JPH09274843A

JPH09274843A - 電界放射型素子とその製造方法

Info

Publication number: JPH09274843A
Application number: JP8180896A
Authority: JP
Inventors: Atsuo Hattori; 敦夫服部
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1996-04-03
Filing date: 1996-04-03
Publication date: 1997-10-21

Abstract

(57)【要約】【課題】先端部の頂角および曲率半径が小さい電界放
出陰極（エミッタ）を有する電界放射型素子およびその
製造方法を提供することを課題とする。【解決手段】断面形状が互いに対向する２パートから
なるオーバーハング部を基板に形成する工程と、２パー
トのオーバーハング部の上に断面形状が２パートからな
る第１の犠牲膜を堆積する犠牲膜堆積工程と、２パート
からなる第１の犠牲膜の上に、該第１の犠牲膜の化学反
応を制御するための断面形状が２パートからなる反応制
御膜を堆積する制御膜堆積工程と、第１の犠牲膜を化学
反応させ、２パートからなるオーバーハング部を互いに
接触させる反応工程と、接触した領域の上に電界放射陰
極膜を堆積する工程と、電界放射陰極膜の先端を露出さ
せる電極露出工程とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電界放射型素子と
その製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電界放射型素子は、電界集中を利用し
て、先鋭なエミッタの先端から電子を放出させる素子で
ある。例えば、フラットパネルディスプレイは、多数の
エミッタを配列した電界放射エミッタアレイ（ＦＥＡ）
を用いて構成できる。それぞれのエミッタは、ディスプ
レイの各画素を制御する。

【０００３】図４８（Ａ）、（Ｂ）は、従来技術による
電界放射型素子の製造方法を説明する。図４８（Ａ）に
示すように、まず、垂直な側壁を持つ凹部を有する基板
１０１に、ステップカバレッジの良い堆積方法で犠牲膜
１０３を堆積する。垂直側壁と上面とが合わさる角部に
おいては、円形ないし楕円形断面の堆積が生じ、緩やか
に変化する斜面が生じる。したがって、当該凹部に堆積
した犠牲膜１０３は、上拡がりのテーパ形状を示す。凹
部形状および堆積量を調整することにより凹部底部に細
い先端を有する空間が形成される。

【０００４】この犠牲膜１０３を成形型としエミッタ電
極（陰極）膜１０５を堆積する。その後、エミッタ下方
の基板１０１、犠牲膜１０３を除去すると先鋭な先端を
持つエミッタ電極１０５ができる。しかし、凹部の形状
や犠牲膜の堆積条件により、エミッタ電極１０５の先端
部Ａの曲率半径が大きくなると、電界が集中しにくく、
好ましくない。

【０００５】図４８（Ｂ）に示すように、ステップカバ
レッジの悪い堆積方法で犠牲膜１０３を厚く堆積する
と、犠牲膜１０３の側面がこぶ状に成長し、やがて側面
同士が接触する。この上に電極膜を堆積すれば、先端部
の頂角が比較的小さなエミッタ電極１０５を形成するこ
とができる。

【０００６】しかし、この方法によれば、犠牲膜を厚く
することが必要であり、エミッタ電極１０５の先端部
は、基板１０１の上面から上方向に離れた位置に成形さ
れてしまう。電界放出型素子として、エミッタ電極の他
にゲート電極を形成する場合、例えば基板上に導電膜を
形成し、導電膜を貫通して凹部を形成する。したがっ
て、ゲート電極は、基板１０１と犠牲膜１０３の境界付
近に形成される。図４８（Ｂ）の方法により、エミッタ
電極１０５を形成すると、エミッタ電極とゲート電極と
の距離は離れてしまう。すると、電界放射型素子の駆動
電圧として高電圧を必要とし、好ましくない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】エミッタ電極の先端の
曲率半径が大きいと、電界が集中しにくく、電界放射型
素子としての性能は低下する。また、エミッタ電極とゲ
ート電極の相対位置が電界放射型素子の性能に多大な影
響を与える。

【０００８】本発明の目的は、先端部の頂角および曲率
半径が小さい電界放射陰極（エミッタ）を有する電界放
射型素子とその製造方法を提供することである。本発明
の他の目的は、先端部の位置を精度よく決めることがで
きる電界放射陰極を有する電界放射型素子とその製造方
法を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の電界放射型素子
は、外形が２段の曲線または直線で形成される電界放射
陰極を有する。

【００１０】また、本発明の２電極構造の電界放射型素
子は、外形が２段の曲線または直線で形成される電界放
射陰極と、前記電界放射陰極の先端を囲むように形成さ
れる制御電極とを有する。

【００１１】さらに、本発明の３電極構造の電界放射型
素子は、外形が２段の曲線または直線で形成される電界
放射陰極と、前記電界放射陰極の先端を囲むように形成
される制御電極と、前記電界放射陰極に対向して形成さ
れる陽極とを有する。

【００１２】２段形状とし、２段目の形状を高精度に制
御することにより、位置精度が高く、先端の頂角および
曲率半径の小さな電界放射陰極を製造できる。電界放射
陰極の先端に電界を集中させやすい。１段目の形状をほ
ぼ定めた後に限られた範囲内で２段目の形状を調整する
ので、２段目形状の制御を高精度かつ容易に行うことが
できる。

【００１３】本発明の電界放射型素子の製造方法は、断
面形状が互いに対向する２パートからなるオーバーハン
グ部を基板に形成する工程と、化学反応が可能な物質
で、前記２パートのオーバーハング部の上に、断面形状
が２パートからなり、オーバーハング部の上面上からオ
ーバーハング部の下面上に連続した曲面を形成する第１
の犠牲膜を堆積する犠牲膜堆積工程と、前記２パートか
らなる第１の犠牲膜の上に、該第１の犠牲膜の化学反応
を減速制御するための断面形状が２パートからなる反応
制御膜を第１の犠牲膜の上面上で第１の犠牲膜の下面上
より厚くなるように堆積する制御膜堆積工程と、前記反
応制御膜を介して前記第１の犠牲膜を化学反応させ、前
記第１の犠牲膜の下部を上部よりも多く体積膨張させ、
２パートからなるオーバーハング部を互いに接触させる
反応工程と、前記接触した領域の上に電界放射陰極膜を
堆積する工程と、前記電界放射陰極膜の先端を露出させ
る電極露出工程とを含む。

【００１４】断面形状が２パートからなるオーバーハン
グ部の上に第１の犠牲膜と厚さ分布を有する反応制御膜
を堆積した後化学反応させると、第１の犠牲膜を限られ
た範囲内で局部的に大きく体積膨張させることができ
る。２パートからなるオーバーハング部は、限られた範
囲内での体積膨張により相互の側面が接触しつながる。
その接触部には、２つの円ないし楕円が接触したかのよ
うに鋭い谷ができる。その谷を成形型として用いれば、
先端の頂角および曲率半径が小さい電界放射陰極を製造
することができる。

【００１５】また、本発明の電界放射型素子の製造方法
は、断面形状が互いに対向する２パートからなるオーバ
ーハング部を基板に形成する工程と、化学反応が可能な
物質で、前記２パートのオーバーハング部の上に断面形
状が２パートからなり、オーバーハング部の上面上から
オーバーハング部の下面上に連続した曲面を形成する第
１の犠牲膜を堆積する犠牲膜堆積工程と、前記２パート
からなる第１の犠牲膜の上に、該第１の犠牲膜の化学反
応を減速制御するための断面形状が２パートからなる反
応制御膜を第１の犠牲膜の上面上で第１の犠牲膜の下面
上より厚くなるように堆積する制御膜堆積工程と、前記
反応制御膜を介して前記第１の犠牲膜を化学反応させ、
前記第１の犠牲膜の下部を上部よりも多く体積膨張させ
る反応工程と、前記２パートからなるオーバーハング部
上に絶縁膜を堆積し、２パートからなるオーバーハング
部を互いに接触させる接触工程と、前記接触した領域の
上に電界放射陰極膜を堆積する工程と、前記電界放射陰
極膜の先端を露出させる電極露出工程とを含む。

【００１６】断面形状が２パートからなるオーバーハン
グ部の上に第１の犠牲膜と厚さ分布を有する反応制御膜
を堆積した後化学反応させると、第１の犠牲膜を限られ
た範囲内で局部的に大きく体積膨張させることができ
る。その後、２パートからなるオーバーハング部の接近
した間隔を閉じるように絶縁膜を堆積し、相互の側面を
接触させる。その接触部には、２つの円ないし楕円が接
触したかのように鋭い谷ができる。堆積すべき膜厚が薄
いので高精度の膜形成が容易となる。その谷を成形型と
して用いれば、先端の頂角および曲率半径が小さい電界
放射陰極を製造することができる。

【００１７】さらに、本発明の２電極構造を有する電界
放射型素子の製造方法は、前記第１の犠牲膜が半導体ま
たは導電体であり、前記反応工程は、第１の犠牲膜の一
部のみを化学反応させる工程であり、前記電界放射陰極
膜は導電体からなる電界放射陰極であり、前記電極露出
工程は、前記電界放射陰極の先端および前記第１の犠牲
膜の未反応部の先端を露出させる工程である。

【００１８】２パートからなるオーバーハング部の上に
第１の犠牲膜を堆積する工程と、さらに厚さ分布のある
反応制御膜を堆積する工程と、第１の犠牲膜を化学反応
させる工程の各プロセス条件を組み合わせることによ
り、エミッタ電極とゲート電極の相対位置を精度よく決
めることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１（Ａ）〜（Ｄ）、図２（Ｅ）
〜（Ｇ）、図３（Ｈ）は、本発明の実施例による電界放
射型素子の製造工程を示す図である。以下、電界放射型
素子を構成するエミッタ（電界放射陰極）の製造工程を
示す。

【００２０】図１（Ａ）に示すように、基板１０は、出
発基板１０ａと、その上に積層される約１４０ｎｍの積
層膜１０ｂから構成される。例えば、出発基板１０ａは
厚さ数十〜数百μｍのＳｉ基板からなり、積層膜１０ｂ
はＳｉＮ_xからなる。

【００２１】積層膜１０ｂは、ＳｉＮ_xの他、ＳｉＯ₂
でもよい。出発基板１０ａにＡｌを用いることもでき
る。その場合、積層膜１０ｂは、ＡｌＮ_XまたはＡｌ₂
Ｏ₃等である。以下、ＳｉとＳｉＮ_xを用いる場合を例
にとって説明する。

【００２２】図１（Ｂ）では、積層膜１０ｂの上に所定
パターンのレジスト膜を形成し、当該レジストをマスク
として積層膜１０ｂを選択的にエッチングし孔１２をあ
け、断面形状が２パートからなる積層膜１０ｃを形成す
る。エッチングは、ＳＦ₆系のエッチングガスを用い
て、ＲＩＥにより行う。孔１２は、直径が約０．５μ
ｍ、深さが約１４０ｎｍである。

【００２３】図１（Ｃ）では、積層膜１０ｃをマスクと
して、ＨＦ＋ＨＮＯ₃＋Ｈ₂Ｏを用いて、出発基板１０
ａをウェットエッチングし孔１２ａをあけ、基板１０ｄ
を形成する。孔１２ａは、直径が約１．５μｍであり、
深さが約０．５μｍである。孔１２ａを形成することに
より、積層膜１０ｃの孔１２周辺部は、庇状に張り出
す。断面で見ると、図１（Ｃ）に示すような２パートか
らなるオーバーハング部１３ができる。以下、断面が２
パートである状態を単に「２パート」と表す。

【００２４】図１（Ｄ）では、ＣＶＤ法により、例えば
多結晶Ｓｉからなる第１の犠牲膜１５ａを２パートから
なる積層膜１０ｃ上に堆積する。同時に、開口部から孔
１２ａ底部にも堆積が生じ、第１の犠牲膜１５ｂが基板
１０ｄ上に堆積される。

【００２５】第１の犠牲膜１５ａ，１５ｂは、多結晶Ｓ
ｉの他、非晶質Ｓｉ、ＷＳｉ_x、ＭｏＳｉ_x、ＴａＳｉ
_x、Ａｌ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｔｉでもよい。また、ＣＶＤ法
の他、スパッタ法を用いてもよい。例えば、ＤＣスパッ
タ装置を用いて、ＰまたはＢを含む多結晶Ｓｉをターゲ
ットとしてスパッタすれば、非晶質Ｓｉの第１の犠牲膜
１５ａ，１５ｂを形成することができる。スパッタの条
件は、例えば、パワーが１ｋＷであり、Ａｒガス圧力が
８ｍＴｏｒｒである。

【００２６】このまま成長を続けると、第１の犠牲膜１
５ａは積層膜１０ｃより上方に離れた位置で左右から合
体することになる。本実施例においては、第１の犠牲膜
１５ａ間に十分な間隔がある状態で堆積を終了させる。

【００２７】次に、図２（Ｅ）に示すように、ＣＶＤ法
またはスパッタ法により例えばＳｉＯ₂からなる第２の
犠牲膜１６ａ，１６ｂを異方的に第１の犠牲膜１５ａ，
１５ｂ上に堆積する。第２の犠牲膜１６ａは、２パート
からなる第１の犠牲膜１５ａの上面上にはほぼ均一の厚
さに堆積し、側面では上方で厚く下方に向かうに従って
徐々に厚さが減少する。オーバーハング部の裏の部分に
は第２の犠牲膜１６ａが堆積されないか、またはごく薄
く堆積される。第２の犠牲膜１６ｂは、第１の犠牲膜１
５ｂの上に堆積される。

【００２８】プラズマＣＶＤ法によりＳｉＯ₂を堆積す
るには、例えば温度を４１５℃、パワーを２９０Ｗ、圧
力を１．５Ｔｏｒｒとし、ＳｉＨ₄を１００ｓｃｃｍ、
Ｎ₂Ｏを５００ｓｃｃｍ、Ｎ₂を５００ｓｃｃｍ供給す
ることにより行う。

【００２９】なお、第２の犠牲膜１６ａ，１６ｂは、Ｓ
ｉＯ₂の他、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｔａ₂Ｏ ₅、ＭｏＯ_x、Ｔｉ
Ｏ₂でもよい。次に、加湿（ウェット）酸化法により酸
化処理を行い、２パートからなるオーバーハング部を体
積膨張させる。ここで、ＳｉＯ₂で形成された第２の犠
牲膜１６ａは表面からＳｉで形成された第１の犠牲膜１
５ａ表面に供給される酸化剤（酸素等）の量を制限する
役割を果たす。第２の犠牲膜が厚い部分では供給される
酸化剤の量が少なく、薄い部分では供給される酸化剤の
量が多い。第２の犠牲膜１６ａが厚さ分布を有する側面
部分では上方から下方に向かうに従って酸化反応が多く
進行する。したがって、側面下方において体積膨張が大
きく側面下方が上方よりもより接近する。なお、反応後
の第２の犠牲膜は酸化シリコンとなるので、堆積した第
２の犠牲膜１６ａと合わせて反応膜１６ｃと呼ぶ。

