專利名稱：具有碳納米管發(fā)射器的場(chǎng)致發(fā)射顯示器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種平板顯示器面板及其制造方法，更具體地，本發(fā)明涉及一種具有碳納米管發(fā)射器的場(chǎng)致發(fā)射顯示器及其制造方法。
背景技術(shù)：
不難預(yù)見，將由平板顯示器面板例如液晶顯示器、發(fā)光二極管、等離子體顯示器面板和場(chǎng)致發(fā)射顯示器(FED)代替陰極射線管。在這些平板顯示器面板中，F(xiàn)ED具有高分辨率、高效率和低功耗的優(yōu)點(diǎn)，作為下一代顯示器件受到了極大關(guān)注。
FED的核心技術(shù)是用于發(fā)射電子的發(fā)射器微尖的處理技術(shù)和處理技術(shù)的穩(wěn)定性。在傳統(tǒng)FED中，采用硅尖和鉬尖作為發(fā)射器微尖。然而，硅尖和鉬尖兩者都具有壽命短、穩(wěn)定性差和電子發(fā)射效率低。
傳統(tǒng)FED在聚焦柵電極和柵電極之間形成的氧化硅膜(SiO2)的臺(tái)階部分處還具有較差的臺(tái)階覆蓋。這會(huì)在臺(tái)階部分處導(dǎo)致電子缺陷例如圖1中所示的裂縫10，裂縫10產(chǎn)生絕緣性擊穿。這種缺陷就會(huì)在兩個(gè)電極之間產(chǎn)生漏電流，由此在臺(tái)階部分處產(chǎn)生焦耳熱。
在圖1中，參考數(shù)字4、6和8分別表示柵電極、氧化硅膜和聚焦柵電極。
通過(guò)增加氧化硅膜的厚度，就能夠在一定程度上解決與氧化硅膜(SiO2)相關(guān)的上述問(wèn)題。然而，因?yàn)楫?dāng)氧化硅膜的厚度增加到大于2μm時(shí)會(huì)產(chǎn)生剝離現(xiàn)象，所以就不容易獲得所需的厚度。
為了解決此問(wèn)題，已經(jīng)開發(fā)出了具有各種結(jié)構(gòu)的幾種FED。在傳統(tǒng)FED中，廣泛采用具有嵌入的聚焦結(jié)構(gòu)的FED和具有金屬絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)的FED。
在前一種情況下，在聚焦柵電極和用于提取電子的柵電極之間形成裂縫的可能性小，但是因?yàn)榫劢箹烹姌O形成在聚酰亞胺上，所以就需要用于排泄由聚酰亞胺產(chǎn)生的氣體的除氣處理。
另一方面，在后一種情況下，通過(guò)設(shè)置環(huán)繞所述微頭的金屬絲網(wǎng)，就能夠改善聚焦電子束。然而，難于處理并焊接金屬絲網(wǎng)，特別地，由于不能對(duì)準(zhǔn)金屬絲網(wǎng)，就會(huì)使電子束偏移。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種碳納米管場(chǎng)致發(fā)射顯示器，通過(guò)減少在聚焦柵電極和柵電極之間的漏電流，該碳納米管場(chǎng)致發(fā)射顯示器具有聚焦電子束的優(yōu)越性能。
本發(fā)明還提供一種簡(jiǎn)單且成本降低的碳納米管場(chǎng)致發(fā)射顯示器(CNTFED)的制造方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種碳納米管場(chǎng)致發(fā)射顯示器(CNTFED)，包括襯底；在該襯底上形成的透明電極；在該透明電極上形成的發(fā)射器電極；在該發(fā)射器電極上形成的碳納米管(CNT)發(fā)射器；形成在該CNT發(fā)射器的外圍區(qū)域之上的柵重疊(gate stack)，其從該CNT發(fā)射器中提取電子束、將已提取的電子束聚焦到預(yù)定靶；在該柵重疊之上形成的前面板，并且在該前面板上顯示信息；以及在該前面板的背面上形成的熒光膜，其中該柵重疊包括掩膜層，該掩膜層覆蓋在該CNT發(fā)射器周圍的該發(fā)射器電極且具有大于該CNT發(fā)射器的高度。
該掩膜層可以是摻雜有導(dǎo)電雜質(zhì)的非晶硅層。該掩膜層的高度可以比該CNT發(fā)射器的高度高出0.1～4μm。當(dāng)該掩膜層由不同材料形成時(shí)，在該掩膜層和該CNT發(fā)射器之間的高度差可以不同于上述范圍。
該掩膜層可以具有102～109Ωcm的電阻率。
該柵重疊還可以包括依次在該掩膜層上疊置的柵絕緣膜、柵電極、氧化硅(SiOX)膜和聚焦柵電極，其中X＜2。
根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，該柵絕緣膜可以由氧化硅膜(SiO2)和第二氧化硅膜(SiOX)之一形成，其中X＜2。將該第一氧化硅膜形成為2μm或更大的厚度，優(yōu)選為3～15μm，更優(yōu)選為6～15μm。將該第二氧化硅膜形成為1～5μm的厚度。
可以在一個(gè)聚焦柵電極中形成多個(gè)CNT發(fā)射器。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種具有上述結(jié)構(gòu)的CNT FED的制造方法，該方法包括形成含有在環(huán)繞該CNT發(fā)射器的該發(fā)射器電極上形成的掩膜層的柵重疊；并且在形成該柵重疊之后，形成具有小于該掩膜層高度的該CNT發(fā)射器。
該形成柵重疊可以包括形成具有通孔的掩膜層和該透明電極，該通孔暴露在該襯底上的該透明電極的一部分；在該掩膜層上形成柵絕緣膜，該柵絕緣膜填充該通孔；在環(huán)繞該通孔的該柵絕緣膜上形成柵電極；在該柵電極和該柵絕緣膜上形成第一氧化硅膜(SiOX，X＜2)；在環(huán)繞該通孔的該第一氧化硅膜上形成聚焦柵電極；以及去除在該柵電極內(nèi)設(shè)置的該柵絕緣膜和該第一氧化硅膜。
