具有碳纳米管发射器的场致发射显示器及其制造方法

专利名称：具有碳纳米管发射器的场致发射显示器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种平板显示器面板及其制造方法，更具体地，本发明涉及一种具有碳纳米管发射器的场致发射显示器及其制造方法。
背景技术：
不难预见，将由平板显示器面板例如液晶显示器、发光二极管、等离子体显示器面板和场致发射显示器(FED)代替阴极射线管。在这些平板显示器面板中，FED具有高分辨率、高效率和低功耗的优点，作为下一代显示器件受到了极大关注。
FED的核心技术是用于发射电子的发射器微尖的处理技术和处理技术的稳定性。在传统FED中，采用硅尖和钼尖作为发射器微尖。然而，硅尖和钼尖两者都具有寿命短、稳定性差和电子发射效率低。
传统FED在聚焦栅电极和栅电极之间形成的氧化硅膜(SiO2)的台阶部分处还具有较差的台阶覆盖。这会在台阶部分处导致电子缺陷例如图1中所示的裂缝10，裂缝10产生绝缘性击穿。这种缺陷就会在两个电极之间产生漏电流，由此在台阶部分处产生焦耳热。
在图1中，参考数字4、6和8分别表示栅电极、氧化硅膜和聚焦栅电极。
通过增加氧化硅膜的厚度，就能够在一定程度上解决与氧化硅膜(SiO2)相关的上述问题。然而，因为当氧化硅膜的厚度增加到大于2μm时会产生剥离现象，所以就不容易获得所需的厚度。
为了解决此问题，已经开发出了具有各种结构的几种FED。在传统FED中，广泛采用具有嵌入的聚焦结构的FED和具有金属丝网结构的FED。
在前一种情况下，在聚焦栅电极和用于提取电子的栅电极之间形成裂缝的可能性小，但是因为聚焦栅电极形成在聚酰亚胺上，所以就需要用于排泄由聚酰亚胺产生的气体的除气处理。
另一方面，在后一种情况下，通过设置环绕所述微头的金属丝网，就能够改善聚焦电子束。然而，难于处理并焊接金属丝网，特别地，由于不能对准金属丝网，就会使电子束偏移。

发明内容
本发明提供一种碳纳米管场致发射显示器，通过减少在聚焦栅电极和栅电极之间的漏电流，该碳纳米管场致发射显示器具有聚焦电子束的优越性能。
本发明还提供一种简单且成本降低的碳纳米管场致发射显示器(CNTFED)的制造方法。
根据本发明的一个方面，提供一种碳纳米管场致发射显示器(CNTFED)，包括衬底；在该衬底上形成的透明电极；在该透明电极上形成的发射器电极；在该发射器电极上形成的碳纳米管(CNT)发射器；形成在该CNT发射器的外围区域之上的栅重叠(gate stack)，其从该CNT发射器中提取电子束、将已提取的电子束聚焦到预定靶；在该栅重叠之上形成的前面板，并且在该前面板上显示信息；以及在该前面板的背面上形成的荧光膜，其中该栅重叠包括掩膜层，该掩膜层覆盖在该CNT发射器周围的该发射器电极且具有大于该CNT发射器的高度。
该掩膜层可以是掺杂有导电杂质的非晶硅层。该掩膜层的高度可以比该CNT发射器的高度高出0.1～4μm。当该掩膜层由不同材料形成时，在该掩膜层和该CNT发射器之间的高度差可以不同于上述范围。
该掩膜层可以具有102～109Ωcm的电阻率。
该栅重叠还可以包括依次在该掩膜层上叠置的栅绝缘膜、栅电极、氧化硅(SiOX)膜和聚焦栅电极，其中X＜2。
根据本发明的具体实施例，该栅绝缘膜可以由氧化硅膜(SiO2)和第二氧化硅膜(SiOX)之一形成，其中X＜2。将该第一氧化硅膜形成为2μm或更大的厚度，优选为3～15μm，更优选为6～15μm。将该第二氧化硅膜形成为1～5μm的厚度。
可以在一个聚焦栅电极中形成多个CNT发射器。
根据本发明的另一个方面，提供一种具有上述结构的CNT FED的制造方法，该方法包括形成含有在环绕该CNT发射器的该发射器电极上形成的掩膜层的栅重叠；并且在形成该栅重叠之后，形成具有小于该掩膜层高度的该CNT发射器。
该形成栅重叠可以包括形成具有通孔的掩膜层和该透明电极，该通孔暴露在该衬底上的该透明电极的一部分；在该掩膜层上形成栅绝缘膜，该栅绝缘膜填充该通孔；在环绕该通孔的该栅绝缘膜上形成栅电极；在该栅电极和该栅绝缘膜上形成第一氧化硅膜(SiOX，X＜2)；在环绕该通孔的该第一氧化硅膜上形成聚焦栅电极；以及去除在该栅电极内设置的该栅绝缘膜和该第一氧化硅膜。
