專利名稱：電子發(fā)射器件、電子束裝置和圖像顯示裝置的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子發(fā)射器件、使用該電子發(fā)射器件的電子束裝置和使用該電子束裝置的圖像顯示裝置的制造方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上，已知一類電子發(fā)射器件，在該電子發(fā)射器件中從陰極發(fā)射并且撞到與該陰極相對的柵極電極的許多電子被散射，并且然后作為電子被取出。作為以這種方式發(fā)射電子的器件，日本專利申請公開No. 2009-272298討論了一種層疊型電子發(fā)射器件。在該發(fā)明中，電子發(fā)射器件包括絕緣部件，在其表面上具有凹部；陰極，具有位于該絕緣部件的外表面和該凹部的內(nèi)表面上方的突起；柵極，位于該絕緣部件的外表面處并與該突起相對； 以及陽極，經(jīng)由該柵極與該突起相對地被放置。在日本專利申請公開No. 2009-272298中討論的電子發(fā)射器件能夠減少電子發(fā)射特性隨時間推移的劣化。然而，在日本專利公開No. 2009-272298中討論的電子發(fā)射器件中，在絕緣部件處形成凹部之后，在該凹部的開口處形成要作為陰極的凸部。由于在形成陰極的初始時間該凹部的開口是寬的，因此可能存在其中該陰極的材料能夠在該凹部內(nèi)四散 (go around)的情況，以使得該陰極的材料能夠引起該柵極和該陰極之間的漏電流。在該情況下，用于驅(qū)動電子源的電壓被施加在柵極和陰極之間。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種電子發(fā)射器件的制造方法，該電子發(fā)射器件包括絕緣部件，具有在其表面上的凹部；柵極電極，與該凹部相對地被放置；以及陰極，具有位于該凹部的邊緣處并向該柵極電極突出的突起。該制造方法包括用于形成該凹部的步驟、用于在該凹部的邊緣處形成向該柵極電極突出的凸部之后形成陰極的步驟，并且依次執(zhí)行這些步驟。根據(jù)以下參考附圖對示例性實施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的更多的特征和方面將變得明顯。


被并入說明書中并組成說明書的一部分的附圖示出了本發(fā)明的示例性實施例、特征和方面，并與說明書一起用來說明本發(fā)明的原理。圖IA至圖ID示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的電子發(fā)射器件的構(gòu)造。圖2示出了在測量電子發(fā)射特性時的電位的構(gòu)造。圖3A至圖3H示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的電子發(fā)射器件的制造方法。圖4A至圖4D示出了在凹槽部入口處的凸部和視角之間的關(guān)系。圖5A至圖5C示出了在凹槽部入口處的凸部的效果。圖6A至圖6C示出了在示例性實施例和比較例中制造的電子發(fā)射器件的構(gòu)造。
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圖7A至圖7G示出了根據(jù)第一示例性實施例的電子發(fā)射器件的制造方法。圖8A至圖8E示出了根據(jù)比較例的電子發(fā)射器件的制造方法。圖9示出了在第七示例性實施例中的圖像顯示裝置。
具體實施例方式下文將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的各種示例性實施例、特征和方面。然而，只要沒有特別說明，在以下的示例性實施例中描述的構(gòu)造部分的尺寸、材質(zhì)、形狀和相對位置并不限制本發(fā)明的方面.[器件的概要]圖IA至圖ID是示出由根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的制造方法制造的電子發(fā)射器件的構(gòu)造的示意性視圖。圖IA是頂面視圖，圖IB是沿著在圖IA中的線A-A得到的截面視圖，而圖ID是在從圖IB中的箭頭方向觀察時的器件的側(cè)面視圖。在圖IA至ID中，絕緣部件被布置于襯底1上。根據(jù)本示例性實施例的絕緣部件包括凹部7(下文中其可以被稱為“凹槽部”)。如在圖IB中所示出的，該絕緣部件由例如第一絕緣層3和第二絕緣層4構(gòu)成。在該構(gòu)造中，凹部7由第一絕緣層3的上表面的其上沒有形成第二絕緣層4的部分以及第二絕緣層4的側(cè)表面構(gòu)成。在下文中，構(gòu)成凹部7的這兩個表面可以被稱為“凹槽部7的內(nèi)表面”。柵極電極 5位于第二絕緣層4的表面處，與凹部7相對。凸部10位于凹部7的邊緣(凹槽部7的入口)處，并朝向柵極電極5突出。在設(shè)置了凸部10之后，設(shè)置陰極6A，并且該陰極6A具有朝向柵極電極5突出的突起。沿著第一絕緣層3的側(cè)表面從其中設(shè)置有凸部10的凹部7的邊緣到襯底1上地設(shè)置陰極6A。間隙8是從陰極6A的突起的頂端到柵極電極5的底表面(與凹部7相對的部分)的最短距離。通過間隙8形成用于發(fā)射電子的電場。電極2被設(shè)置在襯底1上并與陰極6A電連接。盡管在圖1中沒有示出，但是在經(jīng)由柵極電極5與陰極6A相對的位置處，電子發(fā)射器件包括與陰極6A的頂端相對地放置的陽極電極。