【００３０】２パートからなるオーバーハング部の各側
面は、図２（Ｆ）に示すように、体積膨張した反応膜１
６ｃにより側面下部で互いに接触しつながる。なお、基
板１０ｄの上には、反応膜１６ｄが形成される。第１の
犠牲膜１５ｃは、図２（Ｅ）に示す第１の犠牲膜１５ａ
のうち酸化されずに残った部分であり、例えば多結晶Ｓ
ｉである。

【００３１】加湿酸化を行い、断面形状が２パートから
なるオーバーハング部の各側面を互いに接触させた直後
に化学反応を止めれば、図２（Ｆ）に示すように、当該
接触部に鋭角の谷を形成することができる。当該接触部
は、２つの円ないし楕円が接触したかのように鋭い鋭角
を持つ。なお、開口部閉塞後、さらに酸化を行うと、元
２パートの犠牲膜の接触点は次第に上方に移動する。た
だし、側面上方には、もともと厚い第２の犠牲膜が形成
されているので、接触点の上方への移動は範囲が制限さ
れる。また、接触点が上下に変化しても、接触部の頂角
は鋭い鋭角を保つ。この鋭角を成形型として、以下エミ
ッタ電極を形成する。

【００３２】なお、加湿酸化は、例えば縦型炉を用い
て、炉内温度を８５０℃とし、Ｈ₂ガスを３００００ｃ
ｃ／ｍｉｎ、Ｏ₂ガスを２００００ｃｃ／ｍｉｎ供給す
ることにより行う。

【００３３】図２（Ｇ）では、反応膜１６ｃの上に、例
えばＴｉＮからなるエミッタ電極１７を約０．２μｍ反
応性スパッタ法で堆積する。スパッタの条件は、例え
ば、ＤＣスパッタ装置を用いて、パワーを５ｋＷ、圧力
を４ｍＴｏｒｒ、ターゲットをＴｉとし、Ｎ₂ガスを８
４ｓｃｃｍ、Ａｒガスを５６ｓｃｃｍ供給する。なお、
エミッタ電極１７は、ＴｉＮの他、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、
Ｗでもよい。また、スパッタ法の他、ＣＶＤ法を用いて
もよい。

【００３４】反応膜１６ｃの接触点が側面の下方に制御
されているため、エミッタ電極１７の先端は積層膜１０
ｃの画定する平面近傍に形成される。図３（Ｈ）では、
基板１０ｄをＨＦ＋ＨＮＯ₃＋Ｈ₂Ｏでウェットエッチ
ングする。その後、反応膜１６ｃをＨＦ＋ＮＨ₄Ｆでウ
ェットエッチングし、エミッタ電極１７を露出させる。

【００３５】エミッタ電極１７の先端は、高さ０．３〜
０．８μｍのでっぱりであり、頂角が約２０°、曲率半
径が約１０ｎｍ程度になることが予測される。エミッタ
電極１７の先端の曲率半径および頂角を小さくすること
ができるので、エミッタ電極１７の先端に電界を集中さ
せやすい。

【００３６】図４（Ａ）〜（Ｃ）は、上記のエミッタ電
極１７を支持基板１８で補強する方法を３種類示す。エ
ミッタ電極１７は、膜厚が約０．２μｍと薄いので、支
持基板１８でエミッタ電極１７を補強することが望まし
い。

【００３７】図４（Ａ）は、第１の方法を示す。上記に
より製造されたエミッタ電極１７の凹部を、例えばＳＯ
Ｇ膜からなる平坦化膜１９ａで埋める。その後、平坦化
膜１９ａをＣＭＰ法でエッチバックし、エミッタ電極１
７の表面を平坦化する。平坦化膜１９ａは、ＳＯＧ膜の
他、ＰＳＧやＢＰＳＧをリフローして形成してもよい。

【００３８】続いて、エミッタ電極１７の上に支持基板
１８を接着する。支持基板１８は、例えば、ガラス、石
英またはＡｌ₂Ｏ₃である。図４（Ｂ）は、第２の方法
を示す。エミッタ電極１７の上に、例えば低融点ガラス
からなる接着剤１９ｂをリフローして、エミッタ電極１
７と支持基板１８を接着する。接着剤１９ｂは、エミッ
タ電極１７の表面を平坦化する役目も有する。

【００３９】接着剤１９ｂは、低融点ガラスの他、Ａｌ
を用いてもよい。その場合、温度４００〜５００℃を保
ち、１ｋＶの高電圧をかけ、静電気力によりエミッタ電
極１７と支持基板１８を陽極接合してもよい。接着剤１
９ｂにＡｌを用いれば、接着剤１９ｂをエミッタ配線と
して用いることもできる。

【００４０】図４（Ｃ）は、第３の方法を示す。エミッ
タ電極１７の凹部を、例えばＷからなる平坦化膜１９ａ
で埋める。この場合、エミッタ電極１７であるＴｉＮの
膜厚を０．１〜０．０５μｍと薄くすることにより、エ
ミッタ先端のボイド発生を低減することができる。Ｔｉ
ＮはＷをＣＶＤする際の密着層であり、エミッタの強度
はＷで補強するため薄くすることができる。その後、平
坦化膜１９ａをエッチバックし、エミッタ電極１７の表
面を平坦化する。続いて、エミッタ電極１７の上に、例
えばＡｌからなる接着剤１９ｂを、さらにその上に支持
基板１８を接着する。

【００４１】なお、本実施例では、エミッタ電極の形状
を決める上で、図２（Ｅ）に示した第２の犠牲膜１６ａ
の生成工程が重要である。第２の犠牲膜１６ａは、反応
制御膜としての機能を有する。第２の犠牲膜１６ａを、
以下の方法により生成してもよい。

【００４２】図５（Ａ）、（Ｂ）は、第２の犠牲膜を形
成する他の方法を示す図である。図１（Ｄ）の工程の
後、図５（Ａ）に示すように、プラズマＣＶＤ法等によ
り第２の犠牲膜１６ｄ，１６ｅを厚めに堆積する。ただ
し、第２の犠牲膜１６ｄは、２パートを保つようにす
る。第２の犠牲膜１６ｄは、開口部側壁において上方に
厚く、下方に向かうに従って薄く堆積する。

【００４３】次に、図５（Ｂ）に示すように、等方ウェ
ットエッチングにより、第２の犠牲膜を表面から均一な
厚さを除去する。結果として、所望の第２の犠牲膜１６
ａの厚さ分布に修正する。第２の犠牲膜１６ａのオーバ
ーハング部の裏面を薄くすることができる。その後は、
前述に示した図２（Ｆ）から続く工程を続ければよい。

【００４４】なお、図２（Ｆ）において、加湿酸化法に
より反応膜１６ｃ，１６ｄを形成する場合について説明
した。酸化法の他、窒化法によって、ＳｉＮ_xからなる
反応膜１６ｃ，１６ｄを形成してもよい。

【００４５】窒化の条件は、例えば温度を１０５０℃、
ＲＦパワーを１０ｋＷ、圧力を１３０Ｐａとし、ＮＨ₃
を１ｓｌｍで供給する。その他、反応により体積の増大
する反応を利用することができる。

【００４６】以上は、エミッタ電極の製造工程を示し
た。次に、電界放射型素子の他の例として、２極管の製
造工程を示す。ここで、２極管とは、エミッタとゲート
の２電極の構造である。

【００４７】図６は、２極管の製造工程を示す図であ
る。まず、前述の図２（Ｇ）に示す素子を製造する。そ
の後、基板１０ｄの全部と下方から反応膜１６ｃの一部
をエッチングし除去する。反応膜１６ｃの一部を除去
し、図６に示すように、反応膜１６ｆを残すことによ
り、エミッタ電極１７の先端を露出させる。

【００４８】第１の犠牲膜１５ｃを導電性の多結晶Ｓｉ
または非晶質Ｓｉで形成しておくと、第１の犠牲膜１５
ｃがゲート電極を構成できる。２極管は、エミッタ電極
（電界放射陰極）１７とゲート電極（制御電極）１５ｃ
を有する。反応膜１６ｆは、エミッタ電極１７とゲート
電極１５ｃを電気的に絶縁する。なお、積層膜１０ｃ
は、エッチングにより除去してもよい。

【００４９】２極管の場合は、エミッタ電極１７とゲー
ト電極１５ｃの相対位置が重要である。エミッタ電極１
７とゲート電極１５ｃとの距離は、原則として小さい方
がよい。すなわち、２パートのゲート電極１５ｃを相互
に結ぶ直線近傍上にエミッタ電極１７の先端を形成する
ことが望ましい。

【００５０】図７（Ａ）は、ゲート電極１５ｃとエミッ
タ電極１７の相対位置を表す概略図である。ただし、図
６とは上下方向が逆である。距離Ｚｇｅは、エミッタ電
極１７での電子放出により電子が飛ぶ方向に沿っての、
ゲート電極１５ｃからエミッタ電極１７までの距離であ
る。

【００５１】図７（Ｂ）は、図７（Ａ）においてゲート
電極１５ｃの膜厚ｔｄを０．４μｍとしたときの最適な
距離Ｚｇｅを示すグラフである。横軸は、距離Ｚｇｅを
示し、縦軸はエミッタ電極１７の先端の最大電界強度Ｅ
ｍａｘを示す。

【００５２】このグラフは、エミッタ電極とゲート電極
の距離Ｚｇｅを−０．３５μｍから０．２５μｍまで変
化させたときのエミッタ電極の最大電界強度Ｅｍａｘの
変化を示す。最大電界強度Ｅｍａｘが大きいほど電界集
中しやすいので、電界放射型素子としての性能は向上す
る。距離Ｚｇｅが−０．１μｍのとき、最大電界強度Ｅ
ｍａｘが極大値１．１６×１０⁷Ｖ／ｃｍになる。つま
り、エミッタ電極１７の先端は、ゲート電極の中心位置
よりも、図７（Ａ）において少し上の位置（図６におい
ては下の位置）になるのが最適である。

【００５３】本実施例によれば、第１の犠牲膜と第２の
犠牲膜を形成した後、酸化または窒化させ体積膨張させ
ることにより、以下の理由により、エミッタ電極１７の
先端位置を精度よく制御することができる。

【００５４】ＣＶＤ法により形成される膜は、ほぼ時間
に比例して厚くなる。それに対し、酸化等の化学反応に
より形成される膜は、ほぼ時間の平方根に比例して厚く
なる。すなわち、時間の経過と共に膜厚が飽和する傾向
を持つ。酸化等によれば、時間が経過するほど細かな膜
厚の制御が可能になり、エミッタ電極の先端位置を精度
よく制御することができる。また、酸化の方がＣＶＤ法
よりも、均一性のよい膜を形成することができる。

【００５５】また、第１の犠牲膜１５ａ上に堆積させる
第２の犠牲膜１６ａの厚さを調整することにより、反応
速度を制御することができる。第２の犠牲膜１６ａの厚
さを厚くすれば、第１の犠牲膜１５ａの反応速度を遅く
することができる。２パートからなるオーバーハング部
の下部において、第２の犠牲膜１６ａの厚さを薄くすれ
ば、その部分の反応を促進させることができる。

【００５６】２極管は、エミッタ電極１７を陰極とし、
ゲート電極１５ｃを制御電極とする。第２の犠牲膜１６
ａにより第１の犠牲膜１５ａの反応を制御し、エミッタ
電極１７の先端を適した位置に形成すれば、ゲート電極
に印加する制御電圧を低くしても、エミッタ電極１７の
先端から容易に電子を放出させることができる。

【００５７】さらに、２極管においても、エミッタ電極
１７の先端の頂角および曲率半径を小さくすることがで
きるので、電界放射型素子としての性能は向上する。図
８（Ａ）〜（Ｃ）は、上記の２極管を支持基板１８で補
強する方法を３種類示す。

【００５８】図８（Ａ）は、第１の方法を示す。エミッ
タ電極１７の凹部を、例えばＳＯＧ膜、ＰＳＧ膜または
ＢＰＳＧ膜からなる平坦化膜１９ａで埋め、ＣＭＰ法で
エッチバックし、エミッタ電極１７の表面を平坦化す
る。続いて、エミッタ電極１７の上に支持基板１８を接
着する。支持基板１８は、例えば、ガラス、石英または
Ａｌ₂Ｏ₃である。

【００５９】図８（Ｂ）は、第２の方法を示す。エミッ
タ電極１７の上に、例えば低融点ガラスからなる接着剤
１９ｂをリフローし、エミッタ電極１７の表面を平坦化
すると共に、エミッタ電極１７と支持基板１８を接着す
る。接着剤１９ｂにＡｌを用いて、エミッタ電極１７と
支持基板１８を陽極接合してもよい。

【００６０】図８（Ｃ）は、第３の方法を示す。エミッ
タ電極１７の凹部を、例えばＷからなる平坦化膜１９ａ
で埋める。その後、平坦化膜１９ａをエッチバックし、
エミッタ電極１７の表面を平坦化する。続いて、エミッ
タ電極１７の上に例えばＡｌからなる接着剤１９ｂを、
さらにその上に支持基板１８を形成する。

【００６１】図９は、２極管の他の製造工程を示す図で
ある。この２極管は、図６の２極管よりもゲート電極
（第１の犠牲膜）１５ｃの膜厚が厚い。ＣＶＤ法等によ
り、第１の犠牲膜を厚めに堆積し、第２の犠牲膜を薄め
に堆積する。その後、酸化処理を行えばよい。

【００６２】第１の犠牲膜を厚めに堆積すると、２パー
トからなるオーバーハングの各側面のお互いの間隔はか
なり狭くなる。その結果、わずかな酸化を行うだけで２
パートからなるオーバーハング部の側面は相互に接触す
る。第１の犠牲膜はわずかに酸化されるだけなので、第
１の犠牲膜の酸化されない部分、すなわちゲート電極１
５ｃの膜厚は厚くなり、側面のでっぱりが大きくなる。
２パートからなるゲート電極の相互の間隔（ゲートホー
ル）は小さくなる。その結果、ゲート−エミッタ間の電
圧を低くしても、エミッタから電子放出させることがで
きる。後に示す３極管の場合も同様な効果がある。

【００６３】例えば、第１の犠牲膜の膜厚を厚くするに
は、図１（Ｄ）において、第１の犠牲膜１５ａをより異
方的に堆積すればよい。第１の犠牲膜１５ａを異方的に
堆積することにより、オーバーハング部の上面上の膜厚
を厚くし、下面上の膜厚を比較的薄くできる。仮に、第
１の犠牲膜を等方的に堆積すると、オーバーハング部上
に堆積される第１の犠牲膜１５ａと基板１０ｄ上に堆積
される第１の犠牲膜１５ｂが一体化しやすく、２パート
からなる第１の犠牲膜１５ａを形成しにくい。