該柵絕緣膜可由氧化硅膜(SiO2)和第二氧化硅膜(SiOX)之一形成，其中X＜2。該第一氧化硅膜為2μm或更大的厚度，優(yōu)選為3～15μm的厚度，更加優(yōu)選為6～15μm的厚度。
在該形成第一氧化硅膜中，硅烷(SiH4)的流率可以維持在50～700sccm(標(biāo)準(zhǔn)狀況下每分鐘立方厘米)，硝酸(N2O)的流率可以維持在700～4500sccm，處理壓力可以維持在600～1200毫乇(mTorr)，該襯底的溫度可以維持在250～450℃，并且RF功率可以維持在100～300W。
可以按照上述條件來(lái)形成該第二氧化硅膜。
該去除第一氧化硅膜可以包括在該聚焦柵電極上和在該聚焦柵電極內(nèi)形成的該第一氧化硅膜上涂覆感光膜(photosensitive film)；對(duì)在該通孔之上形成的該感光膜進(jìn)行曝光；去除該感光膜的已曝光部分；利用該感光膜作為蝕刻掩膜，從該感光膜中去除已曝光部分，濕法蝕刻該第一氧化硅膜；以及去除該感光膜。可以重復(fù)地進(jìn)行在該去除第一氧化硅膜中包含的所有工序。
在曝光該感光膜期間，從該襯底之下使該感光膜受紫外線曝光。
該曝光感光膜可以包括在該感光膜之上設(shè)置掩膜，所述掩膜在對(duì)應(yīng)于該通孔的區(qū)域具有透射窗口；以及從該掩膜之上朝向該掩膜輻照光。
當(dāng)去除該柵絕緣膜時(shí)，可以采用在去除該第一氧化硅膜中含有的所有工序。在此情況下，可以重復(fù)地進(jìn)行所有工序。
可以形成該聚焦柵電極，以便在該聚焦柵電極中形成多個(gè)通孔。
形成的具有小于該掩膜層高度的CNT發(fā)射器包括形成具有大于該掩膜層的高度的CNT發(fā)射器；以及通過(guò)表面處理將該CNT發(fā)射器的高度減少為低于該掩膜層的高度。
可以減少該CNT發(fā)射器的高度，直至該掩膜層和該CNT發(fā)射器之間的高度差達(dá)到0.1～4μm的范圍。該掩膜層可以由具有102～109Ωcm的電阻率的材料層形成。
根據(jù)本發(fā)明的CNT FED，包括聚焦柵絕緣膜，通過(guò)該聚焦柵絕緣膜，在該聚焦柵電極和該柵電極之間就確保了優(yōu)良的臺(tái)階覆蓋，并且該聚焦柵絕緣膜具有足夠的厚度，以便使在該聚焦柵電極和該柵電極之間的應(yīng)力減小。因此，在該聚焦柵絕緣膜中就不會(huì)產(chǎn)生例如裂縫的缺陷，由此就減少了在該聚焦柵電極和該柵電極之間漏電流。由于該聚焦柵電極具有足夠厚的厚度，該聚焦柵電極和該柵電極就對(duì)應(yīng)于該大的厚度的距離彼此分開。因此，就能防止粘附到聚焦柵絕緣膜的雜質(zhì)在兩個(gè)電極之間產(chǎn)生的絕緣擊穿。此外，因?yàn)橥ㄟ^(guò)自對(duì)準(zhǔn)代替了采用附加的掩膜來(lái)對(duì)感光膜進(jìn)行構(gòu)圖，所以就使制造工藝簡(jiǎn)單，由此減少了制造成本。


通過(guò)參照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，本發(fā)明的上述和其它特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯，附圖中圖1是說(shuō)明了傳統(tǒng)FED中的缺陷的SEM圖像；圖2是FED的剖面圖，該FED包括根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的CNT發(fā)射器；圖3至11是示出了用于重疊并蝕刻氧化膜的工藝的剖面圖，該氧化膜用于形成圖2中所示的柵重疊中包含的聚焦柵絕緣膜；圖12是在圖3至11中所示的氧化膜疊置和蝕刻工藝期間、剛好在用于氧化膜的第一濕法蝕刻之后其上保留有感光膜的直接產(chǎn)品的SEM圖像；圖13是去除了圖12中所示的感光膜的直接產(chǎn)品的SEM圖像；圖14是在圖3至11中所示的氧化膜疊置和蝕刻工藝期間、剛好在用于氧化膜的第二濕法蝕刻之后其上保留有感光膜而直接產(chǎn)品的SEM圖像；圖15是去除了圖14中所示的感光膜的直接產(chǎn)品的SEM圖像；圖16是在圖3至11中所示的氧化膜疊置和蝕刻工藝期間、在完成用于氧化膜的四次濕法蝕刻之后、從中去除了感光膜的直接產(chǎn)品的SEM圖像；圖17是說(shuō)明采用與圖3至11中所示的曝光方法不同的曝光方法、對(duì)感光膜進(jìn)行曝光處理的剖面圖；圖18至28是說(shuō)明在圖2中所示的FED的制造方法中、用于形成柵重疊和碳納米管發(fā)射器的步驟的剖面圖；圖29是圖2中所示的FED的柵重疊的聚焦柵絕緣膜的淀積速度對(duì)應(yīng)硅烷(SiH4)的流率的曲線圖；圖30是圖2中所示的FED的柵重疊的聚焦柵絕緣膜的應(yīng)力對(duì)應(yīng)硝酸(N2O)的流率的曲線圖；圖31是圖2中所示的FED的柵重疊的聚焦柵絕緣膜的應(yīng)力對(duì)應(yīng)襯底溫度和硝酸的流率的曲線圖；圖32是圖2中所示的FED的柵重疊的聚焦柵絕緣膜的蝕刻速度對(duì)應(yīng)硅烷(SiH4)的流率的曲線圖；圖33是漏電流對(duì)于圖2中所示的FED的柵重疊的聚焦柵絕緣膜的厚度的曲線圖；圖34是表示根據(jù)圖18至28中所示的FED的制造方法而形成的柵電極、聚焦柵絕緣膜和聚焦柵電極的重疊的SEM圖像。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在，將參照附圖更加全面地說(shuō)明本發(fā)明，附圖中示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施例。在附圖中，為了清楚起見，放大了各層和各區(qū)的厚度。
