DE1762282A1

DE1762282A1 - Lichtempfindliche Speichereinrichtung mit Diodenanordnung

Info

Publication number: DE1762282A1
Application number: DE19681762282
Authority: DE
Inventors: Labuda Edward Franklin; Crowell Merton Howard; Gordon Eugene Irving; Dalton John Vincent
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1967-05-25
Filing date: 1968-05-17
Publication date: 1970-04-23
Also published as: GB1222445A; SE336410B; NL153020B; NL6807377A; FR1581540A; JPS4516537B1; BE715617A; DE1762282B2; US3419746A

Description

Western Electric Company Incorporated Crowell-Dalton-Gordon-

NewYork, N.Y. 10007 U.S.A. Labuda 10-1-18-0

Lichtempfindliche Speichereinrichtung mit Diodenanordnung

Die Erfindung betrifft lichtempfindliche Speicheranordnungen, insbesondere Fernsehkamera-Röhren mit Halbleiterauftreffelektroden-Anordnungen.

Die US-Patentschrift 3 011 089 von Reynolds vom 28. 11. 1961 beschreibt eine lichtempfindliche Speichereinrichtung, die als Fernsehkameraröhre verwendet werden kann. Ihre Auftreffelektroden-Anordnung ist eine ebene η-Typ Halbleiterunterlage, die auf einem festen Potential in Bezug auf die Röhrenkathode gehalten wird und die auf der Auftreff elektrodenoberfläche eine Anordnung von getrennten p-Typ Gebieten aufweist, die jeweils eine Flächendiode in der Unterlage bilden. Ein Elektronenabtaststrahl spannt jedes aufeinanderfolgende Diodensegment in Sperrichtung auf eine Spannung vor, die gleich der Potentialdifferenz der Unterlage und der Kathode ist. Der Leckstrom dieser Dioden ist, wenn kein Licht vorhanden ist, so klein, daß die Dioden in diesem in Sperrichtung vorgespannten Zustand mehr als eine Sekunde lang bleiben.

Durch Licht, das auf die η-Typ Unterlage von der Seite auftrifft, die dem Elektronenstrahl entgegengesetzt ist und die den Dioden unmittelbar

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benachbart ist, wird der Leckstrom durch Photonenerzeugung von Löcher elektronen-Paaren beträchtlich erhöht. Wenn der Strahl wieder die p-Typ Oberfläche abtastet und sie dabei auf Kathodenpotential wieder auflädt, so daß der volle Wert der Vorspannung in Sperrichtung wieder hergestellt wird, ist die Ladung die er auf jedem der p-Typ Gebiete aufbringt, gleich der Ladung, die durch den Leckstrom während der vorherigen Bildperiode entfernt wurde. Diese Ladung ist ihrerseits von der örtlichen Lichtstärke abhängig, der das Segment des Halbleiters ausgesetzt, war. Das Wieder aufladen der Diode wird von einem Strom durch den äußeren Kreis begleitet. Dieser Strom ändert sich in einer Bildperiode proportional zur räumlichen Verteilung der Lichtstärke an den aufeinanderfolgenden Positionen des abtastenden Elektronenstrahls und bildet das Video-Ausgangssignal.

Die Dioden können so bemessen sein, daß der Elektronenstrahl auf menreren Dioden gleichzeitig auftrifft, um Probleme zu vermeiden, <die durch¹ ungenaue Deckung der Auftreff elektrodenanordnung und durch Ausfälle einzelner Dioden entstehen. Weiterhin ist der Teil der Halbleiter unter - lage auf der Elektronenstrahl-Auftreffelektrodenoberfläche gegen den Strahl durch einen isolierenden Überzug abgeschirmt. Um das Potential der Oberfläche zu regeln, liegt auf dem isolierenden Überzug ein fortlaufender leitender Überzug, der mit einer Vorspannungsquelle verbunden ist, um dem Isolator Elektronen zu entziehen. Auf den Dioden sind ge-

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trennte leitende Kontakte oder Inseln aufgebracht, die elektrisch von dem leitenden Überzug getrennt sind, um die Kapazität der Diodenübergänge zu erhöhen. Andererseits können diese Inseln dadurch hergestellt werden, daß zuerst auf der ganzen Auftreffelektrode ein leitender Überzug aufgedampft wird und dann die Inseln vom Rest des Überzugs durch ein geeignetes Verfahren, z.B. durch Ätzen getrennt werden.

