도15f에 도시된 것까지의 공정에 의해 형성된 소자의 제2이미터 전극(87)은 이온 밀링 등에 의해 에칭-백되어 제1이미터 전극(86a)의 구멍을 통하여서만 제2이미터 전극(87a)을 남긴다.16A, 16B and 16C are cross sectional views showing modifications of the eighth embodiment. As shown in Fig. 16A, the second emitter electrode 87 of the element formed by the process up to that shown in Fig. 15F of the eighth embodiment is etched back by ion milling or the like to make the first emitter electrode 86a The second emitter electrode 87a is left only through the hole of the &lt; RTI ID = 0.0 &gt;

다음으로, 레지스트 마스크(도시 생략)가 통상적인 포토리소그래피 법에 의해서 제1 및 제2이미터 전극(86a, 87a) 위에 형성된다. 이 레지스트 마스크를 사용하여, 제1 및 제2이미터 전극은 부분적으로 에칭 제거되어 도 16b에 도시된 바와 같은 슬릿형 개구(89)를 형성하고, 슬릿형 개구(89)의 양측면 위의 제1이미터 전극부(86b, 86c)를 형성한다. 이 슬릿형 개구(89)는 예를 들면, 125mTorr의 반응실에서 에칭가스로서 Cl2를 사용하는 마그네트론 RIE 시스템을 이용하여 이방성 건식-에칭으로 형성된다.Next, a resist mask (not shown) is formed over the first and second emitter electrodes 86a and 87a by a conventional photolithography method. Using this resist mask, the first and second emitter electrodes are partially etched away to form a slit opening 89 as shown in FIG. 16B, and the first on both sides of the slit opening 89. Emitter electrode portions 86b and 86c are formed. This slit-like opening 89 is formed by anisotropic dry-etching, for example, using a magnetron RIE system using Cl 2 as an etching gas in a 125 mTorr reaction chamber.

다음으로, 도 16c에 도시한 바와 같이, 측면공간형성부(84a) 및 제1, 제2 및 제4희생막(80c, 82a, 85)의 일부는 슬릿형 개구(89)를 통해 등방적으로 습식-에칭되어 제거되고, 제1 및 제2이미터 전극(86b, 87a), 게이트 전극(81a) 및 애노드 전극(80b)을 노출시켜 3전극소자를 완성하게 된다. SiO2는 HF + NH4F에 의해 에칭된다. 제1이미터 전극(86a)은 기저부(86c) 및 돌출부(86d)를 가지며, 통과공(86e)은 돌출부(86d)에 형성된다.Next, as shown in FIG. 16C, portions of the lateral space forming portion 84a and the first, second and fourth sacrificial films 80c, 82a, and 85 are isotropically through the slit-shaped opening 89. It is wet-etched and removed, and the first and second emitter electrodes 86b and 87a, the gate electrode 81a and the anode electrode 80b are exposed to complete the three-electrode element. SiO 2 is etched by HF + NH 4 F. The first emitter electrode 86a has a base portion 86c and a protrusion portion 86d, and a through hole 86e is formed in the protrusion portion 86d.

도 17a 내지 도 17i는 본 발명의 제9실시예에 따른 2전극 전계방출소자의 제조단계를 설명하기 위한 단면도이다.17A to 17I are cross-sectional views illustrating a manufacturing step of a two-electrode field emission device according to a ninth embodiment of the present invention.

도 17a에 도시된 바와 같이, 제1게이트 전극막(91)은 예를 들면 Si로 만들어진 기판(90)위에 형성된다. 실리콘기판(90)과 다결정 실리콘 제1게이트 전극막(91)의 사이에는 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막을 형성하는 것이 바람직하며, 이것을 제1게이트 전극막이 에칭될 때 에칭스토퍼로 사용된다. 게이트 전극(31)은 P(인) 또는 B(붕소)로 도핑된 다결정 실리콘막으로 두께 0.15㎛를 가지도록 형성된다.As shown in Fig. 17A, a first gate electrode film 91 is formed on a substrate 90 made of Si, for example. It is preferable to form a silicon oxide film or a silicon nitride film between the silicon substrate 90 and the polycrystalline silicon first gate electrode film 91, which is used as an etching stopper when the first gate electrode film is etched. The gate electrode 31 is formed of a polycrystalline silicon film doped with P (phosphorus) or B (boron) to have a thickness of 0.15 탆.

이 다결정 실리콘막은, 예를 들면, 625℃의 온도와 30Pa의 압력 조건하에서 막형성실로 He으로 희석된 SiH4가스를 0.6 slm로 도입하여 형성된다. 그후, 막의 저항값을 낮출 목적으로, 850℃의 온도로 수직확산로에서 POCl3= 50mg/min, N2= 20 slm, O2= 0.1slm를 각각 도입하여, 다결정 실리콘막에 P를 확산시킨다.This polycrystalline silicon film is formed by, for example, introducing SiH 4 gas diluted with He into 0.6 slm under a temperature of 625 ° C. and a pressure of 30 Pa. Thereafter, POCl 3 = 50 mg / min, N 2 = 20 slm and O 2 = 0.1 slm are introduced in a vertical diffusion furnace at a temperature of 850 ° C. for the purpose of lowering the resistance of the film, thereby diffusing P into the polycrystalline silicon film. .

다음으로, 제1게이트 전극막(91)의 표면 전체에 포토리소그래피법으로 소정의 패턴을 가지는 레지스트 막(도시 생략)이 형성된다. 그리고, 이 레지스트 패턴을 마스크로 사용하여 제1 게이트 전극막(91)을 이방적으로 에칭하여 도 17b에 도시된 바와 같이 오목부(통과공: 92)를 포함한 소정 패턴을 가지는 제1게이트 전극(91a)을 남겨 놓는다. 이 오목부(통과공: 92)는 일반적으로 수직인 내벽을 가지며, 그 형상(평면도 상에서)은 직경 0.5㎛이고 깊이가 약 0.15㎛인 원형이다.Next, a resist film (not shown) having a predetermined pattern is formed on the entire surface of the first gate electrode film 91 by the photolithography method. Then, using the resist pattern as a mask, the first gate electrode film 91 is anisotropically etched to form a first gate electrode having a predetermined pattern including recesses (through holes 92) as shown in FIG. 91a). This recess (through hole 92) generally has a vertical inner wall, and its shape (on plan view) is circular with a diameter of 0.5 mu m and a depth of about 0.15 mu m.

다음으로 도 17c에 도시된 바와 같이, P 또는 B로 도핑된 다결정 실리콘막이 저압 CVD법으로 0.15㎛의 두께를 가지도록 오목부(통과공: 92)에 노출된 기판(90)과 제1게이트 전극(91a)의 표면 위에 퇴적됨으로써 제2게이트전극막(93)이 형성된다. 이 다결정 실리콘막은, 예를 들면, 625℃의 온도와 30Pa의 압력 조건하에서 막형성실로 He으로 희석된 SiH4가스를 0.6 slm의 유속으로 도입하여 형성된다. 그 후, 막의 저항값을 낮출 목적으로, 850℃의 온도로 수직확산로에 POCl3= 50mg/min, N2= 20 slm, O2= 0.1slm을 도입하여 다결정 실리콘막에 P를 확산시킨다. 다결정 실리콘 대신에 W실리사이드, Al 합금, TiNx등이 사용될 수 있다.Next, as shown in FIG. 17C, the substrate 90 and the first gate electrode exposed to the concave portion (through hole 92) such that the polycrystalline silicon film doped with P or B has a thickness of 0.15 μm by low pressure CVD. By depositing on the surface of 91a, the second gate electrode film 93 is formed. This polycrystalline silicon film is formed by, for example, introducing SiH 4 gas diluted with He into the film forming chamber at a temperature of 625 ° C. and a pressure of 30 Pa at a flow rate of 0.6 slm. Thereafter, POCl 3 = 50 mg / min, N 2 = 20 slm, O 2 = 0.1 slm is introduced into the vertical diffusion furnace at a temperature of 850 ° C. for the purpose of lowering the resistance value of the film to diffuse P into the polycrystalline silicon film. Instead of polycrystalline silicon, W silicide, Al alloy, TiN x and the like can be used.

