CS252327B1

CS252327B1 - Glass crystalline alkaline mass with high arsenic content

Info

Publication number: CS252327B1
Application number: CS862157A
Authority: CS
Inventors: Petr Exnar
Original assignee: Petr Exnar
Priority date: 1986-03-27
Filing date: 1986-03-27
Publication date: 1987-08-13
Also published as: CS215786A1

Abstract

Řešení ee týká skelně krystalická bezalkalická hmoty s vysokým obsahem arsenu, vhodné při výrobě polovodičů pro mikroelektroniku, a to jako dopantový zdroj arsenu. Skelně krystalická hmota má schopnost uvolňovat arsen při teplotách 600 až 1 200 °C. Skelně krystalická bezalkalická hmota obsahuje v hmotnostní koncentraci 10 až 35 X oxidu arseničného As2°5’ 15 až 50 % nejméně jednoho oxidu ze skupiny zahrnující oxid hořečnatý MgO, vápenatý CaO, strontnatý SrO a barnatý BaO, dále 10 až 35 X oxidu křemičitého SiOg a 5 až 25 X nejméně jednoho oxidu ze skupiny, zahrnující oxid hlinitý A120j, lentanitý LagO^a ceričitý CeOg. Je výhodné, když skelně krystalická hmota dále obsahuje v hmotnostní koncentraci 0,2 až 15 X oxidu titaničitého TiOg a/nebo zirkoničitého ZrOg.Solution ee concerns a glassy crystalline alkali-free material with a high arsenic content, suitable for the production of semiconductors for microelectronics, as a dopant source of arsenic. The glassy crystalline material has the ability to release arsenic at temperatures of 600 to 1,200 °C. The glassy crystalline alkali-free material contains, in a mass concentration of 10 to 35% arsenic trioxide As2°5’, 15 to 50% of at least one oxide from the group including magnesium oxide MgO, calcium oxide CaO, strontium oxide SrO and barium oxide BaO, further 10 to 35% silicon dioxide SiOg and 5 to 25% of at least one oxide from the group including aluminum oxide Al2Oj, lenticular oxide LagO^ and cerium oxide CeOg. It is preferred that the glassy crystalline mass further contains 0.2 to 15% by weight of titanium dioxide TiO 2 and/or zirconium dioxide ZrO 2 .

Description

Vynález ee týká skelná krystalická bezelkelleká hmoty s vysokým obsahem ersenu As, určená zejména pro dopantový zdroj arsenu As.The invention relates to a glassy crystalline, non-metallic material with a high content of arsenic As, intended in particular for a dopant source of arsenic As.

Při výrobě polovodičů pro mikroelektroniku, např. na bázi monokrystalu kovového křemíku Si, se používá dopantů, která umožňují polovodlvost křemíkových součástek. Dopování se provádí různými metodami, např. iontovou implantací, která je vysoce spolehlivá, ale velmi nákladná.In the production of semiconductors for microelectronics, e.g. based on single crystal silicon metal Si, dopants are used to make silicon components semiconductive. Doping is performed by various methods, e.g. ion implantation, which is highly reliable but very expensive.

Všeobecně levnější a dostupnější je metoda pomocí plenárních dopentových zdrojů.Generally cheaper and more accessible is the method using plenary dopant sources.

Jsou známy různá typy těchto zdrojů, určených k uvolňování určitá látky, např. boru B, kde dopentový zdroj je na bázi eklokeremiky, nebo fosforu P, kde dopantový zdroj je založen ne bázi keramiky. U těchto dopentových zdrojů je nezbytnou podmínkou dodržení maximálního přfpústného obsahu látek, hlavně těkavých, jejichž přítomnost znehodnocuje funkční použití výrobku. Dostupná literatura uvádí tyto látky v setinách až tisícinách % hmotnostní koncentrace jako nejvyšěí přípustnou hodnotu. Jedná se hlavně o alkálie a olovo Pb, ale patři sem 1 jiné látky, která je možno využít k dopování pro jiný druh polovodičů, jako je antimon St, fosfor P, bor B apod., a dále jsou to 1 běžné nečistoty ve sklářských surovinách, jako je železo Pe, nikl Nl, kobalt Co, měň Cu apod.Various types of these sources are known, designed to release certain substances, e.g. boron B, where the dopant source is based on ecoceramics, or phosphorus P, where the dopant source is based on ceramics. For these dopant sources, a necessary condition is to comply with the maximum permissible content of substances, mainly volatile, the presence of which degrades the functional use of the product. The available literature lists these substances in hundredths to thousandths of % mass concentration as the highest permissible value. These are mainly alkalis and lead Pb, but they also include other substances that can be used for doping for other types of semiconductors, such as antimony St, phosphorus P, boron B, etc., and they are also common impurities in glass raw materials, such as iron Pe, nickel Nl, cobalt Co, silver Cu, etc.

