DE2351254C3 - Verfahren zum Herstellen einer Multidioden-Speicherplatte für eine Bildaufnahmeröhre - Google Patents
Verfahren zum Herstellen einer Multidioden-Speicherplatte für eine BildaufnahmeröhreInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Multidioden-Speicherplatte aus einem
Halbleitermaterial für eine Bildaufnahmeröhre, auf deren dem Elektronenstrahl zugewandten Seite
eine Isolierschicht und auf dieser Isolierschicht eine Widerstandsschicht aus Hafniumnitrid und Tantalnitrid
aufgebracht wird und durch energiereiche Strahlung in der Widerstandsschicht eine Strahlungsschädigung
herbeigeführt wird, wobei anschließend die Speicherplatte bei 350 bis 500° C getempert wird.
Bekanntlich enthält eine aus Silicium bestehende Speicherplatte für eine Vidikon-Aufnshmeröhre eine
Siliciumscheibe mit einer Vielzahl einzelner Dioden, die darin durch Silicium verschiedenen Leitungstyps,
d. h. vom P- und vom N-Leitungstyp, gebildet werden. Zwischen den Dioden wird die Siliciumschicht mit einer
Oxidschicht überzogen, die Ladung ansammeln kann, wenn die Oberfläche der Schicht in einer Aufnahmeröhre
abgetastet wird. Um Ladung, die sich normalerweise auf dem Oxid zwischen den Dioden
anhäuft, zu entfernen, wird eine Elektronenentladungsschicht oder Widerstandsschicht aus geeignetem
i" Material mit einem Flächenwiderstand von 1012- ΙΟ15 Ω niedergeschlagen.
Aus der US-PS 3 574143 ist ein Verfahren der eingangs
genannten Art bekannt, bei dem eine Schicht aus Hafnium- und Tantalnitriden mit einer zwischen
dem Mononitrid und dem Dinitrid liegenden Zusammensetzung verwendet wird. Die Widerstandsschicht
wird dadurch gebildet, daß sie auf einem oxidierten Siliciumsubstrat durch hochfrequente reaktive Zerstäubung
von Hafniummononitrid und Tantalmono- ^i nitrid in einer Argonatmosphäre, die Stickstoff mit
einem Partialdruck von 6,7 — 13 · 10~3 mbar enthält,
niedergeschlagen wird. Die so hergestellten Multidioden-Speicherplatten
mit der besonderen Schicht weisen große Vorteile auf, u. a. einen niedrigen Leckstrom,
(d. h. einen niedrigen Dunkelstrom) und Strahlungshärtung.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren so weiterzubilden, daß
eine Speicherplatte geschaffen werden kann, die außer J» einem niedrigen Dunkelstrom eine geringere Bildträgheit
aufweist und bei Spannungen oberhalb der Flachbandspannung verwendbar ist.
Die Flachbandspannung ist dabei die angelegte äußere Spannung, bei der die, z. B. durch eine Isolierr>
schicht verursachte Bandkrümmung an der Oberfläche eines Halbleiterkörpers aufgehoben wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß diese auf die Isolierschicht aufgebrachte Widerstandsschicht
nur als vorläufige Schicht dient und w nach der Temperung wieder entfernt wird und
schließlich auf die Isolierschicht eine endgültige Widerstandsschicht aus einem anderen Material als Hafniumnitrid
und Tantalnitrid aufgebracht wird.
Ein solches Verfahren hat den Vorteil, daß die wei-•n
tere Widerstandsschicht so gewählt werden kann, daß sich hinsichtlich der Betriebsspannung und der Bildträgheit
optimale Werte ergeben und trotzdem die oben erläuterten Vorteile einer aufgebrachten Hafniumnitrid-
und Tantalnitridschicht, d. h. niedriger "iii Leckstrom und Strahlungshärtung erhalten bleiben.
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung näher erläutert.
Γ>Γ> Es zeigt
Fig. 1 eine Bildaufnahmeröhre mit einer Multidioden-Speicherplatte
aus Silicium,
Fig. 2 einen Schnitt durch die Speicherplatte in vergrößertem Maßstab, und
Fig. 3 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Dunkelstrom und der Glühtemperatur.
