CN1855368A

CN1855368A - 利用激光诱导再结晶制造场发射器的方法

Info

Publication number: CN1855368A
Application number: CNA2005101026832A
Authority: CN
Inventors: 陈昱丞
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2005-04-21
Filing date: 2005-09-13
Publication date: 2006-11-01
Also published as: US7674149B2; US20060240734A1; TW200638469A; TWI261302B

Abstract

一种利用激光诱导再结晶制造场发射器的方法。根据本发明，会先提供基板，其上会形成含硅层。而后便会利用激光诱导再结晶来形成从该含硅层的表面中凸出的多个凸出尖端。该激光诱导再结晶法包含让全部或部分的该含硅层受到未图案化或已图案化能量源作用的步骤。

Description

利用激光诱导再结晶制造场发射器的方法

技术领域

本发明一般涉及半导体工艺，更明确地说，涉及利用激光诱导再结晶制造场发射器的方法。

背景技术

近年来，已经开发出场发射器且将其广泛地使用于下面的电子应用中：场发射显示器(FED)、背光单元、场发射晶体管、以及场发射二极管。当受到合适的电场作用时，这些场发射器便会发射出电子，而且这些电子会撞击被涂在透明盖板的背面上的磷光体，用以产生图像或光。此种阴极发光方式便是熟知的其中一种最有效的发光方法。一般来说，利用由多个微尖端或多个碳纳米管所组成的阵列便可设计出这些场发射器。

早期的场发射器开发中，采用的是所谓的Spindt尖端工艺来构成金属微尖端。此工艺中，会先氧化硅晶片用以产生一层厚的氧化硅层，然后便会在该氧化物的顶端上沉积金属栅极层。接着便会图案化该金属栅极层用以形成多个栅极开口，同时对这些开口下方的氧化硅进行后续蚀刻便会下切该栅极并且产生井区。此时会沉积牺牲材料层(例如镍层)，用以防止镍沉积于该发射井中。接着，便会以垂直入射方式来沉积钼，致使在该腔穴内成长具有尖锐点的锥状体，一直到该封闭在其上的开口为止。当移除该镍质牺牲层后，会留下发射锥。

于替代的设计中，可以下列步骤形成数个硅质微尖端发射器：首先施行热氧化于硅上，随后便会图案化该氧化物，并且进行选择性蚀刻以便构成多个硅质微尖端。

不过，该微尖端发射器的主要缺点是，必须利用复杂的处理步骤来制造该装置。举例来说，于该装置中形成各种层(尤其是形成这些微尖端)需要进行薄膜沉积技术，其后再接着进行光刻与蚀刻工艺。因此必须实施各种工艺步骤，以便定义且制造这些各种结构特征图形。所涉及的这些膜沉积工艺、光刻工艺、以及蚀刻工艺会大幅地提高其制造成本。

所以，本发明的目的便是提供一种利用激光诱导再结晶技术来制造场发射器的方法，该方法并不具有惯用方法的缺点或短处。

本发明的另一个目的则是提供一种利用激光结晶技术来制造场发射器的方法，该方法既简单且节省成本。

发明内容

本发明涉及一种制造场发射器的方法，其可消除因公知技术的限制与缺点所造成的问题。

根据本发明的一具体实施例，其提供一种制造场发射器的方法，其包含下面步骤：(a)提供基板；(b)于该基板上方形成含硅层；以及(c)通过让该含硅层受到能量源的作用，用以形成从该含硅层的表面凸出的多个凸出尖端。

另外，根据本发明，其还提供一种制造场发射器的方法，其包含下面步骤：(a)提供基板；(b)于该基板上方形成含硅层；以及(c)通过让该含硅层受到已图案化能量源的作用，用以形成从该含硅层的表面凸出的多个凸出尖端。

进一步说，根据本发明，其提供一种制造场发射器的方法，其包含下面步骤：(a)提供基板；(b)于该基板上方形成第一导体层；(c)于该第一导体层上方形成含硅层；(d)于该含硅层上方顺序形成绝缘层与第二导体层；(e)图案化该第二导体层与该绝缘层，用以裸露该含硅层；以及(f)通过让该已裸露含硅层受到能量源的作用，用以形成从该已裸露含硅层的表面凸出的多个凸出尖端。