Man hat erkannt, daß es wünschenswert ist, die ausgedehnten Prozesse zu vermeiden die benötigt werden, um leitende Inseln zu schaffen, die von dem leitenden Überzug getrennt sind. Wenn ferner Ätzen benutzt wird, ist dies für den darunter liegenden isolierenden Überzug potentiell schädlich. Bei einem Verfahren das die Trennung zwischen dem leitenden Überzug und den leitenden Inseln schafft, kann der darunter liegende isolierende Überzug so frei sein, daß Ladung vom Elektronenstrahl angesammelt wird, wobei dies im Gegensatz zum ursprünglichen Zweck des leitenden Überzugs steht.

Durch die Erfindung werden diese Probleme gelöst, indem an Stelle des vorher erwähnten leitenden Überzugs eine halbisolierende Schicht auf dem isolierenden Überzug verwendet wird, um die Ausbildung von Ladung auf dem isolierenden Überzug zu bremsen. Der Ausdruck halbisolierende Schicht soll sich auf eine Materialschicht beziehen, die eine Entladungzeitkonstante aufweist, die größer als die Bildzeit der Kamera-

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röhre ist, die jedoch wesentlich geringer als die Entladungszeitkonstante des gut isolierenden Überzugs ist. Die Entladungszeitkonstante eines Materials ist eine Zeitkonstante, die zur Querleitung im Material bei Vorhandensein der anderen Elemente einer Kombination gehört, die eine gewisse Kapazität aufweist. Es wird ein halbisolierendes Material verwendet, das typischerweise einen spezifischen Widerstand hat, der fc beträchtlich größer als der spezifische Widerstand von im wesentlichen

eigenleitendem Silizium ist. Z.B. kann der spezifische Widerstand

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typischerweise im Bereich von 3x10 Ohm-Zentimeter bis 3x10 Ohm-Zentimeter liegen. Wenn die sich ergebende Entladungszeitkonstante der halbisolierenden Schicht mit typischen Werten der Kapazität in Bezug auf die Halbleiterunterlage verbunden ist, liegt sie im Bereich von 0,1 bis 1 Sekunde.

Die halbisolierende Schicht kann aus aufgebrachtem Siliziummonoxyd oder aus Antimontrisulfid bestehen. Andere Materialien für die halbisolierende Schicht sind Kadmiumsulfid, Zinksulfid, Arsentrisulfid, Antimontriselenid, Arsentriselenid, Nickeloxyd, Titanoxyd, Mischungen der obigen Materialien und Mischungen von Materialien mit hoher Leitfähigkeit und mit niedriger Leitfähigkeit, die einen Film mit dem gewünschten spezifischen Widerstand liefern. Auch Siliziumdioxyd, das ausreichend hoch mit Gold dotiert ist, wie es durch gleichzeitiges Zerstäuben von Siliziumdioxyd und Gold auf die besser isolierende

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Unterlage erhalten werden kann, hat die für die halbisolierende Schicht gewünschten Eigenschaften.

Vorteilhafterweise leitet die halbisolierende Schicht die Ladung nicht so schnell zwischen den Dioden, daß die Auflösung bei der Abtastung der Lichtbilder verschlechtert wird, die auf die entgegengesetzte Seite der Halbleiterdiodenanordnung auftreffen, doch leitet sie die Ladung so schnell, daß Einstellungen der Kameraröhre, z. B. dynamische Bereichseinstellungen keine Übergänge verursachen, die langer als etwa 1 Sekunde sind.

Andere Vorteile der Erfindung bestehen im Verfahren zur teilweisen Reduktion eines isolierenden Siliziumdioxydüberzugs zu einer halbleitenden Siliziummonoxydschicht während der Herstellung der Auftreff elektrodenanordnung.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Fernsehkameraröhre,

entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht eines Teils des Gerätes der Fig. 1 Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht eines Teils einer Auftreffelektrodenanordnung einer Fernsehkameraröhre entsprechend einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung.

