专利名称：场发射型电子源阵列及其制造方法与用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用半导体材料利用强电场发射发射电子射线的场发射型电子源及其制造方法与用途，与美国专利申请号第09/140，647号(场发射型电子源及其制造方法与用途)的改良有关，其内容构成本发明的内容的一部分。
背景技术：
发明人提出了在导电性基板上形成热氧化的多孔多晶硅层，在该热氧化的多孔多。晶硅层上形成金属薄膜构成的表面电极的平面型的场发射型电子源(日本专利特愿平10-65592号)。该场发射型电子源是相对于导电性基板以表面电极为正极，在表面电极与导电性基板之间施加直流电压，同时以表面电极作为阴极在与表面电极相对配置的集电极之间施加直流电压，以此使电子从表面电极的表面发射出的装置。
这种利用场发射型电子源的显示装置如图22所示具备与场发射型电子源10’的表面电极7相对配置的玻璃基板33，玻璃基板33的与场发射型电子源10’相对的面上形成带状的集电极31，利用从表面电极发射出的电子射线的作用发出可见光的荧光体层32覆盖中集电极31形成。在这里，场发射型电子源10’是在作为导电性基板的n型硅基板1’上形成热氧化的多孔多晶硅层6，在该多孔多晶硅层6上形成带状的表面电极7。还在n型硅基板1’的背面形成欧姆(ohmic)电极2。
在上述显示装置中，为了使面状的场发射型电子源10’的预定区域发射出电子，有必要在想要使其发射电子的区域有选择地施加电压。
为此，在这种显示装置中，如上所述在形成带状的表面电极7的同时，形成与表面电极7垂直的带状的集电极31，适当选择集电极31和表面电极7施加电压(强电场)，以此只使施加了电压的表面电极7发射出电子。然后，发射出的电子中只有与被施加电压的集电极31相对的该发射电子的表面电极7的区域发射出的电子受到加速，使覆盖该集电极31的荧光体发光。简要地说，具有图22所示结构的显示装置中，利用在特定的表面电极7与特定的集电极31之间施加电压的方法可以使荧光体层32中与被施加所述电压的两个电极7、31的交叉区域对应的部分发光。而利用适当切换施加电压的表面电极7及集电极31的方法，可以将图像和文字等加以显示。但是在上述显示装置中，为了利用场发射型电子源10’发射出的电子使荧光体层32的荧光体发光，必须对集电极31施加高电压使电子得到加速，使用场发射型电子源的显示装置通常在集电极31上施加数百乃至数千伏特的高电压。
发明内容
但是，在利用图22所示的场发射型电子源10’的显示装置中，必须对施加于集电极31的数百乃至数千伏特的高电压进行开关，对高电压进行开关时会有浪涌电压发生，因此需要高耐压的开关元件，成本也就高了。又，例如流入集电极31的集电极电流为1毫安，施加的集电极电压为1kV时，对于1个集电极31需要1W的开关元件，所需要的开关元件的数目等于集电极31的个数，仅仅开关元件就会形成巨大的装置，显然这是很不合适的。
本发明鉴于上述问题而作，其第1目的是提供不对施加高电压的集电极进行开关，而能够有选择地使表面电极的所希望的区域发射出电子的场发射型电子源及其制造方法。
为了达到上述第1目的，本发明提供给的场发射型电子源阵列具备至少在一主表面具有导电体层构成的下部电极的导电性基板，在该导电性基板的导电体层上形成的强电场漂移(drift)层，以及形成于强电场漂移层上的导电性薄膜构成的表面电极，将该导电性薄膜作为正极相对于上述导电性基板的导电体层施加电压，以此使从上述导电性基板注入上述强电场漂移层的电子漂移、通过上述导电性薄膜发射，这种场发射型电子源阵列的特征在于，所述导电性基板上的导电体层以规定的间隔形成并排延伸的多条带，另一方面，所述导电性薄膜隔着所述强电场漂移层与所述带状的导电体层相对并交叉地以规定的间隔并排延伸，形成多条带，所述强电场漂移层是氧化或氮化的多孔多晶半导体，至少在所述带状的导电体层与导电性薄膜带的相对并交叉的各位置上所述导电体层与所述导电性薄膜夹着所述强电场漂移层，构成在所述导电性基板上以规定的间隔排列的多个电子源。
利用适当选择施加电压的下部电极与表面电极的方法，只使施加电压的表面电极中与施加电压的下部电极交叉的区域发射出电子，因此能够使表面电极的所希望的区域发射出电子，而且在把集电极与表面电极相对配置构成显示装置的情况下不需要对施加于集电极的数百乃至数千伏特的高电压进行开关用的电路。因此具有使能够从表面电极的所希望的区域有选择地使电子发射出的场发射型电子源阵列低成本化和小型化的优点。
在这里，所谓导电性基板是在其主表面具有作为场发射型电子源的负极起作用的导电体层的基板，是指在真空中具有支持在其上层积的多晶半导体层的强度的基板，通常，在p型半导体的情况下意味着形成一方的主表面的p型半导体层的规定区域上形成掺杂n型杂质的导电体层的基板，在绝缘性基板的情况下意味着在其上形成金属层的基板，形成导电体层的金属层或掺杂n型杂质的导电体层在基板上以规定的间隔成带状并列形成。当然也可以把具有杂质扩散层构成的导电体层的半导体层设置于绝缘性基板上。
在半导体层上形成导电体层的情况下，最好是在导电体层之间形成与导电体层不同极性的杂质层以防止漏电流流过，通常在以p型半导体作为基板的情况下，导电体层使用n型杂质层，将其分离开的一层采用p型杂质层。为了做成大型基板，采用玻璃等绝缘性基板，导电体层可以利用蒸镀等方法形成金属膜。还有，所述带状的导电体层，宽度为数十微米到数千微米，以数百微米的间隔并列排列。在金属的情况下，其厚度为数百A到数微米，扩散层为数微米。
另一方面，所述多晶半导体层可以举出如Ⅳ族元素Si、Ge、C等的多晶体、Ⅳ-Ⅳ族化合物SiC、Ⅲ-Ⅴ族化合物GaAs、GaN、InP等、Ⅱ-Ⅵ族化合物ZnSe等各种多晶半导体，而多晶硅可以利用阳极氧化方法多孔化，其后容易利用氧化处理或氮化处理的方法在结晶体表面形成绝缘膜，形成强电场漂移层，是很理想的材料。强电场漂移层的详细情况在上述美国专利申请09/140，647号以及日本专利特愿平10-272342号、特愿平11-115707号上有记载。
强电场漂移层之间，为了防止漂移层间的漏电流，在使用具有p型半导体层的基板的情况下掺杂p型杂质，最好是在其上部设置绝缘层以阻断电流的泄漏。又可以利用蚀刻从强电场漂移层去除部分半导体，在其槽的内表面形成绝缘层，或在该蚀刻空间充填绝缘层。
还有，强电场漂移层是在导电型基板上形成多晶半导体层，再利用阳极氧化处理方法将多晶半导体层中导电体层上的部位的上部或全部多孔化，利用对该多孔化的部位进行氧化或氮化的方法形成的。将形成强电场漂移层的部分掩蔽着而将其他部分蚀刻去除，随后进行阳极氧化，就容易实现多孔化。多晶半导体为多晶硅时在导电型基板上的形成条件、阳极氧化以及氧化或氮化的条件在美国专利申请第09/140，647号中有详细叙述。
如上所述，形成强电场漂移层的多晶半导体层中，蚀刻去除相邻的强电场漂移层之间的部位，使半导体基板的主表面露出，至少在露出的半导体基板的主表面上形成绝缘膜，则能够提高相邻的强电场漂移层之间的绝缘性能。在使用硅基板作为半导体基板的情况下，最好是导电体层采用n型扩散层，绝缘层使用二氧化硅层。在理想的实施形态中，p型硅基板的主表面上形成氮化硅膜并且做成带状，p型硅基板的主表面上没有被氮化硅膜覆盖的部分利用有选择地氧化的方法形成二氧化硅层，在去除氮化硅膜后，在p型硅基板内的主表面侧在相邻的二氧化硅层之间形成n型区域，在n型区域上形成多晶半导体层，利用进行阳极氧化处理的方法使多晶半导体层多孔化，利用使该多孔化的多晶半导体层氧化的方法形成强电场漂移层，在强电场漂移层上形成与n型区域交叉的金属薄膜构成的表面电极。
但是，在所述场发射型电子源阵列中，如果导电型基板上的导电体层(例如n型区域)及强电场漂移层分别形成带状，则导电体层之间或强电场漂移层之间有可能存在漏电流，在这样的有漏电流流过的情况下，可能从未施加电压的导电体层上方的表面电极发射出电子，因此，在显示装置中成了道间串扰(cross talk)的原因，有可能阻碍所述表面电极的所希望的区域有选择地发射电子。
因此，本发明的第2目的在于提供能够谋求所述低成本化以及小型化的场发射型电子源阵列，而且能够提供可以防止漏电流，能够从表面电极的所希望的区域有选择地发射电子的场发射型电子源。
为了达到本发明的第2目的，首先，在所述场发射型电子源阵列中，导电性基板由半导体基板构成的情况下，在形成于其主表面侧的导电体层(杂质扩散层)之间设置高杂质浓度的扩散层。在扩散层之间设置高杂质浓度扩散层，防止漏电流在扩散层之间流动。
第2，在强电场漂移层之间的多晶半导体层掺杂p型杂质形成p型区域，防止强电场漂移层之间流过漏电流。在这种情况下，可以在表面电极与掺杂p型杂质的多晶半导体层的界面上插入设置绝缘层，防止从导电型基板经过多晶半导体层流到表面电极的漏电流发生。
第3，又可以取代将在强电场漂移层之间形成的多晶半导体层形成于p型区域的方法，在表面电极的部位的一部分和/或导电体层之间的部位的一部分，利用蚀刻方法去除强电场漂移层或强电场漂移层之间的多晶半导体层，以此设置在厚度方向上贯通的分离槽。在分离槽的内壁或内部形成绝缘层或充填绝缘层以提高绝缘性能，以此可以抑制在强电场漂移层之间流动的漏电流。有能够防止从导电型基板到表面电极，或在表面电极之间的漏电流。
第4，如果在半导体基板的背面设置与该半导体基板连接的背面电极，则利用该背面电极控制半导体基板的电位，能够防止导电体层之间的漏电流。
第5，在导电型基板与多晶半导体层之间设置绝缘层，则能够防止从半导体基板及半导体层通过多晶半导体层流向表面电极或邻近的强电场漂移层的漏电流发生。
还有，在导电体基板内的主表面侧形成作为杂质扩散层的导电体层的情况下，在杂质扩散区域的宽度方向两侧设置高浓度杂质层即可。杂质扩散层最好是作为n型区域设置于p型半导体基板上，因此与其相邻设置比n型区域杂质浓度高的n+层。借助于此，即使是使n型区域形成低杂质浓度，也可以利用n型区域和n+1型区域相邻的情况减小n型部分的电阻值。还有，如果在所述n+层内设置杂质浓度更高的n++层，则能够防止强电场的集中，能够谋求提高绝缘、耐压性能。
又，如果将表面电极横跨强电场漂移层配置，则会发生从强电场漂移层通过表面电极放出的电子的直进性受到损害的情况。
因此，本发明的第3个目的是提供一种场发射电子源，这种电子源能够提高保持电子的直进性，从所希望的表面电极区域有选择地发射电子的性能。
