KR20010020824A - Cold cathode field emission device and method of producing the same, and cold cathode field emission display - Google Patents

Cold cathode field emission device and method of producing the same, and cold cathode field emission display Download PDF

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KR20010020824A
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구보타신지
사타히로시
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이데이 노부유끼
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Abstract

PURPOSE: To provide a cold cathode field electron emission element easily manufactured and capable of coping with a big screen of a display device. CONSTITUTION: This cold cathode field electron emission element is provided with (A) a cathode electrode 11 formed on a support 10, (B) an insulating layer formed on the support 10 including the cathode electrode 11, (C) a gate electrode 13 formed on the insulating layer 12, (D) an opening 14 penetrating the gate electrode 13 and the insulating layer 12, (E) a resistor layer 15e formed on the cathode electrode 11 located at the bottom of the opening 14 and having the tip part in a shape of a drill, and (F) an electron emitting part 17e made of a conductive material whose work function is smaller than that of the material constituting the resistor layer 15e and formed on the tip of the resistor layer 15e reflecting its drill shape.

Description

냉음극 전계 방출 소자와 그 제조 방법 및 냉음극 전계 방출 표시 장치{COLD CATHODE FIELD EMISSION DEVICE AND METHOD OF PRODUCING THE SAME, AND COLD CATHODE FIELD EMISSION DISPLAY}COLD CATHODE FIELD EMISSION DEVICE AND METHOD OF PRODUCING THE SAME, AND COLD CATHODE FIELD EMISSION DISPLAY}

본 발명은 냉음극 전계 방출 소자와 그 제조 방법 및 냉음극 전계 방출형 표시 장치에 관한 것으로, 더 상세하게 설명하면 선단부가 뿔 형상을 가지는 냉음극 전계 방출 소자와 그 제조 방법 및 이러한 냉음극 전계 방출 소자를 2차원 매트릭스 형태로 배열한 평면형의 냉음극 전계 방출형 표시 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a cold cathode field emission device, a method for manufacturing the same, and a cold cathode field emission display device. More specifically, a cold cathode field emission device having a horn-shaped tip and a method for manufacturing the same, and a cold cathode field emission. The present invention relates to a planar cold cathode field emission display device in which elements are arranged in a two-dimensional matrix.

현재 주류를 이루는 음극선관(CRT;cathode ray tube)을 대신하는 화상 표시 장치로 평면형(플랫 패널 형식(flat-panel type)) 표시 장치가 여러 가지 검토되고 있다. 이러한 평면형 표시 장치로는 액정 표시 장치(LCD;liquid crystal display), 일렉트로루미네센스 표시 장치(ELD;electroluminescence display), 플라즈마 표시 장치(PDP;plasma display panel)가 예시된다. 또, 열적 여기(thermal excitation)에 의하지 않고 고체로부터 진공 중에 전자를 방출하는 것이 가능한 냉음극 전계 방출형의 표시 장치, 이른 바 필드 이미션 디스플레이(FED;field emisson display)도 제안되어 있어 화면의 밝기 및 저소비 전력의 관점에서 주목받고 있다.Currently, various types of flat panel (flat-panel type) display devices have been studied as an image display device replacing the mainstream cathode ray tube (CRT; cathode ray tube). Examples of such a flat panel display include a liquid crystal display (LCD), an electroluminescence display (ELD), and a plasma display panel (PDP). In addition, a cold cathode field emission display device, which is capable of emitting electrons from a solid in a vacuum without thermal excitation, and a so-called field emisson display (FED), has also been proposed. And low power consumption.

냉음극 전계 방출형의 표시 장치(이하, 간단히 "표시 장치"라고 하는 경우가 있음)는 일반적으로 2차원 매트릭스 형태로 배열된 각 화소에 대응하여 전자 방출부를 가지는 캐소드 패널과, 이 전자 방출부로부터 방출된 전자와의 충돌에 의해 여기되어 발광하는 형광체층을 가지는 애노드 패널이 진공층을 개재하여 대향 배치된 구성을 가진다. 캐소드 패널 상의 각 화소에서는, 통상 복수의 전자 방출부가 형성되며, 또 전자 방출부로부터 전자를 끌어내기 위한 게이트 전극도 형성되어 있다. 이 전자 방출부와 게이트 전극을 가지는 부분을 전계 방출 소자로 부르는 것으로 한다.A cold cathode field emission type display device (hereinafter sometimes referred to simply as a "display device") generally includes a cathode panel having an electron emission portion corresponding to each pixel arranged in a two-dimensional matrix form, and from the electron emission portion. An anode panel having a phosphor layer excited by collision with emitted electrons and emitting light has a configuration in which the anode panel is disposed opposite the vacuum layer. In each pixel on the cathode panel, a plurality of electron emission sections are usually formed, and a gate electrode for drawing electrons from the electron emission sections is also formed. The part which has this electron emission part and a gate electrode is called a field emission element.

이러한 표시 장치의 구성에서 낮은 구동 전압으로 큰 방출 전자 전류를 얻기 위해서는 전자 방출부의 선단 형상을 날카롭게 뾰족하게 한 형상으로 하는 것, 개개의 전자 방출부를 미세화하여 1화소에 대응하는 구획 내의 전자 방출부의 존재 밀도를 높이는 것, 전자 방출부의 선단과 게이트 전극의 거리를 단축할 것이 요구된다. 따라서, 이를 실현하기 위해서 종래부터 여러 가지 구성을 가지는 전계 방출 소자가 제안되어 있다.In the configuration of such a display device, in order to obtain a large emission electron current at a low driving voltage, the tip shape of the electron emission section is sharply sharpened, and the presence of the electron emission section in a section corresponding to one pixel by miniaturizing individual electron emission sections Increasing the density and shortening the distance between the tip of the electron emission section and the gate electrode is required. Therefore, in order to realize this, the field emission element which has various structures is conventionally proposed.

이러한 종래의 표시 장치에 사용되는 전계 방출 소자의 대표적인 예의 하나로 전자 방출부를 원뿔형의 도전체로 구성한, 이른 바 스핀트(Spindt)형 전계 방출 소자가 알려져 있다. 이 스핀트형 전계 방출 소자를 적용한 표시 장치의 개념도를 도 37에 도시한다. 캐소드 패널(CP)에 형성된 스핀트형 전계 방출 소자는 지지체(200)에 형성된 캐소드 전극(201)과, 절연층(202)과, 절연층(202) 상에 형성된 게이트 전극(203)과, 게이트 전극(203) 및 절연층(202)을 관통하여 형성된 개구부(204) 내에 형성된 원뿔형의 전자 방출부(205)로 구성된다. 전자 방출부(205)가 2차원 매트릭스 형태로 소정 개수 배열되어 1화소가 구성된다. 한편, 애노드 패널 (AP)은 투명 기판(210) 상에 소정의 패턴에 의해 형광체층(211)이 형성되고 이 형광체층(211)이 애노드 전극(212)으로 덮인 구조를 가진다.As a representative example of the field emission device used in such a conventional display device, a so-called Spindt type field emission device having an electron emission portion made of a conical conductor is known. 37 is a conceptual diagram of the display device to which the spin type field emission device is applied. The spin type field emission device formed on the cathode panel CP includes a cathode electrode 201 formed on the support 200, an insulating layer 202, a gate electrode 203 formed on the insulating layer 202, and a gate electrode. And a conical electron emission portion 205 formed in the opening 204 formed through the 203 and the insulating layer 202. A predetermined number of electron emitters 205 are arranged in a two-dimensional matrix to form one pixel. On the other hand, the anode panel AP has a structure in which the phosphor layer 211 is formed on the transparent substrate 210 by a predetermined pattern, and the phosphor layer 211 is covered with the anode electrode 212.

전자 방출부(205)와 게이트 전극(203) 사이에 전압을 인가하면 그 결과 발생한 전계에 의해서 전자 방출부(205)의 선단으로부터 전자 "e"가 인출된다. 이 전자 "e"는 애노드 패널(AP)의 애노드 전극(212)에 끌어당겨져 애노드 전극(212)과 투명 기판(210) 사이에 형성된 발광체층인 형광체층(211)에 충돌한다. 그 결과, 형광체층(211)이 여기되어 발광하여 원하는 화상을 얻을 수 있다. 이 전계 방출 소자의 동작은 기본적으로 게이트 전극(203)에 인가되는 전압에 의해서 제어된다.When a voltage is applied between the electron emission section 205 and the gate electrode 203, electrons "e" are drawn out from the tip of the electron emission section 205 by the resulting electric field. This electron "e" is attracted to the anode electrode 212 of the anode panel AP and collides with the phosphor layer 211 which is a light emitting layer formed between the anode electrode 212 and the transparent substrate 210. As a result, the phosphor layer 211 is excited to emit light, thereby obtaining a desired image. The operation of this field emission element is basically controlled by the voltage applied to the gate electrode 203.

여기에서, 스핀트형 전계 방출 소자의 대표적인 제조 방법의 개요를 이하 도 38 (A), 도 38 (B), 도 39 (A) 및 도 39 (B)를 참조하여 설명한다. 이 제조 방법은 기본적으로 원뿔형의 전자 방출부(205)를 금속 재료의 수직 증착에 의해 형성하는 방법이다. 즉, 개구부(204)에 대하여 증착 입자는 수직으로 입사하지만 개구단(開口端) 부근에 형성되는 오버행(overhang) 형태의 퇴적물에 의한 차폐 효과를 이용하여 개구부(204)의 저부에 도달하는 증착 입자의 양을 절감시켜 원뿔형의 퇴적물인 전자 방출부(205)를 자기 정합적으로(self-alignment manner) 형성한다. 여기에서는, 불필요한 오버행 형태의 퇴적물의 제거를 용이하게 하기 위해 게이트 전극(203) 상에 박리층(206)을 미리 형성해 두는 방법에 관해서 설명한다.Here, the outline | summary of the typical manufacturing method of a spin type field emission element is demonstrated with reference to FIG. 38 (A), FIG. 38 (B), FIG. 39 (A), and FIG. 39 (B). This manufacturing method is basically a method of forming the conical electron emitting portion 205 by vertical vapor deposition of a metal material. That is, the deposition particles are incident perpendicularly to the openings 204 but reach the bottom of the openings 204 using a shielding effect by an overhang-shaped deposit formed near the opening end. By reducing the amount of conical deposits, the electron emission portions 205 are formed in a self-alignment manner. Here, a method of forming the release layer 206 in advance on the gate electrode 203 will be described in order to facilitate the removal of unnecessary overhang deposits.

[공정-10][Step-10]

우선, 예를 들어 유리 기판으로 이루어지는 지지체(200) 상에 니오브(Nb)로 이루어지는 캐소드 전극(201)을 형성한 후 그 위에 SiO2로 이루어지는 절연층(202), 도전 재료로 이루어지는 게이트 전극(203)을 순차로 제막하고, 다음에 이 게이트 전극(203)과 절연층(202)을 패터닝함으로써 개구부(204)를 형성한다(도 38 (A) 참조).First, for example, a cathode electrode 201 made of niobium (Nb) is formed on a support 200 made of a glass substrate, and an insulating layer 202 made of SiO 2 and a gate electrode 203 made of a conductive material are formed thereon. ) Is sequentially formed, and then the gate electrode 203 and the insulating layer 202 are patterned to form the openings 204 (see FIG. 38 (A)).

[공정-20][Process-20]

다음에, 도 38 (B)에 도시한 바와 같이 게이트 전극(203) 상에 알루미늄을 비스듬하게 증착함으로써 박리층(206)을 형성한다. 이때, 지지체(200)의 법선(法線)에 대한 증착 입자의 입사각을 충분히 크게 선택함으로써 개구부(204)의 저면에는 알루미늄을 거의 퇴적시키지 않고 게이트 전극(203) 상에 박리층(206)을 형성할 수 있다. 이 박리층(206)은 개구부(204)의 개구단으로부터 처마(eave) 형상으로 돌출되어 있고, 이것에 의해 개구부(204)의 직경이 실질적으로 축소된다.Next, as shown in FIG. 38 (B), the exfoliation layer 206 is formed by obliquely depositing aluminum on the gate electrode 203. At this time, by sufficiently selecting the incident angle of the deposition particles with respect to the normal of the support 200, the release layer 206 is formed on the gate electrode 203 with almost no aluminum deposited on the bottom of the opening 204. can do. The release layer 206 protrudes from the opening end of the opening 204 in an eave shape, whereby the diameter of the opening 204 is substantially reduced.

[공정-30][Process-30]

다음에, 전체면에 예를 들면 도전 재료로서 몰리브덴(Mo)을 수직 증착한다. 이 때, 도 39 (A)에 도시한 바와 같이 박리층(206) 상에서 오버행 형상을 가지는 도전 재료층(205A)이 성장함에 따라 개구부(204)의 실질적인 직경이 점차로 축소되므로, 개구부(204)의 저부에서 퇴적에 기여하는 증착 입자가 점차로 개구부(204)의 중앙 부근을 통과하는 것에 한정되게 된다. 그 결과, 개구부(204)의 저부에는 원뿔형의 퇴적물이 형성되고 이 원뿔형의 퇴적물이 전자 방출부(205)가 된다.Next, molybdenum (Mo) is vertically deposited on the entire surface as a conductive material, for example. At this time, as the conductive material layer 205A having an overhang shape grows on the release layer 206 as shown in FIG. 39A, the substantial diameter of the opening 204 gradually decreases, so that the opening 204 is formed. The deposited particles contributing to the deposition at the bottom are gradually limited to passing near the center of the opening 204. As a result, a conical deposit is formed at the bottom of the opening 204, and the conical deposit becomes the electron emission section 205. FIG.

[공정-40][Step-40]

그후, 도 39 (B)에 도시한 바와 같이 전기 화학적 프로세스 및 습식 프로세스에 의해서 박리층(206)을 게이트 전극(203)의 표면으로부터 박리하여 게이트 전극(203) 위쪽의 도전 재료층(205A)을 제거(리프트 오프(lift off))한다.Thereafter, as shown in FIG. 39 (B), the peeling layer 206 is peeled off from the surface of the gate electrode 203 by an electrochemical process and a wet process to remove the conductive material layer 205A above the gate electrode 203. Remove (lift off).

그런데, 전술한 바와 같은 전자 방출부는 실제로는 지지체 상에 경우에 따라서는 수천 만개 오더로 형성되기 때문에 개개의 형상이나 치수의 불균일함에 의한 전자 방출 특성의 불균일을 피할 수 없다. 즉 전자 방출이 개시될 때의 게이트 전압의 임계치(threshold value)는 전자 방출부마다 상이하고, 더구나 I-V 곡선(게이트 전압(V)을 횡축, 방출 전자 전류(I)를 종축으로 하고 게이트 전압(V)에 대한 방출 전자 전류(I)의 변화를 표시한 특성 곡선)의 경사는 모두 가파르기 때문에, 통상 구동 시의 게이트 전압 하에서도 어떤 전자 방출부는 과전류에 의해서 파괴되고, 어떤 전자 방출부로부터는 전자가 방출되지 않는다는 문제가 생길 우려가 있다. 이 불균일함을 일부 개선 가능한 전계 방출 소자로서 예를 들면 일본국 특개평(特開平) 5(1993)-47296호 공보에 캐소드 전극과 원뿔 형상을 가지는 전자 방출부 사이에 전기 저항층을 설치한 전계 방출 소자가 개시(開示)되어 있다. 전기 저항층은 I-V 곡선의 경사를 감소시키는 작용을 가지기 때문에 전기 저항층의 전기 저항률을 적절히 선택함으로써 어떤 전자 방출부도 통상 구동 시의 게이트 전압 하에서 파괴되는 일없이 전자를 방출하는 것이 가능해진다.By the way, since the electron-emitting part as described above is actually formed in the case of tens of millions of orders on the support, the non-uniformity of the electron emission characteristic due to the non-uniformity of individual shapes and dimensions cannot be avoided. In other words, the threshold value of the gate voltage at the start of electron emission is different for each electron emission portion, and furthermore, the I-V curve (the horizontal axis of the gate voltage V and the vertical axis of the emission electron current I) is used. Since the inclination of the characteristic curve indicating the change of the emission electron current (I) with respect to (V) is all steep, any electron emission part is destroyed by overcurrent even under a gate voltage during normal driving, and from any electron emission part There is a fear that a problem arises that electrons are not emitted. As a field emission device capable of partially improving this non-uniformity, for example, an electric field having an electrical resistance layer provided between a cathode electrode and a cone-shaped electron emission portion in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5 (1993) -47296. An emitting element is disclosed. Since the electrical resistive layer has the function of reducing the inclination of the I-V curve, by appropriately selecting the electrical resistivity of the electrical resistive layer, any electron emitting portion can emit electrons without being destroyed under the gate voltage during normal driving.

그런데, 도 39 (B)에 도시한 구조를 가지는 전계 방출 소자의 전자 방출 특성은 개구부(204)의 상단부를 이루는 게이트 전극(203)의 에지부(203 A)로부터 전자 방출부(205)의 선단부까지의 거리에 크게 의존한다. 그리고 이 거리는 개구부(204) 형상의 가공 정밀도나 직경의 치수 정밀도, [공정-30]에서 막이 형성되는 도전 재료층(205A)의 막 두께 정밀도나 커버리지(coverage)(단차 피복성(step coverage)), 또 그 밑층(undercoat)이 되는 박리층(206)의 형상 정밀도에 크게 의존한다.By the way, the electron emission characteristic of the field emission device having the structure shown in FIG. 39B is the tip of the electron emission section 205 from the edge 203 A of the gate electrode 203 forming the upper end of the opening 204. It depends heavily on the distance to. The distance is determined by the processing accuracy of the shape of the opening 204, the dimensional accuracy of the diameter, and the film thickness precision and coverage (step coverage) of the conductive material layer 205A on which the film is formed in [Step-30]. It also greatly depends on the shape precision of the release layer 206 serving as the undercoat.

따라서, 균일한 특성을 가지는 복수의 전계 방출 소자로 구성된 표시 장치를 제조하기 위해서는 피제막체(被製膜體) 전체면에 걸쳐 도전 재료층(205A)을 균일하게 제막해야 한다. 그러나, 통상의 증착 장치로는 1지점에 설치된 증발원(蒸發源)으로부터 어느 정도 확대각을 가지고 도전 재료 입자가 방출되는 때문에 피제막체의 중앙부 근방과 주변부에서는 층 두께나 커버리지의 대칭성도 상이하게 된다. 이로 인하여, 전자 방출부의 높이가 불균일하게 되거나 전자 방출부의 정점(頂點) 위치가 개구부(204)의 중심에서 벗어나기 쉽고, 원뿔형의 전자 방출부(205)의 선단부로부터 게이트 전극(203)까지의 거리의 불균일함을 억제하기가 어렵다. 더구나, 이 거리의 불균일함은 동일한 제조 로트 내는 물론, 제조 로트 사이에도 발생하여 표시 장치의 화상 표시 특성, 예를 들면 화상의 휘도 얼룩을 발생시키는 원인이 된다. 또한, 도전 재료층(205A)은 통상 약 1μm 또는 그 이상의 두께로 제막되기 때문에 증착법으로는 수십 시간 단위의 제막 시간이 필요하게 되어 스루풋(throughput) 개선이 곤란한다는 것과, 대형 증착 장치가 필요하게 된다는 것 등의 문제도 있다.Therefore, in order to manufacture a display device composed of a plurality of field emission elements having uniform characteristics, the conductive material layer 205A must be uniformly formed over the entire surface of the film to be formed. However, in the conventional vapor deposition apparatus, the conductive material particles are emitted from the evaporation source installed at one point with a certain magnification angle, so that the layer thickness and the coverage symmetry are different in the vicinity and the center of the film to be formed. . As a result, the height of the electron emitting portion becomes uneven or the apex position of the electron emitting portion is likely to deviate from the center of the opening 204, and the distance from the distal end of the conical electron emitting portion 205 to the gate electrode 203 is increased. It is difficult to suppress nonuniformity. Moreover, the nonuniformity of this distance occurs not only in the same manufacturing lot but also between manufacturing lots, which causes an image display characteristic of the display device, for example, uneven luminance of an image. In addition, since the conductive material layer 205A is usually formed to a thickness of about 1 μm or more, the deposition method requires a film formation time of several tens of hours, which makes it difficult to improve throughput and a large deposition apparatus. There are also problems such as things.

또, 박리층(206)을 경사 증착법으로 큰 면적의 피제막체 전체면에 걸쳐 균일하게 제막하는 것도 매우 어렵다. 게이트 전극(203)에 형성된 개구부(204)의 에지부로부터 박리층(206)이 처마 형상으로 연장되도록 박리층(206)을 고정밀도로 퇴적시키는 것도 매우 어렵다. 또, 박리층(206)의 제막은 지지체면 내에서 불균일하게 될 뿐 아니라 로트 사이에서의 불균일함도 발생하고 쉽다. 또한, 큰 면적의 표시 장치를 제조하기 위해서 큰 면적의 유리 기판 전체에 걸쳐 박리층(206)의 박리를 행하는 것은 매우 곤란할 뿐 아니라, 박리층(206)의 박리는 오염의 원인이 되어 표시 장치의 제조 수율(production yield)의 저하를 초래한다.Moreover, it is also very difficult to form the peeling layer 206 uniformly over the whole surface of the large to-be-film-formed body by the diagonal vapor deposition method. It is also very difficult to deposit the exfoliation layer 206 with high precision so that the exfoliation layer 206 extends in an eave shape from the edge portion of the opening 204 formed in the gate electrode 203. In addition, the film formation of the release layer 206 is not only nonuniform in the support surface, but also nonuniformity between lots occurs easily. In addition, in order to manufacture a large area display device, it is very difficult not only to peel the peeling layer 206 over the entire glass substrate of a large area, but also the peeling of the peeling layer 206 may cause contamination and It leads to a decrease in production yield.

이에 더하여, 원뿔형의 전자 방출부(205)의 높이는 주로 도전 재료층(205A)의 막 두께에 의해서 규정되기 때문에 전자 방출부(205)의 설계상의 자유도가 낮다. 그뿐 아니라 전자 방출부(205)의 높이를 임의로 설정하기가 어렵기 때문에, 전자 방출부(205)로부터 게이트 전극(203)까지의 거리를 짧게 하는 경우, 절연층(202)의 막 두께를 얇고 해야만 한다. 그러나, 절연층(202)의 막 두께를 얇게 하면 배선 사이(게이트 전극(203)과 캐소드 전극(201) 사이)의 정전 용량을 작게 할 수 없어 표시 장치의 전기 회로의 부담이 증가될 뿐 아니라 표시 장치의 면 내의 균일성 및 화질이 열화된다는 문제가 있다.In addition, since the height of the conical electron emitting portion 205 is mainly defined by the film thickness of the conductive material layer 205A, the design freedom of the electron emitting portion 205 is low. In addition, since it is difficult to arbitrarily set the height of the electron emission section 205, when the distance from the electron emission section 205 to the gate electrode 203 is shortened, the film thickness of the insulating layer 202 must be made thin. do. However, if the thickness of the insulating layer 202 is made thin, the capacitance between the wirings (between the gate electrode 203 and the cathode electrode 201) cannot be made small, thereby increasing the burden on the electrical circuit of the display device as well as display. There is a problem that uniformity and image quality in the plane of the device are degraded.

이러한 문제는 일본국 특개평 5(1993)-47296호 공보에 개시된, 전기 저항층을 가지는 전계 방출 소자의 제조 방법에서도 전혀 해결되어 있지 않다. 그것은, 이 특허 공개 공보에 개시된 전계 방출 소자의 제조 방법이 도전 재료층의 제거(리프트 오프)를 기본으로 하는 종래의 스핀트형 전계 방출 소자의 제조 방법에 근거하고 있기 때문이다. 또, 상기 특허 공개 공보에 개시된 제조 방법 중에서, 전기 저항층도 리프트 오프법으로 형성하는 방법에 의하면 오염의 발생 원인을 더욱 증가시킬 수도 있다.This problem has not been solved at all in the method for producing a field emission device having an electric resistance layer, which is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5 (1993) -47296. This is because the method for manufacturing a field emission device disclosed in this patent publication is based on a conventional method for manufacturing a spin type field emission device based on the removal (lift off) of the conductive material layer. Moreover, in the manufacturing method disclosed in the said patent publication, the method of forming an electrical resistance layer also by the lift-off method can further increase the cause of a contamination.

따라서 본 발명은 종래의 스핀트형의 냉음극 전계 방출 소자의 제조상의 문제점을 해결할 수가 있어, 균일하며 또한 양호한 전자 방출 특성을 가지는 복수의 냉음극 전계 방출 소자를 간편한 방법으로 제조할 수 있는 냉음극 전계 방출 소자(이하, "전계 방출 소자"라고 함)와 그 제조 방법 및 이 전계 방출 소자를 사용하여 구성되는 냉음극 전계 방출형 표시 장치(이하, "표시 장치"라고 함)를 제공하는 것을 목적으로 한다.Therefore, the present invention can solve the problems in the manufacture of the conventional spin type cold cathode field emission device, and a cold cathode electric field which can manufacture a plurality of cold cathode field emission devices having uniform and good electron emission characteristics by a simple method. An object of the present invention is to provide a light emitting device (hereinafter referred to as a "field emission device"), a manufacturing method thereof, and a cold cathode field emission display device (hereinafter referred to as a "display device") constructed using the field emission device. do.

도 1은 실시예 1의 전계 방출 소자를 도시한 모식도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The schematic diagram which shows the field emission element of Example 1;

도 2는 본 발명의 표시 장치의 구성예를 도시한 모식적인 단면도.2 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a display device of the present invention.

도 3 (A) 및 3 (B)는 실시예 1의 전계 방출 소자의 제조 방법을 설명하는 모식적인 단면도로, 도 3 (A)는 개구부 형성 공정, 도 3 (B)는 저항체층의 형성 공정을 각각 도시한 도면.3 (A) and 3 (B) are schematic cross-sectional views illustrating the method of manufacturing the field emission device of Example 1, FIG. 3 (A) is an opening forming step, and FIG. 3 (B) is a forming step of the resistor layer. Respectively shown.

도 4 (A) 및 4 (B)는 도 3 (B)에 이어, 실시예 1의 전계 방출 소자의 제조 방법을 설명하는 모식적인 단면도로, 도 4 (A)는 마스크 재료층의 형성 공정, 도 4 (B)는 요부에 마스크 재료층을 남기는 공정을 각각 나타낸 도면.4 (A) and 4 (B) are schematic cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the field emission device of Example 1, following FIG. 3 (B), and FIG. 4 (A) shows a step of forming a mask material layer, Fig. 4B is a view showing a step of leaving a mask material layer in recesses, respectively.

도 5 (A) 및 5 (B)는 도 4 (B)에 이어, 실시예 1의 전계 방출 소자의 제조 방법을 설명하는 모식적인 단면도로, 도 5 (A)는 선단부가 뿔 형상을 가지는 저항체층의 형성 공정, 도 5 (B)는 전자 방출부의 형성 공정을 각각 나타낸 도면.5 (A) and 5 (B) are schematic cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the field emission device of Example 1, following FIG. 4 (B). FIG. 5 (A) is a resistor having a tip-shaped cone shape. Fig. 5B is a view showing the step of forming the electron emitting portion, respectively.

도 6 (A) 및 6 (B)는 저항체층의 선단부에서의 뿔 형상의 달성 기구를 설명하는 도면으로, 도 6 (A)는 에칭의 진행에 따른 피에칭물의 표면 프로필의 변화를 도시한 개념도, 도 6 (B)는 에칭 시간과 개구부 중심에서의 피에칭물의 두께의 관계를 나타낸 그래프.6 (A) and 6 (B) are diagrams illustrating a mechanism for achieving a horn shape at the tip of the resistor layer, and FIG. 6 (A) is a conceptual diagram showing a change in the surface profile of an object to be etched as the etching proceeds. 6 (B) is a graph showing the relationship between the etching time and the thickness of an object to be etched at the opening center.

도 7은 실시예 2의 전계 방출 소자를 도시한 모식도.FIG. 7 is a schematic diagram showing the field emission device of Example 2. FIG.

도 8 (A) 및 8 (B)는 실시예 2의 전계 방출 소자의 제조 방법을 설명하는 모식적인 단면도로, 도 8 (A)는 수속 전극의 형성 공정까지, 도 8 (B)는 개구부의 형성 공정을 각각 도시한 도면.8 (A) and 8 (B) are schematic cross-sectional views illustrating the method for manufacturing the field emission device of Example 2, FIG. 8 (A) until the formation process of the converging electrode, and FIG. 8 (B) of the openings. Figures showing the formation process, respectively.

도 9 (A) 및 9 (B)는 도 8 (B)에 이어, 실시예 2의 전계 방출 소자의 제조 방법을 설명하는 모식적인 단면도로, 도 9 (A)는 저항체층의 형성 공정, 도 9 (B)는 요부에 마스크 재료층을 남기는 공정을 각각 도시한 도면.9 (A) and 9 (B) are schematic cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the field emission device of Example 2, following FIG. 8 (B). FIG. 9 (A) is a step of forming a resistor layer. 9 (B) shows a step of leaving a mask material layer in recesses, respectively.

도 10 (A) 및 10 (B)는 도 9 (B)에 이어, 실시예 2의 전계 방출 소자의 제조 방법을 설명하는 모식적인 단면도로, 도 10 (A)는 선단부가 뿔 형상을 가지는 저항체층의 형성 공정, 도 10 (B)는 요부에 마스크 재료층을 남기는 공정을 각각 도시한 도면.10 (A) and 10 (B) are schematic cross-sectional views illustrating the method for manufacturing the field emission device of Example 2, following FIG. 9 (B), and FIG. 10 (A) is a resistor having a tip-shaped cone shape. The process of forming a layer, and FIG. 10 (B) respectively show a process of leaving a mask material layer in a recess.

도 11 (A) 및 11 (B)는 실시예 3의 제조 방법을 설명하는 모식적인 단면도로, 도 11 (A)는 저항체층의 형성 공정, 도 11 (B)는 마스크 재료층의 형성 공정을 각각 도시한 도면.11A and 11B are schematic cross-sectional views illustrating the manufacturing method of Example 3, in which Fig. 11A is a step of forming a resistor layer, and Fig. 11B is a step of forming a mask material layer. Respectively shown.

도 12 (A) 및 12 (B)는 도 11 (B)에 이어, 실시예 3의 전계 방출 소자의 제조 방법을 설명하는 모식적인 단면도로, 도 12 (A)는 원주부에 마스크 재료층을 남기는 공정, 도 12 (B)는 선단부가 뿔 형상을 가지는 저항체층의 형성 공정을 각각 도시한 도면.12 (A) and 12 (B) are schematic cross-sectional views illustrating the method for manufacturing the field emission device of Example 3, following FIG. 11 (B), and FIG. 12 (A) shows a mask material layer at the circumference thereof. Fig. 12 (B) shows a step of forming a resistor layer having a distal end portion having a horn shape.

도 13 (A) 및 13 (B)는 도 12 (B)에 이어, 실시예 3의 전계 방출 소자의 제조 방법을 설명하는 모식적인 단면도로, 도 13 (A)는 전자 방출부의 형성 공정, 도 13 (B)는 개구부의 등방성 에칭 공정을 각각 도시한 도면.13 (A) and 13 (B) are schematic cross-sectional views illustrating the method for manufacturing the field emission device of Example 3, following FIG. 12 (B), and FIG. 13 (A) shows a process of forming an electron emission section. 13 (B) is a diagram showing an isotropic etching step of the openings, respectively.

도 14 (A) 및 14 (B)는 피에칭물의 표면 프로필의 시간의 경과에 따른 변화를 설명하는 모식도로, 도 14 (A)는 동으로 이루어지는 마스크 재료층을 사용한 경우, 도 14 (B)는 레지스트 재료로 이루어지는 마스크 재료층을 사용한 경우를 각각 도시한 도면.14 (A) and 14 (B) are schematic diagrams illustrating changes over time of the surface profile of an object to be etched, and FIG. 14 (A) is a diagram showing a case of using a mask material layer made of copper. Fig. 1 shows the case where a mask material layer made of a resist material is used, respectively.

도 15는 실시예 4의 제조 방법을 설명하는 모식적인 단면도.15 is a schematic cross-sectional view illustrating the manufacturing method of Example 4. FIG.

도 16은 실시예 5의 제조 방법으로 얻어지는 전계 방출 소자의 모식도.16 is a schematic view of a field emission device obtained by the manufacturing method of Example 5. FIG.

도 17 (A) 및 17 (B)는 실시예 5의 제조 방법을 설명하는 모식적인 단면도로, 도 17 (A)는 평탄화층의 형성 공정까지, 도 17(B)는 개구부의 저부를 저항체층으로 매립하는 공정을 각각 도시한 도면.17 (A) and 17 (B) are schematic cross-sectional views illustrating the manufacturing method of Example 5, and FIG. 17 (A) shows a step of forming the planarization layer, and FIG. 17 (B) shows the bottom portion of the opening of the resistor layer. The figure which shows the process of embedding by each.

도 18 (A) 및 18 (B)는 도 17 (B)에 이어, 실시예 5의 제조 방법을 설명하는 모식적인 단면도로, 도 18 (A)는 밀착층과 도전 재료층의 형성 공정, 도 18 (B)는 마스크 재료층의 형성 공정을 각각 도시한 도면.18 (A) and 18 (B) are schematic cross-sectional views illustrating the manufacturing method of Example 5 following FIG. 17 (B), and FIG. 18 (A) is a step of forming an adhesive layer and a conductive material layer. 18 (B) each shows a step of forming a mask material layer.

도 19 (A) 및 19 (B)는 도 18 (B)에 이어, 실시예 5의 제조 방법을 설명하는 모식적인 단면도로, 도 19 (A)는 요부에 마스크 재료층을 남기는 공정, 도 19 (B)는 전자 방출부의 형성 공정을 각각 도시한 도면.19 (A) and 19 (B) are schematic cross-sectional views illustrating the manufacturing method of Example 5 following FIG. 18 (B), and FIG. 19 (A) is a step of leaving a mask material layer in the main portion, FIG. 19. (B) is a figure which shows the formation process of an electron emission part, respectively.

도 20은 실시예 6의 제조 방법으로 얻어지는 전계 방출 소자의 모식도.20 is a schematic view of a field emission device obtained by the manufacturing method of Example 6. FIG.

도 21 (A) 및 21 (B)는 실시예 6의 제조 방법을 설명하는 모식적인 단면도로, 도 21 (A)는 개구부의 저부를 저항체층으로 매립하는 공정까지, 도 21 (B)는 밀착층, 도전 재료층, 마스크 재료층의 형성 공정을 각각 도시한 도면.21 (A) and 21 (B) are schematic cross-sectional views illustrating the manufacturing method of Example 6, and FIG. 21 (A) is a step of embedding the bottom of the opening portion into the resistor layer, and FIG. 21 (B) is in close contact. The figure which shows the formation process of a layer, a conductive material layer, and a mask material layer, respectively.

도 22 (A) 및 22 (B)는 실시예 7의 제조 방법을 설명하는 모식적인 단면도로, 도 22 (A)는 마스크 재료층의 형성 공정까지, 도 22 (B)는 원주부에 마스크 재료층을 남기는 공정을 각각 도시한 도면.22 (A) and 22 (B) are schematic cross-sectional views illustrating the manufacturing method of Example 7, wherein FIG. 22 (A) shows the mask material layer up to the step of forming the mask material layer, and FIG. The figure which shows the process of leaving a layer, respectively.

도 23 (A) 및 23 (B)는 도 22 (B)에 이어, 실시예 7의 제조 방법을 설명하는 모식적인 단면도로, 도 23 (A)는 뿔 형상을 가지는 전자 방출부의 형성 공정, 도 23 (B)는 절연층의 등방성 에칭 공정을 각각 도시한 도면.23 (A) and 23 (B) are schematic cross-sectional views illustrating the manufacturing method of Example 7 after FIG. 22 (B), and FIG. 23 (A) is a step of forming an electron emitting portion having a horn shape, FIG. 23B each shows an isotropic etching step of the insulating layer.

도 24는 실시예 8의 제조 방법을 설명하는 모식적인 단면도.24 is a schematic cross-sectional view illustrating the manufacturing method of Example 8. FIG.

도 25 (A) 및 25 (B)는 실시예 9의 기술적 배경을 설명하는 도면으로, 도 25 (A)는 에칭의 진행에 따른 피에칭물의 표면 프로필의 변화를 나타낸 개념도, 도 25 (B)는 에칭 도중인 상태의 개념도.25 (A) and 25 (B) are views for explaining the technical background of Example 9, and FIG. 25 (A) is a conceptual diagram showing the change of the surface profile of the etching target material as the etching proceeds, and FIG. 25 (B). Is a conceptual diagram of a state in the middle of etching.

도 26 (A) 및 26 (B)는 실시예 9의 제조 방법을 설명하는 모식적인 단면도로, 도 26 (A)는 요부에 마스크 재료층을 남기는 공정까지, 도 26 (B)는 도전 재료층의 에칭 도중인 상태를 각각 도시한 도면.26 (A) and 26 (B) are schematic cross-sectional views illustrating the manufacturing method of Example 9, and FIG. 26 (A) is a step of leaving a mask material layer in recesses, and FIG. 26 (B) is a conductive material layer. The figure which shows the state currently in the process of etching.

도 27 (A) 및 27 (B)는 도 26 (B)에 이어, 실시예 9의 제조 방법을 설명하는 모식적인 단면도로, 도 27 (A)는 뿔 형상을 가지는 전자 방출부의 형성 공정, 도 27 (B)는 에칭의 진행에 따른 피에칭물의 표면 프로필의 변화를 각각 도시한 도면.27 (A) and 27 (B) are schematic cross-sectional views illustrating the manufacturing method of Example 9, following FIG. 26 (B), and FIG. 27 (A) is a step of forming an electron emitting portion having a horn shape, FIG. 27 (B) each show a change in the surface profile of an object to be etched as the etching proceeds.

도 28은 실시예 10의 제조 방법으로 얻어지는 전계 방출 소자의 모식도.28 is a schematic diagram of a field emission device obtained by the manufacturing method of Example 10.

도 29 (A) 및 29 (B)는 실시예 10의 제조 방법을 설명하는 모식적인 단면도로, 도 29 (A)는 요부에 마스크 재료층을 남기는 공정까지, 도 29 (B)는 도전 재료층의 에칭 정도를 각각 도시한 도면.29 (A) and 29 (B) are schematic cross-sectional views illustrating the manufacturing method of Example 10; FIG. 29 (A) is a step of leaving a mask material layer in recesses; FIG. 29 (B) is a conductive material layer Figures showing the etching degree of each.

도 30은 실시예 11의 제조 방법으로 얻어지는 전계 방출 소자의 모식도.30 is a schematic view of a field emission device obtained by the manufacturing method of Example 11. FIG.