將描述根據(jù)本發(fā)明的碳納米管場(chǎng)致發(fā)射顯示器(CNT FED)。
圖2是FED的剖面圖，該FED包含根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的CNT發(fā)射器。
參照?qǐng)D2，在玻璃襯底30上形成透明電極32。透明電極32可以是用作發(fā)射極電極的銦錫氧化物(ITO)電極。在玻璃襯底30上形成覆蓋透明電極32的一部分的柵重疊S1。形成暴露柵重疊S1之間的部分透明電極32的接觸孔44。在通過(guò)接觸孔44暴露的透明電極32的一部分上，形成發(fā)射電子的CNT發(fā)射器46。CNT發(fā)射器46不接觸柵重疊S1。每個(gè)柵重疊S1包括覆蓋透明電極32的一部分的第一掩膜34，并在制造工藝期間將其用于背面暴露的掩膜。第一掩膜34可以是摻雜有預(yù)定雜質(zhì)例如磷(P)的非晶硅層。在第一掩膜34和CNT發(fā)射器46之間存在一個(gè)臺(tái)階，即高度差(H)。第一掩膜34的頂表面高于CNT發(fā)射器46的頂部。高度差(H)，例如可以在0.1～4μm的范圍。第一掩膜34和CNT發(fā)射器46之間的高度差(H)可以根據(jù)用作第一掩膜34的材料而改變。第一掩膜34具有102～109Ωcm的電阻率，優(yōu)選為小于103Ωcm。在第一掩膜34上，依次形成且具有依次寬度變窄的柵絕緣膜36、柵電極38、聚焦柵絕緣膜40和聚焦柵電極42。因此，柵重疊S1的側(cè)表面就為臺(tái)階式傾斜。
在用于形成圖2中所示的CNTFED的制造工藝中，將在以下進(jìn)行描述，利用紫外線通過(guò)背面曝光的方法，對(duì)構(gòu)成柵重疊S1的多個(gè)部件進(jìn)行構(gòu)圖。因此，優(yōu)選第一掩膜34對(duì)可見光透明，但對(duì)紫外線不透明，且可以是非晶硅層。柵絕緣膜36優(yōu)選為第一氧化硅膜。柵電極38是具有大約0.25μm厚度的第一鉻電極或具有厚度不為0.25μm的導(dǎo)電電極。使柵電極38與聚焦柵電極42絕緣的聚焦柵絕緣膜40為具有2μm或更大厚度的第二氧化硅(SiOX)膜，且優(yōu)選為3～15μm。此時(shí)，在第二氧化硅的分子式中的下標(biāo)x優(yōu)選為小于2(x＜2)。聚焦柵絕緣膜40還可以是與第二氧化硅膜相同或類似物理特性的絕緣膜。幾乎與CNT發(fā)射器46對(duì)稱地形成聚焦柵電極42，且聚焦柵電極42是具有預(yù)定厚度的第二鉻電極。聚焦柵電極42可以是不同的導(dǎo)電電極，且可以具有與第二鉻電極不同的厚度。
柵電極38用于從CNT發(fā)射器46中提取電子束。因此，就可以將預(yù)定的交流柵極電壓Vg例如+80V施加到柵電極38。
聚焦柵電極42作為集電極進(jìn)行收集從CNT發(fā)射器46中發(fā)射的電子，以致電子可以到達(dá)在CNT發(fā)射器46之上設(shè)置的熒光膜48。由于此目的，就可以將聚焦柵極電壓Vfg施加到聚焦柵電極42，該聚焦柵極電壓Vfg具有與電子束相同的極性并且具有比交流柵極電壓Vg更低的絕對(duì)值。例如，可以將-10V的聚焦柵極電壓Vfg施加到聚焦柵電極42。
參照?qǐng)D2，前面板50從柵重疊S1的聚焦柵電極42向上地設(shè)置。前面板50從柵重疊S1的聚焦柵電極42向上間隔預(yù)定距離D。在前面板50上顯示各種信息。將熒光膜48粘接到面對(duì)柵重疊S1的前面板50的底表面，并將直流電壓施加到熒光膜48。在熒光膜48上，均勻涂覆當(dāng)由電子束激發(fā)時(shí)發(fā)射紅R、綠G和藍(lán)B的熒光物質(zhì)。
在圖2中，為了方便起見，未示出分離前面板50和柵重疊S1與黑色矩陣(black matrix)的間隔層(spacer)。
現(xiàn)在，將參照?qǐng)D3至11來(lái)說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的CNT FED、特別是用于形成柵重疊的制造方法。
參照?qǐng)D3，在襯底80上形成第一電極82。襯底80對(duì)應(yīng)于圖2中所示的CNT FED(以下為本發(fā)明的CNT FED)的玻璃襯底30。作為ITO電極的第一電極82對(duì)應(yīng)于本發(fā)明的CNT FED的透明電極32。在第一電極82上形成第二掩膜層84。在第二掩膜層84中形成暴露第一電極82的通孔86。第二掩膜層84優(yōu)選由對(duì)可見光透明但對(duì)紫外線不透明的材料例如非晶硅層形成。第二掩膜層84可以對(duì)應(yīng)于如上所述的本發(fā)明的CNT FED的第一掩膜層34。
參照?qǐng)D4，按照預(yù)定厚度t，在第二掩膜層84上形成填充通孔86的絕緣膜88。絕緣膜88優(yōu)選由硅膜(SiOx)(x＜2)形成，該硅膜(SiOx)具有比常規(guī)硅膜(SiO2)中更高的硅含量。絕緣膜88可以形成為2μm或更大的厚度，優(yōu)選為3～15μm，并且更加優(yōu)選為6～15μm。絕緣膜88可以形成為不同于利用RF的使用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(PECVD)的氧化硅膜(SiOx)的厚度。然而，形成絕緣膜88的方法可以根據(jù)待形成的厚度而不同。例如，當(dāng)較薄地形成如上所述建議的厚度范圍之內(nèi)的絕緣膜88時(shí)，就可以通過(guò)濺射方法來(lái)形成絕緣膜88。另一方面，當(dāng)較厚地形成如上所述建議的厚度范圍之內(nèi)的絕緣膜88時(shí)，就可以通過(guò)電鍍方法或熱蒸發(fā)方法來(lái)形成絕緣膜88。