该栅绝缘膜可由氧化硅膜(SiO2)和第二氧化硅膜(SiOX)之一形成，其中X＜2。该第一氧化硅膜为2μm或更大的厚度，优选为3～15μm的厚度，更加优选为6～15μm的厚度。
在该形成第一氧化硅膜中，硅烷(SiH4)的流率可以维持在50～700sccm(标准状况下每分钟立方厘米)，硝酸(N2O)的流率可以维持在700～4500sccm，处理压力可以维持在600～1200毫乇(mTorr)，该衬底的温度可以维持在250～450℃，并且RF功率可以维持在100～300W。
可以按照上述条件来形成该第二氧化硅膜。
该去除第一氧化硅膜可以包括在该聚焦栅电极上和在该聚焦栅电极内形成的该第一氧化硅膜上涂覆感光膜(photosensitive film)；对在该通孔之上形成的该感光膜进行曝光；去除该感光膜的已曝光部分；利用该感光膜作为蚀刻掩膜，从该感光膜中去除已曝光部分，湿法蚀刻该第一氧化硅膜；以及去除该感光膜。可以重复地进行在该去除第一氧化硅膜中包含的所有工序。
在曝光该感光膜期间，从该衬底之下使该感光膜受紫外线曝光。
该曝光感光膜可以包括在该感光膜之上设置掩膜，所述掩膜在对应于该通孔的区域具有透射窗口；以及从该掩膜之上朝向该掩膜辐照光。
当去除该栅绝缘膜时，可以采用在去除该第一氧化硅膜中含有的所有工序。在此情况下，可以重复地进行所有工序。
可以形成该聚焦栅电极，以便在该聚焦栅电极中形成多个通孔。
形成的具有小于该掩膜层高度的CNT发射器包括形成具有大于该掩膜层的高度的CNT发射器；以及通过表面处理将该CNT发射器的高度减少为低于该掩膜层的高度。
可以减少该CNT发射器的高度，直至该掩膜层和该CNT发射器之间的高度差达到0.1～4μm的范围。该掩膜层可以由具有102～109Ωcm的电阻率的材料层形成。
根据本发明的CNT FED，包括聚焦栅绝缘膜，通过该聚焦栅绝缘膜，在该聚焦栅电极和该栅电极之间就确保了优良的台阶覆盖，并且该聚焦栅绝缘膜具有足够的厚度，以便使在该聚焦栅电极和该栅电极之间的应力减小。因此，在该聚焦栅绝缘膜中就不会产生例如裂缝的缺陷，由此就减少了在该聚焦栅电极和该栅电极之间漏电流。由于该聚焦栅电极具有足够厚的厚度，该聚焦栅电极和该栅电极就对应于该大的厚度的距离彼此分开。因此，就能防止粘附到聚焦栅绝缘膜的杂质在两个电极之间产生的绝缘击穿。此外，因为通过自对准代替了采用附加的掩膜来对感光膜进行构图，所以就使制造工艺简单，由此减少了制造成本。


通过参照附图详细说明本发明的优选实施例，本发明的上述和其它特征和优点将变得更加明显，附图中图1是说明了传统FED中的缺陷的SEM图像；图2是FED的剖面图，该FED包括根据本发明的示例性实施例的CNT发射器；图3至11是示出了用于重叠并蚀刻氧化膜的工艺的剖面图，该氧化膜用于形成图2中所示的栅重叠中包含的聚焦栅绝缘膜；图12是在图3至11中所示的氧化膜叠置和蚀刻工艺期间、刚好在用于氧化膜的第一湿法蚀刻之后其上保留有感光膜的直接产品的SEM图像；图13是去除了图12中所示的感光膜的直接产品的SEM图像；图14是在图3至11中所示的氧化膜叠置和蚀刻工艺期间、刚好在用于氧化膜的第二湿法蚀刻之后其上保留有感光膜而直接产品的SEM图像；图15是去除了图14中所示的感光膜的直接产品的SEM图像；图16是在图3至11中所示的氧化膜叠置和蚀刻工艺期间、在完成用于氧化膜的四次湿法蚀刻之后、从中去除了感光膜的直接产品的SEM图像；图17是说明采用与图3至11中所示的曝光方法不同的曝光方法、对感光膜进行曝光处理的剖面图；图18至28是说明在图2中所示的FED的制造方法中、用于形成栅重叠和碳纳米管发射器的步骤的剖面图；图29是图2中所示的FED的栅重叠的聚焦栅绝缘膜的淀积速度对应硅烷(SiH4)的流率的曲线图；图30是图2中所示的FED的栅重叠的聚焦栅绝缘膜的应力对应硝酸(N2O)的流率的曲线图；图31是图2中所示的FED的栅重叠的聚焦栅绝缘膜的应力对应衬底温度和硝酸的流率的曲线图；图32是图2中所示的FED的栅重叠的聚焦栅绝缘膜的蚀刻速度对应硅烷(SiH4)的流率的曲线图；图33是漏电流对于图2中所示的FED的栅重叠的聚焦栅绝缘膜的厚度的曲线图；图34是表示根据图18至28中所示的FED的制造方法而形成的栅电极、聚焦栅绝缘膜和聚焦栅电极的重叠的SEM图像。