다음으로 도 17d에 도시된 바와 같이, 제2게이트 전극막(93)은 이방적으로 건식-에칭되고(에칭-백) 제1게이트 전극(91a)의 오목부(통과공 92)의 내벽에만 측면공간형성부(93a)로서 제2게이트 전극막(93)의 일부가 남겨진다. 이 에칭으로, 게이트 전극(91a)의 표면이 노출되고, 오목부(통과공: 92) 내의 기판(90) 표면이 노출된다.Next, as shown in FIG. 17D, the second gate electrode film 93 is anisotropically dry-etched (etched-back) and side-only on an inner wall of the recess (through hole 92) of the first gate electrode 91a. A part of the second gate electrode film 93 is left as the space forming portion 93a. By this etching, the surface of the gate electrode 91a is exposed, and the surface of the substrate 90 in the recess (through hole 92) is exposed.

이 에칭은 예를 들면, 반응실압력 100mTorr에서 에칭가스로서 HBr을 사용하여 마그네트론 RIE를 사용하여 실행된다.This etching is performed by using magnetron RIE using HBr as an etching gas, for example, at a reaction chamber pressure of 100 mTorr.

다음으로 도 17e에 도시된 바와 같이, SiO2로 된 제1희생막(절연막: 94)이 전체 기판 표면위에 0.1㎛의 두께로 대기압 CVD법에 의해 전체 기판면에 퇴적된다. 이 막은 예를 들면, 원료가스로서 TESO 및 O3를 사용하여 400℃의 기판온도에서 형성된다. 제1희생막(94)은 제1게이트 전극(91a) 및 측면공간형성부(93a)의 표면에 (합치되도록) 남겨진다.Next, as shown in Fig. 17E, a first sacrificial film made of SiO 2 (insulating film 94) is deposited on the entire substrate surface by the atmospheric pressure CVD method at a thickness of 0.1 mu m on the entire substrate surface. This film is formed at a substrate temperature of 400 ° C., for example, using TESO and O 3 as source gas. The first sacrificial film 94 is left on the surfaces of the first gate electrode 91a and the side space forming portion 93a (to match).

다음으로, 도 17f에 도시된 바와 같이, 예를 들면, TiNx로 만들어진 이미터 전극막(95)이 반응성 스퍼터링을 통해 제1희생막(94) 위에 0.15㎛의 두께로 퇴적된다. 반응성 스퍼터링은 예를 들면, Ti의 타겟 및 N2+ Ar 가스의 공급 조건하에서 DC 스퍼터링 시스템의 조건하에서 수행된다. 다음으로 도 17g에 도시된 바와 같이, 이미터 전극막(95)은 0.1㎛만큼 에칭-백되어 오목부(통과공: 92)의 바닥부에서만 이미터 전극막(95)이 완전히 제거되며, 제1희생막(94)의 측면 및 상부면 위에 이미터 전극(95a)로서 남게 된다. 이러한 에칭-백은 이방성 건식-에칭에 의해 수행된다. 마그네트론 RIE 시스템은 반응실 압력 125mTorr에서 에칭가스로서 Cl2를 사용한다.Next, as shown in FIG. 17F, an emitter electrode film 95 made of TiN x , for example, is deposited to a thickness of 0.15 μm on the first sacrificial film 94 through reactive sputtering. Reactive sputtering is performed under the conditions of a DC sputtering system, for example, under a target of Ti and a supply condition of N 2 + Ar gas. Next, as shown in FIG. 17G, the emitter electrode film 95 is etched back by 0.1 μm so that the emitter electrode film 95 is completely removed only at the bottom of the recess (through hole 92). One remains as an emitter electrode 95a on the side and top surface of the sacrificial film 94. This etch-back is performed by anisotropic dry-etching. The magnetron RIE system uses Cl 2 as an etching gas at a reaction chamber pressure of 125 mTorr.

다음으로 도 17h에 도시된 바와 같이, 제2이미터 전극막(96)이 제1이미터 전극(95a) 및 제1희생막(94)의 표면 위에 형성된다. 제2이미터전극막(96)은 예를 들면, Au, Pt, Pd 및 Ag 등과 같은 독립분산성 초미세입자를 코팅하여 입히고, 이들을 200℃ 내지 300℃의 범위의 온도, 보다 바람직하기로는 200℃ 이하의 온도에서 구워서 형성된다. 초미립자를 입히는 대신에, 분사인쇄시스템을 사용하는 건식 방법으로 제1희생막(94) 및 제1이미터 전극(95a)의 표면 위에 독립분산성 초미립자가 직접 그려지도록 할 수도 있다. 초미립자를 사용하는 대신에 그 금속물질이 도금될 수도 있다. 다른 물질, 예를 들면, 스퍼터링 및 증착에 의해 Al, Cr, Ni, Mo 및 Hf가 사용되거나, 또는 CVD법에 의해 W, Cu, Al 등이 사용되어, 제2이미터전극막(96)을 형성할 수도 있다.Next, as shown in FIG. 17H, a second emitter electrode film 96 is formed on the surfaces of the first emitter electrode 95a and the first sacrificial film 94. The second emitter electrode film 96 is coated with, for example, independent dispersible ultrafine particles such as Au, Pt, Pd, Ag, and the like, and these are coated with a temperature in the range of 200 ° C to 300 ° C, more preferably 200 ° C. It is formed by baking at the following temperature. Instead of coating the ultrafine particles, a self-dispersible ultrafine particle may be directly drawn on the surfaces of the first sacrificial film 94 and the first emitter electrode 95a by a dry method using a spray printing system. Instead of using ultra-fine particles, the metal material may be plated. Other materials, for example, Al, Cr, Ni, Mo, and Hf are used by sputtering and vapor deposition, or W, Cu, Al, and the like are used by CVD to form the second emitter electrode film 96. It may be formed.

다음으로, 도 17i에 도시한 바와 같이, 기판(90) 및 제1희생막(94)의 일부는 에칭제거되어 제1게이트전극(91a), 측면공간형성부(93a) 및 제1이미터 전극(95a)이 노출되어 2전극소자를 완성하게 된다. 기판(70)이 Si로 형성된 것이라면, HF + HNO3+ CH3COOH를 사용하여 에칭된다. 실리콘 산화막 등은 HF + NH4F에 의해 에칭된다.Next, as shown in FIG. 17I, a portion of the substrate 90 and the first sacrificial film 94 are removed by etching to form the first gate electrode 91a, the side space forming part 93a, and the first emitter electrode. 95a is exposed to complete the two-electrode element. If the substrate 70 is formed of Si, it is etched using HF + HNO 3 + CH 3 COOH. The silicon oxide film and the like are etched by HF + NH 4 F.

도 21b는 본 발명의 제17h도에 도시된 독립 분산성 초미립자를 굽는 공정을 상세히 보여주는 단면도이다. 비록 초미립자에 큰 보이드(98)가형성되고, 이 보이드에 의해서 제2이미터전극(96)이 단선된다 해도, 전기전도는 제1이미터 전극(95a)에 의해 이루어져서 전압이 이미터 첨단부로 인가되도록 한다. 독립 분산성 초미립자를 구워서 형성된 종래의 이미터 전극은 이 실시예의 제1이미터 전극을 가지고 있지 않으므로, 보이드가 치명적인 결함으로 될 수 있다.21B is a cross-sectional view showing in detail the process of baking the independent dispersible ultrafine particles shown in FIG. 17H of the present invention. Although a large void 98 is formed in the ultrafine particles, and the second emitter electrode 96 is disconnected by the void, electrical conduction is made by the first emitter electrode 95a so that a voltage is applied to the emitter tip. Be sure to The conventional emitter electrode formed by baking independent dispersible ultrafine particles does not have the first emitter electrode of this embodiment, so that voids can become a fatal defect.

