KR100260262B1 - A metal tip array forming method of fed - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전계방출소자(field emission display; 이하 FED라 칭함)의 메탈 팁 어레이(Metal Tip Array) 형성방법에 관한 것으로서, 특히 캐소드 어레이 구조(Cathode Array Structure) 속에 콜리메이터(Collimator) 역할을 할 수 있는 구조체를 형성함에 의해 스퍼터 된 이온에 방향성 증착을 유도하여 메탈 팁을 구현할 수 있는 전계방출소자의 메탈 팁 어레이 형성방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
일반적으로 전계 방출소자는 팁의 날카로운 부분에 전계가 집중되는 현상을 이용하여 비교적 낮은 전압, 예를 들어 5∼10V 정도의 전압을 인가하여 터널효과에 의한 냉전자를 방출시키는 소자로서, 이를 이용하여 형성되는 FED는 CRT의 고선명성과 액정표시장치(liquid crystal display; 이하 LCD라 칭함)의 경박형의 장점을 모두 갖추고 있어 차세대 표시장치로서 주목받고 있다.In general, the field emission device is a device that emits cold electrons due to the tunnel effect by applying a relatively low voltage, for example, a voltage of about 5 to 10V by using a phenomenon in which an electric field is concentrated on a sharp part of a tip. The FED is attracting attention as a next generation display device because it has both the high definition of the CRT and the light and thin advantages of a liquid crystal display (LCD).
특히 FED는 경박형의 제작이 가능할 뿐만 아니라, LCD의 결정적인 단점인 공정수율, 제조단가 및 대형화의 문제점들을 해결할 수 있다.In particular, the FED can not only manufacture the thin and thin, but also solve the problems of process yield, manufacturing cost, and enlargement, which are crucial disadvantages of the LCD.
즉 LCD는 하나의 단위화소라도 불량이 발생되면 제품전체가 불량 처리되지만, FED는 하나의 화소 그룹에 그보다 작은 다수개의 단위화소들이 형성되어 있어 한 두개의 단위화소에 불량이 발생하여도 화소 그룹의 동작에는 이상이 없어 제품 전체의 수율이 향상된다.That is, in case of LCD, even if one unit pixel is defective, the whole product is treated badly. However, FED has a smaller number of unit pixels in one pixel group, so even if one or two unit pixels are defective, There is no problem in operation, and the yield of the whole product is improved.
또한 FED는 LCD에 비해 구조가 간단하고, 소비전력이 작아 단가가 낮고, 휴대형 표시장치에 적합한 등의 이점이 있다.In addition, FED has advantages such as simple structure, low power consumption, low unit cost, and suitable for portable display device.
초기의 FED는 공동에 의해 외부로 노출되어 있으며, 날카로운 부분을 갖는 원뿔형 에미터(캐소드)와, 상기 에미터의 양측에 정렬되어 있는 게이트와 상기 게이트와 일정간격 이격되어 있는 애노드(Anode)로 구성되어 각각이 CRT의 캐소드, 케이트 및 애노드와 대응된다.Initially, the FED is exposed to the outside by a cavity, and has a conical emitter (cathode) having a sharp portion, a gate arranged on both sides of the emitter, and an anode spaced apart from the gate. Each corresponds to the cathode, cate and anode of the CRT.
상기의 FED는 애노드에 전압, 예를들어 500∼10㎸ 정도의 전압이 인가되어 케소드의 꼭지부에 집중된 전계에 의해 전자가 방출되며, 상기 방출된 전자는 양의 전압이 인가된 애노드에 의해 인도되어 애노드에 도포되어있는 형광물질을 발광시키고, 상기 게이트는 전자의 방향 및 양을 조절한다.In the FED, a voltage is applied to the anode, for example, a voltage of about 500 to 10 mA, and electrons are emitted by an electric field concentrated at the top of the cathode, and the emitted electrons are emitted by an anode to which a positive voltage is applied. The phosphor is guided to emit the fluorescent material applied to the anode, and the gate controls the direction and amount of electrons.
