(57)【要約】【課題】ＭＩＭ電子源を用いたＦＥＤ（フィールドエミッションディスプレイ）において、ＭＩＭ電子源におけるトンネル絶縁層を高品質でかつ安定して製作する。【解決手段】ＭＩＭ電子源は下部電極、トンネル絶縁層、上部電極で構成される。信号線はＭＩＭ電子源の部分では下部電極としての役割を持つ。信号線は電気抵抗を下げるためとヒロックを防止するためにＡｌＮｄ合金が使用される。ところがＮｄ合金は信号線の表面に偏析する。トンネル絶縁層は下部電極を陽極酸化することによって形成されるが、信号線の表面にＮｄが偏析すると品質のよいトンネル絶縁層を形成することが出来ない。本発明はＡｌＮｄ膜１１１を陰極基板１０の上にスパッタリングによって形成した後、純Ａｌ膜１１２を１０ｎｍを超える厚さにスパッタリングする。これによって、Ｎｄが信号線、あるいは下部電極の表面に偏析するのを防止、あるいは緩和することが出来、品質の良いトンネル絶縁膜を形成することが出来る。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子を放出する電子源がアレイ状に形成された陰極基板と、前記電子源から放出される電子によって励起されて発光する蛍光体が形成された陽極基板とを有する表示装置であって、
前記電子源は下部電極と絶縁層と電子が放出される上部電極とを含み、前記下部電極はＡｌＮｄによって形成され、前記絶縁層は前記下部電極の酸化膜によって形成され、Ｎｄの濃度のピークは前記絶縁層の表面から１０ｎｍよりも深い位置に存在することを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記Ｎｄの濃度のピークは前記絶縁層の表面から５０ｎｍよりも深い位置に存在することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記Ｎｄの濃度のピークは前記絶縁層の表面から１００ｎｍよりも深い位置に存在することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項４】
電子を放出する電子源がアレイ状に形成された陰極基板と、前記電子源から放出される電子によって励起されて発光する蛍光体が形成された陽極基板とを有する表示装置であって、
前記電子源は下部電極と絶縁層と電子が放出される上部電極とを含み、前記下部電極はＡｌＮｄによって形成され、前記絶縁層は前記下部電極の酸化膜によって形成され、前記酸化膜の表面におけるＮｄとＡｌの原子％の割合はＮｄ／（Ａｌ＋Ｎｄ）≦０．０３であることを特徴とする表示装置。
【請求項５】
前記酸化膜の表面におけるＮｄとＡｌの原子％の割合は０．００２≦Ｎｄ／（Ａｌ＋Ｎｄ）≦０．０３であることを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
【請求項６】
前記酸化膜の表面におけるＮｄとＡｌの原子％の割合は０．０１≦Ｎｄ／（Ａｌ＋Ｎｄ）≦０．０３であることを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
【請求項７】
電子を放出する電子源がアレイ状に形成された陰極基板と、前記電子源から放出される電子によって励起されて発光する蛍光体が形成された陽極基板とを有する表示装置であって、
前記電子源は下部電極と絶縁層と電子が放出される上部電極とを含み、前記下部電極はＡｌＮｄによって形成され、前記絶縁層は前記下部電極の酸化膜によって形成され、前記酸化膜の表面におけるＮｄとＡｌの原子％の割合はＮｄ／（Ａｌ＋Ｎｄ）≦０．０３であって、Ｎｄの濃度のピークは前記絶縁層の表面から１０ｎｍよりも深い位置に存在することを特徴とする表示装置。
【請求項８】
電子を放出する電子源がアレイ状に形成された陰極基板と、前記電子源から放出される電子によって励起されて発光する蛍光体が形成された陽極基板とを有する表示装置であって、
前記電子源は下部電極と絶縁層と電子が放出される上部電極とを含み、前記下部電極はＡｌと希土類原子との合金で形成され、前記絶縁層は前記下部電極の酸化膜によって形成され、前記希土類原子の濃度のピークは前記絶縁層の表面から１０ｎｍよりも深い位置に存在することを特徴とする表示装置。
【請求項９】
