DE69836561T2

DE69836561T2 - Schutz von elektronenemittierenden elementen vor der entfernung von überflüssigen emittierenden material, während der herstellung einer elektronen-emissionsvorrichtung

Info

Publication number: DE69836561T2
Application number: DE69836561T
Authority: DE
Inventors: Johan N. Sunnyvale KNALL
Original assignee: Candescent Technologies Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-10-31
Filing date: 1998-10-27
Publication date: 2007-10-04
Anticipated expiration: 2018-10-28
Also published as: KR100404985B1; JP2003517698A; WO1999023682A1; EP1036403A1; JP3613556B2; KR20010031570A; DE69836561D1; US6010383A; EP1036403A4; EP1036403B1

Description

GEBIET DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von Elektronen emittierenden Vorrichtungen, im Besonderen von Elektronenemittern, die in CRT-Flachbildschirmanzeigen (CRT als englische Abkürzung von Cathode-Ray Tube bzw. Kathodenstrahlröhre) vom Typ der Feldemission eingesetzt werden.
STAND DER TECHNIK
Eine Feldemissionskathode (oder Feldemitter) weist eine Gruppe von Elektronen emittierenden Elementen auf, die Elektronen emittieren, wenn sie einem elektrischen Feld mit ausreichender Stärke ausgesetzt werden. Die Elektronen emittierenden Elemente befinden sich für gewöhnlich über einer mit Muster versehenen bzw. gemusterten Schicht von Emitterelektroden. In einem getakteten (Gated) Feldemitter überlagert eine gemusterte Gate-Schicht für gewöhnlich die gemusterte Emitterschicht an den Positionen der Elektronen emittierenden Elemente. Jedes Elektronen emittierende Element wird durch eine Öffnung in der Gate-Schicht exponiert bzw. frei gelegt. Wenn eine geeignete Spannung zwischen einem ausgewählten Abschnitt der Gate-Schicht und einem ausgewählten Abschnitt der Emitterschicht angelegt wird, extrahiert die Gate-Schicht Elektroden von den Elektronen emittierenden Elementen an der Schnittstelle zwischen den beiden ausgewählten Abschnitten.
Die Elektronen emittierenden Elemente sind häufig kegelförmig. In Bezug auf die Abbildungen der Zeichnungen zeigen die 1a bis 1d eine herkömmliche Technik, wie sie zum Beispiel in dem U.S. Patent US-A-5.559.389 an Spindt et al. offenbart wird, zur Erzeugung konischer Elektronen emittierender Elemente in einem getakteten (Gated) Feldemitter für eine CRT-Flachbildschirmanzeige. Auf der in der Abbildung aus 1a dargestellten Stufe besteht der teilweise fertig gestellte Feldemitter aus einem Substrat 20, einer Emitterelektrodenschicht 22, einer dielektrischen Schicht 24 und einer Gate-Schicht 26. Gate-Öffnungen 28 erstrecken sich durch die Gate-Schicht 26. Entsprechende dielektrische Öffnungen 30 erstrecken sich durch die dielektrische Schicht 24.
Unter Verwendung eines Glanzwinkel-Abscheidungsverfahrens wird die Abhebeschicht (Lift-Off-Schicht) 32 auf der Oberseite der Gate-Schicht 26 gebildet, wie dies in der Abbildung aus 1b dargestellt ist. Emittermaterial wird danach oben auf die Struktur und in die dielektrischen Öffnungen 30 derart abgeschieden, dass die Öffnungen, durch die das Emittermaterial in die Öffnungen 30 eintritt, sich progressiv schließen. Im Allgemeinen werden dadurch in Verbundöffnungen 28/30 konische Elektronen emittierende Elemente 34A erzeugt. Die Schicht 34B von überschüssigem Emittermaterial wird gleichzeitig oben auf der Gate-Schicht 26 gebildet. Die Abhebeschicht 32 wird in der Folge entfernt, um die überschüssige Emittermaterialschicht 34B abzuheben. Die Abbildung aus 1d zeigt die resultierende Struktur.
Auf der in der Abbildung aus 1c dargestellten Stufe stellt die überschüssige Emittermaterialschicht 34B eine Barriere zwischen den Elektronen emittierenden Kegeln 34A und der externen Umgebung bereit. Das Vorhandensein der Barriere bietet eine Möglichkeit, eine weitere Verarbeitung an dem teilweise fertig gestellten Feldemitter durchzuführen, während die Überschussschicht 34B es verhindert, dass die Kegel 34A durch Material verunreinigt werden, das während der weiteren bzw. zusätzlichen Verarbeitung in Kontakt mit dem Feldemitter gelangt. Der durch die Barriere bzw. Sperre bereitgestellte Vorteil bzw. Nutzen reduziert sich, wenn die Überschussschicht 34B in Bezug auf einen dieser Stoffe bzw. eines dieser Materialien porös bzw. durchlässig ist. Folglich ist es wünschenswert, es zu verhindern, dass derartiges Material durch überschüssiges Emittermaterial, wie etwa die Schicht 34B tritt und die Kegel 34A verunreinigt.
Ferner kann der Einsatz der Abhebeschicht 32 zur Entfernung der Emittermaterialschicht 34B aufwändig sein. Zum Beispiel muss das Abscheiden der Abhebeschicht 32 vorsichtig ausgeführt werden, um sicherzustellen, dass sich kein abgehobenes Material auf der Emitterelektrodenschicht 22 sammelt und bewirkt, dass Elektronen emittierende Kegel 34A während dem Abheben der Überschussschicht 34B abgehoben werden.
Die PCT Patentschrift WO 96/06443 an Wilshaw setzt eine elektrochemische Technik für die Entfernung von überschüssigem Molybdän ein, das sich während der Abscheidung von Molybdän durch Öffnungen in der Gate-Schicht zur Bildung konischer Abschnitte der Elektronen emittierenden Elemente eines Feldemitters über einer Gate-Schicht ansammelt. Bei der elektrochemischen Entfernungstechnik nach Wilshaw kommt keine Abhebe- bzw. Lift-Off-Schicht zum Einsatz. Wenn es vorteilhaft ist, eine zusätzliche Verarbeitung an einem teilweise fertig gestellten Feldemitter auszuführen, während überschüssiges Emittermaterial Elektronen emittierende Elemente überlagert, so ist es wünschenswert, dass es verhindert wird, dass das während der zusätzlichen Verarbeitung eingesetzte Material die Elektronen emittierenden Elemente verunreinigt, unabhängig davon, ob das überschüssige Emittermaterial durch eine Abhebe- oder eine elektrochemische Technik entfernt wird. Die PCT Patentschrift WO 97/09731 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Elektronen emittierenden Vorrichtung, wobei eine Schutzschicht, die eine darunter liegende Ablöseschicht und eine darüber liegende Schleierschicht aufweist, auf eine Gate-Elektrodenschicht abgeschieden wird, um diese während einem Ätzschritt und einem Abscheidungsschritt von Feldemittermaterial zu schützen. Danach wird die Schutzschicht entfernt.
ALLGEMEINE OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Bei der Herstellung einer Elektronen emittierenden Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Schicht aus einem schützenden Material über einer Schicht von überschüssigem Emittermaterial nach der Bildung Elektronen emittierender Elemente aus dem Emittermaterial bereitgestellt. Vor der Entfernung von überschüssigem Emittermaterial, das die Elektronen emittierenden Elemente überlagert, und vor der Entfernung des Schutzmaterials, das das überschüssige Emittermaterial über den Elektronen emittierenden Elementen überlagert, wird eine zusätzliche bzw. weitere Verarbeitung an der teilweise fertig gestellten Vorrichtung ausgeführt.
Die Schutzschicht ist normalerweise größtenteils undurchlässig in Bezug auf Materialien, denen die teilweise fertig gestellte Vorrichtung während der weiteren Verarbeitung ausgesetzt ist. Somit verhindert die Schutzschicht größtenteils, dass etwaige dieser Materialien oder Stoffe durch das überschüssige Emittermaterial treten und die Elektronen emittierenden Elemente verunreinigen. Wenn die Kombination des überschüssigen Emittermaterials und der anderen Komponenten der Vorrichtung die Elektronen emittierenden Elemente umgibt, werden die Elektronen emittierenden Elemente vor Beschädigungen während der zusätzlichen bzw. weiteren Verarbeitung geschützt, obgleich das überschüssige Emittermaterial in Bezug auf die Materialien porös bzw. durchlässig sein kann, die während der zusätzlichen Verarbeitung in Kontakt mit dem teilweise fertig gestellten Feldemitter gelangen.
Das überschüssige Emittermaterial wird für gewöhnlich in zwei Stufen bzw. Phasen entfernt. In der ersten Phase wird das überschüssige Emittermaterial an Positionen entfernt, die lateral von den Elektronen emittierenden Elementen räumlich getrennt sind. Das die Elektronen emittierenden Elemente überlagernde überschüssige Emittermaterial wird in der zweiten Phase entfernt. Die Schutzschicht kann vor den beiden Entfernungsphasen oder zu einem Zeitpunkt zwischen den beiden Entfernungsphasen über dem überschüssigen Emittermaterial gebildet werden. Im letztgenannten Fall bildet ein Teil des ursprünglichen schützenden Materials für gewöhnlich einen Teil der fertigen Elektronen emittierenden Vorrichtung.
