(57)【要約】【課題】  走査線の電圧降下や、スペーサの機械損傷防止には低抵抗で厚い電極が必要でＣｕが好ましいが酸化しやすいなどの問題があった。【解決手段】  基板上に形成された下部電極１１と、その上方に配置された上部電極１３間で挟持された電子加速層である絶縁層１２と、上部電極と下部電極間に電圧を印加することで上部電極側より電子を放出する電子源と、蛍光体と、上部電極へ給電する上部バス電極と、を備え、上部バス電極は、Ｃｕからなる第一の金属層と、その第一の金属層上に被覆された第二の金属層とを備える。【選択図】図１
2006108007.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された下部電極と、
前記下部電極上方に配置された上部電極と、
前記下部電極と前記上部電極間に挟持される電子加速層と、
前記下部電極と前記上部電極間に電圧を印加することで前記上部電極側より電子を放出する電子源と、
蛍光体と、
前記上部電極へ給電する上部バス電極と、を有し、
前記上部バス電極は、Ｃｕからなる第一の金属膜と、前記第一の金属膜上に被覆された第二の金属膜と、を有する画像表示装置。
【請求項２】
前記第二の金属膜である第二の電極パターンの幅は、前記第一の金属膜である第一の電極パターンの幅よりも広い請求項１記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記第二の金属膜は、耐熱酸化性、及び下地との密着性に優れる金属膜、またはそれらを含む合金膜、またはそれらを含む合金の多層膜である請求項１記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記第二の金属膜は、Ｃｒ，Ａｌ，Ｍｏ，Ｗ，Ｎｉ，Ｃｏまたはそれらを含む合金膜、またはそれらを含む合金の多層膜である請求項１記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記第二の金属膜の膜厚は、前記第一の金属膜の膜厚より薄い請求項１記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記第二の金属膜の全応力（平均応力×膜厚）が、８００Ｎ／ｍ以下の引っ張り応力から１８００Ｎ／ｍ以下の圧縮応力の範囲内である請求項１記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記上部バス電極は、マトリクス駆動する際の走査線として用いられる請求項１記載の画像表示装置。
【請求項８】
前記上部バス電極は、配線側面の一部で自段の上部電極と接続される請求項１記載の画像表示装置。
【請求項９】
前記第二の金属膜の少なくとも一部を、順テーパー形状に形成した請求項７記載の画像表示装置。
【請求項１０】
前記上部バス電極は、配線側面の一部で自段の上部電極と接続され、反対側の側面では次段の上部電極が分離されている請求項１記載の画像表示装置。
【請求項１１】
前記反対側の側面において、前記第二の金属膜の第二の電極パターンに対して、前記第二の金属膜の下層に位置する層間絶縁膜がアンダーカット状に加工された庇構造を有する請求項１０記載の画像表示装置。
【請求項１２】
前記上部バス電極は、スペーサを設置するスペーサ電極を兼ねている請求項１記載の画像表示装置。
【請求項１３】
基板上に形成された下部電極と、
前記下部電極上方に配置された上部電極と、
前記下部電極と前記上部電極間に挟持される電子加速層と、
前記下部電極と前記上部電極間に電圧を印加することで前記上部電極側より電子を放出する電子源と、
蛍光体と、
前記上部電極へ給電する上部バス電極と、を有し、
前記上部バス電極は、Ｃｕからなる第一の金属膜と、前記第一の金属膜上に被覆された第二の金属膜と、を有し、
前記第一の金属膜は、第三の金属膜上に形成されている画像表示装置。
【請求項１４】
前記第二の金属膜である第二の電極パターンの幅、または前記第三の金属膜である第三の電極パターンの幅は、前記第一の金属膜である第一の電極パターンの幅よりも広い請求項１３記載の画像表示装置。
【請求項１５】
前記第二の金属膜または前記第三の金属膜は、耐熱酸化性、及び下地との密着性に優れる金属膜、またはそれらを含む合金膜、またはそれらを含む合金の多層膜である請求項
１３記載の画像表示装置。
【請求項１６】
前記第二の金属膜または前記第三の金属膜は、Ｃｒ，Ａｌ，Ｍｏ，Ｗ，Ｎｉ，Ｃｏまたはそれらを含む合金膜、またはそれらを含む合金の多層膜である請求項１３記載の画像表示装置。
【請求項１７】
前記第二の金属膜の膜厚、または前記第三の金属膜は、前記第一の金属膜の膜厚より薄い請求項１３記載の画像表示装置。
【請求項１８】
前記第二の金属膜の全応力（平均応力×膜厚）が、８００Ｎ／ｍ以下の引っ張り応力から１８００Ｎ／ｍ以下の圧縮応力の範囲内である請求項１３記載の画像表示装置。
【請求項１９】
前記上部バス電極は、マトリクス駆動する際の走査線として用いられる請求項１３記載の画像表示装置。
【請求項２０】
前記上部バス電極は、配線側面の一部で自段の上部電極と接続された請求項１３記載の画像表示装置。
【請求項２１】
前記第三の金属膜である第三の電極パターンと、前記第二の金属膜である第二の電極パターンとのうち、少なくとも一部が順テーパー形状に形成された請求項２０記載の画像表示装置。
【請求項２２】
前記第三の金属膜である第三の電極パターンと、前記第二の金属膜である第二の電極パターンの少なくとも一部を一括加工により順テーパー形状に形成された請求項２１記載の画像表示装置。