【００６４】また、ゲート電極１５ｃの膜厚を厚くする
と、エミッタ電極１７の先端をよりゲート電極の中心高
さ、さらにはより下部へと位置付けることができる。以
上は、２極管の製造工程を示した。次に、電界放射型素
子の他の例として、３極管の製造工程を示す。

【００６５】図１０（Ａ）、（Ｂ）は、３極管の製造工
程を示す図である。ここで、３極管とは、アノード電
極、エミッタ電極、ゲート電極の３電極からなる。ま
ず、前述の工程に従い、図２（Ｇ）に示す素子を製造す
る。

【００６６】その後、図１０（Ａ）に示すように、エミ
ッタ電極１７の上に所定パターンのレジスト膜を形成し
（図示せず）、当該レジスト膜をマスクとし、Ｃｌ₂系
のエッチャントを用いてＲＩＥ（reactive ion etchin
g）を行い、エミッタ電極１７ａの両側にスリット開口
２０を作る。エミッタ電極１７ｂは、スリット開口２０
の外側のエミッタ電極である。

【００６７】エミッタ電極１７ａの直径は、約０．３μ
ｍである。スリット開口２０の深さは、約０．２μｍで
ある。図１０（Ｂ）では、下方から反応膜１６ｃの一部
と、基板１０ｄ上の膜１６ｄをウェットエッチングによ
り除去する。例えば、ＳｉＯ₂からなる反応膜１６ｃ，
１６ｄをウェットエッチングするには、ＨＦ＋ＮＨ₄Ｆ
を用いればよい。

【００６８】反応膜１６ｃの一部をエッチングにより除
去し、反応膜１６ｅを残すことにより、エミッタ電極
（電界放射陰極）１７ａ、ゲート電極（制御電極）１５
ｃおよびアノード電極（陽極）１０ｄを露出させること
ができる。ゲート電極１５ｃは、例えば多結晶Ｓｉから
なる。

【００６９】図１１は、３極管の斜視図である。エミッ
タ電極１７ａは、エミッタ電極１７ｂに接続され支持さ
れる。ゲート電極１５ｃは、エミッタ電極１７ａの先端
付近に円形の孔を有する。エミッタ電極１７ａは、ゲー
ト電極１５ｃの孔付近で針状に尖っている。

【００７０】図１２（Ａ）は、図１１の３極管の上下方
向を逆にした図であり、基板１０ｄを透かしゲート電極
１５ｃの孔（ゲートホール）を通してエミッタ電極１７
ａを見た図である。エミッタ電極１７ａの先端は針状に
尖っている。なお、エミッタ電極１７ａの先端は、その
他の形状に形成することもできる。

【００７１】図１２（Ｂ）は、ゲート電極１５ｃに細長
いゲートホールをあけた場合の３極管の外観を示す。エ
ミッタ電極１７ａは、ゲートホールの長さ方向に沿った
頂をもつ山の形状になる。

【００７２】図１１において、３極管は、陰極であるエ
ミッタ電極１７ａと陽極であるアノード電極１０ｄを有
し、ゲート電極１５ｃに正電位を印加することにより、
エミッタ電極１７ａからアノード電極１０ｄに向けて電
子を放出させることができる。

【００７３】３極管の場合も、エミッタ電極１７ａの先
端の頂角および曲率半径を小さくすることができる。そ
して、エミッタ電極１７ａとゲート電極１５ｃの相対位
置を精度よく制御することができる。

【００７４】以上は、積層膜１０ｃを例えばＳｉＮ_xの
絶縁体で形成する場合について説明した。次に、積層膜
１０ｃを導電体で形成する場合について説明する。図１
０（Ｃ）は、他の３極管の例を示す図である。積層膜
（第１のゲート電極）１０ｇは、ＷＳｉ_x、ＴａＳ
ｉ_x、ＭｏＳｉ_x等の導電体で形成される。アノード電
極１０ｅと積層膜１０ｇの間には、ＳｉＯ₂またはＳｉ
Ｎ_x等からなる絶縁膜１０ｆが形成される。以下、製造
工程を示す。

【００７５】図１（Ａ）では、出発基板１０ａの上に絶
縁体で構成される積層膜１０ｂを積層した基板１０を用
いた。図１０（Ｃ）に示す３極管の場合は、例えば、Ｓ
ｉからなる基板１０ｅの上に、ＳｉＯ₂等からなる絶縁
膜１０ｆと導電体からなる積層膜１０ｇを積層する。そ
の後は、前述と同様の工程を行えば、図１０（Ｃ）に示
す３極管を製造することができる。

【００７６】積層膜１０ｇを導電体とすることにより、
第１のゲート電極１０ｇと第２のゲート電極１５ｃを積
層して低抵抗のゲート電極を形成することができる。ゲ
ート電極１０ｇ，１５ｃとアノード電極１０ｅとは、絶
縁膜１０ｆで電気的に絶縁されている。

【００７７】なお、積層膜１０ｇは、必ずしも導電体で
ある必要はなく、絶縁体であってもよい。以上は、ゲー
ト電極となる第１の犠牲膜の上に、例えばＳｉＯ₂から
なる第２の犠牲膜を反応制御膜として堆積する場合につ
いて説明した。第２の犠牲膜は、第１の犠牲膜への酸化
剤の供給量を抑制し、第１の犠牲膜の反応を部分的に制
御する。

【００７８】第２の犠牲膜をＳｉＯ₂でなく、ＳｉＯ_x
Ｎ_yで形成すれば、より酸化剤の供給量を少なくするこ
とができる。第２の犠牲膜は、ＳｉＯ₂でも、ＳｉＯ_x
Ｎ_yでもよい。

【００７９】第２の犠牲膜にＳｉＯ_xＮ_yを用いる場
合、ＳｉＯ_xＮ_yにおけるｘとｙの比率を自由に設定す
ることができる。ｙを０にすればＳｉＯ₂になる。ｘを
０にすればＳｉＮ_xになる。

【００８０】ＳｉＯ₂またはＳｉＯ_xＮ_yである第２の
犠牲膜は第１の犠牲膜への酸化剤の供給量を抑制するの
で、反応制御膜としての機能を有する。第２の犠牲膜が
ＳｉＮ_xであるときには、ほとんど酸化剤を通さないの
で、反応阻止膜としての機能を有する。

【００８１】第２の犠牲膜がＳｉＯ₂である場合は前に
述べた。次に、第２の犠牲膜がＳｉＮ_xの場合を説明す
る。図１３（Ａ）〜（Ｃ）、図１４（Ｄ）、（Ｅ）は、
本発明の他の実施例による電界放射型素子の製造工程を
示す図である。以下、電界放射型素子を構成するエミッ
タ電極の製造工程を示す。

【００８２】図１３（Ａ）は、図１（Ａ）〜（Ｃ）の工
程の後の工程を示す。図１３（Ａ）では、ＣＶＤ法によ
り、例えば多結晶Ｓｉからなる第１の犠牲膜１５ａを２
パートからなる積層膜１０ｃ上に異方的に堆積する。同
時に、開口部から孔１２ａ底部にも堆積が生じ、第１の
犠牲膜１５ｂが基板１０ｄ上に堆積される。

【００８３】第１の犠牲膜１５ａは、積層膜１０ｃの上
面上で均一に厚く堆積され、下面上で薄く堆積される。
第１の犠牲膜１５ａは、２パートを維持する。第１の犠
牲膜１５ａ，１５ｂは、多結晶Ｓｉの他、非晶質Ｓｉ、
ＷＳｉ_x、ＭｏＳｉ_x、ＴａＳｉ_x、Ａｌ、Ｔａ、Ｍ
ｏ、Ｔｉでもよい。また、ＣＶＤ法の他、スパッタ法を
用いてもよい。

【００８４】次に、図１３（Ｂ）に示すように、例えば
ＳｉＮ_xからなる反応阻止膜１１ａ，１１ｂを堆積す
る。反応阻止膜１１ａは、２パートからなる第１の犠牲
膜１５ａの上に異方的に堆積され、オーバーハング部
（第１の犠牲膜１５ａ）の上面上および側面の上方を覆
うように堆積される。オーバーハング部の下面上および
側面の下方には堆積されない。反応阻止膜１１ｂは、第
１の犠牲膜１５ｂの上に堆積される。反応阻止膜１１
ａ，１１ｂは、酸化反応を阻止するための膜である。

【００８５】ＳｉＮ_xからなる反応阻止膜１１ａ，１１
ｂをプラズマＣＶＤ法により成膜するには、例えば、温
度を４１５℃、パワーを３００Ｗ、圧力を１Ｔｏｒｒと
し、ＳｉＨ₄を３５ｓｃｃｍ、Ｎ₂を５００ｓｃｃｍ供
給すればよい。

【００８６】なお、反応阻止膜１１ａを厚めに堆積し、
その後、等方ウェットエッチングにより、反応阻止膜１
１ａを表面から均一な厚さ除去し、所望の反応阻止膜１
１ａの厚さ分布に修正してもよい。オーバーハング部の
下面の反応阻止膜を除去することができる。

【００８７】次に、加湿（ウェット）酸化法により、反
応阻止膜１１ａをマスクとして、露出している第１の犠
牲膜１５ａの部分を酸化する。第１の犠牲膜１５ａは、
上面上および側面の上方が反応阻止膜１１ａで覆われ、
下面上および側面の下方が反応阻止膜１１ａで覆われて
いない。反応阻止膜１１ａで覆われている部分は酸化反
応が阻止され、反応阻止膜１１ａで覆われていない部分
は酸化反応が促進される。すなわち、オーバーハング部
の下面および側面の下方で酸化が促進され、その部分で
体積膨張する。

【００８８】オーバーハング部の下部を体積膨張させ、
２パートからなるオーバーハング部の側面が相互に接触
するまで、酸化処理を進める。第１の犠牲膜１５ａが酸
化すると、図１３（Ｃ）に示すように、ＳｉＯ₂からな
る反応膜１６ａが形成される。反応膜１６ａは、元２パ
ートからなるオーバーハング部をつなぐ。

【００８９】第１の犠牲膜は全てが酸化されず、第１の
犠牲膜１５ｃが残る。酸化処理により、基板１０ｄの上
には、反応膜１６ｂが形成される。２パートが接触した
反応膜１６ａにできる谷は、２段のカーブで形成され
る。１段目のカーブは、オーバーハング部の上部におい
て反応阻止膜１１ａを型としたカーブであり、２段目の
カーブは、オーバーハング部の下部において反応膜１６
ａを型としたカーブである。反応膜１６ａに形成される
谷は、２つの円ないし楕円が接触したかのように鋭い鋭
角を持つ。この鋭角を成形型として、以下２段タイプの
エミッタ電極を形成する。

【００９０】図１４（Ｄ）では、反応膜１６ａおよび反
応阻止膜１１ａの上に、例えばＴｉＮからなるエミッタ
電極１７を約０．２μｍ反応性スパッタ法で堆積する。
なお、エミッタ電極１７は、ＴｉＮの他、Ｍｏ、Ｃｒ、
Ｔｉ、Ｗでもよい。また、スパッタ法の他、ＣＶＤ法を
用いてもよい。

【００９１】図１４（Ｅ）では、基板１０ｄと反応膜１
６ａと反応阻止膜１１ａをウェットエッチングし、エミ
ッタ電極１７を露出させる。本実施例によれば、第１の
犠牲膜の上に反応阻止膜（ＳｉＮ_x）を形成し、反応阻
止膜をマクスとして酸化処理を行う。反応阻止膜を使う
ことにより、オーバーハング部の上部の反応を阻止し、
オーバーハング部の下部のみ反応させることができる。
その結果、２段タイプのエミッタ電極１７を生成するこ
とができる。

【００９２】２段タイプのエミッタ電極は、図３（Ｈ）
に示す１段タイプのエミッタ電極よりも、先端の頂角お
よび曲率半径を小さくすることが容易であり、先端の頂
角および曲率半径が小さな成形型であっても、容易にエ
ミッタ材料を充填できるため、エミッタ電極とゲート電
極の相対位置を精度良く決めることができる。エミッタ
電極の先端の頂角および曲率半径を小さくすれば、エミ
ッタ電極に電界を集中させやすく、電界放射型素子とし
ての均一性、再現性および性能を向上させることができ
る。

【００９３】１段タイプのエミッタ電極の成形型は、エ
ミッタ電極の根元から先端に向けて徐々にエミッタ領域
が狭まって行くので、領域の狭まったエミッタ電極の先
端にまで奥深くエミッタ材料を充填（成膜）するのは容
易でない。それに対し、２段タイプのエミッタ電極の成
形型は、２段の曲線で形成されるため、１段タイプのよ
うに１段目の曲線を延長して徐々に先端を絞る形状に比
べ、先端形状を形成する２段目と１段目の境界部分に広
い開口領域が設けられ、先端にまでエミッタ電極を充填
しやすい。２段タイプのエミッタ電極は、先端が欠けに
くく、成形型の形状を再現性良く形成できる。

【００９４】以上は、エミッタ電極の製造工程を示し
た。次に、電界放射型素子の他の例として、２極管の製
造工程を示す。図１５は、２極管の製造工程を示す図で
ある。まず、上記の工程に従い、図１４（Ｄ）に示す素
子を製造する。その後、基板１０ｄと反応膜１６ａの全
部と下方から反応阻止膜１１ａの一部をエッチングし除
去する。反応阻止膜１１ａの一部を除去し、図１５に示
すように、反応阻止膜１１ｅを残すことにより、エミッ
タ電極１７の先端を露出させる。

【００９５】第１の犠牲膜１５ｃを導電性の多結晶Ｓｉ
または非晶質Ｓｉで形成しておくと、第１の犠牲膜１５
ｃがゲート電極を構成できる。２極管は、エミッタ電極
１７とゲート電極１５ｃの電極を有する。反応膜１１ｅ
は、エミッタ電極１７とゲート電極１５ｃを電気的に絶
縁する。なお、積層膜１０ｃは、エッチングにより除去
してもよい。

【００９６】本実施例では、第１の犠牲膜を酸化させ体
積膨張させるので、ＣＶＤ法の場合に比べ、前述の同様
の理由により、エミッタ電極１７の先端位置を精度よく
制御することができる。

【００９７】また、２極管の場合も、２段タイプのエミ
ッタ電極１７を形成でき、エミッタ電極の先端の頂角お
よび曲率半径を小さくすることができ、先端の頂角およ
び曲率半径が小さな成形型であっても容易にエミッタ材
料を充填できるため、エミッタ電極１７とゲート電極１
５ｃの相対位置を精度良く決めることができる。エミッ
タ先端の頂角および曲率半径を小さくすれば、エミッタ
電極１７に電界を集中させやすく、電界放射型素子とし
ての均一性、再現性および性能は向上する。