Kurz zusammengefasst ermöglicht die vorliegende Erfindung das Schützen der Elektronen emittierenden Elemente vor Verunreinigung, ohne die Verarbeitungs- bzw. Verfahrensflexibilität wesentlich einzuschränken. Die vorliegende Erfindung stellt somit einen signifikanten Fortschritt bereit.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
die 1a bis 1d strukturelle Querschnittsansichten der Schritte eines dem Stand der Technik entsprechenden Verfahrens zur Herstellung eines Elektronenemitters;
die 2a bis 2g strukturelle Querschnittsansichten der Schritte zur Fertigung eines getakteten bzw. Gated-Feldemitters gemäß der vorliegenden Erfindung;
die 3a bis 3d Layoutansichten der entsprechenden Strukturen aus den Abbildungen der 2b und 2e bis 2g; wobei die Querschnittsansicht aus 2b durch die Ebene 2b-2b aus 3a dargestellt ist; wobei die Querschnitte der 2e bis 2g entsprechend durch die Ebenen 2e-2e, 2f-2f und 2g-2g aus den 3b bis 3d dargestellt sind;
die 4a bis 4d strukturelle Querschnittsansichten der Schritte, welche die Schritte au den 2d bis 2g ersetzen, zur Fertigung bzw. Herstellung eines weiteren Gated-Feldemitters gemäß der vorliegenden Erfindung; und
5 eine strukturelle Querschnittsansicht einer CRT-Flachbildschirmanzeige, die einen gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Gated-Feldemitter aufweist.
Die gleichen bzw. ähnlichen Referenzsymbole werden in den Zeichnungen und in der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung eingesetzt, um gleiche bzw. ähnliche Elemente darzustellen.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Vorgesehen sind gemäß der vorliegenden Erfindung Verfahren zur Herstellung einer getakteten oder Gated-Feldemissionskathode auf derartige Art und Weise, dass zumindest ein Teil eines Elektronenfokussierungssystems erzeugt wird, wobei eine Schutzschicht eine Schicht überschüssigen Emittermaterials abdeckt, um es zu verhindern, dass die bei der Erzeugung des Fokussierungssystems verwendeten Materialien die aus dem Emittermaterial gebildeten Elektronen emittierenden Elemente verunreinigen. Der Feldemitter eignet sich zum Erregen von Phosphor- bzw. Leuchtstoffbereichen auf einem Leuchtschirm in einer Kathodenstrahlröhre eines Flachbildschirms, wie etwa eines Flachbildschirmfernsehers oder eines Flachbildschirm-Computermonitors für einen Personalcomputer, einen Laptop-Computer oder eine Workstation.
In der folgenden Beschreibung betrifft der Begriff „elektrisch isolierend" oder „dielektrisch" allgemein Materialien bzw. Stoffe mit einem spezifischen Widerstand von über 10¹⁰ Ohm-cm. Der Begriff „elektrisch nicht isolierend" bezeichnet somit Materialien mit einem spezifischen Widerstand von unter 10¹⁰ Ohm-cm. Elektrisch nicht isolierende Materialien sind unterteilt in (a) elektrisch leitfähige Materialien mit einem spezifischen Widerstand von unter 1 Ohm-cm; und (b) elektrisch widerstandsfähige Materialien mit einem spezifischen Widerstand zwischen 1 Ohm-cm und 10¹⁰ Ohm-cm. In ähnlicher Weise betrifft der Begriff „elektrisch nicht leitfähig" Materialien mit einem spezifischen Widerstand von mindestens 1 Ohm-cm und umfasst elektrisch widerstandsfähige und elektrisch isolierende Materialien. Diese Kategorien werden mit einem elektrischen Feld von nicht mehr als 1 Volt/μm bestimmt.
Die Abbildungen der 2a bis 2g (gemeinsam „2") veranschaulichen ein Verfahren zur Herstellung eines Gated-Feldemitters einer CRT-Flachbildschirmanzeige gemäß der vorliegenden Erfindung unter Verwendung eines zweistufigen bzw. Zweiphasen- Verfahrens zur Entfernung von überschüssigem Emittermaterial. Während dem Herstellungs- bzw. Fertigungsverfahren aus 2 wird eine Schutzschicht über dem überschüssigen Emittermaterial vor der ersten Phase bzw. Stufe des Entfernungsvorgangs gebildet. Die Abbildungen der 3a bis 3d zeigen Layoutansichten des Feldemitters auf den entsprechenden Fertigungsstufen gemäß den Abbildungen der 2b und 2e bis 2g.
Der Ausgangspunkt des Verfahrens aus 2 ist eine flache, elektrisch isolierende Grundplatte (oder Substrat) 40. Siehe 2a. Die Grundplatte 40, die eine tragende bzw. stützende Funktion für den Feldemitter bereitstellt, besteht für gewöhnlich aus Glas, wie zum Beispiel dem Glas Schott D263 mit einer Dicke von ungefähr 1 mm.
Ein unterer, elektrisch nicht isolierender Emitterbereich 42 überlagert die Grundplatte 50. Der untere, nicht isolierende Bereich 42 weist eine elektrisch leitfähige Schicht auf, die in eine Gruppe von lateral getrennten Emitterelektroden gemustert ist. Bei einer Bezeichnung der Richtung der Zeilen von Bildelementen (Pixeln) in der CRT-Flachbildschirmanzeige als Zeilenrichtung erstrecken sich die Emitterelektroden des Bereichs 42 allgemein parallel zueinander in die Zeilenrichtung, so dass Zeilenelektroden gebildet werden. Die Emitterelektroden bestehen für gewöhnlich aus Metall, wie etwa aus einer Legierung aus Aluminium oder Nickel. Die Dicke der Emitterelektroden liegt zwischen 0,1 und 0,5 μm, wobei sie für gewöhnlich 0,2 μm beträgt.
Eine elektrisch widerstandsfähige Schicht überlagert für gewöhnlich die Emitterelektroden in dem unteren, nicht isolierenden Bereich 42. Zu den potenziellen Materialien für die widerstandsfähige Schicht zählen Cermet (Keramik mit eingebetteten Metallpartikeln) und Silizium-Carbon-Stickstoff-Verbindungen, darunter Siliziumkarbid. Die widerstandsfähige Schicht stellt einen Widerstand von 10⁶ bis 10¹⁰ Ohm, für gewöhnlich 10⁹ Ohm, zwischen jedem Elektronen emittierenden Element und der darunter liegenden Emitterelektrode bereit.
Eine elektrisch isolierende Schicht 44, die als Zwischenelektroden-Dielektrikum fungiert, ist auf der Oberseite des nicht isolierenden Bereichs 42 bereitgestellt. Die Dicke der dielektrischen Schicht 44 liegt zwischen 0,05 und 3 μm, wobei sie für gewöhnlich 0,15 μm entspricht. Die dielektrische Schicht 44 besteht für gewöhnlich aus Siliziumoxid oder Siliziumnitrid. Obwohl dies in der Abbildung aus 2a nicht dargestellt ist, können Teile der dielektrischen Schicht 44 die Grundplatte 40 abhängig von der Konfiguration des nicht isolierenden Bereichs 42 berühren.
Eine Gruppe lateral getrennter Hauptsteuerelektroden 46 ist über der dielektrischen Schicht 44 angeordnet. Die Steuerelektroden 46 erstrecken sich allgemein senkrecht zu den Emitterelektroden des unteren, nicht isolierenden Bereichs 42. Das heißt, die Steuerelektroden 46 erstrecken sich in die Richtung der Spalten der Pixel, so dass sie Hauptspaltenelektroden bilden. Zwei Steuerelektroden 46 sind in der Abbildung aus 2a dargestellt. Die Elektroden 46 bestehen für normalerweise aus Metall, für gewöhnlich aus Chrom mit einer Dicke zwischen 0,1 und 0,5 μm, wobei die Dicke für gewöhnlich 0,2 μm entspricht. Alternative Metalle für die Elektroden 46 sind Aluminium, Nickel, Tantal und Wolfram.
Eine Gruppe lateral voneinander getrennter Hauptsteueröffnungen 48 erstreckt sich durch jede Hauptsteuerelektrode 46 nach unten zu der dielektrischen Schicht 44. Die Hauptsteueröffnungen 48 in jeder Elektrode 46 überlagern entsprechend die Emitterelektroden des nicht isolierenden Bereichs 42. Demgemäß bilden die Steueröffnungen 48 eine zweidimensionale Anordnung von Zeilen und Spalten von Steueröffnungen. Eine Steueröffnung 48 ist in der Abbildung aus 2a für jede Steuerelektrode 46 dargestellt.
