JP3436975B2 - Field emission cathode and method of manufacturing the same - Google Patents
Field emission cathode and method of manufacturing the sameInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、電界放出陰極及びそ
の製造方法に関する。更に詳しくは、ミクロンオーダー
のサイズを有し、高密度の集積化に適し、電子源として
熱陰極に比べ高効率、高輝度等の利点を有し、放出され
た電子が真空中を通過するので固体素子より高速で移動
することができる高速演算素子、薄型の高輝度ディスプ
レイ等へ応用することができる電界放出陰極及びその製
造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a field emission cathode and a method for manufacturing the same. More specifically, it has a size of micron order, is suitable for high-density integration, has advantages such as high efficiency and high brightness as an electron source compared to a hot cathode, and since emitted electrons pass in a vacuum. The present invention relates to a high-speed arithmetic element that can move at a higher speed than a solid-state element, a field emission cathode that can be applied to a thin high-intensity display, etc.
【０００２】[0002]
【従来技術】微小電界放出陰極は、先端の尖った陰極膜
（エミッタティップ）と電子引き出し用のゲート電極か
ら構成される。陰極膜とゲート電極の間に適当な電圧を
印加すると、ティップ先端に大きな電界がかかり電界放
出が起きる。このような陰極を高密度に集積したもの
は、一般にＦＥＡ（Field Emitter Array ）と呼ばれて
いる。2. Description of the Related Art A minute field emission cathode is composed of a cathode film (emitter tip) having a sharp tip and a gate electrode for extracting electrons. When an appropriate voltage is applied between the cathode film and the gate electrode, a large electric field is applied to the tip end of the tip to cause field emission. A high density integration of such cathodes is generally called FEA (Field Emitter Array).
【０００３】ＦＥＡの製造方法としては、陰極膜材料と
なる金属を蒸着する方法と、シリコン単結晶をエッチン
グして陰極膜を形成する方法が知られている。このうち
蒸着による方法は、陰極膜の製造が比較的容易であり、
基板材料の選択に制限がなく、特に大面積のディスプレ
イの製造には不可欠の技術である。以下に図５を用い
て、従来の蒸着によるＦＥＡの製造方法を説明する。As a method of manufacturing FEA, a method of depositing a metal as a cathode film material and a method of forming a cathode film by etching a silicon single crystal are known. Among them, the method by vapor deposition is relatively easy to manufacture the cathode film,
There is no limit to the choice of substrate material, and it is an indispensable technology especially for manufacturing a large-area display. Hereinafter, a conventional FEA manufacturing method by vapor deposition will be described with reference to FIG.
【０００４】まず、基板５１上にエミッタ電極５２、絶
縁膜５３及びゲート電極５４を積層する（図５（ａ）参
照）。次に、レジストを塗布し、後に陰極膜を形成する
領域を円形に開口しレジストパターン５５を形成する
（図５（ｂ）参照）。次に、レジストパターン５５をマ
スクとして、絶縁膜５３及びゲート電極５４をエッチン
グにより除去し円形の開口部５６を形成する（図５
（ｃ）参照）。First, the emitter electrode 52, the insulating film 53, and the gate electrode 54 are laminated on the substrate 51 (see FIG. 5A). Next, a resist is applied, and a region where a cathode film is to be formed later is circularly opened to form a resist pattern 55 (see FIG. 5B). Next, using the resist pattern 55 as a mask, the insulating film 53 and the gate electrode 54 are removed by etching to form a circular opening 56 (FIG. 5).
(See (c)).
【０００５】次に、Ａｌ等を斜め蒸着することにより絶
縁膜５３上及び開口部５６の側壁の上部に犠牲層５７を
形成する（図５（ｄ）参照）。更に、Ｍｏ等の陰極膜材
料５８を基板５１に垂直に蒸着すると、蒸着物の堆積に
伴い開口部５６は徐々に塞る。開口部５６が完全に塞が
るまで蒸着物を堆積させたとき、開口部５６内には底角
θの円錐状の陰極膜５９が形成されることとなる（図５
（ｅ）参照）。Next, a sacrificial layer 57 is formed on the insulating film 53 and on the side walls of the opening 56 by obliquely vapor-depositing Al or the like (see FIG. 5D). Further, when a cathode film material 58 such as Mo is vapor-deposited vertically on the substrate 51, the openings 56 are gradually closed as the vapor deposition material is deposited. When the deposit is deposited until the opening 56 is completely closed, a conical cathode film 59 having a base angle θ is formed in the opening 56 (FIG. 5).
(See (e)).
【０００６】最後に、犠牲層５７をリン酸水溶液等によ
り溶解すれば、ゲート電極５４上に形成された陰極膜材
料５８がリフトオフされることにより除去され、開口部
５６内の陰極膜５９は残され、ＦＥＡが製造される（図
５（ｆ）参照）。Finally, if the sacrificial layer 57 is dissolved in a phosphoric acid aqueous solution or the like, the cathode film material 58 formed on the gate electrode 54 is lifted off and removed, and the cathode film 59 in the opening 56 remains. Then, the FEA is manufactured (see FIG. 5 (f)).
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】上記のようなＭｏによ
り形成された陰極膜では、表面の酸化やガス吸着に起因
する電流変動が大きく、また電子引き出し電圧も高いと
いう欠点があった。また、従来の蒸着によるＦＥＡの製
造において、図５（ｆ）でのリフトオフ工程は効率が悪
く、素子の歩留りを落とす原因となっていた。The cathode film formed of Mo as described above has drawbacks in that current fluctuations due to surface oxidation and gas adsorption are large and electron extraction voltage is high. Further, in the conventional FEA manufacturing by vapor deposition, the lift-off process in FIG. 5 (f) is inefficient and causes the yield of the device to drop.
【０００８】従って、本発明は放出電流が安定で、引き
出し電圧が低い電界放出陰極及びその製造方法を提供す
ることを目的とする。Therefore, an object of the present invention is to provide a field emission cathode having a stable emission current and a low extraction voltage, and a method for manufacturing the same.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】かくして本発明によれ
ば、基板或いはその上に任意に設けられたエミッタ電極
上に開口部を有する絶縁膜及びゲート電極が積層され、
前記開口部中に少なくとも上層陰極膜、高抵抗材料層及
び下層陰極膜、又は上層陰極膜、下層陰極膜及び高抵抗
材料層からなる陰極膜が形成され、上層陰極膜の陵の傾
斜角が下層陰極膜の陵の傾斜角より大きく、上層陰極
膜、下層陰極膜及び高抵抗材料層が、それぞれ、ニッケ
ル、モリブデン及びシリコン、又はニッケル、チタン及
びシリコンの層からなることを特徴とする電界放出陰極
が提供される。Thus, according to the present invention, an insulating film having an opening and a gate electrode are laminated on a substrate or an emitter electrode optionally provided on the substrate,
At least the upper cathode film, the high resistance material layer and the high resistance material layer in the opening.
And lower layer cathode film, or upper layer cathode film, lower layer cathode film and high resistance
Is the cathode film is formed of a material layer, rather inclination angle of the ridge of the upper cathode layer is greater than the inclination angle of the ridge of the lower cathode layer, the upper layer cathode
The film, the lower cathode film, and the high-resistance material layer are each
Ru, molybdenum and silicon, or nickel, titanium and
And a field emission cathode comprising a layer of silicon .
【００１０】また、この発明によれば、陰極膜が、開口
部を塞がないように斜め蒸着法で犠牲層をゲート電極上
に積層する工程と、開口部を塞がないように下層陰極膜
材料を垂直蒸着法で堆積することにより基板或いはその
上に任意に設けられたエミッタ電極上に下層陰極膜を形
成する工程と、下層陰極層の形成前又は形成後に開口部
を塞がないように高抵抗材料層材料を垂直蒸着法で堆積
することにより高抵抗材料層を形成する工程と、上層陰
極膜材料を開口部を塞ぐように垂直蒸着法で堆積するこ
とにより下層陰極膜又は高抵抗材料層上に下層陰極膜の
陵の傾斜角より大きい陵の傾斜角を有する上層陰極膜を
積層形成する工程を経て形成されることを特徴とする第
１の電界放出陰極の製造方法が提供される。Further, according to the present invention, a step of laminating a sacrificial layer on the gate electrode by an oblique vapor deposition method so that the cathode film does not block the opening, and a lower layer cathode film so as not to block the opening A step of forming a lower cathode film on the substrate or an emitter electrode optionally provided on the substrate by depositing a material by a vertical vapor deposition method, and an opening before or after forming the lower cathode layer.
High-resistance material layer material is deposited by vertical evaporation method so as not to block the
The step of forming a high resistance material layer by performing the step of depositing the upper cathode film material by a vertical vapor deposition method so as to block the opening, and the inclination angle of the ridge of the lower cathode film on the lower cathode film or the high resistance material layer. There is provided a first method for manufacturing a field emission cathode, which is characterized in that the first field emission cathode is formed through a step of laminating and forming an upper layer cathode film having a larger inclination angle.
【００１１】更に、陰極膜が、開口部内の絶縁膜の内周
面を削って第１ゲート電極よりも内側に後退させる工程
と、導電材料を開口部を塞がないように垂直蒸着法で堆
積することにより前記基板或いはその上に任意に設けら
れたエミッタ電極上に下層陰極膜及び第１ゲート電極上
に第２ゲート電極を形成する工程と、下層陰極膜の下面
の直径より小さい径の開口部を有する第２ゲート電極上
にその開口部を塞がないように斜め蒸着法で犠牲層を積
層する工程と、開口部を塞がないように高抵抗材料層材
料を垂直蒸着法で堆積することにより高抵抗材料層を形
成する工程と、開口部を塞ぐように上層陰極膜材料を垂
直蒸着法で堆積することにより高抵抗材料層上に下層陰
極膜の陵の傾斜角より大きい陵の傾斜角を有する上層陰
極膜を積層形成する工程を経て形成されることを特徴と
する第２の電界放出陰極の製造方法が提供される。Further, a step of removing the inner peripheral surface of the insulating film in the opening to make the cathode film recede inward from the first gate electrode, and depositing a conductive material by vertical vapor deposition so as not to block the opening. The step of forming the lower layer cathode film on the substrate or the emitter electrode arbitrarily provided on the substrate and the second gate electrode on the first gate electrode, and the opening having a diameter smaller than the diameter of the lower surface of the lower layer cathode film. Stacking a sacrificial layer on the second gate electrode having a portion by an oblique deposition method so as not to block the opening, and a high-resistance material layer material so as not to block the opening
Layer of high-resistance material is formed by depositing the material by vertical evaporation method.