陽極被設(shè)定為具有比其它部分(例如，柵極電極5、陰極6A和襯底1)高的電位。 電子束裝置由陽極電極和圖1中的電子發(fā)射器件構(gòu)成。此外，圖IB中的構(gòu)造可以是圖IC中的構(gòu)造。圖IC是沿著圖IA中的線A-A得到的截面視圖。圖IC中的構(gòu)造與圖IB中的構(gòu)造的不同點如下。S卩，凸部10的材料不僅用于在凹部7的邊緣處設(shè)置凸部10，而且還用于設(shè)置沿著第一絕緣層3的側(cè)面從凹部7的邊緣到襯底1上的部分。由于在形成陰極之前在凹部7的邊緣處形成凸部10，因此可以防止在陰極成膜時陰極材料進入凹部7內(nèi)。因此，本實施例可以防止在柵極和陰極之間的漏電流的發(fā)生，并提供具有穩(wěn)定操作性能的電子發(fā)射器件的制造方法。此外，本實施例可以提供使用該電子發(fā)射器件的電子束裝置和如下文所討論的包括該電子束裝置的圖像顯示裝置。圖2示出了由根據(jù)本示例性實施例的制造方法制造的電子發(fā)射器件。圖2示出了當(dāng)測量電子發(fā)射特性時電源和電位的關(guān)系。Vf是在陰極6A和柵極電極5之間施加的電壓， If是在陰極和柵極電極之間流動的電流，Va是在陰極6A和陽極電極12之間施加的電壓， 而Ie是電子發(fā)射電流。在圖2中，從陰極6A向與陰極6A相對的柵極電極5發(fā)射的電子的一部分到達(dá)陽極電極12。剩余電子到達(dá)柵極電極5，被一次或多次散射，并且然后到達(dá)陽極電極12或消失在柵極電極5上。用這樣的方式到達(dá)陽極電極12的電流是電子發(fā)射電流。另一方面，漏電流是其中電子通過第一絕緣層3和第二絕緣層4的表面或內(nèi)部從陰極6A流到柵極電極5的電流。例如，如果在凹槽部7的內(nèi)表面上附著有導(dǎo)電材料，則該材料成為漏電流的路徑。漏電流是對到達(dá)陽極電極12的電子發(fā)射電流完全沒有貢獻的無效電流，并且不但增大功耗，而且干擾電子發(fā)射特性的穩(wěn)定性，因此希望盡可能防止。[制造方法的概要]圖3A至3H是示出根據(jù)本示例性實施例的電子發(fā)射器件的制造方法的示意性截面視圖。在圖3A中，第一絕緣層3、第二絕緣層4和柵極電極5通過常規(guī)的真空成膜技術(shù)(例如，化學(xué)氣相淀積(CVD)方法、真空淀積方法、濺射方法)以此次序被層疊在襯底1上。襯底1用于機械地支撐器件。作為襯底1的材料，使用石英玻璃、減少諸如鈉之類的雜質(zhì)的含量的玻璃、藍(lán)色片狀玻璃和硅襯底。作為襯底1的功能，該材料不僅要具有高機械強度，而且對堿或酸(例如干法刻蝕劑、濕法刻蝕劑或顯影劑)有耐性。此外，當(dāng)器件用于諸如顯示面板之類的集成產(chǎn)品時，該材料的熱膨脹系數(shù)要相對于成膜材料和其它層疊部件具有小的差別。此外，使用其中通過熱處理而堿金屬元素幾乎不從玻璃內(nèi)部擴散的材料。第一絕緣層3是由具有優(yōu)秀可加工性的材料制成的絕緣層。使用硅氮化物(SiN 或SixNy)或二氧化硅(SiO2)作為第一絕緣層3的材料。第一絕緣層3的厚度設(shè)定在從5nm 或更大到50 μ m或更小的范圍內(nèi)，可以是從5nm或更大到800nm或更小。第一絕緣層3的下限值是可以獲得足夠的電子源效率的最小厚度，而第一絕緣層3的上限值是在考慮制造的容易性時的最大厚度。第二絕緣層4是由具有優(yōu)秀可加工性的材料制成的絕緣層。使用SiN或SixNy、或者SiO2作為第二絕緣層4的材料。第二絕緣層4的厚度設(shè)定在從5nm或更大到500nm或更小的范圍內(nèi)，或者從5nm或更大到50nm或更小的范圍內(nèi)。當(dāng)考慮電子發(fā)射特性時，要將第二絕緣層4的厚度設(shè)定在從IOnm或更大到30nm或更小的范圍內(nèi)。第二絕緣層4的下限值是可以獲得足夠的作為層間絕緣層的效果的最小厚度，而第二絕緣層4的上限值是可以獲得足夠的電子源效率的最大厚度。例如，使用SixNy作為第一絕緣層3的材料。使用諸如SiO2、具有高磷濃度的磷硅酸鹽玻璃(PSG)、或具有高硼濃度的硼硅酸鹽玻璃(BSG)之類的絕緣材料作為第二絕緣層4 的材料。此外，由于在層疊第一絕緣層3和第二絕緣層4之后形成凹槽部7，因此第一絕緣層3和第二絕緣層4的刻蝕速率應(yīng)該被設(shè)定為分別具有不同的值。在一個實施例中，第一絕緣層3和第二絕緣層4之間的刻蝕速率的選擇比為10或更大、或者50或更大。柵極電極5的材料除具有導(dǎo)電性之外還要具有高導(dǎo)熱性和高熔點。例如，可以適當(dāng)?shù)厥褂弥T如鈹(Be)、鎂(Mg)、鈦(Ti)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、釩(V)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、鉬(Mo)、 鎢(W)、鋁(Al)、銅(Cu)、鎳(Ni)、鉻(Cr)、金(Au)、鉬(Pt)或鈀(Pd)之類的金屬或這些金屬的合金、碳化物(比如鈦碳化物(TiC)、鋯碳化物(ZrC)、鉿碳化物(HfC)、鉭碳化物 (TaC)、硅碳化物(SiC)或鎢碳化物(WC))、硼化物(比如鉿硼化物(HfB2)、鋯硼化物(ZrB2)、 鑭硼化物(LaB6)、鈰硼化物(CeB6)、釔硼化物(YB4)或釓硼化物(GdB4))、氮化物(比如鈦氮化物(TiN)、鋯氮化物(&N)、鉿氮化物(HfN)或鉭氮化物(TaN))、半導(dǎo)體(比如硅(Si)或鍺(Ge))、有機聚合物、無定形碳、石墨、類金剛石碳、或者其中散布有金剛石的碳或碳化合物。