JPH0595140A - ドープされた半導体材料から成る導電性先端の製造方法 - Google Patents
ドープされた半導体材料から成る導電性先端の製造方法Info
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Abstract
することのできる導電性先端の製造法を得る。 【構成】 半導体材料が選択的エピタキシーに際して成
長しない物質を少なくともその表面及び直接基板(1)
上に含むマスク層2、3、4を、半導体材料から成る基
板1上に製造する。このマスク層2、3、4中に基板1
の表面が露出する開口6を製造する。基板1の表面に対
して平行な方向での層成長が基板1の表面に対して垂直
な方向におけるよりも小さい選択的エピタキシーによ
り、導電性先端7を基板1の露出表面上に製造する。
Description
から成る導電性先端の製造方法に関する。
からなる冷電界放出は電子デバイス及び表示装置に益々
利用されてきている。
論文「IEEE Trans.ED」第36巻、第11
号(1989年)、第2651頁〜第2657頁から例
えば冷陰極三極管が公知である。この公知のデバイスに
おいてはシリコンウェハ上に陰極を形成するシリコン先
端が設けられている。この陰極から絶縁されて先端に対
向して平面陽極が配設されている。陰極の頂部には陰極
及び陽極から絶縁されて環状にゲート電極が配設されて
いる。陰極(負)と陽極(正)との間にVAKの大きさの
電圧が加えられると、陰極は107 V/cmの大きさの
電界強度で電子を放出する。この電界強度はVAK/rに
比例するが、その際rは陰極の先端半径を表す。ゲート
電極に電圧を加えることにより電子電流を制御すること
が可能となる。
陽極(板)の形状が異なることによって生じる。従って
陰極での放出電界強度は平面陽極におけるよりも極めて
小さい電圧VAKで得られる。
EEE Trans.ED」第36巻、第11号(19
89年)、第2703頁〜第2708頁及びトーマス
(R.N.Thomas)その他の論文「Solid
St.Electr.」1974年、第17巻、第15
5頁〜第163頁からエミッタ先端の製造方法は公知で
ある。この場合フォトリソグラフィ法により酸化シリコ
ンウェハ上に例えば環状の領域を、その環状領域の中央
に酸化部位が残るようにエッチング露出させる。その後
異方性又は等方性エッチングにより環の中央に残された
酸化部位をアンダーエッチングする。その際珪素の結晶
構造により相応する側面例えば<111>〜<100>
面を有する先端が生じる。アンダーエッチングの終了
後、酸化部位を剥離し、先端を露出させる。
る場合、先端の形状、従ってその放出力は腐食率の部分
的な変動によって影響される。
先端半径を容易に制御可能に調整することのできる、導
電性先端の製造方法を提供することを課題とする。
ば請求項1に記載した方法により解決される。
でマスク構造物に小面が生じるという事実を利用する。
この場合先端を選択的エピタキシーにより成長させる開
口の直径が先端の高さの2倍以下である場合に点状の先
端が生じる。
三重層として構成する。この場合基板上に、選択的エピ
タキシーに際して半導体材料が成長しない物質からなる
第1層を施す。この第1層上に、ドープされた半導体材
料からなる第2層を施す。第2層上に選択的エピタキシ
ーに際して半導体材料が成長しない物質からなる第3層
を施す。この場合導電性先端を形成させるための選択的
エピタキシーで、半導体材料は第2層の側面にも成長す
る。
法により製造する。この場合第2層を等方性エッチング
処理で第3層の下まで一定の範囲でアンダーエッチング
することは本発明の枠内にある。このアンダーエッチン
グを介して、第2層の側面に成長した半導体材料と導電
性先端との間隔を調整することができる。
明かである。
述する。
ΩcmSbでドープされた珪素<100>から成る基板
1上に、第1絶縁層2を全面的に施す(図1参照)。こ
の第1絶縁層2は例えば厚さ0.1〜0.5μmであ
り、例えば熱又はCVD二酸化珪素から成る。この第1
絶縁層2上に導電性層3を施す。導電性層3は例えばn
+ ドープされたアモルファス珪素から成り、例えば厚さ
0.1μmである。
第2絶縁層4は例えば厚さ0.1〜0.2μmである。
