专利名称：形成衬底的浮置结构、浮置栅电极和场致发射器件的方法
技术领域：
本发明涉及自衬底表面抬升的浮置拱顶结构的形成方法、以及制造采用该浮置拱顶结构的场致发射器件(FED)的方法。
背景技术：
制造场致发射器件包括一系列的半导体工艺，即形成阴极电极、形成栅极绝缘层、以及形成栅电极。此外，光刻和干法或湿法蚀刻在衬底上自栅电极至阴极电极的顶部得以进行，以形成栅极孔，使得栅电极下方的阴极电极的顶部可通过栅极孔而露出。于是，诸如微尖端或碳纳米管(CNT)的发射体形成在栅极孔底部，即形成在阴极电极的露出的顶表面上。
图1和2是将CNT用作电子发射体的普通FED的基本结构的示意性剖视图。图3是将微尖端用作电子发射体的FED的示意性剖视图，其特别设置有真空桥聚焦结构(vacuum bridge focusing structure)，如美国专利第6,137,213号所述。为了清楚起见，图1至3中，相同的附图标记表示具有相同功能的相同元件。
参见图1和2，阴极2形成在衬底1顶部，CNT3形成在阴极2上。栅极绝缘层5和栅电极6形成在衬底1顶部，以提供栅极孔(或栅极阱4或4′)，阴极2和CNT3位于其中。图1的栅极孔4呈罐子状，且图2的栅极孔4′呈竖直的圆柱形。此不同是由蚀刻方法的类型导致的。图1的栅极孔4由湿蚀刻法形成，图2的栅极孔4′由干蚀刻法形成。
在上述结构中，栅极绝缘层5的厚度取决于CNT3和发射并离开CNT3的电子之间的距离。CNT3和电子之间的距离必须大于一预定距离，以稳定地使电子能得以发射，并稳定地控制和加速电子。因此，栅极绝缘层5必须具有足够的厚度，以确保上述的距离。然而，单独的层在厚度上有限，且制造成本随厚度的增加而增加。
为了克服这些问题，提出了图3的FED，除了上述元件外，该FED还采用了真空桥聚焦电极7。因为难以用CNT形成电子发射体，所以传统微尖端3′用作电子发射体。因为在图3的FED的制造中需要形成光致抗蚀剂层、沉积金属层、并构图以形成聚焦电极7，所以制造复杂且耗时。图3所示的复杂结构易于受到内部结构的残余应力影响，并易于变形。此外，制造均匀一致的电极以在控制下部像素(即多个微尖端的组)时具有均匀一致的电势是困难的。(见美国专利第5,973,444和6,137,213号)发明内容为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种易于形成自衬底上抬升的浮置拱顶结构(诸如将聚焦电极应用于场致发射器件)的方法、以及制造采用该浮置拱顶结构的FED的方法。
为了实现本发明的目的，提供了一种将预定的叠层结构形成为浮置结构的方法，该叠层结构形成在衬底上。该方法包括在衬底上形成膨胀引发层，该层由与预定反应气体反应而产生导致体积膨胀的副产物；在合成叠层上形成用于浮置结构的目标材料层；在合成叠层上形成孔，反应气体通过该孔供给；通过该孔供应反应气体，使得该目标材料层因膨胀引发层与反应气体的反应所产生的副产物而自衬底部分地抬高；以及通过该孔去除副产物，使得目标材料层自衬底抬升的部分可以完全与衬底分离，形成浮置结构。
也即，与传统方法不同，本发明采用了一种技术，该技术简单地沉积一层或多层材料层，并允许材料层通过来自下部层的副产物的产生和膨胀而转变成具有所需的形状，使得自本发明可以衍生出各种类型的发明；而传统方法形成具有与浮置结构的高度相应的厚度的牺牲层，并在起始阶段形成具有所需形状的浮置结构。
因此，为了实现本发明的目的，在一实施例中，提供一种形成自衬底抬高的拱顶形结构的方法。该方法包括在衬底上形成金属催化层；在金属催化层上形成非晶材料，该非晶材料具有部分暴露金属催化层的开口部分；在加热衬底的同时通过该开口部分提供氢气和碳氧化物气体，使得碳层在非晶材料和环绕开口部分的金属催化层之间生长，形成预定的碳层并迫使非晶材料从衬底上抬升；以及通过该开口部分去除该碳层，使得开口部分周围的非晶材料自衬底部分地分离并浮置在衬底上方。
优选地，该金属催化层为Ni-Fe-Co合金，且该非晶材料为非晶硅。
