CS252328B1

CS252328B1 - Glass crystalline, alkaline-free high antimony mass

Info

Publication number: CS252328B1
Application number: CS862158A
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: CS215886A1

Abstract

Řešení se týká skelně krystalické bezalkalické hmoty s vysokým obsahem antimonu, vhodné při výrobě polovodičů pro mikroelektroniku, a to jako dopontový zdroj antimonu. Skelně krystalická hmota má schopnost uvolňovat entimon při teplotách 600 aš 1 200 °C. Skelně krystalická bezalkalická hmota obsahuje v hmotnostní koncentraci 15 až 30 56 oxidu antlmoničného SbgO^, 30 a£ 40 (É nejméně jednoho oxidu ze skupiny zahrnující oxid hořečnatý MgO, vápenatý CaO, strontnatý SrO a barnatý BaO, dále 15 až 30 % oxidu křemičitého SiOg, 5 aš 10 % oxidu hlinitého AlgOj a 2 eš 15 % oxidu titaničitého.The solution relates to a glassy crystalline alkali-free material with a high antimony content, suitable for the production of semiconductors for microelectronics, as a dopant source of antimony. The glassy crystalline material has the ability to release antimony at temperatures of 600 to 1,200 °C. The glassy crystalline alkali-free material contains, in a mass concentration of 15 to 30% of antimony trioxide SbgO^, 30 to £ 40 (É at least one oxide from the group including magnesium oxide MgO, calcium oxide CaO, strontium SrO and barium BaO, further 15 to 30% of silicon dioxide SiOg, 5 to 10% of aluminum oxide AlgOj and 2 to 15% of titanium dioxide.

Description

Vynález se týká skelně krystalické bezalkalické hmoty s vysokým obsahem antimonu Sb, které je zvláště vhodné při výrobě mikroelektroniky, a to jako dopantový zdroj antimonu Sb.The invention relates to a glassy crystalline alkali-free material with a high content of antimony Sb, which is particularly suitable in the production of microelectronics, namely as a dopant source of antimony Sb.

Při výi-obě polovodičů pro mikroelektroniku, zejména např. na bázi monokrystalu kovového křemíku Si, se používá dopantů, tj. látek, které umožňuji polovodivost křemíkových ,1 součástek. Jeko dopantů se využívá různých látek, mimo jiné i antimonu Sb. Dopování se provádí různými metodami, např. iontovou implantací, která je sice spolehlivá, ale velmi nákladná.In the production of semiconductors for microelectronics, especially those based on single crystals of metallic silicon Si, dopants are used, i.e. substances that enable semiconductivity of silicon components. Various substances are used as dopants, including antimony Sb. Doping is carried out by various methods, e.g. ion implantation, which is reliable but very expensive.

LevnějSí a dostupněji! je metoda využívající dopantových zdrojů. Jaou známy různá typy těchto iontových zdrojů, určených k uvolňování určité látky např. boru B, kde dopantový zdroj je na bázi sklokeramiky, nebo fosforu P, kde dopantový zdroj je na bázi keramiky. U těchto dopantových zdrojů je jedním z nezbytných předpokladů limitní dodržení obsahu látek, hlavně těkavých, jejichž přítomnost znehodnocuje funkční vlastnosti výrobku. Dostupné literatura uvádí maximální přítomnost těchto látek v setinách až tisícinách % hmotnostní koncentrace. Jsou to nejen alkálie, olovo Pb, ale i jiné látky, kterých je možno využít k dopování pro jiný druh polovodičů, jako je arsen As, fosfor P, bor B apod., a dále jsou to i běžné nečistoty ve sklářských surovinách, např. železo Pe, nikl Ni, cobalt Co, měň Cu apod.Cheaper and more accessible! is the method using dopant sources. Various types of these ion sources are known, designed to release a certain substance, for example, boron B, where the dopant source is based on glass ceramics, or phosphorus P, where the dopant source is based on ceramics. For these dopant sources, one of the necessary prerequisites is compliance with the limit content of substances, mainly volatile, the presence of which degrades the functional properties of the product. Available literature indicates the maximum presence of these substances in hundredths to thousandths of % mass concentration. These are not only alkalis, lead Pb, but also other substances that can be used for doping for other types of semiconductors, such as arsenic As, phosphorus P, boron B, etc., and they are also common impurities in glass raw materials, for example, iron Pe, nickel Ni, cobalt Co, silver Cu, etc.