Eine abdeckende (Blanket) elektrisch nicht isolierende Gate-Schicht 50 befindet sich über der Struktur aus 2a. Im Besonderen überlagert die Gate-Schicht 50 die Steuerelektroden 46 und erstreckt sich in die Steueröffnungen 48 nach unten zu der dielektrischen Schicht 44. Die Gate-Schicht 50 erstreckt sich auch in den Zwischenräumen zwischen den Steuerelektroden 46 nach unten zu der dielektrischen Schicht 44. Die Gate-Schicht 50 besteht normalerweise aus Metall, für gewöhnlich aus Chrom mit einer Dicke zwischen 0,02 und 0,08 μm, wobei die Dicke für gewöhnlich 0,04 μm entspricht. Alternative Metalle für die Schicht 50 sind Tantal, Gold und Wolfram.
Die Gate-Öffnungen 52 werden durch die Gate-Schicht 50 nach unten zu der dielektrischen Schicht 44 in den Steueröffnungen 48 erzeugt, wie dies in der Abbildung aus 2b dargestellt ist. Das Element 50A aus 2b ist der Rest der Gate-Schicht 50. Die Gate-Öffnungen 52 werden für gewöhnlich gemäß einem Sekundärteilchen-Nachführverfahren der Art erzeugt, wie dies in dem U.S. Patent US-A-5.559.389 oder dem U.S. Patent US-A-5.564.959 beschrieben wird. Die Öffnungen 52 können auch gemäß einer Technik auf Sphärenbasis der Art erzeugt werden, wie dies in de PCT Patentschrift WO 97/47021 beschrieben wird.
Der Abschnitt der verbleibenden Gate-Schicht 50A an der Unterseite jeder Steueröffnung 48 weist mehrere Gate-Öffnungen 52 auf. Die Kombination aus einer Steueröffnung 48 und den jeweiligen Gate-Öffnungen 52, die sich durch den Abschnitt der Gate-Schicht 50A erstrecken, der die Öffnung 48 überspannt, bildet eine Verbundsteueröffnung 48/52. Da die Steueröffnungen 48 in einer zweidimensionalen Zeilen/Spaltenanordnung angeordnet sind, sind die Gate-Öffnungen 52 in einer zweidimensionalen Anordnung von Zeilen und Spalten von Gruppen bzw. Anordnungen mehrerer Gate-Öffnungen angeordnet. Siehe 3a, in der zwei der Gruppen bzw. Anordnungen von Gate-Öffnungen 52 dargestellt sind. Das Element 42A aus 3a stellt eine der Emitterelektroden des nicht isolierenden Bereichs 42 dar. Wie dies in der Abbildung aus 3a dargestellt ist, ist jede Steuerelektrode 46 über den Emitterelektroden 42A breiter als in den Zwischenräumen zwischen den Elektroden 42A.
Unter Verwendung der Gate-Schicht 50A als eine Ätzmaske wird die dielektrische Schicht 44 durch die Gate-Öffnungen 52 geätzt, so dass dielektrische Öffnungen 54 nach unten zu dem nicht isolierenden Bereich 42 gebildet werden. Das Element 44A aus 2b stellt den Rest der dielektrischen Schicht 44 dar. Der Ätzvorgang zum Erzeugen dielektrischer Öffnungen 54 wird normalerweise so ausgeführt, dass die Öffnungen 54 die Gate-Schicht 50a in gewisser Weise unterschneiden. Jede dielektrische Öffnung 54 und darüber liegende Gate-Öffnung 52 bilden eine Verbundöffnung 52/54.
In Bezug auf die Abbildung aus 2c wird das elektrisch nicht isolierende Emitterkonusmaterial mittels Aufdampfung auf der Oberseite der Struktur in eine Richtung abgeschieden, die allgemein senkrecht ist zu der oberen (oder unteren) Oberfläche der Grundplatte 40. Das Emitterkonusmaterial sammelt sich auf den frei liegenden Abschnitten der Gate-Schicht 50A und tritt durch Gate-Öffnungen 52, so dass es sich auf dem unteren, nicht isolierenden Bereich 42 in den dielektrischen Öffnungen 54 sammelt. Aufgrund der Ansammlung des Emitterkonusmaterials auf der Gate-Schicht 50A schließen sich die Öffnungen allmählich, durch welche das Emittermaterial in die Öffnungen 54 eintritt. Folglich sammelt sich das Emittermaterial in den dielektrischen Öffnungen 54, so dass entsprechende konische Elektronen emittierende Elemente 56A gebildet werden. Eine ununterbrochene (abdeckende) Überschussschicht 56B des Emittermaterials sammelt bzw. bildet sich gleichzeitig an der Gate-Schicht 50A.
Bei dem Emitterkonusmaterial handelt es sich für gewöhnlich um Metall, vorzugsweise um Molybdän, wenn die Gate-Schicht 50 aus Chrom besteht. Durch Aufdampfung abgeschiedenes Molybdän sieht zwar ausgezeichnete Elektronen emittierende Eigenschaften vor, wobei es aber auch porös bzw. durchlässig ist in Bezug auf bestimmte der Materialien, die später in dem bildenden Abschnitt eines Elektronenfokussierungssystems während der Periode eingesetzt werden, wenn überschüssiges Emitterkonusmaterial die Elektronen emittierenden Kegel 56A überlagert. Zu den alternativ möglichen Materialien für das mittels Aufdampfung abgeschiedene Emittermaterial zählen Nickel, Chrom, Platin, Niobium, Tantal, Titan, Wolfram, Titan-Wolfram und Titan-Karbid, soweit sich das Emittermaterial von dem Gate-Material unterscheidet, wenn später eine elektrochemische Technik eingesetzt wird, um einen oder mehrere Abschnitte der überschüssigen Emittermaterialschicht 56B zu entfernen.
Eine abdeckende (Blanket) Schutzschicht 58 wird auf die überschüssige Emittermaterialschicht 56B abgeschieden, wie dies in der Abbildung aus 2d dargestellt ist. Die Schutzschicht 58 ist von einem derartigen Typ und weist eine derartige Dicke auf, dass sie größtenteils undurchlässig ist für die Materialien, die bei der Bereitstellung des Feldemitters mit Merkmalen eingesetzt wird, wie etwa eines Teils oder des ganzen Elektronenfokussierungssystems, während dem Zeitraum, in dem überschüssiges Emittermaterial die Kegel 56A überlagert. Wie dies nachstehend im Text beschrieben wird, wird schließlich im Wesentlichen die ganze Schutzschicht 58 von dem Feldemitter entfernt. Folglich kann die Schicht 58 mit elektrisch isolierendem Material und/oder elektrisch nicht isolierendem Material gebildet werden. Das schützende Material der Schicht 58 besteht für gewöhnlich aus Siliziumoxid mit einer Dicke zwischen 0,05 und 0,6 μm, wobei die Dicke für gewöhnlich 0,1 μm entspricht. Zu den weiteren möglichen Materialien für das schützende Material zählen Siliziumnitrid, Nickel, Kupfer und durch Zerstäubung bzw. Sputtern abgeschiedenes Molybdän.
Eine Photoresistmaske (nicht abgebildet) wird auf der Schutzschicht 58 gebildet. Die Photoresistmaske weist feste bzw. massive Abschnitte auf, die sich vollständig über den Steueröffnungen 48 befinden und sich teilweise über aneinander angrenzenden Abschnitten der Hauptsteuerelektroden 46 erstrecken. Vorzugsweise weist jeder feste Maskierungsabschnitt allgemein die Form eines Rechtecks auf, das eine entsprechende der Steueröffnungen 48 überlagert und lateral von den Maskierungsabschnitten getrennt ist, welche die anderen Steueröffnungen 48 in der gleichen Steuerelektrode 46 überlagern.
Das Material der Schutzschicht 58, das durch die Photoresistmaske frei liegt, wird mit einem geeigneten Ätzmittel entfernt. Das resultierende frei liegende bzw. exponierte Material der Überschussschicht 56B wird in ähnlicher Weise mit einem geeigneten Ätzmittel entfernt. Die Photoresistmaske kann zwar vor dem Ätzen der Überschussschicht 56B entfernt werden, jedoch wird das Photoresist normalerweise während dem Ätzen der Schicht 56B an der Verwendungsposition belassen.
Im Besonderen werden die Abschnitte der schützenden und überschüssigen Emittermaterialien, welche die Zwischenräume zwischen den Steuerelektroden 46 belegen, bis hinunter zu der Gate-Schicht 58 entfernt. Ferner werden die Abschnitte der schützenden und überschüssigen Emittermaterialien, (a) die über den Längskanten der Elektroden 46 liegen und (b) die zwischen den Steuerelektroden 48 angeordnet sind, normalerweise bis nach unten auf die Schicht 50A entfernt, und zwar in Verbindung mit einem oder mehreren Abschnitten der schützenden und überschüssigen Emittermaterialien, die sich in der lateralen Peripherie des Feldemitters befinden – d.h. außerhalb des aktiven Bildbereichs. Siehe die Abbildungen der 2e und 3b, in denen die Elemente 56C und 58A entsprechend den Rest der Schichten 56B und 58 anzeigen.
