場發射器件的制造方法

專利名稱：場發射器件的制造方法
技術領域：
本發明涉及一種場發射器件的制造方法，且更具體而言涉及一種穩定和 可靠的場發射器件的制造方法。
背景技術：
場發射器件通過在形成于陰極上的發射器周圍形成強電場而從發射器 發射電子。場發射器件使用在廣泛的應用范圍內，包括作為平板顯示器的場
發射顯示器(FED)。 FED通過使場發射器件所發射的電子與形成在陽極上 的磷層碰撞而產生圖像。由于FED僅為幾厘米厚并具有寬視角、低功耗和 低制造成本，因此FED和液晶顯示器(LCD)以及等離子體顯示器(PDP) 一起作為下一代顯示器件而引起注意。
場發射器件也可以應用在LCD的背光單元(BLU)中。LCD通過選擇 性地透射由設置在LCD面板后側的光源所發射的光而在前表面上顯示圖像。 可以設置在LCD面板的后側的光源的示例包括冷陰極熒光燈(CCFL)、外 部電極焚光燈(EEFL)和發光二極管(LED)。除此之外，場發射型背光單 元還可以用作光源。場發射型背光單元原則上具有與FED的發光相同的驅 動機制。然而，場發射型背光單元與FED的不同之處在于場發射型背光單 元不顯示圖像而僅作為光源。場發射型背光單元因其薄結構、低制造成本和 亮度控制而作為LCD的下一代背光單元引起注意。場發射器件也可以應用 于使用電子發射的各種系統，例如X射線管、微波放大器和平型燈(flat lamp )。
由例如鉬(Mo)的金屬形成的微型尖端已經用作場發射器件的發射器。 然而，最近具有良好的電子發射性質的碳納米管(CNT)常常用作發射器。 使用CNT發射器的場發射器件具有低成本、低驅動電壓和高化學及機械穩 定性的優點。CNT發射器可以通過印刷CNT膏或通過化學氣相沉積(CVD) 直接生長CNT而形成。CNT的直接生長需要高生長溫度和復雜的合成條件， 因此難以實現量產。因此，近年來更優選CNT膏。

發明內容
本發明通過將發射器精確設置在柵極孔中間而提供一種穩定和可靠的 場發射器件的制造方法。
根據本發明的方面，場發射器件的制造方法包括在基板上依次形成陰 極和光阻擋層，并構圖所述光阻擋層以形成暴露所述陰極的阻擋層孔；在所 述光阻擋層上依次形成絕緣層和柵極材料層，并構圖所述柵極材料層以形成 柵電極，在所述柵電極中形成暴露所述光阻擋層上方的部分絕緣層的柵電極 孔；在所述柵電極上涂覆光致抗蝕劑從而覆蓋所述柵電極孔，并曝光和顯影 所述光致抗蝕劑以在所述柵電極孔內形成抗蝕劑孔，使得所述抗蝕劑孔在形 狀上對應于所述阻擋層孔并暴露部分所述絕緣層；各向同性地蝕刻通過所述 抗蝕劑孔暴露出的絕緣層的部分直到暴露所述阻擋層孔，從而形成絕緣層 孔；蝕刻通過所述絕緣層孔暴露出的柵電極的部分，以形成柵極孔，并除去 所述光致抗蝕劑；和在通過所述阻擋層孔暴露的陰極電極上形成發射器。
所述柵電極孔可以寬于所述阻擋層孔并窄于所述柵極孔。
通過使用所述光阻擋層作為光掩模的背側曝光來曝光并顯影所述光致 抗蝕劑，從而形成所述抗蝕劑孔。所述光致抗蝕劑可以是正性光致抗蝕劑。 所述抗蝕劑孔與所述阻擋層孔可以是同心的。
所述基板可以是透明基板。所述光阻擋層可以由非晶硅形成。
所述陰極可以由透明導電材料形成。所述陰極可以由氧化銦錫(ITO ) 形成。所述絕緣層可以由透明材料形成。
所述柵極材料層可以由相對于陰極具有蝕刻選擇性的材料形成。所述柵 極材料層由選自Cr、 Ag、 Al、 Mo、 Nb和Au的組中的金屬形成。
所述柵極孔可以通過濕法蝕刻由所述絕緣層孔暴露出的柵電極部分而 形成。所述絕緣層可以被濕法蝕刻。形成所述發射器可以包括涂覆碳納米 管(CNT)膏以填充所述阻擋層孔、絕緣層孔和柵極孔；和通過使用所述光 阻擋層作為光掩模的背側曝光來曝光和顯影所述碳納米管膏，并在由所述阻 擋層孔暴露出的陰極上形成由CNT構成的發射器。
根據本發明的另一方面，場發射器件的制造方法包括在基板上依次形 成陰極和光阻擋層，并構圖所述光阻擋層以形成暴露所述陰極的阻擋層孔； 在所述光阻擋層上依次形成絕緣層和柵極材料層；在所述柵極材料層上涂覆光致抗蝕劑，并曝光和顯影所述光致抗蝕劑，從而形成在形狀上對應于所述
阻擋層孔的抗蝕劑孔，并暴露位于所述阻擋層孔上方的部分柵極材料層；蝕
刻通過所述抗蝕劑孔暴露的柵極材料層的部分，以形成柵電極，在所述柵電
極中形成暴露部分所述絕緣層的柵電極孔；各向同性地蝕刻通過所述柵電極 孔暴露的絕緣層的部分直到暴露出所述阻擋層孔，從而形成絕緣層孔；蝕刻 通過所述絕緣層孔暴露的部分柵電極以形成柵極孔，并蝕刻通過所述阻擋層 孔暴露的陰極以形成陰極孔；除去所述光致抗蝕劑；和在通過所述陰極孔暴 露出的基板的部分上形成發射器。