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Fig. 1 zeigt eine Fernsehkameraröhre 10, die aus einer Kathode 11 besteht, um einen Elektronenstrahl zu bilden und auf eine Auftreff elektrodenanordnung 12 zu projezieren. Die Spulen 13 lenken den Elektronenstrahl in bekannter Weise so ab, daß er eine Oberfläche auf der Auftreffelektrodenanordnung 12 in Zeilen- und Bildfolgen abtastet. Die Sekundärelektronen von der Auftreffelektrodenoberfläche werden durch

fe ein Sekundärelektronen-Sammelgitter 14 gesammelt. Eine Linse 15

projeziert das ankommende Licht durch eine durchlässige Frontplatte und fokussiert es auf eine lichtaufnehmende Oberfläche der Auftreffelektrodenanordnung 12. Wie durch die nachfolgende Schilderung klar wird, besteht der Zweck der Fernsehkameraröhre 10 darin, das ankommende Licht in gespeicherte elektrische Energie in Form eines Ladungsbildes umzuwandeln, das Ladungsbild für eine ausreichende Zeit zu speichern, so daß der Elektronenstrahl die Auftreffelektroden-

. oberfläche abtasten kann und eine Information, die das gespeicherte

Bild darstellt, in Form eines Video-Ausgangssignals abzugeben.

Fig. 2 zeigt eine Ausführung der Erfindung, bei der die Auftreffelektrodenanordnung 12 aus einer Halbleiterscheibe besteht, deren größerer Teil eine η-Typ Unterlage 20 mit getrennten p-Typ Gebieten 21 ist, die ein Mosaik auf der Auftreffelektrodenoberfläche des halbleiters bilden. Der Überzug 22 aus gut isolierendem Material bedeckt die ganze Auftreffelektrodenoberflächenseite der η-Typ Unterlage und setzt nur

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die getrennten p-Typ Gebiete dem Elektronenstrahl axis. Der Überzug 22 hat eine Dicke von 0, 01 bis 0, 6 Mikrometer und überlappt die Händer der p-Typ Gebiete, um das η-Gebiet gegen den Strahl abzuschirmen und die Übergänge gegen möglichen Kurzschluß zu schützen. Die Unterlage 20 ist über einen geeigneten leitenden Kontakt 25 mit einem Belastungswiderstand R verbunden, der seinerseits mit einer Batterie

Li

verbunden ist, die ihn auf einem positiven Potential in Bezug auf die Λ

Kathode hält.

Auf dem isolierenden Überzug 22 und den p-Gebieten 22 ist eine halbisolierende Schicht 24 aus Siliziummonoxyd (SiO) oder einem anderen geeigneten Material im Vakuum aufgebracht. Das Aufbringen erfolgt bis zu einer Dicke zwischen etwa 0, 8 bis 2, 5 Mikrometer bei einer Temperatur von etwa 100 C oder in jedem Fall weniger als 300 C. Diese Schicht 24 hat eine Entladungszeitkonstante von etwa 1 Sekunde bei der dargestellten Anordnung. Die Entladungszeitkonstante der "

Schicht 24 ist diejenige Zeit, in der 63% der vorher in einem Zentralgebiet der Sclücht 24 gesammelten "Ladung zum Anschluß zur Batterie 23 abgeleitet sein können. Ihr spezifischer Widerstand ist z.B. 1x10 Ohm-Zentimeter, er kann sich um etwa eine Größenordnung ändern.

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Er könnte also im Bereich von 3x10 bis 3x10 Ohm-Zentimeter liegen. Die Schicht 24 braucht nicht mit der Batterie 23 verbunden zu sein, da die primäre Wirkung ihrer ladungsbrenisenden Funktion darin

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besteht, die Ladung vom isolierenden Überzug 22 auf die nächsten
p-Gebiete 21 zu verteilen.

Auf der rückwärtigen oder lichtempfangenden Oberfläche der Unterlage 20 wird, wie später beschrieben wird, eine lichtdurchlässige isolierende Siliziumdioxydschicht 28 aufgebracht. Sie wird mit einer im wesentlichen lichtdurchlässigen leitenden Elektrode 27 bedeckt, z.B. mit einer dünnen Schicht (200 Angstrom-Einheiten) aus aufgedampftem Gold. Die Elektrode 27 ist mit der Batterie 23 an einem Punkt verbunden,
der positiv in Bezug auf die Kathode ist.

