[发明专利]具有垂直汽相淀积工艺形成的发射极的非平面场发射器件

说明书

本发明涉及冷阴极场发射器件，特别涉及电极基本上非平面排列的发射器件的形成。

冷阴极发射器件（FED）是本领域的公知技术，FED有两个或更多个电极，包括一个发射极和一个集电极。此外，还可包括一个或多个栅极以调节器件的工作。

具有基本上非平面排列的电极的FED已是公知的。在一种先有技术实施方案中，发射极构成一锥形体。利用一基本上垂直的汽相淀积工艺和一低角汽相淀积工艺（通常同时使用）来形成锥形。基本上垂直的汽相淀积工艺提供材料以支持构成发射极锥体，而低角汽相淀积工艺保证一小孔的逐渐关闭，该孔越来越限制从垂直淀积过程来的材料的引入，从而形成截面逐渐缩小的锥形体。

上述过程导致一系列问题。例如，其上形成有FED的衬底在低角汽相淀积过程中必须连续转动以便保证小孔对称闭合。如果没有这种对称闭合，得到的发射极锥形体可能是畸形的，并且可能不能有效地支持其预定目的。另一个例子是，垂直和低角汽相淀积过程通常同时进行。由于这两个过程一般会导致不同材料的沉积，必须除去形成的封闭层（由各种材料混合而成）以便能提供一个有用的器件。

因此，需要一种基本上能避免至少一部分上述问题的形成基本上非平面的FED的方法。

本发明所公开的FED形成方法基本上满足了这些需要。根据本发明，一个具有腔体的壳体为后续基本垂直（但不是绝对垂直）的汽相淀积过程提供了基础，它使得一基本对称的发射极锥体能在腔体中形成。在此过程中，腔体以基本对称的方式逐渐闭合，从而使发射极锥形体易于形成。

这种方法不需要用低角汽相淀积工艺来闭合腔体的孔。相反，由于所用的汽相淀积工艺是基本（不是绝对）垂直的，因而沉积粒子有充分的横向移动，足以保证材料被淀积到腔体开口的侧面，从而在工艺过程中闭合腔体。

在本发明的一个实施例中，上部封装层在发射极形成后被去掉，以使后续工艺步骤能继续进行。

根据本发明的另一实施例，将封装层保留并用作所得器件的一个电极。

图1a～1f示出了在形成本发明FED的一个实施例时各步骤所得结构的放大的侧剖图;

图2a～2c示出了在形成本发明的FED的另一个实施例时各步骤所得结构的放大的侧剖图。

根据本发明的一个实施例，衬底101（图1a）可有根据公知的沉积技术而沉积于其上的一层介质层102，金属化层103以及光敏抗蚀剂层104。而后可以有选择地将光敏抗蚀剂暴光和显影，可通过腐蚀工艺去掉光敏抗蚀层104和金属化层103的选定部分（图1b）。

而后可用活性离子蚀刻工艺去掉介质层102的选定部分以形成腔体的延续部分107。在此实施例中，去掉的介电材料（102）的量应是以使衬底101的一部分暴露出来。在此实施例中还示出了介质材料102的蚀刻可连续进行直到建立起一侧凹槽。这种侧凹槽虽不是必须的，但在需要时它将在后续工艺中协助去掉多余的金属。

如本领域中公知的那样，当向一由所需导电沉积材料构成的汽相淀积靶（未示出）加能量时，一基本垂直（不是绝对）的汽相淀积过程就开始了。汽化的材料以与衬底101基本垂直的方向109移动，并沉积在腔体中和光敏抗蚀层104上。落入腔体底部的材料形成发射极锥形体112。落在光敏抗蚀层104上的材料形成封装层111。

由于汽相淀积材料基本上相对于要形成的器件垂直（但不是统计上的绝对）移动，所以某些材料粒子有一横向移动分量。这些粒子中的一些沉积在腔体的侧壁上，并逐渐堵塞腔体上的孔。随着孔的闭合，进入腔体的材料越来越少，从而基本上能满足一锥形发射极112的形成。如果需要，衬底不必相对于汽相淀积靶旋转。

最后，腔体的孔将被完全封住。这时发射极锥体112将全部完成（图1e）。而后，可通过已知的方法去掉沉积的上部金属层111和居中的光敏抗蚀层104以提供衬底101，介质层102和金属化层103，包括形成在腔体中的锥形发射极112（图1f）。此后，可根据公知的先有技术加上附加的介质层、绝缘层和/或金属化层及封装层，以便制成一个具有所期望的电极结构和工作特性的场发射器件。此后所用的特殊结构与理解本发明无关，因而不再详述。