KR970011489B1 - 미세 진공 소자의 음극 제조방법 - Google Patents

Abstract

요약없슴

Description

미세 진공 소자의 음극 제조방법

제1도는 종래의 기술에 의해 제조된 미세 진공소자의 음극의 일예를 나타낸 단면도.

제2도는 종래의 기술에 의해 제조된 미세 진공소자의 음극의 다른 예를 나타낸 단면도.

제3도의 (가) 내지 (다)는 본 발명의 실시예에 따른 미세진공소자의 음극의 제조공정 단면도.

제4도는 제3도 (다)의 다결정 규소를 다수 개의 분리영역에 의해 줄무늬 형상으로 분리한 것을 나타내는 단면도.

제5도 내지 제7도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 미세진공소자의 음극의 제조공정 단면도.

제8도 내지 제10도는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 미세진공소자의 음극의 제조공정 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 기판2 : 다결정 규소

3 : 분리영역4 : 절연막

5 : 도전체막

본 발명은 미세 진공소자의 제조방법에 관한 것으로서, 특히, 전자방출을 위한 음극의 제조방법에 관한 것이다.

미세 진공소자에서 단위면적당 흐르는 전류의 량(즉, 전류 밀도)을 증가시키기 위해서는 전자가 방출되는 음극의 밀도가 높아야 한다.

포토 마스크를 사용하여 미세 진공소자의 음극을 제조하는 종래의 방법(제1도 참조)은 사진 해상도의 한계에 의해 음극이 1~10㎛²정도가 형성되므로 음극의 밀도를 높이는데는 한계가 있었다.

그러므로, 음극의 밀도를 높이기 위해 상부 표면에 자연산 화막이 형성된 규소 기판을 불산용액에 넣고 상기 자연산화막을 식각마스크로 사용하여 전기화학반응에 의해 규소 기판 표면을 식각하여 다공(多孔)을 형성하여 이를 전자방출음극으로 사용하는 방법이 있다(제2도 참조).

이와 같이 기판의 표면에 형성된 다공을 이용하는 방법은 상기한 포토 마스크에 의한 방법에 비해 단위면적당 전자방출이 가능한 부분의 밀도가 대폭 증대된다.

그러나, 상술한 방법은 식각마스크로 이용되는 자연산화막이 균일하지 않으므로 전자방출 부분으로 이용될 다공이 규소 기판의 표면에 균일한 크기로 균일하게 분포되게 형성되지 않는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 간단한 공정에 의해 전자를 방출할 수 있는 부분의 밀도가 높을 뿐만 아니라 균일하게 분포시킬 수 있는 미세 진공 소자의 음극 제조방법을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 미세진공소자의 음극 제조방법은 기판 위에 단결정 규소 미세 결정과 상기 미세 결정 사이의 비정질규소로 이루어지며 표면은 미세 결정이 비정질규소에 의해 매립되거나, 또는, 일부가 노출된 불순물이 도핑된 다결정 규소를 저압화학적기상 증착 방법으로 증착하는 공정과, 상기 다결정 규소의 표면을 미세 결정 사이의 비정질실리콘이 미세 결정을 이루는 단결정 실리콘보다 빠르게 식각되도록 별도의 마스크 없이 식각하여 미세 결정을 이루는 단결정 규소를 돌출시키는 공정과 상기 다결정 규소의 상부에 상기 다결정 규소를 길게 노출시키는 감광막 마스크를 형성하고 상기 다결 정규소의 노출된 부분을 상기 기판이 노출되도록 제거하여 다수 개의 서로 평행한 분리영역을 형성하는 공정을 포함한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

제3도의 (가) 내지 (다)는 본 발명의 실시예에 따른 미세 진공소자의 음극 제조공정 단면도이다.

먼저, 제3도의 (가)에 도시된 바와 같은 유리 또는 알루미나(Al₂O₃) 등의 절연체로 이루어진 기판(1) 위에 제3도 (나)와 같이 P형 또는 N형의 불순물이 도핑된 다결정 규소(2)를 저압화학적기상 증착(LPCVD)방법에 의해 증착시킨다. 상기에서 다결정 규소(2)는 500~2000Å 정도의 크기를 갖는 단결정 규소의 미세결정(grain)과 상기 단결정 규소의 미세결정 사이의 비정질규소로 이루어진다. 이 때, 상기 다결정 규소(2)의 표면은 미세 결정이 비정질규소에 의해 매립되거나, 또는, 일부가 노출된 상태를 이룬다.