Wenn der Elektronenstrahl im Betrieb die Auftreffelektrodenoberfläche abtastet, bringt er Elektronen auf die p-Typ Gebiete 21, um die einzelnen Dioden in Sperrichtung vorzuspannen. Die Elektronen gehen schnell (innerhalb 35 Mikrosekunden) durch die dünne Schicht 24 zu den Gebieten 21, auch wenn sie sich nur sehr viel langsamer wegen des höheren
effektiven Widerstandes der mit der Kapazität zur Unterlage 20 an der isolierenden Schicht 22 verbunden ist, in Querrichtung bewegen können.

Wenn kein auftreffendes Licht vorhanden ist, fällt diese Vorspannung
infolge des unvermeidlichen Leckstroms, der auch "Dunkelstrom"
genannt wird, durch den Übergang jeder Diode langsam ab. Wenn jedoch die Unterlage 20 belichtet wird, erzeugen ankommende Photonen Löcher-

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Elektronen-Paare in der Unterlage, von denen einige zum Diodenraumladungsgebiet diffundieren und meßbar zum Ladungsstrom am Übergang beitragen und hierdurch die Entladungsgeschwindigkeit oder den Abfall der Vorspannung in Sperrichtung vergrößern. Man hat experimentell festgestellt, daß der Isolator 28 und die Elektrode 27 die Diffusionsgeschwindigkeit dieser Elektronenlöcher-Paare erhöhen.

Es wird nun angenommen, daß der Isolator 28, der für die Erfindung nicht wesentlich ist, wenn er bei Vorhandensein von Dampf in später beschriebener Weise hergestellt wird, die Tendenz hat die Oberflächenfehler zu beseitigen, die sonst Rekombinationszentren für die neuerlich erzeugten Elektronen und Löcher bilden.

Nach einer begrenzten Zeit ist das Spannungsprofil, das infolge der Ladungsverteilung der Diodenanordnung entsteht, eine Funktion der räumlichen Verteilung der Lichtstärke, der die Dioden ausgesetzt wurden. Wenn der Elektronenstrahl wieder die Auftreffelektrodenoberfläche abtastet, ist die Elektronenladung, die er auf jedes p-Typ-Gebiet aufbringt, gleich der Elektronenentladung während der vorherigen Bildperiode. Das Auftreffen des Strahls verursacht einen Stromstoß durch den Belastüngs wider stand R zur Unterlage 20, der gleich dem wieder ladenden Strom des Diodenübergangs ist und der die Lichtstärke anzeigt, der dieser Übergang ausgesetzt war. Dieser Stromstoß

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erzeugt eine Spannung an R , die als Ausgangs-Videosignal verwendet

wird, wie es in der Zeichnung dargestellt ist.

Der Abstand zwischen den p-Typ-Gebieten 21 ist kleiner ausgeführt als der Durchmesser des Elektronenstrahls, so daß wenn der Elektronenstrahl die Auf tr effelektrodenober fläche abtastet, er gleichzeitig auf mehreren p-Typ-Gebieten auftrifft. Der isolierende Überzug 22 verhindert Stromstöße durch den Widerstand R_T infolge des Auftreffens auf der η-Typ-Unterlage, wodurch Störausgangssignale auch bei Nicht-Vorhandensein von Licht erzeugt wurden. Es wurde festgestellt, daß es praktisch ist, den Durchmesser der p-Typ-Gebiete etwa 8 Mikrometer auszuführen, wobei Mittenabstände von etwa 20 Mikrometer zwischen den p-Typ-Gebieten sowohl in der Länge als auch in der Breite vorgesehen werden. Dann werden bei einem Strahl mit einem Durchmesser von wenigstens 25 Mikrometer mehrere Dioden gleichzeitig durch den Strahl getroffen.

Elektronen, die die p-Typ-Gebiete 21 verfehlen, werden durch den isolierenden Überzug 22 aufgehalten oder durch die Ladung auf den Überzug 22 zurückgeworfen. Diejenigen Elektronen, die durch den Überzug 22 gesammelt werden, werden langsam durch die halbisolierende Schicht 24 zu den nächsten p-Gebieren 21 geleitet. Dieser Effekt tritt mit einer Zeitkonstante von etwa 1 Sekunde ein, so daß die BiId-

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auflösung während jeder Bildperiode nicht wesentlich verschlechtert wird.

