KR19990043878A - Method of manufacturing field emitter elements - Google Patents

Abstract

본 발명은 필드 에미터 소자의 제조방법에 관한 것으로, 실리콘 기판 상부 일측에 픽셀 방패막을 형성하고, 타측에 다이아몬드 결정을 램덤한 크기로 성장시키고, 상기 다이아몬드 결정을 식각하여 일정크기 이하의 결정만을 남긴 다음, 상기 남은 다이아몬드 결정과 픽셀 방패막을 마스크로하여 상기 실리콘기판을 일정두께 등방성식각하고, 전체표면상부에 절연막과 금속박막을 순차적으로 형성한 다음, 상기 금속박막 상부에 감광막을 도포하고, 상기 감광막을 상부로부터 식각하되, 상기 다이아몬드 결정과 픽셀 방패막 상부에 형성된 절연막과 금속박막의 적층구조를 노출시킬때까지 실시한 다음, 상기 감광막을 마스크로하고 상기 다이아몬드 결정을 식각장벽으로 하여 상기 절연막과 금속박막의 적층구조를 식각하고 상기 감광막을 제거함으로써 포토 리소그래피 공정없이 게이트 홀의 크기를 줄일수 있어 팁의 밀도를 높이고 구동전압이 낮출 수 있으며, 뛰어난 경도성과 열전도성으로 소자의 수명을 연장시킬 수 있는 기술이다.The present invention relates to a method for manufacturing a field emitter device, wherein a pixel shield layer is formed on one side of a silicon substrate, diamond crystals are grown to a random size on the other side, and the diamond crystals are etched to leave only crystals of a predetermined size or less. Next, the silicon substrate is isotropically etched by a predetermined thickness using the remaining diamond crystals and the pixel shield layer as a mask, an insulating film and a metal thin film are sequentially formed on the entire surface, and then a photosensitive film is coated on the metal thin film, and the photosensitive film is Is etched from the top, until the lamination structure of the insulating film and the metal thin film formed on the diamond crystal and the pixel shield film is exposed, and then the photosensitive film is used as a mask and the diamond crystal is an etch barrier. By etching the laminated structure and removing the photoresist Photo lithography process it is possible without reducing the gate hole size increases the density of the tips, and can lower the driving voltage, an excellent hardness and thermal techniques which can be conductive to extend the life of the device.

Description

필드 에미터 소자의 제조방법Method of manufacturing field emitter elements

본 발명은 필드 에미터 소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 포토 리소그래피 공정없이 실리콘기판 상부에 램덤하게 형성된 다이아몬드 결정을 마스크로 이용하여 미세한 게이트 홀을 용이하게 형성하고, 팁(tip)의 밀도를 향상시킬 수 있어 낮은 구동전압으로 소자를 사용할 수 있고 팁의 수명을 연장시킬 수 있도록 하는 에미터 소자를 형성하는 기술에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a field emitter device. In particular, a fine gate hole is easily formed by using a diamond crystal formed randomly on a silicon substrate as a mask without using a photolithography process, and the tip density is improved. The present invention relates to a technique for forming an emitter device that can be used to enable the device with a low driving voltage and to extend the life of the tip.

일반적으로, 전계방출소자 ( field emission display ; 이하 FED 라 칭함 ) 는, 팁의 날카로운 부분에 전계가 집중되는 현상을 이용하여 비교적 낮은 전압, 예를 들어 500∼10㎸ 정도의 전압을 인가하여 터널효과에 의한 냉전자를 방출시키는 소자로서, 이를 이용하여 형성되는 FED 는 CRT 의 고선명성과 액정표시장치 ( liquid crystal display; 이하 LCD 라 칭함 ) 의 경박형의 장점을 모두 갖추고 있어 차세대 표시장치로서 주목받고 있다.In general, a field emission display (hereinafter referred to as a FED) uses a phenomenon in which an electric field is concentrated on a sharp part of a tip, thereby applying a relatively low voltage, for example, a voltage of about 500 to 10 kV to obtain a tunnel effect. As a device for emitting cold electrons by using the FED, the FED is attracting attention as a next-generation display device because it has both the high definition of CRT and the light and thin type of liquid crystal display (hereinafter referred to as LCD).