根據本發明的另一方面，場發射器件的制造方法包括在基板上依次形 成陰極和光阻擋層，并構圖所述光阻擋層以形成暴露所述陰極的阻擋層孔； 在所述光阻擋層上依次形成絕緣層和柵極材料層，并構圖所述柵極材料層以 形成柵電極，在所述柵電極中形成設置在所述阻擋層孔上方且暴露出絕緣層 的部分的柵電極孔；在所述柵電極和由所述柵電極孔暴露的絕緣層的部分上 形成導電透明材料層；在所述透明材料層上涂覆光致抗蝕劑，并曝光和顯影 所述光致抗蝕劑從而形成抗蝕劑孔，所述抗蝕劑孔在形狀上對應于所述阻擋 層孔，并且暴露位于所述阻擋層孔上方的透明材料層的部分；蝕刻通過所述 抗蝕劑孔暴露的透明材料層的部分以形成透明電極，在所述透明電極中形成 暴露部分所述絕緣層的透明電極孔；各向同性地蝕刻通過所述透明電極孔暴 露的部分絕緣層直到暴露所述阻擋層孔，從而形成絕緣層孔；蝕刻通過所述 絕緣層孔暴露的透明電極以形成柵極孔，并除去所述光致抗蝕劑；和在由所 述阻擋層孔暴露的陰極上形成發射器。
根據本發明的另一方面，場發射器件的制造方法包括在基板上依次形 成陰極和光阻擋層，并構圖所述光阻擋層以形成暴露所述陰極的阻擋層孔； 在所述光阻擋層上依次形成絕緣層、導電透明材料層和柵極材料層，并構圖 所述柵極材料層以形成柵電極，在所述柵電極中形成暴露部分透明材料層并 設置在所述阻擋層孔上方的柵電極孔；涂覆光致抗蝕劑以覆蓋所述柵電極和 部分所述透明材料層，并曝光和顯影所述光致抗蝕劑從而形成抗蝕劑孔，所 述抗蝕劑孔在形狀上對應于所述阻擋層孔并暴露設置在所述阻擋層孔上方 的部分透明材料層；蝕刻由所述抗蝕劑孔暴露出的透明材料層的部分，以形 成透明電極，在所述透明電極中形成暴露部分所述絕緣層的透明電極孔；各 向同性地蝕刻通過所述透明電極孔暴露的部分絕緣層直到暴露所述阻擋層
孔，從而形成絕緣層孔；蝕刻由所述絕緣層孔暴露的透明電極的部分以形成
柵極孔，并除去所述光致抗蝕劑；和在由所述阻擋層孔暴露出的陰極上形成
發射器。


通過參考結合附圖的詳細描述，本發明的完整的理解及其許多附帶的優 點將更明顯并更容易理解，在附圖中，相同的附圖標記代表相同或類似的元 件，其中
圖l是場發射器件的平面圖2是沿圖1的線n-n，所取的剖面圖11到圖16是示出根據本發明的另一實施例的場發射器件的制造方法 的剖面圖17到圖23是示出根據本發明的另一實施例的場發射器件的制造方法 的剖面圖24到圖26是示出圖17到圖23的場發射器件的制造方法的變型的剖 面圖；和
圖27到32是示出根據本發明的另一實施例的場發射器件的制造方法的
剖面圖。
具體實施例方式
現在將參考附圖更充分地描述本發明，在附圖中示出了本發明的示范性 實施例。相同的附圖標記通篇表示相同的元件。在附圖中，為了清楚而夸大 了部件的尺寸。還應該理解，當一層被稱為在基板或另一層"上"時，其可 以直接位于該基板或該另 一層上，或者中間也可以存在居間層。
圖i是場發射器件的平面圖，且圖2是沿圖i的線ii-n，所取的剖面圖。
參考圖1和2，構建場發射器件使得多個陰極12、紫外線(UV)阻擋 層20、絕緣層30、和多個柵電極40依次堆疊在基板10上。陰極12和柵電 極40彼此交叉。絕緣層孔31形成在絕緣層30上以暴露陰極12,且柵極孔 41形成在柵電極40中從而與絕緣層孔31相通。阻擋層孔21形成在UV阻
擋層20中從而與絕緣層孔31相通并暴露陰極12。用于電子發射的發射器 50設置在阻擋層孔21中的陰極12上。發射器50可以通過使用UV阻擋層 20作為光掩模的背側曝光來構圖碳納米管(CNT)膏而形成。在如上構建的 場發射器件中，當在柵電極40和形成于陰極12上的發射器50之間施加強 電場時，從發射器50發射電子。
除非發射器50精確對準在如上構建的常規場發射器件的柵極孔41的中 心，否則電子發射的均勻性降低。因此，為了實現穩定和可靠的場發射器件， 需要柵極孔41精確地與設置發射器50的阻擋層孔21同心。圖。
參考圖3，陰極112形成在基板IIO上，基板110可以是透明基板。因 此，基板IIO可以是玻璃或塑料基板。陰極112可以通過在基板IIO上沉積 陰極材料層并將該陰極材料層構圖為預定形狀而形成。陰極112可以由透明 導電材料形成，例如氧化銦錫(ITO)。光阻擋層120形成在基板IIO上從而 覆蓋陰極112,并隨后被構圖以形成暴露陰極112的阻擋層孔121。由碳納 米管(CNT)形成的發射器150 (見圖10)在隨后的工藝中形成在阻擋層孔 121中。在后續的背側曝光工藝中作為光掩模的光阻擋層120可以由能夠阻 擋紫外(UV)線的材料形成。例如，光阻擋層120可以由非晶硅形成。