And the upper cathode film material having a slope angle larger than the slope angle of the lower cathode film on the high resistance material layer by depositing the upper cathode film material by vertical vapor deposition so as to block the opening. There is provided a second method for manufacturing a field emission cathode, which is characterized in that the second field emission cathode is formed through the steps of forming a laminate.
【００１２】以下、本発明の電界放出陰極について説明
する。まず、本発明に使用できる基板は、特に限定され
ないが、例えばガラス等からなる絶縁性基板、シリコ
ン、ＧａＡｓ等からなる導電性基板が挙げられる。この
うちガラス基板が好ましい。上記絶縁性基板を使用する
場合には基板上にはエミッタ電極を積層する。このエミ
ッタ電極により、マトリックス状に電極を形成すること
ができる。エミッタ電極に使用できる材料は、特に限定
されないが、例えばモリブデン、タンタル、タングステ
ン、チタン及びそれらのシリサイド膜等が挙げられる。
また、エミッタ電極の膜厚は、０．１〜０．３μｍ程度
である。０．３μｍ以上では段差が生じるのでクロス部
でショートし易く、０．１μｍ以下では連続膜が形成し
難いので好ましくない。The field emission cathode of the present invention will be described below. First, the substrate that can be used in the present invention is not particularly limited, but examples thereof include an insulating substrate made of glass or the like and a conductive substrate made of silicon, GaAs, or the like. Of these, a glass substrate is preferable. When the above insulating substrate is used, an emitter electrode is laminated on the substrate. With this emitter electrode, electrodes can be formed in a matrix. The material that can be used for the emitter electrode is not particularly limited, but examples thereof include molybdenum, tantalum, tungsten, titanium, and a silicide film thereof.
The film thickness of the emitter electrode is about 0.1 to 0.3 μm. If the thickness is 0.3 μm or more, a step is generated, and thus a short circuit is likely to occur at the cross portion.
【００１３】次に、基板或いはその上に任意に設けられ
たエミッタ電極上には絶縁膜及びゲート電極が積層され
ている。絶縁膜に使用できる材料は、特に限定されず、
酸化シリコン、窒化シリコン、ＰＳＧ、ＢＰＳＧ等が挙
げられ、その膜厚は０．５〜１μｍとされる。一方、ゲ
ート電極に使用できる材料は、特に限定されず、モリブ
デン、タンタル、タングステン、チタン及びそれらのシ
リサイド膜等が挙げられ、その膜厚は０．１〜０．３μ
ｍとされる。Next, an insulating film and a gate electrode are laminated on the substrate or on the emitter electrode optionally provided on the substrate. The material that can be used for the insulating film is not particularly limited,
Examples thereof include silicon oxide, silicon nitride, PSG, BPSG, etc., and the film thickness thereof is 0.5 to 1 μm. On the other hand, the material that can be used for the gate electrode is not particularly limited, and examples thereof include molybdenum, tantalum, tungsten, titanium and their silicide films, and the film thickness thereof is 0.1 to 0.3 μm.
m.
【００１４】次いで、絶縁膜及びゲート電極には基板或
いはその上に任意に設けられたエミッタ電極を露出させ
るように開口部が複数個マトリックス状に形成されてい
る。開口部の平面形状は、特に限定されず、円形、楕円
形、四角形等が使用できるが、対称性を考慮すると円形
が好ましい。また、開口部の直径は通常３．０μｍ以
下、露光の解像度及び電界放出陰極の集積度を考慮する
と好ましくは０．５〜１．５μｍである。更に、以下で
説明するようにゲート電極を蒸着法により形成すれば、
開口部の直径をより小さくすることができ、より低電圧
で電子を放出させることができる。Next, a plurality of openings are formed in a matrix in the insulating film and the gate electrode so as to expose the substrate or an emitter electrode arbitrarily provided on the substrate. The planar shape of the opening is not particularly limited, and a circular shape, an elliptical shape, a quadrangular shape, or the like can be used, but a circular shape is preferable in consideration of symmetry. The diameter of the opening is usually 3.0 μm or less, and preferably 0.5 to 1.5 μm in consideration of the exposure resolution and the integration degree of the field emission cathode. Further, if the gate electrode is formed by vapor deposition as described below,
The diameter of the opening can be made smaller, and electrons can be emitted at a lower voltage.
【００１５】更に、開口部中の基板或いはその上に任意
に設けられたエミッタ電極上にはエミッタティップとし
て機能する陰極膜が形成されている。この陰極膜は、下
層陰極膜及び上層陰極膜の少なくとも２層からなり、蒸
着において上層陰極膜の陵の傾斜角が下層陰極膜の陵の
傾斜角より大きくなるような材料を使用する。陰極膜材
料として具体的には、下層陰極膜に使用できる材料は、
モリブデン、チタンが挙げられ、一方、上層陰極膜に使
用できる材料は、ニッケルが挙げられる。下層陰極膜及
び上層陰極膜の組合せは、より具体的には、モリブデン
とニッケル、チタンとニッケルがある。これらの組合せ
は、界面の接合状態及び価格面から好ましい。Further, a cathode film functioning as an emitter tip is formed on the substrate in the opening or on the emitter electrode optionally provided on the substrate. This cathode film is composed of at least two layers, a lower layer cathode film and an upper layer cathode film, and is made of a material such that the angle of inclination of the upper layer cathode film is larger than the angle of inclination of the lower layer cathode film in vapor deposition. Specifically as the cathode film material, the material that can be used for the lower cathode film is
Molybdenum, include titanium down, while the material which can be used in the upper cathode layer, and a nickel. The combination of the lower cathode layer and the upper cathode layer, more specifically, there is molybdenum and nickel, titanium and nickel. A combination of these
Is preferable in terms of the bonding state of the interface and the price.
【００１６】陰極膜の高さは、ゲート電極と略同じ程度
の高さを有することが、電界の集中が良好なので好まし
い。また、上層陰極膜と下層陰極膜の高さは２：８〜
７：３程度であり、具体的には下層陰極膜の膜厚は０．
２〜０．７μｍとされ、上層陰極膜の膜厚は０．２〜
０．７μｍとされる。ここで、下層陰極膜及び上層陰極
膜の断面形状はそれぞれテーパー形状であり、下層陰極
膜の上部に存在する平面上に上層陰極膜が形成されてい
る。また、下層陰極膜の陵の傾斜角より上層陰極膜の陵
の傾斜角のほうが大きい形状を有している。ここで、下
層陰極膜の上面に存在する平面の形状は、特に限定され
ず、円形、楕円形、四角形等が使用できるが、対称性か
ら円形が好ましい。The height of the cathode film is preferably about the same as the height of the gate electrode, because the concentration of the electric field is good. The height of the upper and lower cathode films is 2: 8 to
It is about 7: 3, and specifically, the film thickness of the lower layer cathode film is 0.
2 to 0.7 μm, and the film thickness of the upper cathode film is 0.2 to
It is set to 0.7 μm. Here, the cross-sectional shapes of the lower-layer cathode film and the upper-layer cathode film are each tapered, and the upper-layer cathode film is formed on a plane existing above the lower-layer cathode film. In addition, the inclination angle of the ridge of the lower cathode film is larger than the inclination angle of the ridge of the lower cathode film. Here, the shape of the plane existing on the upper surface of the lower layer cathode film is not particularly limited, and a circular shape, an elliptical shape, a quadrangular shape or the like can be used, but a circular shape is preferable from the viewpoint of symmetry.
【００１７】上記の如き電界放出陰極により、上層陰極
膜に化学的に安定な材料を使用できるので、放出電流を
安定にすることができる。また、上層陰極膜の先端部が
下層陰極膜に比べて細いので、低電圧で電子を放出させ
ることができる。また、上層陰極膜と下層陰極膜との
間、下層陰極膜及び基板或いはその上に任意に設けられ
るエミッタ電極との間に、陰極膜に流れる電流を制限す
る負帰還抵抗として機能させるための高抵抗材料層を挟
むこともできる、高抵抗材料としては、蒸着し易さを考
慮するとシリコンが好ましい。陰極膜に高抵抗材料層を
使用する場合、高抵抗材料層、上層陰極膜及び下層陰極
膜の膜厚は、具体的にはそれぞれ０．２〜０．７μｍ、
０．２〜０．７μｍ及び０．２〜０．７μｍとされる。
なお、陰極膜を４層以上にすることも可能である。ま
た、高抵抗材料層、上層陰極膜及び下層陰極膜の最も好
ましい組合せは、接合の界面を考慮すると、シリコン、
ニッケル及びモリブデン、又はシリコン、ニッケル及び
チタンである。With the field emission cathode as described above, a chemically stable material can be used for the upper cathode film, so that the emission current can be stabilized. Further, since the tip of the upper layer cathode film is thinner than the lower layer cathode film, electrons can be emitted at a low voltage. Further, between the upper and lower cathode films and between the lower cathode film and the substrate or an emitter electrode optionally provided on the lower cathode film, a high feedback resistor for limiting a current flowing through the cathode film is provided. it is also possible to sandwich the resistive material layer, as a high-resistance material, consideration of silicon ease of vapor deposition is preferred. When a high resistance material layer is used for the cathode film, the film thicknesses of the high resistance material layer, the upper layer cathode film and the lower layer cathode film are specifically 0.2 to 0.7 μm, respectively.