특히, FED 는 경박형의 제작이 가능할 뿐만 아니라, LCD 의 결정적인 단점인 공정수율, 제조단가 및 대형화의 문제점들을 해결할 수 있다. 즉, LCD 는 하나의 단위화소라도 불량이 발생되면 제품전체가 불량 처리되지만, FED 는 하나의 화소 그룹에 그보다 작은 다수개의 단위화소들이 형성되어 있어 한 두개의 단위화소에 불량이 발생하여도 화소 그룹의 동작에는 이상이 없어 제품 전체의 수율이 향상된다. 또한 FED 는 LCD 에 비해 구조가 간단하고, 소비전력이 작아 단가가 낮고, 휴대형 표시장치에 적합한 등의 이점이 있다.In particular, FED is not only possible to manufacture a thin and thin, but also solves the problems of process yield, manufacturing cost, and enlargement, which are crucial disadvantages of the LCD. That is, in case of LCD, even if one unit pixel is defective, the whole product is treated badly. However, FED has a smaller number of unit pixels in one pixel group, so even if one or two unit pixels are defective, There is no abnormality in the operation of the whole product is improved. In addition, FED has advantages such as simple structure, low power consumption, low unit cost, and suitable for portable display device.

초기의 FED 는 공동에 의해 외부로 노출되어 있으며, 날카로운 부분을 갖는 원뿔형 에미터와, 상기 에미터의 양측에 정렬되어 있는 게이트와, 상기 게이트와 일정간격 이격되어 있는 애노드(Anode)로 구성되어 각각이 CRT의 캐소드, 게이트 및 애노드와 대응된다.Initially, the FED is exposed to the outside by a cavity, and is composed of a conical emitter having a sharp portion, a gate arranged on both sides of the emitter, and an anode spaced apart from the gate by a distance. Corresponds to the cathode, gate and anode of this CRT.

상기의 FED는 애노드에 전압, 예를들어 5∼10 V 정도의 전압이 인가되어 캐소드의 꼭지부에 집중된 전계에 의해 전자가 방출되며, 상기 방출된 전자는 양의 전압이 인가된 애노드에 의해 인도되어 애노드에 도포되어있는 형광물질을 발광시키고, 상기 게이트는 전자의 방향 및 양을 조절한다.In the FED, a voltage, for example, 5 to 10 V is applied to the anode, and electrons are emitted by an electric field concentrated at the top of the cathode, and the emitted electrons are guided by an anode to which a positive voltage is applied. To emit the fluorescent material applied to the anode, and the gate controls the direction and amount of electrons.

그러나 상기와 같은 원뿔형 캐소드를 구비하는 초기의 FED는, 방출된 전자들중의 일부가 게이트로 유도되어 게이트 전류가 흘러 전자의 제어가 어렵고, 캐소드와 애노드의 사이에서 전자와 충돌하여 형성된 양이온이 캐소드와 충돌하여 소자가 파괴되므로, 이를 방지하기 위하여 소자의 내부를 고진공 상태로 유지하여야하며, 날카로운 원뿔형 캐소드의 균일한 제작이 어렵고, 원뿔형의 캐소드의 최상부에 형성되는 팁 ( tip ) 이 손상되기 쉬운 등의 문제점이 있다.However, in the early FED having the conical cathode as described above, some of the emitted electrons are induced to the gate, so that the gate current flows to control the electrons, and cations formed by colliding with the electrons between the cathode and the anode are cathode. The device is destroyed by collision with the device, and the inside of the device must be maintained in a high vacuum state to prevent it, and it is difficult to uniformly manufacture a sharp conical cathode, and the tip formed on the top of the conical cathode is easily damaged. There is a problem.

또한, 전자빔을 이용한 수직, 경사 증착공정을 이용하여 팁을 만드는 방법은 공정이 까다롭고 특히 대면적을 제조하는 방법에 있어서 매우 어렵다는 문제점이 있다.In addition, the method of making a tip using a vertical, gradient deposition process using an electron beam has a problem that the process is difficult, especially in the method for producing a large area.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 다이아몬드를 이용하여 에미터 팁을 형성함으로써 도체/반도체에 비해 저전압 구동, 경도성, 열전도성, 화학적 안정성 등의 특성을 향상시킬 수 있는 필드 에미터 소자의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the problems of the prior art, by forming an emitter tip using diamond, field emi can improve the characteristics such as low voltage drive, hardness, thermal conductivity, chemical stability, etc. compared to the conductor / semiconductor It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a device.

