DE2559841C2 - Method for doping semiconductor material - Google Patents

Method for doping semiconductor material

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DE2559841C2 DE19752559841 DE2559841A DE2559841C2 DE 2559841 C2 DE2559841 C2 DE 2559841C2 DE 19752559841 DE19752559841 DE 19752559841 DE 2559841 A DE2559841 A DE 2559841A DE 2559841 C2 DE2559841 C2 DE 2559841C2
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James Erich Oregon Ohio Rapp
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Description

> 40 bis 60 SiO2 10 bis 30 Al2O3 20 bis 40 B2O3 3 bis 20 RO,> 40 to 60 SiO 2 10 to 30 Al 2 O 3 20 to 40 B 2 O 3 3 to 20 RO,

wobei RO ist: MgO, CaO, SrO, BaO oder derenwhere RO is: MgO, CaO, SrO, BaO or their

Gemische, mit BaO 1 bis 15 undMixtures, with BaO 1 to 15 and

BOBO

weniger als 0,5 Alkalimetalloxide und bis zu 10 von für die Halbleitermaterialdotierung nicht schädlichen anderen Oxiden als Alkalimetalloxide.less than 0.5 alkali metal oxides and up to 10 of Oxides other than alkali metal oxides, which are not harmful to semiconductor material doping.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als für die Halbleitermaterialdotierung nicht schädliche Oxide TiO2 und/oder ZrO2 eingesetzt worden sind.2. The method according to claim 1, characterized in that the non-harmful oxides for the semiconductor material doping TiO 2 and / or ZrO 2 have been used.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Glaskeramikscheiben eingesetzt werden, die (in Mol-%) >40 bis 55 SiO2,10 bis 30 Al2O3, 20 bis 40 B2O3, 3 bis 15 BaO, 5 bis 15 RO,3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that glass ceramic disks are used which (in mol%)> 40 to 55 SiO 2 , 10 to 30 Al 2 O 3 , 20 to 40 B 2 O 3 , 3 to 15 BaO, 5 to 15 RO,

wobei RO Erdalkalioxide ist mit 4> enthalten.where RO is alkaline earth oxides with 4> contain.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dotierung von Halbleitermaterial aus der Gasphase durch Erhitzen zusammen mit im Abstand angeordnetem boroxidhaltigem Silikatmaterialscheiben auf 700 bis 125O0CThe invention relates to a method for doping semiconductor material from the gas phase by heating together with disks of boron oxide-containing silicate material arranged at a distance to 700 to 125O 0 C

Ein Verfahren eier vorstehend beschriebenen Art ist aus der US-PS 35 30 016 bekannt geworden. Hierbei werden als Dotiermaterialquelle Scheiben eingesetzt, die aus einem Grundkörper aus Silizium bestehen, der eine relativ dünne Oberflächenschicht (7500-13 000 A) aus Borsilikat aufweist Die Scheiben werden in Gegenwart des Halbleitermaterials erhitzt, wodurch Bor-Verunreinigungen aus der Oberflächenschicht in das Halbleitermaterial eindiffundieren, um dort eine aktive Verunreinigungen enthaltende Schicht zu bilden.One method of the type described above is from US-PS 35 30 016 become known. Here, disks are used as a source of doping material, which consist of a base body made of silicon, which has a relatively thin surface layer (7500-13000 A) made of borosilicate The wafers are heated in the presence of the semiconductor material, whereby Boron impurities from the surface layer diffuse into the semiconductor material to produce a to form active impurities-containing layer.

Nachteilig bei den bekannten Verfahren ist, daß dieses nur begrenzt anwendbar ist, da zur Durchführung der Dotierung nur die relativ dünne Oberflächenschicht des Siliziumgrundkörpers zur Verfügung steht. Darüber hinaus ist die Herstellung der Dotiermaterialquelle verhältnismäßig kompliziert und aufwendig, da hierbei in eine auf der Oberfläche eines Siliziumgrundkörpers vorhandene Oxidschicht Bor-Verunreinigungen eindiffundiert werden, um die Borsilikatschicht auszubilden. Beispielsweise wird zur Durchführung des Diffusionsvorganges flüssiges Bortribromid eingesetzt.The disadvantage of the known methods is that they can only be used to a limited extent, since they are used to carry out them only the relatively thin surface layer of the silicon base body is available for doping. About that In addition, the production of the doping material source is relatively complicated and expensive, since this is done here Boron impurities are diffused into an oxide layer present on the surface of a silicon base body in order to form the borosilicate layer. For example, liquid boron tribromide is used to carry out the diffusion process.

Dem Anmeldungsgegenstand Hegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der angesprochenen Gattung zu schaffen, das die Grenzen des bekannten VerfahrensThe subject of the application is based on the task of a method of the type mentioned to create that the limits of the known process nicht aufweist und das wirtschaftlicher arbeitet als dieses.does not have and that works more economically than this.

