炭素繊維装置及び炭素繊維装置の製造方法
【課題】ホール形成層のホールの底面の略全域に金属触媒層を形成することができる炭素繊維装置及び炭素繊維装置の製造方法を提供する。
【解決手段】ＦＥＤ（炭素繊維装置）１は、カソード基板２と、カソード基板２上に形成されたカソード電極３と、カソード電極３上に形成された金属触媒層４と、金属触媒層４の一部を覆うとともに、金属触媒層４を露出させるホール１７が形成され、絶縁層１６を含むホール形成層６と、ホール形成層６から露出した金属触媒層４から延びる炭素繊維５とを備えている。ＦＥＤ１の製造方法では、金属触媒層４を形成した後、ホール形成層６が形成される。
【解決手段】ＦＥＤ（炭素繊維装置）１は、カソード基板２と、カソード基板２上に形成されたカソード電極３と、カソード電極３上に形成された金属触媒層４と、金属触媒層４の一部を覆うとともに、金属触媒層４を露出させるホール１７が形成され、絶縁層１６を含むホール形成層６と、ホール形成層６から露出した金属触媒層４から延びる炭素繊維５とを備えている。ＦＥＤ１の製造方法では、金属触媒層４を形成した後、ホール形成層６が形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーボンナノチューブやグラファイトナノファイバー等のナノスケールの炭素繊維を備えた炭素繊維装置及び炭素繊維装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、カーボンナノチューブやグラファイトナノファイバー等のナノスケールの炭素繊維を備えたＦＥＡ（フィールドエミッションアレイ）、ＦＥＤ（フィールドエミッションディスプレイ）や多層配線構造を有する集積回路等の炭素繊維装置（例えば、特許文献１参照）が知られている。
【０００３】
図１６は従来のアレイ状の徴小電子放出源を備えたＦＥＡ（炭素繊維装置）の断面図である。図１６に示すように、従来のＦＥＡ１０１は、基板１０２と、基板１０２上に形成されたカソード電極１０３と、カソード電極１０３の一部を露出させるためのホール１１７が形成された絶縁性のホール形成層１０６と、ホール形成層１０６上に形成されたゲート電極１０７と、ホール形成層１０６のホール１１７により露出されたカソード電極１０３上に形成された金属触媒層１０４と、露出させた金属触媒層１０４上に成長させたグラファイトナノファイバー等からなる炭素繊維１０５と、炭素繊維１０５を挟みカソード電極１０３と対向するように別の基板に設けられたアノード電極（図示略）とを備えている。
【０００４】
次に、従来のＦＥＡ１０１の製造方法を、図１７〜図１９を参照して説明する。従来のＦＥＡ１０１の製造方法では、図１７に示すように、基板１０２上にパターニングされたカソード電極１０３を形成する。次に、ホール形成層１０６及びゲート電極１０７を形成する。その後、ホール１１７を形成する領域が開口したレジスト膜１２１を形成する。
【０００５】
次に、図１８に示すように、ウェットエッチングによりゲート電極１０７及びホール形成層１０６の一部を除去してホール１１７を形成する。ここで、ドライエッチングによりホール１１７を形成すると、レジスト膜１２１が硬化して後述する有機液体（例えば、アセトン）による金属触媒層１０４のリフトオフが困難になるので、ドライエッチングは好ましくない。尚、硬化したレジスト膜１２１は、酸やアルカリ溶液には溶けるが、これらの溶液は金属触媒１０４をも溶かしてしまうので採用できない。
【０００６】
次に、図１９に示すように、ホール１１７を形成するためのレジスト膜１２１をそのまま除去せずに、鉄からなる金属触媒層１０４をスパッタ法により形成する。このように、金属触媒層１０４を構成する鉄は、酸に溶け易いためホール形成層１０６よりも後に形成することになる。その後、レジスト膜１２１とともにレジスト膜１２１上の金属触媒層１０４を有機液体により除去する（いわゆる、リフトオフ）。次に、図１６に示すように、熱ＣＶＤ法により、ホール１１７内に残った金属触媒層１０４に炭素繊維１０５を成長させる。
【特許文献１】特開２００４−３０３６７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述したＦＥＡ１０１及びその製造方法では、先にホール形成層１０６を形成した後、金属触媒層１０４を形成している。このため、ホール１１７の底面の中央部には金属触媒層１０４を形成することができるが、ホール１１７の底面の外周部には触媒を形成することが難しいといった課題がある。この課題は、ホール１１７の直径が小さくなり、ホール１１７の深さに対して直径が小さくなった場合に、特に大きくなる。
【０００８】
本発明は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、ホール形成層のホールの底面の略全域に金属触媒層を形成することができる炭素繊維装置及び炭素繊維装置の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、基板と、前記基板上に形成された電極と、前記電極上に形成された金属触媒層と、前記金属触媒層の一部を覆うとともに、前記金属触媒層を露出させるホールが形成され、絶縁層を含むホール形成層と、前記ホール形成層から露出した前記金属触媒層から延びる炭素繊維とを備えたことを特徴とする炭素繊維装置である。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、前記ホール形成層は、前記絶縁層と前記金属触媒層との間に形成され、アッシング可能な第１保護層を備えたことを特徴とする請求項１に記載の炭素繊維装置である。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明は、前記ホール形成層は、前記絶縁層と前記炭素含有層との間に前記絶縁層よりもエッチングレートの低い第２保護層を備えたことを特徴とする請求項２に記載の炭素繊維装置
である。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明は、基板上に電極を形成する電極形成工程と、前記電極上に金属触媒層を形成する触媒形成工程と、前記金属触媒層の一部を覆うとともに、前記金属触媒層を露出させるためのホールが形成され、絶縁層を含むホール形成層を形成するホール形成工程と、前記金属触媒層に炭素繊維を成長させる炭素繊維成長工程とを備えたことを特徴とする炭素繊維装置の製造方法である。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明は、前記ホール形成工程では、ドライエッチングによって、前記ホール形成層の絶縁層に前記ホールを形成することを特徴とする請求項４に記載の炭素繊維装置の製造方法である。
【００１４】
また、請求項６に記載の発明は、前記ホール形成工程では、前記絶縁層と前記金属触媒層との間に、アッシング可能な第１保護層を形成し、前記絶縁層にホールを形成した後、前記第１保護層にアッシングによりホールを形成することを特徴とする請求項４または請求項５のいずれか１項に記載の炭素繊維装置の製造方法である。
【００１５】