V dostupné odborné a patentové literatuře neni dosud obdobná skelně krystalická hmota s vysokým obsahem antimonu Sb známa. V patentu USA č. 2 863 782 je sice uvedeno sklo s ohsa hem 40 až 90 % hmotnostní koncentrace oxidu antimonitého SbgO^, které věak obsahuje- současně delší těkavé prvky, jako jsou alkálie, oxid arsenitý AsgO^ a olovnatý PbO. Teplote měknutí tohoto skla je nízká, kolem 300 °C a sklo se uplatňuje jako speciální pájka. Tento typ skle sice obsahuje vysoké množství entimonu Sb, ale z výěe uvedených hledisek je pro použití dopantového zdroje naprosto nevhodný.In the available technical and patent literature, a similar glassy crystalline material with a high content of antimony Sb is not yet known. In US patent No. 2,863,782, a glass with a content of 40 to 90% by weight of antimony trioxide SbgO^ is mentioned, which, however, also contains more volatile elements, such as alkalis, arsenic trioxide AsgO^ and lead PbO. The softening temperature of this glass is low, around 300 °C, and the glass is used as a special solder. This type of glass contains a high amount of antimony Sb, but from the above-mentioned points of view it is completely unsuitable for use as a dopant source.

Uvedená nevýhody se odstraní nebo podstatně omezí u skelně krystalické hmoty podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že skelně krystalická hmota obsahuje v hmotnostní koncentraci 15 až 30 % oxidu antimoničnáho SbgOj, 30 až 40 % nejméně jednoho oxidu ze skupiny zahrnující oxid hořečnatý MgO, oxid vápenatý GaO, oxid strontnatý SrO a oxid bsrnetý BaO, dále 15 až 30 % oxidu křemičitého SiO^, 5 až 10 % oxidu hlinitého AlgO^ a 2 až 15 % oxidu titaničitého TiO^.The above disadvantages are eliminated or substantially reduced in the glassy crystalline mass according to the invention, the essence of which lies in the fact that the glassy crystalline mass contains in a mass concentration of 15 to 30% antimony oxide SbgOj, 30 to 40% of at least one oxide from the group including magnesium oxide MgO, calcium oxide GaO, strontium oxide SrO and barium oxide BaO, further 15 to 30% silicon dioxide SiO^, 5 to 10% aluminum oxide AlgO^ and 2 to 15% titanium dioxide TiO^.

Skelně krystalická bezalkalické hmota podle vynálezu má vysokou teplotu tání a rovněž vysokou teplotu měknutí, která dovoluje její použití až do teplot 1 200 až 1 300 °C, podle rozsahu složení. Teplota měknutí v podstatě představuje maximální teplotu použití. Skelně krystalická hmota podle vynálezu má schopnost uvolňovat antimon Sb při teplotách 600 až 1 200 °C. Rozsah jejího složení při dodržení technologického postupu zamlčuje vysokou mechanickou pevnost při přípravě destiček dopantových zdrojů.The glassy 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 1,200 to 1,300 °C, depending on the composition range. The softening point essentially represents the maximum temperature of use. The glassy crystalline material according to the invention has the ability to release antimony Sb at temperatures of 600 to 1,200 °C. The range of its composition, when following the technological procedure, conceals high mechanical strength in the preparation of dopant source wafers.

Dále jsou uvedeny dva příklady chemického složení skelně krystalické hmoty podle vynálezu. Všechny procentuální údaje jsou vyjádřené v hmotnostní koncentraci.Two examples of the chemical composition of the glassy crystalline mass according to the invention are given below. All percentages are expressed in mass concentration.

T e b u 1 k eYou are welcome.