柵極電極5的厚度設(shè)定在從5nm或更大到500nm或更小的范圍內(nèi)，可以是從IOnm 或更大到IOOnm或更小。柵極電極5的下限值是其中第二絕緣層4可以發(fā)揮足夠的作為層間絕緣層的效果的最小厚度。柵極電極5的上限值是可以獲得足夠的電子源效率的最大厚度。然后，在圖3B中，在通過光刻技術(shù)在柵極電極5上形成抗蝕劑圖形之后，通過刻蝕方法依次處理柵極電極5、第二絕緣層4和第一絕緣層3。在這種刻蝕處理中，通常可以使用反應(yīng)離子刻蝕(RIE)。RIE可以通過將刻蝕氣體轉(zhuǎn)變?yōu)榈入x子體態(tài)并利用等離子體照射材料來執(zhí)行材料的精確的刻蝕處理。當(dāng)要被處理的目標(biāo)材料可以形成氟化物時，可以選擇氟基氣體(比如四氟化碳 (CF4)、三氟代甲烷(CHF3)或六氟化硫(SF6))作為該情況下的處理氣體。當(dāng)要被處理的目標(biāo)材料(比如硅或鋁)可以形成氯化物時，可以選擇氯基氣體，例如氯氣(Cl2)或三氯化硼 (BCl3)。此外，為了增加抗蝕劑的選擇比，為了確?？涛g表面的平坦性，并且為了提高刻蝕速率，在必要時可以加入氫氣、氧氣和氬氣。然后，在圖3C中，通過使用刻蝕工藝處理第二絕緣層4，從而形成凹槽部7。當(dāng)?shù)诙^緣層4是由SiO2構(gòu)成的材料時，可以使用通常稱作緩沖氫氟酸(BHF)的氟化銨和氫氟酸的混合溶液。當(dāng)?shù)诙^緣層4是由SixNy構(gòu)成的材料時，可以通過使用基于加熱的磷酸的刻蝕溶液來刻蝕該材料。凹槽部7的深度(從第一絕緣層3的側(cè)表面到構(gòu)成凹槽部7的第二絕緣層4的側(cè)表面的距離)極大地影響在器件形成之后的漏電流。隨著凹槽部7的深度被形成得越深， 漏電流的值變得越小。這是因為，由于成為漏電流路徑的凹槽部7的內(nèi)表面的距離延長，因而陰極材料到凹槽部7內(nèi)的進入和殘余陰極材料的影響變小。然而，如果該距離被形成得太深，則可能出現(xiàn)其它問題(例如柵極電極5的變形)，所以凹槽部7的深度被形成為大約從30nm或更大到200nm或更小。然后，如在圖3D中所示出的，將分離層11形成在柵極電極5上。分離層11被形成為用于將在接下來步驟中淀積的陰極6B與柵極電極5分離。因此，通過例如氧化柵極電極5以形成氧化層、或者電鍍分離金屬以附著在柵極電極5上的方法來形成分離層11。然后，在凹槽部7的入口處設(shè)置凸部10。如在圖3E中所示出的，作為設(shè)置凸部10 的方法，存在一種傾斜淀積方法，在該方法中通過常規(guī)的真空成膜技術(shù)(比如，諸如CVD方法之類的氣相成膜方法、真空淀積方法和濺射方法)傾斜地成膜凸部10的材料。層9A通過沿著第一絕緣層3的側(cè)表面從凹槽部7的入口到襯底1上地成膜凸部 10的材料而形成，并形成在凹槽部7入口處向柵極電極5延伸的凸部10。此外，在這時，凸部10的材料也附著在柵極電極5上，使得層9B形成在柵極電極5和柵極電極5的側(cè)表面上。作為另一種方法，凸部10可以通過圖形化第一絕緣層3來形成。凸部10的高度設(shè)定在從凹槽部7的厚度(第二絕緣層4的厚度)的50%或更大至85%或更小的范圍內(nèi)。當(dāng)凸部10的高度為凹槽部7厚度的50%時，侵入凹槽部7內(nèi)的金屬粒子的量可以減少大約一半，使得漏電流可以減少。因此，當(dāng)凸部10的高度為凹槽部7厚度的50%或更小時，防止漏電流的作用變小， 因此其不是優(yōu)選的。此外，當(dāng)凸部10的高度為凹槽部7厚度的85%或更大時，在凸部10成
6膜之后成膜的陰極的膜厚變得太薄，使得該陰極的電阻變高，或者該陰極變成不連續(xù)層并且電阻值變得不穩(wěn)定。因此，其不是優(yōu)選的?？梢允褂美缇哂袃?yōu)秀的可加工性和絕緣性能的材料作為凸部10的材料。更具體地，使用SiN(SixNy)、Si02、PSG、BSG、硅氟氧化物(SiOF)、硅碳氧化物(SiOC)、硅碳氮化物 (SiCN)、二氧化鈦(TiO2)、鉻氧化物(Cr2O3)、鉭氧化物(TaO)、鍶氧化物(SrO)和鈷氧化物 (CoO)。此外，凸部10不一定需要具有絕緣性能，并且可以使用高電阻膜，比如Si、錫氧化物 (SnO2)、銻氧化物(SbO2)或鎢鍺氧氮化物(WGeON)。高電阻膜的電阻率可以是10_4 Ωπι或更大。然后，在圖3F中，通過常規(guī)的真空成膜技術(shù)(比如CVD方法、真空淀積方法或濺射方法)來設(shè)置陰極6Α。通過執(zhí)行從設(shè)置有凸部10的凹槽部7的入口沿著絕緣層3的側(cè)表面到襯底1上地傾斜淀積陰極6Α的材料來形成陰極6Α。此外，在這時，陰極的材料也附著在柵極電極5上，而陰極6Β形成在層9Β上。當(dāng)考慮電子發(fā)射特性時，陰極6Α的厚度要為至少大約5nm。在一個實施例中，當(dāng)通過透射電子顯微鏡(TEM)觀察間隙8時，間隙8要被形成為從4nm或更大到12nm或更小。陰極6A的材料應(yīng)該僅具有導(dǎo)電性和場致發(fā)射特性。通常，陰極6A的材料具有 2000°C或更高的高熔點、以及5eV或更小的功函數(shù)。