Die in Fig. 1 gezeigte Bildaufnahmeröhre, die im aiigemeinen die Bauart bekannter Vidikon-Aufnahmeröhren
aufweist, enthält eine langgestreckte zylinfri
drische Umhüllung 1 mit einem Glaszylinder 2, der einen evakuierten Raum 6 einschließt, eine Endfläche
3 mit verschiedenen Verbindungen 4 und eine zweite Endfläche 5, die als Eingangsfenster für das
Bildinformationslicht dient. Dieser Raum e:nthäit
ein Elektronenstrahlerzeugungssystem7, eine Kathode
8, ein Steuergitter 9 und eine Anode 1(9. Die Röhre enthält weiter eine zylindrische Elektrode 11,
die elektrisch mit der Anode 10 verbunden ist und an dem von der Kathode abgekehrten Ende eine Gitterelektrode
12 trägt. Die photoeinpfindliche Multidioden-SpeicherpIatte
14, die auf die nachstehend noch zu beschreibende Weise hergestellt wird, wird von dem Elektronenstrahl 13 abgetastet, der von dem
Elektrodensystem mit Hilfe bekannter Fokussier- und Ablenkspulen (nicht dargestellt) erzeugt wird, die die
Röhre umgeben und die für elektrostatische Fokussierung und Ablenkung durch (nicht dargestellte)
Elektroden innerhalb der Röhre ersetzt werden können. Die Multidioden-Speicherplatte 14, die nachstehend
im Detail an Hand der Fig. 2 beschrieben werden wird, ist dadurch in der Umhüllung montiert, daß
ihr Rand zwischen einem nachgiebigen Montagering 16, der mit sowohl dem Eingangsfenster 5 ah; auch
dem Zylinder 2 in Verbindung steht, und einem zweiten nachgiebigen Ring 17 festgeklemmt ist, der mit
dem Zylinder und dem einen Ende 18 der Elektrode 11 in Verbindung steht.
Die MuItidioden-Speichert'Jatte 14 (Fig. 2) enthält
eine Halbleiterscheibe aus z. 3. Silicium, deren größter Teil ein η-leitendes Substrat ist, wobei eine Anzahl
getrennter p-leitender Gebiete 22 in einer regelmäßigen Reihe 15 an der Oberfläche dieser Platte angeordnet
ist, die dem Elektronenstrahlerzeugungisystern
7 zugekehrt ist. Auf der dem Fenster 5 zugekehrten Seite ist die Scheibe vertieft, so daß ihr
mittlerer Teil eine Platte 30 mit einer Dicke von z. B. etwa 10 μπι bildet. Ein Metallring 19 als elektrischer
Anschluß ist zwischen dem dickeren ringförmigen Umfangsteil 31 der Scheibe 14 und dem Ring 17 festgeklemmt,
der aus einem elektrisch isolierenden Material, z. B. Aluminiumoxid, besteht oder mit einem
solchen Material überzogen ist. Der Ring 19 ist mit einem elektrischen Leiter 20 verbunden, der durch
die Wand 2 geführt ist. Die getrennten Gebiete 22 können kreisförmig oder quadratisch sein und können
einen Durchmesser oder eine Seite von etwa 6 bis 15 μπι haben, wobei der Mittelabstand zwischen den
Gebieten etwa 12 bis 20 μΐη beträgt. Jedes der getrennten
Gebiete bildet einen gleichrichtenden Übergang 23 in einer geringen Tiefe im Substrat, weiche
Übergänge beim Betrieb in der Sperrichlung vorgespannt sind. Wenn daher die getrennten Gebiete 22
von langsamen Elektronen abgetastet werden, sind diese Gebiete p-leitend und ist das Substrat n-leitend.
Die Seite der Multidioden-Speicherplatte 14, die mit der Reihe 15 versehen ist, besitzt eine elektrisch
isolierende Schicht 24, die den Teil des verdickten Ringes 31, der mit dem Ring 19 in Verbindung steht,
und die ganzen Oberflächen der getrennten p-leitenden Gebiete 22 nicht bedeckt. Die Isolierschicht 24
weist eine Dicke von etwa 0,5 bis 1 μπι auf und besteht
vorzugsweise aus einem Oxid eines Halbleitermaterials der Speicherplatte, wobei das Oxid im vorliegenden
Falle aus Siliciumdioxid besieht, das durch Oxidation der Siliciumscheibe 30 erhalten ist. In der Praxis
wird diese Isolierschicht als Maske zur Bildung der p-Ieitenden getrennten Gebiete 22 verwendet. Das
von der gelochten Schicht 24 bedeckte Siliciunnsubstrat wird zu diesem Zweck der Einwirkung eines Dotierungsmittels,
z. B. Bor, ausgesetzt, so daß die sich in den öffnungen in der Oxidschicht befindenden
TeOe des Substrats bis zu einer Tiefe von etwa 2 um p-leitend werden, wobei die pn-Übergänge 23 mit
dem Substrat dann gebildet werden.