具体实施例方式
现在，将参照附图更加全面地说明本发明，附图中示出了本发明的示例性实施例。在附图中，为了清楚起见，放大了各层和各区的厚度。
将描述根据本发明的碳纳米管场致发射显示器(CNT FED)。
图2是FED的剖面图，该FED包含根据本发明的一个示例性实施例的CNT发射器。
参照图2，在玻璃衬底30上形成透明电极32。透明电极32可以是用作发射极电极的铟锡氧化物(ITO)电极。在玻璃衬底30上形成覆盖透明电极32的一部分的栅重叠S1。形成暴露栅重叠S1之间的部分透明电极32的接触孔44。在通过接触孔44暴露的透明电极32的一部分上，形成发射电子的CNT发射器46。CNT发射器46不接触栅重叠S1。每个栅重叠S1包括覆盖透明电极32的一部分的第一掩膜34，并在制造工艺期间将其用于背面暴露的掩膜。第一掩膜34可以是掺杂有预定杂质例如磷(P)的非晶硅层。在第一掩膜34和CNT发射器46之间存在一个台阶，即高度差(H)。第一掩膜34的顶表面高于CNT发射器46的顶部。高度差(H)，例如可以在0.1～4μm的范围。第一掩膜34和CNT发射器46之间的高度差(H)可以根据用作第一掩膜34的材料而改变。第一掩膜34具有102～109Ωcm的电阻率，优选为小于103Ωcm。在第一掩膜34上，依次形成且具有依次宽度变窄的栅绝缘膜36、栅电极38、聚焦栅绝缘膜40和聚焦栅电极42。因此，栅重叠S1的侧表面就为台阶式倾斜。
在用于形成图2中所示的CNTFED的制造工艺中，将在以下进行描述，利用紫外线通过背面曝光的方法，对构成栅重叠S1的多个部件进行构图。因此，优选第一掩膜34对可见光透明，但对紫外线不透明，且可以是非晶硅层。栅绝缘膜36优选为第一氧化硅膜。栅电极38是具有大约0.25μm厚度的第一铬电极或具有厚度不为0.25μm的导电电极。使栅电极38与聚焦栅电极42绝缘的聚焦栅绝缘膜40为具有2μm或更大厚度的第二氧化硅(SiOX)膜，且优选为3～15μm。此时，在第二氧化硅的分子式中的下标x优选为小于2(x＜2)。聚焦栅绝缘膜40还可以是与第二氧化硅膜相同或类似物理特性的绝缘膜。几乎与CNT发射器46对称地形成聚焦栅电极42，且聚焦栅电极42是具有预定厚度的第二铬电极。聚焦栅电极42可以是不同的导电电极，且可以具有与第二铬电极不同的厚度。
栅电极38用于从CNT发射器46中提取电子束。因此，就可以将预定的交流栅极电压Vg例如+80V施加到栅电极38。
聚焦栅电极42作为集电极进行收集从CNT发射器46中发射的电子，以致电子可以到达在CNT发射器46之上设置的荧光膜48。由于此目的，就可以将聚焦栅极电压Vfg施加到聚焦栅电极42，该聚焦栅极电压Vfg具有与电子束相同的极性并且具有比交流栅极电压Vg更低的绝对值。例如，可以将-10V的聚焦栅极电压Vfg施加到聚焦栅电极42。
参照图2，前面板50从栅重叠S1的聚焦栅电极42向上地设置。前面板50从栅重叠S1的聚焦栅电极42向上间隔预定距离D。在前面板50上显示各种信息。将荧光膜48粘接到面对栅重叠S1的前面板50的底表面，并将直流电压施加到荧光膜48。在荧光膜48上，均匀涂覆当由电子束激发时发射红R、绿G和蓝B的荧光物质。
在图2中，为了方便起见，未示出分离前面板50和栅重叠S1与黑色矩阵(black matrix)的间隔层(spacer)。
现在，将参照图3至11来说明根据本发明的示例性实施例的CNT FED、特别是用于形成栅重叠的制造方法。
参照图3，在衬底80上形成第一电极82。衬底80对应于图2中所示的CNT FED(以下为本发明的CNT FED)的玻璃衬底30。作为ITO电极的第一电极82对应于本发明的CNT FED的透明电极32。在第一电极82上形成第二掩膜层84。在第二掩膜层84中形成暴露第一电极82的通孔86。第二掩膜层84优选由对可见光透明但对紫外线不透明的材料例如非晶硅层形成。第二掩膜层84可以对应于如上所述的本发明的CNT FED的第一掩膜层34。