【請求項２３】
前記上部バス電極は、配線側面の一部で上部電極と接続され、反対側の側面では上部電極が分離されている請求項１３記載の画像表示装置。
【請求項２４】
前記反対側の側面において、前記第二の金属膜である第二の電極パターンに対して、前記第二の金属膜である第二の電極パターンの下層に位置する層間絶縁膜がアンダーカット状に加工された庇構造を有する請求項２３記載の画像表示装置。
【請求項２５】
前記反対側の側面において、前記第二の金属膜である第二の電極パターンに対して、前記第二の金属膜である第三の電極パターンがアンダーカット状に加工された庇構造を有する請求項２３記載の画像表示装置。
【請求項２６】
前記第三の金属膜は、前記第二の金属膜とは異なる組成であり、
前記第三の金属膜に対して選択加工可能な合金膜である請求項２５記載の画像表示装置。
【請求項２７】
前記上部バス電極は、スペーサを設置するスペーサ電極を兼ねている請求項１３記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自発光型フラットパネルディスプレイに係り、薄膜型電子源アレイを用いた画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
微少で集積可能な冷陰極を利用するディスプレイは、ＦＥＤ(Field Emission Display)と呼称される。冷陰極には、電界放出型電子源とホットエレクトロン型電子源に分類され、前者には、スピント型電子源，表面伝導型電子源，カーボンナノチューブ型電子源等が属し、後者には金属−絶縁体−金属を積層したＭＩＭ(Metal-Insulator-Metal) 型，金属−絶縁体−半導体を積層したＭＩＳ(Metal-Insulator-Semiconductor) 型，金属−絶縁体−半導体−金属型等の薄膜型電子源がある。
【０００３】
ＭＩＭ型については例えば〔特許文献１〕、金属−絶縁体−半導体型についてはＭＯＳ型〔非特許文献１〕、金属−絶縁体−半導体−金属型ではＨＥＥＤ型〔非特許文献２〕などに記載、ＥＬ型〔非特許文献３〕などに記載、ポーラスシリコン型〔非特許文献４〕などに記載などが報告されている。
【０００４】
ＭＩＭ型電子源については、例えば〔特許文献２〕に開示されている。ＭＩＭ型電子源の構造と動作原理を図２に示す。上部電極１３と下部電極１１との間に駆動電圧Ｖd を印加して、絶縁層１２内の電界を１〜１０ＭＶ／cm程度にすると、下部電極１１中のフェルミ準位近傍の電子はトンネル現象により障壁を透過し、電子加速層である絶縁層１２の伝導帯へ注入されホットエレクトロンとなり、上部電極１３の伝導帯へ流入する。これらのホットエレクトロンのうち、上部電極１３の仕事関数φ以上のエネルギーをもって上部電極１３表面に達したものが真空２１中に放出される。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−６５７１０号公報
【特許文献２】特開平１０−１５３９７９号公報
【非特許文献１】J. Vac. Sci. Techonol. B11 (2) p.429-432 (1993)
【非特許文献２】high-efficiency-electro-emission device，Jpn.J.Appl. Phys， vol 36 ，p L939
【非特許文献３】Electroluminescence，応用物理  第６３巻，第６号，５９２頁
【非特許文献４】応用物理  第６６巻，第５号，４３７頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＦＥＤにおいて画像表示を行う場合、線順次駆動方式と呼ばれる駆動方法が標準的に採用されている。これは、毎秒６０枚（フレーム）の静止画を表示する際、各フレームにおける表示を走査線（水平方向）毎に行う方式である。従って同一走査線上にある、信号線の数に対応する電子源は全て同時に動作することになる。動作時走査線には、サブピクセルに含まれる電子源が消費する電流に、全信号線数をかけた電流が流れる。この走査線電流は、配線抵抗により走査線に沿った電圧降下をもたらすため、電子源の均一な動作を妨げることになる。特に大型の表示装置を実現する上で走査線の配線抵抗による電圧降下は大きな問題である。
【０００７】
この問題を解決するには、走査線の配線抵抗を低減する必要がある。薄膜型電子源の場合、下部電極、または上部電極に給電する上部バス電極を低抵抗化することが考えられる。しかしながら下部電極を低抵抗化するために厚膜化すると配線の凹凸が激しくなり、電子加速層の品質が低下したり、上部バス電極などが断線しやすくなるなど、信頼性に問題が生じる。そこで上部バス電極を低抵抗化し走査線にする方法が好ましい。
【０００８】
上部バス電極の配線抵抗を下げるには、比抵抗が小さく、厚膜化しやすい材料を用いるのが有効である。Ｃｕは比抵抗がＡｇに次いで小さく、安価であり、また、スパッタ成膜速度も速く、膜応力も小さいため厚膜化しやすい。まためっき法によっても厚膜を形成できるので上部バス電極に適した材料である。しかしＣｕは酸化しやすく、ＦＥＤの高温封着工程での熱処理で容易に酸化してしまう問題がある。
【０００９】
また、Ｃｕは下地となる絶縁膜との密着性にも課題があり、電極の剥離を生じやすい。配線材料としてＣｕを用いる場合、上記課題の解決が必要となる。
【００１０】