在本发明中，为了防止邻近的强电场漂移层之间的道间串扰，或去除强电场漂移层之间的多晶半导体层，或高浓度地掺杂p型杂质以提高强电场漂移层之间的绝缘程度。这些方法也有改善电子的直进性的效果，但是，为了进一步确保电子的直进性，第1，跨越强电场漂移层间的上述表面电极，多晶半导体层上的部位的宽度做得比强电场漂移层上的部位的宽度小，与表面电极的宽度在整个长度方向上为一定值的情况相比，使发出的电子的直进性有了提高。第2，所述表面电极在厚度方向上形成的与强电场漂移层不重叠的部位的厚度比与强电场漂移层重叠的部位的厚度大也能够防止电子的穿透，提高电子的直进性。第3，如果在上述表面电极与多晶半导体层之间设置绝缘膜，则能够确保发出的电子的直进性，减少道间串扰，如果上述表面电极再在与电子漂移层不重叠的部位上设置绝缘膜，则能够进一步确保电子的直进性。
还有，上述绝缘层与位于强电场漂移层间的多晶半导体层的部分形成一阶梯。由于表面电极必须使漂移经过强电场漂移层的电子通过，表面电极用金属薄膜形成。因此，在有阶梯的地方形成的金属薄膜容易断裂。因此，在绝缘层的宽度方向上的两端，越是接近端部厚度越是使厚度慢慢变薄，减小多晶半导体层表面与强电场漂移层表面的梯级差，这样是有利于防止由于设置绝缘层而引起的表面电极的断裂的。上述半导体基板如果使用硅板，则上述绝缘层可以利用LOCOS法形成，上述绝缘层可以利用MOS器件等的制造工艺中使用的LOCOS法较简单地形成，而且能够稳定地形成绝缘层的形状。又，导电型薄膜构成的表面电极把形成于强电场漂移层以外的区域的表面电极的厚度加厚，以此可以进一步防止表面电极的断裂或进一步抑制电阻的增大。而且由于表面电极膜厚度小，电阻大，流过的电流引起焦耳热，成为发热的原因，而且流经强电场漂移层内部的电流引起的焦耳热也导致发热。因此，最好是与表面电极分开另外设置用于电学连接与热学连接结合的配线用电极。该配线用电极做得比表面电极厚，以此减小表面电极的电阻，可以使工作特性稳定。该配线用电极可以与表面电极使用互不相同的材料，而且选择功能上最佳的材料。还有，在配线用的电极的下部设置绝缘层，防止电子飞入直接配线层形成的无效电流。
制造上述结构的场发射型电子源的最佳实施形态如下所述。下面依据使用半导体基板的画面进行说明，而在使用绝缘性基板的情况下，除了基板使用绝缘性基板，导电体层做成金属膜以外，可以利用同样的方法形成电子源。
本发明的电子源阵列的制造方法，具备(A)准备导电型基板，在该基板的一主表面形成以规定的间隔并排排列的多条带状的导电体层作为下部电极的工序、(B)在形成所述导电体层的基板主表面形成覆盖导电体层的多晶半导体层的工序、(C)以所述导电体层作为一电极有选择地使所述多晶半导体层的一部分阳极氧化后多孔化的工序、(D)使所述多孔化的多晶半导体层氧化或氮化的工序，以及(E)在一部分多孔化并氧化或氮化的多晶半导体层上与所述导电体层相对并交叉地以规定的间隔形成并排排列的多条带状导电性薄膜的工序。
有时将上述(B)的多晶半导体层的一部分有选择地阳极氧化形成多孔质的工序包含在多晶半导体层上形成阳极氧化用的规定区域开口的掩模材料层的形成工序。
又，上述(A)的形成多条带状的导电体层的工序，在基板是半导体的情况下最好是(a-1)对除了主表面具备p型半导体层的基板或p型半导体基板的掺杂用的规定区域外的区域进行蚀刻的工序，以及(a-2)在所述规定区域掺杂n型杂质，形成n型杂质扩散层的工序组成。
上述(A)的形成多条带状的导电体层的工序，有时还包含(a-3)在形成所述n型杂质扩散层的p型导电型基板上形成绝缘层，将所述n型杂质扩散层的规定区域的绝缘层开口的工序。
所述(B)的有选择地将多晶半导体层的一部分阳极氧化，形成多孔质的工序最好是把半导体基板的背面上设置的电极作为一电极进行阳极氧化的工序。
本发明的方法有时包含(F)在相邻的多孔多晶半导体层之间引入与形成所述导电体层的扩散层导电型相反的杂质，形成与导电体层导电型相反的多晶半导体层的工序，以及(G)在与所述导电体层导电型相反的多晶半导体层上面形成绝缘膜的工序。
利用蚀刻去除相邻的导电体层间及未形成导电性薄膜的半导体层的一部分或全部的工序有在阳极氧化工序之后进行的情况以及在上述阳极氧化工序之前进行的情况。
又，在所述阳极氧化工序之前，包含在多晶半导体层上与所述导电体层相对并交叉地形成以规定的间隔并排排列的多条带状的绝缘层的工序，利用所述阳极氧化工序沿着所述导电体层上面以规定的间隔实施多孔化。还有，上述工序中的条件也可以依据美国专利申请号第09/140，647号的内容进行。
具体的实施形态提出如下。
第1种制造方法如
图1A～图1G所示。
准备p型导电性半导体基板1(图1A)，形成规定的掩模9，在该开口部8掺杂n型杂质，以规定的间隔把作为下部电极起作用的导电体层8做成条状(图1B)。
接着，把多晶半导体层3迭层(图1C)。在这里，多孔质化的部分以外用第1掩模16-1覆盖(图1D)，在基板1的背面形成电极层2之后，以该电极层2作为阳极，浸入电解液中以恒定电流进行电解，对规定的区域进行阳极氧化，就如6所示形成多孔质(图1E)。还把该多孔质化的区域的结晶氧化或氮化作为强电场漂移层6。还有，附图中整个强电场漂移层6表示为氧化或氮化的多孔质多晶半导体，但是有时也采用因电解条件上方部分氧化或氮化的多孔质多晶半导体。
在包含该强电场漂移层6的多晶半导体层3上面形成作为表面电极起作用的金属薄膜7(图1F)在该金属薄膜7的强电场漂移层6以外的部分还形成第2掩模的绝缘膜16-2，确保放出的电子的直进性(图1G)。
第2种制造方法是从第1种方法的图1B分支出来连接于图2A到图4D、图4E的工序所示的方法。
掺杂n型杂质在半导体基板1上形成导电体层8之后，暂时去除掩模9(图2A)，接着将多晶半导体层3迭层(图2B)。在这里，多孔质化以外的部分以第1掩模16-1覆盖(图2C)，在基板1的背面形成电极层2之后，以该电极层2为阳极，浸入电解液中以恒定电流进行电解，对规定的区域进行阳极氧化，就如6所示形成多孔质(图2D)。还把该多孔质化的区域的结晶氧化或氮化作为强电场漂移层6。以第3掩模16-3覆盖该多晶半导体层3的强电场漂移层6(图2E)，利用蚀刻去除强电场漂移层以外的多晶半导体层，蚀刻去除的强电场漂移层6间堆积绝缘层9(图2F)，去除强电场漂移层6上的第3掩模的绝缘膜16-3(图4D)，在其表面形成作为表面电极起作用的金属薄膜7(图4E)，形成电子源。
第3种制造方法是从第1种方法的图1C分支出来，连接到图3A到图3F的工序所示的方法。
掺杂n型杂质，在半导体基板1上形成导电体层8之后(图1B)，将多晶半导体层3迭层(图1C)，在这里，多孔质化的部分以外以第3掩模16-3覆盖(图3A)，强电场漂移层以外的多晶半导体层以蚀刻方法去除(图3B)，接着，去除强电场漂移层6上面的第3掩模的绝缘膜16-3(图3C)，在基板的背面形成电极层2之后，以该电极层2为阳极，浸入电解液中以恒定电流进行电解，对规定的区域进行阳极氧化，就如6所示形成多孔质(图3D)。还把该多孔质化的区域的结晶氧化或氮化作为强电场漂移层6。在该多晶半导体层3的强电场漂移层6上形成作为表面电极起作用的金属薄膜7(图3E)，在该金属薄膜7的强电场漂移层6以外的部分再形成第2掩模的绝缘膜16-2，以确保电子的直进性(图3F)，形成电子源。
第3种方法的另一种是从第2种方法分支出来，连接于图2G→图2C→图2D→图2H→图2I的工序所示的方法。
掺杂n型杂质，在半导体基板1上形成导电体层8后暂时去除掩模9(图2A)，将多晶半导体层3迭层(图2B)，在这里，多孔质化的部分以外的部分用第3掩模16-3覆盖(图2G)，在这里，在多孔质化的部分以外的部分掺杂p型杂质，除去掩模16-3，以第1掩模16-1覆盖多孔质化的部分以外的部分(图2C)，在基板1的背面形成电极层2之后，以该电极层2为阳极，浸入电解液中以恒定电流进行电解，对规定的区域进行阳极氧化，就如6所示形成多孔质(图2D)。还把该多孔质化的区域的结晶氧化或氮化作为强电场漂移层6。
在包含该强电场漂移层6的多晶半导体层3上形成作为表面电极起作用的金属薄膜7(图2H)，在该金属薄膜7的强电场漂移层6以外的部分再形成第2掩模的绝缘膜16-2，以确保发出的电子的直进性(图2I)。
第4种制造方法是从第1种方法的图1E分支出来，连接于图4A到图4E的工序所示的方法。
去除在图1E进行阳极氧化，再氧化或氮化形成强电场漂移层6的多晶半导体层3上面的第1掩模16-1(图4A)，再以第3掩模16-3覆盖在该多晶半导体层3的强电场漂移层6上(图4B)，用蚀刻方法去除强电场漂移层以外的多晶半导体层(图4C)，去除强电场漂移层6上面的第3掩模的绝缘膜16-3(图4D)，在其上形成作为表面电极起作用的金属薄膜7(图4E)，形成电子源。
第5制造方法是图5A至图5I的工序所示的方法。
在p型硅基板1的主表面一侧形成呈带状的预备掩模14(图5B)，接着，利用LOCOS法形成硅氧化膜构成的绝缘层15(图5C)，以该绝缘层15作为掩模在p型硅基板1的主表面一侧导入n型杂质，以此形成带状的n型区域8(图5D)，其后在n型区域上及绝缘层上形成多晶半导体层3(图5E)，以第1掩模16-1覆盖阳极氧化以外的部分(图5F)，把n型区域8作为电极使用，把多晶半导体层3中n型区域上的部位用阳极氧化处理使其多孔质化(图5G)，再使多孔质化的多晶半导体层氧化以形成强电场漂移层6，其后，跨越强电场漂移层和多晶半导体层上方形成由带状的导电性薄膜构成的表面电极(图5H)。最后，再在该金属薄膜7的强电场漂移层6以外的部分形成第2掩模的绝缘膜16-2，以确保发出的电子的直进性(图5I)。
上述方法把利用LOCOS法形成的硅氧化膜构成的绝缘层作为掩模，在p型硅基板的主表面一侧导入n型杂质，以此可以形成呈带状的n型区域(导电体层)，因此，不需要另外的形成用于形成n型区域的掩模用的工序，而且能够提高n型区域与绝缘层的相对位置的位置精度。又，把n型区域作为电极使用，利用阳极氧化处理使多晶半导体层中n型区域上的部位多孔质化，再利用使多孔质化的多晶半导体层氧化或氮化的方法，能够形成强电场漂移层，因此，能够提高n型区域与强电场漂移层的位置精度，结果是，能够只从表面电极的所希望的区域发射出电子，并且能够提供相邻的强电场漂移层间绝缘的场发射型电子源。
第6种方法是从第1种方法的图1B分支出来，从图6A至图6F，连接于图4D、图4E的工序所示的方法。