また、請求項７に記載の発明は、前記ホール形成工程では、前記絶縁層と前記第１保護層との間に、前記絶縁層よりもエッチングレートの低い第２保護層を形成することを特徴とする請求項６に記載の炭素繊維装置の製造方法である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、金属触媒層の一部を覆うようにホール触媒層を形成している。即ち、金属触媒層の後にホール形成層を形成しているので、ホールの底面の中央部及び外周部に関わらず、ホールの底面の略全域に金属触媒層を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して本発明を電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ：Field Emission Display）に適用した第１実施形態を説明する。図１は、第１実施形態によるＦＥＤの断面図である。図２は、カソード電極とゲート電極との関係を示す概略図である。
【００１８】
図１及び図２に示すように、ＦＥＤ１は、カソード基板（請求項の基板に相当）２と、複数のカソード電極（請求項の電極に相当）３と、金属触媒層４と、炭素繊維５と、ホール形成層６と、複数のゲート電極７と、蛍光体８と、複数のアノード電極９と、アノード基板１０とを備えている。
【００１９】
カソード基板２は、絶縁性のガラス基板からなる。
【００２０】
カソード電極３は、クロム（Ｃｒ）からなり、カソード基板２上に形成されている。図２に示すように、カソード電極３は、約１６μｍの幅を有する直線状に形成されている。複数のカソード電極３は、互いに平行になるように約４μｍの間隔で配置されている。尚、カソード電極３の幅及び間隔は適宜変更可能である。一例として、カソード電極３を約８５μｍの幅に形成し、約１５μｍの間隔で配置してもよい。これにより、ＲＧＢの３色で蛍光体を構成すると、約３００μｍピッチのピクセル（約１００μｍピッチのサブピクセル）を実現できる。
【００２１】
金属触媒層４は、炭素繊維５を成長させるためのものである。金属触媒層４は、１ｎｍ〜１０ｎｍの厚み、好ましくは約３ｎｍ以下の厚みを有する鉄（Ｆｅ）の微粒子からなる。尚、金属触媒層４を、ニッケルまたクロム等を鉄に含有させた鉄合金の微粒子により構成してもよい。金属触媒層４は、カソード電極３とゲート電極７とが直交する領域のカソード電極３上に形成されている。金属触媒層４の一部は、ホール形成層６のホール１７によって露出されている。
【００２２】
炭素繊維５は、電子放出源として機能するものである。炭素繊維５は、数ｎｍ〜数十ｎｍの直径を有するグラファイトナノファイバー（ＧＮＦ）からなる。炭素繊維５は、ホール形成層６のホール１７から露出した金属触媒層４から延びるように形成されている。
【００２３】
ホール形成層６は、金属触媒層４の一部を覆うように形成されている。ホール形成層６には、金属触媒層４の一部を露出させるためのホール１７が形成されている。ホール１７は、約５μｍ以下、好ましくは約１μｍの直径を有する。ホール形成層６は、炭素含有層（請求項の第１保護層に相当）１５と、絶縁層１６とを備えている。
【００２４】
炭素含有層１５は、絶縁層１６をエッチングする際に、金属触媒層４が劣化することを抑制するためのものである。炭素含有層１５は、約３００ｎｍの厚みを有する。炭素含有層１５は、炭素を含み、アッシング可能な熱硬化させたレジスト膜により構成されている。尚、このような炭素含有層１５を構成する材料として、炭素を含むポリイミド等を熱硬化させたポリマー材料やカーボン等を適用できる。炭素含有層１５は、金属触媒層４と絶縁層１６との間に形成されている。炭素含有層１５は、金属触媒層４の一部を除き略全面を覆うように形成されている。
【００２５】
絶縁層１６は、カソード電極３とゲート電極７とを絶縁するためのものである。絶縁層１６は、ＳｉＯ２からなる。絶縁層１６は、炭素含有層１５の上面の略全域に形成されている。
【００２６】
ゲート電極７は、炭素繊維５から電子を引き出すためのものである。ゲート電極７は、クロム（Ｃｒ）からなり、ホール形成層６の上面に形成されている。図２に示すように、ゲート電極７は、約１６μｍの幅を有し、カソード電極３と直交する方向に延びる直線状に形成されている。複数のゲート電極７は、約４μｍの間隔で配置されている。尚、ゲート電極７の幅及び間隔は適宜変更可能である。一例として、ゲート電極７を約８５μｍの幅に形成し、約１５μｍの間隔で配置してもよい。これにより、ＲＧＢの３色で蛍光体を構成すると、約３００μｍピッチのピクセル（約１００μｍピッチのサブピクセル）を実現できる。
【００２７】
蛍光体８は、炭素繊維５から放出された電子が衝突することにより、所望の色の光を発光させるためのものである。尚、蛍光体８は、単層として図面に記載しているが、異なる複数の色を発光可能なドット状に形成してもよい。蛍光体８は、アノード電極９の下面に形成されている。
【００２８】
アノード電極９は、炭素繊維５から放出された電子を蛍光体８へと衝突させるためのものである。アノード電極９は、光を透過可能なＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）からなり、アノード基板１０の下面に形成されている。アノード電極９は、直線状に形成されている。アノード電極９は、カソード電極３と同じ方向に延びるように平行に形成されている。
【００２９】
アノード基板１０は、光を透過可能なガラス基板からなる。
【００３０】
次に、上述したＦＥＤ１の動作について説明する。
【００３１】
まず、所定のカソード電極３とゲート電極７との間に電圧が印加される。電圧が印加されたカソード電極３とゲート電極７とが交差する位置に形成されている炭素繊維５から電子が放出される。放出された電子は、電圧が印加されているアノード電極９に引かれて進行する。進行する電子は、蛍光体８に衝突して、所定の色の光が発光される。そして、これらの光がアノード基板１０を透過して、画像が表示される。
【００３２】
次に、上述したＦＥＤ１の製造方法について説明する。図３〜図９は、第１実施形態によるＦＥＤの各製造工程における説明図である。
【００３３】
まず、図３に示すように、フォトリソグラフィー技術及びリフトオフ法等により、カソード基板２上にパターニングされたカソード電極３を形成する。
【００３４】
次に、図４に示すように、フォトリソグラフィー技術及びリフトオフ法等により、カソード電極３を覆うように、パターニングされた金属触媒層４を形成する。
【００３５】
次に、図５に示すように、金属触媒層４を覆うように炭素を含むレジスト膜を熱硬化させて炭素含有層１５を形成する。炭素含有層１５をカーボンにより構成する場合は、スパッタ法または蒸着法等により形成してもよい。その後、炭素含有層１５上に絶縁層１６を形成する。更に、フォトリソグラフィー技術及びスパッタ法により絶縁層１６上に直線状のゲート電極７を形成する。ここでゲート電極７は、平面視にて、金属触媒層４が形成された領域でカソード電極３と直交するようにパターニングされる（図２参照）。
【００３６】
次に、図６に示すように、フォトリソグラフィー技術によりホール１７が形成される領域が除去されたレジスト膜２１を形成する。
【００３７】