此外，陰極6A的材料幾乎不形成化學(xué)反應(yīng)層(比如氧化層)，或者可以輕易地除去這種反應(yīng)層。例如，可以使用諸如Hf、V、Nb、 Ta、Mo、W、Au、Pt或Pd的金屬或者這些金屬的合金、碳化物(比如TiC、ZrC, HfC、TaC, SiC 或者 WC)、硼化物(比如 HfB2, ZrB2, LaB6, CeB6, YB4 或者 GdB4)、氮化物(比如 TiN, ZrN, HfN 或者TaN)、無定形碳、石墨、類金剛石碳、或者其中散布有金剛石的碳和碳化合物。然后，在圖3G中，通過刻蝕除去分離層11，并且因此除去柵極電極5上的層9B和陰極6B。然后，在圖3H中，通過常規(guī)的真空成膜技術(shù)(比如CVD方法、真空淀積方法或者濺射方法)以及光刻技術(shù)形成用于與陰極6A電氣導(dǎo)通的電極2。電極2是具有導(dǎo)電性的材料。例如，可以使用金屬(比如 Be、Mg、Ti、&、Hf、V、Nb、Ta、Mo、W、Al、Cu、Ni、Cr、Au、Pt 或者Pd)或者這些金屬的合金。此外，也可以使用碳化物(比如TiC、&C、HfC、TaC、SiC或者 WC)、硼化物(比如HfB2, ZrB2, LaB6, CeB6, YB4或者GdB4)、或者氮化物(比如TiN, ZrN或者 HfN)。此外，可以使用半導(dǎo)體(比如Si或者Ge)、有機聚合物、無定形碳、石墨、類金剛石碳、其中散布有金剛石的碳以及碳化合物。電極2的厚度設(shè)定在從50nm或更大到5mm或更小的范圍內(nèi)，可以是從50nm或更大到5 μ m或更小。電極2的下限值是可以確保足夠的導(dǎo)電性的最小厚度。電極2的上限值是在考慮制造的容易性時的最大厚度。電極2可以由與柵極電極5相同的材料或不同的材料制成， 并且可以通過與柵極電極5相同的形成方法或不同的形成方法而形成。然而，在柵極電極 5中，存在其中柵極電極5的厚度設(shè)定為在比電極2的厚度薄的范圍內(nèi)的情況，從而柵極電極5可以由低電阻材料制成。此外，在上述的制造方法的示例性實施例中，形成分離層11以除去柵極電極5上的陰極6B。然而，陰極6B保留在柵極電極5上的構(gòu)造可以是可能的。然而，在該情況下， 為了確保在柵極電極5和陰極6B之間的電連接，在形成陰極6B之前，要通過圖形化除去層9B的部分。[在凹槽部的入口處形成凸部的效果]在上述的制造方法中，在凹槽部7的入口處設(shè)置凸部10之后成膜陰極6A和6B的效果將得到描述。圖4A是在陰極6A和6B成膜之前電子發(fā)射器件的截面視圖。圖4A是其中沒有在凹槽部7的入口處設(shè)置凸部10的常規(guī)的構(gòu)造。當(dāng)在形成凹槽部7之后通過常規(guī)的真空成膜技術(shù)(比如CVD方法、真空淀積方法或者濺射方法)成膜陰極6A和6B時，到達(dá)凹槽部7 最內(nèi)部的角落的陰極粒子的視角變得相對地寬，如圖4A中所示出的θ a。采用該構(gòu)造，陰極進入凹槽部7的內(nèi)表面并且漏電流出現(xiàn)。為了防止這種情況，成膜通常通過一些設(shè)計的方法來執(zhí)行，例如，使用傾斜淀積，在成膜裝置中設(shè)置用于限制粒子的飛行角度的準(zhǔn)直儀，以及在其中粒子散射小的相對高的真空條件中(在低壓強條件下) 執(zhí)行成膜。圖4B至4D是當(dāng)在凹槽部7的入口處設(shè)置凸部10時在陰極6A和6B成膜之前的電子發(fā)射器件的截面視圖。在圖4B中，假定在凹槽部7的入口處的凸部10的高度為hb，并假定在凸部10的頂部邊緣處的X坐標(biāo)為Xb。通過在凹槽部7的入口處設(shè)置凸部10，在陰極6A和6B成膜的時候，陰極粒子的視角與圖4A中的沒有設(shè)置凸部10的情況相比變得非常小。此外，如圖4C中所示出的，當(dāng)在凹槽部7的入口處的凸部10的高度比圖4B中的高度高(he > hb)時，在陰極6A和6B成膜時陰極粒子到凹槽部7的視角變小(θ c < 0 b)。 此外，如圖4D中所示出的，當(dāng)凹槽部7入口處的凸部10的頂端被設(shè)置在相對于圖4B中的位置向凹槽部7的深度方向上的位置處(Xd<Xb)時，在陰極6A和6B成膜時陰極粒子到凹槽部7的視角變小(θ d < 9 b)。然后，描述對陰極粒子進入凹槽部7內(nèi)部空間的比較的結(jié)果的示例。圖5A是電子發(fā)射器件的截面視圖。如圖5A中所示出的，假定凹槽部7入口處的凸部10的高度為h，并假定凹槽部7的厚度(第二絕緣層4的厚度)為t。圖5B和5C比較了當(dāng)凸部10的高度變化時陰極到凹槽部7的內(nèi)部空間中的進入。圖5B是示出在組成凹槽部7的第一絕緣層3的表面上的陰極粒子數(shù)目相對于到凹槽部7入口的距離的變化的曲線圖。橫軸表示用凹槽部分7的厚度t歸一化的到凹槽部 7入口的距離X。圖5C是示出當(dāng)凹槽部7入口處的凸部10的高度h變化時，在組成凹槽部 7的第一絕緣層3的表面上的特定點處陰極粒子數(shù)目的變化的曲線圖。在圖5C中，橫軸表示用凹槽部7的厚度t歸一化的凸部10的高度h。如圖5B和圖5C中所示出的，當(dāng)凸部10的高度h變得比凹槽部7的厚度t大時，陰極到凹槽部7內(nèi)的進入變少。所以，通過在凹槽部7入口處設(shè)置凸部10，可以控制在陰極6A和6B成膜時陰極粒子相對于凹槽部的視角，并可以減少陰極進入凹槽部7內(nèi)。結(jié)果，可以減小漏電流。