參考圖4，絕緣層130和柵極材料層140，依次形成在光阻擋層120上。 絕緣層130可以通過在光阻擋層120上沉積例如氧化硅的透明介電材料而形 成。柵極材料層140，可以由相對于陰極112具有蝕刻選擇性的材料形成。例 如，柵極材料層140，可以由例如Cr、 Ag、 Al、 Mo、 Nb或Au的金屬形成。
參考圖4和圖5,柵極材料層140，被構圖以形成柵電極140,在該柵電 極中形成柵電極孔142。具體地，第一光致抗蝕劑160涂覆在柵極材料層140， 上。第一光致抗蝕劑160可以是正性或負性光致抗蝕劑。接著，第一光致抗 蝕劑160被曝光和顯影以形成暴露柵極材料層140，的第一抗蝕劑孔161。柵 極材料層140，通過第一抗蝕劑孔161被蝕刻以形成一冊電極140,在該4冊電扨_ 140中形成暴露絕緣層130的柵電極孔142。柵電極孔142形成在阻擋層孔 121上方，并可以寬于阻擋層孔121并窄于將在后面描述的柵極孔141(圖9)。 此工藝中形成的柵電極孔142 (圖5)不一定與阻擋層孔121同心。接著， 從柵電極140除去第一光致抗蝕劑160。 參考圖6，第二光致抗蝕劑170涂覆在柵電極140上從而覆蓋柵電極孔 142。第二光致抗蝕劑170可以是正性光致抗蝕劑。接著，第二光致抗蝕劑 170使用背側曝光被曝光。具體地，使用光阻擋層120作為光掩模從基板110 下方發射UV射線，從而曝光設置在阻擋層孔121上方的第二光致抗蝕劑170 的部分170a。
參考圖6和圖7，當第二光致抗蝕劑170的曝光部分170a被顯影并除去 時，暴露絕緣層130的第二抗蝕劑孔171形成在柵電極孔142內。因此，第 二抗蝕劑孔171與阻擋層孔121同心，且直徑和形狀對應于阻擋層孔121。
參考圖8，由第二抗蝕劑孔171暴露的絕緣層130被蝕刻以形成絕緣層 孔131。絕緣層孔131可以通過各向同性地濕法蝕刻絕緣層130直到暴露阻 擋層孔121而形成。由于絕緣層130的各向同性濕法蝕刻，每個絕緣層孔131 可以具有基本為半球的形狀。因此，絕緣層孔131下面的陰極112通過阻擋 層孔121暴露，且絕緣層孔131上方的柵電極140和第二光致抗蝕劑170通 過絕緣層孔131被部分暴露。
參考圖9,由絕緣層孔131暴露的柵電極140的部分被蝕刻以形成柵極 孔141。柵極孔141可以通過濕法蝕刻由絕緣層孔131暴露出的柵電極140 部分而形成。由于陰極112由相對于柵電極140具有蝕刻選擇性的材料形成， 因此通過阻擋層孔121暴露出的陰極112在柵電極140的蝕刻過程中不被除 去。接著，從柵電極140除去第二光致抗蝕劑170。
參考圖10,發射器150形成在通過阻擋層孔121暴露出的陰極112上。 具體地，通過在含有粘合劑和光敏劑的混合物的溶劑中散布CNT而制備 CNT膏。光敏劑是負性光敏劑。接著，CNT膏被涂覆在柵電極140上從而 填充阻擋層孔121、絕緣層孔131和柵極孔141。接著，當CNT膏被使用光 阻擋層120作為光掩模的背側曝光所曝光和顯影時，由CNT形成的發射器 150形成在阻擋層孔121中的陰極112上。
由于絕緣層孔131是通過與阻擋層孔121同心的第二光致抗蝕劑孔171 來各向同性地蝕刻絕緣層130而形成的，且由絕緣層孔131暴露出的柵電極 140的部分被蝕刻并除去，因此柵極孔141與阻擋層孔121精確地同心。因 此，形成在阻擋層孔121中的發射器150能夠精確地置于柵極孔141的中心。
現在將解釋根據本發明另 一 實施例的場發射器件的制造方法。
剖面圖。下面的描述將集中于圖3到IO的方法與圖11到16的方法之間的差別。
參考圖11,陰極212形成在基板210上。基板210可以是透明基板。陰 極212可以由例如ITO的透明導電材料形成。接著，光阻擋層220形成在基 板210上以覆蓋陰極212,并隨后被構圖以形成暴露陰極212的阻擋層孔221 。 光阻擋層220可以由非晶硅形成。接著，絕緣層230和柵極材料層240，依次 在光阻擋層220上形成。絕緣層230可以通過在光阻擋層220上沉積例如氧 化硅的透明介電材料而形成。柵極材料層240，可以像陰極212 —樣由透明導 電材料形成，例如ITO。
參考圖12,光致抗蝕劑260涂覆在柵極材料層240，上。光致抗蝕劑260 可以是正性光致抗蝕劑。接著，光致抗蝕劑260通過背側曝光被曝光。具體 地，使用光阻擋層220作為光掩模從基板210下方發射UV射線，從而曝光 設置在阻擋層孔221上方的光致抗蝕劑260的部分260a。
參考圖12和圖13,當光致抗蝕劑260的曝光部分260a被顯影并除去時， 形成暴露柵極材料層240，的抗蝕劑孔261。因此，抗蝕劑孔261與阻擋層孔 221同心，且直徑和形狀對應于阻擋層孔221。