参照图4，按照预定厚度t，在第二掩膜层84上形成填充通孔86的绝缘膜88。绝缘膜88优选由硅膜(SiOx)(x＜2)形成，该硅膜(SiOx)具有比常规硅膜(SiO2)中更高的硅含量。绝缘膜88可以形成为2μm或更大的厚度，优选为3～15μm，并且更加优选为6～15μm。绝缘膜88可以形成为不同于利用RF的使用等离子体增强化学气相淀积(PECVD)的氧化硅膜(SiOx)的厚度。然而，形成绝缘膜88的方法可以根据待形成的厚度而不同。例如，当较薄地形成如上所述建议的厚度范围之内的绝缘膜88时，就可以通过溅射方法来形成绝缘膜88。另一方面，当较厚地形成如上所述建议的厚度范围之内的绝缘膜88时，就可以通过电镀方法或热蒸发方法来形成绝缘膜88。
当采用PECVD方法来形成氧化硅膜(SiOx)的绝缘膜88时，其工艺条件如下。
衬底80维持在250～450℃的温度范围，优选为340℃，并且RF功率维持在100～300W的范围，优选为160W。反应室中的压力维持在600～1200毫乇(mTorr)的范围，优选为900mTorr。源气体中的硅烷(SiH4)的流率优选地进行控制以便维持400纳米/分钟(nm/min)或更高的淀积速度。例如，硅烷(SiH4)的流率维持在比常规用于形成氧化硅膜(SiO2)的流率(15sccm)更高的水平，即，大约50～700sccm，且优选为300sccm。同样地，源气体中的硝酸(N2O)的流率维持在大约700～4500sccm，且优选为1000～3000sccm。
硅烷(SiH4)的相同流率可以提供给用于使用PECVD方法对氧化硅膜(SiOx)的蚀刻处理。如图32中的曲线图68所示，氧化硅膜(SiOx)的蚀刻速度比具有如上所建议的硅烷的相同流率范围的常规情况下Cl的蚀刻速度更大。在蚀刻氧化硅中，优选地维持硅烷的流率，以使氧化硅的蚀刻速度为100nm/min或更大。
当在如上所述的工艺条件下形成氧化硅膜(SiOx)时，就可以将氧化硅膜形成为如上所述的厚度。因此，就能够获得较常规技术有所改善的台阶覆盖。如图29中的曲线图64中所示，淀积速度(/min)就比常规淀积速度更高。
同样地，如图30中的曲线图66中所示，当控制硝酸的流率时，就将氧化硅膜(SiOx)的应力降低到100MPa以下。
而且，如图31中所示，当硝酸的流率恒定且衬底温度在如上所述的范围之内变化时，氧化硅膜(SiOx)的应力就小于100MPa。
氧化硅膜(SiOx)的低应力指氧化硅膜(SiOx)的密度小于常规氧化硅膜的密度。即，这就意味着氧化硅膜(SiOx)类似于多孔材料。
在图31中，正(+)应力值表示压应力，同时负值(-)应力值表示张应力。参考符号“▲”、“●”、“■”和“”分别表示当硝酸的流率为2700sccm、2200sccm、1800sccm和1500sccm的情况。
当在给定的工艺条件下形成氧化硅膜(SiOx)时，就可以形成其具有比常规氧化硅膜更高的硅浓度和更低应力的氧化硅膜(SiOx)。因此，在由氧化硅膜(SiOx)形成的绝缘膜88中、特别在台阶区域中，就能够比常规氧化硅膜具有更低的产生例如裂缝(cracks)的缺陷的可能性。因此，当根据上述工艺来形成绝缘膜88时，将在绝缘膜88上形成的电极和第一电极82之间产生的漏电流的几率非常低。
在第二掩膜层84和绝缘膜88之间，可以依次形成其覆盖第二掩膜层84的不同绝缘膜(对应于本发明FED的栅绝缘膜)和不同电极(对应于本发明FED的栅电极)。在此情况下，当在上述工艺条件下形成绝缘膜88时，由于如上所述的绝缘膜88的特性，因此就能够减少将在绝缘膜上形成的电极和其它电极之间的漏电流。
参照图5，在绝缘膜88上形成第二电极90。第二电极90可以是铬电极，但也可以是其它电极。第二电极90可以对应于在本发明FED的栅重叠S1中包含的聚焦栅电极42。在第二电极90和绝缘膜88上形成第一感光膜92，且优选由正感光膜形成。在形成第一感光膜92之后，将紫外线94辐照到衬底80的下表面上。此时，因为第二掩膜层84，所以除了未被第二掩膜层84的通孔86暴露的那些区域之外的区域就不受紫外线94曝光。紫外线94通过通孔96进行透射，通过紫外线94对第一感光膜92的曝光区进行曝光。参照图6，去除第一感光膜92的曝光区92a，然后进行烘焙处理。
图6示出了对其依次进行显影和烘焙处理而获得的产品。通过一部分来暴露部分绝缘膜88，从此部分中去除了曝光区92a。