更进一步说，根据本发明，其提供一种制造场发射器的方法，其包含下面步骤：(a)提供基板；(b)于该基板上方形成含硅层；(c)图案化该含硅层，用以形成多个含硅岛部；以及(d)通过让这些含硅岛部受到能量源的作用，用以形成从这些含硅岛部的表面凸出的多个凸出尖端。

在下文说明中将部分提出本发明的额外特点与优点，而且从该说明中便可明白其中一部分，或者实行本发明便可了解。通过随附权利要求中特别提出的元件与组合便可实现且达成本发明的特点与优点。

应了解，上文的一般说明及下文的详细说明均仅具示范性及说明性，而非如同权利要求限制本发明。

本说明书所引用且构成其一部分的附图是用以阐述本发明的其中一种具体实施例，并且配合本说明便可用以解释本发明的原理。

附图说明

现在将详细地参照本发明的具体实施例，于这些附图中所图解的便是其中一个范例。在所有附图中将尽可能地以相同的元件符号来代表相同或类似的部件。

图1为于硅层经过激光束作用然后被结晶后形成这些凸出尖端的概略示意图。

图2为根据本发明利用激光诱导结晶所构成的凸出尖端的扫描电子显微图。

图3A与3B为根据本发明较佳具体实施例用于制造三极管装置的处理步骤的剖面概略示意图。

图4A与4B为根据本发明另一较佳具体实施例用于制造三极管装置的处理步骤的剖面概略示意图。

图5A与5B为根据本发明进一步较佳具体实施例用于制造三极管装置的处理步骤的剖面概略示意图。

图6A与6B为根据本发明进一步另较佳具体实施例用于制造三极管装置的处理步骤的剖面概略示意图。

主要元件标记说明

10 基板

11 含硅层

12A 晶粒

12B 晶粒

14 液体

16 凸出尖端

18 晶粒边界

300 开口

310 凸出尖端

30 底基板

31 阴极电极层

32 能量源

33 含硅层

34 绝缘层

35 栅极电极层

36 顶基板

37 阳极电极层

38 磷光层

39 电子

400 开口

410 凸出尖端

40 底基板

41 阴极电极层

42 能量源

43 含硅层

44 绝缘层

45 栅极电极层

46 顶基板

47 阳极电极层

48 磷光层

49 电子

500 开口

510 凸出尖端

50 底基板

51 阴极电极层

52 能量源

53 含硅层

54 绝缘层

55 栅极电极层

56 顶基板

57 阳极电极层

58 磷光层

59 电子

600 开口

610 凸出尖端

60 底基板

61 阴极电极层

62 能量源

63A 含硅岛部

63B 含硅岛部

64 绝缘层

65 栅极电极层

66 顶基板

67 阳极电极层

68 磷光层

69 电子

具体实施方式

参照图1，图中所示的是用于解释在含硅层经过激光束作用，然后结晶形成多个凸出尖端的概略示意图。图1中，于基板10上沉积含硅层11，该基板可能是数种基板中的其中一种。举例来说，基板10可能是硅基板、玻璃基板、石英基板、蓝宝石基板、塑胶基板以及类似基板中的其中一种。较佳的是，含硅层11是非晶硅层或多晶硅层。含硅层11可能掺有n型或p型杂质。较佳的是，含硅层11的厚度范围介于约200与约8000之间。接着，含硅层11便会曝露于能量源中(图1中未表示)并且熔化变成液体14。较佳的是，该能量源可能是激光束，例如Nd:YAG激光、二氧化碳(CO₂)激光、氩(Ar)激光、准分子激光或是类似的激光。于时间t0处，液体14会冷却，使得某些部分12A与12B成核进而结晶。所属技术领域的技术人员通常将这些固体部分12A与12B称为“晶粒”。这些晶粒12A与12B会从液固介面(参见时间t1)逐渐延伸，而液体部分14则从该表面(参见时间t2)逐渐凸出，这是因为液态硅(DLS)的密度大于固态硅(DSS)的密度。请注意，固体部分12A与12B之间的间隙随着时间经过而变得越来越小。时间t3处，这些固体部分12A与12B之间的间隙被封闭，进而形成晶粒边界18。时间t3处，液体14消失。不过，于晶粒边界18附近则形成凸出尖端16并且从该含硅层11的表面凸出。