また、上部バス電極には、配線側面の一部で自段の画素となる上部電極と電気的に接続部分を形成することが要求される。さらに、上部電極には、次段の画素と接続する次段の上部バス電極と電気的に分離する構造が要求される。これらをできるだけ簡略な構造，簡略な工程で実現できることが望ましい。上部バス電極の分離は、ホトリソグラフィー等の手段に依っても可能であるが、工程の増加を招く。従って、上部バス電極には、上部電極を自己整合的に分離する機構を付加することがより望ましい。
【００１１】
さらには、上部バス電極には、スペーサの帯電を防止し、かつスペーサにかかる大気圧による電子源への機械的損傷を防止する緩衝材としての機能を付加することが好ましい。
【００１２】
つまり、本発明の目的は、低抵抗で安価なＣｕを配線に用いても、耐熱酸化性，密着性を確保でき、電圧降下の影響の少ない画像表示装置を提供することであります。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、下部電極と、上部電極と、下部電極と上部電極間に挟持される電子加速層と、下部電極と上部電極間に電圧を印加することで上部電極側より電子を放出する電子源アレイと、蛍光体と、上部電極へ給電する上部バス電極と、を有し、上部バス電極は、Ｃｕからなる第一の金属膜と、第一の金属膜上に被覆された第二の金属膜と、を有する構成とする。
【００１４】
また、第一の金属膜は、第三の金属膜上に形成されている構成とする。
【発明の効果】
【００１５】
低抵抗で安価なＣｕを配線に用いても、耐熱酸化性，密着性を確保でき、電圧降下の影響の少ない画像表示装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下各実施例について図面を用いて説明します。
【００１７】
（第１の実施例）
上記目的を実現する本発明の第一の実施形態を、ＭＩＭ電子源を例に、図３〜図１３，図１で説明する。図３〜図１２及び図１中には、平面図の他に、平面図中のＡ−Ａ′断面図とＢ−Ｂ′断面図を、それぞれ併記した。
【００１８】
はじめにガラス等の絶縁性の基板１０上に下部電極１１用の金属膜を成膜する（図３）。下部電極１１の材料としてはＡｌやＡｌ合金を用いる。ＡｌやＡｌ合金を用いたのは、陽極酸化により良質の絶縁膜を形成できるからである。ここでは、Ｎｄを２原子量％ドープしたＡｌ−Ｎｄ合金を用いた。成膜には例えば、スパッタリング法を用いる。
【００１９】
膜厚は３００ｎｍとした。成膜後はホトレジストパターニング工程，エッチング工程によりストライプ形状の下部電極１１を形成した（図４）。電極幅は画像表示装置のサイズや解像度により異なるが、そのサブピクセルピッチ程度、大体１００〜２００ミクロン程度とする。エッチングは例えば燐酸，酢酸，硝酸の混合水溶液でのウェットエッチングを用いる。この電極は幅の広い簡易なストライプ構造のため、レジストのパターニングは安価なプロキシミティ露光や、印刷法などで行うことができる。
【００２０】
次に、電子放出部を制限し、下部電極１１のエッジへの電界集中を防止する保護絶縁層１４と、絶縁層１２を形成する。まず下部電極１１上の電子放出部となる部分をレジスト膜２５でマスクし、その他の部分を選択的に厚く陽極酸化し、保護絶縁層１４とする（図５）。化成電圧を１００Ｖとすれば、厚さ約１３６ｎｍの保護絶縁層１４が形成される。つぎにレジスト膜２５を除去し残りの下部電極１１の表面を陽極酸化する。例えば化成電圧を６Ｖとすれば、下部電極１１上に厚さ約１０ｎｍの電子加速層である絶縁層１２が形成される（図６）。
【００２１】
次に、層間膜１５として、例えばシリコン酸化物やシリコン窒化膜，シリコン等を成膜する（図７）。この層間膜１５は、陽極酸化で形成する保護絶縁層１４にピンホールがあった場合、その欠陥を埋め、下部電極１１と上部バス電極間の絶縁を保つ役割を果たす。ここでは、スパッタリング法で形成したシリコン窒化膜を用い、膜厚は１００ｎｍとした。
【００２２】
続いて、上部電極１３への給電線となる上部バス電極とスペーサを配置するためのスペーサ電極を兼ねて、第一の金属膜１７であるＣｕを成膜する（図７）。上部バス電極１９は、第一の金属膜１７であるＣｕを厚膜化することで、低抵抗化が容易である。成膜にはスパッタリング法を用い、膜厚は３μｍとした。スパッタリング以外にも、例えば電気めっき等により形成することも可能である。
【００２３】
次に、ホトレジストパターニングとエッチング工程により、第一の金属膜１７である
Ｃｕを、保護絶縁層１４及び層間膜１５を介して下部電極１１と直交する、ストライプ形状に加工する（図８）。エッチングには、例えば燐酸，酢酸，硝酸の混合水溶液、または過硫酸アンモニウム水溶液等を用いる。電極幅は画像表示装置のサイズや解像度により異なるが、大体２００〜４００ミクロン程度とする。この電極は幅の広い簡易なストライプ構造のため、レジストのパターニングは安価なプロキシミティ露光や、印刷法等で行うことができる。
【００２４】
次に、第一の金属膜１７であるＣｕからなる第一の電極パターンの表面、及び側面を完全に被覆保護するように、耐熱酸化性、及び下地との密着性に優れる第二の金属膜１８を成膜する（図９）。
【００２５】
第二の金属膜１８として、例えばＣｒ，Ａｌ，Ｗ，Ｍｏ，Ｎｉ，Ｃｏ等の耐熱酸化性の高い金属、またはそれらを含む合金膜、またはそれらを含む合金の多層膜を用いることができる。特に、Ｃｕとの合金形成が懸念されるＡｌ，Ｎｉに関しては合金化，多層膜化することが望ましい。ここでは、スパッタリング法により形成したＣｒ膜を用い、膜厚は
２００ｎｍとした。
【００２６】