當(dāng)采用PECVD方法來(lái)形成氧化硅膜(SiOx)的絕緣膜88時(shí)，其工藝條件如下。
襯底80維持在250～450℃的溫度范圍，優(yōu)選為340℃，并且RF功率維持在100～300W的范圍，優(yōu)選為160W。反應(yīng)室中的壓力維持在600～1200毫乇(mTorr)的范圍，優(yōu)選為900mTorr。源氣體中的硅烷(SiH4)的流率優(yōu)選地進(jìn)行控制以便維持400納米/分鐘(nm/min)或更高的淀積速度。例如，硅烷(SiH4)的流率維持在比常規(guī)用于形成氧化硅膜(SiO2)的流率(15sccm)更高的水平，即，大約50～700sccm，且優(yōu)選為300sccm。同樣地，源氣體中的硝酸(N2O)的流率維持在大約700～4500sccm，且優(yōu)選為1000～3000sccm。
硅烷(SiH4)的相同流率可以提供給用于使用PECVD方法對(duì)氧化硅膜(SiOx)的蝕刻處理。如圖32中的曲線圖68所示，氧化硅膜(SiOx)的蝕刻速度比具有如上所建議的硅烷的相同流率范圍的常規(guī)情況下Cl的蝕刻速度更大。在蝕刻氧化硅中，優(yōu)選地維持硅烷的流率，以使氧化硅的蝕刻速度為100nm/min或更大。
當(dāng)在如上所述的工藝條件下形成氧化硅膜(SiOx)時(shí)，就可以將氧化硅膜形成為如上所述的厚度。因此，就能夠獲得較常規(guī)技術(shù)有所改善的臺(tái)階覆蓋。如圖29中的曲線圖64中所示，淀積速度(/min)就比常規(guī)淀積速度更高。
同樣地，如圖30中的曲線圖66中所示，當(dāng)控制硝酸的流率時(shí)，就將氧化硅膜(SiOx)的應(yīng)力降低到100MPa以下。
而且，如圖31中所示，當(dāng)硝酸的流率恒定且襯底溫度在如上所述的范圍之內(nèi)變化時(shí)，氧化硅膜(SiOx)的應(yīng)力就小于100MPa。
氧化硅膜(SiOx)的低應(yīng)力指氧化硅膜(SiOx)的密度小于常規(guī)氧化硅膜的密度。即，這就意味著氧化硅膜(SiOx)類似于多孔材料。
在圖31中，正(+)應(yīng)力值表示壓應(yīng)力，同時(shí)負(fù)值(-)應(yīng)力值表示張應(yīng)力。參考符號(hào)“▲”、“●”、“■”和“”分別表示當(dāng)硝酸的流率為2700sccm、2200sccm、1800sccm和1500sccm的情況。
當(dāng)在給定的工藝條件下形成氧化硅膜(SiOx)時(shí)，就可以形成其具有比常規(guī)氧化硅膜更高的硅濃度和更低應(yīng)力的氧化硅膜(SiOx)。因此，在由氧化硅膜(SiOx)形成的絕緣膜88中、特別在臺(tái)階區(qū)域中，就能夠比常規(guī)氧化硅膜具有更低的產(chǎn)生例如裂縫(cracks)的缺陷的可能性。因此，當(dāng)根據(jù)上述工藝來(lái)形成絕緣膜88時(shí)，將在絕緣膜88上形成的電極和第一電極82之間產(chǎn)生的漏電流的幾率非常低。
在第二掩膜層84和絕緣膜88之間，可以依次形成其覆蓋第二掩膜層84的不同絕緣膜(對(duì)應(yīng)于本發(fā)明FED的柵絕緣膜)和不同電極(對(duì)應(yīng)于本發(fā)明FED的柵電極)。在此情況下，當(dāng)在上述工藝條件下形成絕緣膜88時(shí)，由于如上所述的絕緣膜88的特性，因此就能夠減少將在絕緣膜上形成的電極和其它電極之間的漏電流。
參照?qǐng)D5，在絕緣膜88上形成第二電極90。第二電極90可以是鉻電極，但也可以是其它電極。第二電極90可以對(duì)應(yīng)于在本發(fā)明FED的柵重疊S1中包含的聚焦柵電極42。在第二電極90和絕緣膜88上形成第一感光膜92，且優(yōu)選由正感光膜形成。在形成第一感光膜92之后，將紫外線94輻照到襯底80的下表面上。此時(shí)，因?yàn)榈诙谀?4，所以除了未被第二掩膜層84的通孔86暴露的那些區(qū)域之外的區(qū)域就不受紫外線94曝光。紫外線94通過(guò)通孔96進(jìn)行透射，通過(guò)紫外線94對(duì)第一感光膜92的曝光區(qū)進(jìn)行曝光。參照?qǐng)D6，去除第一感光膜92的曝光區(qū)92a，然后進(jìn)行烘焙處理。
圖6示出了對(duì)其依次進(jìn)行顯影和烘焙處理而獲得的產(chǎn)品。通過(guò)一部分來(lái)暴露部分絕緣膜88，從此部分中去除了曝光區(qū)92a。
參照?qǐng)D7，利用第一感光膜92作為蝕刻掩膜，第一次蝕刻絕緣膜88。第一次蝕刻是利用預(yù)定蝕刻劑并進(jìn)行預(yù)定周期的濕法蝕刻。由此，通過(guò)第一次蝕刻，就在絕緣膜88的暴露部分中形成預(yù)定深度的第一凹槽G1。形成第一凹槽G1處的絕緣膜88的厚度t1比未蝕刻的絕緣膜的其它區(qū)域的厚度t更薄。由于濕法蝕刻的各向同性特性，第一凹槽G1就會(huì)在第一感光膜92之下延伸。因此，在第一感光膜92之下就形成了第一基蝕93(undercut)。在第一蝕刻之后，去除第一感光膜92。
