专利名称：一种制造显示基板的方法及利用该方法制造的显示基板的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种制造显示基板的方法和一种用该方法制造的显示基板，较具体地涉及一种制造其上形成有一个防止基板表面带电的薄膜的显示基板的方法和一种用该方法制造的显示基板。
普通用于包括表面导电电子发射器件(SED)和等离子体显示面板(PDP)的场发射显示器(FED)的显示基板有这样的缺点由于FED或PDP的驱动方法，亦即，由于为了产生光而在两基板之间施加高电场或者由于基板表面被暴露于等离子体中，基板的表面易于带电。带电可能导致产生电火花，从而缩短显示元件的工作寿命。基板表面的带电程度取决于基板的表面电阻。
为了防止因基板表面带电而引起的显示元件寿命缩短，已有人建议在基板表面上形成一个金属氮氧化合物薄膜，其表面电阻被控制在某个适合于抗带电的希望值上。基板表面上的金属氮氧化合物薄膜是这样形成的在氧、氮混俣气体环境中利用一个金属靶标进行溅射。通过改变混合气体环境中氧与氮的混合比把薄膜的表面电阻值控制在一个希望值上。
然而，按照普通的抗带电方法，由于在利用金属靶标进行溅射的过程中即使氧、氮的混合比仅有小量的改变，形成在基板表面上的薄膜的表面电阻也将发生剧烈的变化，所以要把表面电阻控制到一个希望的值上是困难的。
因此本发明的一个目的是提供一种制造显示基板的方法，和一种用该方法制造的显示基板，其中该方法能容易地控制形成在基板表面上的抗带电薄膜的表面电阻。
为了达到上述目的，本发明提供这样一种制造显示基板的方法，该方法包括以下步骤用金属氧化物制备一个靶标，以及在一种惰性气体与氮气的混合气体环境中利用该靶标以溅射法在基板表面上形成一个金属氮氧化合物薄膜，其中环境中的惰性气体与氮气的混合比被调节得使薄膜具有希望的表面电阻值。
根据本发明的方法，有可能容易地把形成在基板表面上的抗带电薄膜的表面电阻值控制到一个希望的值上。
含在环境中的惰性气体的体积比最好为5％至95％。
这样便有可能以可靠的和高度可复现的方式在基板表面上形成金属氮氧化合物抗带电薄膜，从而有可能主动地把薄膜的表面电阻值控制到一个希望值上。
希望的表面电阻值最好在1．0×108Ω／□至1．0×1012Ω／□之间。
这样，基板表面上的电荷便可能消散，从而有可能抑制由基板表面带电引起的显示元件寿命缩短，也即，显示元件可以充分地支持实际使用。
在本发明的一种优选形式中，靶标至少由两种金属氧化物组成。
这样便有可能以更加可靠的方式来把薄膜的表面电阻控制到希望值上。
两种金属氧化物中的一种最好是氧化钛或氧化锆。
两种金属氧化物中的另一种最好是氧化铌、氧化钒、氧化钽、氧化钇、或者氧化钨。
含在靶标中的两种金属氧化物中的一种所占的重量比最好是70％至99．5％。
含在靶标中的两种金属氧化物中的另一种所占的重量比最好是0．5％至30％。
这样便有可能以更加可靠的方式来控制薄膜的表面电阻值。
在本发明的另一种优选形式中，制造显示基板的方法还包括下述步骤在形成于基板表面上的薄膜之上再形成至少一个抗可移动离子热扩散薄膜。
这样便有可能在防止基板表面带电的同时还防止由可移动离子的热扩散所造成的显示元件不正常工作。
抗可移动离子热扩散薄膜最好由化合物氧化硅、氮氧化硅、或者氮化硅组成。
这样便有可能主动地防止由可移动离子的热扩散所造成的显示元件不正常工作。
抗可移动离子热扩散薄膜的总厚度最好是20nm至1000nm。
这样便有可能有效地防止由可移动离子的热扩散所造成的显示元件不正常工作。