It is set to 0.2 to 0.7 μm and 0.2 to 0.7 μm.
Note that the cathode film may have four or more layers. Further, the most preferable combination of the high resistance material layer, the upper cathode film and the lower cathode film is silicon in consideration of the bonding interface,
Nickel and molybdenum, or silicon, nickel and titanium.
【００１８】次に、本発明の電界放出陰極装置の製造方
法について説明する。製造方法は、陰極膜形成領域に形
成された開口部に、蒸着法により陰極膜を形成する方法
であって、陰極膜が少なくとも上層及び下層の２層から
なり、下層陰極膜の陵の傾斜角より上層陰極膜の陵の傾
斜角が大きく形成することができればどのような方法で
も使用することができる。なお、場合により、予め陰極
膜を形成しておき、後に開口部を形成してもよい。しか
しながら、製造のし易さを考慮すると、開口部を予め形
成し後に陰極膜を形成することが好ましい。Next, a method of manufacturing the field emission cathode device of the present invention will be described. The manufacturing method is a method of forming a cathode film by an evaporation method in an opening formed in a cathode film forming region, wherein the cathode film is composed of at least two layers of an upper layer and a lower layer, and the inclination angle of the ridge of the lower layer cathode film. Any method can be used as long as it can form a higher inclination angle of the upper cathode film. In some cases, the cathode film may be formed in advance and the opening may be formed later. However, considering the ease of manufacturing, it is preferable to form the openings in advance and then form the cathode film.
【００１９】好ましい製造方法としては、例えば以下に
示す方法が挙げられる。まず、第１の製造方法は、陰極
膜が、開口部を塞がないように斜め蒸着法で犠牲層をゲ
ート電極上に積層する工程と、開口部を塞がないように
下層陰極膜材料を垂直蒸着法で堆積することにより基板
或いはその上に任意に設けられたエミッタ電極上に下層
陰極膜を形成する工程と、上層陰極膜材料を開口部を塞
ぐように垂直蒸着法で堆積することにより下層陰極膜上
に下層陰極膜の陵の傾斜角より大きい陵の傾斜角を有す
る上層陰極膜を積層形成する工程を経て形成されること
により電界放出陰極を製造する。Examples of preferable manufacturing methods include the following methods. First, the first manufacturing method is a step of stacking a sacrificial layer on a gate electrode by an oblique vapor deposition method so that the cathode film does not block the opening, and a lower layer cathode film material so as not to block the opening. A step of forming a lower layer cathode film on a substrate or an emitter electrode arbitrarily provided on the substrate by depositing by the vertical vapor deposition method, and a step of depositing the upper layer cathode film material by the vertical vapor deposition method so as to block the opening. A field emission cathode is manufactured by forming the upper cathode film having a slope angle larger than the slope angle of the lower cathode film on the lower cathode film.
【００２０】また、第２の製造方法は、陰極膜が、開口
部内の絶縁膜の内周面を削ってゲート電極よりも内側に
後退させる工程と、導電材料を開口部を塞がないように
垂直蒸着法で堆積することにより前記基板或いはその上
に任意に設けられたエミッタ電極上に下層陰極膜及びゲ
ート電極上に第２ゲート電極を形成する工程と、下層陰
極膜の下面の直径より小さい径の開口部を有する第２ゲ
ート電極上にその開口部を塞がないように斜め蒸着法で
犠牲層を積層する工程と、開口部を塞ぐように上層陰極
膜材料を垂直蒸着法で堆積することにより下層陰極膜上
に下層陰極膜の陵の傾斜角より大きい陵の傾斜角を有す
る上層陰極膜を積層形成する工程を経て形成されること
により電界放出陰極を製造する。In the second manufacturing method, the step of causing the cathode film to shave the inner peripheral surface of the insulating film in the opening to retreat to the inside of the gate electrode and the conductive material so as not to block the opening. A step of forming a lower layer cathode film on the substrate or an emitter electrode optionally provided on the substrate and a second gate electrode on the gate electrode by depositing by the vertical vapor deposition method; and a diameter smaller than the lower surface of the lower layer cathode film. A step of stacking a sacrificial layer on the second gate electrode having an opening of a diameter by an oblique vapor deposition method so as not to block the opening, and a vertical cathode film material is deposited by a vertical vapor deposition method so as to cover the opening. Thus, a field emission cathode is manufactured by forming the upper cathode film having a slope angle larger than the slope angle of the lower cathode film on the lower cathode film.
【００２１】以下、上記した好ましい製造方法について
説明する。まず、第１の製造方法は、基板或いはその上
に任意に設けられたエミッタ電極上に絶縁膜及びゲート
電極を積層する。エミッタ電極の形成方法は、特に限定
されないが、スパッタリング法、ＣＶＤ法、蒸着法等が
挙げられる。次に、絶縁膜の形成方法は、特に限定され
ないが、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等が挙げられる。
また、ゲート電極の形成方法は、特に限定されず、真空
蒸着法、スパッタリング法等が挙げられる。The preferred manufacturing method described above will be described below. First, in the first manufacturing method, an insulating film and a gate electrode are laminated on a substrate or an emitter electrode arbitrarily provided on the substrate. The method for forming the emitter electrode is not particularly limited, and examples thereof include a sputtering method, a CVD method, and a vapor deposition method. Next, the method for forming the insulating film is not particularly limited, but a CVD method, a plasma CVD method and the like can be mentioned.
The method for forming the gate electrode is not particularly limited, and examples thereof include a vacuum vapor deposition method and a sputtering method.
【００２２】次に、絶縁膜及びゲート電極を貫通させて
基板或いはその上に任意に設けられたエミッタ電極を露
出させ開口部を形成する。開口部の形成方法としては、
異方性エッチング法が挙げられ、具体的にはプラズマエ
ッチング、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、電子サ
イクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマエッチングが挙げ
られる。Next, an opening is formed by penetrating the insulating film and the gate electrode to expose the substrate or an emitter electrode arbitrarily provided on the substrate. As a method of forming the opening,
Examples of the anisotropic etching method include plasma etching, reactive ion etching (RIE), and electron cyclotron resonance (ECR) plasma etching.
【００２３】次に、ゲート電極上に犠牲層を積層する。
犠牲層に使用される材料としては、マグネシウム化合物
を使用することができ、その内、酸化マグネシウムを使
用することが、エッチング除去が容易である点で好まし
い。犠牲層の層厚は、特に限定されないが、後の除去工
程を考慮すると、０．１〜０．６μｍとすることが好ま
しい。また、犠牲層の形成方法は、特に限定されない
が、１０〜３０°の斜め方向から蒸着する方法が挙げら
れる。なお、犠牲層は、少なくともゲート電極上に形成
されおり、かつ、開口部の底部の基板或いはその上に任
意に設けられたエミッタ電極上を覆わないように形成さ
れる。Next, a sacrificial layer is laminated on the gate electrode.
As a material used for the sacrificial layer, a magnesium compound can be used, and of these, it is preferable to use magnesium oxide because it can be easily removed by etching. The layer thickness of the sacrificial layer is not particularly limited, but it is preferably 0.1 to 0.6 μm in consideration of the subsequent removal step. The method for forming the sacrificial layer is not particularly limited, but a method of vapor deposition from an oblique direction of 10 to 30 ° can be mentioned. Note that the sacrificial layer is formed at least on the gate electrode, and is formed so as not to cover the substrate at the bottom of the opening or the emitter electrode arbitrarily provided on the substrate.
【００２４】次に、下部陰極膜材料を全面にかつ開口部
を塞がないように積層することにより、開口部中の基板
或いはその上に任意に設けられたエミッタ電極上に下層
陰極膜を形成する。下部陰極膜材料の積層方法は、特に
限定されないが、電子ビーム蒸着法が使用できる。次
に、上層陰極膜材料を全面にかつ開口部を塞ぐように堆
積することにより、下層陰極膜の上面に上層陰極膜を形
成する。上層陰極膜材料の積層方法は、特に限定されな
いが、電子ビーム蒸着法が使用できる。Next, a lower cathode film material is laminated on the entire surface so as not to block the opening, thereby forming a lower cathode film on the substrate in the opening or an emitter electrode arbitrarily provided on the substrate. To do. The method for laminating the lower cathode film material is not particularly limited, but an electron beam evaporation method can be used. Next, the upper layer cathode film material is deposited on the entire surface so as to close the opening, thereby forming the upper layer cathode film on the upper surface of the lower layer cathode film. The method for laminating the upper cathode film material is not particularly limited, but an electron beam vapor deposition method can be used.
【００２５】更に、前記犠牲層、犠牲層上に形成された
上層陰極膜材料及び下層陰極膜材料を除去することによ
って、電界放出陰極が形成される。除去方法としては、
犠牲層をウエットエッチングにより除去する方法を使用
することができる。ウエットエッチングに使用できるエ
ッチャントとしては、犠牲層を除去しうる酢酸、燐酸、
ホウ酸等の公知のエッチャントを使用でき、例えば犠牲
層がマグネシウム化合物であり、陰極膜がニッケルを含
む場合、酢酸を含む水溶液を使用することができる。Further, a field emission cathode is formed by removing the sacrificial layer, the upper layer cathode film material and the lower layer cathode film material formed on the sacrificial layer. As a removal method,
A method of removing the sacrificial layer by wet etching can be used. As an etchant that can be used for wet etching, acetic acid, phosphoric acid, which can remove the sacrificial layer,
A known etchant such as boric acid can be used. For example, when the sacrificial layer is a magnesium compound and the cathode film contains nickel, an aqueous solution containing acetic acid can be used.