參考圖13和圖14,通過抗蝕劑孔261暴露出的柵極材料層240，被蝕刻 以形成柵電極240，在柵電極240中形成暴露絕緣層230的柵電極孔242。 類似于抗蝕劑孔261,柵電極孔242與阻擋層孔221同心，且直徑和形狀對 應于阻擋層孔221。接著，通過柵電極孔242暴露出的絕緣層230的部分被 蝕刻以形成絕緣層孔231。絕緣層孔231可以通過各向同性地濕法蝕刻絕緣 層230直到暴露阻擋層孔221而形成。由于絕緣層230的各向同性蝕刻，每 個絕緣層孔231都可以具有基本為半球的形狀。因此，絕緣層孔231下的陰 極212通過阻擋層孔221暴露，且絕緣層孔231上方的柵電極240由絕緣層 孔231部分地暴露。
參考圖15,由絕緣層孔231暴露的柵電極240的部分被蝕刻以形成柵極 孔241，且通過阻擋層孔221暴露的陰極212的部分被蝕刻以形成陰極孔213。 柵極孔241和陰極孔213可以通過分別濕法蝕刻柵電極240和陰極212形成。 由于柵電極240和陰極212由例如ITO的透明導電材料形成，柵電極240和 陰極212可以被同時蝕刻。接著，從柵電極240除去光致抗蝕劑260。
參考圖16,發射器250形成在通過阻擋層孔221和陰極孔213暴露出的
基板210的部分上。具體地，CNT膏被涂覆在柵電極240上以填充陰極孔 213、阻擋層孔221、絕緣層孔231和柵極孔241。接著，當CNT膏被使用 光阻擋層220作為光掩模的背側曝光而曝光和顯影時，由CNT形成的發射 器250形成在絕緣層孔221和陰極孔213中的基板210上。
如上所述，由于絕緣層孔231通過與阻擋層孔221同心的柵電極孔242 各向同性地蝕刻絕緣層230而形成，且由絕緣層孔231暴露出的柵電極240 部分被蝕刻并除去，因此柵極孔241與阻擋層孔221精確地同心。因此，形 成在阻擋層孔221和陰極孔213中的發射器250可以精確地置于柵極孔241 的中心。
現在解釋根據本發明另 一實施例的場發射器件的制造方法。 圖17到23是示出根據本發明另一實施例的場發射器件的制造方法的剖 面圖。下面的解釋將集中于圖3到16的方法與圖17到23的方法之間的差別。
參考圖17，陰極312形成在基板310上。基板310可以是透明基板。陰 極312可以由例如ITO的透明導電材料形成。光阻擋層320形成在基板310 上以覆蓋陰極312，并隨后被構圖以形成暴露陰極312的阻擋層孔321。光 阻擋層320可以由非晶硅形成。接著，由透明介電材料例如氧化硅形成的絕 緣層330形成在光阻擋層320上。接著，柵極材料層(未示出)形成在絕緣 層330上。柵極材料層可以由例如ITO的透明導電材料或者例如Cr、 Ag、 Al、 Mo、 Nb、或Au的金屬形成。
接著，柵極材料層被構圖以形成柵電極340，在柵電極中形成暴露絕緣 層330的柵電極孔342。具體地，第一光致抗蝕劑360被涂覆在柵極材料層 上。第一光致抗蝕劑360可以是正性或負性光致抗蝕劑。接著，第一光致抗 蝕劑360被曝光和顯影以形成暴露柵極材料層的第一抗蝕劑孔361。柵極材 料層^f皮通過第一抗蝕劑孔361蝕刻以形成柵電極340，在柵電極中形成暴露 絕緣層330的柵電極孔342。柵電極孔342形成在阻擋層孔321上方，并可 以寬于將在后面解釋的柵極孔341 (圖22)。在此工藝中形成的柵電極孔342 (圖17)不一定與阻擋層孔321精確地同心。接著，從柵電極340除去第一 光致抗蝕劑360。
參考圖18,導電透明材料層345，形成在柵電極340的頂表面上以及通 過柵電極孔342暴露出的絕緣層330的頂表面部分上。透明材料層345，可以
是相對于陰極312具有蝕刻選擇性的金屬性膜。在此情形，金屬性膜可以具
有約100到500A的厚度。例如，透明材料層345，可以由例如Cr、 Ag、 Al、 Mo、 Nb或Au的金屬形成。
參考圖19,第二光致抗蝕劑370涂覆在透明材料層345，上。第二光致 抗蝕劑370可以是正性光致抗蝕劑。接著，第二光致抗蝕劑370通過背側曝 光被曝光。具體地，使用光阻擋層320作為光掩模從基板310下方發射UV 射線，從而曝光設置在阻擋層孔321上方的第二光致抗蝕劑370的部分370a。
參考圖19和圖20,當第二光致抗蝕劑370的曝光部分370a被顯影和除 去時，暴露透明材料層345，的第二抗蝕劑孔371形成在柵電極孔342內。因 此，第二抗蝕劑孔371與阻擋層孔321同心，且直徑和形狀對應于阻擋層孔 321。