V dostupná odborné s patentové literatuře není dosud obdobné skelně krystalická hmota s vysokým obsahem ersenu As známe.In the available technical and patent literature, there is no similar glassy crystalline material with a high content of ersen As known to date.

Je sice známo sklo s vysokým obsahem arsenu As, s obsahem až 45 % oxidu arsenitého AegOp popsané v patentu USA č. 2 863 782, které věak současně obsahuje velká množství dalších těkavých prvků, jako jsou alkálie, oxid olovnatý PbO, antimonitý SbgOy Teplota měknutí je nízká, kolem 300 °C, a skla se využívá jako speciální pájky. I když sklo obsahuje vysoké množství arsenu As, pro dopantový zdroj je naprosto nevhodné.Although glass with a high arsenic content As is known, with a content of up to 45% arsenic trioxide AegOp described in US patent No. 2,863,782, which also contains large amounts of other volatile elements, such as alkalis, lead oxide PbO, antimony oxide SbgOy. The softening temperature is low, around 300 °C, and the glass is used as a special solder. Although the glass contains a high amount of arsenic As, it is completely unsuitable for a dopant source.

Uvedené nevýhody se odstraní nebo podstatně omezí u skelně krystalické bezalkalické hmoty podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že skelně krystalické hmota obsahuje v hmotnostní koncentraci 10 až 35 % oxidu arsenitého ASgOj, 15 až 50 % nejméně jednoho oxidu ze skupiny zahrnující oxid hořečnatý MgO, vápenatý CeO, strontnatý SrO a bprnatý BaO, déle 10 až 35 * oxidu křemičitého SiO? a 5 až 25 % nejméně jednoho oxidu ze skupiny zahrnující oxid hlinitý AlgO^, lanthanitý LagO^ ^a ceričitý CeOg.The above disadvantages are eliminated or substantially reduced in the glassy crystalline alkali-free mass according to the invention, the essence of which lies in the fact that the glassy crystalline mass contains in a mass concentration of 10 to 35% arsenic trioxide ASgOj, 15 to 50% of at least one oxide from the group including magnesium oxide MgO, calcium oxide CeO, strontium oxide SrO and boron oxide BaO, more than 10 to 35% of silicon dioxide SiO? and 5 to 25% of at least one oxide from the group including aluminum oxide AlgO^, lanthanum oxide LagO^ ^and cerium oxide CeOg.

Je výhodné, když skelně krystalické hmota déle obsahuje ještě 0,2 až 15 % hmotnostní koncentrace oxidu titaničitého TlOg a/nebo zirkoničitého ZrOg.It is advantageous if the glassy crystalline mass further contains a 0.2 to 15% weight concentration of titanium dioxide TlO 3 and/or zirconium dioxide ZrO 3 .

Skelně krystalická bezalkalické hmota podle vynálezu má vysokou teplotu tání a rovněž vysokou teplotu měknutí, která dovoluje její použití až do teplot 1 100 až 1 200 °C, podle rozsahu složení. Teplota měknutí v podstatě představuje maximální teplotu použiti, pod kterou se destičky dopentového zdroje nedeformují. Teto skelně krystalická hmota má důležitou vlestnost, a.to schopnost uvolňovat arsen As při teplotách 600 až 1 100 °C, podle rozsahu složení ež do 1 200 °C. Chemické složení sklokeramlcké hmoty při dodržení technologického postupu zaručuje mechanickou pevnost při přípravě destiček dopentových zdrojů, které v případě přídavku oxidu titaničitého TlOg nebo zirkoničitého ZrOg k základnímu typu sklokeramlcké hmoty může být ještě zvýěene.The glass-crystalline alkali-free material according to the invention has a high melting point and also a high softening point, which allows its use up to temperatures of 1,100 to 1,200 °C, depending on the composition range. The softening point essentially represents the maximum temperature of use below which the dopant source plates do not deform. This glass-crystalline material has an important property, namely the ability to release arsenic As at temperatures of 600 to 1,100 °C, depending on the composition range up to 1,200 °C. The chemical composition of the glass-ceramic material, when following the technological procedure, guarantees mechanical strength in the preparation of dopant source plates, which can be further increased in the case of the addition of titanium dioxide TlOg or zirconium oxide ZrOg to the basic type of glass-ceramic material.

Následující tabulka uvádí příklady chemického složení pro sklokeramlckou hmotu podle vynálezu. Obsah věeeh složek, je uveden v % hmotnostní koncentrace.The following table gives examples of chemical compositions for the glass-ceramic material according to the invention. The content of all components is given in % weight concentration.