第二の金属膜１８は、第一の金属膜１７であるＣｕからなる第一の電極パターンの被覆保護が目的であり、自身の低抵抗化は不要である。本発明者等の実験結果では、被覆性向上のためには、上記第二の金属膜１８の全応力（平均応力×膜厚）が、８００Ｎ／ｍ以下の引っ張り応力から１８００Ｎ／ｍ以下の圧縮応力の範囲内、より望ましくは５００Ｎ／ｍ以下の引っ張り応力から１０００Ｎ／ｍ以下の圧縮応力の範囲内であることが望ましい。被覆保護に不必要な厚膜化は、該第二の金属膜１８の全応力増加を招く。該第二の金属膜１８の膜厚は、該第一の金属膜１７であるＣｕの膜厚に較べて薄膜であることが望ましい。また、該第二の金属膜１８の平均応力も、膜組成，膜形成条件により任意に調整が可能である。一例として、スパッタ法により形成したＣｒ膜は一般に引っ張り応力が大きい傾向にあるが、例えばＭｏとの合金化により応力低減が可能である（図２９）。
【００２７】
図２９に、Ｃｒ−Ｍｏ合金の平均応力特性の一例を示す。
【００２８】
ＦＥＤの高温封着工程を模擬した４５０℃熱処理前後での、膜の平均応力変化をプロットした。Ｍｏを添加することにより、引っ張りから圧縮へ膜の平均応力を任意に変化できることがわかる。また、膜の平均応力を圧縮側に低減する方法は、これに限らず、例えば膜形成時のスパッタガス，スパッタ圧力，スパッタパワーを最適化する事によっても可能である。
【００２９】
続いて、ホトレジストパターニングとエッチング工程により、該第二の金属膜１８を、該第一の金属膜１７であるＣｕからなる第一電極パターンの表面、及び側面が完全に被覆保護されるように、該第一の金属膜１７からなる第一の電極パターンよりも幅広なストライプ形状に加工する（図１０）。本実施例のように該第二の金属膜１８がＣｒ、または
Ｃｒ合金の場合には、電極加工には、例えば硝酸第二セリウムアンモニウムの水溶液を用いたウエットエッチングを用いることができる。図１０中Ｃは、後述する自段の上部電極１３との接続部分を形成する領域であり、該上部電極１３の付き回りを確保するために、該第二の金属膜１８からなる第二の電極パターン端部には、順テーパー加工が要求される。通常のウエットエッチングでは、ホトレジスト端部を基点として、パターン（水平）方向及び膜厚（垂直）方向に等方的にエッチングされるため、該第二の金属膜１８からなる第二の電極パターン端部での、順テーパー形状確保は容易である。
【００３０】
これにより、上部電極１３への給電線となる上部バス電極と、スペーサを配置するためのスペーサ電極を兼ねた上部バス電極１９が形成される。第一の金属膜１７であるＣｕからなる第一の電極パターンは、耐熱酸化性に優れる該第二の金属膜１８からなる第二の電極パターンで完全に被覆，保護される。また、該第二の金属膜１８からなる第二の電極パターンが、該第一の金属膜１７であるＣｕからなる第一の電極パターンよりも幅広であるため、密着性に優れる該第二の金属膜１８からなる第二の電極パターンと、下地となる層間膜１５が直接接する領域を設けることができ、該第一の金属膜１７であるＣｕからなる第一の電極パターンの密着性も確保される。
【００３１】
続いて、ホトレジストパターニング，エッチングにより層間膜１５を加工し、電子放出部を開口する。電子放出部はピクセル内の１本の下部電極１１と、下部電極１１と直交する２本の上部バス電極１９に挟まれた空間の直交部の一部に形成する。エッチングは、例えばＣＦ4 やＳＦ6 を主成分とするドライエッチングによって行うことができる(図１１)。
【００３２】
第二の電極である上部電極には、次段の画素と接続する次段の上部バス電極と電気的に分離する構造が要求される。本実施例では、上部電極の分離にリフトオフ法を用いた。まず、上部電極分離用のレジスト膜２６（ホトレジスト）を、電子放出部分、及び自段の上部バス電極１９との接続部分を除いた部分にパターニング形成し、続いて上部電極１３を成膜する（図１２）。成膜法は、例えばスパッタ成膜を用いる。上部電極１３としては例えばＩｒ，Ｐｔ，Ａｕの積層膜を用い、膜厚は例えば６ｎｍとした。
【００３３】
次に、レジスト膜２６（ホトレジスト）上に成膜した上部電極１３毎、レジストを除去することで、電子放出部分，上部バス電極１９との接続部分のみに選択的に上部電極１３を形成する（図１）。これにより、上部電極１３を、第二の金属膜１８を介して自段の上部バス電極１９に選択的に接続し（図１中Ｃ）、次段の上部バス電極とは電気的に分離することができる。
【００３４】
本願発明は、基板上に形成された下部電極１１と、その上方に配置された上部電極１３間で挟持された電子加速層である絶縁層１２と、上部電極と下部電極間に電圧を印加することで上部電極側より電子を放出する電子源と、蛍光体と、上部電極へ給電する上部バス電極と、を備え、上部バス電極は、Ｃｕからなる第一の金属層と、その第一の金属層上に被覆された第二の金属層とを備える構成が特徴であります。
【００３５】
このように上部バス電極を、比抵抗が小さく厚膜化による低抵抗化の容易なＣｕからなる第一の電極パターン上に、耐熱酸化性に優れる第二の金属膜からなる第二の電極パターンを被覆した構造とすることで、低抵抗で安価なＣｕを配線に用いても、耐熱酸化性，密着性を確保でき、電圧降下の影響の少ない画像表示装置を提供できる効果を奏するものです。
【００３６】
なお、本実施例では上部電極の分離にリフトオフ法を用いたが、リフトオフ法に替わって、例えば、上部電極成膜時にマスクを用いて、必要な箇所にのみ上部電極膜を選択形成することも可能である。
【００３７】
図１３は、本発明の陰極を用いたディスプレイの一部を示したものである。
【００３８】
表示側基板はコントラストを上げる目的のブラックマトリクス１２０，赤色蛍光体111，緑色蛍光体１１２，青色蛍光体１１３とを有する。蛍光体としては、例えば赤色に