掺杂n型杂质，在半导体基板1上形成导电体层8后暂时去除第1掩模16-1(图6A)，在相邻的导电体层8间形成掺杂高浓度p型杂质的高浓度层17后进行分离，同时在导电体层的两端形成越往内部杂质的n型杂质浓度越高的双重迭层18、19，使导电体层的电阻下降。其他与图2的情况相同，接着将多晶半导体层3迭层(图6B)，在这里，多孔质化的部分以外的部分用第1掩模16-1覆盖(图6C)，在基板1的背面形成电极层2之后，以该电极层2为阳极，浸入电解液中以恒定电流进行电解，对规定的区域进行阳极氧化，就如6所示形成多孔质(图6D)。还把该多孔质化的区域的结晶氧化或氮化作为强电场漂移层6。再以第3掩模16-3覆盖在该多晶半导体层3的强电场漂移层6上(图6E)，用蚀刻方法去除强电场漂移层以外的多晶半导体层(图6F)，去除强电场漂移层6上面的第3掩模的绝缘膜16-3(图4D)，在其上形成作为表面电极起作用的金属薄膜7(图4E)，形成电子源。
附图概述图1A～图1G是本发明第1种方法的工序的说明图。
图2A～图2I是本发明第2种方法及第3种方法的另一方法的工序的说明图。
图3A～图3F是本发明第3种方法的工序的说明图。
图4A～图4E是本发明第4种方法的工序的说明图。
图5A～图5I是本发明第5种方法的工序的说明图。
图6A～图6F是本发明第6种方法的工序的说明图。
图7是实施形态1的概略结构图。
图8是图7的要部的立体图。
图9是图7的剖面的侧面图。
图10A～图10F是实施形态1的主要工序说明图。
图11是实施形态2的概略结构图。
图12是图11的要部的立体图。
图13是图11的剖面的侧面图。
图14A～图14D是实施形态2的主要工序说明图。
图15是实施形态3的概略结构图。
图16是图15的剖面的侧面图。
图17A～图17F是实施形态3的主要工序说明图。
图18是实施形态4的概略结构图。
图19是图18的剖面的侧面图。
图20A～图20E是实施形态4的主要工序说明图。
图21A～图21D是继续图20的实施形态4的主要工序说明图。
图22是以往提出的显示装置的概略结构图。
图23是实施形态5的概略结构图。
图24是实施形态6的概略结构图。
图25A～图25C是表示实施形态7的场发射型电子源的一部分的平面图、剖面的侧面图、C-C线剖面图。
图26A～图26C是表示实施形态8的场发射型电子源的一部分的平面图、剖面的侧面图、C-C线剖面图。
图27A、图27B是表示实施形态9的场发射型电子源的一部分的平面图、剖面的侧面图、C-C线剖面图。
图28A、图28B是表示实施形态9的场发射型电子源的要部放大的平面图、B-B线剖面图。
图29A、图29B是表示实施形态9的场发射型电子源的变形例的要部放大的平面图、B-B线剖面图。
图30A～图30C是表示实施形态10的场发射型电子源的一部分的平面图、剖面的侧面图、C-C线剖面图。
图31A～图31C是表示实施形态11的场发射型电子源的一部分的平面图、剖面的侧面图、C-C线剖面图。
图32A～图32F是实施形态12的主要工序说明图。
图33是实施形态13的概略结构图。
图34是实施形态14的概略结构图。
图35A～图35D是实施形态15的主要工序说明图。
图36A～图36D是实施形态16的主要工序说明图。
图37是实施形态17的概略结构图。
本发明的最佳实施方式实施形态1图7是利用本实施形态的场发射型电子源10的显示装置的概略结构的立体图，与场发射型电子源10相对配设玻璃基板33。玻璃基板33的与场发射型电子源10相对的一侧表面形成集电极31，集电极31上涂布着能够在场发射型电子源10发射的电子的作用下发出可见光的荧光体层32。而且，玻璃基板33使用未图示的玻璃制隔片等与场发射型电子源10形成一体，使玻璃基板33、隔片和场发射型电子源10围成的内部空间达到规定的真空度。
场发射型电子源10如图1～图3所示，具备p型硅基板1、形成于p型硅基板1的作为多晶半导体层的多晶硅层3、在p型硅基板1内的主表面侧形成的呈带状的n型区域8、多晶硅层3中形成于n型区域8上的部位的氧化的多孔质多晶硅构成的强电场漂移层6、以及与在多晶硅层3上形成带状，与n型区域8正交(交叉)的金属薄膜构成的表面电极7。还有，在本实施形态中，表面电极7使用金，但是表面电极7的材料不限于金，只要是功函数小的金属即可，除了金以外，还可以使用铝、铬、钨、镍、铂等，或这些金属的合金等。又，在本实施形态中，表面电极7的膜厚采用10nm，但是对于膜厚没有特别限定。又，n型区域8的载流子浓度采用1×1018cm3～5×1019cm3。
于是，在本实施形态的场发射型电子源10中，呈带状的n型区域8与垂直于n型区域8的呈带状的表面电极7构成矩阵(matrix)，因此适当选择施加电压的n型区域8与表面电极7，能够使施加电压的表面电极7中只是与施加电压的n型区域8交叉的区域发射出电子，所以能够只使表面电极7的所希望的区域发射电子。而且，与n型区域8的连接如图2所示是把强电场漂移层6的一部分蚀刻掉，使其露出n型区域8的部分表面形成，利用导线W连接的。
而且，在构成如图7所示的显示装置的情况下，没有必要像图22所示的显示装置那样把集电极31做成带状，不需要用于开关施加在集电极31上的数百到数千伏特的高压的电路，可以谋求低成本化及小型化。
还有，在本实施形态的场发射型电子源10中，n型区域8与表面电极7间施加的电压为10伏特到30伏特左右。
下面参照图10A～图10F对本实施形态的场发射型电子源10的制造方法加以说明。
首先，在p型硅基板1的主表面上设置热扩散用或离子注入用的掩模，在p型硅基板1内的主表面侧利用热扩散技术或离子注入技术导入磷等掺杂物(dopant)，以形成带状的n型区域8，去除所述掩模从而得到图4A所示的结构。
接着，在形成n型区域8的p型硅基板1的主表面上利用LPCVD法形成膜厚1.5微米的不掺杂的多晶硅层3，以此得到图10B所示的结构。在这里，LPCVD法的成膜条件采用基板温度610℃，SiH4气体流量为600sccm，真空度为20Pa。而多晶硅层3的成膜方法不限于LPCVD法，也可以采取利用例如溅射法或等离子体CVD法形成非晶态硅层后，对该非晶态硅层进行退火处理使其结晶，形成多晶硅层3的方法。
接着，在多晶硅层3上涂布光刻胶(photo-resist)，利用光刻法(photolithography)技术在n型区域8的上方部位开孔，形成带状图案的光刻胶层9，得到如图10所示的结构。
接着，使用由55重量％的氟化氢水溶液与乙醇以1∶1混合的冷却到0℃的电解液，以白金电极(未图示)为负极，p型硅基板1(p型硅基板的背面形成未图示的欧姆电极)为正极，所述光刻胶层9用作阳极氧化处理的掩模，利用一边对多晶硅层3的露出部分进行光照射一边以恒定电流进行阳极氧化处理的方法，部分地(呈带状地)形成多孔质多晶硅层5，然后去除所述光刻胶层9，以得到图10D所示的结构。在这里，本实施形态中阳极氧化处理的条件是，电流密度为20mA/cm2的恒定电流、阳极氧化时间为15秒钟，同时在阳极氧化处理中以500W的钨灯进行光照射。而且在本实施形态中阳极氧化处理时的电流密度为恒定值，多孔质多晶硅层5的空隙度大致均匀，但是也可以利用改变阳极氧化处理时的电流密度的方法形成空隙度高的多晶硅层与空隙度低的多晶硅层交叉迭层的结构，还可以做成空隙度在厚度方向上连续变化的结构。还有，在本实施形态中在厚度方向上使多晶硅层3多孔质化深达p型硅基板1，但是也可以使多晶硅层3多孔质化到该多晶硅层3的厚度方向的中途。
接着，使用电灯退火装置，在干燥的氧气中使多孔质多晶硅层5迅速热氧化(RTO)，以形成热氧化的多孔质多晶硅构成的强电场漂移层6，得到图10E所示的结构。在这里，迅速热氧化的条件是，氧化温度取900℃，氧化时间取1小时。
然后，在形成强电场漂移层6的多晶硅层3上利用具有带状开口图案的金属掩模以蒸镀法形成金属薄膜(金的薄膜)，以此形成金属薄膜构成的带状的表面电极7，得到图10所示结构的场发射型电子源10。而表面电极7的图案形成方法可以采用光刻技术及蚀刻技术，也可以采用光刻技术及搬走(lift-off)技术。
于是，本实施形态的场发射型电子源的制造方法可以提供能够只从表面电极7的所希望的区域发射电子的场发射型电子源10。
还有，在阳极氧化处理时利用光刻胶层9作为掩模，但是也可以利用做成带状的氧化钙膜和氮化硅膜，在利用氧化钙膜和氮化硅膜时，不需要在阳极氧化处理之后去除掩模的工序。
实施形态2图11是表示利用本实施形态的场发射型电子源10的显示装置的立体图，与场发射型电子源10相对配设玻璃基板33。玻璃基板33的与场发射型电子源10相对的一侧表面形成集电极31，集电极31上涂布着能够在场发射型电子源10发射的电子的作用下发出可见光的荧光体层32。而且，与实施形态1相同的结构要素采用相同的符号标示。
但是，在图1～图3所示的实施形态1的结构的场发射型电子源10中，虽然极少但是还是可能发生电子通过介于强电场漂移层6间的多晶硅层3漂移的情况，在这种情况下，没有被施加电压的n型区域8的上方的表面电极7发射出电子，因此有可能导致显示装置中发生道间串扰(cross talk)。
本实施形态的场发射型电子源10具备防止这种不良情况发生的结构。本实施形态的场发射型电子源10如图11～图13所示，具备p型硅基板1、形成于p型硅基板1内的主表面侧的呈带状的n型区域8、形成于n型区域8上的氧化的多孔质多晶硅构成的强电场漂移层6、在强电场漂移层6的侧壁形成的多晶硅层3、以及形成于多晶硅层3间的p型多晶硅层3’。又，强电场漂移层6、多晶硅层3、以及p型多晶硅层3’构成多晶半导体层，该多晶半导体层上形成呈带状的，与n型区域8正交(交叉)的金属薄膜构成的表面电极7。还有，强电场漂移层6的侧壁形成多晶硅层3，但不是一定需要该多晶硅层3，上述多晶半导体层也可以只由强电场漂移层6及p型多晶硅层3’构成。
也就是说，本实施形态在强电场漂移层6间形成p型多晶硅层3’，因此，如果在p型多晶硅层3’与n型区域8之间施加反向偏压，则能够防止电子从n型区域8向p型多晶硅层3’注入，能够使相邻的强电场漂移层6之间电气绝缘。因此，能够防止在施加电压的n型区域8的相邻的n型区域8上的强电场漂移层6发生漏电流，所以在n型区域8与表面电极7之间施加电压时能够可靠地只使电流流向n型区域8与表面电极7交叉的区域。