도 18a 및 도 18b는 제9실시예의 변형예를 도시한 도면이다. 이 변형예는 지지기판으로 이미터전극(96)을 강화하는 방법을 제공한다. 도 18a에 도시한 것처럼 지지기판(97)이 제9실시예의 도 17h에 도시된 공정에서 형성된 소자의 제2이미터 전극(96)에 접착된다.18A and 18B show a modification of the ninth embodiment. This variant provides a method of strengthening the emitter electrode 96 with a support substrate. As shown in Fig. 18A, a support substrate 97 is adhered to the second emitter electrode 96 of the element formed in the process shown in Fig. 17H of the ninth embodiment.

도시되지는 않았지만, 지지기판(97)이 유리 및 석영 등과 같은 절연막으로 만들어진다면, 반응성 스퍼터링에 의해 TiNx를 0.2㎛의 두께로 퇴적시켜 제2이미터 전극(96)위에 접착층을 형성하고, 이 접착층에 지지기판(97)을 접착하는 것이 바람직하다. 이 반응성 스퍼터링은 타겟으로 Ti를 사용하고 N2+ Ar 가스를 도입하는 DC스퍼터링 시스템에 의해 수행된다. 통상의 스퍼터링이 사용되면, N2가스가 도입되는 동안 스퍼터링 타겟으로 TiNx가 사용되는 것이 바람직하다. 증착법이 사용될 수도 있다. 이 접착층은 Ti, W, Mo, Ni, Cr, Au, Pt, Pd 및 Ag 같은 금속 또는 TiOxNy, TiWx, 및 CrNx등의 합금을 사용하여 만들어질 수 있다.Although not shown, if the support substrate 97 is made of an insulating film such as glass and quartz, TiN x is deposited to a thickness of 0.2 μm by reactive sputtering to form an adhesive layer on the second emitter electrode 96. It is preferable to adhere the support substrate 97 to the adhesive layer. This reactive sputtering is performed by a DC sputtering system using Ti as the target and introducing N 2 + Ar gas. If conventional sputtering is used, TiN x is preferably used as the sputtering target while the N 2 gas is introduced. Deposition methods may be used. This adhesive layer can be made using metals such as Ti, W, Mo, Ni, Cr, Au, Pt, Pd and Ag or alloys such as TiO x N y , TiW x , and CrN x .

다음으로, 기판(90) 등의 불필요한 부분이 도 17i에 도시된 것과 유사한 에칭처리에 의해 제거되어, 도 18b에 도시된 바와 같이, 제1게이트 전극(91a), 측면공간형성부(93a) 및 제1이미터 전극(95a)의 첨단부를 노출함으로써 2전극 전계방출소자가 완성된다.Next, unnecessary portions such as the substrate 90 are removed by an etching process similar to that shown in FIG. 17I, and as shown in FIG. 18B, the first gate electrode 91a, the side space forming portion 93a, and The two-electrode field emission device is completed by exposing the tip of the first emitter electrode 95a.

도 19a 내지 도 19h는 본 발명의 제10실시예에 따른 3전극 전계방출소자의 제조단계를 설명하기 위한 단면도이다.19A to 19H are cross-sectional views illustrating a manufacturing step of a three-electrode field emission device according to a tenth embodiment of the present invention.

도 19a에 도시된 바와 같이, 절연물질로 만들어진 시작기판(100a) 위에 저압 CVD 또는 스퍼터링에 의해 애노드 전극(100b)가 0.15㎛ 두께로 퇴적된다. 여기서, 시작기판(100a)은 실리콘 산화막으로 만들어지며, 애노드 전극(100b)은 P 및 B로 도핑된 다결정 실리콘 또는 비정질 실리콘으로 만들어진다.As shown in FIG. 19A, the anode electrode 100b is deposited to a thickness of 0.15 μm by low pressure CVD or sputtering on a starting substrate 100a made of an insulating material. Here, the start substrate 100a is made of a silicon oxide film, and the anode electrode 100b is made of polycrystalline silicon or amorphous silicon doped with P and B.

다음으로, SiO2의 제1희생막(절연막 100c)이 애노드 전극(100b)에 CVD법에 의해 퇴적되어 기판(100)을 얻는다. 이 기판(100)에는 P 또는 B로 도핑된 다결정 실리콘 또는 비정질 실리콘으로 만들어진 게이트 전극막(101)이 스퍼터링에 의해 0.3㎛의 두께로 형성된다.Next, a first sacrificial film (insulation film 100c) of SiO 2 is deposited on the anode electrode 100b by CVD to obtain a substrate 100. On this substrate 100, a gate electrode film 101 made of polycrystalline silicon or amorphous silicon doped with P or B is formed to a thickness of 0.3 탆 by sputtering.

다음으로, 소정의 패턴을 가지는 레지스트 막(도시 생략)이 포토리소그래피법에 의해 게이트 전극막(101)의 전체 면에 형성된다. 이 레지스트 패턴을 마스크로 사용하여 게이트 전극막(101)이 이방적으로 에칭되어 도 19a에 도시된 바와 같이 오목부(통과공: 102)를 포함한 소정의 패턴을 가지는 게이트전극(101a)을 남긴다. 오목부(통과공: 102)의 형상(평면도 상에서)은 0.5㎛의 직경과 0.3㎛의 깊이를 가지는 실린더형으로 이루어진다.Next, a resist film (not shown) having a predetermined pattern is formed on the entire surface of the gate electrode film 101 by the photolithography method. Using this resist pattern as a mask, the gate electrode film 101 is anisotropically etched to leave the gate electrode 101a having a predetermined pattern including recesses (pass holes 102) as shown in Fig. 19A. The shape (on plan view) of the recessed portion (through hole 102) is of a cylindrical shape having a diameter of 0.5 mu m and a depth of 0.3 mu m.

이 에칭은 예를 들면, 반응실압력 100mTorr에서 에칭가스로서 HBr을 사용하여 마그네트론 RIE를 사용하는 건식-에칭에 의해 실행된다.This etching is performed, for example, by dry-etching using magnetron RIE using HBr as the etching gas at a reaction chamber pressure of 100 mTorr.

다음으로, 공정들은 도 5c 및 도 5d에 도시된 제3실시예의 것과 유사한 공정이 수행되어, 도 19b에 도시된 바와 같이 게이트 전극(101a)의 오목부(통과공: 102)의 내측벽에만 Si 또는 다른 도전성물질로 된 측면공간형성부(103a)를 형성하도록 한다.Next, processes are performed similar to those of the third embodiment shown in FIGS. 5C and 5D, so that only Si is formed on the inner wall of the recess (through hole 102) of the gate electrode 101a as shown in FIG. 19B. Alternatively, the side space forming part 103a made of another conductive material may be formed.

다음으로, SiO2로 만들어진 제2희생막(절연막: 104)이 대기압 CVD법에 의해 기판의 전체 표면에 0.15㎛의 두께로 퇴적된다. 예를 들면, 이 제2희생막(104)은 O3+ TEOS를 사용하여 400℃의 기판온도에서 형성된다.Next, a second sacrificial film made of SiO 2 (insulating film 104) is deposited to a thickness of 0.15 mu m on the entire surface of the substrate by the atmospheric pressure CVD method. For example, this second sacrificial film 104 is formed at a substrate temperature of 400 ° C. using O 3 + TEOS.

다음으로, 도 19d에 도시된 바와 같이, 이미터 전극막(105)이 예를 들면 TiNx로 만들어져 반응성 스퍼터링에 의해 제2희생막(104) 위에 두께 0.2㎛로 형성된다. 예를 들면, Ti타겟과 N2 + Ar 가스의 공급 조건하에서 DC 스퍼터링 시스템이 사용될 수 있다.Next, as shown in FIG. 19D, the emitter electrode film 105 is made of TiN x , for example, and is formed on the second sacrificial film 104 to a thickness of 0.2 μm by reactive sputtering. For example, a DC sputtering system can be used under the conditions of supplying Ti target and N 2 + Ar gas.