Ｙ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ（Ｐ２２−Ｒ）、緑色にＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ(Ｐ２２−Ｇ)、青色にＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌ（Ｐ２２−Ｂ）を用いる。ブラックマトリクス１２０は図面の都合上、画像表示領域の一部のみに図示している。
【００３９】
スペーサ３０は、陰極基板の上部バス電極１９上に配置し、蛍光面基板のブラックマトリクス１２０の下に隠れるように配置する。下部電極１１は信号線回路５０へ結線し、上部バス電極１９は走査線回路６０に結線する。薄膜型電子源アレイでは走査線に印加させる電圧は数Ｖ〜数１０Ｖと、数ＫＶを印加する蛍光面に対し十分低く、スペーサの陽極側に対しほぼ接地電位に近い電位を与えることができる。
【００４０】
このように、本発明の陰極構造では、低抵抗なＣｕ配線を耐酸化性のあるＣｒ合金等により被覆，保護することにより、上部電極を自己整合的に加工でき、封着工程を通しても劣化しない上部バス電極を作成することができる。これにより、表示装置の配線抵抗による電圧降下を抑制することができる。また厚い上部バス電極でスペーサ電極を兼ねることで、より大気圧を支持するスペーサからの薄膜型電子源への機械的損傷を防止することができる。
【００４１】
（第２の実施例）
図１４は、上記第一の実施例において、第一の金属膜１７であるＣｕからなる第一の電極パターンの表面、及び側面を被覆保護する第二の金属膜１８を、下層金属膜１８１と、下層金属膜１８１とは異なる材質で形成された上層金属膜１８２からなる、２層の積層膜で構成した、第二の実施例を示す。図１４中には、平面図の他に、平面図中のＡ−Ａ′断面図とＢ−Ｂ′断面図を併記した。これにより、上層金属膜１８２，下層金属膜１８１の役割を分けることが可能となり、耐熱酸化性等の確保がより容易となる。具体的には、耐熱酸化性には優れるが、Ｃｕとの合金形成が懸念されるＡｌ，Ｎｉ等を上層金属膜１８２とし、相互拡散防止能に優れるＭｏ，Ｃｒ等を下層金属膜１８１とすることが可能である。前記第一の実施例において、被覆性向上のためには、被覆に用いる金属膜の全応力（平均応力×膜厚）が、８００Ｎ／ｍ以下の引っ張り応力から１８００Ｎ／ｍ以下の圧縮応力の範囲内、より望ましくは５００Ｎ／ｍ以下の引っ張り応力から１０００Ｎ／ｍ以下の圧縮応力の範囲内であることが望ましいことを述べた。一般にスパッタ法により形成した
Ｃｒ膜は引っ張り応力が大きい傾向にあるが、低応力膜が容易に得られるＡｌを上層金属膜１８２とすることにより、例えばＣｒからなる下層金属膜１８１の膜厚を薄くすることが可能となり、厚膜で被覆性の良好な第二の金属膜１８を容易に実現することができる。
【００４２】
この場合の下層金属膜１８１は、ＣｕとＡｌの合金化を阻止できる膜厚であれば十分である。本実施例では、上層金属膜１８２としてＡｌを５００ｎｍ、下層金属膜１８１としてＣｒを５０ｎｍ形成した。Ａｌのエッチングには燐酸，酢酸，硝酸の混合水溶液を、
Ｃｒのエッチングには硝酸第二セリウムアンモニウムの水溶液を用いた。まず、ホトレジストパターンを用いて上層金属膜１８２であるＡｌをエッチング後、引き続き同一ホトレジストパターンをそのまま用いて下層金属膜１８１であるＣｒをエッチングした。
【００４３】
さらに、同様に同一ホトレジストパターンをそのまま用いてＡｌを追加エッチングすることで、サイドエッチングにより上層金属膜１８２パターンを下層金属膜１８１パターンに対して後退させることができる。これにより、同一ホトレジストパターンを用いて、工程増加を招くことなく、上部電極１３との接続部分となる順テーパー形状（図１４中Ｃ）を形成することができる。なお、これに限らず、上層金属膜１８２パターン，下層金属膜１８１パターンの加工を二工程に分けて、別々のホトレジストを用いて行うことも、もちろん可能である。ホトレジスト工程は増加するが、エッチングによる順テーパー形状確保はより容易となる。
【００４４】
（第３の実施例）
前述した第一，第二の実施例では、上部バス電極の分離にリフトオフ法を用いた。このようにホトリソグラフィーに依っても分離は可能であるが、工程の増加を招く。できるだけ簡略な構造，簡略な工程で分離できることが望ましく、上部バス電極には、上部電極を自己整合的に分離する機構を付加することがより望ましい。上部電極を自己整合的に分離する構造は、上部バス電極を、配線側面の一部では上部電極と接続し、反対側の側面では上部電極を分離する構造、具体的には、配線側面の少なくとも一部は上部電極膜のつき回りが良好となる順テーパー形状を確保し、反対側の側面においては、電極パターン端部を利用してアンダーカット状に加工された庇構造を自己整合的に形成し、上部電極膜のつき回りを断つことにより実現できる。
【００４５】
上記目的を実現する本発明の第３の実施形態を、ＭＩＭ電子源を例に説明する。
【００４６】
図１５及び図１６は、上部電極の自己整合分離を目的として、被覆保護のための第二の金属膜１８からなる第二の電極パターン端部をエッチングマスクに利用し、下地である層間膜１５を選択的に加工、第二の金属膜１８からなるアンダーカット状の庇(図１５中Ｄ)を形成した、第３の実施例を示す。図１５及び図１６中には、平面図の他に、平面図中のＡ−Ａ′断面図とＢ−Ｂ′断面図を、それぞれ併記した。
【００４７】
庇の形成手順は以下の通りである。
【００４８】
