專利名稱：具有垂直汽相淀積工藝形成的發(fā)射極的非平面場發(fā)射器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冷陰極場發(fā)射器件，特別涉及電極基本上非平面排列的發(fā)射器件的形成。
冷陰極發(fā)射器件(FED)是本領(lǐng)域的公知技術(shù)，F(xiàn)ED有兩個或更多個電極，包括一個發(fā)射極和一個集電極。此外，還可包括一個或多個柵極以調(diào)節(jié)器件的工作。
具有基本上非平面排列的電極的FED已是公知的。在一種先有技術(shù)實(shí)施方案中，發(fā)射極構(gòu)成一錐形體。利用一基本上垂直的汽相淀積工藝和一低角汽相淀積工藝(通常同時使用)來形成錐形。基本上垂直的汽相淀積工藝提供材料以支持構(gòu)成發(fā)射極錐體，而低角汽相淀積工藝保證一小孔的逐漸關(guān)閉，該孔越來越限制從垂直淀積過程來的材料的引入，從而形成截面逐漸縮小的錐形體。
上述過程導(dǎo)致一系列問題。例如，其上形成有FED的襯底在低角汽相淀積過程中必須連續(xù)轉(zhuǎn)動以便保證小孔對稱閉合。如果沒有這種對稱閉合，得到的發(fā)射極錐形體可能是畸形的，并且可能不能有效地支持其預(yù)定目的。另一個例子是，垂直和低角汽相淀積過程通常同時進(jìn)行。由于這兩個過程一般會導(dǎo)致不同材料的沉積，必須除去形成的封閉層(由各種材料混合而成)以便能提供一個有用的器件。
因此，需要一種基本上能避免至少一部分上述問題的形成基本上非平面的FED的方法。
本發(fā)明所公開的FED形成方法基本上滿足了這些需要。根據(jù)本發(fā)明，一個具有腔體的殼體為后續(xù)基本垂直(但不是絕對垂直)的汽相淀積過程提供了基礎(chǔ)，它使得一基本對稱的發(fā)射極錐體能在腔體中形成。在此過程中，腔體以基本對稱的方式逐漸閉合，從而使發(fā)射極錐形體易于形成。
這種方法不需要用低角汽相淀積工藝來閉合腔體的孔。相反，由于所用的汽相淀積工藝是基本(不是絕對)垂直的，因而沉積粒子有充分的橫向移動，足以保證材料被淀積到腔體開口的側(cè)面，從而在工藝過程中閉合腔體。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，上部封裝層在發(fā)射極形成后被去掉，以使后續(xù)工藝步驟能繼續(xù)進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，將封裝層保留并用作所得器件的一個電極。


圖1a～1f示出了在形成本發(fā)明FED的一個實(shí)施例時各步驟所得結(jié)構(gòu)的放大的側(cè)剖圖;
圖2a～2c示出了在形成本發(fā)明的FED的另一個實(shí)施例時各步驟所得結(jié)構(gòu)的放大的側(cè)剖圖。
根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，襯底101(圖1a)可有根據(jù)公知的沉積技術(shù)而沉積于其上的一層介質(zhì)層102，金屬化層103以及光敏抗蝕劑層104。而后可以有選擇地將光敏抗蝕劑暴光和顯影，可通過腐蝕工藝去掉光敏抗蝕層104和金屬化層103的選定部分(圖1b)。
而后可用活性離子蝕刻工藝去掉介質(zhì)層102的選定部分以形成腔體的延續(xù)部分107。在此實(shí)施例中，去掉的介電材料(102)的量應(yīng)是以使襯底101的一部分暴露出來。在此實(shí)施例中還示出了介質(zhì)材料102的蝕刻可連續(xù)進(jìn)行直到建立起一側(cè)凹槽。這種側(cè)凹槽雖不是必須的，但在需要時它將在后續(xù)工藝中協(xié)助去掉多余的金屬。
如本領(lǐng)域中公知的那樣，當(dāng)向一由所需導(dǎo)電沉積材料構(gòu)成的汽相淀積靶(未示出)加能量時，一基本垂直(不是絕對)的汽相淀積過程就開始了。汽化的材料以與襯底101基本垂直的方向109移動，并沉積在腔體中和光敏抗蝕層104上。落入腔體底部的材料形成發(fā)射極錐形體112。落在光敏抗蝕層104上的材料形成封裝層111。
由于汽相淀積材料基本上相對于要形成的器件垂直(但不是統(tǒng)計(jì)上的絕對)移動，所以某些材料粒子有一橫向移動分量。這些粒子中的一些沉積在腔體的側(cè)壁上，并逐漸堵塞腔體上的孔。隨著孔的閉合，進(jìn)入腔體的材料越來越少，從而基本上能滿足一錐形發(fā)射極112的形成。如果需要，襯底不必相對于汽相淀積靶旋轉(zhuǎn)。