Složky (%) Ingredients (%) Přiklad 1 Example 1 Příklad 2 Example 2 oxid antimoničitý SbgO^ antimony dioxide SbgO^ 29,6 29.6 18,0 18.0 oxid hořečnatý MgO magnesium oxide MgO 4,5 4.5 oxid vápenatý CaO calcium oxide CaO 10,2 10.2 oxid strontnetý SrO strontium oxide SrO 6-j2 6-j2 oxid barnatý BaO barium oxide BaO 28,0 28.0 25,6 25.6 oxid křemičitý SiOg silicon dioxide SiOg 19,2 19.2 26,7 26.7 oxid hlinitý AljO^ aluminum oxide AljO^ 9,3 9.3 5,7 5.7 oxid titaničitý TiOg titanium dioxide TiOg 3,7 3.7 13,3 13.3

Tabulka pokračování Continuation table Složky (%) Ingredients (%) Příklad 1 Example 1 Příklad 2 Example 2 koeficient délkové teplotní roztaž- coefficient of linear thermal expansion- nosti PÍ-_{20 e2 300} o_c . 10⁶ (K ¹) PÍ- _{20 e2 300} o _c . 10 ⁶ (K ¹ ) 8,59 8.59 7,12 7.12 teplote měknutí (°C) softening point (°C) 1 320 1,320 1 170 1,170 teplote tání (°C) melting point (°C) 1 400 1,400 1 260 1,260

Vlastní příprava skelně krystalické hmoty podle vynálezu probíhá tak, že nejprve je utaveno sklo daného chemického složení, přičemž je nutno používat surovin, které se obvykle používají pro skla určená pro mikroelektroniku nebo surovin, které mají podobnou čistotu. Sklo se taví v platinovém kelímku při teplotách 1 350 až 1 600 °C v silně oxidační atmosféře, protože podmínkou úspěšné přípravy je udržení antimonu Sb ve sklovině ve formě oxidu antimoničného SbgO^. Pokud by došlo k částečné redukci, vzniklý oxid antimonitý SbgOj ze skloviny rychle vytéká. Po utavení je sklovina vylita do bločku. Odlité sklo je dále tepelně zpracováno běžným způsobem při teplotách 800 až 1 250 °C po dobu potřebnou k dokonalé krystalizaci. Po tepelném zpracování dojde k přeměně skla im skelně krystalický materiál, výhodných vlastností pro dopantový zdroj.The actual preparation of the glassy crystalline material according to the invention is carried out in such a way that first the glass of the given chemical composition is melted, and it is necessary to use raw materials that are usually used for glasses intended for microelectronics or raw materials that have a similar purity. The glass is melted in a platinum crucible at temperatures of 1,350 to 1,600 °C in a strongly oxidizing atmosphere, because the condition for successful preparation is to maintain antimony Sb in the glass in the form of antimony trioxide SbgO^. If partial reduction occurs, the resulting antimony trioxide SbgOj flows out of the glass quickly. After melting, the glass is poured into a block. The cast glass is further heat-treated in a conventional manner at temperatures of 800 to 1,250 °C for the time required for complete crystallization. After heat treatment, the glass is converted into a glassy crystalline material with advantageous properties for a dopant source.

Z bločku skelně krystalické hmoty se nařežou destičky, např. o průměru 5 až 12 cm a tlouštky 2 mm. Tyto dopantové destičky se střídavě vkládají mezi destičky monokrystalického křemíku Si a společně se uloží do elektrické pece, kde probíhá tepelné zpracování v řízené atmosféře, při kterém dojde k uvolňování antimonu Sb z dopantové destičky a z jeho přenosu na křemíkový monokrystal. Tim se křemíková destička stává polovodivou. Skelně krystalické hmoty podle vynálezu Je možno využít i v jiných oblastech, např. při rekalibrování rentgenových analytických přístrojů.Plates are cut from a block of glassy crystalline material, e.g. with a diameter of 5 to 12 cm and a thickness of 2 mm. These 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 antimony Sb is released from the dopant plate and transferred to the silicon monocrystal. The silicon plate thus becomes semiconductive. 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

Glassy crystalline alkali-free material with a high antimony Sb content, characterized by:

It contains from 30 to 40% by weight of antimony trioxide Sb.sub.3 to 30 to 40% by weight of at least one of magnesium oxide MgO, calcium oxide CaO, strontium oxide SrO and barium oxide SaO, 15 to 30% silica SiOg; up to 10% ^Al 2 O 3 and 2 to 15% TiO 2.