도 31 (A) 및 31 (B)는 실시예 11의 제조 방법을 설명하는 모식적인 단면도로, 도 31 (A)는 개구부의 형성 공정까지, 도 31 (B)는 도전 재료층의 요부에 마스크 재료층을 남기는 공정을 각각 도시한 도면.31 (A) and 31 (B) are schematic cross-sectional views illustrating the manufacturing method of Example 11, and FIG. 31 (A) is a mask on the main portion of the conductive material layer until FIG. The figure which shows the process of leaving a material layer, respectively.

도 32 (A) 및 32 (B)는 실시예 12의 제조 방법을 설명하는 모식적인 단면도로, 도 32 (A)는 마스크 재료층의 형성 공정까지, 도 32 (B)는 원주부에 마스크 재료층을 남기는 공정을 각각 도시한 도면.32 (A) and 32 (B) are schematic cross-sectional views illustrating the manufacturing method of Example 12, and FIG. 32 (A) shows the mask material layer up to the step of forming the mask material layer, and FIG. The figure which shows the process of leaving a layer, respectively.

도 33은 실시예 13의 제조 방법을 설명하는 모식적인 단면도.33 is a schematic cross-sectional view illustrating the manufacturing method of Example 13. FIG.

도 34 (A) 및 34 (B)는 실시예 14의 제조 방법을 설명하는 모식적인 단면도로, 도 34 (A)는 요부에 마스크 재료층을 남기는 공정까지, 도 34 (B)는 도전 재료층의 에칭 도중인 상태를 각각 도시한 도면.34 (A) and 34 (B) are schematic cross-sectional views illustrating the manufacturing method of Example 14, and FIG. 34 (A) is a step of leaving a mask material layer in recesses, and FIG. 34 (B) is a conductive material layer. The figure which shows the state currently in the process of etching.

도 35는 실시예 15의 제조 방법으로 얻어지는 전계 방출 소자의 모식도.35 is a schematic diagram of a field emission device obtained by the manufacturing method of Example 15.

도 36 (A), 36 (B) 및 36 (C)는 실시예 15의 제조 방법을 설명하는 모식적인 단면도로, 도 36 (A)는 개구부의 형성 공정까지, 도 36 (B)는 도전 재료층의 요부에 마스크 재료층을 남기는 공정, 도 36 (C)는 전자 방출부의 형성 공정을 각각 도시한 도면.36 (A), 36 (B) and 36 (C) are schematic cross-sectional views illustrating the manufacturing method of Example 15, FIG. 36 (A) until the forming step of the opening portion, and FIG. 36 (B) is the conductive material Process of leaving a mask material layer in the main part of the layer, and FIG. 36C shows a process of forming an electron emitting portion, respectively.

도 37은 종래의 표시 장치의 일반적인 구성을 도시한 모식적인 부분 단면도.37 is a schematic partial cross-sectional view showing a general configuration of a conventional display device.

도 38 (A) 및 38 (B)는 종래의 스핀트형 전계 방출 소자의 제조 방법의 일례를 설명하기 위한 모식적인 단면도로, 도 38 (A)는 개구부를 형성한 상태, 도 38 (B)는 게이트 전극 상에 박리층을 형성한 상태를 각각 도시한 도면.38 (A) and 38 (B) are schematic cross-sectional views for explaining an example of a conventional method for manufacturing a spin type field emission device. FIG. 38 (A) is a state in which an opening is formed, and FIG. 38 (B) is The figure which shows the state which formed the peeling layer on the gate electrode, respectively.

도 39 (A) 및 39 (B)는 도 38 (B)에 이어 종래의 스핀트형 전계 방출 소자의 제조 방법의 일례를 설명하기 위한 모식적인 단면도로, 도 39 (A)는 도전 재료층의 성장에 따라 원뿔 형상의 전자 방출부가 형성된 상태, 도 39 (B)는 불필요한 도전 재료층을 박리층과 같이 제거한 상태를 각각 도시한 도면.39 (A) and 39 (B) are schematic cross-sectional views for explaining an example of a method for manufacturing a conventional spin type field emission device following FIG. 38 (B), and FIG. 39 (A) shows growth of a conductive material layer. Fig. 39B is a view showing a state in which an unnecessary conductive material layer is removed like a peeling layer, respectively.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>

10:지지체, l1:캐소드 전극, 12:절연층, 13:게이트 전극, 14, 24, 74, 104, 154:개구부, 15, 15e, 25, 25e, 35, 35e, 55, 55e, 65, 75, 105, 115:저항체층, 16, 26, 36, 58, 58, 78, 108, 118, 158:마스크 재료층, 17, 27, 37:도전 박막, 57, 77, 107, 117, 157:도전 재료층(전자 방출부 형성용), 17e, 27e, 37e, 57e, 67e, 77e, 107e, 117e, 157e:전자 방출부, 15A, 25A, 35A, 57A, 67A, 77A, 107A, 117A, 157A:요부, 35B, 77B, 117B:원주부, 35C, 77C, 117C:확대부, 56, 56e, 66, 66e, 76, 76e, 106, 106e, 116, 116e, 156, 156e:밀착층, 12:절연층, 20:제2 절연층, 21:수속 전극, CP:캐소드 패널, AP:애노드 패널, 160:기판, 161:형광체층, 162:애노드 전극10: support, l1: cathode electrode, 12: insulating layer, 13: gate electrode, 14, 24, 74, 104, 154: opening, 15, 15e, 25, 25e, 35, 35e, 55, 55e, 65, 75 105, 115: resistor layer, 16, 26, 36, 58, 58, 78, 108, 118, 158: mask material layer, 17, 27, 37: conductive thin film, 57, 77, 107, 117, 157: conductive Material layer (for electron emission part formation), 17e, 27e, 37e, 57e, 67e, 77e, 107e, 117e, 157e: electron emission part, 15A, 25A, 35A, 57A, 67A, 77A, 107A, 117A, 157A: Main part, 35B, 77B, 117B: Column part, 35C, 77C, 117C: Magnification part, 56, 56e, 66, 66e, 76, 76e, 106, 106e, 116, 116e, 156, 156e: Cohesion layer, 12: Insulation Layer, 20: second insulating layer, 21: convergence electrode, CP: cathode panel, AP: anode panel, 160: substrate, 161: phosphor layer, 162: anode electrode

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전계 방출 소자는The field emission device of the present invention for achieving the above object is

(A) 지지체 상에 형성된 캐소드 전극,(A) a cathode electrode formed on the support,

(B) 캐소드 전극 및 지지체 상에 형성된 절연층,(B) an insulating layer formed on the cathode electrode and the support,

(C) 절연층 상에 형성된 게이트 전극,(C) a gate electrode formed on the insulating layer,

(D) 게이트 전극과 절연층을 관통한 개구부,(D) an opening penetrating through the gate electrode and the insulating layer,

(E) 개구부의 저부에 위치하는 캐소드 전극 상에 형성되며 또한 선단부가 뿔 형상을 가지는 저항체층, 및(E) a resistor layer formed on the cathode electrode located at the bottom of the opening portion and having a tip-shaped tip portion;

(F) 저항체층을 구성하는 재료보다 일함수가 작은 도전 재료로 이루어지며 저항체층의 선단부 상에 상기 선단부의 뿔 형상을 반영하여 형성된 전자 방출부(F) An electron emission portion formed of a conductive material having a work function smaller than that of the material constituting the resistor layer and reflecting the shape of the tip of the tip portion on the tip of the resistor layer.

를 구비하는 것을 특징으로 한다.Characterized in having a.

본 발명의 전계 방출 소자의 제조 방법(이하, "제1 양태에 의한 제조 방법"이라고 함)은 본 발명의 전계 방출 소자를 제조하기 위한 방법이다. 즉,The manufacturing method of the field emission device of the present invention (hereinafter referred to as "manufacturing method according to the first aspect") is a method for manufacturing the field emission device of the present invention. In other words,

(a) 지지체 상에 캐소드 전극을 형성하는 공정과,(a) forming a cathode electrode on the support;

(b) 캐소드 전극 및 지지체 상에 절연층을 형성하는 공정과,(b) forming an insulating layer on the cathode electrode and the support;

(c) 절연층 상에 게이트 전극을 형성하는 공정과,(c) forming a gate electrode on the insulating layer,

(d) 저부에 캐소드 전극이 노출된 개구부를 적어도 절연층에 형성하는 공정과,(d) forming at least an opening in the insulating layer, the opening having the cathode electrode exposed at the bottom thereof;

(e) 개구부 내를 포함하는 전체면에 저항체층을 형성하는 공정과,(e) forming a resistor layer on the entire surface including the inside of the opening;

(f) 개구부의 중앙부에 위치하는 저항체층의 영역을 차폐하도록 마스크 재료층을 저항체층 상에 형성하는 공정과,(f) forming a mask material layer on the resistor layer so as to shield an area of the resistor layer located at the central portion of the opening;

(g) 저항체층의 지지체에 대하여 수직인 방향에서의 에칭 속도가 마스크 재료층의 지지체에 대하여 수직인 방향에서의 에칭 속도보다 빠른 이방성(異方性) 에칭 조건 하에서 저항체층과 마스크 재료층을 에칭함으로써 선단부가 뿔 형상을 가지는 저항체층을 개구부 내에 형성하는 공정과,(g) Etch the resistor layer and the mask material layer under anisotropic etching conditions in which the etching rate in the direction perpendicular to the support of the resistor layer is higher than the etching rate in the direction perpendicular to the support of the mask material layer. Thereby forming a resistor layer having a horn shape in the opening portion,

(h) 저항체층의 선단부 상에 상기 저항체층을 구성하는 재료보다 일함수가 작은 도전 재료로 이루어지며 또한 상기 선단부의 뿔 형상을 반영한 전자 방출부를 형성하는 공정(h) forming an electron emission section on the tip of the resistor layer, which is made of a conductive material having a lower work function than the material constituting the resistor layer and reflecting the horn shape of the tip;

을 포함하는 것을 특징으로 한다.Characterized in that it comprises a.

상기 공정 (g)는 마스크 재료층과 도전 재료층의 에칭 속도의 차이를 교묘하게 이용한 일종의 에치백 프로세스(etchback process)이다. 또 본 명세서 중에서는 이하 지지체에 대하여 수직인 방향에서의 에칭 속도를 단순히 "에칭 속도"라고 부르기로 한다.The step (g) is a kind of etchback process that uses the difference in the etching rates of the mask material layer and the conductive material layer. In addition, in this specification, the etching speed in the direction perpendicular | vertical with respect to a support body is only called "etching speed."

본 발명의 표시 장치는 본 발명의 전계 방출 소자를 적용한 표시 장치이다. 즉,The display device of the present invention is a display device to which the field emission device of the present invention is applied. In other words,

복수의 화소로 구성되고,Composed of a plurality of pixels,

각 화소는 복수의 냉음극 전계 방출 소자와 복수의 냉음극 전계 방출 소자에 대향하여 기판 상에 설치된 애노드 전극 및 형광체층으로 구성되며,Each pixel is composed of an anode electrode and a phosphor layer provided on a substrate to face a plurality of cold cathode field emission elements and a plurality of cold cathode field emission elements,

각 냉음극 전계 방출 소자는Each cold cathode field emission element

(A) 지지체 상에 형성된 캐소드 전극,(A) a cathode electrode formed on the support,

(B) 캐소드 전극 및 지지체 상에 형성된 절연층,(B) an insulating layer formed on the cathode electrode and the support,

(C) 절연층 상에 형성된 게이트 전극,(C) a gate electrode formed on the insulating layer,

(D) 게이트 전극과 절연층을 관통한 개구부,(D) an opening penetrating through the gate electrode and the insulating layer,

(E) 개구부의 저부에 위치하는 캐소드 전극 상에 형성되며 또한 선단부가 뿔 형상을 가지는 저항체층, 및(E) a resistor layer formed on the cathode electrode located at the bottom of the opening portion and having a tip-shaped tip portion;

(F) 저항체층을 구성하는 재료보다 일함수가 작은 도전 재료로 이루어지며 저항체층의 선단부 상에 상기 선단부의 뿔 형상을 반영하여 형성된 전자 방출부(F) An electron emission portion formed of a conductive material having a work function smaller than that of the material constituting the resistor layer and reflecting the shape of the tip of the tip portion on the tip of the resistor layer.

를 구비하는 것을 특징으로 한다.Characterized in having a.

본 발명의 전계 방출 소자 및 표시 장치에서 저항체층은 뿔 형상의 선단부를 가지며, 선단부로부터 아래쪽, 즉 캐소드 전극(11)과 접촉하는 쪽의 부분이 개구부의 저부를 매립하는 것이 바람직하다. 즉, 저항체층은 전체적으로 앞을 깎아낸 연필 형상을 이루는 것이 바람직하다. 이것은 본 발명의 취지가 캐소드 전극과 전자 방출부 사이에 저항체층을 개재시킴으로써 각 전자 방출부의 전자 방출 특성의 불균일함을 억제하는 점에 있는 것과 관련되어 있다. 즉, 개구부의 저부를 저항체층으로 매립함으로써 개구부 내에서의 캐소드 전극과 전자 방출부의 직접적인 접촉을 확실하게 피할 수 있다. 저항체층 선단부의 뿔 형상에는 원뿔 형상 또는 각뿔 형상이 포함된다. 어떤 뿔 형상으로 달성될지는 후술하는 제법상의 이유에 따라 개구부의 평면 형상에 의존한다. 즉, 개구부의 평면 형상이 원형이면 저항체층의 적어도 선단부는 대략 원뿔 형상이 되고 개구부의 평면 형상이 구형(矩形)이면 대략 각뿔 형상이 된다.In the field emission element and the display device of the present invention, it is preferable that the resistor layer has a horn-shaped tip portion, and a portion below the tip portion, that is, a portion in contact with the cathode electrode 11, fills the bottom of the opening portion. That is, it is preferable that the resistor layer forms the pencil shape cut out as a whole. This is related to the intention of the present invention to suppress nonuniformity of electron emission characteristics of each electron emission section by interposing a resistor layer between the cathode electrode and the electron emission section. That is, by directly filling the bottom of the opening with the resistor layer, direct contact between the cathode electrode and the electron emitting portion in the opening can be reliably avoided. The horn shape of the tip of the resistor layer includes a cone shape or a pyramid shape. Which horn shape is to be achieved depends on the planar shape of the opening for the following manufacturing reasons. That is, if the planar shape of the opening is circular, at least the tip portion of the resistor layer is substantially conical, and if the planar shape of the opening is spherical, the shape is substantially pyramidal.

전자 방출부는 저항체층을 구성하는 재료보다 일함수(Ф)가 작은 도전 재료로 구성되지만, 어떤 도전 재료를 선택할지는 저항체층을 구성하는 재료의 일함수, 게이트 전극과 전자 방출부 사이의 전위차 및 원하는 방출 전자 전류 밀도의 크기에 의존한다. 전계 방출 소자의 전자 방출부의 대표적인 구성 재료로는, 텅스텐(Ф=4.55eV), 니오브(Ф=4.02∼4.87eV), 몰리브덴(Ф=4.53∼4.95eV), 알루미늄(Ф=4.28), 동(Ф=4.6), 탄탈(Ф=4.3), 크롬(Ф=4.5eV), 실리콘(Ф=4. 9)을 예시할 수 있다.The electron emitting portion is composed of a conductive material having a lower work function (Ф) than the material constituting the resistor layer, but which conductive material is selected, the work function of the material constituting the resistor layer, the potential difference between the gate electrode and the electron emitting portion, and the desired material. It depends on the magnitude of the emitted electron current density. Representative constituent materials of the electron emission portion of the field emission device include tungsten (Ф = 4.55 eV), niobium (Ф = 4.02 to 4.87 eV), molybdenum (Ф = 4.53 to 4.95 eV), aluminum (Ф = 4.28), and copper ( Φ = 4.6), tantalum (Ф = 4.3), chromium (Ф = 4.5 eV), and silicon (Ф = 4.9).

본 발명의 전계 방출 소자 및 표시 장치에서는, 저항체층의 전기 저항률이 1.0kΩ·cm 내지 l0MΩ·cm의 범위에 있는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명의 제1 양태에 의한 제조 방법에서는, 공정 (e)에서 전기 저항률이 1.0kΩ·cm 내지 10MΩ·cm의 범위에 있는 재료를 사용하여 저항체층을 형성하는 것이 바람직하다. 저항체층을 구성하는 재료로는 상기의 범위에 전기 저항률을 가질 수 있는 재료로부터 적당하게 선택하는 것이 가능하지만, 특히 폴리실리콘은 불순물 농도에 따라 광범위하게 전기 저항률을 변화시킬 수 있고, 성막 방법이나 가공 방법이 반도체 제조 프로세스에서 확립되어 있다는 등의 이유에서 바람직한 재료이다.In the field emission element and the display apparatus of this invention, it is preferable that the electrical resistivity of a resistor layer exists in the range of 1.0 kPa * cm -10MPa * cm. Therefore, in the manufacturing method which concerns on the 1st aspect of this invention, it is preferable to form a resistor layer in the process (e) using the material whose electrical resistivity is in the range of 1.0 kPa * cm-10 MPa * cm. The material constituting the resistor layer can be appropriately selected from materials capable of having an electrical resistivity in the above range. In particular, polysilicon can vary the electrical resistivity in a wide range depending on the impurity concentration. It is a preferable material for the reason that a method is established in a semiconductor manufacturing process.

또 본 발명의 전계 방출 소자 및 표시 장치에서는, 게이트 전극 및 절연층 상에 추가로 제2 절연층이 형성되고, 제2 절연층 상에 수속 전극이 형성되어 있을 수도 있다. 수속 전극은 애노드 전극과 캐소드 전극 사이의 전위차가 수천 볼트의 오더로 양 전극 사이의 거리가 비교적 긴, 이른 바 고전압 타입의 표시 장치에서, 전자 방출부로부터 방출된 전자 궤도의 발산을 방지하기 위해 설치되는 부재이다. 방출 전자 궤도의 수속성을 높임으로써 화소 사이의 크로스 토크(crosstalk)가 감소되고, 특히 칼라 표시를 하는 경우의 색 혼탁을 방지하고, 또 화소를 미세화하여 표시 화면의 고정세도를 도모하는 것이 가능해진다.In the field emission device and the display device of the present invention, a second insulating layer may be further formed on the gate electrode and the insulating layer, and a convergence electrode may be formed on the second insulating layer. In the so-called high-voltage type display device, in which the potential difference between the anode electrode and the cathode electrode is in the order of thousands of volts, the convergence electrode is installed to prevent the emission of the electron orbit emitted from the electron emission portion. It is a member. By increasing the convergence of the emission electron trajectory, crosstalk between the pixels is reduced, and in particular, color turbidity can be prevented in the case of color display, and the pixels can be miniaturized to achieve high definition of the display screen. .

그리고 본 발명의 전계 방출 소자에서는, 개구부가 게이트 전극과 절연층을 관통하고 있는 데 대하여, 이 전계 방출 소자를 제조하기 위한 제1 양태에 의한 제조 방법의 공정 (d)에서, 저부에 캐소드 전극이 노출된 개구부를 "적어도" 절연층에 형성한다라고 표현한 것은, 게이트 전극에서의 개구부의 형성과 절연층에서의 개구부의 형성을 동시에 행할 필요가 없는 경우도 상정되기 때문이다. 게이트 전극에서의 개구부의 형성과 절연층에서의 개구부의 형성을 동시에 행할 필요가 없는 경우란, 예를 들면 처음부터 개구부가 형성된 게이트 전극을 절연층 상에 형성하고 이 개구부 내에서 절연층의 일부를 제거함으로써 개구부를 형성하는 경우이다. 그리고, 이 "적어도"의 의미는 후술하는 본 발명의 제2 양태에 의한 제조 방법의 공정 (d) 및 본 발명의 제3 양태에 의한 제조 방법의 공정 (d)에 관해서도 마찬가지이다.And in the field emission element of this invention, although an opening penetrates through a gate electrode and an insulating layer, in a process (d) of the manufacturing method by a 1st aspect for manufacturing this field emission element, a cathode electrode is provided in a bottom part. The reason why the exposed openings are formed at least in the insulating layer is because it is assumed that the openings in the gate electrode and the openings in the insulating layer need not be formed at the same time. In the case where it is not necessary to simultaneously form the openings in the gate electrode and the openings in the insulating layer, for example, a gate electrode having an opening formed thereon is formed on the insulating layer from the beginning and a part of the insulating layer is formed within the openings. It is a case where an opening part is formed by removing. In addition, this "at least" meaning also applies to the process (d) of the manufacturing method by the 2nd aspect of this invention mentioned later, and the process (d) of the manufacturing method by the 3rd aspect of this invention.

본 발명의 제1 양태에 의한 제조 방법은 공정 (e)의 변형에 의해 다시 제1A 양태와 제1B 양태로 크게 구별할 수 있다. 즉, 본 발명의 제1A 양태에 의한 제조 방법은 공정 (e)에서, 개구부의 상단면과 저면 사이의 단차를 반영한 요부를 저항체층의 표면에 생성시키고, 이어지는 공정 (f)에서, 저항체층의 전체면에 마스크 재료층을 형성한 후 마스크 재료층을 저항체층의 평탄면이 노출될 때까지 제거함으로써 요부에 마스크 재료층을 남기는 것을 특징으로 한다. 요부에 남겨진 마스크 재료층의 표면은 대략 평탄한 것이 바람직하다. 따라서, 도전 재료층의 전체면에 형성된 단계에서 이미 마스크 재료층의 표면이 대략 평탄한 경우에는, 마스크 재료층의 제거를 이방성 에칭 조건에 의한 에치백법이나 연마법 또는 이들 방법의 조합에 의해서 행하면 된다. 또, 도전 재료층의 전체면에 형성된 단계에서 마스크 재료층의 표면이 대략 평탄하지 않은 경우에는 마스크 재료층의 제거를 연마법에 의해서 행하면 된다. 그리고, 저항체층의 표면에 개구부의 상단면과 저면 사이의 단차를 반영한 요부를 형성하기 위해서는 스텝 커버리지(단차 피복성)가 우수한 제막 방법으로 저항체층을 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 제막 방법으로는 CVD법(chemical vapor deposition method)이 특히 바람직하다.The production method according to the first aspect of the present invention can be broadly divided into the first A and the first B aspects by the modification of the step (e). That is, in the manufacturing method according to the first aspect of the present invention, in the step (e), the recessed portion reflecting the step difference between the top surface and the bottom surface of the opening portion is generated on the surface of the resistor layer, and in the following step (f), the resistor layer is After the mask material layer is formed on the entire surface, the mask material layer is removed until the flat surface of the resistor layer is exposed, thereby leaving the mask material layer on the recessed portion. The surface of the mask material layer left in the recess is preferably approximately flat. Therefore, when the surface of the mask material layer is already substantially flat in the step formed on the entire surface of the conductive material layer, the mask material layer may be removed by an etch back method, an polishing method, or a combination of these methods under anisotropic etching conditions. When the surface of the mask material layer is not substantially flat at the step formed on the entire surface of the conductive material layer, the mask material layer may be removed by a polishing method. And in order to form the recessed part which reflects the level | step difference between the upper end surface and the bottom surface of an opening part on the surface of a resistor layer, it is preferable to form a resistor layer by the film forming method which is excellent in step coverage (step coverage property). As such a film forming method, the CVD method (chemical vapor deposition method) is particularly preferable.

제1A 양태에 의한 제조 방법에서의 마스크 재료층은 다음 공정 (g)에서의 에칭 속도를 도전 재료층의 에칭 속도보다 느리게 설정할 수 있는 재료이며 또한 표면을 평탄하게 할 수 있도록 형성의 적당한 단계에서 유동성을 가질 수 있는 재료에 의해 구성된다. 마스크 재료층을 구성하는 재료로 예를 들면 레지스트 재료나 SOG(스핀 온 글래스(spin on glass)), 폴리이미드계 수지를 들 수 있고, 이들 재료는 스핀 코팅법에 의해 간편하게 도포할 수 있다. 또는, BPSG(붕소-인 실리케이트 유리(boro-phospho-silicate glass))와 같이 제막 후에 가열 리플로를 행하여 표면을 평탄화할 수 있는 재료일 수도 있다.The mask material layer in the manufacturing method according to the first aspect is a material which can set the etching rate in the next step (g) to be slower than the etching rate of the conductive material layer, and fluidity at an appropriate stage of formation so as to make the surface flat. It is composed of a material that can have. As a material which comprises a mask material layer, a resist material, SOG (spin on glass), and a polyimide resin are mentioned, for example, These materials can be apply | coated simply by a spin coating method. Alternatively, the material may be a material capable of flattening the surface by heating reflow after film formation such as BPSG (boro-phospho-silicate glass).

본 발명의 제1B 양태에 의한 제조 방법은 마스크 재료층에 의해 차폐되는 도전 재료층 영역을 제1A 양태에 의한 제조 방법에서 보다 좁게 하는 것을 가능하게 한다. 즉, 본 발명의 제1B 양태에 의한 제조 방법은 공정 (e)에서, 개구부의 상단면과 저면 사이의 단차를 반영하여 원주부와 상기 원주부 상단과 연통하는 확대부로 이루어지는 대략 깔때기 형상의 요부를 저항체층의 표면에 생성시키고, 이어지는 공정 (f)에서, 원주부 내에 마스크 재료층을 형성하는 것을 특징으로 한다. 공정 (f)에서 먼저 저항체층의 전체면에 마스크 재료층을 형성하는 경우, 제1B 양태에 의한 제조 방법은 원주부 내에 마스크 재료층을 남기는 수법의 상이에 따라 다시 2가지의 방법으로 나눌 수 있다. 즉, (1) 마스크 재료층과 저항체층을 지지체의 표면에 대하여 평행한 면 내에서 제거함으로써 원주부 내에만 마스크 재료층을 남기는 방법, 및 (2) 저항체층 상 및 확대부 내의 마스크 재료층을 제거함으로써 원주부 내에만 마스크 재료층을 남기는 방법이다. (1)의 방법은 마스크 재료층과 저항체층의 에칭 속도가 동등하게 되는 조건에 의한 에치백법이나 또는 연마법에 의해 가능하다. 또 (2)의 방법은 저항체층을 에칭하지 않고 마스크 재료층만을 에칭할 수 있는 에칭종(etching species)을 사용한 드라이 에칭 또는 웨트 에칭에 의해 가능하다.The manufacturing method according to the first B aspect of the present invention makes it possible to narrow the area of the conductive material layer shielded by the mask material layer in the manufacturing method according to the first A aspect. That is, in the manufacturing method according to the first B aspect of the present invention, in the step (e), a substantially funnel-shaped recess formed of a circumferential portion and an enlarged portion communicating with the upper end of the circumferential portion reflecting the step between the upper and lower surfaces of the opening portion It forms on the surface of a resistor layer, and in the following process (f), a mask material layer is formed in a circumference part. When the mask material layer is first formed on the entire surface of the resistor layer in the step (f), the manufacturing method according to the first aspect can be further divided into two methods depending on the method of leaving the mask material layer in the circumference. . That is, (1) removing the mask material layer and the resistor layer in a plane parallel to the surface of the support to leave the mask material layer only in the circumference, and (2) the mask material layer on the resistor layer and in the enlarged portion. It removes and leaves a mask material layer only in the circumference part. The method of (1) is possible by the etch back method or the polishing method by the conditions that the etching rate of a mask material layer and a resistor layer becomes equal. The method of (2) is also possible by dry etching or wet etching using an etching species capable of etching only the mask material layer without etching the resistor layer.

제1B 양태에 의한 제조 방법에서, 저항체층의 표면에 대략 깔때기 형상의 요부를 생성시키기 위해서는 개구부의 측벽으로부터 대략 수직으로 성장하는 저항체층의 표면이 상기 개구부의 대략 중앙부에서 접촉하는 전에 저항체층의 형성을 정지하면 된다. 예를 들면 개구부가 원통형이면 저항체층의 두께는 상기 개구부의 반경보다 작게 설정할 필요가 고, 따라서 원통형의 원주부가 형성된다. 이 때 원주부의 직경은 개구부 직경의 대략 5∼30%, 보다 바람직하게는 대략 5∼10%의 범위로 선택하면 된다. 또, 전술한 바와 같이 형상을 가지는 요부를 형성하기 위해서는 개구부의 측벽면으로부터 모든 방향으로 대략 동등한 속도로 박막 성장이 진행되는 형성 방법으로 저항체층을 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 관점에서, CVD법은 저항체층의 형성 방법으로서 특히 바람직하다. CVD법이 증착법에 비하여 유리한 점은, 제막 속도가 빠르기 때문에 스루풋을 대폭 개선할 가능성이 있는 점 및 1지점에 놓인 증발원으로부터 날아오는 증착 입자를 퇴적시키는 증착법과는 달리, CVD법에서는 제막 분위기 중에 존재하는 원료 가스에 접촉하는 지점이면 어떤 지점이더라도 제막을 진행할 수 있으므로, 큰 면적의 피제막체 전체면에 걸쳐 균일한 막 두께와 커버리지를 가지고 제막을 행하는 것이 비교적 용이한 점에 있다.In the manufacturing method according to the first aspect, the formation of the resistor layer before the surface of the resistor layer, which grows approximately perpendicularly from the sidewall of the opening, contacts at approximately the center of the opening, in order to create a substantially funnel-shaped recess in the surface of the resistor layer. Stop it. For example, if the opening is cylindrical, the thickness of the resistor layer needs to be set smaller than the radius of the opening, so that a cylindrical circumference is formed. In this case, the diameter of the circumferential portion may be selected in the range of approximately 5 to 30%, more preferably approximately 5 to 10% of the diameter of the opening. In addition, in order to form the recessed part having a shape as mentioned above, it is preferable to form a resistor layer by the formation method in which thin film growth advances at substantially the same speed in all directions from the side wall surface of an opening part. In this respect, the CVD method is particularly preferable as a method of forming the resistor layer. The advantage of the CVD method over the vapor deposition method is that in the CVD method, it is present in the film forming atmosphere, unlike the vapor deposition method of depositing the deposited particles from the evaporation source located at one point and the possibility of greatly improving the throughput due to the fast film forming speed. Since any film can be formed at any point in contact with the source gas, it is relatively easy to form a film with a uniform film thickness and coverage over the entire surface of the film to be coated.

제1B 양태에 의한 제조 방법 중 (1) 또는 (2)의 어느 방법에서나 최종적으로는 개구부의 대략 중앙부의 극히 좁은 영역(즉, 원주부)에 남겨진 미소한 마스크 재료층이 에치백 프로세스의 마스크로서 기능하기 때문에 형성되는 저항체층의 선단부는 더욱 첨예화된다. 단, 이러한 미소한 마스크 재료층은 충분한 에칭 내성을 가지고 있을 것이 요구된다. 일반적으로는 마스크 재료층의 에칭 속도를 R2, 저항체층의 에칭 속도를 R1으로 했을 때, 10R2≤R1의 관계가 만족되는 것이 바람직하다. 즉, 마스크 재료층의 에칭 속도(R2)는 저항체층의 에칭 속도(R1)에 비하여 대략 10분의 1 또는 그 이하인 것이 바람직하다. 예를 들면 저항체층이 폴리실리콘으로 이루어지는 경우, 마스크 재료층으로는 동(Cu), 금(Au) 또는 백금(Pt) 중 적어도 어느 하나를 사용할 수 있다.In any of the methods (1) or (2) of the manufacturing method according to the first aspect of the present invention, a layer of the minute mask material left in an extremely narrow region (i.e., the circumference) of the approximately center portion of the opening portion as a mask of the etch back process is finally obtained. Because of its function, the tip of the resistor layer formed is further sharpened. However, such a fine mask material layer is required to have sufficient etching resistance. In general, it is preferable that, when the etching rate of the etching rate of the mask material layer R 2, resistive material layer as R 1, the relationship 10R 2 ≤R 1 satisfied. That is, the etching rate R 2 of the mask material layer is preferably about one tenth or less than the etching rate R 1 of the resistor layer. For example, when the resistor layer is made of polysilicon, at least one of copper (Cu), gold (Au), or platinum (Pt) may be used as the mask material layer.

제1B 양태에 의한 제조 방법에서 저항체층의 전체면에 마스크 재료층을 형성할 때는, 좁은 원주부의 내부로도 마스크 재료층을 매립시키는 것이 가능한 제막 방법을 채용할 필요가 있다. 전해 도금법이나 무전해 도금법이 바람직하다. 스퍼터링법이나 CVD법을 채용하는 경우는 스텝 커버리지를 개선하기 위한 고안을 하는 것이 특히 바람직하다. 예를 들어 스퍼터링법을 채용하는 경우는, 대략 300℃ 이상의 제막 온도에서 이른 바 고온 리플로 스퍼터링을 행하거나 또는 고압 스퍼터링을 행하는 것이 바람직하다. 또 CVD법을 채용하는 경우에는 바이어스 ECR(전자 사이클로트론 공명) 플라즈마 장치를 사용하는 것이 바람직하다.When forming a mask material layer in the whole surface of a resistor layer in the manufacturing method by 1st aspect, it is necessary to employ | adopt the film forming method which can embed a mask material layer also inside the narrow peripheral part. Electrolytic plating or electroless plating is preferable. In the case of employing the sputtering method or the CVD method, it is particularly desirable to devise a scheme for improving the step coverage. For example, when employing a sputtering method, it is preferable to perform so-called high temperature reflow sputtering or high pressure sputtering at a film forming temperature of approximately 300 ° C or higher. In the case of employing the CVD method, it is preferable to use a bias ECR (electron cyclotron resonance) plasma apparatus.

본 발명의 제1 양태에 의한 제조 방법의 공정 (h)에서, 저항체층의 선단부 상에 상기 저항체층을 구성하는 재료보다 일함수가 작은 도전 재료로 이루어지며 또한 상기 선단부의 뿔 형상을 반영한 전자 방출부를 형성하는 수법으로는 증착법, CVD법, 스퍼터링법, 이온 플래팅 법 등의 기상(氣相) 박막 형성법 또는 전해 도금법이나 무전해 도금법 등의 액상(液相) 박막 형성법을 예로 들 수 있다. 단 선택 기상 성장법이나 선택 도금법과 같이 저항체층의 선단부에만 선택적으로 전자 방출부가 형성되는 수법을 사용하는 경우 이외에는, 이러한 박막 형성법에서는 피제막체의 전체면에 도전 재료로 이루어지는 박막(이하, "도전 박막"이라고 함)이 형성된다. 따라서, 예를 들면 박막 형성 시에 피제막체의 표면에 게이트 전극 또는 수속 전극이 노출되어 있는 경우에는 도전 박막에 의해서 게이트 전극끼리 또는 수속 전극끼리 단락되지 않는 고안을 할 필요가 있다. 단락을 방지하기 위한 고안으로는, (1) 도전 박막 제막 전에 게이트 전극 또는 수속 전극을 마스크층으로 피복해 두고 마스크층 상에 형성된 도전 재료층을 상기 마스크층과 함께 제거(리프트 오프)하거나, (2) 도전 박막을 제막한 후 전자 방출부를 마스크층으로 보호하고 게이트 전극 상 또는 수속 전극 상의 도전 박막을 제거하거나, 또는 (3) 게이트 전극 또는 수속 전극을 구성하는 재료층을 패터닝하지 않고 전체면에 형성해 두고 도전 박막을 제막한 후에 게이트 전극 또는 수속 전극을 구성하는 재료와 도전 재료층을 함께 패터닝하는 것을 들 수 있다.In step (h) of the manufacturing method according to the first aspect of the present invention, an electron emission is made of a conductive material having a work function having a lower work function than the material constituting the resistor layer on the tip of the resistor layer and reflecting the shape of the tip of the tip. As a method of forming a part, vapor phase thin film formation methods, such as a vapor deposition method, CVD method, sputtering method, and ion plating method, or liquid thin film formation methods, such as an electrolytic plating method and an electroless plating method, are mentioned. In the thin film formation method, a thin film made of a conductive material on the entire surface of the film to be formed (hereinafter referred to as "conduction" except for the case where an electron emitting portion is selectively formed only at the tip of the resistor layer, such as a selective vapor deposition method or a selective plating method. Thin film ") is formed. Therefore, for example, when the gate electrode or the converging electrode is exposed on the surface of the film to be formed at the time of forming the thin film, it is necessary to devise that the gate electrodes or the converging electrodes are not shorted by the conductive thin film. In order to prevent the short circuit, (1) the conductive material layer formed on the mask layer is removed (lifted off) together with the mask layer by covering the gate electrode or the converging electrode with the mask layer prior to forming the conductive thin film, or ( 2) After forming the conductive thin film, the electron emission portion is protected by the mask layer and the conductive thin film on the gate electrode or the convergence electrode is removed, or (3) the material layer constituting the gate electrode or the convergence electrode is not patterned. After forming and forming a conductive thin film, the material which comprises a gate electrode or a converging electrode, and the conductive material layer are patterned together.

본 발명의 제2 양태에 의한 전계 방출 소자의 제조 방법(이하, "제2 양태에 의한 제조 방법"이라고 함)은 예를 들면 종래 기술 부분에서 설명한 일본국 특개평 5-47396호 공보에 기재된 전계 방출 소자와 유사한 구성을 가지는 전계 방출 소자를 매우 우수한 정밀도, 제조 수율, 신뢰성을 가지고 저비용으로 제조할 수 있는 방법이다. 즉, 본 발명의 제2 양태에 의한 제조 방법은The method for producing a field emission device according to the second aspect of the present invention (hereinafter referred to as "manufacturing method according to the second aspect") is, for example, the electric field described in Japanese Patent Laid-Open No. 5-47396 described in the prior art section. The field emission device having a configuration similar to that of the emission device can be manufactured at very low cost with very high precision, manufacturing yield, and reliability. That is, the manufacturing method according to the second aspect of the present invention

(a) 지지체 상에 캐소드 전극을 형성하는 공정과,(a) forming a cathode electrode on the support;

(b) 캐소드 전극 및 지지체 상에 절연층을 형성하는 공정과,(b) forming an insulating layer on the cathode electrode and the support;

(c) 절연층 상에 게이트 전극을 형성하는 공정과,(c) forming a gate electrode on the insulating layer,

(d) 저부에 캐소드 전극이 노출된 개구부를 적어도 절연층에 형성하는 공정과,(d) forming at least an opening in the insulating layer, the opening having the cathode electrode exposed at the bottom thereof;

(e) 개구부의 저부를 저항체층으로 매립하는 공정과,(e) embedding the bottom of the opening portion into the resistor layer;

(f) 개구부의 잔여부를 포함하는 전체면에 전자 방출부 형성용의 도전 재료층을 형성하는 공정과,(f) forming a conductive material layer for forming an electron emission portion on the entire surface including the remaining portion of the opening;

(g) 개구부의 중앙부에 위치하는 도전 재료층의 영역을 차폐하도록 마스크 재료층을 도전 재료층 상에 형성하는 공정과,(g) forming a mask material layer on the conductive material layer so as to shield an area of the conductive material layer located at the central portion of the opening;

(h) 도전 재료층의 지지체에 대하여 수직인 방향에서의 에칭 속도가 마스크 재료층의 지지체에 대하여 수직인 방향에서의 에칭 속도보다 빠른 이방성 에칭 조건 하에서 도전 재료층과 마스크 재료층을 에칭함으로써, 도전 재료층으로 이루어지며 또한 선단부가 뿔 형상을 가지는 전자 방출부를 형성하는 공정(h) conductive by etching the conductive material layer and the mask material layer under anisotropic etching conditions in which the etching rate in the direction perpendicular to the support of the conductive material layer is faster than the etching rate in the direction perpendicular to the support of the mask material layer. A process of forming an electron emitting portion made of a material layer and having a tip-shaped tip portion

을 포함하는 것을 특징으로 한다.Characterized in that it comprises a.

