CN101183633A - 场发射器件的制造方法 - Google Patents

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CN101183633A CNA200710186971XA CN200710186971A CN101183633A CN 101183633 A CN101183633 A CN 101183633A CN A200710186971X A CNA200710186971X A CN A200710186971XA CN 200710186971 A CN200710186971 A CN 200710186971A CN 101183633 A CN101183633 A CN 101183633A
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Abstract

本发明提供了一种场发射器件的制造方法，包括：在基板上依次形成阴极和光阻挡层，并构图所述光阻挡层以形成阻挡层孔；在所述光阻挡层上依次形成绝缘层和栅极材料层，并构图所述栅极材料层以形成栅电极，在所述栅电极中形成栅电极孔；在所述栅电极上涂覆光致抗蚀剂，并曝光和显影所述光致抗蚀剂以在所述栅电极孔内形成抗蚀剂孔；各向同性地蚀刻通过所述抗蚀剂孔暴露出的绝缘层的部分从而形成绝缘层孔；蚀刻通过所述绝缘层孔暴露出的栅电极的部分，以形成栅极孔，并除去所述光致抗蚀剂；和在通过所述阻挡层孔暴露的阴极电极上形成发射器。

Description

场发射器件的制造方法
技术领域
本发明涉及一种场发射器件的制造方法，且更具体而言涉及一种稳定和可靠的场发射器件的制造方法。
背景技术
场发射器件通过在形成于阴极上的发射器周围形成强电场而从发射器发射电子。场发射器件使用在广泛的应用范围内，包括作为平板显示器的场发射显示器(FED)。FED通过使场发射器件所发射的电子与形成在阳极上的磷层碰撞而产生图像。由于FED仅为几厘米厚并具有宽视角、低功耗和低制造成本，因此FED和液晶显示器(LCD)以及等离子体显示器(PDP)一起作为下一代显示器件而引起注意。
场发射器件也可以应用在LCD的背光单元(BLU)中。LCD通过选择性地透射由设置在LCD面板后侧的光源所发射的光而在前表面上显示图像。可以设置在LCD面板的后侧的光源的示例包括冷阴极荧光灯(CCFL)、外部电极荧光灯(EEFL)和发光二极管(LED)。除此之外，场发射型背光单元还可以用作光源。场发射型背光单元原则上具有与FED的发光相同的驱动机制。然而，场发射型背光单元与FED的不同之处在于场发射型背光单元不显示图像而仅作为光源。场发射型背光单元因其薄结构、低制造成本和亮度控制而作为LCD的下一代背光单元引起注意。场发射器件也可以应用于使用电子发射的各种***，例如X射线管、微波放大器和平型灯(flatlamp)。
由例如钼(Mo)的金属形成的微型尖端已经用作场发射器件的发射器。然而，最近具有良好的电子发射性质的碳纳米管(CNT)常常用作发射器。使用CNT发射器的场发射器件具有低成本、低驱动电压和高化学及机械稳定性的优点。CNT发射器可以通过印刷CNT膏或通过化学气相沉积(CVD)直接生长CNT而形成。CNT的直接生长需要高生长温度和复杂的合成条件，因此难以实现量产。因此，近年来更优选CNT膏。
发明内容
本发明通过将发射器精确设置在栅极孔中间而提供一种稳定和可靠的场发射器件的制造方法。
根据本发明的方面，场发射器件的制造方法包括：在基板上依次形成阴极和光阻挡层，并构图所述光阻挡层以形成暴露所述阴极的阻挡层孔；在所述光阻挡层上依次形成绝缘层和栅极材料层，并构图所述栅极材料层以形成栅电极，在所述栅电极中形成暴露所述光阻挡层上方的部分绝缘层的栅电极孔；在所述栅电极上涂覆光致抗蚀剂从而覆盖所述栅电极孔，并曝光和显影所述光致抗蚀剂以在所述栅电极孔内形成抗蚀剂孔，使得所述抗蚀剂孔在形状上对应于所述阻挡层孔并暴露部分所述绝缘层；各向同性地蚀刻通过所述抗蚀剂孔暴露出的绝缘层的部分直到暴露所述阻挡层孔，从而形成绝缘层孔；蚀刻通过所述绝缘层孔暴露出的栅电极的部分，以形成栅极孔，并除去所述光致抗蚀剂；和在通过所述阻挡层孔暴露的阴极电极上形成发射器。
所述栅电极孔可以宽于所述阻挡层孔并窄于所述栅极孔。
通过使用所述光阻挡层作为光掩模的背侧曝光来曝光并显影所述光致抗蚀剂，从而形成所述抗蚀剂孔。所述光致抗蚀剂可以是正性光致抗蚀剂。所述抗蚀剂孔与所述阻挡层孔可以是同心的。
所述基板可以是透明基板。所述光阻挡层可以由非晶硅形成。
所述阴极可以由透明导电材料形成。所述阴极可以由氧化铟锡(ITO)形成。所述绝缘层可以由透明材料形成。
所述栅极材料层可以由相对于阴极具有蚀刻选择性的材料形成。所述栅极材料层由选自Cr、Ag、Al、Mo、Nb和Au的组中的金属形成。