优选地，该催化金属层通过沉积方法形成，且该非晶材料层或非晶硅层通过化学气相沉积(CVD)方法形成。此外，优选的是，碳氧化物和氢气在CVD工艺过程中供给。
在另一实施例中，提供一种在场致发射器件中制造栅电极的方法，该栅电极具有自衬底抬升的浮置结构。该方法包括在衬底上形成阴极；在阴极顶部上形成催化金属层；在合成叠层上形成具有预定厚度的非晶材料层；在非晶材料层的顶部形成栅电极；在合成叠层上垂直地形成孔，以部分地暴露催化金属层和阴极之一的表面；在加热衬底的同时通过该孔供给氢气和碳氧化物气体，使得在非晶材料层和该孔周围的其下部叠层之间生长碳层，并迫使非晶材料层从该衬底上抬升；以及通过该孔去除该碳层，使得孔周围的非晶材料层和栅电极自衬底部分地分离，并浮置在该衬底上方。
优选地，该方法在形成催化金属层的步骤之前，还包括在阴极上形成具有预定厚度的绝缘层。该绝缘层包括开口部分，该开口部分对应于该孔，更优选地，与该孔同轴。
在再一个实施例中，提供了一种在场致发射器件中制造具有自衬底抬升的浮置结构的栅电极的方法。该方法包括在衬底上形成阴极；在阴极上形成具有预定厚度的栅极绝缘层；在栅极绝缘层上形成栅电极；在栅电极上形成具有开口部分的上部绝缘层至一预定厚度；在栅电极的暴露在上部绝缘层的开口部分底部处的顶部上形成催化层；在合成叠层上形成具有预定厚度的非晶材料层；在非晶材料层上形成第二栅电极；从第二栅电极顶部到其紧接着的下部形成对应于该开口部分的孔，以暴露催化层或阴极的表面；在加热衬底的同时通过该孔供给氢气和碳氧化物气体，使得在非晶材料层和该孔周围的其下部叠层之间生长碳层，并迫使非晶材料层从衬底上抬升；以及通过该孔去除该碳层，使得孔周围的非晶材料层和第二栅电极自衬底部分地分离，并浮置在该衬底上方。
在再一个实施例中，提供一种制造FED的方法，该FED包括具有浮置结构的栅电极。该方法包括步骤在衬底上形成阴极；在阴极上形成具有预定厚度的栅极绝缘层；在栅极绝缘层上形成栅电极；在栅电极上形成具有开口部分的上部绝缘层至一预定厚度；在栅电极的暴露在上部栅极绝缘层的开口部分底部处的顶部上形成催化层；在合成叠层上形成具有预定厚度的非晶材料层；在非晶材料层上形成第二栅电极；从第二栅电极顶部到其紧接着的下部形成对应于该开口部分的孔，以暴露催化层和阴极之一的表面；在加热衬底的同时通过该孔供给氢气和碳氧化物气体，使得在非晶材料层和该孔周围的其下部叠层之间生长碳层，并使得非晶材料层从衬底上抬升；通过该孔去除该碳层，使得孔周围的非晶材料层和第二栅电极自衬底部分地分离，并浮置在该衬底上方；将光致抗蚀剂供给到该孔内和第二栅电极上，以用光致抗蚀剂填充该孔并在第二栅电极上形成具有预定厚度的光致抗蚀剂膜；从该孔中去除光致抗蚀剂；在阴极的暴露在孔底部的顶部上形成催化材料，以形成生长碳纳米管(CNT)的催化层；在合成叠层的整个表面上沉积CNT构成材料，以在孔的底部在催化层上形成CNT阵列；以及自合成叠层中的孔周围的部分并从第二栅电极去除光致抗蚀剂，使得包括催化材料的不必要的成分得以去除。
通过参照附图详细描述本发明的优选实施例，本发明的以上目的和优点将变得更清晰，其中图1是一种普通场致发射器件(FED)的基本结构的示意性剖视图，该FED采用碳纳米管(CNT)作为电子发射体；图2是另一种普通FED的基本结构的示意性剖视图，该FED采用CNT用作电子发射体；图3是采用微尖端用作电子发射体的FED的示意性剖视图，该FED尤其设置有真空桥聚焦结构，如美国专利第6,137,213号所述；图4A至4D是说明本发明的基本概念的剖视图；图5A是一拱顶结构的外貌的SEM照片，该结构通过在根据本发明的图4C所示的阶段形成非晶碳(a-C)而形成；图5B是图5A的拱顶结构的内部的SEM照片，其中副产物a-C得以形成并积累；图6A是一拱顶结构的外貌的SEM照片，在根据本发明的图4D所示的阶段自该结构中去除了a-C(即，氧等离子体)；图6B是图6A的拱顶结构的内部的SEM照片，其中a-C被去除了；