도 1a 내지 도 1e 는 본 발명의 실시예에 따른 필드 에미터 소자의 제조방법을 도시한 단면도.1A to 1E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a field emitter device according to an embodiment of the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

11 : 실리콘기판 13 : 픽셀 방패막11: silicon substrate 13: pixel shield film

15 : 다이아몬드 결정 17 : 실리콘산화막15 diamond crystal 17 silicon oxide film

19 : 금속박막 21 : 감광막19: metal thin film 21: photosensitive film

이상의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 필드 에미터 소자의 제조방법은,In order to achieve the above object, a method of manufacturing a field emitter device according to the present invention,

실리콘 기판 상부 일측에 픽셀을 형성하고, 타측에 다이아몬드 결정을 램덤한 크기로 성장시키는 공정과,Forming pixels on one side of the silicon substrate and growing diamond crystals on the other side at random;

상기 다이아몬드 결정을 식각하여 일정크기 이하의 결정만을 남기는 공정과,Etching the diamond crystals to leave only crystals of a predetermined size or less;

상기 남은 다이아몬드 결정과 픽셀을 마스크로하여 상기 실리콘기판을 일정두께 등방성식각하는 공정과,Isotropically etching the silicon substrate with the remaining diamond crystals and pixels as a mask;

전체표면상부에 절연막과 금속박막을 순차적으로 형성하는 공정과,Sequentially forming an insulating film and a metal thin film on the entire surface;

상기 금속박막 상부에 감광막을 도포하는 공정과,Coating a photoresist film on the metal thin film,

상기 감광막을 상부로부터 식각하되, 상기 다이아몬드 결정과 픽셀 상부에 형성된 절연막과 금속박막의 적층구조를 노출시킬때까지 실시하는 공정과,Etching the photoresist from above, until the diamond structure and the insulating film formed on the pixel and the stacked structure of the metal thin film are exposed;

상기 감광막을 마스크로하고 상기 다이아몬드 결정을 식각장벽으로 하여 상기 절연막과 금속박막의 적층구조를 식각하는 공정과,Etching the stacked structure of the insulating film and the metal thin film using the photosensitive film as a mask and the diamond crystal as an etching barrier;

상기 감광막을 제거하는 공정을 포함하는 것을 특징으로한다.And removing the photosensitive film.

이하, 첨부된 도면을 참고로하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1a 내지 도 1e 는 본 발명의 실시예에 따른 필드 에미터 소자의 제조방법을 도시한 단면도이다.1A to 1E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a field emitter device according to an embodiment of the present invention.

먼저, 실리콘 기판(11) 상부에 각 픽셀 방패막(13)을 패터닝한다. 그리고, 상기 실리콘 기판(11) 상부에 다이아몬드 결정(15)을 성장시키되, 랜덤한 크기로 성장시킨다. 이때, 상기 다이아몬드 결정(15)은 화학기상증착 ( chemical vapor deposition, 이하CVD 라 함 ) 방법으로 형성한다. (도 1a)First, each pixel shield layer 13 is patterned on the silicon substrate 11. Then, the diamond crystal 15 is grown on the silicon substrate 11, but is grown to a random size. In this case, the diamond crystal 15 is formed by chemical vapor deposition (hereinafter referred to as CVD). (FIG. 1A)

그 다음에, 상기 실리콘 기판(11) 상부에 형성된 다이아몬드 결정(15) 표면을 식각한다. 이때, 상기 식각공정은 남겨진 다이아몬드 결정(15)의 크기가 1 ㎛ 이하가 될때까지 실시한다.Next, the surface of the diamond crystal 15 formed on the silicon substrate 11 is etched. At this time, the etching process is carried out until the size of the remaining diamond crystal 15 is 1 ㎛ or less.

이로인하여, 상대적으로 큰 다이아몬드 결정(15)만이 상기 실리콘기판(11) 상부에 남게 된다.As a result, only relatively large diamond crystals 15 remain on the silicon substrate 11.

상기 도 1b 는 남아 있는 다이아몬드 결정(15) 중 일부만을 도시한 것이다. (도 1b)FIG. 1B shows only some of the remaining diamond crystals 15. (FIG. 1B)

그 다음에, 상기 실리콘기판(11) 상부의 구조물을 마스크로 하여 상기 실리콘기판(11)을 일정깊이 등방성식각한다. 여기서, 상기 식각공정은 후속공정에서의 전자선 증착공정시 에미터와 게이트의 단락을 방지하는 역할을 한다.Subsequently, the silicon substrate 11 is isotropically etched to a predetermined depth using the structure above the silicon substrate 11 as a mask. Here, the etching process serves to prevent a short circuit between the emitter and the gate during the electron beam deposition process in a subsequent process.

이때, 상기 다이아몬드 결정(15) 하부의 식각된 부분은 "∧" 형태로 형성된다. (도 1c)At this time, the etched portion of the lower portion of the diamond crystal 15 is formed in a "∧" shape. (FIG. 1C)

그 다음, 전체표면상부에 실리콘산화막(17)과 금속박막(19)을 순차적으로 형성한다.Then, the silicon oxide film 17 and the metal thin film 19 are sequentially formed on the entire surface.