參考圖20和圖21，通過第二抗蝕劑孔371暴露的透明材料層345，被蝕 刻以形成透明電極345,在透明電極中形成暴露絕緣層330的透明電極孔 347。由金屬性膜形成的透明電極345作為柵電極340的匯流電極。類似于 第二抗蝕劑孔371,透明電極孔347與阻擋層孔321同心，且直徑和形狀對 應于阻擋層孔321。接著，通過透明電極孔347暴露出的絕緣層330的部分 被蝕刻以形成絕緣層孔331。絕緣層孔330可以通過各向同性地濕法蝕刻絕 緣層330直到暴露阻擋層孔321而形成。由于絕緣層330的各向同性蝕刻， 每個絕緣層孔331可以具有基本為半球的形狀。因此，在絕緣層孔331下方 的陰極312通過絕緣層孔321暴露，且絕緣層孔331上方的透明電極345通 過絕緣層孔331部分地暴露。
參考圖22，由絕緣層孔331暴露的透明電極345的部分被蝕刻以形成柵 極孔341。柵極孔341可以通過濕法蝕刻并除去由絕緣層孔331暴露的透明 電極345的部分而形成。由于透明電極345由相對于陰極312具有蝕刻選擇 性的材料形成，在蝕刻透明電極345的過程中，通過阻擋層孔321暴露的陰 極312被除去。接著，從透明電極345除去第二光致抗蝕劑370。
參考圖23，發射器350形成在通過阻擋層孔321暴露出的陰極312上。 具體地，CNT膏被涂覆在透明電極345上從而填充阻擋層孔321、絕緣層孔 331和柵極孔341。接著，當CNT膏通過使用光阻擋層320作為光掩模的背 側曝光被曝光和顯影時，由CNT形成的發射器350形成在阻擋層孔321中 的陰極312上。
如上所述，由于絕緣層孔331通過與阻擋層孔321同心的透明電極孔347 各向同性地蝕刻絕緣層330而形成，且由絕緣層孔331暴露出的透明電極345 的部分被蝕刻并除去，因此柵極孔341與阻擋層孔321精確地同心。因此， 形成在阻擋層孔321中的發射器350可以精確地置于柵極孔341的中心。
雖然在圖17到23中形成在柵電極340中的柵電極孔342寬于柵極孔 341，但如圖24到26所示，柵電極孔442可以寬于阻擋層孔321并窄于柵 極孔441，其中圖24到26是示出圖17到23的場發射器件的制造方法的改 進的剖面圖。
參考圖24，寬于阻擋層孔321并窄于柵極孔441 (見圖25)的柵電極孔 442形成在柵電極440中。在此情形，柵電極440可以由相對于陰極412具 有蝕刻選擇性的材料形成。類似于透明電極445，柵電極440可以由例如Cr、 Ag、 Al、 Mo、 Nb或Au的金屬形成。因此，當絕緣層孔331通過透明電極 孔447蝕刻絕緣層330而形成時，絕緣層孔331下方的陰極312通過阻擋層 孔321暴露，且絕緣層孔331上方的柵電極440和透明電極445通過絕緣層 孔331部分地暴露。
參考圖25，由絕緣層孔331暴露的透明電極445和柵電極440的部分被 蝕刻以在柵電極440和透明電極445中形成柵極孔441 。柵極孔441可以通 過濕法蝕刻并除去由絕緣層孔331暴露的透明電極445和柵電極440的部分 而形成。由于陰極312由相對于柵電極440和透明電極445具有蝕刻選擇性 的材料形成，通過阻擋層孔321暴露的陰極321在蝕刻柵電極440和透明電 極445的過程中不被除去。接著，從透明電極445除去第二光致抗蝕劑370。 參考圖26，發射器350形成在由阻擋層孔321暴露出的陰極312上。 現在將解釋根據本發明另 一實施例的場發射器件的制造方法。 圖27到32是示出根據本發明另一實施例的場發射器件的制造方法的剖 面圖。下面的解釋將集中于圖3到26的方法與圖27到32的方法之間的差 別。
參考圖27，陰極512形成在基板510上。基板510可以是透明基板，且 陰極512可以由例如ITO的透明導電材料形成。光阻擋層520形成在基板 520上從而覆蓋陰極512，并隨后被構圖以形成暴露陰極512的阻擋層孔521 。 接著，絕緣層530、導電透明材料層545，和柵極材料層(未示出)形成在光 阻擋層520上。導電透明材料層545 ，可以由相對于陰極512和柵極材料層具
有蝕刻選擇性的金屬性膜形成。在此情況下，金屬性膜可以具有100到500A 的厚度。例如，透明材料層545，可以由例如Cr、 Ag、 Al、 Mo、 Nb或Au的
金屬形成。
接著，柵極材料層被構圖以形成柵電極540，在柵電極中形成暴露透明 材料層545，的柵電極孔542。具體地，第一光致抗蝕劑560被涂覆在柵極材 料層上。第一光致抗蝕劑560可以是正性或負性光致抗蝕劑。接著，第一光 致抗蝕劑560被曝光和顯影以形成暴露柵極材料層的第一抗蝕劑孔561。柵 極材料層通過第一抗蝕劑孔561被蝕刻以形成柵電極540,在柵電極中形成 暴露透明材料層545，的柵電極孔542。由于透明材料層545，由相對于柵極材 料層具有蝕刻選擇性的材料形成，透明材料層545，在此工藝中不被蝕刻。柵 電極孔542形成在阻擋層孔521上方。接著，從柵電極540除去第一光致抗 蝕劑560。
