JP3079987B2 - 電界放出電子源およびその製造方法 - Google Patents
電界放出電子源およびその製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電界放出電子源お
よびその製造方法に関し、特にワイヤーボンディングで
使用するボンディングパッド部の構造および製造方法に
関する。
よびその製造方法に関し、特にワイヤーボンディングで
使用するボンディングパッド部の構造および製造方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】金属又は半導体の表面に１０9 ［ｖ／
ｍ］程度の電界が印加されると、トンネル効果により電
子が障壁を通過して常温でも真空中に電子放出が行われ
るようになる。この現象は、電界電子放出を呼ばれてい
る。また、このような原理で電子を放出するカソード
（エミッタ）を電界放出カソードと呼んでいる。
ｍ］程度の電界が印加されると、トンネル効果により電
子が障壁を通過して常温でも真空中に電子放出が行われ
るようになる。この現象は、電界電子放出を呼ばれてい
る。また、このような原理で電子を放出するカソード
（エミッタ）を電界放出カソードと呼んでいる。
【０００３】近年、半導体集積化技術を利用して、ミク
ロンサイズのカソードを作製することが可能となり、そ
の一例としてスピント（Ｓｐｉｎｄｔ）型と呼ばれる電
界放出カソードが知られている。この電界放出カソード
は、半導体微細加工技術を用いて製作すると、円錐状の
エミッタと電子引出し電極であるゲート電極との距離を
サブミクロンにすることができるため、エミッタとゲー
ト電極間に数１０ボルトの電圧を印加することにより、
エミッタから電子を放出させて、０．１〜１０μＡ／エ
ミッタの電流を得ることが可能となる。また、エミッタ
間ピッチを数〜数１０ミクロンとして製作することが可
能なので、基板上に数十万個のエミッタを配置でき、従
って、低電圧で数ｍＡ〜１００ｍＡ程度の高出力の電流
を得ることができ、ＣＲＴ，電子顕微鏡やフラットパネ
ルディスプレイなどの電子源としての応用が期待されて
いる。
ロンサイズのカソードを作製することが可能となり、そ
の一例としてスピント（Ｓｐｉｎｄｔ）型と呼ばれる電
界放出カソードが知られている。この電界放出カソード
は、半導体微細加工技術を用いて製作すると、円錐状の
エミッタと電子引出し電極であるゲート電極との距離を
サブミクロンにすることができるため、エミッタとゲー
ト電極間に数１０ボルトの電圧を印加することにより、
エミッタから電子を放出させて、０．１〜１０μＡ／エ
ミッタの電流を得ることが可能となる。また、エミッタ
間ピッチを数〜数１０ミクロンとして製作することが可
能なので、基板上に数十万個のエミッタを配置でき、従
って、低電圧で数ｍＡ〜１００ｍＡ程度の高出力の電流
を得ることができ、ＣＲＴ，電子顕微鏡やフラットパネ
ルディスプレイなどの電子源としての応用が期待されて
いる。
【０００４】このカソードの材料としては、導電性を有
するシリコン，タングステン，タンタル等が挙げられる
が、中でも製造が容易でかつ、仕事関数が比較的小さい
モリブデンが一般的によく使用されている。図５（ａ）
〜（ｆ）は、モリブデンカソードを用いたＳｐｉｎｄｔ
型電界放出電子源の製造工程を示した断面図である。図
５（ａ）に示すように、導電性，もしくは絶縁性基板上
に導電層を有する基板５１上に、例えば熱酸化膜等の絶
縁膜５２を形成し、更に、後のゲート電極，配線及びパ
ッドとなるタングステンシリサイド膜５３を基板５１の
片面に対して形成する。次に図５（ｂ）のように、一般
的に使用される半導体フォトリソグラフィ技術を用い
て、タングステンシリサイド膜５３上にフォトレジスト
５４を塗布してパターニングを行い、後のゲート電極，
配線及びボンディングパッドとなる箇所以外の部分のタ
ングステンシリサイド膜を除去する。このときのタング
ステンシリサイド膜の除去には、ＲＩＥ異方性ドライエ
ッチング等を用いる。次に図５（ｃ）のように、レジス
ト５４を除去した後に、前述と同様のフォトリソグラフ
ィ技術を用いて、タングステンシリサイド膜が形成され
ている面に対してフォトレジスト５５を塗布してパター
ニングを行い、後のエミッタを形成する箇所のタングス
テンシリサイド膜及び絶縁膜を除去し、ゲート孔５６を
形成する。このゲート孔の形成には、径がサブミクロン
オーダ、ゲート孔間の距離が数〜数十ミクロンと小さい