Nachfolgend wird ein Herstellungsverfahren für die Ausführung der Fig. 2 eingehend beschrieben.

Die Ausführung der Fig. 3 sieht eine dünne halbisolierende Schicht 34 aus Siliziummonoxyd vor, die auf der Oberiläche des isolierenden Siliziumdioxydüberzugs 32 gebildet wird, der Löcher auf den getrennten p-Typ-Gebieten 31 haben kann und der somit wie der isolierende Überzug 22 der Fig. 2 ausgebildet ist. Die halbisolierende Schicht 34 weist Parameter auf, die denjenigen der Schicht 24 der Fig. 2 gleichen, sie arbeitet im wesentlichen in gleicher Weise. Die halbisolierende Schicht 34 wird an einer Zwischenfläche zwischen dem Ziliziumdioxyd und einer äußeren Siliziumschicht bei Vorhandensein von Wärme gebildet. Die äußere Siliziumschicht wird dann durch herkömmliche Maskierverfahren auf den Mittelteilen der p-Gebiete 31 geschützt und "

an den anderen Stellen bis auf die Siliziummonoxydschicht 34 abgeätzt. Es sei bemerkt, daß die üblichen Ätzmittel für Silizium Siliziummonoxyd nicht ätzen.

Die Maske wird dann entfernt, wobei die leitenden Siliziuminseln 35 unmittelbar auf den p-Gebieten 31 der Dioden frei bleiben. Die Siliziuminseln 35 können auf Wunsch nach außen über die Siliziummonoxydschicht

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34 verbreitert werden, um die effektive Kapazität der Diodenübergänge weiter zu vergrößern. Dieses Ergebnis kann einfach dadurch erzielt werden, daß die dar aufliegende Silizium schicht nur in einem Netz aus engen Kanälen an Punkten in der Mitte zwischen den benachbarten Dioden geätzt wird.

Die halbisolierende Schicht 34 braucht nicht mit irgendeiner Vorspannungsquelle verbunden zu werden. Trotzdem kann die Schicht 34 auf Wunsch mit der Batterie 33 an einem Punkt verbunden werden, der positiver als die Kathode (nicht dargestellt) ist, wenn sie (die Schicht 34) die p-Gebiete 31 nicht berührt.

Die Unterlage 30 ist über einen geeigneten Kontakt 3 9 mit einem Belastungswiderstand R verbunden, der seinerseits mit der Batterie

JLj

an einem Punkt verbunden ist, der positiv in Bezug auf die Kathode ist.

Auf der rückwärtigen oder lichtempfangenden Oberfläche der Unterlage 30 wird eine lichtdurchlässige isolierende Siliziumdioxydschicht 38 aufgebracht, wie es nachfolgend beschrieben wird, wobei die Schicht mit einer halbdurchlässigen leitenden Elektrode 37, z.B. einer dünnen Goldschicht bedeckt wird. Die Elektrode 37 wird mit der Batterie 33 an einem Punkt verbunden, der positiv in Bezug auf die Kathode sein kann.

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Im Betrieb dringen Elektronen des Strahls leicht in die Siliziuminseln 35 ein und fließen zum nächsten Diodenübergang zwischen einem p-Gebiet 31 und der Unterlage 30, um die volle Vorspannung der Übergänge in Sperrichtung wieder herzustellen. Gleichzeitig fließt eine entsprechende Ladung im Widerstand R des Ausgangskreises.

In einer Weise die derjenigen der entsprechenden Bauteile bei der Ausführung der Fig. 2 gleicht, erhöhen der Isolator 3 8 und die Elektrode 37 die Wirksamkeit der Verwendung der Elektronenlöcher-Paare, die durch das Licht erzeugt werden, das durch sie zur Unterlage 30 geht.