Der überschüssige Emittermaterialrest 56C besteht aus einer zweidimensionalen Anordnung von Zeilen und Spalten aus allgemein rechteckigen Inseln, die sich entsprechend vollständig über die Steueröffnungen 48 erstrecken und diese vollständig belegen. Jede der Überschussemittermaterialinseln 56C wird von einer entsprechenden allgemein rechteckigen Insel aus dem Schutzmaterialrest 58A abgedeckt. Jede schützende Insel 58A und die darunter liegende Überschussemittermaterialinsel 56C bilden eine zusammengesetzte bzw. Verbundinsel 56C/58A.
Bei dem zum Ätzen der Schutzschicht 58 verwendeten Ätzmittel kann es sich um ein großteils anisotropes Ätzmittel (z.B. ein Plasma) handeln oder um ein Ätzmittel (z.B. eine flüssige Chemikalie) mit einer großen isotropen Komponente. Im letztgenannten Fall unterschneiden die Inseln 58A aus schützendem Material die Photoresistmaske. Wenn die Schutzschicht 58 aus Siliziumoxid besteht, wird die Schicht 58 für gewöhnlich 40 Sekunden lang bei Raumtemperatur mit einem chemischen Ätzmittel geätzt, das aus 50 Gewichtsprozent Essig- bzw. Ethansäure, 30 Gewichtsprozent Wasser und 20 Gewichtsprozent Ammoniumfluorid zur Bildung der schützenden Inseln 58A besteht. Die Photoresistmaske wird somit leicht unterschnitten.
Bei dem zum Ätzen der überschüssigen Emittermaterialschicht 56B verwendeten Ätzmittel handelt es sich für gewöhnlich um ein flüssiges, chemisches Ätzmittel, das eine deutlich isotrope Komponente aufweist. Folglich unterschneiden Überschussemittermaterialinseln 56C die Photoresistmaske etwas mehr. Wenn die Überschussschicht 56B aus Molybdän besteht, so wird das frei liegende bzw. exponierte Molybdän für gewöhnlich mit einem chemischen Ätzmittel entfernt, das aus 16 Teilen Phosphorsäure, 1 Teil Essigsäure, 1 Teil Stickstoffsäure und 2 Teilen Wasser besteht. Das Ätzmittel wird zwischen 40 und 300 Sekunden, für gewöhnlich 90 Sekunden bei zwischen 15 und 50°C, für gewöhnlich 40°C geleitet.
Während sich die Photoresistmaske weiter an der Verwendungsposition befindet, wird die abdeckende (Blanket) Gate-Schicht 50A selektiv geätzt, so dass eine gemusterte Gate-Schicht 50B erzeugt wird. Der Gate-Ätzvorgang wird für gewöhnlich mit einem großteils anisotropen Ätzmittel ausgeführt, für gewöhnlich Chlorplasma, und zwar in eine Richtung, die allgemein senkrecht ist zu der oberen Oberfläche der Grundplatte 40, so dass die Gate-Schicht 50B die Photoresistmaske nicht wesentlich unterschneidet. Die Abbildungen der 2e und 3b zeigen die resultierende Struktur nach der Entfernung des Photoresists. Da Ätzmittel mit isotropen Komponenten beim selektiven Ätzen der Schutzschicht 58 und der überschüssigen Emittermaterialschicht 56B eingesetzt wurden, während ein vollständig anisotropes Ätzmittel für das selektive Ätzen der abdeckenden Gate-Schicht 50A durch die gleiche Photoresistmaske eingesetzt wurde, erstrecken sich die resultierenden Abschnitte der Gate-Schicht 50B entsprechend lateral auswärts leicht über die schützenden Inseln 58A und die Überschussemittermaterialinseln 56C hinaus.
Alternativ kann die abdeckende Gate-Schicht 50A mit einem Ätzmittel mit einer erheblichen isotropen Komponente gemustert werden, um die laterale Erstreckung der Gate-Abschnitte 50B über die Überschussemittermaterialinseln 56C hinaus zu reduzieren oder im Wesentlichen zu beseitigen. Die laterale Erstreckung der Gate-Abschnitte 50B über die Überschussinseln 56C hinaus kann ferner auch reduziert oder im Wesentlichen beseitigt werden durch Mustern der Schutzschicht 58 und der Überschussschicht 56B mit großteils anisotropen Ätzmitteln. In jedem Fall bilden jede Hauptsteuerelektrode 46 und die angrenzenden bzw. benachbarten Gate-Abschnitte 50B eine zusammengesetzte bzw. Verbundsteuerelektrode 46/50B, die sich in die Spaltenrichtung erstreckt.
Die isolierende Schicht 44A liegt ferner jetzt in den Bereichen 60 frei. Verschiedene Merkmale können jetzt über den Bereichen 60 und anderen Abschnitten der oberen Oberfläche ausgebildet werden, die nicht durch zusammengesetzte Inseln 56C/58A abgedeckt werden.
Eine elektrisch nicht leitfähige Grundfokussierungsstruktur 62 für ein System, das durch Kegel 56A emittierte Elektronen fokussiert, wird für gewöhnlich auf der Oberseite des teilweise fertig gestellten Feldemitters gemäß der Abbildung aus 2f gebildet. Die Grundfokussierungsstruktur 62 ist bei einer Betrachtung senkrecht zu der oberen Oberfläche der Grundplatte 40 allgemein in einem waffelartigen Muster angeordnet. Siehe 3c. In die Zeilenrichtung belegen die Abschnitte der Fokussierungsstruktur 62 für gewöhnlich die Zwischenräume oberhalb der frei liegenden Bereiche 60 der dielektrischen Schicht 44A. In die Spaltenrichtung verläuft die Fokussierungsstruktur 62 für gewöhnlich über die Hauptsteuerelektroden 46 außerhalb der Steueröffnungen 48. Folglich sind die Öffnungen 48 lateral innerhalb der Begrenzungen der entsprechenden Fokusöffnungen in der Struktur 62 angeordnet.
Die Grundfokussierungsstruktur 62 besteht normalerweise aus elektrisch isolierendem Material, kann aber auch mit elektrisch widerstandsfähigem Material mit ausreichend hohem spezifischem Widerstand gebildet werden, um es nicht zu bewirken, dass die Hauptsteuerelektroden 46 elektrisch miteinander gekoppelt werden. Für gewöhnlich wird die Fokussierungsstruktur 62 mit einem aktinischen Material gebildet, das selektiv geeigneter aktivischer Strahlung ausgesetzt und entwickelt wird, um entweder das nicht exponierte bzw. belichtete aktivische Material oder das nicht exponierte aktivische Material zu entfernen, und wobei danach eine Härtung erfolgt. Die Exposition der aktivischen Strahlung bewirkt es, dass das exponiere aktivische Material die chemische Struktur verändert. Bei dem aktinischen Material handelt es sich für gewöhnlich zum fotopolymerisierbares Polyimid, wie etwa Olin OCG7020 Polyimid. Die Fokussierungsstruktur 62 erstreckt sich für gewöhnlich 45 bis 50 μm oberhalb der isolierenden Schicht 44A.
Für die Bildung der Grundfokussierungsstruktur 62 können verschiedene Techniken eingesetzt werden. Zum Beispiel kann die Fokussierungsstruktur 62 gemäß dem in den U.S. Patenten US-A-5.649.847 und 5.650.690 an Haven beschriebenen Expositionsverfahren der Rückseite und der Vorderseite unter Verwendung von aktinischer Strahlung gebildet werden. Alternativ kann die Struktur 62 gemäß dem Verfahren der Behandlung der Rückseite und der Vorderseite mit aktinischer Strahlung erzeugt werden, dass in der PCT Patentschrift WO 98/54741 offenbart wird. In diesem Fall weisen die Emitterelektroden 42A in dem nicht isolierenden Bereich 42 für gewöhnlich bei einer Betrachtung senkrecht bzw. im rechten Winkel zu der oberen Oberfläche der Grundplatte 40 eine Leiterform auf. Die Fokussierungsstruktur 62 kann auch gemäß einem Verfahren gebildet werden, das eine Vorderseitenexposition aktinischer Strahlung einsetzt, wie dies etwa in der PCT Patentschrift WO 99/23689 beschrieben wird.
Bei der Ausführung der zusätzlichen Verarbeitung, die von der Struktur aus der Abbildung aus 2e zu der Struktur aus 2f führt, ist jeder Elektronen emittierende Kegel 56A vollständig von Abschnitten der Komponenten 42, 44A, 50B und 56C umgeben. Die Komponenten 42, 44A und 50B sind normalerweise großteils undurchlässig in Bezug auf jedes der Materialien, wie etwa Polyimid und dem Entwickler/Ätzmittel, die bei der Bildung der Grundfokussierungsstruktur 62 eingesetzt werden. Folglich tritt im Wesentlichen keines dieser Materialien durch eine der Komponenten 42, 44A und 50B, wo es die Kegel 56A verunreinigen könnte.