此外，本发明还提供一种用下述方法制造的显示基板用金属氧化物制备一个靶标，以及在一种惰性气体和氮气的混合气体环境中利用靶标以溅射法在基板表面上形成一个金属氮氧化合物薄膜，上述环境中的上述惰性气体与氮气的混合比被调节得能使上述薄膜具有希望的表面电阻值。
根据本发明的显示基板不会发生基板表面的带电，这使得有可能以低成本获得不会缩短显示元件寿命的显示基板。
通过下面结合附图所给出的详细说明，本发明的上述和其他目的、特征和优点将变得更为明显。
图1是采用根据本发明一个实施例的显示基板的平面型表面导电电子发射器件的截面图；图2是图1中薄膜11的截面图；图3是说明例1中薄膜11的表面电阻的图；图4是说明对比例1中薄膜11的表面电阻的图；图5是说明对比例2中薄膜11的表面电阻的图；以及图6是说明与例1薄膜11相同但具有各种不同膜厚值的薄膜11的表面电阻的图。
现在将参考示出了本发明一个优选实施例的各个附图来详细说明本发明。
为了达到目的，发明人曾对一种制造显示基板的方法进行了广泛的研究，该方法包括通过在一种含氮的气体环境中利用靶标以溅射法在基板表面上形成具有希望表面电阻值的金属氮氧化合物薄膜。结果，发明人发现，如果靶标用金属氧化物做成，气体环境是惰性气体与氮气的混合气体，并且气体环境中惰性气体与氧气的混合比被调节得使薄膜具有希望的表面电阻，则相对于惰性气体与氮气的混合比的变化来说，抗带电薄膜表面电阻值的变化变得比较缓慢，从而使得有可能容易地把薄膜的表面电阻控制到一个希望值上。
此外还发现，如果气体环境中惰性气体的体积含量比在5％到95％时，则有可能以可靠的方式在基板表面上形成金属氮氧化合物薄膜。
再有，发明人还发现，如果靶标至少由两种金属氧化物组成，其中一种金属氧化物是氧化钛或氧化锆，另一种金属氧化物是氧化铌、氧化钒、氧化钽、氧化钇、或氧化钨，并且如果前一种金属氧化物的重量含量比是70％至99．5％，后一种金属氧化物的重量含量比是0．5％至30％，则有可能以更加可靠的方式把表面电阻控制到一个希望值上。
特别地，如果薄膜是在氩／氮混合气体环境中利用以氧化钛为基质并含有0．5％至30％重量含量比的铌的靶标，通过溅射方法形成在基板表面上时，则有可能以特别可靠的方式去控制表面电阻的值。在该情形中，如果氧化铌的重量含量比小于0．5％，则在溅射过程中不能实现稳定的放电。另一方面，即使氧化铌的重量含量比超过了30％，靶标的导电率也不再有明显的变化。
本发明即基于以上这些发现。
现在将参考图1详细说明一种采用根据本发明一个实施例的显示基板的平面型表面导电电子发射器件(场发射元件)的结构。图1是该场发射元件的截面图。
在图1中，代号10表示一个玻璃基板，它含有一个用于形成元件的表面，为了防止玻璃基板10的该表面带电，在该表面上用溅射方法形成了一个薄膜11。基板10由钠钙玻璃组成，厚度例如为3mm。薄膜11的厚度例如为10nm。
在薄膜11上形成一对由导电材料组成的元件电极12和13。元件电极12和13可以用例如CVD(化学气相淀积)法等成膜技术与例如照相蚀刻和腐蚀等成图技术的结合来形成，也可以用印刷技术来形成。
元件电极12和13的形状是根据场发射元件的具体应用情况设计的。
利用照相蚀刻或腐蚀方法在元件电极12与13之间形成一个导电膜14。导电膜14与元件电极12和13互相部分地重叠，使它们之间有良好的电连接。用电铸法在导电膜14的一部分中形成一个电子发射部分15，其电阻高于导电膜的电阻。
电子发射部分15及其邻域被镀以薄膜16。由碳或其化合物组成的薄膜16是在形成了电子发射部分15之后用电激励方法形成的。