ので、ＲＩＥ異方性ドライエッチングを用いている。
するシリコン，タングステン，タンタル等が挙げられる
が、中でも製造が容易でかつ、仕事関数が比較的小さい
モリブデンが一般的によく使用されている。図５（ａ）
〜（ｆ）は、モリブデンカソードを用いたＳｐｉｎｄｔ
型電界放出電子源の製造工程を示した断面図である。図
５（ａ）に示すように、導電性，もしくは絶縁性基板上
に導電層を有する基板５１上に、例えば熱酸化膜等の絶
縁膜５２を形成し、更に、後のゲート電極，配線及びパ
ッドとなるタングステンシリサイド膜５３を基板５１の
片面に対して形成する。次に図５（ｂ）のように、一般
的に使用される半導体フォトリソグラフィ技術を用い
て、タングステンシリサイド膜５３上にフォトレジスト
５４を塗布してパターニングを行い、後のゲート電極，
配線及びボンディングパッドとなる箇所以外の部分のタ
ングステンシリサイド膜を除去する。このときのタング
ステンシリサイド膜の除去には、ＲＩＥ異方性ドライエ
ッチング等を用いる。次に図５（ｃ）のように、レジス
ト５４を除去した後に、前述と同様のフォトリソグラフ
ィ技術を用いて、タングステンシリサイド膜が形成され
ている面に対してフォトレジスト５５を塗布してパター
ニングを行い、後のエミッタを形成する箇所のタングス
テンシリサイド膜及び絶縁膜を除去し、ゲート孔５６を
形成する。このゲート孔の形成には、径がサブミクロン
オーダ、ゲート孔間の距離が数〜数十ミクロンと小さい
ので、ＲＩＥ異方性ドライエッチングを用いている。
【０００５】次に図５（ｄ）のようにレジスト５５を除
去した後に、後工程で使用されるモリブデン材料に対
し、不要部の除去を行いやすくするためにアルミニウム
又はアルミナの犠牲層５７をタングステンシリサイド形
成面に対して蒸着等により形成する。このときアルミニ
ウム又はアルミナの犠牲層５７は、ゲート孔５６の側壁
に露出しているタングステンシリサイド面５８及び絶縁
膜面５９には付着させ、ゲート孔５６底面の基板面６０
には付着させないように蒸着を行っている。
去した後に、後工程で使用されるモリブデン材料に対
し、不要部の除去を行いやすくするためにアルミニウム
又はアルミナの犠牲層５７をタングステンシリサイド形
成面に対して蒸着等により形成する。このときアルミニ
ウム又はアルミナの犠牲層５７は、ゲート孔５６の側壁
に露出しているタングステンシリサイド面５８及び絶縁
膜面５９には付着させ、ゲート孔５６底面の基板面６０
には付着させないように蒸着を行っている。
【０００６】次に図５（ｅ）のように、犠牲層５７に対
してモリブデン６１の蒸着を行い、エミッタ６２の形成
を行う。エミッタの形成においては、モリブデン蒸着に
よりゲート孔５６の側面にモリブデンが徐々に蒸着され
ていくことによりゲート孔の径が徐々に小さくなり、こ
れによって先端の尖った円錐形のエミッタ６２を形成す
ることが可能となる。
してモリブデン６１の蒸着を行い、エミッタ６２の形成
を行う。エミッタの形成においては、モリブデン蒸着に
よりゲート孔５６の側面にモリブデンが徐々に蒸着され
ていくことによりゲート孔の径が徐々に小さくなり、こ
れによって先端の尖った円錐形のエミッタ６２を形成す
ることが可能となる。
【０００７】最後に、加熱したリン酸液中に基板を浸漬
し、アルミニウムはアルミナの犠牲層５７の除去を行
う。このとき、アルミニウム又はアルミナ犠牲層の上面
に付着したモリブデン６１は、犠牲層５７の剥離と同時
に除去され、基板５１上には、図５（ｆ）のようにパタ
ーニングされた絶縁膜６３とタングステンシリサイド層
６４及びモリブデンのエミッタ６２のみが配置される。
し、アルミニウムはアルミナの犠牲層５７の除去を行
う。このとき、アルミニウム又はアルミナ犠牲層の上面
に付着したモリブデン６１は、犠牲層５７の剥離と同時
に除去され、基板５１上には、図５（ｆ）のようにパタ
ーニングされた絶縁膜６３とタングステンシリサイド層
６４及びモリブデンのエミッタ６２のみが配置される。
【０００８】図６は、かかる従来の電界放出電子源の斜
視図である。導電性もしくは絶縁基板の表面に導電層を
有する基板５１上に、１つもしくは複数の先端の尖った
モリブデン金属からなるエミッタ６２と、エミッタの先
端を取り囲むゲート電極７５及びゲート孔５６周辺の開
口部から延長する配線６５とワイヤーボンディングによ
り外部から電位を印加することを可能とするボンディン
グパッド６６から構成されるタングステンシリサイド層