まず、実施例１と同じ方法で、上部電極１３への給電線となる上部バス電極１９までを形成する（図３〜図１０）。次に、図１６に示す様に、電子放出部の層間膜１５を開口する際のホトレジストパターニングを利用して、該第二の金属膜１８からなる第二の電極パターン１のうち、自段の上部電極１３との接続部分となる側面（図１６中Ｃ）を被覆保護し、次段の上部電極との分離部分となる反対側の庇形成予定部分（図１６中Ｄ）が露出するようにレジスト膜２７であるホトレジストパターンを形成する。次いで、ホトレジストパターン及び該第二の金属膜１８からなる第二の電極パターンの露出部分をマスクに層間膜１５を加工し、電子放出部の開口部と、アンダーカット状の庇を同時に形成する。層間膜１５には、シリコン酸化物やシリコン窒化膜，シリコン等が用いられており、加工は、例えばＣＦ4 やＳＦ6 を主成分とするドライエッチングによって行われる。
【００４９】
従って、庇部分を形成する該第二の金属膜１８からなる第二の電極パターンには、Ｆ系ドライエッチングに対する耐性が要求される。本実施例では、第二の金属膜１８として
Ｃｒ膜を用いたが、例えばＣｒ，Ａｌ，Ｗ，Ｍｏ，Ｎｉ，Ｃｏ等の耐熱酸化性の高い金属、またはそれらを含む合金膜、またはそれらを含む合金の多層膜を用いることが可能である。Ｆ系のドライエッチングに対する耐性が小さいＭｏを用いる場合には、例えばＣｒやＷと合金化することによりドライエッチング耐性を確保することができる。
【００５０】
（第４の実施例）
図１７及び図１８は、上記第二の実施例において、第二の金属膜１８を構成する下層金属膜１８１，上層金属膜１８２を利用して、Ａｌからなる上層金属膜１８２パターンに対して、Ｃｒからなる下層金属膜１８１パターンを選択的に加工することにより、上部電極１３の自己整合分離用アンダーカット状庇（図１７中Ｄ）を形成した、第４の実施例を示す。図１７及び図１８中には、平面図の他に、平面図中のＡ−Ａ′断面図とＢ−Ｂ′断面図を、それぞれ併記した。
【００５１】
庇の形成手順は以下の通りである。
【００５２】
まず、実施例２と同じ方法で、上部電極１３への給電線となる上部バス電極１９までを形成する（図１４参照）。次に、図１８に示す様に、ホトレジストパターニングを利用して、該第二の金属膜１８からなる電極パターンのうち、自段の上部電極１３との接続部分となる側面（図１８中Ｃ）を被覆保護し、次段の上部電極との分離部分となる反対側の庇形成予定部分(図１８中Ｄ)が露出するようにレジスト膜２８であるホトレジストパターンを形成する。次いで、上層金属膜１８２パターンの露出部分をマスクに下層金属膜１８１パターンを選択的に加工し、該上層金属膜１８２パターンからなるアンダーカット状の庇を形成する。Ｃｒからなる下層金属膜１８１の選択加工には、前述した硝酸第二セリウムアンモニウムの水溶液を用いることができる。
【００５３】
（第５の実施例）
前述した第一の実施例においては、該第二の金属膜１８からなる第二の電極パターンを、該第一の金属膜１７であるＣｕからなる第一の電極パターンよりも幅広とすることで、該第一の金属膜１７であるＣｕからなる第一の電極パターンの密着性を確保した。上記第一の金属膜１７であるＣｕからなる第二の電極パターンを、下地となる絶縁膜との密着性に優れる第三の金属膜からなる第三の電極パターン上に形成することにより、更なる密着性向上を図ることができる。第三の金属膜としては、Ｃｒ，Ａｌ，Ｗ，Ｍｏ，Ｎｉ，Ｃｏまたはそれらを含む合金膜、またはそれらを含む合金の多層膜を用いることができる。
【００５４】
図１９は、前述した第一の実施例において、第一の金属膜１７であるＣｕからなる第一の電極パターンの下に、下地となる絶縁膜との密着性に優れる第三の金属膜１６からなる第三の電極パターンを設けた、第５の実施例を示す。図１９中には、平面図の他に、平面図中のＡ−Ａ′断面図とＢ−Ｂ′断面図を併記した。本実施例では、前述した第一の実施例中図７に示した層間膜１５形成後、第一の金属膜１７であるＣｕの形成前に、該第三の金属膜１６の形成、及び該第三の金属膜１６パターニングのためのホトレジストパターニングとエッチングの工程が新たに必要となる。該第三の金属膜１６は、上記第一の金属膜１７であるＣｕからなる第一の電極パターンと、下地となる層間膜１５との密着性を向上できる膜厚であれば十分である。該第三の金属膜１６の膜厚は、該第一の金属膜１７であるＣｕの膜厚に較べて薄膜であることが望ましい。不必要な厚膜化は、上部バス電極１９の応力剥離を招き、逆効果となる。本実施例では、該第三の金属膜１６としてＣｒを５０ｎｍ形成した。本実施例においては、上記第三の金属膜１６からなる第三の電極パターンの幅は、該第一の金属膜１７であるＣｕからなる第一の電極パターンの幅よりも広く、該第一の金属膜１７からなる第一の電極パターンを被覆保護する第二の金属膜１８からなる第二の電極パターンよりも狭く形成した。自段の上部電極１３は、該第二の金属膜１８からなる第二の電極パターンと接続部分を形成する（図１９中Ｃ）。なお、本実施例においては、該第三の金属膜１６からなる第三の電極パターン上で、該第一の金属膜１７であるＣｕからなる第一の電極パターンを選択的に加工する必要があるが、例えば、過硫酸アンモニウム水溶液等を用いてＣｕをエッチングすることで、選択加工は容易である。
【００５５】
（第６の実施例）
図２０は、前述した第５の実施例において、第三の金属膜１６からなる第三の電極パターンの幅を、第一の金属膜１７であるＣｕからなる第一の電極パターンの幅よりも広く、該第一の金属膜１７からなる第一の電極パターンを被覆保護する第二の金属膜１８からなる第二の電極パターンの幅よりも広く形成した、第６の実施例を示す。図２０中には、平面図の他に、平面図中のＡ−Ａ′断面図とＢ−Ｂ′断面図を併記した。本実施例では、自段の上部電極１３は、該第三の金属膜１６からなる第三の電極パターンと接続部分を形成する（図２０中Ｃ）。
