(57)【要約】【課題】ゲート開口の中心とエミッタ電極の先端の位置が一致した微小電子放出源、電子源アレイ及びその製造方法を提供する。【解決手段】陰極電極の上に開口を有する絶縁膜を形成し、垂直方向から電極材料を蒸着して、錐体形状のエミッタ電極を形成すると共に、開口が閉じるまで電極材料を絶縁膜上に堆積する。その後、堆積した電極材料の表面を研磨し、ゲート開口を有するゲート電極を形成する。【選択図】図１
2015201412.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陰極電極上の錐体形状のエミッタ電極と、該エミッタ電極を取り囲むゲート開口を有するゲート電極を備えた微小電子放出源において、
前記ゲート開口の内面形状が前記エミッタ電極の外表面形状を反映しており、前記ゲート開口の開口面積は前記エミッタ電極の底面よりも小さく、且つ、前記ゲート開口の中心と前記エミッタ電極の先端の位置が一致していることを特徴とする微小電子放出源。
【請求項２】
請求項１に記載の微小電子放出源において、前記陰極電極と前記ゲート電極の間に絶縁膜が介在していることを特徴とする微小電子放出源。
【請求項３】
請求項２に記載の微小電子放出源において、前記絶縁膜がエッチング特性の異なる２層の絶縁膜を含み、前記陰極電極に接する絶縁膜の開口径が前記ゲート電極に接する絶縁膜の開口径よりも大きいことを特徴とする微小電子放出源。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の微小電子放出源において、前記陰極電極が台座を有しており、前記エミッタ電極が前記台座の上に設けられることを特徴とする微小電子放出源。
【請求項５】
請求項４に記載の微小電子放出源において、前記台座と前記絶縁膜との間に空隙があることを特徴とする微小電子放出源。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の微小電子放出源が、基板上に複数設けられた電子源アレイ。
【請求項７】
基板上に陰極電極を形成する工程と、
前記陰極電極の上に、開口を有する絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜及び前記開口内に露出した前記陰極電極上に、垂直方向から電極材料を蒸着し、錐体形状のエミッタ電極を形成すると共に、少なくとも前記開口が閉じるまで前記電極材料を前記絶縁膜上に堆積する工程と、
堆積した前記電極材料の表面を研磨し、前記エミッタ電極の先端の位置がその中心と一致したゲート開口を有するゲート電極を形成する工程と、
を含む微小電子放出源の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の微小電子放出源の製造方法において、開口を有する前記絶縁膜を形成する工程は、前記陰極電極の上に第１の絶縁膜を形成する工程と、前記第１の絶縁膜上に前記第１の絶縁膜とエッチング特性の異なる第２の絶縁膜を形成する工程と、前記第１の絶縁膜と前記第２の絶縁膜に前記エミッタ電極の底面に対応する開口を形成する工程と、前記第１の絶縁膜を選択的にサイドエッチングする工程を含むことを特徴とする微小電子放出源の製造方法。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の微小電子放出源の製造方法において、前記陰極電極を形成する工程は、台座を設ける工程を含み、前記エミッタ電極は前記台座の上に形成されることを特徴とする微小電子放出源の製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の微小電子放出源の製造方法において、ゲート開口を有するゲート電極を形成する工程の後、前記絶縁膜をエッチングし、前記台座と前記絶縁膜との間に空隙を形成する工程を更に含むことを特徴とする微小電子放出源の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小電子放出源、電子源アレイ、及びその製造方法に関し、特に、針状に尖った先端を持つエミッタ電極と、それを取り囲むように開口された電子引き出し電極（ゲート電極）を備えた微小電子放出源（スピント型冷陰極）の構造とその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子源アレイは、電界放射によって真空中に電子を放射させる微小な電子放出源（冷陰極）を多数アレイ状に並べたものである。これを画素ごとに駆動できるようにマトリクス化したアクティブマトリクス型電子源アレイは、蛍光体と組み合わせた平面ディスプレイや、高感度光電変換膜と組み合わせた平面撮像素子などの電子放出源として期待されている。