Ein Teil der Materialien, die bei der Bildung der Grundfokussierungsstruktur 62 eingesetzt werden, können für gewöhnlich durch mittels Aufdampfen abgeschiedenes Molybdän treten, abhängig von dessen Dicke und davon, für wie lange und bei welcher Temperatur das Molybdän den Materialien ausgesetzt wird. In Abwesenheit schützender Inseln 58A könnten Abschnitte bzw. Teile dieser Materialien durch überschüssige Emittermaterialinseln 56C treten, im Besonderen an den dünnen Bereichen direkt oberhalb der Elektronen emittierenden Kegel 56A und die Kegel 56A verunreinigen. Es ist von Bedeutung, dass die schützenden Inseln 58A so angeordnet sind, dass sie größtenteils undurchlässig sind in Bezug auf diese Materialien. Beim Übergang von der Struktur aus 2e zu der Struktur aus 2f verhindern die Inseln 58A großteils, dass die bei der Bildung der Fokussierungsstruktur 62 eingesetzten Materialien Überschussinseln 56C in der vertikalen Richtung berühren und in der Folge vertikal durch die Inseln 56C treten.
Die schützenden Inseln 58A decken die Seitenkanten der Überschussemittermaterialinseln 56C nicht ab. Folglich gelangen die bei der Erzeugung der Grundfokussierungsstruktur 62 verwendeten Materialien für gewöhnlich in Kontakt mit den Seitenkanten der Überschussinseln 56C. Die Inseln 56C sind so konfiguriert, dass sie sich lateral weit genug über die Steueröffnungen 48 erstrecken, so dass keine signifikante laterale Penetration dieser Materialien durch die Inseln 56C auftritt, so dass diese in Kontakt mit den Elektronen emittierenden Kegeln 56A gelangen. Bei dem Reinergebnis handelt es sich diesbezüglich darum, dass die Kegel 56A nicht durch die Materialien verunreinigt werden, die bei der Bildung der Struktur 62 eingesetzt werden. Die schützenden Inseln 58A verhindern jegliche Verunreinigungen, die ansonsten auftreten könnten.
Das Elektronenfokussierungssystem weist einen dünnen, elektrisch nicht isolierenden Fokusüberzug 64 auf, er über der Grundfokussierungsstruktur 62 bereitgestellt ist. Der Fokusüberzug 64 besteht normalerweise aus elektrisch leitfähigem Material, für gewöhnlich einem Metall, wie etwa Aluminium, mit einer Dicke von 0,1 μm. Bei bestimmten Anwendungen kann der Fokusüberzug 64 mit elektrisch widerstandsfähigem Material gebildet werden. In jedem Fall ist der spezifische Widerstand des Fokusüberzugs 64 normalerweise deutlich niedriger als der der Grundfokussierungsstruktur 62.
Der Fokusüberzug 64 kann an verschiedenen Punkten des Fertigungsprozesses gebildet werden. Der Überzug 64 wird für gewöhnlich erzeugt, nachdem die Schutzschicht 58A und die Überschussemittermaterialschicht 56C entfernt worden sind. Der Überzug 64 kann jedoch gebildet werden, bevor die Schichten 58A und 56C entfernt werden, wie dies durch die gestrichelten Linien dargestellt ist, um de Überzug 64 aus 2f anzuzeigen. Abhängig von den Faktoren, wie etwa der Höhe der Grundfokussierungsstruktur 62 im Verhältnis zu der Höhe der Verbundinseln 56A/58A, können sich Segmente (nicht abgebildet) des Fokusüberzugsmaterials auf den oberen und seitlichen Oberflächen der Inseln 56C/58A ansammeln. Wenn der Fokusüberzug 64 erzeugt wird, bevor die Inseln 58A und 56C entfernt werden, verhindern es die schützenden Inseln 58A, dass die bei dem Bilden des Überzugs 64 eingesetzten Materialien die Kegel 56A verunreinigen, auf die gleiche Art und Weise, wie es verhindert wird, dass die Kegel 56A während der Bildung der Grundfokussierungsstruktur 62 verunreinigt werden.
Der Fokusüberzug 64 kann auf unterschiedliche Art und Weise gebildet werden, vorausgesetzt, dass eine entsprechende elektrische Isolierung von den Verbundsteuerelektroden 46/50B gegeben ist. Zum Beispiel kann der Überzug 64 durch Dampfabscheidung von unten gebildet werden, wie dies in der PCT Patentschrift WO 98/54745 beschrieben wird. Der Überzug 64 kann auch auf die Art und Weise gebildet werden, wie dies in der vorstehend bereits genannten PCT Patentschrift WO 98/23683 beschrieben wird.
Wenn mindestens die Grundfokussierungsstruktur 62 des Elektronenfokussierungssystems gebildet worden ist, werden die schützenden Inseln 58A und Überschussemittermaterialinseln 56C entfernt. Die Entfernung der Inseln 58A und 56C kann auf verschiedene Art und Weise ausgeführt werden. Die Überschussinseln 56C werden für gewöhnlich elektrochemisch gemäß einer derartigen Technik entfernt, die in der am 29. Juni 1997 eingereichten Internationalen Anmeldung PCT/US98/12801 an Knall et al. beschrieben wird. Die Schutzinseln 58A können auch elektrochemisch während oder vor der elektrochemischen Entfernung der überschüssigen Inseln 56C entfernt werden. Alternativ können die schützenden Inseln 58A abgehoben werden, wenn die Überschussinseln 56C elektrochemisch entfernt werden. Ferner können die schützenden bzw. Schutzinseln 58A mit einem geeigneten chemischen und/oder Plasmaätzmittel entfernt werden, woraufhin die Überschussinseln 56C elektrochemisch entfernt werden.
Als weitere Alternative können Überschussemittermaterialinseln 56C gemäß einer Abhebe- bzw. Lift-Off-Technik entfernt werden. In diesem Fall wird eine Abhebeschicht auf der Oberseite der Gate-Schicht 50A auf der in der Abbildung aus 2b dargestellten Phase bereitgestellt. Die Abhebeschicht wird für gewöhnlich erzeugt durch Evaporieren eines geeigneten Abhebematerials mit einem verhältnismäßig flachen Winkel zu der oberen Oberfläche der Grundplatte 40, der für gewöhnlich im Bereich von 30° liegt. Das Abhebematerial wird danach großteils auf die gleiche Art und Weise gemustert, wie die Überschussemittermaterialschicht 56B.
Auf der Phase aus der Abbildung aus 2f liegt eine Insel der Abhebeschicht zwischen jeder Überschussemittermaterialinsel 56C und dem darunter liegenden Gate-Abschnitt 50B. Ein geeignetes Ätzmittel wird eingesetzt, um die Lift-Off-Inseln zu entfernen. Die Überschussinseln 56C werden dadurch abgehoben und in dem Ätzmittel abgeführt.
Wenn eine Abhebetechnik eingesetzt wird, um Überschussemittermaterialinseln 56C zu entfernen, können schützende Inseln 58A als Nebeneffekt zu der Entfernung von Überschussinseln 56C gleichzeitig entfernt werden. Alternativ können schützende Inseln 58A zuerst mit einem geeigneten Ätzmittel entfernt werden, um die vollständigen oberen Oberflächen der Überschussinseln 56C frei zu legen. Wenn die Inseln 56C in Bezug auf das während deren Abhebung eingesetzte Ätzmittel porös bzw. durchlässig sind, kann diese Eigenschaft positiv genutzt werden, so dass das Lift-Off-Ätzmittel die Inseln 56C vertikal penetrieren und schnell die darunter liegenden Lift-Off-Inseln entlang deren vollständigen oberen Oberflächen angreifen kann. Der Vorgang des Abhebens wird danach in verhältnismäßig kurzer Zeit ausgeführt.
Wenn der Fokusüberzug 64 noch nicht in die Elektronenfokussierungsstruktur integriert ist, wird der Überzug 64 jetzt über der Fokussierungsstruktur 93 gebildet. Die resultierende Feldemissionsstruktur ist in den Abbildungen der 2g und 3d dargestellt.
Die CRT-Flachbildschirmanzeige stellt für gewöhnlich eine Farbanzeige dar, bei der jedes Pixel aus Teilpixeln besteht, mit jeweils einem Teilpixel für rot, grün und blau. Für gewöhnlich ist jedes Pixel bei einer senkrechten Betrachtung zu der oberen Oberfläche der Grundfläche 40 ungefähr rechteckig, wobei die drei Teilpixel als Rechtecke ausgelegt sind, die nebeneinander in Zeilenrichtung angeordnet sind, wobei die langen Achsen der Rechtecke in die Spaltenrichtung ausgerichtet sind. Bei diesem Teilpixel-Layout ist die Elektronenfokussierungssteuerung normalerweise wichtiger in die Zeilenrichtung als in die Spaltenrichtung.