又，在本实施形态的场发射型电子源10中，呈带状的n型区域8与垂直于n型区域8的呈带状的表面电极7构成矩阵(matrix)，因此适当选择施加电压的n型区域8与表面电极7，能够使施加电压的表面电极7中只是与施加电压的n型区域8交叉的区域发射出电子，所以能够只使表面电极7的所希望的区域发射电子。而且，与n型区域8的连接如图12所示是把强电场漂移层6的一部分蚀刻掉，使其露出n型区域8的部分表面形成，利用导线W连接的。
而且，在构成如图11所示的显示装置的情况下，没有必要像图22所示的显示装置那样把集电极31做成带状，不需要用于开关施加在集电极31上的数百到数千伏特的高压的电路，可以谋求低成本化及小型化。
下面参照图14A～图14D对本实施形态的场发射型电子源10的制造方法加以说明。
首先，与实施形态1相同，在p型硅基板1内的主表面侧利用热扩散技术或离子注入技术导入磷等掺杂物，以形成带状的n型区域8，接着，在形成n型区域8的p型硅基板1的主表面上利用LPCVD法形成膜厚1.5微米的不掺杂的多晶硅层3，然后，利用阳极氧化处理使n型区域8上的部分多孔质化，利用急剧热氧化的方法形成热氧化的多孔质多晶硅构成的强电场漂移层6，得到图14A所示的结构。
接着，涂布光刻胶，在强电场漂移层6上留下形成带状图案的光刻胶层12，得到如图14B所示的结构。亦即光刻胶层12形成带状。
接着，以光刻胶层12为掩模，利用离子注入技术将硼等的离子注入强电场漂移层6间的多晶硅层3，以形成p型多晶硅层3’，然后去除光刻胶层12，得到图14C所示的结构。在这里，由于在强电场漂移层6的侧壁残留有多晶硅层3构成的侧壁层，所以由强电场漂移层6、多晶硅层3及p型多晶硅层3’构成多晶半导体层。还有，在将光刻胶层12当作掩模进行离子注入时如果形成光刻胶层12使多晶硅层3构成的侧壁层不残留下来，则可以由强电场漂移层6与p型多晶硅层3’构成多晶半导体层。接着，在多晶半导体层的上部利用LPCVD法形成氧化硅构成的膜厚为0.5微米的绝缘层16之后，利用蚀刻方法把强电场漂移层6上的绝缘层16的一部分蚀刻掉。
接着在多晶半导体层上利用具有带状的开口图案的金属掩模以蒸镀法形成金属薄膜，以此形成金属薄膜构成的带状的表面电极7，得到图14D所示结构的场发射型电子源10。而表面电极7的图案形成方法可以采用光刻技术及蚀刻技术，也可以采用光刻技术及搬走(lift-off)技术。
实施形态3图15是表示利用本实施形态的场发射型电子源10的显示装置的概略结构的立体图，与场发射型电子源10相对配设玻璃基板33。玻璃基板33的与场发射型电子源10相对的一侧表面形成集电极31，集电极31上涂布着能够在场发射型电子源10发射的电子的作用下发出可见光的荧光体层32。而且，与实施形态1相同的结构要素采用相同的符号标示。
但是，在图7～图9所示的实施形态1的结构的场发射型电子源10中，虽然极少但是还是可能发生电子通过介于强电场漂移层6间的多晶硅层3漂移的情况，在这种情况下，没有被施加电压的n型区域8的上方的表面电极7发射出电子，因此有可能导致显示装置中发生道间串扰。
本实施形态的场发射型电子源10具备防止这种不良情况发生的结构。本实施形态的场发射型电子源10如图15与图16所示，具备p型硅基板1、形成于p型硅基板1内的主表面侧的呈带状的n型区域8、形成于n型区域8上的氧化的多孔质多晶硅构成的强电场漂移层6、在相邻的强电场漂移层6间硅基板1上形成的氧化硅膜构成的绝缘膜13、以及在强电场漂移层6上形成带状，与n型区域8交叉的金属薄膜构成的表面电极7。还有，表面电极7也形成于绝缘膜13上。
也就是说，本实施形态在强电场漂移层6间形成绝缘膜13，因此，相邻的强电场漂移层6间由介于两者间的绝缘膜13在电学上使其分离，所以能够防止在相邻的强电场漂移层6发生漏电流。
要而言之，在本实施形态的场发射型电子源10中，呈带状的n型区域8与垂直于n型区域8的呈带状的表面电极7构成矩阵，因此适当选择施加电压的n型区域8与表面电极7，能够使施加电压的表面电极7中只是与施加电压的n型区域8交叉的区域发射出电子，所以能够只使表面电极7的所希望的区域发射电子。
而且，在构成如图15所示的显示装置的情况下，没有必要像图22所示的显示装置那样把集电极31做成带状，不需要用于开关施加在集电极31上的数百到数千伏特的高压的电路，可以谋求低成本化及小型化。
下面参照图17A～图17F对本实施形态的场发射型电子源10的制造方法加以说明。
首先，与实施形态1相同，在p型硅基板1内的主表面侧利用热扩散技术或离子注入技术导入磷等掺杂物，以形成带状的n型区域8，接着，在形成n型区域8的p型硅基板1的主表面上利用LPCVD法形成膜厚1.5微米的不掺杂的多晶硅层3，然后，利用阳极氧化处理使n型区域8上的部分多孔质化，利用急剧热氧化的方法形成热氧化的多孔质多晶硅构成的强电场漂移层6，得到图17A所示的结构。
接着，涂布光刻胶，在强电场漂移层6上留下形成图案的光刻胶层12，得到如图17B所示的结构。亦即光刻胶层12形成带状。
接着，以光刻胶层12为掩模，利用反应性离子蚀刻技术将强电场漂移层6间的多晶硅层3蚀刻掉。而且，在本实施形态中光刻胶层12的宽度比强电场漂移层6的宽度大，因此在强电场漂移层6的侧壁残留有多晶硅层3的一部分。在这里，利用反应性离子蚀刻技术进行蚀刻的条件是，氧气流量4sccm，CHF3气体的流量为16sccm，真空度8.3Pa，放电功率100W(放电功率密度为0.3W/cm2)。然后，利用去除光刻胶层12的方法得到图17C所示的结构。还有，多晶硅层3的蚀刻方法不限于反应性离子蚀刻技术，也可以采用例如使用氩气等的离子蚀刻技术。
接着，利用等离子体CVD法等方法形成氧化硅膜构成的绝缘膜13覆盖p型硅基板1的主表面侧的整个表面，以此得到图17D所示的结构。在这里，氧化硅膜的成膜条件是，基板温度225℃、SiH4气体的流量为50sccm、N2O气体的的流量为875sccm、真空度为133Pa、放电功率为150W(放电功率密度0.05W/cm2)。
接着利用蚀刻去除强电场漂移层6上的绝缘膜13的方法得到图17E所示的结构。
接着在p型硅基板1的主表面侧形成金属薄膜(金的薄膜)构成的带状表面电极7，以此得到图17F所示的结构的场发射型电子源10。
实施形态4图18是表示使用本实施形态的场发射型电子源10的显示装置的概略结构的立体图，与场发射型电子源10相对配设玻璃基板33。玻璃基板33的与场发射型电子源10相对的一侧表面形成集电极31，集电极31上涂布着能够在场发射型电子源10发射的电子的作用下发出可见光的荧光体层32。而且，与实施形态1相同的结构要素采用相同的符号标示。
但是，在图1～图3所示的实施形态1的结构的场发射型电子源10中，虽然极少但是还是可能发生电子通过介于强电场漂移层6间的多晶硅层3漂移的情况，在这种情况下，没有被施加电压的n型区域8的上方的表面电极7发射出电子，因此有可能导致显示装置中发生道间串扰。
本实施形态的场发射型电子源10具备防止这种不良情况发生的结构。本实施形态的场发射型电子源10如图18与图19所示，具备p型硅基板1、形成于p型硅基板1内的主表面侧的呈带状的n型区域8、形成于n型区域8上的氧化的多孔质多晶硅构成的强电场漂移层6、在相邻的n型区域8间形成的氧化硅层15、以及在强电场漂移层6上形成带状，与n型区域8垂直的金属薄膜构成的表面电极7。
也就是说，本实施形态在强电场漂移层6间形成氧化硅层15，因此，能够防止在相邻的强电场漂移层6发生漏电流。
要而言之，在本实施形态的场发射型电子源10中，呈带状的n型区域8与垂直于n型区域8的呈带状的表面电极7构成矩阵，因此适当选择施加电压的n型区域8与表面电极7，能够使施加电压的表面电极7中只是与施加电压的n型区域8交叉的区域发射出电子，所以能够只使表面电极7的所希望的区域发射电子。
而且，在构成如图18所示的显示装置的情况下，没有必要像图22所示的显示装置那样把集电极31做成带状，不需要用于开关施加在集电极31上的数百到数千伏特的高压的电路，可以谋求低成本化及小型化。
下面参照图20及图21对本实施形态的场发射型电子源10的制造方法加以说明。
首先，在p型硅基板1的主表面上利用等离子体CVD法形成氮化硅膜14，然后，利用光刻法(photolithography)技术及蚀刻技术将氮化硅膜14做成带状图案，得到如图20A所示的结构。在这里，氮化硅膜14的成膜条件是，基板温度300℃、SiH4气体的流量为30sccm、N2气体流量为450sccm、NH3气体流量为30sccm、真空度为67Pa、放电功率为500W(放电功率密度0.17W/cm2)。
接着利用在水蒸气中将形成带状氮化硅膜14的p型硅基板1湿式氧化的方法有选择地只使p型硅基板1的主表面的没有被氮化硅膜14覆盖的部分氧化，以此形成氧化硅层15，得到图20B所示的结构。
接着，利用蚀刻方法去除氮化硅膜14，得到图20C所示的结构。
然后以氧化硅层15作为掩模，用离子注入方法注入磷等，以在p型硅基板1内的主表面侧形成带状的n型区域，得到图20D所示的结构。
接着，在n型区域8上及氧化硅层15上利用LPCVD法形成多晶硅层3，以此得到图20E所示的结构。但是，多晶硅层3中形成于n型区域8上的膜为多晶硅膜，而形成于氧化硅层15上的膜为非晶态硅膜。
接着，利用蚀刻方法只将氧化硅层15上的非晶态硅去除，以此得到图21A所示的结构。
然后，使用由55重量％的氟化氢水溶液与乙醇以1∶1混合的冷却到0℃的电解液，以白金电极(未图示)为负极，p型硅基板1(p型硅基板的背面形成未图示的欧姆电极)为正极，利用一边进行光照射一边以恒定电流进行阳极氧化处理的方法，将多晶硅层3多孔质化，形成多孔质多晶硅层5，得到图21B所示的结构。还有，在阳极氧化处理时，氧化硅层15也被上述电解液蚀刻，上述电解液对氧化硅层15的蚀刻速率是每一分钟0.14微米左右，而阳极氧化时间是10秒～30秒，因此只要把氧化硅层15的膜厚设定为0.5微米左右，就能够可靠地起掩模的作用。
接着，使用电灯退火装置，在干燥的氧气中使多孔质多晶硅层5迅速热氧化(RTO)，以形成热氧化的多孔质多晶硅构成的强电场漂移层6，得到图21C所示的结构。迅速热氧化的条件是，氧化温度取900℃，氧化时间取1小时。
然后，在p型硅基板1的主表面侧以蒸镀法形成金属薄膜，将此金属薄膜做成与n型区域8垂直的带状，作为表面电极7，得到图21D所示结构的场发射型电子源10。