다음으로, 도 19e에 도시된 바와 같이, 이미터 전극막(105)은 0.1㎛만큼 에칭-백되어 오목부(통과공:22)의 바닥부 위에서만 완전히 제거되고, 제2희생막(104)의 내벽과 상부면에 이미터 전극(105a)을 남긴다. 제1이미터 전극(15a)은 기저부(105c) 및 돌출부(크레이터: 105d)를 포함한다. 이러한 에칭-백으로, 이미터 전극(105a)의 돌출부(105d)의 첨단부가 열리고, 통과공(105e)이 돌출부(105d) 내에 형성된다. 에칭-백은 이방성 건식-에칭에 의해 실행된다. 예를 들면, 마그네트론 RIE 시스템은 반응실 압력 125mTorr에서 에칭가스로서 Cl2를 사용한다.Next, as shown in FIG. 19E, the emitter electrode film 105 is etched back by 0.1 占 so that it is completely removed only on the bottom of the recess (through hole 22), and the second sacrificial film 104 is provided. The emitter electrode 105a is left on the inner wall and the top surface of the substrate. The first emitter electrode 15a includes a base 105c and a protrusion (crater 105d). With this etching-back, the tip of the protrusion 105d of the emitter electrode 105a is opened, and a through hole 105e is formed in the protrusion 105d. Etch-back is performed by anisotropic dry-etching. For example, the magnetron RIE system uses Cl 2 as an etching gas at a reaction chamber pressure of 125 mTorr.

다음으로, 도 19f에 도시된 바와 같이, 제2이미터 전극막(106)이 제1이미터 전극(105a) 및 제2희생막(104)의 표면 위에 형성된다. 제2이미터 전극막(106)은 예를 들면, Au, Pt, Pd 및 Ag 등과 같은 독립분산성 초미세입자를 코팅하여 입히고, 이들을 200℃ 내지 300℃의 범위의 온도 또는 보다 바람직하기로는 200℃ 이하의 온도에서 구워서 형성된다. 초미립자를 입히는 대신에, 분사인쇄시스템을 사용하는 건식 방법으로 제2희생막(104) 및 제1이미터 전극(105a)의 표면 위에 독립분산성 초미립자가 직접 그려지도록 할 수도 있다. 초미립자를 사용하는 대신에 그 금속물질이 도금될 수도 있다. 다른 물질, 예를 들면, 스퍼터링 및 증착에 의해 Al, Cr, Ni, Mo 및 Hf가 사용되거나, 또는 CVD법에 의해 W, Cu, Al 등이 사용되어, 제2이미터전극막(106)을 형성할 수도 있다.Next, as shown in FIG. 19F, a second emitter electrode film 106 is formed on the surfaces of the first emitter electrode 105a and the second sacrificial film 104. The second emitter electrode film 106 is coated by coating, for example, self-dispersible ultrafine particles such as Au, Pt, Pd, Ag, and the like, and these are coated with a temperature in the range of 200 ° C to 300 ° C or more preferably 200 ° C. It is formed by baking at the following temperature. Instead of coating the ultrafine particles, a self-dispersible ultrafine particle may be directly drawn on the surfaces of the second sacrificial film 104 and the first emitter electrode 105a by a dry method using a spray printing system. Instead of using ultra-fine particles, the metal material may be plated. Other materials, for example, Al, Cr, Ni, Mo, and Hf are used by sputtering and vapor deposition, or W, Cu, Al, and the like are used by CVD to form the second emitter electrode film 106. It may be formed.

다음으로, 레지스트 마스크(도시 생략)가 통상적인 포토리소그래피 법에 의해서 제2이미터 전극(106) 위에 형성된다. 이 레지스트 마스크를 사용하여, 제1 및 제2이미터 전극은 부분적으로 에칭 제거되어 도 19g에 도시된 바와 같은 슬릿형 개구(107)를 형성하고, 슬릿형 개구(107)의 양측면 위의 제1 및 제2이미터 전극부(105a, 106a, 105c, 106c)를 형성한다. 슬릿형 개구(107)는 예를 들면, Ar 가스, 700eV의 가속에너지, 800mA의 전류 및 0도의 경사각(기준법선방향)을 가지는 이온빔의 조건하에서 이온 밀링에 의해 형성된다.Next, a resist mask (not shown) is formed over the second emitter electrode 106 by a conventional photolithography method. Using this resist mask, the first and second emitter electrodes are partially etched away to form slit openings 107 as shown in FIG. 19G and the first on both sides of the slit openings 107. And second emitter electrode portions 105a, 106a, 105c, 106c. The slit-shaped opening 107 is formed by ion milling under conditions of, for example, an Ar gas, an acceleration energy of 700 eV, a current of 800 mA, and an ion beam having an inclination angle of 0 degrees (reference normal direction).

다음으로, 도 19h에 도시한 바와 같이, 제1 및 제2희생막(100c, 104)의 일부는 슬릿형 개구(107)를 통해 등방적으로 습식-에칭되어 제거되고, 이미터 전극(105b), 제1게이트 전극(101a), 측면공간형성부(103a) 및 애노드 전극(100b)이 노출됨으로써 3전극소자를 완성하게 된다. SiO2는 HF + NH4F에 의해 에칭된다.Next, as shown in FIG. 19H, portions of the first and second sacrificial films 100c and 104 are isotropically wet-etched and removed through the slit-shaped opening 107, and the emitter electrode 105b is removed. The first gate electrode 101a, the side space forming part 103a, and the anode electrode 100b are exposed to complete the three-electrode element. SiO 2 is etched by HF + NH 4 F.

도 20a, 도 20b 및 도 20c는 제10실시예의 변형예를 도시하는 단면도이다. 도 20a에 도시된 바와 같이, 제10실시예의 도 19f에 도시된 것까지의 공정에 의해 형성된 소자의 제2이미터 전극(106a)은 이온 밀링 등에 의해 에칭-백되어 제1이미터 전극(105a)의 통과공을 통하여서만 제2이미터 전극막(106)을 남긴다.20A, 20B and 20C are sectional views showing the modification of the tenth embodiment. As shown in Fig. 20A, the second emitter electrode 106a of the element formed by the process up to that shown in Fig. 19F of the tenth embodiment is etched-back by ion milling or the like and the first emitter electrode 105a. The second emitter electrode film 106 is left only through the through hole.

다음으로, 레지스트 마스크(도시 생략)가 통상적인 포토리소그래피 법에 의해서 제1 및 제2이미터 전극(105a, 106c) 위에 형성된다. 이 레지스트 마스크를 사용하여, 제1 및 제2이미터 전극은 부분적으로 에칭 제거되어 도 20b에 도시된 바와 같은 슬릿형 개구(108), 제1이미터 전극부(105b, 105c)를 형성한다. 이 슬릿형 개구(108)는 예를 들면, 125mTorr의 반응실에서 에칭가스로서 Cl2를 사용하는 마그네트론 RIE 시스템을 이용하여 이방성 건식-에칭으로 형성된다.Next, a resist mask (not shown) is formed over the first and second emitter electrodes 105a and 106c by a conventional photolithography method. Using this resist mask, the first and second emitter electrodes are partially etched away to form slit-shaped openings 108, first emitter electrode portions 105b, 105c as shown in FIG. 20B. This slit-like opening 108 is formed by anisotropic dry-etching using, for example, a magnetron RIE system using Cl 2 as an etching gas in a reaction chamber of 125 mTorr.