薄膜11至少由两种金属氮氧化合物组成，其中之一是氮氧化钛(TiON)或氮氧化锆(ZrON)，另一种是氮氧化铌(NbON)、氮氧化钒(VaON)、氮氧化钽(TaON)、氮氧化钇(YON)、或氮氧化钨(WON)。TiON中的“ON”在这里并不定量表示化学成份的比例，而只是简单地表示同时含有氧元素和氮元素。这一点也适用于后面将提到的“ON”项。
用溅射法在基板10的表面上形成薄膜11是在一种惰性气体和氮气的混合气体环境中利用一个金属氧化物靶标进行的，其中气体环境中惰性气体与氮气的混合比被调节得使薄膜14具有希望的表面电阻值。
薄膜11的表面电阻最好在1．0×108Ω／□至1．0×1012Ω／□的范围内。这个范围能使基板表面的电荷消散，从而能抑制由基板表面带电所造成的显示元件寿命缩短。也就是说，显示元件将充分地支持实际使用。
金属氧化物靶标的表面电阻值最好等于或小于1012Ω／□。这使得能以可靠的方式控制薄膜11的形成。
此外，如图2所示，薄膜11可以至少由两层堆叠组成，即在上述由至少两种金属氮氧化合物组成的薄膜11a上至少再堆叠一层碱离子惰化膜11b(抗可移动离子热扩散薄膜)，后者含有化合物SiO2、氮氧化硅(SiON)、或氮化硅。这将不仅防止基板表面的带电，而且还防止由于碱离子热扩散所造成的显示元件不正常工作。
至少一层碱离子惰化膜11b的总膜厚最好为20nm至1000nm。如果总膜厚小于20nm，则不可能防止由于碱离子热扩散所造成的显示元件不正常工作，而如果总膜厚大于1000nm，则防止碱离子热扩散的效果也不能明显改善。
在薄膜11中，至少两层11a和11b的堆叠次序可以按需要来选择。
例子进行下述实验的目的是确认上述这些本发明发现。
首先，用3mm厚的钠钙玻璃材料制备具有上述结构的基板10(其组份和重量比大致如下72％的SiO2，13％的Na2O，8％的CaO，4％的MgO，1．8％的Al2O3，和0．9％的K2O)。然后采用表1所示的靶标和混合气体环境，用溅射法在基板10的表面上形成薄膜11。
表1 表l表明例1中利用Nb2O5-TiO2靶标(Nb2O5的重量含量比为2．5％)在氩／氮混合气体环境中进行溅射，对比例l中利用Nb2O5-TiO2靶标在氩／氮混合气体环境中进行溅射，对比例2中利用Ti靶标在氮／氧混合气体环境中进行溅射。在每个例子中均列出了第一气体成份流率A的流率比(A／(A+B))从0％到100％(也即另一气体成份流率B的流率比(B／(A+B)))从100％到0％)的情况。
下面以Nb2O5-TiO2靶标为例说明上述各种靶标的制备方法。其他的靶标可用类似的方法制备。
首先，彻底混合重量比为97．5％的氧化钛(TiO2)细粉末与重量比为2．5％的氧化铌(Nb2O5)细粉末。然后在TiO2与Nb2O5的混合物中加入重量比为2％的有机结合剂，接着在一个振动搅拌机中搅拌2小时。然后把水加到所得的混合物中使之颗粒化，接着进行压力为3．5ton／cm2的冷液力模压。然后把得到的模压块加温到400℃使之脱脂，接着在1400℃的氧环境下进行5小时的预烧结。其后把烧结块装入一个坩锅并予以密封。接着坩锅内的烧结块在含有少量氧气的氩气环境中受到各向同性的热压力，其温度为1350℃，压力为50Mpa，这样便制备成了Nb2O5-TiO2烧结体靶标。
用阿基米德(Archimedes)法测得，这样得到的Nb2O5-TiO2靶标具有96％或更大的相对密度，用4端头法测得该靶标的表面电阻约为2Ω／□。
下面将说明用溅射法形成例1中的薄膜11的方法。