參照?qǐng)D8，在去除第一感光膜92之后，在絕緣膜88和第二電極90之上，形成第二感光膜96。第二感光膜96由與第一感光膜92的相同材料形成。在形成第二感光膜96之后，進(jìn)行第二背面曝光。在第二背面曝光處理中，曝光對(duì)應(yīng)于第二感光膜96的接觸孔86的區(qū)域96a。此后，通過(guò)進(jìn)行顯影處理，去除第二曝光區(qū)96a。在去除第二曝光區(qū)96a之后，進(jìn)行烘焙處理。
圖9示出了在對(duì)第二感光膜96進(jìn)行烘焙之后的直接產(chǎn)品。通過(guò)第二感光膜96，暴露第一凹槽G1的一部分。
參照?qǐng)D10，利用第二感光膜96作為掩膜，對(duì)其中形成有第一凹槽G1的絕緣膜88進(jìn)行第二蝕刻，直到暴露第一電極82。第二蝕刻可以是利用預(yù)定蝕刻劑的濕法蝕刻。即，在絕緣膜88中形成暴露一部分第一電極82的通孔98。由于濕法蝕刻的特性，通孔98就在第二感光膜96之下延展。結(jié)果，在第二感光膜96之下就形成了第二基蝕100。
參照?qǐng)D11，通過(guò)灰化和剝除來(lái)去除第二感光膜96。然后，進(jìn)行用于清潔和干燥的處理。因此，就在絕緣膜88中形成暴露第一電極82的光滑的通孔98。
圖12是絕緣膜的第一蝕刻剛好結(jié)束的直接產(chǎn)品的SEM圖像，可以看到第一感光膜92、第二電極90和絕緣膜88。
圖13是在去除了圖12中的第一感光膜92之后的直接產(chǎn)品的SEM圖像。在絕緣膜88上的輕微凹陷的部分是其中第一感光膜92曾位于的區(qū)域。
可以超過(guò)兩次地濕法蝕刻所述的絕緣膜88，并且可以通過(guò)高到四次的濕法蝕刻來(lái)形成絕緣膜88中形成的通孔98。濕法蝕刻處理與用于第一次和第二次兩次對(duì)絕緣膜的蝕刻的濕法蝕刻處理相同。
圖14是剛好在進(jìn)行四次濕法蝕刻的第二蝕刻之后的直接產(chǎn)品的SEM圖像。參考數(shù)字102表示第二感光膜96和絕緣膜88之間的界面。
圖15是在去除了圖14中的第二感光膜96、進(jìn)行清潔并進(jìn)行干燥之后的直接產(chǎn)品的SEM圖像。參照?qǐng)D15，在第一凹槽G1之下的區(qū)域中，形成第二凹槽G2。在第一凹槽G1上的輕微凹入部分是其中第二感光膜96曾位于的區(qū)域。
圖16是在進(jìn)行四次濕法蝕刻的第四濕法蝕刻之后的直接產(chǎn)品的SEM圖像。參照?qǐng)D16，在絕緣膜88中垂直地形成接觸孔。通常，很好地形成接觸孔的垂直剖面。參考符號(hào)t表示絕緣膜88的厚度。
另一方面，在用于蝕刻絕緣膜88的處理中，代替背面曝光，還可以從感光膜之上輻照入射射線。
圖17示出了這種情況。
參照?qǐng)D17，在第一感光膜92之上，以預(yù)定距離設(shè)置掩模M，其中掩模M在對(duì)應(yīng)于接觸孔86的區(qū)域中具有透射窗口TA，并且掩模M的剩余區(qū)域是光掩蔽區(qū)。隨后，從掩模M之上向掩模M輻照光103。向掩模M輻照的光103的一部分通過(guò)透射窗口TA入射到第一感光膜92上。因此，就對(duì)第一感光膜92的預(yù)定區(qū)域92a進(jìn)行曝光。然后，去除掩模M。對(duì)第一感光膜92進(jìn)行顯影、清洗和烘焙處理，并且利用第一感光膜92作為蝕刻掩膜進(jìn)行濕法蝕刻，該濕法蝕刻與上述濕法蝕刻相同。根據(jù)本發(fā)明的正面曝光方法可以應(yīng)用于四次構(gòu)圖絕緣膜88的曝光處理。
接著，將說(shuō)明利用上述在絕緣膜88上進(jìn)行的淀積和蝕刻處理的圖2中所示的CNT FED的制造方法。
參照?qǐng)D18，在玻璃襯底30上形成透明電極32。透明電極32優(yōu)選地以ITO電極形成，但可以采用其它等同的電極。在玻璃襯底30上，形成用于背面曝光的覆蓋透明電極32的第一掩膜層34。第一掩膜層34優(yōu)選由對(duì)可見光透明但對(duì)紫外線不透明的材料形成，即摻雜有預(yù)定導(dǎo)電雜質(zhì)的非晶硅層。當(dāng)?shù)谝谎谀?4由非晶硅層形成時(shí)，將第一掩膜層34的厚度控制為大約1μm。淀積溫度維持在340℃，用作摻雜材料的磷化氫(PH3)的流率和用作源材料的硅烷(SiH4)的流率分別維持在73sccm和1000sccm。功率和壓力水平分別維持在100W和750mTorr。
在第一掩膜層34中，形成暴露透明電極32的一部分的第一通孔h1，在透明電極32上將形成CNT發(fā)射器。
參照?qǐng)D19，在第一掩膜層34上，形成填充第一通孔h1的柵絕緣膜36。柵絕緣膜36由厚度1-5μm的氧化硅膜(SiO2)形成。柵絕緣膜36可以由富硅的氧化硅膜(SiOX，X＜2)形成，以代替常規(guī)的氧化硅膜。在此情況下，可以通過(guò)圖3至11中所示的形成絕緣膜88的方法來(lái)形成柵絕緣膜36。希望采用背面曝光作為曝光處理，但是，也可以采用圖17中所示的正面曝光。
參照?qǐng)D20，在柵絕緣膜36上形成柵電極38。柵電極38由具有大約0.25μm厚度的鉻電極形成。然后，通過(guò)構(gòu)圖柵電極38，在柵電極38中形成第二通孔h2。通過(guò)第二通孔h2，暴露填充第一通孔h1的柵絕緣膜36的至少一部分。第一通孔h1的直徑小于第二通孔的直徑。
參照?qǐng)D21，在柵電極38上形成填充第二通孔h2的聚焦柵絕緣膜40。可以采用與用于形成圖3至11中所示的絕緣膜的相同方法來(lái)形成聚焦柵絕緣膜40。希望采用背面曝光作為曝光處理，但是，也可以采用圖17中所示的正面曝光。
參照?qǐng)D34中的曲線圖70，圖34示出了根據(jù)厚度的聚焦柵絕緣膜40的漏電流特性，可以看出，當(dāng)聚焦柵絕緣膜40的厚度接近6μm時(shí)，漏電流急劇減少，并且超過(guò)6μm時(shí)，漏電流幾乎為0。