参照图2，图中所示的是根据本发明的激光诱导结晶所构成的凸出尖端的扫描电子显微(SEM)图。图2表示的是图1的含硅层11，该层在经过能量源作用后便产生许多凸出尖端16，这些凸出尖端可应用于场发射显示器、背光单元、场发射晶体管或是场发射二极管的应用中作为场发射器。

参照图3A与3B，图中所示的是根据本发明较佳具体实施例用于制造三极管装置的处理步骤的剖面概略示意图。如图3A所示，本具体实施例于底基板30上顺序沉积阴极电极层31与含硅层33。如上述，该底基板30可能是硅基板、玻璃基板、石英基板、蓝宝石基板、塑胶基板或是类似的基板。较佳的是，含硅层33是非晶硅层或多晶硅层，其掺有n型或p型杂质，而且厚度范围介于约200与约8000之间。接着将整个含硅层33曝露于能量源32中并且将其熔化成液体。较佳的是，该能量源可能是激光束，例如Nd:YAG激光、二氧化碳(CO₂)激光、氩(Ar)激光、准分子激光或是类似的激光。于被熔化且结晶后，含硅层33便具备多个凸出尖端310，从该含硅层33的表面凸出。

接着，于该含硅层33的上顺序沉积绝缘层34与栅极电极层35，如图3B所示。该绝缘层34与该栅极电极层35通过蚀刻与光刻工艺而被蚀刻与图案化，进而形成多个开口300，裸露出该含硅层33的许多部分。再者，会顺序形成阳极电极层37与磷光层38，用以覆盖顶基板36，该顶基板36可能是硅基板、玻璃基板、石英基板、蓝宝石基板、塑胶基板、或是类似的基板。顶基板36与底基板30分隔开预设的距离，并且会被安置在一起用以构成如图3B中所示的完整的三极管装置。此三极管结构的装置运用含硅层33的这些凸出尖端310作为场发射器。当于阴极电极层31与栅极电极层35之间施加电压差时，电子39便从该阴极电极层31中被抽出且朝该磷光层38加速。

参照图4A与4B，图中所示的是根据本发明另一较佳具体实施例用于制造三极管装置的处理步骤的剖面概略示意图。如图4A所示，本具体实施例于底基板40的上顺序沉积阴极电极层41与含硅层43，该底基板40可能是硅基板、玻璃基板、石英基板、蓝宝石基板、塑胶基板或是类似的基板。较佳的是，含硅层43是非晶硅层或多晶硅层，其掺有n型或p型杂质。较佳的是，含硅层43的厚度范围介于约200与约8000之间。于此具体实施例中，接着将含硅层43的许多部分曝露于已图案化的能量源42中并且于许多预设的位置处将其熔化成液体。较佳的是，能量源42(例如激光束)穿过光闸或光栅，以便产生该已图案化的能量源42。该能量源42可能是下面中的一个：Nd:YAG激光、二氧化碳(CO₂)激光、氩(Ar)激光以及准分子激光。于被熔化且结晶后，含硅层43便具备多个凸出尖端410，从该含硅层43的表面凸出。

接着，于该含硅层43上顺序沉积绝缘层44与栅极电极层45，如图4B所示。该绝缘层44与该栅极电极层45通过蚀刻与光刻工艺而被蚀刻与图案化，进而形成多个开口400，裸露出该含硅层43的这些凸出尖端410。再者，会顺序形成阳极电极层47与磷光层48，用以覆盖顶基板46，该顶基板46可能是硅基板、玻璃基板、石英基板、蓝宝石基板、塑胶基板或是类似的基板。顶基板46与底基板40分隔开预设的距离，并且会被安置在一起用以构成如图4B中所示的完整的三极管装置。此三极管结构的装置运用含硅层43的这些凸出尖端410作为场发射器。当于阴极电极层41与栅极电极层45之间施加电压差时，电子49便从该阴极电极层41中被抽出且朝该磷光层48加速。