所述栅极孔可以通过湿法蚀刻由所述绝缘层孔暴露出的栅电极部分而形成。所述绝缘层可以被湿法蚀刻。形成所述发射器可以包括：涂覆碳纳米管(CNT)膏以填充所述阻挡层孔、绝缘层孔和栅极孔；和通过使用所述光阻挡层作为光掩模的背侧曝光来曝光和显影所述碳纳米管膏，并在由所述阻挡层孔暴露出的阴极上形成由CNT构成的发射器。
根据本发明的另一方面，场发射器件的制造方法包括：在基板上依次形成阴极和光阻挡层，并构图所述光阻挡层以形成暴露所述阴极的阻挡层孔；在所述光阻挡层上依次形成绝缘层和栅极材料层；在所述栅极材料层上涂覆光致抗蚀剂，并曝光和显影所述光致抗蚀剂，从而形成在形状上对应于所述阻挡层孔的抗蚀剂孔，并暴露位于所述阻挡层孔上方的部分栅极材料层；蚀刻通过所述抗蚀剂孔暴露的栅极材料层的部分，以形成栅电极，在所述栅电极中形成暴露部分所述绝缘层的栅电极孔；各向同性地蚀刻通过所述栅电极孔暴露的绝缘层的部分直到暴露出所述阻挡层孔，从而形成绝缘层孔；蚀刻通过所述绝缘层孔暴露的部分栅电极以形成栅极孔，并蚀刻通过所述阻挡层孔暴露的阴极以形成阴极孔；除去所述光致抗蚀剂；和在通过所述阴极孔暴露出的基板的部分上形成发射器。
根据本发明的另一方面，场发射器件的制造方法包括：在基板上依次形成阴极和光阻挡层，并构图所述光阻挡层以形成暴露所述阴极的阻挡层孔；在所述光阻挡层上依次形成绝缘层和栅极材料层，并构图所述栅极材料层以形成栅电极，在所述栅电极中形成设置在所述阻挡层孔上方且暴露出绝缘层的部分的栅电极孔；在所述栅电极和由所述栅电极孔暴露的绝缘层的部分上形成导电透明材料层；在所述透明材料层上涂覆光致抗蚀剂，并曝光和显影所述光致抗蚀剂从而形成抗蚀剂孔，所述抗蚀剂孔在形状上对应于所述阻挡层孔，并且暴露位于所述阻挡层孔上方的透明材料层的部分；蚀刻通过所述抗蚀剂孔暴露的透明材料层的部分以形成透明电极，在所述透明电极中形成暴露部分所述绝缘层的透明电极孔；各向同性地蚀刻通过所述透明电极孔暴露的部分绝缘层直到暴露所述阻挡层孔，从而形成绝缘层孔；蚀刻通过所述绝缘层孔暴露的透明电极以形成栅极孔，并除去所述光致抗蚀剂；和在由所述阻挡层孔暴露的阴极上形成发射器。
根据本发明的另一方面，场发射器件的制造方法包括：在基板上依次形成阴极和光阻挡层，并构图所述光阻挡层以形成暴露所述阴极的阻挡层孔；在所述光阻挡层上依次形成绝缘层、导电透明材料层和栅极材料层，并构图所述栅极材料层以形成栅电极，在所述栅电极中形成暴露部分透明材料层并设置在所述阻挡层孔上方的栅电极孔；涂覆光致抗蚀剂以覆盖所述栅电极和部分所述透明材料层，并曝光和显影所述光致抗蚀剂从而形成抗蚀剂孔，所述抗蚀剂孔在形状上对应于所述阻挡层孔并暴露设置在所述阻挡层孔上方的部分透明材料层；蚀刻由所述抗蚀剂孔暴露出的透明材料层的部分，以形成透明电极，在所述透明电极中形成暴露部分所述绝缘层的透明电极孔；各向同性地蚀刻通过所述透明电极孔暴露的部分绝缘层直到暴露所述阻挡层孔，从而形成绝缘层孔；蚀刻由所述绝缘层孔暴露的透明电极的部分以形成栅极孔，并除去所述光致抗蚀剂；和在由所述阻挡层孔暴露出的阴极上形成发射器。
附图说明
通过参考结合附图的详细描述，本发明的完整的理解及其许多附带的优点将更明显并更容易理解，在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的元件，其中：
图1是场发射器件的平面图；
图2是沿图1的线II-II’所取的剖面图；
图3到图10是示出根据本发明实施例的场发射器件的制造方法的剖面图；
图11到图16是示出根据本发明的另一实施例的场发射器件的制造方法的剖面图；
图17到图23是示出根据本发明的另一实施例的场发射器件的制造方法的剖面图；
图24到图26是示出图17到图23的场发射器件的制造方法的变型的剖面图；和
图27到32是示出根据本发明的另一实施例的场发射器件的制造方法的剖面图。
具体实施方式
现在将参考附图更充分地描述本发明，在附图中示出了本发明的示范性实施例。相同的附图标记通篇表示相同的元件。在附图中，为了清楚而夸大了部件的尺寸。还应该理解，当一层被称为在基板或另一层“上”时，其可以直接位于该基板或该另一层上，或者中间也可以存在居间层。
图1是场发射器件的平面图，且图2是沿图1的线II-II’所取的剖面图。
参考图1和2，构建场发射器件使得多个阴极12、紫外线(UV)阻挡层20、绝缘层30、和多个栅电极40依次堆叠在基板10上。阴极12和栅电极40彼此交叉。绝缘层孔31形成在绝缘层30上以暴露阴极12，且栅极孔41形成在栅电极40中从而与绝缘层孔31相通。阻挡层孔21形成在UV阻挡层20中从而与绝缘层孔31相通并暴露阴极12。用于电子发射的发射器50设置在阻挡层孔21中的阴极12上。发射器50可以通过使用UV阻挡层20作为光掩模的背侧曝光来构图碳纳米管(CNT)膏而形成。在如上构建的场发射器件中，当在栅电极40和形成于阴极12上的发射器50之间施加强电场时，从发射器50发射电子。