이를 해결하기 위하여 제3도의 (다)에 나타낸 바와 같이 다결정 규소(2)의 표면을 별도의 마스크 없이 건식 또는 습식 방법에 의해 식각한다. 이때, 미세 결정 사이의 비정질 실리콘이 미세결정을 이루는 단결정 실리콘보다 빠르게 식각되므로 상기 미세 결정을 이루는 단결정 규소가 돌출된다. 상기 돌출된 미세 결정이 전자의 방출을 용이하게 한다.

제4도는 제3도 (다)의 다결정 규소(2)를 다수 개의 길게 형성된 분리영역(3)에 의해 줄무늬 형상으로 분리한 단면도이다.

상기에서 분리영역(3)은 상기 다결정 규소(2)의 상부에 감광막(도시되지 않음)을 도포한다. 그리고, 상기 감광막을 노광 및 현상하여 다결정 규소(2)를 가로 또는 세로 방향으로 길게 노출시킨다. 그 다음, 상기 감광막을 마스크로 하여 상기 다결정 규소(2)의 노출된 부분을 상기 기판(1)이 노출되도록 제거하여 다수 개의 서로 평행한 분리영역(3)을 형성하고 상기 감광막을 제거한다. 이 때, 다결정 규소(2)는 분리영역(3)에 한정되어 가로 또는 세로 방향으로 길게 형성된 다수 개의 줄무늬 형상을 이루게 된다. 상기 줄무늬 형상을 이루는 다결정 규소(2)의 각각에는 각기 다른 전압이 인가될 수 있다.

제5도 내지 제7도는 본 발명의 다른 실시예로 규소 기판과 같은 전도성 기판을 사용한 경우의 미세 진공소자의 음극의 제조공정 단면도이다.

제5도를 참조하면, 불순물이 도핑된 규소로 이루어진 도전성을 갖는 기판(1)의 상부에 절연막(4)과 다결정 규소(2)를 순차적으로 형성한다. 상기에서 다결정 규소(2)를 저압화학적 기상 증착(LPCVD) 방법에 의해 증착시키는 데, 상기 다결정 규소(2)는 500~2000Å 정도의 크기를 갖는 단결정 규소의 미세 결정(grain)과 상기 단결정 규소의 미세 결정 사이의 비정질 규소로 이루어져 상기 다결정 규소(2)의 표면은 미세 결정이 비정질 규소에 의해 매립되거나, 또는, 일부가 노출된 상태를 이룬다. 그리고, 상기 단결정 규소로 이루어진 미세 결정이 전자의 방출을 용이하게 하기 위해 다결정 규소(2)의 표면을 별도의 마스크 없이 건식 또는 습식 식각한다. 이 때, 미세 결정 사이의 비정질 실리콘이 미세 결정을 이루는 단결정 실리콘보다 빠르게 식각되어 상기 미세 결정을 이루는 단결정 규소가 돌출되고, 도출된 미세 결정이 전자의 방출이 용이하게 한다. 상기에서 절연막(4)에 의해 도전성의 기판(1)과 다결정 규소(2)가 전기적으로 분리된다.

제6도 및 제7도를 참조하면, 상기 다결정 규소(2)와 절연막(4)의 소정 부분을 기판(1)이 노출되도록 순차적으로 제거하여 분리영역(3)을 한정한다. 상기에서 분리영역(3)은 제4도에서 분리영역(3)을 한정하는 방법과 동일한 방법, 즉 다결정 규소(2)의 상부에 감광막(도시되지 않음)을 도포하고, 상기 감광막을 노광 및 현상하여 다결정 규소(2)를 가로 또는 세로 방향으로 길게 노출시킨 후 상기 감광막을 마스크로 하여 상기 감광막이 형성되지 않은 부분의 다결정 규소(2)와 절연막(4)을 상기 기판(1)이 노출되도록 제거하여 한정한다. 또한, 상기에서 분리영역(3) 한정시 다결정 규소(2)만 식각할 수도 있다. 그리고, 상기 감광막을 제거한다.

제8도 내지 제10도는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 미세 진공소자의 음극의 제조공정 단면도이다.

제8도를 참조하면, 불순물이 도핑된 규소로 이루어진 도전성을 갖는 기판(1)의 상부에 절연막(4), 도전체막(5) 및 다결정 규소(2)를 순차적으로 형성한다. 상기에서 절연막(4)에 의해 기판(1)과 도전체막(5)이 전기적으로 분리된다. 그리고, 상기 도전체막(5)은 상기 다결정 규소(2)의 전기적 저항을 감소시키기 위한 것으로 내화 금속 또는 알루미늄 등의 전기전도도가 양호한 금속으로 형성한다. 또한, 상기에서 다결정 규소(2)를 저압화학적 기상 증착(LPCVD) 방법에 의해 증착시키는 데, 상기 다결정 규소(2)는 500~2000Å 정도의 크기를 갖는 단결정 규소의 미세 결정과 상기 단결정 규소의 미세 결정 사이의 비정질 규소로 이루어져 상기 다결정 규소(2)의 표면은 미세 결정이 비정질 규소에 의해 매립되거나, 또는, 일부가 노출된 상태를 이룬다.