【０００３】
微小電子放出源の代表例として、スピント型電界電子放射陰極（スピント型冷陰極）は、微細な形状を作りやすくまた、高電流密度の電子ビームを形成できるという特徴を有している。なお、本明細書では、蒸着法によって形成された錐体形状の突起電極を有する冷陰極を「スピント型冷陰極」と呼ぶ。
【０００４】
図５に、スピント型冷陰極の１素子の概念図を示す。
【０００５】
このスピント型冷陰極は、図５に示すように、陰極電極２上に設けられた針のように尖った先端を持つ円錐形のエミッタ電極１と、それを取り囲むように直径φのゲート開口を有するゲート電極４、および陰極電極２とゲート電極４との間の絶縁膜３で構成される。この直径φは、例えば１μｍ程度に設定され、電源１１によりゲート電極４にエミッタ電極１に対して正の電圧を印加することで、エミッタ電極１の先端部分に電界が集中し、電子が真空中に放射される。
【０００６】
図６に、スピント型冷陰極を用いたアクティブマトリクス型の電子源アレイの例を示す。図６（ａ）は、電子源アレイの斜視図であり、図６（ｂ）は、電子源アレイの断面図と駆動回路の模式図である。
【０００７】
図６（ａ）に示されるように、駆動回路基板１０上に、各画素５に対応する陰極電極２が、水平走査方向及び垂直走査方向にアレイ状に配置される。一つの陰極電極２上には、例えば、縦横３列の計９個のエミッタ電極１が設けられる。駆動回路基板１０上には、絶縁膜３を介してゲート電極４が一体の電極として形成され、ゲート電源１１により正のゲート電圧Ｖｇが印加される。ここで、各エミッタ電極１及びゲート電極４の構造は、図５のスピント型冷陰極の構造と等しい。
【０００８】
図６（ｂ）を参照すると、駆動回路基板１０には、各画素５に対応する画素駆動トランジスタ（Ｔｒ）１２が設けられており、各画素５の陰極電極２は、それぞれ対応する画素駆動トランジスタ（Ｔｒ）１２のドレイン電極が接続されている。トランジスタ１２のソース電極は水平駆動回路１３に接続され、また、ゲート電極は垂直駆動回路１４に接続され、駆動回路１３，１４の制御により特定の画素５を選択して、エミッタ電極１に所定の電圧（例えば、接地電位或いは正電位）が印加できるように構成されている。
【０００９】
なお、図６では、１画素あたり９個のスピント型冷陰極を配置しているが、これは一例であって、１画素あたりのスピント型冷陰極の個数は１個でも良く、また更に多数個配置しても良い。冷陰極の数が少なければ画素サイズを微小化することができ、また、反対に、冷陰極を多くすることにより高い電流密度の電子ビームを得ると共に、製造過程で生じた個々のスピント型冷陰極の形状・特性のバラツキの平均化が図られ、画素毎の電子ビームを均一化することができる。
【００１０】
上記のアクティブマトリックス型電子源アレイは、例えば、小型超高感度撮像デバイスに利用される（非特許文献１）。撮像デバイスは、アバランシェ増幅を利用した高感度光電変換膜（ＨＡＲＰ）と、図６のアクティブマトリックス型電子源アレイとが、メッシュ電極を介して対向する構造を有している。ＨＡＲＰ膜の一方の面に光が入射すると、ＨＡＲＰ膜の他方の面（電子源アレイ側の面）に、入射光像に対応して増幅された正孔の２次元パターンが形成される。一方、電子源アレイは、駆動回路を制御して各画素から順次電子を放出する。電子源アレイから放出された電子は、ＨＡＲＰ膜に達すると、ＨＡＲＰ膜に蓄積された正孔と結合し、外部回路により正孔の量に応じた電流を出力として取り出すことができる。こうして、画素毎に増幅された時系列の映像信号を得ることができる。
【００１１】
このような、撮像デバイスの高感度化及び高精細化のために、微小電子放出源（電子源アレイ）の微細化や均一性の向上が求められている。
【００１２】
図７に、従来のスピント型冷陰極の製造工程の例を示す（非特許文献２）。
【００１３】
まず、最初の工程（図７（ａ））として、基板１０上に、エミッタ電極１に電圧を供給する陰極電極２を形成し、その上に、絶縁膜３およびゲート電極４となる金属薄膜を成膜する。陰極電極２及びゲート電極４を構成する電極金属として、例えばニオブ（Ｎｂ）を用いることができ、その厚さを０．２〜０．４μｍ程度とする。また、絶縁膜３としては、例えば、シリコン酸化膜を０．６μｍ〜１．５μｍの厚さに形成する。
【００１４】
次いで、ゲート電極４および絶縁膜３にフォトリソグラフィ法を用いて開口６を設け、陰極電極２を露出する。この開口６は、ゲート開口となるものであり、所望の電子放射特性となるよう適宜設計することができるが、例えば、直径１〜１．５μｍ程度の円形とすることができる（図７（ｂ））。