参照图7，利用第一感光膜92作为蚀刻掩膜，第一次蚀刻绝缘膜88。第一次蚀刻是利用预定蚀刻剂并进行预定周期的湿法蚀刻。由此，通过第一次蚀刻，就在绝缘膜88的暴露部分中形成预定深度的第一凹槽G1。形成第一凹槽G1处的绝缘膜88的厚度t1比未蚀刻的绝缘膜的其它区域的厚度t更薄。由于湿法蚀刻的各向同性特性，第一凹槽G1就会在第一感光膜92之下延伸。因此，在第一感光膜92之下就形成了第一基蚀93(undercut)。在第一蚀刻之后，去除第一感光膜92。
参照图8，在去除第一感光膜92之后，在绝缘膜88和第二电极90之上，形成第二感光膜96。第二感光膜96由与第一感光膜92的相同材料形成。在形成第二感光膜96之后，进行第二背面曝光。在第二背面曝光处理中，曝光对应于第二感光膜96的接触孔86的区域96a。此后，通过进行显影处理，去除第二曝光区96a。在去除第二曝光区96a之后，进行烘焙处理。
图9示出了在对第二感光膜96进行烘焙之后的直接产品。通过第二感光膜96，暴露第一凹槽G1的一部分。
参照图10，利用第二感光膜96作为掩膜，对其中形成有第一凹槽G1的绝缘膜88进行第二蚀刻，直到暴露第一电极82。第二蚀刻可以是利用预定蚀刻剂的湿法蚀刻。即，在绝缘膜88中形成暴露一部分第一电极82的通孔98。由于湿法蚀刻的特性，通孔98就在第二感光膜96之下延展。结果，在第二感光膜96之下就形成了第二基蚀100。
参照图11，通过灰化和剥除来去除第二感光膜96。然后，进行用于清洁和干燥的处理。因此，就在绝缘膜88中形成暴露第一电极82的光滑的通孔98。
图12是绝缘膜的第一蚀刻刚好结束的直接产品的SEM图像，可以看到第一感光膜92、第二电极90和绝缘膜88。
图13是在去除了图12中的第一感光膜92之后的直接产品的SEM图像。在绝缘膜88上的轻微凹陷的部分是其中第一感光膜92曾位于的区域。
可以超过两次地湿法蚀刻所述的绝缘膜88，并且可以通过高到四次的湿法蚀刻来形成绝缘膜88中形成的通孔98。湿法蚀刻处理与用于第一次和第二次两次对绝缘膜的蚀刻的湿法蚀刻处理相同。
图14是刚好在进行四次湿法蚀刻的第二蚀刻之后的直接产品的SEM图像。参考数字102表示第二感光膜96和绝缘膜88之间的界面。
图15是在去除了图14中的第二感光膜96、进行清洁并进行干燥之后的直接产品的SEM图像。参照图15，在第一凹槽G1之下的区域中，形成第二凹槽G2。在第一凹槽G1上的轻微凹入部分是其中第二感光膜96曾位于的区域。
图16是在进行四次湿法蚀刻的第四湿法蚀刻之后的直接产品的SEM图像。参照图16，在绝缘膜88中垂直地形成接触孔。通常，很好地形成接触孔的垂直剖面。参考符号t表示绝缘膜88的厚度。
另一方面，在用于蚀刻绝缘膜88的处理中，代替背面曝光，还可以从感光膜之上辐照入射射线。
图17示出了这种情况。
参照图17，在第一感光膜92之上，以预定距离设置掩模M，其中掩模M在对应于接触孔86的区域中具有透射窗口TA，并且掩模M的剩余区域是光掩蔽区。随后，从掩模M之上向掩模M辐照光103。向掩模M辐照的光103的一部分通过透射窗口TA入射到第一感光膜92上。因此，就对第一感光膜92的预定区域92a进行曝光。然后，去除掩模M。对第一感光膜92进行显影、清洗和烘焙处理，并且利用第一感光膜92作为蚀刻掩膜进行湿法蚀刻，该湿法蚀刻与上述湿法蚀刻相同。根据本发明的正面曝光方法可以应用于四次构图绝缘膜88的曝光处理。
接着，将说明利用上述在绝缘膜88上进行的淀积和蚀刻处理的图2中所示的CNT FED的制造方法。
参照图18，在玻璃衬底30上形成透明电极32。透明电极32优选地以ITO电极形成，但可以采用其它等同的电极。在玻璃衬底30上，形成用于背面曝光的覆盖透明电极32的第一掩膜层34。第一掩膜层34优选由对可见光透明但对紫外线不透明的材料形成，即掺杂有预定导电杂质的非晶硅层。当第一掩膜层34由非晶硅层形成时，将第一掩膜层34的厚度控制为大约1μm。淀积温度维持在340℃，用作掺杂材料的磷化氢(PH3)的流率和用作源材料的硅烷(SiH4)的流率分别维持在73sccm和1000sccm。功率和压力水平分别维持在100W和750mTorr。
在第一掩膜层34中，形成暴露透明电极32的一部分的第一通孔h1，在透明电极32上将形成CNT发射器。