다음으로, 도 20c에 도시한 바와 같이, 제1 및 제2희생막(100c, 104)의 일부는 슬릿형 개구(108)를 통해 등방적으로 습식-에칭되어 제거되고, 제1 및 제2이미터 전극(105b, 106c), 측면공간형성부(103a), 게이트 전극(101a) 및 애노드 전극(100b)을 노출시켜 3전극소자를 완성하게 된다. SiO2는 HF + NH4F에 의해 에칭된다.Next, as shown in FIG. 20C, portions of the first and second sacrificial films 100c and 104 are isotropically wet-etched and removed through the slit-shaped opening 108 and the first and second images are already removed. The three-electrode elements are completed by exposing the electrode electrodes 105b and 106c, the side space forming portion 103a, the gate electrode 101a and the anode electrode 100b. SiO 2 is etched by HF + NH 4 F.

도 22는 본 발명의 도 3g에 도시된 제2실시예의 3전극 전계방출소자의 사시도이다. 여기서 이미터 전극부(25b)는 이미터 전극부(25c)와 연속적인 형태로서 그에 의해 지지된다. 게이트 전극(21a)은 이미터전극(25b)의 첨단부의 외주 영역 부근에 원형의 구멍(게이트 구멍)을 가진다. 이미터 전극(25b)의 첨단부는 게이트 전극(21a)의 게이트 구멍 근처에서 화산 형을 가진다. 이미터 전극(25b)은 기저부(25c) 및 돌출부(화산의 크레이터 형태의 부분: 25d)를 가지며, 그리고 통과공(25e)은 돌출부(크레이터: 25d)를 통과하며 형성된다.Fig. 22 is a perspective view of the three-electrode field emission device of the second embodiment shown in Fig. 3G of the present invention. The emitter electrode portion 25b is here supported by it in a continuous form with the emitter electrode portion 25c. The gate electrode 21a has a circular hole (gate hole) near the outer circumferential region of the tip of the emitter electrode 25b. The tip of the emitter electrode 25b has a volcano shape near the gate hole of the gate electrode 21a. The emitter electrode 25b has a base portion 25c and a protrusion (volcano crater portion 25d), and a through hole 25e is formed passing through the protrusion portion (crater: 25d).

이 3전극소자는 캐소드로서의 이미터 전극(25b) 및 애노드 전극(20b)을 가진다. 양전위가 게이트 전극(21a)에 인가됨에 따라서, 전자는 이미터 전극(25b)으로부터 애노드 전극(20b)을 향해 방출된다.This three-electrode element has an emitter electrode 25b as a cathode and an anode electrode 20b. As the positive potential is applied to the gate electrode 21a, electrons are emitted from the emitter electrode 25b toward the anode electrode 20b.

도 23은 전술한 실시예의 전계방출소자를 사용하여 구성된 평판 디스플레이의 단면도이다.Fig. 23 is a sectional view of a flat panel display constructed using the field emission device of the above-described embodiment.

여기서 사용된 전계방출소자 각각은 제1실시예의 제조방법에 의해 형성된 제2전극소자이다. 절연물질로 만들어진 지지기판(110) 위에, Al, Cu 등으로 만들어진 배선층(111) 및 다결정 실리콘 등으로 만들어진 저항층(112)이 형성된다. 저항층(112) 위에는, 화산의 크레이터 모양의 첨단부를 가지는 다수의 이미터 전극(113)이 배치되어 필드 이미터 어레이(FEA)를 형성한다. 각각의 게이트 전극(114)은 각각의 이미터 전극(113)의 첨단부 근처에 작은 개구(게이트 구멍)를 가지며, 도 23에는 도시 생략되었지만, 전압은 각각의 게이트 전극(114)으로 독립적으로 인가될 수 있도록 되어 있다. 다수의 이미터 전극(113) 또한 일정전압에 독립적으로 인가될 수 있도록 되어 있다.Each of the field emission devices used herein is a second electrode device formed by the manufacturing method of the first embodiment. On the support substrate 110 made of an insulating material, a wiring layer 111 made of Al, Cu or the like and a resistance layer 112 made of polycrystalline silicon or the like are formed. On the resistive layer 112, a plurality of emitter electrodes 113 having volcanic crater-shaped tips are arranged to form a field emitter array FEA. Each gate electrode 114 has a small opening (gate hole) near the tip of each emitter electrode 113 and is omitted in FIG. 23, but a voltage is applied independently to each gate electrode 114. It is supposed to be. A plurality of emitter electrodes 113 can also be applied independently to a constant voltage.

이미터 전극(113) 및 게이트 전극(114)을 포함하는 전자 발생원을 마주하면서, 대향하는 기판이 유리, 석영 등으로 만들어진 투명기판을 포함하며 배치된다. 이 대향기판은 투명전극(115)아래 놓여진 ITO등으로 만들어진 투명전극(애노드 전극: 116)과, 역시 투명전극(115) 아래에 놓여진 발광부재(117)를 포함하도록 구성된다.Facing the electron generating source including the emitter electrode 113 and the gate electrode 114, the opposing substrate is disposed including a transparent substrate made of glass, quartz or the like. The counter substrate is configured to include a transparent electrode (anode electrode) 116 made of ITO or the like placed under the transparent electrode 115, and a light emitting member 117 which is also placed under the transparent electrode 115.

전자발생원 및 대향 기판은, 유리기판을 만들어지며 접착제가 입혀진 공간형성부(119)를 매개로 투명전극(116) 및 이미터 전극(113) 사이의 거리를 약 0.1㎜ 내지 5㎜로 유지하면서 하나로 결합된다.The electron source and the counter substrate are made of a glass substrate, and the distance between the transparent electrode 116 and the emitter electrode 113 is maintained at about 0.1 mm to 5 mm through the space forming portion 119 coated with an adhesive. Combined.

유리기판의 공간형성부(119) 대신에, 그 내부에 분산 배치된 유리 구슬(glass bead)을 가지는 에폭시 수지와 같은 접착제로 만들어진 공간형성부(119)가 사용될 수도 있다.Instead of the space forming portion 119 of the glass substrate, a space forming portion 119 made of an adhesive such as an epoxy resin having glass beads dispersed therein may be used.

게터(getter: 120)는 Ti, Al, Mg 등으로 만들어지며, 방출된 가스가 이미터 전극(113)의 표면에 재부착되는 것을 방지한다.The getter 120 is made of Ti, Al, Mg, and the like, and prevents the released gas from reattaching to the surface of the emitter electrode 113.

공기배출파이프(118)는 대향 기판에 결합된다. 이 공기배출 파이프(118)를 사용하여서, 평판디스플레이의 내부는 약 10-5Torr 내지 10-9Torr가 되도록 배기되며, 그 후, 공기배출 파이프(118)는 버너 등을 사용하여 밀봉된다. 그후, 애노드 전극(투명 전극: 116)이 완성된 평판 디스플레이에 배선된다.The air exhaust pipe 118 is coupled to the opposing substrate. By using this air exhaust pipe 118, the inside of the flat panel display is evacuated to about 10 -5 Torr to 10 -9 Torr, after which the air exhaust pipe 118 is sealed using a burner or the like. Thereafter, an anode electrode (transparent electrode) 116 is wired to the completed flat panel display.

애노드 전극(116)은 항상 양전위로 유지된다. 각각의 디스플레이 픽셀은 이미터 및 게이트 배선에 의해 2차원으로 선택된다. 즉, 전압이 인가된 이미터 배선 및 게이트 배선의 교차점에 배치된 전계방출소자가 선택되는 것이다.The anode electrode 116 is always kept at a positive potential. Each display pixel is selected in two dimensions by emitter and gate wiring. That is, the field emission device disposed at the intersection of the emitter wiring to which the voltage is applied and the gate wiring is selected.

이 이미터 전극 및 게이트 전극에는 음전위 및 양전위가 각각 인가되며, 전자가 이미터 전극으로부터 애노드 전극으로 방출된다. 전자가 발광부재(117)로 방사될 때, 발광부재의 방사된 영역(픽셀)은 빛을 방출하게 된다.Negative and positive potentials are applied to the emitter electrode and the gate electrode, respectively, and electrons are emitted from the emitter electrode to the anode electrode. When electrons are emitted to the light emitting member 117, the emitted area (pixel) of the light emitting member emits light.