【００１５】
次に、斜め蒸着法を用いて、ゲート電極４の開口壁面も隠せるよう犠牲層７を形成する（図７（ｃ））。斜め蒸着法は、基板を面に垂直な軸を中心に回転させ、回転中の基板に対して斜め方向から材料を蒸着することによって行う。なお、犠牲層７の材料としては、後の工程で選択的にエッチング除去できる材料とし、例えば、アルミニウム（Ａｌ）を用いることができる。
【００１６】
円錐状のエミッタ電極１の形成には、基板１０の垂直方向からの真空蒸着が用いられる。蒸着により、犠牲層７をマスクとして、絶縁膜３に囲まれたキャビティ内底面にエミッタ電極１となる金属が堆積していくが、同時に、犠牲層７上及び犠牲層７の開口の縁にも金属１ｂが堆積されるため、開口の直径は堆積につれて徐々に小さくなり最終的に閉じる（図７（ｄ））。開口底面に堆積されるエミッタ電極１は、それを反映して円錐状に形成される。エミッタ電極１の金属としては、例えば、モリブデン（Ｍｏ）やチタン（Ｔｉ）等の高融点金属が選択される。
【００１７】
最後に、犠牲層７をエッチング除去することで、犠牲層７の上に堆積した不要なエミッタ電極材料１ｂを同時に除去（リフトオフ）する（図７（ｅ））。犠牲層７をＡｌ膜としたときは、例えば、リン酸系のエッチング液を用いることにより、Ａｌ膜を選択的に除去することができる。こうして、図５に示すスピント型冷陰極が完成する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１８】
【非特許文献１】難波正和、他、「ＦＥＡとＨＡＲＰ光電変換膜を適用した小型超高感度撮像デバイスの開発」、表面科学、（２００８年）、Vol.29、No.11、pp.707-712
【非特許文献２】C.A. Spindt, et.al. “Physical properties of thin-film field emission cathodes with molybdenum cones”, Journal of Applied Physics, (1976), Vol.47, No.12, pp.5248-5263
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
従来のスピント型冷陰極の製作方法では犠牲層の形成が重要であり、以下のような製造上の特性が要求されている。
（１）ゲート開口の中心と犠牲層開口の中心が一致すること。
（２）リフトオフ工程で容易にリフトオフできるとともに、電極形成工程においては、犠牲層上に形成される膜の応力ではがれないこと。
【００２０】
上記の（１）については、犠牲層をゲート電極開口部の壁面の円周方向全てに均一な膜厚とすることが要求されるが、基板に多数設けられたゲート開口全てで均一になるように製造条件を設定することは困難である。例えば、犠牲層の膜厚は局所的な形成条件等で容易に変わってしまい、その結果、エミッタ電極先端がゲート開口中心にそろわない陰極も存在してしまう。このような心ずれをもつ陰極では、放射電子量が変化したり、電子の軌道が曲るなどして蛍光体や光電変換膜のターゲット面に照射されるビームのスポット形状が歪んでしまう。この結果、画素ごとのビーム量や、ビーム径のばらつきを引き起こす一要因にもなっている。
【００２１】
上記の（２）については、犠牲層材料の選択が制限され、また、所定の膜質を得るための成膜工程やエッチング工程等の工程管理（蒸着源制御や基板温度管理、エッチング液管理）が難しく、製造工程を複雑にしている要因となっている。
【００２２】
従って、上記のような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、上記課題を解決するものであって、特に、ゲート開口の中心とエミッタ電極の先端の位置が一致した、微小電子放出源、電子源アレイとその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記課題を解決するために本発明に係る微小電子放出源は、陰極電極上の錐体形状のエミッタ電極と、該エミッタ電極を取り囲むゲート開口を有するゲート電極を備えた微小電子放出源において、前記ゲート開口の内面形状が前記エミッタ電極の外表面形状を反映しており、前記ゲート開口の開口面積は前記エミッタ電極の底面よりも小さく、且つ、前記ゲート開口の中心と前記エミッタ電極の先端の位置が一致していることを特徴とする。
【００２４】
また、前記微小電子放出源は、前記陰極電極と前記ゲート電極の間に絶縁膜が介在していることが望ましい。
【００２５】
また、前記微小電子放出源は、前記絶縁膜がエッチング特性の異なる２層の絶縁膜を含み、前記陰極電極に接する絶縁膜の開口径が前記ゲート電極に接する絶縁膜の開口径よりも大きいことが望ましい。