６４と、タングステンシリサイド層６４と基板５１とを
絶縁する絶縁膜６３から電界放出電子源は構成されてい
る。
視図である。導電性もしくは絶縁基板の表面に導電層を
有する基板５１上に、１つもしくは複数の先端の尖った
モリブデン金属からなるエミッタ６２と、エミッタの先
端を取り囲むゲート電極７５及びゲート孔５６周辺の開
口部から延長する配線６５とワイヤーボンディングによ
り外部から電位を印加することを可能とするボンディン
グパッド６６から構成されるタングステンシリサイド層
６４と、タングステンシリサイド層６４と基板５１とを
絶縁する絶縁膜６３から電界放出電子源は構成されてい
る。
【０００９】図７に、かかる従来の電界放出電子源の実
装断面図を示す。電界放出電子源は、その搭載する部分
に導電層７１を有するパッケージ６７に対して、電界放
出電子源を導電性接着剤又は、金−シリコン共晶のロウ
材等の接着層７２を介して固定されている。又、エミッ
タ６２及びゲート電極７５は、ワイヤーボンディング技
術を用いて、パッケージ６７に設けられたピン６９，７
４との間でそれぞれ導電性のワイヤー６８，７０により
結線されており、これにより外部から電位を印加できる
ようになる。この時、ボンディングパッド６６は、タン
グステンシリサイド層６４であり、この部分に対して直
接ボンディングが行われている。又、図７において、パ
ッケージ６７の導電層７１とピン６９，７４との間は絶
縁を保つため、絶縁層７３を介してパッケージに固定さ
れている。又、エミッタ６２は、パッケージ６７の表面
の導電層７１とで接着層７２を介して導通が保たれてい
るので、パッケージ６７から電気的に絶縁されたピン７
４とパッケージ６７の導電層７１間を同様のワイヤー７
０により結線することで、ピン７４を介して電界放出電
子源の接着面（裏面）からエミッタ６２に電位を供給す
ることが可能となる。
装断面図を示す。電界放出電子源は、その搭載する部分
に導電層７１を有するパッケージ６７に対して、電界放
出電子源を導電性接着剤又は、金−シリコン共晶のロウ
材等の接着層７２を介して固定されている。又、エミッ
タ６２及びゲート電極７５は、ワイヤーボンディング技
術を用いて、パッケージ６７に設けられたピン６９，７
４との間でそれぞれ導電性のワイヤー６８，７０により
結線されており、これにより外部から電位を印加できる
ようになる。この時、ボンディングパッド６６は、タン
グステンシリサイド層６４であり、この部分に対して直
接ボンディングが行われている。又、図７において、パ
ッケージ６７の導電層７１とピン６９，７４との間は絶
縁を保つため、絶縁層７３を介してパッケージに固定さ
れている。又、エミッタ６２は、パッケージ６７の表面
の導電層７１とで接着層７２を介して導通が保たれてい
るので、パッケージ６７から電気的に絶縁されたピン７
４とパッケージ６７の導電層７１間を同様のワイヤー７
０により結線することで、ピン７４を介して電界放出電
子源の接着面（裏面）からエミッタ６２に電位を供給す
ることが可能となる。
【００１０】ワイヤーボンディング技術は、 半導体素
子の実装に関しては、一般的であり、量産性の良さから
広く用いられている。このワイヤーボンディング技術に
おいては、そのボンディング強度が製品の信頼性を得る
ための重要な項目であり、一般には、半導体素子の回路
形成面に設けられたアルミニウムのボンディングパッド
に対して、金又はアルミニウムのワイヤーを超音波又は
超音波と加熱により接合を行っている。
子の実装に関しては、一般的であり、量産性の良さから
広く用いられている。このワイヤーボンディング技術に
おいては、そのボンディング強度が製品の信頼性を得る
ための重要な項目であり、一般には、半導体素子の回路
形成面に設けられたアルミニウムのボンディングパッド
に対して、金又はアルミニウムのワイヤーを超音波又は
超音波と加熱により接合を行っている。
【００１１】一方、電界放出電子源の場合、図５の製造
工程で説明したように、アルミニウム又はアルミナによ
り形成した犠牲層をリン酸溶液を用いて除去を行う都合
上、アルミニウムのボンディングパッドが使用できず、
そのかわりにリン酸溶液に対して耐久性のあるタングス
テンシリサイドのボンディングパッドを使用している。
このタングステンシリサイドに対してワイヤーボンディ
ングを行う場合、金線を用いたワイヤーでは、接合性が
悪くボンディングが行えない。又、アルミ線を用いた場
合でも接合性が悪く、３〜７ｇ程度のボンディング強度