【００２６】なお、高抵抗材料層を形成する場合は、犠
牲層を形成したのちに形成することができる。形成方法
は、特に限定されないが、蒸着法が使用できる。次に、
本発明の電界放出陰極の第２の製造方法について説明す
る。まず、基板或いはその上に任意に設けられたエミッ
タ電極上に絶縁膜及び第１ゲート電極が順に積層され
る。積層方法は上記第１の製造方法と同一である。When the high resistance material layer is formed, it can be formed after forming the sacrificial layer. The forming method is not particularly limited, but a vapor deposition method can be used. next,
A second method of manufacturing the field emission cathode of the present invention will be described. First, an insulating film and a first gate electrode are sequentially stacked on a substrate or an emitter electrode arbitrarily provided on the substrate. The stacking method is the same as the first manufacturing method.
【００２７】次に、絶縁膜及び第１ゲート電極を貫通さ
せて開口部が形成される。形成方法は上記第１の製造方
法と同一である。次に、絶縁膜の内周面をウエットエッ
チングにより削り、第１ゲート電極よりも内側に後退さ
せる。ウエットエッチングに使用できるエッチャントと
してはフッ酸等が挙げられる。Next, an opening is formed through the insulating film and the first gate electrode. The forming method is the same as the first manufacturing method. Next, the inner peripheral surface of the insulating film is shaved by wet etching so as to recede inward from the first gate electrode. Examples of etchants that can be used for wet etching include hydrofluoric acid.
【００２８】次に、第２ゲート電極を全面にかつ開口部
を塞がないように堆積することにより前記基板或いはそ
の上に任意に設けられたエミッタ電極上に下層陰極膜が
形成される。第２ゲート電極の形成方法は、特に限定さ
れないが、電子ビーム蒸着法が使用できる。更に、絶縁
膜上の第１及び第２ゲート電極はそのままゲート電極と
して使用することができる。Next, a lower gate electrode film is formed on the substrate or an emitter electrode arbitrarily provided on the substrate by depositing a second gate electrode over the entire surface without covering the opening. The method of forming the second gate electrode is not particularly limited, but an electron beam evaporation method can be used. Further, the first and second gate electrodes on the insulating film can be used as they are as gate electrodes.
【００２９】次に、少なくとも第２ゲート電極上に犠牲
層が積層される。積層方法は上記第１の製造方法と同一
である。次に、上層陰極膜材料を全面にかつ開口部を塞
ぐように堆積することにより下層陰極膜上に上層陰極膜
が形成される。形成方法は上記第１の製造方法における
上層陰極膜材料の積層方法と同一である。Next, a sacrificial layer is laminated on at least the second gate electrode. The stacking method is the same as the first manufacturing method. Next, an upper layer cathode film material is deposited on the entire surface so as to close the opening to form an upper layer cathode film on the lower layer cathode film. The forming method is the same as the method for laminating the upper layer cathode film material in the first manufacturing method.
【００３０】更に、犠牲層及び犠牲層上の上層陰極膜材
料を除去することにより、電界放出陰極を形成すること
ができる。除去方法は上記第１の製造方法と同一であ
る。なお、高抵抗材料層を形成する場合は、第２ゲート
電極を形成したのちに形成することができる。形成方法
は、特に限定されないが、蒸着法が使用できる。また、
上記第２の製造方法の変形として以下の方法も挙げられ
る。即ち、以下の方法では、第１ゲート電極に代えて第
２絶縁膜を使用している。Further, a field emission cathode can be formed by removing the sacrificial layer and the material of the upper cathode film on the sacrificial layer. The removing method is the same as the first manufacturing method. When the high resistance material layer is formed, it can be formed after the second gate electrode is formed. The forming method is not particularly limited, but a vapor deposition method can be used. Also,
The following method may be mentioned as a modification of the second manufacturing method. That is, in the following method, the second insulating film is used instead of the first gate electrode.
【００３１】まず、基板或いはその上に任意に設けられ
たエミッタ電極上に第１及び第２絶縁膜が順に積層され
る。積層方法は上記第１の製造方法と同一である。次
に、両絶縁膜を貫通させて開口部が形成される。形成方
法は上記第１の製造方法と同一である。次に、第１絶縁
膜の内周面をウエットエッチングにより削り、第２絶縁
膜よりも内側に後退させる。ウエットエッチングに使用
できるエッチャントとしてはフッ酸等が挙げられる。First, the first and second insulating films are sequentially laminated on the substrate or on the emitter electrode arbitrarily provided on the substrate. The stacking method is the same as the first manufacturing method. Next, an opening is formed by penetrating both insulating films. The forming method is the same as the first manufacturing method. Next, the inner peripheral surface of the first insulating film is shaved by wet etching so as to recede inward of the second insulating film. Examples of etchants that can be used for wet etching include hydrofluoric acid.
【００３２】以降の製造方法を、上記第１の製造方法と
同一に行えば、電界放出陰極が形成できる。A field emission cathode can be formed by performing the subsequent manufacturing method in the same manner as the first manufacturing method.
【００３３】[0033]
【作用】本発明の電界放出陰極は、基板或いはその上に
任意に設けられたエミッタ電極上に開口部を有する絶縁
膜及びゲート電極が積層され、前記開口部中に少なくと
も上層及び下層の２層からなる陰極膜が形成され、上層
陰極膜の陵の傾斜角が下層陰極膜の陵の傾斜角より大き
い構造を有しているので、上層陰極膜は先端部の曲率半
径を小さいエミッタティップを形成できるので、単一の
材料からなる陰極膜よりも低い電圧で電子が引き出せ
る。In the field emission cathode of the present invention, an insulating film having an opening and a gate electrode are laminated on a substrate or an emitter electrode arbitrarily provided on the substrate, and at least two layers of an upper layer and a lower layer are provided in the opening. Since the upper cathode film has a structure in which the slope angle of the upper cathode film is larger than that of the lower cathode film, the upper cathode film forms an emitter tip with a small radius of curvature at the tip. Therefore, the electrons can be extracted at a voltage lower than that of the cathode film made of a single material.
【００３４】次に、本発明の第１の電界放出陰極の製造
方法によれば、陰極膜が、開口部を塞がないように斜め
蒸着法で犠牲層をゲート電極上に積層する工程と、開口
部を塞がないように下層陰極膜材料を垂直蒸着法で堆積
することにより基板或いはその上に任意に設けられたエ
ミッタ電極上に下層陰極膜を形成する工程と、上層陰極
膜材料を開口部を塞ぐように垂直蒸着法で堆積すること
により下層陰極膜上に下層陰極膜の陵の傾斜角より大き
い陵の傾斜角を有する上層陰極膜を積層形成する工程を
経て形成されるので、先端部の曲率半径の小さな陰極膜
が容易に形成される。Next, according to the first method for manufacturing a field emission cathode of the present invention, a step of laminating a sacrificial layer on the gate electrode by oblique vapor deposition so that the cathode film does not block the opening, Forming the lower layer cathode film material on the substrate or the emitter electrode optionally provided on the substrate by depositing the lower layer cathode film material by vertical vapor deposition so as not to block the opening; and opening the upper layer cathode film material. Since the upper cathode film having a slope angle larger than the slope angle of the lower cathode film is laminated on the lower cathode film by depositing by a vertical evaporation method so as to block the portion, the tip is formed. A cathode film having a small radius of curvature is easily formed.
【００３５】更に、本発明の第２の電界放出陰極の製造
方法によれば、陰極膜が、開口部内の絶縁膜の内周面を
削って第１ゲート電極よりも内側に後退させる工程と、
導電材料を開口部を塞がないように垂直蒸着法で堆積す
ることにより前記基板或いはその上に任意に設けられた
エミッタ電極上に下層陰極膜及び第１ゲート電極上に第
２ゲート電極を形成する工程と、下層陰極膜の下面の直
径より小さい径の開口部を有する第２ゲート電極上にそ
の開口部を塞がないように斜め蒸着法で犠牲層を積層す
る工程と、開口部を塞ぐように上層陰極膜材料を垂直蒸
着法で堆積することにより下層陰極膜上に下層陰極膜の
陵の傾斜角より大きい陵の傾斜角を有する上層陰極膜を
積層形成する工程を経て形成されるので、エミッタ形成
時と同じ原理でゲート口径を小さくすることができ、陰
極膜先端での電界集中が強められる。Further, according to the second method for manufacturing a field emission cathode of the present invention, the step of cutting the inner peripheral surface of the insulating film in the opening so that the cathode film retreats inward of the first gate electrode,
By depositing a conductive material by vertical vapor deposition so as not to block the opening, a lower cathode film is formed on the substrate or an emitter electrode arbitrarily provided on the substrate, and a second gate electrode is formed on the first gate electrode. And a step of stacking a sacrificial layer on the second gate electrode having an opening having a diameter smaller than the diameter of the lower surface of the lower cathode film by an oblique vapor deposition method so as not to close the opening, and closing the opening As described above, since the upper cathode film material is deposited by the vertical vapor deposition method, the upper cathode film having a slope angle larger than the slope angle of the lower cathode film is formed on the lower cathode film by a lamination process. The gate diameter can be reduced by the same principle as when forming the emitter, and the electric field concentration at the tip of the cathode film is strengthened.