【００２６】
また、前記微小電子放出源は、前記陰極電極が台座を有しており、前記エミッタ電極が前記台座の上に設けられることが望ましい。
【００２７】
また、前記微小電子放出源は、前記台座と前記絶縁膜との間に空隙があることが望ましい。
【００２８】
また、本発明に係る電子源アレイは、前記微小電子放出源が、基板上に複数設けられたことを特徴とする。
【００２９】
また、本発明に係る微小電子放出源の製造方法は、基板上に陰極電極を形成する工程と、  前記陰極電極の上に、開口を有する絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜及び前記開口内に露出した前記陰極電極上に、垂直方向から電極材料を蒸着し、錐体形状のエミッタ電極を形成すると共に、少なくとも前記開口が閉じるまで前記電極材料を前記絶縁膜上に堆積する工程と、堆積した前記電極材料の表面を研磨し、前記エミッタ電極の先端の位置がその中心と一致したゲート開口を有するゲート電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【００３０】
また、前記微小電子放出源の製造方法は、開口を有する前記絶縁膜を形成する工程は、前記陰極電極の上に第１の絶縁膜を形成する工程と、前記第１の絶縁膜上に前記第１の絶縁膜とエッチング特性の異なる第２の絶縁膜を形成する工程と、前記第１の絶縁膜と前記第２の絶縁膜に前記エミッタ電極の底面に対応する開口を形成する工程と、前記第１の絶縁膜を選択的にサイドエッチングする工程を含むことが望ましい。
【００３１】
また、前記微小電子放出源の製造方法は、前記陰極電極を形成する工程は、台座を設ける工程を含み、前記エミッタ電極は前記台座の上に形成されることが望ましい。
【００３２】
また、前記微小電子放出源の製造方法は、ゲート開口を有するゲート電極を形成する工程の後、前記絶縁膜をエッチングし、前記台座と前記絶縁膜との間に空隙を形成する工程を更に含むことが望ましい。
【発明の効果】
【００３３】
本発明における微小電子放出源、電子源アレイ及びその製造方法によれば、スピント型冷陰極のゲート開口の中心とエミッタ電極の先端の位置が一致させることができ、電子源アレイの冷陰極の特性を均一化できる。また、従来の犠牲層を形成する工程を省略することができ、電子源アレイを簡単な工程で制御性良く製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】第１の実施形態の微小電子放出源とその製造工程の図である。
【図２】第２の実施形態の微小電子放出源とその製造工程の図である。
【図３】第３の実施形態の微小電子放出源とその製造工程の図である。
【図４】第４の実施形態の微小電子放出源とその製造工程の図である。
【図５】スピント型冷陰極の概念図である。
【図６】スピント型冷陰極を用いたアクティブマトリクス型の電子源アレイの例である。
【図７】従来のスピント型冷陰極の製造工程の例である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、図面を用いて、本発明の実施の形態について説明する。
【００３６】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施形態の微小電子放出源とその製造工程について説明する。図１は、第１の実施形態の微小電子放出源を構成する１つのスピント型冷陰極を、その製造工程と共に示す図である。
【００３７】
まず、最初の工程（図１（ａ））として、基板１０上に、陰極電極２を形成する。陰極電極２は、エミッタ電極１を形成する土台であり、かつエミッタ電極１に電圧を供給する機能を有する。基板１０は、ガラス基板、石英基板、シリコン基板、シリコン基板上に酸化膜を形成させたもの等が利用できる。また、シリコン基板またはガラス基板に陰極電極２の電圧を制御するトランジスタアレイを形成したものでよい。
【００３８】
陰極電極２は、ニオブ（Ｎｂ）等の金属を利用し、スパッタや蒸着など公知の方法により、例えば、０．２μｍ程度の厚さに被着する。この厚さは、陰極電極及び配線の電気抵抗等を考慮して、適宜設定することができる。その後、通常のフォトリソグラフィ技術により、画素の配列に対応して、パターニングされる。陰極電極２の材料としては、ニオブ以外にも、例えば金、銀、銅、等の金属や、ＩＴＯ、ＺｎＯ、ＩＧＺＯなどの酸化物導電性材料等、導電性を有し、所定のパターニングが可能な任意の材料を適用することが可能である。
【００３９】
