JPH08190856A - 電界放射冷陰極の製造方法 - Google Patents

電界放射冷陰極の製造方法

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JPH08190856A
JPH08190856A JP363795A JP363795A JPH08190856A JP H08190856 A JPH08190856 A JP H08190856A JP 363795 A JP363795 A JP 363795A JP 363795 A JP363795 A JP 363795A JP H08190856 A JPH08190856 A JP H08190856A
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JP
Japan
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insulating film
tip
resist
emitter
gate material
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JP363795A
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English (en)
Inventor
Tsutomu Tajima
勉 多嶋
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Oki Electric Industry Co Ltd
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Oki Electric Industry Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 電界放射冷陰極の製造方法を簡素化する。 【構成】 絶縁膜形成工程において、先端が突出したエ
ミッタチップ11Aが形成されたシリコンウェハ11上
に絶縁膜13を形成する。ゲート材料形成工程におい
て、絶縁膜13上にゲート材料14を形成する。レジス
ト形成工程において、エミッタチップ11Aが形成され
た領域を含むゲート材料14上の所望の領域にレジスト
15を形成する。次に、エッチング工程において、前記
レジスト形成工程で露出したゲート材料14及びエミッ
タチップ11Aの先端部の領域に形成されたレジスト1
5をエッチングすると共にエミッタチップ11Aの先端
部に形成されたゲート材料14をエッチングして絶縁膜
13を露出する。その後、絶縁膜除去工程において、エ
ッチング工程で露出した絶縁膜13を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば平面型ディスプ
レイ、磁気センサ、加速度センサ等に用いられる真空マ
イクロエレクトロニクスにおける電界放射冷陰極の製造
方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、このような分野の技術としては、
例えば、次のような文献に記載されるものがあった。 文献;IEDM90,(1990),M.Sokolich,E.A.Adler,R.T.Long
o,D.M.Goebel andR.T.Benton著“FIELD EMISSION FROM
SUBMICRON EMITTER ARRAYS”p.159-162 前記文献に記載された従来の電界放射冷陰極は、円錐又
は四角錐等の多角錐の形状のシリコンチップをエミッタ
とし、シリコン酸化膜等の絶縁膜を挟んでゲートメタル
を配置したコーン型又は縦型の電界放射冷陰極であっ
た。図2は、前記文献に記載された従来のコーン型電界
放射冷陰極の製造方法の一例を示す工程図である。以
下、その各工程(1)〜(5)を説明する。
【0003】(1) 図2(a)の工程 [100]シリコンのモールド1を用いたモールド法で
ポリシリコンのエミッタチップ2を形成する。 (2) 図2(b)の工程 エミッタチップ2上に絶縁膜であるSiO2 膜3を形成
し、更に、SiO2 3膜上にゲート材料であるMo膜4
を形成する。 (3) 図2(c)の工程 Mo膜4上にレジスト5を薄く形成する。 (4) 図2(d)の工程 エミッタチップ2の先端の領域TのみのMo膜4が露出
するように酸素プラズマでエッチングを行う。 (5) 図2(e)の工程 露出したMo膜4に対してエッチングを施し、更にMo
膜4とエミッタチップ2との間のSiO2 膜3をエミッ
タチップ2が露出するまでエッチングを行う。以上のよ
うな製造方法で製造された電界放射冷陰極は、エミッタ
チップ2と該エミッタチップ2の周囲に形成されたゲー
トであるMo膜4との間に電界を掛けることにより、ト
ンネル効果によってエミッタチップ2から電子が放射さ
れるものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
電界放射冷陰極では、次のような課題があった。即ち、
エミッタチップ2の先端の領域Tにおけるゲート開孔部
分を形成するために、前記図2(d)の工程に示すよう
に、例えば酸素プラズマのようなドライエッチング法を
用いてレジスト5をエッチバックし、エミッタチップ2
の先端のゲート材料を露出させる工程が必要である。そ
のため、製造工程が複雑なものになっている。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するために、エミッタチップと該エミッタチップの周