图7A至7H是根据本发明第一实施例形成自衬底抬升的浮置结构和FED的工艺的各阶段的剖视图；图8是根据本发明的一状态的SEM照片，其中CNT在进行图7H所示的阶段后形成在拱顶结构的栅电极下方；图9A是根据本发明制造的三极管FED的示意性透视图；图9B是图9A所示FED的示意性剖视图；图10A至10F是根据本发明第二实施例形成自衬底抬升的浮置栅电极和FED的工艺的各阶段的视图；以及图11A至11H是根据本发明制造具有双栅电极的FED的工艺的各阶段剖视图。
具体实施例方式
以下，将参照附图详细描述本发明的优选实施例。本领域所公知的常规技术和方法将不再说明。
基本上，在本发明中，非晶材料层设置在将要形成为自衬底抬升的浮置结构的目标层下方，催化层设置在非晶材料层下方，且形成有孔延伸至催化层。在此状态下，本发明包括提供碳氧化物气体和氢气以形成浮置结构。目标层因所提供的气体之间的反应副产物而自衬底抬升，且非晶材料层和/或催化层在目标层下积累并延伸到其下方，从而使得浮置结构得以形成。以上简述的本发明的总体思路将参照图4A至4D详细说明。
在利用形成在衬底上的预定叠层形成浮置结构的过程中，如图4A所示，在场致发射器件(FED)中的基础叠层100(例如Cr阴极101)上形成催化层102。此处，基础叠层100不是特别明确，而可以认为是能支撑浮置结构的任意种叠层或结构。优选地，催化层102由包括Ni、Fe和Cr中的至少一种的金属形成，例如称为殷钢的Fe-Ni-Co合金。在催化层102上形成非晶材料层103，例如非晶硅(a-Si)层。此处，催化层102和非晶材料层103在本发明中用作导致体积增加的膨胀引发层。如上所述，膨胀引发层与预定的反应气体反应，该反应气体例如为以预定比例供给的灼热碳氧化物气体(更具体地，为一氧化碳气体)与氢气的混合物，从而产生副产物，例如非晶碳(a-C)。为了有效地产生a-C，进行一工艺，该工艺将温度升高至一预定水平，将该温度保持在该预定水平一预定的时间，以及降低该温度。a-C的产生导致目标层自衬底抬升，该目标层将成为具有后面将要叙述的预定形状的浮置结构。也即，在如图4B所示那样穿过非晶材料层103直到催化层102或基础叠层100的顶部形成孔或阱103′之后，如果供给一氧化碳气体和氢气的混合物，则在a-Si非晶材料层103下方，副产物(即a-C)得以产生并积累，并膨胀，如图4C所示。因此，a-Si转变成具有拱顶形状，并且如果a-C被去除，如图4D所示，则a-Si变来使得其浮置在基础层叠100上方。a-C可以通过利用灼热氢气或氧气等离子体的供给将a-C氧化成诸如CO2的气体而去除。此外，a-C可以利用高温煅烧工艺去除。
图5A是根据本发明的通过在图4C所示阶段中形成a-C而形成的拱顶结构的外貌的SEM照片。图5B是图5A的拱顶结构的内部的SEM照片，其中，副产物a-C得以形成并积累。
图6A是根据本发明的拱顶结构的外貌的SEM照片，通过进行图4D所示的阶段，即通过供给氧气，a-C从该拱顶结构中去除。图6B是图6A的拱顶结构的内部的SEM照片，其中a-C得以去除。如图6B所示，a-C保留在拱顶结构的底部。残余a-C的量需要得以控制，使得其不超过所需器件中允许的限度。
这种形成浮置结构的方法可以用于各种领域。例如，该方法可以用于形成FED中的栅电极或通过微机电系统(MEMS)在晶片水平上形成的三维结构，该栅电极需要与电子发射体隔开预定距离，该三维结构例如是移动电极或RF开关的触点。本发明的上述综合方法不限于特定的领域，而可用于需要这种浮置结构的每一领域。
图7A至7H是根据本发明第一实施例制造具有浮置结构栅电极的FED的工艺的各阶段剖视图。为方便起见，支撑基础叠层100或阴极101的衬底略去。公知的是，该衬底可以由玻璃或石英形成。
如图7A所示，具有开口部分111的SiO2栅极绝缘层110形成在阴极101上。形成栅极绝缘层110包括利用化学气相沉积(CVD)的SiO2沉积、用于形成诸如光致抗蚀剂的掩模的光刻、以及用于利用掩模进行构图的蚀刻。
如图7B所示，催化层120形成在栅极绝缘层110的开口部分111的底部。通过利用栅极绝缘层110的形成过程中使用的掩模层进行抬升工序，催化层120仅形成在开口部分111的底部，即阴极101的暴露表面。