次に、陰極電極２上にスパッタやＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）など公知の方法を用いて絶縁膜３を形成する。絶縁膜３はドライエッチングでの異方性エッチングができるもので、且つ、ウェットエッチングにより等方性のエッチングができるものであることが望ましい。具体的には、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、酸化アルミニウム等、通常の半導体製造工程で使用する各種の無機または有機の絶縁膜が利用できる。なお、絶縁膜３の厚さは、従来と大きく異なり、例えば、０．２μｍと従来の１／３程度の厚さであって良い。この絶縁膜３の厚さは、エミッタ電極とゲート電極との垂直方向の離間距離になる。したがって、絶縁膜３の厚さは、後述のエミッタ電極の蒸着の際の金属の被着特性、ゲート電極のエッチング厚さ、形成された冷陰極の電子放射特性等を考慮して、適切な厚さに選択することができる。
【００４０】
次いで、絶縁膜３を異方性ドライエッチングによりパターニングし、陰極電極２を露出する開口６を形成する（図１（ｂ））。この開口６の大きさは、後に形成するエミッタ電極１の底部の大きさに対応する。開口の形状は、円形が望ましいが、他の形状であっても良い。なお、パターニングにあたっては、通常のフォトリソグラフィの技術を利用できる。絶縁膜３のエッチングガスは、絶縁膜３の材料に応じて選択され、例えばハロゲン系のエッチングガスを用いることができるが、陰極電極２を損傷しないように、エッチング条件を調整することが望ましい。
【００４１】
次に、図１（ｃ）のように、基板表面に対して垂直方向から、エミッタ電極材料を蒸着する。蒸着については、従来のスピント型冷陰極のエミッタ電極と同様な材料及び方法が利用できる。例えば、エミッタ電極材料として、モリブデン（Ｍｏ）またはチタン（Ｔｉ）等の高融点金属を選択し、電子ビーム蒸着を行う。電極材料は、電子線の放出が可能な他の金属であっても良い。蒸着開始早々は底面にエミッタとなる金属１が堆積していくが、絶縁膜３上とその開口の縁にも金属が堆積されるため、開口の直径は堆積につれて徐々に小さくなる。
【００４２】
さらに、基板垂直方向からの電極材料の蒸着を継続すると、エミッタ電極１が錐体形状に成長すると共に、絶縁膜３上に形成された金属層の開口は最終的に閉じる（図１（ｄ））。絶縁膜３及びその開口部上に形成された金属膜は、エミッタ電極１と空間的に分離されており、ゲート電極４として利用できる。このとき、エミッタ電極１の錐体の表面形状と、ゲート電極４の内面形状（内部に形成される空間の形状）９とは、同一形状となり、垂直方向に絶縁膜３の厚さだけ離れている。なお、エミッタ電極１の形状は、アスペクト比がおよそ１：１程度になるが、製造条件によっても異なり、特に温度や電極材料によってもアスペクト比は変わる。例えば、チタン（Ｔｉ）によるエミッタ電極はモリブデン（Ｍｏ）の電極よりも細長い形状となる。また、開口６を円形とし、エミッタ電極１を円錐形とすることが、電子放出の特性から望ましい。
【００４３】
次いで、図１（ｅ）のように、ゲート電極表面を研磨することで、ゲート電極４のゲート開口８を形成する。研磨方法としては、機械的研磨や、ＣＭＰ（機械的化学的研磨）を用いることができる。なお、ゲート電極４とエミッタ電極１とは同じ材料であるため、ゲート開口８の形成にドライエッチングやウエットエッチングを用いると、エミッタ電極１を損傷する可能性があり、エッチングは避けることが望ましい。ゲート開口８の大きさは、冷陰極の電子放射特性等を考慮して決定されるが、例えば、直径０．２〜０．３μｍとすることができる。このとき、ゲート開口８の大きさ（開口面積）は、エミッタ電極１の底面（底面の面積）よりも小さくすることができる。したがって、従来のスピント型冷陰極よりも、ゲート電極４の端部がエミッタ電極１の先端に近接しており、エミッタ−ゲート間に強い電界を容易に発生させることができる。
【００４４】
エミッタ電極１とゲート電極４は同時に形成されるため、エミッタ電極の上方のゲート電極４の内面形状９は、エミッタ電極１の形状と等しく、仮に、エミッタ電極１の錐体形状（例えば、円錐形）の先端が底面の中心とずれていても、その形状はゲート電極４の内面形状９に反映される。したがって、ゲート電極のゲート開口８の中心位置はエミッタ電極１の先端に自然に且つ容易にそろえることができる。ゲート開口８の端部に対するエミッタ電極先端の高さ方向の距離は、使用するエミッタ電極材料、形成条件、ゲート電極を研磨する量を考慮して、絶縁膜３の厚さで調整すればよい。さらにこの後、ゲート開口部８を通して絶縁膜３をウェットエッチングし、絶縁膜表面の汚染を取り除くことで、沿面放電などの放電対策を行う。