Eine Widerstandsschicht 25 bedeckt die Isolierschicht 24 und die getrennten Gebiete 22. Diese
Schicht weist z. B. einen Flächenwiderstand von etwa 1012 - 1015 und insbesondere 1 - ΙΟ14 Ω auf und besteht
vorzugsweise im wesentlichen aus Cadmiumtellurid, das vorzugsweise bis zu einer Dicke von etwa
600 nm oder weniger, z. B. etwa 120 oder 150 mn, niedergeschlagen wird. Außer Cadmiumtellurid kann
die Widerstandsschicht z. B. Antimontrisulfid, Sfliciummonoxid
oder Wismuttrioxid enthalten.
Bei der Herstellung der Multidioden-Speicherplatte 14 wird eine (nicht dargestellte) vorläufige Widerstandsschicht
aus Hafniumnitrid und Tantalnitrid durch hochfrequente reaktive Zerstäubung aus einer
Quelle niedergeschlagen, die z. B. aus 50 Gew.-% Hafniummononitrid (HfN) und 50 Gew.-% Tantalmononitrid
(TaN) zusammengesetzt ist. Die Zerstäubungsatmosphäre enthält argonhaltigen unverdünnten
trockenen Stickstoff hoher Reinheit bei einem Partialdruck von etwa 1,3 · 10"3 bis etwa 1,3 · 10"2
und vorzugsweise etwa 6,7 · 10~3 mbar. Statt Argon
können andere inerte Gase in der stickstoffhaltigen für die Zerstäubung verwendeten Atmosphäre Anwendung
finden. Die Metallmononitride werden gewählt, um die metallurgischen Schwierigkeiten bei der
Herstellung einer homogenen metallenen Speicherplatte zu vermeiden und um Reaktionen zwischen
Stickstoff und Metall an der Oberfläche der Metallquelle
während der Zerstäubung zu verhindern. Hochfrequenzzerstäubung ist wegen der schlechten
Leitfähigkeit der HfN/TaN-Zerstäubungsquelle erwünscht.
Durch reaktive Zerstäubung kann der Stickstoffgehalt des niedergeschlagenen Films geregelt
werden. Nach dem Niederschlagen wird das auf diese Weise hergestellte Gebilde aus Scheibe und vorläufiger
Widerstandsschicht bei einer erhöhten Temperatur von etwa 350-500° C während etwa 3 bis 20 Minuten
oder möglicherweise während einer noch längeren Zeit, vorzugsweise während etwa 10 Minuten,
in einer Argonatmosphäre bei etwa 400° C ausgeglüht.
Während des Niederschiagens der vorläufigen Widerstandsschicht aus Hafniumnitrid und Tantalnitrid
wird die aus Silicium bestehende Multidioden-Speicherplatte einem Beschüß mit im wesentlichen negativ
geladenen Teilchen, wie energiereichen Elektronen und negativen Ionen, neutralen Atomen und elektromagnetischer
kurzwelliger Strahlung, wie Röntgenstrahlung und Ultraviolettstrahlung, unterworfen.
Dies ergibt Beschädigung durch Strahlung, z. B. eine Zunahme der Anzahl schneller Oberflächenzustände
an der Grenzfläche zwischen Silicium und Siliciumdioxid, und eine Zunahme der Leckströme (Dunkelstrom
der Röhre) der Dioden. Niedrige Leckströme in der fertiggestellten Speicherplatte können durch die
erwähnten Ausglühbehandlungen nach dem Niederschlagen erhalten werden. Es hat sich herausgestellt,
daß der niedrigere Dunkelstrom (sowie die Strahiungshärtung) beibehalten wird, wenn die vorläufige
Schicht aus Hafniumnitrid und Tantalnitrid z. B. durch Ätzen entfernt und dann eine endgültige Widerstandsschicht
(z. B. 25 in Fig. 2) aus z. B. Cadmiumtellurid auf der nicht überzogenen Oberfläche der
Halbleiterscheibe niedergeschlagen wird, wobei dieser niedrigere Leckstrom (und die Strahlungshärtung)
ΐ ittf.fi ii-
.U.