除非发射器50精确对准在如上构建的常规场发射器件的栅极孔41的中心，否则电子发射的均匀性降低。因此，为了实现稳定和可靠的场发射器件，需要栅极孔41精确地与设置发射器50的阻挡层孔21同心。
图3到图10是示出根据本发明实施例的场发射器件的制造方法的剖面图。
参考图3，阴极112形成在基板110上，基板110可以是透明基板。因此，基板110可以是玻璃或塑料基板。阴极112可以通过在基板110上沉积阴极材料层并将该阴极材料层构图为预定形状而形成。阴极112可以由透明导电材料形成，例如氧化铟锡(ITO)。光阻挡层120形成在基板110上从而覆盖阴极112，并随后被构图以形成暴露阴极112的阻挡层孔121。由碳纳米管(CNT)形成的发射器150(见图10)在随后的工艺中形成在阻挡层孔121中。在后续的背侧曝光工艺中作为光掩模的光阻挡层120可以由能够阻挡紫外(UV)线的材料形成。例如，光阻挡层120可以由非晶硅形成。
参考图4，绝缘层130和栅极材料层140’依次形成在光阻挡层120上。绝缘层130可以通过在光阻挡层120上沉积例如氧化硅的透明介电材料而形成。栅极材料层140’可以由相对于阴极112具有蚀刻选择性的材料形成。例如，栅极材料层140’可以由例如Cr、Ag、Al、Mo、Nb或Au的金属形成。
参考图4和图5，栅极材料层140’被构图以形成栅电极140，在该栅电极中形成栅电极孔142。具体地，第一光致抗蚀剂160涂覆在栅极材料层140’上。第一光致抗蚀剂160可以是正性或负性光致抗蚀剂。接着，第一光致抗蚀剂160被曝光和显影以形成暴露栅极材料层140’的第一抗蚀剂孔161。栅极材料层140’通过第一抗蚀剂孔161被蚀刻以形成栅电极140，在该栅电极140中形成暴露绝缘层130的栅电极孔142。栅电极孔142形成在阻挡层孔121上方，并可以宽于阻挡层孔121并窄于将在后面描述的栅极孔141(图9)。此工艺中形成的栅电极孔142(图5)不一定与阻挡层孔121同心。接着，从栅电极140除去第一光致抗蚀剂160。
参考图6，第二光致抗蚀剂170涂覆在栅电极140上从而覆盖栅电极孔142。第二光致抗蚀剂170可以是正性光致抗蚀剂。接着，第二光致抗蚀剂170使用背侧曝光被曝光。具体地，使用光阻挡层120作为光掩模从基板110下方发射UV射线，从而曝光设置在阻挡层孔121上方的第二光致抗蚀剂170的部分170a。
参考图6和图7，当第二光致抗蚀剂170的曝光部分170a被显影并除去时，暴露绝缘层130的第二抗蚀剂孔171形成在栅电极孔142内。因此，第二抗蚀剂孔171与阻挡层孔121同心，且直径和形状对应于阻挡层孔121。
参考图8，由第二抗蚀剂孔171暴露的绝缘层130被蚀刻以形成绝缘层孔131。绝缘层孔131可以通过各向同性地湿法蚀刻绝缘层130直到暴露阻挡层孔121而形成。由于绝缘层130的各向同性湿法蚀刻，每个绝缘层孔131可以具有基本为半球的形状。因此，绝缘层孔131下面的阴极112通过阻挡层孔121暴露，且绝缘层孔131上方的栅电极140和第二光致抗蚀剂170通过绝缘层孔131被部分暴露。
参考图9，由绝缘层孔131暴露的栅电极140的部分被蚀刻以形成栅极孔141。栅极孔141可以通过湿法蚀刻由绝缘层孔131暴露出的栅电极140部分而形成。由于阴极112由相对于栅电极140具有蚀刻选择性的材料形成，因此通过阻挡层孔121暴露出的阴极112在栅电极140的蚀刻过程中不被除去。接着，从栅电极140除去第二光致抗蚀剂170。
参考图10，发射器150形成在通过阻挡层孔121暴露出的阴极112上。具体地，通过在含有粘合剂和光敏剂的混合物的溶剂中散布CNT而制备CNT膏。光敏剂是负性光敏剂。接着，CNT膏被涂覆在栅电极140上从而填充阻挡层孔121、绝缘层孔131和栅极孔141。接着，当CNT膏被使用光阻挡层120作为光掩模的背侧曝光所曝光和显影时，由CNT形成的发射器150形成在阻挡层孔121中的阴极112上。
由于绝缘层孔131是通过与阻挡层孔121同心的第二光致抗蚀剂孔171来各向同性地蚀刻绝缘层130而形成的，且由绝缘层孔131暴露出的栅电极140的部分被蚀刻并除去，因此栅极孔141与阻挡层孔121精确地同心。因此，形成在阻挡层孔121中的发射器150能够精确地置于栅极孔141的中心。
现在将解释根据本发明另一实施例的场发射器件的制造方法。
图11到图16是示出根据本发明另一实施例的场发射器件的制造方法的剖面图。下面的描述将集中于图3到10的方法与图11到16的方法之间的差别。