把如上制备的Nb2O5-TiO2靶标置入一个由一个初级抽空室和一个溅射室组成的共线型溅射设备中。用一个旋转泵和一个低温泵把溅射室抽空到5．0×10-4Pa或更低气压。然后把一个经预先清洗的3mm厚的基板10插入到预抽空室中，接着，把预抽空室抽空到0．3Pa或更低气压。然后把基板10移入溅射室，并以50cm3／min(cm3／min代表每分钟标准立方厘米，下面写作“SCCM”)的流率向溅射室注入氩气，把气压调节到0．3Pa。其后，用一个直流电源给一个夹持了靶标的阴极供电，使靶标放电，当基板10在靶标前经过时，将在基板10的一个表面上形成由氧化钛和氧化铌的混合物组成的厚度为10nm的薄膜11。该薄膜11的表面电阻是8．00×106Ω／□。
另外，用类似于上述的方法形成了一个由氮氧化钛和氮氧化铌的混合物组成的厚度为10nm的薄膜11，其中向溅射室注入的是流率为47．5SCCM的氩气和流率为2．5SCCM的氮气，气压也调节到0．3Pa。该薄膜11的表面电阻值是2．54×108Ω／□。
用同样的方法，按照表1所示的各种气体流率比在基板10的表面上形成了作为例1和对比例1的各个厚度为10nm的薄膜11，并测量了它们的表面电阻值(不过，对于对比例1，作为环境气体组份注入的是氩气的氧气，它们的气体流率比如表1所示)。
下面将说明用溅射法形成对比例2的薄膜11的方法。
薄膜11是利用Ti靶标和由一个预抽空室和一个溅射室组成的共线型溅射设备来形成的。较具体地说，把一个金属钛靶标设置在溅射室内，然后用一个旋转泵和一个低温泵把溅射室抽空到5．0×10-4Pa或更低的气压。其后把一个经预先清洗的厚度为3mm的基板10插入到预抽空室内，并把该室抽空到0．3Pa或更低的气压。接着，把基板10移入溅射室，并以50SCCM的流率向溅射室注入氮气，使气压调节到0．3Pa。然后用一个直流电源给一个夹持了Ti靶标的阴极加电，使Ti靶标放电，当基板10从靶标前方经过时，将在基板10的一个表面上形成一个厚度为10nm的氮氧化钛薄膜11。该薄膜11的表面电阻值为2．0×105Ω／□。
此外，用类似上述的方法形成了一个厚度为10nm的氮氧化钛薄膜11，其中分别以47．5SCCM和2．5SCCM的流率向溅射室注入氮气和氧气，气压被调节在0．3Pa。该薄膜11的表面电阻值为3．0×1015Ω／□。
还用同样的方法按照表1所示的各种气体流率比在基板10的表面上形成了一些厚度为10nm的薄膜11。测量了这些例子的表面电阻值。
例1、对比例1和对比例2的测量结果如表1所示。此外，表1中的例1和对比例2的测量结果还分别示于图3、图4和图5的坐标图中。
根据图3可以看出，当如例1那样溅射是利用Nb2O5-TiO2靶标在氩／氮混合气体环境中进行时，只要气体体积流率比(A／(A+B))在5％到95％范围内变化(对于氮气而言，只要其气体体积流率比(B／(A+B))在95％到5％范围内变化)，则薄膜11的表面电阻值将稳定地落在1．0×108至1．0×1012Ω／□范围内。然而，当气体体积流率比小于5％或大于95％时，薄膜11的表面电阻值将低于1．0×108Ω／□。
于是，从图3可以看出，当气体体积流率比在5％到95％的范围内时，将能得到表面电阻值为1．0×108Ω／□到1．0×1012Ω／□的薄膜11。
此外，从图4和图5可以看出，当如对比例1那样溅射是在氩／氧混合气体环境下利用Nb2O5-TiO2靶标进行时，或者如对比例2那样溅射是在氮／氧混合气体环境下利用Ti靶标进行时，则不论气体流率比如何都不可能把表面电阻值保持在1．0×108到1．0×1012Ω／□的范围内。