如图7C所示，非晶硅(a-Si)130和栅电极140顺序地沉积在图7B的叠层上。非晶硅130可以通过CVD方法沉积，且栅电极140可以通过利用Al或Cr的溅射方法或电子束沉积法形成。明显的是，栅电极140根据FED所需的构造构图。于是，略去对构图的描述。
如图7D所示，孔或阱141穿过栅电极140形成到阴极101表面。根据情况，孔或阱141可以形成而终止在催化层110的顶部。图7D中，孔141下部的虚线表示催化层120可保留而不完全去除。
图7E显示了来自催化层120和非晶硅130的副产物(即a-C)的形成所导致的体积膨胀。如图7E所示，当灼热的一氧化碳和氢气的混合物自孔141上方通过(例如)CVD装置提供时，通过孔141暴露的催化层120和非晶硅130与气体混合物反应，使得a-C副产物在非晶硅130下产生和积累。结果，非晶硅130和栅电极140转变成拱顶形。
接着，如图7F所示，如果H2或O2等离子体通过孔141供给，则非晶硅130下方累积的a-C分解并去除。结果，非晶硅130和栅电极140自阴极101抬升并浮置在其上方，从而形成拱顶形的腔142。此处，如上所述，a-C可保留在拱顶形腔142的底部，但残余a-C量必须适当控制。
迄今为止所述的工艺是根据本发明在FED中形成具有浮置结构的栅电极的方法的实施例。以下说明涉及制造FED的方法的实施例，该FED包括具有通过以上工艺形成的浮置结构的栅电极。
如图7G所示，用于碳纳米管(CNT)沉积的催化层150形成在拱顶形腔142的底部，该催化层也是阴极101的顶部。催化层150可以利用普通光致抗蚀剂通过抬升方法形成。
如图7H所示，CNT160通过常规方法形成在催化层150上，从而完成所需的三极管FED，该方法例如是直流电等离子体辅助化学气相沉积(DCPECVD)法。
图8是图7H所示阶段完成后，CNT形成在拱顶形栅电极下方的状态的SEM照片。参见图8，生长了足量的CNT，a-C保留在CNT周围。
图9A是FED的透视图，其中，栅电极的除拱顶形部分之外的那部分沉积在与阴极相同的高度上，没有栅极绝缘层。图9B是图9A的沿线A-A截取的FED剖视图。以上FED通过一工艺制造，该工艺将参照图10A至10E说明。
参见图9A和9B，阴极101在衬底99上在一个方向上延伸，栅电极140在与阴极101交叉的方向上延伸。通常，多个阴极和多个垂直于阴极的栅电极设置成栅格图案。图9A和9B示出仅用于单一三极管的结构。阴极101和栅电极140沉积在同一平面上，在与阴极101交叉的部分上将栅电极140形成为拱形或桥形，以不接触阴极101。栅极或栅极孔141在与阴极101交叉的部分上穿过栅电极140形成，且在栅极孔141下CNT160设置为电子发射体。用于a-C产生和累积的非晶硅130设置在栅电极140下，以转变成栅电极140的形状。
以下，根据本发明的图9A和9B所示的制造FED的工艺将得以说明。在图10A至10E中，说明仅用于单一三极管的结构。
如图10A所示，阴极101的条形成在衬底99上。此处，阴极材料的沉积和沉积的阴极材料的构图得以进行。
如图10B所示，催化层120形成在阴极101上。此处，进行催化材料的覆盖沉积和构图，使得催化材料仅位于一部分阴极101上。
如图10C所示，非晶硅130沉积在衬底99的整个表面上，然后构图以形成暴露催化层120的开口部分131。开口部分131优选地具有矩形形状，但是可以根据情况具有其它形状。用于栅电极(未示出)的金属层(未示出)形成在非晶硅130上，且暴露催化层120的开口部分(未示出)也得以形成。
如图10D所示，高温H2和CO气体的混合物通过例如CVD装置供给，以使a-C能通过上述工艺产生并累积。结果，非晶硅130转变成具有拱顶形状。图10E显示了沿线B-B截取的图10D所示结构的剖视图。
如图10F所示，非晶硅130和栅电极通过光刻构图。然后，非晶硅130下方的a-C通过回蚀刻工序，利用例如煅烧装置或氢气或氧气等离子体去除。