しか得られないという問題がある。
工程で説明したように、アルミニウム又はアルミナによ
り形成した犠牲層をリン酸溶液を用いて除去を行う都合
上、アルミニウムのボンディングパッドが使用できず、
そのかわりにリン酸溶液に対して耐久性のあるタングス
テンシリサイドのボンディングパッドを使用している。
このタングステンシリサイドに対してワイヤーボンディ
ングを行う場合、金線を用いたワイヤーでは、接合性が
悪くボンディングが行えない。又、アルミ線を用いた場
合でも接合性が悪く、３〜７ｇ程度のボンディング強度
しか得られないという問題がある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】この従来の電界放出電
子源では、タングステンシリサイド等のアルミニウム以
外の導電体により形成されたボンディングパッドに対し
て、ワイヤーボンディングを行うため、金線を用いたワ
イヤーでは接合性が悪く、ボンディングが行えない問題
があった。又、アルミニウム線を用いたワイヤーでは、
ボンディング強度が３〜７ｇ程度と弱く、結果的に信頼
性の低い製品しか供給できない問題点があった。
子源では、タングステンシリサイド等のアルミニウム以
外の導電体により形成されたボンディングパッドに対し
て、ワイヤーボンディングを行うため、金線を用いたワ
イヤーでは接合性が悪く、ボンディングが行えない問題
があった。又、アルミニウム線を用いたワイヤーでは、
ボンディング強度が３〜７ｇ程度と弱く、結果的に信頼
性の低い製品しか供給できない問題点があった。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明の電界放出型電子
源は、導電性基板もしくは、表面に導電層を有する絶縁
性基板上に、１つもしくは複数の先端の尖った導電体か
らなるエミッタと、エミッタの先端を取り囲む開口部を
有するゲート電極と、このゲート電極に一体に設けら
れ、電位を印加するためのボンディングパッドと、基板
と前記ゲート電極を絶縁する絶縁層とを形成してなる電
界放出電子源において、ボンディングパッド上に第１の
金属層と、更にその上に第１の金属層よりも高融点の第
２の金属層とを有することを特徴とする。ボンディング
パッド上に形成する第１の金属層には、金−スズ合金を
使用し、第２の金属層には、金−シリコン合金，金−ゲ
ルマニウム合金，金−カリウム合金，アルミニウム−シ
リコン合金，金，アルミニウムの中のいずれか１つを使
用することができる。また、第１の金属層として、金−
シリコン合金，又は金−ゲルマニウム合金を使用し、第
２の金属層として、アルミニウム−シリコン合金，金，
アルミニウムの中のいずれか１つを使用してもよい。
源は、導電性基板もしくは、表面に導電層を有する絶縁
性基板上に、１つもしくは複数の先端の尖った導電体か
らなるエミッタと、エミッタの先端を取り囲む開口部を
有するゲート電極と、このゲート電極に一体に設けら
れ、電位を印加するためのボンディングパッドと、基板
と前記ゲート電極を絶縁する絶縁層とを形成してなる電
界放出電子源において、ボンディングパッド上に第１の
金属層と、更にその上に第１の金属層よりも高融点の第
２の金属層とを有することを特徴とする。ボンディング
パッド上に形成する第１の金属層には、金−スズ合金を
使用し、第２の金属層には、金−シリコン合金，金−ゲ
ルマニウム合金，金−カリウム合金，アルミニウム−シ
リコン合金，金，アルミニウムの中のいずれか１つを使
用することができる。また、第１の金属層として、金−
シリコン合金，又は金−ゲルマニウム合金を使用し、第
２の金属層として、アルミニウム−シリコン合金，金，
アルミニウムの中のいずれか１つを使用してもよい。
【００１４】また、本発明によれば、電界放出電子源の
ボンディングパッド上に、第１の金属層を設ける工程
と、その上に第１の金属層よりも高融点の第２の金属層
を設ける工程と、第１の金属層の融点以上でかつ、第２
の金属層の融点以下の温度を加えることにより、第１の
金属層を溶融し、第２の金属層とボンディングパッドと
を、溶融した第１の金属層を介して固定する工程とを有
する電界放出電子源の製造方法が得られる。
ボンディングパッド上に、第１の金属層を設ける工程
と、その上に第１の金属層よりも高融点の第２の金属層
を設ける工程と、第１の金属層の融点以上でかつ、第２
の金属層の融点以下の温度を加えることにより、第１の