Die Gruppen bzw. Anordnungen von Elektronen emittierenden Elementen 56A in jeder Steueröffnung 48 stellen Elektronen für ein Teilpixel bereit. Die Steueröffnungen 48 in jeder Verbundsteuerelektrode 46/50B sind so angeordnet, dass sie an dieser Elektrode 46/50B in der Zeilenrichtung zentriert sind. Indem dafür gesorgt wird, dass die Kanten bzw. Ränder des Elektronenfokussierungssystems 62/64 ungefähr vertikal mit den Längskanten der Verbundsteuerelektroden 46/50B auf die in den Abbildungen der 2g und 3d angezeigte Art und Weise ausgerichtet sind, wird in die Zeilenrichtung eine ausgezeichnete Fokussteuerung erreicht. Die Öffnung der Bereiche 60 während dem selektiven Ätzen der Schichten 58 und 56B zur Bildung von Verbundinseln 58A und 56C ermöglicht die Realisierung dieser vertikalen Ausrichtung und somit die gewünschte Fokus- bzw. Fokussierungssteuerung.
Beim Einsatz eines zweistufigen Verfahrens zur Entfernung von überschüssigem Emittermaterial kann eine Schutzschicht alternativ auf dem Überschussemittermaterial gebildet werden, das die Elektronen emittierenden Elemente überlagert, und zwar an einem Punkt nach der ersten Entfernungsstufe anstatt vor der ersten Entfernungsstufe (wie dies in dem Verfahren aus 2 der Fall ist). Die Abbildungen der 4a-4d (gemeinsam „4") veranschaulichen einen Teil eines Prozesses bzw. Verfahrens, das diese Alternative bezüglich der Fertigung eines Gated-Feldemitters einer CRT-Flachbildschirmanzeige gemäß der vorliegenden Erfindung einsetzt. Das Verfahren aus 4 folgt dem Verfahren aus 2 bis zu der Stufe aus 2c, in der Emitterkonusmaterial abgeschieden wird, um konische Elektronen emittierende Elemente 56A und die Überschussemittermaterialschicht 56B zu bilden.
In dem Verfahren aus 4 wird eine Photoresistmaske (nicht abgebildet), die für gewöhnlich das gleiche Muster aufweist wie die Photoresistmaske, die zum Mustern der Schichten 58 und 56B in dem Verfahren aus 2 eingesetzt wird, auf der Oberseite der Überschussemittermaterialschicht 56B in der Phase gebildet, die in der Abbildung aus 2c dargestellt ist. Das Material der Überschussschicht 56B, das durch die Photoresistmaske exponiert bzw. frei gelegt wird, wird mit einem geeigneten Ätzmittel entfernt, das direkt das frei liegende Emittermaterial angreift. Mit Ausnahme des Fehlens einer Schutzschicht an diesem Punkt des Verfahrens aus der Abbildung aus 4 wird das selektive Ätzen zum Mustern der Überschussschicht 56B auf die Art und Weise ausgeführt, wie dies vorstehend in Bezug auf das Verfahren aus 2 beschrieben worden ist. Der Rest der Überschussschicht 56B besteht auch in diesem Fall aus Inseln 56C. Das Ätzmittel ist für gewöhnlich ein chemisches Ätzmittel und weist somit eine erhebliche isotrope Komponente auf. Folglich unterschneiden Überschussemittermaterialinseln 56C das Photoresist geringfügig. Die Gate-Schicht 50A liegt jetzt teilweise frei.
Während die Photoresistmaske die Steueröffnungen 48 überlagert, wird die Gate-Schicht 50A großteils auf die Art und Weise mit Muster versehen, wie dies vorstehend für die Bildung der lateral getrennten Gate-Abschnitte 50B beschrieben worden ist. Das Photoresist wird entfernt, um die in der Abbildung aus 4a dargestellte Struktur zu erzeugen. Die Gate-Abschnitte 50B erstrecken sich wiederum entsprechend lateral auswärts leicht über die Überschussinseln 56C hinaus. Alternativ können die Schichten 56B und 50A derart geätzt werden, dass sich die Ränder der Überschussinseln 56C und der Gate-Abschnitte 50B im Wesentlichen in vertikaler Ausrichtung befinden.
Eine Schutzschicht 70 wird auf der Oberseite der Struktur gebildet, wie dies in 4b dargestellt ist. Im Besonderen liegt die Schutzschicht 70 auf den oberen und seitlichen Oberflächen der Überschussinseln 56C und erstreckt sich lateral über die Inseln 56C. Ähnlich wie die Schutzschicht 58 weist die Schutzschicht 70 einen derartigen Typ und eine Dicke auf, so dass sie großteils undurchlässig ist in Bezug auf die bei der Erzeugung von Merkmalen eingesetzten Materialien während dem Zeitraum, in dem die Überschussinseln 56C die Elektronen emittierenden Kegel 56A überlagern.
Abschnitte der Schutzschicht 70 sind für gewöhnlich in dem fertigen Feldemitter vorhanden. Folglich werden das Material und die Dicke der Schutzschicht 70 so ausgewählt, dass sie den Funktionen entsprechen, die durch benachbarte Komponenten des Feldemitters ausgeführt werden. Die Schicht 70 besteht für gewöhnlich aus elektrisch nicht leitfähigem Material, normalerweise aus elektrisch isolierendem Material. Wenn Abschnitte der Schicht 70 unter einer Grundfokussierungsstruktur des Elektronenfokussierungssystems liegen (oder einen Teil dieser bilden), wird die Schicht 70 für gewöhnlich mit Siliziumoxid mit einer Dicke zwischen 0,05 und 1,0 μm, für gewöhnlich von 0,5 μm, gebildet. Zu alternativen Materialien für die Schicht 70 bei derartigen Anwendungen zählen Siliziumnitrid und Spin-On- bzw. Aufschleuderglas.
Danach können verschiedene Merkmale über der schützenden Schicht 70 gebildet werden. Für gewöhnlich wird eine Grundfokussierungsstruktur 72 eines Elektronenfokussierungssystems auf der Oberseite der Schicht 70 gebildet. Siehe 4c. Die Grundfokussierungsstruktur 72 weist großteils das gleiche waffelartige Muster auf wie die Grundfokussierungsstruktur 6.2 Die Fokussierungsstruktur 72 kann durch jede der vorstehend in Bezug auf die Fokussierungsstruktur beschriebenen Methoden gebildet werden, vorausgesetzt, dass die Schutzschicht 70 entsprechende Eigenschaften aufweist.
Ein elektrisch nicht isolierender Fokusüberzug 74 wird in der Folge über der Grundfokussierungsstruktur 72 gebildet. Obgleich der Fokusüberzug 74 für gewöhnlich erzeugt wird, nachdem Überschussemittermaterialinseln 56C entfernt worden sind, kann der Überzug 74 auch gebildet werden, während sich die Inseln 56C an der Verwendungsposition befinden. Aus diesem Grund ist der Überzug 74 in der Abbildung aus 4c durch eine gestrichelte Linie dargestellt. Der Überzug 74 wird für gewöhnlich auf die gleiche Art und Weise und aus dem gleichen Material erzeugt wie der Fokusüberzug 62.
Unter Verwendung der Grundfokussierungsstruktur 72 und, sofern vorhanden, des Fokusüberzugs 74 als eine Ätzmaske, werden die frei liegenden Abschnitte der Schutzschicht 70 mit einem geeigneten Ätzmittel entfernt. Siehe 4d, in der das Element 70A dem Rest des Schutzüberzugs 70 entspricht. Die verbliebene Schutzschicht 70A liegt unter der Fokussierungsstruktur 72 und bildet effektiv einen Teil des Elektronenfokussierungssystems.
Die Schutzschicht 70 kann abhängig von verschiedenen Faktoren mit einem chemischen oder Plasmaätzmittel geätzt werden, um die Schicht 70A zu definieren. Wenn das Fokussierungssystem 72/74 gemäß der Beschreibung in der vorstehend genannten PCT Patentschrift WO 99/23689 gebildet wird, wird das Ätzmittel für gewöhnlich aus 50 Gewichtsprozent Essigsäure, 30 Gewichtsprozent Wasser und 20 Gewichtsprozent Ammoniumfluorid gebildet.
Die Überschussemittermaterialinseln 56C werden in der Folge entfernt. Siehe 4d. Die Entfernung der Überschussinseln 56C wird für gewöhnlich elektrochemisch vorgenommen. Alternativ können die Inseln 56C gemäß einer Abhebetechnik entfernt. Bei einer Abhebung wird eine Abhebeschicht über der Gate-Schicht 50 oder 50A auf der in der Abbildung aus 2b dargestellten Stufe gebildet. Die Abhebeschicht wird in der Folge großteils auf die gleiche Art und Weise gemustert wie die Überschussemittermaterialschicht 56B. Nach dem Ätzen der Schutzschicht 70 zum Definieren des schützenden Rests 70A wird die Abhebeschicht entfernt, um Überschussinseln 56C zu entfernen. Sofern dieser noch nicht gebildet worden ist, wird der Fokusüberzug 74 erzeugt, um die in der Abbildung aus 4d dargestellte Struktur fertig zu stellen.