參考圖28，第二光致抗蝕劑570被涂覆以覆蓋柵電極540和透明材料層 545，。第二光致抗蝕劑570可以是正性光致抗蝕劑。接著，第二光致抗蝕劑 570通過背側曝光被曝光。具體地，使用光阻擋層520作為光掩模從基板510 下方發射UV射線，從而曝光設置在阻擋層孔521上方的第二光致抗蝕劑570 的部分570a。
參考圖28和圖29，當第二光致抗蝕劑570的曝光部分570a被顯影并除 去時，在柵電極孔542中形成暴露透明材料層545，的第二抗蝕劑孔571。因 此，第二抗蝕劑孔571與阻擋層孔521同心，且直徑和形狀對應于阻擋層孔 521。
參考圖29和圖30,通過第二抗蝕劑孔571暴露的透明材料層545，的部 分被蝕刻以形成透明電極545 ，在透明電極中形成暴露絕緣層530的透明電 極孔547。由金屬性膜形成的透明電極545作為柵電極540的匯流電極。類 似于第二抗蝕劑孔571，透明電極孔547與阻擋層孔521同心，且直徑和形 狀對應于阻擋層孔521。接著，通過透明電極孔547暴露出的絕緣層530的 部分被蝕刻以形成絕緣層孔531。絕緣層孔531可以通過各向同性地濕法蝕 刻絕緣層530的部分直到暴露阻擋層孔521而形成。由于絕緣層530的各向 同性蝕刻，每個絕緣層孔531可以具有基本為半球的形狀。因此，絕緣層孔 531下方的陰極512通過阻擋層孔521暴露，且絕緣層孔531上方的透明電 極545通過絕緣層孔531部分暴露。
參考圖31，由絕緣層孔531暴露的透明電極545的部分被蝕刻以形成柵 極孔541。柵極孔541可以通過濕法蝕刻由絕緣層孔531暴露的透明電極545 的部分而形成。由于透明電極545由相對于陰極512具有蝕刻選擇性的材料 形成，通過阻擋層孔521暴露出的陰極512在透明電極545的蝕刻過程中不 被除去。接著，從透明電極545和柵電極540除去第二光致抗蝕劑570。
參考圖32，發射器550形成在通過阻擋層孔521暴露出的陰極512上。 具體地，CNT膏被涂覆在透明電極545和柵電極540上以填充阻擋層孔521 、 絕緣層孔531和柵極孔541。接著，當CNT膏通過使用光阻擋層520作為光 掩模的背側曝光被曝光和顯影時，由CNT形成的發射器550形成在阻擋層 孔521中的陰極512上。
如上所述，由于絕緣層孔531是通過與阻擋層孔521同心的透明電極孔 547各向同性地蝕刻絕緣層530而形成的，且由絕緣層孔531暴露出的透明 電極545的部分被蝕刻并除去，因此柵極孔541與阻擋層孔521精確地同心。 因此，形成在阻擋層孔521中的發射器550可以精確地置于柵極孔541的中 心。雖然在圖27到32中柵電極孔542寬于柵極孔541 ，但柵電極孔542可 以寬于阻擋層孔521并窄于柵極孔541。
如上所述，根據本發明，柵極孔可以精確地與阻擋層孔同心。因此，形
均勻性并能夠實現穩定和可靠的場發射器件。
雖然參考本發明的示范性實施例具體示出并描述了本發明，但本領域技 術人員應該理解，可以進行各種形式和細節的變化而不脫離由權利要求所限 定的本發明的精神和范疇。
權利要求
1、一種場發射器件的制造方法，所述方法包括步驟在基板上依次形成陰極和光阻擋層，并構圖所述光阻擋層以形成暴露所述陰極的阻擋層孔；在所述光阻擋層上依次形成絕緣層和柵極材料層，并構圖所述柵極材料層以形成柵電極，在所述柵電極中形成暴露所述阻擋層孔上方的絕緣層部分的柵電極孔；在所述柵電極上涂覆光致抗蝕劑從而覆蓋所述柵電極孔，并曝光和顯影所述光致抗蝕劑以在所述柵電極孔內形成抗蝕劑孔，所述抗蝕劑孔在形狀上對應于所述阻擋層孔并暴露部分所述絕緣層；各向同性地蝕刻通過所述抗蝕劑孔暴露出的絕緣層部分直到暴露所述阻擋層孔，從而形成絕緣層孔；蝕刻通過所述絕緣層孔暴露出的柵電極部分從而形成柵極孔，并除去所述光致抗蝕劑；和在通過所述阻擋層孔暴露的陰極上形成發射器。
2、 根據權利要求1所述的方法，其中所述柵電極孔寬于所述阻擋層孔 并窄于所述柵極孔。
3、 根據權利要求1所述的方法，其中通過使用所述光阻擋層作為光掩 模的背側曝光來曝光并顯影所述光致抗蝕劑，從而形成所述抗蝕劑孔。
4、 根據權利要求3所述的方法，其中所述光致抗蝕劑是正性光致抗蝕劑。
5、 根據權利要求3所述的方法，其中所述抗蝕劑孔與所述阻擋層孔是 同心的。
6、 根據權利要求3所述的方法，其中所述基板是透明基板。
7、 根據權利要求3所述的方法，其中所述光阻擋層由非晶硅形成。
8、 根據權利要求3所述的方法，其中所述陰極由透明導電材料形成。
9、 根據權利要求8所述的方法，其中所述陰極由氧化銦錫形成。
10、 根據權利要求3所述的方法，其中所述絕緣層由透明材料形成。