此外，由于電子發(fā)射器件本身包含漏電流減小機制，因此不存在對例如用于陰極成膜的裝置、成膜條件和陰極材料的限制，而且因此用于批量生產(chǎn)的適當(dāng)?shù)倪x擇變?yōu)榭赡?。以下將描述第一示例性實施例。圖7A到7G是示出根據(jù)第一示例性實施例的電子發(fā)射器件的制造方法的示意性截面視圖。首先，如圖7A中所示出的，通過使用濺射方法依次層疊第一絕緣層3、第二絕緣層4和柵極電極5。襯底1的材料是PD200，其是低鈉含量玻璃并被開發(fā)為用于等離子體顯示裝置。第一絕緣層3的材料是SiN(SixNy),而第一絕緣層3的厚度是500nm。第二絕緣層4 的材料是SiO2,而第二絕緣層4的厚度是30nm。柵極電極5的材料是TaN，而柵極電極5的厚度是30nm。然后，如圖7B中所示出的，在通過使用光刻技術(shù)在柵極電極5上形成抗蝕劑圖形之后，通過使用干法刻蝕方法依次處理柵極電極5、第二絕緣層4和第一絕緣層3。使用基于CF4的氣體作為在這時的處理氣體，因為第一絕緣層3、第二絕緣層4和柵極電極5的材料是從可以形成氟化物的材料中選出的。作為使用此氣體執(zhí)行RIE的結(jié)果，在刻蝕之后，以相對于襯底的水平面大約80° 的角度來形成第一絕緣層3、第二絕緣層4和柵極電極5。在分離抗蝕劑以后，如圖7C中所示出的，通過使用BHF的刻蝕方法刻蝕第二絕緣層4以使凹槽部的深度變?yōu)榇蠹s70nm。結(jié)果，凹槽部7形成在由第一絕緣層3和第二絕緣層4構(gòu)造的絕緣部件上。然后，如圖7D中所示出的，通過執(zhí)行凸部10的材料的沿著第一絕緣層3的側(cè)表面從凹槽部7的入口到襯底1上的傾斜淀積，而形成層9。此外，在凹槽部7的入口處形成向柵極電極5延伸的凸部10。凸部10的材料是SiO2,而凸部10的高度是18nm，即第二絕緣層4厚度的60%。此外，在這時，SiO2也附著在柵極電極5上，而層9B形成在柵極電極5上。然后， 如圖7E中所示出的，對柵極電極5上的層9B執(zhí)行圖形化，并且暴露柵極電極5的一部分， 以使柵極電極5可以與在接下來步驟中將成膜的陰極電連接。然后，如圖7F中所示出的，通過濺射方法沿著第一絕緣層3的側(cè)表面從其中設(shè)置有凸部10的凹槽部7的入口到襯底1上執(zhí)行Mo的傾斜成膜，而形成陰極6A(低電位側(cè)的陰極)。此外，在這時，Mo也附著在柵極電極5上，而陰極6B成膜在柵極電極5上。Mo的厚度被形成為在平坦平面處為12nm(在周圍沒有遮蔽的表面處(例如，在柵極電極5上)的厚度)。在形成陰極6A和6B之后，通過光刻技術(shù)形成抗蝕劑圖形以使陰極 6A的寬度成為100 μ m。然后，通過使用干法刻蝕方法處理由Mo組成的陰極6A。使用基于CF4的氣體作為在這時的刻蝕氣體。通過該處理，形成具有位于凹槽部7邊緣處的突起部分的條帶(strip) 形狀陰極6A。在本示例性實施例中，陰極6A的寬度和突起部分的寬度相等。此外，突起部分的寬度意指突起部分在與凹槽部分7的深度方向垂直的方向上的沿著凹槽部7的邊緣的長度。作為通過截面TEM分析的結(jié)果，在圖7F中在陰極6A和柵極電極5之間的間隙8為9nm。然后，如圖7G中所示出的，通過使用濺射方法形成電極2。電極2的材料為Cu，而電極2的厚度為500nm。圖6C示出了通過上述方法制造的電子發(fā)射器件的示意性的截面視圖。對于圖2 中的構(gòu)造，通過使用公式(即效率=Ie/(If+Ie))來評價電子發(fā)射器件的特性。已經(jīng)描述了 If和Ie，因此將省略其描述。在柵極電極5的電位為24V而陰極6A經(jīng)由電極2的電位為OV的條件下，24V的驅(qū)動電壓施加在柵極電極5和陰極6A之間。此外，Va為10kV。結(jié)果，平均效率為6%。相對于電子發(fā)射電流，對電子發(fā)射電流沒有貢獻的漏電流小于電流的檢測極限。此外，當(dāng)器件被長時間驅(qū)動時，幾乎觀察不到If電流的突然變化。
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[比較例]圖8A至8E是示出本比較例的電子發(fā)射器件的制造方法的截面視圖。在本比較例中，執(zhí)行與第一示例性實施例類似的步驟，直到形成凹槽部7。在形成凹槽部7之后，如圖 8D中所示出的，執(zhí)行陰極6A的成膜而不在凹槽部7的入口處設(shè)置凸部10。然而，為了使低電位側(cè)陰極6A和柵極電極5之間的影響電子發(fā)射特性的間隙與第一示例性實施例中的間隙相等，陰極6A的厚度為30nm。在形成陰極6A之后，如圖8E中所示出的，執(zhí)行與第一示例性實施例類似的步驟以制造電子發(fā)射器件。圖6B示出了通過使用上述方法而制造的電子發(fā)射器件的示意性截面視圖。當(dāng)對該電子發(fā)射器件執(zhí)行與第一示例性實施例同樣的特性評價時，檢測到大約為器件電流If 的的漏電流。圖3示出了根據(jù)第二示例性實施例的電子發(fā)射器件的制造方法。在第二示例性實施例中，執(zhí)行與第一示例性實施例類似的步驟，直到形成凹槽部7。在形成凹槽部7之后，如圖3D中所示出的，在柵極電極5上形成分離層11。通過使用電解鍍敷方法電解淀積附，而在柵極電極5上形成分離層11。然后，如圖3E中所示出的，通過濺射方法沿著第一絕緣層3的側(cè)表面從凹槽部7 的入口到襯底1上執(zhí)行凸部10的材料的傾斜淀積，而形成層9A。