Die Abbildung aus 5 zeigt ein typisches Beispiel des aktiven Kernbereichs einer CRT-Flachbildschirmanzeige, die einen Bereichsfeldemitter bildet, wie dieser etwa in der Abbildung aus 2g oder 4d dargestellt ist, hergestellt gemäß der vorliegenden Erfindung. Bei der Darstellung des Kerns einer CRT-Flachbildschirmanzeige, die den Feldemitter aus 4d aufweist, wird die Komponente 62 aus 5 ersetzt durch die Komponenten 70A und 72, während die Komponente 64 durch die Komponente 74 ersetzt wird. Der untere nicht isolierende Bereich 42 besteht hier im Besonderen aus den Emitterelektroden 42A und einer darüber liegenden elektrisch widerstandsfähigen Schicht 42B. Eine Hauptsteuerelektrode 46 ist in der Abbildung aus 5 dargestellt.
Ein transparenter, für gewöhnlich aus Glas bestehender, großteils flacher Leuchtschirm (Frontscheibe) 80 ist über der Grundplatte 40 angeordnet. Licht emittierende Phosphorbereiche 82, von denen einer in der Abbildung aus 5 dargestellt ist, sind auf der inneren Oberfläche des Leuchtschirms 80 direkt über den entsprechenden Steueröffnungen 48 angeordnet. Eine dünne Licht reflektierende Schicht 84, für gewöhnlich aus Aluminium, überlagert die Phosphorbereiche 82 entlang der inneren Oberfläche des Leuchtschirms 80. Die durch die Elektronen emittierenden Elemente 56A emittierten Elektronen treten durch die Licht reflektierende Schicht 84 und bewirken es, dass die Phosphorbereiche 82 Licht emittieren, das ein Bild erzeugt, das auf der äußeren Oberfläche des Leuchtschirms 80 sichtbar ist.
Der aktive Kernbereich der CRT-Flachbildschirmanzeige weist für gewöhnlich weitere Komponenten auf, die in der Abbildung aus 5 nicht dargestellt sind. Zum Beispiel umgibt für gewöhnlich eine schwarze Matrix, die entlang der inneren Oberfläche des Leuchtschirms 80 angeordnet ist, jeden Phosphorbereich 82, um diesen lateral von den anderen Phosphorbereichen 82 zu trennen. Abstandwände werden eingesetzt, um einen verhältnismäßig konstanten Zwischenabstand zwischen den Platten 40 und 80 aufrechtzuerhalten.
Bei einer Integration in eine CRT-Flachbildschirmanzeige der in 5 veranschaulichten Art arbeitet ein gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellter Feldemitter wie folgt. Die Licht reflektierende Schicht 84 dient als eine Anode für die Feldemissionskathode. Die Anode wird auf einem hohen positiven Potenzial im Verhältnis zu den Verbundsteuerelektroden 46/50B und den Emitterelektroden 42A gehalten.
Wenn ein geeignetes Potenzial angelegt wird zwischen (a) einer ausgewählten der Emitterelektroden 42A und (b) einer ausgewählten der Steuerelektroden 46/50B, so extrahiert der auf diese Weise ausgewählte Gate-Abschnitt 50B Elektroden aus den Elektronen emittierenden Elementen an dem Schnittpunkt der beiden ausgewählten Elektroden und steuert den Wert des resultierenden Elektronenstroms. Nachdem die extrahierten Elektronen auf die Phosphorbereiche 82 aufgetroffen sind, emittieren diese Licht.
Richtungsbezogene Begriffe wie „obere" und „untere" werden bei der Beschreibung der vorliegenden Erfindung eingesetzt, um einen Bezugsrahmen zu erzeugen, durch den der Leser besser versteht, wie die verschiedenen Teile der Erfindung zusammenpassen. In der realen Praxis können die Komponenten einer Elektronen emittierenden Vorrichtung anders ausgerichtet angeordnet sein als dies durch die hier verwendeten richtungsbezogenen Begriffe impliziert wird. Das gleiche gilt für die Art und Weise, wie die Fertigungsschritte gemäß der Erfindung ausgeführt werden. Sofern richtungsbezogene Begriffe eingesetzt werden, um die Beschreibung zu vereinfachen, umfasst die Erfindung Implementierungen, bei denen sich die Ausrichtungen von den Ausrichtungen unterscheiden, die streng genommen durch die hier verwendeten richtungsbezogenen Begriffe abgedeckt werden.
Die vorliegende Erfindung wurde vorstehend zwar in Bezug auf bestimmte Ausführungsbeispiele beschrieben, wobei die Beschreibung jedoch ausschließlich dem Zweck der Veranschaulichung dient und den nachstehend beanspruchten Umfang der vorliegenden Erfindung nicht einschränkt. Zum Beispiel können andere Merkmale als Abschnitte eines Elektronenfokussierungssystems über dem teilweise fertig gestellten Feldemitter gebildet werden, nachdem die Überschussemittermaterialschicht 56B gemustert worden ist, um die Inseln 56C zu bilden, jedoch vor der Entfernung der Inseln 56C. Es können auch andere Techniken als die Abhebung (Lift-Off) und die elektrochemische Entfernung für die Entfernung der Inseln 56C eingesetzt werden.
Das maskierte Ätzen der abdeckenden Überschussemittermaterialschicht 56B kann so ausgeführt werden, dass im Wesentlichen jede Hauptsteuerelektrode 46 ganz und nicht nur teilweise mit überschüssigem Emittermaterial bedeckt wird, wobei das ganze überschüssige Emittermaterial aus den Bereichen zwischen den Steuerelektroden 46 entfernt wird. Der elektrochemische Entfernungsvorgang gemäß der vorliegenden Erfindung kann ausreichend lang ausgeführt werden, um Öffnungen durch die gemusterten Überschussemittermaterialinseln 56C zu erzeugen, um die Elektronen emittierenden Kegel 56A frei zu legen, jedoch nicht so lange, dass die Inseln 56C vollständig entfernt werden. Durch Kombination dieser beiden Varianten kann das verbleibende Überschussemittermaterial, das sich an den Verbundsteuerelektroden 46/50B befindet, als Teile der Elektroden 46/50B dienen, um deren Stromleitfähigkeit zu erhöhen.
Für das Mustern der Überschussemittermaterialschicht 56B zur Bildung der Inseln 56C in der Ablauffolge aus 4 können auch andere Techniken als maskiertes Ätzen eingesetzt werden. Vor der Abscheidung des Emittermaterials zur Erzeugung der Kegel 56A und der Überschussschicht 56B können zum Beispiel Abschnitte eines leicht entfernbaren Materials, wie etwa Photoresist, über den Breichen des Feldemitters bereitgestellt werden, in denen Abschnitte der Überschussschicht 56B bei der Definition der Inseln 56C entfernt werden sollen. Nach der Abscheidung des Emittermaterials wird das leicht entfernbare Material entfernt, um den darüber liegenden Abschnitt der Schicht 56B zu entfernen (d.h. abzuheben), wodurch die Inseln 56C verbleiben.
Die Gate-Schicht 50A kann gemustert werden, um die Gate-Abschnitte 50B zu bilden, bevor das Emitterkonusmaterial abgeschieden wird, um die Elektronen emittierenden Elemente 56A und die Überschussemittermaterialschicht 56B zu bilden und für gewöhnlich auch vor der Erzeugung der dielektrischen Öffnungen 54. Die Kombination aus jeder Hauptsteuerelektrode 46 und den angrenzenden Gate-Abschnitten 50B bildet danach eine Verbundsteuerelektrode 46/50B vor der Abscheidung des Emittermaterials.
Die Hauptsteuerelektroden 46 können nach der Abscheidung der Gate-Schicht 50 gebildet werden. In diesem Fall überlagern die Steuerelektroden 46 die Gate-Abschnitte 50B, anstatt unter diesen zu liegen. Ferner können jede Hauptsteuerelektrode 46 und alle angrenzenden Gate-Abschnitte 50B ersetzt werden durch eine Gate-Elektrode mit einer Schicht mit Gate-Öffnungen, jedoch ohne analoge Öffnungen zu den Steueröffnungen 48.
Die Verfahren aus den Abbildungen der 2 und 4 können überarbeitet werden, um Elektronen emittierende Elemente in anderen Formen als einer konischen Form zu erzeugen. Zum Beispiel kann die Abscheidung des Emittermaterials beendet werden, bevor die Öffnungen vollständig verschlossen sind, durch welche das Emittermaterial in die dielektrischen Öffnungen 54 eintritt. Die Elektronen emittierenden Elemente 56A werden danach allgemein in der Form von Kegelstümpfen gebildet.