因此，聚焦柵絕緣膜40的厚度至少為2μm，優(yōu)選為3-15μm，并且更加優(yōu)選為6-15μm。
參照?qǐng)D21，在聚焦柵絕緣膜40上形成聚焦柵電極42。聚焦柵電極42是第二個(gè)鉻電極。如圖22中所示，在聚焦柵電極42中形成第三通孔h3。通過(guò)第三通孔h3，暴露其覆蓋第二通孔h2和環(huán)繞第二通孔h2的一部分柵電極38的聚焦柵絕緣膜40。第三通孔h3的直徑大于第二通孔h2的直徑。
可以根據(jù)設(shè)計(jì)布圖以不同的類型來(lái)形成聚焦柵電極42和柵電極38。
例如，可以在聚焦柵電極42中形成的第三通孔h3的范圍內(nèi)形成多個(gè)第二通孔h2，或者可以在一個(gè)第三通孔h3范圍內(nèi)形成一個(gè)第二通孔h2。
參照?qǐng)D23，在聚焦柵電極42上設(shè)置其填充第三通孔h3的第三感光膜P1。然后，進(jìn)行背面曝光處理。即，將紫外線56輻照到玻璃襯底30的底部之上。紫外線56通過(guò)透明電極32、第一通孔h1、柵絕緣膜36和聚焦柵絕緣膜40輻照到第三感光膜P1。由第一掩膜層34阻擋入射到除了第一通孔h1之外的剩余區(qū)域的紫外線56。因此，只有第三感光膜P1的在第一通孔h1之上的區(qū)域受紫外線56曝光。通過(guò)顯影處理，去除第三感光膜P1的曝光區(qū)域，由此暴露聚焦柵絕緣膜40的一部分。利用第三感光膜P1作為蝕刻掩膜，通過(guò)濕法蝕刻來(lái)蝕刻聚焦柵絕緣膜40的暴露部分。進(jìn)行濕法蝕刻，直到暴露柵絕緣膜36為止，希望根據(jù)圖6至11中所示的蝕刻處理來(lái)進(jìn)行此濕法蝕刻。此時(shí)，可以依次進(jìn)行兩次或多次濕法蝕刻。
圖24示出了在利用濕法蝕刻去除了聚焦柵絕緣膜40中由第三感光膜P1限定的暴露部分之后的直接產(chǎn)品。參照?qǐng)D24，在聚焦柵絕緣膜40的暴露部分的去除區(qū)域中形成凹槽58。
圖25和26說(shuō)明了局部去除在形成第四感光膜P2之后通過(guò)凹槽58暴露的柵絕緣膜36的工藝。此工藝與用于去除圖23和24中所示的聚焦柵絕緣膜40相同的工藝。
參照?qǐng)D26，通過(guò)去除柵絕緣膜36的暴露部分，形成穿過(guò)包含第二掩膜層34、柵絕緣膜36、柵電極38、聚焦柵絕緣膜40和聚焦柵電極42的柵重疊的孔60，通過(guò)孔60至少暴露透明電極32?？?0對(duì)應(yīng)于圖2中所示的接觸孔44。隨后，去除用于濕法蝕刻?hào)沤^緣膜36暴露部分的第四感光膜P2。
如圖27中所示，在去除了第四感光膜P2之后，利用絲網(wǎng)印刷方法，在通過(guò)孔60暴露的透明電極32的一部分上形成CNT發(fā)射器46。希望在透明電極32的暴露部分的中央處形成CNT發(fā)射器46，并且形成CNT發(fā)射器46而不接觸環(huán)繞CNT發(fā)射器46的柵重疊。
在形成CNT發(fā)射器46之后，將CNT發(fā)射器46的高度減少至低于第一掩膜層34。通過(guò)表面處理來(lái)減少CNT發(fā)射器46的高度，直到在第一掩膜層34和CNT發(fā)射器46之間的高度差(H)達(dá)到優(yōu)選為0.1-4μm為止。通過(guò)將CNT發(fā)射器46的高度減少到這種水平，即使當(dāng)聚焦柵電極具有更小的厚度時(shí)，也能夠提高從CNT發(fā)射器46中發(fā)射出的電子的聚焦。
接著，隨后進(jìn)行常規(guī)FED制造工藝，以獲得完整的CNT FED。
圖34示出了利用上述方法制造的圖2中所示的CNT FED的柵電極、聚焦柵絕緣膜、柵絕緣膜和聚焦柵電極的不同部分的SEM圖像。
參照?qǐng)D34，參考符號(hào)A1表示在柵電極38和聚焦柵電極42之間的第一臺(tái)階，并且參考符號(hào)A2表示第二臺(tái)階，可以看出，第一和第二臺(tái)階A1和A2的臺(tái)階覆蓋非常優(yōu)良。同樣地，在第一和第二臺(tái)階A1和A2中，沒(méi)有觀察到引起漏電流的缺陷。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的CNT FED包括在聚焦柵電極和柵電極之間的具有至少2μm厚度的聚焦柵絕緣膜。對(duì)于臺(tái)階部分，聚焦柵絕緣膜具有優(yōu)良的臺(tái)階覆蓋，并且不會(huì)產(chǎn)生引起漏電流的例如裂縫的缺陷。同樣地，由于聚焦柵絕緣膜厚，因此就增加了在聚焦柵電極和柵電極之間的縫隙，該縫隙在柵重疊中形成的孔中的內(nèi)壁中被測(cè)出。因此，就減少了由于在制造工藝期間的粘附到聚焦柵絕緣膜的側(cè)壁上的雜質(zhì)引起的在聚焦柵電極和柵電極之間漏電流。結(jié)果，就顯著減少了在聚焦柵電極和柵電極之間的總漏電流。由于CNT發(fā)射器的高度小于環(huán)繞掩膜層的高度，因此就提高了從CNT發(fā)射器中發(fā)射的電子的聚焦。
在根據(jù)本發(fā)明的CNT FED的制造方法中，在形成其限定透明電極區(qū)的掩膜層之后，該透明電極區(qū)用于在透明電極和柵絕緣膜之間形成CNT發(fā)射器，通過(guò)從透明電極之下輻照紫外線來(lái)構(gòu)圖在用于形成CNT發(fā)射器的區(qū)域上涂覆的感光膜。因?yàn)橐呀?jīng)由掩膜層限定了曝光區(qū)，因此就不需要限定曝光區(qū)的附加的掩膜。即，通過(guò)掩膜層自對(duì)準(zhǔn)曝光區(qū)，由此就簡(jiǎn)化了制造工藝并降低了成本。對(duì)于曝光處理就不需要獨(dú)立的掩膜，以致進(jìn)一步降低了CNTFED的制造成本。