金属層を溶融し、第２の金属層とボンディングパッドと
を、溶融した第１の金属層を介して固定する工程とを有
する電界放出電子源の製造方法が得られる。
【００１５】
【発明の実施の形態】次に、本発明について図面を参照
して説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態の電
界放出電子源の斜視図である。図に示すように、この電
界放出電子源は、導電性もしくは、絶縁基板の表面に導
電層を有する基板１４上に、１つもしくは複数の先端の
尖ったモリブデン金属等の導電体からなるエミッタ１５
と、エミッタ先端を取り囲むゲート孔１６を有するゲー
ト電極１７と、ゲート電極１７に電圧を供給する配線２
６と、この配線２６の一端部に形成されたボンディング
パッド２５と、ゲート電極１７と基板１４とを絶縁する
絶縁膜１８とを設けて作られている。そしてゲート電極
１７，配線２６およびボンディングパッド２５は、タン
グステンシリサイド等の導電体から一体に形成されてい
る。さらにボンディングパッド２５の上面には、比較的
低温度で溶融される第１の金属層を介して固定された金
又はアルミニウムを主成分とした第２の金属層からなる
金属層２７が形成されている。この金属層２７をボンデ
ィングパッド部に設け、ワイヤーボンディングの強度を
高めたことが本発明の特徴である。
して説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態の電
界放出電子源の斜視図である。図に示すように、この電
界放出電子源は、導電性もしくは、絶縁基板の表面に導
電層を有する基板１４上に、１つもしくは複数の先端の
尖ったモリブデン金属等の導電体からなるエミッタ１５
と、エミッタ先端を取り囲むゲート孔１６を有するゲー
ト電極１７と、ゲート電極１７に電圧を供給する配線２
６と、この配線２６の一端部に形成されたボンディング
パッド２５と、ゲート電極１７と基板１４とを絶縁する
絶縁膜１８とを設けて作られている。そしてゲート電極
１７，配線２６およびボンディングパッド２５は、タン
グステンシリサイド等の導電体から一体に形成されてい
る。さらにボンディングパッド２５の上面には、比較的
低温度で溶融される第１の金属層を介して固定された金
又はアルミニウムを主成分とした第２の金属層からなる
金属層２７が形成されている。この金属層２７をボンデ
ィングパッド部に設け、ワイヤーボンディングの強度を
高めたことが本発明の特徴である。
【００１６】図２（ａ），（ｂ）は、本発明の第１の実
施の形態の電界放出電子源の製造工程を示す断面図であ
る。電界放出電子源自体の製造方法は、図５で説明と同
じであるので、図２にはボンディングパッド部に金属層
を形成する工程のみを示してある。図５の製造工程によ
り製造された電界放出電子源１１のボンディングパッド
部２５の上に、図２（ａ）に示すように、比較的低融点
の第１の金属層１９、例えば融点２８０℃の金−スズ合
金の金属層を搭載する。更に、その上に第１の金属層１
９よりも高融点で金又はアルミニウムを主成分とした第
２の金属層２０、例えば、融点３５０℃の金−ゲルマニ
ウム合金を搭載する。第２の金属層としては、この他
に、融点３６０℃の金−シリコン合金、融点３４０℃の
金−カリウム合金、融点１０６４℃の金箔、融点５７０
℃のアルミニウム−シリコン合金、融点６６０℃のアル
ミニウム箔等を用いることができる。
施の形態の電界放出電子源の製造工程を示す断面図であ
る。電界放出電子源自体の製造方法は、図５で説明と同
じであるので、図２にはボンディングパッド部に金属層
を形成する工程のみを示してある。図５の製造工程によ
り製造された電界放出電子源１１のボンディングパッド
部２５の上に、図２（ａ）に示すように、比較的低融点
の第１の金属層１９、例えば融点２８０℃の金−スズ合
金の金属層を搭載する。更に、その上に第１の金属層１
９よりも高融点で金又はアルミニウムを主成分とした第
２の金属層２０、例えば、融点３５０℃の金−ゲルマニ
ウム合金を搭載する。第２の金属層としては、この他
に、融点３６０℃の金−シリコン合金、融点３４０℃の
金−カリウム合金、融点１０６４℃の金箔、融点５７０
℃のアルミニウム−シリコン合金、融点６６０℃のアル
ミニウム箔等を用いることができる。
【００１７】この状態で、第１の金属層１９の融点以
上、かつ第２の金属層２０の融点よりも低い温度で、加
熱することにより、第１の金属層を溶融させ再び冷却す