参考图11，阴极212形成在基板210上。基板210可以是透明基板。阴极212可以由例如ITO的透明导电材料形成。接着，光阻挡层220形成在基板210上以覆盖阴极212，并随后被构图以形成暴露阴极212的阻挡层孔221。光阻挡层220可以由非晶硅形成。接着，绝缘层230和栅极材料层240’依次在光阻挡层220上形成。绝缘层230可以通过在光阻挡层220上沉积例如氧化硅的透明介电材料而形成。栅极材料层240’可以像阴极212一样由透明导电材料形成，例如ITO。
参考图12，光致抗蚀剂260涂覆在栅极材料层240’上。光致抗蚀剂260可以是正性光致抗蚀剂。接着，光致抗蚀剂260通过背侧曝光被曝光。具体地，使用光阻挡层220作为光掩模从基板210下方发射UV射线，从而曝光设置在阻挡层孔221上方的光致抗蚀剂260的部分260a。
参考图12和图13，当光致抗蚀剂260的曝光部分260a被显影并除去时，形成暴露栅极材料层240’的抗蚀剂孔261。因此，抗蚀剂孔261与阻挡层孔221同心，且直径和形状对应于阻挡层孔221。
参考图13和图14，通过抗蚀剂孔261暴露出的栅极材料层240’被蚀刻以形成栅电极240，在栅电极240中形成暴露绝缘层230的栅电极孔242。类似于抗蚀剂孔261，栅电极孔242与阻挡层孔221同心，且直径和形状对应于阻挡层孔221。接着，通过栅电极孔242暴露出的绝缘层230的部分被蚀刻以形成绝缘层孔231。绝缘层孔231可以通过各向同性地湿法蚀刻绝缘层230直到暴露阻挡层孔221而形成。由于绝缘层230的各向同性蚀刻，每个绝缘层孔231都可以具有基本为半球的形状。因此，绝缘层孔231下的阴极212通过阻挡层孔221暴露，且绝缘层孔231上方的栅电极240由绝缘层孔231部分地暴露。
参考图15，由绝缘层孔231暴露的栅电极240的部分被蚀刻以形成栅极孔241，且通过阻挡层孔221暴露的阴极212的部分被蚀刻以形成阴极孔213。栅极孔241和阴极孔213可以通过分别湿法蚀刻栅电极240和阴极212形成。由于栅电极240和阴极212由例如ITO的透明导电材料形成，栅电极240和阴极212可以被同时蚀刻。接着，从栅电极240除去光致抗蚀剂260。
参考图16，发射器250形成在通过阻挡层孔221和阴极孔213暴露出的基板210的部分上。具体地，CNT膏被涂覆在栅电极240上以填充阴极孔213、阻挡层孔221、绝缘层孔231和栅极孔241。接着，当CNT膏被使用光阻挡层220作为光掩模的背侧曝光而曝光和显影时，由CNT形成的发射器250形成在绝缘层孔221和阴极孔213中的基板210上。
如上所述，由于绝缘层孔231通过与阻挡层孔221同心的栅电极孔242各向同性地蚀刻绝缘层230而形成，且由绝缘层孔23 1暴露出的栅电极240部分被蚀刻并除去，因此栅极孔241与阻挡层孔221精确地同心。因此，形成在阻挡层孔221和阴极孔213中的发射器250可以精确地置于栅极孔241的中心。
现在解释根据本发明另一实施例的场发射器件的制造方法。
图17到23是示出根据本发明另一实施例的场发射器件的制造方法的剖面图。下面的解释将集中于图3到16的方法与图17到23的方法之间的差别。
参考图17，阴极312形成在基板310上。基板310可以是透明基板。阴极312可以由例如ITO的透明导电材料形成。光阻挡层320形成在基板310上以覆盖阴极312，并随后被构图以形成暴露阴极312的阻挡层孔321。光阻挡层320可以由非晶硅形成。接着，由透明介电材料例如氧化硅形成的绝缘层330形成在光阻挡层320上。接着，栅极材料层(未示出)形成在绝缘层330上。栅极材料层可以由例如ITO的透明导电材料或者例如Cr、Ag、Al、Mo、Nb、或Au的金属形成。
接着，栅极材料层被构图以形成栅电极340，在栅电极中形成暴露绝缘层330的栅电极孔342。具体地，第一光致抗蚀剂360被涂覆在栅极材料层上。第一光致抗蚀剂360可以是正性或负性光致抗蚀剂。接着，第一光致抗蚀剂360被曝光和显影以形成暴露栅极材料层的第一抗蚀剂孔361。栅极材料层被通过第一抗蚀剂孔361蚀刻以形成栅电极340，在栅电极中形成暴露绝缘层330的栅电极孔342。栅电极孔342形成在阻挡层孔321上方，并可以宽于将在后面解释的栅极孔341(图22)。在此工艺中形成的栅电极孔342(图17)不一定与阻挡层孔321精确地同心。接着，从栅电极340除去第一光致抗蚀剂360。
参考图18，导电透明材料层345’形成在栅电极340的顶表面上以及通过栅电极孔342暴露出的绝缘层330的顶表面部分上。透明材料层345’可以是相对于阴极312具有蚀刻选择性的金属性膜。在此情形，金属性膜可以具有约100到500的厚度。例如，透明材料层345’可以由例如Cr、Ag、Al、Mo、Nb或Au的金属形成。