在凹槽部7的入口處形成向柵極電極5延伸的凸部10。凸部10的材料為SiO2,而凸部10的高度為18nm，即第二絕緣層4厚度的60%。此外，在這時，SiO2也附著在柵極電極5上，而層9成膜在柵極電極5上。然后，如圖3F中所示出的，通過使用濺射方法沿著第一絕緣層3的側(cè)表面從其中設(shè)置有凸部的凹槽部7的入口到襯底1上執(zhí)行Mo的傾斜淀積，而形成陰極6A (低電位側(cè)的陰極)。此外，在這時，Mo也附著在柵極電極5上，而陰極6B形成在柵極電極5上。Mo被成膜為在平坦平面處具有12nm的厚度。作為通過截面TEM分析的結(jié)果，在圖3F中在陰極6A和柵極電極5之間的間隙8 為9nm。在陰極6A和6B成膜之后，如圖3G中所示出的，通過使用包含碘和碘化鉀的刻蝕溶液除去淀積在柵極電極5上的M分離層11，將陰極6B與柵極電極5分離。在分離陰極 6B之后，如圖3H中所示出的，通過執(zhí)行與第一示例性實施例類似的步驟，處理陰極6A以形成電極2，從而制造電子發(fā)射器件。圖6A示出了通過上述方法而制造的電子發(fā)射器件的示意性截面視圖。對該電子發(fā)射器件執(zhí)行與第一示例性實施例同樣的特性評價。作為其結(jié)果，平均效率為8%。相對于電子發(fā)射電流，對電子發(fā)射電流沒有貢獻的漏電流小于電流的檢測極限。此外，當(dāng)器件被長時間驅(qū)動時，幾乎觀察不到If電流的突然變化。除與第一示例性實施例同樣的效果之外，在本示例性實施例中，由于在柵極電極5上的層9B和陰極6B被分離，因此從陰極發(fā)射的電子可以以高效率到達(dá)陽極電極。所以，與第一示例性實施例中的情況相比，電子發(fā)射效率提高。在第三示例性實施例中，執(zhí)行與第二示例性實施例類似的步驟，直到形成凹槽部 7。在形成凹槽部7之后，如圖3D中所示出的，形成分離層11。通過使用電解鍍敷方法在柵極電極5上電解淀積M而形成分離層11。然后，如圖3E中所示出的，通過濺射方法沿著第一絕緣層3的側(cè)表面從凹槽部7的入口到襯底1上執(zhí)行凸部10的材料的傾斜淀積，而形成層9。此外，在凹槽部7的入口處還形成向電極5延伸的凸部10。凸部10的材料為SiN，而凸部10的高度為18nm，即第二絕緣層4厚度的60%。此外，在這時，SiN也附著在柵極電極5上，而層9B形成在柵極電極5上。然后，如圖3F中所示出的，通過濺射方法沿著第一絕緣層3的側(cè)表面從其中設(shè)置有凸部10的凹槽部7的入口到襯底1上執(zhí)行Mo的傾斜淀積，而形成陰極6A (低電位側(cè)的陰極)。此外，在這時，Mo也附著在柵極電極5上，而陰極6B成膜在柵極電極5上。Mo被成膜為使其在平坦平面處具有12nm的厚度。作為截面TEM分析的結(jié)果，在圖 3F中陰極6A和柵極電極5之間的間隙8為9nm。在陰極6A和6B成膜之后，如圖3G中所示出的，通過與第二示例性實施例中類似的方法除去淀積在柵極電極5上的M分離層11， 從而將陰極6B與柵極電極5分離。在分離陰極6B之后，通過光刻技術(shù)形成抗蝕劑圖形以使陰極6A的寬度成為 100 μ m。然后，通過使用干法刻蝕方法處理由Mo組成的陰極6A。在圖形化陰極6A之后，通過使用BHF的剝離技術(shù)除去附著在凹槽部7內(nèi)表面上的殘余物質(zhì)。通過BHF對SiN的刻蝕速率比SiO2小一個數(shù)量級。在本示例性實施例中，由于在凹槽部7入口處的凸部10由SiN制成，因此在BHF 處理時凸部10沒有被刻蝕。由于在凹槽部7內(nèi)表面處的殘余物質(zhì)導(dǎo)致漏電流，因此在本示例性實施例中的電子發(fā)射器件可以比在第二示例性實施例中的電子發(fā)射器件更多地減小漏電流因素。在除去殘余物質(zhì)以后，如圖3H中所示出的，通過執(zhí)行與第二示例性實施例中類似的步驟而形成電極2，從而制造電子發(fā)射器件。圖6A示出了通過上述方法而制造的電子發(fā)射器件的示意性截面視圖。對該電子發(fā)射器件執(zhí)行與第一示例性實施例同樣的特性評價。結(jié)果，平均效率為8%。相對于電子發(fā)射電流，對電子發(fā)射電流沒有貢獻的漏電流小于電流的檢測極限，此外，當(dāng)器件被長時間驅(qū)動時，與第二示例性實施例中的情況相比，更好地防止了 If電流的突然變化。在第四示例性實施例中，執(zhí)行與該第一示例性實施例類似的步驟，直到形成凹槽部7。在形成凹槽部7之后，如圖7D中所示出的，通過濺射方法沿著第一絕緣層3的側(cè)表面從凹槽部7的入口到襯底1上執(zhí)行凸部10的材料的傾斜淀積，而形成層9A。此外，在凹槽部7的入口處形成向柵極電極5延伸的凸部10。凸部10的材料為SiO2,而凸部10的高度為25nm，即第二絕緣層4厚度的85%。此外，SiO2也附著在柵極電極5上，而層9B成膜在柵極電極5上。然后，如圖7E中所示出的，通過執(zhí)行柵極電極5上的層9的圖形化，暴露柵極電極 5的一部分，從而使柵極電極5能夠與在接下來步驟中將成膜的陰極電連接。然后，如圖7F 中所示出的，通過濺射方法沿著第一絕緣層3的側(cè)表面從其中設(shè)置有凸部10的凹槽部7的入口到襯底1上執(zhí)行Mo的傾斜淀積，而形成陰極6A(低電位側(cè)的陰極)。此外，在這時，Mo 也附著在柵極電極5上，而陰極6A成膜在柵極電極5上。Mo被成膜為使其在平坦平面處具有5nm的厚度。然后，通過執(zhí)行與第一示例性實施例類似的步驟處理陰極6A。