在以上工序之后，如果用于形成CNT的催化层形成在阴极101顶部，且CNT得以生长，则得到具有图9A和9B所示结构的FED。此处，如果在图10E的回蚀刻工序过程中适当地控制回蚀刻的深度，使得用于产生a-C的催化层120存留，则不必单独地形成用于CNT形成的催化层。
以下，将说明采用双栅极结构或聚焦电极以实现更有效的电子发射的FED的制造方法。
如图11A所示，通过例如上述工艺的预定工艺，在衬底99上形成阴极101、栅极绝缘层110和栅电极140。具有预定直径为“d”的开口部分的例如氧化硅层171的绝缘层形成在栅电极140上。然后，用于a-C产生的催化层120形成在开口部分底部。接着，例如非晶硅130的非晶材料和第二栅电极或聚焦电极170形成在衬底99的整个表面上。此叠层结构可通过常规方法形成。
如图11B所示，阱172垂直形成在图11A的叠层结构上。阱172位于氧化硅层171的开口部分的中心，并在阱172的底部显露阴极101。
如图11C所示，在CVD装置中，CO+H2气体供给至阱172内，催化层120和CO+H2气体起反应。结果，a-C在非晶硅130下方产生并累积，且叠置在催化层120上的层变成拱顶形状。
如图11D所示，a-C通过上述的回蚀刻工艺去除，在非晶硅130下方形成拱顶形腔174。
如图11E所示，光致抗蚀剂自图11D的叠层结构上供给，以填充阱172和拱顶形腔174，并形成位于图11D的叠层结构顶部的用于第二栅电极170上的抬升的牺牲层180。
如图11F所示，阱172内的光致抗蚀剂通过光刻工艺和蚀刻工艺去除。此处，拱顶形腔174内的光致抗蚀剂未去除。
如图11G所示，用于CNT形成的催化层150形成在阱172的底部上，该催化层也是阴极101的顶部。催化材料150′形成在第二栅电极170上的牺牲层180上。
如图11H所示，CNT160通过PECVD方法生长在阱172底部上的催化层150上，从而获得具有所需双栅极或聚焦电极的三极管FED。
如上所述，与传统方法不同，本发明采用了一种技术，该技术允许一层或多层简单地沉积，以通过来自下层的副产物的产生和膨胀形成为所需的形状；而传统方法在起始阶段形成用于产生具有所需形状结构的目标层。根据此技术，叠层结构中的目标部分通过利用催化层的帮助而产生的副产物而改变，籍此形成自衬底抬升的浮置结构。
与根据传统方法相比，根据本发明，一种形成在相同平面上并在栅电极和阴极间具有电势差的三极管结构可以更容易地制造。在本发明中，用于膨胀层的a-Si也可以用于抵挡层。根据情况，例如阴极和栅电极的电元件通过真空间隙彼此绝缘，而不使用绝缘层，从而提高了电子发射特性。在根据本发明制造采用双栅极结构的FED的过程中，利用了自对准特性，实现了均匀性并允许简易的制造。因为CVD允许利用选择性CNT生长特性，所以FED的结构和特征可通过控制层的厚度或沉积或蚀刻过程中的生长条件来有效控制。此外，根据本发明，结构可选择性地逐孔制造，或可制造来覆盖具有像素单元的区域，使得可以取消许多传统制造工序，这与传统方法不同。本发明对开口部分的形状或尺寸没有限制，且通过控制开口部分的形状或尺寸可形成各种结构。此外，通过控制催化层的厚度或CVD的条件，可控制结构的间隙、高度或深度。通过将根据本发明立体(spatially)形成的结构应用于各种半导体制造技术，本发明可用于制造新结构，诸如MEMS。
虽然已经在附图和说明书中公开了本发明的优选实施例，但是它们仅用于说明目的，不用于限制。应当理解的是，本发明不限于以上优选实施例中说明的结构和布置，本领域技术人员可对其作形式和细节上的各种改变。
权利要求
1.一种将预定的叠层结构形成为浮置结构的方法，该叠层结构形成在衬底上，该方法包括在衬底上形成膨胀引发层，该层可以与预定反应气体反应而产生导致体积膨胀的副产物；在合成叠层上形成用于浮置结构的目标材料层；在合成叠层上形成孔，反应气体通过该孔供给；通过该孔供应反应气体，使得该目标材料层因膨胀引发层与反应气体的反应所产生的副产物而自衬底部分地抬高；以及通过该孔去除副产物，使得目标材料层自衬底抬升的部分可以完全与衬底分离，形成浮置结构。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述膨胀引发层包括催化层和接触催化层的非晶材料。