Es werden nun Herstellungsverfahren im einzelnen beschrieben:

Für eine Einrichtung mit einer Empfindlichkeit im sichtbaren und nahen infraroten Teil des Spektrums wird die Auftreffelektroden-Anordnung der Fig. 2 typischerweise wie folgt hergestellt: η-Typ Silizium mit einer Dicke von 0, 125 bis 0, 375 mm wird poliert, so daß es die Unterlage 20 bildet, dann wird es oxydiert, um eine Siliziumdioxydschicht mit einer Dicke von 0, 01 bis 0, 6 Mikrometer zu bilden, in der eine Anordnung aus Löchern mit einem Durchmesser von 8 Mikrometer und einem Abstand Mitte zu Mitte von 20 Mikrometern geätzt wird, indem herkömmliche photolitographische Maskier- und Ätzverfahren benutzt werden. Die so geätzte Siliziumdioxydschicht bildet den isolie-

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renden Oxyd-Überzug 20. Dann wird Bor in die offen liegenden Gebiete der Unterlagen 20 bei 1140°C eindiffundiert, umd die p-Typ-Gebiete 21 zu bilden, wobei die Oxydschicht 22 als Diffusionsmaske wirkt. Jede Borglas- oder Fremdstoffschicht die die Tendenz hat eine Oxydschicht zu bilden, wird mit einem geeigneten Lösungsmittel oder Ätzmittel entfernt. Um die Herstellung eines guten Ohm'sehen Kontaktes 25 an der Unterlage 20 zu erleichtern, wird Phosphor in die offen liegenden

Flächen der Unterlage bei 925 C eindiffundiert. Dann wird eine etwaige Glas- oder Fremdstoff schicht von der Oxydschicht 22 mit einem geeigneten Lösungsmittel entfernt. In dem vorher nicht mit Bor dotierten Gebiet macht das Phosphor das Material zu einem starken n+ Material. Ein guter Kontakt kann leicht an einem solchen Material durch ein herkömmliches Verfahren unter Verwendung eines im Vakuum aufgedampften Metalls (z.B. Gold) hergestellt werden. Die isolierende Siliziumdioxydschicht 28 wird dann auf der rückwärtigen Oberfläche der Unterlage 20 in Anwesenheit von Dampf bei 950 C oder bei Temperaturen, die mehrere hundert Grad niedriger liegen, ausgebildet. Die entstehende Oxydschicht ist als feuchte Oxydschicht bekannt, sie hat offensichtlich eine günstige Wirkung bei der Herabsetzung der Oberflächenrekombination der induzierten Photoelektronen und Löcher an der rückwärtigen Oberfläche der Unterlage 20. Die Elektrode 27, z. B. eine dünne Schicht aus Gold oder einem anderen geeigneten Leiter wird dann auf der feuchten Oxydschicht 28 auf der rückwärtigen Ober-

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fläche im Vakuum aufgebracht. Zuletzt wird die halbisolierende Schicht 24 aus Siliziummonoxyd im Vakuum auf der Frontfläche der Anordnung auf die isolierende Schicht 22 und die p-Gebiete 21 aufgebracht. Sie wird bei einer Temperatur von etwa 100 C bis zu einer Dicke von etwa 1 Mikrometer aufgebracht. Diese Temperatur wird gewöhnlich durch die Hitze erzeugt, die bei dem Verdampfungsprozeß entsteht. Selbstverständlich kann die bei dem obigen Prozeß aufgebrachte halbisolierende Schicht 24 auch Siliziummonoxyd, Zinksulfid, Kadmiumsulfid, ^

Antimontrisulfid, Arsentrisulfid, Antimontriselenid, Arsentriselenid, Titanoxyd, Nickeloxyd, Mischungen aus den obigen Materialien oder Mischungen von Materialien hoher Leitfähigkeit und niedriger Leitfähigkeit sein.

Die Äuftreffelektrode wird dann in der Kamerarölire in der in Fig. 1 dargestellten Weise zusammengebaut und bei erhöhter Temperatur

gebacken, um occludierte Gase auszutreiben. j

Die Auftreffelektroden-Anordnung der Fig. 3 kann entweder durch das Verfahren hergestellt werden, das unten in Form des Blockdiagramms der Tabelle I dargestellt ist, oder durch das Verfahren, das unten in Form des Blockdiagramms der Tabelle II dargestellt ist.