본 발명의 제2 양태에 의한 제조 방법에서, 전자 방출부는 전체적으로 뿔 형상을 가지고 있거나 또는 앞을 깎아낸 연필과 같이 선단부만 뿔 형상을 가지고 있을 수도 있다. 또, 뿔 형상에는 원뿔 형상 또는 각뿔 형상이 포함된다. 어떠한 뿔 형상이 달성될지는 후술하는 제법상의 이유에 따라 개구부의 평면 형상에 의존한다. 즉, 개구부의 평면 형상이 원형이면 저항체층의 적어도 선단부는 대략 원뿔 형상이 되고, 개구부의 평면 형상이 구형이면 대략 각뿔 형상이 된다.In the manufacturing method according to the second aspect of the present invention, the electron-emitting portion may have a horn shape as a whole, or only the tip portion thereof may have a horn shape, such as a shaved pencil. The horn shape includes a cone shape or a pyramid shape. Which horn shape is to be achieved depends on the planar shape of the opening for the following manufacturing reasons. In other words, if the planar shape of the opening portion is circular, at least the tip portion of the resistor layer becomes a substantially conical shape.

본 발명의 제2 양태에 의한 제조 방법으로는, 공정 (e)에서 전기 저항률이 1.0kΩ·cm 내지 10MΩ·cm의 범위에 있는 재료를 사용하여 저항체층을 형성하는 것이 바람직하다. 공정 (e)에서는 개구부 내를 포함하는 전체면에 이러한 저항체층을 형성한 후 저항체층을 에칭하여 개구부의 저부를 저항체층으로 매립하는 것이 바람직하다. 또는, 저항체층의 표면을 평탄화하고 싶은 경우에는, 공정 (e)에서 개구부 내를 포함하는 전체면에 저항체층을 형성하고, 또 저항체층의 전체면에 평탄화층을 표면이 대략 평탄하게 되도록 형성하여 평탄화층과 저항체층의 에칭 속도가 대략 동등하게 되는 조건 하에서 이들 양층을 에칭함으로써 개구부의 저부를 상면이 평탄한 저항체층으로 매립할 수 있다.As a manufacturing method by a 2nd aspect of this invention, in a process (e), it is preferable to form a resistor layer using the material whose electrical resistivity is in the range of 1.0 kPa * cm-10 MPa * cm. In the step (e), it is preferable to form such a resistor layer on the entire surface including the inside of the opening, and then etch the resistor layer to fill the bottom of the opening with the resistor layer. Alternatively, when the surface of the resistor layer is to be flattened, the resistor layer is formed on the entire surface including the inside of the opening in the step (e), and the planarization layer is formed on the entire surface of the resistor layer so that the surface is substantially flat. By etching both of these layers under the condition that the etching rates of the planarization layer and the resistor layer become approximately equal, the bottom of the opening portion can be filled with a resistor layer having a flat upper surface.

본 발명의 제2 양태에 의한 제조 방법에서는, 공정 (d)에서 캐소드 전극의 표면을 기준으로 한 측벽의 경사각(θ1)을 가지는 개구부를 절연층에 형성하고, 이어지는 공정 (h)에서, 캐소드 전극의 표면을 기준으로 한 경사면의 경사각(θ2)이 θ12<90°의 관계를 만족시키는 뿔 형상의 전자 방출부를 형성할 수 있다. 공정 (h)는 전술한 바와 같이 일종의 에치백 프로세스이며, 개구부의 측벽이 캐소드 전극의 표면에 대하여 수직이면 상기 개구부의 모서리부에 도전 재료층의 에칭 잔사(殘渣)가 남아 에칭 조건에 따라서는 뿔 형상의 선단부를 가지는 전자 방출부와 게이트 전극이 상기 에칭 잔사에 의해 단락될 우려가 있다. 이 단락을 피하기 위해 에칭 잔사가 충분히 제거될 때까지 에칭을 장시간 계속하면 이번에는 전자 방출부의 높이도 동시에 감소되고 이에 따라 게이트 전극의 단부로부터 전자 방출부의 선단부까지의 거리가 길어져 전자 방출 효율이 저하된다.In the manufacturing method according to the second aspect of the present invention, in step (d), an opening having an inclination angle θ 1 of the side wall with respect to the surface of the cathode electrode is formed in the insulating layer, and in the subsequent step (h), the cathode An inclination angle θ 2 of the inclined surface with respect to the surface of the electrode may form a horn-shaped electron emission part satisfying a relationship of θ 12 <90 °. The step (h) is a kind of etchback process as described above, and if the sidewall of the opening is perpendicular to the surface of the cathode electrode, the etching residue of the conductive material layer remains at the corner of the opening, depending on the etching conditions. There is a fear that the electron emission section and the gate electrode having the tip of the shape are short-circuited by the etching residue. In order to avoid this short circuit, if etching is continued for a long time until the etching residue is sufficiently removed, the height of the electron emission section is also reduced at the same time, thereby increasing the distance from the end of the gate electrode to the tip of the electron emission section, thereby degrading the electron emission efficiency. .

그러나, 개구부의 측벽의 경사각(θ1)을 상기한 바와 같이 규정하면, 상기 측벽이 캐소드 전극의 표면에 대하여 수직인 경우에 비하여, 측벽 상의 저항체층에 에칭종이 입사하기 쉬워진다. 에치백 프로세스에서는 통상 피에칭물에 대하여 에칭종인 이온이 대략 수직으로 입사하는 이방성 에칭 조건이 채용되므로, 에칭종이 입사하기 쉬워지는 것은 그대로 에칭 시간의 단축으로 이어져 단시간 내에 개구부의 측벽이 노출되는 것을 의미한다. 따라서, 개구부의 저항체층의 높이, 즉 전자 방출부의 높이를 감소시키지 않고(전자 방출 효율을 저하시키지 않고) 게이트 전극과 전자 방출부의 단락을 방지하는 것이 가능해진다.However, when the inclination angle θ 1 of the side wall of the opening is defined as described above, etching species tend to enter the resistor layer on the side wall as compared with the case where the side wall is perpendicular to the surface of the cathode electrode. In the etch back process, anisotropic etching conditions are generally employed in which ions, which are etching species, are incident substantially perpendicularly to the etched object, so that the etching species easily enters, which shortens the etching time, which means that sidewalls of the openings are exposed in a short time. do. Accordingly, it is possible to prevent shorting of the gate electrode and the electron emitting portion without reducing the height of the resistor layer of the opening, that is, the height of the electron emitting portion (without decreasing the electron emission efficiency).

절연층에 개구부를 형성하는 방법으로는 이방성 에칭법이 가장 일반적이며 이 에칭법에서 퇴적성의 반응 부생성물에 의한 에칭 속도의 저하 효과를 이용함으로써 개구부의 측벽을 경사지게 할 수 있다. 특히, 절연층의 구성 재료로 산화 실리콘계 재료나 질화 실리콘계 재료 등의 실리콘 화합물을 사용한다고 상정한 경우, 에칭 가스로는 일반적으로 플루오로카본계 에칭 가스가 사용되고 퇴적성 물질로서 카본계 폴리머를 사용할 수 있다. 이러한 에칭 반응 시스템에서 카본계 폴리머의 퇴적량을 증가시키기 위해서는 플루오로카본계 에칭 가스의 유량을 증대시키거나 카본계 폴리머의 연소를 촉진하는 산소계 화학종(chemical species)의 공급원이 될 수 있는 에칭 가스의 유량을 감소시키거나, 가스 압력을 높여 이온의 평균 자유 행정을 단축시키거나, 플라즈마 여기용의 RF 파워를 저하시키거나, 플라즈마 여기용의 RF 전원의 주파수를 증대시켜 이온 스퍼터링 효과에 의한 카본계 폴리머의 제거를 억제하거나, 또는 피에칭물의 온도를 저하시킴으로써 카본계 폴리머의 증기압을 저하시키는 등의 수단을 강구할 수 있다. 단, 카본계 폴리머의 퇴적량이 과도하게 많으면 실용적인 속도로 에칭이 진행되지 않기 때문에 상기의 수단은 어디까지나 실용적인 에칭 속도를 달성할 수 있는 범위에서 강구될 필요가 있다.Anisotropic etching is the most common method of forming the opening in the insulating layer, and in this etching, the sidewall of the opening can be inclined by utilizing the effect of lowering the etching rate by the reactive reaction by-product. In particular, in the case where a silicon compound such as a silicon oxide material or a silicon nitride material is used as a constituent material of the insulating layer, a fluorocarbon-based etching gas is generally used as the etching gas, and a carbon-based polymer may be used as the deposition material. . In order to increase the deposition amount of the carbon-based polymer in such an etching reaction system, the etching gas may be a source of oxygen-based chemical species that increases the flow rate of the fluorocarbon-based etching gas or promotes combustion of the carbon-based polymer. Reduced flow rate, shorten average free stroke of ions by increasing gas pressure, lower RF power for plasma excitation, or increase frequency of RF power for plasma excitation By suppressing the removal of the polymer or by lowering the temperature of the etched object, a means such as lowering the vapor pressure of the carbon-based polymer can be devised. However, if the deposition amount of the carbon-based polymer is excessively large, the etching does not proceed at a practical rate, so the above means need to be taken within a range that can attain a practical etching rate.

본 발명의 제2 양태에 의한 제조 방법도 전술한 제1 양태에 의한 제조 방법과 동일하게, 공정 (f)의 변형에 의해 다시 제2A 양태와 제2B 양태로 크게 구별할 수 있다. 즉, 본 발명의 제2A 양태에 의한 제조 방법은 공정 (f)에서, 개구부의 상단면과 저면 사이의 단차를 반영한 요부를 전자 방출부 형성용의 도전 재료층의 표면에 생성시키고, 이어지는 공정 (g)에서, 도전 재료층의 전체면에 마스크 재료층을 형성한 후 마스크 재료층을 도전 재료층의 평탄면이 노출될 때까지 제거함으로써 요부에 마스크 재료층을 남기는 것을 특징으로 한다. 전술한 제1A 양태에 의한 제조 방법에서는 요부를 저항체층의 표면에 생성시킨 데 대하여, 제2A 양태에 의한 제조 방법에서는, 요부를 도전 재료층의 표면에 생성시킨 점이 상이하지만, 이들 두 제조 방법에서의 마스크 재료층의 종류, 마스크 재료층의 형성 방법 및 마스크 재료층의 제거 방법은 동일하다.The manufacturing method according to the second aspect of the present invention can also be broadly divided into the second A aspect and the second B aspect by the modification of the step (f), similarly to the manufacturing method according to the first aspect described above. That is, in the manufacturing method according to the second aspect of the present invention, in the step (f), the recessed portion reflecting the step difference between the top surface and the bottom surface of the opening is formed on the surface of the conductive material layer for forming the electron emission portion, and the subsequent step ( In g), the mask material layer is formed on the entire surface of the conductive material layer, and then the mask material layer is removed until the flat surface of the conductive material layer is exposed, thereby leaving the mask material layer in the recess. In the manufacturing method according to the first aspect described above, recesses are formed on the surface of the resistor layer, whereas in the manufacturing method according to the second aspect, the recesses are generated on the surface of the conductive material layer. The type of the mask material layer, the method of forming the mask material layer and the method of removing the mask material layer are the same.

본 발명의 제2B의 양태에 의한 제조 방법은 마스크 재료층에 의해 차폐되는 도전 재료층의 영역을 제2A 양태에 의한 제조 방법에서보다 좁게 하는 것을 가능하게 한다. 즉, 본 발명의 제2B 양태에 의한 제조 방법은 공정 (f)에서, 개구부의 상단면과 저면 사이의 단차를 반영하여 원주부와 상기 원주부의 상단과 연통하는 확대부로 이루어지는 대략 깔때기 형상의 요부를 전자 방출부 형성용의 도전 재료층의 표면에 생성시키고, 이어지는 공정 (g)에서, 원주부 내에 마스크 재료층을 형성하는 것을 특징으로 한다. 공정 (f)에서 먼저 도전 재료층의 전체면에 마스크 재료층을 형성하는 경우, 제2B 양태에 의한 제조 방법은 원주부 내에 마스크 재료층을 남기는 수법의 상이에 따라 다시 2가지 방법으로 나눌 수 있다. 즉, (1) 마스크 재료층과 도전 재료층을 지지체의 표면에 대하여 평행한 면 내에서 제거함으로써 원주부 내에만 마스크 재료층을 남기는 방법, 및 (2) 저항체층 상 및 확대부 내의 마스크 재료층을 제거함으로써 원주부 내에만 마스크 재료층을 남기는 방법이다. 전술한 제1B 양태에 의한 제조 방법에서는 요부를 저항체층의 표면에 생성시킨 데 대하여, 제2B 양태에 의한 제조 방법에서는 요부를 도전 재료층의 표면에 생성시킨 점이 상이하지만, 이들 두 제조 방법에서의 요부 형성 방법, 마스크 재료층의 종류, 마스크 재료층의 형성 방법 및 마스크 재료층의 제거 방법은 동일하다. 그리고, 이러한 요부를 형성한 후 공정 (f)에서는 도전 재료층을 CVD법에 의해 형성하는 것이 특히 바람직하다.The manufacturing method according to the second aspect of the present invention makes it possible to narrow the area of the conductive material layer shielded by the mask material layer than in the manufacturing method according to the second A aspect. That is, in the manufacturing method according to the second B aspect of the present invention, in the step (f), a substantially funnel-shaped recessed portion consisting of a circumferential portion and an enlarged portion communicating with the upper end of the circumferential portion, reflecting the step between the top and bottom surfaces of the opening portion. Is produced on the surface of the conductive material layer for forming an electron emission portion, and in the subsequent step (g), a mask material layer is formed in the circumference portion. In the case of first forming a mask material layer on the entire surface of the conductive material layer in the step (f), the manufacturing method according to the second B aspect can be further divided into two methods depending on the method of leaving the mask material layer in the circumference. . That is, (1) removing the mask material layer and the conductive material layer in a plane parallel to the surface of the support to leave the mask material layer only in the circumference, and (2) the mask material layer on the resistor layer and in the enlarged portion. This method is to leave the mask material layer only in the circumference. In the manufacturing method according to the first embodiment described above, recesses are formed on the surface of the resistor layer, while in the manufacturing method according to the second embodiment, the recesses are formed on the surface of the conductive material layer. The method of forming the recess, the type of mask material layer, the method of forming the mask material layer, and the method of removing the mask material layer are the same. And after forming such a recessed part, it is especially preferable to form a conductive material layer by CVD method at a process (f).

제2B 양태에 의한 제조 방법 중 (1) 또는 (2) 어느 방법에서나 최종적으로는 개구부의 대략 중앙부의 극히 좁은 영역(즉, 원주부)에 남겨진 미소한 마스크 재료층이 에치백 프로세스의 마스크로서 기능하기 때문에 형성되는 전자 방출부의 선단부는 더욱 첨예화된다. 단, 이러한 미소한 마스크 재료층은 충분한 에칭 내성을 가지고 있을 것이 요구된다. 일반적으로는 마스크 재료층의 에칭 속도를 R2, 도전 재료층의 에칭 속도를 R3로 했을 때, 10R2≤R3의 관계가 만족되는 것이 바람직하다. 즉, 마스크 재료층의 에칭 속도(R2)는 도전 재료층의 에칭 속도(R3)에 비해 대략 10분의 1 또는 그 이하인 것이 바람직하다. 예를 들어 도전 재료층이 텅스텐(W), 티탄(Ti), 니오브(Nb), 몰리브덴(Mo), 탄탈(Ta), 크롬(Cr) 또는 이들의 화합물(예를 들면 TiN 등의 질화물이나 WSi2, MoSi2, TiSi2, TaSi2등의 실리사이드)로 이루어지는 경우, 마스크 재료층으로는 동(Cu), 금(Au) 또는 백금(Pt) 중 적어도 어느 하나를 사용할 수 있다.In either (1) or (2) of the manufacturing method according to the second aspect of the present invention, a layer of the minute mask material left in an extremely narrow region (i.e., the circumference) of the approximately center portion of the opening portion finally functions as a mask of the etch back process. Therefore, the tip of the electron emitting portion formed is further sharpened. However, such a fine mask material layer is required to have sufficient etching resistance. In general, it is preferable that, when the etching rate of the etching rate of the mask material layer R 2, the conductive material layer by R 3, the relationship 10R 2 ≤R 3 satisfied. That is, the etching rate R 2 of the mask material layer is preferably about one tenth or less than the etching rate R 3 of the conductive material layer. For example, the conductive material layer may include tungsten (W), titanium (Ti), niobium (Nb), molybdenum (Mo), tantalum (Ta), chromium (Cr), or a compound thereof (for example, nitride such as TiN or WSi). 2 , MoSi 2 , TiSi 2 , or a silicide such as TaSi 2 ), at least one of copper (Cu), gold (Au), or platinum (Pt) may be used as the mask material layer.

그리고 본 발명의 제2 양태에 의한 제조 방법에서는, 제조 프로세스 중의 전자 방출부 형성용의 도전 재료층과 절연층의 밀착성을 향상시키고 도전 재료층이 양호한 스텝 커버리지를 가지고 제막되도록 밀착층을 형성할 수도 있다. 즉, 공정 (f)에서 전자 방출부 형성용의 도전 재료층을 형성하기 전에 개구부의 잔여부를 포함하는 전체면에 밀착층을 형성할 수 있다. 이 방법을 본 발명의 제2C 양태에 의한 제조 방법이라고 한다. 밀착층으로는 통상의 반도체 프로세스에서 이른 바 배리어 메탈(barrier metal)로서 사용되고 있는 층을 이용할 수 있으며 단일 종류의 재료층일 수도 있고 복수 종류의 재료층이 조합된 복합층일 수도 있다.In the manufacturing method according to the second aspect of the present invention, the adhesion layer may be formed such that the adhesion between the conductive material layer for forming an electron emission portion and the insulating layer in the manufacturing process is improved, and the conductive material layer is formed with good step coverage. have. That is, before forming the conductive material layer for electron emission part formation in a process (f), an adhesion layer can be formed in the whole surface containing the remainder of an opening part. This method is called a manufacturing method according to Embodiment 2C of the present invention. As the adhesion layer, a layer used as a barrier metal in a conventional semiconductor process may be used, and may be a single type of material layer or a composite layer in which a plurality of types of material layers are combined.

제2C 양태에 의한 제조 방법에서는, 공정 (h)에서, 도전 재료층의 에칭 속도와 밀착층의 에칭 속도가 마스크 재료층의 에칭 속도보다 빠른 이방성 에칭 조건 하에서 도전 재료층과 마스크 재료층과 밀착층을 에칭하는 것이 바람직하다. 도전 재료층 등과 밀착층에 관해서는 동일한 에칭 조건 하에서 대략 동등한 정도의 에칭 속도로 제거되거나, 또는 도전 재료층 등의 에칭 속도(R3) 쪽이 빠르다고 해도 밀착층의 에칭 속도(R4)의 5배 이내로 선택하는 것(R4≤R3≤5R4)이 특히 바람직하다. 이것은, 도전 재료층 등의 에칭이 진행되어 피에칭면의 대부분에 밀착층이 노출되고 이 밀착층의 에칭 반응 생성물이 대량으로 발생하여 그 일부가 도전 재료층 등의 표면에 부착된 경우, 이 에칭 반응 생성물의 증기압이 너무 낮으면 이 에칭 반응 생성물 자체가 에칭 마스크로서 기능하여 도전 재료층 등의 에칭을 방해할 우려가 크기 때문이다. 가장 단순하게는, 도전 재료층 등과 밀착층을 동일한 도전 재료로 구성하면 양층의 에칭 속도를 거의 동일하게 할 수 있다. 단, 도전 재료층 등과 밀착층을 동일의 도전 재료로 구성하는 경우, 밀착층을 스퍼터링법에 의해 형성하여 도전 재료층 등을 CVD법에 의해서 형성하는 것이 특히 바람직하다. 전자 방출부 형성용의 도전 재료층과 밀착층이 동일한 도전 재료로 이루어지는 경우에는 대략 R3=R4로 할 수 있다.In the manufacturing method according to the second aspect, in the step (h), the conductive material layer, the mask material layer, and the adhesive layer under anisotropic etching conditions in which the etching rate of the conductive material layer and the etching rate of the adhesion layer are higher than the etching rate of the mask material layer. It is preferable to etch. The conductive material layer and the adhesion layer may be removed at an approximately equivalent etching rate under the same etching conditions, or even if the etching rate R 3 of the conductive material layer or the like is faster, 5 times the etching rate R 4 of the adhesion layer. Particular preference is given to selecting within a fold (R 4 ≦ R 3 ≦ 5R 4 ). This etching is performed when etching of the conductive material layer or the like proceeds to expose the adhesion layer to most of the etching target surface, and a large amount of the etching reaction products of the adhesion layer are generated and a part thereof adheres to the surface of the conductive material layer or the like. This is because if the vapor pressure of the reaction product is too low, there is a high possibility that the etching reaction product itself functions as an etching mask and interferes with etching of the conductive material layer or the like. Most simply, if the conductive material layer and the adhesive layer are made of the same conductive material, the etching rates of both layers can be made substantially the same. However, in the case where the conductive material layer and the adhesion layer are composed of the same conductive material, it is particularly preferable to form the adhesion layer by the sputtering method and to form the conductive material layer by the CVD method. When the conductive material layer for forming the electron emission portion and the adhesion layer are made of the same conductive material, it can be approximately R 3 = R 4 .

제2A 양태 내지 제2C 양태에 의한 제조 방법에서는, 개구부의 상단면과 저면 사이의 단차를 반영한 요부를 도전 재료층의 표면에 생성시킬 필요에서 상기 도전 재료층을 스텝 커버리지가 우수한 CVD법에 의해 형성하는 것이 특히 바람직하다.In the manufacturing method according to Embodiments 2A to 2C, the conductive material layer is formed by the CVD method with excellent step coverage, since the recessed portion reflecting the step between the top and bottom surfaces of the opening is formed on the surface of the conductive material layer. It is particularly preferable to.

본 발명의 제3 양태에 의한 제조 방법도, 예를 들면 종래 기술 부분에서 설명한 일본국 특개평 5-47396호 공보에 기재된 전계 방출 소자와 유사한 구성을 가지는 전계 방출 소자를 매우 우수한 정밀도, 제조 수율, 신뢰성을 가지며 저비용으로 제조할 수 있는 방법이다. 즉, 본 발명의 제3 양태에 의한 제조 방법은,The manufacturing method according to the third aspect of the present invention also provides a field emission device having a configuration similar to that of the field emission device described in Japanese Patent Application Laid-open No. Hei 5-47396 described in the prior art. It is reliable and can be manufactured at low cost. That is, the manufacturing method by the 3rd aspect of this invention,

(a) 표면에 저항체층을 가지는 캐소드 전극을 지지체 상에 형성하는 공정과,(a) forming a cathode electrode having a resistor layer on its surface on a support;

(b) 캐소드 전극 및 지지체 상에 절연층을 형성하는 공정과,(b) forming an insulating layer on the cathode electrode and the support;

(c) 절연층 상에 게이트 전극을 형성하는 공정과,(c) forming a gate electrode on the insulating layer,

(d) 저부에 저항체층이 노출된 개구부를 적어도 절연층에 형성하는 공정과,(d) forming at least an opening in the insulating layer an opening in which the resistor layer is exposed at the bottom;

(e) 개구부 내를 포함하는 전체면에 전자 방출부 형성용의 도전 재료층을 형성하는 공정과,(e) forming a conductive material layer for forming an electron emission portion on the entire surface including the inside of the opening;

(f) 개구부의 중앙부에 위치하는 도전 재료층의 영역을 차폐하도록 마스크 재료층을 도전 재료층 상에 형성하는 공정과,(f) forming a mask material layer on the conductive material layer so as to shield an area of the conductive material layer located at the central portion of the opening;

(g) 도전 재료층의 지지체에 대하여 수직인 방향에서의 에칭 속도가 마스크 재료층의 지지체에 대하여 수직인 방향에서의 에칭 속도보다 빠른 이방성 에칭 조건 하에서 도전 재료층과 마스크 재료층을 에칭함으로써, 도전 재료층으로 이루어지며 선단부가 뿔 형상을 가지는 전자 방출부를 저항체층 상에 형성하는 공정(g) conductive by etching the conductive material layer and the mask material layer under anisotropic etching conditions in which the etching rate in the direction perpendicular to the support of the conductive material layer is faster than the etching rate in the direction perpendicular to the support of the mask material layer. A process of forming an electron emitting portion made of a material layer and having an end portion having an horn shape on a resistor layer

을 포함하는 것을 특징으로 한다.Characterized in that it comprises a.

본 발명의 제3 양태에 의한 제조 방법에서는, 공정 (a)에서, 캐소드 전극의 형성 위치와 저항체층의 형성 위치는 완전히 일치하고 있거나 약간 어긋나 있어도 상관없다. 단, 약간 어긋나 있는 경우에는 저항체층이 별도의 화소를 구성하는 캐소드 전극끼리 단락시키면 안되고, 또 전자 방출부와 캐소드 전극을 직접 접촉시켜서는 안된다. 양자의 형성 위치를 완전히 일치시키기 위해서는 캐소드 전극을 구성하는 재료층과 저항체층을 구성하는 재료층의 적층체를 형성하고, 이 적층체를 공통의 가공 마스크를 사용하여 패터닝하는 것이 가장 간편하다. 이에 대해, 캐소드 전극의 패터닝과 저항체층의 패터닝을 각각 별도의 공정에서 행하는 경우에는, 얼라인먼트(alignment) 정밀도에도 의하지만 양자의 형성 위치는 약간 어긋나는 것이 보통이다.In the manufacturing method according to the third aspect of the present invention, in the step (a), the position where the cathode electrode is formed and the position where the resistor layer is formed may be completely coincident or slightly shifted. However, when slightly shifted, the cathode electrodes constituting the separate pixels of the resistor layer should not be short-circuited, and the electron emission section and the cathode electrode should not be directly contacted. In order to completely match the formation positions of both, it is most simple to form a laminate of the material layer constituting the cathode electrode and the material layer constituting the resistor layer, and pattern the laminate using a common processing mask. On the other hand, when the patterning of the cathode electrode and the patterning of the resistor layer are performed in separate processes, the formation position of both is usually slightly shifted depending on the alignment accuracy.

본 발명의 제3 양태에 의한 제조 방법에서는, 공정 (a)에서, 전기 저항률이 1.0kΩ·cm 내지 10MΩ·cm의 범위에 있는 재료를 사용하여 저항체층을 형성하는 것이 바람직하다.In the manufacturing method which concerns on the 3rd aspect of this invention, in a process (a), it is preferable to form a resistor layer using the material whose electrical resistivity is in the range of 1.0 kPa * cm-10 MPa * cm.

본 발명의 제3 양태에 의한 제조 방법에서는, 공정 (d)에서, 캐소드 전극의 표면을 기준으로 한 측벽의 경사각(θ1)을 가지는 개구부를 절연층에 형성하고,In the manufacturing method according to the third aspect of the present invention, in the step (d), an opening portion having an inclination angle θ 1 of the side wall with respect to the surface of the cathode electrode is formed in the insulating layer,

이어지는 공정 (g)에서, 캐소드 전극의 표면을 기준으로 한 경사면의 경사각(θ2)이 θ12<90°의 관계를 만족시키는 뿔 형상의 전자 방출부를 형성할 수 있다.In the subsequent step (g), the inclination angle θ 2 of the inclined surface with respect to the surface of the cathode electrode can form a horn-shaped electron emission portion satisfying the relationship of θ 12 <90 °.

본 발명의 제3 양태에 의한 제조 방법도, 전술한 제1 양태에 의한 제조 방법과 같이 공정 (e)의 변형에 의해 다시 제3A 양태와 제3B 양태로 크게 구별할 수 있다. 즉, 본 발명의 제3A 양태에 의한 제조 방법은 공정 (e)에서, 개구부의 상단면과 저면 사이의 단차를 반영한 요부를 전자 방출부 형성용의 도전 재료층의 표면에 생성시키고, 계속되는 공정 (f)에서, 도전 재료층의 전체면에 마스크 재료층을 형성한 후 마스크 재료층을 도전 재료층의 평탄면이 노출될 때까지 제거함으로써 요부에 마스크 재료층을 남기는 것을 특징으로 한다. 제3A 양태에 의한 제조 방법에서, 마스크 재료층의 종류, 마스크 재료층의 형성 방법 및 마스크 재료층의 제거 방법에 대해서는 제1A 양태에 의한 제조 방법에 관련하여 설명한 바와 같다.The manufacturing method according to the third aspect of the present invention can also be broadly divided into the third A and third B aspects by the modification of the step (e), as in the manufacturing method according to the first aspect described above. That is, in the manufacturing method according to the third aspect of the present invention, in the step (e), the recessed portion reflecting the step between the top surface and the bottom surface of the opening is formed on the surface of the conductive material layer for forming the electron emission portion, and the subsequent step ( In f), the mask material layer is formed on the entire surface of the conductive material layer, and then the mask material layer is removed until the flat surface of the conductive material layer is exposed, thereby leaving the mask material layer in the recess. In the manufacturing method according to the third aspect, the type of mask material layer, the method for forming the mask material layer, and the method for removing the mask material layer are as described with reference to the manufacturing method according to the first aspect.

본 발명의 제3B 양태에 의한 제조 방법은, 마스크 재료층에 의해 차폐되는 도전 재료층의 영역을 제3A 양태에 의한 제조 방법에서보다 좁게 하는 것을 가능하게 한다. 즉, 본 발명의 제3B 양태에 의한 제조 방법은 공정 (e)에서, 개구부의 상단면과 저면 사이의 단차를 반영하여 원주부와 상기 원주부의 상단과 연통하는 확대부로 이루어지는 대략 깔때기 형상의 요부를 전자 방출부 형성용의 도전 재료층의 표면에 생성시키고, 이어지는 공정 (f)에서, 원주부 내에 마스크 재료층을 형성하는 것을 특징으로 한다. 공정 (e)에서 먼저 도전 재료층의 전체면에 마스크 재료층을 형성하는 경우, 제3B 양태에 의한 제조 방법은 원주부 내에 마스크 재료층을 남기는 수법의 상이에 따라 다시 2가지 방법으로 나눌 수 있다. 즉, (1) 마스크 재료층과 도전 재료층을 지지체의 표면에 대하여 평행한 면 내에서 제거함으로써 주상부 내에만 마스크 재료층을 남기는 방법, 및 (2) 도전 재료층 상 및 확대부 내의 마스크 재료층을 제거함으로써 원주부 내에만 마스크 재료층을 남기는 방법이다. 제3B 양태에 의한 제조 방법에서, 마스크 재료층의 종류, 마스크 재료층의 형성 방법, 마스크 재료층의 제거 방법 및 도전 재료층과 마스크 재료층의 에칭 속도의 관계에 대해서는 제2B 양태에 의한 제조 방법에 관련하여 설명한 바와 같다.The manufacturing method according to the third aspect of the present invention makes it possible to narrow the area of the conductive material layer shielded by the mask material layer than in the manufacturing method according to the third aspect. That is, in the manufacturing method according to the third aspect of the present invention, in the step (e), a substantially funnel-shaped recessed portion consisting of a circumferential portion and an enlarged portion communicating with the upper end of the circumferential portion, reflecting a step between the top and bottom surfaces of the opening Is produced on the surface of the conductive material layer for forming the electron emission portion, and in the subsequent step (f), a mask material layer is formed in the circumference portion. When the mask material layer is first formed on the entire surface of the conductive material layer in the step (e), the manufacturing method according to the third embodiment can be further divided into two methods depending on the difference in the method of leaving the mask material layer in the circumference. . That is, (1) removing the mask material layer and the conductive material layer in a plane parallel to the surface of the support to leave the mask material layer only in the columnar portion, and (2) the mask material on the conductive material layer and in the enlarged portion. By removing the layer, the mask material layer is left only in the circumference. In the manufacturing method according to the third aspect, the type of mask material layer, the method for forming the mask material layer, the method for removing the mask material layer, and the relationship between the etching rate of the conductive material layer and the mask material layer are described in the manufacturing method according to the second B aspect. As described in relation to FIG.

그리고, 본 발명의 제3 양태에 의한 제조 방법에서는 제조 프로세스중의 전자 방출부 형성용의 도전 재료층과 절연층의 밀착성을 향상시키고, 도전 재료층이 양호한 스텝 커버리지를 가지고 제막되도록 밀착층을 형성할 수도 있다. 즉, 공정 (e)에서, 전자 방출부 형성용의 도전 재료층을 형성하기 전에 개구부의 잔여부를 포함하는 전체면에 밀착층을 형성할 수 있다. 이 방법을 본 발명의 제3C 양태에 의한 제조 방법이라고 한다. 제3C 양태에 의한 제조 방법에서 밀착층의 종류, 도전 재료층과 밀착층의 에칭 속도의 관계에 대해서는 제2C 양태에 의한 제조 방법에 관련하여 설명한 바와 같다.In the manufacturing method according to the third aspect of the present invention, the adhesion layer is formed so as to improve the adhesion between the conductive material layer for forming the electron emission portion and the insulating layer in the manufacturing process, and the conductive material layer is formed into a film with good step coverage. You may. That is, in step (e), the adhesion layer can be formed on the entire surface including the remaining portion of the opening before forming the conductive material layer for forming the electron emission portion. This method is called manufacturing method by 3rd aspect of this invention. In the manufacturing method according to the third C aspect, the relationship between the type of the adhesive layer and the etching rate of the conductive material layer and the adhesive layer is as described with reference to the manufacturing method according to the second C aspect.

제3A 양태 내지 제3C 양태에 의한 제조 방법에서는, 개구부의 상단면과 저면 사이의 단차를 반영한 요부를 도전 재료층의 표면에 생성시킬 필요에서, 상기 도전 재료층을 스텝 커버리지가 우수한 CVD법에 의해 형성하는 것이 특히 바람직하다.In the manufacturing method according to the third aspect to the third aspect, the recessed portion reflecting the step between the top surface and the bottom surface of the opening portion needs to be formed on the surface of the conductive material layer, so that the conductive material layer is formed by the CVD method with excellent step coverage. It is especially preferable to form.

본 발명의 전계 방출 소자, 표시 장치 및 본 발명의 모든 양태에 의한 제조 방법에서, 전계 방출 소자를 구성하는 지지체는 적어도 표면이 절연성 부재로 구성되어 있으면 되고, 유리 기판, 표면에 절연막이 형성된 유리 기판, 석영 기판, 표면에 절연막이 형성된 석영 기판, 표면에 절연막이 형성된 반도체 기판을 사용할 수 있다.In the field emission device of the present invention, the display device, and the manufacturing method according to all aspects of the present invention, the support constituting the field emission device may be formed of at least a surface of an insulating member, and the glass substrate and the glass substrate on which the insulating film is formed. A quartz substrate, a quartz substrate having an insulating film formed on its surface, or a semiconductor substrate having an insulating film formed on its surface can be used.

본 발명의 표시 장치에서, 기판은 적어도 표면이 절연성 부재로 구성되어 있으면 되고 유리 기판, 표면에 절연막이 형성된 유리 기판, 석영 기판, 표면에 절연막이 형성된 석영 기판, 표면에 절연막이 형성된 반도체 기판을 사용할 수 있다.In the display device of the present invention, the substrate should have at least a surface composed of an insulating member, and a glass substrate, a glass substrate having an insulating film formed on its surface, a quartz substrate, a quartz substrate having an insulating film formed on its surface, and a semiconductor substrate having an insulating film formed on its surface may be used. Can be.

절연층의 구성 재료로는 SiO2, SiN, SiON, 유리 페이스트(glass paste) 경화물을 단독으로 또는 적당하게 적층하여 사용할 수 있다. 절연층의 제막에는 CVD법, 도포법, 스퍼터링법, 인쇄법 등의 공지의 프로세스를 이용할 수 있다.As a constituent material of the insulating layer, SiO 2 , SiN, SiON, a glass paste cured product can be used alone or as appropriately laminated. Known processes, such as a CVD method, a coating method, a sputtering method, and a printing method, can be used for film forming of an insulating layer.

게이트 전극, 캐소드 전극 및 수속 전극은 텅스텐(W), 니오브(Nb), 탄탈(Ta), 티탄(Ti), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 동(Cu), 은(Ag) 등의 금속층 또는 이들 금속 원소를 포함하는 합금층 또는 이들 금속 원소를 포함하는 화합물(예를 들면 TiN 등의 질화물이나 WSi2, MoSi2, TiSi2, TaSi2등의 실리사이드) 또는 다이아몬드 등의 반도체층을 사용하여 형성할 수 있다. 단, 본 발명에서는 저항체층이나 전자 방출부를 에칭에 의해 형성할 때, 이들의 전극이 노출되는 경우가 있기 때문에 저항체층이나 전자 방출부를 구성하는 재료에 대하여 에칭 선택비를 확보할 수 있는 재료를 선택할 필요가 있다.The gate electrode, the cathode electrode, and the convergence electrode include tungsten (W), niobium (Nb), tantalum (Ta), titanium (Ti), molybdenum (Mo), chromium (Cr), aluminum (Al), copper (Cu), and silver. Metal layers such as (Ag), alloy layers containing these metal elements, or compounds containing these metal elements (for example, nitrides such as TiN or silicides such as WSi 2 , MoSi 2 , TiSi 2 , TaSi 2 ), or diamond It can form using the semiconductor layer of. However, in the present invention, when the resistive layer or the electron emitting portion is formed by etching, these electrodes may be exposed so that a material capable of securing the etching selectivity with respect to the material constituting the resistive layer or the electron emitting portion is selected. There is a need.

전자 방출부 또는 전자 방출부 형성용의 도전 재료층은 텅스텐(W), 니오브(Nb), 탄탈(Ta), 티탄(Ti), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 동(Cu), 은(Ag) 등의 금속층 또는 이들 금속 원소를 포함하는 합금층 또는 이들 금속 원소를 포함하는 화합물(예를 들면 TiN 등의 질화물이나 WSi2, MoSi2, TiSi2, TaSi2등의 실리사이드) 또는 다이아몬드 등의 반도체층을 사용하여 형성할 수 있다.The conductive material layer for forming the electron emission portion or the electron emission portion is tungsten (W), niobium (Nb), tantalum (Ta), titanium (Ti), molybdenum (Mo), chromium (Cr), aluminum (Al), copper Metal layers such as (Cu), silver (Ag), alloy layers containing these metal elements, or compounds containing these metal elements (for example, nitrides such as TiN, WSi 2 , MoSi 2 , TiSi 2 , TaSi 2, etc. It can be formed using a semiconductor layer such as silicide) or diamond.

