DE1936967A1 - Verfahren zum Herstellen einer Bildspeicherroehre - Google Patents

Description

V/ESTERN ELECTRIC COMPANY INCORPORATED Gordon, E.I. NEW YORK 7, N.Y. 10007, V.ST. A.

Verfahren zum Herstellen einer Bildspeicherröhre

.Die Erfindung bezieht sich auf Schirmanordnungftfür Bildspeichervorrichtungen und Verfahren zur Herstellung derselben.

Die vor kurzem entwickelte Bildspeicherröhre, die in der belgischen Patentschrift 708 684 beschrieben ist, hat beträchtliches Interesse erfahren und scheint für verbreitete kommerzielle Anwendung bestimmt zu sein. Sie beruht grundsätzlich auf einer Halbleiterscliirmanordnung, bei der eine monolithische Anordnung von Dioden-Speicherelementen verwendet ist. Eine typische Anordnung besteht aus einem Siliciumplättchen, das thermisch oxydiert worden ist und dann einer üblichen fotolithografischen Behandlung unterzogen wurde, gefolgt von entsprechenden Diffusionsbehandlungen durch die thermisch aufgewachsene SiOp-Maske hindurch, um eine große Anzahl von pn-Ubergängen auf einer Fläche zu erzeugen. Die SiO₂-Maske liefert gleichfalls die notwendige Isolation der Unterlage gegenüber dem abtastenden Eldtronen^ strahl.

Diese Anordnung selbst ist jedoch noch nicht vollständig befriedigend. Wenn der Elektronenstrahl über die hochohmige SiOg-Schicht streicht, unterliegt die Oberfläche des SiO₂ störenden Aufladungseffekten. Üblicherweise wird sich das SiO₂ auf Kathodenpotential oder darunter aufladen. Es kann als ein negatives Gitter relativ zu der p-Insel wirken und

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das Auf treffen c^Te^ Elektronen des ^c'trahls auf der p-Inr:-'-^T behindern oder verhindern. '* enn dieses auftritt, verschlechtert sich das Verhalten der Kameraröhre, oder die Röhre kann sogar ausfallen.

Um das Aufladungsproblem zu vermeiden, sind zwei Alternativen benutzt worden. Die erste, und am häufigsten benutzte ist der "^T,/iderstandssee" (resistive sea), der ein dünner V/iderstandsfilm auf der ganzen Oberfläche ist. Dieses erlaubt eirie Kontrolle des Oberflächenpotentials mit vernünftigen Zeitkonstanten. Die zweite Alternative ist die leitende Insel, die ein quadratischer Hut ist, der über jeder p-Insel und dem angrenzenden Oxyd aufgetracht ist. Bisher sind die leitenden Inseln fotolithografisch erzeugt worden durch Auxdampd^n von Gold oder Silicium auf die ganze Anordnung, gefolgt von der Anwendung eines Fotolacks zur Erzeugung einer Ätzmaske, um ein sehr feines, quadratisches Gitter des leitenden Films zu entfernen und eine leitende quadratische Insel, die auf jede p-Insel zentriert ist, zurückzulassen.

Die Inseli erhöhen die Diodenkapazität in gewissem Ausmaß (was nachteilig sein kann), sie erhöhen aber auch stark das effektive Strahlauftreffgebiet und reduzieren den erforderlichen Abtaststrahlstrom. Wenn die Streifen zwischen den Inseln schmal genug sind, kann das Aufladen des Oxyds auf ein vernachlässigbares Niveau reduziert werden. Wegen der Verfahrensschritt-Wiederholungsschwierigkeiten ist die erneute Ausrichtung eine Hauptschwierigkeit bei der Herstellung von Vorrichtungen mit Anordnungen leitender Inseln.Wo wirksame

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Ausrichtung erhalten worden ist, haben sich GoldinseTn wie erwartet verhalten. Jedoch ist nunmehr die Gegenwart von feinen Löchern im Oxyd kritisch, da die Hetallinsel ein großes Kontaktgebiet für den Strahl zur Unterlage durch die feinen Löcher hindurch darbietet. Auch tr^t der gesonderte Verarbeitungsschritt zu einer Erhöhung öe^ ^cchlrmher-

bei.

Gernöa (5_er> ^-r-f-indnnp vrerden die leitenden Inseln durch pjjne e?v.£i\rhe elektrolyt!sehe Methode erzeugt, die billig auszuführen 1st, (''ie Inseln genau auf die Dioden platziert, ohne dai3 hierzu eine Ausrichtung erforderlich wäre, und die das Strahlauftreffgebiet stark erhöht, ohne daß die Diodenkapazität nennenswert erhöht vriirde.