【００９８】以上は、２極管の製造工程を示した。次
に、電界放射型素子の他の例として、３極管の製造工程
を示す。図１６（Ａ）、（Ｂ）は、３極管の製造工程を
示す図である。まず、前述の工程に従い、図１４（Ｄ）
に示す素子を製造する。

【００９９】その後、図１６（Ａ）に示すように、エミ
ッタ電極１７の上に所定パターンのレジスト膜を形成し
（図示せず）、当該レジスト膜をマスクとし、Ｃｌ₂系
のエッチャントを用いてＲＩＥを行い、エミッタ電極１
７ａの両側にスリット開口２０を作る。エミッタ電極１
７ｂは、スリット開口２０の外側のエミッタ電極であ
る。

【０１００】エミッタ電極１７ａの直径は、約０．３μ
ｍである。スリット開口２０の深さは、約０．２μｍで
ある。次に、反応膜１６ａの全部と下方から反応阻止膜
１１ａの一部をウェットエッチングにより除去し、図１
６（Ｂ）に示すように、反応阻止膜１１ｅを残す。エミ
ッタ電極１７ａ、ゲート電極１５ｃおよびアノード電極
１０ｄが露出する。ゲート電極１５ｃは、例えば多結晶
Ｓｉからなる。

【０１０１】図１７は、３極管の斜視図である。エミッ
タ電極１７ａは、エミッタ電極１７ｂに接続され支持さ
れる。ゲート電極１５ｃは、エミッタ電極１７ａの先端
付近に円形の孔を有する。エミッタ電極１７ａは、ゲー
ト電極１５ｃの孔付近で針状に尖っている。

【０１０２】３極管は、陰極であるエミッタ電極１７ａ
と陽極であるアノード電極１０ｄを有し、ゲート電極１
５ｃに正電位を印加することにより、エミッタ電極１７
ａからアノード電極１０ｄに向けて電子を放出させるこ
とができる。

【０１０３】３極管の場合も、エミッタ電極１７ａの先
端の頂角および曲率半径を小さくすることができる。そ
して、エミッタ電極１７ａとゲート電極１５ｃの相対位
置を精度よく制御することができる。

【０１０４】以上は、積層膜１０ｃを例えばＳｉＮ_xの
絶縁体で形成する場合について説明したが、図１０
（Ｃ）に示すような構成にすれば、積層膜１０ｃを導電
体にすることもできる。

【０１０５】図１８は、積層膜１０ｃを導電体にした３
極管において、アノード電極１０ｅの上にアノード電極
１５ｄが付加されたものである。アノード電極１５ｄ
は、ゲート電極１５ｃを成膜する際に、厚めに成膜する
ことにより残ったものであり、例えば多結晶Ｓｉで形成
される。

【０１０６】以上は、第１の犠牲膜を反応阻止膜でマス
クして、酸化等の反応処理を行う場合について述べた。
次に、第１の犠牲膜と反応阻止膜の上に、さらにＳｉＯ
₂等からなる犠牲膜を形成した後に、反応処理を行う場
合について説明する。

【０１０７】図１９（Ａ）〜（Ｃ）、図２０（Ｄ）〜
（Ｆ）は、本発明の他の実施例による電界放射型素子の
製造工程を示す図である。以下、電界放射型素子を構成
するエミッタ電極の製造工程を示す。

【０１０８】図１９（Ａ）は、図１（Ａ）〜（Ｃ）の工
程の後の工程を示す。図１９（Ａ）では、ＣＶＤ法によ
り、例えば多結晶Ｓｉからなる第１の犠牲膜１５ａを２
パートからなる積層膜１０ｃ上に異方的に堆積する。同
時に、開口部から孔１２ａ底部にも堆積が生じ、第１の
犠牲膜１５ｂが基板１０ｄ上に堆積される。

【０１０９】第１の犠牲膜１５ａは、積層膜１０ｃの上
面上で均一に厚く堆積され、下面上で薄く堆積される。
第１の犠牲膜１５ａは、２パートを維持する。第１の犠
牲膜１５ａ，１５ｂは、多結晶Ｓｉの他、非晶質Ｓｉ、
ＷＳｉ_x、ＭｏＳｉ_x、ＴａＳｉ_x、Ａｌ、Ｔａ、Ｍ
ｏ、Ｔｉでもよい。また、ＣＶＤ法の他、スパッタ法を
用いてもよい。

【０１１０】次に、図１９（Ｂ）に示すように、ＣＶＤ
法により、例えばＳｉＮ_xからなる反応阻止膜１１ａを
第１の犠牲膜１５ａの上に堆積する。反応阻止膜１１ａ
は、２パートからなる第１の犠牲膜１５ａの上に異方的
に堆積され、オーバーハング部（第１の犠牲膜１５ａ）
の上面上および側面の上方を覆うように堆積される。オ
ーバーハング部の下面上および側面の下方には堆積され
ない。反応阻止膜１１ａは、第１の犠牲膜１５ａの酸化
反応を阻止するための膜である。

【０１１１】なお、反応阻止膜１１ａを厚めに堆積し、
その後、等方ウェットエッチングにより、反応阻止膜１
１ａを表面から均一な厚さ除去し、所望の反応阻止膜１
１ａの厚さ分布に修正してもよい。オーバーハング部の
下面の反応阻止膜を除去することができる。

【０１１２】図１９（Ｃ）では、プラズマＣＶＤ法によ
り、例えばＳｉＯ₂からなる第２の犠牲膜１６ａを反応
阻止膜１１ａを覆うように堆積する。第２の犠牲膜１６
ａを堆積すると、２パートからなるオーバーハング部の
間を通過し、第１の犠牲膜１５ｂの上に第２の犠牲膜１
６ｂが堆積される。

【０１１３】第１の犠牲膜１５ａの表面は、３つの領域
６１、６２、６３からなる。領域６１は、反応阻止膜１
１ａおよび第２の犠牲膜１６ａにより覆われる領域であ
り、オーバーハング部の上部の領域である。領域６２
は、第２の犠牲膜１６ａにのみ覆われる領域であり、オ
ーバーハング部の側面のやや下方の領域である。領域６
３は、何も覆われず露出している領域であり、オーバー
ハング部の下部の領域である。

【０１１４】次に、加湿（ウェット）酸化法により、第
１の犠牲膜１５ａを酸化する。第１の犠牲膜１５ａにお
いて、領域６１は、反応阻止膜１１ａに覆われているの
で、酸素がほとんど供給されない。領域６３は、露出し
ているので酸素が十分に供給される。領域６２は、第２
の犠牲膜１６ａに覆われているので、第２の犠牲膜１６
ａの厚さに応じて酸素の供給量が決まる。第２の犠牲膜
１６ａが厚いほど酸素の供給量が少なくなる。

【０１１５】当該３つの領域６１、６２、６３では、酸
化反応の進み具合が異なる。酸化されやすい領域の順番
は、６３、６２、６１の順である。つまり、表面が露出
している領域６３が一番酸化しやすい。逆に、反応阻止
膜１１ａで覆われている領域６１はほとんど酸化されな
い。

【０１１６】酸化処理を行うと、反応阻止膜１１ａで覆
われない第１の犠牲膜の領域６３および６２で酸化反応
が進み体積膨張する。領域６３が位置するオーバーハン
グ部の下部において最も酸化反応が促進され体積膨張
し、２パートからなるオーバーハング部の側面が下方に
おいて相互につながる。図２０（Ｄ）に、側面が相互に
つながった反応膜１６ｃを示す。当該側面がつながった
ところで、酸化反応を終了させる。

【０１１７】第１の犠牲膜１５ａ（図１９（Ｃ））が酸
化するとＳｉＯ₂となり、やはりＳｉＯ₂からなる第２
の犠牲膜１６ａと合わさり、図２０（Ｄ）に示す反応膜
１６ｃ（ＳｉＯ₂）を形成する。第１の犠牲膜は全てが
酸化されず、第１の犠牲膜１５ｃが残る。酸化処理によ
り、基板１０ｄの上には反応膜１６ｄが形成される。

【０１１８】反応膜１６ｃは、元２パートであったオー
バーハング部がつながることによりできたものであり、
そのつながった部分には鋭い谷ができる。反応膜１６ｃ
の表面形状は、２段のカーブで形成される。１段目のカ
ーブは、反応が阻止された領域（オーバーハングの上
部）のカーブであり、２段目のカーブは、反応が促進さ
れた領域（オーバーハングの下部）のカーブである。反
応が促進された領域に形成される谷は、２つの円ないし
楕円が接触したかのように鋭い鋭角を持つ。この鋭角を
成形型として、以下２段タイプのエミッタ電極を形成す
る。

【０１１９】図２０（Ｅ）では、反応膜１６ｃの上に、
例えばＴｉＮからなるエミッタ電極１７を約０．２μｍ
反応性スパッタ法で堆積する。なお、エミッタ電極１７
は、ＴｉＮの他、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗでもよい。ま
た、スパッタ法の他、ＣＶＤ法を用いてもよい。

【０１２０】図２０（Ｆ）では、基板１０ｄと反応膜１
６ｃをウェットエッチングにより除去し、エミッタ電極
１７を露出させる。本実施例によれば、第１の犠牲膜の
上に反応阻止膜を成膜し、さらにその上に第２の犠牲膜
を成膜することにより、２段タイプのエミッタ電極１７
を形成することができる。２段タイプのエミッタ電極
は、先端の頂角および曲率半径を小さくすることが容易
であり、電界放射型素子としての性能を向上させること
ができる。

【０１２１】以上は、エミッタ電極の製造工程を示し
た。次に、電界放射型素子の他の例として、２極管の製
造工程を示す。図２１は、２極管の製造工程を示す図で
ある。まず、上記の工程に従い、図２０（Ｅ）に示す素
子を製造する。その後、基板１０ｄと下方から反応膜１
６ｃの一部をエッチングし除去する。反応膜１６ｃの一
部を除去し、図２１に示すように、反応膜１６ｇを残す
ことにより、エミッタ電極１７の先端を露出させる。

【０１２２】エミッタ電極１７とゲート電極１５ｃとの
間に導電性異物が挟まってもリークやショートが発生し
にくい。また、誘電率が真空の誘電率＝１より大きい反
応膜１６ｇをゲート電極１５ｃ上に残すことにより等電
位面（線）をエミッタ電極１７に押し付け、エミッタ先
端の電界を強くできる。

【０１２３】第１の犠牲膜１５ｃを導電性の多結晶Ｓｉ
または非晶質Ｓｉで形成しておくと、第１の犠牲膜１５
ｃがゲート電極を構成できる。２極管は、エミッタ電極
１７とゲート電極１５ｃの電極を有する。反応膜１６ｇ
と反応阻止膜１１ａは、エミッタ電極１７とゲート電極
１５ｃを電気的に絶縁する。絶縁膜が２層構造になって
いるので、絶縁耐圧が向上する。両方の膜の同一場所に
ピンホールやウィークスポットが存在する確率は、それ
ぞれの確率の積となるためである。なお、反応阻止膜１
１ａは、導電体でもよい。また、積層膜１０ｃは、エッ
チングにより除去してもよい。

【０１２４】以上は、２極管の製造工程を示した。次
に、電界放射型素子の他の例として、３極管の製造工程
を示す。図２２（Ａ）、（Ｂ）は、３極管の製造工程を
示す図である。

【０１２５】まず、前述の工程に従い、図２０（Ｅ）に
示す素子を製造する。その後、図２２（Ａ）に示すよう
に、エミッタ電極１７の上に所定パターンのレジスト膜
を形成し（図示せず）、当該レジスト膜をマスクとし、
Ｃｌ₂系のエッチャントを用いてＲＩＥを行い、エミッ
タ電極１７ａの両側にスリット開口２０を作る。エミッ
タ電極１７ｂは、スリット開口２０の外側のエミッタ電
極である。エミッタ電極１７ａの直径は、約０．３μｍ
である。スリット開口２０の深さは、約０．２μｍであ
る。

【０１２６】図２２（Ｂ）では、下方から反応膜１６ｃ
の一部と反応膜１６ｄの全部をウェットエッチングによ
り除去する。反応膜１６ｃの一部をエッチングにより除
去し、反応膜１６ｇを残すことにより、エミッタ電極１
７ａ、ゲート電極１５ｃおよびアノード電極１０ｄを露
出させることができる。

【０１２７】以上は、第１の犠牲膜の上に反応阻止膜を
形成し、さらにその上に第２の犠牲膜を形成し、酸化反
応させる場合について説明した。次に、当該３つの膜の
積層順序を異ならせ、第１の犠牲膜の上に第２の犠牲
膜、さらにその上に反応阻止膜を形成し、酸化反応させ
る場合について説明する。

【０１２８】図２３（Ａ）〜（Ｃ）、図２４（Ｄ）〜
（Ｆ）は、本発明の他の実施例による電界放射型素子の
製造工程を示す図である。以下、電界放射型素子を構成
するエミッタ電極の製造工程を示す。

【０１２９】図２３（Ａ）は、図１（Ａ）〜（Ｃ）の工
程の後の工程を示す。図２３（Ａ）では、ＣＶＤ法によ
り、例えば多結晶Ｓｉからなる第１の犠牲膜１５ａを２
パートからなる積層膜１０ｃ上に異方的に堆積する。同
時に、開口部から孔１２ａ底部にも堆積が生じ、第１の
犠牲膜１５ｂが基板１０ｄ上に堆積される。

【０１３０】第１の犠牲膜１５ａは、積層膜１０ｃの上
面上で均一に厚く堆積され、下面上で薄く堆積される。
第１の犠牲膜１５ａは、２パートを維持する。第１の犠
牲膜１５ａ，１５ｂは、多結晶Ｓｉの他、非晶質Ｓｉ、
ＷＳｉ_x、ＭｏＳｉ_x、ＴａＳｉ_x、Ａｌ、Ｔａ、Ｍ
ｏ、Ｔｉでもよい。また、ＣＶＤ法の他、スパッタ法を
用いてもよい。

【０１３１】次に、図２３（Ｂ）に示すように、ＣＶＤ
法により、第１の犠牲膜１５ａの表面に例えばＳｉＯ₂
からなる第２の犠牲膜１６ａを堆積する。第１の犠牲膜
１５ｂの上にも、第２の犠牲膜１６ｂが堆積される。第
２の犠牲膜１６ａは、第１の犠牲膜１５ａの上面上では
ほぼ均一の厚さに堆積し、側面では上方で厚く下方に向
かうに従って徐々に厚さが減少する。

【０１３２】プラズマＣＶＤ法によりＳｉＯ₂を堆積す
るには、例えば温度を４１５℃、パワーを２９０Ｗ、圧
力を１．５Ｔｏｒｒとし、ＳｉＨ₄を１００ｓｃｃｍ、
Ｎ₂Ｏを５００ｓｃｃｍ、Ｎ₂を５００ｓｃｃｍ供給す
ることにより行う。