参照图19，在第一掩膜层34上，形成填充第一通孔h1的栅绝缘膜36。栅绝缘膜36由厚度1-5μm的氧化硅膜(SiO2)形成。栅绝缘膜36可以由富硅的氧化硅膜(SiOX，X＜2)形成，以代替常规的氧化硅膜。在此情况下，可以通过图3至11中所示的形成绝缘膜88的方法来形成栅绝缘膜36。希望采用背面曝光作为曝光处理，但是，也可以采用图17中所示的正面曝光。
参照图20，在栅绝缘膜36上形成栅电极38。栅电极38由具有大约0.25μm厚度的铬电极形成。然后，通过构图栅电极38，在栅电极38中形成第二通孔h2。通过第二通孔h2，暴露填充第一通孔h1的栅绝缘膜36的至少一部分。第一通孔h1的直径小于第二通孔的直径。
参照图21，在栅电极38上形成填充第二通孔h2的聚焦栅绝缘膜40。可以采用与用于形成图3至11中所示的绝缘膜的相同方法来形成聚焦栅绝缘膜40。希望采用背面曝光作为曝光处理，但是，也可以采用图17中所示的正面曝光。
参照图34中的曲线图70，图34示出了根据厚度的聚焦栅绝缘膜40的漏电流特性，可以看出，当聚焦栅绝缘膜40的厚度接近6μm时，漏电流急剧减少，并且超过6μm时，漏电流几乎为0。
因此，聚焦栅绝缘膜40的厚度至少为2μm，优选为3-15μm，并且更加优选为6-15μm。
参照图21，在聚焦栅绝缘膜40上形成聚焦栅电极42。聚焦栅电极42是第二个铬电极。如图22中所示，在聚焦栅电极42中形成第三通孔h3。通过第三通孔h3，暴露其覆盖第二通孔h2和环绕第二通孔h2的一部分栅电极38的聚焦栅绝缘膜40。第三通孔h3的直径大于第二通孔h2的直径。
可以根据设计布图以不同的类型来形成聚焦栅电极42和栅电极38。
例如，可以在聚焦栅电极42中形成的第三通孔h3的范围内形成多个第二通孔h2，或者可以在一个第三通孔h3范围内形成一个第二通孔h2。
参照图23，在聚焦栅电极42上设置其填充第三通孔h3的第三感光膜P1。然后，进行背面曝光处理。即，将紫外线56辐照到玻璃衬底30的底部之上。紫外线56通过透明电极32、第一通孔h1、栅绝缘膜36和聚焦栅绝缘膜40辐照到第三感光膜P1。由第一掩膜层34阻挡入射到除了第一通孔h1之外的剩余区域的紫外线56。因此，只有第三感光膜P1的在第一通孔h1之上的区域受紫外线56曝光。通过显影处理，去除第三感光膜P1的曝光区域，由此暴露聚焦栅绝缘膜40的一部分。利用第三感光膜P1作为蚀刻掩膜，通过湿法蚀刻来蚀刻聚焦栅绝缘膜40的暴露部分。进行湿法蚀刻，直到暴露栅绝缘膜36为止，希望根据图6至11中所示的蚀刻处理来进行此湿法蚀刻。此时，可以依次进行两次或多次湿法蚀刻。
图24示出了在利用湿法蚀刻去除了聚焦栅绝缘膜40中由第三感光膜P1限定的暴露部分之后的直接产品。参照图24，在聚焦栅绝缘膜40的暴露部分的去除区域中形成凹槽58。
图25和26说明了局部去除在形成第四感光膜P2之后通过凹槽58暴露的栅绝缘膜36的工艺。此工艺与用于去除图23和24中所示的聚焦栅绝缘膜40相同的工艺。
参照图26，通过去除栅绝缘膜36的暴露部分，形成穿过包含第二掩膜层34、栅绝缘膜36、栅电极38、聚焦栅绝缘膜40和聚焦栅电极42的栅重叠的孔60，通过孔60至少暴露透明电极32。孔60对应于图2中所示的接触孔44。随后，去除用于湿法蚀刻栅绝缘膜36暴露部分的第四感光膜P2。
如图27中所示，在去除了第四感光膜P2之后，利用丝网印刷方法，在通过孔60暴露的透明电极32的一部分上形成CNT发射器46。希望在透明电极32的暴露部分的中央处形成CNT发射器46，并且形成CNT发射器46而不接触环绕CNT发射器46的栅重叠。
在形成CNT发射器46之后，将CNT发射器46的高度减少至低于第一掩膜层34。通过表面处理来减少CNT发射器46的高度，直到在第一掩膜层34和CNT发射器46之间的高度差(H)达到优选为0.1-4μm为止。通过将CNT发射器46的高度减少到这种水平，即使当聚焦栅电极具有更小的厚度时，也能够提高从CNT发射器46中发射出的电子的聚焦。
接着，随后进行常规FED制造工艺，以获得完整的CNT FED。
图34示出了利用上述方法制造的图2中所示的CNT FED的栅电极、聚焦栅绝缘膜、栅绝缘膜和聚焦栅电极的不同部分的SEM图像。