【００５６】
従って、該第二の金属膜１８については、該第一の金属膜１７であるＣｕからなる第一の電極パターンの被覆保護性を中心に、該第三の金属膜１６については、該第一の金属膜１７であるＣｕからなる第一の電極パターンの密着性向上と、上部電極１３との接続特性確保の観点で、それぞれメタル材料を選定することが可能となる。例えば、該第三の金属膜１６として、表面熱酸化膜の形成がより少ないＣｒ膜を用いて上部電極１３との接続特性を確保し、該第二の金属膜１８としては、低応力で厚膜化が容易なＣｒ−Ｍｏ合金膜を用いて、被覆保護性を向上させる、等の組み合わせが可能となる。この場合、該第三の金属膜１６からなる電極パターン上で該第二の金属膜１８からなる第二の電極パターンを選択加工する必要があるが、例えばＣｒ−Ｍｏ合金膜組成をＭｏリッチとすることで、燐酸，酢酸，硝酸の混合水溶液を用いてＣｒとの選択エッチングが可能となる。
【００５７】
（第７の実施例）
前述した第５，第６の実施例では、上部バス電極１９の加工に際して、第三の金属膜
１６からなる第三の電極パターン、第一の金属膜１７であるＣｕからなる第一の電極パターン、第二の金属膜１８からなる第二の電極パターン、のそれぞれに対して、レジストパターニングとエッチングの工程が必要であった。
【００５８】
図２１は、前述した第５の実施例において、該第三の金属膜１６からなる第三の電極パターンと、該第二の金属膜１８からなる第二の電極パターンを一括加工することで工程を簡略化した、第７の実施例を示す。図２１中には、平面図の他に、平面図中のＡ−Ａ′断面図とＢ−Ｂ′断面図を併記した。本実施例では、一括加工に際して、上部電極１３との接続部分となる順テーパー形状（図２１中Ｃ）を確保することがポイントとなる。一括順テーパー加工は、例えば該第三の金属膜１６からなる第三の電極パターンと、該第二の金属膜１８からなる第二の電極パターンを、同一メタル材料で構成することで可能となる。または、該第二の金属膜１８からなる第二の電極パターンに対して、該第三の金属膜１６からなる第三の電極パターンのエッチング速度を小さくできるメタル材料を組み合わせることで可能となる。一例として、該第三の金属膜１６をＣｒで、該第二の金属膜１８を
ＣｒリッチなＣｒ−Ｍｏ合金膜で構成することにより、硝酸第二セリウムアンモニウム水溶液での一括順テーパー加工が可能となる。
【００５９】
（第８の実施例）
上記第５〜第７の実施例において、第二の金属膜１８からなる第二の電極パターン、及び第三の金属膜１６からなる第三の電極パターンの端部を利用して、該第二の金属膜１８からなる第二の電極パターンに対して、該第三の金属膜１６からなる第三の電極パターンを選択的に加工することにより、上記第３、および第４の実施例同様に、上部電極１３の自己整合分離用アンダーカット状庇を形成することが可能である。具体的には、該第二の金属膜１８からなる第二の電極パターンに対して、該第三の金属膜１６からなる第三の電極パターンを選択的に加工することにより、アンダーカット状庇が形成される。
【００６０】
図２２は、上記第５の実施例において、上部電極１３の自己整合分離用アンダーカット状庇（図２２中Ｄ）を形成した、第８の実施例を示す。図２２中には、平面図の他に、平面図中のＡ−Ａ′断面図とＢ−Ｂ′断面図を併記した。例えば、第二の金属膜１８をＣｒ、第三の金属膜１６をＭｏまたはＭｏ合金膜とすることで、燐酸，酢酸，硝酸の混合水溶液での該第三の金属膜１６からなる第三の電極パターンの選択エッチングが可能となり、容易に庇を形成することができる。
【００６１】
（第９の実施例）
図２３〜図２８は、上記第７の実施例において、上部電極１３の自己整合分離用アンダーカット状庇を形成した、第９の実施例を示す。図２３〜図２８中には、平面図の他に、平面図中のＡ−Ａ′断面図とＢ−Ｂ′断面図を、それぞれ併記した。本実施例では、自段の上部電極１３との接合部分の順テーパー加工（図２３中Ｃ）と、次段の上部電極との自己整合分離のためのアンダーカット用庇（図２３中Ｄ）の形成を両立できるメタル材料の組み合わせを選ぶ必要がある。具体的には、例えば第二の金属膜１８をＭｏとＣｒの合金膜、第三の金属膜１６をＭｏとＷの合金膜とすることで、接合部分の順テーパー加工と、アンダーカット用庇の形成を両立可能である。
【００６２】
庇の形成手順は以下の通りである。
【００６３】
まず、実施例１と同じ方法で、層間膜１５までを形成する（図３〜図７参照）。続いて、第三の金属膜１６、及びＣｕからなる第一の金属膜１７を連続して形成する（図２４）。本実施例では、第三の金属膜１６として、例えばＭｏとＷの合金膜を、スパッタリング法により１００ｎｍ形成した。
【００６４】
次に、ホトレジストパターニングとエッチング工程により、該第一の金属膜１７であるＣｕを、保護絶縁層１４及び層間膜１５を介して下部電極１１と直交する、ストライプ形状に加工する（図２５）。エッチングには、例えば燐酸，酢酸，硝酸の混合水溶液、または過硫酸アンモニウム水溶液等を用いる。
【００６５】
次に、第一の金属膜１７であるＣｕからなる電極パターンの表面、及び側面を完全に被覆保護するように、耐熱酸化性、及び下地との密着性に優れる第二の金属膜１８を成膜する（図２６）。本実施例では、第二の金属膜１８として、例えばＭｏとＣｒの合金膜を、スパッタリング法により３００ｎｍ形成した。
【００６６】