【０１３３】図２３（Ｃ）では、ＣＶＤ法により、例え
ばＳｉＮ_xからなる反応阻止膜１１ａを第２の犠牲膜１
６ａの一部を覆うように堆積する。反応阻止膜１１ａ
は、２パートからなるオーバーハングの上面上および側
面の上方にのみ堆積され、下面上および側面の下方には
堆積されない。反応阻止膜１１ａは、第１の犠牲膜１５
ａの酸化反応を阻止するための膜である。反応阻止膜１
１ｂは、２パートのオーバーハングの間を通過して、第
２の犠牲膜１６ｂの上に堆積される。

【０１３４】なお、反応阻止膜１１ａを厚めに堆積し、
その後、等方ウェットエッチングにより、反応阻止膜１
１ａを表面から均一な厚さ除去し、所望の反応阻止膜１
１ａの厚さ分布に修正してもよい。オーバーハング部の
下面の反応阻止膜を除去することができる。

【０１３５】第１の犠牲膜１５ａの表面は、３つの領域
６１、６２、６３からなる。領域６１は、反応阻止膜１
１ａおよび第２の犠牲膜１６ａにより覆われる領域であ
り、オーバーハング部の上部の領域である。領域６２
は、第２の犠牲膜１６ａにのみ覆われる領域であり、オ
ーバーハング部の側面の下方の領域である。領域６３
は、何も覆われず露出している領域であり、オーバーハ
ング部の下部の領域である。

【０１３６】次に、加湿（ウェット）酸化法により、第
１の犠牲膜１５ａを酸化させる。第１の犠牲膜１５ａに
おいて、領域６１は、反応阻止膜１１ａで覆われている
ので、酸素がほとんど供給されない。領域６３は、露出
しているので酸素が十分に供給される。領域６２は、第
２の犠牲膜１６ａに覆われているので、第２の犠牲膜１
６ａの厚さに応じて酸素の供給量が決まる。第２の犠牲
膜１６ａが厚いほど酸素の供給量が少なくなる。当該３
つの領域６１、６２、６３では、酸化反応の進み具合が
異なる。酸化されやすい領域の順番は、６３、６２、６
１の順である。

【０１３７】酸化処理を行うと、反応阻止膜１１ａで覆
われない第１の犠牲膜の領域６３および６２で酸化反応
が進み体積膨張する。領域６３が位置するオーバーハン
グ部の下部において最も酸化反応が促進され体積膨張
し、２パートからなるオーバーハング部の側面が下方に
おいて相互につながる。図２４（Ｄ）に、側面が相互に
つながった反応膜１６ｃを示す。当該側面がつながった
ところで、酸化反応を終了させる。反応膜１６ｃは、元
２パートであったオーバーハング部がつながることによ
りできたものであり、そのつながった部分には鋭い谷が
できる。

【０１３８】第１の犠牲膜１５ａ（図２３（Ｃ））が酸
化するとＳｉＯ₂となり、やはりＳｉＯ₂からなる第２
の犠牲膜１６ａと合わさり、図２４（Ｄ）に示す反応膜
１６ｃ（ＳｉＯ₂）を形成する。第１の犠牲膜は全てが
酸化されず、第１の犠牲膜１５ｃが残る。酸化処理によ
り、基板１０ｄの上には反応膜１６ｄが形成される。

【０１３９】反応膜１６ｃと反応阻止膜１１ａにより形
成される谷は、２段のカーブで形成される。１段目のカ
ーブは、反応阻止膜１１ａの型によるカーブであり、２
段目のカーブは、反応膜１６ｃの型によるカーブであ
る。反応膜１６ｃにより形成される谷は、２つの円ない
し楕円が接触したかのように鋭い鋭角を持つ。この鋭角
を成形型として、以下２段タイプのエミッタ電極を形成
する。

【０１４０】図２４（Ｅ）では、反応阻止膜１１ａと反
応膜１６ｃの上に、例えばＴｉＮからなるエミッタ電極
１７を約０．２μｍ反応性スパッタ法で堆積する。な
お、エミッタ電極１７は、ＴｉＮの他、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔ
ｉ、Ｗでもよい。また、スパッタ法の他、ＣＶＤ法を用
いてもよい。

【０１４１】図２４（Ｆ）では、基板１０ｄと反応膜１
６ｃと反応阻止膜１１ａをウェットエッチングにより除
去し、２段タイプのエミッタ電極１７を露出させる。エ
ミッタ電極１７は、膜厚が薄いので、図４（Ａ）〜
（Ｃ）に示した方法により、補強するのがよい。

【０１４２】２段タイプのエミッタ電極は、先端の頂角
および曲率半径を小さくすることが容易であり、電界放
射型素子としての性能を向上させることができる。本実
施例によれば、第１の犠牲膜の上に第２の犠牲膜、さら
にその上に反応阻止膜を形成し、酸化反応処理を行う。
第１の犠牲膜の上に、第２の犠牲膜と反応阻止膜を形成
すればよく、第２の犠牲膜と反応阻止膜はどちらが上で
もよい。

【０１４３】ただし、第１の犠牲膜と反応阻止膜の間に
第２の犠牲膜を形成すれば、第２の犠牲膜をバッファと
して機能させることができる。すなわち、酸化反応等を
行う際、基板全体を高温にした後温度を下げるので、第
１の犠牲膜の変形と反応阻止膜の変形との間に歪みが生
じやすい。第２の犠牲膜は、その歪みを吸収するための
バッファとして機能する。

【０１４４】以上は、エミッタ電極の製造工程を示し
た。次に、電界放射型素子の他の例として、２極管の製
造工程を示す。図２５は、２極管の製造工程を示す図で
ある。まず、上記の工程に従い、図２４（Ｅ）に示す素
子を製造する。その後、基板１０ｄと反応膜１６ｃと反
応阻止膜１１ａをエッチングし、図２５に示すように、
反応阻止膜１１ｅと反応膜１６ｅを残す。エミッタ電極
１７の先端が露出する。

【０１４５】第１の犠牲膜１５ｃを導電性の多結晶Ｓｉ
または非晶質Ｓｉで形成しておくと、第１の犠牲膜１５
ｃがゲート電極を構成できる。２極管は、エミッタ電極
１７とゲート電極１５ｃを有する。反応膜１６ｅと反応
阻止膜１１ｅは、エミッタ電極１７とゲート電極１５ｃ
を電気的に絶縁する。絶縁膜が２層構造になっているの
で絶縁耐圧が向上する。両方の膜の同一場所にピンホー
ルやウィークスポットが存在する確率は、それぞれの膜
にピンホールやウィークスポットが存在する確率の積に
なるからである。なお、反応阻止膜１１ｅは、導電体で
もよい。また、積層膜１０ｃは、エッチングにより除去
してもよい。

【０１４６】以上は、２極管の製造工程を示した。次
に、電界放射型素子の他の例として、３極管の製造工程
を示す。図２６（Ａ）、（Ｂ）は、３極管の製造工程を
示す図である。

【０１４７】まず、前述の工程に従い、図２４（Ｅ）に
示す素子を製造する。その後、図２６（Ａ）に示すよう
に、エミッタ電極１７の上に所定パターンのレジスト膜
を形成し（図示せず）、当該レジスト膜をマスクとし、
Ｃｌ₂系のエッチャントを用いてＲＩＥを行い、エミッ
タ電極１７ａの両側にスリット開口２０を作る。エミッ
タ電極１７ｂは、スリット開口２０の外側のエミッタ電
極である。エミッタ電極１７ａの直径は、約０．３μｍ
である。スリット開口２０の深さは、約０．２μｍであ
る。

【０１４８】図２６（Ｂ）では、反応阻止膜１１ａと反
応膜１６ｃをウェットエッチングし、反応阻止膜１１ｅ
と反応膜１６ｅを残す。エミッタ電極１７ａ、ゲート電
極１５ｃおよびアノード電極１０ｄが露出する。

【０１４９】以上は、ＣＶＤ法等により、第１の犠牲膜
の表面に第２の犠牲膜を成膜する方法を示した。次に、
ＣＶＤ法等の代わりに酸化処理により、第１の犠牲膜の
表面に第２の犠牲膜を成膜する方法を示す。

【０１５０】図２７（Ａ）〜（Ｃ）、図２８（Ｄ）〜
（Ｆ）は、本発明の他の実施例による電界放射型素子の
製造工程を示す図である。以下、電界放射型素子を構成
するエミッタ電極の製造工程を示す。

【０１５１】図２７（Ａ）は、図１（Ａ）〜（Ｃ）の工
程の後の工程を示す。図２７（Ａ）では、ＣＶＤ法によ
り、例えば多結晶Ｓｉからなる第１の犠牲膜１５ａを２
パートからなる積層膜１０ｃ上に異方的に堆積する。同
時に、開口部から孔１２ａ底部にも堆積が生じ、第１の
犠牲膜１５ｂが基板１０ｄ上に堆積される。

【０１５２】第１の犠牲膜１５ａは、積層膜１０ｃの上
面上で均一に厚く堆積され、下面上で薄く堆積される。
第１の犠牲膜１５ａは、２パートを維持する。第１の犠
牲膜１５ａ，１５ｂは、多結晶Ｓｉの他、非晶質Ｓｉ、
ＷＳｉ_x、ＭｏＳｉ_x、ＴａＳｉ_x、Ａｌ、Ｔａ、Ｍ
ｏ、Ｔｉでもよい。また、ＣＶＤ法の他、スパッタ法を
用いてもよい。

【０１５３】次に、図２７（Ｂ）に示すように、第１の
犠牲膜を加湿（ウェット）酸化し、第１の犠牲膜１５ｃ
の表面に例えばＳｉＯ₂からなる第２の犠牲膜１６ａを
一様に成膜する。基板１０ｄの表面にも、第２の犠牲膜
１６ｂが成膜される。

【０１５４】加湿酸化は、例えば縦型炉を用いて、炉内
温度を８５０℃とし、Ｈ₂ガスを３００００ｃｃ／ｍｉ
ｎ、Ｏ₂ガスを２００００ｃｃ／ｍｉｎ供給することに
より行う。

【０１５５】図２７（Ｃ）では、ＣＶＤ法により、例え
ばＳｉＮ_xからなる反応阻止膜１１ａを第２の犠牲膜１
６ａの上に異方的に堆積する。反応阻止膜１１ａは、オ
ーバーハング部（第２の犠牲膜１６ａ）の上面上および
側面の上方を覆うように堆積される。オーバーハング部
の下面上および側面の下方には堆積されない。反応阻止
膜１１ｂは、第２の犠牲膜１６ｂの上に堆積される。反
応阻止膜１１ａ，１１ｂは、酸化反応を阻止するための
膜である。

【０１５６】なお、反応阻止膜１１ａを厚めに堆積し、
その後、等方ウェットエッチングにより、反応阻止膜１
１ａを表面から均一な厚さ除去し、所望の反応阻止膜１
１ａの厚さ分布に修正してもよい。オーバーハング部の
下面の反応阻止膜を除去することができる。

【０１５７】第１の犠牲膜１５ｃの表面は、２つの領域
６１、６２からなる。領域６１は、反応阻止膜１１ａお
よび第２の犠牲膜１６ａにより覆われる領域であり、オ
ーバーハング部の上部の領域である。領域６２は、第２
の犠牲膜１６ａにのみ覆われる領域であり、オーバーハ
ング部の下部の領域である。

【０１５８】次に、加湿（ウェット）酸化法により、第
１の犠牲膜１５ｃを酸化する。第１の犠牲膜１５ｃにお
いて、領域６１は反応阻止膜１１ａにより覆われている
ので酸化反応が阻止され、領域６２は反応阻止膜１１ａ
により覆われていないので酸化反応が進む。

【０１５９】ただし、領域６２は、第２の犠牲膜１６ａ
により覆われているので、第２の犠牲膜１６ａの厚さに
より酸化速度が減速制御される。第２の犠牲膜１６ａが
厚いほど、酸化速度は遅くなる。

【０１６０】なお、第２の犠牲膜１６ａは、第１の犠牲
膜１５ｃの反応を制御するだけでなく、先の実施例と同
様に、反応阻止膜１１ａと第１の犠牲膜１５ｃの間に介
在するバッファとしての機能も有する。

【０１６１】酸化処理を行うと、反応阻止膜１１ａで覆
われない第１の犠牲膜の領域６２で酸化反応が進み体積
膨張する。領域６２で体積膨張すると、２パートからな
るオーバーハング部の側面が下方において相互につなが
る。図２８（Ｄ）に、側面が相互につながった反応膜１
６ｃを示す。当該側面がつながったところで、酸化反応
を終了させる。反応膜１６ｃは、元２パートであったオ
ーバーハング部がつながることによりできたものであ
り、そのつながった部分には鋭い谷ができる。

【０１６２】第１の犠牲膜１５ｃ（図２３（Ｃ））が酸
化するとＳｉＯ₂となり、やはりＳｉＯ₂からなる第２
の犠牲膜１６ａと合わさり、図２８（Ｄ）に示す反応膜
１６ｃ（ＳｉＯ₂）を形成する。第１の犠牲膜は全てが
酸化されず、第１の犠牲膜１５ｅが残る。酸化処理によ
り、基板１０ｄの上には反応膜１６ｄが形成される。

【０１６３】２パートが接触した反応膜１６ｃと反応阻
止膜１１ａにより形成される谷は２段のカーブで形成さ
れる。１段目のカーブは、反応阻止膜１１ａの型による
カーブであり、２段目のカーブは、反応膜１６ｃの型に
よるカーブである。反応膜１６ｃにより形成される谷
は、２つの円ないし楕円が接触したかのように鋭い鋭角
を持つ。この鋭角を成形型として、以下２段タイプのエ
ミッタ電極を形成する。

【０１６４】図２８（Ｅ）では、反応阻止膜１１ａと反
応膜１６ｃの上に、例えばＴｉＮからなるエミッタ電極
１７を約０．２μｍ反応性スパッタ法で堆積する。な
お、エミッタ電極１７は、ＴｉＮの他、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔ
ｉ、Ｗでもよい。スパッタ法の他、ＣＶＤ法でもよい。

【０１６５】図２８（Ｆ）では、基板１０ｄと反応膜１
６ｃと反応阻止膜１１ａをウェットエッチングにより除
去し、エミッタ電極１７を露出させる。エミッタ電極１
７は、膜厚が薄いので、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示した方
法により、補強するのがよい。