囲に形成されたゲートとの間に電界を掛けて該エミッタ
チップから電子を放射させる電界放射冷陰極の製造方法
において、次のような工程を施すようにしている。即
ち、先端が突出したエミッタチップが形成された基板上
に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、前記絶縁膜上に
ゲート材料を形成するゲート材料形成工程と、前記エミ
ッタチップが形成された領域を含む前記ゲート材料上の
所望の領域にレジストを形成するレジスト形成工程とを
施す。次に、前記レジスト形成工程において露出した前
記ゲート材料及び前記エミッタチップの先端部の領域に
形成された前記レジストをエッチングすると共に前記エ
ミッタチップの先端部に形成された前記ゲート材料をエ
ッチングして前記絶縁膜を露出するエッチング工程を施
す。その後、前記エッチング工程において露出した前記
絶縁膜を除去する絶縁膜除去工程を施す。
【0006】
【作用】本発明によれば、以上のように電界放射冷陰極
の製造方法を構成したので、絶縁膜形成工程において、
エミッタチップが形成された基板上に絶縁膜が形成され
る。ゲート材料形成工程において、前記絶縁膜上にゲー
ト材料が形成される。レジスト形成工程において、エミ
ッタチップが形成された領域を含むゲート材料上の所望
の領域にレジストが形成される。次に、エッチング工程
において、前記レジスト形成工程において露出したゲー
ト材料及びエミッタチップの先端部の領域に形成された
レジストがエッチングされ、更にエミッタチップの先端
部に形成されたゲート材料がエッチングされてゲートの
パターニングが行われ、前記絶縁膜が露出する。その
後、絶縁膜除去工程において、前記エッチング工程にお
いて露出した絶縁膜が除去される。そのため、従来のよ
うなドライエッチング法を用いてレジストをエッチバッ
クする工程が省略されるので、製造工程が簡素化され
る。従って、前記課題を解決できるのである。
【0007】
【実施例】図1は、本発明の実施例を示す電界放射冷陰
極の製造方法の工程図である。以下、その各工程(1)
〜(8)を説明する。なお、図中では1つの冷陰極しか
示されていないが、通常、複数の冷陰極がシリコンウェ
ハ11上に形成される。
【0008】(1) 図1(a)の工程 シリコンウェハ11上にシリコン酸化膜(SiO2 )1
2を成膜し、このシリコン酸化膜12を例えば円形にパ
ターニングする。円の直径は、例えば5μmとする。シ
リコンウェハ11は、例えばn型、[100]面、抵抗
率0.1〜0.2Ω・cm程度のものを用いる。シリコ
ン酸化膜12は、シリコンウェハ11を熱酸化すること
によって成膜する。このときの条件は、例えば乾燥酸素
中において1100℃で3時間行い、膜厚約0.24μ
mに成長させる。又、シリコン酸化膜12のパターニン
グには、通常用いられるポジタイプのレジスト(例え
ば、東京応化OFPR8600 )を用い、バッファード(緩
衝)フッ酸(例えば、OKI−HF)を用いてウェット
エッチングを行う。 (2) 図1(b)の工程 シリコンウェハ11に例えば異方性エッチングを施して
コーン型のエミッタチップ11Aを形成する。このエッ
チングは、エッチャントとして、例えば水酸化カリウ
ム、イソプロピルアルコール、及び水を10:20:7
0(重量%)程度に混合したものを用い、マグネティッ
クスターラで攪拌しながら、約30℃で行う。すると、
縦方向及び横方向共、約1.5μm/時間のレートでエ
ッチングされる。エッチングは、シリコン酸化膜12が
落ちた時点で終了する。 (3) 図1(c)の工程(絶縁膜形成工程) シリコンウェハ11及びエミッタチップ11Aの表面を
熱酸化することにより、絶縁膜13の形成とエミッタチ
ップ11Aの先端の先鋭化とを同時に行う。熱酸化は、
例えば乾燥酸素中において1100℃で10時間行い、
膜厚約0.5μm程度に成長させる。
【0009】(4) 図1(d)の工程(ゲート材料形
成工程) ゲートになる金属膜14を蒸着する。ゲート材料は、例
えばモリブデン(Mo)のような高融点金属を用いる。 (5) 図1(e)の工程(レジスト形成工程) ホトリソグラフィ技術を用い、ゲートを形成するための
パターニングを行う。レジスト15は、一般的なポジタ
イプのホトレジスト(例えば、東京応化 OFPR86000-30
cp)を用いる。この場合のレジスト15は、エミッタチ
ップ11Aの先端の近辺の領域では、特に薄く形成す
る。 (6) 図1(f)の工程(エッチング工程) 金属膜14に対してエッチングを施してゲートのパター
ニングを行う。レジスト15は、エミッタチップ11A
の先端の近辺の領域では非常に薄くなっているので、ゲ
ートのパターニングを行っている途中でこの領域のレジ
ストが除去されてレジスト15Aとなり、更にエミッタ
チップ11Aの先端の金属膜14もエッチングされて金
属膜14Aとなる。つまり、この工程では、ゲートのパ
ッド部分のパターニングとエミッタチップ11Aのゲー
トの開孔部分のパターニングとが同時に行われる。尚、
この工程のエッチングに用いるエッチャントには、例え
ばリン酸、硝酸、及び水の5:3:2の混合液を使用す
る。 (7) 図1(g)の工程(絶縁膜除去工程) 前記(6)のエッチング工程において露出した領域の絶
縁膜13をバッファードフッ酸を用いて除去し、絶縁膜
13Aが残る。次に、レジスト15Aを除去する。レジ
スト15Aの除去方法は、例えばRAストリッパ(発煙
硝酸)に1〜5分程度浸して剥離し、更に純水で5〜3
0分程度洗浄する。 (8) 図1(h)の工程 例えばAlを用いてゲートの電極パッド16及びエミッ
タチップ11Aの電極パッド17を形成する。