参照图5A与5B，图中所示的是根据本发明进一步较佳具体实施例用于制造三极管装置的处理步骤的剖面概略示意图。如图5A所示，本具体实施例于底基板50上顺序沉积阴极电极层51与含硅层53，该底基板50可能是硅基板、玻璃基板、石英基板、蓝宝石基板或是类似的基板。较佳的是，含硅层53是非晶硅层或多晶硅层，其掺有n型或p型杂质，而且厚度范围介于约200与约8000之间。接着，于该含硅层53上顺序沉积绝缘层54与栅极电极层55。该绝缘层54与该栅极电极层55通过蚀刻与光刻工艺而被蚀刻与图案化，进而形成多个开口500，裸露出该含硅层53的许多部分。于此具体实施例中，接着通过遮盖该已图案化的栅极电极层55让含硅层53的这些裸露部分受到能量源52的作用，并且于许多预设的位置处将其熔化成液体。较佳的是，能量源52(例如Nd:YAG激光、二氧化碳(CO₂)激光、氩(Ar)激光或是准分子激光)穿过这些开口500并且熔化该含硅层53的这些裸露部分。于被熔化且结晶后，含硅层53便具备多个凸出尖端510，从该含硅层53的表面凸出。

再者，会顺序形成阳极电极层57与磷光层58，用以覆盖顶基板56，该顶基板56可能是硅基板、玻璃基板、石英基板、蓝宝石基板、塑胶基板或是类似的基板。顶基板56与底基板50分隔开预设的距离，并且会被安置在一起用以构成如图5B中所示的完整的三极管装置。此三极管结构的装置运用含硅层53的这些凸出尖端510作为场发射器。当于阴极电极层51与栅极电极层55之间施加电压差时，电子59便从该阴极电极层51中被抽出且朝该磷光层58加速。

参照图6A与6B，图中所示的是根据本发明进一步另一较佳具体实施例用于制造三极管装置的处理步骤的剖面概略示意图。如图6A所示，本具体实施例于底基板60上顺序沉积阴极电极层61与含硅层63，该底基板60可能是硅基板、玻璃基板、石英基板、蓝宝石基板、塑胶基板或是类似的基板。较佳的是，含硅层63是非晶硅层或多晶硅层，其掺有n型或p型杂质，而且厚度范围介于约200与约8000之间。接着，含硅层63通过蚀刻与光刻工艺而被蚀刻与图案化，进而构成含硅岛部63A与63B。于此具体实施例中，接着让这些含硅岛部63A与63B受到能量源62的作用，并且将其熔化成液体。较佳的是，该能量源62是激光束，例如Nd:YAG激光、二氧化碳(CO₂)激光、氩(Ar)激光或是准分子激光。于被熔化且结晶后，含硅层63便具备多个凸出尖端610，从该含硅层63的表面凸出。

接着，于该含硅层63上顺序沉积绝缘层64与栅极电极层65，如图6B所示。绝缘层64与栅极电极层65通过蚀刻与光刻工艺而被蚀刻与图案化，进而形成多个开口600，裸露出这些含硅层63A与63B的这些凸出尖端610。再者，会顺序形成阳极电极层67与磷光层68，用以覆盖顶基板66，该顶基板66可能是硅基板、玻璃基板、石英基板、蓝宝石基板、塑胶基板或是类似的基板。顶基板66与底基板60分隔开预设的距离，并且被安置在一起用以构成如图6B中所示的完整的三极管装置。此三极管结构的装置运用含硅层63的这些凸出尖端610作为场发射器。当于阴极电极层61与栅极电极层65之间施加电压差时，电子69便从该阴极电极层61中被抽出且朝该磷光层68加速。

基于图解及说明的目的，上文已提出本发明较佳具体实施例的说明。无意包揽无遗或将本发明限于所披露的具体形式。所属技术领域的技术人员可根据以上披露的具体实施例对本发明作出其它更改及变化。本发明的范畴是由随附的权利要求及其等效内容来定义。