前記希土類元素はＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｐｍ、Ｓｍのいずれかであることを特徴とする請求項８に記載の表示装置。
【請求項１０】
電子を放出する電子源がアレイ状に形成された陰極基板と、前記電子源から放出される電子によって励起されて発光する蛍光体が形成された陽極基板とを有する表示装置であって、
前記電子源は下部電極と半導体層と絶縁層と電子が放出される上部電極とを含み、前記下部電極はＡｌＮｄによって形成され、前記絶縁層は前記下部電極の酸化膜によって形成され、Ｎｄの濃度のピークは前記絶縁層の表面から１０ｎｍよりも深い位置に存在することを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示装置に関わり、特に電子源アレイと蛍光面を用いた自発光型のフラット・パネル・ディスプレイとも称する画像表示装置に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
微少で集積可能な冷陰極型の電子源を利用する画像表示装置（フィールド・エミッション・ディスプレイ:ＦＥＤ）が開発されている。この種の画像表示装置の電子源は、電界放出型電子源とホットエレクトロン型電子源とに分類される。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、例えば「特許文献１」に、金属―絶縁体―半導体型についてはＭＯＳ型「非特許文献１」に、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」などに記載されている。このような電子源を複数の行（例えば水平方向）と複数の列（例えば垂直方向）に並べてマトリクスを形成し、各電子源対応に配列した多数の蛍光体を真空中に配置して画像表示装置を構成することができる。
【０００４】
アレイ状に形成された多数の電子源に走査信号、映像信号を供給するために画面垂直方向には多数の信号線、画面水平方向には多数の走査線が形成される。これらの信号線、走査線は電気抵抗を小さくするためにＡｌまたはＡｌ合金が使用される。信号線は下部に形成されるために、純Ａｌで形成するとヒロックの問題が生ずる。ヒロックの問題を無くすために、例えば、「特許文献２」では下部電極にＡｌＮｂの合金を用いることが記載されている。
【０００５】
ＭＩＭ電子源は下部電極、電子を加速するためのトンネル絶縁層、電子放出膜たる上部電極から構成される。信号線はＭＩＭ電子源の部分においては下部電極としての役割を持つ。トンネル絶縁膜は下部電極を陽極酸化によって形成した絶縁膜を用いる。電子源の部分においてＮｂが存在すると良質な酸化膜が得られないために、下部電極すなわち、信号線に対しＡｌＮｂをスパッタリングした後、Ａｌを薄く（６ｎｍあるいは１０ｎｍ）スパッタリングする。そして、このＡｌの部分のみに陽極酸化によって絶縁膜を形成する技術が「特許文献２」に記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平７−６５７１０号公報
【特許文献２】特開平１０−１１２２５４号公報
【非特許文献１】Ｊ.Ｖａｃ.Ｓｃｉ.Ｔｅｃｈｎｏｌ.Ｂ１１(２)，ｐ.４２９−４３２(１９９３)
【非特許文献２】Ｈｉｇｈ−ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ−ｅｌｅｃｔｒｏ−ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．ｖｏｌ．３６、ｐｐ.９３９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明では、信号線に対しヒロックに対してより耐性のあるＡｌとＮｄの合金であるＡｌＮｄ膜を用いる。信号線は電気抵抗を小さくするために、膜厚は５００ｎｍ程度と厚く形成される。信号線はスパッタリングによって形成するが、このような大きな膜厚を一回のスパッタリングで形成するのは困難なので、複数回に分けてスパッタリングする。すなわち、信号線は層状に形成される。
【０００８】
ＡｌＮｄ膜をスパッタリングによって形成した後、ホト工程およびエッチング工程を経て信号線パターンが形成される。層状に形成されたＡｌＮｄ膜をスパッタリングによって形成したものをＳＩＭＳ（２次イオン質量分析法）を用いて深さ方向にＮｄ濃度を分析すると、表面／界面のＮｄ濃度が上昇していることが認められる。