作為通過截面TEM 分析的結(jié)果，在圖7F中低電位側(cè)陰極6A和柵極電極5之間的間隙8為9nm。然后，如圖7G 中所示出的，通過濺射方法形成電極2。電極2的材料為Cu，而電極2的厚度為500nm。圖6C示出了通過上述方法制造的電子發(fā)射器件的示意性截面視圖。對該電子發(fā)射器件執(zhí)行與第一示例性實施例同樣的特性評價。作為其結(jié)果，平均效率為3%。在該電子發(fā)射器件中，減小了陰極的厚度并增大了陰極的電阻，使得陰極6A的電位變?yōu)樾∮?4V。 出于該理由，認(rèn)為在本示例性實施例中的器件的效率變得小于第一示例性實施例中的器件的效率。相對于電子發(fā)射電流，對電子發(fā)射電流沒有貢獻的漏電流小于電流的檢測極限， 此外，當(dāng)器件被長時間驅(qū)動時，幾乎觀察不到If電流的突然變化。在第五示例性實施例中，執(zhí)行與第一示例性實施例類似的步驟，直到形成凹槽部 7。在形成凹槽部7之后，如圖7D中所示出的，通過濺射方法沿著第一絕緣層3的側(cè)表面從凹槽部7的入口到襯底1上執(zhí)行凸部10的材料的傾斜淀積，而形成層9A。此外，在凹槽部 7的入口處形成向柵極電極5延伸的凸部10。凸部10的材料為SiO2,而凸部10的高度為15nm，即第二絕緣層4厚度的50%。 此外，SiO2也附著在柵極電極5上，而層9B成膜在柵極電極5上。然后，如圖7E中所示出的，執(zhí)行柵極電極5上的層9B的圖形化，并暴露柵極電極5的一部分，從而使柵極電極5能夠與在接下來步驟中成膜的陰極電連接。然后，如圖7F中所示出的，通過濺射方法從其中設(shè)置有凸部10的凹槽部的入口到襯底ι上執(zhí)行M0的傾斜淀積，而形成陰極6A (低電位側(cè)的陰極)。此外，在這時，Mo也附著在柵極電極5上，而陰極6B成膜在柵極電極5上。Mo被成膜為在平坦平面處具有15nm的厚度。然后，通過執(zhí)行與第一示例性實施例類似的步驟而處理陰極6A。作為通過使用截面TEM分析的結(jié)果，在圖7F中低電位側(cè)陰極 6A和柵極電極5之間的間隙8為9nm。然后，如圖7G中所示出的，通過濺射方法形成電極 2。電極2的材料為Cu，而電極2的厚度為500nm。圖6C示出了通過上述方法而制造的電子發(fā)射器件的示意性截面視圖。對該電子發(fā)射器件執(zhí)行與第一示例性實施例同樣的特性評價。作為其結(jié)果，平均效率為6%。相對于電子發(fā)射電流，對電子發(fā)射電流沒有貢獻的漏電流約為0. 1%。認(rèn)為其原因在于，由于向凹槽部7內(nèi)部的陰極材料的遮蔽效果變小，因此漏電流增大。在第六示例性實施例中，執(zhí)行與第一示例性實施例類似的步驟，直到形成凹槽部 7。在形成凹槽部7之后，如圖7D中所示出的，通過濺射方法沿著第一絕緣層3的側(cè)表面從凹槽部7的入口到襯底1上執(zhí)行凸部10的材料的傾斜淀積，而形成層9A。此外，還在凹槽部7的入口處形成向柵極電極5延伸的凸部10。凸部10的材料為Si，而凸部10的高度為18nm，即第二絕緣層4的60%。此夕卜， Si也附著在柵極電極5上，而層9B成膜在柵極電極5上。然后，如圖7E中所示出的，執(zhí)行柵極電極5上的層9B的圖形化，并暴露柵極電極5的一部分，從而使柵極電極5能夠與接下來步驟中成膜的陰極電接觸。然后，如圖7F中所示出的，通過濺射方法沿著第一絕緣層3的側(cè)表面從其中設(shè)置有凸部10的凹槽部7的入口到襯底1上執(zhí)行Mo的傾斜淀積，而形成陰極6A(較低電位側(cè)的陰極)。此外，在這時，Mo也附著在柵極電極5上，而陰極6B成膜在柵極電極5上。Mo被成膜為在平坦平面處具有12nm的厚度。然后，通過執(zhí)行與第一示例性實施例類似的步驟而處理陰極6A。作為通過使用截面TEM分析的結(jié)果，在圖7F中在較低電位側(cè)的陰極6A和柵極電極5之間的間隙8為9nm。然后，如圖7G中所示出的，通過濺射方法形成電極2。電極 2的材料為Cu，而電極2的厚度為500nm。圖6C示出了通過上述方法而制造的電子發(fā)射器件的示意性截面視圖。對該電子發(fā)射器件執(zhí)行與第一示例性實施例同樣的特性評價。作為其結(jié)果，平均效率為6%。相對于電子發(fā)射電流，對電子發(fā)射電流沒有貢獻的漏電流小于電流的檢測極限。在第七示例性實施例中，通過執(zhí)行與第二示例性實施例類似的步驟而制造的大量電子發(fā)射器件以矩陣方式布置在襯底上，以形成電子源襯底。通過使用該電子源襯底來制造圖像顯示裝置。首先，通過執(zhí)行與第二示例性實施例類似的步驟而將SiN/Si02/TaN/Si02/Mo層順序地成膜在玻璃襯底13上，并且制造電子發(fā)射器件23。然后，Y方向的布線18被布置為使其與柵極電極連接。該Y方向布線用作其中施加調(diào)制信號的布線。然后，為了使X方向布線14與Y方向布線18絕緣，布置由硅氧化物制成的絕緣層。X方向布線14在接下來步驟中被制造。該絕緣層被布置為使其在X方向布線 14之下并覆蓋Y方向布線18。然后，X方向布線14形成在預(yù)先布置的絕緣層上。X方向布線14用作其中施加掃描信號的布線，并包括銀作為主要成分。X方向布線14布置為具有絕緣層插入在X方向布線14和Y方向布線18之間，并與Y方向布線18交叉。以該構(gòu)造，制造具有矩陣布線的玻璃襯底13。然后，在玻璃襯底13上側(cè)2mm處，經(jīng)由支撐框架16布置面板22。