【００３６】次に、電界放出陰極の製造方法が、基板或
いはその上に任意に設けられたエミッタ電極上に第１絶
縁膜及び第２絶縁膜を順に積層形成する工程と、これら
各絶縁膜を貫通する開口部を形成する工程と、開口部内
の第１絶縁膜の内周面を削って第２絶縁膜よりも内側に
後退させる工程と、導電性材料を開口部を塞がないよう
に垂直蒸着法で堆積することにより前記基板或いはその
上に任意に設けられたエミッタ電極上に下層陰極膜及び
前記第２絶縁膜上にゲート電極をそれぞれ形成する工程
と、下層陰極膜の下面の直径より小さい径の開口部を有
するゲート電極上にその開口部を塞がないように斜め蒸
着法で犠牲層を積層する工程と、開口部を塞ぐように上
層陰極材料を垂直蒸着法で堆積することにより下層陰極
膜上に該下層陰極膜の陵の傾斜角より大きい陵の傾斜角
を有する上層陰極膜を積層形成する工程と、前記犠牲層
及び犠牲層上に積層された上層陰極膜材料を除去する工
程を含んでなることにより、先端部の曲率半径の小さな
陰極膜が容易に形成される。Next, in the method for manufacturing a field emission cathode, a step of sequentially laminating a first insulating film and a second insulating film on a substrate or an emitter electrode arbitrarily provided on the substrate, and these insulating films are formed. A step of forming a penetrating opening, a step of shaving the inner peripheral surface of the first insulating film in the opening to retreat to the inside of the second insulating film, and a conductive material vertical so as not to block the opening A step of forming a lower cathode film on the substrate or an emitter electrode arbitrarily provided on the substrate by depositing by a vapor deposition method and a gate electrode on the second insulating film, and a diameter of a lower surface of the lower cathode film. A step of stacking a sacrificial layer on the gate electrode having an opening having a small diameter by an oblique evaporation method so as not to block the opening, and a method of vertically depositing an upper cathode material so as to cover the opening. Lower layer cathode on the lower layer cathode film The step of forming an upper-layer cathode film having an inclination angle larger than the inclination angle of the ridge and the step of removing the sacrificial layer and the upper-layer cathode film material laminated on the sacrificial layer A cathode film having a small radius of curvature is easily formed.
【００３７】また、犠牲層を、マグネシウム化合物とす
ることによりリフトオフが容易になる。これは従来の犠
牲層材料であるアルミニウムや酸化アルミニウムに比
べ、酸によるエッチング速度が著しく大きいからであ
る。更に、犠牲層の除去方法を、酢酸を含む水溶液を使
用するリフトオフとすることにより、上層陰極膜にニッ
ケルを使用した場合にも、犠牲層のみが選択的にエッチ
ングされる。Lift-off is facilitated by using a magnesium compound for the sacrificial layer. This is because the etching rate by acid is remarkably higher than that of conventional sacrificial layer materials such as aluminum and aluminum oxide. Furthermore, the sacrifice layer is removed by lift-off using an aqueous solution containing acetic acid, so that only the sacrifice layer is selectively etched even when nickel is used for the upper cathode film.
【００３８】次に、上層陰極膜と下層陰極膜との間、下
層陰極膜と基板或いはその上に任意に形成されたエミッ
タ電極の間に高抵抗材料層を有することにより、負帰還
抵抗が最適化され、放出電流が安定する。Next, by providing a high resistance material layer between the upper layer cathode film and the lower layer cathode film and between the lower layer cathode film and the substrate or an emitter electrode arbitrarily formed thereon, the negative feedback resistance is optimized. And the emission current is stabilized.
【００３９】[0039]
【実施例】実施例１（参考例１）
図１は電界放出陰極の製造工程を示す図である。以下、
この図を説明する。まず、ガラスからなる絶縁性基板１
上に膜厚０．３μｍのモリブデンシリサイドからなるエ
ミッタ電極２をスパッタ法により積層した。次いで、エ
ミッタ電極上に膜厚０．７μｍのＳｉＯ2 からなる絶縁
膜３をプラズマＣＶＤ法により積層した。更に、絶縁膜
３上に膜厚０．３μｍのモリブデンシリサイドからなる
ゲート電極４をスパッタ法により積層した（図１（ａ）
参照）。EXAMPLE 1 (Reference Example 1) FIG. 1 is a diagram showing a manufacturing process of the electric field emitting cathode. Less than,
This figure will be described. First, the insulating substrate 1 made of glass
An emitter electrode 2 made of molybdenum silicide having a film thickness of 0.3 μm was laminated on the top by a sputtering method. Next, the insulating film 3 made of SiO 2 and having a film thickness of 0.7 μm was laminated on the emitter electrode by the plasma CVD method. Further, a gate electrode 4 made of molybdenum silicide having a film thickness of 0.3 μm is laminated on the insulating film 3 by a sputtering method (FIG. 1A).
reference).
【００４０】次に、レジストを塗布し、露光し、現像す
ることにより、後に陰極膜が形成される領域上に１μｍ
の開口を有するレジストパターン５を形成した（図１
（ｂ）参照）。次に、上記レジストパターン５をマスク
として反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法により、開
口下のゲート電極及び絶縁膜を取り除きエミッタ電極を
露出させることにより直径１μｍの開口部６を形成し
た。次いで、レジストパターン５を溶剤により除去した
（図１（ｃ）参照）。Next, a resist is applied, exposed, and developed to form 1 μm on the region where a cathode film will be formed later.
A resist pattern 5 having an opening is formed (see FIG. 1).
(See (b)). Next, using the resist pattern 5 as a mask, the gate electrode and the insulating film under the opening were removed by a reactive ion etching (RIE) method to expose the emitter electrode, thereby forming an opening 6 having a diameter of 1 μm. Then, the resist pattern 5 was removed with a solvent (see FIG. 1C).
【００４１】次に、ＭｇＯを斜め蒸着法により回転させ
ながら積層し膜厚０．４μｍの犠牲層７を積層した（図
１（ｄ）参照）。この犠牲層７は斜め蒸着されているの
で、ゲート電極４の側壁と絶縁膜３の側壁の上部が犠牲
層７によって覆われる。そのため後の陰極膜を堆積させ
る際に、陰極膜材料が絶縁膜３の側壁に付着することを
防ぐことができる。Then, MgO was laminated while being rotated by an oblique vapor deposition method to form a sacrificial layer 7 having a thickness of 0.4 μm (see FIG. 1D). Since the sacrificial layer 7 is obliquely deposited, the side wall of the gate electrode 4 and the upper part of the side wall of the insulating film 3 are covered with the sacrificial layer 7. Therefore, the cathode film material can be prevented from adhering to the side wall of the insulating film 3 when the cathode film is deposited later.
【００４２】次に、エミッタ電極材料としてモリブデン
からなる下層陰極膜材料９を膜厚０．６μｍで回転させ
ながら電子ビーム蒸着し、開口部６が完全に塞がる前に
蒸着を停止した。電子ビーム蒸着の条件は、真空度を５
×１０-6Ｔｏｒｒ、基板温度を１２０℃、蒸着速度を４
Å／ｓｅｃとした。この垂直蒸着により開口部６内のエ
ミッタ電極上に断面形状が台形の膜厚０．６μｍの下層
陰極膜８が形成された。なお、下層陰極膜８の陵の傾斜
角は６８．２°であった。また、犠牲膜７上の下層陰極
膜材料９の上面には下層陰極膜８の上面と同じ直径の開
口が形成された（図１（ｅ）参照）。Next, the lower cathode film material 9 made of molybdenum as an emitter electrode material was subjected to electron beam evaporation while rotating at a film thickness of 0.6 μm, and the evaporation was stopped before the opening 6 was completely closed. The conditions for electron beam evaporation are vacuum degree of 5
× 10 -6 Torr, substrate temperature 120 ° C, vapor deposition rate 4
Å / sec. By this vertical vapor deposition, a lower cathode film 8 having a trapezoidal sectional shape and a film thickness of 0.6 μm was formed on the emitter electrode in the opening 6. The inclination angle of the lower cathode film 8 was 68.2 °. In addition, an opening having the same diameter as the upper surface of the lower cathode film 8 was formed on the upper surface of the lower cathode film material 9 on the sacrificial film 7 (see FIG. 1E).
【００４３】次に、下層陰極膜材料９上にエミッタ電極
材料としてニッケルからなる上層陰極膜材料１１を膜厚
０．８μｍで回転させながら開口を塞ぐまで電子ビーム
蒸着した。電子ビーム蒸着の条件は、真空度を５×１０
-6Ｔｏｒｒ、基板温度を１２０℃、蒸着速度を４Å／ｓ
ｅｃとした。この垂直蒸着により下層陰極膜８上に膜厚
０．４μｍの上層陰極膜１０が形成された（図１（ｆ）
参照）。なお上層陰極膜１０の陵の傾斜角は７８．７°
であった。Next, electron beam evaporation was performed on the lower layer cathode film material 9 while the upper layer cathode film material 11 made of nickel as an emitter electrode material was rotated at a film thickness of 0.8 μm until the opening was closed. The conditions for electron beam evaporation are vacuum degree of 5 × 10 5.
-6 Torr, substrate temperature 120 ° C, deposition rate 4Å / s
ec. By this vertical vapor deposition, the upper cathode film 10 having a thickness of 0.4 μm was formed on the lower cathode film 8 (FIG. 1 (f)).
reference). The inclination angle of the ridge of the upper cathode film 10 is 78.7 °.
Met.
【００４４】更に、酢酸水溶液で犠牲層７を溶解するこ
とにより、上層及び下層陰極膜材料（９，１１）が同時
にリフトオフされ、本発明の電界放出陰極が形成された
（図１（ｇ）参照）。なお酢酸水溶液を使用したのは、
ニッケルは燐酸等には侵されるが、酢酸には侵されない
からである。この実施例により形成された陰極膜は、上
層陰極膜１０の先端の曲率半径がモリブデン単独の陰極
膜より小さいので、低電圧で電子を放出できた。Further, by dissolving the sacrificial layer 7 with an aqueous acetic acid solution, the upper and lower cathode film materials (9, 11) were simultaneously lifted off, and the field emission cathode of the present invention was formed (see FIG. 1 (g)). ). The acetic acid solution was used
This is because nickel is attacked by phosphoric acid and the like, but not by acetic acid. In the cathode film formed in this example, the radius of curvature of the tip of the upper cathode film 10 was smaller than that of the cathode film made of molybdenum alone, so that electrons could be emitted at a low voltage.