【０１６６】本実施例によれば、第１の犠牲膜の表面に
第２の犠牲膜を酸化処理により一様に成膜した後、さら
にその上に反応阻止膜を成膜することにより、２段タイ
プのエミッタ電極１７を形成する。２段タイプのエミッ
タ電極は、先端の頂角および曲率半径を小さくすること
が容易であり、先端の頂角および曲率半径が小さな成形
型であっても、容易にエミッタ材料を充填できるため、
エミッタ電極１７とゲート電極１５ｃの相対位置を精度
良く決めることができる。エミッタ先端の頂角および曲
率半径を小さくすれば、エミッタ電極１７に電界を集中
させやすく、電界放射型素子としての均一性、再現性お
よび性能を向上させることができる。

【０１６７】以上は、エミッタ電極の製造工程を示し
た。次に、電界放射型素子の他の例として、２極管の製
造工程を示す。図２９は、２極管の製造工程を示す図で
ある。まず、上記の工程に従い、図２８（Ｅ）に示す素
子を製造する。その後、基板１０ｄと反応膜１６ｃと反
応阻止膜１１ａをエッチングし、図２９に示すように、
反応阻止膜１１ｄと反応膜１６ｅを残す。エミッタ電極
１７の先端が露出する。

【０１６８】第１の犠牲膜１５ｅを導電性の多結晶Ｓｉ
または非晶質Ｓｉで形成しておくと、第１の犠牲膜１５
ｅがゲート電極を構成できる。２極管は、エミッタ電極
１７とゲート電極１５ｅを有する。反応膜１６ｅと反応
阻止膜１１ｄは、エミッタ電極１７とゲート電極１５ｅ
を電気的に絶縁する。絶縁膜が２層構造になっているの
で絶縁耐圧が向上する。両方の膜の同一場所にピンホー
ルやウィークスポットが存在する確率は、それぞれの膜
にピンホールやウィークスポットが存在する確率の積に
なるからである。なお、反応阻止膜１１ｄは、導電体で
もよい。また、積層膜１０ｃは、エッチングにより除去
してもよい。

【０１６９】以上は、２極管の製造工程を示した。次
に、電界放射型素子の他の例として、３極管の製造工程
を示す。図３０（Ａ）、（Ｂ）は、３極管の製造工程を
示す図である。

【０１７０】まず、前述の工程に従い、図２８（Ｅ）に
示す素子を製造する。その後、図３０（Ａ）に示すよう
に、エミッタ電極１７の上に所定パターンのレジスト膜
を形成し（図示せず）、当該レジスト膜をマスクとし、
Ｃｌ₂系のエッチャントを用いてＲＩＥを行い、エミッ
タ電極１７ａの両側にスリット開口２０を作る。エミッ
タ電極１７ｂは、スリット開口２０の外側のエミッタ電
極である。エミッタ電極１７ａの直径は、約０．３μｍ
である。スリット開口２０の深さは、約０．２μｍであ
る。

【０１７１】図３０（Ｂ）では、反応阻止膜１１ａと反
応膜１６ｃのそれぞれの一部を下方からウェットエッチ
ングにより除去し、反応阻止膜１１ｄと反応膜１６ｅを
残す。エミッタ電極１７ａ、ゲート電極１５ｅおよびア
ノード電極１０ｄが露出する。

【０１７２】以上は、第１の犠牲膜の上に、第２の犠牲
膜と反応阻止膜を形成し、その後、酸化反応させる方法
を示した。次に、第１の犠牲膜の上に反応阻止膜を形成
し、その後、酸化反応させ、さらにその後にエミッタ電
極の成形型の表面に絶縁膜を形成する方法を示す。

【０１７３】図３１（Ａ）〜（Ｃ）、図３２（Ｄ）〜
（Ｆ）は、本発明の他の実施例による電界放射型素子の
製造工程を示す図である。以下、電界放射型素子を構成
するエミッタ電極の製造工程を示す。

【０１７４】図３１（Ａ）は、図１（Ａ）〜（Ｃ）の工
程の後の工程を示す。図３１（Ａ）では、ＣＶＤ法によ
り、例えば多結晶Ｓｉからなる第１の犠牲膜１５ａを２
パートからなる積層膜１０ｃ上に異方的に堆積する。同
時に、開口部から孔１２ａ底部にも堆積が生じ、第１の
犠牲膜１５ｂが基板１０ｄ上に堆積される。

【０１７５】第１の犠牲膜１５ａは、積層膜１０ｃの上
面上で均一に厚く堆積され、下面上で薄く堆積される。
第１の犠牲膜１５ａは、２パートを維持する。第１の犠
牲膜１５ａ，１５ｂは、多結晶Ｓｉの他、非晶質Ｓｉ、
ＷＳｉ_x、ＭｏＳｉ_x、ＴａＳｉ_x、Ａｌ、Ｔａ、Ｍ
ｏ、Ｔｉでもよい。また、ＣＶＤ法の他、スパッタ法を
用いてもよい。

【０１７６】図３１（Ｂ）では、ＣＶＤ法により、例え
ばＳｉＮ_xからなる反応阻止膜１１ａを第１の犠牲膜１
５ａの上に異方的に堆積する。反応阻止膜１１ａは、オ
ーバーハング部（第１の犠牲膜１５ａ）の上面上および
側面の上方を覆うように堆積され、下面上および側面の
下方には堆積されない。反応阻止膜１１ｂは、第１の犠
牲膜１５ｂの上に堆積される。反応阻止膜１１ａ，１１
ｂは、酸化反応を阻止するための膜である。

【０１７７】なお、反応阻止膜１１ａを厚めに堆積し、
その後、等方ウェットエッチングにより、反応阻止膜１
１ａを表面から均一な厚さ除去し、所望の反応阻止膜１
１ａの厚さ分布に修正してもよい。オーバーハング部の
下面の反応阻止膜を除去することができる。

【０１７８】次に、加湿（ウェット）酸化法により、反
応阻止膜１１ａをマスクとして、露出している第１の犠
牲膜１５ａの部分を酸化する。第１の犠牲膜１５ａは、
上面上および側面の上方が反応阻止膜１１ａで覆われ、
下面上および側面の下方が反応阻止膜１１ａで覆われて
いない。反応阻止膜１１ａで覆われている部分は酸化反
応が阻止され、反応阻止膜１１ａで覆われていない部分
は酸化反応が促進される。すなわち、オーバーハング部
の下面および側面の下方で酸化が促進され、その部分で
体積膨張する。

【０１７９】オーバーハング部の下部を体積膨張させ、
２パートからなるオーバーハング部の側面が相互に接触
するまで、酸化処理を進める。第１の犠牲膜１５ａが酸
化すると、図３１（Ｃ）に示すように、ＳｉＯ₂からな
る反応膜１６ａが形成される。反応膜１６ａは、元２パ
ートからなるオーバーハング部をつなぐ。

【０１８０】第１の犠牲膜は全てが酸化されず、第１の
犠牲膜１５ｃが残る。酸化処理により、基板１０ｄの上
には、反応膜１６ｂが形成される。反応膜１６ａと反応
阻止膜１１ａにより形成される谷は２段のカーブで形成
される。１段目のカーブは、反応阻止膜１１ａの型によ
るカーブであり、２段目のカーブは、反応膜１６ａの型
によるカーブである。反応膜１６ａにより形成される谷
は、２つの円ないし楕円が接触したかのように鋭い鋭角
を持つ。

【０１８１】次に、図３２（Ｄ）に示すように、ＣＶＤ
法により、反応阻止膜１１ａと反応膜１６ａにより形成
される谷の表面に、例えばＳｉＯ₂からなる絶縁膜１６
ｃを等方的に堆積する。絶縁膜１６ｃは、２段のカーブ
で形成される谷の形状を保つ。

【０１８２】絶縁膜１６ｃは、当該谷の形状、すなわち
エミッタ電極の成形型の形状を整える役割を有する。例
えば、エミッタ電極のでっぱりの高さを調整したり、エ
ミッタ電極のでっぱりの横幅を調整することができる。

【０１８３】なお、反応膜１６ａは、必ずしも２パート
のオーバーハング部をつないでいなくてもよい。反応膜
１６ａが２パートに別れていても、この工程で絶縁膜１
６ｃを堆積することにより、２パートの間の隙間を埋め
ることができる。

【０１８４】すなわち、図３１（Ｃ）に示す工程では、
必ずしも２パートのオーバーハング部を接触させる必要
はなく、接触する直前で酸化反応を終了させてもよい。
２パートのオーバーハング部の側面の下方を体積膨張さ
せでっぱり部分を形成すればよい。でっぱり部分を形成
することにより、２段タイプの谷を形成することができ
る。

【０１８５】この絶縁膜１６ｃを成形型として、以下２
段タイプのエミッタ電極を形成する。図３２（Ｅ）で
は、絶縁膜１６ｃの上に、例えばＴｉＮからなるエミッ
タ電極１７を約０．２μｍ反応性スパッタ法で堆積す
る。なお、エミッタ電極１７は、ＴｉＮの他、Ｍｏ、Ｃ
ｒ、Ｔｉ、Ｗでもよい。また、スパッタ法の他、ＣＶＤ
法でもよい。

【０１８６】図３２（Ｆ）では、絶縁膜１６ｃをウェッ
トエッチングにより除去し、エミッタ電極１７を露出さ
せる。エミッタ電極１７は、膜厚が薄いので、図４
（Ａ）〜（Ｃ）に示した方法により、補強するのがよ
い。

【０１８７】本実施例によれば、反応阻止膜をマスクと
して第１の犠牲膜を酸化させエミッタ電極の成形型を形
成した後、当該成形型の表面に絶縁膜を堆積し、２段タ
イプのエミッタ電極１７を形成する。２段タイプのエミ
ッタ電極は、先端の頂角および曲率半径を小さくするこ
とが容易であり、先端の頂角および曲率半径が小さな成
形型であっても、容易にエミッタ材料を充填できるた
め、エミッタ電極１７とゲート電極１５ｃの相対位置を
精度良く決めることができる。エミッタの先端の頂角お
よび曲率半径を小さくすれば、エミッタ電極１７に電界
を集中させやすく、電界放射型素子としての均一性、再
現性および性能を向上させることができる。

【０１８８】以上は、エミッタ電極の製造工程を示し
た。次に、電界放射型素子の他の例として、２極管の製
造工程を示す。図３３は、２極管の製造工程を示す図で
ある。まず、上記の工程に従い、図３２（Ｅ）に示す素
子を製造する。その後、基板１０ｄと反応膜１６ａと反
応阻止膜１１ａと絶縁膜１６ｃをエッチングし、図３３
に示すように、絶縁膜１６ｅと反応阻止膜１１ｅを残
す。エミッタ電極１７の先端が露出する。

【０１８９】第１の犠牲膜１５ｃを導電性の多結晶Ｓｉ
または非晶質Ｓｉで形成しておくと、第１の犠牲膜１５
ｃがゲート電極を構成できる。２極管は、エミッタ電極
１７とゲート電極１５ｃを有する。絶縁膜１６ｅと反応
阻止膜１１ｅは、エミッタ電極１７とゲート電極１５ｃ
を電気的に絶縁する。なお、反応阻止膜１１ｅは、導電
体でもよい。また、積層膜１０ｃは、エッチングにより
除去してもよい。

【０１９０】図３４は、他の２極管の例を示す。この２
極管は、反応阻止膜１１ａをエッチング除去しないで残
す。図３３に示す２極管は、一部の反応阻止膜１１ｅを
残す。図３４に示す２極管は、全ての反応阻止膜１１ａ
を残す。すなわち、絶縁膜（ＳｉＯ₂）のみエッチング
し、反応阻止膜（ＳｉＮ_x）をエッチングしない。その
結果、一部の絶縁膜１６ｅと全部の反応阻止膜１１ａが
残る。

【０１９１】反応阻止膜１１ａは、エミッタ電極１７と
ゲート電極１５ｃの間に介在し、エミッタ電極１７とゲ
ート電極１５ｃの間にリーク電流が流れるのを防止す
る。図３３に示す２極管は、エミッタ電極１７とゲート
電極の間にゴミが付着すると、エミッタ電極１７とゲー
ト電極１５ｃの間にリーク電流が流れやすい欠点があ
る。図３４に示す２極管は、そのような欠点がない。ま
た、誘電率が真空の誘電率＝１より大きい反応阻止膜１
１ａをゲート電極１５ｃ上に残すことにより、等電位面
（線）をエミッタ電極１７に押し付け、エミッタ先端の
電界を強くできる。

【０１９２】以上は、２極管の製造工程を示した。次
に、電界放射型素子の他の例として、３極管の製造工程
を示す。図３５（Ａ）、（Ｂ）は、３極管の製造工程を
示す図である。

【０１９３】まず、前述の工程に従い、図３２（Ｅ）に
示す素子を製造する。その後、図３５（Ａ）に示すよう
に、エミッタ電極１７の上に所定パターンのレジスト膜
を形成し（図示せず）、当該レジスト膜をマスクとし、
Ｃｌ₂系のエッチャントを用いてＲＩＥを行い、エミッ
タ電極１７ａの両側にスリット開口２０を作る。エミッ
タ電極１７ｂは、スリット開口２０の外側のエミッタ電
極である。エミッタ電極１７ａの直径は、約０．３μｍ
である。スリット開口２０の深さは、約０．２μｍであ
る。

【０１９４】図３５（Ｂ）では、絶縁膜１６ｃと反応阻
止膜１１ａをウェットエッチングにより除去し、絶縁膜
１６ｅと反応阻止膜１１ｅを残す。エミッタ電極１７
ａ、ゲート電極１５ｃおよびアノード電極１０ｄが露出
する。

【０１９５】次に、本実施例により製造される１段タイ
プのエミッタ電極と多段（２段）タイプのエミッタ電極
の形状を説明する。１段タイプのエミッタ電極は、例え
ば図３（Ｈ）に示すエミッタ電極であり、第１の犠牲膜
の上に例えばＳｉＯ₂（第２の犠牲膜）を堆積した後
に、酸化等の反応を行うことにより形成される。多段
（２段）タイプのエミッタ電極は、例えば図１４（Ｅ）
に示すエミッタ電極であり、第１の犠牲膜の上に例えば
ＳｉＮ_x（反応阻止膜）を堆積した後に、酸化等の反応
を行うことにより形成される。

【０１９６】つまり、第１の犠牲膜の上にＳｉＯ₂を堆
積すれば、１段タイプのエミッタ電極を形成することが
でき、第１の犠牲膜の上にＳｉＮ_xを堆積すれば、多段
（２段）タイプのエミッタ電極を形成することができ
る。したがって、第１の犠牲膜の上にＳｉＯ_xＮ_yを堆
積すれば、１段タイプと多段（２段）タイプの中間の形
状を形成することができる。この際、ＳｉＯ_xＮ_yにお
けるｘとｙの比率を変えれば、１段タイプまたは多段
（２段）タイプのいずれの形状にも近づけることができ
る。このＳｉＯ_xＮ_yは、第１の犠牲膜の反応を制御す
るための反応制御膜としての機能を有する。

