JP2561263B2 - Method for manufacturing electron-emitting device - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は電子放出素子の製造方法に係り、特に堆積面
に、この堆積面の材料より核形成密度が十分大きく、且
つ単一の核だけが成長する程度に十分微細な異種材料が
設けられ、この異種材料に成長した単一の核によって成
長した結晶を電子放出部とする電子放出素子の製造方法
に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for manufacturing an electron-emitting device, and in particular, a deposition surface has a nucleation density sufficiently higher than that of the material of the deposition surface, and only a single nucleus is formed. The present invention relates to a method for manufacturing an electron-emitting device in which a heterogeneous material that is fine enough to grow is provided and a crystal grown by a single nucleus grown in this heterogeneous material serves as an electron-emitting portion.
［従来技術］ 従来、電子放出源としては熱陰極型電子放出素子が多
く用いられていたが、熱陰極を利用した電子放出は加熱
によるエネルギーロスが大きく、予備加熱が必要等の問
題点を有していた。[Prior Art] Conventionally, a hot cathode electron-emitting device has been widely used as an electron emission source, but electron emission using a hot cathode has a problem that energy loss due to heating is large and preheating is required. Was.
これらの問題点を解決すべく、冷陰極型の電子放出素
子がいくつか提案されており、その中に局部的に高電界
を発生させ、電界放出により電子放出を行わせる電界効
果型の電子放出素子がある。In order to solve these problems, some cold cathode type electron-emitting devices have been proposed, and a field-effect type electron-emitting device in which a high electric field is locally generated and electron emission is performed by field emission. There is an element.
第11図は上記の電界効果型の電子放出素子の一例を示
す概略的部分断面図であり、第12図（Ａ）〜（Ｄ）はそ
の製造方法を説明するための概略的工程図である。FIG. 11 is a schematic partial cross-sectional view showing an example of the above-mentioned field effect electron-emitting device, and FIGS. 12 (A) to 12 (D) are schematic process diagrams for explaining the manufacturing method. .
第11図に示すように、Si等の基体20上にMo（モリブデ
ン）等の円錐形状の電極18を設け、この電極18を中心と
して開口部が設けられたSiO2等の絶縁層19が形成され、
この上に前記円錐形状の尖頭部の近傍にその端部が形成
された引き出し電極17を設ける。As shown in FIG. 11, a conical electrode 18 of Mo (molybdenum) or the like is provided on a substrate 20 of Si or the like, and an insulating layer 19 of SiO 2 or the like having an opening provided around the electrode 18 is formed. And
On this, an extraction electrode 17 having an end formed near the conical point is provided.
このような構造の電子放出素子において、基体20と引
き出し電極17との間に電圧を印加すると、電界強度の強
い尖頭部から電子が放出される。In the electron-emitting device having such a structure, when a voltage is applied between the base 20 and the extraction electrode 17, electrons are emitted from the peak having a strong electric field intensity.
上記電子放出素子は、次のような工程で作製される。 The electron-emitting device is manufactured by the following steps.
まず、第12図（Ａ）に示すように、Si等の基体20の上
にSiO2酸化膜等の絶縁層19を形成し、電子ビーム蒸着等
によりMo層17を形成し、さらにPMMA（poly−methyl−me
thacrylate）等の電子線レジストをスピンコート法を用
いて塗布する。電子ビームを照射してパターニングを行
った後イソプロピルアルコール等で電子線レジストを部
分的に除去し、Mo層17を選択的にエッチングして第１の
開口部21を形成する。電子線レジストを完全に除去した
のち、弗化水素酸を用いて絶縁層19をエッチングして第
２の開口部22を形成する。First, as shown in FIG. 12 (A), an insulating layer 19 such as a SiO 2 oxide film is formed on a substrate 20 such as Si, and a Mo layer 17 is formed by electron beam evaporation or the like. −methyl−me
An electron beam resist such as thacrylate) is applied by spin coating. After patterning by irradiating with an electron beam, the electron beam resist is partially removed with isopropyl alcohol or the like, and the Mo layer 17 is selectively etched to form the first opening 21. After the electron beam resist is completely removed, the insulating layer 19 is etched using hydrofluoric acid to form the second opening 22.
次に、第12図（Ｂ）に示すように、回転軸Ｘを中心と
して基体20を回転させながら、一定の角度θ傾斜させて
A1をMo層17の上面及び側面に蒸着させてAl層23を形成す
る。このとき前記Mo層17の側面部にもAlが蒸着されるの
で、この蒸着量を制御することにより、第１の開口部21
の直径を任意に小さくすることができる。Next, as shown in FIG. 12 (B), while rotating the base body 20 about the rotation axis X, the base body 20 is inclined at a constant angle θ.
A1 is vapor-deposited on the upper and side surfaces of the Mo layer 17 to form an Al layer 23. At this time, since Al is also vapor-deposited on the side surface of the Mo layer 17, the first opening 21 is controlled by controlling the vapor deposition amount.
The diameter of can be arbitrarily reduced.
次に、第12図（Ｃ）に示すように、基体20に対して垂
直にMoを電子ビーム蒸着等によって蒸着する。このとき
MoはAl層23上及び基体20上だけでなくAl層23の側面にも
堆積されるので、第１の開口部21の直径はMo層24の積層
に伴って段々小さくなっていく。この第１の開口部21の
直径の減少に伴って基体に堆積されていく蒸着物（Mo）
の蒸着範囲も小さくなっていくために、基体20上には略
円錐形状の電極18が形成される。Next, as shown in FIG. 12 (C), Mo is vapor-deposited on the substrate 20 vertically by electron beam vapor deposition or the like. At this time
Since Mo is deposited not only on the Al layer 23 and the substrate 20 but also on the side surface of the Al layer 23, the diameter of the first opening 21 gradually decreases as the Mo layer 24 is stacked. A deposit (Mo) deposited on the substrate as the diameter of the first opening 21 decreases.
Since the vapor deposition range is also reduced, the substantially conical electrode 18 is formed on the substrate 20.
最後に、第12図（Ｄ）に示すように、堆積したMo層24
及びAl層23を除去することにより略円錐形状の電極18を
有する電子放出素子が形成される。Finally, as shown in FIG. 12 (D), the deposited Mo layer 24
By removing the Al layer 23, the electron-emitting device having the substantially conical electrode 18 is formed.
［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記従来の電子放出素子は、円錐形状
の電極が絶縁層のエッチング後に形成されるために、基
体の堆積面を清浄に保くことが困難であり、電極材料の
堆積条件等にバラツキを生じ、形状，電気的特性等が安
定しない問題点があった。[Problems to be Solved by the Invention] However, in the above-described conventional electron-emitting device, it is difficult to keep the deposition surface of the substrate clean because the conical electrode is formed after etching the insulating layer. However, there is a problem in that the deposition conditions of the electrode material vary and the shape and electrical characteristics are not stable.