【００４５】
上記の微小電子放出源（スピント型冷陰極）の製造方法により、基板１０上に微小電子放出源が多数同時に形成され、特性の均一な電子源アレイを形成することができる。例えば、個々のスピント型冷陰極において、エミッタ電極の軸の傾きにバラツキがあったとしても、全てのスピント型冷陰極で、ゲート電極４のゲート開口８の中心にエミッタ電極１の先端が形成されるため、スピント型冷陰極の電子放射特性のバラツキは従来の方法より少なくなり、電子放射特性の均一な電子源アレイとなる。
【００４６】
本発明（第１の実施形態）により、ゲート開口の中心位置とエミッタ電極の先端の位置が一致したスピント型冷陰極を容易に形成できるとともに、基板内に形成されたスピント型冷陰極の特性のバラツキが低減する。また、ゲート開口の端部とエミッタ電極の先端部との距離は、従来のスピント型冷陰極よりも短くなるため、エミッタ電極先端部の電界強度を強めることができ、より電流密度の高い放射電流を得ることが可能となる。
【００４７】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施形態の微小電子放出源とその製造工程を説明する。図２は、第２の実施形態の微小電子放出源を構成する１つのスピント型冷陰極を、その製造工程と共に示す図である。
【００４８】
まず、最初の工程（図２（ａ））として、基板１０上に陰極電極２を形成する。陰極電極２は、第１の実施形態と同様の材料・方法により形成することができる。次に陰極電極２上にスパッタやＣＶＤなど公知の方法を用いて絶縁膜を形成するが、第１の実施形態と異なり、絶縁膜は、第１の絶縁膜３１と、第１の絶縁膜３１とは材料の異なる第２の絶縁膜３２との２層構造とする。第１の絶縁膜３１は、ドライエッチングでの異方性エッチングができるもので、且つ、ウェットエッチングにより等方性のエッチングができるものである。第２の絶縁膜３２は、第１の絶縁膜と同じくドライエッチングによる異方性エッチングが可能であり、なおかつ第１の絶縁膜のウェットによる等方性エッチングに用いるエッチング液では、エッチングされない材料であればよい。また、第２の絶縁膜３２の厚みは、第１の絶縁膜３１よりも薄くすることが望ましい。
【００４９】
次いで、第１の絶縁膜３１，第２の絶縁膜３２を異方性ドライエッチングによりパターニングし、陰極電極２を露出する開口６を形成する（図２（ｂ））。開口６の形状は、円形とすることが望ましい。この工程は、第１の絶縁膜３１と第２の絶縁膜３２とをそれぞれ別工程でエッチングすることもできるが、ドライエッチングガスを適切に選択することにより、第１及び第２の絶縁膜を同時にエッチングすることができる。
【００５０】
絶縁膜に開口６を設けた後、次の工程（図２（ｃ））で、絶縁材料により選択性のあるエッチング溶液を用いて、第１の絶縁膜３１の開口壁面のみを等方性エッチングし、開口を拡大する。例えば、第１の絶縁膜３１がシリコン酸化膜、第２の絶縁膜３２がシリコン窒化膜であれば、フッ酸系のエッチング液により第１の絶縁膜３１のみを等方性エッチング（サイドエッチング）し、壁面を開口６の端部から、例えば０．１μｍ後退させる。
【００５１】
次に、図２（ｄ）のように、基板表面に対して垂直方向から、エミッタ電極材料を蒸着する。蒸着工程については、電極材料の選択や蒸着手段を、第１の実施形態と同様に行うことができる。垂直方向からの蒸着により、エミッタ電極１は、第２の絶縁膜３２の開口の大きさに一致した底面を有する錐体形状（例えば、円錐形）となる。エミッタ電極１とともに、後にゲート電極となる金属層が、第２の絶縁膜３２上に堆積する。そして、電極材料の蒸着を継続すると、エミッタ電極１が錐体形状に成長すると共に、絶縁膜３２上に形成された金属層の開口は最終的に閉じる。絶縁膜３２及びその開口部上に形成された金属膜は、エミッタ電極１と空間的に分離されており、ゲート電極４として利用できる。
【００５２】
次いで、図２（ｅ）に示されるとおり、第１の実施形態と同様にゲート電極表面を研磨することで、ゲート電極４のゲート開口８を形成する。この場合も、ゲート電極４の内面形状９は、エミッタ電極１の形状を反映しているため、ゲート開口８の中心位置はエミッタ電極１の先端に自然にそろえることができる。さらにこのゲート開口部８を通してウェットエッチングし、絶縁膜表面の汚染を取り除く。
【００５３】
本実施形態では、ゲート電極４と陰極電極２の絶縁耐圧を主として維持する第１の絶縁膜３１の開口壁面が、第２の絶縁膜３２の開口より奥にあることから、エミッタ形成の蒸着時の飛散物で汚染される恐れが少なくなり、第１の実施形態より信頼性が向上できる。さらに、ゲート電極４と陰極電極２間の壁面に沿った距離が、等方性エッチングの距離だけ横方向に長くなっているため、沿面放電がより抑制される。