实施形态5本实施形态的场发射型电子源10的基本结构与上述实施形态所示的所述结构大致相同，如图23所示，具备作为导电性基板的p型硅基板1、形成于p型硅基板1内的主表面侧的呈带状的n型区域8(扩散层)、形成于n型区域8上，从n型区域8注入的电子漂移的氧化的多孔质多晶硅构成的强电场漂移层6、形成于强电场漂移层6间的多晶硅层3、以及在与n型区域8交叉的方向上形成带状，而且跨越强电场漂移层6及多晶硅层3上形成的导电性薄膜构成的表面电极7。而且，强电场漂移层6和上述结构一样，可以采用下述方法形成，亦即在p型硅基板1的主表面侧的整个面上形成多晶硅层3之后，对该多晶硅层3的一部分进行阳极氧化处理使其多孔质化，再利用快速热氧化的方法使其氧化。
还有，在本实施形态中，表面电极7使用Cr/Au，但是表面电极材料不限于Cr/Au，只要是功函数小的金属和导电性膜(例如ITO膜)即可，金属也可以使用铝、铬、钨、镍、铂等以及这些金属的合金等。又，本实施形态中表面电极7的膜厚采用10nm，但是该膜厚没有特别限定。
因此，在本实施形态的场发射型电子源10中，呈带状的n型区域8与垂直于n型区域8的呈带状的表面电极7构成矩阵，因此适当选择施加电压的n型区域8与表面电极7，能够使施加电压的表面电极7中只是与施加电压的n型区域8交叉的区域发射出电子，所以能够只使表面电极7的所希望的区域发射电子。
而且，在利用本实施形态的场发射型电子源10构成显示装置的情况下，只要与场发射型电子源10相对配设图23中未图示的，与上述结构相同的玻璃基板33即可。在这里，在玻璃基板33的与场发射型电子源10相对的一侧表面形成集电极31，集电极31上涂布着能够在场发射型电子源10发射的电子的作用下发出可见光的荧光体层32即可。玻璃基板33又可以采用未图示的玻璃制造的隔片等与场发射型电子源10形成一体。使玻璃基板33、隔片及场发射型电子源10包围的内部空间达到规定的真空度。
在构成这样的显示装置的情况下，没有必要像图25所示的显示装置那样把集电极31做成带状，不需要用于开关施加在集电极31上的数百到数千伏特的高压的电路，可以谋求低成本化及小型化。
还有，在本实施形态的场发射型电子源10中，n型区域8与表面电极7间施加的电压为10伏特到30伏特左右。
下面对构成本实施形态的场发射型电子源10的特征的部分加以说明。
本实施形态的场发射型电子源10在p型硅基板1内的主表面侧在n型区域8之间的大致中间处设置作为高杂质浓度p型区域的p++型区域17。因此，利用设置p++型区域17的方法，能够防止漏电流流入n型区域8之间。
又，在p型硅基板1内的主表面侧，n型区域8的宽度方向的两侧设置有与n型区域8相邻，而且具有比n型区域8更高的杂质浓度的作为n+层的n+扩散层18，n+扩散层18内设置具有比n+扩散层18更高的杂质浓度的作为n++层的n++扩散层19。因此，即使把n型区域的杂质浓度做得小，也能够由于n型区域8与n+扩散层18相邻而使n型部分的电阻值减小。而且由于在n+扩散层18内设置比n+扩散层18杂质浓度更高的n++扩散层19，能够防止p型硅基板1的主表面侧发生强电场集中的情况，可以谋求提高绝缘电压。
又，由于在p型硅基板1的背面设置作为背面电极的欧姆电极2，所以能够利用欧姆电极2控制p型硅基板1的电位，以此可靠地防止发生漏电流流向n型区域8间的情况。
在多晶硅层3的表面电极7间的部位的一部分，设置在厚度方向贯通的分离槽3a。而且，分离槽3a的开口形状是长方形，做成与表面电极7长度方向一致，宽度方向与强电场漂移层6的长度方向一致。以此，能够抑制漏电流流往强电场漂移层6间及表面电极7间的情况的发生。
还有在本实施形态的场发射型电子源10中，在p型硅基板1和多晶硅层3之间设置利用LOCOS法形成的绝缘层15。亦即绝缘层15的形状是，在厚度方向上以一部分埋入p型基板1的形式形成，宽度方向上的两端部分越是接近端部其厚度越是慢慢变薄。于是，即使在p型硅基板1和多晶硅层3之间设置绝缘层15，也能够减少多晶硅层3的表面和强电场漂移层6的表面的梯级差，能够防止由于设置绝缘层15而造成的表面电极7的断裂。而且LOCOS法众所周知是在MOS器件等的制造工艺中使用的元件分离技术，利用LOCOS法形成绝缘层15，能够比较简单地减小晶片内、晶片间的绝缘层15的形状偏差。
又，在p型硅基板1的主表面侧的整个面形成多晶硅层3，利用阳极氧化处理使该多晶硅层3多孔质化以形成强电场漂移层6的情况下，相对于白金电极的负极，可以利用n型区域8作为电极(正极)，进行阳极氧化处理时多晶硅层3上不必设置保护膜，制造容易。
表面电极7在多晶硅层3上设置宽度比位于强电场漂移层6上的部位小的窄宽度部分7a。亦即将在多晶硅层3上的部位(窄宽度部7a)的宽度做得比在强电场漂移层6上的部位的宽度小，因此，在使用于显示器装置等时，与表面电极7的宽度在整个长度方向上为一定值时相比，能够使未施加电压的n型区域8上方的表面电极7发射出电子的情况减少，提高电子的直进性，因此能够减少道间串扰(cross talk)。
而且在表面电极7与多晶硅层3之间设置绝缘膜，以此也能够提高电子的直进性，因此能够减少道间串扰。
下面对本实施形态的场发射型电子源10的制造方法简单说明作为特征的工序。
在p型硅基板1的主表面上利用等离子体CVD法等形成氮化硅膜后，利用光刻法技术及蚀刻技术将氮化硅膜做成带状图案，再利用在水蒸气中将形成带状氮化硅膜的p型硅基板1的主表面侧湿式氧化的方法有选择地只使p型硅基板1的主表面的没有被氮化硅膜14覆盖的部分氧化，以此形成氧化硅膜构成的绝缘层15。也就是说，利用LOCOS方法形成绝缘层。然后利用蚀刻方法去除氮化硅膜，然后以绝缘层15作为掩模，利用离子注入方法注入磷等，以此在p型硅基板1内的主表面侧形成带状的n型区域8。接着，在n型区域8上及绝缘层15上利用LPCVD法等形成多晶硅层3，然后，使用由55重量％的氟化氢水溶液与乙醇以1∶1混合的冷却到0℃的电解液，以白金电极(未图示)为负极，n型区域8为正极，利用一边进行光照射一边以恒定电流进行阳极氧化处理的方法，将n型区域8上的多晶硅层3多孔质化，形成多孔质多晶硅层，使用电灯退火装置，在干燥的氧气中使多孔质多晶硅层迅速热氧化(RTO)，以形成热氧化的多孔质多晶硅构成的强电场漂移层6。然后，在p型硅基板1的主表面侧以蒸镀法形成金属薄膜，将此金属薄膜做成与n型区域8垂直的带状，作为表面电极7。
还有，在本实施形态中，导电性基板采用p型硅基板1，扩散层采用n型区域8，但是导电性基板不限于p型硅基板，扩散层也不限于n型区域8，形成带状的扩散层只要是电气上相互分离，同时与导电性基板在电气上分离即可。
实施形态6本实施形态的场发射型电子源10的基板结构与图23所示的结构大致相同，如图24所示，其特征在于，表面电极7的宽度在整个长度方向上做成一定值，在厚度方向上在与电子漂移层6不重叠的部位上设置绝缘膜21。而且，与实施形态1相同的结构要素采用相同的符号标示。
于是，本实施形态的场发射型电子源10，在表面电极7的厚度方向上在与电子漂移层6不重叠的部位上设置绝缘膜21，借助于此，使得在使用于显示装置等时没有被施加电压的n型区域8的上方的表面电极7发射出电子的情况减少，能够提高电子的直进性，减少道间串扰。
还有，代替设置绝缘膜21的方法，采用将表面电极7在与电子漂移层6不重叠的部位的厚度做得比与电子漂移层6重叠的部位的厚度大，以使在用于显示装置等时没有被施加电压的n型区域8的上方的表面电极7发射出电子的情况减少，能够提高电子的直进性，减少道间串扰。
实施形态7本实施形态的电子源如图25A～25C所示，包含由n型硅基板1的一个面上形成的多孔质多晶硅构成的强电场漂移层6、设置得覆盖住强电场漂移层6的一部分的低功函数的，耐氧化性能优异的厚度为10nm的金的表面电极7、形成于硅基板1的背面的厚度为0.5微米的铝的背面电极2、以及连接表面电极7与端子电极71的配线用的电极72。配线用的电极72与端子电极71均以厚度1．5微米的铝形成，配线用的电极72设置得与表面电极7电气连接，配线用的电极72与强电场漂移层6之间形成厚度为0.5微米的氧化硅构成的绝缘层16。
而且在本实施形态中，由于在表面电极7之外另外设置厚度大因而电阻低的配线用的电极72，所以能够使电子发射效率提高或是工作电压降低，发热减少，动作速度提高，减少在平面内电子发射效率和发射的电流密度的变化，而且能够减少由于表面电极3的断裂造成的动作不良，进而在使用于显示装置等时提高性能、质量及制造成品率。
又在配线用的电极72与强电场漂移层6之间形成厚度为0.5微米的氧化硅构成的绝缘层16，因此，能够消除电子从强电场漂移层6直接飞入配线层而产生的无效电流，因此，设置配线用的电极72能够谋求电子发射效率的进一步提高。
而且由于配线用的电极72与端子电极71的厚度、材料都相同，所以在形成端子电极71时可以同时形成配线用的电极72，因此即使是另外设置配线用的电极72，也不增加制作工序。
又在厚度10微米左右的表面电极7之外另外设置厚度大的配线用的电极72，因此能够利用配线用的电极72有效地散发在强电场漂移层6发生的焦耳热，能够提高电子源在时间变化过程中的稳定性。
利用以厚度大的配线用的电极72包围在表面电极7的周边，散热性能提高了，能够进一步提高电子源在时间变化过程中的稳定性。
实施形态8本实施形态的电子源如图26A～26C所示，包含由p型硅基板1的一个面上形成的多孔质多晶硅构成的强电场漂移层6、设置得覆盖住强电场漂移层6的一部分的低功函数的，耐氧化性能优异的厚度为10nm的金的表面电极7、形成于硅基板1的背面的厚度为0.5微米的铝的背面电极2、以及连接表面电极7与端子电极71的配线用的电极72。配线用的电极72与端子电极71均以厚度1．5微米的铝形成，配线用的电极72设置得与表面电极7电气连接，而作为强电场漂移层6的材料的多孔质多晶硅除了一部分外都从配线用的电极72的下部被去除，配线用的电极72的大部分夹在形成于平滑的硅基板1上的厚度0.5微米的氧化硅构成的绝缘层16之间。
在本实施形态中，除了实施形态7的优点外，还由于把作为强电场漂移层6的材料的多孔质多晶硅除了一部分外都从配线用的电极72的下部去除，所以不是在表面凹凸大的多晶硅上，而是在平滑的硅基板1表面上形成配线用电极72，因此能够防止断线和电阻的增大，与实施形态7相比，能够进一步使电子发射效率提高或是使工作电压降低，发热减少，动作速度提高，减少在平面内电子发射效率和发射的电流密度的变化，而且能够减少由于表面电极3的断裂造成的动作不良，进而能够在使用于显示装置等时提高性能、质量及制造成品率。