[발명의 실시예][Examples of the Invention]

이하, 도면을 참조하여 발명의 실시예(이하, 실시예라고 함)에 따라 본 발명을 설명한다.DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described according to embodiments of the invention (hereinafter referred to as embodiments) with reference to the drawings.

실시예 1Example 1

실시예 1은 본 발명의 전계 방출 소자, 이러한 전계 방출 소자를 구비한 본 발명의 표시 장치 및 본 발명의 제1A 양태에 의한 전계 방출 소자의 제조 방법에 관한 것이다. 실시예 1의 전계 방출 소자의 모식적인 부분 단면도를 도 1에 도시하고, 표시 장치의 모식적인 부분 단면도를 도 2에 도시한다. 또한, 전계 방출 소자의 제조 방법을 도 3 (A), 도 3 (B), 도 4 (A), 도 4 (B), 도 5 (A), 도 5 (B), 도 6 (A) 및 도 6 (B)에 도시한다.Example 1 relates to the field emission device of the present invention, the display device of the present invention having such a field emission device, and the method of manufacturing the field emission device according to the first aspect of the present invention. A typical partial sectional view of the field emission element of Example 1 is shown in FIG. 1, and a typical partial sectional view of the display device is shown in FIG. Moreover, the manufacturing method of the field emission element is shown to FIG. 3 (A), FIG. 3 (B), FIG. 4 (A), FIG. 4 (B), FIG. 5 (A), FIG. 5 (B), FIG. And FIG. 6 (B).

이 전계 방출 소자에서는, 도 1에 도시한 바와 같이 예를 들면 유리 기판으로 이루어지는 지지체(10) 상에 크롬(Cr)으로 이루어지는 캐소드 전극(11)이 형성되어 있다. 실제로는 캐소드 전극(11)이 복수의 띠 형상의 층으로서 지지체(10) 상에 소정의 방향으로 배열되어 있다. 캐소드 전극(11) 및 지지체(10) 상에는 예를 들면 SiO2로 이루어지는 절연층(12)이 형성되고, 이 절연층(12) 상에는 예를 들면 크롬(Cr)으로 이루어지는 게이트 전극(13)이 형성되어 있다. 실제로는 게이트 전극(13)이 절연층(12) 상에 띠 형상으로 복수 형성되며 또한 소정의 방향으로 배열되어 있다. 게이트 전극(13)의 배열 방향은 일반적으로 캐소드 전극(11)의 배열 방향과 직교하는 방향이다. 게이트 전극(13)과 절연층(12)에는 이들 두 부재를 관통하는 개구부(14)가 형성되고, 절연층(12)에 형성된 개구부의 측벽은 게이트 전극(13)의 개구단부보다 후퇴되어 있다. 개구부(14)의 저부에 위치하는 캐소드 전극(11) 상에는 저항체층(15e)이 형성되어 있다. 저항체층(15e)의 선단부는 뿔 형상, 구체적으로는 원뿔 형상을 가지고 있고 상기 선단부보다 캐소드 전극(11)에 가까운 저항체층(15e) 부분은 개구부(14)를 매립하고 있다. 따라서, 저항체층(15e)은 전체적으로 앞을 깎아낸 연필 형상을 가지고 있다. 저항체층(15e)은 예를 들면 불순물로서 인(P)을 1019/㎤의 오더의 농도로 포함하는 폴리실리콘으로 이루어지고, 전기 저항률은 1.0kΩ·cm이다. 저항체층(15e)의 선단부 상에는 전자 방출부(17e)가 형성되어 있다. 전자 방출부(17e)는 저항체층(15e)을 구성하는 상기 폴리실리콘보다 일함수가 작은 재료, 보다 구체적으로는 텅스텐(W)에 의해 구성된다. 전자 방출부(17e)의 두께는 약 0.01μm 이며 저항체층(15e)의 선단부의 뿔 형상을 반영하도록 형성되어 있다.In this field emission element, as shown in FIG. 1, the cathode electrode 11 which consists of chromium (Cr) is formed on the support body 10 which consists of glass substrates, for example. In practice, the cathode electrode 11 is arranged in a predetermined direction on the support 10 as a plurality of strip-shaped layers. An insulating layer 12 made of, for example, SiO 2 is formed on the cathode electrode 11 and the support 10, and a gate electrode 13 made of, for example, chromium (Cr) is formed on the insulating layer 12. It is. In practice, a plurality of gate electrodes 13 are formed in a band shape on the insulating layer 12 and are arranged in a predetermined direction. The arrangement direction of the gate electrode 13 is generally a direction orthogonal to the arrangement direction of the cathode electrode 11. Openings 14 penetrating these two members are formed in the gate electrode 13 and the insulating layer 12, and sidewalls of the openings formed in the insulating layer 12 are receded from the opening ends of the gate electrode 13. A resistor layer 15e is formed on the cathode electrode 11 located at the bottom of the opening 14. The tip portion of the resistor layer 15e has a horn shape, specifically, a cone shape, and a portion of the resistor layer 15e closer to the cathode electrode 11 than the tip portion fills the opening 14. Therefore, the resistor layer 15e has the pencil shape which cut off the front as a whole. The resistor layer 15e is made of, for example, polysilicon containing phosphorus (P) as an impurity at a concentration of 10 19 / cm 3, and the electrical resistivity is 1.0 kPa · cm. On the tip end of the resistor layer 15e, an electron emission section 17e is formed. The electron emitting portion 17e is made of a material having a lower work function than the polysilicon constituting the resistor layer 15e, more specifically tungsten (W). The thickness of the electron emission section 17e is about 0.01 μm and is formed to reflect the shape of the tip of the tip of the resistor layer 15e.

그리고 도 1에는 게이트 전극(13) 상에 도전 박막(17)이 도시되어 있지만, 이 도전 박막(17)은 전자 방출부(17e)와 동일한 재료로 구성되며 전자 방출부(17e)의 형성에 따라 형성된 층이다. 게이트 전극(13) 상의 도전 박막(17)을 전자 방출부(17e) 형성 후에 적당한 방법으로 제거하더라도 상관없지만, 여기에서는 게이트 전극(13)과 대략 동일한 형상으로 패터닝함으로써 게이트 전극(13)끼리의 단락을 방지 가능한 구성이 채용되고 있다.In addition, although the conductive thin film 17 is shown on the gate electrode 13 in FIG. 1, the conductive thin film 17 is made of the same material as the electron emitting portion 17e and according to the formation of the electron emitting portion 17e. Formed layer. Although the conductive thin film 17 on the gate electrode 13 may be removed by a suitable method after the electron emitting portion 17e is formed, the pattern of the conductive thin film 17 is substantially the same as that of the gate electrode 13 to short-circuit the gate electrodes 13. The structure which can prevent this is employ | adopted.

실시예 1의 표시 장치는 전술한 전계 방출 소자를 적용한 장치이며 도 2에 도시한 바와 같이 복수의 화소로 구성된다. 각 화소는 전술한 전계 방출 소자 복수 개와 이들에 대향 배치되어 기판(160) 상에 설치된 애노드 전극(162) 및 형광체층(161)으로 이루어진다. 애노드 전극(162)은 알루미늄으로 이루어지며 유리로 이루어지는 기판(160) 상에 소정의 패턴을 가지고 형성된 형광체층(161)을 피복하도록 형성되어 있다. 기판(160) 상의 형광체층(161)과 애노드 전극(162)의 적층 순서를 상기와 반대로 하더라도 상관없지만, 이 경우에는 표시 장치의 관찰면 측에서 보아 애노드 전극(162)이 형광체층(161) 앞으로 오기 때문에 애노드 전극(162)을 ITO(인듐-주석 산화물) 등의 투명 도전 재료로 구성할 필요가 있다.The display device of the first embodiment is a device to which the above-described field emission device is applied and is composed of a plurality of pixels as shown in FIG. Each pixel includes a plurality of the aforementioned field emission devices and an anode electrode 162 and a phosphor layer 161 disposed on the substrate 160 so as to face each other. The anode electrode 162 is formed to cover the phosphor layer 161 formed of aluminum and having a predetermined pattern on the substrate 160 made of glass. The stacking order of the phosphor layer 161 and the anode electrode 162 on the substrate 160 may be reversed, but in this case, the anode electrode 162 is placed in front of the phosphor layer 161 as viewed from the viewing side of the display device. Therefore, the anode electrode 162 needs to be made of a transparent conductive material such as ITO (indium tin oxide).

실제 표시 장치 구성에서 전계 방출 소자는 캐소드 패널(CP), 애노드 전극(162) 및 형광체층(161)은 애노드 패널(AP)의 구성 요소이며, 이들 캐소드 패널(CP)과 애노드 패널(AP)이 프레임(도시하지 않음)을 개재하여 접합되고, 양 패널과 프레임에 둘러싸인 공간이 고진공 상태로 배기되어 있다. 전자 방출부(17e)에는 캐소드 전극(11) 및 저항체층(15e)을 통하여 주사(走査) 회로(163)로부터 상대적으로 부(負)의 전압이 인가되고 게이트 전극(13)에는 제어 회로(164)로부터 상대적으로 정(正)의 전압이 인가되어, 애노드 전극(162)에는 게이트 전극(13)보다 더 높은 정전압이 가속 전원(165)으로부터 인가된다. 표시 장치에서 표시를 하는 경우, 제어 회로(164)에는 비디오 신호, 주사 회로(163)에는 주사 신호가 입력된다. 캐소드 전극(11)과 게이트 전극(13)에 전압을 인가했을 때 발생하는 전계에 의해 전자 방출부(17e)의 선단부로부터 전자 "e"가 인출된다. 이 전자 "e"가 애노드 전극(162)에 당겨져 형광체층(161)에 충돌하면 형광체층(161)이 발광하여 원하는 화상을 얻을 수 있다.In the actual display device configuration, the field emission device includes the cathode panel CP, the anode electrode 162, and the phosphor layer 161 are components of the anode panel AP, and the cathode panel CP and the anode panel AP It joins through a frame (not shown), and the space enclosed by both panels and the frame is exhausted in a high vacuum state. A relatively negative voltage is applied to the electron emission section 17e from the scanning circuit 163 through the cathode electrode 11 and the resistor layer 15e, and the control circuit 164 is applied to the gate electrode 13. A relatively positive voltage is applied from), and a constant voltage higher than the gate electrode 13 is applied to the anode electrode 162 from the acceleration power supply 165. When displaying on the display device, a video signal is input to the control circuit 164 and a scan signal is input to the scanning circuit 163. Electron " e " is drawn out from the distal end of the electron emission section 17e by an electric field generated when a voltage is applied to the cathode electrode 11 and the gate electrode 13. When the electron "e" is attracted to the anode electrode 162 and collides with the phosphor layer 161, the phosphor layer 161 emits light to obtain a desired image.

이하, 실시예 1에 의한 전계 방출 소자의 제조 방법을 도 3 (A), 도 3 (B), 도 4 (A), 도 4 (B), 도 5 (A), 도 5 (B), 도 6 (A) 및 도 6 (B)를 참조하여 설명한다.Hereinafter, the manufacturing method of the field emission element which concerns on Example 1 is shown in FIG. 3 (A), FIG. 3 (B), FIG. 4 (A), FIG. 4 (B), FIG. 5 (A), FIG. 5 (B), It demonstrates with reference to FIG. 6 (A) and FIG. 6 (B).

[공정-100][Step-100]

먼저, 일례로서 유리 기판 상에 두께 약 0.6μm의 SiO2층을 형성하여 이루어지는 지지체(10) 상에 크롬(Cr)으로 이루어지는 캐소드 전극(11)을 설치한다. 구체적으로는 지지체(10) 상에 예를 들면 스퍼터링법으로 크롬층을 퇴적시키고 이러한 크롬층을 패터닝함으로써 행(行) 방향으로 평행하게 연장되는 띠 형상의 복수의 캐소드 전극(11)을 형성할 수 있다. 캐소드 전극(11)의 폭을 예를 들면 50μm, 전극 사이 스페이스를 예를 들면 30μm으로 한다. 크롬층의 스퍼터링 조건의 일례를 하기의 표 1에 나타내고, 크롬층의 패터닝을 예를 들면 RIE(반응성 이온 에칭)법으로 행하는 경우의 RIE 조건의 일례를 하기의 표 2에 나타낸다.First, as an example, a cathode electrode 11 made of chromium (Cr) is provided on a support 10 formed by forming a SiO 2 layer having a thickness of about 0.6 μm on a glass substrate. Specifically, a plurality of band-shaped cathode electrodes 11 extending in parallel in the row direction can be formed by depositing a chromium layer on the support 10 by, for example, sputtering and patterning the chromium layer. have. The width of the cathode electrode 11 is 50 μm, for example, and the space between the electrodes is 30 μm, for example. An example of the sputtering conditions of the chromium layer is shown in Table 1 below, and an example of the RIE conditions in the case of performing the patterning of the chromium layer by, for example, RIE (reactive ion etching) method is shown in Table 2 below.

표 1Table 1

Ar 유량Ar flow 100SCCM100SCCM 압력pressure 5Pa5 Pa DC 파워DC power 2kW2 kW 스퍼터링 온도Sputtering temperature 200℃200 ℃

표 2TABLE 2

Cl2유량Cl 2 flow 100SCCM100SCCM O2유량O 2 flow rate 100SCCM100SCCM 압력pressure 0.7Pa0.7 Pa RF 파워RF power 0.8kW(13.56MHz)0.8 kW (13.56 MHz) 에칭 온도Etching temperature 60℃60 ℃

다음에 캐소드 전극(11) 및 지지체(10) 상에 SiO2로 이루어지는 절연층(12)을 플라즈마 CVD법으로 형성한다. 원료 가스로는 TEOS(테트라에톡시실란)를 사용하는 경우의 CVD 조건의 일례를 하기의 표 3에 나타낸다. 절연층(12)의 두께를 약 1μm으로 한다.Next, an insulating layer 12 made of SiO 2 is formed on the cathode electrode 11 and the support 10 by plasma CVD. Table 3 below shows an example of CVD conditions when TEOS (tetraethoxysilane) is used as the source gas. The thickness of the insulating layer 12 shall be about 1 micrometer.

표 3TABLE 3

TEOS 유량TEOS flow rate 800SCCM800SCCM O2유량O 2 flow rate 600SCCM600SCCM 압력pressure 1100Pa1100 Pa RF 파워RF power 0.7kW(13.56MHz)0.7 kW (13.56 MHz) 제막 온도Production temperature 400℃400 ℃

다음에, 절연층(12) 상에 게이트 전극(13)을 형성한다. 구체적으로는 절연층(12) 상에, 예를 들면 DC 스퍼터링법에 의해 질화 티탄(TiN)층을 퇴적시키고 상기 TiN층을 패터닝함으로써 열(列) 방향에 평행하게 연장되는 띠 형상의 복수의 게이트 전극(13)을 형성할 수 있다. 게이트 전극(13)의 폭을 예를 들면 50μm, 전극 사이 스페이스를 예를 들면 30μm으로 한다. TiN층의 DC 스퍼터링 조건의 일례를 하기의 표 4에 나타내고, TiN층의 패터닝을 예를 들면 RIE법으로 행하는 경우의 RIE 조건의 일례를 하기의Next, the gate electrode 13 is formed on the insulating layer 12. Specifically, a plurality of strip-shaped gates extending in parallel to the column direction by depositing a titanium nitride (TiN) layer on the insulating layer 12 by DC sputtering and patterning the TiN layer, for example. The electrode 13 can be formed. The width of the gate electrode 13 is 50 μm, for example, and the space between the electrodes is 30 μm, for example. An example of the DC sputtering conditions of the TiN layer is shown in Table 4 below, and an example of the RIE conditions when the TiN layer is patterned by, for example, the RIE method is described below.

표 4Table 4

Ar 유량Ar flow 30SCCM30SCCM N2유량N 2 flow rate 60SCCM60SCCM 압력pressure 0.67Pa0.67 Pa DC 파워DC power 3kW3 kW 스퍼터링 온도Sputtering temperature 200℃200 ℃

표 5Table 5

Cl2유량Cl 2 flow 150SCCM150SCCM Ar유량Ar flow rate 90SCCM90SCCM 압력pressure 35Pa35 Pa RF 파워RF power 0.7kW(13.56MHz)0.7 kW (13.56 MHz)

다음에, 캐소드 전극(11)과 게이트 전극(13)의 중복 영역, 즉 1 화소 영역에서 게이트 전극(13)과 절연층(12)을 관통하는 개구부(14)를 형성한다. 개구부(14)의 평면 형상은 직경 0.3μm의 원형이다. 이 개구부(14)는 통상 1 화소 영역에 500∼5000개 정도 형성된다. 개구부(14)를 형성하기 위해서는 통상의 포토리소그래피(photolithography) 기술에 의해 형성된 레지스트층을 마스크로 하여, 먼저 염소계의 에칭 가스를 사용한 RIE법에 의해 게이트 전극(13)에 개구부를 형성하고, 계속해서 플루오로카본계의 에칭 가스를 사용한 RIE법에 의해 절연층(12)에 개구부를 형성한다. 게이트 전극(13)에 개구부(14)를 형성할 때의 RIE 조건은 표 5에 나타낸 바와 같다. 절연층(12)에 개구부(14)를 형성할 때의 RIE 조건의 일례를 하기의 표 6에 나타낸다. RIE 종료 후의 레지스트층은 애싱(ashing)에 의해 제거한다. 애싱 조건의 일례를 하기의 표 7에 나타낸다. 이렇게 하여 도 3 (A)에 도시한 구조를 얻을 수 있다.Next, an opening 14 penetrating the gate electrode 13 and the insulating layer 12 is formed in an overlapping region of the cathode electrode 11 and the gate electrode 13, that is, one pixel region. The planar shape of the opening 14 is circular with a diameter of 0.3 μm. The openings 14 are usually formed in about 500 to 5000 pieces in one pixel area. In order to form the openings 14, using the resist layer formed by conventional photolithography techniques as a mask, first, openings are formed in the gate electrode 13 by RIE using a chlorine-based etching gas. Openings are formed in the insulating layer 12 by the RIE method using a fluorocarbon etching gas. RIE conditions when forming the opening 14 in the gate electrode 13 are as shown in Table 5. An example of RIE conditions at the time of forming the opening 14 in the insulating layer 12 is shown in Table 6 below. The resist layer after completion of the RIE is removed by ashing. An example of ashing conditions is shown in Table 7 below. In this way, the structure shown in FIG. 3 (A) can be obtained.

표 6Table 6

C4F8유량C 4 F 8 Flow 30SCCM30SCCM CO유량CO flow rate 70SCCM70SCCM Ar 유량Ar flow 300SCCM300SCCM 압력pressure 7.3Pa7.3Pa RF 파워RF power 1.3kW(13.56MHz)1.3 kW (13.56 MHz) 에칭 온도Etching temperature 20℃20 ℃

표 7TABLE 7

O2유량O 2 flow rate 1200SCCM1200SCCM 압력pressure 75Pa75 Pa RF 파워RF power 1.3kW(13.56MHz)1.3 kW (13.56 MHz) 애싱 온도Ashing temperature 300℃300 ℃

[공정-110][Process -110]

다음에, 도 3 (B)에 도시한 바와 같이 개구부(14) 내를 포함하는 전체면에 저항체층(15)을 형성한다. 여기에서는 저항체층(15)으로서 두께 약 0.4μm의 폴리실리콘층을 감압 CVD법에 의해 성막한다. 성막 조건을 하기의 표 8에 예시한다. 이 조건에서는 성막 분위기 중에 도펀트 가스(dopant gas)로서 PH3가 포함되어 있고 성막과 동시에 불순물인 인(P)이 약 1019/㎤의 오더의 농도로 도입된다. 또, 이 때 성막된 저항체층(15)의 표면에는 개구부(14)의 상단면과 저면 사이의 단차를 반영한 요부(15A)가 형성된다. 성막 종료 후에 로 어닐링(furnace annealing) 또는 단시간 어닐링(RTA;rapid thermal annealing)을 행하여 불순물을 활성화시킨다. 여기에서는 600℃에서 어닐링을 행하고 전기 저항률을 약 1.0kΩ· cm의 오더로 한다. 이 온도로는 지지체(10)를 구성하는 유리나 캐소드 전극(11)을 구성하는 크롬의 내열성에 전혀 문제가 없다.Next, as shown in FIG. 3B, the resistor layer 15 is formed on the entire surface including the inside of the opening 14. Here, as the resistor layer 15, a polysilicon layer having a thickness of about 0.4 m is formed by a reduced pressure CVD method. Film-forming conditions are illustrated in Table 8 below. Under this condition, PH 3 is included as a dopant gas in the film formation atmosphere, and phosphorus (P) as an impurity is introduced at the concentration of about 10 19 / cm 3 at the same time as the film formation. In addition, the recessed part 15A which reflects the level | step difference between the upper end surface and the bottom surface of the opening part 14 is formed in the surface of the resistor layer 15 formed at this time. After completion of film formation, furnace annealing or rapid thermal annealing (RTA) is performed to activate impurities. Here, annealing is performed at 600 degreeC and electric resistivity is made into the order of about 1.0 kPa * cm. There is no problem in the heat resistance of the glass which comprises the support body 10, and the chromium which comprises the cathode electrode 11 at this temperature.

표 8Table 8

SiH4유량SiH 4 flow 300SCCM300SCCM PH3유량PH 3 flow rate 15SCCM15SCCM He 유량He flow rate 50SCCM50SCCM 압력pressure 350Pa350 Pa 성장 온도Growth temperature 550℃550 ℃

[공정-120][Process -120]

다음에, 도 4 (A)에 도시한 바와 같이 저항체층(15)의 전체면에 스핀 코팅법에 의해 두께 약 0.35μm의 마스크 재료층(16)을 표면이 대략 평탄하게 되도록 형성한다.Next, as shown in Fig. 4A, a mask material layer 16 having a thickness of about 0.35 mu m is formed on the entire surface of the resistor layer 15 so as to have a substantially flat surface.

[공정-130][Process -130]

계속해서, 도 4 (B)에 도시한 바와 같이 마스크 재료층(16)을 저항체층(15)의 평탄면이 노출될 때까지 RIE법으로 에칭함으로써 요부(15A) 내에 마스크 재료층(16)을 남긴다. RIE 조건을 하기의 표 9에 예시한다. 이 마스크 재료층(16)은 저항체층(15)의 요부(15A)를 흡수하여 대략 평탄한 표면을 달성하고 있고, 또 개구부(14)의 중앙부에 위치하는 저항체층(15) 영역을 차폐하도록 형성되어 있다.Subsequently, as illustrated in FIG. 4B, the mask material layer 16 is etched in the recessed portion 15A by etching the mask material layer 16 until the flat surface of the resistor layer 15 is exposed. Leave RIE conditions are illustrated in Table 9 below. The mask material layer 16 absorbs the recessed portions 15A of the resistor layer 15 to achieve a substantially flat surface, and is formed so as to shield the area of the resistor layer 15 located at the center of the opening 14. have.

표 9Table 9

Ar 유량Ar flow 50SCCM50SCCM O2유량O 2 flow rate 80SCCM80SCCM 압력pressure 26.7Pa26.7 Pa RF 파워RF power 120W(13.56MHz)120 W (13.56 MHz)

[공정-140][Process -140]

다음에, 도 5 (A)에 도시한 바와 같이 저항체층(15)을 에칭한다. 에칭 조건을 하기의 표 10에 예시한다. 이 에칭은 저항체층(15)의 에칭 속도가 마스크 재료층(16)의 에칭 속도보다 빠른 이방성 에칭 조건 하에서 행한다.Next, as shown in Fig. 5A, the resistor layer 15 is etched. Etching conditions are illustrated in Table 10 below. This etching is performed under anisotropic etching conditions in which the etching rate of the resistor layer 15 is faster than the etching rate of the mask material layer 16.

표 10Table 10

에칭 장치Etching equipment RF 바이어스 인가형 ECR 에칭 장치RF Bias Applied ECR Etching Equipment Cl2유량Cl 2 flow 120SCCM120SCCM O2유량O 2 flow rate 4SCCM4SCCM 압력pressure 4Pa4Pa 마이크로파 파워Microwave power 1.2kW(13.56MHz)1.2 kW (13.56 MHz) RF 바이어스 파워RF bias power 70W(2MHz)70 W (2 MHz) 에칭 온도Etching temperature 20℃20 ℃

[공정-150][Process -150]

다음에, 도 5 (B)에 도시한 바와 같이 저항체층(15e)의 선단부 상에 전자 방출부(17e)를 형성한다. 여기에서는 예를 들면 두께 약 0.01μm의 텅스텐층을 스퍼터링법에 의해 제막하여 도전 박막(17)을 형성한다. 텅스텐층을 성막하기 위한 스퍼터링 조건의 일례를 하기의 표 11에 나타낸다. 스퍼터링법으로는 피제막체(층 형성체)의 표면으로의 층 형성종의 입사 방향을 지지체(10)에 대하여 대략 수직인 방향에 일치시킬 수 있고 이에 따라 개구부(14)의 측벽에는 도전 재료층을 퇴적시키지 않고 게이트 전극(13) 및 절연층(12) 상과 저항체층(15e)의 선단부 상에만 도전 박막(17)이 형성된다. 도전 박막(17) 중에서 저항체층(15e)의 선단부에 형성된 부분이 전자 방출부(17e)로서 기능한다. 게이트 전극(13) 및 절연층(12) 상에 형성된 도전 박막(17)은 인접한 게이트 전극(13)끼리 단락되지 않도록 게이트 전극(13) 상의 부분을 남기고 제거한다.Next, as shown in Fig. 5B, an electron emission section 17e is formed on the tip of the resistor layer 15e. Here, for example, a tungsten layer having a thickness of about 0.01 μm is formed into a film by sputtering to form a conductive thin film 17. An example of sputtering conditions for forming a tungsten layer is shown in Table 11 below. By the sputtering method, the incidence direction of the layer-forming species on the surface of the film forming body (layer forming body) can coincide with the direction substantially perpendicular to the support 10, and thus the sidewall of the opening 14 has a conductive material layer. The conductive thin film 17 is formed only on the gate electrode 13 and the insulating layer 12 and on the front end portion of the resistor layer 15e without depositing any of these materials. The portion formed in the tip portion of the resistor layer 15e in the conductive thin film 17 functions as the electron emission portion 17e. The conductive thin film 17 formed on the gate electrode 13 and the insulating layer 12 is removed leaving a portion on the gate electrode 13 so that adjacent gate electrodes 13 are not shorted.

표 11Table 11

Ar 유량Ar flow 200SCCM200SCCM 압력pressure 0.67Pa0.67 Pa DC 파워DC power 3kW3 kW 스퍼터링 온도Sputtering temperature 200℃200 ℃

이후, 등방적인 에칭 조건으로 개구부(14) 내부에서 절연층(12)에 형성된 개구부의 측벽을 후퇴시키면 도 1에 도시한 전계 방출 소자가 완성된다. 등방적인 에칭은 케미칼 드라이 에칭과 같이 라디컬(radical)을 주된 에칭종으로 사용하는 드라이 에칭 또는 에칭액을 사용하는 웨트 에칭에 의해 행할 수 있다. 에칭액으로는 예를 들면 49% 불산 수용액과 순수(純水)의 용적비가 1:100인 혼합액을 사용할 수 있다. 그리고, 절연층(12)의 등방적인 에칭은 전술한 스퍼터링법에 의한 텅스텐층의 제막 전에 행할 수도 있다.Thereafter, when the sidewall of the opening formed in the insulating layer 12 is retracted in the opening 14 under isotropic etching conditions, the field emission device shown in FIG. 1 is completed. Isotropic etching can be performed by dry etching using radical as the main etching species or wet etching using etching liquid, such as chemical dry etching. As etching liquid, the mixed liquid whose volume ratio of 49% hydrofluoric acid aqueous solution and pure water is 1: 100 can be used, for example. The isotropic etching of the insulating layer 12 can also be performed before the formation of the tungsten layer by the above-mentioned sputtering method.

이어서, 이러한 전계 방출 소자가 다수 형성된 캐소드 패널(CP)을 애노드 패널(AP)과 조합시킴으로써 표시 장치를 제작한다. 구체적으로는 세라믹스나 유리로 제작된 높이 약 1mm의 프레임을 준비하고, 프레임과 애노드 패널(AP), 및 프레임과 캐소드 패널(CP) 사이에 프릿 글래스로 이루어지는 시일 재료를 도포해 두고, 이러한 시일 재료를 건조시킨 후 약450℃에서 10∼30분 소성하면 된다. 이후, 표시 장치의 내부를 10-4Pa 정도의 진공도가 될 때까지 배기(排氣)하여 적당한 방법으로 밀봉한다.Subsequently, the display device is manufactured by combining the cathode panel CP in which a plurality of such field emission elements are formed with the anode panel AP. Specifically, a frame having a height of about 1 mm made of ceramics or glass is prepared, and a seal material made of frit glass is applied between the frame and the anode panel AP and the frame and the cathode panel CP. What is necessary is just to bake and bake at about 450 degreeC for 10 to 30 minutes. Then, the exhaust (排氣) the interior of the display device until a degree of vacuum of about 10 -4 Pa by an appropriate method and sealed.

여기에서, [공정-140]에서 선단부가 뿔 형상을 가지는 저항체층(15e)이 형성되는 기구에 대하여 도 6 (A) 및 도 6 (B)를 참조하여 설명한다. 도 6 (A)는 에칭의 진행에 따라 피에칭물의 표면 프로필이 일정 시간마다 어떻게 변화되는지를 도시한 모식도이며, 도 6 (B)는 에칭 시간과 개구부 중심에서의 피에칭물의 두께의 관계를 나타낸 그래프이다. 개구부 중심에서의 마스크 재료층의 두께를 hl, 개구부 중심에서의 저항체층의 높이를 h2로 한다.Here, the mechanism in which the resistor layer 15e having the tip portion having a horn shape is formed in [Step-140] will be described with reference to Figs. 6 (A) and 6 (B). FIG. 6 (A) is a schematic diagram showing how the surface profile of an etched object changes at regular intervals as the etching progresses, and FIG. 6 (B) shows the relationship between the etching time and the thickness of the etching target at the opening center. It is a graph. The thickness of the mask material layer at the center of the opening is h l , and the height of the resistor layer at the center of the opening is h 2 .

표 10에 나타낸 에칭 조건에서는 레지스트 재료로 이루어지는 마스크 재료층(16)의 에칭 속도보다 저항체층(15)의 에칭 속도가 당연히 빠르다. 마스크 재료층(16)이 존재하지 않는 영역에서는 저항체층(15)이 즉시 에칭되기 시작하여 피에칭물(여기에서는 저항체층(15))의 표면이 빠르게 하강해 간다. 이에 대하여, 마스크 재료층(16)이 존재하는 영역에서는 먼저 이 마스크 재료층(16)이 제거되지 않으면 그 아래의 저항체층(15)의 에칭이 시작되지 않으므로 마스크 재료층(16)이 에칭되고 있는 동안은 피에칭물(여기에서는 마스크 재료층(16)) 두께의 감소 속도는 느리고(h1감소 구간), 마스크 재료층(16)이 소실된 시점에서 처음으로 피에칭물 두께의 감소 속도가 마스크 재료층(16)이 존재하지 않는 영역과 같이 빠르게 된다(h2감소 구간). h2감소 구간의 개시 시기는 마스크 재료층(16)이 두께가 최대인 개구부 중심에서 가장 느리고 마스크 재료층(16)이 얇은 개구부 주변을 향해 빨라진다. 이렇게 하여 원뿔 형상의 저항체층(15e)이 형성된다.Under the etching conditions shown in Table 10, the etching rate of the resistor layer 15 is naturally faster than the etching rate of the mask material layer 16 made of the resist material. In the region where the mask material layer 16 does not exist, the resistive layer 15 immediately begins to be etched, and the surface of the etched object (here, the resistive layer 15) quickly descends. In contrast, in the region where the mask material layer 16 is present, unless the mask material layer 16 is removed first, the etching of the resistor layer 15 underneath does not start, so that the mask material layer 16 is etched. While the rate of decrease in the thickness of the etched object (here, the mask material layer 16) is slow (h 1 reduction interval), the rate of decrease in the thickness of the etched object for the first time when the mask material layer 16 disappears is masked. It is as fast as the region where the material layer 16 is not present (h 2 reduction section). The start time of the h 2 reduction interval is slowest in the center of the opening of the mask material layer 16 at the maximum thickness and the mask material layer 16 is accelerated toward the thin opening. In this way, a cone-shaped resistor layer 15e is formed.

여기에서, 에칭 프론트(etching front)를 도 6 (A)에 검은 동그라미로 나타낸다. 이 도면에 도시한 예에서는, 마스크 재료층(16)의 최대 직경이 개구부(14)의 직경과 대략 일치하고 있기 때문에 에칭 프론트는 에칭의 진행에 따라 대략 개구부(14)의 측벽을 따라 하강해 간다. 마스크 재료층(16)의 최대 직경이 개구부(14)의 직경과 일치하지 않는 경우, 예를 들면 마스크 재료층(16)의 최대 직경이 개구부(14)의 직경보다 작은 경우에는, 에칭 프론트가 개구부의 측벽으로부터 내측의 위치를 따라 하강하게 된다. 개구부(14)의 내부에 남은 저항체층(15) 중 에칭 프론트보다 윗부분을 선단부라고 한다. 본 발명의 전계 방출 소자는 캐소드 전극(11)과 전자 방출부(17e) 사이에 저항체층(15e)을 개재시키고 각 전자 방출부(17e)의 전자 방출 특성의 불균일을 억제하는 것을 취지로 하고 있으므로, 전자 방출부(17e)와 캐소드 전극(11)의 직접적인 접촉을 확실하게 피하기 위해, 에칭 프론트가 캐소드 전극(11)의 표면에 도달하기 전에 에칭을 정지하는 것이 중요하다.Here, the etching front is shown by the black circle in FIG. 6 (A). In the example shown in this figure, since the maximum diameter of the mask material layer 16 substantially coincides with the diameter of the opening 14, the etching front descends along the sidewall of the opening 14 approximately as the etching proceeds. . When the maximum diameter of the mask material layer 16 does not match the diameter of the opening 14, for example, when the maximum diameter of the mask material layer 16 is smaller than the diameter of the opening 14, the etching front is opened. It descends along the inner position from the side wall of the. A portion above the etching front of the resistor layer 15 remaining inside the opening 14 is called a tip portion. Since the field emission device of the present invention interposes the resistor layer 15e between the cathode electrode 11 and the electron emission section 17e, and suppresses the non-uniformity of the electron emission characteristics of each electron emission section 17e. In order to reliably avoid direct contact between the electron emission section 17e and the cathode electrode 11, it is important to stop the etching before the etching front reaches the surface of the cathode electrode 11.

그리고, 저항체층(15e) 선단부의 뿔 형상은 마스크 재료층(16)의 에칭 속도에 대한 저항체층(15)의 에칭 속도비, 즉 "대(對)마스크 선택비"에 의해서 변화된다. 대마스크 선택비가 클수록 마스크 재료층(16)의 두께 감소에 비해 저항체층(15)의 두께 감소가 격심해지므로, 저항체층(15e) 선단부의 경사면의 경사각은 커진다. 여기에서, 본 명세서 중에서 말하는 "경사각"이란 모두 캐소드 전극(11)의 표면을 기준으로 한다. 마스크 재료층(16)이 레지스트 재료로 이루어지는 경우, 전술한 표 10에 나타낸 조건에서 Cl2유량에 대한 O2유량의 비율을 높이면 대마스크 선택비는 저하된다. 또, 기판 바이어스를 병용하여 이온의 입사 에너지를 변화시키는 것이 가능한 에칭 장치를 사용하는 경우에는 RF 바이어스 파워를 높이거나 바이어스 인가용의 교류 전원의 주파수를 낮춤으로써 대마스크 선택비를 저하시킬 수 있다. 실시예 1에서의 대마스크 선택비의 값은 1.5 이상, 바람직하게는 2 이상, 보다 바람직하게는 3 이상으로 선택된다.The cone shape of the tip of the resistor layer 15e is changed by the etching rate ratio of the resistor layer 15 to the etching rate of the mask material layer 16, that is, the "mask selection ratio." The larger the mask selection ratio, the greater the decrease in the thickness of the resistor layer 15 as compared with the decrease in the thickness of the mask material layer 16. Therefore, the inclination angle of the inclined surface of the tip portion of the resistor layer 15e increases. Here, the "tilt angle" as used herein refers to the surface of the cathode electrode 11 as a reference. When the mask material layer 16 is made of a resist material, when the ratio of the O 2 flow rate to the Cl 2 flow rate is increased under the conditions shown in Table 10, the large mask selectivity is lowered. Moreover, when using the etching apparatus which can change the incident energy of ion using a substrate bias together, a large mask selectivity can be reduced by raising RF bias power or decreasing the frequency of the AC power supply for bias application. The value of the large mask selectivity in Example 1 is selected to 1.5 or more, preferably 2 or more, more preferably 3 or more.

그리고, 상기의 에칭에서는 당연히 게이트 전극(13)에 대하여 높은 선택비를 확보할 필요가 있으며, 표 10에 나타낸 조건으로 전혀 문제는 없다. 그 이유는 게이트 전극(13)을 구성하는 텅스텐은 염소계의 에칭종에서는 거의 에칭되지 않고 상기의 조건이면 대략 10 이상의 대텅스텐 선택비가 얻어지기 때문이다.In the above etching, it is of course necessary to ensure a high selectivity with respect to the gate electrode 13, and there is no problem under the conditions shown in Table 10. This is because the tungsten constituting the gate electrode 13 is hardly etched in the chlorine-based etching species, and a selectivity of about 10 or more tungsten is obtained under the above conditions.

실시예 2Example 2

실시예 2는 실시예 1의 변형이다. 실시예 2의 전계 방출 소자가 실시예 1의 전계 방출 소자와 상이한 점은, 게이트 전극 상에 추가로 제2 절연층이 형성되고, 제2 절연층 상에 수속 전극이 형성되어 있는 점이다. 실시예 2의 전계 방출 소자의 개념도를 도 7에 도시하고, 이러한 전계 방출 소자를 제조하기 위한 본 발명의 제1A 양태에 의한 제조 방법의 공정도를 도 8 (A), 도 8 (B), 도 9 (A), 도 9 (B), 도 10 (A) 및 도 10 (B)에 도시한다. 그리고, 이들 도면의 부호는 도 1과 일부 공통되며 공통된 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.Example 2 is a variation of Example 1. The difference between the field emission device of Example 2 and the field emission device of Example 1 is that a second insulating layer is further formed on the gate electrode, and a convergence electrode is formed on the second insulating layer. The conceptual diagram of the field emission element of Example 2 is shown in FIG. 7, and the process diagram of the manufacturing method by the 1A aspect of this invention for manufacturing such a field emission element is shown to FIG. 8 (A), FIG. 8 (B), FIG. 9 (A), FIG. 9 (B), FIG. 10 (A), and FIG. 10 (B). In addition, the code | symbol of these figures is a part common with FIG. 1, and detailed description is abbreviate | omitted about a common part.