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述催化层包括一种金属，该金属包括选自Ni、Fe和Co构成的组中的至少一种元素。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述非晶材料是非晶硅。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述去除副产物的步骤通过利用气体等离子体的煅烧工艺和烧结工艺中的一种来进行。
6.如权利要求1至5中的任一项所述的方法，其特征在于，所述反应气体是一氧化碳气体和氢气的混合物。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述反应气体通过化学气相沉积方法供给。
8.一种形成自衬底抬高的浮置结构的方法，该方法包括在衬底上形成催化层；在催化层上形成非晶材料，该非晶材料具有部分地暴露催化层的开口部分；通过该开口部分提供包括氢气和碳氧化物气体的反应气体，使得非晶碳可在非晶材料和环绕开口部分的催化层之间形成并积累，形成预定的碳层并迫使非晶材料从衬底上抬升；以及通过该开口部分去除该碳层，使得开口部分周围的非晶材料自衬底部分地分离并浮置在衬底上方。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述非晶材料是非晶硅。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述催化层包括一种金属，该金属包括选自Ni、Fe和Co构成的组中的至少一种元素。
11.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述去除碳层的步骤通过利用气体等离子体的煅烧工艺和烧结工艺中的一种来进行。
12.如权利要求8至11中的任一项所述的方法，其特征在于，所述反应气体是一氧化碳气体和氢气的混合物。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述反应气体通过化学气相沉积方法供给。
14.一种在场致发射器件中制造栅电极的方法，该栅电极具有自衬底抬升的浮置结构，该方法包括在衬底上形成阴极；在阴极顶部上形成催化金属层；在合成叠层上形成具有预定厚度的非晶材料层；在非晶材料层的顶部上形成栅电极；在合成叠层中竖直地形成孔，以部分地暴露催化金属层和阴极之一的表面；通过该孔供给包括氢气和碳氧化物气体的反应气体，使得在非晶材料层和该孔周围的其下部叠层之间生长碳层，并迫使非晶材料层从衬底上抬升；以及通过该孔去除该碳层，使得孔周围的非晶材料层和栅电极自衬底部分地分离，并浮置在该衬底上方。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，在形成催化金属层的步骤之前，还包括在阴极上形成具有预定厚度的绝缘层的步骤，该绝缘层包括开口部分，该开口部分对应于该孔，更优选地，与该孔同轴。
16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述催化金属层包括一种金属，该金属包括选自Ni、Fe和Co构成的组中的至少一种元素。
17.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述非晶材料层包括非晶硅。
18.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述去除碳层的步骤通过利用气体等离子体的煅烧工艺和烧结工艺中的一种来进行。
19.如权利要求14至18中的任一项所述的方法，其特征在于，反应气体通过化学气相沉积方法供给。