实施形态9本实施形态如图27A、B所示，在基板、例如硅基板1上形成矩阵状的由多孔质多晶硅构成的强电场漂移层6，同时在各强电场漂移层6的表面形成与实施形态7、8相同厚度的金构成的表面电极7，再与同一横列的各表面电极7对应地、与各横列并行地形成形成配线用的电极72。配线用的电极72由与实施形态7、8相同厚度的铝构成，与对应的表面电极7如图28A、B所示通过与表面电极7大致相同厚度的结合电极73电气连接，同时在各强电场漂移层6发生的热量能够通过结合电极73及硅基板1传递放热。配线用的电极72的下部形成有绝缘层16。
上述情况下表面电极7通过结合电极73与配线用的电极72结合，但是也可以如图29A、B所示，形成配线用的电极72将表面电极7包围起来，将表面电极7与配线用的电极72电气连接，在这种情况下该配线用的电极72能够得到更好的散热效果。
实施形态10下面参照图30A～C对本实施形态的强电场发射型电子源加以说明。
该场发射电子源由p型硅基板1、形成于p型硅基板1主表面的呈带状的n型区域(扩散层)8、形成于p型硅基板1的背面的膜厚为0.5微米的铝质的背面电极(欧姆电极)2、在p型硅基板1的表面用例如LPCVD法形成的多晶硅层(半导体结晶层)3、利用一边对多晶硅层3的一部分进行光照射一边进行阳极氧化处理的方法，使其多孔质化后再急剧热氧化形成的多孔质多晶硅层(电场漂移层)6、设置得覆盖住多晶硅层3及各多孔质多晶硅层6一部分的而形成的表面电极7、以及为了把表面电极7电气连接于外部电路而利用例如蒸镀法在多晶硅层3的表面形成的厚度约为1．5微米的铝质的端子电极71构成。在这里，表面电极7由利用例如蒸镀法在多晶硅层3及多孔质多晶硅层6的表面形成的膜厚约为10nm的金构成的金属薄膜7a与利用例如蒸镀法在多晶硅层3的区域形成的金属薄膜7a的表面形成的膜厚约为1.5微米的铝质的金属薄膜7b构成。而多孔质多晶半导体层由多孔质多晶硅层6构成。又在多孔质多晶硅层6以外的部分的多晶硅层3与表面电极7之间形成绝缘层16。
在本实施形态中，在p型硅基板1上形成n+扩散层构成的导电体层，以此作为导电性基板，而导电性基板构成场发射型电子源的负极，同时在真空中支持多孔质多晶硅层6，而且向多孔质多晶硅层6注入电子。因此，导电性基板只要能够构成场发射型电子源的负极，支持多孔质多晶硅层6即可，所以不限定于p型硅基板1，在玻璃等绝缘性基板的表面形成导电性薄膜的导电性基板也可以。
在这里，作为强电场漂移层的多孔质多晶硅层6是将多晶硅层3的一部分多孔质化，再利用急剧热氧化的方法形成的，因此多晶硅层3与多孔质多晶硅层6的表面大致形成于相同的平面。
在这里，表面电极7a跨越形成构成强电场漂移层的多孔质多晶硅层6的n型硅基板1的表面的多孔质多晶硅层6以外的部位与多孔质多晶硅层6形成，由于多孔质多晶硅层6以外的部位与多孔质多晶硅层6形成于同一平面，所以能够把金属薄膜7a形成于没有梯级差的区域，因此，与把金属薄膜形成于具有梯级差的部位的情况相比，不容易发生导线断裂的情况，能够抑制电阻的增加。
又，在多孔质多晶硅层6的表面形成的金属薄膜7a为了防止到达多孔质多晶硅层6表面的电子在金属薄膜7a中散射，膜厚做得非常薄，但是，形成于多孔质多晶硅层6以外的区域的金属薄膜7b的膜厚没有必要做得薄，因此金属薄膜7b的膜厚做得比金属薄膜7a的膜厚大，能够更好地防止金属薄膜7b的断裂，可以更好地抑制电阻的增加。又由于在多孔质多晶硅层6以外的多晶硅层3与表面电极7之间设置绝缘层16，能够提高电子的直进性，因此也具有减小道间串扰的效果。
如上所述，由于能够抑制构成表面电极7的金属薄膜7a、7b电阻的增大，可以减少由于电流流过表面电极7而在表面电极7产生的热量，能够减少由于放热而造成的损失，防止电子发射效率的下降。又，如果表面电极7的电阻增大，则电流流过表面电极7而产生的电压降增大，实际施加于多孔质多晶硅层6的电压比施加于端子电极71与背面电极2之间的工作电压低，因此必须将工作电压提高这一点，而利用抑制电阻增大的方法能够防止工作电压增高。而且，在表面电极7发生的电压降因场所而不同，表面电极7的电阻大的情况下，电子发射效率和发射的电流密度有可能因场所而有偏差，但是由于对表面电极7电阻的增大加以抑制，能够防止发生电子发射效率和发射的电流密度因场所而发生偏差，再者，一旦表面电极7的电阻增大，电气时间常数也增大，因此工作速度变慢，利用抑制电阻增大的方法能够防止工作速度变慢。
表面电极7构成场发射型电子源的正极，以表面电极7作为正极、n型区域8为负极施加电压，能够使从n型区域8注入的电子通过多孔质多晶硅层6漂移，到达多孔质多晶硅层6表面的电子由于隧道效应而从金属薄膜7a的表面发射出。因此，由施加于n型区域8与金属薄膜7a之间的直流电压得到的电子的能量减去金属薄膜7a的功函数得到的能量就是发射出的电子的理想能量，因此金属薄膜7a的功函数越小越好。又，一旦金属薄膜7a被氧化，在金属薄膜7a的表面形成氧化膜，通过金属薄膜7a发射出的电子的电子发射功率变小，因此金属薄膜7a的材料最好是耐氧化性能良好的金属。在本实施形态中，金属薄膜7a使用金，但并不是说金属薄膜限定于金，只要是功函数小而且耐氧化性好的金属都可以，除了金以外，也可以使用铂、铱、铑、钌等和这些金属的合金等。又，在金属薄膜7a表面的多孔质多晶硅层6以外的区域形成的金属薄膜7b最好是低电阻率材料，在本实施形态中金属薄膜7b使用铝，但是金属薄膜7b也不限于铝，只要是电阻率低的金属即可。还有，金属薄膜7a、7b和电极71、72的膜厚并不限定于上述数值。
又如上所述，多晶硅层3的表面上形成的表面电极7b与端子电极71的材料相同，两个电极7b、71的厚度大致相同，因此两个电极7b、71可以在一个工序形成。
实施形态11下面根据图31A～图31C对本实施形态加以说明。上述实施形态10的强电场发射型电子源中，表面电极7由形成于多晶硅层3及多孔质多晶硅层6的表面的例如金构成的金属薄膜7a和形成于金属薄膜7a的多晶硅层3的区域的例如铝构成的金属薄膜7b构成，但是在本实施形态的强电场发射型电子源中，表面电极7由利用例如蒸镀法在多孔质多晶硅层6表面形成的膜厚约10nm的金构成的金属薄膜7a和利用例如蒸镀法在多晶硅层3表面形成的膜厚约1.5微米的铝构成的金属薄膜7b构成。还有，表面电极7以外的结构和实施形态10相同，因此，相同的结构要素采用相同的符号标示，省略其说明。
与实施形态10一样，多晶硅层2与多孔质多晶硅层3的表面大致形成于相同的平面，所以能够把金属薄膜7a、7b形成于没有梯级差的区域，与把金属薄膜7a、7b形成于具有梯级差的部位的情况相比，不容易发生导线断裂的情况，能够抑制电阻的增加。
如实施形态10所述，表面电极7构成场发射型电子源的正极，以表面电极7为正极，以n型区域8为负极施加电压，以使从n型区域8注入的电子通过多孔质多晶硅层6漂移，到达多孔质多晶硅层6表面的电子借助于隧道效应从金属薄膜7a的表面发射出。因此，由施加于n型区域8与金属薄膜7a之间的直流电压得到的电子的能量减去金属薄膜7a的功函数得到的能量就是发射出的电子的理想能量，因此金属薄膜7a的功函数越小越好。又，一旦金属薄膜7a被氧化，在金属薄膜7a的表面形成氧化膜，则通过金属薄膜7a发射出的电子的电子发射效率变小，因此金属薄膜7a的材料最好是耐氧化性能良好的金属。在本实施形态中，金属薄膜使用金，但并不是说金属薄膜限定于金，只要是功函数小而且耐氧化性好的金属都可以，除了金以外，也可以使用铂、铱、铑、钌等和这些金属的合金等。又，在多孔质多晶硅层3以外的区域形成的金属薄膜4b最好是低电阻率材料，在本实施形态中金属薄膜4b使用铝，但是金属薄膜4b也不限于铝，只要是电阻率低的金属即可。还有，金属薄膜7a、7b和电极71、72的膜厚并不限定于上述数值。
实施形态12下面参照图32A～图32F对本实施形态的场发射型电子源的制造方法加以说明。在本实施形态中导电性基板使用p型硅基板1(电阻率为0.1欧姆厘米的(100)基板)。
首先，在n型硅基板1的主表面形成带状的n型区域(n+导电体层)8，在其背面形成欧姆电极2之后，利用LPCVD法形成覆盖n型区域8的膜厚1.5微米的无掺杂的多晶硅层3，以此得到图32A所示的结构。在这里，LPCVD法的成膜条件是，基板温度610℃，SiH4气体流量为600sccm，真空度为20Pa。而多晶硅层3的成膜方法不限于LPCVD法，也可以采取利用例如溅射法或等离子体CVD法形成非晶态硅层后，对该非晶态硅层进行退火处理使其结晶，形成多晶硅层的方法。其他半导体也可以使用同样的方法。
接着，在多晶硅层3利用等离子体CVD法形成膜厚1微米的氧化硅层4，以此得到如图36B所示的结构。氧化硅层4的成膜条件是，基板温度225℃，SiH4气体流量为50sccm，N2O气体流量为875sccm、真空度为133Pa、放电功率为150W(放电功率密度为0.05W/cm2)。而氧化硅层4的成膜方法不限于等离子体CVD法，也可以采取利用热氧化法等方法。
接着，采用光刻技术及蚀刻技术使多晶硅层3形成图案，以此得到图32C所示的结构。
接着，使用由55重量％的氟化氢水溶液与乙醇以1∶1混合的冷却到0℃的电解液，以白金电极(未图示)为负极，n型硅基板1(欧姆电极2)为正极，利用一边对多晶硅层3的露出部分进行光照射一边以恒定电流进行阳极氧化处理的方法，部分地形成多孔质多晶硅层5，得到图32D所示的结构。在本实施形态中，阳极氧化处理的条件是，电流密度为20mA/cm2的恒定值、阳极氧化时间为15秒钟，同时在阳极氧化处理中以500W的钨灯进行光照射，以形成膜厚1微米的多孔质多晶硅层5。在本实施形态中，使多孔质化到达多晶硅的厚度方向上的途中，但也可以使多孔质化到达n型硅基板1的深度。而且在本实施形态中阳极氧化处理时的电流密度为恒定值，多孔质多晶硅层5的空隙度大致均匀，但是也可以利用改变阳极氧化处理时的电流密度的方法形成空隙度高的多晶硅层与空隙度低的多晶硅层交叉迭层的结构，还可以做成空隙度在厚度方向上连续变化的结构。
还有，在阳极氧化处理时，氧化硅层4也被上述电解液蚀刻，氧化硅层4的膜厚是1微米，而上述电解液对氧化硅的蚀刻速率是每一分钟0.14微米左右，阳极氧化时间是15秒，因此，氧化硅层4能够可靠地起掩模的作用。
接着，利用迅速热氧化(RTO)法，使多孔质多晶硅层5氧化到规定的深度(也就是使多孔质多晶硅层5的一部分氧化)以此得到图32E所示的结构。迅速热氧化的条件是，氧化温度取900℃，氧化时间取1小时。还有，在本实施形态中，使多孔质多晶硅层5的一部分氧化，但是也可以使其全部氧化。