실시예 2의 전계 방출 소자는 도 1에 도시한 전계 방출 소자의 게이트 전극(13) 상에 제2 절연층(20)이 형성되고 제2 절연층(20) 상에 예를 들면 텅스텐(W)으로 이루어지는 수속 전극(21)이 형성된 구성을 가진다. 수속 전극(21)은 애노드 전극과 캐소드 전극 사이의 전위차가 수천 볼트의 오더이며 양 전극 사이의 거리가 비교적 긴, 이른 바 고전압 타입의 표시 장치에서, 전자 방출부로부터 방출된 전자의 궤도 발산을 방지하기 위해서 설치된 부재이며, 수속 전원(도시하지 않음)으로부터 상대적인 부전압이 인가된다. 방출 전자 궤도의 수속성을 높임으로써 화소 사이의 크로스 토크가 저감되고, 특히 칼라 표시를 하는 경우의 색 혼탁을 방지하고, 또 화소를 미세화하여 표시 화면의 고정세화를 도모하는 것이 가능해진다. 수속 전극(21)의 선단부는 게이트 전극(13)의 선단부보다 후퇴되어 있다. 수속 전극(21)의 원래의 목적은 캐소드 전극(11)에 수직인 방향으로부터 크게 벗어나려고 하는 전자의 궤도만을 수정함에 있어 수속 전극(21)의 개구 직경이 너무 작으면 전계 방출 소자의 전자 방출 효율이 저하될 우려가 있다. 그러나, 이와 같이 수속 전극(21)의 선단부가 게이트 전극(13)의 선단부보다 후퇴되어 있는 것은 전자 방출을 방해하지 않고 필요한 수속 효과만을 얻을 수 있다는 의미에서 매우 바람직하다.In the field emission device of Example 2, a second insulating layer 20 is formed on the gate electrode 13 of the field emission device shown in FIG. 1 and, for example, tungsten (W) on the second insulating layer 20. It has the structure in which the convergence electrode 21 which consists of these was formed. The converging electrode 21 prevents orbital divergence of electrons emitted from an electron emitting portion in a display device of a high voltage type in which the potential difference between the anode electrode and the cathode electrode is an order of thousands of volts and the distance between both electrodes is relatively long. It is a member provided in order to apply a relative negative voltage from a convergent power supply (not shown). By increasing the convergence of the emission electron trajectory, crosstalk between pixels is reduced, and in particular, color turbidity can be prevented in the case of color display, and the pixels can be miniaturized to achieve high definition of the display screen. The tip end of the converging electrode 21 is receded from the tip end of the gate electrode 13. The original purpose of the converging electrode 21 is to correct only the trajectory of electrons trying to deviate greatly from the direction perpendicular to the cathode electrode 11, so that the electron emission efficiency of the field emission element is too small if the opening diameter of the converging electrode 21 is too small. This may fall. However, the tip of the convergence electrode 21 is retracted from the tip of the gate electrode 13 in this way, and thus it is very preferable in the sense that only necessary convergence effect can be obtained without disturbing electron emission.

수속 전극(21), 제2 절연층(20), 게이트 전극(13) 및 절연층(12)에는 이들을 관통하는 개구부(24)가 형성되어 있다. 이 개구부(24)의 측벽은 수속 전극(21), 제2 절연층(20), 게이트 전극(13) 및 절연층(12)의 각 가공면에 의해 구성된다. 또, 제2 절연층(20)에 형성된 개구부의 상단은 수속 전극(21)의 선단부보다 후퇴되고 절연층(12)에 형성된 개구부의 상단은 게이트 전극(13)의 선단부보다 후퇴되어 있다. 또, 개구부(24)의 개구 직경은 깊이 방향에서 균일하지 않고, 수속 전극(21) 근방에서는 직경이 약 0.5μm, 게이트 전극(13) 근방에서는 직경이 0.35μm 이다. 이러한 개구부(24)의 형상에 의해 이 개구부(24) 내에 효율적으로 원하는 강도의 전계가 형성될 수 있는 구조로 되어 있다. 개구부(24)의 저부는 저항체층(25e)으로 매립되고 상기 저항체층(25e)의 선단부는 뿔 형상, 구체적으로는 원뿔 형상을 가지고 있다. 저항체층(25e)의 선단부 상에는, 전자 방출부(27e)가 상기 뿔 형상을 반영하여 형성되어 있다. 저항체층(25e)과 전자 방출부(27e)의 구성 재료에 대해서는 실시예 1의 저항체층(15e) 및 전자 방출부(17e)와 각각 동일하게 할 수 있다.Openings 24 penetrating through the converging electrode 21, the second insulating layer 20, the gate electrode 13, and the insulating layer 12 are formed. The side wall of this opening part 24 is comprised by each processing surface of the convergence electrode 21, the 2nd insulating layer 20, the gate electrode 13, and the insulating layer 12. As shown in FIG. The upper end of the opening formed in the second insulating layer 20 retreats from the distal end of the convergence electrode 21, and the upper end of the opening formed in the insulating layer 12 is receded from the distal end of the gate electrode 13. The opening diameter of the opening 24 is not uniform in the depth direction, and the diameter is about 0.5 µm in the vicinity of the convergence electrode 21 and 0.35 µm in the vicinity of the gate electrode 13. The shape of the opening 24 allows the electric field having a desired strength to be efficiently formed in the opening 24. The bottom part of the opening part 24 is embedded with the resistor layer 25e, and the tip part of the resistor layer 25e has a horn shape, specifically, a cone shape. On the distal end of the resistor layer 25e, an electron emitting portion 27e is formed to reflect the horn shape. Constituent materials of the resistor layer 25e and the electron emitting portion 27e can be the same as those of the resistor layer 15e and the electron emitting portion 17e of the first embodiment.

그리고, 도 7에는 게이트 전극(13) 상과 수속 전극(21) 상에 도전 박막(27)이 도시되어 있지만, 이 도전 박막(27)은 전자 방출부(27e)와 동일한 재료로 구성되고, 전자 방출부(27e)의 형성에 따라 형성된 층이다. 게이트 전극(13)과 수속 전극(21) 상의 도전 박막(27)을 전자 방출부(27e)의 형성 후에 적당한 방법으로 제거하더라도 상관없지만, 특히 수속 전극(21) 상의 도전 박막(27)에 대해서는 수속 전극(21)과 대략 동일한 형상으로 패터닝함으로써 수속 전극(21)끼리의 단락을 방지 가능한 구성이 채용되어 있다.In addition, although the conductive thin film 27 is shown on the gate electrode 13 and the converging electrode 21 in FIG. 7, this conductive thin film 27 is comprised from the same material as the electron emission part 27e, It is a layer formed by formation of the discharge part 27e. Although the conductive thin film 27 on the gate electrode 13 and the converging electrode 21 may be removed by a suitable method after the formation of the electron emission portion 27e, in particular, the conductive thin film 27 on the converging electrode 21 is converged. The structure which can prevent the short circuit of the converging electrodes 21 by patterning in substantially the same shape as the electrode 21 is employ | adopted.

이하, 실시예 2에 의한 전계 방출 소자의 제조 방법에 대해서 도 8 내지 도 10을 참조하여 설명한다.Hereinafter, the method of manufacturing the field emission device according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 8 to 10.

[공정-200][Process -200]

먼저, 지지체(10) 상에 캐소드 전극(11)을 형성한다. 캐소드 전극(11)은 크롬층을 사용하여 실시예 1과 동일하게 형성할 수 있다. 다음에, 지지체(10)와 캐소드 전극(11) 상에 두께 약 0.7μm의 절연층(12)을 형성한다. 절연층(12)은 전술한 표 3에 나타낸 조건에 따라 형성할 수 있다. 이어서, 절연층(12) 상에 실시예 1과 동일하게 하여 게이트 전극(13)을 형성한다.First, the cathode electrode 11 is formed on the support 10. The cathode electrode 11 can be formed in the same manner as in Example 1 using the chromium layer. Next, an insulating layer 12 having a thickness of about 0.7 μm is formed on the support 10 and the cathode electrode 11. The insulating layer 12 can be formed in accordance with the conditions shown in Table 3 above. Subsequently, the gate electrode 13 is formed on the insulating layer 12 in the same manner as in the first embodiment.

다음에, SiO2로 이루어지는 두께 약 1μm의 제2 절연층(20)을 예를 들면 전술한 표 3에 나타낸 조건에 따라서 CVD법으로 전체면에 형성한다. 또한, 제2 절연층(20) 상의 전체면에 두께 약 0.07μm의 텅스텐층을 예를 들면 전술한 표 11에 나타낸 조건에 따라서 스퍼터링법으로 제막하고 소정의 패터닝을 행하여 수속 전극(21)을 형성한다(도 8 (A) 참조).Next, the second insulating layer 20 having a thickness of about 1 μm made of SiO 2 is formed over the entire surface by, for example, the CVD method in accordance with the conditions shown in Table 3 above. In addition, a tungsten layer having a thickness of about 0.07 μm is formed on the entire surface of the second insulating layer 20 by, for example, sputtering according to the conditions shown in Table 11 above, and predetermined patterning is performed to form the convergence electrode 21. (See FIG. 8 (A)).

[공정-210][Process -210]

다음에, 수속 전극(21) 및 제2 절연층(20) 상에 소정의 패턴을 가지는 레지스트층(22)을 형성하고, 이 레지스트층(22)을 마스크로 하여 수속 전극(21), 제2 절연층(20), 게이트 전극(13) 및 절연층(12)을 순차로 에칭한다. 이 에칭에 의해, 도 8 (B)에 도시한 바와 같이 저부에 캐소드 전극(11)이 노출된 원형의 개구부(24)를 형성할 수 있다. 여기에서, 수속 전극(21)과 게이트 전극(13)의 에칭은 전술한 표 5의 조건에 따라서 행할 수 있다. 또, 제2 절연층(20) 및 절연층(12)의 에칭은 전술한 표 6에 나타낸 조건에 따라서 행할 수 있다.Next, a resist layer 22 having a predetermined pattern is formed on the converging electrode 21 and the second insulating layer 20. The condensing electrode 21 and the second are formed using the resist layer 22 as a mask. The insulating layer 20, the gate electrode 13, and the insulating layer 12 are sequentially etched. By this etching, as shown in Fig. 8B, a circular opening 24 having the cathode electrode 11 exposed at the bottom can be formed. Here, etching of the converging electrode 21 and the gate electrode 13 can be performed according to the conditions of Table 5 mentioned above. In addition, etching of the 2nd insulating layer 20 and the insulating layer 12 can be performed in accordance with the conditions shown in Table 6 mentioned above.

[공정-220][Process-220]

다음에, 도 9 (A)에 도시한 바와 같이 레지스트층(22)을 제거하고 개구부(24) 내를 포함하는 전체면에 예를 들면 전술한 표 8에 나타낸 CVD 조건에 따라서 불순물 함유 폴리실리콘으로 이루어지는 저항체층(25)을 형성한다. 저항체층(25)의 표면에는 개구부(24)의 상단면과 저면 사이의 단차를 반영한 요부(25A)가 형성된다.Next, as shown in Fig. 9A, the resist layer 22 is removed and the impurity-containing polysilicon is deposited on the entire surface including the inside of the opening 24, for example, in accordance with the CVD conditions shown in Table 8 above. A resistor layer 25 is formed. A recessed portion 25A is formed on the surface of the resistor layer 25 that reflects the step between the top surface and the bottom surface of the opening 24.

[공정-230][Process-230]

다음에, 도 9 (B)에 도시한 바와 같이 실시예 1과 동일하게 하여 요부(25A) 내에 마스크 재료층(26)을 남긴다.Next, as shown in FIG. 9B, the mask material layer 26 is left in the recessed portion 25A in the same manner as in the first embodiment.

[공정-240][Process-240]

다음에, 저항체층(25)과 마스크 재료층(26)을 에칭하여, 도 10 (A)에 도시한 바와 같이 선단부가 원뿔 형상인 저항체층(25e)을 형성한다. 이들 층의 에칭은 실시예 1의 [공정-140]과 같이 행할 수 있다.Next, the resistor layer 25 and the mask material layer 26 are etched to form a resistor layer 25e having a conical end portion as shown in Fig. 10A. Etching of these layers can be performed like [Step-140] of Example 1.

[공정-250][Process -250]

다음에, 도 10 (B)에 도시한 바와 같이 저항체층(25e)의 선단부 상에 전자 방출부(27e)를 형성한다. 여기에서는, 예를 들면 두께 약 0.01μm의 텅스텐층을 스퍼터링법에 의해 제막하여 도전 박막(27)을 형성한다. 텅스텐층을 성막하기 위한 스퍼터링 조건의 일례는 전술한 표 11에 나타낸 바와 같다. 이 공정에서는 게이트 전극(13) 상과, 수속 전극(21) 및 제2 절연층(20) 상과, 저항체층(15e)의 선단부 상에 도전 박막(27)이 형성된다. 도전 박막(27) 중에서 저항체층(25e)의 선단부에 형성된 부분이 전자 방출부(27e)로서 기능한다. 또한, 수속 전극(21) 및 제2 절연층(20) 상에 형성된 도전 박막(27)을 수속 전극(21)과 대략 동일한 형상으로 패터닝한다.Next, as shown in Fig. 10B, an electron emission portion 27e is formed on the tip of the resistor layer 25e. Here, for example, a tungsten layer having a thickness of about 0.01 μm is formed into a film by sputtering to form a conductive thin film 27. An example of sputtering conditions for forming a tungsten layer is as shown in Table 11 above. In this step, a conductive thin film 27 is formed on the gate electrode 13, on the converging electrode 21 and the second insulating layer 20, and on the tip portion of the resistor layer 15e. The portion formed in the tip portion of the resistor layer 25e in the conductive thin film 27 functions as the electron emission portion 27e. In addition, the conductive thin film 27 formed on the converging electrode 21 and the second insulating layer 20 is patterned to have substantially the same shape as the converging electrode 21.

이후, 등방적인 에칭 조건으로 개구부(24) 내부에서 절연층(12) 및 제2 절연층(20)에 형성된 개구부의 측벽을 후퇴시키면 도 7에 도시한 전계 방출 소자가 완성된다. 등방적인 에칭에 대해서는 실시예 1에서 설명한 바와 같다. 이러한 전계 방출 소자를 사용하여 본 발명의 표시 장치를 구성할 수 있다. 표시 장치를 구성하는 방법은 실시예 1에서 설명한 방법과 동일하다.Thereafter, when the sidewalls of the openings formed in the insulating layer 12 and the second insulating layer 20 are retracted inside the opening 24 under isotropic etching conditions, the field emission device shown in FIG. 7 is completed. Isotropic etching is as described in Example 1. Such a field emission device can be used to configure the display device of the present invention. The method of configuring the display device is the same as the method described in the first embodiment.

실시예 3Example 3

실시예 3은 본 발명의 제1B 양태에 의한 전계 방출 소자의 제조 방법에 관한 것이다. 실시예 3의 제조 방법을 도 11 (A), 도 11 (B), 도 12 (A), 도 12 (B), 도 13 (A), 도 13 (B), 도 14 (A) 및 도 14 (B)에 도시한다. 그리고, 이들 도면의 부호는 도 1과 일부 공통되며 공통된 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.Example 3 relates to a method of manufacturing a field emission device according to Embodiment 1B of the present invention. 11 (A), 11 (B), 12 (A), 12 (B), 13 (A), 13 (B), 14 (A) and FIG. It shows in 14 (B). In addition, the code | symbol of these figures is a part common with FIG. 1, and detailed description is abbreviate | omitted about a common part.

[공정-300][Process-300]

먼저, 지지체(10) 상에 캐소드 전극(11)을 형성한다. 캐소드 전극(11)은 TiN층(두께 0.1μm), Ti층(두께 5nm), Al-Cu층(두께 0.4μm), Ti층(두께 5nm), TiN층(두께 0.02μm) 및 Ti층(0.02μm)을 이 순서로 적층하여 적층체를 형성하고, 계속해서 이 적층체를 패터닝함으로써 형성한다. 그리고 도면에서는 캐소드 전극(11)을 단층으로 나타냈다. 적층체를 스퍼터링법에 의해 성막하는 경우의 스퍼터링 조건의 일례를 하기의 표 12에 나타내고, 적층체의 패터닝을 RIE법에 의해 행하는 경우의 RIE 조건의 일례를 하기의 표 13에 나타낸다.First, the cathode electrode 11 is formed on the support 10. The cathode electrode 11 includes a TiN layer (thickness 0.1 μm), a Ti layer (thickness 5 nm), an Al-Cu layer (thickness 0.4 μm), a Ti layer (thickness 5 nm), a TiN layer (thickness 0.02 μm), and a Ti layer (0.02). μm) is laminated in this order to form a laminate, and then the laminate is formed by patterning. In the figure, the cathode electrode 11 is shown as a single layer. An example of the sputtering conditions in the case of forming a laminate by the sputtering method is shown in Table 12 below, and an example of the RIE conditions in the case of performing the patterning of the laminate by the RIE method is shown in Table 13 below.

표 12Table 12

Ar 유량Ar flow 30SCCM30SCCM N2유량N 2 flow rate 60SCCM(TiN층의 제막 시에만)60SCCM (only when forming a TiN layer) 압력pressure 0.67Pa0.67 Pa DC 파워DC power 3kW3 kW 스퍼터링 온도Sputtering temperature 200℃200 ℃

표 13Table 13

BCl3유량BCl 3 flow rate 30SCCM30SCCM Cl2유량Cl 2 flow 70SCCM70SCCM 압력pressure 7Pa7Pa RF 파워RF power 1.3kW(13.56MHz)1.3 kW (13.56 MHz) 에칭 온도Etching temperature 60℃60 ℃

다음에, 절연층(12)의 형성, 게이트 전극(13)의 형성, 개구부(14)의 형성을 실시예 1과 동일하게 행하고, 또 개구부(14) 내를 포함하는 전체면에 저항체층(35)을 형성한다. 단, 실시예 3에서의 저항체층(35)은 실시예 1에서 설명한 요부(15A)보다 깊은 요부(35A)가 표면에 생성되도록 두께를 선택한다. 여기에서는, 개구부(14)의 직경 0.6μm 에 대하여 저항체층(35)의 두께를 0.25μm로 함으로써 개구부(14)의 상단면과 저면 사이의 단차를 반영하여 원주부(35B)와 상기 원주부(35B)의 상단과 연통하는 확대부(35C)로 이루어지는 대략 깔때기 형상의 요부(35A)를 저항체층(35)의 표면에 생성시킨다. 여기까지의 프로세스를 종료한 상태를 도 11 (A)에 도시한다.Next, the insulating layer 12 is formed, the gate electrode 13 is formed, and the opening 14 is formed in the same manner as in Example 1, and the resistor layer 35 is formed on the entire surface including the inside of the opening 14. ). However, the resistor layer 35 in Example 3 selects the thickness so that the recessed part 35A deeper than the recessed part 15A demonstrated in Example 1 may be produced in the surface. Here, the thickness of the resistor layer 35 is set to 0.25 μm with respect to the diameter of the opening 14 to reflect the step between the top and bottom surfaces of the opening 14 to reflect the circumferential portion 35B and the circumferential portion ( An approximately funnel-shaped recessed portion 35A composed of an enlarged portion 35C in communication with the upper end of 35B is formed on the surface of the resistor layer 35. The state which terminated the process so far is shown to FIG. 11 (A).

[공정-310][Process-310]

다음에, 도 11 (B)에 도시한 바와 같이 저항체층(35)의 전체면에 마스크재료층(36)을 형성한다. 여기에서는, 일례로서 무전해 도금법에 의해 두께 약 0.5μm의 동(Cu)층을 형성한다. 무전해 도금 조건의 일례를 하기의 표 14에 나타낸다.Next, as shown in FIG. 11B, a mask material layer 36 is formed on the entire surface of the resistor layer 35. Here, as an example, a copper (Cu) layer having a thickness of about 0.5 μm is formed by an electroless plating method. An example of the electroless plating conditions is shown in Table 14 below.

표 14Table 14

도금액Plating amount 황산동(CuSO4·5H2O) 7g/리터포르말린(37% HCHO) 20m1/리터수산화 나트륨(NaOH) 10g/리터주석산 나트륨 칼륨 20g/리터Copper sulfate (CuSO 4 · 5H 2 O) 7 g / liter formalin (37% HCHO) 20 m1 / liter sodium hydroxide (NaOH) 10 g / liter sodium tartrate 20 g / liter 도금 욕조 온도Plating bath temperature 50℃50 ℃

[공정-320][Process-320]

다음에, 도 12 (A)에 도시한 바와 같이 마스크 재료층(36)과 저항체층(35)을 지지체(10)의 표면에 대하여 평행한 면 내에서 제거함으로써 원주부(35B)에 마스크 재료층(36)을 남긴다. 이 제거는 예를 들면 하기의 표 15에 예시된 조건에 따라서 화학 기계 연마(CMP;chemical/mechanical polishing)법에 의해 행할 수 있다. 그리고 하기의 조건 중 "웨이퍼"라고 하는 단어를 관용적으로 사용하고 있는데 본 발명에서 웨이퍼에 상당하는 부재는 지지체(10)이다.Next, as shown in FIG. 12 (A), the mask material layer is formed on the circumferential portion 35B by removing the mask material layer 36 and the resistor layer 35 in a plane parallel to the surface of the support 10. Leave 36. This removal can be performed, for example, by chemical / mechanical polishing (CMP) in accordance with the conditions illustrated in Table 15 below. The word "wafer" is conventionally used among the following conditions, but the member corresponding to the wafer in the present invention is the support 10.

표 15Table 15

웨이퍼 가압 압력Wafer pressurization pressure 3.4×104Pa(=5psi)3.4 × 10 4 Pa (= 5psi) 정반(定盤) 회전수Plate rotation speed 280rpm280 rpm 웨이퍼 지지대 회전수Wafer Support Rotational Speed 16rpm16 rpm 슬러리 유량Slurry flow rate 150ml/분150ml / min

[공정-330][Process 330]

다음에, 저항체층(35)의 에칭 속도가 마스크 재료층(36)의 에칭 속도보다 빠른 이방성 에칭 조건 하에서 저항체층(35)과 마스크 재료층(36)을 에칭한다. 이 때의 에칭 조건을 하기의 표 16에 예시한다. 그 결과, 도 12 (B)에 도시한 바와 같이 개구부(14) 내에 선단부가 뿔 형상을 가지는 저항체층(35e)이 형성된다. 그리고, 저항체층(35e)의 선단부에 마스크 재료층(36)이 잔존하는 경우에는, 희불산(diluted hydrofluoric acid) 수용액을 사용한 웨트 에칭에 의해 마스크 재료층(36)을 제거할 수 있다.Next, the resistive layer 35 and the mask material layer 36 are etched under anisotropic etching conditions in which the etching rate of the resistor layer 35 is faster than the etching rate of the mask material layer 36. Etching conditions at this time are illustrated in Table 16 below. As a result, as shown in Fig. 12B, a resistor layer 35e having a tip shape in the opening 14 is formed. And when the mask material layer 36 remains in the front-end | tip of the resistor layer 35e, the mask material layer 36 can be removed by the wet etching using the dilute hydrofluoric acid aqueous solution.

표 16Table 16

에칭 장치Etching equipment 자장(磁場)을 가지는 마이크로파 플라즈마 에칭 장치Microwave Plasma Etching Equipment with Magnetic Field SF6유량SF 6 flow rate 30SCCM30SCCM Cl2유량Cl 2 flow 70SCCM70SCCM Ar유량Ar flow rate 500SCCM500SCCM 압력pressure 3Pa3Pa 마이크로파 파워Microwave power 1.3kW(2.45GHz)1.3 kW (2.45 GHz) RF 바이어스 파워RF bias power 20W(8MHz)20 W (8 MHz) 에칭 온도Etching temperature -30℃-30 ℃

[공정-340][Process -340]

다음에, 도 13 (A)에 도시한 바와 같이 저항체층(35e)의 선단부 상에 전자 방출부(37e)를 형성한다. 여기에서는 예를 들면 두께 약 0.01μm의 텅스텐층을 스퍼터링법에 의해 제막하여 도전 박막(37)을 형성한다. 텅스텐층을 성막하기 위한 스퍼터링 조건의 일례는 전술한 표 11에 도시한 바와 같다. 이 공정에서는 게이트 전극(13) 및 절연층(12) 상과 저항체층(35e)에 도전 박막(37)이 형성되고 이 중에서 저항체층(35e)의 선단부에 형성된 도전 박막(37) 부분이 전자 방출부(37e)가 된다. 또한, 게이트 전극(13) 및 절연층(12) 상에 형성된 도전 박막(37)을 게이트 전극(13)과 대략 동일한 형상으로 패터닝한다.Next, as shown in Fig. 13A, an electron emission portion 37e is formed on the tip of the resistor layer 35e. Here, for example, a tungsten layer having a thickness of about 0.01 μm is formed into a film by sputtering to form a conductive thin film 37. An example of the sputtering conditions for forming the tungsten layer is as shown in Table 11 above. In this process, the conductive thin film 37 is formed on the gate electrode 13 and the insulating layer 12 and the resistor layer 35e, and the conductive thin film 37 formed at the tip of the resistor layer 35e emits electrons. It becomes part 37e. In addition, the conductive thin film 37 formed on the gate electrode 13 and the insulating layer 12 is patterned in substantially the same shape as the gate electrode 13.

[공정-350][Process -350]

이후, 도 13 (B)에 도시한 바와 같이 등방적인 에칭 조건으로 개구부(14)의 내부에서 절연층(12)에 형성된 개구부의 측벽을 후퇴시키면 전계 방출 소자가 완성된다. 등방적인 에칭에 대해서는 실시예 1에서 전술한 바와 같다. 이러한 전계 방출 소자를 사용하여 본 발명의 표시 장치를 구성할 수 있다. 표시 장치를 구성하는 방법은 실시예 1에서 설명한 방법과 동일하다.Thereafter, as shown in FIG. 13B, when the sidewall of the opening formed in the insulating layer 12 is retracted inside the opening 14 under isotropic etching conditions, the field emission device is completed. Isotropic etching is as described above in Example 1. Such a field emission device can be used to configure the display device of the present invention. The method of configuring the display device is the same as the method described in the first embodiment.

그런데, 실시예 3에서 형성된 저항체층(35e)에서는 실시예 1에서 형성된 전자 방출부(15e)에 비하여 선단부에 의해 날카로운 뿔 형상이 달성되어 있다. 이것은 마스크 재료층(36)의 형상과 상기 마스크 재료층(36)의 에칭 속도에 대한 저항체층(35)의 에칭 속도의 비의 차이에 기인한다. 이 차이에 대해서 도 14 (A) 및 도 14 (B)를 참조하여 설명한다. 도 14 (A) 및 도 14 (B)는 피에칭물의 표면 프로필이 일정 시간마다 어떻게 변화되는지를 도시한 도면이며, 도 14 (A)는 동으로 이루어지는 마스크 재료층(36)을 사용한 경우, 도 14 (B)는 레지스트 재료로 이루어지는 마스크 재료층(16)을 사용한 경우를 각각 나타낸다.By the way, in the resistor layer 35e formed in Example 3, the sharp horn shape is achieved by the front-end | tip part compared with the electron emission part 15e formed in Example 1. This is due to the difference between the shape of the mask material layer 36 and the ratio of the etching rate of the resistor layer 35 to the etching rate of the mask material layer 36. This difference will be described with reference to FIGS. 14A and 14B. 14 (A) and 14 (B) are diagrams showing how the surface profile of the etched object changes every fixed time, and FIG. 14 (A) is a case where the mask material layer 36 made of copper is used. 14 (B) shows a case where the mask material layer 16 made of a resist material is used, respectively.

동으로 이루어지는 마스크 재료층(36)을 사용한 경우(도 14 (A) 참조)에는 마스크 재료층(36)의 에칭 속도가 저항체층(35)의 에칭 속도에 비하여 충분히 느리기 때문에 에칭 중에 마스크 재료층(36)이 소실되지 않고, 따라서 선단부가 날카로운 저항체층(35e)을 형성할 수 있다. 이에 대하여, 레지스트 재료로 이루어지는 마스크 재료층(16)을 사용한 경우(도 14 (B) 참조)는 마스크 재료층(16)의 에칭 속도가 저항체층(15)의 에칭 속도에 비하여 그다지 크지 않기 때문에, 에칭 중에 마스크 재료층(16)이 소실되기 쉽고, 따라서 마스크 소실 후의 저항체층(15e)의 뿔 형상이 둔화되는 경향이 있다.When the mask material layer 36 made of copper is used (see FIG. 14A), the etching rate of the mask material layer 36 is sufficiently slower than the etching rate of the resistor layer 35. 36 is not lost, and thus, the tip portion can form a sharp resistor layer 35e. In contrast, in the case where the mask material layer 16 made of resist material is used (see FIG. 14 (B)), the etching rate of the mask material layer 16 is not so large as that of the resistor layer 15. The mask material layer 16 tends to be lost during etching, and therefore, the shape of the horns of the resistor layer 15e after the mask disappears tends to be slowed down.

또, 원주부(35B)에 남는 마스크 재료층(36)에는 원주부(35B)의 깊이가 다소 변화되더라도 저항체층(35e)의 형상이 잘 변화되지 않는다는 이점도 있다. 즉, 원주부(35B)의 깊이는 저항체층(35)의 두께나 스텝 커버리지의 불균일에 의해서 변화될 수 있지만, 원주부(35B)의 폭(직경)은 깊이에 관계없이 대략 일정하므로 마스크 재료층(36)의 폭도 대략 일정하게 되어, 최종적으로 형성되는 저항체층(35e)의 형상에는 큰 차이가 나타나지 않는다. 이에 대하여, 요부(15A)에 남는 마스크 재료층(16)에서는, 요부(15A)가 얕은 경우와 깊은 경우에서 마스크 재료층의 폭(직경)도 변화되기 때문에 요부(15A)가 얕고 마스크 재료층(16)의 두께가 얇은 경우일수록 보다 조기에 저항체층(15e)의 뿔 형상의 둔화가 시작된다. 따라서, 이 뿔 형상을 반영하여 저항체층(15e) 상에 형성되는 전자 방출부(17e)의 선단부 형상도 둔화될 가능성이 있다. 전계 방출 소자의 전자 방출 효율은 게이트 전극과 캐소드 전극 사이의 전위차, 게이트 전극과 캐소드 전극 사이의 거리, 전자 방출부의 구성 재료의 일함수 이외에, 전자 방출부의 선단부의 형상에 의해서도 변화된다. 이로 인하여, 필요에 따라 전술한 바와 같이 마스크 재료층의 형상이나 에칭 속도를 선택하는 것이 바람직하다.The mask material layer 36 remaining on the circumferential portion 35B also has the advantage that the shape of the resistor layer 35e does not change well even if the depth of the circumferential portion 35B changes slightly. That is, the depth of the circumferential portion 35B may be changed by the thickness of the resistor layer 35 or the non-uniformity of the step coverage, but the width (diameter) of the circumferential portion 35B is substantially constant regardless of the depth, so the mask material layer The width of the 36 is also substantially constant, and no significant difference appears in the shape of the resistor layer 35e finally formed. In contrast, in the mask material layer 16 remaining in the recessed portion 15A, the width (diameter) of the mask material layer also changes in the shallow and deep portions of the recessed portion 15A, so that the recessed portion 15A is shallow and the mask material layer ( The thinner the thickness of 16), the slower the horn shape of the resistor layer 15e starts. Therefore, there is a possibility that the shape of the tip portion of the electron emission portion 17e formed on the resistor layer 15e by reflecting this horn shape may also be slowed down. The electron emission efficiency of the field emission element is changed not only by the potential difference between the gate electrode and the cathode electrode, the distance between the gate electrode and the cathode electrode, but also by the shape of the tip portion of the electron emission portion in addition to the work function of the constituent material of the electron emission portion. For this reason, it is preferable to select the shape and etching rate of a mask material layer as mentioned above as needed.

실시예 4Example 4

실시예 4는 실시예 3의 변형이다. 실시예 4가 실시예 3과 상이한 점은 원주부(35B) 내에 마스크 재료층을 남김에 있어 실시예 3과 같이 마스크 재료층(36)과 저항체층(35)을 제거하는 대신에, 마스크 재료층(36)만을 제거하는 점이다. 실시예 4의 제조 방법을 도 15를 참조하여 설명한다. 그리고 도 15의 부호는 도 11 (A) 내지 도 13 (B)와 일부 공통되며 공통된 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.Example 4 is a variation of Example 3. The difference from the fourth embodiment is that the fourth embodiment differs from the third embodiment in that the mask material layer 36 and the resistor layer 35 are removed as in the third embodiment in leaving the mask material layer in the circumferential portion 35B. Only 36 is removed. The manufacturing method of Example 4 will be described with reference to FIG. 15. In addition, the code | symbol of FIG. 15 is part common with FIG. 11 (A)-FIG. 13 (B), and abbreviate | omits detailed description about a common part.

[공정-400][Process-400]

먼저, 도 11 (B)에 도시한 마스크 재료층(36)의 형성까지를 실시예 3의[공정-300]∼[공정-310]과 동일하게 행한 후, 저항체층(35) 상과 확대부(35C) 내의 마스크 재료층(36)만을 제거함으로써 도 15에 도시한 바와 같이 원주부(35B) 내에 마스크 재료층(36)을 남긴다. 이 때, 예를 들면 희불산 수용액을 사용한 웨트 에칭을 행함으로써, 불순물 함유 폴리실리콘으로 이루어지는 저항체층(35)을 제거하지 않고 동으로 이루어지는 마스크 재료층(36)만을 선택적으로 제거할 수 있다. 원주부(35B) 내에 남는 마스크 재료층(36)의 높이는 에칭 시간에 의존하지만, 이 에칭 시간은 확대부(35C)에 매립된 마스크 재료층(36) 부분이 충분히 제거되는 한, 그다지 엄밀함을 요하지 않는다. 그 이유는 마스크 재료층(36)의 고저에 관하는 의논(議論)은 도 14 (A)를 참조하면서 전술한 원주부(35B)의 얕고 깊음에 관한 의논과 실질적으로 동일하며, 마스크 재료층(36)의 고저는 최종적으로 형성되는 저항체층(35e), 나아가서는 전자 방출부(37e)의 형상에 큰 영향을 미치지 않기 때문이다.First, the formation of the mask material layer 36 shown in FIG. 11B is performed in the same manner as in [Step-300] to [Step-310] of Example 3, and then on the resistor layer 35 and the enlarged portion. By removing only the mask material layer 36 in 35C, the mask material layer 36 is left in the circumferential portion 35B as shown in FIG. At this time, by performing wet etching using, for example, an aqueous difluoric acid solution, only the mask material layer 36 made of copper can be selectively removed without removing the resistor layer 35 made of impurity-containing polysilicon. The height of the mask material layer 36 remaining in the circumferential portion 35B depends on the etching time, but this etching time does not require as much rigor as long as the portion of the mask material layer 36 embedded in the enlarged portion 35C is sufficiently removed. Do not. The reason for this is that the discussion concerning the height of the mask material layer 36 is substantially the same as the discussion regarding the shallow and deepness of the circumferential portion 35B described above with reference to Fig. 14A. This is because the height of 36 does not significantly affect the shape of the resistor layer 35e and the electron emitting portion 37e finally formed.

이후의 전자 방출부(37e)의 형성 및 개구부(14) 내에서의 절연층(12)의 등방적인 에칭을 실시예 3에서 설명한 것과 동일하게 행하면, 도 13 (B)에 도시한 전계 방출 소자가 완성된다. 이러한 전계 방출 소자를 사용하여 실시예 1에서 설명한 것과 동일하게 표시 장치를 구성할 수 있다.Subsequently, formation of the electron emitting portion 37e and isotropic etching of the insulating layer 12 in the opening 14 are performed in the same manner as described in Example 3, whereby the field emission element shown in FIG. Is completed. Using the field emission device, the display device can be configured in the same manner as described in the first embodiment.

실시예 5Example 5

실시예 5는 본 발명의 제2 양태, 보다 구체적으로는 제2A 양태에 의한 제조 방법에 관한 것이다. 실시예 5의 제조 방법에 의해서 완성되는 전계 방출 소자의 모식적인 부분 단면도를 도 16에 도시하고 그 제조 방법을 도 17 (A), 도 17 (B), 도 18 (A), 도 18 (B), 도 19 (A) 및 도 19 (B)에 도시한다. 이들 도면 중의 부호는 도 1과 일부 공통되며 도 1과 공통된 구성 요소에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.Example 5 relates to a manufacturing method according to a second aspect of the present invention, more specifically, to a second aspect. A schematic partial cross-sectional view of a field emission device completed by the manufacturing method of Example 5 is shown in FIG. 16 and the manufacturing method thereof is shown in FIGS. 17A, 17B, 18A, and 18B. ), And FIG. 19 (A) and FIG. 19 (B). Reference numerals in these figures are partially common to those in FIG. 1, and detailed descriptions of components common to those in FIG. 1 will be omitted.

실시예 5에서 제조될 수 있는 전계 방출 소자가 실시예 1의 전계 방출 소자와 크게 상이한 점은 개구부(14)의 저부가 저항체층(55e)으로 매립되고, 이 저항체층(55e) 상에 뿔 형상을 가지는 전자 방출부(57e)가 형성되어 있는 점이다. 그리고, 저항체층(55e)과 전자 방출부(57e) 사이에는 밀착층(56e)이 도시되어 있지만, 밀착층(56e)은 전계 방출 소자의 기능상 불가결한 구성요소가 아니라 제조상의 이유로 형성되어 있다. 절연층(12)의 측벽은 개구부(14) 내에서 게이트 전극(13) 바로 아래로부터 저항체층(55e)의 상단부에 걸쳐 도려내어져 있다.The difference between the field emission device that can be manufactured in Example 5 and the field emission device of Example 1 is that the bottom of the opening 14 is buried in the resistor layer 55e, and the horn shape is formed on the resistor layer 55e. The branch is that the electron emitting portion 57e is formed. And although the adhesion layer 56e is shown between the resistor layer 55e and the electron emission part 57e, the adhesion layer 56e is formed for manufacturing reasons, not a functionally indispensable component of the field emission element. The side wall of the insulating layer 12 is cut out in the opening 14 from directly under the gate electrode 13 over the upper end of the resistor layer 55e.

이하, 실시예 5에 의한 전계 방출 소자의 제조 방법에 대해 도 17 (A), 도 17 (B), 도 18 (A), 도 18 (B), 도 19 (A) 및 도 19 (B)를 참조하여 설명한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 17A, 17B, 18A, 18B, 19A, and 19B, the method of manufacturing the field emission device according to the fifth embodiment. It demonstrates with reference to.