그리고, 전체표면상부에 감광막(21)을 도포한다. 이때, 상기 전체표면상부 구조물 표면은 타부분에 비하여 높게 형성된다. (도 1d)Then, the photosensitive film 21 is applied over the entire surface. In this case, the surface of the entire upper surface structure is formed higher than the other portion. (FIG. 1D)

그리고, 상기 전체표면상부의 구조물 상부에 형성된 감광막(21)을 식각하여 상기 구조물을 노출시킨다. 그리고, 상기 감광막(21)을 마스크로 하여 상기 다이아몬드 결정(15) 상부에 형성된 실리콘산화막(17)과 금속박막(19)을 식각한다.Then, the photoresist film 21 formed on the structure upper part of the entire surface is etched to expose the structure. The silicon oxide film 17 and the metal thin film 19 formed on the diamond crystal 15 are etched using the photosensitive film 21 as a mask.

후속공정으로 상기 감광막(21)을 제거함으로써 필드 에미터 소자를 제조한다. (도 1e)In a subsequent step, the field emitter device is manufactured by removing the photoresist film 21. (FIG. 1E)

이상에서 설명한 바와같이 본 발명에 따른 필드 에미터 소자의 제조방법은, 포토 리소그래피 공정없이 1 ㎛ 이하의 마스크를 만들수 있고, 이로인해 게이트 홀의 크기를 줄일수 있어 팁의 밀도를 높일 수 있다. 또한, 게이트 홀의 크기가 작아짐으로써 구동전압이 낮아지며, 일함수가 낮은 다이아몬드 결정을 에미터로 사용함으로써 더 낮은 구동전압으로 소자를 동작시킬 수 있으며, 도체/반도체에 비하여 경도성, 열전도성이 뛰어나 소자의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, in the method of manufacturing the field emitter device according to the present invention, a mask having a thickness of 1 μm or less can be made without a photolithography process, thereby reducing the size of the gate hole and increasing the density of the tip. In addition, as the size of the gate hole becomes smaller, the driving voltage is lowered, and the device can be operated at a lower driving voltage by using a diamond crystal having a low work function as an emitter. The device has excellent hardness and thermal conductivity compared to the conductor / semiconductor. There is an effect that can extend the life of the.

Claims (4)

실리콘 기판 상부 일측에 픽셀방패막을 형성하고, 타측에 다이아몬드 결정을 램덤한 크기로 성장시키는 공정과,Forming a pixel shielding film on one side of the silicon substrate and growing diamond crystals on the other side at random; 상기 다이아몬드 결정을 식각하여 일정크기 이하의 결정만을 남기는 공정과,Etching the diamond crystals to leave only crystals of a predetermined size or less; 상기 남은 다이아몬드 결정과 픽셀방패막을 마스크로하여 상기 실리콘기판을 일정두께 등방성식각하는 공정과,Isotropically etching the silicon substrate using the remaining diamond crystals and the pixel shield film as a mask; 전체표면상부에 절연막과 금속박막을 순차적으로 형성하는 공정과,Sequentially forming an insulating film and a metal thin film on the entire surface; 상기 금속박막 상부에 감광막을 도포하는 공정과,Coating a photoresist film on the metal thin film, 상기 감광막을 상부로부터 식각하되, 상기 다이아몬드 결정과 픽셀 방패막 상부에 형성된 절연막과 금속박막의 적층구조를 노출시킬때까지 실시하는 공정과,Etching the photoresist film from an upper side until the layered structure of the insulating film and the metal thin film formed on the diamond crystal and the pixel shield film is exposed; 상기 감광막을 마스크로하고 상기 다이아몬드 결정을 식각장벽으로 하여 상기 절연막과 금속박막의 적층구조를 식각하는 공정과,Etching the stacked structure of the insulating film and the metal thin film using the photosensitive film as a mask and the diamond crystal as an etching barrier; 상기 감광막을 제거하는 공정을 포함하는 필드 에미터 소자의 제조방법.A method of manufacturing a field emitter device comprising the step of removing the photosensitive film. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 다이아몬드 결정은 CVD 방법으로 형성하는 것을 특징으로하는 필드 에미터 소자의 제조방법.And the diamond crystal is formed by a CVD method. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 절연막은 실리콘산화막으로 형성하는 것을 특징으로하는 필드 에미터 소자의 제조방법.And the insulating film is formed of a silicon oxide film. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 다이아몬드 결정의 식각공정은 결정을 상부로 부터 이방성이나 등방성으로 식각하거나 결정 표면을 결정의 전체표면으로 부터 식각하는 것을 특징으로하는 필드 에미터 소자의 제조방법.The etching process of the diamond crystal is a method of manufacturing a field emitter device characterized in that the crystal is anisotropically or isotropically etched from the top or the crystal surface from the entire surface of the crystal.