【００５４】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施形態の微小電子放出源とその製造工程を説明する。図３は、第３の実施形態の微小電子放出源を構成する１つのスピント型冷陰極を、その製造工程と共に示す図である。
【００５５】
まず、最初の工程（図３（ａ））として、基板１０上に陰極電極２の電極材料を被着する。この陰極電極２の形成は、第１、第２の実施形態と同様の材料・製法により行うことができるが、後述の突起電極（台座）が形成できるよう、電極材料の厚さを十分厚いものとする。
【００５６】
次に、図３（ｂ）のとおり、フォトリソグラフィとドライエッチングを用いて、陰極電極２を部分的に削って薄い電極層２１とし、同時に、エミッタ電極を形成する箇所に台座２２を形成する。電極材料が、例えばニオブ（Ｎｂ）であれば、フロン系のエッチングガスで制御性良くドライエッチングすることができ、台座２２を形成できる。なお、電極材料はニオブ（Ｎｂ）に限らず、このようなエッチングが可能な任意の導電性材料を用いることができる。なお、第１の実施形態と同様に、陰極電極２のパターニングも行うが、台座２２の形成の前でも後でも良い。
【００５７】
また、台座の形成は２層の導電材料層を利用しても良い。すなわち、基板１０上にエッチング特性の異なる導電材料層を２層重ねて形成する。まず、２層の導電材料層を重ねたまま陰極電極２としてのパターニングを行い、次いで、上層の導電材料層のみを、台座となる部分を残して選択的にエッチング除去する。或いは、予め２層目（上層）の導電材料層を選択的にエッチングして台座を形成し、その後、１層目（下層）の導電材料層を陰極電極２のパターンにエッチングする。これにより、下層の導電材料層は従来の陰極電極２１として機能し、上層の導電材料層は台座２２となる。このようにして、図３（ｂ）の構造を形成しても良い。上層の導電材料を下層の導電材料より電気抵抗の高い材料としてもよい。このようにすることで、ゲート電極とエミッタ電極で空間放電が起きた場合に、台座の抵抗で電圧降下が起き、電極間の電位差が小さくなり放電を素早く停止させエミッタの破壊を防ぐ効果が得られる。
【００５８】
次に絶縁膜３を形成する（図３（ｃ））。絶縁膜３の材料・製法は、第１の実施形態と同じであるが、絶縁膜３の厚さは、台座２２の高さよりも厚くする。
【００５９】
その後、再度フォトリソグラフィを用いて開口６を形成し、台座２２の上面を露出させる（図３（ｄ））。開口６の形状は、例えば円形とする。図では開口６の大きさを、台座２２の上面の大きさと一致させているが、開口６の大きさを台座２２の上面よりも小さくすることもできる。
【００６０】
次に、図３（ｅ）のように、基板表面に対して垂直方向から、エミッタ電極材料を蒸着する。蒸着工程については、第１、第２の実施形態と同様に行うことができる。これにより、円錐状のエミッタ電極１と、その開口部が閉じたゲート電極４が形成される。
【００６１】
次いで、図３（ｆ）に示されるとおり、第１、第２の実施形態と同様にゲート電極表面を研磨することで、ゲート電極４のゲート開口８を形成する。この場合も、ゲート電極４の内面形状９は、エミッタ電極１の形状を反映しているため、ゲート開口８の中心位置はエミッタ電極１の先端に自然にそろえることができる。
【００６２】
その後、ゲート開口部８を通して絶縁膜３をウェットエッチングすることで絶縁膜３と台座２２の壁面の間に空隙６１を設け、陰極電極２１の部分が露出するようにする（図３（ｇ））。絶縁膜３が例えば酸化シリコン膜であれば、フッ酸を用いたエッチングにより、容易に空隙６１を形成できる。本実施形態では。第１、第２の実施形態よりゲート電極４と陰極電極２１との間の絶縁膜が厚く設定できるため、絶縁耐圧の向上や絶縁膜の開口壁面を通した沿面放電の防止面で有利である。
【００６３】
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施形態の微小電子放出源とその製造工程を説明する。図４は、第４の実施形態の微小電子放出源を構成する１つのスピント型冷陰極を、その製造工程と共に示す図である。
【００６４】
まず、最初の工程として、基板１０上に陰極電極２の電極材料を被着し、その後、フォトリソグラフィとドライエッチングを用いて、陰極電極２のパターニングを行う工程と、陰極電極２を部分的に削って薄い電極層２１とし、同時に、エミッタ電極を形成する箇所に台座２２を形成する工程を行う。次に絶縁膜を形成するまでの工程は、第３の実施形態（図３（ａ）〜（ｃ））と同じである。