11、 根據權利要求1所述的方法，其中所述柵極材料層由相對于陰極具 有蝕刻選擇性的材料形成。
12、 根據權利要求11所述的方法，其中所述柵極材料層由選自Cr、 Ag、 Al、 Mo、 Nb和Au的組中的金屬形成。
13、 根據權利要求11所述的方法，其中所述柵極孔通過濕法蝕刻由所 述絕緣層孔暴露出的柵電極部分而形成。
14、 根據權利要求1所述的方法，其中所述絕緣層被濕法蝕刻。
15、 根據權利要求1所述的方法，其中形成所述發射器包括 涂覆碳納米管膏以填充所述阻擋層孔、絕緣層孔和柵極孔；和 通過使用所述光阻擋層作為光掩模的背側曝光來曝光和顯影所述碳納米管膏，并在所述阻擋層孔中的陰極上形成包括碳納米管的發射器。
16、 一種場發射器件的制造方法，所述方法包括步驟 在基板上依次形成陰極和光阻擋層，并構圖所述光阻擋層以形成暴露所述陰極的阻擋層孔；在所述光阻擋層上依次形成絕緣層和柵極材料層；在所述柵極材料層上涂覆光致抗蝕劑，并曝光和顯影所述光致抗蝕劑， 從而形成在形狀上對應于所述阻擋層孔的抗蝕劑孔并暴露位于所述阻擋層 孔上方的部分柵極材料層；蝕刻通過所述抗蝕劑孔暴露的柵極材料層部分以形成柵電極，在所述柵 電極中形成暴露部分所述絕緣層的柵電極孔；各向同性地蝕刻通過所述柵電極孔暴露的絕緣層部分直到暴露出所述 阻擋層孔，從而形成絕緣層孔；蝕刻通過所述絕緣層孔暴露的部分柵電極以形成柵極孔，并蝕刻通過所 述阻擋層孔暴露的陰極以形成陰極孔；除去所述光致抗蝕劑；和在通過所述陰極孔暴露出的基板部分上形成發射器。
17、 根據權利要求16所述的方法，其中通過使用所述光阻擋層作為光 掩^f莫的背側曝光來曝光和顯影所述光致抗蝕劑從而形成所述抗蝕劑孔。
18、 根據權利要求17所述的方法，其中所述光致抗蝕劑是正性光致抗蝕劑。
19、 根據權利要求17所述的方法，其中所述抗蝕劑孔和所述柵電極孔 與所述阻擋層孔是同心的。
20、 根據權利要求17所述的方法，其中所述基板是透明基板。
21、 根據權利要求17所述的方法，其中所述光阻擋層由非晶硅形成。
22、 根據權利要求17所述的方法，其中所述陰極和柵極材料層由透明 導電材料形成。
23、 根據權利要求22所述的方法，其中所述陰極和柵極材料層由氧化 銦錫形成。
24、 根據權利要求17所述的方法，其中所述絕緣層由透明材料形成。
25、 根據權利要求16所述的方法，其中所述柵極孔通過濕法蝕刻由所 述絕緣層孔暴露的柵電極部分而形成，且所述陰極孔通過濕法蝕刻由阻擋 層孔暴露的陰極部分而形成。
26、 根據權利要求16所述的方法，其中所述絕緣層被濕法蝕刻。
27、 根據權利要求16所述的方法，其中形成所述發射器包括 涂覆碳納米管膏以填充所述陰極孔、所述阻擋層孔、所述絕緣層孔和所述才冊4及孔；和通過使用所述光阻擋層作為光掩模的背側曝光來曝光和顯影所述碳納 米管膏，并在由所述陰極孔暴露的基板部分上形成由碳納米管構成的發射器。
28、 一種場發射器件的制造方法，所述方法包括步驟 在基板上依次形成陰極和光阻擋層，并構圖所述光阻擋層以形成暴露所述陰極的阻擋層孔；在所述光阻擋層上依次形成絕緣層和柵極材料層，并構圖所述柵極材料 層以形成柵電極，在所述柵電極中形成暴露出設置于所述阻擋層孔上方的部 分絕緣層的柵電極孔；在所述柵電極和由所述柵電極孔暴露的絕緣層部分上形成導電透明材 料層；在所述透明材料層上涂覆光致抗蝕劑，并曝光和顯影所述光致抗蝕劑， 從而形成在形狀上對應于所述阻擋層孔的抗蝕劑孔，并且暴露位于所述阻擋 層孔上方的透明材料層部分；蝕刻通過所述抗蝕劑孔暴露的透明材料層部分以形成透明電極，在所述 透明電極中形成暴露部分所述絕緣層的透明電極孔；各向同性地蝕刻通過所述透明電極孔暴露的部分絕緣層直到暴露所述 阻擋層孔，從而形成絕緣層孔；蝕刻通過所述絕緣層孔暴露的透明電極以形成柵極孔，并除去所述光致抗蝕劑；和在由所述阻擋層孔暴露的陰極上形成發射器。
29、 根據權利要求28所述的方法，其中所述導電透明材料層由相對于 所述陰極具有蝕刻選擇性的金屬性膜形成。
30、 根據權利要求29所述的方法，其中所述導電透明材料層由選自Cr、 Ag、 Al、 Mo、 Nb和Au的組的金屬形成。
31 、根據權利要求29所述的方法，其中所述導電透明材料層具有在100A 到500A范圍內的厚度。
32、 根據權利要求28所述的方法，其中通過采用所述阻擋層作為光掩 模的背側曝光而曝光和顯影所述光致抗蝕劑，從而形成所述抗蝕劑孔。
33、 根據權利要求32所述的方法，其中所述光致抗蝕劑是正性光致抗 蝕劑。
34、 根據權利要求32所述的方法，其中所述抗蝕劑孔和所述透明電極 孔與所述阻擋層孔是同心的。