【0010】図3は、本実施例の電界放射冷陰極の製造
方法により製造された電界放射冷陰極の構成図である。
この図では、電極パッド16は正電位の電源Eに接続さ
れ、電極パッド17がグランドに接続されている。この
電界放射冷陰極を高真空中に設置し、電源Eの電位が或
る値以上になると、トンネル効果によりエミッタチップ
11Aの先端から電子eが放射される。以上のよう
に、本実施例では、図1(f)の工程(エッチング工
程)においてゲートのパターニングを行っている途中で
エミッタチップ11Aの先端の近辺の領域のレジストが
無くなり、更にエミッタチップ11Aの先端の金属膜1
4もエッチングされる。つまり、ゲートのパッド部分の
パターニングとエミッタチップ11Aのゲートの開孔部
分のパターニングとが同時に行われる。そのため、従来
のようなエミッタチップ部のゲート開孔部分を形成する
ためのドライエッチング工程が省略できるので、製造工
程が簡素化される。尚、本発明は上記実施例に限定され
ず、種々の変形が可能である。その変形例としては、例
えば次のようなものがある。
【0011】(i) 図1(a)の工程において、シリコ
ン酸化膜12を円形にパターニングしているが、この形
状はn角形(n≧3)でもよい。 (ii) 図1(b)の工程において、シリコンウェハ11
に対して異方性エッチングを施しているが、等方性エッ
チングでもよい。 (iii) 図1(d)の工程(ゲート材料形成工程)にお
いて、金属膜14を蒸着しているが、スパッタリング法
を用いて成膜してもよい。 (iv) 金属膜14は、実施例ではモリブデン金属(M
o)を使用したが、同等の性能を有するものであればよ
く、これに限定されるものではない。例えば、Moの他
にW、Cr、Pt、Nb等を用いてもよい。 (v) 図1(f)の工程(エッチング工程)において、
ゲートのパターニングにはウェットエッチングを行って
いるが、ドライエッチングでもよい。この場合、例えば
CF4 ガスとO2 ガスとを用いた反応性イオンエッチン
グによりエッチングを行う。又、Moをエッチングでき
るガスとして、他にCF3 Br、CCl2 2 、CCl
4 +O2 、SF6 等がある。
【0012】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、エッチング工程において、レジスト工程で露出し
たゲート材料及びエミッタチップの先端部の領域に形成
されたレジストをエッチングすると共にエミッタチップ
の先端部に形成されたゲート材料をエッチングして絶縁
膜を露出するようにしたので、従来よりも製造工程を簡
素化できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示すコーン型電界放射冷陰極
の製造方法の工程図である。
【図2】従来のコーン型電界放射冷陰極の製造方法の工
程図である。
【図3】本発明の実施例のコーン型電界放射冷陰極の動
作説明図である。
【符号の説明】
11 シリコンウェ
ハ 11A エミッタチッ
プ 12 シリコン酸化
膜 13,13A 絶縁膜 14,14A 金属膜 15,15A レジスト

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エミッタチップと該エミッタチップの周
    囲に形成されたゲートとの間に電界を掛けて該エミッタ
    チップから電子を放射させる電界放射冷陰極の製造方法
    において、 先端が突出した前記エミッタチップが形成された基板上
    に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、 前記絶縁膜上にゲート材料を形成するゲート材料形成工
    程と、 前記エミッタチップが形成された領域を含む前記ゲート
    材料上の所望の領域にレジストを形成するレジスト形成
    工程と、 前記レジスト形成工程において露出した前記ゲート材料
    及び前記エミッタチップの先端部の領域に形成された前
    記レジストをエッチングすると共に前記エミッタチップ
    の先端部に形成された前記ゲート材料をエッチングして
    前記絶縁膜を露出するエッチング工程と、 前記エッチング工程において露出した前記絶縁膜を除去
    する絶縁膜除去工程とを、 施すことを特徴とする電界放射冷陰極の製造方法。
JP363795A 1995-01-13 1995-01-13 電界放射冷陰極の製造方法 Withdrawn JPH08190856A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6042442A (en) * 1996-02-28 2000-03-28 Nec Corporation Enhancement in bonding strength in field emission electron source
KR100290140B1 (ko) * 1998-09-10 2001-06-01 구자홍 전계자방출소자와그제조방법

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US6042442A (en) * 1996-02-28 2000-03-28 Nec Corporation Enhancement in bonding strength in field emission electron source
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Effective date: 20020402