【０１９７】図３６（Ａ）、（Ｂ）は、高さによる多段
（２段）タイプエミッタの第１の定義を示す。図３６
（Ａ）は、１段タイプのエミッタ形状を示す。１段タイ
プエミッタは、１段のカーブにより形成され、その高さ
をＨ０で表すことができる。

【０１９８】図３６（Ｂ）は、多段（２段）タイプのエ
ミッタ形状を示す。多段（２段）タイプエミッタは、曲
率の異なる２段のカーブにより形成され、その高さをＨ
１とする。仮に、１段目のカーブにより１段タイプエミ
ッタを形成するとすると、図３６（Ａ）のエミッタと同
じく、高さがＨ０となる。

【０１９９】１段目のカーブが半径Ｈ０の真円を１／４
にした円弧からなる場合を考える。エミッタのアスペク
ト比は、高さ（根元から先端までの長さ）／底辺の長さ
（根元の太さを示す直径）で表される。１段タイプエミ
ッタ（図３６（Ａ））は、高さがＨ０であり、底辺の長
さが２×Ｈ０であるので、アスペクト比はＨ０／（２×
Ｈ０）＝０．５になる。２段タイプエミッタは、アスペ
クト比が１段タイプエミッタより小さく、以下の定義で
表すことができる。

【０２００】Ｈ１＜Ｈ０・・・（１）ただし、電界放射型素子の特性に着目し、ゲート−エミ
ッタ間に低電圧を印加し、エミッタから電子を放出させ
るためには、Ｈ１がＨ０に近いことが好ましい。

【０２０１】１段目のカーブが半径Ｈ０の真円を１／４
にした円弧からなる場合を考える。エミッタのアスペク
ト比を０．２５にするためには、底辺の長さが２×Ｈ０
のとき、高さＨ１＝０．５×Ｈ０にする必要がある。

【０２０２】そこで、より好ましくは、以下の定義で表
すことができる。Ｈ０＞Ｈ１＞０．５×Ｈ０・・・（２）さらに、エミッタの先端位置を精度良く制御すること、
および成形型の奥深くまでエミッタ材料を充填すること
をも考慮すれば、Ｈ１が長すぎないことが好ましい。

【０２０３】１段目のカーブが半径Ｈ０の真円を１／４
にした円弧からなる場合を考える。エミッタのアスペク
ト比を０．４７５にするためには、底辺の長さが２×Ｈ
０のとき、高さＨ１＝０．９５×Ｈ０にする必要があ
る。

【０２０４】したがって、さらに、より好ましくは、以
下の定義で表すことができる。０．５×Ｈ０＜Ｈ１＜０．９５×Ｈ０・・・（３）図３７（Ａ）、（Ｂ）は、高さによる多段（２段）タイ
プエミッタの第２の定義を示す。

【０２０５】図３７（Ａ）は、１段タイプのエミッタ形
状を示す。１段タイプエミッタは、１段の直線により形
成され、その高さをＨ０で表すことができる。図３７
（Ｂ）は、多段（２段）タイプのエミッタ形状を示す。
多段（２段）タイプエミッタは、傾きの異なる２段の直
線により形成され、その高さをＨ１とする。仮に、１段
目の直線により１段タイプエミッタを形成するとする
と、図３７（Ａ）のエミッタと同じく、高さがＨ０とな
る。

【０２０６】このエミッタ電極は、前述の製造工程によ
り多段（２段）タイプエミッタを製造した後に、エミッ
タの一部をエッチングにより除去し、１段目の直線を形
成する。この形状を持つエミッタ電極を用いれば、エミ
ッタ電極の集積度を上げ、エミッタ先端の最大電界強度
を大きくすることができる。

【０２０７】この時、２段タイプエミッタは、高さＨ１
と高さＨ０を用いて、上記（１）、（２）、（３）式の
定義と同じ定義で表される。図３８（Ａ）、（Ｂ）は、
高さによる多段（２段）タイプエミッタの第３の定義を
示す。

【０２０８】図３８（Ａ）は、１段タイプのエミッタ形
状を示す。１段タイプエミッタは、１段の直線により形
成され、その高さをＨ０で表すことができる。図３８
（Ｂ）は、多段（２段）タイプのエミッタ形状を示す。
多段（２段）タイプエミッタは、傾きの異なる２段の直
線により形成され、その高さをＨ１とする。ただし、１
段目の直線は互いにほぼ平行である。仮に、２段目の直
線により１段タイプエミッタを形成するとすると、図３
８（Ａ）のエミッタと同じく、高さがＨ０となる。

【０２０９】この時、２段タイプエミッタは、高さＨ１
と高さＨ０を用いて、上記（１）、（２）、（３）式の
定義と同じ定義で表される。図３９（Ａ）、（Ｂ）は、
頂角による多段（２段）タイプエミッタの第１の定義を
示す。

【０２１０】図３９（Ａ）は、１段タイプのエミッタ形
状を示す。１段タイプエミッタは、１段のカーブにより
形成され、その頂角をＡ０で表すことができる。図３９
（Ｂ）は、多段（２段）タイプのエミッタ形状を示す。
多段（２段）タイプエミッタは、曲率の異なる２段のカ
ーブにより形成され、その頂角をＡ１とする。仮に、１
段目のカーブにより１段タイプエミッタを形成するとす
ると、図３９（Ａ）のエミッタと同じく、頂角がＡ０と
なる。

【０２１１】この時、２段タイプエミッタは、以下の定
義で表すことができる。Ａ１＞Ａ０・・・（４）ただし、電界放射型素子の特性に着目し、ゲート−エミ
ッタ間に低電圧を印加し、エミッタから電子を放出させ
るためには、Ａ１がＡ０に近いことが好ましい。

【０２１２】そこで、より好ましくは、以下の定義で表
すことができる。Ａ０＜Ａ１＜１．１×Ａ０・・・（５）さらに、エミッタの先端位置を精度良く制御すること、
および成形型の奥深くまでエミッタ材料を充填すること
をも考慮すれば、Ａ１が小さすぎないことが好ましい。

【０２１３】したがって、さらに、より好ましくは、以
下の定義で表すことができる。１．０５×Ａ０＜Ａ１＜１．１×Ａ０・・・（６）図４０（Ａ）、（Ｂ）は、頂角による多段（２段）タイ
プエミッタの第２の定義を示す。

【０２１４】図４０（Ａ）は、１段タイプのエミッタ形
状を示す。１段タイプエミッタは、１段の直線により形
成され、その頂角をＡ０で表すことができる。図４０
（Ｂ）は、多段（２段）タイプのエミッタ形状を示す。
多段（２段）タイプエミッタは、傾きの異なる２段の直
線により形成され、その頂角をＡ１とする。仮に、１段
目の直線により１段タイプエミッタを形成するとする
と、図４０（Ａ）のエミッタと同じく、頂角がＡ０とな
る。

【０２１５】この時、２段タイプエミッタは、頂角Ａ１
と頂角Ａ０を用いて、上記（４）、（５）、（６）式の
定義と同じ定義で表される。図４１（Ａ）、（Ｂ）は、
頂角による多段（２段）タイプエミッタの第３の定義を
示す。

【０２１６】図４１（Ａ）は、１段タイプのエミッタ形
状を示す。１段タイプエミッタは、１段の直線により形
成され、その頂角をＡ０で表すことができる。図４１
（Ｂ）は、多段（２段）タイプのエミッタ形状を示す。
多段（２段）タイプエミッタは、傾きの異なる２段の直
線により形成される。ただし、１段目の直線は互いにほ
ぼ平行である。

【０２１７】２段の直線により形成される角の角度をＡ
１’とすると、２段タイプエミッタは、以下の定義で表
すことができる。Ａ１’ ＜１８０° ・・・（７）図４２（Ａ）、（Ｂ）は、断面積による多段（２段）タ
イプエミッタの第１の定義を示す。

【０２１８】図４２（Ａ）は、１段タイプのエミッタ形
状を示す。１段タイプエミッタは、１段のカーブにより
形成され、その断面積をＳ０で表すことができる。図４
２（Ｂ）は、多段（２段）タイプのエミッタ形状を示
す。多段（２段）タイプエミッタは、曲率の異なる２段
のカーブにより形成され、その断面積をＳ１とする。仮
に、１段目のカーブにより１段タイプエミッタを形成す
るとすると、図４２（Ａ）のエミッタと同じく、断面積
がＳ０となる。

【０２１９】１段目のカーブが半径Ｈ０の真円を１／４
にした円弧からなる場合を考える。エミッタのアスペク
ト比を０．５より小さくするためには、前述の式（１）
に対応し、２段タイプエミッタは、以下の定義で表すこ
とができる。

【０２２０】Ｓ１＜Ｓ０・・・（８）ただし、電界放射型素子の特性に着目し、ゲート−エミ
ッタ間に低電圧を印加し、エミッタから電子を放出させ
るためには、Ｓ１がＳ０に近いことが好ましい。

【０２２１】１段目のカーブが半径Ｈ０の真円を１／４
にした円弧からなる場合を考える。エミッタのアスペク
ト比を０．２５にするためには、前述の式（２）に対応
し、Ｓ１≒０．９×Ｓ０にする必要がある。

【０２２２】そこで、より好ましくは、以下の定義で表
すことができる。Ｓ０＞Ｓ１＞０．９×Ｓ０・・・（９）さらに、エミッタの先端位置を精度良く制御すること、
および成形型の奥深くまでエミッタ材料を充填すること
をも考慮すれば、Ｓ１が大きすぎないことが好ましい。

【０２２３】したがって、さらに、より好ましくは、以
下の定義で表すことができる。０．９５×Ｓ０＞Ｓ１＞０．９×Ｓ０・・・（１０）図４３（Ａ）、（Ｂ）は、断面積による多段（２段）タ
イプエミッタの第２の定義を示す。

【０２２４】図４３（Ａ）は、１段タイプのエミッタ形
状を示す。１段タイプエミッタは、１段の直線により形
成され、その断面積をＳ０で表すことができる。図４３
（Ｂ）は、多段（２段）タイプのエミッタ形状を示す。
多段（２段）タイプエミッタは、傾きの異なる２段の直
線により形成され、その断面積をＳ１とする。仮に、１
段目の直線により１段タイプエミッタを形成するとする
と、図４３（Ａ）のエミッタと同じく、断面積がＳ０と
なる。

【０２２５】この時、２段タイプエミッタは、断面積Ｓ
１と断面積Ｓ０を用いて、上記（８）、（９）、（１
０）式の定義と同じ定義で表される。図４４（Ａ）、
（Ｂ）は、断面積による多段（２段）タイプエミッタの
第３の定義を示す。

【０２２６】図４４（Ａ）は、１段タイプのエミッタ形
状を示す。１段タイプエミッタは、１段の直線により形
成され、その断面積をＳ０で表すことができる。図４４
（Ｂ）は、多段（２段）タイプのエミッタ形状を示す。
多段（２段）タイプエミッタは、傾きの異なる２段の直
線により形成され、その断面積をＳ１とする。ただし、
１段目の直線は互いにほぼ平行である。仮に、２段目の
直線により１段タイプエミッタを形成するとすると、図
４４（Ａ）のエミッタと同じく、断面積がＳ０となる。

【０２２７】この時、２段タイプエミッタは、断面積Ｓ
１と断面積Ｓ０を用いて、上記（８）、（９）、（１
０）式の定義と同じ定義で表される。図４５は、電界放
射型素子を用いたフラットパネルディスプレイの断面図
である。

【０２２８】電界放射型素子は、本実施例に示した方法
により製造されたエミッタ電極または２極管である。絶
縁体からなる支持基板４１の上に、ＡｌまたはＣｕ等か
らなる配線層４２と多結晶Ｓｉ等からなる抵抗層４３が
形成される。抵抗層４３の上には、頂角および曲率半径
の小さい先端を持つエミッタ電極４４が多数配列され、
電界放射エミッタアレイ（ＦＥＡ）を形成する。ゲート
電極４５は、各エミッタ電極４４の先端付近に開口を有
し、開口ごとに独立して電圧を印加することができる。
複数のエミッタ電極４４も、それぞれ独立して電圧を印
加することができる。

【０２２９】エミッタ電極４４およびゲート電極４５を
含む電子源に対向して、ガラスまたは石英等からなる透
明基板４６を含む対向基板が配置される。対向基板は、
透明基板４６の下にＩＴＯ等からなる透明電極（アノー
ド電極）４７が配置され、さらにその下に蛍光材４８が
配置される。

【０２３０】電子源と対向基板とは、透明電極４７とエ
ミッタ電極４４の間の距離が０．１〜５ｍｍ程度に保た
れるように、接着剤を塗布したガラス基板からなるスペ
ーサ５０を介して接合される。接着剤には、例えば低融
点ガラスが用いられる。

【０２３１】なお、スペーサ５０としてガラス基板を用
いず、エポキシ樹脂等の接着剤中にガラスビーズ等を分
散させてスペーサ５０を構成することもできる。ゲッタ
ー材５１は、例えばＴｉ、Ａｌ、Ｍｇ等で形成され、放
出ガスがエミッタ電極４４の表面に再付着するのを防止
する。

【０２３２】対向基板には、予め排気管４９が形成され
ている。排気管４９を利用して、フラットパネルディス
プレイの内部を１０^-5〜１０^-9Ｔｏｒｒ程度まで真空排
気した後、バーナー等で排気管４９を封止する。その
後、アノード電極（透明電極）４７、エミッタ電極４
４、ゲート電極４５の配線を行い、フラットパネルディ
スプレイを完成させる。

【０２３３】図４６は、フラットパネルディスプレイの
斜視図である。ゲート電極４５は、多数のゲートホール
５３を有する。各ゲートホール５３に対応して、エミッ
タ電極４４が形成される。各エミッタ電極４４の先端
は、絶縁膜５４により仕切られている。エミッタ電極４
４から放出される電子は、真空である中空部５２を介し
て蛍光材４８に照射され発光する。

【０２３４】フラットパネルディスプレイは複数の画素
で構成される。１つの画素は、４つのエミッタで構成さ
れる電子源の領域ＰＱＲＳと、それに対応する対向基板
の領域Ｐ’Ｑ’Ｒ’Ｓ’で構成される。

【０２３５】エミッタ電極４４の下に形成される抵抗層
４３と配線層４２は、画素（４つのエミッタ電極）毎に
平坦化層（絶縁膜）５５で仕切られる。図４７は、フラ
ットパネルディスプレイの電気回路を示す等価回路であ
る。フラットパネルディスプレイは、多数の２極管また
は３極管を含む電界放射エミッタアレイ（ＦＥＡ）で構
成される。

【０２３６】２次元に配線されるエミッタ配線とゲート
配線の交点には、多数の３極管が配置される。各３極管
のアノード電極（透明基板）４７は、常に正電位に保持
されている。各３極管は、エミッタ配線とゲート配線と
により２次元的に選択される。つまり、電圧が印加され
たエミッタ配線とゲート配線の交点に配置される３極管
が選択される。