[공정-500][Process -500]

먼저, 절연층(12)의 형성까지를 실시예 1의 [공정-100]과 동일하게 행한다. 계속해서, 절연층(12) 상에 크롬으로 이루어지는 게이트 전극(13)을 형성한다. 게이트 전극(13)을 형성할 때의 스퍼터링법에 의한 크롬층의 제막은 전술한 표 1에 나타낸 조건에 따라서 행할 수 있고 크롬층의 RIE법에 의한 패터닝은 전술한 표 2에 나타낸 조건에 따라서 행할 수 있다. 계속해서, 개구부(14)를 형성한다. 개구부(14)를 형성할 때도 전술한 표 2에 나타낸 조건에 따라서 게이트 전극(13)을 에칭하고 전술한 표 6에 나타낸 조건에 따라서 절연층(12)을 에칭할 수 있다. 다음에, 개구부(14) 내를 포함하는 전체면에 불순물 함유 폴리실리콘으로 이루어지는 저항체층(55)을 형성하고, 또 저항체층(55)의 전체면에 평탄화층(51)을 표면이 대략 평탄하게 되도록 형성한다. 여기에서는, 스핀 코팅법으로 형성한 레지스트층을 평탄화층(51)으로 한다. 그리고, 이 평탄화층(51)은 다음 공정 [공정-510]에서 형성되는 저항체층(55e)의 상면을 평탄화하기 위해 형성되는 층이지만, 생략할 수도 있다. 평탄화층(51)을 생략한 경우에는 저항체층(55)의 표면에 형성된 요부의 형상이 저항체층(55e)의 표면에도 반영된다. 도 17 (A)에는 여기까지의 프로세스를 종료한 상태를 도시한다.First, the formation of the insulating layer 12 is performed in the same manner as in [Step 100] of Example 1. FIG. Subsequently, a gate electrode 13 made of chromium is formed on the insulating layer 12. Film formation of the chromium layer by the sputtering method at the time of forming the gate electrode 13 can be performed in accordance with the conditions shown in Table 1 above, and patterning by the RIE method of the chromium layer is performed according to the conditions shown in Table 2 above. Can be. Subsequently, the opening 14 is formed. When the opening 14 is formed, the gate electrode 13 can be etched according to the conditions shown in Table 2 above, and the insulating layer 12 can be etched according to the conditions shown in Table 6 above. Next, the resistor layer 55 made of impurity-containing polysilicon is formed on the entire surface including the opening 14, and the planarization layer 51 is formed on the entire surface of the resistor layer 55 so that the surface is substantially flat. To form. Here, the resist layer formed by the spin coating method is used as the planarization layer 51. The planarization layer 51 is a layer formed to planarize the upper surface of the resistor layer 55e formed in the next step [Step-510], but may be omitted. When the planarization layer 51 is omitted, the shape of the recess formed on the surface of the resistor layer 55 is also reflected on the surface of the resistor layer 55e. Fig. 17A shows a state where the process up to this point is finished.

[공정-510][Process -510]

다음에, 평탄화층(51)과 저항체층(55)의 에칭 속도가 같이 대략 동등하게 되는 조건으로 이들 양층을 에칭하고, 도 17 (B)에 도시한 바와 같이 상면이 평탄한 저항체층(55e)으로 개구부(14)의 저부를 매립한다. 에칭은 염소계 가스와 산소계 가스를 포함하는 에칭 가스를 사용한 RIE법에 의해 행할 수 있다.Next, these two layers are etched under the condition that the etching rates of the planarization layer 51 and the resistor layer 55 are approximately equal, and as shown in FIG. 17B, the resistor layer 55e has a flat top surface. The bottom of the opening part 14 is buried. Etching can be performed by the RIE method using the etching gas containing a chlorine gas and an oxygen gas.

[공정-520][Process -520]

다음에, 도 18 (A)에 도시한 바와 같이 개구부(14)의 잔여부를 포함하는 전체면에 밀착층(56)을 제막한다. 밀착층(56)은 예를 들면 스퍼터링법에 의해 형성되는 두께 0.07μm의 TiN층이며, 표 12에 도시한 스퍼터링 조건에 따라서 형성할 수 있다. 계속해서, 개구부(14) 내를 포함하는 전체면에 전자 방출부 형성용의 도전 재료층(57)을 형성한다. 여기에서는, 도전 재료층(57)으로 두께 약 0.3μm의 텅스텐층을 수소 환원 감압 CVD법에 의해 제막한다. CVD 조건의 일례를 하기의 표 17에 나타낸다. 제막된 도전 재료층(57)의 표면에는 개구부(14)의 상단면과 저면 사이의 단차를 반영한 요부(57A)가 형성된다.Next, as shown in FIG. 18A, the adhesion layer 56 is formed on the entire surface including the remaining portion of the opening 14. The adhesive layer 56 is, for example, a TiN layer having a thickness of 0.07 μm formed by the sputtering method, and can be formed in accordance with the sputtering conditions shown in Table 12. Subsequently, a conductive material layer 57 for forming an electron emission portion is formed on the entire surface including the inside of the opening 14. Here, a tungsten layer having a thickness of about 0.3 μm is formed into a conductive material layer 57 by hydrogen reduction pressure reduction CVD. An example of CVD conditions is shown in Table 17 below. A recessed portion 57A is formed on the surface of the formed conductive material layer 57 reflecting the step between the top surface and the bottom surface of the opening 14.

표 17Table 17

WF6유량WF 6 flow 95SCCM95SCCM H2유량H 2 flow rate 700SCCM700SCCM 압력pressure 1.2×104Pa1.2 × 10 4 Pa 제막 온도Production temperature 430℃430 ℃

[공정-530][Process 530]

다음에, 도 18 (B)에 도시한 바와 같이 도전 재료층(57)의 전체면에 마스크 재료층(58)을 표면이 대략 평탄하게 되도록 형성한다. 이 마스크 재료층(58)은 실시예의 [공정-120]과 동일하게 형성할 수 있다.Next, as shown in Fig. 18B, a mask material layer 58 is formed on the entire surface of the conductive material layer 57 so that the surface is substantially flat. This mask material layer 58 can be formed in the same manner as in [Step-120] of the embodiment.

[공정-540][Process -540]

다음에, 도 19 (A)에 도시한 바와 같이 마스크 재료층(58)을 산소계 가스를 사용한 RIE법에 의해 에칭한다. RIE 조건은 전술한 표 9에 나타낸 조건을 채용할 수 있다. 에칭은 도전 재료층(57)의 평탄면이 노출된 시점에서 종료한다. 이에 따라서, 도전 재료층(57) 표면의 요부(57A)에 마스크 재료층(58)을 평탄하게 남긴다. 이 마스크 재료층(58)은 개구부(14)의 중앙부에 위치하는 도전 재료층(57) 영역을 차폐하도록 형성되어 있다.Next, as shown in Fig. 19A, the mask material layer 58 is etched by the RIE method using an oxygen-based gas. RIE conditions may employ the conditions shown in Table 9 above. The etching ends when the flat surface of the conductive material layer 57 is exposed. As a result, the mask material layer 58 remains flat in the recessed portion 57A of the surface of the conductive material layer 57. The mask material layer 58 is formed so as to shield the region of the conductive material layer 57 located in the central portion of the opening 14.

[공정-550][Process -550]

다음에, 도전 재료층(57), 마스크 재료층(58) 및 밀착층(56)을 같이 에칭한다. 이 에칭은 예를 들면 전술한 표 16에 나타낸 조건에 따라서 행할 수 있다. 이 에칭에 의해 도 19 (B)에 도시한 바와 같이 선단부가 뿔 형상을 가지는 전자 방출부(57e)가 형성된다. 전자 방출부(57e)의 선단부에서 뿔 형상이 달성되는 기구는 실시예 1에서 저항체층에 관해서 설명한 기구와 동일하다. 이후, 개구부(14) 내에서 절연층(12)에 형성된 개구부의 측벽을 후퇴시키면, 도 16에 도시한 전계 방출 소자를 얻을 수 있다. 이러한 전계 방출 소자를 사용하여 실시예 1에서 설명한 바와 동일하게 표시 장치를 구성할 수 있다.Next, the conductive material layer 57, the mask material layer 58 and the adhesion layer 56 are etched together. This etching can be performed, for example, in accordance with the conditions shown in Table 16 above. As a result of this etching, as shown in Fig. 19B, an electron emission portion 57e having a tip portion having a horn shape is formed. The mechanism in which the horn shape is achieved at the tip end of the electron emission section 57e is the same as the mechanism described for the resistor layer in the first embodiment. Then, when the sidewall of the opening formed in the insulating layer 12 is retracted in the opening 14, the field emission device shown in FIG. 16 can be obtained. Using the field emission device, the display device can be configured in the same manner as described in the first embodiment.

실시예 6Example 6

실시예 6은 실시예 5의 변형이다. 실시예 6의 제조 방법이 실시예 5의 제조 방법과 상이한 점은 절연층 및 게이트 전극 상에 추가로 제2 절연층을 형성하고, 추가로 제2 절연층 상에 수속 전극을 형성하는 공정을 마련한 점이다. 실시예 6의 제조 방법에 의해 완성되는 전계 방출 소자의 모식적인 부분 단면도를 도 20에 도시하고 그 제조 방법을 도 21 (A) 및 도 21 (B)에 도시한다. 이들 도면 중의 부호는 도 7과 일부 공통되며 도 7과 공통된 구성 요소에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.Example 6 is a variation of Example 5. The manufacturing method of Example 6 differs from the manufacturing method of Example 5 by providing a step of further forming a second insulating layer on the insulating layer and the gate electrode and further forming a converging electrode on the second insulating layer. Is the point. A typical partial cross-sectional view of the field emission device completed by the manufacturing method of Example 6 is shown in FIG. 20 and the manufacturing method thereof is shown in FIGS. 21A and 21B. Reference numerals in these figures are partially common to those in FIG. 7, and detailed descriptions of components common to those in FIG. 7 will be omitted.

실시예 6의 제조 방법에 의해 완성되는 전계 방출 소자는 도 20에 도시한 바와 같이 예를 들면 유리 기판으로 이루어지는 지지체(10)와, 크롬(Cr)으로 이루어지는 캐소드 전극(11)과, SiO2로 이루어지는 절연층(12)과, 크롬으로 이루어지는 게이트 전극(13)과, SiO2로 이루어지는 제2 절연층(20)과, 크롬으로 이루어지는 수속 전극(21)과, 전자 방출부(67e)로 구성된다. 수속 전극(21), 제2 절연층(20), 게이트 전극(13) 및 절연층(12)에는 이들을 관통하는 개구부(24)가 형성되어 있다. 개구부(24)의 저부는 저항체층(65)에 의해서 매립되고, 이 저항체층(65) 상에 전자 방출부(67e)가 형성되어 있다. 그리고 저항체층(65)과 전자 방출부(67e) 사이에는 밀착층(66e)이 도시되어 있지만, 밀착층(66e)은 전계 방출 소자의 기능상 불가결한 구성 요소가 아니라 제조상의 이유로 형성되어 있다.The field emission device completed by the manufacturing method of Example 6 is composed of, for example, a support 10 made of a glass substrate, a cathode electrode 11 made of chromium (Cr), and SiO 2 , as shown in FIG. 20. An insulating layer 12 made of chromium, a gate electrode 13 made of chromium, a second insulating layer 20 made of SiO 2 , a convergence electrode 21 made of chromium, and an electron emitting portion 67e. . Openings 24 penetrating through the converging electrode 21, the second insulating layer 20, the gate electrode 13, and the insulating layer 12 are formed. The bottom part of the opening part 24 is embedded by the resistor layer 65, and the electron emission part 67e is formed on this resistor layer 65. As shown in FIG. And although the adhesion layer 66e is shown between the resistor layer 65 and the electron emission part 67e, the adhesion layer 66e is formed not for the functional component of a field emission element but for manufacturing reasons.

이하, 실시예 6에 의한 전계 방출 소자의 제조 방법에 대해 도 21 (A) 및 도 21 (B)를 참조하여 설명한다. 그리고, 실시예 6도 포함하여 본 명세서 중의 이하의 실시예에서 설명하는 각 프로세스 중에서 프로세스 조건을 특별히 기재하지 않는 것에 대해서는 전술한 표에 나타낸 조건을 적당하게 선택하여 적용할 수 있다.Hereinafter, the method of manufacturing the field emission device according to the sixth embodiment will be described with reference to FIGS. 21A and 21B. In addition, about the process which does not describe a process condition in each process demonstrated in the following example in this specification including Example 6, the conditions shown in the above-mentioned table can be selected suitably, and can be applied.

[공정-600][Process-600]

먼저, 절연층(12)의 형성까지를 실시예 2의 [공정-200]과 동일하게 행한다. 다음에, 절연층(12) 상에 크롬으로 이루어지는 게이트 전극(13)을 형성하고, 게이트 전극(13) 및 절연층(12)에 제2 절연층(20)을 형성하며, 또 제2 절연층(20) 상에 크롬으로 이루어지는 수속 전극(21)을 형성한다. 수속 전극(21)을 형성하기 위한 크롬층의 제막과 패터닝에 대해서는 게이트 전극(13)의 형성과 동일하게 행할 수 있다. 다음에, 개구부(24)를 형성한다. 개구부(24)를 형성함에 있어서는 전술한 표 2에 나타낸 조건에 따라 수속 전극(21) 및 게이트 전극(13)을 에칭하고 전술한 표 6에 나타낸 조건에 따라서 제2 절연층(20) 및 절연층(12)을 에칭할 수 있다. 다음에, 개구부(24)의 저부, 보다 구체적으로는 절연층(12)을 관통하는 부분의 개구부(24)의 저부를 매립하도록 저항체층(65)을 형성한다. 이 저항체층(65)의 형성은 실시예 5의 [공정-500]∼[공정-510]과 동일하게 저항체층의 전체면 제막, 평탄화층에 의한 평탄화 및 에칭을 조합시킨 프로세스에 의해 형성할 수 있다. 실시예 6에서는 저항체층(65)으로 인(P)을 함유하는 폴리실리콘층을 사용한다. 도 21 (A)에는 여기까지의 프로세스를 종료한 상태를 도시한다.First, the formation of the insulating layer 12 is performed in the same manner as in [Step-200] of the second embodiment. Next, a gate electrode 13 made of chromium is formed on the insulating layer 12, and a second insulating layer 20 is formed on the gate electrode 13 and the insulating layer 12, and the second insulating layer is formed. On 20, a converging electrode 21 made of chromium is formed. The film formation and patterning of the chromium layer for forming the converging electrode 21 can be performed in the same manner as the formation of the gate electrode 13. Next, the opening part 24 is formed. In forming the openings 24, the converging electrode 21 and the gate electrode 13 are etched according to the conditions shown in Table 2 above, and the second insulating layer 20 and the insulating layer according to the conditions shown in Table 6 above. (12) can be etched. Next, a resistor layer 65 is formed so as to fill the bottom of the opening 24, more specifically, the bottom of the opening 24 in the portion penetrating the insulating layer 12. The resistor layer 65 can be formed by a process combining the entire surface film formation of the resistor layer, planarization by the planarization layer, and etching in the same manner as in [Step-500] to [Step-510] of the fifth embodiment. have. In Example 6, a polysilicon layer containing phosphorus (P) is used as the resistor layer 65. Fig. 21A shows a state where the process up to this point is finished.

[공정-610][Process 610]

다음에, 도 21 (B)에 도시한 바와 같이 개구부(24)의 잔여부를 포함하는 전체면에 예를 들면 TiN으로 이루어지는 밀착층(66) 및 텅스텐으로 이루어지는 전자 방출부 형성용의 도전 재료층(67)을 이 순서로 형성한다. 도전 재료층(67)의 표면에는 개구부(24)의 상단면과 저면(실시예 6에서는 저항체층(65)의 표면) 사이의 단차를 반영한 요부(67A)가 형성된다. 또 도전 재료층(67) 상의 전체면에 마스크 재료층(도시하지 않음)을 형성하고 상기 마스크 재료층을 예를 들면 에치백함으로써 요부(67A)에 마스크 재료층(68)을 남긴다.Next, as shown in Fig. 21B, the contact layer 66 made of TiN and the conductive material layer for forming an electron emission part made of tungsten are formed on the entire surface including the remaining portion of the opening 24, for example. 67) are formed in this order. A recessed portion 67A is formed on the surface of the conductive material layer 67 reflecting the step between the top surface of the opening 24 and the bottom surface (the surface of the resistor layer 65 in the sixth embodiment). A mask material layer (not shown) is formed on the entire surface of the conductive material layer 67, and the mask material layer 68 is left in the recessed portion 67A by, for example, etching back the mask material layer.

이후, 도전 재료층(67)과 마스크 재료층(68)과 밀착층(66)의 에칭을 실시예 5의 [공정-550]과 동일하게 행하여 뿔 형상을 가지는 전자 방출부(67e)를 형성한다. 또한 개구부(54) 내에서 절연층(12) 및 제2 절연층(20)에 형성된 개구부의 측벽을 등방성 에칭을 행하여 후퇴시키면, 도 20에 도시한 전계 방출 소자가 얻어진다. 이러한 전계 방출 소자를 사용하여, 실시예 1에서 설명한 바와 동일하게 표시 장치를 구성할 수 있다.Thereafter, the conductive material layer 67, the mask material layer 68, and the adhesion layer 66 are etched in the same manner as in [Step-550] of Example 5 to form an electron emission portion 67e having a horn shape. . Further, when the sidewalls of the openings formed in the insulating layer 12 and the second insulating layer 20 in the opening 54 are retracted by isotropic etching, the field emission device shown in FIG. 20 is obtained. By using such a field emission device, the display device can be configured in the same manner as described in the first embodiment.

실시예 7Example 7

실시예 7은 본 발명의 제2 양태, 보다 구체적으로는 제2B 양태에 의한 제조 방법에 관한 것이다. 실시예 7의 제조 방법을 도 22 (A), 도 22 (B), 도 23 (A) 및 도 23 (B)에 도시한다. 이들 도면 중의 부호는 도 1과 일부 공통되며 도 1과 공통된 구성요소에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.Example 7 relates to a manufacturing method according to a second aspect of the present invention, more specifically, the second B aspect. The manufacturing method of Example 7 is shown to FIG. 22 (A), FIG. 22 (B), FIG. 23 (A), and FIG. 23 (B). Reference numerals in these figures are partially common to those in FIG. 1, and detailed descriptions of components common to those in FIG. 1 will be omitted.

[공정-700][Process -700]

먼저, 게이트 전극(13)의 형성까지를 실시예 1과 동일하게 행한다. 다음에, 게이트 전극(13) 및 절연층(12) 상에 예를 들면 SiO2로 이루어지는 두께 0.2μm의 에칭 정지층(28)을 형성한다. 이 에칭 정지층(28)은 전계 방출 소자의 기능상 불가결한 부재가 아니라 이후의 공정에서 행해지는 도전 재료층(77)의 에칭 시에 게이트 전극(13)을 보호하는 역활을 한다. 따라서, 도전 재료층(77)의 에칭 조건에 대하여 게이트 전극(13)이 충분히 높은 에칭 내성을 가질 수 있는 경우에는, 에칭 정지층(28)을 생략해도 상관없다. 에칭 정지층(28)의 형성 조건은 전술한 표 3에 나타낸 바와 같다. 이후, RIE법에 의해, 에칭 정지층(28), 게이트 전극(13), 절연층(12)을 관통하는 개구부(74)를 형성한다. 다음에, 개구부(74)의 잔여부를 포함하는 전체면에, 예를 들면 TiN으로 이루어지는 밀착층(76) 및 텅스텐으로 이루어지는 전자 방출부 형성용의 도전 재료층(77)을 이 순서로 형성한다. 여기에서는 개구부(74)의 직경 0.6μm에 대하여 도전 재료층(77)의 두께를 0.25μm로 함으로써, 개구부(74)의 상단면과 저면(실시예 7에서는 저항체층(75)의 표면) 사이의 단차를 반영하여 원주부(77B)와 상기 원주부(77B)의 상단과 연통하는 확대부(77C)로 이루어지는 대략 깔때기 형상의 요부(77A)를 도전 재료층(77)의 표면에 생성시킨다. 또한, 도전 재료층(77)의 전체면에 마스크 재료층(78)을 형성한다. 여기에서는, 일례로서 전술한 표 14에 나타낸 조건에 따라서 두께 약 0.5μm의 동(Cu)층을 마스크 재료층(78)으로서 형성한다. 도 22 (A)에는 여기까지의 프로세스를 종료한 상태를 나타낸다.First, the formation of the gate electrode 13 is performed in the same manner as in the first embodiment. Next, an etching stop layer 28 having a thickness of, for example, SiO 2 , formed of SiO 2 is formed on the gate electrode 13 and the insulating layer 12. The etching stop layer 28 is not a functionally indispensable member of the field emission device, but serves to protect the gate electrode 13 during the etching of the conductive material layer 77 performed in a subsequent step. Therefore, when the gate electrode 13 can have sufficiently high etching resistance with respect to the etching conditions of the conductive material layer 77, the etching stop layer 28 may be omitted. Conditions for forming the etch stop layer 28 are as shown in Table 3 above. Thereafter, an opening 74 penetrating through the etch stop layer 28, the gate electrode 13, and the insulating layer 12 is formed by the RIE method. Next, an adhesion layer 76 made of TiN and a conductive material layer 77 for forming an electron emission portion made of tungsten are formed in this order on the entire surface including the remaining portion of the opening 74. Here, the thickness of the conductive material layer 77 is 0.25 μm with respect to 0.6 μm of the diameter of the opening 74, so that between the top surface and the bottom surface (the surface of the resistor layer 75 in the seventh embodiment) of the opening 74. A substantially funnel-shaped recess 77A consisting of a circumferential portion 77B and an enlarged portion 77C communicating with the upper end of the circumferential portion 77B is reflected on the surface of the conductive material layer 77. The mask material layer 78 is formed on the entire surface of the conductive material layer 77. Here, as an example, a copper (Cu) layer having a thickness of about 0.5 μm is formed as the mask material layer 78 according to the conditions shown in Table 14 described above. Fig. 22A shows a state where the process up to this point is finished.

[공정-710][Process -710]

다음에, 도 22 (B)에 도시한 바와 같이 마스크 재료층(78)과 도전 재료층(77)을 지지체(10)의 표면에 대하여 평행한 면 내에서 제거함으로써 원주부(77B)에 마스크 재료층(78)을 남긴다. 이 제거는 예를 들면 전술한 표 15에 예시한 조건에 따라 화학 기계 연마(CMP)법에 의해 행할 수 있다.Next, as shown in FIG. 22B, the mask material is formed on the circumferential portion 77B by removing the mask material layer 78 and the conductive material layer 77 in a plane parallel to the surface of the support 10. Leaves layer 78. This removal can be performed, for example, by the chemical mechanical polishing (CMP) method in accordance with the conditions illustrated in Table 15 above.

[공정-720][Process -720]

다음에, 도전 재료층(77)과 마스크 재료층(78)과 밀착층(76)의 에칭을 실시예 5의 [공정-550]과 같이 행하여 도 23 (A)에 도시한 바와 같이 뿔 형상을 가지는 전자 방출부(77e)를 형성한다. 전자 방출부(77e)와 저항체층(75) 사이에는 밀착층(76e)이 남는다. 실시예 7에서 형성되는 전자 방출부(77e)는 실시예 5에 관련하여 도 16에 도시한 전자 방출부(57e)와 유사하지만, 실시예 5에서보다 마스크 재료층(78)의 폭이 좁고, 또 대마스크 선택비가 높은 점에서 보다 경사가 급한 뿔 형상을 가지고 있다.Next, the conductive material layer 77, the mask material layer 78, and the adhesion layer 76 are etched in the same manner as in [Step-550] of Example 5 to form a horn shape as shown in Fig. 23A. The branch forms the electron emission section 77e. The adhesion layer 76e remains between the electron emission portion 77e and the resistor layer 75. The electron emission portion 77e formed in the seventh embodiment is similar to the electron emission portion 57e shown in FIG. 16 with respect to the fifth embodiment, but the width of the mask material layer 78 is narrower than in the fifth embodiment, It also has a more steep horn shape due to its higher selection ratio.

[공정-730][Process -730]

또한, 개구부(74) 내에서 절연층(12)에 형성된 개구부의 측벽을 등방성 에칭을 행하여 후퇴시키는 동시에 에칭 정지층(28)을 제거하면, 도 23 (B)에 도시한 전계 방출 소자를 완성시킬 수 있다. 이러한 전계 방출 소자를 사용하여 실시예 1에서 설명한 바와 동일하게 표시 장치를 구성할 수 있다.In addition, when the sidewalls of the openings formed in the insulating layer 12 in the openings 74 are retracted by isotropic etching, and the etching stop layer 28 is removed, the field emission device shown in Fig. 23B is completed. Can be. Using the field emission device, the display device can be configured in the same manner as described in the first embodiment.

실시예 8Example 8

실시예 8은 실시예 7의 변형이다. 실시예 8이 실시예 7과 상이한 점은 원주부(77B) 내에 마스크 재료층(78)을 남기는 데 있어, 실시예 7과 같이 마스크 재료층(78)과 도전 재료층(77)을 제거하는 대신에, 마스크 재료층(78)만을 제거하는 점이다. 실시예 8의 제조 방법을 도 24를 참조하여 설명한다. 그리고, 도 24의 부호는 도 22 (A) 내지 도 23 (B)와 일부 공통되며 공통된 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.Example 8 is a variation of Example 7. Embodiment 8 differs from Embodiment 7 in that it leaves the mask material layer 78 in the circumferential portion 77B, instead of removing the mask material layer 78 and the conductive material layer 77 as in Embodiment 7. Only the mask material layer 78 is removed. The manufacturing method of Example 8 is described with reference to FIG. In addition, the code | symbol of FIG. 24 is part common with FIG. 22 (A)-FIG. 23 (B), and abbreviate | omits detailed description about a common part.

[공정-800][Process-800]

먼저, 마스크 재료층(78)의 형성까지를 실시예 7의 [공정-700]과 동일하게 행한다. 계속해서, 도전 재료층(77) 상과 확대부(77C) 내의 마스크 재료층(78)만을 제거함으로써, 도 24에 도시한 바와 같이 원주부(77B) 내에 마스크 재료층(78)을 남긴다. 이 때, 예를 들면 희불산 수용액을 사용한 웨트 에칭을 행함으로써, 텅스텐으로 이루어지는 도전 재료층(77)을 제거하는 일없이 동으로 이루어지는 마스크 재료층(78)만을 선택적으로 제거할 수 있다.First, the formation of the mask material layer 78 is performed in the same manner as in [Step-700] of Example 7. Subsequently, by removing only the mask material layer 78 on the conductive material layer 77 and in the enlarged portion 77C, the mask material layer 78 is left in the circumferential portion 77B as shown in FIG. At this time, by performing wet etching using, for example, a dilute hydrofluoric acid solution, only the mask material layer 78 made of copper can be selectively removed without removing the conductive material layer 77 made of tungsten.

이후의 전자 방출부(77e)의 형성 및 개구부(74) 내에서의 절연층(12)의 등방적인 에칭을 실시예 7에서 설명한 바와 동일하게 행하면, 전계 방출 소자가 완성된다. 이러한 전계 방출 소자를 사용하여 실시예 l에서 설명한 바와 동일하게 표시 장치를 구성할 수 있다.Subsequent formation of the electron emission section 77e and isotropic etching of the insulating layer 12 in the opening 74 are performed in the same manner as described in Example 7, whereby the field emission device is completed. Using the field emission device, the display device can be configured in the same manner as described in the first embodiment.

실시예 9Example 9

실시예 9는 본 발명의 제2C 양태에 의한 제조 방법에 관한 것이다. 실시예 9는 실시예 5와 유사하지만, 도전 재료층(57)과 밀착층(56)이 동일한 도전 재료로 이루어지는 점이 상이하다. 먼저, 실시예 9의 제조 방법을 제안하기에 이른 기술적 배경에 대해서 도 25를 참조하여 설명하고, 계속해서 도 26 (A) 도 26 (B), 도 27 (A) 및 도 27 (B)에 실시예 9의 제조 방법의 공정도를 도시한다. 그리고, 이들 도면의 부호는 도 16 (A) 내지 도 19 (B)와 일부 공통되며 공통된 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.Example 9 relates to a manufacturing method according to a second C aspect of the present invention. The ninth embodiment is similar to the fifth embodiment except that the conductive material layer 57 and the adhesion layer 56 are made of the same conductive material. First, the technical background which led to the proposal of the manufacturing method of Example 9 is demonstrated with reference to FIG. 25, and it continues to FIG. 26 (A), 26 (B), FIG. 27 (A) and FIG. 27 (B). The flowchart of the manufacturing method of Example 9 is shown. In addition, the code | symbol of these figures is a part common with FIG. 16 (A)-FIG. 19 (B), and detailed description is abbreviate | omitted about a common part.

앞의 도 19 (A) 및 도 19 (B)에 도시한 프로세스는 실시예 5에서의[공정-540]으로부터 [공정-550]에 이르는 프로세스, 즉 도전 재료층(57)과 밀착층(56)의 에칭이 이상적으로 진행된 경우를 나타내고 있다. 그러나, 실제의 프로세스에서는 에칭 조건의 미묘한 불균일에 의해 전자 방출부(57e)의 뿔 형상이 에칭의 진행에 따라 둔화되거나 또는 개구부(14)의 측벽에 에칭 잔사가 남는 경우도 발생할 수 있다. 그 원인의 하나로 도전 재료층(57)과 밀착층(56)의 각 구성 재료의 조합에 따라서는 밀착층(56)으로부터 유래되는 에칭 반응 생성물이 도전 재료층(57)의 에칭을 저해하는 것이 고려할 수 있다. 예를 들면, 도전 재료층(57)이 텅스텐(W)으로 이루어지고 밀착층(56)이 질화 티탄(TiN)부터 이루어지며 이들을 불소계 화학종을 사용하여 에칭할 때 발생할 수 있는 현상을 도 25에 개념적으로 도시한다. 그리고, 도 25에는 에칭 가스로 SF6를 사용하고, 불소계 화학종으로 SFX 가 생성된 상태를 예시하지만, 에칭 가스로서 NF3를 사용하면 NFX , 플루오로카본계 가스를 사용하면 CFX 가 각각 불소계 화학종으로 생성된다. 도 25 (A)는 에칭의 진행에 따른 피에칭물(즉, 도전 재료층(57)과 밀착층(56)과 마스크 재료층(58))의 표면 프로필 "a"∼"g"의 변화를 도시하고, 도 25 (B)는 표면 프로필 "c"의 달성 시점에서 일어날 수 있는 현상을 모식적으로 도시한다. 그리고 여기에서는 도전 재료층(57)과 마스크 재료층(58)의 에칭 속도비를 2:1로 가정하고, 도전 재료층(57)과 밀착층(56)의 에칭 속도비를 10:1로 가정한다.The process shown in Figs. 19A and 19B is the process from [Step-540] to [Step-550] in Example 5, that is, the conductive material layer 57 and the adhesion layer 56. ) Shows the case where etching proceeds ideally. However, in an actual process, the subtle nonuniformity of the etching conditions may cause the horn shape of the electron emission portion 57e to slow down as the etching proceeds or the etching residue may remain on the sidewall of the opening 14. As one of the reasons, depending on the combination of the constituent materials of the conductive material layer 57 and the adhesion layer 56, it is considered that the etching reaction product derived from the adhesion layer 56 inhibits the etching of the conductive material layer 57. Can be. For example, a phenomenon that may occur when the conductive material layer 57 is made of tungsten (W) and the adhesion layer 56 is made of titanium nitride (TiN) and is etched using fluorine-based chemical species is shown in FIG. 25. Conceptually illustrated. In FIG. 25, SF 6 is used as the etching gas and SF X + is generated as the fluorine species. However, when NF 3 is used as the etching gas, CF is used when NF X + and a fluorocarbon gas are used. X + is generated as fluorine species, respectively. FIG. 25A shows the change of the surface profile "a" to "g" of the etching target material (ie, the conductive material layer 57, the adhesion layer 56, and the mask material layer 58) as the etching proceeds. 25 (B) schematically shows a phenomenon that may occur at the time of achieving the surface profile "c". Here, the etching rate ratio of the conductive material layer 57 and the mask material layer 58 is assumed to be 2: 1, and the etching rate ratio of the conductive material layer 57 and the adhesion layer 56 is assumed to be 10: 1. do.

이 에칭 초기에는 텅스텐으로 이루어지는 도전 재료층(57)의 면적이 피에칭물 면적의 대부분을 차지하고 있고, 표면 프로필은 "a"에서 "b"로 변화되어 간다. 이 때, 도전 재료층(57)은 W+xF→WFx(단, x는 6 이하의 자연수이며, 전형적으로는 x=6임)로 표시되는 반응에 의해 신속하게 제거된다. 그러나, 표면 프로필 "c"이 달성된 시점에서는 TiN으로 이루어지는 밀착층(56)의 면적이 피에칭물 면적의 대부분을 차지하게 되고, 도전 재료층(57)의 면적이 피에칭물의 면적에 차지하는 비율은, 통상의 전계 방출 소자의 설계에서는 불과 1% 이하가 된다. 그러나, TiN과 불소계 화학종의 반응에 의해서 생성되는 불화 티탄(TiFx;단, x는 3 이하의 자연수이며 전형적으로는 x=3임)은 증기압이 낮기 때문에, 도전 재료층(57)의 표면에 부착되어 에칭의 진행을 방해한다. 따라서, 마스크 재료층(58)이 소실된 이후의 표면 프로필을 보면, "d"→"e"→"f"→"g"로 추이됨에 따라 뿔 형상이 둔화되는 동시에, 개구부(14)의 측벽에도 에칭 잔사가 남을 우려가 있다. 이것은 전자 방출 효율의 저하나 에칭 잔사에 의한 게이트 전극과 캐소드 전극의 단락 등의 문제의 원인이 된다.In the initial stage of etching, the area of the conductive material layer 57 made of tungsten occupies most of the area to be etched, and the surface profile changes from "a" to "b". At this time, the conductive material layer 57 is quickly removed by a reaction represented by W + xF → WFx (where x is a natural number of 6 or less, and typically x = 6). However, when the surface profile "c" is achieved, the area of the adhesion layer 56 made of TiN occupies most of the area to be etched, and the ratio of the area of the conductive material layer 57 to the area of the etched object. Silver becomes only 1% or less in the design of a normal field emission element. However, titanium fluoride (TiFx; x is a natural number of 3 or less and typically x = 3) produced by the reaction between TiN and a fluorine species has a low vapor pressure, and thus the surface of the conductive material layer 57 Adheres to and hinders the progress of etching. Thus, when the surface profile after the mask material layer 58 is lost, the horn shape is slowed down as it moves from "d" → "e" → "f" → "g" and at the same time the sidewall of the opening 14 Even etching residue may remain. This causes a problem such as a decrease in electron emission efficiency or a short circuit between the gate electrode and the cathode electrode due to the etching residue.

실시예 9의 전계 방출 소자의 제조 방법에서는, 도전 재료층(57)의 에칭 속도(R3)와 밀착층(56)의 에칭 속도(R4)를 대략 일치시키거나(균등화) 또는 도전 재료층(57)의 에칭 속도(R3) 쪽이 빠르다고 해도 밀착층(56)의 에칭 속도(R4)의 5배 이내로 선택함으로써(R4≤R3≤5R4) 상기의 문제를 해결한다. 동일한 에칭 조건 하에서 도전 재료층(57)과 밀착층(56)의 에칭 속도를 일치시키기 위해서는 양층을 동일한 도전 재료를 사용하여 구성하는 것이 가장 간편하다. 양층을 구성하는 도전 재료가 동일하더라도 제막 방법을 적절하게 선택함으로써 도전 재료층에 요구되는 스텝 커버리지의 양호성과 밀착층에 요구되는 밀착성의 양호성을 각각 달성하는 것은 가능하다. 이하, 실시예 9의 전계 방출 소자의 제조 방법에 관해서 설명한다.Example 9. In the production method of the field emission device, to substantially match the etch rates (R 4) of the etch rate (R 3) and the adhesive layer 56 of the conductive material layer (57) or (equalization) or the conductive material layer Even if the etching rate R 3 of 57 is faster, the above problem is solved by selecting within 5 times the etching rate R 4 of the adhesion layer 56 (R 4 ≦ R 3 ≦ 5R 4 ). In order to match the etching rates of the conductive material layer 57 and the adhesion layer 56 under the same etching conditions, it is simplest to configure both layers using the same conductive material. Even if the conductive materials constituting the both layers are the same, it is possible to achieve the goodness of the step coverage required for the conductive material layer and the goodness of the adhesiveness required for the adhesive layer by appropriately selecting the film forming method. Hereinafter, the manufacturing method of the field emission element of Example 9 is demonstrated.

[공정-900][Process -900]

먼저, 개구부(14)의 저부를 매립하는 저항체층(55e)의 형성까지를 실시예 5의 [공정-500]∼[공정-510]과 동일하게 행한다. 다음에, 개구부(14)의 잔여부를 포함하는 전체면에 텅스텐으로 이루어지는 두께 약 0.07μm의 밀착층(56)을 DC 스퍼터링법으로 형성한다. 스퍼터링 조건은 전술한 표 11에 기술한 바와 같다. 스퍼터링법에 의해 형성된 텅스텐층은 밀착층(56)으로서 충분한 기능을 다할 수 있다. 이후, 텅스텐으로 이루어지는 도전 재료층(57)의 형성과, 상기 도전 재료층(57) 표면의 요부(57A)에 마스크 재료층(58)을 남기는 프로세스는 실시예 5의 [공정-520]∼[공정-540]과 동일하게 행할 수 있다. 도 26 (A)는 여기까지의 공정이 종료된 상태를 도시한다.First, the formation of the resistor layer 55e filling the bottom of the opening 14 is performed in the same manner as in [Step-500] to [Step-510] of the fifth embodiment. Next, an adhesion layer 56 having a thickness of about 0.07 μm made of tungsten is formed on the entire surface including the remaining portion of the opening 14 by the DC sputtering method. Sputtering conditions are as described in Table 11 above. The tungsten layer formed by the sputtering method can fulfill a sufficient function as the adhesion layer 56. Subsequently, the formation of the conductive material layer 57 made of tungsten and the process of leaving the mask material layer 58 in the recessed portion 57A of the surface of the conductive material layer 57 are performed in the [Step-520] to [ Step 540] can be performed in the same manner. Fig. 26 (A) shows a state where the process up to this point is finished.