그리고, 상기 단결정 규소로 이루어진 미세 결정이 전자의 방출을 용이하게 하기 위해 다결정 규소(2)의 표면을 별도의 마스크 없이 건식 또는 습식 식각하여 상기 미세 결정을 이루는 단결정 규소를 돌출시킨다.

제9도 및 제10도를 참조하면, 상기 다결정 규소(2), 도전체막(5)과 절연막(4)의 수정 부분을 기판(1)의 노출되도록 순차적으로 제거하여 분리영역(3)을 한정한다.

상기에서 분리영역(3)은 제4도에서 분리영역(3)을 한정하는 방법과 동일한 방법, 즉, 다결정 규소(2)의 상부에 감광막(도시되지 않음)을 도포하고, 상기 감광막을 노광 및 현상하여 다결정 규소(2)를 가로 또는 세로 방향으로 길게 노출시킨다.

그리고, 상기 감광막을 마스크로 하여 상기 감광막이 형성되지 않은 다결정 규소(2), 도전체막(5)과 절연막(4)을 상기 기판(1)이 노출되도록 제거하여 한정하고 감광막을 제거한다.

또한, 상기에서 분리영역(3) 한정시 절연막(4)을 제외한 다결정 규소(2)와 도전체막(4)만 식각할 수도 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 미세 진공소자의 음극 제조방법은 기판 상에 저압화학적 기상 증착 방법에 의해 불순물이 도핑되며, 단결정 규소의 미세 결정과 상기 단결정 규소의 미세 결정 사이의 비정질 규소로 이루어지고 표면은 미세 결정이 비정질 규소에 의해 매립되거나, 또는, 일부가 노출된 상태를 이루는 다결정 규소를 증착하고, 상기 다결정 규소의 표면을 별도의 마스크 없이 건식 또는 습식 방법으로 상기 미세 결정 사이의 비정질 실리콘을 빠른 속도로 제거하여 미세 결정을 이루는 단결정 규소가 돌출시킨다.

따라서, 본 발명은 전자를 방출할 수 있는 부분의 밀도가 높을 뿐만 아니라 균일하게 분포시킬 수 있는 미세 진공소자의 음극을 간단하게 제조할 수 있는 이점이 있다.

Claims (7)

1. 전자방출을 위한 음극을 갖는 미세진공소자의 제조 방법에 있어서, 기판(1) 위에 단결정 규소 미세결정과 상기 미세결정 사이의 비정질 규소로 이루어지며 표면은 미세 결정이 비정질 규소에 의해 매립되거나, 또는, 일부가 노출된 불순물이 도핑된 다결정 규소(2)를 저압화학적 기상 증착 방법으로 증착하는 공정과, 상기 다결정 규소(2)의 표면을 미세 결정 사이의 비정질 실리콘이 미세 결정을 이루는 단결정 실리콘 보다 빠르게 식각되도록 별도의 마스크 없이 식각하여 미세 결정을 이루는 단결 정규소를 돌출시키는 공정과, 상기 다결정 규소(2)의 상부에 상기 다결정 규소(2)를 길게 노출시키는 감광막 마스크를 형성하고 상기 다결정 규소(2)의 노출된 부분을 상기 기판(1)이 노출되도록 제거하여 다수 개의 서로 평행한 분리영역(3)을 형성하는 공정을 포함하는 미세전공소자의 음극 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 기판(1)이 절연체로 이루어진 미세진공소자의 음극 제조 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 기판(1)은 불순물이 도핑된 규소로 이루어진 미세 진공소자의 음극 제조방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 기판(1) 상에 다결정 규소(2)를 증착하기에 앞서 절연막(4)을 형성하는 공정을 더 포함하는 미세 진공소자와 음극제조 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 기판(1) 상에 다결정 규소(2)를 증착하기에 앞서 절연막(4)과 도전체막(5)을 순차적으로 형성하는 공정을 더 포함하는 미세 진공소자의 음극 제조방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 도전체막(5)을 전기전도도가 양호한 금속으로 형성하는 미세진공소자의 음극 제조방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 분리영역(3) 형성시 다결정 규소(2)와 상기 도전체막(5)도 제거하는 미세진공소자의 음극제조 방법.