Im Effekt wird sich beim Elektroplattieren von Gold oder Nickel oder anderen geeigneten Leitern auf die Seite der Diodenanordnung des Schirms das Metall nur auf den p-Inseln der Dioden niederschlagen. Der Plattierstrom fließt · durch die Dioden in Durchlaßrichtung, das ein kritisches lierknal der Erfindung ist.

Im folgenden ist die Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben; es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht eines Teils eines erfindungsgemäß hergestellten Schirms, ■

Pig. 2 eine entsprechende Ansicht einer alternativen Ausführungsform und

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Fig. 3 eine entsprechende Ansicht einer dritten Ausführungsform.

Die entsprechend den Lehren der obengenannten belgischen Patentschrift hergestellte grundsätzliche Schirmänordnung besteht aus einer η-leitenden Halbleiterunterlage 10 mit einer Reihe Dotierstoffzonen 11, die in eine Oberfläche eindiffundiert worden sind und .eine Vielzahl pn-übergänge ^ bilden. Die Übergänge wirken als Ladungespeicherelemente. Der isolierfilm 12 bedeckt die obere Oberfläche ausgenommen der Öffnungen (üblicherweise kreisförmig) über den diffundierten Zonen, um den (nicht dargestellten) Abtastelektronenstrahl von der Halbleiterunterlage 10 zu isolieren. Entsprechend der Erfindung werden dann Metallinseln 13 auf den Bereichen, die vom Isolator 12 nicht abgedeckt sind, nach einer der folgenden Methoden niedergeschlagen.

Ein Metall, wie Gold, Nickel, Kobalt, Palladium, Platin wird direkt auf die in der Isolierschicht 13 freiliegenden Bereiche elektr©plattiert. (Die selteneren Metalle der Platingruppe, hömlich Rhodium, Osmium, Iridium und Ruthenium sind weitere Möglichkeiten.) Silber und Kupfer sind offensichtliche Alternativen, jedoch neigt Silber dazu, zu wandern. Kupfer diffundiert in die üblichen Halbleiter ein, und seine Gegenwart in Halbleitervorrichtungen wird all- ' • gemein als unerwünscht befunden. Das nachstehend wiedergegebebene spezielle Beispiel dient zur Erläuterung dieses Aspektes

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- 5 der Erfindung.

Eine Siliciumscheibe mit einer (η-leitenden) Basiszone eines spezifischen Voider Standes von 10 Ohm cm und einer hexagonal en Diodenanordnung, die durch Eindiffundieren von Bor in Bereich? mit 8 Mikrometer Umfang bei einem Mittenabstand von 15 Mikrometer (definiert durch einen Siliciumdioxyd-Isolierfilm) erzeugt worden sind, wurde in HF gereinigt und in ein GoIdcyanid-Elektroplattierbad eingetaucht. Das Bad bestand aus 21,3 g pro Liter KAu(CN)₂ und 50 g pro Liter (NH^)₂HCgH₅O₇. Das Bad wurde bei 65⁰C gehalten. Der Schirm wurde zur Kathode gemacht und die Stromdichte wurde auf 4 Milliampere/cm, bezogen auf das exponierte Silicium, eingestellt. Nach einstündigem Plattieren bedeckte eine 6-8 Mikrometer dicke Goldschicht jeden Diodenbereich.

^vDieses Beispiel ist für mehrere Prozeduren repräsentativ, die sich zum Erreichen des BrfindungsZiels eignen, nSmlich einen leitenden Metallfilm in genauer Ausrichtung über jedem Diodenspeicherelement zu erhalten. Während im vorstehenden Beispiel der Metallfilm Gold ist, ist das speziell gewählte Material für das erfindungsgemäße Verfahren nicht kritisch, und es liegt offensichtlich im Bereich fachmännischen Könnens, einen geeigneten Elektrolyten nebst Anode zum Erhalt des gewünschten Niederschlages zu bestimmen.

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Als Alternative für den Elektroniedersehlag der Metall-' inseln hat sich das stromlose Paktieren als besonders wirksam erwiesen. Unter Vermeidung dieser Methode erhält man einen gleichförmigen Metallniederschlag auf den exponierten Halbleiter, wobei praktisch kein niederschlag auf den isolierenden Bereichen auftritt. Wickel, Kobalt und Platin sind zu diesem Zweck für den stromlosen Miederschlag besonders geeignet. Stromlose Nickelplattierbäder sind allgemein bekannt. Eine besonders v/irksame stromlose Kotflltplattierlösung ist in der US-Patentschrift 3 306 830 beschrieben. Die Methode zum Niederschlagen eines Metalls auf die Schirmanordnung gemäß der Erfindung ist einfach, sie erfordert nur eine Vorreinigung (beispielsweise in HF) und ein Eintauchen in die stromlose Plattierlösung.