20.一种在场致发射器件中制造具有自衬底抬升的浮置结构的栅电极的方法，该方法包括步骤在衬底上形成阴极；在阴极上形成具有预定厚度的栅极绝缘层；在栅极绝缘层上形成栅电极；在栅电极上形成具有开口部分的上部绝缘层至一预定厚度；在栅电极的暴露在上部绝缘层的开口部分底部处的顶部上形成催化层；在合成叠层上形成具有预定厚度的非晶材料层；在非晶材料层上形成第二栅电极；从第二栅电极顶部到其紧接着的下部形成对应于该开口部分的孔，以暴露催化层或阴极的表面；在加热衬底的同时通过该孔供给包括氢气和碳氧化物气体的反应气体，使得在非晶材料层和该孔周围的其下部叠层之间生长碳层，并迫使非晶材料层从衬底上抬升；以及通过该孔去除该碳层，使得孔周围的非晶材料层和第二栅电极自衬底部分地分离，并浮置在该衬底上方。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述催化金属层包括一种金属，该金属包括选自Ni、Fe和Co构成的组中的至少一种元素。
22.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述非晶材料层包括非晶硅。
23.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述去除碳层的步骤通过利用气体等离子体的煅烧工艺和烧结工艺中的一种来进行。
24.如权利要求20至23中的任一项所述的方法，其特征在于，所述反应气体通过化学气相沉积方法供给。
25.一种制造场致发射器件的方法，该场致发射器件包括具有浮置结构的栅电极，该方法包括在衬底上形成阴极；在阴极上形成具有预定厚度的栅极绝缘层；在栅极绝缘层上形成栅电极；在栅电极上形成具有开口部分的上部绝缘层至一预定厚度；在栅电极的暴露在上部栅极绝缘层的开口部分底部处的顶部上形成催化层；在合成叠层上形成具有预定厚度的非晶材料层；在非晶材料层上形成第二栅电极；从第二栅电极顶部到其紧接着的下部形成对应于该开口部分的孔，以暴露催化层或阴极的表面；在加热衬底的同时通过该孔供给包括氢气和碳氧化物气体的反应气体，使得在非晶材料层和该孔周围的其下部叠层之间生长碳层，并迫使非晶材料层从衬底上抬升；通过该孔去除该碳层，使得孔周围的非晶材料层和第二栅电极自衬底部分地分离，并浮置在该衬底上方；将光致抗蚀剂供给到该孔内和第二栅电极上，以用光致抗蚀剂填充该孔并在第二栅电极上形成具有预定厚度的光致抗蚀剂膜；从该孔中去除光致抗蚀剂；在阴极的暴露在孔底部的顶部上形成催化材料，以形成生长碳纳米管的催化层；在合成叠层的整个表面上沉积碳纳米管构成材料，以在孔的底部在催化层上形成碳纳米管阵列；以及从合成叠层中的孔周围的部分并从第二栅电极去除光致抗蚀剂，使得包括催化材料的不必要的成分得以去除。
26.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述催化金属层包括一种金属，该金属包括选自Ni、Fe和Co构成的组中的至少一种元素。
27.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述非晶材料层包括非晶硅。
28.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述去除碳层的步骤通过利用气体等离子体的煅烧工艺和烧结工艺中的一种来进行。
29.如权利要求25至28中的任一项所述的方法，其特征在于，所述反应气体通过化学气相沉积方法供给。
全文摘要
本发明公开了一种形成衬底的浮置结构、浮置栅电极和场致发射器件的方法。形成自衬底抬高的浮置结构的方法包括在衬底上形成膨胀引发层，该层可以由与预定反应气体的反应而产生导致体积膨胀的副产物；在合成叠层上形成用于浮置结构的目标材料层；在合成叠层上形成孔，反应气体通过该孔供给；通过该孔供应反应气体，使得该目标材料层因膨胀引发层与反应气体的反应所产生的副产物而自衬底部分地抬高；以及通过该孔去除副产物，使得目标材料层自衬底抬升的部分可以完全与衬底分离，形成浮置结构。
文档编号H01J3/02GK1427437SQ02144500
公开日2003年7月2日 申请日期2002年9月30日 优先权日2001年12月18日
发明者朴永俊, 韩仁泽 申请人:三星Sdi株式会社