第2絶縁層4は例えば厚さ約50nmの熱酸化珪素と厚
さ約0.1〜0.2μmのLPCVD燐化硼珪酸ガラス
層とから成る二重層として形成されている。平滑な表面
を得るために燐化硼珪酸ガラス層を900℃で湿式焼結
する。
心塗布し、フォトリソグラフィ法により構造化する。構
造化されたフォトレジスト層5をエッチングマスクとし
て使用して、適当な異方性エッチング法で第2絶縁層4
及び導電性層3中に開口6をエッチングする(図2参
照)。この開口6は例えば0.6μmの幅wを有する。
2絶縁層4の下方に向けてエッチングする(図3参
照)。このような湿式化学的等方性エッチングはエッチ
ング時間により良好に制御することができる。第2絶縁
層4の下方での導電性層3のアンダーエッチングは例え
ばx=0.8μmである。
自己調整下に、元のフォトレジスト層5をエッチングマ
スクとして使用して基板1の表面が露出するまで異方性
エッチングする(図4参照)。こうして開口6は基板1
の表面にまで拡大される。
る。基板1の露出された表面を、次の選択的シリコンエ
ピタキシーに備えるために公知の洗浄処理を行う。
う。析出処理に際しては例えば次の処理パラメータを遵
守する。プロセスガスとしてHClを流量140scc
mで、SiCl2 H2 を流量200sccmで、PH3
を流量300sccmで及びH2 を流量60slm(1
分間当りの標準リットル)で使用する。総圧力は13.
3hPaである。基板1の温度は850℃に維持する。
露出表面に、その場でドープされたn+ 導電性のピラミ
ッド状先端7が成長する(図5参照)。点状先端が生じ
るためには、先端7の高さが開口6の幅の2分の1(w
/2)よりも大きいことが重要である。
なる導電性層3の露出する稜にも多結晶のシリコン構造
物8が成長する(図5参照)。第1絶縁層2の厚さは、
先端7が多結晶シリコン構造物8の高さ位置にある点状
先端を形成するように開口6の幅wに適合させる。多結
晶シリコン構造物8と先端7aとの間隔は、開口6+x
(xは第2絶縁層4の下方における導電性層3のアンダ
ーエッチングの広がりである)の幅の2分の1(w/
2)よりも小さい。従ってこの間隔aは意図したアンダ
ーエッチングxによって任意に調整することができる。
間隔aは解像能又はフォトリソグラフィの調整許容範囲
とは無関係である。例えばwが0.3μmより小さい開
口6を構造化するためのサブミクロンリソグラフィを使
用することによって先端7を、これが使用電圧10V以
下の冷陰極に必要とされるような形状で製造することが
できる。
放出率は露出しているシリコン表面上に選択的に施され
た金属層7aによって改善することができる(図5参
照)。これは例えば選択的金属CVD析出法を用いてか
又は選択的珪化法によって行われる。金属層7aは例え
ばTiSi2 から成る。
鎖する(図6参照)。これは例えば米国特許第4883
215号明細書から公知のようなウェハボンディング法
で第2絶縁層4上に別の基板9を施すことによって行
う。この別の基板9は少なくとも第2絶縁層4に向かい
合うその表面に平滑なSiO2 層10を有する。ウェハ
ボンディング法を使用するための前提条件は、結合すべ
き表面が共に極めて平坦であり又SiO2 から成ること
である。ウェハボンディング法に適した表面は例えば、
燐化硼珪酸ガラスの場合におけるような多量の軟化剤を
含む熱酸化物又は析出酸化物から成る。この実施例で製
造されたような第2絶縁層4の表面はウェハボンディン
グのための要件を満たしている。この別の基板9は例え
ばn+ ドープ又はp+ ドープされた珪素からなるか又は
ディスプレイ用の透光性の導電材料からなる。
することが特に有利である。この焼結工程で純粋なO2
雰囲気中において開口6に隣接するシリコン表面が酸化
される。この酸化に際して、SiO2 の蒸気圧に相当す
る残ガス圧で真空が生じる。
臨界写真技術で構造化することによって冷陰極真空管を
完成させる(図7参照)。
多結晶シリコン構造物8を有する導電性層3が制御電極
を、別の基板9が陽極をまた開口6が管空隙を形成す
る。
の先端と陽極との間隔(これは電子放出に関する重要な
パラメータである)は先端7の高さによって決定され
る。この高さは850℃前後の温度で表面反応を介して