然后，在多孔质多晶硅层6及多晶硅层3上利用金属掩模以蒸镀法形成金的薄膜，此金的薄膜形成与n型区域8交叉的带状，从而形成金的薄膜构成金属薄膜7(表面电极)，得到图32F所示结构的场发射型电子源10。在本实施形态中，金属薄膜7使用金，但并不是金属薄膜7限定于金，只要是功函数小的金属都可以，除了金以外，也可以使用铝、铬、钨、镍、铂等，或这些金属的合金等。又，在本实施形态中，金的薄膜的膜厚采用10nm，但是对于膜厚没有特别限定。
将上述场发射型电子源10引入真空室(未图示)内在与金属薄膜7相对的位置上配置集电极(未图示)，使真空室的真空度为5×10-5Pa，以金属薄膜7作为正极，以n型区域8作为负极，在两级间施加20V的直流电压，同时以集电极作为正极，以金属薄膜7作为负极，在两级间施加100V的直流电压，借助于此，能够观察到从金属薄膜7的表面向集电极发射电子的情况。还有，背面电极2最好是取比n型区域还要低的负电位。
于是，在本实施形态的场发射型电子源的制造方法中，将利用光刻技术及蚀刻技术形成图案的氧化硅层4作为掩模进行阳极氧化处理以形成多孔质多晶硅层5，因此能够提高多孔质多晶硅层5的形成的图案的精度，又，氧化的多孔质多晶硅层6与金属薄膜7的接触面积由氧化硅层4的精度决定，因此能够以低成本提高电子发射面积的形成图案的精度。
还有，在本实施形态中，导电性基板使用p型硅基板1(电阻率为10欧姆厘米的(100)基板)，但是导电性基板不限于使用p型硅基板1，也可以使用例如在玻璃基板等上形成导电性薄膜(例如铬薄膜和ITO薄膜)的基板等，与使用p型硅基板1等半导体基板的情况相比，能够实现大面积化及低成本化。
实施形态13图33是使用实施形态12的场发射型电子源10的平面发光装置的大概结构图。与实施形态12相同的结构要素采用相同的符号标示并省略其说明。
本实施形态的平面发光装置具备场发射型电子源10和与场发射型电子源10的金属薄膜7相对配置的透明电极31，透明电极31上涂布有能够在场发射型电子源10发射的电子射线的作用下发出可见光的荧光体32。而且，透明电极31由透明导电膜构成，玻璃基板构成的透明板33。这里，形成透明电极31及荧光体32的透明板33通过隔片34与场发射型电子源10形成一体，使透明板33、隔片34和场发射型电子源10围成的内部空间达到规定的真空度。
因此，可以利用场发射型电子源10发射电子使荧光体32发光，可以使荧光体32发出的光通过透明电极31及透明板33在外部显示。
在本实施形态的平面发光装置中，相对于金属薄膜7将透明电极31作为正极，在透明电极31与金属薄膜7之间施加1kV的直流电压Vc，同时以场发射型电子源10的金属薄膜7为正极，有选择地在与金属薄膜7之间施加20V的直流电压Vps，以此得到与所选择的交点对应的发光图案。亦即在本实施形态中由于使用将多孔质多晶半导体层氧化的强电场漂移层6构成的电子源，所以电子在金属薄膜7的面内大致均匀地向着大致垂直的方向发射，因此没有必要设置在已有的平面发光装置中使用的会聚电极，结构简单了，同时也能够降低成本。又，在本实施形态中场发射型电子源10的电子发射面积(area)的图案精度高，因此能够实现发光不均匀少的平面发光装置。特别是在本实施形态中，使欧姆电极2相对于n+导电体层8带负电位，所以能够防止导电体层之间发射漏电流，因而更加理想。
实施形态14图34表示将实施形态12的场发射型电子源10使用于显示装置情况下的大概结构。在本实施形态中，如图34所示，在带状的n+导电体层8上分别形成热氧化的多孔质多晶硅层6及与n+导电体层8的带状图案交叉、分别形成带状的金属薄膜7。又具备与场发射型电子源10的金属薄膜7相对配置的透明电极31，在透明电极31上涂布着能够在场发射型电子源10发射出的电子射线的作用下发出可见光的荧光体32。又，透明电极31由透明导电膜构成，形成于玻璃基板构成的透明板33上。在这里，本实施形态中利用将n+区域8与金属薄膜7相互垂直配置的方法形成矩阵。亦即n+区域8与金属薄膜7交叉的区域分别与一像素(pixel)对应。因此，利用施加电压的金属电极7与施加电压的n+区域的组合，能够只使特定的像素发光。
因此，在本实施形态的显示装置中，场发射型电子源的电子发射面积的图案精度高，能够实现高清晰度的显示装置。
实施形态15下面参照图35A～D对本实施形态的场发射型电子源的制造方法加以说明。
首先，在绝缘性基板11的主表面上形成带状的下部电极12之后，在绝缘性基板11的主表面侧的整个面上利用LPCVD法形成覆盖下部电极12的膜厚1．5微米的无掺杂的多晶硅层3，以此得到图35A所示的结构。而且，多晶硅层3的表面大致平坦。在这里，LPCVD法的成膜条件是，基板温度610℃，SiH4气体流量为600sccm，真空度为20Pa。而多晶硅层3的成膜方法不限于LPCVD法，也可以采取利用例如溅射法或等离子体CVD法形成非晶态硅层后，对该非晶态硅层进行退火处理使其结晶，形成多晶硅层的方法。
接着，在多晶硅层3上利用等离子体CVD法形成膜厚1微米的氧化硅层4。氧化硅层4的成膜条件是，基板温度225℃，SiH4气体流量为50sccm，N2O气体流量为875sccm、真空度为133Pa、放电功率为150W(放电功率密度为0.05W/cm2)。而氧化硅层4的成膜方法不限于等离子体CVD法，也可以采取利用热氧化法等方法。形成上述氧化硅层4之后，采用光刻技术及蚀刻技术使氧化硅层4形成与下部电极12垂直的带状图案，以此得到图35B所示的结构。
接着，使用由55重量％的氟化氢水溶液与乙醇以1∶1混合的冷却到0℃的电解液，以白金电极(未图示)为负极，下部电极12为正极，利用一边对多晶硅层3的露出部分进行光照射一边以恒定电流进行阳极氧化处理的方法，形成带状多孔质多晶硅层5。在本实施形态中，阳极氧化处理的条件是，电流密度为20mA/cm2的恒定电流、阳极氧化时间为15秒钟，同时在阳极氧化处理中以500W的钨灯进行光照射，以形成膜厚1微米的多孔质多晶硅层5。而且在阳极氧化处理时，氧化硅层4也被上述电解液蚀刻，氧化硅层4的膜厚是1微米，而上述电解液对氧化硅层4的蚀刻速率是每一分钟0.14微米左右，阳极氧化时间是15秒，因此，氧化硅层4能够可靠地起掩模的作用。接着，利用迅速热氧化(RTO)法，使多孔质多晶硅层5氧化到规定的深度(也就是使多孔质多晶硅层5的一部分氧化)，以此形成热氧化的多孔质多晶硅层6，得到图35C所示的结构。迅速热氧化的条件是，氧化温度取900℃，氧化时间取1小时。还有，在本实施形态中，使多孔质多晶硅层5的一部分氧化，但是也可以使其全部氧化。
然后，在绝缘性基板11的主表面侧利用金属掩模以蒸镀法形成金的薄膜，此金的薄膜形成与下部电极12的带状图案垂直的带状薄膜，从而形成金的薄膜构成金属薄膜7，得到图35D所示结构的场发射型电子源10。在本实施形态中，金属薄膜7使用金，但并不是金属薄膜7限定于金，只要是功函数小的金属都可以，除了金以外，也可以使用铝、铬、钨、镍、铂等，或这些金属的合金等。又，在本实施形态中，金属薄膜7的膜厚采用10nm，但是该膜厚没有特别限定。还有，在本实施形态中金属薄膜7构成上部电极。
在本实施形态中，将利用光刻技术及蚀刻技术形成图案的氧化硅层4作为掩模进行阳极氧化处理，以形成多孔质多晶硅层5，因此能够提高多孔质多晶硅层5的图案精度，又，氧化的多孔质多晶硅层6与金属薄膜7的接触面积由氧化硅层4的图案精度决定，因此能够以低成本提高电子发射面积的图案精度。
还有，在本实施形态的场发射型电子源10中，下部电极12与上部电极7分别有选择地施加电压，借助于此，可以只使特定像素发射电子。
实施形态16下面参照图36A～D对本实施形态的场发射型电子源的制造方法加以说明。本实施形态的制造方法与实施形态15大致相同，其特征在于氧化硅层4的图案形状，因此对与实施形态15相同之处只作简单说明。
首先，在绝缘性基板11的主表面上形成带状的下部电极12之后，在绝缘性基板11的主表面侧的整个面上利用LPCVD法形成覆盖下部电极12的膜厚1.5微米的无掺杂的多晶硅层3，以此得到图36A所示的结构。
接着，在多晶硅层3上利用等离子体CVD法形成膜厚1微米的氧化硅层4之后，采用光刻技术及蚀刻技术使氧化硅层4形成在下部电极12的上方沿着下部电极12的长度方向在每一规定的间隔开口的格子状图案，以此得到图36B所示的结构。
接着，使用由55重量％的氟化氢水溶液与乙醇以1∶1混合的冷却到0℃的电解液，以白金电极(未图示)为负极，下部电极12为正极，利用一边对多晶硅层3的露出部分进行光照射一边以恒定电流进行阳极氧化处理的方法，形成多孔质多晶硅层5。接着，利用迅速热氧化(RTO)法，使多孔质多晶硅层5氧化到规定的深度，以此形成热氧化的多孔质多晶硅层6，得到图36C所示的结构。
然后，在绝缘性基板11的主表面侧利用金属掩模以蒸镀法形成金的薄膜，此金的薄膜形成与下部电极12的带状图案垂直的带状薄膜，从而形成金的薄膜构成的金属薄膜7，得到图36D所示结构的场发射型电子源10。在本实施形态中，金属薄膜7使用金，但并不是金属薄膜7限定于金，只要是功函数小的金属都可以，除了金以外，也可以使用铝、铬、钨、镍、铂等，或这些金属的合金等。又，在本实施形态中，金属薄膜7的膜厚采用10nm，但是该膜厚没有特别限定。还有，在本实施形态中金属薄膜7构成上部电极。
在本实施形态中，将利用光刻技术及蚀刻技术形成图案的氧化硅层4作为掩模进行阳极氧化处理，以形成多孔质多晶硅层5，因此能够提高多孔质多晶硅层5的图案精度，又，氧化的多孔质多晶硅层6与金属薄膜7的接触面积由氧化硅层4的图案精度决定，因此能够以低成本提高电子发射面积的图案精度。
又，在本实施形态的场发射型电子源10中，下部电极12与上部表面电极7分别有选择地施加电压，借助于此，可以只使特定像素发射电子。又在多孔质多晶硅层6以外的金属薄膜7的下部设置绝缘层9，因此道间串扰和电子的直进性也得到改善，是理想的实施形态。