【０００９】
この様子を図２１に示す。図２１において、ＡｌＮｄ層は柱状の結晶粒が形成されている。各ＡｌＮｄ層の表面および界面はＮｄ濃度が高くなっている。これは表面拡散、および粒界拡散の影響で比較的低温においてもＡｌ原子が粒内に拡散し、質量の大きいＮｄ原子が取り残され、その存在比が表面および界面において相対的に増大した結果であると考えられる。
【００１０】
「特許文献２」等、Ａｌ合金としてＮｂを用いたものではこのような知見は開示されていない。すなわち、このような現象が現れるのはＮｄは原子量が１４４．２４と大きいことが原因の一つである。これに比べてＮｂの原子量は９２．９１であり、Ｎｄに比較して小さく、偏析の現象は顕著には現れなかったものと考えられる。これに加えて、ＡｌＮｄ合金はスパッタリングで被着された後、図２１に示すように、ＡｌＮｄ層は柱状の結晶粒が形成されている。このような柱状結晶が形成されるために、Ａｌ原子が表面あるいは界面と垂直方向に拡散しやすく、その結果、Ｎｄの偏析が生じやすいものと考えられる。すなわち、背景技術で述べた「特許文献２」に示したＡｌＮｂ合金の場合と本発明の対象とするＡｌＮｄ合金とは特に添加元素の偏析については大きな違いがある。
【００１１】
信号線はＭＩＭ電子源の下部電極となり、ＭＩＭ電子源のトンネル絶縁層は下部電極を陽極酸化することによって形成する。しかし、信号線の表面にＮｄの偏析が生じていると質の良い絶縁膜を形成することが出来ない。本発明の課題は、下部電極となる信号線の表面に偏析するＮｄの量を適正に制御し、ＭＩＭ電子源に安定したトンネル絶縁層を形成することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は信号線あるいは下部電極のスパッタリング条件を適正化することによって下部電極の膜に深さ方向の成分を規定する。これによって、ＭＩＭ電子源における安定したトンネル絶縁膜、すなわち、電子加速層を形成するものである。
具体的手段は次のとおりである。
【００１３】
（１）電子を放出する電子源がアレイ状に形成された陰極基板と、前記電子源から放出される電子によって励起されて発光する蛍光体が形成された陽極基板とを有する表示装置であって、前記電子源は下部電極と絶縁層と電子が放出される上部電極とを含み、前記下部電極はＡｌＮｄによって形成され、前記絶縁層は前記下部電極の酸化膜によって形成され、Ｎｄの濃度のピークは前記絶縁層の表面から１０ｎｍよりも深い位置に存在することを特徴とする表示装置。
【００１４】
（２）前記Ｎｄの濃度のピークは前記絶縁層の表面から５０ｎｍよりも深い位置に存在することを特徴とする（１）に記載の表示装置。
【００１５】
（３）前記Ｎｄの濃度のピークは前記絶縁層の表面から１００ｎｍよりも深い位置に存在することを特徴とする（１）に記載の表示装置。
【００１６】
（４）電子を放出する電子源がアレイ状に形成された陰極基板と、前記電子源から放出される電子によって励起されて発光する蛍光体が形成された陽極基板とを有する表示装置であって、前記電子源は下部電極と絶縁層と電子が放出される上部電極とを含み、前記下部電極はＡｌＮｄによって形成され、前記絶縁層は前記下部電極の酸化膜によって形成され、前記酸化膜の表面におけるＮｄとＡｌの原子％の割合はＮｄ／（Ａｌ＋Ｎｄ）≦０．０３であることを特徴とする表示装置。
【００１７】
（５）前記酸化膜の表面におけるＮｄとＡｌの原子％の割合は０．００２≦Ｎｄ／（Ａｌ＋Ｎｄ）≦０．０３であることを特徴とする（４）に記載の表示装置。
【００１８】
（６）前記酸化膜の表面におけるＮｄとＡｌの原子％の割合は０．０１≦Ｎｄ／（Ａｌ＋Ｎｄ）≦０．０３であることを特徴とする（４）に記載の表示装置。
【００１９】
（７）電子を放出する電子源がアレイ状に形成された陰極基板と、前記電子源から放出される電子によって励起されて発光する蛍光体が形成された陽極基板とを有する表示装置であって、前記電子源は下部電極と絶縁層と電子が放出される上部電極とを含み、前記下部電極はＡｌＮｄによって形成され、前記絶縁層は前記下部電極の酸化膜によって形成され、前記酸化膜の表面におけるＮｄとＡｌの原子％の割合はＮｄ／（Ａｌ＋Ｎｄ）≦０．０３であって、Ｎｄの濃度のピークは前記絶縁層の表面から１０ｎｍよりも深い位置に存在することを特徴とする表示装置。