TabulkaTable

Složky Components 1. příklad Example 1 2. příklad Example 2 3. příklad Example 3 4· příklad 4· example oxid arseničný ASgOj arsenic oxide ASgOj 14,1 14.1 27,9 27.9 25,6 25.6 32,8 32.8 oxid hořečnatý MgO magnesium oxide MgO 4,9 4.9 9,8 9.8 9,0 9.0 11,5 11.5 oxid vápenatý CaO calcium oxide CaO 11,7 11.7 10,2 10.2 6,2 6.2 2,7 2.7 oxid strontnatý SrO strontium oxide SrO 12,7 12.7 oxid barnatý BaO barium oxide BaO 18,8 18.8 9,3 9.3 14,6 14.6 oxid hlinitý AlgO^ aluminum oxide AlgO^ 6,2 6.2 12,4 12.4 22,8 22.8 oxid lantanitý La₂0^ lanthanum oxide La ₂ 0^ 15,5 15.5 oxid ceričitý CeO,, cerium oxide CeO,, 9,6 9.6 oxid křemičitý SiOg silicon dioxide SiOg 31,6 31.6 25,5 25.5 13,4 13.4 17,1 17.1 oxid tit8ničitý Ti0₂ titanium dioxide Ti0 ₂ 4,9 4.9 13,4 13.4 oxid zirkoničitý ZrOg zirconium oxide ZrOg 5,8 5.8 teplota měknutí (°C) softening point (°C) 1 100 1,100 1 120 1,120 1 110 1,110 1 200 1,200 teplota tání (°C) melting point (°C) 1 260 1,260 1 200 1,200 1 200 1,200 1 280 1,280

Při přípravě skelně krystalické hmoty je nutno používat surovin, které se obvykle používají pro mikroelektroniku nebo surovin, které mají podobnou čistotu. Z těchto surovin se nejprve utaví v platinovém kelímku sklo daného chemického složení. Taví se při teplotách 1 350 až 1 600 °C v silně oxidační atmosféře, protože podmínkou úspěšné přípravy je udržení arsenu As ve sklovině jako oxidu arseniěného AsjO^. Pokud by došlo k částečné redukci, vzniklý oxid arsenitý AsgO^ ze skloviny velmi rychle vytéká. Po utavení je sklovina vylita do bločku a odlité sklo je dále tepelně zpracováno při teplotách 800 až 1 250 °C po dobu potřebnou k dokonalé krystalizaci. Tepelným zpracováním dojde k přeměně skla na skelně krystalický materiál výhodných vlastností pro dopantový zdroj.When preparing a glassy crystalline mass, it is necessary to use raw materials that are usually used for microelectronics or raw materials that have a similar purity. From these raw materials, glass of a given chemical composition is first melted in a platinum crucible. It is melted at temperatures of 1,350 to 1,600 °C in a strongly oxidizing atmosphere, because the condition for successful preparation is to maintain arsenic As in the enamel as arsenated oxide AsjO^. If partial reduction occurs, the formed arsenic trioxide AsgO^ flows out of the enamel very quickly. After melting, the enamel is poured into a block and the cast glass is further heat-treated at temperatures of 800 to 1,250 °C for the time required for complete crystallization. The heat treatment transforms the glass into a glassy crystalline material with advantageous properties for the dopant source.

Z bločku získané skelně krystalické hmoty se nařežou destičky, např. o průměru 5 až 12 cm a tlouštky 2 mm. Tyto plenární dopantové destičky se střídavě vkládají mezi destičky monokrystalického křemíku Si a společnř se uloží do elektrické pece, kde probíhá tepelné zpracování v řízené atmosféře, při kterém dojde k uvolňování arsenu As z dopantové destičky a jeho přenosu na křemíkový monokrystal, který takto získává polovodivé vlastnosti.Plates are cut from the block of glassy crystalline material obtained, e.g. with a diameter of 5 to 12 cm and a thickness of 2 mm. These plenary dopant plates are alternately inserted between plates of monocrystalline silicon Si and are placed together in an electric furnace, where heat treatment takes place in a controlled atmosphere, during which arsenic As is released from the dopant plate and transferred to the silicon monocrystal, which thus acquires semiconducting properties.

Skelně krystalické hmoty podle vynálezu je možno využít i v jiných oblastech, např. při rekalibrování rentgenových analytických přístrojů.The glassy crystalline materials according to the invention can also be used in other areas, e.g. in the recalibration of X-ray analytical instruments.

Claims

A glassy crystalline, alkali-free, high arsenic material, characterized in that it contains at a concentration of 10 to 35% of arsenic oxide AsgOj, 15 to 50% of at least one of magnesium oxide MgO, calcium CaO, strontium SrO and barium BaO, more 10 to 35% of silica SiO and 5-25% of at least one oxide from the group comprising alumina algo.}, lanthanum Lajo ^ ⁸ C * ^ri 8Átý CeO ,,.

2. Glass crystalline material according to claim 1, characterized in that it contains in a concentration of 0.2 to 15% of titanium oxide Ti0 ₂ and / or zirconium ZrOg.