Diese Aufgabe wird bei einem eingangs beschriebenen Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß halbkristalline Glaskeramikscheiben eingesetzt werden, die durch thermische in situ-Kristallisation eines Bariumaluminiumborsilikatglases gewonnen worden sind, das die folgende Zusammensetzung (in Mol-%) aufweist:In a method described at the outset, this object is achieved according to the invention in that semi-crystalline glass ceramic panes are used, obtained by thermal in situ crystallization of a barium aluminum borosilicate glass which has the following composition (in mol%):

>40 bis 60 SiO2,10 bis 30 Al2O3,20 bis 40 B2O3,3 bis 20 RO, wobei RO ist: MgO, CaO, SrO, BaO oder deren> 40 to 60 SiO 2 , 10 to 30 Al 2 O 3 , 20 to 40 B 2 O 3 , 3 to 20 RO, where RO is: MgO, CaO, SrO, BaO or their

Gemische,mit BaO 1 bis 15und4> 1J5,wenigerMixtures with BaO 1 to 15 and 4> 1 J5, less

als 0,5 Alkalimetalloxide und bis zu 10 von für diethan 0.5 alkali metal oxides and up to 10 of for the Halbleitermaterialdotierung nicht schädlichen anderen Oxiden als Alkalimetalloxide.Semiconductor material doping does not harm others Oxides as alkali metal oxides.

Erfindungsgemäß wird somit eine spezielle Gruppe von B2O3-enthaltenden Dotiermaterialspendern aus Glaskeramik verwendet, die bei hohen DotierungstemAccording to the invention, a special group of B 2 O 3 -containing doping material dispensers made of glass ceramic is used which, at high doping levels peraturen, z.B. oberhalb von 10500C, thermisch beständig und fest sind. Diese Materialien haben bei Temperaturen von über 1050° C und sogar bei höheren Temperaturen von 12500C eine gute Formbeständigkeit, auch wenn das Material in Form von dünnentemperatures, for example above 1050 0 C, are thermally stable and solid. These materials have at temperatures above 1050 ° C and even at higher temperatures of 1250 0 C a good dimensional stability, even if the material in the form of thin Scheiben vorliegt Die Ausgangsgläser, die zur Bildung der Dotierungsmaterialspender aus Glaskeramik thermisch kristallisiert werden, können schnell erschmolzen werden und sind widerstandsfähig gegenüber unkontrollierter Entglasung.Panes present The starting glasses, which are thermally crystallized from glass ceramic to form the doping material dispenser, can be melted quickly are and are resistant to uncontrolled devitrification.

Es ist von größter Wichtigkeit, daß die vorstehend beschriebene Eigenschaft der Dimensionsbeständigkeit des glaskeramischen Materials bei hohen Temperaturen bei verhältnismäßig hohen B2O3-Gehalten vorliegt, obwohl die thermische Stabilität und Festigkeit desIt is of the utmost importance that the above-described property of dimensional stability of the glass-ceramic material at high temperatures with relatively high B 2 O 3 contents, although the thermal stability and strength of the Materials allgemein mit zunehmender Konzentration an B2O3 abnimmt; denn die Geschwindigkeit, mit der die B2O3-Dämpfe von dem Dotiermaterialspender aus Glaskeramik während des Dotierens erzeugt werden, nimmt im allgemeinen mit der Konzentration an B2O3 Material generally decreases with increasing concentration of B 2 O 3; This is because the speed at which the B 2 O 3 vapors are generated by the doping material dispenser made of glass ceramic during doping generally increases with the concentration of B 2 O 3 im Dotiermaterialspender zu.in the doping material dispenser.

Bei Hochtemperaturdotierungen (z. B. bei über 1050° C) kann bei hoher B2O3-Konzentration im Spender das Bor in einem solch hohen Anteil übergehen, daß ein sehr viel stärkerer Niederschlag aufIn the case of high-temperature doping (e.g. at over 1050 ° C.), with a high B 2 O 3 concentration in the donor, the boron can pass over in such a high proportion that a much stronger precipitate occurs dem Halbleitermaterial entsteht, als er gelöst werden und in den Halbleiter hineindiffundieren kann. Wenn das zu dotierende Halbleitermaterial aus Silizium besteht, bildet sich durch die Reaktion des Borüberschusses mit dem Silizium ein Niederschlag von unerwünschterThe semiconductor material arises when it can be dissolved and diffused into the semiconductor. If that The semiconductor material to be doped consists of silicon, is formed by the reaction of the excess boron the silicon a precipitate of undesirable