参考图19，第二光致抗蚀剂370涂覆在透明材料层345’上。第二光致抗蚀剂370可以是正性光致抗蚀剂。接着，第二光致抗蚀剂370通过背侧曝光被曝光。具体地，使用光阻挡层320作为光掩模从基板310下方发射UV射线，从而曝光设置在阻挡层孔321上方的第二光致抗蚀剂370的部分370a。
参考图19和图20，当第二光致抗蚀剂370的曝光部分370a被显影和除去时，暴露透明材料层345’的第二抗蚀剂孔371形成在栅电极孔342内。因此，第二抗蚀剂孔371与阻挡层孔321同心，且直径和形状对应于阻挡层孔321。
参考图20和图21，通过第二抗蚀剂孔371暴露的透明材料层345’被蚀刻以形成透明电极345，在透明电极中形成暴露绝缘层330的透明电极孔347。由金属性膜形成的透明电极345作为栅电极340的汇流电极。类似于第二抗蚀剂孔371，透明电极孔347与阻挡层孔321同心，且直径和形状对应于阻挡层孔321。接着，通过透明电极孔347暴露出的绝缘层330的部分被蚀刻以形成绝缘层孔331。绝缘层孔330可以通过各向同性地湿法蚀刻绝缘层330直到暴露阻挡层孔321而形成。由于绝缘层330的各向同性蚀刻，每个绝缘层孔331可以具有基本为半球的形状。因此，在绝缘层孔331下方的阴极312通过绝缘层孔321暴露，且绝缘层孔331上方的透明电极345通过绝缘层孔331部分地暴露。
参考图22，由绝缘层孔331暴露的透明电极345的部分被蚀刻以形成栅极孔341。栅极孔341可以通过湿法蚀刻并除去由绝缘层孔331暴露的透明电极345的部分而形成。由于透明电极345由相对于阴极312具有蚀刻选择性的材料形成，在蚀刻透明电极345的过程中，通过阻挡层孔321暴露的阴极312被除去。接着，从透明电极345除去第二光致抗蚀剂370。
参考图23，发射器350形成在通过阻挡层孔321暴露出的阴极312上。具体地，CNT膏被涂覆在透明电极345上从而填充阻挡层孔321、绝缘层孔331和栅极孔341。接着，当CNT膏通过使用光阻挡层320作为光掩模的背侧曝光被曝光和显影时，由CNT形成的发射器350形成在阻挡层孔321中的阴极312上。
如上所述，由于绝缘层孔331通过与阻挡层孔321同心的透明电极孔347各向同性地蚀刻绝缘层330而形成，且由绝缘层孔331暴露出的透明电极345的部分被蚀刻并除去，因此栅极孔341与阻挡层孔321精确地同心。因此，形成在阻挡层孔321中的发射器350可以精确地置于栅极孔341的中心。
虽然在图17到23中形成在栅电极340中的栅电极孔342宽于栅极孔341，但如图24到26所示，栅电极孔442可以宽于阻挡层孔321并窄于栅极孔441，其中图24到26是示出图17到23的场发射器件的制造方法的改进的剖面图。
参考图24，宽于阻挡层孔321并窄于栅极孔441(见图25)的栅电极孔442形成在栅电极440中。在此情形，栅电极440可以由相对于阴极412具有蚀刻选择性的材料形成。类似于透明电极445，栅电极440可以由例如Cr、Ag、Al、Mo、Nb或Au的金属形成。因此，当绝缘层孔331通过透明电极孔447蚀刻绝缘层330而形成时，绝缘层孔331下方的阴极312通过阻挡层孔321暴露，且绝缘层孔331上方的栅电极440和透明电极445通过绝缘层孔331部分地暴露。
参考图25，由绝缘层孔331暴露的透明电极445和栅电极440的部分被蚀刻以在栅电极440和透明电极445中形成栅极孔441。栅极孔441可以通过湿法蚀刻并除去由绝缘层孔331暴露的透明电极445和栅电极440的部分而形成。由于阴极312由相对于栅电极440和透明电极445具有蚀刻选择性的材料形成，通过阻挡层孔321暴露的阴极321在蚀刻栅电极440和透明电极445的过程中不被除去。接着，从透明电极445除去第二光致抗蚀剂370。
参考图26，发射器350形成在由阻挡层孔321暴露出的阴极312上。
现在将解释根据本发明另一实施例的场发射器件的制造方法。
图27到32是示出根据本发明另一实施例的场发射器件的制造方法的剖面图。下面的解释将集中于图3到26的方法与图27到32的方法之间的差别。
参考图27，阴极512形成在基板510上。基板510可以是透明基板，且阴极512可以由例如ITO的透明导电材料形成。光阻挡层520形成在基板520上从而覆盖阴极512，并随后被构图以形成暴露阴极512的阻挡层孔521。接着，绝缘层530、导电透明材料层545’和栅极材料层(未示出)形成在光阻挡层520上。导电透明材料层545’可以由相对于阴极512和栅极材料层具有蚀刻选择性的金属性膜形成。在此情况下，金属性膜可以具有100到500的厚度。例如，透明材料层545’可以由例如Cr、Ag、Al、Mo、Nb或Au的金属形成。