次に、図７に示すように、塩素（Ｃｌ２）ガスを用いた反応性イオンエッチングにより、レジスト膜２１から露出したゲート電極７を除去する。その後、ＣＦ４ガスのプラズマを用いたドライエッチングにより、レジスト膜２１から露出した絶縁層１６を除去する。ここで、炭素含有層１５の一部が除去された状態で、ドライエッチングをストップさせるので、金属触媒層４がドライエッチングにより劣化することを抑制できる。尚、ＣＦ４ガスの代わりに、Ｃ４Ｆ８ガス、Ｃ２Ｆ４ガス、ＳＦ６ガス等のフッ素系ガスを用いてもよい。
【００３８】
次に、図８に示すように、酸素を用いたアッシングにより、絶縁層１６から露出した残りの炭素含有層１５及びレジスト膜２１を除去する。これによりホール形成層６に金属触媒層４の一部を露出させるためのホール１７が形成される。この結果、ホール形成層６によって金属触媒層４の一部は覆われつつ、ホール形成層６から金属触媒層４の一部が露出する。ここで、金属触媒層４を構成する鉄は、ほとんどアッシングされない。
【００３９】
次に、図９に示すように、約４５０℃〜約８００℃程度の成長温度にカソード基板２を昇温して、ＣＨ４ガスを成長ガスとして用いた熱ＣＶＤ（化学気相成長法：Chemical Vapor Deposition）により、露出した金属触媒層４の表面に炭素繊維５を成長させる。尚、ＣＨ４ガスの代わりに、Ｃ２Ｈ２、ＣＯ、メターノール、エタノール等のガスを成長ガスとして採用することができる。
【００４０】
その後、別工程によりアノード基板１０にアノード電極９及び蛍光体８を順に形成する。そして、このアノード基板１０をカソード基板２に接着剤により接着して、図１に示すＦＥＤ１が完成する。
【００４１】
図１０及び図１１は、上述した第１実施形態によるＦＥＤの製造方法により製造された炭素繊維の写真である。図１１は、図１０における円内部の拡大写真である。図１０及び図１１に示すように、ホールの底面の略全域に複数の炭素繊維が形成されているのがわかる。尚、カソード電極上に形成された金属触媒層は、厚み約３ｎｍ（一般では厚さ約２０ｎｍ以下）と極めて薄いため写真内で示すことができない。
【００４２】
上述したように、第１実施形態によるＦＥＤ１は、金属触媒層４の一部を覆うようにホール形成層６を形成している。即ち、金属触媒層４をホール形成層６よりも先に形成している。これにより、ホール１７の底面の中央部及び外周部に関わらず、ホール１７の底面の略全域に金属触媒層４を形成することができる。また、ホール１７の側面及びホール１７の開口部（上面）の外周部のゲート電極７上に金属触媒層４が形成されることを抑制できる。これらのことから、所望の領域であるホール１７の底面にのみ炭素繊維５を形成することができる。
【００４３】
また、従来のようにレジスト膜が硬化することを防ぐために、ホールをウェットエッチングにより形成していた場合、ウェットエッチングでは微細加工が難しく、ホールの微細化に限界があった。しかしながら、第１実施形態によるＦＥＤ１では、金属触媒層４を先に形成するので、ホール形成層６の絶縁層１６をドライエッチングすることができる。これにより、ホール１７の微細化を実現することができる。この結果、消費電力の低減、放出される電子の面方向での均一化、及び、画素密度の向上等を実現できる。
【００４４】
また、金属触媒層４を炭素含有層１５により覆った状態で、絶縁層１６をドライエッチングすることによって、金属触媒層４の劣化を抑制できる。更に、金属触媒層４はアッシングされ難いため、アッシング可能な炭素含有層１５を除去する際にも、金属触媒層４の劣化を抑制できる。
【００４５】
（第２実施形態）
次に、第１実施形態を部分的に変更した第２実施形態に係るＦＥＤについて、図面を参照して説明する。図１２は、第２実施形態に係るＦＥＤの断面図である。尚、第１実施形態と同様の構成には同じ符号を付けて説明を省略する。
【００４６】
図１２に示すように、第２実施形態によるＦＥＤ１Ａは、カソード基板２と、複数のカソード電極３と、金属触媒層４Ａと、炭素繊維５と、ホール１７Ａが形成されたホール形成層６Ａと、複数のゲート電極７と、蛍光体８と、複数のアノード電極９と、アノード基板１０とを備えている。
【００４７】
金属触媒層４Ａは、ドライエッチングにより劣化し難いニッケル（Ｎｉ）の微粒子からなる。
【００４８】
炭素繊維５Ａは、約１０ｎｍの直径を有する複数のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）からなる。
【００４９】
ホール形成層６Ａは、絶縁層１６によって構成されている。即ち、第１実施形態における炭素含有層１５が省略されている。これは、金属触媒層４Ａをドライエッチングにより劣化し難いニッケルにより構成しているためである。
【００５０】
上述したように第２実施形態によるＦＥＤ１Ａでは、金属触媒層４Ａをドライエッチングにより劣化し難いニッケルにより構成しているので、炭素含有層を省略してホール形成層６Ａの構成を簡略化することができる。また、ホール形成層６Ａにホール１７Ａを形成する工程を簡略化することができる。
【００５１】
（第３実施形態）
次に、上述した第１実施形態を部分的に変更した第３実施形態によるＦＥＤについて、図面を参照して説明する。図１３は、第３実施形態に係るＦＥＤの断面図である。尚、上述した実施形態と同様の構成には、同じ符号を付けて説明を省略する。
【００５２】
図１３に示すように、第３実施形態によるＦＥＤ１Ｂは、カソード基板２と、複数のカソード電極３と、金属触媒層４と、炭素繊維５と、ホール１７Ｂが形成されたホール形成層６Ｂと、複数のゲート電極７と、蛍光体８と、複数のアノード電極９と、アノード基板１０とを備えている。
【００５３】
ホール形成層６Ｂは、炭素含有層１５と、エッチングストッパー層（請求項の第２保護層に相当）１８と、絶縁層１６とを備えている。エッチングストッパー層１８は、炭素含有層１５と絶縁層１６との間に形成されている。エッチングストッパー層１８は、フッ素系ガスによるドライエッチングされ難い、数十ｎｍの厚みを有するクロム（Ｃｒ）からなる。ここでフッ素系ガスによりドライエッチングがされ難いとは、絶縁層１６のエッチングレートに比べてエッチングストッパー層１８のエッチングレートが小さければよい。好ましくは、絶縁層１６のエッチングレートに比べてエッチングストッパー層１８のエッチングレートが１／１０以下である。
【００５４】
ＦＥＤ１Ｂの製造方法では、炭素含有層１５と、エッチングストッパー層１８と、絶縁層１６と、ゲート電極７とを順に積層する。その後、ゲート電極７、絶縁層１６、エッチングストッパー層１８、炭素含有層１５を順にエッチングしてホール１７Ｂを形成する。ここで、エッチングストッパー層１８のホール１７Ｂの領域は、塩素ガスによる反応性イオンエッチングによって除去される。
【００５５】
上述したように第３実施形態によるＦＥＤ１Ｂは、フッ素系ガスによるドライエッチングではエッチングされ難いクロムからなるエッチングストッパー層１８を備えている。これにより、絶縁層１６をドライエッチングする際に、金属触媒層４がフッ素系ガスにより劣化することを、より抑制できる。
【００５６】
（第４実施形態）
次に、上述した第１実施形態を部分的に変更した第４実施形態によるＦＥＤについて、図面を参照して説明する。図１４は、第４実施形態に係るＦＥＤの断面図である。尚、上述した実施形態と同様の構成には、同じ符号を付けて説明を省略する。
【００５７】
図１４に示すように、第４実施形態によるＦＥＤ１Ｃは、カソード基板２と、複数のカソード電極３と、金属触媒層４と、炭素繊維５と、ホール１７が形成されたホール形成層６と、複数のゲート電極７と、絶縁層２５と、集束電極２６と、蛍光体８と、複数のアノード電極９と、アノード基板１０とを備えている。