根据上述这些实验可以看出，当需要由金属、氧和氮来产生一种金属氮氧化合物时，则例1的情况，其中的金属和氧由靶标提供，而氮由混合气体环境提供，将能得到薄膜11的表面电阻值的良好结果；而对比例1的情况，其中金属和氧由靶标提供，但氮并没有由混合气体环境提供，以及对比例2的情况，其中金属由靶标提供但氮和氧都不是由混合气体环境提供，则都不能得到令人满意的表面电阻值。
此外还可以理解，在根据本发明的例1中，相对于混合气体环境中氩气与氧气之间的气体流率比的改变率来说，薄膜11表面电阻值的改变率是缓慢的。因此，只要简单地把流率比(氩与氧的混合比)作为一个参数进行调节，便能得到薄膜11表面电阻的希望值。
另一方面，在对比例1和对比例2中，当气体体积流率比(A／(A+B))从95％改变到100％时，薄膜11的表面电阻将剧烈地改变，使得不可能以可靠的方式把薄膜的表面电阻值稳定地保持在1．0×108至1．0×1012Ω／□的范围内。
表2列出按照例1和对比例2所制备的一些薄膜11的表面电阻值的测量结果。在例1中，用溅射法利用Nb2O5-TiO2靶标在气体体积流率比为95％的氩／氧混合气体环境中形成了10个厚度各为10nm的薄膜11。在对比例2中，用溅射法利用Ti靶标在气体体积流率比为95％的氧／氮混合气体环境中形成了10个厚度各为10nm的薄膜11。
表2
从表2可以看出，按照例1制备的各个薄膜11基本上具有恒定的表面电阻值，但是在按照对比例2(其中氮气环境中仅含了5％体积的氧气)制备的10个薄膜之间表面电阻值有剧烈的变化。
另外，作为例2至例5，还分别使用了V2O5-TiO2靶标(V2O5的重量含量比为0．5％)、WO3-TiO2靶标(WO3的重量含量比为5％)、Y2O3-TiO2靶标(Y2O3的重量含量比为10％)和Ta2O5-TiO2靶标(Ta2O5的重量含量比为8％)。这些靶标分别被用于在基板10上形成薄膜11，在气体流率比变化于0％到100％范围的氩／氮混合气体环境中受到溅射。测量了每个所得薄膜11的表面电阻值，其结果如表3所示。
表3
从表3可以看出，在例2至例5的全部例子中，当气体体积流率比从5％变到95％(对于氮气而言，气体体积流率比从95％变到5％)时，薄膜11的表面电阻值以可靠的方式被稳定地保持在1．0×108Ω／□到1．0×1012Ω／□的范围内。另一方面，当气体体积流率比低于5％或高于95％时，表面电阻值降低到1．0×108Ω／□之下。
在表1和表3所示的例1至例5中，当金属氧化物靶标的非主要组成成份(Nb2O5、V2O5、WO3、Y2O3、和Ta2O5)的重量含量比在0．5％至10％范围内时，换言之，当靶标主要金属氧化物成份(TiO2)的重量含量比在90％至99．5％范围内时，薄膜11的表面电阻值将被控制在所希望的范围内。
表4示出在氩／氮混合气体环境中利用Nb2O5-TiO2靶标以溅射法制备(与例1情况相同)的一些薄膜11的表面电阻值的测量结果，其中这些薄膜的厚度分别控制为10nm、30nm、50nm、和100nm。图6以坐标图形式示出了表4的测量结果。表4
从图6可以看出，即使薄膜11的厚度增大，表面电阻值也没有很大的变化，而且对于表面电阻值低的那些例子，当薄膜11的厚度减小时表面电阻值将增大。此外，虽然对薄膜11的厚度没有什么特定的限制，但从制造成本的角度来说膜厚一般最好比较薄，而膜厚是可以适当地被调节到希望的厚度上的。
权利要求
1.一种制造显示基板的方法，它包括以下步骤用金属氧化物制备一个靶标；以及利用上述靶标在一种惰性气体和氮气的混合气体环境中以溅射法在基板的一个表面上形成一个金属氮氧化合物薄膜，其中在上述环境中上述惰性气体与氮气的混合比被调节得使上述薄膜具有希望的表面电阻值。