参照图34，参考符号A1表示在栅电极38和聚焦栅电极42之间的第一台阶，并且参考符号A2表示第二台阶，可以看出，第一和第二台阶A1和A2的台阶覆盖非常优良。同样地，在第一和第二台阶A1和A2中，没有观察到引起漏电流的缺陷。
如上所述，根据本发明的示例性实施例的CNT FED包括在聚焦栅电极和栅电极之间的具有至少2μm厚度的聚焦栅绝缘膜。对于台阶部分，聚焦栅绝缘膜具有优良的台阶覆盖，并且不会产生引起漏电流的例如裂缝的缺陷。同样地，由于聚焦栅绝缘膜厚，因此就增加了在聚焦栅电极和栅电极之间的缝隙，该缝隙在栅重叠中形成的孔中的内壁中被测出。因此，就减少了由于在制造工艺期间的粘附到聚焦栅绝缘膜的侧壁上的杂质引起的在聚焦栅电极和栅电极之间漏电流。结果，就显著减少了在聚焦栅电极和栅电极之间的总漏电流。由于CNT发射器的高度小于环绕掩膜层的高度，因此就提高了从CNT发射器中发射的电子的聚焦。
在根据本发明的CNT FED的制造方法中，在形成其限定透明电极区的掩膜层之后，该透明电极区用于在透明电极和栅绝缘膜之间形成CNT发射器，通过从透明电极之下辐照紫外线来构图在用于形成CNT发射器的区域上涂覆的感光膜。因为已经由掩膜层限定了曝光区，因此就不需要限定曝光区的附加的掩膜。即，通过掩膜层自对准曝光区，由此就简化了制造工艺并降低了成本。对于曝光处理就不需要独立的掩膜，以致进一步降低了CNTFED的制造成本。
在如上所述的根据本发明的CNT FED的制造方法中，虽然在此公开的各实施例中聚焦栅绝缘层由氧化硅膜来形成，但聚焦栅绝缘膜也可以由任何其它适合的具有足够厚度的绝缘膜来形成。而且，也可以相对于CNT发射器不对称地形成聚焦栅绝缘膜。
尽管对本发明已经参照本发明的示例性实施例进行了具体展示和说明，但是，本领域普通技术人员应当清楚，在不脱离作为所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围之内，可以进行形式上和细节上的各种变化。
权利要求
1.一种碳纳米管场致发射显示器，包括衬底；在所述衬底上形成的透明电极；在所述透明电极上形成的发射器电极；在所述发射器电极上形成的碳纳米管发射器；形成在所述碳纳米管发射器的周围区域之上的栅重叠，其从所述碳纳米管发射器中提取电子束、将已提取的电子束聚焦到预定靶；在所述栅重叠之上形成的前面板，并且在所述前面板上显示信息；以及在所述前面板的背面上形成的荧光膜，其中所述栅重叠包括掩膜层，所述掩膜层覆盖着在所述碳纳米管发射器周围的所述发射器电极且具有大于所述碳纳米管发射器的高度。
2.根据权利要求1的碳纳米管场致发射显示器，其中所述掩膜层是掺杂有导电杂质的非晶硅层。
3.根据权利要求1的碳纳米管场致发射显示器，其中所述掩膜层的高度比所述碳纳米管发射器的高度高出0.1～4μm。
4.根据权利要求1的碳纳米管场致发射显示器，其中所述掩膜层具有102～109Ωcm的电阻率。
5.根据权利要求1的碳纳米管场致发射显示器，其中所述栅重叠还包括依次在所述掩膜层上叠置的栅绝缘膜、栅电极、氧化硅(SiOX)膜和聚焦栅电极，其中X＜2。
6.根据权利要求5的碳纳米管场致发射显示器，其中所述栅绝缘膜是具有1～5μm厚度的氧化硅(SiOX)膜，其中X＜2。
7.根据权利要求5的碳纳米管场致发射显示器，其中所述氧化硅膜具有3～15μm的厚度。
8.根据权利要求5的碳纳米管场致发射显示器，其中在一个聚焦栅电极中形成多个碳纳米管发射器。
9.一种碳纳米管场致发射显示器的制造方法，所述碳纳米管场致发射显示器包括衬底；在所述衬底上形成的透明电极；在所述透明电极上形成的发射器电极；在所述发射器电极上形成的碳纳米管发射器；形成在所述碳纳米管发射器的外围区域之上的栅重叠，其从所述碳纳米管发射器中提取电子束、将已提取的电子束聚焦到预定靶；在所述栅重叠之上形成的前面板，并且在所述前面板上显示信息；以及在所述前面板的背面上形成的荧光膜，所述方法包括形成栅重叠，其包括形成在所述碳纳米管发射器周围的发射器电极上的掩膜层；并且形成所述碳纳米管发射器，其高度小于所述掩膜层的高度。