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Tabelle I

Vorbereiten der n-Typ- Unterlage	r
	Bilden der ρ-Gebiete

Ausbilden des SiO_-Überzuges dt
	Entfernen des Borglas und Maskieren
	1
Maskieren und Atzen von Löchern im SiO- Überzug
I	Herstellen des Ohm'sehen Kontaktes an der Unter?· lage


Aufbringen der Silizium - schicht


Erwärmen im Vakuum, um einen Teil der S1O2- Schicht zu SiO zu redu zieren


Wegätzen des Siliziums bis zum SiO, wobei ge trennte Schichten von Si auf den ρ-Gebieten blei ben

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Bei der Ausführung des Verfahrens der Tabelle I wird die Unterlage vorbereitet und der isolierende Siliziumdioxyd-Überzug 32 mit einer Anordnung von Löchern in der Weise ausgebildet, die für die Ausführung der Fig. 2 beschrieben wurde. Die Löcher im Überzug 32 haben einen Durchmesser von 8 Mikrometern und einen Mittenabstand von 20 Mikrometern. Die p-Gebiete 31 und der Ohm'sche Kontakt 3 9 werden wie vorher durch Arbeitsgänge ausgebildet, die eine Bor-Diffusion ^

und eine nachfolgende Phosphor-Diffusion umfassen. Es wird eine Siliziumschicht im Vakuum bei einer Temperatur von etwa 100 C bis zu einer Tiefe von einem halben Mikrometer über der Oxadschicht 3 2 und den p-Gebieten 31 aufgebracht. Wie vorher reicht die Wärme vom Verdampfungsprozeß aus, um diese Temperatur zu erzeugen. Durch eine fortgesetzte Erwärmung auf eine erhöhte Temperatur von etwa 1000 C etwa 30 Minuten lang, wird dann ein Teil der isolierenden Siliziumdioxyd-Schicht 32 reduziert, um die halbisolierende Silizium monoxyd-Schicht 34 zu bilden. Diese Temperaturwerte und Zeiten sind nicht kritisch und können sich innerhalb weiter Grenzen ändern. Die Dauer der fortgesetzten Erwärmung reicht aus, um sicherzustellen, daß die halbisolierende Schicht 34 direkt die p-Gebiete 31 berührt. Schließlich wird so viel des darüberliegenden Silizium weggeätzt, wie benötigt wird, um die Siliziuminseln 35 voneinander zu trennen. Die Siliziummonoxyd-Schicht 34 bleibt intakt, da sie durch das Ätzmittel für Silizium nicht angeätzt wird.

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Die Auftreffelektroden-Anordnung der Fig. 3 kann durch das Verfahren hergestellt werden, das in der nachfolgenden Tebelle II dargestellt ist.

Tabelle!!

Vorbereiten der n-Typ-Unterlage

Bilden des SiQ--Überzuges

Maskieren und Ätzen von Löchern im SiOn Überzug

Aufdampfen von Silizium auf die ganze Fläche

Eindiffundieren von Bor durch die Siliziumschicht, um p-Gebiete zu bilden

Herstellen des Ohm'sehen Kontaktes an der Unterlage

Fortsetzen der Erwärmung zur Bildung der S1O2-Schicht unter der Si-Schichi

Wegätzen von Silizium bis zum SiO₄ wobei getrennte Schichten von Si auf den p-Gebieten bleiben

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Die Unterlage 30 wird vorbereitet und die isolierende Silizium dioxydschicht 32 mit einer Anordnung von Löchern in der für die Ausführung der Fig. 2 beschriebenen Weise ausgebildet- Bevor irgendeine Diffusion stattfindet, wird eine Silizium-Schicht im Vakuum bei einer Temperatur von etwa 100 C bis zu einer Tiefe von etwa 1/2 Mikrometer auf der Siliziumoxyd-Schicht 32 und den Löchern wie beim Verfahren der Tabelle I aufgebracht. Dann wird Bor bei 1140 C durch die vorher in die Löcher aufgebrachte Silizium schicht in die darunter liegende Unterlage 30 eindiffundiert, um die p-Typ-Gebiete 31 und die zugehörigen Übergänge zu bilden. Da die Oxydschicht 32 nun durcli das Silizium geschützt ist, wird keine Borglas- oder Fremdstoffschicht auf dem Oxyd gebildet. Die Phosphor-Diffusion kann nun auf dem Teil der Auftreffelektrode stattfinden, der als Ohm'scher Kontakt dient. Der Kontakt wird an der Unterlage 30 angebracht. Während dieser beiden Diffusionen bildet sich die isolierende Siliziummonoxyd-Schicht 34 automatisch unter der dar über liegenden Silizium-Schicht aus, doch "

kann die Erwärmung, wenn nötig, fortgesetzt werden, um die Bildung der Siliziummonoxyd-Schieht zu beenden. Schließlich wird so viel des dar üb erliegenden Siliziums weggeätzt, wie notwendig ist, um die Siliziuminseln 35 voneinander zu trennen. Die Siliziummonoxyd-Schicht 34 bleibt intakt.