2.根据权利要求1的方法，其中含在上述环境中的上述惰性气体的体积含量比为5％至95％。
3.根据权利要求1或2的方法，其中上述希望的表面电阻值为1．0×1．08Ω／□至1．0×1．012Ω／□。
4.根据权利要求1至3中任一项的方法，其中上述靶标至少由两种金属氧化物形成。
5.根据权利要求4的方法，其中上述两种金属氧化物中的一种是从元素钛和锆中选出的一种元素的氧化物。
6.根据权利要求5的方法，其中上述两种金属氧化物中的另一种是从元素铌、钒、钽、钇、和钨中选出的一种元素的氧化物。
7.根据权利要求5或6的方法，其中上述两种金属氧化物中的上述一种在上述靶标中的重量含量比是70％至99．5％。
8.根据权利要求6或7的方法，其中上述两种金属氧化物中的另一种在上述靶标中的重量含量比是0．5％至30％。
9.根据权利要求1至8中任一项的方法，它还包括下述步骤在形成于上述基板的表面上的上述薄膜之上再堆叠地形成至少一个抗可移动离子热扩散薄膜。
10.根据权利要求9的方法，其中上述抗可移动离子热散薄膜是由从氧化硅、氮氧化硅、和氮化硅中选出的一种化合物形成的。
11.根据权利要求9或10的方法，其中上述抗可移动离子热扩散薄膜的总膜厚为20nm至1000nm。
12.一种显示基板，其制造步骤如下用金属氧化物制备一个靶标，以及在一种惰性气体和氮气的混合气体环境中利用上述靶标以溅射法在基板的一个表面上形成一个金属氮氧化合物薄膜，其中上述环境中的上述惰性气体与氮气的混合比被调节得使上述薄膜具有希望的表面电阻值。
13.根据权利要求2的显示基板，其中含在上述环境中的上述惰性气体的体积含量比为5％至95％。
14.根据权利要求12或13的显示基板，其中上述希望的表面电阻值为1．0×1．08Ω／□至1．0×1．012Ω／□。
15.根据权利要求12或14中任一项的显示基板，其中上述靶标至少由两种金属氧化物形成。
16.根据权利要求15的显示基板，其中上述两种金属氧化物的一种是从元素钛和锆中选出的一种元素的氧化物。
17.根据权利要求16的显示基板，其中上述两种金属氧化物中的另一种是从元素铌、钒、钽、钇、和钨中选出的一种元素的氧化物。
18.根据权利要求16或17的显示基板，其中上述两种金属氧化物中的上述一种在上述靶标中的重量含量比是70％至99．5％。
19.根据权利要求16或17的显示基板，其中上述两种金属氧化物中的另一种在上述靶标中的重量含量比是0．5％至30％。
20.根据权利要求11或19中任一项的显示基板，它还包括至少一个堆叠在形成于上述基板的表面上的上述薄膜之上的抗可移动离子热扩散薄膜。
21.根据权利要求20的显示基板，其中上述抗可移动离子热扩散薄膜由从氧化硅、氮氧化硅、和氮化硅中选出的一种化合物形成。
22.根据权利要求20或21的显示基板，其中上述抗可移动离子扩散薄膜的总膜厚为20nm至1000nm。
全文摘要
提供了一种制造显示基板的方法,该方法能容易地控制形成在基板一个表面上的抗带电薄膜的表面电阻值,还提供了一种用上述方法制造的显示基板。上述薄膜这样形成;用金属氧化物制备一个靶标,以及在一种惰性气体和氮气的混合气体环境中利用该靶标以溅射法在基板的一个表面上形成一个金属氮氧化合物薄膜,其中环境中的惰性气体与氮气的混合比被调节得使薄膜具有希望的表面电阻值。
文档编号H01J29/04GK1282091SQ0012146
公开日2001年1月31日 申请日期2000年7月24日 优先权日1999年7月23日
发明者中村真记, 水野俊明, 荻野悦男, 安崎利明 申请人:日本板硝子株式会社