【００２０】
（８）電子を放出する電子源がアレイ状に形成された陰極基板と、前記電子源から放出される電子によって励起されて発光する蛍光体が形成された陽極基板とを有する表示装置であって、前記電子源は下部電極と絶縁層と電子が放出される上部電極とを含み、前記下部電極はＡｌと希土類原子との合金で形成され、前記絶縁層は前記下部電極の酸化膜によって形成され、前記希土類原子の濃度のピークは前記絶縁層の表面から１０ｎｍよりも深い位置に存在することを特徴とする表示装置。
【００２１】
（９）前記希土類元素はＹ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｐｍ，Ｓｍのいずれかであることを特徴とする（８）に記載の表示装置。
【００２２】
（１０）電子を放出する電子源がアレイ状に形成された陰極基板と、前記電子源から放出される電子によって励起されて発光する蛍光体が形成された陽極基板とを有する表示装置であって、前記電子源は下部電極と半導体層と絶縁層と電子が放出される上部電極とを含み、前記下部電極はＡｌＮｄによって形成され、前記絶縁層は前記下部電極の酸化膜によって形成され、Ｎｄの濃度のピークは前記絶縁層の表面から１０ｎｍよりも深い位置に存在することを特徴とする表示装置。
【発明の効果】
【００２３】
ＭＩＭ電子源等では信号線が下部電極を兼ねる。信号線はヒロックを防止するためにＡｌＮｄ合金を使用するが、Ｎｄが信号線、すなわち、下部電極表面に偏析する。本発明では純ＡｌをＡｌＮｄ膜の上に薄くスパッタリングによってコーティングするので、下部電極の表面におけるＮｄの偏析を防止、あるいは緩和することが出来る。
【００２４】
ＭＩＭ電子源のトンネル絶縁膜は下部電極を陽極酸化することによって形成するが、本発明によれば下部電極の表面にはＮｄが偏析していないために、良質な陽極酸化膜によるトンネル絶縁膜を形成することが出来る。また、本発明によれば、Ｎｄの濃度のピークが下部電極の表面から１０ｎｍを超えた範囲にあるので、下部電極の表面に形成される陽極酸化膜は安定した品質を維持することが出来る。すなわち、基板毎の陽極酸化膜の品質を一定に保つことが出来る。
【００２５】
これによって品質の優れたフィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）を歩留まり良く、安定して製作することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明を実施例の図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００２７】
図１は、本発明の実施例１の説明図であり、ＭＩＭ型薄膜電子源を用いた画像表示装置を例とした模式平面図である。なお、図１では、主として電子源を有する一方の基板（陰極基板）１０の平面と枠ガラス４０を示し、蛍光体を形成した他方の基板（陽極基板）は、省略している。
【００２８】
陰極基板１０には、信号線駆動回路５０に接続する信号線（データ線）を構成する下部電極１１、電子放出電極となる上部電極１３、走査線駆動回路６０に接続して信号線と直交配置された上部バス電極（上部電極への給電電極）１７、上部バス電極１７に重なり、上部電極を接続するためのコンタクト電極１８、上部電極１３を各走査電極毎に分離するための段差構造（走査電極がコンタクト電極の端部からはみ出す形状の庇構造）１９、その他の後述する機能膜等が形成されている。上部バス電極１７はいわゆる走査線である。なお、電子源アレイ（電子放出部）は、下部電極１１上の上部バス電極１７間に配置され、絶縁層１２を介して下部電極１１に積層する上部電極１３で形成され、電子放出部を制限する厚い保護絶縁層１４で囲まれた薄層部分で形成される絶縁層（トンネル絶縁層）１２の部分から電子が放出される。
【００２９】
図２は、ＭＩＭ型電子源の原理説明図である。この電子源は、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、トンネル絶縁層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φｓ以上のエネルギーを持って上部電極１３表面に達したものが真空２４中に放出される。