ることにより、図２（ｂ）に示すように第２の金属層２
０とボンディングパッドを構成するタングステンシリサ
イド等の導電体とを、溶融させた第１の金属層１９を介
して固定することが可能となる。その結果、電界放出電
子源のボンディングパッドの表層は、金又はアルミニウ
ムを主成分とした金属層２７となる。
上、かつ第２の金属層２０の融点よりも低い温度で、加
熱することにより、第１の金属層を溶融させ再び冷却す
ることにより、図２（ｂ）に示すように第２の金属層２
０とボンディングパッドを構成するタングステンシリサ
イド等の導電体とを、溶融させた第１の金属層１９を介
して固定することが可能となる。その結果、電界放出電
子源のボンディングパッドの表層は、金又はアルミニウ
ムを主成分とした金属層２７となる。
【００１８】図３は、本発明の電界放出電子源を実装し
た状態を示す断面図である。図１で説明した電界放出電
子源１１は、表面に導電層２２が形成されたパッケージ
１３に、導電性接着剤又は金−シリコン共晶のロウ材等
の接着層１２を介して固定されている。金属層２７とパ
ッケージ１３のピン２１との間は、金線又はアルミニウ
ム線によるワイヤー２８を用いて、ワイヤーボンディン
グにより結線されている。これにより、外部からパッケ
ージ１３と電気的に絶縁されたピン２１を介してゲート
電極１７に電圧を印加することが可能となる。
た状態を示す断面図である。図１で説明した電界放出電
子源１１は、表面に導電層２２が形成されたパッケージ
１３に、導電性接着剤又は金−シリコン共晶のロウ材等
の接着層１２を介して固定されている。金属層２７とパ
ッケージ１３のピン２１との間は、金線又はアルミニウ
ム線によるワイヤー２８を用いて、ワイヤーボンディン
グにより結線されている。これにより、外部からパッケ
ージ１３と電気的に絶縁されたピン２１を介してゲート
電極１７に電圧を印加することが可能となる。
【００１９】一方、エミッタ１５とパッケージ１３表面
の導電層２２とは、導電性の接着層１２を介して導通が
保たれているので、パッケージ１３から電気的に絶縁さ
れたピン２３とパッケージ１３の導電層２２間を同様の
ワイヤー２８により結線することで、ピン２３を介して
電界放出電子源１１の接着面（裏面）からエミッタ１５
に電位を供給することが可能となる。これにより、ピン
２１，２３間に電圧を印加することで、エミッタ１５の
先端から電子を放出させることが可能となる。このよう
にこの実施の形態においては、ボンディングパッド部２
５に金又はアルミニウムを主成分とする金属層２７が設
けられているので、金線又はアルミニウム線を用いてワ
イヤーボンディングする際、強いボンディング強度を得
ることができる。
の導電層２２とは、導電性の接着層１２を介して導通が
保たれているので、パッケージ１３から電気的に絶縁さ
れたピン２３とパッケージ１３の導電層２２間を同様の
ワイヤー２８により結線することで、ピン２３を介して
電界放出電子源１１の接着面（裏面）からエミッタ１５
に電位を供給することが可能となる。これにより、ピン
２１，２３間に電圧を印加することで、エミッタ１５の
先端から電子を放出させることが可能となる。このよう
にこの実施の形態においては、ボンディングパッド部２
５に金又はアルミニウムを主成分とする金属層２７が設
けられているので、金線又はアルミニウム線を用いてワ
イヤーボンディングする際、強いボンディング強度を得
ることができる。
【００２０】図４は、本発明の第２の実施の形態を示す
電界放出電子源を実装した状態を示す断面図である。図
５で説明した製造工程により形成された電界放出電子源
１１に対し、タングステンシリサイド等の導電体からな
るボンディングパッド部２５の上には、融点３６０℃の
金−シリコン合金からなる第１の金属層４２が搭載され
ている。又、電界放出電子源１１の裏面であるマウント
面４４とパッケージ４１のチップマウント面４５との間
にも同様に融点３６０℃の金−シリコン合金からなる金
属層４６が搭載されている。更に、金−シリコン合金か
らなる第１の金属層の上面には、第１の金属層４２より
も高融点で、金又はアルミニウムを主成分とした第２の
金属層４３、例えば、金箔，アルミニウム箔，アルミニ
ウム−シリコン合金等が搭載されている。なお、第１の
金属層としては、金−シリコン合金の他、融点が３５０
℃の金−ゲルマニウム合金等も用いることができる。
電界放出電子源を実装した状態を示す断面図である。図
５で説明した製造工程により形成された電界放出電子源