【００６５】
絶縁膜として、第１の絶縁膜３１を、台座２２の高さよりも厚く形成後、引き続き、第２の絶縁膜３２を堆積し、その後、フォトリソグラフィを用いて開口６を形成し、台座２２の上面を露出させる（図４（ａ））。
【００６６】
なお、第１の絶縁膜３１と第２の絶縁膜３２とは、互いに材料の異なる絶縁膜であり、第２の実施態様のように、第１の絶縁膜３１は、ドライエッチングでの異方性エッチングができるもので、且つ、ウェットエッチングにより等方性のエッチングができるものである。第２の絶縁膜３２は、第１の絶縁膜と同じくドライエッチングによる異方性エッチングが可能であり、なおかつ第１の絶縁膜のウェットによる等方性エッチングに用いるエッチング液では、エッチングされない材料であればよい。また、第２の絶縁膜３２の厚みは、第１の絶縁膜３１よりも薄くする。
【００６７】
ここでは、第１の絶縁膜３１を厚く形成後、引き続き、第２の絶縁膜３２を堆積すると説明したが、第１の絶縁膜３１を形成後、その表面を平坦化し、その後第２の絶縁膜３２を堆積して、開口６を形成しても良い。平坦化の手段は、ＣＭＰ等の研磨手段や、表面をレジスト等で平坦に覆った後、全面エッチングする方法等、公知の平坦化手段を適宜選択できる。
【００６８】
図４（ａ）では開口６の大きさを、台座２２の表面よりも小さくしているが、台座２２の大きさと同じにすることもできる。
【００６９】
ここで、図４（ｂ）のとおり、絶縁材料により選択性のあるエッチング溶液を用いて、第１の絶縁膜３１の開口壁面のみを等方性エッチングし、開口を拡大する。例えば、第１の絶縁膜３１がシリコン酸化膜、第２の絶縁膜３２がシリコン窒化膜であれば、フッ酸系のエッチング液により第１の絶縁膜３１のみを等方エッチングし、壁面を後退させる。
【００７０】
次に、図４（ｃ）のように、基板表面に対して垂直方向から、エミッタ電極材料を蒸着する。蒸着工程については、第１〜第３の実施形態と同様に行うことができる。基板垂直方向からの電極材料の蒸着により、絶縁膜３２の開口６と同じ形状の底面を有するエミッタ電極１が成長をはじめ、蒸着を継続すると、エミッタ電極１が錐体形状に成長すると共に、絶縁膜３２上に形成された金属層の開口は最終的に閉じる。
【００７１】
次いで、図４（ｄ）に示されるとおり、ゲート電極表面を研磨することで、ゲート電極４のゲート開口８を形成する。この場合も、ゲート電極の内面形状９は、エミッタ電極１の形状を反映しているため、ゲート開口８の中心位置はエミッタ電極１の先端に自然にそろえることができる。なお、図４（ｂ）における等方性エッチング（サイドエッチング）が十分であり、エミッタ電極１とゲート電極４との間の絶縁特性が満足できるものであれば、この段階で製造工程を完了しても良い。
【００７２】
さらに必要があれば、その後、ゲート開口部８を通して絶縁膜３１をウェットエッチングすることで絶縁膜３１と台座２２の壁面の間に空隙６１を形成する（図４（ｅ））。本実施形態では。第３の実施形態よりゲート電極４と陰極電極２１との間の沿面距離が、絶縁膜３１のサイドエッチングで露出した絶縁膜３２の横方向部分だけ長くなるので、絶縁耐圧の向上や絶縁膜の開口壁面を通した沿面放電の防止面で有利である。
【００７３】
なお、これら各実施形態のスピント型冷陰極の特徴は、同時に、各実施形態に基づく電子源アレイの特徴となる。
【００７４】
本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各手段、各ステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段やステップ等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１  エミッタ電極
２  陰極電極
３  絶縁膜
４  ゲート電極
５  画素
６  開口
７  犠牲層
８  ゲート開口
９  ゲート電極の内面
１０  基板
１１  ゲート電源
１２  駆動トランジスタ
１３  水平駆動回路
１４  垂直駆動回路
２１  陰極電極
２２  台座
３１  第１の絶縁膜
３２  第２の絶縁膜
６１  空隙
【図１】
2015201412.tif 000003
【図２】
2015201412.tif 000004
【図３】
2015201412.tif 000005
【図４】
2015201412.tif 000006
【図５】
2015201412.tif 000007
【図６】
2015201412.tif 000008
【図７】
2015201412.tif 000009