neben den bereits beschriebenen Vorteilen noch einen zusätzlichen Vorteil bietet. Es sei angenommen, daß
durch die Ausglühbearbeitung diese schnellen Oberflächenzustände beseitigt werden. Fig. 3, die den Effekt
der Ausglühtemperatur auf den Dunkelstrom bei 5 Anwendung einer Argonatmosphäre und einer Ausglühzeit
von 10 Minuten darstellt, gibt befriedigende Pegel des Dunkelstroms an, die über den Ausglühtemperaturbereich
von etwa 400-500° C erreicht werden können. !0
Die durch Zerstäubung angebrachte vorläufige Widerstandsschicht aus Hafniumnitrid und Tantalnitrid
wird danach von der Scheibe z. B. durch Ätzen in einem geeigneten Reagens (z. B. auf 180° C erhitzte
Phosphorsäure) entfernt, wobei das Reagens derart !5 gewählt und der Entfernungsvorgang derart durchgeführt
wird, daß auf die Scheibe kein ungünstiger Einfluß ausgeübt wird. Dann wird eine endgültige Widerstandsschicht
25 auf der unüberzogenen Oberfläche der Scheibe, d. h. auf der Isolierschicht 24 dadurch
angebracht, daß darauf ein geeignetes Material niedergeschlagen wird. Ein vorzugsweise für die endgültige
Widerstandsschicht verwendetes Material ist Cadmiumtellurid, obwohl auch andere Materialien,
die geeignete spezifische Widerstände aufweisen und -5 mit der Scheibe kompatibel sind, Anwendung finden
können. Das Aufdampfen von Cadmiumtellurid wird z. B. dadurch durchgeführt, daß Cadmiumtelluridkristalle
technischer Qualität in einem Tantalschiffchen auf eine Temperatur von etwa 700° Cbisetwa800° C 3"
unter Verwendung einer Atmosphäre von 1,3 · 10~4 mbar Sauerstoff erhitzt werden, wobei die Scheibe
praktisch Zimmertemperatur aufweist. Andere Niederschlagverfahren als Aufdampfen, z. B. galvanische
Verfahren, können ebenfalls zur Herstellung der endgültigen Widerstandsschicht angewendet werden.
Eine auf die oben beschriebene Weise hergestellte Multidioden-Speicherplatte mit einer endgültigen
Widerstandsschicht aus aufgedampftem Cadmiumteüurid weist neben einem niedrigen Leckstrom und -w
Beständigkeit gegen Bestrahlungsbeschädigung den weiteren Vorteil einer erhöhten Signalverarbeitungskapazität
auf. Mit Cadmiumtelluridschichten, die eine bestimmte gewünschte Dicke aufweisen und bei denen
bestimmte Werte des Abstandes zwischen den ge- )5 trennten Gebieten 22 eingehalten werden, kann eine
optimale Modulationsübertragungsfunktion aus dem Strahl und der Widerstandsschicht zusammen erzielt
werden. Eine derartige optimale Modulationsüberirägungsfüriktiöfi
kann z. B. mit einer 150 mn dicken, «·.
aus Cadmiumtellurid bestehenden Widerstandsschicht mit einem Hexogonal-Dichtestpackungsabstand
von 1,9 μτη zwischen getrennten Gebieten und mit einer 120 mn dicken ähnlichen Schicht mit einem
Hexagonal-Dichtestpackungsabstand voo 15 μΐη erzielt
werden. Falls der Schichtwiderstand der aus Cadmiumtellurid bestehenden Widerstandsschicht etwa
1 - ΙΟ'4 Ω beträgt, kann die Speicherplatte bei einer
Spannung betrieben werden, die die Flachbandspannung um bis etwa 5—7 V überschreitet, ohne daß die
unerwünschte Erscheinung auftritt, die oft als »MOS blooming« bezeichnet wird, d. h. Oberflächeninversion,
die durch hohe Lichtpegel oder Fehler im Halbleiter herbeigeführt wird, welche Erscheinung zu
Kurzschluß verschiedener getrennter P-leitender Gebiete und der sich daraus ergebenden Streuung
(blooming) des Bildes führt.