在如上所述的根據(jù)本發(fā)明的CNT FED的制造方法中，雖然在此公開的各實(shí)施例中聚焦柵絕緣層由氧化硅膜來(lái)形成，但聚焦柵絕緣膜也可以由任何其它適合的具有足夠厚度的絕緣膜來(lái)形成。而且，也可以相對(duì)于CNT發(fā)射器不對(duì)稱地形成聚焦柵絕緣膜。
盡管對(duì)本發(fā)明已經(jīng)參照本發(fā)明的示例性實(shí)施例進(jìn)行了具體展示和說(shuō)明，但是，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚，在不脫離作為所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)，可以進(jìn)行形式上和細(xì)節(jié)上的各種變化。
權(quán)利要求
1.一種碳納米管場(chǎng)致發(fā)射顯示器，包括襯底；在所述襯底上形成的透明電極；在所述透明電極上形成的發(fā)射器電極；在所述發(fā)射器電極上形成的碳納米管發(fā)射器；形成在所述碳納米管發(fā)射器的周圍區(qū)域之上的柵重疊，其從所述碳納米管發(fā)射器中提取電子束、將已提取的電子束聚焦到預(yù)定靶；在所述柵重疊之上形成的前面板，并且在所述前面板上顯示信息；以及在所述前面板的背面上形成的熒光膜，其中所述柵重疊包括掩膜層，所述掩膜層覆蓋著在所述碳納米管發(fā)射器周圍的所述發(fā)射器電極且具有大于所述碳納米管發(fā)射器的高度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的碳納米管場(chǎng)致發(fā)射顯示器，其中所述掩膜層是摻雜有導(dǎo)電雜質(zhì)的非晶硅層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的碳納米管場(chǎng)致發(fā)射顯示器，其中所述掩膜層的高度比所述碳納米管發(fā)射器的高度高出0.1～4μm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的碳納米管場(chǎng)致發(fā)射顯示器，其中所述掩膜層具有102～109Ωcm的電阻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的碳納米管場(chǎng)致發(fā)射顯示器，其中所述柵重疊還包括依次在所述掩膜層上疊置的柵絕緣膜、柵電極、氧化硅(SiOX)膜和聚焦柵電極，其中X＜2。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的碳納米管場(chǎng)致發(fā)射顯示器，其中所述柵絕緣膜是具有1～5μm厚度的氧化硅(SiOX)膜，其中X＜2。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的碳納米管場(chǎng)致發(fā)射顯示器，其中所述氧化硅膜具有3～15μm的厚度。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的碳納米管場(chǎng)致發(fā)射顯示器，其中在一個(gè)聚焦柵電極中形成多個(gè)碳納米管發(fā)射器。
9.一種碳納米管場(chǎng)致發(fā)射顯示器的制造方法，所述碳納米管場(chǎng)致發(fā)射顯示器包括襯底；在所述襯底上形成的透明電極；在所述透明電極上形成的發(fā)射器電極；在所述發(fā)射器電極上形成的碳納米管發(fā)射器；形成在所述碳納米管發(fā)射器的外圍區(qū)域之上的柵重疊，其從所述碳納米管發(fā)射器中提取電子束、將已提取的電子束聚焦到預(yù)定靶；在所述柵重疊之上形成的前面板，并且在所述前面板上顯示信息；以及在所述前面板的背面上形成的熒光膜，所述方法包括形成柵重疊，其包括形成在所述碳納米管發(fā)射器周圍的發(fā)射器電極上的掩膜層；并且形成所述碳納米管發(fā)射器，其高度小于所述掩膜層的高度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述柵重疊的形成包括形成帶有通孔的掩膜層和所述透明電極，所述通孔暴露在所述襯底上的所述透明電極的一部分；在所述掩膜層上形成柵絕緣膜，所述柵絕緣膜填充所述通孔；在環(huán)繞所述通孔的所述柵絕緣膜上形成柵電極；在所述柵電極和所述柵絕緣膜上形成第一氧化硅膜(SiOX，X＜2)；在環(huán)繞所述通孔的所述第一氧化硅膜上形成聚焦柵電極；以及去除在所述柵電極內(nèi)設(shè)置的所述柵絕緣膜和所述第一氧化硅膜。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述柵絕緣膜由氧化硅膜(SiO2)和第二氧化硅膜(SiOX)形成，其中X＜2。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述第一氧化硅膜形成為3～15μm的厚度。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中所述第二氧化硅膜形成為1～5μm的厚度。
14.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中在所述形成第一氧化硅膜中，硅烷(SiH4)的流率維持在50～700sccm。