Die Dicke des Niederschlags in jedem der vorstehenden Fälle wird hauptsächlich von der gewünschten Struktur abhängen. Eine Minimaldicke von annähernd 300 £ ist adäquat.

Eine weitere Ausführungsform ist in Fig. 2 dargestellt, in derides der Elemente 20-23 den Elementen 10-13 der Fig. 1 entsprechen. In diesem Fall läßt man den Niederschlag über denjenigen Punkt hinaus weitergehen, welcher zur Erzeugung der Anordnung nach Fig. 1 erforderlich ist. Wenn die Dicke zunimmt, wird die Schicht die in Fig. 2 dargestellte Form anzunehmen beginnen. Diese Form kann im Falle eines Elektroniedersehlags durch wirksame Erhöhung des «Aufwuchs-Vermögens" (throwing power) des Elektrolyten gefördert werden.

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Mechanismen zur Verstärkung dieser Eigenschaft von Plattierlösungen sind allgemein bekannt. Y/enn der Niederschlag aufwächst, schützt er effektiv einen größeren Teil des Isolators vor dem Elektronenstrahl, und vermindert daher die Ladungsansammlungseffekte weiterhin. Ein zusätzlicher Vorteil der offensichtlich übergroßen Inseln ist der, daß das Strahlauftreffgebiet vergrößert ist. Die Filmkapazität in Reihe mit der Diode wird gleichfalls erhöht. Beide Erscheinungen sind als wünschenswerte Faktoren beim Entwurf von Schirmanordnungen bekannt.

Eine weitere alternative Ausführungsform ist in Fig. 3 dargestellt. Die Elemente 30-33 entsprechen den Elementen 10-13 der Fig. 1. Hier sind die eindiffundierten Zonen teilweise ausgeätzt, und zwar mit Hilfe üblicher photolithografischer Methoden, und die Hetallinseln sind sowohl innerhalb dieser Ätzgrübchen wie auch auf der Unterlage niedergeschlagen. Die Anordnung ist mechanisch besonders stabil, da die Metallniederschläge in der Unterlage verankert sind, und die Raumladungszone liegt dichter bei der Pöickseite des Schirms (in der Zeichnung die Unterseite), was zu einem verbesserten Auflösungsvermögen der Kamera führt.

Die Erfindung ist anhand einer Anordnung durch pn-Übergänge gebildeter Dioden beschrieben worden, weil dieses diejenige Form der Vorrichtung ist, welche die meiste Beachtung erfährt. Jedoch ist es allgemein bekannt, daß Übergangsvorrichtungen auch unter Verwendung von Anordnung mit einer Metall-

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isolator-lialbleiter-'^chichtfolge hergestellt werden können. Gleichfalls ist bekannt, daß eine gleichrichtende Sperrnchicht durch gewisse I-Ietall-Halbleiter-Kontakte hergestellt v/erden kann, wozu auf die Schottky-Sperrschicht verwiesen wird. Für die Zwecke der Erfindung ist es lediglich wesentlich, daß eine gleichrichtende Sperrschicht in der Kalbleiterunterlage erhältlich ist. Der Ausdruck "Sperrschicht" oder "Sperrschicht-Übergang" soll deshalb diesen Zustand in allgemeinster Form beschreiben.

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Claims (4)

1. Patentansprüche

   .1. jVerfahren zum Herstellen einer Bildspeicherröhre, deren Speicherglied aus einem halbleitenden Kristall aufgebaut ist, dessen Hauptmasse vom einen Leitungstyp ist und dessen eine Oberfläche eine Reihe diskreter Inseln des entgegengesetzten Leitungstyps aufweist, wobei diese Oberfläche mit einer durchgehenden Isolierschicht bedeckt ist, die nur über den Inseln offen ist, und wobei eine gesonderte leitende Insel mit jeder der halbleitenden Inseln verbunden und durch die Isolierschicht gegenüber der Hauptmasse des Kristalls isoliert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die leitenden Inseln entweder durch einen selektiven elektrolytischen oder stromlosen Niederschlag auf den halbleitenden Inseln erzeugt werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß _v die Hauptmasse des Kristalls in einem elektrolytischen Goldplattierbad kathodisch gemacht wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Niederschlag zumindest so lange fortgesetzt wird, bis das Niederschlagsgebiet jedes Bereichs das von der Isolierschicht exponierte Gebiet überschreitet.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil jedes freiliegenden Bereichs vor dem Niederschlag abgeätzt wird.

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