本発明の目的は電子放出部となる尖頭部を有する電極
の形状、電気的特性等のバラツキが少なく、その性能を
大幅に改善した電子放出素子の製造方法を提供すること
にある。An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an electron-emitting device in which there is little variation in the shape of an electrode having a pointed portion serving as an electron-emitting portion, electrical characteristics, and the like, and the performance of which is greatly improved.
［問題点を解決するための手段］ 本発明の電子放出素子の製造方法は、堆積面に、この
堆積面の材料より核形成密度が十分大きく、且つ単一の
核だけが成長する程度に十分微細な異種材料が設けら
れ、この異種材料に成長した単一の核によって成長した
結晶によって、尖頭部を有する電極を形成する工程と、 この尖頭部を有する電極及び前記堆積面上に絶縁層を
積層させ、さらにその上に電極層を形成する工程と、 前記尖頭部を有する電極の尖頭部の上部を開口するよ
うに、前記電極層に開口部を形成する工程と、 この開口部を通して、前記絶縁層を選択的にエッチン
グして、少なくとも前記尖頭部を露出させる工程とを有
することを特徴とする。[Means for Solving the Problems] The method of manufacturing an electron-emitting device according to the present invention has a sufficient nucleation density on the deposition surface as compared with the material of the deposition surface and is sufficient to grow only a single nucleus. A step of forming an electrode having a cusp with a fine dissimilar material, and a crystal grown by a single nucleus grown in the dissimilar material, and insulating the electrode having the cusp and the deposition surface. Stacking layers, further forming an electrode layer thereon, forming an opening in the electrode layer so as to open the top of the tip of the electrode having the tip, and the opening Selectively etching the insulating layer through a portion to expose at least the pointed portion.
［作用］ 本発明の電子放出素子の製造方法は、まず、微細な異
種材料に形成される単一の核を中心として、電子放出部
となる尖頭部を有する電極を先に清浄な面に形成して、
その後に絶縁層及びその上部に設けられる電極を形成す
ることにより、 欠陥等の少ない結晶からなり、尖頭部の電子放出部の
形状が均一な電極を形成して電界強度を均一且つ強いも
のとし、動作開始電圧の範囲のバラツキを抑えることを
可能とするものである。[Operation] In the method for manufacturing an electron-emitting device of the present invention, first, an electrode having a pointed portion serving as an electron-emitting portion is first formed on a clean surface around a single nucleus formed in a fine dissimilar material. Form,
After that, by forming the insulating layer and the electrode provided on it, an electrode consisting of a crystal with few defects and having a uniform shape of the electron-emitting portion at the tip is formed to make the electric field strength uniform and strong. It is possible to suppress variation in the range of operation start voltage.
［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明す
る。EXAMPLES Examples of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
第１図（Ａ）〜（Ｆ）は本発明の電子放出素子の製造
方法の第一実施例の製造工程を説明するための概略的部
分断面図である。1 (A) to 1 (F) are schematic partial cross-sectional views for explaining the manufacturing process of the first embodiment of the method for manufacturing the electron-emitting device of the present invention.
まず、第１図（Ａ）に示すように、非晶質材料である
SiO2等の基体１の堆積面に異種材料たるSi,Si3N4等の核
形成ベース２を形成する。First, as shown in FIG. 1A, an amorphous material is used.
A nucleation base 2 made of different materials such as Si and Si 3 N 4 is formed on the deposition surface of a substrate 1 made of SiO 2 .
次に、第１図（Ｂ）に示すように、核形成ベース２に
形成された単一の核を中心として、Mo,W,Si等の単結晶
を成長させる。このとき、円錐形の尖頭部を有する所望
の大きさの回転体の電極３が形成される。なお、ここで
は堆積面上に形成される結晶が単結晶の場合について説
明するが、単結晶に限定されず多結晶等の場合にも本発
明を用いることができる。なお、この単結晶の製造方法
の詳細については、後述する。さらに、尖頭部を有する
電極３の面及び基体１の堆積面上にポリイミド系樹脂
膜、アクリレート系膜等の絶縁材料を堆積させて、絶縁
層４を形成する。Next, as shown in FIG. 1 (B), a single crystal of Mo, W, Si or the like is grown around the single nucleus formed in the nucleation base 2. At this time, the electrode 3 having a desired size and having a conical point is formed. Although the case where the crystal formed on the deposition surface is a single crystal is described here, the present invention can be applied to a case where the crystal is not limited to a single crystal and is a polycrystal or the like. The details of the method for producing this single crystal will be described later. Further, an insulating material such as a polyimide resin film or an acrylate film is deposited on the surface of the electrode 3 having the pointed portion and the deposition surface of the substrate 1 to form the insulating layer 4.
次に、第１図（Ｃ）に示すように、絶縁層４上にMo等
の電極層５を形成する。さらに、この電極層５にフォト
レジスト６を塗布し、露光することによて、尖頭部を有
する電極３の尖頭部の上部を開口する。Next, as shown in FIG. 1C, an electrode layer 5 of Mo or the like is formed on the insulating layer 4. Further, a photoresist 6 is applied to the electrode layer 5 and exposed to open the upper portion of the tip of the electrode 3 having the tip.
次に、第１図（Ｄ）に示すように、電極層５をエッチ
ングによって開口し、開口部７を設ける。Next, as shown in FIG. 1D, the electrode layer 5 is opened by etching to form an opening 7.
次に、第１図（Ｅ）に示すように、開口部７を通し
て、絶縁層４を選択的にエッチングして、開口部８を設
け、少なくとも尖頭部を有する電極３の尖頭部が露出す
るようにする。Next, as shown in FIG. 1 (E), the insulating layer 4 is selectively etched through the opening 7 to form the opening 8 and the tip of the electrode 3 having at least the tip is exposed. To do so.
最後に、第１図（Ｆ）に示すように、フォトレジスト
６を除去することによって、電子放出素子を作製する。Finally, as shown in FIG. 1 (F), the photoresist 6 is removed to produce an electron-emitting device.
上記第一実施例の製造方法においては、SiO2の基体１
上に尖頭部を有する電極３が設けられているが、SiO2の
非晶質膜1aを下地基材上に形成することで同様に電子放
出素子を作製することもできる。In the manufacturing method of the first embodiment, the SiO 2 substrate 1 is used.
Although the electrode 3 having a pointed portion is provided on the top, an electron-emitting device can be similarly produced by forming the amorphous film 1a of SiO 2 on the base substrate.
第２図は本発明の電子放出素子の製造方法の第二実施
例の一製造工程を示す概略的部分断面図である。FIG. 2 is a schematic partial cross-sectional view showing one manufacturing step of the second embodiment of the method for manufacturing the electron-emitting device of the present invention.