続いて、ホトレジストパターニングとエッチング工程により、該第二の金属膜１８と該第三の金属膜１６との積層膜を、Ｃｕからなる該第一の金属膜１７であるＣｕからなる第一の電極パターンの表面、及び側面が完全に被覆保護されるように、該第一の金属膜１７からなる第一の電極パターンよりも幅広なストライプ形状に一括順テーパー加工する（図２７）。一括順テーパー加工は、ＭｏとＣｒの合金膜に較べて、ＭｏとＷの合金膜の方が酸性溶液中でのエッチング速度が小さいことを利用して可能である。具体的には、例えば燐酸，酢酸，硝酸の混合水溶液を用いてエッチングすることが可能である。これにより、上部電極１３への給電線となる上部バス電極と、スペーサを配置するためのスペーサ電極を兼ねた上部バス電極１９が形成される。
【００６７】
次に、図２８に示す様に、ホトレジストパターニングを利用して、上部バス電極１９のうち、自段の上部電極１３との接続部分となる側面（図２８中Ｃ）を被覆保護し、次段の上部電極との分離部分となる反対側の庇形成予定部分（図２８中Ｄ）が露出するようにレジスト膜２９であるホトレジストパターンを形成する。次いで、第二の金属膜１８からなる第二の電極パターンの露出部分をマスクに、下層にある第三の金属膜１６からなる電極パターンを選択的に加工し、該外第二の金属膜１８パターンからなるアンダーカット状の庇を形成する。該第三の金属膜１６からなる第三の電極パターンの選択加工には、第三の金属膜１６であるＭｏとＷの合金膜の方が、第二の金属膜１８であるＭｏとＣｒの合金膜に較べて、アルカリ性溶液中でのエッチング速度が大きいことを利用することができる。具体的には、例えばフェリシアン化カリウムと水酸化ナトリウムの混合水溶液を用いてエッチングすることが可能である。
【００６８】
なお、上記第５〜第７の実施例において、第二の金属膜１８からなる第二の電極パターン、または第三の金属膜１６からなる第三の電極パターンの端部に対して、下地となる層間膜１５を選択的に加工することにより、上記第３及び第４の実施例同様の方法で、該第二の金属膜１８からなる第二の電極パターン、または該第三の金属膜１６からなる第三の電極パターンを用いてアンダーカット状庇を形成し、上部電極１３を自己整合的に分離することも、もちろん可能である。
【００６９】
また、上記の実施例においてはＭＩＭ電子源を例に説明してきたが、本発明はＭＩＭ電子源に限定されるものではない。配線の低抵抗化はＦＥＤ共通の課題であり、本発明の低抵抗Ｃｕ配線構造の電子源を、スピント型電子源，表面伝導型電子源，カーボンナノチューブ型電子源，ＭＩＳ型，金属−絶縁体−半導体−金属型等の薄膜型電子源にも同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明に係る薄膜型電子源の一実施例を示す図である。
【図２】薄膜型電子源の動作原理を示す図である。
【図３】本発明に係る薄膜型電子源の製法を示す図である。
【図４】本発明に係る薄膜型電子源の製法を示す図である。
【図５】本発明に係る薄膜型電子源の製法を示す図である。
【図６】本発明に係る薄膜型電子源の製法を示す図である。
【図７】本発明に係る薄膜型電子源の製法を示す図である。
【図８】本発明に係る薄膜型電子源の製法を示す図である。
【図９】本発明に係る薄膜型電子源の製法を示す図である。
【図１０】本発明に係る薄膜型電子源の製法を示す図である。
【図１１】本発明に係る薄膜型電子源の製法を示す図である。
【図１２】本発明に係る薄膜型電子源の製法を示す図である。
【図１３】本発明に係る薄膜型電子源を用いた表示装置の一実施例を示す図である。
【図１４】本発明に係る薄膜型電子源の他の実施例を示す図である。
【図１５】本発明に係る薄膜型電子源の他の実施例を示す図である。
【図１６】本発明に係る薄膜型電子源の製法を示す図である。
【図１７】本発明に係る薄膜型電子源の他の実施例を示す図である。
【図１８】本発明に係る薄膜型電子源の製法を示す図である。
【図１９】本発明に係る薄膜型電子源の他の実施例を示す図である。
【図２０】本発明に係る薄膜型電子源の他の実施例を示す図である。
【図２１】本発明に係る薄膜型電子源の他の実施例を示す図である。
【図２２】本発明に係る薄膜型電子源の他の実施例を示す図である。
【図２３】本発明に係る薄膜型電子源の他の実施例を示す図である。
【図２４】本発明に係る薄膜型電子源の製法を示す図である。
【図２５】本発明に係る薄膜型電子源の製法を示す図である。
【図２６】本発明に係る薄膜型電子源の製法を示す図である。
【図２７】本発明に係る薄膜型電子源の製法を示す図である。
【図２８】本発明に係る薄膜型電子源の製法を示す図である。
【図２９】本発明に係る薄膜型電子源に用いた金属材料特性の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００７１】
１０…基板、１１…下部電極、１２…絶縁層、１３…上部電極、１４…保護絶縁層、
１５…層間膜、１６…第三の金属膜、１７…第一の金属膜、１８…第二の金属膜、１９…上部バス電極、２０…スペーサ電極、２１…真空、２５，２６，２７，２８，２９…レジスト膜、３０…スペーサ、５０…信号線回路、６０…走査線回路、１１１…赤色蛍光体、１１２…緑色蛍光体、１１３…青色蛍光体、１２０…ブラックマトリクス、１８１…下層金属膜、１８２…上層金属膜。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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