【００３０】
図１に戻ってスペーサ３０は、陰極基板１０の上部バス電極１７上に配置し、蛍光面基板のブラックマトリクス（図示せず）の下に隠れるように配置する。信号電極配線となる下部電極１１は信号線駆動回路５０へ接続し、走査電極配線となる上部バス電極１７は走査線駆動回路６０に接続する。枠ガラス４０は、フリットガラスによって陰極基板１０と蛍光面基板（図示せず）に接着され、内部を真空排気する。
【００３１】
本発明の画像表示装置の製造方法の実施例について、図３〜図１９を参照して説明する。先ず、図３に示したように、ガラス基板１０上に下部電極１１用の金属膜を成膜する。下部電極１１の材料としてＡｌ系材料を用いる。Ａｌ系材料を用いるのは、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、先ず、Ｎｄを２原子量％ドープしたＡｌ−Ｎｄ合金層１１１を形成する。成膜には、スパッタリング法を用いるが、膜厚は５００ｎｍと厚いために複数回に分けてスパッタリングする。
【００３２】
その後、図４に示すように、Ａｌの薄膜１１２をＡｌ−Ｎｄ合金層１１１の上に薄く形成する。Ａｌ薄膜の厚さは１０ｎｍを超えていることが望ましい。図４にはこのように形成した信号線あるいは下部電極におけるＮｄの分布が合わせて記載されている。このＮｄの分布は、スパッタリングによって形成された後の膜中における分布である。
【００３３】
本発明の下部電極１１におけるＮｄの分布は下部電極表面におけるＮｄ濃度は３．０％以下であり、かつ、Ｎｄの濃度の最大値は膜表面から深さ方向に１０ｎｍより深い部分にあることを特徴とする。下部電極１１の表面におけるＮｄの濃度は小さいほうが良い。しかし、下部電極１１の表面におけるＮｄの濃度をゼロ近くというように極端に小さくするとスパッタリングあるいは下部電極１１を陽極酸化してトンネル絶縁層１２を形成するまでのプロセスによってＮｄ濃度の変動をおこしやすく、一定品質を維持することが難しくなる。下部電極１１の表面におけるＮｄの濃度を０．２％以上、好ましくは１．０％以上とすると、基板ごとにトンネル絶縁層１２に大きな変動が生ずることを抑えることが出来る。
【００３４】
一方、本発明では下部電極１１におけるＮｄの深さ方向の濃度のピークは１０ｎｍを超えるところに設定するが、基板毎のトンネル絶縁層１２の品質のバラつきを考慮すると、Ｎｄ濃度のピークはより深いところにあったほうが良い。Ｎｄの濃度のピークがより深いところにあったほうがＮｄ分布がプロセス条件による変動を受けにくいからである。以上を考慮すると、下部電極１１におけるＮｄ濃度のピークはより好ましくは表面から５０ｎｍを超える場所に存在しているほうが良く、さらに好ましくは１００ｎｍを超える場所に存在しているほうが良い。このような構成とすることによって、絶縁特性のよい、かつ均一なトンネル絶縁層１２を形成することが出来る。
【００３５】
このような構成を実現するために、ＡｌＮｄ膜１１１の表面にＡｌ膜を形成しなかった場合、ＡｌＮｄ膜１１１の表面にＡｌ膜をスパッタリングによって１０ｎｍ被着した場合、ＡｌＮｄ膜１１１の表面にＡｌ膜をスパッタリングによって５０ｎｍ被着した場合、について、Ｎｄの分布を測定し、評価した。以下に示す図４〜図８等においてＮｄの濃度は原子％（アトミック％）のことであり、Ｎｄ／（Ａｌ＋Ｎｄ）のことである。
【００３６】
図５はＡｌＮｄ膜１１１の表面にＡｌ膜を形成しなかった場合の下部電極１１の深さ方向におけるＮｄの分布である。この場合は、Ｎｄに偏析が生ずるために、下部電極１１の表面のＮｄの濃度が５％に達している。このような膜では優れた絶縁耐力を持つトンネル絶縁層１２を形成することは困難である。
【００３７】
図６はＡｌＮｄ膜１１１の表面にＡｌ膜をスパッタリングによって１０ｎｍ被着した場合の下部電極１１の深さ方向におけるＮｄの分布である。この場合は、Ｎｄの濃度のピークは膜表面から１０ｎｍを超えた部分に存在しているが、膜表面のＮｄ濃度は３％近くに達している。したがって、単純にＡｌを１０ｎｍ被着するだけでは製造ばらつきに対して弱いと考えられる。すなわち、本発明においては、Ａｌ膜のスパッタリングの厚さは１０ｎｍを超えることがより望ましい。また、Ａｌを１０ｎｍ被着する場合はスパッタリング条件、あるいはスパッタリング後のプロセス条件を制御することによって、Ｎｄの下部電極１１の表面における濃度を３％以下に抑えることが望ましい。