[공정-910][Process -910]

다음에, 도전 재료층(57)과 마스크 재료층(58)의 에칭을 행한다. 여기에서는, 예를 들면 하기의 표 18에 나타낸 RIE 조건에 따라서 에칭을 행할 수 있다. 도 26 (B)는 밀착층(56)이 노출된 시점을 도시하고 있다. 실시예 9에서는 이 시점에서 피에칭물 면적의 대부분을 차지하는 재료는 여전히 텅스텐이기 때문에 도 25 (A) 및 도 25 (B)를 참조하여 설명한 바와 같은 증기압이 낮은 에칭 반응 생성물이 발생하지 않아 에칭은 계속해서 신속하게 진행된다.Next, the conductive material layer 57 and the mask material layer 58 are etched. Here, for example, etching can be performed according to the RIE conditions shown in Table 18 below. FIG. 26B shows the time point at which the adhesion layer 56 is exposed. In Example 9, since the material occupying most of the area of the etched object at this point is still tungsten, the etching reaction product having low vapor pressure as described with reference to FIGS. 25A and 25B does not occur, so the etching is performed. It continues quickly.

표 18Table 18

WF6유량WF 6 flow 150SCCM150SCCM O2유량O 2 flow rate 30SCCM30SCCM Ar 유량Ar flow 90SCCM90SCCM 압력pressure 35Pa35 Pa RF 파워RF power 0.7kW(13.56MHz)0.7 kW (13.56 MHz)

[공정-920][Process -920]

또, 피에칭물에 밀착층(56)도 더해져 계속해서 에칭이 진행되면, 최종적으로는 도 27 (A)에 도시한 바와 같이 양호한 뿔 형상을 가지는 전자 방출부(57e)를 형성할 수 있다. 도 27 (B)에는 에칭의 진행에 따른 피에칭물(즉, 도전 재료층(57)과 밀착층(56)과 마스크 재료층(58))의 표면 프로필 "a"∼"f"의 변화를 도시한다. 그리고 여기에서는 도전 재료층(57)과 마스크 재료층(58)의 에칭 속도비를 2:1로 가정하고 도전 재료층(57)과 밀착층(56)의 에칭 속도비를 1:1로 가정하고 있다. 마스크 재료층(58)이 소실된 이후라도 전자 방출부(57e)의 뿔 형상의 둔화나 에칭 잔사의 잔존이 효과적으로 억제되어 있음을 명확히 알 수 있다.In addition, when the adhesion layer 56 is also added to the object to be etched, and etching continues, an electron emission portion 57e having a good cone shape can be finally formed as shown in Fig. 27A. FIG. 27B shows changes in the surface profiles "a" to "f" of the etched object (ie, the conductive material layer 57, the adhesion layer 56, and the mask material layer 58) as the etching proceeds. Illustrated. Here, the etching rate ratio of the conductive material layer 57 and the mask material layer 58 is assumed to be 2: 1, and the etching rate ratio of the conductive material layer 57 and the adhesion layer 56 is assumed to be 1: 1. have. Even after the mask material layer 58 is lost, it can be clearly seen that the slowing down of the horn shape of the electron emission portion 57e and the residual of the etching residue are effectively suppressed.

이후, 등방적인 에칭 조건으로 개구부(14)의 내부에서 절연층(12)에 형성된 개구부의 측벽을 후퇴시키면, 도 16에 도시한 바와 동일한 전계 방출 소자가 완성된다. 이러한 전계 방출 소자를 사용하여 실시예 1에서 설명한 바와 동일하게 표시 장치를 구성할 수 있다.Thereafter, when the sidewall of the opening formed in the insulating layer 12 is retracted inside the opening 14 under isotropic etching conditions, the same field emission device as shown in FIG. 16 is completed. Using the field emission device, the display device can be configured in the same manner as described in the first embodiment.

실시예 10Example 10

실시예 10은 실시예 5의 변형이다. 실시예 10이 실시예 5와 상이한 점은 개구부의 측벽이 경사져 있는 점이다. 실시예 10의 제조 방법에 의해서 완성되는 전계 방출 소자의 개념도를 도 28에 도시하고, 또 이러한 전계 방출 소자의 제조 방법의 공정도를 도 29 (A) 및 도 29 (B)에 도시한다. 그리고 이들 도면의 부호는 도 1과 일부 공통되며 공통된 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.Example 10 is a variation of Example 5. Example 10 differs from Example 5 in that the side wall of the opening is inclined. The conceptual diagram of the field emission element completed by the manufacturing method of Example 10 is shown in FIG. 28, and the process diagram of the manufacturing method of such a field emission element is shown to FIG. 29 (A) and FIG. 29 (B). In addition, the reference numerals of these drawings are partially common to those of FIG. 1, and detailed description thereof will be omitted.

실시예 10의 전계 방출 소자는 도 28에 도시한 바와 같이 개구부(104)의 저부를 매립하는 저항체층(105)과, 저항체층(105) 상에 형성된 뿔 형상을 가지는 전자 방출부(107e)를 가진다. 전자 방출부(107e)와 저항체층(105) 사이에는 밀착층(106e)이 도시되어 있지만, 밀착층(106e)은 전계 방출 소자의 기능상 불가결한 구성 요소가 아니라 제조상의 이유로 형성되어 있다. 개구부(104)의 측벽은 경사각(θ1)을 가지고 경사져 있고 전자 방출부의 경사면은 경사각(θ2)을 가지고 경사져 있으며 또한 경사각(θ1)과 경사각(θ2)은 θ12<90°의 관계를 만족시키고 있다. 개구부의 측벽이 수직이면 에칭 조건에 따라서는 개구부의 측벽 상에 도전 재료층이나 밀착층의 에칭 잔사가 남아 게이트 전극(13)과 저항체층(105)이 에칭 잔사에 의해 단락되고, 결과적으로 게이트 전극(13)과 캐소드 전극(11)이 단락될 우려가 있다. 그리고, 이러한 에칭 잔사를 충분히 제거하기 위해서 에칭 시간을 연장하면, 이번에는 전자 방출부의 높이가 감소하고 게이트 전극(13)의 단부와 전자 방출부의 선단부 사이의 거리가 증대된다. 이러한 거리의 증대는 전자 방출 효율의 저하, 나아가서는 소비 전력의 증대를 초래한다. 그러나, 실시예 10과 같이 개구부(104)의 측벽을 경사지게 하면, 이방성 에칭 조건하라고 해도 상기 측벽 상의 도전 재료층이나 밀착층에 에칭종이 충분히 입사할 수 있게 되어 에칭 잔사의 발생이 억제되는 동시에 전자 방출부의 높이도 감소시키지 않아도 된다. 따라서, 도 28에 도시한 전계 방출 소자의 구성은 게이트 전극(13)과 캐소드 전극(11) 사이의 단락 불량을 방지하면서 소비 전력의 증대도 억제 가능한 구성이라고 할 수 있다. 이하, 실시예 10의 제조 방법에 대해 도 29 (A) 및 도 29 (B)를 참조하여 설명한다.As shown in FIG. 28, the field emission device according to the tenth embodiment includes a resistor layer 105 filling a bottom of an opening 104 and an electron emission portion 107e having a horn shape formed on the resistor layer 105. Have Although the adhesion layer 106e is shown between the electron emission part 107e and the resistor layer 105, the adhesion layer 106e is formed for manufacturing reasons, not a functionally indispensable component of the field emission element. The side wall of the opening 104 is inclined with an inclination angle θ 1 , and the inclined surface of the electron emitting portion is inclined with an inclination angle θ 2 , and the inclination angle θ 1 and the inclination angle θ 2 are θ 12 <90 We satisfy relationship of °. If the sidewall of the opening is vertical, depending on the etching conditions, an etching residue of the conductive material layer or the adhesion layer remains on the sidewall of the opening, and the gate electrode 13 and the resistor layer 105 are short-circuited by the etching residue, and consequently, the gate electrode. There is a possibility that the 13 and the cathode electrode 11 are short-circuited. If the etching time is extended to sufficiently remove such etching residues, the height of the electron emission section is reduced this time and the distance between the end of the gate electrode 13 and the tip of the electron emission section is increased. This increase in distance leads to a decrease in electron emission efficiency, and thus to an increase in power consumption. However, when the sidewall of the opening 104 is inclined as in the tenth embodiment, even under anisotropic etching conditions, the etching species can sufficiently enter the conductive material layer or the adhesion layer on the sidewall, thereby suppressing the occurrence of the etching residue and simultaneously emitting electrons. It is not necessary to reduce the height of the wealth. Therefore, the structure of the field emission element shown in FIG. 28 can be said to be a structure which can suppress the increase of power consumption, while preventing the short circuit defect between the gate electrode 13 and the cathode electrode 11. As shown in FIG. Hereinafter, the manufacturing method of Example 10 is demonstrated with reference to FIG. 29 (A) and FIG. 29 (B).

[공정-1000][Process-1000]

먼저, 에칭 정지층(28)의 형성까지를 실시예 7과 동일하게 행한 후, 개구부(104)를 형성한다. 개구부(104)를 형성함에 있어, 게이트 전극(13)의 RIE는 전술한 표 5에 나타낸 조건으로 행하지만, 에칭 정지층(28)과 절연층(12)에 대해서는 일례로서 하기의 표 19에 나타낸 RIE 조건을 적용한다. 표 19에 나타낸 RIE 조건은 전술한 표 6에 나타낸 조건에 비하여 C4F8유량이 많아 카본계 폴리머의 퇴적을 촉진시킬 수 있다. 그 결과, 도 29 (A)에 도시한 바와 같이 측벽이 경사진 개구부(104)가 형성된다. 이 때, 캐소드 전극(11)의 표면을 기준으로 한 개구부(104) 측벽의 경사각(θ1)은 약 75°가 된다.First, the formation of the etching stop layer 28 is carried out in the same manner as in Example 7, and then the opening 104 is formed. In forming the opening 104, the RIE of the gate electrode 13 is performed under the conditions shown in Table 5, but the etching stop layer 28 and the insulating layer 12 are shown in Table 19 below as an example. RIE conditions apply. The RIE conditions shown in Table 19 have a higher C 4 F 8 flow rate than the conditions shown in Table 6 above, which can promote the deposition of carbon-based polymers. As a result, as shown in Fig. 29A, an opening 104 having an inclined sidewall is formed. At this time, the inclination angle θ 1 of the sidewall of the opening 104 with respect to the surface of the cathode electrode 11 is about 75 °.

표 19Table 19

C4F8유량C 4 F 8 Flow 100SCCM100SCCM CO유량CO flow rate 70SCCM70SCCM Ar 유량Ar flow 100SCCM100SCCM 압력pressure 7.3Pa7.3Pa RF 파워RF power 700W(13.56MHz)700 W (13.56 MHz) 에칭 온도Etching temperature 20℃20 ℃

다음에, 개구부(104)의 저부를 매립하는 저항체층(105)을, 저항체층의 전체면 제막 및 평탄화층을 사용한 에치백을 통해 형성한다. 또, 개구부(104)의 잔여부를 포함하는 전체면에, 예를 들면 질화 티탄으로 이루어지는 밀착층(106)과, 텅스텐으로 이루어지는 전자 방출부 형성용의 도전 재료층(107)을 이 순서로 형성한다. 형성된 도전 재료층(107)의 표면에는 개구부(104)의 상단면과 저면(실시예 10에서는 저항체층(105)의 표면) 사이의 단차를 반영한 요부(107A)가 형성된다. 또, 도전 재료층(107) 상의 전체면에 마스크 재료층(108)을 형성하고, 상기 마스크 재료층(108)을 에치백하여 요부(107A) 내에 남긴다. 도 29 (A)에는 여기까지의 프로세스가 종료된 상태를 도시한다.Next, a resistor layer 105 filling the bottom of the opening 104 is formed through an etch back using the entire surface film forming and planarization layer of the resistor layer. In addition, an adhesion layer 106 made of titanium nitride and a conductive material layer 107 for forming an electron emission portion made of tungsten are formed in this order on the entire surface including the remaining portion of the opening 104. . On the surface of the formed conductive material layer 107, recessed portions 107A reflecting the step between the top surface of the opening 104 and the bottom surface (the surface of the resistor layer 105 in the tenth embodiment) are formed. Further, a mask material layer 108 is formed on the entire surface of the conductive material layer 107, and the mask material layer 108 is etched back to remain in the recessed portion 107A. Fig. 29A shows a state where the process up to this point is finished.

[공정-1010][Step-1010]

다음에, 도전 재료층(107)과 마스크 재료층(108)과 밀착층(106)을 에칭하여 도 29 (B)에 도시한 바와 같이 원뿔 형상의 전자 방출부(107e)를 형성한다. 이 에칭은 예를 들면 전술한 표 16에 나타낸 조건에 따라서 행할 수 있다. 전자 방출부(107e) 선단부의 경사면의 경사각(θ2)은 약 80°가 되어 개구부(104) 측벽의 경사각은 (θ1)(약 75°)보다 크다. 두 경사각이 θ12의 관계를 만족하고 있음으로써 상기의 에칭 중에 개구부(104)의 측벽에 에칭 잔사를 남기지 않고 충분한 높이를 가지는 전자 방출부(107e)를 형성할 수 있다.Next, the conductive material layer 107, the mask material layer 108, and the adhesion layer 106 are etched to form a conical electron emission portion 107e as shown in FIG. 29B. This etching can be performed, for example, in accordance with the conditions shown in Table 16 above. The inclination angle θ 2 of the inclined surface of the tip of the electron emission portion 107e is about 80 °, and the inclination angle of the sidewall of the opening 104 is greater than (θ 1 ) (about 75 °). Since the two inclination angles satisfy the relationship of θ 12 , the electron emission portion 107e having a sufficient height can be formed without leaving an etching residue on the sidewall of the opening 104 during the above etching.

그 후, 등방적인 에칭 조건으로 개구부(104) 내에서 절연층(12)에 형성된 개구부의 측벽을 후퇴시키는 동시에 에칭 정지층(28)을 제거하면, 도 28에 도시한 전계 방출 소자가 완성된다. 이러한 전계 방출 소자를 사용하여 실시예 1에서 설명한 바와 동일하게 표시 장치를 구성할 수 있다.Thereafter, when the sidewall of the opening formed in the insulating layer 12 is retracted in the opening 104 under isotropic etching conditions and the etching stop layer 28 is removed, the field emission device shown in FIG. 28 is completed. Using the field emission device, the display device can be configured in the same manner as described in the first embodiment.

실시예 11Example 11

실시예 11은 본 발명의 제3 양태, 보다 구체적으로는 제3A 양태에 의한 제조 방법에 관한 것이다. 실시예 11의 제조 방법에 의해서 완성되는 전계 방출 소자의 모식적인 부분 단면도를 도 30에 도시하고 그 제조 방법을 도 31 (A) 및 도 31 (B)에 도시한다. 이들 도면 중의 부호는 도 1과 일부 공통되며 도 1과 공통된 구성 요소에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.Example 11 relates to a manufacturing method according to the third aspect of the present invention, more specifically, the third aspect. A typical partial cross-sectional view of the field emission device completed by the manufacturing method of Example 11 is shown in FIG. 30, and the manufacturing method thereof is shown in FIGS. 31A and 31B. Reference numerals in these figures are partially common to those in FIG. 1, and detailed descriptions of components common to those in FIG. 1 will be omitted.

실시예 11에서 제조될 수 있는 전계 방출 소자에서는, 도 30에 도시한 바와 같이 지지체(10) 상에 크롬으로 이루어지는 캐소드 전극(11)이 형성되고, 캐소드 전극(11) 상에 예를 들면 불순물 함유 폴리실리콘으로 이루어지는 저항체층(115)이 형성되어 있다. 캐소드 전극(11) 및 지지체(10) 상에는 절연층(12)이 형성되고 이 절연층(12) 상에는 크롬으로 이루어지는 게이트 전극(13)이 형성되어 있다. 게이트 전극(13)과 절연층(12)에는 이들 두 부재를 관통하는 개구부(14)가 형성되고 절연층(12)에 형성된 개구부의 측벽은 게이트 전극(13)의 개구단부보다 후퇴되어 있다. 개구부(14)의 저부에 위치하는 저항체층(115) 상에는 예를 들면 텅스텐으로 이루어지며 뿔 형상(보다 구체적으로는, 원뿔 형상)을 가지는 전자 방출부(117e)가 형성되어 있다. 전자 방출부(117e)와 저항체층(115) 사이에는 밀착층(116e)이 도시되어 있지만, 밀착층(116e)은 전계 방출 소자의 기능상 불가결한 구성 요소가 아니라 제조상의 이유로 형성되어 있다.In the field emission device that can be manufactured in Example 11, as shown in FIG. 30, a cathode electrode 11 made of chromium is formed on the support 10, and for example, contains impurities on the cathode electrode 11. A resistor layer 115 made of polysilicon is formed. An insulating layer 12 is formed on the cathode electrode 11 and the support 10, and a gate electrode 13 made of chromium is formed on the insulating layer 12. Openings 14 penetrating the two members are formed in the gate electrode 13 and the insulating layer 12, and sidewalls of the openings formed in the insulating layer 12 are receded from the opening ends of the gate electrode 13. On the resistor layer 115 positioned at the bottom of the opening 14, an electron emission portion 117e made of, for example, tungsten and having a horn shape (more specifically, a cone shape) is formed. Although an adhesion layer 116e is shown between the electron emission portion 117e and the resistor layer 115, the adhesion layer 116e is formed for manufacturing reasons, not a functionally indispensable component of the field emission device.

이하, 실시예 11의 제조 방법을 도 31 (A) 및 도 31 (B)를 참조하여 설명한다.Hereinafter, the manufacturing method of Example 11 is demonstrated with reference to FIG. 31 (A) and FIG. 31 (B).

[공정-1100][Process-1100]

먼저, 표면에 저항체층(115)을 가지는 캐소드 전극(11)을 지지체(10) 상에 형성한다. 구체적으로는, 예를 들면 캐소드 전극(11)을 구성하는 크롬(Cr)층과 저항체층(115)을 구성하는 불순물 함유 폴리실리콘층을 적층하여, 공통의 에칭 마스크(도시하지 않음)와 염소계 에칭 가스를 사용하여 크롬층과 불순물 함유 폴리실리콘층을 에칭한다. 다음에, 캐소드 전극(11) 및 지지체(10) 상에 절연층(12)을 형성하고 절연층(12) 상에 크롬으로 이루어지는 게이트 전극(13)을 형성한다. 또, 게이트 전극(13)과 절연층(12)을 에칭함으로써 저부에 저항체층(115)이 노출된 개구부(14)를 형성한다. 도 31 (A)에는 여기까지의 프로세스가 종료된 상태를 도시한다.First, the cathode electrode 11 having the resistor layer 115 on the surface is formed on the support 10. Specifically, for example, a chromium (Cr) layer constituting the cathode electrode 11 and an impurity-containing polysilicon layer constituting the resistor layer 115 are laminated to form a common etching mask (not shown) and chlorine etching. The gas is used to etch the chromium layer and the impurity containing polysilicon layer. Next, an insulating layer 12 is formed on the cathode electrode 11 and the support 10, and a gate electrode 13 made of chromium is formed on the insulating layer 12. The gate electrode 13 and the insulating layer 12 are etched to form an opening 14 in which the resistor layer 115 is exposed at the bottom. Fig. 31A shows a state where the process up to this point is finished.

[공정-1110][Process-1110]

다음에, 개구부(14) 내를 포함하는 전체면에, 예를 들면 TiN으로 이루어지는 밀착층(116) 및 텅스텐으로 이루어지는 전자 방출부 형성용의 도전 재료층(117)을 이 순서로 형성한다. 도전 재료층(117)의 표면에는 개구부(14)의 상단면과 저면 사이의 단차를 반영한 요부(117A)가 형성된다. 또, 도전 재료층(117) 상의 전체면에 마스크 재료층(도시하지 않음)을 형성하고 상기 마스크 재료층을 예를 들면 에치백함으로써 요부(117A) 내에 마스크 재료층(118)을 남긴다(도 31 (B) 참조).Next, an adhesion layer 116 made of TiN and a conductive material layer 117 for forming an electron emission portion made of tungsten are formed in this order on the entire surface including the inside of the opening 14. On the surface of the conductive material layer 117, recessed portions 117A reflecting the step between the top and bottom surfaces of the opening 14 are formed. Further, a mask material layer (not shown) is formed on the entire surface of the conductive material layer 117 and the mask material layer 118 is left in the recessed portion 117A by, for example, etching back the mask material layer (Fig. 31). (B)).

이후, 도전 재료층(117)과 마스크 재료층(118)과 밀착층(116)의 에칭을 실시예 5의 [공정-550]과 동일하게 행하여 뿔 형상을 가지는 전자 방출부(117e)를 형성한다. 또, 개구부(14) 내에서 절연층(12)에 형성된 개구부의 측벽을 등방성 에칭을 행하여 후퇴시키면, 도 30에 도시한 전계 방출 소자가 얻어진다. 이러한 전계 방출 소자를 사용하여 실시예 1에서 설명한 바와 동일하게 표시 장치를 구성할 수 있다.Thereafter, the conductive material layer 117, the mask material layer 118, and the adhesion layer 116 are etched in the same manner as in [Step-550] of Example 5 to form an electron emission portion 117e having a horn shape. . If the sidewalls of the openings formed in the insulating layer 12 are retracted by isotropic etching in the openings 14, the field emission device shown in Fig. 30 is obtained. Using the field emission device, the display device can be configured in the same manner as described in the first embodiment.

실시예 12Example 12

실시예 12는 본 발명의 제3B 양태에 의한 전계 방출 소자의 제조 방법에 관한 것이다. 실시예 12의 제조 방법을 도 32 (A) 및 도 32 (B)를 참조하여 설명한다. 그리고, 도 32 (A) 및 도 32 (B)의 부호는 도 31 (A) 및 도 31 (B)와 일부 공통되며 공통된 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.Example 12 relates to a method for manufacturing a field emission device according to Embodiment 3B of the present invention. The manufacturing method of Example 12 is explained with reference to FIG. 32 (A) and FIG. 32 (B). Incidentally, the symbols in FIGS. 32A and 32B are partially common to FIGS. 31A and 31B, and detailed descriptions thereof will be omitted.

[공정-1200][Process-1200]

먼저, 밀착층(116)의 형성까지를 실시예 11과 동일하게 행한다. 다음에, 개구부(24) 내를 포함하는 전체면에 텅스텐으로 이루어지는 전자 방출부 형성용의 도전 재료층(117)을 형성한다. 여기에서는, 개구부(24)의 직경 0.5μm 에 대하여 도전 재료층(117)의 두께를 0.25μm로 함으로써, 개구부(24)의 상단면과 저면(여기에서는 저항체층(115)의 표면) 사이의 단차를 반영하여 원주부(117B)와 상기 원주부(117B)의 상단과 연통하는 확대부(117C)로 이루어지는 대략 깔때기 형상의 요부(117A)를 도전 재료층(117)의 표면에 생성시킨다. 또, 도전 재료층(117)의 전체면에 마스크 재료층(118)으로서 예를 들면 두께 약 0.5μm의 동(Cu)층을 형성한다. 도 32 (A)에는 여기까지의 프로세스를 종료한 상태를 도시한다.First, the formation of the adhesive layer 116 is performed in the same manner as in the eleventh embodiment. Next, a conductive material layer 117 for forming an electron emission portion made of tungsten is formed on the entire surface including the inside of the opening 24. Here, by setting the thickness of the conductive material layer 117 to 0.25 µm with respect to a diameter of 0.5 µm of the opening 24, the step between the top surface and the bottom surface (here, the surface of the resistor layer 115) of the opening 24. Reflecting this, the substantially funnel-shaped recessed part 117A which consists of the circumferential part 117B and the expanded part 117C which communicates with the upper end of the circumferential part 117B is produced in the surface of the conductive material layer 117. As shown in FIG. Further, for example, a copper (Cu) layer having a thickness of about 0.5 μm is formed on the entire surface of the conductive material layer 117 as the mask material layer 118. Fig. 32A shows a state where the process up to this point is finished.

[공정-1210][Process-1210]

다음에, 도 32 (B)에 도시한 바와 같이 마스크 재료층(118)과 도전 재료층(117)을 지지체(10)의 표면에 대하여 평행한 면 내에서 제거함으로써 원주부(117B)에 마스크 재료층(118)을 남긴다. 이 제거는 예를 들면 화학 기계 연마(CMP)법에 의해 행할 수 있다.Next, as illustrated in FIG. 32B, the mask material is formed on the circumferential portion 117B by removing the mask material layer 118 and the conductive material layer 117 in a plane parallel to the surface of the support 10. Leaves layer 118. This removal can be performed by, for example, a chemical mechanical polishing (CMP) method.

이후, 도전 재료층(117)과 마스크 재료층(118)과 밀착층(116)의 에칭을 실시예 7의 [공정-720]과 동일하게 행하여 전자 방출부를 형성하고, 추가로 절연층(12)의 등방적인 에칭을 실시예 7의 [공정-730]과 동일하게 행함으로써 실시예 11과 유사한 전계 방출 소자(도 30 참조)를 완성할 수 있다. 단, 실시예 12에서 형성된 전자 방출부의 뿔 형상은 실시예 11에서 형성된 전자 방출부(117e)의 뿔 형상보다 경사가 급하다. 실시예 12에서 완성된 전계 방출 소자를 사용하여 실시예 1에서 설명한 바와 동일하게 표시 장치를 구성할 수 있다.Thereafter, the conductive material layer 117, the mask material layer 118, and the adhesion layer 116 are etched in the same manner as in [Step-720] of Example 7 to form an electron emission portion, and the insulating layer 12 is further formed. By performing isotropic etching in the same manner as in [Step-730] of Example 7, a field emission device similar to Example 11 (see Fig. 30) can be completed. However, the horn shape of the electron emission section formed in the twelfth embodiment is steeper than the horn shape of the electron emission section 117e formed in the eleventh embodiment. The display device can be configured in the same manner as described in the first embodiment by using the field emission device completed in the twelfth embodiment.

실시예 13Example 13

실시예 13은 실시예 12의 변형이다. 실시예 13이 실시예 12와 상이한 점은 원주부(117B) 내에 마스크 재료층(118)을 남김에 있어, 실시예 12와 같이 마스크 재료층(118)과 도전 재료층(117)을 제거하는 대신에, 마스크 재료층(118)만을 제거하는 점이다. 실시예 13의 제조 방법을 도 33을 참조하여 설명한다. 그리고, 도 33의 부호는 도 32 (A) 및 도 32 (B)와 일부 공통되며 공통된 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.Example 13 is a variation of Example 12. Example 13 differs from Example 12 in that it leaves the mask material layer 118 in the circumference 117B, instead of removing the mask material layer 118 and the conductive material layer 117 as in Example 12. Only the mask material layer 118 is removed. The manufacturing method of Example 13 is described with reference to FIG. In addition, the code | symbol of FIG. 33 is a part common with FIG. 32 (A) and FIG. 32 (B), and detailed description is abbreviate | omitted.

[공정-1300][Process-1300]

먼저, 마스크 재료층(118)의 형성까지를 실시예 12의 [공정-1200]과 동일하게 행한다. 계속해서, 도전 재료층(117) 상과 확대부(117C) 내의 마스크 재료층(118)만을 제거함으로써, 도 33에 도시한 바와 같이 원주부(117B) 내에 마스크 재료층(118)을 남긴다. 이 때, 예를 들면 희불산 수용액을 사용한 웨트 에칭을 행함으로써, 텅스텐으로 이루어지는 도전 재료층(117)을 제거하는 일없이, 동으로 이루어지는 마스크 재료층(118)만을 선택적으로 제거할 수 있다.First, the formation of the mask material layer 118 is performed in the same manner as in [Step-1200] of Example 12. Subsequently, only the mask material layer 118 on the conductive material layer 117 and in the enlarged portion 117C is removed, thereby leaving the mask material layer 118 in the circumferential portion 117B. At this time, by performing wet etching using, for example, an aqueous solution of difluoric acid, only the mask material layer 118 made of copper can be selectively removed without removing the conductive material layer 117 made of tungsten.

이후의 전자 방출부의 형성 및 개구부(24) 내에서의 절연층(12)의 등방적인 에칭을 실시예 7에서 말한 바와 동일하게 행하면, 전계 방출 소자가 완성된다. 이러한 전계 방출 소자를 사용하여 실시예 1에서 설명한 것과 동일하게 표시 장치를 구성할 수 있다.Subsequent formation of the electron emission section and isotropic etching of the insulating layer 12 in the opening 24 are performed in the same manner as described in Example 7, whereby the field emission device is completed. Using the field emission device, the display device can be configured in the same manner as described in the first embodiment.

실시예 14Example 14

실시예 14는 본 발명의 제3C 양태에 의한 제조 방법에 관한 것이다. 실시예 14는 실시예 11과 유사하지만, 도전 재료층(117)과 밀착층(116)이 동일한 도전 재료로 이루어지는 점이 상이하다. 실시예 14의 제조 방법을 도 34 (A) 및 도 34 (B)를 참조하여 설명한다. 그리고 도 34 (A) 및 도 34 (B)의 부호는 도 11 (A) 및 도 11 (B)와 일부 공통되며 공통된 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.Example 14 relates to a manufacturing method according to a third C aspect of the present invention. Example 14 is similar to Example 11, except that the conductive material layer 117 and the adhesion layer 116 are made of the same conductive material. The manufacturing method of Example 14 will be described with reference to FIGS. 34A and 34B. Incidentally, the symbols in FIGS. 34A and 34B are partially common to FIGS. 11A and 11B, and detailed descriptions thereof will be omitted.

[공정-1400][Process-1400]

먼저, 개구부(14)의 형성까지를 실시예 11의 [공정-1100]과 동일하게 행한다. 다음에, 개구부(14) 내를 포함하는 전체면에 텅스텐으로 이루어지는 두께 약 0.07μm의 밀착층(116)을 DC 스퍼터링법으로 형성한다. 스퍼터링 조건은 전술한 표 11에 설명한 바와 같다. 스퍼터링법에 의해 형성된 텅스텐층은 밀착층(116)으로서 충분한 기능을 다할 수 있다. 이후, 텅스텐으로 이루어지는 도전 재료층(117)의 형성과 상기 도전 재료층(117) 표면의 요부(117A) 내에 마스크 재료층(118)을 남기는 프로세스는 실시예 11의 [공정-1110]과 동일하게 행할 수 있다. 도 34 (A)는 여기까지의 공정이 종료된 상태를 도시하고 있다.First, the formation of the openings 14 is performed in the same manner as in the [Step-1100] of the eleventh embodiment. Next, an adhesion layer 116 having a thickness of about 0.07 μm made of tungsten is formed on the entire surface including the inside of the opening 14 by the DC sputtering method. Sputtering conditions are as described in Table 11 above. The tungsten layer formed by the sputtering method can fulfill a sufficient function as the adhesion layer 116. Thereafter, the process of forming the conductive material layer 117 made of tungsten and leaving the mask material layer 118 in the recessed portion 117A on the surface of the conductive material layer 117 is the same as that of [Step-1110] of the eleventh embodiment. I can do it. Fig. 34A shows a state in which the process up to this point is completed.

[공정-1410][Process-1410]

다음에, 도전 재료층(117)과 마스크 재료층(118)의 에칭을 실시예 9와 동일하게 행한다. 도 34 (B)는 밀착층(116)이 노출된 시점을 도시하고 있다. 실시예 14에서는 이 시점에서 피에칭물 면적의 대부분을 차지하는 재료는 여전히 텅스텐이기 때문에 증기압이 낮은 에칭 반응 생성물이 발생하지 않아 에칭은 계속해서 신속하게 진행된다.Next, the conductive material layer 117 and the mask material layer 118 are etched in the same manner as in the ninth embodiment. 34B illustrates the time point at which the adhesion layer 116 is exposed. In Example 14, since the material occupying most of the area of the object to be etched at this point is still tungsten, the etching reaction product with low vapor pressure does not occur and etching proceeds rapidly.

또, 피에칭물에 밀착층(116)도 더해져 계속해서 에칭이 진행되면, 최종적으로는 양호한 뿔 형상을 가지는 전자 방출부를 에칭 잔사를 남기는 일없이 형성할 수 있다. 이후, 등방적인 에칭 조건으로 개구부(14)의 내부에서 절연층(12)에 형성된 개구부의 측벽을 후퇴시키면, 도 30에 도시한 바와 동일한 전계 방출 소자가 완성된다. 이러한 전계 방출 소자를 사용하여 실시예 1에서 설명한 바와 동일하게 표시 장치를 구성할 수 있다.If the adhesion layer 116 is also added to the object to be etched, and etching continues, an electron emitting portion having a good cone shape can be finally formed without leaving an etching residue. Thereafter, when the sidewall of the opening formed in the insulating layer 12 is retracted in the opening 14 under isotropic etching conditions, the same field emission device as shown in FIG. 30 is completed. Using the field emission device, the display device can be configured in the same manner as described in the first embodiment.

실시예 15Example 15

실시예 15는 실시예 11의 변형이다. 실시예 15가 실시예 11과 상이한 점은 개구부의 측벽이 경사져 있는 점이다. 실시예 15의 제조 방법에 의해서 완성되는 전계 방출 소자의 개념도를 도 35에 도시하고, 또 이러한 전계 방출 소자의 제조 방법의 공정도를 도 36 (A) 및 도 36 (B)에 도시한다. 그리고 이들 도면의 부호는 도 30과 일부 공통되며 공통된 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.Example 15 is a variation of Example 11. Example 15 differs from Example 11 in that the side wall of the opening is inclined. The conceptual diagram of the field emission element completed by the manufacturing method of Example 15 is shown in FIG. 35, and the process diagram of the manufacturing method of such a field emission element is shown to FIG. 36 (A) and FIG. 36 (B). In addition, the reference numerals of these drawings are partially common to those of FIG. 30, and detailed descriptions thereof will be omitted.

실시예 15의 제조 방법에 의해서 완성되는 전계 방출 소자는 도 35에 도시한 바와 같이 지지체(10) 상에 크롬으로 이루어지는 캐소드 전극(11)이 형성되고, 캐소드 전극(11) 상에 저항체층(115)이 형성되어 있다. 캐소드 전극(11) 및 지지체(10) 상에는 절연층(12)이 형성되고 이 절연층(12) 상에는 크롬으로 이루어지는 게이트 전극(13)이 형성되어 있다. 게이트 전극(13)과 절연층(12)에는 이들 두 부재를 관통하는 개구부(154)가 형성되고 절연층(12)에 형성된 개구부의 측벽은 게이트 전극(13)의 개구단부보다 후퇴되며 또한 경사각(θ1)을 가지고 경사져 있다. 개구부(14)의 저부에 위치하는 저항체층(115) 상에는 예를 들면 텅스텐으로 이루어지고 뿔 형상(보다 구체적으로는, 원뿔 형상)을 가지는 전자 방출부(157e)가 형성되어 있다. 전자 방출부의 경사면은 경사각(θ2)을 가지고 경사져 있으며 또한 경사각(θ1)과 경사각(θ2)이 θ12<90°의 관계를 만족시키고 있다. 전자 방출부(l57e)와 저항체층(115) 사이에는 밀착층(156e)이 도시되어 있지만, 밀착층(156e)은 전계 방출 소자의 기능상 불가결한 구성 요소가 아니라 제조상의 이유로 형성되어 있다. 도 35에 도시한 전계 방출 소자의 구성은 게이트 전극(13)과 캐소드 전극(11) 사이의 단락 불량을 방지하면서 소비 전력의 증대도 억제 가능한 구성이다.In the field emission device completed by the manufacturing method of Example 15, as shown in FIG. 35, a cathode electrode 11 made of chromium is formed on the support 10, and the resistor layer 115 is formed on the cathode electrode 11. ) Is formed. An insulating layer 12 is formed on the cathode electrode 11 and the support 10, and a gate electrode 13 made of chromium is formed on the insulating layer 12. The gate electrode 13 and the insulating layer 12 are formed with openings 154 penetrating these two members, and the sidewalls of the openings formed in the insulating layer 12 retreat from the opening ends of the gate electrode 13 and have an inclination angle ( inclined with θ 1 ). On the resistor layer 115 positioned at the bottom of the opening 14, an electron emission portion 157e made of, for example, tungsten and having a horn shape (more specifically, a cone shape) is formed. The inclined surface of the electron emitting portion is inclined with an inclination angle θ 2 , and the inclination angle θ 1 and the inclination angle θ 2 satisfy a relationship of θ 12 <90 °. Although an adhesion layer 156e is shown between the electron emission portion l57e and the resistor layer 115, the adhesion layer 156e is formed for manufacturing reasons, not a functionally indispensable component of the field emission device. The structure of the field emission device shown in FIG. 35 is a structure that can suppress an increase in power consumption while preventing a short circuit defect between the gate electrode 13 and the cathode electrode 11.

이하, 실시예 15의 제조 방법에 대해 도 36 (A), 도 36 (B) 및 도 36 (C)를 참조하여 설명한다.Hereinafter, the manufacturing method of Example 15 is demonstrated with reference to FIG. 36 (A), FIG. 36 (B), and FIG. 36 (C).

[공정-1500][Process-1500]

먼저, 게이트 전극(13)의 형성까지를 실시예 11의 [공정-1100]과 동일하게 행한다. 다음에, 게이트 전극(13)을 예를 들면 전술한 표 2에 나타낸 조건에 따라서 에칭하고 절연층(12)을 예를 들면 전술한 표 19에 나타낸 조건에 따라서 에칭함으로써, 도 36 (A)에 도시한 바와 같이 측벽이 경사진 개구부(154)를 형성한다. 이 때, 캐소드 전극(11)의 표면을 기준으로 한 개구부(154) 측벽의 경사각(θ1)은 약 75°가 된다.First, the formation of the gate electrode 13 is performed in the same manner as in [Step-1100] of the eleventh embodiment. Next, the gate electrode 13 is etched according to the conditions shown in Table 2, for example, and the insulating layer 12 is etched according to the conditions shown in Table 19, for example, to FIG. 36A. As shown, the sidewalls form an inclined opening 154. At this time, the inclination angle θ 1 of the side wall of the opening 154 with respect to the surface of the cathode electrode 11 is about 75 °.

[공정-1510][Process-1510]

다음에, 도 36 (B)에 도시한 바와 같이 개구부(154) 내를 포함하는 전체면에 예를 들면 TiN으로 이루어지는 밀착층(156) 및 텅스텐으로 이루어지는 전자 방출부 형성용의 도전 재료층(157)을 이 순서로 형성한다. 도전 재료층(157)의 표면에는 개구부(154)의 상단면과 저면(여기에서는, 저항체층(115)의 표면) 사이의 단차를 반영한 요부(157A)가 형성된다. 또, 도전 재료층(157) 상의 전체면에 마스크 재료층(도시하지 않음)을 형성하고 상기 마스크 재료층을 예를 들면 에치백함으로써 요부(157A) 내에 마스크 재료층(158)을 남긴다.Next, as shown in FIG. 36 (B), the contact layer 156 made of, for example, TiN and the conductive material layer 157 for forming an electron emission portion made of tungsten are formed on the entire surface including the inside of the opening 154. ) In this order. The concave portion 157A is formed on the surface of the conductive material layer 157 to reflect the step between the top surface and the bottom surface of the opening 154 (here, the surface of the resistor layer 115). A mask material layer (not shown) is formed on the entire surface of the conductive material layer 157 and the mask material layer 158 is left in the recessed portion 157A by, for example, etching back the mask material layer.