【００４５】実施例２（参考例２）
図２は電界放出陰極の製造工程を示す図である。以下、
この図を説明する。まず、ガラスからなる絶縁性基板１
上に膜厚０．３μｍのモリブデンシリサイドからなるエ
ミッタ電極２を蒸着法により積層した。次いで、エミッ
タ電極上に膜厚０．５μｍのＳｉＯ2 からなる絶縁膜３
をプラズマＣＶＤ法により積層した。更に、絶縁膜３上
に膜厚０．２μｍのモリブデンシリサイドからなる第１
ゲート電極１５をスパッタ法により積層した（図２
（ａ）参照）。[0045] Example 2 (Reference Example 2) FIG. 2 is a diagram showing a manufacturing process of the electric field emitting cathode. Less than,
This figure will be described. First, the insulating substrate 1 made of glass
An emitter electrode 2 made of molybdenum silicide having a film thickness of 0.3 μm was laminated on the top by an evaporation method. Then, an insulating film 3 made of SiO 2 and having a film thickness of 0.5 μm is formed on the emitter electrode.
Were laminated by the plasma CVD method. Further, a first molybdenum silicide film having a thickness of 0.2 μm is formed on the insulating film 3.
The gate electrode 15 was laminated by the sputtering method (see FIG. 2).
(See (a)).
【００４６】次に、レジストを塗布し、露光し、現像す
ることにより、後に陰極膜が形成される領域上に１μｍ
の開口を有するレジストパターン５を形成した（図２
（ｂ）参照）。次に、上記レジストパターン５をマスク
として反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法により、開
口下の第１ゲート電極１５及び絶縁膜３を取り除きエミ
ッタ電極２を露出させることにより直径１μｍの開口を
形成した。次いで、レジストパターン５を溶剤により除
去した。更に、フッ酸を用いてウエットエンチングを行
い絶縁膜３を後退させ、第１ゲート電極１５に形成され
た直径１μｍの開口下に直径１．４μｍの開口部１６を
形成した（図２（ｃ）参照）。Next, a resist is applied, exposed, and developed to form an area of 1 μm on a region where a cathode film will be formed later.
A resist pattern 5 having an opening is formed (see FIG. 2).
(See (b)). Next, by using the resist pattern 5 as a mask, the first gate electrode 15 and the insulating film 3 under the opening were removed by a reactive ion etching (RIE) method to expose the emitter electrode 2 to form an opening having a diameter of 1 μm. Then, the resist pattern 5 was removed with a solvent. Further, wet etching is performed using hydrofluoric acid to retreat the insulating film 3 to form an opening 16 having a diameter of 1.4 μm under the opening having a diameter of 1 μm formed in the first gate electrode 15 (see FIG. )reference).
【００４７】次に、電子ビーム蒸着により回転させなが
らチタンからなる第２ゲート電極１２を膜厚０．４μｍ
で積層した。電子ビーム蒸着の条件は、真空度を５×１
０-6Ｔｏｒｒ、基板温度を１２０℃、蒸着速度を４Å／
ｓｅｃとした。この垂直蒸着により開口部１６内のエミ
ッタ電極２上に下層陰極膜８が形成された。なお、下層
陰極膜８の陵の傾斜角は５３．１°であった。更に、開
口部１６上にテーパー形状でかつ第２ゲート電極の上面
に開口部１６より小さい径の開口が形成された（図２
（ｄ）参照）。第１ゲート電極１５上に形成された第２
ゲート電極１２は第１ゲート電極１５と共にゲート電極
として機能する。Next, the second gate electrode 12 made of titanium is rotated by electron beam evaporation to form a film having a thickness of 0.4 μm.
It was laminated with. The conditions for electron beam evaporation are vacuum degree of 5 × 1.
0 -6 Torr, substrate temperature 120 ° C, evaporation rate 4Å /
It was set to sec. By this vertical vapor deposition, the lower layer cathode film 8 was formed on the emitter electrode 2 in the opening 16. The inclination angle of the lower cathode film 8 was 53.1 °. Further, an opening having a tapered shape and having a diameter smaller than that of the opening 16 was formed on the upper surface of the second gate electrode on the opening 16 (FIG. 2).
(See (d)). The second formed on the first gate electrode 15
The gate electrode 12 functions as a gate electrode together with the first gate electrode 15.
【００４８】次に、ＭｇＯを斜め蒸着法により回転させ
ながら積層し膜厚０．２μｍの犠牲層７を積層した（図
２（ｅ）参照）。この犠牲層７は斜め蒸着されているの
で、第２ゲート電極１２の側壁が犠牲層７によって覆わ
れる。そのため後の上層陰極膜を堆積させる際に、陰極
膜材料が絶縁膜３の側壁に付着することを防ぐことがで
きる。Next, MgO was laminated while being rotated by an oblique vapor deposition method to form a sacrifice layer 7 having a film thickness of 0.2 μm (see FIG. 2E). Since the sacrificial layer 7 is obliquely deposited, the side wall of the second gate electrode 12 is covered with the sacrificial layer 7. Therefore, it is possible to prevent the cathode film material from adhering to the side wall of the insulating film 3 when depositing the upper cathode film later.
【００４９】次に、エミッタ材料としてニッケルからな
る上層陰極膜材料１３を、膜厚１．０μｍで回転させな
がら開口を塞ぐまで電子ビーム蒸着した。電子ビーム蒸
着の条件は、真空度を５×１０-6Ｔｏｒｒ、基板温度を
１２０℃、蒸着速度を４Å／ｓｅｃとした。この垂直蒸
着により下層陰極膜８上に膜厚０．７μｍの上層陰極膜
１０が形成された（図２（ｆ）参照）。なお上層陰極膜
１０の陵の傾斜角は７８．７°であった。Next, an upper cathode film material 13 made of nickel as an emitter material was subjected to electron beam vapor deposition until the opening was closed while rotating at a film thickness of 1.0 μm. The conditions of electron beam evaporation were such that the degree of vacuum was 5 × 10 −6 Torr, the substrate temperature was 120 ° C., and the evaporation rate was 4Å / sec. By this vertical vapor deposition, the upper cathode film 10 having a thickness of 0.7 μm was formed on the lower cathode film 8 (see FIG. 2 (f)). The inclination angle of the upper cathode film 10 was 78.7 °.
【００５０】更に、酢酸水溶液で犠牲層７を溶解するこ
とにより、犠牲層７上の上層陰極膜材料１３も同時に除
去され、本発明の電界放出陰極が形成された（図２
（ｇ）参照）。この実施例により形成された陰極膜は、
実施例１の陰極膜の効果に加えて、ゲート電極と下層陰
極膜を同時に形成できるので、製造工程を簡略化でき
た。また、ゲート径を小さくできるので、陰極膜先端で
の電界集中を強めることができ、電子引き出し電圧を低
減できた。Further, by dissolving the sacrificial layer 7 with an aqueous acetic acid solution, the upper cathode film material 13 on the sacrificial layer 7 was simultaneously removed, and the field emission cathode of the present invention was formed (FIG. 2).
(See (g)). The cathode film formed by this example is
In addition to the effect of the cathode film of Example 1, the gate electrode and the lower-layer cathode film can be formed simultaneously, so that the manufacturing process can be simplified. Further, since the gate diameter can be reduced, the electric field concentration at the tip of the cathode film can be strengthened, and the electron extraction voltage can be reduced.
【００５１】実施例３
実施例１の図１（ｅ）の工程において、下層陰極膜８の
膜厚を０．２μｍとし、上層陰極膜１０を形成する前
に、膜厚０．４μｍのシリコンからなる高抵抗材料層１
４を積層した以外は、実施例１と同様に電界放出陰極を
形成した（図３参照）。Example 3 In the step of FIG. 1 (e) of Example 1, the lower cathode film 8 was made to have a thickness of 0.2 μm, and before the upper cathode film 10 was formed, a silicon film having a thickness of 0.4 μm was formed. High resistance material layer 1
A field emission cathode was formed in the same manner as in Example 1 except that No. 4 was laminated (see FIG. 3).
【００５２】高抵抗材料層１４は負帰還抵抗として働く
ので、エミッタに流れる電流を制限し、ＦＥＡの放出電
流の一様性を向上させることができた。また、高抵抗材
料層１４の膜厚を調節することにより負帰還抵抗の値を
最適化することができた。
実施例４
実施例２の図２において、絶縁膜３の膜厚を０．７μｍ
とし、第２ゲート電極１２の膜厚を０．２μｍとし、上
層陰極膜１３を形成する前に、膜厚０．４μｍのシリコ
ンからなる高抵抗材料層１４を積層した以外は、実施例
２と同様に電界放出陰極を形成した（図４参照）。Since the high resistance material layer 14 functions as a negative feedback resistance, the current flowing through the emitter can be limited and the uniformity of the emission current of the FEA can be improved. Further, the value of the negative feedback resistance could be optimized by adjusting the film thickness of the high resistance material layer 14. Example 4 In FIG. 2 of Example 2, the thickness of the insulating film 3 was 0.7 μm.
Example 2 except that the second gate electrode 12 has a film thickness of 0.2 μm, and the high-resistance material layer 14 made of silicon and having a film thickness of 0.4 μm is laminated before the upper cathode film 13 is formed. Similarly, a field emission cathode was formed (see FIG. 4).
【００５３】高抵抗材料層１４は負帰還抵抗として働く
ので、エミッタに流れる電流を制限し、ＦＥＡの放出電
流の一様性を向上させることができた。また、高抵抗材
料層１４の膜厚を調節することにより負帰還抵抗の値を
最適化することができた。
参考例３
蒸着法によって形成される陰極膜の形状は、陰極膜に使
用される材料によって一般に異なる。ニッケル、金及び
白金は蒸着膜厚に対するゲート口径の縮小幅が小さい材
料である。従って、上記金属をモリブデンの陰極膜を形
成する場合と同じ膜厚で蒸着しても開口部は塞がらず、
先端の尖ったコーン状の陰極膜にはならなかった。Since the high resistance material layer 14 functions as a negative feedback resistance, the current flowing through the emitter can be limited and the uniformity of the emission current of the FEA can be improved. Further, the value of the negative feedback resistance could be optimized by adjusting the film thickness of the high resistance material layer 14. Reference Example 3 The shape of the cathode film formed by the vapor deposition method generally differs depending on the material used for the cathode film. Nickel, gold, and platinum are materials that have a small gate aperture reduction width with respect to the vapor deposition film thickness. Therefore, even if the above metal is vapor-deposited with the same film thickness as when forming the cathode film of molybdenum, the opening is not closed,
It did not become a cone-shaped cathode film with a sharp tip.