【００３８】
図７はＡｌＮｄ膜１１１の表面にＡｌ膜をスパッタリングによって５０ｎｍ被着した場合の下部電極１１の深さ方向におけるＮｄの分布である。この場合は図７に示すように、膜表面におけるＮｄの濃度は１％近くに抑えられており、また、Ｎｄの濃度のピークは表面から１０ｎｍをはるかに超えた部分に存在する。このような下部電極であれば、陽極酸化することによって性能のよい、かつ均質なトンネル絶縁層１２を形成することが出来る。
【００３９】
下部電極１１におけるＮｄの深さ方向の分布はスパッタリング条件によっても制御することが出来る。図８はＡｌＮｄ膜１１１の表面にＡｌ膜をスパッタリングによって５０ｎｍ被着した場合において、スパッタリング時の基板温度を変化させた場合の下部電極１１の深さ方向におけるＮｄの分布である。図８において、細線は基板加熱なしの場合、細い点線は基板を５０度加熱した場合、太い点線は基板を１５０度加熱した場合である。
【００４０】
図８に示すように、基板加熱するとスパッタリング直後にもＮｄの分布が変化する。基板温度が高いほうがＮｄの深さ方向の濃度は均一化されていることがわかる。しかし、基板温度がいずれの場合においても、Ａｌ膜１１２を５０ｎｍ程度ＡｌＮｄ膜上に被着すると、下部電極１１の表面におけるＮｄ濃度を２％以下、Ｎｄの深さ方向の濃度のピークを膜表面から１０ｎｍを超える位置に設定することが出来る。
【００４１】
以上は下部電極１１を陽極酸化してトンネル絶縁層１２を形成する前の下部電極の構成である。ＭＩＭ電子源等は下部電極１１を陽極酸化することによってトンネル絶縁層１２を形成する。この場合、ＡｌおよびＮｄに酸素が結合して、体積が増大する。しかし、Ａｌに対するＮｄの濃度については陽極酸化前と大きな差は出ないと考えられる。したがって、以上述べたようなＡｌに対するＮｄの濃度分布についてはトンネル絶縁層が形成された後は、トンネル絶縁層の表面からの距離と置き換えることが出来る。
【００４２】
図９に示す表１は以上のようにして形成した下部電極１１およびトンネル絶縁膜１２を使用したＭＩＭ電子源におけるエミッション効率を比較したものである。エミッション効率はエミッション電流／ダイオード電流で定義される。表１におけるエミッション効率は上部電極の下部電極に対する電圧Ｖｄ＝８．５Ｖで評価した。表１に示すように、下部電極１１における表面のＮｄの濃度が０．２％〜３．０％において良いエミッション効率を示す。下部電極１１における表面のＮｄの濃度が１．０％〜３．０％においてはさらに良いエミッション効率を示す。
【００４３】
以下はこのようにして下部電極を形成した後、ＦＥＤ完成までの製造プロセスである。以上のようにして、下部電極１１（以後信号線と下部電極は同義で使用する）用の膜を成膜した後はパターニング工程、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１０)。下部電極１１の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、そのサブピクセルのピッチ程度、大体１００〜２００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、印刷法などで行うことができる。
【００４４】
また、下部電極１１は陰極基板の最下層膜であり、その上に種々の膜を積層するため、端面はテーパー状に加工することが望ましい。そこでエッチング液はリン酸、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。硝酸の比率を高めることによりエッチング中のレジスト後退を促進し、加工端面をテーパー状に仕上げることができる。
【００４５】
次に、電子放出部を制限し、下部電極１１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、図１１に示した下部電極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て保護絶縁層１４とする。化成電圧を２００Ｖとすれば、厚さ約２８０ｎｍの保護絶縁層１４が形成される。その後、レジスト膜２５を除去して残りの下部電極１１の表面を陽極酸化する。例えば、化成電圧を４Ｖとすれば、下部電極１１上に厚さ約８ｎｍの絶縁層（トンネル絶縁層）１２が形成される（図１２）。