이미터 전극 및 게이트 전극에는 다결정 실리콘, 비정질실리콘 또는 다이아몬드 등의 반도체가 사용될 수 있으며, WSixTiSix및 MoSix등의 실리사이드 화합물, Al, Cu, W, Mo, Ni. Cr, Hf, TiNx등의 금속이 사용될 수도 있다.Semiconductors such as polycrystalline silicon, amorphous silicon or diamond may be used for the emitter electrode and the gate electrode, and include silicide compounds such as WSi x TiSi x and MoSi x , Al, Cu, W, Mo, Ni. Metals such as Cr, Hf and TiN x may be used.

또한, 희생막, 절연막 및 측면공간형성부의 물질은 실리콘질화막, 실리콘산화막, 실리콘산화질화막 등을 사용할 수 있다.In addition, the material of the sacrificial film, the insulating film, and the side space forming portion may be a silicon nitride film, a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, or the like.

이상과 같이, 본 발명을 그 바람직한 실시예와 관련하여 상세히 설명하였다. 그러나, 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않는다. 예를 들면, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 범위 내에서 다양한 조합 개선 등의 변형실시를 행할 수 있을 것이다.As described above, the present invention has been described in detail with reference to the preferred embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment described above. For example, one of ordinary skill in the art to which the present invention pertains may perform various combination modifications and the like within the scope of the present invention.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 이미터 막의 첨단부에 개구를 설치하는 것에 의해서 이미터의 전계 세기를 크게 할 수 있다. 또한 구멍 바닥부의 이미터 막을 제거하여 개구를 설치하는 공정에 의해 이미터의 첨단을 높이 방향으로 제어하는 것이 가능하게 되었다. 또한 이미터 전극을 제1이미터 전극막과 초미립자에 의한 제2이미터 전극막으로 형성한다면 보이드가 발생하더라도 단선을 방지하는 것이 가능하다.As described above, according to the present invention, the electric field strength of the emitter can be increased by providing an opening at the tip of the emitter film. In addition, the tip of the emitter can be controlled in the height direction by the step of removing the emitter film at the bottom of the hole and providing the opening. In addition, if the emitter electrode is formed of the first emitter electrode film and the second emitter electrode film made of ultra-fine particles, disconnection can be prevented even if voids are generated.

Claims (45)