【００５４】上記金属単独で陰極膜を形成するには、開
口部の直径を０．５μｍ程度とする必要があるが、０．
５μｍ径の円形のレジストパターンを形成するには特殊
な方法が要求され、その形成は困難であった。また、ゲ
ート電極及び絶縁膜の膜厚を大きくして開口部を深く
し、上記金属の膜厚を厚くして陰極膜を高くする方法も
考えられるが、これら膜に働く応力によって膜の剥離が
生じた。In order to form the cathode film with the above metal alone, the diameter of the opening must be about 0.5 μm.
A special method is required to form a circular resist pattern having a diameter of 5 μm, and the formation thereof is difficult. Another possible method is to increase the film thickness of the gate electrode and the insulating film to deepen the opening and increase the film thickness of the above metal to raise the cathode film. However, the stress acting on these films may cause film peeling. occured.
【００５５】なお、第１ゲート電極１５は絶縁膜に代え
てもよく、その場合は第２ゲート電極がゲート電極とな
る。The first gate electrode 15 may be replaced with an insulating film, in which case the second gate electrode becomes the gate electrode.
【００５６】[0056]
【発明の効果】本発明の電界放出陰極は、基板或いはそ
の上に任意に設けられたエミッタ電極上に開口部を有す
る絶縁膜及びゲート電極が積層され、前記開口部中に少
なくとも上層及び下層の２層からなる陰極膜が形成さ
れ、上層陰極膜の陵の傾斜角が下層陰極膜の陵の傾斜角
より大きい構造を有しているので、上層陰極膜は先端部
の曲率半径を小さい陰極膜を形成でき、単一の材料から
なる陰極膜よりも低い電圧で電子を引き出すことができ
る。According to the field emission cathode of the present invention, an insulating film having an opening and a gate electrode are laminated on a substrate or an emitter electrode arbitrarily provided on the substrate, and at least an upper layer and a lower layer are formed in the opening. Since the cathode film having two layers is formed and the inclination angle of the ridge of the upper cathode film is larger than the inclination angle of the ridge of the lower cathode film, the upper cathode film has a small radius of curvature at the tip. Can be formed, and electrons can be extracted at a voltage lower than that of a cathode film made of a single material.
【００５７】次に、本発明の第１の電界放出陰極の製造
方法によれば、陰極膜が、開口部を塞がないように斜め
蒸着法で犠牲層をゲート電極上に積層する工程と、開口
部を塞がないように下層陰極膜材料を垂直蒸着法で堆積
することにより基板或いはその上に任意に設けられたエ
ミッタ電極上に下層陰極膜を形成する工程と、上層陰極
膜材料を開口部を塞ぐように垂直蒸着法で堆積すること
により下層陰極膜上に下層陰極膜の陵の傾斜角より大き
い陵の傾斜角を有する上層陰極膜を積層形成する工程を
経て形成されるので、先端部の曲率半径の小さな陰極膜
を容易に形成することができる。Next, according to the first method for manufacturing a field emission cathode of the present invention, a step of laminating a sacrificial layer on the gate electrode by oblique vapor deposition so that the cathode film does not block the opening, Forming the lower layer cathode film material on the substrate or the emitter electrode optionally provided on the substrate by depositing the lower layer cathode film material by vertical vapor deposition so as not to block the opening; and opening the upper layer cathode film material. Since the upper cathode film having a slope angle larger than the slope angle of the lower cathode film is laminated on the lower cathode film by depositing by a vertical evaporation method so as to block the portion, the tip is formed. The cathode film having a small radius of curvature can be easily formed.
【００５８】更に、本発明の第２の電界放出陰極の製造
方法によれば、陰極膜が、開口部内の絶縁膜の内周面を
削って第１ゲート電極よりも内側に後退させる工程と、
導電材料を開口部を塞がないように垂直蒸着法で堆積す
ることにより前記基板或いはその上に任意に設けられた
エミッタ電極上に下層陰極膜及び第１ゲート電極上に第
２ゲート電極を形成する工程と、下層陰極膜の下面の直
径より小さい径の開口部を有する第２ゲート電極上にそ
の開口部を塞がないように斜め蒸着法で犠牲層を積層す
る工程と、開口部を塞ぐように上層陰極膜材料を垂直蒸
着法で堆積することにより下層陰極膜上に下層陰極膜の
陵の傾斜角より大きい陵の傾斜角を有する上層陰極膜を
積層形成する工程を経て形成されるので、エミッタ形成
時と同じ原理でゲート口径を小さくすることができ、陰
極膜先端での電界集中を強めることができるため、電子
引き出し電圧を低減できる。Further, according to the second method for manufacturing a field emission cathode of the present invention, a step of removing the inner peripheral surface of the insulating film in the opening so that the cathode film retreats inward from the first gate electrode,
By depositing a conductive material by vertical vapor deposition so as not to block the opening, a lower cathode film is formed on the substrate or an emitter electrode arbitrarily provided on the substrate, and a second gate electrode is formed on the first gate electrode. And a step of stacking a sacrificial layer on the second gate electrode having an opening having a diameter smaller than the diameter of the lower surface of the lower cathode film by an oblique vapor deposition method so as not to close the opening, and closing the opening As described above, since the upper cathode film material is deposited by the vertical vapor deposition method, the upper cathode film having a slope angle larger than the slope angle of the lower cathode film is formed on the lower cathode film by a lamination process. Since the gate diameter can be reduced and the electric field concentration at the tip of the cathode film can be strengthened by the same principle as when forming the emitter, the electron extraction voltage can be reduced.
【００５９】次に、電界放出陰極の製造方法が、基板或
いはその上に任意に設けられたエミッタ電極上に第１絶
縁膜及び第２絶縁膜を順に積層形成する工程と、これら
各絶縁膜を貫通する開口部を形成する工程と、開口部内
の第１絶縁膜の内周面を削って第２絶縁膜よりも内側に
後退させる工程と、導電性材料を開口部を塞がないよう
に垂直蒸着法で堆積することにより前記基板或いはその
上に任意に設けられたエミッタ電極上に下層陰極膜及び
前記第２絶縁膜上にゲート電極をそれぞれ形成する工程
と、下層陰極膜の下面の直径より小さい径の開口部を有
するゲート電極上にその開口部を塞がないように斜め蒸
着法で犠牲層を積層する工程と、開口部を塞ぐように上
層陰極材料を垂直蒸着法で堆積することにより下層陰極
膜上に該下層陰極膜の陵の傾斜角より大きい陵の傾斜角
を有する上層陰極膜を積層形成する工程と、前記犠牲層
及び犠牲層上に積層された上層陰極膜材料を除去する工
程を含んでなることにより、先端部の曲率半径の小さな
陰極膜を容易に形成できる。Next, in the method for manufacturing a field emission cathode, a step of sequentially stacking a first insulating film and a second insulating film on a substrate or an emitter electrode arbitrarily provided on the substrate, and these insulating films are formed. A step of forming a penetrating opening, a step of shaving the inner peripheral surface of the first insulating film in the opening to retreat to the inside of the second insulating film, and a conductive material vertical so as not to block the opening A step of forming a lower cathode film on the substrate or an emitter electrode arbitrarily provided on the substrate by depositing by a vapor deposition method and a gate electrode on the second insulating film, and a diameter of a lower surface of the lower cathode film. A step of stacking a sacrificial layer on the gate electrode having an opening having a small diameter by an oblique evaporation method so as not to block the opening, and a method of vertically depositing an upper cathode material so as to cover the opening. Lower layer cathode on the lower layer cathode film The step of forming an upper-layer cathode film having an inclination angle larger than the inclination angle of the ridge and the step of removing the sacrificial layer and the upper-layer cathode film material laminated on the sacrificial layer A cathode film having a small radius of curvature can be easily formed.
【００６０】また、犠牲層を、マグネシウムを含む化合
物とすることによりリフトオフを容易に行うことができ
る。更に、犠牲層の除去方法を、酢酸を含む水溶液を使
用するリフトオフとすることにより犠牲層のみを選択的
に歩留り良くエッチングすることができる。また、上層
陰極膜にニッケル、金或いは白金を使用し、下層陰極膜
にモリブデン、チタン或いはタングステンを使用するこ
とにより、上層陰極膜は先端部の曲率半径を小さい陰極
膜を形成することができる。従って、モリブデンのみで
形成した陰極膜に比べて、低い電圧で電子を引き出すこ
とができる。また、上層陰極膜のニッケル、金或いは白
金は化学的に安定であり、酸化及びガス吸着に起因する
電流変動を抑えることができる。Lift-off can be easily performed by using a compound containing magnesium for the sacrificial layer. Further, the sacrifice layer can be selectively etched with high yield by using lift-off using an aqueous solution containing acetic acid as the sacrifice layer removal method. Further, by using nickel, gold or platinum for the upper layer cathode film and using molybdenum, titanium or tungsten for the lower layer cathode film, the upper layer cathode film can form a cathode film having a small radius of curvature at the tip. Therefore, it is possible to extract electrons at a lower voltage than a cathode film formed of only molybdenum. Further, nickel, gold or platinum of the upper cathode film is chemically stable, and it is possible to suppress the current fluctuation due to oxidation and gas adsorption.
【００６１】更に、上層陰極膜と下層陰極膜との間、下
層陰極膜と基板或いはその上に任意に形成されたエミッ
タ電極との間に高抵抗材料層を有することにより、素子
の特性のばらつきを抑えることができる。Further, by providing a high resistance material layer between the upper layer cathode film and the lower layer cathode film, and between the lower layer cathode film and the substrate or an emitter electrode arbitrarily formed on the substrate, a variation in the characteristics of the device can be achieved. Can be suppressed.