極めて正確に調整することができる。
縁層2、導電性層3及び第2絶縁層4の代わりに唯一の
絶縁層11を備えているに過ぎない(図8参照)。この
唯一の絶縁層11は例えば1μmの厚さHで施されてい
る熱SiO2から成り、これは開口6の2分の1幅(w
/2)例えば0.3μmよりも大きい。図8では図1〜
7と同じ部分に対しては同じ符号が使用されている。こ
の実施例では最も高い実装密度の冷陰極エミッタ電場を
製造することができる。
した本発明による製造方法は同様にpドープされたシリ
コン基板のベースで実施することもできる。
工程を示す図。
工程を示す図。
工程を示す図。
工程を示す図。
工程を示す図。
使用して冷陰極真空管を製造する第1工程を示す図。
使用して冷陰極真空管を製造する最終工程を示す図。
図。
Claims (11)
- 【請求項1】 ドープされた半導体材料から導電性先端
を製造する方法において、 a) 半導体材料から成る基板(1)上にマスク層
(2、3、4、11)を作り、このマスク層が少なくと
もその表面及び直接基板(1)上に、半導体材料が選択
的エピタキシーに際して成長しない物質を含み、 b) このマスク層(2、3、4、11)中に、基板
(1)の表面が露出する開口(6)を作り、 c) 基板(1)の露出する表面上に、基板(1)の表
面に対して平行な方向での層成長が基板(1)の表面に
対して垂直な方向におけるよりも少ない選択的エピタキ
シーにより導電性先端(7)を作る各工程を有するドー
プされた半導体材料から成る導電性先端の製造方法。 - 【請求項2】 選択的エピタキシーを気相からの析出に
より行い、その際半導体材料をその場でドープすること
より成る請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 半導体材料として珪素を使用することよ
り成る請求項2記載の方法。 - 【請求項4】 選択的エピタキシーを、プロセスガスと
してH2 、HCl及びSiCl2 H2 を使用して行うこ
とより成る請求項3記載の方法。 - 【請求項5】 H2 の流量が10slm〜200sl
m、HClの流量が0slm〜1slm、SiCl2 H
2 の流量が30sccm〜1000sccm、基板の温
度が800℃〜1000℃及びプロセスガスの全圧力が
133Pa〜5333Paであることより成る請求項4
記載の方法。 - 【請求項6】 マスク層(2、3、4、11)の厚さが
導電性先端(7)の高さよりも大きいことより成る請求
項1ないし5の1つに記載の方法。 - 【請求項7】 マスク層(2、3、4、11)を三重層
として作り、その際基板(1)上に、選択的エピタキシ
ーに際して半導体材料が成長しない物質から成る第1層
(2)を施し、第1層(2)上にドープされた半導体材
料から成る第2層(3)を施し、第2層(3)上に選択
的エピタキシーに際して半導体材料が成長しない物質か
ら成る第3層(4)を施し、その結果選択的エピタキシ
ーで第2層(3)の側面にも半導体材料を成長させるこ
とより成る請求項6記載の方法。 - 【請求項8】 a)マスク層(2、3、4)中の開口
(6)を異方性エッチングにより作り、 b)マスク層(2、3、4)中に開口(6)を作る際、
第2層(3)を等方性エッチング処理で第3層(4)の
下まで一定の範囲でエッチングし、 c) 導電性先端(7)を、先端(7)の基板(1)と
は逆の側と基板(1)の表面との間隔及び第2層(3)
の中央と基板(1)の表面との間隔が実質的に等しい高
さに成長させる各工程を有する請求項7記載の方法。 - 【請求項9】 導電性先端(7)上に選択的に金属層
(7a)を施すことより成る請求項8記載の方法。 - 【請求項10】 少なくともマスク層(2、3、4)の
表面に平滑な表面を有するSiO2 層(4)を作り、そ
の上にウェハボンディング法によりもう1つの基板
(9)を施し、これが少なくともSiO2 層(4)と向
かい合う側に平滑なSiO2 表面(10)を有すること
より成る請求項6ないし9の1つに記載の方法。 - 【請求項11】 ウェハボンディングを純粋なO2 雰囲
気中で行うことより成る請求項10記載の方法。
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