【００５８】
絶縁層２５は、集束電極２６とゲート電極７とを絶縁するためのものである。絶縁層２５は、ＳｉＯ２からなり、ゲート電極７上に形成されている。
【００５９】
集束電極２６は、炭素繊維５から放出された電子を集束させるためのものである。集束電極２６は、クロムからなり、絶縁層２５上に形成されている。
【００６０】
絶縁層２５及び集束電極２６には、ホール形成層６のホール１７と略同じ位置がドライエッチングにより除去されている。
【００６１】
上述したように、第４実施形態によるＦＥＤ１Ｃでは、集束電極２６を備えているので、炭素繊維５から放出された電子を集束させることができる。これにより画像の鮮明度を向上させることができる。
【００６２】
（第５実施形態）
次に、本発明を多層配線構造の集積回路（ＩＣ）に適用した第５実施形態について、図面を参照して説明する。図１５は、第５実施形態による集積回路（ＩＣ）の断面図である。
【００６３】
図１５に示すように、第５実施形態によるＩＣ５１は、基板５２と、下層電極５３と、金属触媒層５４と、炭素繊維５５と、ホール形成層５６と、上層電極５７とを備えている。
【００６４】
基板５２は、絶縁性のガラス基板からなる。
【００６５】
下層電極５３は、クロム（Ｃｒ）やアルミニウム（Ａｌ）等の金属材料からなり、所望の形状にパターニングされて基板５２上に形成されている。
【００６６】
金属触媒層５４は、炭素繊維５５を成長させるためのものであって、鉄または鉄合金からなる。
【００６７】
炭素繊維５５は、下層電極５３と上層電極５７とを電気的に接続するためのものである。炭素繊維５５は、金属触媒層５４から上層電極５７に達するまで形成されている。尚、炭素繊維５５は、上述したＦＥＤの電子放出源として用いる場合比べて、単位面積当たりの本数を増やす方が好ましい。低抵抗を実現するためである。
【００６８】
ホール形成層５６には、ホール６７が形成されている。ホール形成層５６は、金属触媒層５４の一部を覆うように形成されている。即ち、ホール形成層５６は、金属触媒層５４よりも後に形成されている。ホール形成層５６は、炭素を含むレジスト膜を熱硬化させたポリマーからなる炭素含有層６５と、ＳｉＯ２からなる絶縁層６６とを備えている。
【００６９】
上層電極５７は、クロム（Ｃｒ）やアルミニウム（Ａｌ）等の金属材料からなり、所望の形状にパターニングされて絶縁層６６上に形成されている。上層電極５７は、ホール６７を塞ぐように形成されている。
【００７０】
上述したように第５実施形態によるＩＣ５１では、金属触媒層５４の一部を覆うようにホール形成層５６を形成している。即ち、金属触媒層５４を形成した後、ホール形成層５６を形成しているので、金属触媒層５４をホール形成層５６のホール６７の略全域に形成することができる。
【００７１】
以上、実施形態を用いて本発明を詳細に説明したが、本発明は本明細書中に説明した実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載及び特許請求の範囲の記載と均等の範囲により決定されるものである。以下、上記実施形態を一部変更した変更形態について説明する。
【００７２】
例えば、上述した各構成の形状、数値、材料等は適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】第１実施形態によるＦＥＤの断面図である。
【図２】カソード電極とゲート電極との関係を示す概略図である。
【図３】第１実施形態によるＦＥＤの各製造工程における説明図である。
【図４】第１実施形態によるＦＥＤの各製造工程における説明図である。
【図５】第１実施形態によるＦＥＤの各製造工程における説明図である。
【図６】第１実施形態によるＦＥＤの各製造工程における説明図である。
【図７】第１実施形態によるＦＥＤの各製造工程における説明図である。
【図８】第１実施形態によるＦＥＤの各製造工程における説明図である。
【図９】第１実施形態によるＦＥＤの各製造工程における説明図である。
【図１０】第１実施形態によるＦＥＤの製造方法により製造された炭素繊維の写真である。
【図１１】図１０の円部分を拡大した炭素繊維の写真である。
【図１２】第２実施形態に係るＦＥＤの断面図である。
【図１３】第３実施形態に係るＦＥＤの断面図である。
【図１４】第４実施形態に係るＦＥＤの断面図である。
【図１５】第５実施形態による集積回路（ＩＣ）の断面図である。
【図１６】従来のＦＥＤの断面図を示す。
【図１７】従来のＦＥＤの製造方法を説明する図である。
【図１８】従来のＦＥＤの製造方法を説明する図である。
【図１９】従来のＦＥＤの製造方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００７４】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ ＦＥＤ
２ カソード基板
３ カソード電極
４、４Ａ 金属触媒層
５、５Ａ 炭素繊維
６、６Ａ、６Ｂ ホール形成層
７ ゲート電極
８ 蛍光体
９ アノード電極
１０ アノード基板
１５ 炭素含有層
１６ 絶縁層
１７、１７Ａ、１７Ｂ ホール
１８ エッチングストッパー層
２１ レジスト膜
２５ 絶縁層
２６ 集束電極
５１ 集積回路（ＩＣ）
５２ 基板
５３ 下層電極
５４ 金属触媒層
５５ 炭素繊維
５６ ホール形成層
５７ 上層電極
６５ 炭素含有層
６６ 絶縁層
６７ ホール
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーボンナノチューブやグラファイトナノファイバー等のナノスケールの炭素繊維を備えた炭素繊維装置及び炭素繊維装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、カーボンナノチューブやグラファイトナノファイバー等のナノスケールの炭素繊維を備えたＦＥＡ（フィールドエミッションアレイ）、ＦＥＤ（フィールドエミッションディスプレイ）や多層配線構造を有する集積回路等の炭素繊維装置（例えば、特許文献１参照）が知られている。
【０００３】
図１６は従来のアレイ状の徴小電子放出源を備えたＦＥＡ（炭素繊維装置）の断面図である。図１６に示すように、従来のＦＥＡ１０１は、基板１０２と、基板１０２上に形成されたカソード電極１０３と、カソード電極１０３の一部を露出させるためのホール１１７が形成された絶縁性のホール形成層１０６と、ホール形成層１０６上に形成されたゲート電極１０７と、ホール形成層１０６のホール１１７により露出されたカソード電極１０３上に形成された金属触媒層１０４と、露出させた金属触媒層１０４上に成長させたグラファイトナノファイバー等からなる炭素繊維１０５と、炭素繊維１０５を挟みカソード電極１０３と対向するように別の基板に設けられたアノード電極（図示略）とを備えている。
【０００４】
次に、従来のＦＥＡ１０１の製造方法を、図１７〜図１９を参照して説明する。従来のＦＥＡ１０１の製造方法では、図１７に示すように、基板１０２上にパターニングされたカソード電極１０３を形成する。次に、ホール形成層１０６及びゲート電極１０７を形成する。その後、ホール１１７を形成する領域が開口したレジスト膜１２１を形成する。