【００４６】
次に、層間膜（層間絶縁膜）と、上部電極１３への給電線となる上部バス電極１６となる金属膜を例えばスパッタリング法等で成膜する（図１３）。層間膜としては、例えばシリコン酸化物やシリコン窒化膜などを用いることができる。ここでは、シリコン窒化膜１５とシリコン膜１６の積層膜を用い膜厚はそれぞれ２００ｎｍと３００ｎｍとした。このシリコン窒化膜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１７間の絶縁を保つ役割を果たす。またシリコン膜１６は、後ほど上部バス電極１７の側面にアンダーカット１９を形成し、上部電極１３を分離するために用いる。
【００４７】
上部バス電極１７となる金属膜をスパッタリング等で成膜する。上部バス電極１７は走査電極として用いるため、データ電極となる下部電極１３より抵抗が低い必要があり、ここでは比抵抗の低い純Ａｌを用い、膜厚は配線抵抗を低減するため、４．５μｍとした。
【００４８】
次に上部バス電極１７の加工を行う。上部バス電極１７は下部電極１１とは直交し、電子放出部の横に配置する。エッチングは例えばリン酸、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（図１４）。
【００４９】
続いて上部バス電極１７とトンネル絶縁層１３の間のフィールド絶縁膜１４上の層間膜にスルーホールを開口する。エッチングは、例えばＣＦ４やＳＦ6を主成分とするエッチングガスを用いたドライエッチングによって、シリコン窒化膜１５とシリコン膜１６を同時にエッチングして行うことができる（図１５）。
【００５０】
続いて、上部バス電極と上部電極を電気的に接続する部分となるコンタクト電極用の金属膜をスパッタで形成する。コンタクト電極用の金属膜は、下部電極と同様に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。膜厚は３００ｎｍとした（図１６）。
【００５１】
続いて、コンタクト電極１８の加工を行う（図１７）。コンタクト電極１８は下部電極１１と同様にテーパー加工するため、エッチング液はリン酸、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。硝酸の比率を高めることによりエッチング中のレジスト後退を促進し、加工端面をテーパー状に仕上げることができる。
【００５２】
加工形状は図１１に示すように、トンネル絶縁層１３側の端面はスルーホール内を交差するようにし、トンネル絶縁層１３と反対側の端面は上部バス電極１６上になるようにする。スルーホール内にコンタクト電極１８の端面を形成することで、コンタクト部をフィールド絶縁膜１４上に形成することができ、この後形成する上部電極１３をシリコン窒化膜１５とシリコン膜１６の段差を経ずに上部バス電極１６からフィールド絶縁層１４まで下ろすことが可能である。したがって、上部電極１３の段切れを防止することが可能である。
【００５３】
続いて、層間膜のシリコン膜１６をシリコン窒化膜１５に対して高い選択比でドライエッチングすることにより、上部バス電極１７の反対側の側面下にアンダーカット１９を形成する（図１８）。ドライエッチは、ＣＦ４とＯ２の混合ガス、またはＳＦ6とＯ２の混合ガスにより行った。これらのガスはＳｉとＳｉＮをともにエッチングするが、Ｏ２の比率を最適化（例えばＣＦ４：Ｏ２＝２：１）することにより、Ｓｉのエッチング選択比を高めることができる。このアンダーカット１９は後ほど上部電極１３を成膜した際に上部電極１３を各上部バス電極１７（各走査線）毎に分離する機能を持つ。
【００５４】
続いて、電子放出部上のシリコン窒化膜１５を加工し、電子放出部を開口する。エッチングは、例えばＣＦ4やＳＦ6を主成分とするエッチング剤を用いたドライエッチングによって行うことができる（図１９）。
次に、上部電極１３膜の成膜をスパッタ法等で行う。上部電極１３としては、ホットエレクトロンの透過率の高い８族の白金族、１ｂ族の貴金属が有効である。特にＰｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇやそれらの積層膜などが有効である。ここでは例えばＩｒ、Ｐｔ、Ａｕの積層膜を用い、膜厚比を１：３：３とし、膜厚は例えば３ｎｍとした（図２０）。