15.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中在所述形成第一氧化硅膜中，硝酸(N2O)的流率維持在700～4500sccm。
16.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中在所述形成第一氧化硅膜中，處理壓力維持在600～1200mTorr。
17.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中在所述形成第一氧化硅膜中，所述襯底的溫度維持在250～450℃。
18.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中在所述形成第一氧化硅膜中，RF功率維持在100～300W。
19.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中在所述形成第二氧化硅膜中，硅烷(SiH4)的流率維持在50～700sccm。
20.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中在所述形成第二氧化硅膜中，硝酸(N2O)的流率維持在700～4500sccm。
21.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述去除第一氧化硅膜包括在所述聚焦柵電極上和所述聚焦柵電極內(nèi)形成的所述第一氧化硅膜上涂覆感光膜；對(duì)在所述通孔之上形成的所述感光膜曝光；去除所述感光膜的已曝光部分；利用從其中去除了已曝光部分的所述感光膜作為蝕刻掩膜，濕法蝕刻所述第一氧化硅膜；以及去除所述感光膜。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中重復(fù)在所述去除第一氧化硅膜中包含的所有工序。
23.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中在曝光所述感光膜期間，從所述襯底之下使所述感光膜受紫外線曝光。
24.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中曝光所述感光膜包括在所述感光膜之上設(shè)置一掩膜，所述掩膜在對(duì)應(yīng)于所述通孔的區(qū)域具有透射窗口；以及從所述掩膜之上朝向所述掩膜輻照光。
25.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述去除柵絕緣膜包括在所述柵電極的內(nèi)，在去除了所述第一氧化硅膜的直接產(chǎn)品上涂覆感光膜；對(duì)在所述通孔之上形成的所述感光膜的一部分曝光；去除已曝光部分的所述感光膜；利用其中去除了已曝光部分的所述感光膜作為蝕刻掩膜，濕法蝕刻所述柵絕緣膜；以及去除所述感光膜。
26.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中重復(fù)在所述去除柵絕緣膜中的所有工序。
27.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中在所述曝光感光膜期間，從所述襯底之下使所述感光膜受紫外線曝光。
28.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中曝光所述感光膜包括在所述感光膜之上設(shè)置一掩膜，所述掩膜在對(duì)應(yīng)于所述通孔的區(qū)域具有透射窗口；以及從所述掩膜之上朝向所述掩膜輻照光。
29.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中形成所述聚焦柵電極，以便在所述聚焦柵電極中形成多個(gè)通孔。
30.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中形成所述形成具有小于所述掩膜層的高度的碳納米管發(fā)射器包括形成具有大于所述掩膜層的高度的碳納米管發(fā)射器；以及通過(guò)表面處理將所述碳納米管發(fā)射器的高度減少為低于所述掩膜層的高度。
31.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中減少所述碳納米管發(fā)射器的高度，直至所述掩膜層和所述碳納米管發(fā)射器之間的高度差達(dá)到0.1～4μm的范圍。
32.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述掩膜層由具有102～109Ωcm的電阻率的材料層形成。
33.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述掩膜層由摻雜有預(yù)定導(dǎo)電雜質(zhì)的非晶硅層形成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種含有碳納米管發(fā)射器的場(chǎng)致發(fā)射顯示器(FED)及其制造方法。環(huán)繞CNT發(fā)射器的柵重疊包括覆蓋與CNT發(fā)射器鄰接的發(fā)射器電極的掩膜層、和柵絕緣膜、柵電極、第一氧化硅膜(SiO
文檔編號(hào)H01J9/02GK1728326SQ20051000649
公開日2006年2月1日 申請(qǐng)日期2005年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月26日
發(fā)明者崔濬熙, 安德烈·朱爾卡尼夫, 姜昊錫, 申文珍 申請(qǐng)人:三星Sdi株式會(huì)社