【０００５】
次に、図１８に示すように、ウェットエッチングによりゲート電極１０７及びホール形成層１０６の一部を除去してホール１１７を形成する。ここで、ドライエッチングによりホール１１７を形成すると、レジスト膜１２１が硬化して後述する有機液体（例えば、アセトン）による金属触媒層１０４のリフトオフが困難になるので、ドライエッチングは好ましくない。尚、硬化したレジスト膜１２１は、酸やアルカリ溶液には溶けるが、これらの溶液は金属触媒１０４をも溶かしてしまうので採用できない。
【０００６】
次に、図１９に示すように、ホール１１７を形成するためのレジスト膜１２１をそのまま除去せずに、鉄からなる金属触媒層１０４をスパッタ法により形成する。このように、金属触媒層１０４を構成する鉄は、酸に溶け易いためホール形成層１０６よりも後に形成することになる。その後、レジスト膜１２１とともにレジスト膜１２１上の金属触媒層１０４を有機液体により除去する（いわゆる、リフトオフ）。次に、図１６に示すように、熱ＣＶＤ法により、ホール１１７内に残った金属触媒層１０４に炭素繊維１０５を成長させる。
【特許文献１】特開２００４−３０３６７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述したＦＥＡ１０１及びその製造方法では、先にホール形成層１０６を形成した後、金属触媒層１０４を形成している。このため、ホール１１７の底面の中央部には金属触媒層１０４を形成することができるが、ホール１１７の底面の外周部には触媒を形成することが難しいといった課題がある。この課題は、ホール１１７の直径が小さくなり、ホール１１７の深さに対して直径が小さくなった場合に、特に大きくなる。
【０００８】
本発明は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、ホール形成層のホールの底面の略全域に金属触媒層を形成することができる炭素繊維装置及び炭素繊維装置の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、基板と、前記基板上に形成された電極と、前記電極上に形成された金属触媒層と、前記金属触媒層の一部を覆うとともに、前記金属触媒層を露出させるホールが形成され、絶縁層を含むホール形成層と、前記ホール形成層から露出した前記金属触媒層から延びる炭素繊維とを備えたことを特徴とする炭素繊維装置である。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、前記ホール形成層は、前記絶縁層と前記金属触媒層との間に形成され、アッシング可能な第１保護層を備えたことを特徴とする請求項１に記載の炭素繊維装置である。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明は、前記ホール形成層は、前記絶縁層と前記炭素含有層との間に前記絶縁層よりもエッチングレートの低い第２保護層を備えたことを特徴とする請求項２に記載の炭素繊維装置
である。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明は、基板上に電極を形成する電極形成工程と、前記電極上に金属触媒層を形成する触媒形成工程と、前記金属触媒層の一部を覆うとともに、前記金属触媒層を露出させるためのホールが形成され、絶縁層を含むホール形成層を形成するホール形成工程と、前記金属触媒層に炭素繊維を成長させる炭素繊維成長工程とを備えたことを特徴とする炭素繊維装置の製造方法である。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明は、前記ホール形成工程では、ドライエッチングによって、前記ホール形成層の絶縁層に前記ホールを形成することを特徴とする請求項４に記載の炭素繊維装置の製造方法である。
【００１４】
また、請求項６に記載の発明は、前記ホール形成工程では、前記絶縁層と前記金属触媒層との間に、アッシング可能な第１保護層を形成し、前記絶縁層にホールを形成した後、前記第１保護層にアッシングによりホールを形成することを特徴とする請求項４または請求項５のいずれか１項に記載の炭素繊維装置の製造方法である。
【００１５】
また、請求項７に記載の発明は、前記ホール形成工程では、前記絶縁層と前記第１保護層との間に、前記絶縁層よりもエッチングレートの低い第２保護層を形成することを特徴とする請求項６に記載の炭素繊維装置の製造方法である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、金属触媒層の一部を覆うようにホール触媒層を形成している。即ち、金属触媒層の後にホール形成層を形成しているので、ホールの底面の中央部及び外周部に関わらず、ホールの底面の略全域に金属触媒層を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して本発明を電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ：Field Emission Display）に適用した第１実施形態を説明する。図１は、第１実施形態によるＦＥＤの断面図である。図２は、カソード電極とゲート電極との関係を示す概略図である。
【００１８】
図１及び図２に示すように、ＦＥＤ１は、カソード基板（請求項の基板に相当）２と、複数のカソード電極（請求項の電極に相当）３と、金属触媒層４と、炭素繊維５と、ホール形成層６と、複数のゲート電極７と、蛍光体８と、複数のアノード電極９と、アノード基板１０とを備えている。
【００１９】
カソード基板２は、絶縁性のガラス基板からなる。
【００２０】
カソード電極３は、クロム（Ｃｒ）からなり、カソード基板２上に形成されている。図２に示すように、カソード電極３は、約１６μｍの幅を有する直線状に形成されている。複数のカソード電極３は、互いに平行になるように約４μｍの間隔で配置されている。尚、カソード電極３の幅及び間隔は適宜変更可能である。一例として、カソード電極３を約８５μｍの幅に形成し、約１５μｍの間隔で配置してもよい。これにより、ＲＧＢの３色で蛍光体を構成すると、約３００μｍピッチのピクセル（約１００μｍピッチのサブピクセル）を実現できる。
【００２１】
金属触媒層４は、炭素繊維５を成長させるためのものである。金属触媒層４は、１ｎｍ〜１０ｎｍの厚み、好ましくは約３ｎｍ以下の厚みを有する鉄（Ｆｅ）の微粒子からなる。尚、金属触媒層４を、ニッケルまたクロム等を鉄に含有させた鉄合金の微粒子により構成してもよい。金属触媒層４は、カソード電極３とゲート電極７とが直交する領域のカソード電極３上に形成されている。金属触媒層４の一部は、ホール形成層６のホール１７によって露出されている。
【００２２】
炭素繊維５は、電子放出源として機能するものである。炭素繊維５は、数ｎｍ〜数十ｎｍの直径を有するグラファイトナノファイバー（ＧＮＦ）からなる。炭素繊維５は、ホール形成層６のホール１７から露出した金属触媒層４から延びるように形成されている。
【００２３】
ホール形成層６は、金属触媒層４の一部を覆うように形成されている。ホール形成層６には、金属触媒層４の一部を露出させるためのホール１７が形成されている。ホール１７は、約５μｍ以下、好ましくは約１μｍの直径を有する。ホール形成層６は、炭素含有層（請求項の第１保護層に相当）１５と、絶縁層１６とを備えている。