同図に示すように、Siの下地基材９上に非晶質膜1aを
形成し、この非晶質膜1aに核形成ベース２を形成するこ
とにより、前述した電子放出素子をSiの下地基材上に形
成することができる。なお、これ以後の製造工程は前述
した第一実施例と同様なので説明を省略する。As shown in the figure, an amorphous film 1a is formed on a Si base material 9, and a nucleation base 2 is formed on the amorphous film 1a. It can be formed on a substrate. Note that the subsequent manufacturing steps are the same as in the first embodiment described above, and a description thereof will be omitted.
以上説明した第一実施例及び第二実施例の製造方法に
おいて説明したように、本発明の電子放出装置の製造方
法は、まず、微細な異種材料に形成される単一の核を中
心として、電子放出部となる尖頭部を有する電極を先に
清浄な面に形成して、その後の絶縁層及びその上部に設
けられる電極を形成することにより、尖頭部を有する電
極を欠陥等の少ない結晶で構成し、尖頭部の電子放出部
の形状を均一なものとすることができる。その結果とし
て、電界強度を均一且つ強いものとし、動作開始電圧の
範囲のバラツキを抑えることができる。As described in the manufacturing method of the first embodiment and the second embodiment described above, the manufacturing method of the electron emitting device of the present invention, first, focusing on a single nucleus formed in a fine dissimilar material, By forming the electrode having the point to be the electron emitting portion on the clean surface first and then forming the insulating layer and the electrode provided on the insulating layer thereafter, the electrode having the point is less likely to have defects. It can be made of crystal, and the shape of the electron emitting portion at the tip can be made uniform. As a result, the electric field strength can be made uniform and strong, and variations in the range of the operation start voltage can be suppressed.
さらに、第２図に示したように、堆積面を所望の材料
の下地基材上に形成することが可能となり、例えば堆積
面を放熱性の高い基体上に形成することで、信頼性を向
上させることが可能となる。Further, as shown in FIG. 2, it becomes possible to form the deposition surface on a base material of a desired material. For example, by forming the deposition surface on a substrate having high heat dissipation, reliability is improved. It becomes possible.
なお、堆積面に、この堆積面の材料より核形成密度が
十分大きく、且つ単一の核だけが成長する程度に十分微
細な異種材料を形成し、この異種材料に成長した単一の
核を中心として結晶を成長させる製造方法は、尖頭部を
有する電極３が、堆積面を構成する絶縁層4,核形成ベー
ス2,蒸着物の材質、蒸着条件等の条件で決定され、開口
部７の寸法精度と独立して形成されるので、その大きさ
のバラツキを抑えることができ、また尖頭部を有する電
極３の位置が核形成ベース２の位置精度で決められるの
で、所望の位置に高精度に作製することができる。その
結果として、複数の電子放出口を有するマルチ型電子放
出素子をファインピッチで、均一に作製することができ
る。Note that a heterogeneous material having a nucleation density sufficiently higher than that of the material of the deposition surface and fine enough to grow only a single nucleus is formed on the deposition surface, and the single nucleus grown on the heterogeneous material is formed. The manufacturing method in which the crystal is grown as the center is such that the electrode 3 having the pointed portion is determined by conditions such as the insulating layer 4 forming the deposition surface, the nucleation base 2, the material of the deposit, the deposition conditions, Since it is formed independently of the dimensional accuracy of the electrode, the size variation can be suppressed, and the position of the electrode 3 having the pointed portion is determined by the position accuracy of the nucleation base 2, so that the desired position can be obtained. It can be manufactured with high precision. As a result, a multi-type electron-emitting device having a plurality of electron-emitting ports can be manufactured uniformly at a fine pitch.
さらに、尖頭部を有する電極を単結晶で作製すること
が容易となり、尖頭部を有する電極の導電率を改善する
ことができ、また尖頭部の電子放出部を一定の構造の結
晶面とすることが可能となり、ショットキー効果を向上
させ、電子放出効率を向上させることができる。Furthermore, it becomes easier to manufacture an electrode having a point with a single crystal, the conductivity of the electrode having a point can be improved, and the electron-emitting portion of the point has a constant crystal surface. Therefore, the Schottky effect can be improved and the electron emission efficiency can be improved.
以下、堆積面に単結晶を成長させる単結晶成長方法に
ついて詳述する。Hereinafter, a single crystal growth method for growing a single crystal on the deposition surface will be described in detail.
まず、堆積面上に選択的に堆積膜を形成する選択堆積
法について述べる。選択堆積法とは、表面エネルギー、
付着係数、脱離係数、表面拡散速度等という薄膜形成過
程での核形成を左右する因子の材料間での差を利用し
て、基板上に選択的に薄膜を形成する方法である。First, a selective deposition method for selectively forming a deposition film on a deposition surface will be described. The selective deposition method is the surface energy,
This is a method for selectively forming a thin film on a substrate by utilizing the difference between factors of factors such as an adhesion coefficient, a desorption coefficient, a surface diffusion rate, and the like that influence nucleation in the thin film formation process.
第３図（Ａ）及び（Ｂ）は選択堆積法の説明図であ
る。3A and 3B are explanatory views of the selective deposition method.
まず、図（Ａ）に示すように、基板10上に、基板10と
上記因子の異なる材料から成る薄膜11を所望部分に形成
する。そして、適当な堆積条件によって適当な材料から
成る薄膜の堆積を行うと、同図（Ｂ）に示すように、薄
膜12は薄膜11上にのみ成長し、基板10上には成長しない
という現象を生じさせることができる。この現象を利用
することで、自己整合的に成形された薄膜12を成長させ
ることができ、従来のようなレジストを用いたリソグラ
フィ工程の省略が可能となる。First, as shown in FIG. 3A, a thin film 11 made of a material having a different factor from the substrate 10 is formed on a desired portion of the substrate 10. When a thin film made of an appropriate material is deposited under appropriate deposition conditions, the thin film 12 grows only on the thin film 11 and does not grow on the substrate 10, as shown in FIG. Can be generated. By utilizing this phenomenon, the thin film 12 formed in a self-aligned manner can be grown, and a conventional lithography process using a resist can be omitted.
このような選択形成法による堆積を行うことができる
材料としては、たとえば基板10としてSiO2、薄膜11とし
てSi、GaAs、窒化シリコン、そして堆積させる薄膜13と
してSi、Ｗ、GaAs、InP等がある。Materials that can be deposited by the selective formation method include, for example, SiO 2 as the substrate 10, Si, GaAs, and silicon nitride as the thin film 11, and Si, W, GaAs, InP as the thin film 13 to be deposited. .
第４図は、SiO2の堆積面と窒化シリコンの堆積面との
核形成密度の経時変化を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the change over time in the nucleation density of the deposition surface of SiO 2 and the deposition surface of silicon nitride.
同グラフが示すように、堆積を開始して間もなくSiO2
上での核形成密度は103cm-2以下で飽和し、20分後でも
その値はほとんど変化しない。As the graph shows, the SiO 2
The nucleation density above saturates below 10 3 cm -2 , and its value hardly changes after 20 minutes.