【０２３７】選択された３極管のエミッタ電極およびゲ
ート電極には、それぞれ負電位および正電位が与えら
れ、エミッタ電極からアノード電極に向けて電子が放出
される。

【０２３８】本実施例では、第１の犠牲膜により構成さ
れる２パートからなるオーバーハング部の上に、厚さ分
布を有する反応制御膜（第２の犠牲膜または反応阻止
膜）を堆積する。その後、化学反応により体積膨張させ
ると、オーバーハング部を局部的に体積膨張させること
ができるので、１段または多段（２段）タイプエミッタ
の任意の成形型を形成することができる。この成形型を
用いれば、先端の頂角および曲率半径が小さいエミッタ
を作ることができる。

【０２３９】また、第１の犠牲膜を化学反応により体積
膨張させることにより、エミッタ電極とゲート電極の相
対位置を精度よく決めることができる。さらに、積層膜
１０ｃのオーバーハング部の上にゲート電極を成膜する
ことにより、２パートのゲート電極の間の間隔（ゲート
径）を狭くできるので、ゲート電極に印加する制御電圧
を低くすることができ、電界放射型素子としての性能が
向上する。

【０２４０】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。

【０２４１】

【発明の効果】以上説明したように、断面形状が２パー
トからなるオーバーハング部の上に第１の犠牲膜と反応
制御膜を堆積した後化学反応させる。反応制御膜に厚さ
分布を持たせることにより、第１の犠牲膜を局部的に大
きく体積膨張させることができるので、２パートからな
るオーバーハング部の間には、２つの円ないし楕円が接
触したかのように鋭い谷ができる。その谷を成形型とし
て用いれば、先端の頂角および曲率半径が小さい電界放
出陰極を製造することができる。

【０２４２】また、２電極を形成する際には、２パート
からなるオーバーハング部の上に第１の犠牲膜を堆積す
る工程と、さらに反応制御膜を堆積する工程と、第１の
犠牲膜を化学反応させる工程の各プロセス条件を組み合
わせることにより、エミッタ電極とゲート電極の相対位
置を精度よく決めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の実施例によ
る電界放射型素子の製造工程を示す図である。

【図２】図２（Ｅ）〜（Ｇ）は、図１（Ｄ）に続く電
界放射型素子の製造工程を示す図である。

【図３】図３（Ｈ）は、図２（Ｇ）に続く電界放射型
素子の製造工程を示す図である。

【図４】図４（Ａ）〜（Ｃ）は、エミッタ電極を支持
基板で補強する方法を３種類示す図である。

【図５】図５（Ａ）、（Ｂ）は、第２の犠牲膜を形成
する他の方法を示す図である。

【図６】本実施例による２極管構造の電界放射型素子
の製造工程を示す図である。

【図７】図７（Ａ）はエミッタ電極とゲート電極の相
対位置を表す概略図であり、図７（Ｂ）はエミッタ電極
とゲート電極との間の距離と、最大電界強度の関係を示
すグラフである。

【図８】図８（Ａ）〜（Ｃ）は、２極管を支持基板で
補強する方法を３種類示す図である。

【図９】本発明の他の実施例による電界放射型素子を
示す図である。

【図１０】図１０（Ａ）〜（Ｃ）は、本実施例による
３極管構造の電界放射型素子の製造工程を示す図であ
る。

【図１１】本実施例による３極管の斜視図である。

【図１２】図１１の３極管の上下方向を逆にした図で
ある。図１２（Ａ）は針状の先端をもつエミッタ電極を
示し、図１２（Ｂ）はある１次元方向に長さをもつ頂の
山の形状をした先端をもつエミッタ電極を示す斜視図で
ある。

【図１３】図１３（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の他の実
施例による電界放射型素子の製造工程を示す図である。

【図１４】図１４（Ｄ）、（Ｅ）は、図１３（Ｃ）に
続く電界放射型素子の製造工程を示す図である。

【図１５】本実施例による他の２極管構造の電界放射
型素子を示す図である。

【図１６】図１６（Ａ）、（Ｂ）は、本実施例による
他の３極管構造の電界放射型素子の製造工程を示す図で
ある。

【図１７】本実施例による３極管の斜視図である。

【図１８】本実施例による他の３極管構造の電界放射
型素子を示す図である。

【図１９】図１９（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の他の実
施例による電界放射型素子の製造工程を示す図である。

【図２０】図２０（Ｄ）〜（Ｆ）は、図１９（Ｃ）に
続く電界放射型素子の製造工程を示す図である。

【図２１】本実施例による他の２極管構造の電界放射
型素子を示す図である。

【図２２】図２２（Ａ）、（Ｂ）は、本実施例による
他の３極管構造の電界放射型素子の製造工程を示す図で
ある。

【図２３】図２３（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の他の実
施例による電界放射型素子の製造工程を示す図である。

【図２４】図２４（Ｄ）〜（Ｆ）は、図２３（Ｃ）に
続く電界放射型素子の製造工程を示す図である。

【図２５】本実施例による他の２極管構造の電界放射
型素子を示す図である。

【図２６】図２６（Ａ）、（Ｂ）は、本実施例による
他の３極管構造の電界放射型素子の製造工程を示す図で
ある。

【図２７】図２７（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の他の実
施例による電界放射型素子の製造工程を示す図である。

【図２８】図２８（Ｄ）〜（Ｆ）は、図２７（Ｃ）に
続く電界放射型素子の製造工程を示す図である。

【図２９】本実施例による他の２極管構造の電界放射
型素子を示す図である。

【図３０】図３０（Ａ）、（Ｂ）は、本実施例による
他の３極管構造の電界放射型素子の製造工程を示す図で
ある。

【図３１】図３１（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の他の実
施例による電界放射型素子の製造工程を示す図である。

【図３２】図３２（Ｄ）〜（Ｆ）は、図３１（Ｃ）に
続く電界放射型素子の製造工程を示す図である。

【図３３】本実施例による他の２極管構造の電界放射
型素子を示す図である。

【図３４】本実施例による他の２極管構造の電界放射
型素子を示す図である。

【図３５】図３５（Ａ）、（Ｂ）は、本実施例による
他の３極管構造の電界放射型素子の製造工程を示す図で
ある。

【図３６】高さによるエミッタの第１の定義を示す。
図３６（Ａ）は１段タイプエミッタの形状を示す図であ
り、図３６（Ｂ）は多段（２段）タイプエミッタの形状
を示す図である。

【図３７】高さによるエミッタの第２の定義を示す。
図３７（Ａ）は１段タイプエミッタの形状を示す図であ
り、図３７（Ｂ）は多段（２段）タイプエミッタの形状
を示す図である。

【図３８】高さによるエミッタの第３の定義を示す。
図３８（Ａ）は１段タイプエミッタの形状を示す図であ
り、図３８（Ｂ）は多段（２段）タイプエミッタの形状
を示す図である。

【図３９】頂角によるエミッタの第１の定義を示す。
図３９（Ａ）は１段タイプエミッタの形状を示す図であ
り、図３９（Ｂ）は多段（２段）タイプエミッタの形状
を示す図である。

【図４０】頂角によるエミッタの第２の定義を示す。
図４０（Ａ）は１段タイプエミッタの形状を示す図であ
り、図４０（Ｂ）は多段（２段）タイプエミッタの形状
を示す図である。

【図４１】頂角によるエミッタの第３の定義を示す。
図４１（Ａ）は１段タイプエミッタの形状を示す図であ
り、図４１（Ｂ）は多段（２段）タイプエミッタの形状
を示す図である。

【図４２】断面積によるエミッタの第１の定義を示
す。図４２（Ａ）は１段タイプエミッタの形状を示す図
であり、図４２（Ｂ）は多段（２段）タイプエミッタの
形状を示す図である。

【図４３】断面積によるエミッタの第２の定義を示
す。図４３（Ａ）は１段タイプエミッタの形状を示す図
であり、図４３（Ｂ）は多段（２段）タイプエミッタの
形状を示す図である。

【図４４】断面積によるエミッタの第３の定義を示
す。図４４（Ａ）は１段タイプエミッタの形状を示す図
であり、図４４（Ｂ）は多段（２段）タイプエミッタの
形状を示す図である。

【図４５】電界放射型素子を用いたフラットパネルデ
ィスプレイの断面図である。

【図４６】電界放射型素子を用いたフラットパネルデ
ィスプレイの斜視図である。

【図４７】フラットパネルディスプレイの電気回路図
である。

【図４８】図４８（Ａ）、（Ｂ）は、従来技術による
電界放射型素子の断面図である。

【符号の説明】

１０基板、１１反応膜、１２孔、１
１反応阻止膜、１３オーバーハング部、１５
第１の犠牲膜、１７エミッタ電極、１８支持基
板、１９ａ平坦化膜、１９ｂ接着剤、２
０スリット開口、４１支持基板、４２配線
層、４３抵抗層、４４エミッタ電極、
４５ゲート電極、４６透明基板、４７透
明電極、４８蛍光材、４９排気管、５
１ゲーター材、５２中空部、５３ゲート
ホール、５４絶縁膜、５５平坦化層、
１０１基板、１０３犠牲膜、１０５エミ
ッタ電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外形が２段の曲線または直線で形成され
る電界放射陰極を有する電界放射型素子。
【請求項２】外形が２段の曲線または直線で形成され
る電界放射陰極と、前記電界放射陰極の先端を囲むように形成される制御電
極とを有する２電極構造の電界放射型素子。
【請求項３】外形が２段の曲線または直線で形成され
る電界放射陰極と、前記電界放射陰極の先端を囲むように形成される制御電
極と、前記電界放射陰極に対向して形成される陽極とを有する
３電極構造の電界放射型素子。
【請求項４】さらに、前記電界放射陰極を支持する支
持基板を有する請求項１〜３のいずれかに記載の電界放
射型素子。
【請求項５】断面形状が互いに対向する２パートから
なるオーバーハング部を基板に形成する工程と、化学反応が可能な物質で、前記２パートのオーバーハン
グ部の上に、断面形状が２パートからなり、オーバーハ
ング部の上面上からオーバーハング部の下面上に連続し
た曲面を形成する第１の犠牲膜を堆積する犠牲膜堆積工
程と、前記２パートからなる第１の犠牲膜の上に、該第１の犠
牲膜の化学反応を減速制御するための断面形状が２パー
トからなる反応制御膜を第１の犠牲膜の上面上で第１の
犠牲膜の下面上より厚くなるように堆積する制御膜堆積
工程と、前記反応制御膜を介して前記第１の犠牲膜を化学反応さ
せ、前記第１の犠牲膜の下部を上部よりも多く体積膨張
させ、２パートからなるオーバーハング部を互いに接触
させる反応工程と、前記接触した領域の上に電界放射陰極膜を堆積する工程
と、前記電界放射陰極膜の先端を露出させる電極露出工程と
を含む電界放射型素子の製造方法。
【請求項６】前記制御膜堆積工程は酸化膜からなる反
応制御膜を堆積する工程であり、前記反応工程は酸化反
応させる工程である請求項５記載の電界放射型素子の製
造方法。
【請求項７】前記制御膜堆積工程は窒化膜からなる反
応制御膜を堆積する工程であり、前記反応工程は窒化反
応させる工程である請求項５記載の電界放射型素子の製
造方法。
【請求項８】前記制御膜堆積工程は窒化膜からなる反
応制御膜を堆積する工程であり、前記反応工程は酸化反
応させる工程である請求項５記載の電界放射型素子の製
造方法。
【請求項９】前記制御膜堆積工程は酸化窒化膜からな
る反応制御膜を堆積する工程であり、前記反応工程は酸
化反応させる工程である請求項５記載の電界放射型素子
の製造方法。
【請求項１０】前記制御膜堆積工程の後、さらに、前
記反応制御膜を覆うように第２の犠牲膜を堆積する工程
を含む請求項５記載の電界放射型素子の製造方法。
【請求項１１】前記犠牲膜堆積工程の後、さらに、前
記第１の犠牲膜の表面に第２の犠牲膜を成膜する工程を
含み、前記制御膜堆積工程は該第２の犠牲膜の上に反応
制御膜を堆積する工程である請求項５記載の電界放射型
素子の製造方法。
【請求項１２】断面形状が互いに対向する２パートか
らなるオーバーハング部を基板に形成する工程と、化学反応が可能な物質で、前記２パートのオーバーハン
グ部の上に断面形状が２パートからなり、オーバーハン
グ部の上面上からオーバーハング部の下面上に連続した
曲面を形成する第１の犠牲膜を堆積する犠牲膜堆積工程
と、前記２パートからなる第１の犠牲膜の上に、該第１の犠
牲膜の化学反応を減速制御するための断面形状が２パー
トからなる反応制御膜を第１の犠牲膜の上面上で第１の
犠牲膜の下面上より厚くなるように堆積する制御膜堆積
工程と、前記反応制御膜を介して前記第１の犠牲膜を化学反応さ
せ、前記第１の犠牲膜の下部を上部よりも多く体積膨張
させる反応工程と、前記２パートからなるオーバーハング部上に絶縁膜を堆
積し、２パートからなるオーバーハング部を互いに接触
させる接触工程と、前記接触した領域の上に電界放射陰極膜を堆積する工程
と、前記電界放射陰極膜の先端を露出させる電極露出工程と
を含む電界放射型素子の製造方法。
【請求項１３】前記制御膜堆積工程は、第１の犠牲膜
の上面上で第１の犠牲膜の下面上よりも厚くなるように
反応制御膜を堆積した後該反応制御膜を等方エッチング
する工程を含む請求項５〜１２のいずれかに記載の電界
放射型素子の製造方法。
【請求項１４】前記第１の犠牲膜が半導体または導電
体であり、前記反応工程は、第１の犠牲膜の一部のみを化学反応さ
せる工程であり、前記電界放射陰極膜は導電体からなる電界放射陰極であ
り、前記電極露出工程は、前記電界放射陰極の先端および前
記第１の犠牲膜の未反応部の先端を露出させる工程であ
り、前記電界放射型素子が２電極構造を有する請求項５
〜１３のいずれかに記載の電界放射型素子の製造方法。
【請求項１５】前記基板は半導体または導電体であ
り、前記第１の犠牲膜が半導体または導電体であり、前記反応工程は、第１の犠牲膜の一部のみを化学反応さ
せる工程であり、前記電界放射陰極膜は導電体であり、前記電極露出工程は、前記電界放射陰極膜の先端および
前記第１の犠牲膜の未反応部の先端および前記基板の一
部上面を露出させる工程であり、前記電界放射型素子が
３電極構造を有する請求項５〜１３のいずれかに記載の
電界放射型素子の製造方法。
【請求項１６】さらに、前記電界放射陰極膜を支持基
板で支持する工程を含む請求項５〜１５のいずれかに記
載の電界放射型素子の製造方法。