通過層疊熒光體膜20和金屬背(metal back) 21而在玻璃襯底19的內(nèi)表面上形成面板22。熒光體膜20 為發(fā)光部件而金屬背21為陽極電極。此外，圖9示出了其中構(gòu)成容器17的背板15被設(shè)置作為玻璃板13的支撐部件的示例。然而，在本示例性實施例中，省略了背板15。通過加熱銦(Id)并冷卻來密封并接合面板22、支撐部件16和玻璃板13的接合部分。Id是低熔點金屬。該密封和接合處理在真空室中執(zhí)行，使得不用排氣管而同時執(zhí)行密封和接合處理。在本示例性實施例中，為了實現(xiàn)彩色圖像，作為圖像形成部件的熒光體膜20是具有條帶形狀的熒光體。通過首先形成黑色條帶(未示出)，并通過使用漿料方法在黑色條帶的間隙部分中涂敷各種顏色熒光體(未示出)，而形成熒光體膜20。作為黑色條帶的材料， 使用通常使用的包括石墨作為主要成分的材料。此外，在熒光體膜20的內(nèi)表面?zhèn)?電子發(fā)射器件側(cè))，設(shè)置由Al構(gòu)成的金屬背21。通過向熒光體膜20的內(nèi)表面?zhèn)日婵照舭l(fā)Al而制造金屬背21。通過上述方法制造的圖像顯示裝置可以實現(xiàn)具有穩(wěn)定顯示圖像的顯示裝置。上述的實施例可以涉及電子發(fā)射器件、使用該電子發(fā)射器件的電子束裝置、以及使用該電子束裝置的圖像顯示裝置的容易且簡單的制造方法，該電子發(fā)射器件減少在柵極和陰極之間的漏電流的發(fā)生，并且可以執(zhí)行穩(wěn)定的操作。盡管已經(jīng)參考示例性實施例描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于所公開的示例性實施例。以下權(quán)利要求的范圍應(yīng)被賦予最寬泛的解釋，從而包含所有變型、等同結(jié)構(gòu)和功能。
1權(quán)利要求
1.一種電子發(fā)射器件的制造方法，該電子發(fā)射器件包括絕緣部件、柵極電極以及陰極， 該絕緣部件在該絕緣部件的表面上具有凹部，該柵極電極被形成在該絕緣部件的表面上并被布置為面向該凹部，該陰極包括向該柵極電極突出并布置在該凹部的邊緣處的突起部分，該制造方法按以下順序包括形成該凹部；以及在形成在該凹部的邊緣處形成的并且向該柵極電極突出的凸部之后形成該陰極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的制造方法，其中通過使用具有絕緣性能或者具有10_4Ωπι或更大電阻率的高電阻的材料來形成該凸部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的制造方法，其中該凸部是通過氣相淀積方法來成膜的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的制造方法，其中當(dāng)形成該凸部時，該凸部的材料還同時在該柵極電極上成膜， 當(dāng)形成該陰極時，該陰極的材料還同時在該柵極電極上成膜，在形成該陰極之后，將在該柵極電極上成膜的該凸部的材料與在該柵極電極上成膜的該陰極的材料分離。
5.一種包括電子發(fā)射器件與陽極電極的電子束裝置的制造方法，該制造方法包括 通過根據(jù)權(quán)利要求1的制造方法來制造電子發(fā)射器件；以及將該陽極電極布置為與該陰極的頂端相對。
6.一種包括電子束裝置和光發(fā)射部件的圖像顯示裝置的制造方法，該制造方法包括 通過根據(jù)權(quán)利要求5的制造方法來制造電子束裝置，其中層疊光發(fā)射部件和陽極電極。
7.一種電子發(fā)射器件，包括絕緣部件，具有在該絕緣部件表面上的凹部； 柵極電極，被形成在該絕緣部件的表面上并被布置為面向該凹部； 陰極，包括向該柵極電極突出并被布置在該凹部的邊緣處的突起部分；以及凸部，形成在該凹部的邊緣處并向該柵極電極突出。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的電子發(fā)射器件，其中該凸部由具有絕緣性能或者具有10_4Ωπι或更大的電阻率的高電阻的材料制成。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的電子發(fā)射器件， 其中該凸部被形成為膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的電子發(fā)射器件，其中該柵極電極、該陰極以及該凸部的材料被形成為膜。
全文摘要
本發(fā)明涉及電子發(fā)射器件、電子束裝置和圖像顯示裝置的制造方法。提供一種電子發(fā)射器件的制造方法，其減少了施加有用于驅(qū)動電子源的電壓的柵極和陰極之間漏電流的發(fā)生。該電子發(fā)射器件包括絕緣部件，在其表面上具有凹部；柵極電極，在該絕緣部件上形成并與該凹部相對地放置；陰極，在該凹部的邊緣上形成并具有向該柵極電極突出的突起。該制造方法包括形成該凹部的步驟以及在凹部邊緣處形成向柵極電極突出的凸部之后形成陰極的步驟。依次執(zhí)行這些步驟。
文檔編號H01J31/12GK102222591SQ20111009018
公開日2011年10月19日 申請日期2011年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月15日
發(fā)明者廣木珠代 申請人:佳能株式會社