【００５５】
次に、画像表示装置を構成する陰極基板と陽極基板はスペーサと枠部材を介し、ガラスフリットを用いて４００〜４５０℃の高温プロセスにより焼成、封着される。このような高温プロセスを経てもＭＩＭ電子源にはすでにトンネル絶縁膜が形成されているために、Ｎｄの偏析に伴うトンネル絶縁膜の劣化は考えなくとも良い。
【００５６】
以上の説明においてはＡｌに対する添加元素としてＮｄについて説明したが、同様な効果はＮｄと近似した性質を持つ他の希土類元素についても適用することが出来る。これらの元素としてはＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｐｍ、Ｓｍ等がある。
【００５７】
以上のように、本発明を用いれば、ＭＩＭ電子源において、性能の良いトンネル絶縁膜を均質に安定して製作できるために表示品質の優れたＦＥＤ表示装置を歩留まり良く製造することができる。
【００５８】
以上はＭＩＭ電子源を使用したＦＥＤ表示装置について説明した。しかし、本発明はＭＩＭ電子源を用いたＦＥＤ表示装置のみでなく、金属―絶縁体―半導体を積層したＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ―Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ―Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型の電子源を用いた表示装置、あるいは、金属―絶縁体―半導体−金属型等の薄膜型電子源を用いた表示装置等にも適用することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施例１を説明するＭＩＭ型薄膜電子源を用いた画像表示装置を例とした模式平面図である。
【図２】薄膜型電子源の動作原理を示す図である。
【図３】本発明の薄膜型電子源の製法を示す図である。
【図４】下部電極の構成を示す図である。
【図５】図４で、Ａｌ膜が無い場合の下部電極のＮｄ膜の分布である。
【図６】図４で、Ａｌ膜が１０ｎｍの場合の下部電極のＮｄ膜の分布である。
【図７】図４で、Ａｌ膜が５０ｎｍの場合の下部電極のＮｄ膜の分布である。
【図８】スパッタリング条件とＮｄ膜の分布を示す図である。
【図９】下部電極の構成とエミッション効率の関係を示す図である。
【図１０】本発明の薄膜型電子源の製法を示す図３に続く図である。
【図１１】本発明の薄膜型電子源の製法を示す図１０に続く図である。
【図１２】本発明の薄膜型電子源の製法を示す図１１に続く図である。
【図１３】本発明の薄膜型電子源の製法を示す図１２に続く図である。
【図１４】本発明の薄膜型電子源の製法を示す図１３に続く図である。
【図１５】本発明の薄膜型電子源の製法を示す図１４に続く図である。
【図１６】本発明の薄膜型電子源の製法を示す図１５に続く図である。
【図１７】本発明の薄膜型電子源の製法を示す図１６に続く図である。
【図１８】本発明の薄膜型電子源の製法を示す図１７に続く図である。
【図１９】本発明の薄膜型電子源の製法を示す図１８に続く図である。
【図２０】本発明の薄膜型電子源の製法を示す図１９に続く図である。
【図２１】従来の下部電極の深さ方向におけるＮｄの分布である。
【符号の説明】
【００６０】
１０・・・陰極基板、１１・・・下部電極、１２・・・絶縁層（トンネル絶縁層）、１３・・・上部電極、１４・・・保護絶縁層、１５・・・シリコン窒化膜、１６・・・シリコン膜、１７・・・上部バス電極、１８・・・コンタクト電極、１９・・・アンダーカット、２１・・・真空、２５・・・レジスト膜、３０・・・スペーサ、３１・・・信号電極、３２・・・走査電極、３３・・・層間絶縁膜、３４・・・コンタクト電極、３５・・・電子放出膜、４０・・・枠ガラス、４１・・・信号電極、４２・・・走査電極、４３・・・層間絶縁膜、４４・・・電界放出チップ、５０・・・信号線駆動回路、６０・・・走査線駆動回路、１１１・・・ＡｌＮｄ膜、１１２・・・Ａｌ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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