【００２４】
炭素含有層１５は、絶縁層１６をエッチングする際に、金属触媒層４が劣化することを抑制するためのものである。炭素含有層１５は、約３００ｎｍの厚みを有する。炭素含有層１５は、炭素を含み、アッシング可能な熱硬化させたレジスト膜により構成されている。尚、このような炭素含有層１５を構成する材料として、炭素を含むポリイミド等を熱硬化させたポリマー材料やカーボン等を適用できる。炭素含有層１５は、金属触媒層４と絶縁層１６との間に形成されている。炭素含有層１５は、金属触媒層４の一部を除き略全面を覆うように形成されている。
【００２５】
絶縁層１６は、カソード電極３とゲート電極７とを絶縁するためのものである。絶縁層１６は、ＳｉＯ２からなる。絶縁層１６は、炭素含有層１５の上面の略全域に形成されている。
【００２６】
ゲート電極７は、炭素繊維５から電子を引き出すためのものである。ゲート電極７は、クロム（Ｃｒ）からなり、ホール形成層６の上面に形成されている。図２に示すように、ゲート電極７は、約１６μｍの幅を有し、カソード電極３と直交する方向に延びる直線状に形成されている。複数のゲート電極７は、約４μｍの間隔で配置されている。尚、ゲート電極７の幅及び間隔は適宜変更可能である。一例として、ゲート電極７を約８５μｍの幅に形成し、約１５μｍの間隔で配置してもよい。これにより、ＲＧＢの３色で蛍光体を構成すると、約３００μｍピッチのピクセル（約１００μｍピッチのサブピクセル）を実現できる。
【００２７】
蛍光体８は、炭素繊維５から放出された電子が衝突することにより、所望の色の光を発光させるためのものである。尚、蛍光体８は、単層として図面に記載しているが、異なる複数の色を発光可能なドット状に形成してもよい。蛍光体８は、アノード電極９の下面に形成されている。
【００２８】
アノード電極９は、炭素繊維５から放出された電子を蛍光体８へと衝突させるためのものである。アノード電極９は、光を透過可能なＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）からなり、アノード基板１０の下面に形成されている。アノード電極９は、直線状に形成されている。アノード電極９は、カソード電極３と同じ方向に延びるように平行に形成されている。
【００２９】
アノード基板１０は、光を透過可能なガラス基板からなる。
【００３０】
次に、上述したＦＥＤ１の動作について説明する。
【００３１】
まず、所定のカソード電極３とゲート電極７との間に電圧が印加される。電圧が印加されたカソード電極３とゲート電極７とが交差する位置に形成されている炭素繊維５から電子が放出される。放出された電子は、電圧が印加されているアノード電極９に引かれて進行する。進行する電子は、蛍光体８に衝突して、所定の色の光が発光される。そして、これらの光がアノード基板１０を透過して、画像が表示される。
【００３２】
次に、上述したＦＥＤ１の製造方法について説明する。図３〜図９は、第１実施形態によるＦＥＤの各製造工程における説明図である。
【００３３】
まず、図３に示すように、フォトリソグラフィー技術及びリフトオフ法等により、カソード基板２上にパターニングされたカソード電極３を形成する。
【００３４】
次に、図４に示すように、フォトリソグラフィー技術及びリフトオフ法等により、カソード電極３を覆うように、パターニングされた金属触媒層４を形成する。
【００３５】
次に、図５に示すように、金属触媒層４を覆うように炭素を含むレジスト膜を熱硬化させて炭素含有層１５を形成する。炭素含有層１５をカーボンにより構成する場合は、スパッタ法または蒸着法等により形成してもよい。その後、炭素含有層１５上に絶縁層１６を形成する。更に、フォトリソグラフィー技術及びスパッタ法により絶縁層１６上に直線状のゲート電極７を形成する。ここでゲート電極７は、平面視にて、金属触媒層４が形成された領域でカソード電極３と直交するようにパターニングされる（図２参照）。
【００３６】
次に、図６に示すように、フォトリソグラフィー技術によりホール１７が形成される領域が除去されたレジスト膜２１を形成する。
【００３７】
次に、図７に示すように、塩素（Ｃｌ２）ガスを用いた反応性イオンエッチングにより、レジスト膜２１から露出したゲート電極７を除去する。その後、ＣＦ４ガスのプラズマを用いたドライエッチングにより、レジスト膜２１から露出した絶縁層１６を除去する。ここで、炭素含有層１５の一部が除去された状態で、ドライエッチングをストップさせるので、金属触媒層４がドライエッチングにより劣化することを抑制できる。尚、ＣＦ４ガスの代わりに、Ｃ４Ｆ８ガス、Ｃ２Ｆ４ガス、ＳＦ６ガス等のフッ素系ガスを用いてもよい。
【００３８】
次に、図８に示すように、酸素を用いたアッシングにより、絶縁層１６から露出した残りの炭素含有層１５及びレジスト膜２１を除去する。これによりホール形成層６に金属触媒層４の一部を露出させるためのホール１７が形成される。この結果、ホール形成層６によって金属触媒層４の一部は覆われつつ、ホール形成層６から金属触媒層４の一部が露出する。ここで、金属触媒層４を構成する鉄は、ほとんどアッシングされない。
【００３９】
次に、図９に示すように、約４５０℃〜約８００℃程度の成長温度にカソード基板２を昇温して、ＣＨ４ガスを成長ガスとして用いた熱ＣＶＤ（化学気相成長法：Chemical Vapor Deposition）により、露出した金属触媒層４の表面に炭素繊維５を成長させる。尚、ＣＨ４ガスの代わりに、Ｃ２Ｈ２、ＣＯ、メターノール、エタノール等のガスを成長ガスとして採用することができる。
【００４０】
その後、別工程によりアノード基板１０にアノード電極９及び蛍光体８を順に形成する。そして、このアノード基板１０をカソード基板２に接着剤により接着して、図１に示すＦＥＤ１が完成する。
【００４１】
図１０及び図１１は、上述した第１実施形態によるＦＥＤの製造方法により製造された炭素繊維の写真である。図１１は、図１０における円内部の拡大写真である。図１０及び図１１に示すように、ホールの底面の略全域に複数の炭素繊維が形成されているのがわかる。尚、カソード電極上に形成された金属触媒層は、厚み約３ｎｍ（一般では厚さ約２０ｎｍ以下）と極めて薄いため写真内で示すことができない。
【００４２】
上述したように、第１実施形態によるＦＥＤ１は、金属触媒層４の一部を覆うようにホール形成層６を形成している。即ち、金属触媒層４をホール形成層６よりも先に形成している。これにより、ホール１７の底面の中央部及び外周部に関わらず、ホール１７の底面の略全域に金属触媒層４を形成することができる。また、ホール１７の側面及びホール１７の開口部（上面）の外周部のゲート電極７上に金属触媒層４が形成されることを抑制できる。これらのことから、所望の領域であるホール１７の底面にのみ炭素繊維５を形成することができる。
【００４３】
また、従来のようにレジスト膜が硬化することを防ぐために、ホールをウェットエッチングにより形成していた場合、ウェットエッチングでは微細加工が難しく、ホールの微細化に限界があった。しかしながら、第１実施形態によるＦＥＤ１では、金属触媒層４を先に形成するので、ホール形成層６の絶縁層１６をドライエッチングすることができる。これにより、ホール１７の微細化を実現することができる。この結果、消費電力の低減、放出される電子の面方向での均一化、及び、画素密度の向上等を実現できる。