그러나 상기와 같은 원뿔형 캐소드를 구비하는 초기의 FED는 방출된 전자들중의 일부가 게이트로 유도되어 게이트 전류가 흘러 전자의 제어가 어렵고, 캐소드와 애노드의 사이에서 전자와 충돌하여 형성된 양이온이 캐소드와 충돌하여 소자가 파괴되므로, 이를 방지하기 위하여 소자의 내부를 고진공 상태로 유지하여야하며, 날카로운 원뿔형 캐소드의 균일한 제작이 어려운 등의 문제점이 있다.However, in the early FED having the conical cathode as described above, some of the emitted electrons are induced to the gate, so that the gate current flows to control the electrons, and cations formed by colliding with the electrons between the cathode and the anode, Since the device is destroyed by collision, in order to prevent this, the inside of the device must be maintained in a high vacuum state, and there is a problem that it is difficult to uniformly manufacture a sharp conical cathode.
또한 종래에는 상기 전계방출소자를 제조함에 있어서, 원뿔형 에미터를 형성하는 방법은 주로 스핀트(Spindt) 에 의해 개발된 과정이 이용되고 있다.In addition, conventionally, in manufacturing the field emission device, a method of forming a conical emitter is mainly used by a process developed by Spindt.
상기 스핀트 타입의 메탈 팁을 형성하기 위한 제조 공정에 있어서는, 메탈 팁을 형성하기 위해 전자-빔 주사기(e-beam evaporator) 장비가 필수적으로 이용되어야 팁의 형상을 구현할 수 있다.In the manufacturing process for forming the spin type metal tip, an e-beam evaporator equipment is essentially used to form the metal tip in order to implement the shape of the tip.
그 외에 메탈 팁의 구현을 보다 용이하게 하기 위해 스퍼터(Sputter) 장비내에 방향성 증착을 유도하는 콜리메이터를 부착하는 종래의 기술이 제시되어 있다. 즉, 상기 스퍼터링(sputtering)을 이용한 종래의 방법에서는 금속타켓(source)과 기판(substrate) 사이에 콜리메이터를 설치하여 불규칙 운동과 임의의 방향을 갖는 이온(ion) 내지 입자를 수직방향 성분만을 필터링하여 기판쪽으로 유도함으로써 방향성 수직증착을 유도한다.In addition, conventional techniques have been proposed for attaching collimators to induce directional deposition in sputter equipment to facilitate the implementation of metal tips. That is, in the conventional method using sputtering, a collimator is installed between a metal target and a substrate to filter only vertical components of ions or particles having random movements and arbitrary directions. Directing towards the substrate leads to directional vertical deposition.
그러나 상기의 경우, 스퍼터링 장비내에 별도의 장치인 콜리메이터를 부착하는 데에는 큰 번거로움이 따르는 문제점이 있다.However, in the above case, there is a problem that attaches a collimator which is a separate device in the sputtering equipment is a big trouble.
따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 캐소드 어레이 구조내에 콜리메이터 역할을 할 수 있는 구조체를 형성함에 의해 스퍼터 된 이온이 기판상에 방향성 증착이 될 수 있도록 하여 메탈 팁의 구현을 보다 용이하게 할 수 있는 전계방출소자의 메탈 팁 어레이 형성방법을 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to solve the above problems, and an object of the present invention is to form a structure capable of acting as a collimator in a cathode array structure so that sputtered ions can be directionally deposited on a substrate. It is to provide a method for forming a metal tip array of the field emission device that can be easier to implement.