另外，在说明本发明的代表性具体实施例时，本说明书可能是以特定的步骤顺序来提出本发明的方法及/或程序。然而，在方法或程序并不依赖于本文所提出的特定步骤顺序的范围内，该方法或程序不应受限于所述的特定步骤顺序。所属技术领域的技术人员将会了解到，也可有其它的步骤顺序。所以，本说明书所提出的特定步骤顺序不应视为权利要求的限制。此外，针对本发明的方法及/或程序的权利要求并不受限于以其所说明的顺序来执行它们的步骤，且所属技术领域的技术人员很容易了解可以改变其顺序且仍然是在本发明的精神和范畴内。

Claims

1.一种制造场发射器的方法，其特征是包括以下步骤：

(a)提供基板；

(b)于该基板上方形成含硅层；以及

(c)通过让该含硅层受到能量源的作用，用以形成从该含硅层的表面凸出的多个凸出尖端。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是于步骤(a)与(b)之间，进一步包括于该含硅层下方形成阴极电极层的步骤。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征是进一步包括下面步骤：

(d)于该含硅层上顺序形成绝缘层与栅极电极层；以及

(e)图案化该绝缘层与该栅极电极层，用以裸露这些多个凸出尖端中的许多部分。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征是该含硅层是有掺杂的非晶层。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征是该含硅层是有掺杂的多晶层。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征是该能量源是选自由下面所组成的群中的激光束：Nd:YAG激光、二氧化碳(CO₂)激光、氩(Ar)激光以及准分子激光。

7.一种制造场发射器的方法，其特征是包括以下步骤：

(a)提供基板；

(b)于该基板上方形成含硅层；以及

(c)通过让该含硅层受到已图案化能量源的作用，用以形成从该含硅层的表面凸出的多个凸出尖端。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征是于步骤(a)与(b)之间，进一步包括于该含硅层下方形成阴极电极层的步骤。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征是进一步包括下面步骤：

(d)于该含硅层上顺序形成绝缘层与栅极电极层；以及

(e)图案化该绝缘层与该栅极电极层，用以裸露这些多个凸出尖端。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征是该含硅层是有掺杂的非晶层。

11.根据权利要求7所述的方法，其特征是该含硅层是有掺杂的多晶层。

12.根据权利要求7所述的方法，其特征是该能量源是选自由下面所组成的群中的激光束：Nd:YAG激光、二氧化碳(CO₂)激光、氩(Ar)激光或准分子激光。

13.一种制造场发射器的方法，其特征是包括以下步骤：

(a)提供基板；

(b)于该基板上方形成第一导体层；

(c)于该第一导体层上方形成含硅层；

(d)于该含硅层上方顺序形成绝缘层与第二导体层；

(e)图案化该第二导体层与该绝缘层，用以裸露该含硅层；以及

(f)通过让该已裸露含硅层受到能量源的作用，用以形成从该已裸露含硅层的表面凸出的多个凸出尖端。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征是该含硅层是有掺杂的非晶层。

15.根据权利要求13所述的方法，其特征是该含硅层是有掺杂的多晶层。

16.根据权利要求13所述的方法，其特征是该能量源是选自由下面所组成的群中的激光束：Nd:YAG激光、二氧化碳(CO₂)激光、氩(Ar)激光或准分子激光。

17.一种制造场发射器的方法，其特征是包括以下步骤：

(a)提供基板；

(b)于该基板上方形成含硅层；

(c)图案化该含硅层，用以形成多个含硅岛部；以及

(d)通过让这些含硅岛部受到能量源的作用，用以形成从这些含硅岛部的表面凸出的多个凸出尖端。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征是于步骤(a)与(b)之间，进一步包括于该含硅层下方形成阴极电极层的步骤。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征是进一步包括下面步骤：

(e)于该基板上顺序形成绝缘层与栅极电极层；以及

(f)图案化该绝缘层与该栅极电极层，用以裸露这些多个凸出尖端。

20.根据权利要求17所述的方法，其特征是该含硅层是有掺杂的非晶层。

21.根据权利要求17所述的方法，其特征是该含硅层是有掺杂的多晶层。

22.根据权利要求17所述的方法，其特征是该能量源是选自由下面所组成的群中的激光束：Nd:YAG激光、二氧化碳(CO₂)激光、氩(Ar)激光或准分子激光。