【００４４】
また、金属触媒層４を炭素含有層１５により覆った状態で、絶縁層１６をドライエッチングすることによって、金属触媒層４の劣化を抑制できる。更に、金属触媒層４はアッシングされ難いため、アッシング可能な炭素含有層１５を除去する際にも、金属触媒層４の劣化を抑制できる。
【００４５】
（第２実施形態）
次に、第１実施形態を部分的に変更した第２実施形態に係るＦＥＤについて、図面を参照して説明する。図１２は、第２実施形態に係るＦＥＤの断面図である。尚、第１実施形態と同様の構成には同じ符号を付けて説明を省略する。
【００４６】
図１２に示すように、第２実施形態によるＦＥＤ１Ａは、カソード基板２と、複数のカソード電極３と、金属触媒層４Ａと、炭素繊維５と、ホール１７Ａが形成されたホール形成層６Ａと、複数のゲート電極７と、蛍光体８と、複数のアノード電極９と、アノード基板１０とを備えている。
【００４７】
金属触媒層４Ａは、ドライエッチングにより劣化し難いニッケル（Ｎｉ）の微粒子からなる。
【００４８】
炭素繊維５Ａは、約１０ｎｍの直径を有する複数のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）からなる。
【００４９】
ホール形成層６Ａは、絶縁層１６によって構成されている。即ち、第１実施形態における炭素含有層１５が省略されている。これは、金属触媒層４Ａをドライエッチングにより劣化し難いニッケルにより構成しているためである。
【００５０】
上述したように第２実施形態によるＦＥＤ１Ａでは、金属触媒層４Ａをドライエッチングにより劣化し難いニッケルにより構成しているので、炭素含有層を省略してホール形成層６Ａの構成を簡略化することができる。また、ホール形成層６Ａにホール１７Ａを形成する工程を簡略化することができる。
【００５１】
（第３実施形態）
次に、上述した第１実施形態を部分的に変更した第３実施形態によるＦＥＤについて、図面を参照して説明する。図１３は、第３実施形態に係るＦＥＤの断面図である。尚、上述した実施形態と同様の構成には、同じ符号を付けて説明を省略する。
【００５２】
図１３に示すように、第３実施形態によるＦＥＤ１Ｂは、カソード基板２と、複数のカソード電極３と、金属触媒層４と、炭素繊維５と、ホール１７Ｂが形成されたホール形成層６Ｂと、複数のゲート電極７と、蛍光体８と、複数のアノード電極９と、アノード基板１０とを備えている。
【００５３】
ホール形成層６Ｂは、炭素含有層１５と、エッチングストッパー層（請求項の第２保護層に相当）１８と、絶縁層１６とを備えている。エッチングストッパー層１８は、炭素含有層１５と絶縁層１６との間に形成されている。エッチングストッパー層１８は、フッ素系ガスによるドライエッチングされ難い、数十ｎｍの厚みを有するクロム（Ｃｒ）からなる。ここでフッ素系ガスによりドライエッチングがされ難いとは、絶縁層１６のエッチングレートに比べてエッチングストッパー層１８のエッチングレートが小さければよい。好ましくは、絶縁層１６のエッチングレートに比べてエッチングストッパー層１８のエッチングレートが１／１０以下である。
【００５４】
ＦＥＤ１Ｂの製造方法では、炭素含有層１５と、エッチングストッパー層１８と、絶縁層１６と、ゲート電極７とを順に積層する。その後、ゲート電極７、絶縁層１６、エッチングストッパー層１８、炭素含有層１５を順にエッチングしてホール１７Ｂを形成する。ここで、エッチングストッパー層１８のホール１７Ｂの領域は、塩素ガスによる反応性イオンエッチングによって除去される。
【００５５】
上述したように第３実施形態によるＦＥＤ１Ｂは、フッ素系ガスによるドライエッチングではエッチングされ難いクロムからなるエッチングストッパー層１８を備えている。これにより、絶縁層１６をドライエッチングする際に、金属触媒層４がフッ素系ガスにより劣化することを、より抑制できる。
【００５６】
（第４実施形態）
次に、上述した第１実施形態を部分的に変更した第４実施形態によるＦＥＤについて、図面を参照して説明する。図１４は、第４実施形態に係るＦＥＤの断面図である。尚、上述した実施形態と同様の構成には、同じ符号を付けて説明を省略する。
【００５７】
図１４に示すように、第４実施形態によるＦＥＤ１Ｃは、カソード基板２と、複数のカソード電極３と、金属触媒層４と、炭素繊維５と、ホール１７が形成されたホール形成層６と、複数のゲート電極７と、絶縁層２５と、集束電極２６と、蛍光体８と、複数のアノード電極９と、アノード基板１０とを備えている。
【００５８】
絶縁層２５は、集束電極２６とゲート電極７とを絶縁するためのものである。絶縁層２５は、ＳｉＯ２からなり、ゲート電極７上に形成されている。
【００５９】
集束電極２６は、炭素繊維５から放出された電子を集束させるためのものである。集束電極２６は、クロムからなり、絶縁層２５上に形成されている。
【００６０】
絶縁層２５及び集束電極２６には、ホール形成層６のホール１７と略同じ位置がドライエッチングにより除去されている。
【００６１】
上述したように、第４実施形態によるＦＥＤ１Ｃでは、集束電極２６を備えているので、炭素繊維５から放出された電子を集束させることができる。これにより画像の鮮明度を向上させることができる。
【００６２】
（第５実施形態）
次に、本発明を多層配線構造の集積回路（ＩＣ）に適用した第５実施形態について、図面を参照して説明する。図１５は、第５実施形態による集積回路（ＩＣ）の断面図である。
【００６３】
図１５に示すように、第５実施形態によるＩＣ５１は、基板５２と、下層電極５３と、金属触媒層５４と、炭素繊維５５と、ホール形成層５６と、上層電極５７とを備えている。
【００６４】
基板５２は、絶縁性のガラス基板からなる。
【００６５】
下層電極５３は、クロム（Ｃｒ）やアルミニウム（Ａｌ）等の金属材料からなり、所望の形状にパターニングされて基板５２上に形成されている。
【００６６】
金属触媒層５４は、炭素繊維５５を成長させるためのものであって、鉄または鉄合金からなる。
【００６７】
炭素繊維５５は、下層電極５３と上層電極５７とを電気的に接続するためのものである。炭素繊維５５は、金属触媒層５４から上層電極５７に達するまで形成されている。尚、炭素繊維５５は、上述したＦＥＤの電子放出源として用いる場合比べて、単位面積当たりの本数を増やす方が好ましい。低抵抗を実現するためである。
【００６８】
ホール形成層５６には、ホール６７が形成されている。ホール形成層５６は、金属触媒層５４の一部を覆うように形成されている。即ち、ホール形成層５６は、金属触媒層５４よりも後に形成されている。ホール形成層５６は、炭素を含むレジスト膜を熱硬化させたポリマーからなる炭素含有層６５と、ＳｉＯ２からなる絶縁層６６とを備えている。
【００６９】
上層電極５７は、クロム（Ｃｒ）やアルミニウム（Ａｌ）等の金属材料からなり、所望の形状にパターニングされて絶縁層６６上に形成されている。上層電極５７は、ホール６７を塞ぐように形成されている。
【００７０】
上述したように第５実施形態によるＩＣ５１では、金属触媒層５４の一部を覆うようにホール形成層５６を形成している。即ち、金属触媒層５４を形成した後、ホール形成層５６を形成しているので、金属触媒層５４をホール形成層５６のホール６７の略全域に形成することができる。
【００７１】