最后，腔體的孔將被完全封住。這時發(fā)射極錐體112將全部完成(圖1e)。而后，可通過已知的方法去掉沉積的上部金屬層111和居中的光敏抗蝕層104以提供襯底101，介質(zhì)層102和金屬化層103，包括形成在腔體中的錐形發(fā)射極112(圖1f)。此后，可根據(jù)公知的先有技術(shù)加上附加的介質(zhì)層、絕緣層和/或金屬化層及封裝層，以便制成一個具有所期望的電極結(jié)構(gòu)和工作特性的場發(fā)射器件。此后所用的特殊結(jié)構(gòu)與理解本發(fā)明無關(guān)，因而不再詳述。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，仍參看圖1a，可先提供一由襯底101、介質(zhì)102、金屬化層103、絕緣層104以及光敏抗蝕層113構(gòu)成的原始?xì)んw。而后可通過刻蝕金屬化層103，絕緣層104和光敏抗蝕層113形成一腔體106。如圖1b所示，此后可刻蝕介質(zhì)層102以完成一腔體107。用汽相淀積工藝在腔體內(nèi)沉積導(dǎo)電材料以形成發(fā)射極112(如上所述)，并在絕緣層104上沉積導(dǎo)電材料。所得到的器件示于圖1e，其中，該器件由襯底101，介質(zhì)層102，金屬化層103(可作柵極)，一絕緣層104和一可作集電極的金屬化層111(不像先有技術(shù)那樣，封裝層由不適合此功能和目的的材料的混合物構(gòu)成)。發(fā)射極錐形體112位于密封的腔體中。(如果在被抽空的氣氛中進(jìn)行汽相淀積過程，腔體被進(jìn)一步抽真空以支持器件運(yùn)行過程中所需的電子發(fā)射)。
現(xiàn)在參照2a-2c說明本發(fā)明的另一實(shí)施例，在第一實(shí)施例中，該過程先提供一由襯底201，介質(zhì)層202，第一金屬化層203，第二介質(zhì)層204，第二金屬化層205和光敏抗蝕層206構(gòu)成的殼體(見圖2a)。如上所述，利用材料刻蝕工藝去掉所有預(yù)定部分但保留襯底層，以形成腔體209(圖2b)。再用一基本上垂直(但不是絕對垂直)的汽相淀積工藝將材料沉積在腔體209中以形成錐形發(fā)射極208，并在光敏抗蝕層上沉積一封裝層207，而后可去掉封裝層207和光敏抗蝕層206，以提供一具有發(fā)射極208和可作為一完成器件柵極的兩金屬化層203和205的器件。
器件可用與理解本發(fā)明無關(guān)的各種方法完成。因而，不必詳述。
在另一實(shí)施例中，第二金屬化層205可加一層絕緣層206(圖2a)。而后可在絕緣層206上沉積一光敏抗蝕層211。可向前述那樣繼續(xù)進(jìn)行刻蝕過程，以形成腔體209，在去掉光敏抗蝕層211之后，可用汽相淀積方法形成發(fā)射極208及在絕緣層206上的封裝金屬化層207，以形成基本上完整的器件，如圖2b所示。該器件包括發(fā)射極208，兩柵極203和205以及集電極207。
在其它實(shí)施例中，可利用連續(xù)沉積和/或氧化生長來形成絕緣層和/或介質(zhì)層，以便提供一絕緣/介質(zhì)層，它在一定器件內(nèi)有電場時，不會被擊穿。
權(quán)利要求
1.一種形成基本上非平面的冷陰極場發(fā)射器件的方法，其特征在于下列步驟a)提供一具有腔體107的坯體；b)只利用基本上垂直(但不絕對垂直)的汽相淀積工藝109在腔體內(nèi)形成一發(fā)射極112，其中，腔體在汽相淀積過程中被逐漸封閉。
2.權(quán)利要求1的方法，其中提供具有腔體的坯體的步驟包括a1)提供一襯底101;a2)在襯底上至少形成一層沉積層102，103和104;a3)去掉至少一層沉積層的一部分從而形成腔體107。
3.權(quán)利要求2的方法，其中去掉至少一層沉積層的一部分的步驟包括去掉適量的沉積層以暴露襯底的一部分的步驟。
4.權(quán)利要求3的方法，其中在腔體內(nèi)形成發(fā)射極的步驟包括形成發(fā)射極使其與襯底的暴露部分的至少一部分接觸。
5.權(quán)利要求2的方法，其中至少一層沉積層為光敏抗蝕劑層104，利用汽相淀積法形成發(fā)射極的步驟還包括通過汽相淀積法在光敏抗蝕劑層上沉積材料的步驟。
6.權(quán)利要求1的方法，其中，在汽相淀積過程中只利用預(yù)定材料封閉腔體。
7.一種形成基本上非平面的冷陰極場發(fā)射器件的方法，其特征在于下列步驟a)提供一其上形成有腔體的坯體;b)激發(fā)汽相淀積靶，以進(jìn)行汽相淀積過程，其中靶和坯體相對保持基本固定，在汽相淀積過程中，腔體逐漸封閉，從而在腔體中形成發(fā)射極112。
8.一種形成基本上非平面的冷陰極場發(fā)射器件的方法，包括下列步驟a)提供一襯底101;b)在襯底上至少形成一層介質(zhì)層102;c)在介質(zhì)層上形成一金屬化層;d)在金屬化層上形成一光敏抗蝕劑層;e)去掉光敏抗蝕劑層、金屬化層和介質(zhì)層的預(yù)定部分，從而形成至少一個具有開口的腔體107;f)激發(fā)汽相淀積靶，進(jìn)行汽相淀積過程109，其中靶與襯底相互基本固定，在汽相淀積過程中，腔體逐漸閉合，從而在腔體內(nèi)形成一發(fā)射極112。
全文摘要
具有錐形發(fā)射極112，208的冷陰極場發(fā)射器件，發(fā)射極用基本垂直(但不絕對垂直)的汽相淀積過程109形成，其中，襯底101，201無需相對汽相淀積靶旋轉(zhuǎn)。汽相淀積過程形成一封裝層111，207，它可用作完成器件中的電極或被去掉以利其它層的形成。
文檔編號H01J9/02GK1057125SQ9110095
公開日1991年12月18日 申請日期1991年2月8日 優(yōu)先權(quán)日1990年2月9日
發(fā)明者戈羅肯·赫伯特, 凱恩·羅伯特 申請人:莫托羅拉公司