それに対して窒化シリコン（Si3N4）上では、〜４×1
05cm-2で一旦飽和し、それから10分ほど変化しないが、
それ以降は急激に増大する。なお、この測定例では、Si
Cl4ガスをH2ガスで希釈し、圧力175Torr、温度1000℃の
条件下でCVD法により堆積した場合を示している。他にS
iH4、SiH2Cl2、SiHCl3、SiF4等を反応ガスとして用い
て、圧力、温度等を調整することで同様の作用を得るこ
とができる。また、真空蒸着でも可能である。On the other hand, on silicon nitride (Si 3 N 4 ), ~ 4 × 1
It saturates at 0 5 cm -2 and then does not change for about 10 minutes,
After that, it will increase rapidly. In this measurement example, Si
The figure shows a case where Cl 4 gas is diluted with H 2 gas and deposited by the CVD method under the conditions of a pressure of 175 Torr and a temperature of 1000 ° C. Else S
By using iH 4 , SiH 2 Cl 2 , SiHCl 3 , SiF 4, etc. as a reaction gas and adjusting the pressure, temperature, etc., the same effect can be obtained. Also, vacuum deposition is possible.
この場合、SiO2上の核形成はほとんど問題とならない
が、反応ガス中にHClガスを添加することで、SiO2上で
の核形成を更に抑制し、SiO2上でのSiの堆積を皆無にす
ることができる。In this case, nucleation on SiO 2 is hardly a problem, but by adding HCl gas to the reaction gas, nucleation on SiO 2 is further suppressed, and Si is not deposited on SiO 2. Can be
このような現象は、SiO2および窒化シリコンの材料表
面のSiに対する吸着係数、脱離係数、表面拡散係数等の
差によるところが大きいが、Si原子自身によってSiO2が
反応し、蒸気圧が高い一酸化シリコンが生成されること
でSiO2自身がエッチングされ、窒化シリコン上ではこの
ようなエッチング現象は生じないということも選択堆積
を生じさせる原因となっていると考えられる（T.Yoneha
ra,S.Yoshioka,S.Miyazawa Journal of Applied Physic
s53,6839,1982）。This phenomenon is largely due to the difference in the adsorption coefficient, desorption coefficient, surface diffusion coefficient, etc. of Si on the material surfaces of SiO 2 and silicon nitride, but SiO 2 reacts with the Si atoms themselves and the vapor pressure is high. The fact that SiO 2 itself is etched by the generation of silicon oxide and such an etching phenomenon does not occur on silicon nitride is also considered to be the cause of selective deposition (T. Yoneha
ra, S.Yoshioka, S.Miyazawa Journal of Applied Physic
s53, 6839, 1982).
このように堆積面の材料としてSiO2および窒化シリコ
ンを選択し、堆積材料としてシリコンを選択すれば、同
グラフに示すように十分に大きな核形成密度差を得るこ
とができる。なお、ここでは堆積面の材料としてSiO2が
望ましいが、これに限らずSiOxであっても核形成密度差
を得ることができる。If SiO 2 and silicon nitride are selected as the material of the deposition surface and silicon is selected as the deposition material, a sufficiently large difference in nucleation density can be obtained as shown in the graph. Note that, here, SiO 2 is desirable as the material of the deposition surface, but the present invention is not limited thereto, and a difference in nucleation density can be obtained even with SiOx.
勿論、これらの材料に限定されるものではなく、核形
成密度の差が同グラフで示すように核の密度で102倍以
上であれば十分であり、後に例示するような材料によっ
ても堆積膜の十分な選択形成を行うことができる。Of course, the material is not limited to these materials, and it is sufficient that the difference in nucleation density is 10 2 times or more of the density of nuclei as shown in the same graph. Can be selectively formed.
この核形成密度差を得る他の方法としては、SiO2上に
局所的にSiやＮ等をイオン注入して過剰にSiやＮ等を有
する領域を形成してもよい。As another method for obtaining this difference in nucleation density, Si or N or the like may be locally ion-implanted into SiO 2 to form a region having excessive Si or N or the like.
このような選択堆積法を利用し、堆積面の材料より核
形成密度の十分大きい異種材料を単一の核だけが成長す
るように十分微細に形成することによって、その微細な
異種材料の存在する個所だけに単結晶を選択的に成長さ
せることができる。By using such a selective deposition method, a heterogeneous material having a nucleation density sufficiently higher than that of the material of the deposition surface is formed fine enough so that only a single nucleus grows. It is possible to selectively grow a single crystal only at a portion.
なお、単結晶の選択的成長は、堆積面表面の電子状
態、特にダングリングボンドの状態によって決定される
ために、核形成密度の低い材料（たとえばSiO2）はバル
ク材料である必要はなく、任意の材料や基板等の表面の
みに形成されて上記堆積面を成していればよい。Since the selective growth of a single crystal is determined by the electronic state of the surface of the deposition surface, especially the state of dangling bonds, the material with low nucleation density (for example, SiO 2 ) does not need to be a bulk material. It suffices that it is formed only on the surface of an arbitrary material or substrate to form the above-mentioned deposition surface.
第５図（Ａ）〜（Ｃ）は、単結晶形成方法の一例を示
す形成工程図であり、第６図（Ａ）および（Ｂ）は、第
５図（Ａ）および（Ｃ）における基板の斜視図である。5 (A) to 5 (C) are process charts showing an example of a method for forming a single crystal, and FIGS. 6 (A) and 6 (B) show the substrate in FIGS. 5 (A) and 5 (C). It is a perspective view of.
まず、第５図（Ａ）および第６図（Ａ）に示すよう
に、基板13上に、選択堆積を可能にする核形成密度の小
さい薄膜14を形成し、その上に核形成密度の大きい異種
材料を薄く堆積させ、リソグラフィ等によってパターニ
ングすることで異種材料15を十分微細に形成する。ただ
し、基板13の大きさ、結晶構造および組成は任意のもの
でよく、機能素子が形成された基板であってもよい。ま
た、異種材料15とは、上述したように、SiやＮ等を薄膜
14にイオン注入して形成される過剰にSiやＮ等を有する
変質領域も含めるものとする。First, as shown in FIGS. 5 (A) and 6 (A), a thin film 14 having a low nucleation density enabling selective deposition is formed on a substrate 13, and a thin film 14 having a high nucleation density is formed thereon. The dissimilar material 15 is formed thin enough by thinly depositing the dissimilar material and patterning it by lithography or the like. However, the size, crystal structure and composition of the substrate 13 may be arbitrary, and may be a substrate on which a functional element is formed. In addition, the dissimilar material 15 is a thin film of Si, N, etc., as described above.
14 also includes an altered region having excess Si, N, etc. formed by ion implantation.