도 1 내지 도 6 은 본 발명의 기술에 따른 전계방출소자의 메탈 팁 어레이 제조공정단계를 도시한 단면도1 to 6 are cross-sectional views showing the metal tip array manufacturing process step of the field emission device according to the technology of the present invention
도 7 은 본 발명의 방법에 따라 메탈 팁이 완성된 전계방출소자의 사시도7 is a perspective view of a field emission device of the metal tip is completed according to the method of the present invention
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
11 : 유리기판 13 : 제 1 금속층(캐소드 금속층)11: glass substrate 13: first metal layer (cathode metal layer)
15 : 제 1 절연층 17 : 제 2 금속층(게이트 금속층)15: first insulating layer 17: second metal layer (gate metal layer)
19 : 감광막 패턴 21 : 제 1 홀패턴19
23 : 제 2 절연층 25 : 제 3 금속층23: second insulating layer 25: third metal layer
27 : 제 2 홀패턴 28 : 계단형 홀27: second hole pattern 28: stepped hole
29 : 메탈 팁 형성 금속29: metal tip forming metal
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본발명에 따른 전계방출소자의 메탈 팁 어레이 형성방법의 특징은,Features of the metal tip array forming method of the field emission device according to the present invention for achieving the above object,
유리기판상에 소정금속을 스퍼터링하여 소정 두께의 제 1 금속층을 형성하는 단계와,Sputtering a predetermined metal on the glass substrate to form a first metal layer having a predetermined thickness;
상기 제 1 금속층 상부에 제 1 절연층을 형성하는 단계와,Forming a first insulating layer on the first metal layer;
상기 제 1 절연층 상부에 제 2 금속층을 형성하는 단계와,Forming a second metal layer on the first insulating layer;
상기 제 2 금속층 상부에 감광막 패턴을 형성한 후, 상기 감광막 패턴을 이용하여 그 하부의 제2 금속층에 소정크기의 제 1 홀패턴을 형성하는 단계와,Forming a photoresist pattern on the second metal layer, and then forming a first hole pattern having a predetermined size in the second metal layer under the photoresist pattern;
상부의 감광막 패턴을 제거한 후, 전체구조 상부에 제 2 절연층을 일정 두께로 형성하는 단계와,Removing the upper photoresist pattern, and forming a second insulating layer in a predetermined thickness on the entire structure;
상기 제 2 절연층 상부에 제 3 금속층을 형성한 후, 포토 마스킹 작업으로 상기 제 3 금속층상에 상기 제 1 홀패턴보다 더 큰 제 2 홀패턴을 형성하는 단계와,Forming a second hole pattern larger than the first hole pattern on the third metal layer by a photo masking operation after forming a third metal layer on the second insulating layer;
상기 제 2 홀패턴 및 상기 제 1 홀패턴을 마스크로 하여 하부의 제 2 절연층 및 제 1 절연층을 식각하여 계단형상의 홀을 형성하는 단계와,Etching the lower second insulating layer and the first insulating layer using the second hole pattern and the first hole pattern as a mask to form stepped holes;
적정조건하에서 소정금속을 전체구조 상부에서 스퍼터링하여 상기 홀의 하단부상에 메탈 팁을 형성하는 단계와,Forming a metal tip on the lower end of the hole by sputtering a predetermined metal on the entire structure under appropriate conditions;
CMP 법으로 상기 구조물의 상층부로부터 제2절연층의 하측부위에 이르는 부위를 1차 제거하는 단계와,Firstly removing a portion from the upper portion of the structure to the lower portion of the second insulating layer by the CMP method;
금속 식각 선택도가 다른 에천트를 사용하여 제2금속층의 상부에 잔류하는 상층부를 2차로 제거하는 단계를 구비함에 있다.And removing the upper layer portion remaining on top of the second metal layer using an etchant having a different metal etching selectivity.
이하, 본 발명에 따른 전계방출소자의 메탈 팁 형성방법에 대해 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of forming a metal tip of a field emission device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 내지 도 6 은 본 발명의 방법에 전계방출소자의 메탈 팁 어레이 형성 공정단계를 도시한 단면도이다.1 to 6 are cross-sectional views showing the metal tip array forming process step of the field emission device in the method of the present invention.
도 1을 참조하면, 유리기판(11)상에 소정금속 예컨데, 크롬(Cr)을 스퍼터링하여 소정 두께 예컨데, 약 2000∼3000Å 두께로 도포하여 제 1 금속층(13)을 형성한다.Referring to FIG. 1, a predetermined metal, for example, chromium (Cr) is sputtered on a
이때 상기 제 1 금속층(13) 상부에 식각 선택비가 다른 소정 금속층(미도시)을 형성한다.In this case, a predetermined metal layer (not shown) having different etching selectivity is formed on the
다음 상기 제 1 금속층(13) 상부에 절연층을 형성하고, 그 상부에 다시 제2 금속층(17)을 형성한다.Next, an insulating layer is formed on the
이때 상기 절연층의 형성은 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)법으로 형성하고, 그 두께는 1∼2 ㎛ 로 한다.At this time, the insulating layer is formed by Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD), and the thickness thereof is 1 to 2 μm.