１１に対し、タングステンシリサイド等の導電体からな
るボンディングパッド部２５の上には、融点３６０℃の
金−シリコン合金からなる第１の金属層４２が搭載され
ている。又、電界放出電子源１１の裏面であるマウント
面４４とパッケージ４１のチップマウント面４５との間
にも同様に融点３６０℃の金−シリコン合金からなる金
属層４６が搭載されている。更に、金−シリコン合金か
らなる第１の金属層の上面には、第１の金属層４２より
も高融点で、金又はアルミニウムを主成分とした第２の
金属層４３、例えば、金箔，アルミニウム箔，アルミニ
ウム−シリコン合金等が搭載されている。なお、第１の
金属層としては、金−シリコン合金の他、融点が３５０
℃の金−ゲルマニウム合金等も用いることができる。
【００２１】この状態で、金−シリコン合金の融点以上
の温度で加熱することにより、電界放出電子源とパッケ
ージとの固定及びボンディングパッド部と第２の金属層
４３との固定を同時に行うことが可能となり、エミッタ
１５の構成材であるモリブデン金属表面の酸化の原因と
なる加熱処理を一回で済ませられる利点を有する。
の温度で加熱することにより、電界放出電子源とパッケ
ージとの固定及びボンディングパッド部と第２の金属層
４３との固定を同時に行うことが可能となり、エミッタ
１５の構成材であるモリブデン金属表面の酸化の原因と
なる加熱処理を一回で済ませられる利点を有する。
【００２２】以上説明したように、電界放出電子源のボ
ンディングパッドを従来のタングステンシリサイド層等
の導電体から、金又はアルミニウムを主成分とした金属
層に変更し、その箇所に対してアルミニウム線又は金線
によるワイヤーボンディングを行うことにより、アルミ
ニウム線の場合で７ｇ以上、金線の場合で１０ｇ以上の
ボンディング強度を得ることが可能となる。
ンディングパッドを従来のタングステンシリサイド層等
の導電体から、金又はアルミニウムを主成分とした金属
層に変更し、その箇所に対してアルミニウム線又は金線
によるワイヤーボンディングを行うことにより、アルミ
ニウム線の場合で７ｇ以上、金線の場合で１０ｇ以上の
ボンディング強度を得ることが可能となる。
【００２３】なお、本発明において、第１の金属層の溶
融を行う場合、金−スズ合金で２８０℃、金−シリコン
合金で３６０℃程度の加熱処理を行っているが、この温
度は、例えばモリブデン金属とシリコン基板が拡散反応
をおこす６００℃より低い温度なので、拡散によりエミ
ッタ形状が劣化する問題は回避することが可能である。
又、モリブデン金属等の導電体表面の酸化に関しては、
第１の金属層を溶融する際、周囲の雰囲気を窒素雰囲気
にすることで十分酸化を防止することが可能である。
融を行う場合、金−スズ合金で２８０℃、金−シリコン
合金で３６０℃程度の加熱処理を行っているが、この温
度は、例えばモリブデン金属とシリコン基板が拡散反応
をおこす６００℃より低い温度なので、拡散によりエミ
ッタ形状が劣化する問題は回避することが可能である。
又、モリブデン金属等の導電体表面の酸化に関しては、
第１の金属層を溶融する際、周囲の雰囲気を窒素雰囲気
にすることで十分酸化を防止することが可能である。
【００２４】又、本発明はゲート電極１７やボンディン
グパッド２５の構成材がタングステンシリサイド以外の
モリブデンやタングステン及びポリシリコン等の材料に
関しても適応可能である。
グパッド２５の構成材がタングステンシリサイド以外の
モリブデンやタングステン及びポリシリコン等の材料に
関しても適応可能である。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
界放出電子源のボンディングパッド面は、金又はアルミ
ニウムを主成分とした金属面となるので、通常のワイヤ
ーボンディング材であるアルミニウム線を用いた場合で
７ｇ以上、金線を用いた場合で１０ｇ以上の高いボンデ
ィング強度を得ることができ、信頼性の高い製品を供給
することが可能となる。
界放出電子源のボンディングパッド面は、金又はアルミ
ニウムを主成分とした金属面となるので、通常のワイヤ
ーボンディング材であるアルミニウム線を用いた場合で
７ｇ以上、金線を用いた場合で１０ｇ以上の高いボンデ
ィング強度を得ることができ、信頼性の高い製品を供給
することが可能となる。
【図１】本発明の電界放出電子源の第１の実施の形態を
示す斜視図である。
示す斜視図である。
【図２】（ａ），（ｂ）本発明の電界放出電子源の製造