以上、実施形態を用いて本発明を詳細に説明したが、本発明は本明細書中に説明した実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載及び特許請求の範囲の記載と均等の範囲により決定されるものである。以下、上記実施形態を一部変更した変更形態について説明する。
【００７２】
例えば、上述した各構成の形状、数値、材料等は適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】第１実施形態によるＦＥＤの断面図である。
【図２】カソード電極とゲート電極との関係を示す概略図である。
【図３】第１実施形態によるＦＥＤの各製造工程における説明図である。
【図４】第１実施形態によるＦＥＤの各製造工程における説明図である。
【図５】第１実施形態によるＦＥＤの各製造工程における説明図である。
【図６】第１実施形態によるＦＥＤの各製造工程における説明図である。
【図７】第１実施形態によるＦＥＤの各製造工程における説明図である。
【図８】第１実施形態によるＦＥＤの各製造工程における説明図である。
【図９】第１実施形態によるＦＥＤの各製造工程における説明図である。
【図１０】第１実施形態によるＦＥＤの製造方法により製造された炭素繊維の写真である。
【図１１】図１０の円部分を拡大した炭素繊維の写真である。
【図１２】第２実施形態に係るＦＥＤの断面図である。
【図１３】第３実施形態に係るＦＥＤの断面図である。
【図１４】第４実施形態に係るＦＥＤの断面図である。
【図１５】第５実施形態による集積回路（ＩＣ）の断面図である。
【図１６】従来のＦＥＤの断面図を示す。
【図１７】従来のＦＥＤの製造方法を説明する図である。
【図１８】従来のＦＥＤの製造方法を説明する図である。
【図１９】従来のＦＥＤの製造方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００７４】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ ＦＥＤ
２ カソード基板
３ カソード電極
４、４Ａ 金属触媒層
５、５Ａ 炭素繊維
６、６Ａ、６Ｂ ホール形成層
７ ゲート電極
８ 蛍光体
９ アノード電極
１０ アノード基板
１５ 炭素含有層
１６ 絶縁層
１７、１７Ａ、１７Ｂ ホール
１８ エッチングストッパー層
２１ レジスト膜
２５ 絶縁層
２６ 集束電極
５１ 集積回路（ＩＣ）
５２ 基板
５３ 下層電極
５４ 金属触媒層
５５ 炭素繊維
５６ ホール形成層
５７ 上層電極
６５ 炭素含有層
６６ 絶縁層
６７ ホール
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成された電極と、
前記電極上に形成された金属触媒層と、
前記金属触媒層の一部を覆うとともに、前記金属触媒層を露出させるホールが形成され、絶縁層を含むホール形成層と、
前記ホール形成層から露出した前記金属触媒層から延びる炭素繊維とを備えたことを特徴とする炭素繊維装置。
【請求項２】
前記ホール形成層は、前記絶縁層と前記金属触媒層との間に形成され、アッシング可能な第１保護層を備えたことを特徴とする請求項１に記載の炭素繊維装置。
【請求項３】
前記ホール形成層は、前記絶縁層と前記炭素含有層との間に前記絶縁層よりもエッチングレートの低い第２保護層を備えたことを特徴とする請求項２に記載の炭素繊維装置。
【請求項４】
基板上に電極を形成する電極形成工程と、
前記電極上に金属触媒層を形成する触媒形成工程と、
前記金属触媒層の一部を覆うとともに、前記金属触媒層を露出させるためのホールが形成され、絶縁層を含むホール形成層を形成するホール形成工程と、
前記金属触媒層に炭素繊維を成長させる炭素繊維成長工程とを備えたことを特徴とする炭素繊維装置の製造方法。
【請求項５】
前記ホール形成工程では、
ドライエッチングによって、前記ホール形成層の絶縁層に前記ホールを形成することを特徴とする請求項４に記載の炭素繊維装置の製造方法。
【請求項６】
前記ホール形成工程では、
前記絶縁層と前記金属触媒層との間に、アッシング可能な第１保護層を形成し、前記絶縁層にホールを形成した後、前記第１保護層にアッシングによりホールを形成することを特徴とする請求項４または請求項５のいずれか１項に記載の炭素繊維装置の製造方法。
【請求項７】
前記ホール形成工程では、
前記絶縁層と前記第１保護層との間に、前記絶縁層よりもエッチングレートの低い第２保護層を形成することを特徴とする請求項６に記載の炭素繊維装置の製造方法。
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成された電極と、
前記電極上に形成された金属触媒層と、
前記金属触媒層の一部を覆うとともに、前記金属触媒層を露出させるホールが形成され、絶縁層を含むホール形成層と、
前記ホール形成層から露出した前記金属触媒層から延びる炭素繊維とを備えたことを特徴とする炭素繊維装置。
【請求項２】
前記ホール形成層は、前記絶縁層と前記金属触媒層との間に形成され、アッシング可能な第１保護層を備えたことを特徴とする請求項１に記載の炭素繊維装置。
【請求項３】
前記ホール形成層は、前記絶縁層と前記炭素含有層との間に前記絶縁層よりもエッチングレートの低い第２保護層を備えたことを特徴とする請求項２に記載の炭素繊維装置。
【請求項４】
基板上に電極を形成する電極形成工程と、
前記電極上に金属触媒層を形成する触媒形成工程と、
前記金属触媒層の一部を覆うとともに、前記金属触媒層を露出させるためのホールが形成され、絶縁層を含むホール形成層を形成するホール形成工程と、
前記金属触媒層に炭素繊維を成長させる炭素繊維成長工程とを備えたことを特徴とする炭素繊維装置の製造方法。
【請求項５】
前記ホール形成工程では、
ドライエッチングによって、前記ホール形成層の絶縁層に前記ホールを形成することを特徴とする請求項４に記載の炭素繊維装置の製造方法。
【請求項６】
前記ホール形成工程では、
前記絶縁層と前記金属触媒層との間に、アッシング可能な第１保護層を形成し、前記絶縁層にホールを形成した後、前記第１保護層にアッシングによりホールを形成することを特徴とする請求項４または請求項５のいずれか１項に記載の炭素繊維装置の製造方法。
【請求項７】
前記ホール形成工程では、
前記絶縁層と前記第１保護層との間に、前記絶縁層よりもエッチングレートの低い第２保護層を形成することを特徴とする請求項６に記載の炭素繊維装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２００９−１４０７２３（Ｐ２００９−１４０７２３Ａ）
【公開日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３１５３５２（Ｐ２００７−３１５３５２）
【出願日】平成１９年１２月６日（２００７．１２．６）
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月６日（２００７．１２．６）
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【Ｆターム（参考）】
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