Der Prozeß der Tabelle II hat gegenüber dem Prozeß der Tabelle I

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den Vorteil, daß die Siliziumschicht über der isolierenden Silizium dioxyd-Schicht 32 die Bildung von Löchern verhindert, die sonst die Tendenz haben, entweder während jeder Diffusion oder während der nachfolgenden Entfernung von Glas oder ähnlichen Fremdstoffschichten aufzutreten. Auch erfordert er keine zusätzliche Wärmebehandlung der fertigen Auftreffeiektrode, wie der Prozeß der Thbelle I.

Die halbisolierende Schicht kann auf die Auftreffelektrodenoberfläche dadurch aufgedampft werden, daß Silizium in einem gemischten Gasplasma auf die Siliziumdioxyd-Schicht und die Löcher aufgesprüht wird, um einen halbisolierenden Film zu bilden. z.B. kann ein gemischter Silizium-Siliziumnitrid-Film durch Aufsprühen von Silizium durch ein gemischtes Stickstoffargonplasma aufgebracht werden. Das Plasma liefert automatisch die richtigen Bedingungen, da es durch Anlegen von Mikrowellenenergie in einem Bereich erhalten wird, der durch die Materialien bestimmt ist. Innerhalb dieses Bereiches kann das Verhältnis von Stickstoff zu Argon im Plasma geregelt werden, um das Verhältnis von Silizium zu Siliziumnitrid im aufgebrachten Film und damit den spezifischen Widerstand des Films zu regeln. Die Dicke liegt im Bereich von 1-3 Mikrometer, sie ist durch die Dauer des Sprühen« bestimmt. Eine Information über Prozesse dieser Art findet sich in der US-Patentschrift 3 287 243 vom 22. 11. 19ü(>. Der entstehende Film ist ein Beispiel für eine Mischung aus einem Material

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xnit hoher Leitfähigkeit (Siiizium) und einem Material mit geringer Leitfälligkeit (Siliziumnitrid) für die halbisolierende Schicht.

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Claims

Patentansprüche

I₁ J Auftreffelektroden-Anordnung (12), dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer halbleitenden Scheibe (20) mit einer Anordnung von pn-Übergängen (21, 20) besteht, die sich bis zu einer ersten Oberfläche der Scheibe erstrecken und die gegen einen abtastenden Elektronenstrahl durch einen isolierenden Überzug (22) abgeschirmt sind, der auf der ersten Oberfläche über zentralen Gebieten der Übergänge Löcher aufweist, wobei sich eine Materialschicht (24) über den Überzug erstreckt und eine Entladungszeitkonstante hat, die größer als die Bildperiode der Abtastung und geringer als die Relaxations zeit des isolierenden Überzugs ist.
2. Auftreffelektroden-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialschicht über dem Überzug aus einer Schicht aus einem Material besteht, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die Antimontrisulfid, !Cadmiumsulfid, Siliziummonoxyd, Nickeloxyd, Titanoxyd, Sinksulfid, Arsentrisulfid, Antimontriselenid, Arsentriselenid, Mischungen aus den obigen Materialien und eine Mischung Zilizium und Siliziumnitrid umfaßt.
3. Auftreffelektroden-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialschicht über dem Überzug aus einer Schicht aus Siliziummonoxyd besteht.

BAD ORIGINAL

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4. Auftreffelektroden-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialschiclit über dem Überzug eine Entladungszeitkonstanle zwischen 0,1 und 1 Sekunde hat.
5. Auftreffelektroden-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aus isolierendem Material aus einer Schicht aus Siliziumdioxyd besteht, wobei die Materialschiclit über dem Überzug aus einer Schicht aus Siliziunimonoxyd besteht.

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