方法を説明するための工程断面図である。
方法を説明するための工程断面図である。
【図３】本発明の電界放出電子源を実装した状態を示す
断面図である。
断面図である。
【図４】本発明の電界放出電子源の第２の実施の形態の
実装状態示す断面図である。
実装状態示す断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｆ）は電界放出電子源の製造方法を
説明するための工程断面図である。
説明するための工程断面図である。
【図６】従来の電界放出電子源の斜視図である。
【図７】従来の電界放出電子源の実装した状態を示す断
面図である。
面図である。
１１ 電界放出電子源 １２ 接着層 １３，４１ パッケージ １４ 基板 １５ エミッタ １７ ゲート電極 １９ 第１の金属層 ２０，４３ 第２の金属層 ２１，２３ ピン ２８ ワイヤー ２７ 金属層 ４２，４６ 金−シリコン合金
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01J 1/30 H01J 9/02
Claims (4)
- 【請求項１】 導電性基板もしくは、表面に導電層を有
する絶縁性基板上に、１つもしくは複数の先端の尖った
導電体からなるエミッタと、前記エミッタの先端を取り
囲む開口部を有するゲート電極と、このゲート電極に一
体に設けられ、電位を印加するためのボンディングパッ
ドと、前記基板と前記ゲート電極を絶縁する絶縁層とを
形成してなる電界放出電子源において、前記ボンディン
グパッド上に第１の金属層として金−スズ合金層を形成
し、更にその上に前記第１の金属層よりも高融点の第２
の金属層として金−シリコン合金、金−ゲルマニウム合
金、金−カリウム合金、アルミニウム−シリコン合金、
金の中から選ばれた一つの層を形成し、窒素雰囲気の中
で前記第1の金属層の融点以上、かつ前記第2の金属層の
融点よりも低い温度で加熱して固定したことを特徴とす
る電界放出電子源。 - 【請求項２】 電界放出電子源のボンディングパッド上
に、第１の金属層である金―スズ合金層を設ける工程
と、その上に前記第１の金属層よりも高融点の第２の金
属層である金−シリコン合金、金−ゲルマニウム合金、
金−カリウム合金、アルミニウム−シリコン合金、金の
いずれかの層を設ける工程と、窒素雰囲気の中で前記第
１の金属層の融点以上でかつ、第２の金属層の融点以下
の温度を加えることにより、第１の金属層を溶融し、第
２の金属層とボンディングパッドとを、溶融した第１の
金属層を介して固定する工程とを有することを特徴とす
る請求項1記載の電界放出電子源の製造方法。 - 【請求項３】 導電性基板もしくは、表面に導電層を有
する絶縁性基板上に、１つもしくは複数の先端の尖った
導電体からなるエミッタと、前記エミッタの先端を取り
囲む開口部を有するゲート電極と、このゲート電極に一
体に設けられ、電位を印加するためのボンディングパッ
ドと、前記基板と前記ゲート電極を絶縁する絶縁層とを
形成してなる電界放出電子源において、前記ボンディン
グパッド上に第１の金属層として金−シリコン合金層又
は、金−ゲルマニウム合金層を形成し、更にその上に前
記第１の金属層よりも高融点の第2の金属層としてアル
ミニウム−シリコン合金層又は、金層を形成し、窒素雰
囲気の中で前記第1の金属層の融点以上、かつ前記第2の
金属層の融点よりも低い温度で加熱して固定し たことを
特徴とする電界放出電子源。 - 【請求項４】 電界放出電子源のボンディングパッド上
に、第１の金属層である金−シリコン合金層又は、金−
ゲルマニウム合金層を設ける工程と、その上に前記第1
の金属層よりも高融点の第2の金属層であるアルミニウ
ム−シリコン合金層又は、金層を設ける工程と、窒素雰
囲気の中で前記第１の金属層の融点以上でかつ、第２の
金属層の融点以下の温度を加えることにより、第１の金
属層を溶融し、第２の金属層とボンディングパッドと
を、溶融した第１の金属層を介して固定する工程とを有
することを特徴とする請求項3記載の電界放出電子源の
製造方法。
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| JP4103896A JP3079987B2 (ja) | 1996-02-28 | 1996-02-28 | 電界放出電子源およびその製造方法 |
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