次に、適当な堆積条件によって異種材料15だけに薄膜
材料の単一の核が形成される。すなわち、異種材料15
は、単一の核のみが形成される程度に十分微細に形成す
る必要がある。異種材料15の大きさは、材料の種類によ
って異なるが、数ミクロン以下であればよい。更に、核
は単結晶構造を保ちながら成長し、第５図（Ｂ）に示す
ように島状の単結晶粒16となる。島状の単結晶粒16が形
成されるためには、すでに述べたように、薄膜14上で全
く核形成が起こらないように条件を決めることが必要で
ある。Next, a single nucleus of thin film material is formed only in the dissimilar material 15 by appropriate deposition conditions. That is, the dissimilar material 15
Need to be sufficiently fine to form only a single nucleus. The size of the dissimilar material 15 depends on the type of the material, but may be several microns or less. Further, the nucleus grows while maintaining the single crystal structure, and becomes an island-like single crystal grain 16 as shown in FIG. 5 (B). In order to form the island-shaped single crystal grains 16, it is necessary to determine the conditions so that nucleation does not occur on the thin film 14 as described above.
島状の単結晶粒16は単結晶構造を保ちながら異種材料
15を中して更に成長し、同図（Ｃ）に示すように略円錐
形の尖頭部を有する回転体の単結晶16aとなる。The island-shaped single crystal grains 16 are made of different materials while maintaining the single crystal structure.
It grows further through 15 to become a single crystal 16a of a rotating body having a substantially conical point as shown in FIG.
このように堆積面の材料である薄膜14が基板13上に形
成されているために、支持体となる基板13は任意の材料
を使用することができ、更に基板13に機能素子等が形成
されたものであっても、その上に容易に単結晶を形成す
ることができる。Since the thin film 14 that is the material of the deposition surface is formed on the substrate 13 as described above, any material can be used for the substrate 13 that serves as a support, and a functional element or the like is further formed on the substrate 13. However, a single crystal can be easily formed thereon.
なお、上記実施例では、堆積面の材料を薄膜14で形成
したが、選択堆積を可能にする核形成密度の小さい材料
から成る基板をそのまま用いて、単結晶を同様に形成し
てもよい。Although the thin film 14 is used as the material of the deposition surface in the above embodiment, a single crystal may be similarly formed by using a substrate made of a material having a low nucleation density that enables selective deposition.
第７図（Ａ）〜（Ｃ）は、単結晶形成方法の他の例を
示す形成工程図である。7A to 7C are formation process diagrams showing another example of a single crystal formation method.
同図に示すように、選択堆積を可能にする核形成密度
の小さい材料からなる基板14上に、異種材料15を十分微
細に形成することで、第５図に示した例と同様にして単
結晶を形成することができる。As shown in the same figure, a heterogeneous material 15 is formed in a sufficiently fine manner on a substrate 14 made of a material having a low nucleation density to enable selective deposition. Crystals can be formed.
（具体例） 次に、上記例における単結晶層の具体的形成方法を説
明する。(Specific Example) Next, a specific method for forming the single crystal layer in the above example will be described.
SiO2を薄膜14の堆積面材料とする。勿論、石英基板を
用いてもよいし、金属、半導体、磁性体、圧電体、絶縁
体等の任意の基板上に、スパッタ法、CVD法、真空蒸着
法等を用いて基板表面にSiO2層を形成してもよい。ま
た、堆積面材料としてはSiO2が望ましいが、SiOxとして
ｘの値を変化させたものでもよい。SiO 2 is used as the deposition surface material of the thin film 14. Of course, it may be a quartz substrate, a metal, semiconductor, magnetic, piezoelectric, on any substrate such as an insulating material, sputtering, CVD, SiO 2 layer on the substrate surface by vacuum evaporation or the like May be formed. Further, SiO 2 is desirable as the material of the deposition surface, but SiO x may be obtained by changing the value of x.
こうして形成されたSiO2層14上に減圧気相成長法によ
って窒化シリコン層（ここではSi3N4層）又は多結晶シ
リコン層を異種材料として堆積させ、通常のリソグラフ
ィ技術又はＸ線、電子線若しくはイオン線を用いたリソ
グラフィ技術で窒化シリコン層又は多結晶シリコン層を
パターニングし、数ミクロン以下、望ましくは〜１μｍ
以下の微小な異種材料15を形成する。A silicon nitride layer (here, a Si 3 N 4 layer) or a polycrystalline silicon layer is deposited as a dissimilar material on the SiO 2 layer 14 formed in this manner by a low pressure vapor phase epitaxy method. Alternatively, a silicon nitride layer or a polycrystalline silicon layer is patterned by a lithography technique using an ion beam, and is patterned to several microns or less, preferably to about 1 μm.
The following minute dissimilar material 15 is formed.
続いて、HClとH2と、SiH2Cl2、SiCl4、SiHCl3、SiF4
若しくはSiH4との混合ガスを用いて上記基板13上にSiを
選択的に成長させる。その際の基板温度は700〜1100
℃、圧力は約100Torrである。Subsequently, HCl and H 2, SiH 2 Cl 2, SiCl 4, SiHCl 3, SiF 4
Alternatively, Si is selectively grown on the substrate 13 using a mixed gas with SiH 4 . The substrate temperature at that time is 700-1100
C, pressure is about 100 Torr.
数十分程度の時間で、SiO2上の窒化シリコン又は多結
晶シリコンの微細な異種材料15を中心として、単結晶の
Siの粒16が成長し、最適の成長条件とすることで、その
大きさは上記の異種材料程度の大きさから数十μｍ程度
あるいはそれ以上の単結晶16aが形成される。It takes about several tens of minutes to focus on a single crystal of a fine dissimilar material 15 of silicon nitride or polycrystalline silicon on SiO 2 .
By growing the Si grains 16 and setting the optimum growth conditions, a single crystal 16a having a size of about several tens of μm or more is formed from the size of the above-mentioned different material.
（窒化シリコンの組成） これまで述べてきたような堆積面材料と異種材料との
十分な核形成密度差を得るには、Si3N4に限定されるも
のではなく、窒化シリコンの組成を変化させたものでも
よい。(Silicon nitride composition) In order to obtain a sufficient difference in nucleation density between the deposition surface material and the dissimilar material as described above, the composition of silicon nitride is not limited to Si 3 N 4 but is changed. It may be made to be.
RFプラズマ中でSiH4ガスとNH3ガスとを分解させて低
温で窒化シリコン膜を形成するプラズマCVD法では、SiH
4ガスとNH3ガスとの流量比を変化させることで、堆積す
る窒化シリコン膜のSiとＮの組成比を大幅に変化させる
ことができる。In the plasma CVD method of decomposing SiH 4 gas and NH 3 gas in RF plasma to form a silicon nitride film at low temperature, SiH
By changing the flow rate ratio between the 4 gas and the NH 3 gas, the composition ratio of Si and N in the deposited silicon nitride film can be changed significantly.
第８図は、SiH4とNH3の流量比と形成された窒化シリ
コン膜中のSiおよびＮの組成比との関係を示したグラフ
である。FIG. 8 is a graph showing the relationship between the flow ratio of SiH 4 and NH 3 and the composition ratio of Si and N in the formed silicon nitride film.