接着，栅极材料层被构图以形成栅电极540，在栅电极中形成暴露透明材料层545’的栅电极孔542。具体地，第一光致抗蚀剂560被涂覆在栅极材料层上。第一光致抗蚀剂560可以是正性或负性光致抗蚀剂。接着，第一光致抗蚀剂560被曝光和显影以形成暴露栅极材料层的第一抗蚀剂孔561。栅极材料层通过第一抗蚀剂孔561被蚀刻以形成栅电极540，在栅电极中形成暴露透明材料层545’的栅电极孔542。由于透明材料层545’由相对于栅极材料层具有蚀刻选择性的材料形成，透明材料层545’在此工艺中不被蚀刻。栅电极孔542形成在阻挡层孔521上方。接着，从栅电极540除去第一光致抗蚀剂560。
参考图28，第二光致抗蚀剂570被涂覆以覆盖栅电极540和透明材料层545’。第二光致抗蚀剂570可以是正性光致抗蚀剂。接着，第二光致抗蚀剂570通过背侧曝光被曝光。具体地，使用光阻挡层520作为光掩模从基板510下方发射UV射线，从而曝光设置在阻挡层孔521上方的第二光致抗蚀剂570的部分570a。
参考图28和图29，当第二光致抗蚀剂570的曝光部分570a被显影并除去时，在栅电极孔542中形成暴露透明材料层545’的第二抗蚀剂孔571。因此，第二抗蚀剂孔571与阻挡层孔521同心，且直径和形状对应于阻挡层孔521。
参考图29和图30，通过第二抗蚀剂孔571暴露的透明材料层545’的部分被蚀刻以形成透明电极545，在透明电极中形成暴露绝缘层530的透明电极孔547。由金属性膜形成的透明电极545作为栅电极540的汇流电极。类似于第二抗蚀剂孔571，透明电极孔547与阻挡层孔521同心，且直径和形状对应于阻挡层孔521。接着，通过透明电极孔547暴露出的绝缘层530的部分被蚀刻以形成绝缘层孔531。绝缘层孔531可以通过各向同性地湿法蚀刻绝缘层530的部分直到暴露阻挡层孔521而形成。由于绝缘层530的各向同性蚀刻，每个绝缘层孔531可以具有基本为半球的形状。因此，绝缘层孔531下方的阴极512通过阻挡层孔521暴露，且绝缘层孔531上方的透明电极545通过绝缘层孔531部分暴露。
参考图31，由绝缘层孔531暴露的透明电极545的部分被蚀刻以形成栅极孔541。栅极孔541可以通过湿法蚀刻由绝缘层孔531暴露的透明电极545的部分而形成。由于透明电极545由相对于阴极512具有蚀刻选择性的材料形成，通过阻挡层孔521暴露出的阴极512在透明电极545的蚀刻过程中不被除去。接着，从透明电极545和栅电极540除去第二光致抗蚀剂570。
参考图32，发射器550形成在通过阻挡层孔521暴露出的阴极512上。具体地，CNT膏被涂覆在透明电极545和栅电极540上以填充阻挡层孔521、绝缘层孔531和栅极孔541。接着，当CNT膏通过使用光阻挡层520作为光掩模的背侧曝光被曝光和显影时，由CNT形成的发射器550形成在阻挡层孔521中的阴极512上。
如上所述，由于绝缘层孔531是通过与阻挡层孔521同心的透明电极孔547各向同性地蚀刻绝缘层530而形成的，且由绝缘层孔531暴露出的透明电极545的部分被蚀刻并除去，因此栅极孔541与阻挡层孔521精确地同心。因此，形成在阻挡层孔521中的发射器550可以精确地置于栅极孔541的中心。虽然在图27到32中栅电极孔542宽于栅极孔541，但栅电极孔542可以宽于阻挡层孔521并窄于栅极孔541。
如上所述，根据本发明，栅极孔可以精确地与阻挡层孔同心。因此，形成在阻挡层孔中的发射器可以精确地以栅极孔为中心，因此提高电子发射的均匀性并能够实现稳定和可靠的场发射器件。
虽然参考本发明的示范性实施例具体示出并描述了本发明，但本领域技术人员应该理解，可以进行各种形式和细节的变化而不脱离由权利要求所限定的本发明的精神和范畴。

Claims (60)

1.一种场发射器件的制造方法，所述方法包括步骤：
在基板上依次形成阴极和光阻挡层，并构图所述光阻挡层以形成暴露所述阴极的阻挡层孔；
在所述光阻挡层上依次形成绝缘层和栅极材料层，并构图所述栅极材料层以形成栅电极，在所述栅电极中形成暴露所述阻挡层孔上方的绝缘层部分的栅电极孔；
在所述栅电极上涂覆光致抗蚀剂从而覆盖所述栅电极孔，并曝光和显影所述光致抗蚀剂以在所述栅电极孔内形成抗蚀剂孔，所述抗蚀剂孔在形状上对应于所述阻挡层孔并暴露部分所述绝缘层；
各向同性地蚀刻通过所述抗蚀剂孔暴露出的绝缘层部分直到暴露所述阻挡层孔，从而形成绝缘层孔；
蚀刻通过所述绝缘层孔暴露出的栅电极部分从而形成栅极孔，并除去所述光致抗蚀剂；和
在通过所述阻挡层孔暴露的阴极上形成发射器。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述栅电极孔宽于所述阻挡层孔并窄于所述栅极孔。
3.根据权利要求1所述的方法，其中通过使用所述光阻挡层作为光掩模的背侧曝光来曝光并显影所述光致抗蚀剂，从而形成所述抗蚀剂孔。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述光致抗蚀剂是正性光致抗蚀剂。