지지기판;Support substrate; 상기 지지기판에 의해 지지되어 부착되는 기저부, 상기 지지기판에 대향하는 방향으로 상기 기저부로부터 돌출되는 돌출부 및 상기 돌출부의 첨단부로부터 상기 지지기판의 표면까지의 부분에 형성되는 개구부를 구비하며 상기 지지기판의 기판면에 형성되는 제1이미터 전극;The support substrate having a base supported by and attached to the support substrate, a protrusion projecting from the base in a direction opposite to the support substrate, and an opening formed in a portion from the tip of the protrusion to the surface of the support substrate; A first emitter electrode formed on the substrate surface of the substrate; 상기 제1이미터전극의 기저부에 형성되며, 상기 돌출부 외부의 주변영역을 둘러싸는 개구부를 가지는 제1희생막; 및A first sacrificial layer formed at a base of the first emitter electrode and having an opening surrounding a peripheral area outside the protrusion; And 상기 돌출부 외부의 주변영역을 둘러싸는 개구부를 가지고 제1희생막에 형성되는 게이트전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자.And a gate electrode formed on the first sacrificial layer having an opening surrounding a peripheral area outside the protrusion. 제1항에 있어서, 상기 돌출부는 돌출부의 첨단부로 향하면서 내부 직경이 점차로 감소하는 크레이터 형태인 것을 특징으로 하는 전계방출소자.The field emission device according to claim 1, wherein the protrusion has a crater shape in which an inner diameter thereof gradually decreases toward the tip of the protrusion. 제1항에 있어서, 상기 제1이미터 전극 돌출부의 첨단부 곡률반경은 약 5nm 이하인 것을 특징으로 하는 전계방출소자.The field emission device of claim 1, wherein a radius of curvature of the tip of the first emitter electrode protrusion is about 5 nm or less. 제1항에 있어서, 상기 제1이미터 전극의 기계적 강도를 강화하기 위해서 상기 제1이미터 전극 및 상기 지지기판의 사이에 형성된 제2희생막을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자.The field emission device as claimed in claim 1, further comprising a second sacrificial film formed between the first emitter electrode and the support substrate in order to enhance the mechanical strength of the first emitter electrode. 제1항에 있어서, 상기 돌출부 내에 형성된 상기 개구부에 퇴적된 제2이미터 전극을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자.The field emission device as claimed in claim 1, further comprising a second emitter electrode deposited in the opening formed in the protrusion. 제2항에 있어서, 상기 제2이미터 전극은 전도성 초미립자 그룹으로 만들어지는 것을 특징으로 하는 전계방출소자.The field emission device of claim 2, wherein the second emitter electrode is made of a conductive ultra-fine particle group. 제2항에 있어서, 상기 제2이미터 전극은 상기 돌출부에 형성된 상기 개구부에 퇴적된 금속으로 만들어지는 것을 특징으로 하는 전계방출소자.3. The field emission device of claim 2, wherein the second emitter electrode is made of a metal deposited in the opening formed in the protrusion. 제2항에 있어서, 상기 제2이미터 전극은 상기 제1이미터 전극의 상기 돌출부에 형성된 상기 개구부에 퇴적된 Al, Cr, Ni, Mo, Hf, W 및 Cu 중 어느 하나로 만들어진 전극인 것을 특징으로 하는 전계방출소자.The method of claim 2, wherein the second emitter electrode is an electrode made of any one of Al, Cr, Ni, Mo, Hf, W and Cu deposited in the opening formed in the protrusion of the first emitter electrode. A field emission device. 제4항에 있어서, 상기 제2희생막은 상기 제2희생막의 표면을 평탄화하도록 하는 평탄화 물질로 채워진 오목부를 가지는 것을 특지으로 하는 전계방출소자.5. The field emission device as claimed in claim 4, wherein the second sacrificial film has a concave portion filled with a planarization material for flattening the surface of the second sacrificial film. 시작기판;Start board; 상기 시작기판의 표면위에 형성된 애노드 전극;An anode electrode formed on the surface of the starting substrate; 상기 애노드 전극에 형성되며 제1개구부를 가지는 제1희생막;A first sacrificial layer formed on the anode and having a first opening; 상기 제1희생막 위에 형성되며, 상기 제1개구부와 동심인 상태의 제2개구부를 가지는 게이트 전극;A gate electrode formed on the first sacrificial layer, the gate electrode having a second opening portion concentric with the first opening portion; 상기 게이트 전극 위에 형성되며 상기 제1 및 제2개구부와 동심인 상태의 제3개구를 가지는 제2희생막; 및A second sacrificial layer formed on the gate electrode and having a third opening concentric with the first and second openings; And 상기 제2희생막 위에 형성되며, 상기 제2희생막에 부착되는 기저부와, 상기 기저부로부터 상기 제1개구부 및 제3개구부 안쪽으로 돌출되며 그 내부에는 통과공을 가지는 돌출부를 구비하는 제1이미터 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자.A first emitter formed on the second sacrificial film and having a base attached to the second sacrificial film, and protruding from the base into the first opening and the third opening and having a through hole therein; A field emission device comprising an electrode. 제10항에 있어서, 상기 돌출부는 크레이터 형상이며, 상기 통과공의 내부 직경은 상기 애노드 전극 방향으로 향하면서 감소하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자.The field emission device of claim 10, wherein the protrusion has a crater shape, and the inner diameter of the through hole decreases toward the anode electrode. 제10항에 있어서, 슬릿형 개구부가 상기 제1이미터 전극의 돌출부의 양측에 형성되는 것을 특징으로 하는 전계방출소자.The field emission device according to claim 10, wherein slit-shaped openings are formed at both sides of the protrusion of the first emitter electrode. 제10항에 있어서, 상기 게이트 전극의 상기 제2개구부의 내벽에 형성된 측면공간형성부를 추가로 포함하며, 상기 제2희생막은 상기 게이트 전극 및 상기 측면공간형성부 위에 형성되는 것을 특징으로 하는 전계방출소자.The field emission device of claim 10, further comprising a side space forming portion formed on an inner wall of the second opening of the gate electrode, wherein the second sacrificial layer is formed on the gate electrode and the side space forming portion. device. 제1개구부를 가지는 게이트 전극;A gate electrode having a first opening; 상기 제1개구부의 내벽에 형성된 측면공간형성부;A side space forming part formed on an inner wall of the first opening part; 상기 게이트 전극 위에 형성되며, 상기 제1개구부와 동심인 상태의 제2개구부를 가지는 제1희생막; 및A first sacrificial film formed on the gate electrode and having a second opening portion concentric with the first opening portion; And 상기 제1희생막 위에 형성되며, 상기 제1희생막에 의해 지지되는 기저부와, 상기 기저부로부터 상기 제1개구부 및 제2개구부를 향해 돌출되며 그 내부에 통과공을 가지는 돌출부를 구비하는 제1이미터 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자.A first image formed on the first sacrificial film and having a base supported by the first sacrificial film, and a protrusion having a through hole therein, protruding from the base toward the first opening and the second opening; A field emission device comprising a terminator electrode. 제14항에 있어서,The method of claim 14, 상기 측면공간형성부는 도전성인 것을 특징으로 하는 전계방출소자.And the side space forming portion is conductive. 제14항에 있어서,The method of claim 14, 상기 돌출부는 그 내부 직경이 상기 기저부로부터 일정방향성을 가지고 멀어지며 점차로 감소하는 크레이터 형상인 것을 특징으로 하는 전계방출소자.And the projecting portion has a crater shape in which its inner diameter moves away from the base portion with a predetermined direction and gradually decreases. 제14항에 있어서,The method of claim 14, 상기 제1이미터 전극의 기저부를 위한 지지기판을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자.And a support substrate for the base of the first emitter electrode. 제14항에 있어서, 상기 제1이미터 전극의 기저부에 부착되는 지지부재를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자.15. The field emission device as claimed in claim 14, further comprising a support member attached to the base of the first emitter electrode. 제16항에 있어서, 상기 지지부재는 상기 돌출부의 통과공의 스커트 부분에 부분적으로 채워지는 것을 특징으로 하는 전계방출소자.17. The field emission device as claimed in claim 16, wherein the support member is partially filled in a skirt portion of the passage hole of the protrusion. 제13항에 있어서, 상기 측면공간형성부는 도전성인 것을 특징으로 하는 전계방출소자.The field emission device according to claim 13, wherein the side space forming portion is conductive. 제14항에 있어서, 상기 통과공에 채워진 상기 제2이미터 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자.15. The field emission device as claimed in claim 14, further comprising the second emitter electrode filled in the through hole. 제21항에 있어서, 상기 제2이미터 전극은 도전성 초미립자 그룹으로 만들어지는 것을 특징으로 하는 전계방출소자.22. The field emission device as claimed in claim 21, wherein the second emitter electrode is made of a conductive ultra-fine particle group. 제21항에 있어서, 상기 제2이미터 전극은 상기 제1이미터 전극의 통과공 내부에 퇴적된 금속으로 만들어지는 것을 특징으로 하는 전계방출소자.22. The field emission device as claimed in claim 21, wherein the second emitter electrode is made of a metal deposited inside a through hole of the first emitter electrode. 제21항에 있어서, 상기 제2이미터 전극은 상기 제1이미터 전극의 상기 통과공 내에 퇴적된 Al, Cr, Ni, Mo, Hf, W 및 Cu 중 어느 하나로 만들어지는 것을 특징으로 하는 전계방출소자.22. The field emission of claim 21, wherein the second emitter electrode is made of any one of Al, Cr, Ni, Mo, Hf, W, and Cu deposited in the through hole of the first emitter electrode. device. 제21항에 있어서, 상기 제2이미터 전극은 상기 통과공에 퇴적된 것을 특징으로 하는 전계방출소자.22. The field emission device as claimed in claim 21, wherein the second emitter electrode is deposited in the through hole. 제25항에 있어서, 상기 기저부에 퇴적된 도전성 초미립자 그룹으로 만들어지며 상기 통과공에 채워지는 상기 제2이미터 전극을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자.27. The field emission device as claimed in claim 25, further comprising the second emitter electrode made of a group of conductive ultrafine particles deposited on the base and filled in the through hole. 제25항에 있어서, 상기 돌출부의 양측 위에서 제1 및 제2이미터 전극을 통해 형성되는 슬릿형 개구부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자.27. The field emission device as claimed in claim 25, further comprising slit-shaped openings formed through first and second emitter electrodes on both sides of the protrusion. 