この時の堆積条件は、RF出力175W、基板温度380℃で
あり、SiH4ガス流量を300cc/minに固定し、NH3ガスの流
量を変化させた。同グラフに示すようにNH3/SiH4のガス
流量比を４〜10へ変化させると、窒化シリコン膜中のSi
/N比は1.1〜0.58に変化することがオージェ電子分光法
によって明らかとなった。The deposition conditions at this time were an RF output of 175 W and a substrate temperature of 380 ° C., the SiH 4 gas flow rate was fixed at 300 cc / min, and the NH 3 gas flow rate was changed. As shown in the graph, when the gas flow ratio of NH 3 / SiH 4 was changed from 4 to 10, Si in the silicon nitride film was changed.
Auger electron spectroscopy revealed that the / N ratio varied from 1.1 to 0.58.
また、減圧CVD法でSiH2Cl2ガスとNH3ガスとを導入
し、0.3Torrの減圧下、温度約800℃の条件で形成した窒
化シリコン膜の組成は、ほぼ化学量論比であるSi3N4（S
i/N＝0.75）に近いものであった。Further, the composition of the silicon nitride film formed by introducing SiH 2 Cl 2 gas and NH 3 gas by a low pressure CVD method under the condition of a temperature of about 800 ° C. under a reduced pressure of 0.3 Torr is almost stoichiometric. 3 N 4 (S
It was close to i / N = 0.75).
また、SiをアンモニアあるいはN2中で約1200℃で熱処
理すること（熱窒化法）で形成される窒化シリコン膜
は、その形成方法が熱平衡下で行われるために、更に化
学量論比に近い組成を得ることができる。Further, the silicon nitride film formed by heat-treating Si in ammonia or N 2 at about 1200 ° C. (thermal nitriding method) is closer to the stoichiometric ratio because the forming method is performed under thermal equilibrium. The composition can be obtained.
以上の様に種々の方法で形成した窒化シリコンをSiの
核形成密度がSiO2より高い堆積面材料として用いて上記
Siの核を成長させると、その組成比により核形成密度に
差が生じる。Using silicon nitride formed by various methods as described above as a deposition surface material with a higher nucleation density of Si than SiO 2,
When a Si nucleus is grown, the composition ratio causes a difference in nucleation density.
第９図は、Si/N組成比と核形成密度との関係を示すグ
ラフである。同グラフに示すように、窒化シリコン膜の
組成を変化させることで、その上に成長するSiの核形成
密度は大幅に変化する。この時の核形成条件は、SiCl4
ガスを175Torrに減圧し、1000℃でH2と反応させてSiを
生成させる。FIG. 9 is a graph showing the relationship between the Si / N composition ratio and the nucleation density. As shown in the graph, by changing the composition of the silicon nitride film, the nucleation density of Si grown on it changes significantly. The nucleation conditions at this time are SiCl 4
The gas is depressurized to 175 Torr and reacted with H 2 at 1000 ° C. to generate Si.
このように窒化シリコンの組成によって核形成密度が
変化する現象は、単一の核を成長させる程度に十分微細
に形成される異種材料としての窒化シリコンの大きさに
影響を与える。すなわち、核形成密度が大きい組成を有
する窒化シリコンは、非常に微細に形成しない限り、単
一の核を形成することができない。Such a phenomenon that the nucleation density changes depending on the composition of silicon nitride affects the size of silicon nitride as a different material that is formed fine enough to grow a single nucleus. That is, silicon nitride having a composition with a high nucleation density cannot form a single nucleus unless it is formed very finely.
したがって、核形成密度と、単一の核が選択できる最
適な窒化シリコンの大きさとを選択する必要がある。た
とえば〜105cm-2の核形成密度を得る堆積条件では、窒
化シリコンの大きさは約４μｍ以下であれば単一の核を
選択できる。Therefore, it is necessary to select the nucleation density and the optimum silicon nitride size with which a single nucleus can be selected. For example, under deposition conditions that yield nucleation densities of ~ 10 5 cm -2 , single nuclei can be selected if the size of silicon nitride is less than about 4 μm.
（イオン注入による異種材料の形成） Siに対して核形成密度差を実現する方法として、核形
成密度の低い堆積面材料であるSiO2の表面に局所的にS
i,N,P,B,F,Ar,He,C,As,Ga,Ge等をイオン注入してSiO2の
堆積面に変質領域を形成し、この変質領域を核形成密度
の高い堆積面材料としても良い。As a method for realizing nucleation density difference to Si (formation of different types of materials by ion implantation), the SiO 2 surface is low deposition surface material having a nucleation density locally S
i, N, P, B, F, Ar, He, C, As, Ga, and Ge, such as ion implantation to form an affected region in the deposition surface of the SiO 2, high deposition surface of nucleation density The affected region Good as a material.
例えば、SiO2表面をレジストで多い、所望の箇所を露
光、現像、溶解させてSiO2表面を部分的に表出させる。For example, a desired portion of the SiO 2 surface is covered with a resist, and a desired portion is exposed, developed, and dissolved to partially expose the SiO 2 surface.
続いて、SiF4ガスをソースガスとして用い、Siイオン
を10keVで１×1016〜１×1018cm-2の密度でSiO2表面に
打込む。これによる投影飛程は114Åであり、SiO2表面
ではSi濃度が〜1022cm-3に達する。SiO2はもともと非晶
質であるために、Siイオンを注入した領域も非晶質であ
る。Then, SiF 4 gas is used as a source gas, and Si ions are implanted into the SiO 2 surface at a density of 1 × 10 16 to 1 × 10 18 cm -2 at 10 keV. The projected range is 114Å, and the Si concentration reaches ~ 10 22 cm -3 on the SiO 2 surface. Since SiO 2 is originally amorphous, the region where Si ions are implanted is also amorphous.
なお、変質領域を形成するには、レジストをマスクと
してイオン注入を行うこともできるが、集束イオンビー
ム技術を用いて、レジストマスクを使用せずに絞られた
SiイオンをSiO2表面に注入してもよい。In addition, in order to form the altered region, ion implantation can be performed using a resist as a mask, but the focused ion beam technique was used to narrow down without using a resist mask.
Si ions may be implanted on the SiO 2 surface.
こうしてイオン注入を行った後、レジストを剥離する
ことで、SiO2面にSiが過剰な変質領域が形成される。こ
のような変質領域が形成されたSiO2堆積面にSiを気相成
長させる。After the ion implantation is performed in this manner, the resist is peeled off, so that an altered region having excessive Si is formed on the SiO 2 surface. Si is vapor-phase grown on the SiO 2 deposition surface where such altered regions are formed.
第10図は、Siイオンの注入量と核形成密度との関係を
示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing the relationship between the implantation amount of Si ions and the nucleation density.
同グラフに示すように、Si+注入量が多い程、核形成
密度が増大することがわかる。As shown in the graph, it can be seen that the nucleation density increases as the Si + implantation amount increases.