实施形态17图37表示将实施形态5的场发射型电子源10使用于显示装置的情况下的概略图。在本实施形态中，如图37所示，具备与场发射型电子源10的金属薄膜7相对配置的透明电极31，透明电极31上涂布有能够在场发射型电子源10发射的电子射线的作用下发出可见光的荧光体32。而且，透明电极31由透明导电膜构成，形成玻璃基板构成的透明板33。在本实施形态中，透明电极31在同一面内形成阵列状，各透明电极31形成矩阵，与金电极7中热氧化的多孔质多晶硅层6上形成的部位相对。透明电极31及荧光体32形成的透明板33通过隔片(未图示)与场发射型电子源10形成一体，使透明板33和隔片及场发射型电子源10围成的内部空间达到规定的真空度。因此，利用施加电压的金属电极7(下称上部电极7)与下部电极12的组合可以只使特定像素发射电子射线，只使与该像素相对配置的荧光体32发光，可以使荧光体32发出的光通过透明电极31及透明板33在外部显示。
而且在本实施形态，使透明电极31与上部电极7相对作为正极，在透明电极31与上部电极7之间施加1kV的直流电压，同时以上部电极7为正极，上部电极7与下部电极12之间施加20V的直流电压，借助于此，能够只使与特定的电子源的像素对应的荧光体32发光。
在本实施形态中场发射型电子源10的电子发射面积(area)的图案精度由氧化硅层4的图案精度决定，因此电子发射面积的图案精度高，能够实现高清晰度显示。
工业应用性由上述说明可知，采用本发明能够从表面电极的所希望的区域发射出电子，而且在使集电极与表面电极相对配置的构成显示装置的情况下，不需要施加在集电极上的数百伏特乃至数千伏特的高压在开关时用的电路。因此，能够使表面电极的所希望的区域有选择地发射电子的高精度的场发射型电子源阵列能够实现低成本化及小型化。
权利要求
1．一种场发射型电子源阵列，具备至少在一主表面具有导电体层构成的下部电极的导电性基板、在该导电性基板的导电体层上形成的强电场漂移层，以及形成于强电场漂移层上的导电性薄膜构成的表面电极，将该导电性薄膜作为正极相对于上述导电性基板的导电体层施加电压，以此使从上述导电性基板注入上述强电场漂移层的电子漂移、通过上述导电性薄膜发射，其特征在于，所述导电性基板上的导电体层以规定的间隔形成并排延伸的多条带，另一方面，所述导电性薄膜隔着所述强电场漂移层与所述带状的导电体层相对并交叉地以规定的间隔并排延伸，形成多条带，所述强电场漂移层是氧化或氮化的多孔多晶半导体，至少在所述带状的导电体层与导电性薄膜带的相对并交叉的各位置上所述导电体层与所述导电性薄膜夹着所述强电场漂移层，构成在所述导电性基板上以规定的间隔排列的多个电子源。
2．根据权利要求1所述的场发射型电子源阵列，其特征在于，所述导电性基板由半导体基板或具有半导体层的绝缘性基板构成，以规定的间隔并列配置的导电体层由杂质扩散层构成。
3．根据权利要求1所述的场发射型电子源阵列，其特征在于，所述导电性基板是绝缘板，所述导电体层由金属层构成。
4．根据权利要求2所述的场发射型电子源阵列，其特征在于，在所述导电体层之间设有与导电体层不同导电型的高浓度杂质。
5．根据权利要求4所述的场发射型电子源阵列，其特征在于，所述导电性基板是p型半导体基板，所述杂质扩散层是掺杂n型杂质的扩散层，所述高浓度杂质层是p型杂质层。
6．根据权利要求2所述的场发射型电子源阵列，其特征在于，在所述导电性基板上以规定的间隔形成的导电体层之间，形成用于切断漏电流的绝缘层，所述漏电流是从导电性基板通过多晶半导体层到导电性薄膜或从导电体层流向相邻的强电场漂移层的漏电流。
7．根据权利要求2所述的场发射型电子源阵列，其特征在于，所述杂质扩散层具备用于减小电阻值，其宽度方向的两侧有相同导电性的浓度更高的杂质扩散层。
8．根据权利要求7所述的场发射型电子源阵列，其特征在于，所述高浓度的杂质层是其内部浓度更高的双层结构的杂质层。
9．根据权利要求1所述的场发射型电子源阵列，其特征在于，所述强电场漂移层是将所述导电性基板上的多晶半导体层的一部分多孔化并氧化或氮化形成的半导体层，其周围由掺杂与构成所述导电体层的扩散层不同导电型的杂质的多晶半导体层或未掺杂的多晶半导体层包围，该多晶半导体层的上方以绝缘层覆盖。
10．根据权利要求1所述的场发射型电子源阵列，其特征在于，所述强电场漂移层是将所述导电性基板的导电体层上的多晶半导体层的一部分多孔化后再氧化或氮化形成的半导体层，去除导电性基板的导电体层之间及/或未形成导电性薄膜的半导体层的一部分或全部，在形成的槽的内表面形成或充填绝缘层构成。
11．根据权利要求2所述的场发射型电子源阵列，其特征在于，所述导电性基板由半导体基板构成，在与设置所述杂质扩散层的主表面相反侧的主表面形成电极构成。
12．根据权利要求1所述的场发射型电子源阵列，其特征在于，所述半导体基板是硅基板，在其上形成的多晶半导体层是多晶硅。
13．根据权利要求1所述的场发射型电子源阵列，其特征在于，所述强电场漂移层沿着所述导电体层的上面形成带状。
14．根据权利要求1所述的场发射型电子源阵列，其特征在于，所述强电场漂移层沿着所述导电体层以规定的间隔形成。
15根据权利要求13或14所述的场发射型电子源阵列，其特征在于，所述强电场漂移层是所述多晶半导体层的一部分被氧化或氮化的多孔多晶半导体层。
16．根据权利要求1所述的场发射型电子源阵列，其特征在于，所述强电场漂移层与此外的其他部位大致齐平地形成于所述导电性基板上，所述导电性薄膜跨越延伸到强电场漂移层与此外的其他部位。
17．根据权利要求1所述的场发射型电子源阵列，其特征在于，在所述强电场漂移层上与其交叉地配置的带状导电性薄膜构成的表面电极在所述强电场漂移层上以外的区域宽度狭小。
18．根据权利要求1所述的场发射型电子源阵列，其特征在于，在所述强电场漂移层上与其交叉地配置的带状导电性薄膜构成的表面电极在强电场漂移层以外的区域的导电性薄膜的下部或上部具备绝缘层。
19．根据权利要求6或18所述的场发射型电子源阵列，其特征在于，所述绝缘层以LOCOS法形成，其宽度方向上越往两端越薄。
20．根据权利要求1所述的场发射型电子源阵列，其特征在于，在所述强电场漂移层上与其交叉地配置的带状导电性薄膜构成的表面电极，夹着所述强电场漂移层的区域以外的部分膜厚比夹着所述强电场漂移层的区域的部分大。
21．根据权利要求1所述的场发射型电子源阵列，其特征在于，所述导电性薄膜具有用于电连接和热连接的配线用电极。
22．根据权利要求1所述的场发射型电子源阵列，其特征在于，对着与场发射型电子源阵列相对配置的电极发射电子，使设置于该电极的上部或下部的荧光体发光、形成图像的。
23．一种场发射型电子源阵列的制造方法，其特征在于，具备(A)准备基板，在该基板的一主表面形成以规定的间隔并排排列的多条带状的导电体层作为下部电极的工序、(B)在形成所述导电体层的基板主表面形成覆盖导电体层的多晶半导体层的工序、(C)以所述导电体层作为一电极有选择地使所述多晶半导体层的一部分阳极氧化后多孔化的工序、(D)使所述多孔化的多晶半导体层氧化或氮化的工序，以及(E)在一部分多孔化并氧化或氮化的多晶半导体层上与所述导电体层相对并交叉地以规定的间隔形成并排排列的多条带状导电性薄膜的工序。
24．根据权利要求23所述的场发射型电子源阵列的制造方法，其特征在于，(B)有选择地使多晶半导体层的一部分阳极氧化后多孔化的工序包含在导电性基板上及/或多晶半导体层上形成阳极氧化用的规定的区域开口的掩模材料层或绝缘层的工序。
25．根据权利要求23所述的场发射型电子源阵列的制造方法，其特征在于，(A)形成多条带状的导电体层的工序还包含(a-1)对除了主表面具备p型半导体层的基板或p型半导体基板的掺杂用的规定区域外的区域进行蚀刻的工序，以及(a-2)在所述规定区域掺杂n型杂质，形成n型杂质扩散层的工序。
26．根据权利要求23所述的场发射型电子源阵列的制造方法，其特征在于，(A)形成多条带状的导电体层的工序还包含(a-3)在形成所述n型杂质扩散层的p型导电型基板上形成绝缘层，将所述n型杂质扩散层的规定区域的绝缘层开口的工序。
27．根据权利要求23所述的场发射型电子源阵列的制造方法，其特征在于，(B)有选择地将多晶半导体层的一部分阳极氧化，多孔化的工序是把半导体基板的背面上设置的电极作为一电极进行阳极氧化的工序。
28．根据权利要求23所述的场发射型电子源阵列的制造方法，其特征在于，还包含(F)在相邻的多孔多晶半导体层之间引入与形成所述导电体层的扩散层导电型相反的杂质，形成与导电体层导电型相反的多晶半导体层的工序、(G)在与所述导电体层导电型相反的多晶半导体层上面形成绝缘膜的工序。
29．根据权利要求23所述的场发射型电子源阵列的制造方法，其特征在于，在所述阳极氧化工序之后，(h-1)利用蚀刻手段去除相邻的导电体层之间的半导体层的、以及未形成导电性薄膜的半导体层的一部分或全部。
30．根据权利要求23所述的场发射型电子源阵列的制造方法，其特征在于，在所述阳极氧化工序之前(h-2)利用蚀刻手段去除相邻的导电体层之间的半导体层的、以及未形成导电性薄膜的半导体层一部分或全部。
31．根据权利要求29或30所述的场发射型电子源阵列的制造方法，其特征在于，在所述蚀刻过的半导体部分形成或充填绝缘层。
32．根据权利要求23所述的场发射型电子源阵列的制造方法，其特征在于，在所述阳极氧化工序之前，包含在多晶半导体层上与所述导电体层相对并交叉地形成以规定的间隔并排排列的多条带状的绝缘层的工序，利用所述阳极氧化工序沿着所述导电体层上面以规定的间隔实施多孔化。
33．根据权利要求23所述的场发射型电子源阵列的制造方法，其特征在于，半导体基板或半导体层是硅，所述绝缘层是二氧化硅。
34．根据权利要求33所述的场发射型电子源阵列的制造方法，其特征在于，绝缘层利用LOCOS法形成。
全文摘要
本发明提供能够使表面电极的所希望的区域发射出电子的场发射型电子源及其制造方法,场发射型电子源10具备作为导电性基板的p型硅基板1、形成于p型硅基板1内的主表面侧的带状的作为扩散层的n型区域8、形成于n型区域8上,从n型区域注入的电子发生漂移的、氧化的多孔多晶硅构成的强电场漂移层6、形成于强电场漂移层6之间的多晶硅层3,以及在与n型区域8交叉的方向上形成带状,跨越强电场漂移层6上面及多晶硅层3上面形成的导电性薄膜构成的表面电极7。适当选择施加电压的n型区域8和表面电极7,能够使得施加电压的表面电极7中只有与施加电压的n型区域8交叉的区域发射出电子,所以能够使表面电极7的所希望的区域发射出电子。
文档编号H01J1/312GK1287678SQ99801925
公开日2001年3月14日 申请日期1999年8月26日 优先权日1998年8月26日
发明者幡井崇, 菰田卓哉, 本多由明, 相泽浩一, 渡部祥文, 栎原勉, 近藤行广, 冈直正, 越田信义 申请人:松下电工株式会社