Dadurch, daß die Spannung die Flachbandspannung bei gemäß der Erfindung hergestellten Auftreff plattenstrukturen
überschreiten kann, werden Bildverzögerungen von weniger als 10% im ersten, nach
20 ms abgetasteten Feld und 0% im dritten, nach 60 ms abgetasteten Feld der Bildfläche erreicht, während
außerdem die unerwünschten sogenannten »Swirls« auf ein Mindestmaß beschränkt oder sogar
vermieden werden. Diese »Swirls« sind spiralförmige Muster, die unter Umständen durch örtlich erhöhten
Dunkelstrom im Bild sichtbar sind. Sie sind grundsätzlich durch die Kristallisationsverhältnisse des
Halbleitersubstrats bedingt.
Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellte Multidioden-Speicherplatten mit N-leitendem
Halbleitersubstrat mit darin P-leitenden Gebieten und darauf einer unterbrochenen isolierenden Siliciumoxidschicht
und darauf einer aus Cadmiumtellurid bestehenden, aufgedampften endgültigen Widerstandsschicht
wurden 250 Stunden lang mit einer erhöhten Geschwindigkeit von 25 Stunden/Stunde gealtert, um
einer normalen Alterungszeit von etwa 6000 Stunden nadizuahmen. Eine derartige beschleunigte Alterung
wurde mit einem Strahlstrom von 13 mA, einer Fokussierungselektrodenspannung von 450 V und mit
sog. »Underscanning« mit einem sog. »Underscanto-Nonnal«-Verhältnis
10:1 durchgeführt. Die auf diese Weise gealterten Speicherplatten wiesen nur eine unbedeutende Zunahme des Dunkelstroms von
den Anfangswerten an auf, sogar wenn die Aufnahmeröhrengitterspannung600
Vbetrug; z. B. mit einer Gitterspannung "von 600 V betrug der anfängliche
Dunkelstrom 12 nA bei einer Speicherplattenspannung von 8 V und einer Temperatur von 33° C, während
der endgültige Dunkelstrom nach etwa 250 Stunden 16 nA bei 8 V und 34° C betrug. Im Gegensatz
dazu wiesen Multidioden-Speicherplatten, die lediglich durch Aufdampfen einer Cadmiumtellurid-Widerstsndsschicht
saf ein vergleichbares Substrat mit ähnlichen P-leitenden Gebieten und ähnlicher
Isolierschicht hergestellt wurden, eine Zunahme des Leckstromes (d. h. des Dunkelstromes) von 50 nA
nach nur 80stündiger beschleunigter Alterung unter den gleichen Bedingungen mit einer vergleichbaren
Gitterspannung auf.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Verfahren zum Herstellen einer Multidioden-SpeicherpIatte
aus einem Halbleitermaterial für eine Bildaufnahmeröhre, auf deren dem Elektronenstrahl
zugewandten Seite eine Isolierschicht und auf dieser Isolierschicht eine Widerstandsschicht
aus Hafniumnitrid und Tantalnitrid aufgebracht wird und durch energiereiche Strahlung in
der Widerstandsschicht eine Strahlungsschädigung herbeigeführt wird, wobei anschließend die
Speicherplatte bei 350 bis 500 ° C getempert wird, dadurch gekennzeichnet, daß diese auf die
Isolierschicht (24) aufgebrachte Widerstandsschicht nur als vorläufige Schicht dient und nach
der Temperung wieder entfernt wird und schließlich auf die Isolierschicht eine endgültige Widerstandsschicht
(25) aus einem anderen Material als Hafniumnitrid und Tantalnitrid aufgebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorläufige Widerstandsschicht
durch Ätzen entfernt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die endgültige
Widerstandsschicht durch Aufdampfen aufgebracht wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als endgültige
Widerstandsschicht eine Schicht aus Cadmiumtellurid, Antimontrioxid, Siliciummonoxid
oder Wismuttrioxid angebracht wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als endgültige Widerstandsschicht
eine im wesentlichen aus Cadmiumtellurid bestehende Schicht mit einer Dicke zwischen 120
und 150 nm angebracht wird und daß der Hexagonaldichtestpackungsabstand zwischen zwei benachbarten
Dioden der Multidioden-Speicherplatte für die Schichtdicke von 150 nm 19 μπι und
für die Schichtdicke von 120 nm 15 μπι beträgt.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß für die endgültige Widerstandsschicht
ein Flächenwiderstand von etwa 10u bis etwa 1015 Ohm gewählt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die endgültige Widerstandsschicht
im wesentlichen aus Cadmiumtellurid hergestellt wird und einen Flächenwiderstand von
etwa 1 · 10'4Ohm aufweist.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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