したがって、変質領域を十分微細に形成することで、
この変質領域を異種材料としてSiの単一の核を成長させ
ることができ、上述したように単結晶を成長させること
ができる。Therefore, by forming the altered region fine enough,
A single nucleus of Si can be grown using this altered region as a different material, and a single crystal can be grown as described above.
なお、変質領域を単一の核が成長する程度に十分微細
に形成することは、レジストのパターニングや、集束イ
オンビームのビームを絞ることによって容易に達成され
る。Note that forming the altered region in a fine enough size to grow a single nucleus can be easily achieved by patterning the resist or narrowing the beam of the focused ion beam.
（CVD以外のSi堆積方法） Siの選択核形成によって単結晶を成長させるには、CV
D法だけではなく、Siを真空中（＜10-6Torr）で電子銃
により蒸発させ、加熱した基板に堆積させる方法も用い
られる。特に、超高真空中（＜10-9Torr）で蒸着を行う
MBE（Molecular Beam Epitaxy）法では、基板温度900℃
以上でSiビームとSiO2が反応を始め、SiO2上でのSiの核
形成は皆無になることが知られている（T.Yonehara,S,Y
oshioka and S.Miyazawa Journal of Applied Physics5
3,10,p6839,1983）。(Si deposition method other than CVD) To grow a single crystal by selective nucleation of Si, use CV
In addition to the D method, a method of evaporating Si in a vacuum (<10 −6 Torr) with an electron gun and depositing it on a heated substrate is also used. Especially, vapor deposition in ultra-high vacuum (<10 -9 Torr)
In MBE (Molecular Beam Epitaxy) method, the substrate temperature is 900 ℃
It is known that the Si beam and SiO 2 begin to react as described above, and there is no Si nucleation on SiO 2 (T.Yonehara, S, Y
oshioka and S. Miyazawa Journal of Applied Physics5
3, 10, p6839, 1983).
この現象を利用してSiO2上に点在させた微小な窒化シ
リコンに完全な選択性をもってSiの単一の核を形成し、
そこに単結晶Siを成長させることができた。この時の堆
積条件は、真空度10-8Torr以下、Siビーム強度9.7×10
14atoms/cm2・sec、基板温度900℃〜1000℃であった。Utilizing this phenomenon, a single nucleus of Si is formed with complete selectivity on minute silicon nitride scattered on SiO 2 .
It was possible to grow single crystal Si there. At this time, the deposition conditions are vacuum degree of 10 -8 Torr or less, Si beam intensity of 9.7 × 10
14 atoms / cm 2 · sec, substrate temperature 900 ℃ ~ 1000 ℃.
この場合、SiO2＋Si→2SiO↑という反応により、SiO
という蒸気圧の著しく高い反応生成物が形成され、この
蒸発によるSiO2自身のSiによるエッチングが生起してい
る。In this case, the reaction of SiO 2 + Si → 2SiO ↑ results in SiO
A reaction product having a remarkably high vapor pressure is formed, and this evaporation causes the etching of SiO 2 itself by Si.
これに対して、窒化シリコン上では上記エッチング現
象は起こらず、核形成、そして堆積が生じている。On the other hand, the above-mentioned etching phenomenon does not occur on silicon nitride, but nucleation and deposition occur.
したがって、核形成密度の高い堆積面材料としては、
窒化シリコン以外に、タンタル酸化物（Ta2O5）、窒化
シリコン酸化物（SiON）等を使用しても同様の効果を得
ることができる。すなわち、これらの材料を微小形成し
て上記異種材料とすることで、同様に単結晶を成長させ
ることができる。Therefore, as a deposition surface material with a high nucleation density,
Similar effects can be obtained by using tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), silicon nitride oxide (SiON) or the like other than silicon nitride. That is, a single crystal can be similarly grown by minutely forming these materials to form the different materials.
（タングステン単結晶の成長） Si以外の材料としてタングステンの場合を例示する。(Growth of Tungsten Single Crystal) Tungsten is exemplified as a material other than Si.
タングステンは、SiO2上では核形成を起こさず、Si、
WSi2、PtSi、Al等の上では多結晶膜となって堆積するこ
とが知られている。しかし、本発明による結晶成長方法
によれば、単結晶を容易に成長させることができる。Tungsten, without causing nucleation on SiO 2, Si,
It is known that a polycrystalline film is deposited on WSi 2 , PtSi, Al or the like. However, according to the crystal growth method of the present invention, a single crystal can be easily grown.
まず、SiO2を主成分とするガラス、石英、熱酸化膜等
の上に、Si、WSi2、PtSi、又はAlを真空蒸着で堆積さ
せ、フォトリソグラフィによって数μｍ以下の大きさに
パターニングする。First, Si, WSi 2 , PtSi, or Al is deposited by vacuum deposition on glass, quartz, a thermal oxide film, or the like containing SiO 2 as a main component, and patterned by photolithography to a size of several μm or less.
続いて、250〜500℃に加熱された反応炉内に設置し、
WF6ガスおよび水素ガスの混合ガスを圧力約0.1〜10Torr
の減圧下で、各々75cc/minおよび10cc/minの流量で流
す。Subsequently, it is installed in a reactor heated to 250 to 500 ° C,
WF 6 gas and hydrogen gas mixed gas at a pressure of about 0.1 to 10 Torr
Under reduced pressure of 75 cc / min and 10 cc / min, respectively.
これによって、WF6＋3H2→Ｗ＋6HFという反応式で表
現されるようにタングステンが生成する。この時、タン
グステンとSiO2との反応性は極めて低く、強固な結合が
生じないために、核形成は起こらず、したがって堆積は
生じない。Thereby, tungsten is generated as represented by the reaction formula of WF 6 + 3H 2 → W + 6HF. At this time, since the reactivity between tungsten and SiO 2 is extremely low and no strong bond is generated, nucleation does not occur and thus no deposition occurs.
これに対して、Si、WSi2、PtSi、Al上にはタングステ
ンの核が形成されるが、微細に形成されているために、
タングステンの単一の核のみが形成される。そして、こ
の単一の核が成長を続け、SiO2上にも横方向に単結晶の
まま成長する。これは、SiO2上にはタングステンの核成
長が起こらないために、単結晶成長を阻害して多結晶と
なることがないためである。On the other hand, tungsten nuclei are formed on Si, WSi 2 , PtSi, and Al, but because they are finely formed,
Only a single nucleus of tungsten is formed. Then, this single nucleus continues to grow, and also grows as a single crystal in the lateral direction on SiO 2 . This is because the nucleus growth of tungsten does not occur on SiO 2 , so that single crystal growth is not hindered and polycrystal is not formed.