5.根据权利要求3所述的方法，其中所述抗蚀剂孔与所述阻挡层孔是同心的。
6.根据权利要求3所述的方法，其中所述基板是透明基板。
7.根据权利要求3所述的方法，其中所述光阻挡层由非晶硅形成。
8.根据权利要求3所述的方法，其中所述阴极由透明导电材料形成。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述阴极由氧化铟锡形成。
10.根据权利要求3所述的方法，其中所述绝缘层由透明材料形成。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述栅极材料层由相对于阴极具有蚀刻选择性的材料形成。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述栅极材料层由选自Cr、Ag、Al、Mo、Nb和Au的组中的金属形成。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述栅极孔通过湿法蚀刻由所述绝缘层孔暴露出的栅电极部分而形成。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述绝缘层被湿法蚀刻。
15.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述发射器包括：
涂覆碳纳米管膏以填充所述阻挡层孔、绝缘层孔和栅极孔；和
通过使用所述光阻挡层作为光掩模的背侧曝光来曝光和显影所述碳纳米管膏，并在所述阻挡层孔中的阴极上形成包括碳纳米管的发射器。
16.一种场发射器件的制造方法，所述方法包括步骤：
在基板上依次形成阴极和光阻挡层，并构图所述光阻挡层以形成暴露所述阴极的阻挡层孔；
在所述光阻挡层上依次形成绝缘层和栅极材料层；
在所述栅极材料层上涂覆光致抗蚀剂，并曝光和显影所述光致抗蚀剂，从而形成在形状上对应于所述阻挡层孔的抗蚀剂孔并暴露位于所述阻挡层孔上方的部分栅极材料层；
蚀刻通过所述抗蚀剂孔暴露的栅极材料层部分以形成栅电极，在所述栅电极中形成暴露部分所述绝缘层的栅电极孔；
各向同性地蚀刻通过所述栅电极孔暴露的绝缘层部分直到暴露出所述阻挡层孔，从而形成绝缘层孔；
蚀刻通过所述绝缘层孔暴露的部分栅电极以形成栅极孔，并蚀刻通过所述阻挡层孔暴露的阴极以形成阴极孔；
除去所述光致抗蚀剂；和
在通过所述阴极孔暴露出的基板部分上形成发射器。
17.根据权利要求16所述的方法，其中通过使用所述光阻挡层作为光掩模的背侧曝光来曝光和显影所述光致抗蚀剂从而形成所述抗蚀剂孔。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述光致抗蚀剂是正性光致抗蚀剂。
19.根据权利要求17所述的方法，其中所述抗蚀剂孔和所述栅电极孔与所述阻挡层孔是同心的。
20.根据权利要求17所述的方法，其中所述基板是透明基板。
21.根据权利要求17所述的方法，其中所述光阻挡层由非晶硅形成。
22.根据权利要求17所述的方法，其中所述阴极和栅极材料层由透明导电材料形成。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述阴极和栅极材料层由氧化铟锡形成。
24.根据权利要求17所述的方法，其中所述绝缘层由透明材料形成。
25.根据权利要求16所述的方法，其中所述栅极孔通过湿法蚀刻由所述绝缘层孔暴露的栅电极部分而形成，且所述阴极孔通过湿法蚀刻由阻挡层孔暴露的阴极部分而形成。
26.根据权利要求16所述的方法，其中所述绝缘层被湿法蚀刻。
27.根据权利要求16所述的方法，其中形成所述发射器包括：
涂覆碳纳米管膏以填充所述阴极孔、所述阻挡层孔、所述绝缘层孔和所述栅极孔；和
通过使用所述光阻挡层作为光掩模的背侧曝光来曝光和显影所述碳纳米管膏，并在由所述阴极孔暴露的基板部分上形成由碳纳米管构成的发射器。
28.一种场发射器件的制造方法，所述方法包括步骤：
在基板上依次形成阴极和光阻挡层，并构图所述光阻挡层以形成暴露所述阴极的阻挡层孔；
在所述光阻挡层上依次形成绝缘层和栅极材料层，并构图所述栅极材料层以形成栅电极，在所述栅电极中形成暴露出设置于所述阻挡层孔上方的部分绝缘层的栅电极孔；
在所述栅电极和由所述栅电极孔暴露的绝缘层部分上形成导电透明材料层；
在所述透明材料层上涂覆光致抗蚀剂，并曝光和显影所述光致抗蚀剂，从而形成在形状上对应于所述阻挡层孔的抗蚀剂孔，并且暴露位于所述阻挡层孔上方的透明材料层部分；
蚀刻通过所述抗蚀剂孔暴露的透明材料层部分以形成透明电极，在所述透明电极中形成暴露部分所述绝缘层的透明电极孔；