35、 根據權利要求32所述的方法，其中所述基板是透明基板。
36、 根據權利要求32所述的方法，其中所述光阻擋層由非晶硅形成。
37、 根據權利要求32所述的方法，其中所述陰極由透明導電材料形成。
38、 根據權利要求37所述的方法，其中所述陰極由氧化銦錫形成。
39、 根據權利要求32所述的方法，其中所述絕緣層由透明材料形成。
40、 根據權利要求28所述的方法，其中所述柵電極孔寬于所述柵極孔。
41、 根據權利要求40所述的方法，其中所述柵極材料層由Cr、 Ag、 Al、 Mo、 Nb、 Au和氧化銦錫之一形成。
42、 根據權利要求28所述的方法，其中所述柵電極孔寬于所述阻擋層 孔并窄于所述柵極孔。
43、 根據權利要求42所述的方法，其中所述柵極材料層由相對于所述 陰極具有蝕刻選擇性的材料形成。
44、 根據權利要求43所述的方法，其中所述柵極孔通過蝕刻由所述絕 緣層孔暴露出的柵電極和透明電極而形成。
45、 根據權利要求28所述的方法，其中所述絕緣層被濕法蝕刻。
46、 根據權利要求28所述的方法，其中形成所述發射器包括涂覆碳納米管膏以填充所述阻擋層孔、所述絕緣層孔和所述柵極孔；和 通過使用所述光阻擋層作為光掩模的背側曝光來曝光和顯影所述碳納 米管膏，并在由所述阻擋層孔暴露出的陰極上形成由碳納米管膏構成的發射器。
47、 一種場發射器件的制造方法，所述方法包括步驟 在基板上依次形成陰極和光阻擋層，并構圖所述光阻擋層以形成暴露所述陰極的阻擋層孔；在所述光阻擋層上依次形成絕緣層、導電透明材料層和柵極材料層，并 構圖所述柵極材料層以形成柵電極，在所述柵電極中形成暴露設置在所述阻 擋層孔上方的部分透明材料層的柵電極孔；涂覆光致抗蝕劑以覆蓋所述柵電極和所述部分透明材料層，并曝光和顯 影所述光致抗蝕劑，從而形成在形狀上對應于所述阻擋層孔的抗蝕劑孔，并 暴露設置在所述阻擋層孔上方的部分透明材料層；蝕刻由所述抗蝕劑孔暴露出的部分透明材料層，以形成透明電極，在所 述透明電極中形成暴露部分所述絕緣層的透明電極孔；各向同性地蝕刻通過所述透明電極孔暴露的部分絕緣層直到暴露所述 阻擋層孔，從而形成絕緣層孔；蝕刻由所述絕緣層孔暴露的部分透明電極以形成柵極孔，并除去所述光 致抗蝕劑；和在由所述阻擋層孔暴露出的陰極上形成發射器。
48、 根據權利要求47所述的方法，其中所述導電透明材料層由相對于 所述陰極和柵極材料層具有蝕刻選擇性的金屬性膜形成。
49、 根據權利要求48所述的方法，其中所述導電透明材料層由選自Cr、 八g、 Al、 Mo、 Nb和Au的組中的金屬形成。
50、 根據權利要求48所述的方法，其中所述導電透明材料層具有在IOOA 到500A范圍內的厚度。
51、 根據權利要求47所述的方法，其中通過采用所述光阻擋層作為光 掩模的背側曝光而曝光和顯影所述光致抗蝕劑，從而形成所述抗蝕劑孔。
52、 根據權利要求51所述的方法，其中所述光致抗蝕劑是正性光致抗 蝕劑。
53、 根據權利要求51所述的方法，其中所述抗蝕劑孔和所述透明電極 孔與所述阻擋層孔是同心的。
54、 根據權利要求51所述的方法，其中所述基板是透明基板。
55、 根據權利要求51所述的方法，其中所述光阻擋層由非晶硅形成。
56、 根據權利要求51所述的方法，其中所述陰極由透明導電材料形成。
57、 根據權利要求56所述的方法，其中所述陰極由氧化銦錫形成。
58、 根據權利要求51所述的方法，其中所述絕緣層由透明材料形成。
59、 根據權利要求47所述的方法，其中所述絕緣層被濕法蝕刻。
60、 根據權利要求47所述的方法，其中形成所述發射器包括 涂覆碳納米管膏以填充所述阻擋層孔、所述絕緣層孔和所述柵極孔；和 通過使用所述光阻擋層作為光掩模的背側曝光來曝光和顯影所述碳納米管膏，并在由所述阻擋層孔暴露出的陰極上形成由所述碳納米管膏形成的 發射器。
全文摘要
本發明提供了一種場發射器件的制造方法，包括在基板上依次形成陰極和光阻擋層，并構圖所述光阻擋層以形成阻擋層孔；在所述光阻擋層上依次形成絕緣層和柵極材料層，并構圖所述柵極材料層以形成柵電極，在所述柵電極中形成柵電極孔；在所述柵電極上涂覆光致抗蝕劑，并曝光和顯影所述光致抗蝕劑以在所述柵電極孔內形成抗蝕劑孔；各向同性地蝕刻通過所述抗蝕劑孔暴露出的絕緣層的部分從而形成絕緣層孔；蝕刻通過所述絕緣層孔暴露出的柵電極的部分，以形成柵極孔，并除去所述光致抗蝕劑；和在通過所述阻擋層孔暴露的陰極電極上形成發射器。
文檔編號H01J9/02GK101183633SQ20071018697
公開日2008年5月21日 申請日期2007年11月15日 優先權日2006年11月15日
發明者崔濬熙, 裵民鐘 申請人:三星電子株式會社