제26항에 있어서, 상기 초미립자 그룹은 Au, Pt, Pd 및 Ag 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자.27. The field emission device as claimed in claim 26, wherein the ultrafine particle group comprises any one of Au, Pt, Pd, and Ag. 제26항에 있어서, 상기 제2이미터 전극은 상기 제1이미터 전극의 상기 통과공 내에 퇴적된 Al, Cr, Ni, Mo, Hf, W 및 Cu 중 어느 하나로 만들어지는 것을 특징으로 하는 전계방출소자.27. The field emission of claim 26, wherein the second emitter electrode is made of any one of Al, Cr, Ni, Mo, Hf, W, and Cu deposited in the through hole of the first emitter electrode. device. 제25항에 있어서, 상기 제2이미터 전극은 상기 기저부 위에는 퇴적되지 않으며, 상기 통과공 내에만 형성되는 것을 특징으로 하는 전계방출소자.27. The field emission device as claimed in claim 25, wherein the second emitter electrode is not deposited on the base and is formed only in the through hole. 제25항에 있어서,The method of claim 25, 상기 제2이미터 전극 및 상기 지지기판의 사이에 매개물질로서 TiNx, Ti, W, Mo, Ni, Cr, Au, Pt, Pd, Ag, TiOxNy, TiWx, 및 CrNx중 어느 하나의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자.Any of TiN x , Ti, W, Mo, Ni, Cr, Au, Pt, Pd, Ag, TiO x N y , TiW x , and CrN x as a mediator between the second emitter electrode and the support substrate A field emission device comprising one material. 제25항에 있어서,The method of claim 25, 상기 게이트 전극의 제2개구부의 내벽에 형성된 측면공간형성부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자.And a side space forming portion formed on an inner wall of the second opening of the gate electrode. 지지기판;Support substrate; 상기 지지기판 위에 형성되는 배선층;A wiring layer formed on the support substrate; 상기 배선층위에 형성되며, 다결정 실리콘 층으로 만들어지는 저항층;A resistance layer formed on the wiring layer and made of a polycrystalline silicon layer; 상기 저항층 위에 형성되며 크레이터 형태를 가지는 다수의 이미터 전극;A plurality of emitter electrodes formed on the resistance layer and having a crater shape; 상가 이미터 전극의 각각의 첨단부 근처에 형성되며, 개구부를 가지는 게이트 전극;A gate electrode formed near each tip of the malleable emitter electrode and having an opening; 상기 지지기판을 마주하는 투명기판;A transparent substrate facing the support substrate; 상기 투명기판의 아래에 형성되는 애노드 전극;An anode formed under the transparent substrate; 상기 애노드 전극의 아래에 형성되는 발광층; 및A light emitting layer formed under the anode electrode; And 상기 지지기판 및 투명기판의 바깥쪽 둘레에서 상기 지지기판 및 상기 투명기판의 사이에 놓여지는 공간형성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이.And a space forming portion disposed between the support substrate and the transparent substrate at outer circumferences of the support substrate and the transparent substrate. (a) 기판 위에 도전성 게이트 막을 포함하는 표면층을 형성하는 공정;(a) forming a surface layer comprising a conductive gate film on the substrate; (b) 상기 표면층을 통과하는 구멍을 형성하도록 상기 표면층의 일부를 제거하는 공정;(b) removing a portion of the surface layer to form a hole passing through the surface layer; (c) 상기 구멍의 측벽에 제1희생막의 물질로 된 측면공간형성부를 형성하는 공정;(c) forming a side space forming portion made of a material of a first sacrificial film on the sidewall of the hole; (d) 상기 구멍의 바닥부에 제2희생막의 평탄면이 형성되도록 제2희생막을 상기 표면층과 상기 구멍의 전체 면에 형성하는 공정;(d) forming a second sacrificial film on the entire surface of the surface layer and the hole such that a flat surface of the second sacrificial film is formed at the bottom of the hole; (e) 상기 제2희생막의 전체 표면 위에 다른 위치에서 다른 두께를 가지도록 도전성 이미터 막을 형성하는 공정;(e) forming a conductive emitter film to have different thicknesses at different locations on the entire surface of the second sacrificial film; (f) 구멍의 바닥부로부터 이미터 막 전체 두께를 제거하고, 상기 이미터 막에 통과공을 형성하도록 상기 이미터 막 전체 표면을 이방적으로 에칭-백하는 공정; 및(f) removing the entire thickness of the emitter film from the bottom of the hole and anisotropically etching-back the entire surface of the emitter film to form a through hole in the emitter film; And (g) 적어도 상기 이미터막의 첨단부 근방을 노출시키도록 상기 기판과 상기 제2희생막의 적어도 일부를 제거하는 공정을 포함하는 전계방출소자의 제조방법.(g) removing at least a portion of the substrate and the second sacrificial film so as to expose at least the vicinity of the tip of the emitter film. 제34항에 있어서,The method of claim 34, wherein 상기 표면층은 게이트 막으로만 만들어지며, 상기 공정(b)의 상기 표면층의 일부를 제거하는 공정은 상기 게이트 막 위에 소정의 패턴을 가지는 레지스트 막을 형성하며, 이 레지스트 패턴을 마스크로 사용하여 상기 기판의 표면을 향해 게이트 막을 아래로 통과하는 통과공을 형성하는 공정이며, 상기 공정(c)의 측면공간형성부를 형성하는 공정은 상기 게이트 막의 전체 표면 위에 제1희생막을 형성하고, 상기 구멍의 내벽 위에서 상기 측면공간형성부를 형성하도록 상기 제1희생막을 에칭-백하는 공정인 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 제조방법.The surface layer is made of only a gate film, and the step of removing a part of the surface layer in the step (b) forms a resist film having a predetermined pattern on the gate film, and using the resist pattern as a mask to Forming a side hole forming portion passing through the gate film downward toward the surface, wherein forming the side space forming portion of the step (c) forms a first sacrificial film on the entire surface of the gate film, And etching back the first sacrificial film to form a lateral space forming portion. 제34항에 있어서,The method of claim 34, wherein 상기 표면층은 상기 게이트 막과 상기 게이트 막 위에 형성된 절연막을 포함하며, 상기 공정(b)의 상기 표면층의 일부를 제거하는 공정은 상기 절연막 위에 소정 패턴의 레지스트 막을 형성하고, 이 레지스트 막을 마스크로 사용하여 상기 절연막을 통과하는 통과공을 형성하는 공정이며, 상기 공정(c)의 측면공간형성부를 형성하는 공정은 상기 게이트 막의 전체 표면 위에 제1희생막을 형성하고, 상기 구멍의 내벽 위에서 상기 측면공간형성부를 형성하도록 상기 제1희생막을 에칭-백하고, 상기 측면공간형성부를 마스크로 사용하여 상기 게이트막을 통과하는 구멍을 형성하는 공정인 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 제조방법.The surface layer includes the gate film and an insulating film formed on the gate film, and the step of removing a part of the surface layer in the step (b) forms a resist film of a predetermined pattern on the insulating film, and uses the resist film as a mask. And forming a side space forming portion in the step (c), forming a first sacrificial film on the entire surface of the gate film, and forming the side space forming portion on the inner wall of the hole. And forming a hole passing through the gate film by using the lateral space forming portion as a mask. 제34항에 있어서,The method of claim 34, wherein 상기 측면공간형성부는 절연물질로 만들어지는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 제조방법.And the side space forming part is made of an insulating material. 제34항에 있어서,The method of claim 34, wherein 상기 측면공간형성부는 도전성물질로 만들어지는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 제조방법.The side space forming portion is a manufacturing method of the field emission device, characterized in that made of a conductive material. 제34항에 있어서,The method of claim 34, wherein 상기 공정(g)의 상기 기판과 제2희생막 일부를 제거하는 공정은 상기 측면공간형성부를 에칭 제거하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 제조방법.And removing the substrate and part of the second sacrificial film in the step (g) comprises etching the side space forming part. 제34항에 있어서,The method of claim 34, wherein 상기 공정(e)의 도전성 이미터 막을 형성하는 공정은 제1이미터 막을 형성하는 공정과, 상기 제1이미터 막 위에 도전성 초미립자를 퇴적시키고 이 입자들을 구워서 제2이미터 막을 형성하는 공정을 포함하며, 상기 공정(f)의 이방성 에칭-백을 하는 공정은 상기 통과공을 형성하도록 적어도 상기 구멍의 바닥부에 대해서 상기 제1이미터 막을 제거하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 제조방법.The step of forming the conductive emitter film of step (e) includes forming a first emitter film, and depositing conductive ultrafine particles on the first emitter film and baking the particles to form a second emitter film. Wherein the step of performing anisotropic etching-back of the step (f) comprises removing the first emitter film at least with respect to the bottom of the hole to form the through hole. Manufacturing method. 제40항에 있어서,The method of claim 40, 상기 공정(e)의 도전성 이미터 막을 형성하는 공정은, 상기 이미터 막의 표면을 평탄화하도록 상기 초미립자를 에칭백하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 제조방법.The step of forming the conductive emitter film of the step (e) includes the step of etching back the ultra-fine particles to planarize the surface of the emitter film. 제40항에 있어서,The method of claim 40, 상기 제2이미터 막을 형성하는 공정은, 분사인쇄시스템을 사용하는 건식 방법으로 상기 제1이미터 전극 위에 독립분산성 초미립자 그룹을 직접 입히는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 제조방법.The step of forming the second emitter film includes a step of directly coating a group of independent dispersible ultrafine particles on the first emitter electrode in a dry method using a spray printing system. 제40항에 있어서,The method of claim 40, 상기 제2이미터 막을 형성하는 공정은, 상기 제1이미터 전극위에 부식되지 않는 금속물질을 도금하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 제조방법.The step of forming the second emitter film includes the step of plating a metal material which is not corroded on the first emitter electrode. 제40항에 있어서,The method of claim 40, 상기 제2이미터 막을 형성하는 공정은, 상기 제1이미터 전극위에 스퍼터링 또는 증착에 의해서 Al, Cr, Ni, Ni, Mo 및 Hf 중 어느 하나를 퇴적시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 제조방법.The step of forming the second emitter film includes the step of depositing any one of Al, Cr, Ni, Ni, Mo, and Hf by sputtering or vapor deposition on the first emitter electrode. Method of manufacturing the device. 제40항에 있어서,The method of claim 40, 상기 제2이미터 막을 형성하는 공정은, 상기 제1이미터 전극위에 CVD법에 의해 W, Cr, Al 중 어느 하나를 퇴적시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전계방출소자의 제조방법.The step of forming the second emitter film includes a step of depositing any one of W, Cr, and Al on the first emitter electrode by a CVD method.
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