各向同性地蚀刻通过所述透明电极孔暴露的部分绝缘层直到暴露所述阻挡层孔，从而形成绝缘层孔；
蚀刻通过所述绝缘层孔暴露的透明电极以形成栅极孔，并除去所述光致抗蚀剂；和
在由所述阻挡层孔暴露的阴极上形成发射器。
29.根据权利要求28所述的方法，其中所述导电透明材料层由相对于所述阴极具有蚀刻选择性的金属性膜形成。
30.根据权利要求29所述的方法，其中所述导电透明材料层由选自Cr、Ag。Al、Mo、Nb和Au的组的金属形成。
31.根据权利要求29所述的方法，其中所述导电透明材料层具有在100到500范围内的厚度。
32.根据权利要求28所述的方法，其中通过采用所述阻挡层作为光掩模的背侧曝光而曝光和显影所述光致抗蚀剂，从而形成所述抗蚀剂孔。
33.根据权利要求32所述的方法，其中所述光致抗蚀剂是正性光致抗蚀剂。
34.根据权利要求32所述的方法，其中所述抗蚀剂孔和所述透明电极孔与所述阻挡层孔是同心的。
35.根据权利要求32所述的方法，其中所述基板是透明基板。
36.根据权利要求32所述的方法，其中所述光阻挡层由非晶硅形成。
37.根据权利要求32所述的方法，其中所述阴极由透明导电材料形成。
38.根据权利要求37所述的方法，其中所述阴极由氧化铟锡形成。
39.根据权利要求32所述的方法，其中所述绝缘层由透明材料形成。
40.根据权利要求28所述的方法，其中所述栅电极孔宽于所述栅极孔。
41.根据权利要求40所述的方法，其中所述栅极材料层由Cr、Ag、Al、Mo、Nb、Au和氧化铟锡之一形成。
42.根据权利要求28所述的方法，其中所述栅电极孔宽于所述阻挡层孔并窄于所述栅极孔。
43.根据权利要求42所述的方法，其中所述栅极材料层由相对于所述阴极具有蚀刻选择性的材料形成。
44.根据权利要求43所述的方法，其中所述栅极孔通过蚀刻由所述绝缘层孔暴露出的栅电极和透明电极而形成。
45.根据权利要求28所述的方法，其中所述绝缘层被湿法蚀刻。
46.根据权利要求28所述的方法，其中形成所述发射器包括：
涂覆碳纳米管膏以填充所述阻挡层孔、所述绝缘层孔和所述栅极孔；和
通过使用所述光阻挡层作为光掩模的背侧曝光来曝光和显影所述碳纳米管膏，并在由所述阻挡层孔暴露出的阴极上形成由碳纳米管膏构成的发射器。
47.一种场发射器件的制造方法，所述方法包括步骤：
在基板上依次形成阴极和光阻挡层，并构图所述光阻挡层以形成暴露所述阴极的阻挡层孔；
在所述光阻挡层上依次形成绝缘层、导电透明材料层和栅极材料层，并构图所述栅极材料层以形成栅电极，在所述栅电极中形成暴露设置在所述阻挡层孔上方的部分透明材料层的栅电极孔；
涂覆光致抗蚀剂以覆盖所述栅电极和所述部分透明材料层，并曝光和显影所述光致抗蚀剂，从而形成在形状上对应于所述阻挡层孔的抗蚀剂孔，并暴露设置在所述阻挡层孔上方的部分透明材料层；
蚀刻由所述抗蚀剂孔暴露出的部分透明材料层，以形成透明电极，在所述透明电极中形成暴露部分所述绝缘层的透明电极孔；
各向同性地蚀刻通过所述透明电极孔暴露的部分绝缘层直到暴露所述阻挡层孔，从而形成绝缘层孔；
蚀刻由所述绝缘层孔暴露的部分透明电极以形成栅极孔，并除去所述光致抗蚀剂；和
在由所述阻挡层孔暴露出的阴极上形成发射器。
48.根据权利要求47所述的方法，其中所述导电透明材料层由相对于所述阴极和栅极材料层具有蚀刻选择性的金属性膜形成。
49.根据权利要求48所述的方法，其中所述导电透明材料层由选自Cr、Ag、Al、Mo、Nb和Au的组中的金属形成。
50.根据权利要求48所述的方法，其中所述导电透明材料层具有在100到500范围内的厚度。
51.根据权利要求47所述的方法，其中通过采用所述光阻挡层作为光掩模的背侧曝光而曝光和显影所述光致抗蚀剂，从而形成所述抗蚀剂孔。
52.根据权利要求51所述的方法，其中所述光致抗蚀剂是正性光致抗蚀剂。
53.根据权利要求51所述的方法，其中所述抗蚀剂孔和所述透明电极孔与所述阻挡层孔是同心的。
54.根据权利要求51所述的方法，其中所述基板是透明基板。
55.根据权利要求51所述的方法，其中所述光阻挡层由非晶硅形成。
56.根据权利要求51所述的方法，其中所述阴极由透明导电材料形成。
57.根据权利要求56所述的方法，其中所述阴极由氧化铟锡形成。
58.根据权利要求51所述的方法，其中所述绝缘层由透明材料形成。
59.根据权利要求47所述的方法，其中所述绝缘层被湿法蚀刻。
60.根据权利要求47所述的方法，其中形成所述发射器包括：
涂覆碳纳米管膏以填充所述阻挡层孔、所述绝缘层孔和所述栅极孔；和
通过使用所述光阻挡层作为光掩模的背侧曝光来曝光和显影所述碳纳米管膏，并在由所述阻挡层孔暴露出的阴极上形成由所述碳纳米管膏形成的发射器。
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