なお、これまで述べた堆積面材料、異種材料および堆
積材料の組合せは、上記各実施例に示したものだけでは
なく、十分な核形成密度差を有する材料の組合せであれ
ばよいことは明らかである。したがって、選択堆積可能
なGaAsやInP等の化合物半導体の場合にも、本発明によ
って単結晶、単結晶群を形成することができる。It should be noted that the combination of the deposition surface material, the dissimilar material, and the deposition material described so far is not limited to the combination shown in each of the above embodiments, but may be any combination of materials having a sufficient nucleation density difference. is there. Therefore, even in the case of a compound semiconductor such as GaAs or InP that can be selectively deposited, a single crystal or a group of single crystals can be formed by the present invention.
［発明の効果］ 以上詳細に説明したように、本発明の電子放出素子の
製造方法によれば、まず、微細な異種材料に形成される
単一の核を中心として、電子放出部となる尖頭部を有す
る電極を先に清浄な面に形成して、その後に絶縁層及び
その上部に設けられる電極を形成することにより、尖頭
部を有する電極を欠陥等の少ない単結晶で構成し、尖頭
部の電子放出部の形状を均一なものとすることができ
る。その結果として、電界強度を均一且つ強いものと
し、動作開始電圧の範囲のバラツキを抑えることができ
る。[Effects of the Invention] As described in detail above, according to the method for manufacturing an electron-emitting device of the present invention, first, a single nucleus formed in a fine dissimilar material is used as a center to form an electron-emitting portion. By forming the electrode having the head portion on a clean surface first, and then forming the electrode provided on the insulating layer and the upper portion thereof, the electrode having the tip portion is formed of a single crystal with few defects, It is possible to make the shape of the electron emitting portion of the pointed portion uniform. As a result, the electric field strength can be made uniform and strong, and variations in the range of the operation start voltage can be suppressed.
さらに、堆積面を所望の材料の下地基材上に形成する
ことが可能となり、例えば堆積面を放熱性の高い基体上
に形成することで、信頼性を向上させることが可能とな
る。Further, it becomes possible to form the deposition surface on a base substrate made of a desired material. For example, the reliability can be improved by forming the deposition surface on a substrate having high heat dissipation.
第１図（Ａ）〜（Ｆ）は本発明の電子放出素子の製造方
法の第一実施例の製造工程を説明するための概略的部分
断面図である。 第２図は本発明の電子放出素子の製造方法の第二実施例
の一製造工程を示す概略的部分断面図である。 第３図（Ａ）および第３図（Ｂ）は選択堆積法の説明図
である。 第４図は、SiO2の堆積面と窒化シリコンの堆積面との核
形成密度の経時変化を示すグラフである。 第５図（Ａ）〜（Ｃ）は、単結晶形成方法の一例を示す
形成工程図である。 第６図（Ａ）および第６図（Ｂ）は、第５図（Ａ）およ
び第５図（Ｃ）における基板の斜視図である。 第７図（Ａ）〜（Ｃ）は、単結晶形成方法の他の例を示
す形成工程図である。 第８図は、SiH4とNH3の流量比と形成された窒化シリコ
ン膜中のSiおよびＮの組成比との関係を示したグラフで
ある。 第９図は、Si/N組成比と核形成密度との関係を示すグラ
フである。 第10図は、Siイオンの注入量と核形成密度との関係を示
すグラフである。 第11図は上記の電界効果型の電子放出素子の一例を示す
概略的部分断面図である。 第12図（Ａ）〜（Ｄ）はその製造方法を説明するための
概略的工程図である。 １……基体 1a……非晶質膜 ２……核形成ベース ３……尖頭部を有する電極 ４……絶縁層 ５……電極層 ６……フォトレジスト 7,8……開口部 ９……下地基材1 (A) to 1 (F) are schematic partial cross-sectional views for explaining the manufacturing process of the first embodiment of the method for manufacturing the electron-emitting device of the present invention. FIG. 2 is a schematic partial cross-sectional view showing one manufacturing step of the second embodiment of the method for manufacturing the electron-emitting device of the present invention. FIG. 3A and FIG. 3B are explanatory diagrams of the selective deposition method. FIG. 4 is a graph showing the change over time in the nucleation density of the deposition surface of SiO 2 and the deposition surface of silicon nitride. 5 (A) to 5 (C) are formation process diagrams showing an example of a single crystal formation method. 6 (A) and 6 (B) are perspective views of the substrate in FIGS. 5 (A) and 5 (C). 7A to 7C are formation process diagrams showing another example of a single crystal formation method. FIG. 8 is a graph showing the relationship between the flow ratio of SiH 4 and NH 3 and the composition ratio of Si and N in the formed silicon nitride film. FIG. 9 is a graph showing the relationship between the Si / N composition ratio and the nucleation density. FIG. 10 is a graph showing the relationship between the implantation amount of Si ions and the nucleation density. FIG. 11 is a schematic partial sectional view showing an example of the above-mentioned field effect type electron-emitting device. 12 (A) to (D) are schematic process diagrams for explaining the manufacturing method. 1 ... Substrate 1a ... Amorphous film 2 ... Nucleation base 3 ... Pointed electrode 4 ... Insulating layer 5 ... Electrode layer 6 ... Photoresist 7,8 ... Opening 9 ... ... Base material
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 塚本 健夫 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 武田 俊彦 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 米原 隆夫 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 市川 武史 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 奥貫 昌彦 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Keno Tsukamoto 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (72) Toshihiko Takeda 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. Incorporated (72) Inventor Takao Yonehara 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (72) Inventor Takeshi Ichikawa 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. ( 72) Inventor Masahiko Okunuki 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc.
Claims (2)
度が十分大きく、且つ単一の核だけが成長する程度に十
分微細な異種材料が設けられ、この異種材料に成長した
単一の核によって成長した結晶によって、尖頭部を有す
る電極を形成する工程と、 この尖頭部を有する電極及び前記堆積面上に絶縁層を積
層させ、さらにその上に電極層を形成する工程と、 前記尖頭部を有する電極の尖頭部の上部を開口するよう
に、前記電極層に開口部を形成する工程と、 この開口部を通して、前記絶縁層を選択的にエッチング
して、少なくとも前記尖頭部を露出させる工程とを有す
る電子放出素子の製造方法。1. A heterogeneous material having a nucleation density sufficiently higher than that of the material of the deposition surface and fine enough to grow only a single nucleus is provided on the deposition surface. A step of forming an electrode having a point by a crystal grown by the nuclei of, and a step of laminating an insulating layer on the electrode having the point and the deposition surface and further forming an electrode layer thereon. A step of forming an opening in the electrode layer so as to open an upper portion of the tip of the electrode having the tip, and the insulating layer is selectively etched through the opening to form at least the A method of manufacturing an electron-emitting device, the method comprising: exposing a pointed portion.
た特許請求の範囲第１項記載の出内放出素子の製造方
法。2. The method of manufacturing an internal emission device according to claim 1, wherein the deposition surface is formed on a desired base material.
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- 1987-03-06 JP JP5034487A patent/JP2561263B2/en not_active Expired - Fee Related
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