Die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Elektronenemitter können auch in anderen Flachbildschirmvorrichtungen als CRT-Flachbildschirmanzeigen eingesetzt werden. Verschiedene Modifikationen und Anwendungen sind für den Fachmann auf dem Gebiet somit möglich, ohne dabei von dem wahren Umfang der Erfindung abzuweichen, der in den anhängigen Ansprüchen definiert ist.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Elektronen emittierenden Vorrichtung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: das Bereitstellen einer Ausgangsstruktur, in der eine Gruppe von Steuerelektroden (46) eine dielektrische Schicht (44) überlagert, wobei eine Mehrzahl von Elektronen emittierenden Vorrichtungen (56A), die ein elektrisch nicht isolierendes Emittermaterial umfasst, größtenteils in dielektrischen Öffnungen (54) angeordnet ist, die sich durch die dielektrische Schicht (44) erstrecken und durch Steueröffnungen (48) frei liegen, die sich durch die Steuerelektroden (46) erstrecken, und wobei eine Überschussschicht (56B), welche das Emittermaterial umfasst, die Steuerelektroden (46) überlagert; das Vorsehen einer Schutzschicht (58) über der Überschussschicht (56B) oberhalb zumindest den Elektronen emittierenden Elementen (56A); das folgende Ausführen mindestens einer Verarbeitungsoperation an der Ausgangsstruktur; und das folgende Entfernen von Material der Überschuss-(56B) und Schutzschichten (58), welche die Steuerelektroden (46) überlagern, oberhalb der Elektronen emittierenden Elemente (56A), so dass die Elektronen emittierenden Elemente (56) frei gelegt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schutzschicht (58) größtenteils undurchlässig ist für Materialien, denen die Ausgangsstruktur während dem Ausführungsschritt ausgesetzt ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Schritt des Bereitstellens das Konfigurieren der Ausgangsstruktur umfasst, so dass die Überschussschicht (56B) ferner Abschnitte der dielektrischen Schicht (44) in Zwischenräumen zwischen den Steuerelektroden (46) überlagert.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schritt des Vorsehens das Bilden der Schutzschicht (58) umfasst, so dass diese die Überschussschicht (56B) oberhalb der dielektrischen Schicht (44) in den Zwischenräumen zwischen den Steuerelektroden (46) überlagert, wobei das Verfahren ferner zwischen den Schritten des Vorsehens und des Bereitstellens den Schritt des anfänglichen Entfernens von Abschnitten der Schutzschicht (58) und der Überschussschicht (56B) umfasst, welche die dielektrische Schicht (44) in den Zwischenräumen zwischen den Steuerelektroden (46) überlagern.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der folgende Entfernungsschritt das elektrochemische Entfernen von Emittermaterial der Überschussschicht (56B) umfasst, welches die Steuerelektroden (46) oberhalb der Elektronen emittierenden Elemente (56A) überlagert.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei: der Schritt des Bereitstellens das Bereitstellen der Ausgangsstruktur mit einer Abhebeschicht umfasst, die zumindest angeordnet ist zwischen (a) den Steuerelektroden (46) und (b) dem Emittermaterial der Überschussschicht (56B), welche die Steuerelektroden (46) überlagert; und der folgende Entfernungsschritt das Entfernen der Abhebeschicht umfasst, so dass zumindest Material der Überschussschicht (56B) entfernt wird, das die Steuerelektroden (46) überlagert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei der Schritt des Ausführens das Bilden mindestens eines Teils mindestens eines weiteren Merkmals über der dielektrischen Schicht (44) in den Zwischenräumen zwischen den Steuerelektroden (46) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei der Schritt des Ausführens das Bilden eines Teils eines Fokussierungssystems (62) über der dielektrischen Schicht (44) in den Zwischenräumen zwischen den Steuerelektroden (46) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei dieses ferner zwischen den Schritten des Bereitstellens und des Vorsehens den Schritt des anfänglichen Entfernens von Abschnitten der Überschussschicht (56B) umfasst, welche die dielektrische Schicht (44) in den Zwischenräumen zwischen den Steuerelektroden (46) überlagern.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt des Vorsehens das Bilden der Schutzschicht (58) umfasst, so dass diese die dielektrische Schicht (44) in den Zwischenräumen zwischen den Steuerelektroden (46) überlagert.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Entfernungsschritt folgendes umfasst: das Entfernen vertikal frei liegenden Materials der Schutzschicht (58), welches die Steuerelektroden (46) oberhalb der Elektronen emittierenden Elemente (56A) überlagert; und das elektrochemische Entfernen von Emittermaterial der Überschussschicht (56B), welches die Steuerelektroden (46) oberhalb der Elektronen emittierenden Elemente (56A) überlagert.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei: der Schritt des Bereitstellens das Bereitstellen der Ausgangsstruktur mit einer Abhebeschicht umfasst, die zumindest angeordnet ist zwischen (a) den Steuerelektroden (46) und (b) dem Emittermaterial der Überschussschicht (56B), welche die Steuerelektroden (46) überlagert; und der folgende Entfernungsschritt das Entfernen der Abhebeschicht umfasst, so dass zumindest Material der Überschussschicht (56B) entfernt wird, das die Steuerelektroden (46) überlagert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei der Schritt des Ausführens das Bilden mindestens eines Teils mindestens eines weiteren Merkmals über der Schutzschicht (58) in den Zwischenräumen zwischen den Steuerelektroden (46) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei der Schritt des Ausführens das Bilden eines Teils eines Fokussierungssystems (62) über der Schutzschicht (58) in den Zwischenräumen zwischen den Steuerelektroden (46) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Schutzschicht (58) elektrisch nicht leitfähiges Material umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei der Schritt des Bereitstellens das Abscheiden von Emittermaterial (a) durch die Steueröffnungen (48) in die dielektrischen Öffnungen (54) umfasst, so dass zumindest teilweise die Elektronen emittierenden Elemente (56A) gebildet werden; und (b) über die Steuerelektroden (46) und über die dielektrische Schicht (44) in Zwischenräumen zwischen den Steuerelektroden (46), um mindestens teilweise die Überschussschicht (56B) zu bilden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei: der Schritt des Bereitstellens das Bereitstellen der Ausgangsstruktur mit einer elektrisch nicht isolierenden Gate-Schicht (50) umfasst, welche an die Steuerelektroden (46) angrenzt, wobei sie sich in die Zwischenräume zwischen den Steuerelektroden erstreckt und unter der Überschussschicht (56B) liegt; jedes Elektronen emittierende Element (56A) durch eine Gate-Öffnung (52) frei liegt, welche sich durch die Gate-Schicht (50) erstreckt; und wobei die dielektrischen Öffnungen (54) in einer Mehrzahl von lateral getrennten Anordnungen der dielektrischen Öffnungen (54) zugeordnet sind, wobei jede der Steueröffnungen (48) oberhalb einer anderen der Gruppen von dielektrischen Öffnungen (54) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Gate-Schicht (50) im Wesentlichen vollständig lateral jede Steueröffnung (48) überspannt.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, wobei vor dem Schritt des Vorsehens die Gate-Schicht (50) größtenteils eine Abdeckschicht ist, mit Ausnahme der Gate-Öffnungen (52).
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei dieses ferne zwischen den Schritten des Vorsehens und des Bereitstellens den Schritt des Entfernens von Abschnitten der Gate-Schicht (50) umfasst, welche die dielektrische Schicht (44) in den Zwischenräumen zwischen den Steuerelektroden (46) überlagern, wobei jede Steuerelektrode (46) und das verbleibende angrenzende Material der Gate-Schicht (50) zumindest einen Teil einer zusammengesetzten Steuerelektrode (46) bilden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei: jede Steuerelektrode eine Hauptsteuerelektrode (46) und mindestens einen angrenzenden Gate-Abschnitt (50B) umfasst; jede Steueröffnung (48) eine zusammengesetzte Steueröffnung ist, die folgendes umfasst: (a) eine Hauptsteueröffnung (48), die sich durch eine der Steuerelektroden erstreckt; und (b) mindestens eine Gate-Öffnung (52), die sich durch einen angrenzenden der Gate-Abschnitte erstreckt; und die dielektrischen Öffnungen (54) in einer Mehrzahl lateral getrennter Anordnungen der dielektrischen Öffnungen (54) zugeordnet sind, wobei jede Hauptsteueröffnung (48) oberhalb einer anderen der Anordnungen der dielektrischen Öffnungen (54) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei die Gate-Abschnitte im Wesentlichen vollständig lateral die Hauptsteueröffnungen (48) überspannen.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei eine entsprechende Mehrzahl von Gate-Abschnitten gegeben ist, die jeweils vollständig lateral eine andere der Hauptsteueröffnungen (48) überspannen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, wobei der Schritt des Bereitstellens das Bereitstellen der Ausgangsstruktur mit einem unteren elektrisch nicht isolierenden Bereich (42) aufweist, der unter der dielektrischen Schicht (44) und den Elektronen emittierenden Elemente (56A) angeordnet ist.