【図１】本発明の電界放出陰極の概略製造工程図であ
る。FIG. 1 is a schematic manufacturing process diagram of a field emission cathode of the present invention.
【図２】本発明の電界放出陰極の概略製造工程図であ
る。FIG. 2 is a schematic manufacturing process diagram of a field emission cathode of the present invention.
【図３】本発明の電界放出陰極の概略断面図である。FIG. 3 is a schematic sectional view of a field emission cathode of the present invention.
【図４】本発明の電界放出陰極の概略断面図である。FIG. 4 is a schematic sectional view of a field emission cathode of the present invention.
【図５】従来の電界放出陰極の概略製造工程図である。FIG. 5 is a schematic manufacturing process diagram of a conventional field emission cathode.
１ 基板 ２ エミッタ電極 ３ 絶縁膜 ４ ゲート電極 ５ レジストパターン ６ 開口部 ７ 犠牲層 ８ 下層陰極膜 ９ 下層陰極膜材料 １０ 上層陰極膜 １１ 上層陰極膜材料 １２ 第２ゲート電極 １３ 上層陰極膜材料 １４ 高抵抗材料層 １５ 第１ゲート電極 １６ 開口部 ５１ 基板 ５２ エミッタ電極 ５３ 絶縁膜 ５４ ゲート電極 ５５ レジストパターン ５６ 開口部 ５７ 犠牲層 ５８ 陰極膜材料 ５９ 陰極膜 1 substrate 2 Emitter electrode 3 insulating film 4 gate electrode 5 resist pattern 6 openings 7 Sacrifice layer 8 Lower cathode film 9 Lower layer cathode material 10 Upper cathode film 11 Upper layer cathode material 12 Second gate electrode 13 Upper layer cathode material 14 High resistance material layer 15 First gate electrode 16 openings 51 substrate 52 Emitter electrode 53 insulating film 54 Gate electrode 55 resist pattern 56 openings 57 Sacrificial layer 58 Cathode Membrane Material 59 Cathode film
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 豊田 治 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 平８−87959（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−254358（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−20592（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−60805（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−131970（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01J 1/304 H01J 9/02 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Osamu Toyoda 1015 Kamiotanaka, Nakahara-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture, Fujitsu Limited (56) References JP-A-8-87959 (JP, A) JP-A-7-254358 (JP, A) JP-A-6-20592 (JP, A) JP-A-6-60805 (JP, A) JP-A-6-131970 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7) , DB name) H01J 1/304 H01J 9/02
Claims (6)
ミッタ電極上に開口部を有する絶縁膜及びゲート電極が
積層され、前記開口部中に少なくとも上層陰極膜、高抵
抗材料層及び下層陰極膜、又は上層陰極膜、下層陰極膜
及び高抵抗材料層からなる陰極膜が形成され、上層陰極
膜の陵の傾斜角が下層陰極膜の陵の傾斜角より大きく、
上層陰極膜、下層陰極膜及び高抵抗材料層が、それぞ
れ、ニッケル、モリブデン及びシリコン、又はニッケ
ル、チタン及びシリコンの層からなることを特徴とする
電界放出陰極。1. An insulating film having an opening and a gate electrode are laminated on a substrate or an emitter electrode arbitrarily provided on the substrate, and at least an upper cathode film and a high resistance film are provided in the opening.
Anti-material layer and lower layer cathode film, or upper layer cathode film, lower layer cathode film
And the high-resistance material cathode film made of layers is formed, the inclination angle of the ridge of the upper cathode layer is rather larger than the inclination angle of the ridge of the lower cathode layer,
The upper cathode film, the lower cathode film and the high resistance material layer are respectively
Nickel, molybdenum and silicon, or nickel
A field emission cathode comprising a layer of titanium, titanium and silicon .
ように斜め蒸着法で犠牲層をゲート電極上に積層する工
程と、開口部を塞がないように下層陰極膜材料を垂直蒸
着法で堆積することにより基板或いはその上に任意に設
けられたエミッタ電極上に下層陰極膜を形成する工程
と、下層陰極層の形成前又は形成後に開口部を塞がない
ように高抵抗材料層材料を垂直蒸着法で堆積することに
より高抵抗材料層を形成する工程と、上層陰極膜材料を
開口部を塞ぐように垂直蒸着法で堆積することにより下
層陰極膜又は高抵抗材料層上に下層陰極膜の陵の傾斜角
より大きい陵の傾斜角を有する上層陰極膜を積層形成す
る工程を経て形成されることを特徴とする電界放出陰極
の製造方法。2. The cathode film according to claim 1, wherein a sacrificial layer is laminated on the gate electrode by an oblique vapor deposition method so as not to block the opening, and a lower layer cathode film material is provided so as not to cover the opening. Forming a lower-layer cathode film on a substrate or an emitter electrode arbitrarily provided on the substrate by depositing by a vertical vapor deposition method, and not closing the opening before or after forming the lower-layer cathode layer
To deposit high resistance material layer material by vertical evaporation method
A step of forming a higher resistance material layer and depositing an upper layer cathode film material by a vertical vapor deposition method so as to close the opening, thereby making it larger than the inclination angle of the ridge of the lower layer cathode film or the lower layer cathode film on the high resistance material layer. A method for manufacturing a field emission cathode, which is formed through a step of stacking and forming an upper layer cathode film having a slope angle of inclination.
の内周面を削って第１ゲート電極よりも内側に後退させ
る工程と、導電材料を開口部を塞がないように垂直蒸着
法で堆積することにより前記基板或いはその上に任意に
設けられたエミッタ電極上に下層陰極膜及び第１ゲート
電極上に第２ゲート電極を形成する工程と、下層陰極膜
の下面の直径より小さい径の開口部を有する第２ゲート
電極上にその開口部を塞がないように斜め蒸着法で犠牲
層を積層する工程と、開口部を塞がないように高抵抗材
料層材料を垂直蒸着法で堆積することにより高抵抗材料
層を形成する工程と、開口部を塞ぐように上層陰極膜材
料を垂直蒸着法で堆積することにより高抵抗材料層上に
下層陰極膜の陵の傾斜角より大きい陵の傾斜角を有する
上層陰極膜を積層形成する工程を経て形成されることを
特徴とする電界放出陰極の製造方法。3. The cathode film according to claim 1, wherein the step of removing the inner peripheral surface of the insulating film in the opening to retreat to the inside of the first gate electrode, and the conductive material being perpendicular to the opening so as not to block the opening. A step of forming a lower cathode film and a second gate electrode on the first gate electrode on the substrate or an emitter electrode optionally provided on the substrate by deposition by an evaporation method; and a diameter of a lower surface of the lower cathode film. A step of laminating a sacrificial layer on the second gate electrode having a small diameter opening so as not to block the opening, and a high resistance material so as not to block the opening.
High-resistivity material by depositing material layer material by vertical evaporation method
A step of forming a layer and an upper layer cathode having a slope angle larger than the slope angle of the lower cathode film on the high resistance material layer by depositing the upper cathode film material by vertical vapor deposition so as to block the opening. A method for manufacturing a field emission cathode, which is formed through a step of forming a film by lamination.
ミッタ電極上に第１絶縁膜及び第２絶縁膜を順に積層形
成する工程と、これら各絶縁膜を貫通する開口部を形成
する工程と、開口部内の第１絶縁膜の内周面を削って第
２絶縁膜よりも内側に後退させる工程と、導電性材料を
開口部を塞がないように垂直蒸着法で堆積することによ
り前記基板或いはその上に任意に設けられたエミッタ電
極上に下層陰極膜及び前記第２絶縁膜上にゲート電極を
それぞれ形成する工程と、下層陰極膜の下面の直径より
小さい径の開口部を有するゲート電極上にその開口部を
塞がないように斜め蒸着法で犠牲層を積層する工程と、
開口部を塞がないようにシリコンからなる高抵抗材料層
材料を垂直蒸着法で堆積することにより高抵抗材料層を
形成する工程と、開口部を塞ぐように上層陰極材料を垂
直蒸着法で堆積することにより高抵抗材料層上に該下層
陰極膜の陵の傾斜角より大きい陵の傾斜角を有する上層
陰極膜を積層形成する工程と、前記犠牲層及び犠牲層上
に積層された上層陰極膜材料及び高抵抗材料を除去する
工程を含んでなることを特徴とする電界放出陰極の製造
方法。4. A step of sequentially laminating a first insulating film and a second insulating film on a substrate or an emitter electrode arbitrarily provided on the substrate, and a step of forming an opening penetrating each insulating film. The step of shaving the inner peripheral surface of the first insulating film in the opening to retreat to the inside of the second insulating film, and depositing a conductive material by vertical vapor deposition so as not to block the opening Alternatively, a step of forming a gate electrode on the lower cathode film and the second insulating film on an emitter electrode optionally provided thereon, and a gate electrode having an opening having a diameter smaller than the diameter of the lower surface of the lower cathode film. Stacking a sacrificial layer by an oblique vapor deposition method so as not to block the opening on the top,
High resistance material layer made of silicon so as not to block the opening
A high resistance material layer is formed by depositing the material by the vertical vapor deposition method.
The step of forming and the upper cathode material having a slope angle larger than the slope angle of the lower cathode film is deposited on the high resistance material layer by depositing the upper cathode material by vertical vapor deposition so as to close the opening. A method of manufacturing a field emission cathode, comprising: a step of forming a laminated layer; and a step of removing the sacrificial layer, an upper layer cathode film material and a high resistance material laminated on the sacrificial layer.
求項２〜４いずれか１つに記載の製造方法。5. The manufacturing method according to claim 2 , wherein the sacrificial layer is a magnesium compound.
より除去される請求項２〜５いずれか１つに記載の製造
方法。6. The manufacturing method according to claim 2, wherein the sacrificial layer is removed by an aqueous solution containing at least acetic acid.
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