10.根据权利要求9的方法，其中所述栅重叠的形成包括形成带有通孔的掩膜层和所述透明电极，所述通孔暴露在所述衬底上的所述透明电极的一部分；在所述掩膜层上形成栅绝缘膜，所述栅绝缘膜填充所述通孔；在环绕所述通孔的所述栅绝缘膜上形成栅电极；在所述栅电极和所述栅绝缘膜上形成第一氧化硅膜(SiOX，X＜2)；在环绕所述通孔的所述第一氧化硅膜上形成聚焦栅电极；以及去除在所述栅电极内设置的所述栅绝缘膜和所述第一氧化硅膜。
11.根据权利要求10的方法，其中所述栅绝缘膜由氧化硅膜(SiO2)和第二氧化硅膜(SiOX)形成，其中X＜2。
12.根据权利要求10的方法，其中所述第一氧化硅膜形成为3～15μm的厚度。
13.根据权利要求11的方法，其中所述第二氧化硅膜形成为1～5μm的厚度。
14.根据权利要求10的方法，其中在所述形成第一氧化硅膜中，硅烷(SiH4)的流率维持在50～700sccm。
15.根据权利要求10的方法，其中在所述形成第一氧化硅膜中，硝酸(N2O)的流率维持在700～4500sccm。
16.根据权利要求10的方法，其中在所述形成第一氧化硅膜中，处理压力维持在600～1200mTorr。
17.根据权利要求10的方法，其中在所述形成第一氧化硅膜中，所述衬底的温度维持在250～450℃。
18.根据权利要求10的方法，其中在所述形成第一氧化硅膜中，RF功率维持在100～300W。
19.根据权利要求11的方法，其中在所述形成第二氧化硅膜中，硅烷(SiH4)的流率维持在50～700sccm。
20.根据权利要求11的方法，其中在所述形成第二氧化硅膜中，硝酸(N2O)的流率维持在700～4500sccm。
21.根据权利要求10的方法，其中所述去除第一氧化硅膜包括在所述聚焦栅电极上和所述聚焦栅电极内形成的所述第一氧化硅膜上涂覆感光膜；对在所述通孔之上形成的所述感光膜曝光；去除所述感光膜的已曝光部分；利用从其中去除了已曝光部分的所述感光膜作为蚀刻掩膜，湿法蚀刻所述第一氧化硅膜；以及去除所述感光膜。
22.根据权利要求21的方法，其中重复在所述去除第一氧化硅膜中包含的所有工序。
23.根据权利要求21的方法，其中在曝光所述感光膜期间，从所述衬底之下使所述感光膜受紫外线曝光。
24.根据权利要求21的方法，其中曝光所述感光膜包括在所述感光膜之上设置一掩膜，所述掩膜在对应于所述通孔的区域具有透射窗口；以及从所述掩膜之上朝向所述掩膜辐照光。
25.根据权利要求10的方法，其中所述去除栅绝缘膜包括在所述栅电极的内，在去除了所述第一氧化硅膜的直接产品上涂覆感光膜；对在所述通孔之上形成的所述感光膜的一部分曝光；去除已曝光部分的所述感光膜；利用其中去除了已曝光部分的所述感光膜作为蚀刻掩膜，湿法蚀刻所述栅绝缘膜；以及去除所述感光膜。
26.根据权利要求21的方法，其中重复在所述去除栅绝缘膜中的所有工序。
27.根据权利要求25的方法，其中在所述曝光感光膜期间，从所述衬底之下使所述感光膜受紫外线曝光。
28.根据权利要求25的方法，其中曝光所述感光膜包括在所述感光膜之上设置一掩膜，所述掩膜在对应于所述通孔的区域具有透射窗口；以及从所述掩膜之上朝向所述掩膜辐照光。
29.根据权利要求10的方法，其中形成所述聚焦栅电极，以便在所述聚焦栅电极中形成多个通孔。
30.根据权利要求9的方法，其中形成所述形成具有小于所述掩膜层的高度的碳纳米管发射器包括形成具有大于所述掩膜层的高度的碳纳米管发射器；以及通过表面处理将所述碳纳米管发射器的高度减少为低于所述掩膜层的高度。
31.根据权利要求9的方法，其中减少所述碳纳米管发射器的高度，直至所述掩膜层和所述碳纳米管发射器之间的高度差达到0.1～4μm的范围。
32.根据权利要求9的方法，其中所述掩膜层由具有102～109Ωcm的电阻率的材料层形成。
33.根据权利要求9的方法，其中所述掩膜层由掺杂有预定导电杂质的非晶硅层形成。
全文摘要
本发明提供一种含有碳纳米管发射器的场致发射显示器(FED)及其制造方法。环绕CNT发射器的栅重叠包括覆盖与CNT发射器邻接的发射器电极的掩膜层、和栅绝缘膜、栅电极、第一氧化硅膜(SiO
文档编号H01J9/02GK1728326SQ20051000649
公开日2006年2月1日 申请日期2005年1月12日 优先权日2004年7月26日
发明者崔濬熙, 安德烈·朱尔卡尼夫, 姜昊锡, 申文珍 申请人:三星Sdi株式会社