한편, 상기 제 1 금속층(13)의 전계방출소자에 있어서, 캐소드 금속층이 되고, 제 2 금속층(17)은 게이트 금속층으로 형성된다.On the other hand, in the field emission device of the
도 2 를 참조하면, 전체구조 상부에 감광막 패턴(19)을 형성한 후, 상기 감광막 패턴(19)을 이용하여 그 하부의 제 3 금속층(17)에 소정크기예컨데, 약 1∼2 ㎛ 크기의 홀 패턴(21)을 형성한다.Referring to FIG. 2, after the photoresist pattern 19 is formed over the entire structure, the photoresist pattern 19 is used to have a predetermined size, for example, about 1 to 2 μm in the lower
도 3 을 참조하면, 상부의 감광막 패턴(19)을 제거한 후, 다시 소정두께 예컨데, 2∼3 ㎛ 두께의 제 2 절연층(23)을 형성한다.Referring to FIG. 3, after removing the upper photoresist pattern 19, a second insulating layer 23 having a predetermined thickness, for example, a thickness of 2 to 3 μm is formed.
그 후 상기 제 2 절연층(23) 상부에 금속을 증착한 후, 포토 마스킹 작업으로 상기에서 형성된 제1 홀패턴(21)보다 사이즈가 더 큰 제 2 홀패턴(27)을 형성한다.Thereafter, a metal is deposited on the second insulating layer 23, and a
이때 상기 제2 홀패턴(27)의 크기는 대략 2∼4 ㎛ 이 되도록 하며, 하부에 위치한 제1 홀태턴(21)이 상기 제2홀패턴(27)의 정중앙부에 위치하도록 배열한다.In this case, the size of the
도 4 를 참조하면, 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching ; 이하 RIE 라 칭함) 장비를 이용하여 비등방성 식각으로 하부층을 식각하되, 1차 제 2절연층(23)을 그리고 그 하부의 제2금속층(17) 및 제1절연층(15) 까지 식각하여 계단형상의 홀(28)을 형성한다.Referring to FIG. 4, the lower layer is etched by anisotropic etching using Reactive Ion Etching (hereinafter referred to as RIE) equipment, and the primary second insulating layer 23 and the lower second metal layer ( 17 and the first
도 5 를 참조하면, 적정한 조건하에서 소정금속을 전체구조 상부에서 스퍼터링하여 메탈 팁(31)을 형성한다.Referring to FIG. 5, the
이때 상기 스퍼터링시 조건은 2mm Torr, 500watt, 성장률(growth rate) 920∼890Å/min 로 하며, 상기 계단형의 홀(28)의 내부를 따라 금속이온들이 진행되도록 함으로써 콜리메이터의 역할을 하도록 한다.At this time, the sputtering conditions are 2mm Torr, 500watt, growth rate (growth rate) 920 ~ 890 Å / min, and the metal ions to proceed along the interior of the step-
도 6 을 참조하면, 화학적 기계적 연마법(Chemical Mechanical Polishing; 이하 CMP 라 칭함)을 이용하여 상부층의 소정부위, 즉 (A-A') 까지 제거한 후, 금속 식각 선택도가 다른 다른 에천트를 이용하여 게이트 메탈(13)의 상부부위 즉, (B-B')선 까지의 상층부를 리프트 오프(lift off) 시킨다.Referring to FIG. 6, after removal of a predetermined portion of the upper layer, that is, (A-A ') by using chemical mechanical polishing (hereinafter referred to as CMP), another etchant having different metal etching selectivity is used. Thus, the upper portion of the
도 7 은 상기 도 6 에서의 공정을 완료한 상태를 도시한 도면이다.FIG. 7 is a view showing a state in which the process in FIG. 6 is completed.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 방법에 따라 캐소드 어레이 구조 속에 콜리메이터의 역할을 하는 구조체를 간단한 반도체 제조공정을 통해 형성함으로써, 스퍼터링 장치내에 별도의 콜리메이터를 부착하는 번거러움을 제거할 수 있으며, 스퍼터된 이온 내지 파티클에 수직방향 성분을 인가하여 메탈 팁의 형성을 보다 용이하게 한다.As described above, according to the method of the present invention, by forming a structure acting as a collimator in the cathode array structure through a simple semiconductor manufacturing process, the hassle of attaching a separate collimator in the sputtering device can be eliminated, The vertical component is applied to the ions to particles to facilitate the formation of the metal tip.
또한 기존의 스핀트 방식에 의한 전자-빔 주사 공정이 필요없으며, 콜리메이터 또한 필요치 않으므로 제조공정 수율 향상으로 제조원가를 절감할 수 있다.In addition, there is no need for an electron-beam scanning process using a conventional spin method, and no collimator is required, thereby reducing manufacturing costs by improving the manufacturing process yield.
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