[공정-1520][Process-1520]

이후, 도전 재료층(157)과 마스크 재료층(158)과 밀착층(156)의 에칭을 실시예 11과 동일하게 행하여 뿔 형상을 가지는 전자 방출부(157e)를 형성한다(도 36 (C) 참조). 또, 개구부(154) 내에서 절연층(12)에 형성된 개구부의 측벽을 등방성 에칭을 행하여 후퇴시키면, 도 35에 도시한 전계 방출 소자가 얻어진다. 이러한 전계 방출 소자를 사용하여 실시예 1에서 설명한 바와 동일하게 표시 장치를 구성할 수 있다.Thereafter, the conductive material layer 157, the mask material layer 158, and the adhesion layer 156 are etched in the same manner as in Example 11 to form an electron emission portion 157e having a horn shape (FIG. 36C). Reference). When the sidewalls of the openings formed in the insulating layer 12 are retracted by isotropic etching in the openings 154, the field emission device shown in Fig. 35 is obtained. Using the field emission device, the display device can be configured in the same manner as described in the first embodiment.

이상, 본 발명을 발명의 실시예에 따라 설명하였지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것이 아니다. 전계 방출 소자 구조의 세부, 전계 방출 소자의 제조 방법에서의 가공 조건이나 사용한 재료 등의 상세한 사항, 전계 방출 소자를 적용한 표시 장치의 구조의 세부는 예시한 것이며, 적당하게 변경, 선택, 조합이 가능하다. 예를 들면, 실시예 3, 실시예 4, 실시예 7∼실시예 15에서 설명한 전계 방출 소자에 실시예 2나 실시예 6에서 설명한 수속 전극을 설치할 수도 있다. 실시예 1∼실시예 6에서 설명한 전계 방출 소자에서, 캐소드 전극과 저항체층 사이에 밀착층을 설치할 수도 있다. 실시예 2에서는 본 발명의 제1A 양태에 의한 제조 방법을 예시했지만, 제1B 양태에 의한 제조 방법도 동일하게 적용 가능하다. 실시예 6 및 실시예 10에서는, 본 발명의 제2A 양태에 의한 제조 방법을 예시했지만, 제2B 양태 및 제2C 양태에 의한 제조 방법도 동일하게 적용 가능하다. 또 실시예 15에서는, 본 발명의 제3A 양태에 의한 제조 방법을 예시했지만, 제3B 양태 및 제3C 양태에 의한 제조 방법도 동일하게 적용 가능하다.As mentioned above, although this invention was demonstrated according to the Example of this invention, this invention is not limited to these. The details of the structure of the field emission device, the details of processing conditions and materials used in the method of manufacturing the field emission device, and the details of the structure of the display device to which the field emission device is applied are exemplified and can be appropriately changed, selected, and combined. Do. For example, the convergence electrode described in Example 2 or Example 6 may be provided in the field emission element described in Example 3, Example 4, or Example 7-15. In the field emission device described in Examples 1 to 6, an adhesion layer may be provided between the cathode electrode and the resistor layer. In Example 2, although the manufacturing method by the 1A aspect of this invention was illustrated, the manufacturing method by 1stB aspect is also applicable similarly. In Example 6 and Example 10, although the manufacturing method by 2 A aspect of this invention was illustrated, the manufacturing method by 2 B aspect and 2 C aspect is also applicable similarly. Moreover, in Example 15, although the manufacturing method by 3rd aspect of this invention was illustrated, the manufacturing method by 3rd aspect and 3C aspect is also applicable similarly.

이상의 설명으로부터도 명확히 나타난 바와 같이, 본 발명의 전계 방출 소자는 전자 방출부와 캐소드 전극이 저항체층을 통하여 접속된 구성을 가지므로, 전자 방출부의 형상이나 치수의 불균일에 의한 전자 방출 특성의 불균일이 억제되어 표시 화질과 신뢰성이 개선된다.As apparent from the above description, since the field emission device of the present invention has a configuration in which the electron emission section and the cathode electrode are connected through the resistor layer, the non-uniformity of the electron emission characteristics due to the non-uniformity of the shape and dimensions of the electron emission section is This suppresses the display quality and the reliability.

본 발명의 제1 양태에 의한 제조 방법에서는, 마스크 재료층의 형성 부위와 형상 및 마스크 재료층과 저항체층의 에칭 속도비를 교묘하게 선택한 프로세스에 의해, 선단부가 뿔 형상을 가지는 저항체층을 균일하며 또한 재현성이 양호하게 형성할 수 있다. 따라서, 이러한 저항체층 상에 그 뿔 형상을 반영하여 형성되는 전자 방출부의 형상이나 치수를 균일화하는 것도 용이하게 되어 전자 방출 특성이 고도로 균일화된 신뢰성이 높은 전계 방출 소자를 제공하는 것이 가능해진다. 또 본 발명의 전계 방출 소자에서는, 전자 방출부가 저항체층과 그 위에 형성되는 전자 방출부로 구성되므로, 저항체층의 높이를 적절히 선택함으로써 전자 방출부의 선단부와 게이트 전극 사이의 거리를 미세하게 조정하는 것이 가능하게 되어 전계 방출 소자, 나아가서는 이 전계 방출 소자를 사용한 표시 장치의 설계 자유도가 향상된다.In the manufacturing method according to the first aspect of the present invention, the resistive layer having the tip portion having a horn shape is uniformly formed by a process of carefully selecting the formation site and shape of the mask material layer and the etching rate ratio of the mask material layer and the resistor layer. Moreover, reproducibility can be formed favorably. Therefore, it is also easy to uniformize the shape and dimensions of the electron emission portion formed on the resistor layer by reflecting its horn shape, thereby providing a highly reliable field emission device with highly uniform electron emission characteristics. Further, in the field emission device of the present invention, since the electron emission portion is composed of the resistor layer and the electron emission portion formed thereon, the distance between the tip of the electron emission portion and the gate electrode can be finely adjusted by appropriately selecting the height of the resistor layer. This improves the degree of freedom in designing the field emission device, and furthermore, the display device using the field emission device.

본 발명의 제2 양태 및 제3 양태에 의한 제조 방법에서는, 저항체층의 선단부를 뿔 형상으로 이루는 대신 동일한 원리에 의해서 전자 방출부의 선단부의 뿔 형상을 균일하며 또한 용이하게 달성할 수 있다. 전자 방출부의 형상 및 치수가 균일화됨으로써 전자 방출 특성이 고도로 균일화된 신뢰성이 높은 전계 방출 소자를 제공하는 것이 가능해진다.In the manufacturing method according to the second and third aspects of the present invention, instead of forming the tip portion of the resistor layer into a horn shape, the horn shape of the tip portion of the electron emitting portion can be uniformly and easily achieved by the same principle. The uniformity in the shape and dimensions of the electron emission portion makes it possible to provide a highly reliable field emission element with highly uniform electron emission characteristics.

본 발명의 제1 양태 내지 제3 양태에 의한 제조 방법에서는, 저항체층이나 전자 방출부의 선단부를 구성하는 뿔 형상을 일련의 자기 정합적인 프로세스에 의해 형성할 수 있다. 따라서 프로세스의 번잡함이 경감되는 것은 물론, 큰 면적의 캐소드 패널의 제조를 상정한 경우에도 캐소드 패널의 전체면에 걸쳐 균일한 치수 및 형상을 가지는 전자 방출부를 형성할 수 있어 표시 장치의 대화면화에 용이하게 대응하는 것이 가능해진다. 자기 정합적인 프로세스를 적용할 수 있으므로 포토리소그래피 공정수가 삭감되고, 또 제조 설비 투자의 삭감, 프로세스 시간의 단축화, 전계 방출 소자나 표시 장치의 제조 비용의 저감을 도모할 수 있다.In the manufacturing method according to the first to third aspects of the present invention, the horn shape constituting the distal end portion of the resistor layer or the electron emitting portion can be formed by a series of self-aligned processes. Therefore, the complexity of the process is reduced, and even when manufacturing a large area cathode panel, an electron emission portion having a uniform dimension and shape can be formed over the entire surface of the cathode panel, which facilitates large screen display. It becomes possible to respond. Since the self-aligned process can be applied, the number of photolithography steps can be reduced, the manufacturing equipment investment can be reduced, the process time can be shortened, and the manufacturing cost of the field emission device and the display device can be reduced.

Claims (44)

(A) 지지체 상에 형성된 캐소드 전극,(A) a cathode electrode formed on the support, (B) 캐소드 전극 및 지지체 상에 형성된 절연층,(B) an insulating layer formed on the cathode electrode and the support, (C) 절연층 상에 형성된 게이트 전극,(C) a gate electrode formed on the insulating layer, (D) 게이트 전극과 절연층을 관통한 개구부,(D) an opening penetrating through the gate electrode and the insulating layer, (E) 개구부의 저부에 위치하는 캐소드 전극 상에 형성되며 또한 선단부가 뿔 형상을 가지는 저항체층, 및(E) a resistor layer formed on the cathode electrode located at the bottom of the opening portion and having a tip-shaped tip portion; (F) 저항체층을 구성하는 재료보다 일함수(work function)가 작은 도전 재료로 이루어지며 저항체층의 선단부 상에 상기 선단부의 뿔 형상을 반영하여 형성된 전자 방출부(F) An electron emission portion formed of a conductive material having a work function smaller than that of the material constituting the resistor layer and reflecting the shape of the tip of the tip portion on the tip of the resistor layer. 를 구비하는 것을 특징으로 하는 냉음극 전계 방출 소자.Cold cathode field emission device comprising: a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 저항체층의 전기 저항률이 1.0kΩ·cm 내지 10MΩ·cm의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 냉음극 전계 방출 소자.An electric resistivity of the resistor layer is in the range of 1.0 kPa · cm to 10 MPa · cm. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 게이트 전극 및 절연층 상에 추가로 제2 절연층이 형성되고 제2 절연층 상에 수속 전극(focus electrode)이 형성되는 것을 특징으로 하는 냉음극 전계 방출 소자.And a second insulating layer is further formed on the gate electrode and the insulating layer, and a focus electrode is formed on the second insulating layer. (a) 지지체 상에 캐소드 전극을 형성하는 공정과,(a) forming a cathode electrode on the support; (b) 캐소드 전극 및 지지체 상에 절연층을 형성하는 공정과,(b) forming an insulating layer on the cathode electrode and the support; (c) 절연층 상에 게이트 전극을 형성하는 공정과,(c) forming a gate electrode on the insulating layer, (d) 저부에 캐소드 전극이 노출된 개구부를 적어도 절연층에 형성하는 공정과,(d) forming at least an opening in the insulating layer, the opening having the cathode electrode exposed at the bottom thereof; (e) 개구부 내면을 포함하는 전체면 상에 저항체층을 형성하는 공정과,(e) forming a resistor layer on the entire surface including the inner surface of the opening; (f) 개구부의 중앙부에 위치하는 저항체층의 영역을 차폐하도록 마스크 재료층을 저항체층 상에 형성하는 공정과,(f) forming a mask material layer on the resistor layer so as to shield an area of the resistor layer located at the central portion of the opening; (g) 저항체층의 지지체에 대하여 수직인 방향에서의 에칭 속도가 마스크 재료층의 지지체에 대하여 수직인 방향에서의 에칭 속도보다 빠른 이방성(異方性) 에칭 조건 하에서 저항체층과 마스크 재료층을 에칭함으로써 선단부가 뿔 형상을 가지는 저항체층을 개구부 내에 형성하는 공정과,(g) Etch the resistor layer and the mask material layer under anisotropic etching conditions in which the etching rate in the direction perpendicular to the support of the resistor layer is higher than the etching rate in the direction perpendicular to the support of the mask material layer. Thereby forming a resistor layer having a horn shape in the opening portion, (h) 저항체층의 선단부 상에 상기 저항체층을 구성하는 재료보다 일함수가 작은 도전 재료로 이루어지며 또한 상기 선단부의 뿔 형상을 반영한 전자 방출부를 형성하는 공정(h) forming an electron emission section on the tip of the resistor layer, which is made of a conductive material having a lower work function than the material constituting the resistor layer and reflecting the horn shape of the tip; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉음극 전계 방출 소자의 제조 방법.Method for producing a cold cathode field emission device comprising a. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 공정 (e)에서는, 전기 저항률이 1.0kΩ·cm 내지 10MΩ·cm의 범위에 있는 재료를 사용하여 저항체층을 형성하는 것을 특징으로 하는 냉음극 전계 방출 소자의 제조 방법.In the step (e), the resistive layer is formed using a material having an electrical resistivity in the range of 1.0 kPa · cm to 10 MPa · cm, wherein the cold cathode field emission device is manufactured. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 공정 (e)에서는, 개구부의 상단면과 저면 사이의 단차를 반영한 요부(凹部)를 저항체층의 표면에 생성시키고,In the step (e), recesses reflecting the step between the top and bottom surfaces of the opening are formed on the surface of the resistor layer, 공정 (f)에서는, 저항체층의 전체면 상에 마스크 재료층을 형성하고 마스크 재료층을 저항체층의 평탄면이 노출될 때까지 제거함으로써 요부에 마스크 재료층을 남기는 것을 특징으로 하는 냉음극 전계 방출 소자의 제조 방법.In the step (f), the cold cathode field emission is formed by forming a mask material layer on the entire surface of the resistor layer and removing the mask material layer until the flat surface of the resistor layer is exposed to leave the mask material layer in the recess. Method of manufacturing the device. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 공정 (e)에서는, 개구부의 상단면과 저면 사이의 단차를 반영하여 원주부(columnar portion)와 상기 원주부의 상단과 연통하는 확대부로 이루어지는 대략 깔때기 형상의 요부를 저항체층의 표면에 생성시키고,In the step (e), a roughly funnel-shaped recess consisting of a columnar portion and an enlarged portion communicating with the upper end of the columnar portion is formed on the surface of the resistor layer, reflecting the step between the top and bottom surfaces of the opening, 공정 (f)에서는, 원주부 내에 마스크 재료층을 형성하는 것을 특징으로 하는 냉음극 전계 방출 소자의 제조 방법.In the step (f), a mask material layer is formed in the circumferential portion, wherein the cold cathode field emission device is produced. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 공정 (f)에서는, 저항체층의 전체면 상에 마스크 재료층을 형성한 후 마스크 재료층과 저항체층을 지지체의 표면에 대하여 평행한 면 내에서 제거함으로써 원주부 내에만 마스크 재료층을 남기는 것을 특징으로 하는 냉음극 전계 방출 소자의 제조 방법.In the step (f), the mask material layer is formed on the entire surface of the resistor layer, and then the mask material layer and the resistor layer are removed in the plane parallel to the surface of the support to leave the mask material layer only in the circumference. The manufacturing method of a cold cathode field emission element. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 공정 (f)에서는, 저항체층의 전체면 상에 마스크 재료층을 형성한 후 저항체층 상 및 확대부 내의 마스크 재료층을 제거함으로써 원주부 내에만 마스크 재료층을 남기는 것을 특징으로 하는 냉음극 전계 방출 소자의 제조 방법.In the step (f), after forming the mask material layer on the entire surface of the resistor layer, the mask material layer is left on the circumferential portion only by removing the mask material layer on the resistor layer and in the enlarged portion. Method of manufacturing the device. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 마스크 재료층의 지지체에 대하여 수직인 방향에서의 에칭 속도를 R2, 저항체층의 지지체에 대하여 수직인 방향에서의 에칭 속도를 R1로 했을 때, 10R2≤R1의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 냉음극 전계 방출 소자의 제조 방법.When the etching speed in the direction perpendicular to the support of the mask material layer R 2, with respect to the support of the resistive material layer have an etch rate in the direction perpendicular to R 1, characterized in that it satisfies the relation of 1 10R 2 ≤R The manufacturing method of a cold cathode field emission element. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 마스크 재료층이 동, 금, 백금 중 적어도 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉음극 전계 방출 소자의 제조 방법.A method of manufacturing a cold cathode field emission device, characterized in that the mask material layer consists of at least one of copper, gold, and platinum. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 공정 (e)에서는, 저항체층을 CVD법에 의해 형성하는 것을 특징으로 하는 냉음극 전계 방출 소자의 제조 방법.In the step (e), the resistive layer is formed by CVD. (a) 지지체 상에 캐소드 전극을 형성하는 공정과,(a) forming a cathode electrode on the support; (b) 캐소드 전극 및 지지체 상에 절연층을 형성하는 공정과,(b) forming an insulating layer on the cathode electrode and the support; (c) 절연층 상에 게이트 전극을 형성하는 공정과,(c) forming a gate electrode on the insulating layer, (d) 저부에 캐소드 전극이 노출된 개구부를 적어도 절연층에 형성하는 공정과,(d) forming at least an opening in the insulating layer, the opening having the cathode electrode exposed at the bottom thereof; (e) 개구부의 저부를 저항체층으로 매립하는 공정과,(e) embedding the bottom of the opening portion into the resistor layer; (f) 개구부의 잔여부를 포함하는 전체면 상에 전자 방출부 형성용의 도전 재료층을 형성하는 공정과,(f) forming a conductive material layer for forming an electron emission portion on the entire surface including the remaining portion of the opening; (g) 개구부의 중앙부에 위치하는 도전 재료층의 영역을 차폐하도록 마스크 재료층을 도전 재료층 상에 형성하는 공정과,(g) forming a mask material layer on the conductive material layer so as to shield an area of the conductive material layer located at the central portion of the opening; (h) 도전 재료층의 지지체에 대하여 수직인 방향에서의 에칭 속도가 마스크 재료층의 지지체에 대하여 수직인 방향에서의 에칭 속도보다 빠른 이방성 에칭 조건 하에서 도전 재료층과 마스크재료층을 에칭함으로써, 도전 재료층으로 이루어지며 또한 선단부가 뿔 형상을 가지는 전자 방출부를 형성하는 공정(h) conducting by etching the conductive material layer and the mask material layer under anisotropic etching conditions in which the etching rate in the direction perpendicular to the support of the conductive material layer is higher than the etching rate in the direction perpendicular to the support of the mask material layer. A process of forming an electron emitting portion made of a material layer and having a tip-shaped tip portion 을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉음극 전계 방출 소자의 제조 방법.Method for producing a cold cathode field emission device comprising a. 제13항에 있어서,The method of claim 13, 공정 (e)에서는, 전기 저항률이 1.0kΩ·cm 내지 10MΩ·cm의 범위에 있는 재료를 사용하여 저항체층을 구성하는 것을 특징으로 하는 냉음극 전계 방출 소자의 제조 방법.In the step (e), the resistive layer is formed using a material having an electrical resistivity in the range of 1.0 kPa · cm to 10 MPa · cm, wherein the cold cathode field emission device is manufactured. 제14항에 있어서,The method of claim 14, 공정 (e)에서는, 개구부 내면을 포함하는 전체면 상에 저항체층을 형성한 후 저항체층을 에칭하여 개구부의 저부를 저항체층으로 매립하는 것을 특징으로 하는 냉음극 전계 방출 소자의 제조 방법.In the step (e), the resistive layer is formed on the entire surface including the inner surface of the opening, and the resistive layer is etched to fill the bottom of the opening with the resistive layer. 제15항에 있어서,The method of claim 15, 공정 (e)에서는, 개구부 내면을 포함하는 전체면 상에 저항체층을 형성하고, 추가로 저항체층의 전체면 상에 평탄화층을 표면이 대략 평탄하게 되도록 형성하며, 평탄화층과 저항체층의 지지체에 대하여 수직인 방향에서의 에칭 속도가 대략 동등하게 되는 조건하에서 상기 평탄화층과 저항체층을 에칭함으로써, 개구부의 저부를 상면이 평탄한 저항체층으로 매립하는 것을 특징으로 하는 냉음극 전계 방출 소자의 제조 방법.In the step (e), a resistor layer is formed on the entire surface including the inner surface of the opening, and a planarization layer is further formed on the entire surface of the resistor layer so that the surface is approximately flat, and the support of the planarization layer and the resistor layer is provided. A method of manufacturing a cold cathode field emission device, characterized in that the bottom of the opening is buried in a resistor layer having a flat upper surface by etching the planarization layer and the resistor layer under conditions in which the etching rates in the direction perpendicular to each other are substantially equal. 제14항에 있어서,The method of claim 14, 공정 (d)에서는, 캐소드 전극의 표면을 기준으로 한 측벽(side wall)의 경사각(θ1)을 가지는 개구부를 절연층 내에 형성하고,In the step (d), an opening having an inclination angle θ 1 of a side wall with respect to the surface of the cathode electrode is formed in the insulating layer, 공정 (h)에서는, 캐소드 전극의 표면을 기준으로 한 경사면(slope)의 경사각(θ2)이 θ12<90°의 관계를 만족시키는 뿔 형상의 전자 방출부를 형성하는 것을 특징으로 하는 냉음극 전계 방출 소자의 제조 방법.In the step (h), the inclination angle θ 2 of the slope relative to the surface of the cathode electrode forms a horn-shaped electron emission portion satisfying the relationship of θ 12 <90 °. Method for producing a cold cathode field emission device. 제14항에 있어서,The method of claim 14, 공정 (f)에서는, 개구부의 상단면과 저면 사이의 단차를 반영한 요부를 전자 방출부 형성용의 도전 재료층의 표면 내에 생성시키고,In the step (f), a recess is formed in the surface of the conductive material layer for forming the electron emission portion, which reflects the step between the top surface and the bottom surface of the opening, 공정 (g)에서는 도전 재료층의 전체면 상에 마스크 재료층을 형성한 후 마스크 재료층을 도전 재료층의 평탄면이 노출될 때까지 제거함으로써 마스크 재료층을 요부 내에 남기는 것을 특징으로 하는 냉음극 전계 방출 소자의 제조 방법.In the step (g), after forming the mask material layer on the entire surface of the conductive material layer, the mask material layer is removed until the flat surface of the conductive material layer is exposed, thereby leaving the mask material layer in the recess. Method for producing a field emission device. 제14항에 있어서,The method of claim 14, 공정 (f)에서는, 개구부의 상단면과 저면 사이의 단차를 반영하여 원주부와 상기 원주부의 상단과 연통하는 확대부로 이루어지는 대략 깔때기 형상의 요부를 전자 방출부 형성용의 도전 재료층의 표면 내에 생성시키고,In step (f), a substantially funnel-shaped recess consisting of a circumferential portion and an enlarged portion communicating with the upper end of the circumferential portion reflecting the step between the top surface and the bottom surface of the opening portion is formed in the surface of the conductive material layer for forming the electron emission portion. Create it, 공정 (g)에서는, 원주부 내에 마스크 재료층을 남기는 것을 특징으로 하는 냉음극 전계 방출 소자의 제조 방법.In the step (g), a mask material layer is left in the circumferential portion, wherein the cold cathode field emission device is produced. 제19항에 있어서,The method of claim 19, 공정 (f)에서는 도전 재료층의 전체면에 마스크 재료층을 형성한 후 마스크 재료층과 도전 재료층을 지지체의 표면에 대하여 평행한 면 내에서 제거함으로써 원주부 내에만 마스크 재료층을 남기는 것을 특징으로 하는 냉음극 전계 방출 소자의 제조 방법.In the step (f), the mask material layer is formed on the entire surface of the conductive material layer, and then the mask material layer and the conductive material layer are removed in a plane parallel to the surface of the support to leave the mask material layer only in the circumference. The manufacturing method of a cold cathode field emission element. 제19항에 있어서,The method of claim 19, 공정 (f)에서는, 도전 재료층의 전체면 상에 마스크 재료층을 형성한 후 저항체층 상 및 확대부 내의 마스크 재료층을 제거함으로써 원주부 내에만 마스크 재료층을 남기는 것을 특징으로 하는 냉음극 전계 방출 소자의 제조 방법.In the step (f), the mask material layer is formed on the entire surface of the conductive material layer, and then the mask material layer is left on the circumferential portion only by removing the mask material layer on the resistor layer and in the enlarged portion. Method of manufacturing the emitting device. 제19항에 있어서,The method of claim 19, 마스크 재료층의 지지체에 대하여 수직인 방향에서의 에칭 속도를 R2, 도전 재료층의 지지체에 대하여 수직인 방향에서의 에칭 속도를 R3로 했을 때, 10R2≤R3의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 냉음극 전계 방출 소자의 제조 방법.When the etching speed in the direction perpendicular to the support of the mask material layer R 2, with respect to a support of the conductive material layer have an etch rate in the direction perpendicular to the R 3, by satisfying the relationship 10R 2 ≤R 3 The manufacturing method of the cold cathode field emission element characterized by the above-mentioned. 제22항에 있어서,The method of claim 22, 마스크 재료층이 동, 금, 백금 중 적어도 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉음극 전계 방출 소자의 제조 방법.A method of manufacturing a cold cathode field emission device, characterized in that the mask material layer consists of at least one of copper, gold, and platinum. 제14항에 있어서,The method of claim 14, 공정 (f)에서, 전자 방출부 형성용의 도전 재료층을 형성하기 전에 개구부의 잔여부를 포함하는 전체면 상에 밀착층을 형성하는 것을 특징으로 하는 냉음극 전계 방출 소자의 제조 방법.In the step (f), before the formation of the conductive material layer for forming the electron emission portions, the adhesion layer is formed on the entire surface including the remaining portions of the openings. 제24항에 있어서,The method of claim 24, 공정 (h)에서는, 도전 재료층의 지지체에 대하여 수직인 방향에서의 에칭 속도와 밀착층의 지지체에 대하여 수직인 방향에서의 에칭 속도가 마스크 재료층의 지지체에 대하여 수직인 방향에서의 에칭 속도보다 빠른 이방성 에칭 조건 하에서 도전 재료층과 마스크 재료층과 밀착층을 에칭하는 것을 특징으로 하는 냉음극 전계 방출 소자의 제조 방법.In the step (h), the etching rate in the direction perpendicular to the support of the conductive material layer and the etching rate in the direction perpendicular to the support of the adhesive layer are lower than the etching rate in the direction perpendicular to the support of the mask material layer. A method for producing a cold cathode field emission device, characterized by etching the conductive material layer, the mask material layer and the adhesion layer under fast anisotropic etching conditions. 제25항에 있어서,The method of claim 25, 공정 (h)에서, 전자 방출부 형성용의 도전 재료층의 지지체에 대하여 수직인 방향에서의 에칭 속도를 R3,밀착층의 지지체에 대하여 수직인 방향에서의 에칭 속도를 R4로 했을 때, R4≤R3≤5R4의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 냉음극 전계 방출 소자의 제조 방법.In step (h), when the etching rate in the direction perpendicular to the support of the conductive material layer for forming the electron emission portion is R 3 and the etching rate in the direction perpendicular to the support of the adhesion layer is R 4 , A method for manufacturing a cold cathode field emission device, characterized by satisfying a relationship of R 4 ≤ R 3 ≤ 5R 4 . 제26항에 있어서,The method of claim 26, 도전 재료층과 밀착층이 동일한 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉음극 전계 방출 소자의 제조 방법.A method for manufacturing a cold cathode field emission device, wherein the conductive material layer and the adhesion layer are made of the same material. 제14항에 있어서,The method of claim 14, 전자 방출부 형성용의 도전 재료층을 CVD법에 의해 형성하는 것을 특징으로 하는 냉음극 전계 방출 소자의 제조 방법.A method for manufacturing a cold cathode field emission device, wherein a conductive material layer for forming an electron emission section is formed by CVD. (a) 표면에 저항체층을 가지는 캐소드 전극을 지지체 상에 형성하는 공정과,(a) forming a cathode electrode having a resistor layer on its surface on a support; (b) 캐소드 전극 및 지지체 상에 절연층을 형성하는 공정과,(b) forming an insulating layer on the cathode electrode and the support; (c) 절연층 상에 게이트 전극을 형성하는 공정과,(c) forming a gate electrode on the insulating layer, (d) 저부에 저항체층이 노출된 개구부를 적어도 절연층에 형성하는 공정과,(d) forming at least an opening in the insulating layer an opening in which the resistor layer is exposed at the bottom; (e) 개구부 내면을 포함하는 전체면 상에 전자 방출부 형성용의 도전 재료층을 형성하는 공정과,(e) forming a conductive material layer for forming an electron emission portion on the entire surface including the inner surface of the opening; (f) 개구부의 중앙부에 위치하는 도전 재료층의 영역을 차폐하도록 마스크 재료층을 도전 재료층 상에 형성하는 공정과,(f) forming a mask material layer on the conductive material layer so as to shield an area of the conductive material layer located at the central portion of the opening; (g) 도전 재료층의 지지체에 대하여 수직인 방향에서의 에칭 속도가 마스크 재료층의 지지체에 대하여 수직인 방향에서의 에칭 속도보다 빠른 이방성 에칭 조건 하에서 도전 재료층과 마스크 재료층을 에칭함으로써, 도전 재료층으로 이루어지며 선단부가 뿔 형상을 가지는 전자 방출부를 저항체층 상에 형성하는 공정(g) conductive by etching the conductive material layer and the mask material layer under anisotropic etching conditions in which the etching rate in the direction perpendicular to the support of the conductive material layer is faster than the etching rate in the direction perpendicular to the support of the mask material layer. A process of forming an electron emitting portion made of a material layer and having an end portion having an horn shape on a resistor layer 을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉음극 전계 방출 소자의 제조 방법.Method for producing a cold cathode field emission device comprising a. 제29항에 있어서,The method of claim 29, 공정 (a)에서는, 전기 저항률이 1.0kΩ·cm 내지 10MΩ·cm의 범위에 있는 재료를 사용하여 저항체층을 구성하는 것을 특징으로 하는 냉음극 전계 방출 소자의 제조 방법.In the step (a), the resistive layer is formed using a material having an electrical resistivity in the range of 1.0 kPa · cm to 10 MPa · cm, wherein the cold cathode field emission device is manufactured. 제30항에 있어서,The method of claim 30, 공정 (d)에서는, 캐소드 전극의 표면을 기준으로 한 측벽의 경사각(θ1)을 가지는 개구부를 절연층 내에 형성하고,In the step (d), an opening having an inclination angle θ 1 of the side wall with respect to the surface of the cathode electrode is formed in the insulating layer, 공정 (h)에서는, 캐소드 전극의 표면을 기준으로 한 경사면의 경사각(θ2)이 θ12<90°의 관계를 만족시키는 뿔 형상의 전자 방출부를 형성하는 것을 특징으로 하는 냉음극 전계 방출 소자의 제조 방법.In the step (h), the inclination angle θ 2 of the inclined surface with respect to the surface of the cathode electrode forms a horn-shaped electron emission portion satisfying the relationship of θ 12 <90 °. Method of manufacturing the emitting device. 제30항에 있어서,The method of claim 30, 공정 (e)에서는, 개구부의 상단면과 저면 사이의 단차를 반영한 요부를 전자 방출부 형성용의 도전 재료층의 표면에 생성시키고,In the step (e), a recess is formed on the surface of the conductive material layer for forming the electron emission portion, which reflects the step between the top surface and the bottom surface of the opening, 공정 (f)에서는, 도전 재료층의 전체면 상에 마스크 재료층을 형성한 후 마스크 재료층을 도전 재료층의 평탄면이 노출될 때까지 제거함으로써 마스크 재료층을 요부 내에 남기는 것을 특징으로 하는 냉음극 전계 방출 소자의 제조 방법.In the step (f), the mask material layer is formed on the entire surface of the conductive material layer and then the mask material layer is removed until the flat surface of the conductive material layer is exposed to leave the mask material layer in the recess. Method for manufacturing a cathode field emission device. 제30항에 있어서,The method of claim 30, 공정 (e)에서는, 개구부의 상단면과 저면 사이의 단차를 반영하여 원주부와 상기 원주부의 상단과 연통하는 확대부로 이루어지는 대략 깔때기 형상의 요부를 전자 방출부 형성용의 도전 재료층의 표면에 생성시키고,In step (e), a substantially funnel-shaped recess consisting of a circumferential portion and an enlarged portion communicating with the upper end of the circumferential portion, reflecting the step between the top surface and the bottom surface of the opening portion, is formed on the surface of the conductive material layer for forming the electron emission portion. Create it, 공정 (f)에서는, 원주부 내에 마스크 재료층을 남기는 것을 특징으로 하는 냉음극 전계 방출 소자의 제조 방법.In the step (f), a mask material layer is left in the circumferential portion, wherein the cold cathode field emission device is produced. 제33항에 있어서,The method of claim 33, wherein 공정 (e)에서는, 도전 재료층의 전체면 상에 마스크 재료층을 형성한 후 마스크 재료층과 도전 재료층을 지지체의 표면에 대하여 평행한 면 내에서 제거함으로써 원주부 내에만 마스크 재료층을 남기는 것을 특징으로 하는 냉음극 전계 방출 소자의 제조 방법.In the step (e), the mask material layer is formed on the entire surface of the conductive material layer, and then the mask material layer and the conductive material layer are removed in the plane parallel to the surface of the support to leave the mask material layer only in the circumference. The manufacturing method of the cold cathode field emission element characterized by the above-mentioned. 제33항에 있어서,The method of claim 33, wherein 공정 (e)에서는, 도전 재료층의 전체면 상에 마스크 재료층을 형성한 후 저항체층 상 및 확대부 내의 마스크 재료층을 제거함으로써 원주부 내에만 마스크 재료층을 남기는 것을 특징으로 하는 냉음극 전계 방출 소자의 제조 방법.In the step (e), the mask material layer is formed on the entire surface of the conductive material layer, and then the mask material layer is left on the circumferential portion only by removing the mask material layer on the resistor layer and in the enlarged portion. Method of manufacturing the emitting device. 제33항에 있어서,The method of claim 33, wherein 마스크 재료층의 지지체에 대하여 수직인 방향에서의 에칭 속도를 R2, 도전 재료층의 지지체에 대하여 수직인 방향에서의 에칭 속도를 R3로 했을 때, 10R2≤R3의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 냉음극 전계 방출 소자의 제조 방법.When the etching speed in the direction perpendicular to the support of the mask material layer R 2, with respect to a support of the conductive material layer have an etch rate in the direction perpendicular to the R 3, by satisfying the relationship 10R 2 ≤R 3 The manufacturing method of the cold cathode field emission element characterized by the above-mentioned. 제36항에 있어서,The method of claim 36, 마스크 재료층이 동, 금, 백금 중 적어도 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉음극 전계 방출 소자의 제조 방법.A method of manufacturing a cold cathode field emission device, characterized in that the mask material layer consists of at least one of copper, gold, and platinum. 제30항에 있어서,The method of claim 30, 전자 방출부 형성용의 도전 재료층을 CVD법에 의해 형성하는 것을 특징으로 하는 냉음극 전계 방출 소자의 제조 방법.A method for manufacturing a cold cathode field emission device, wherein a conductive material layer for forming an electron emission section is formed by CVD. 제30항에 있어서,The method of claim 30, 공정 (e)에서, 전자 방출부 형성용의 도전 재료층을 형성하기 전에 개구부의 잔여부를 포함하는 전체면 상에 밀착층을 형성하는 것을 특징으로 하는 냉음극 전계 방출 소자의 제조 방법.In the step (e), before the formation of the conductive material layer for forming the electron emission portions, the adhesion layer is formed on the entire surface including the remaining portions of the openings. 제39항에 있어서,The method of claim 39, 공정 (g)에서는, 도전 재료층의 지지체에 대하여 수직인 방향에서의 에칭 속도와 밀착층의 지지체에 대하여 수직인 방향에서의 에칭 속도가 마스크 재료층의 지지체에 대하여 수직인 방향에서의 에칭 속도보다 빠른 이방성 에칭 조건 하에서 도전 재료층과 마스크 재료층과 밀착층을 에칭하는 것을 특징으로 하는 냉음극 전계 방출 소자의 제조 방법.In the step (g), the etching rate in the direction perpendicular to the support of the conductive material layer and the etching rate in the direction perpendicular to the support of the adhesive layer are less than the etching rate in the direction perpendicular to the support of the mask material layer. A method for producing a cold cathode field emission device, characterized by etching the conductive material layer, the mask material layer and the adhesion layer under fast anisotropic etching conditions. 제40항에 있어서,The method of claim 40, 공정 (g)에서, 전자 방출부 형성용의 도전 재료층의 지지체에 대하여 수직인 방향에서의 에칭 속도를 R3, 밀착층의 지지체에 대하여 수직인 방향에서의 에칭 속도를 R4로 했을 때, R4≤R3≤5R4의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 냉음극 전계 방출 소자의 제조 방법.In step (g), when the etching rate in the direction perpendicular to the support of the conductive material layer for forming the electron emission portion is R 3 , the etching rate in the direction perpendicular to the support of the adhesion layer is set to R 4 . A method for manufacturing a cold cathode field emission device, characterized by satisfying a relationship of R 4 ≤ R 3 ≤ 5R 4 . 제41항에 있어서,The method of claim 41, wherein 도전 재료층과 밀착층이 동일한 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉음극 전계 방출 소자의 제조 방법.A method for manufacturing a cold cathode field emission device, wherein the conductive material layer and the adhesion layer are made of the same material. 복수의 화소로 구성되고,Composed of a plurality of pixels, 각 화소는 복수의 냉음극 전계 방출 소자와 복수의 냉음극 전계 방출 소자에 대향하여 기판 상에 형성된 애노드 전극 및 형광체층으로 구성되며,Each pixel is composed of an anode electrode and a phosphor layer formed on a substrate facing a plurality of cold cathode field emission elements and a plurality of cold cathode field emission elements, 각 냉음극 전계 방출 소자는Each cold cathode field emission element (A) 지지체 상에 형성된 캐소드 전극,(A) a cathode electrode formed on the support, (B) 캐소드 전극 및 지지체 상에 형성된 절연층,(B) an insulating layer formed on the cathode electrode and the support, (C) 절연층 상에 형성된 게이트 전극,(C) a gate electrode formed on the insulating layer, (D) 게이트 전극과 절연층을 관통한 개구부,(D) an opening penetrating through the gate electrode and the insulating layer, (E) 개구부의 저부에 위치하는 캐소드 전극 상에 형성되며 또한 선단부가 뿔 형상을 가지는 저항체층, 및(E) a resistor layer formed on the cathode electrode located at the bottom of the opening portion and having a tip-shaped tip portion; (F) 저항체층을 구성하는 재료보다 일함수가 작은 도전 재료로 이루어지며 저항체층의 선단부 상에 상기 선단부의 뿔 형상을 반영하여 형성된 전자 방출부(F) An electron emission portion formed of a conductive material having a work function smaller than that of the material constituting the resistor layer and reflecting the shape of the tip of the tip portion on the tip of the resistor layer. 를 구비하는 것을 특징으로 하는 냉음극 전계 방출 표시 장치.And a cold cathode field emission display device. 제43항에 있어서,The method of claim 43, 저항체층의 전기 저항률이 1.0kΩ·cm 내지 10MΩ·cm의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 냉음극 전계 방출 표시 장치.An electric resistivity of the resistive layer is in the range of 1.0 kPa · cm to 10 MPa · cm.
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