so Zusammensetzung, der höchstwahrscheinlich aus Borsilizid besteht Diese unerwünschte Verbindung ist als dunkler, brauner oder bläulich-gelber Farbstoff, abhängig von der Dicke, sichtbar. Es wird angenommen, daß infolge der Interferenzmuster Farbe und Intensitätso composition that most likely consists of borosilicide this undesirable compound is considered dark, brown or bluish-yellow dye, depending on the thickness, visible. It is believed that color and intensity due to the interference pattern dieses Farbstoffes von der Menge des unerwünschten Niederschlages abhängig sind. Der bläulich-gelbe Farbstoff zeigt eine stärkere Anhäufung von unerwünschtem Niederschlag an. Dieser Niederschlag ist von Natur aus elektrisch isolierend und muß von demthis dye on the amount of undesirable Dependent on precipitation. The bluish yellow dye indicates a greater accumulation of undesirable precipitate. This precipitation is by nature electrically insulating and must from that dotierten Halbleitermaterial entfernt werden. Die Borsilizidverbindung kann jedoch nicht auf einfache Weise durch Waschen mit Fluorwasserstoff entfernt und gewöhnlich auch nicht durch eine oxydierende Reaktion in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäredoped semiconductor material are removed. the However, the borosilicide compound cannot be easily removed by washing with hydrogen fluoride and usually not by an oxidizing reaction in an oxygen-containing atmosphere beseitigt werden. Der Niederschlag ist gewöhnlich ausgeprägter, wenn frische Bordotiermaterialspender verwendet werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dadurch.be eliminated. Precipitation is usually more pronounced when fresh Bordotier material dispensers be used. In the method according to the invention is thereby.

daß die verwendeten Glaskeramikscheiben eine ganz bestimmte Kombination der Konzentrationen an BaO, B2O3, AI2O3 und SiO2 aufweisen, nicht nur ein ' gesteuertes Dotieren bei hohen Temperaturen (z.B. >1050°C) ermöglicht, sondern auch die Neigung zur Bildung des erwähnten unerwünschten isolierenden Niederschlages herabgesetzt sowie thermische Beständigkeit und Festigkeit bei derartigen Temperaturen sichergestellt, und zwar auch dann, wenn der Dotiermaterialspender in der Form einer dünpen Scheibe vorliegtthat the glass ceramic panes used have a very specific combination of concentrations of BaO, B2O3, Al2O3 and SiO 2 , not only enables controlled doping at high temperatures (e.g.> 1050 ° C), but also the tendency to form the aforementioned undesired insulating deposit and thermal stability and strength at such temperatures are ensured, even if the dopant dispenser is in the form of a thin disk

Der erfindungsgemäß verwendete Dotiermaterialspender in Form von festen, dimensionsmäßig beständigen, im wesentlichen alkalimetalloxidfreien Bariumaluminiumborsilikat-Glaskeramikscheiben wird in der Gasphase (in An- oder Abwesenheit eines Trägergases) mit dem Halbleitermaterial bei erhöhter Temperatur über einen Zeitraum in Verbindung gehalten, der ausreicht, um das B2O3 des Dotiermaterialspenders auf die Oberfläche des Halbleitermaterials zu »ransportieren. Das so behandelte Halbleitermaterial wird dann erhitzt, mit oder ohne weitere Anwesenheit der Glaskeramikscheiben, über eine Zeitdauer, die ausreicht, um die Diffusion der Bors in das Halbleitermaterial bis in die gewünschte Tiefe zu ermöglichen.The doping material dispenser used according to the invention in the form of solid, dimensionally stable, essentially alkali metal oxide-free barium aluminum borosilicate glass ceramic disks are kept in contact with the semiconductor material in the gas phase (in the presence or absence of a carrier gas) at an elevated temperature for a period of time sufficient to prevent the B. To transport 2 O 3 of the doping material dispenser onto the surface of the semiconductor material. The semiconductor material treated in this way is then heated, with or without the further presence of the glass ceramic panes, for a period of time which is sufficient to allow the boron to diffuse into the semiconductor material to the desired depth.

Bei einer wirtschaftlich bedeutenden Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden als Halbleitermaterial η-leitende Silizium-Halbleiter verwendet, in denen eine Bor-enthaltende Schicht erzeugt wird, die eine p-leitende Zone bildet. Die Rückseite des Chips oder der Scheibe aus Silizium behält ihre n-Leitfähigkeit, so daß Halbleiter mit p-n-Übergang entstehen.In an economically important embodiment of the process according to the invention, as Semiconductor material η-conducting silicon semiconductors used in which a boron-containing layer is produced which forms a p-type region. The back of the chip or the silicon wafer retains its n-conductivity, so that semiconductors with p-n junction are created.

Die Erfindung wird in Verbindung mit dem Ausdruck »Transport von B2O3 im gasförmigen Zustand« beschrieben, da genauere Untersuchungen über die borhaltige Substanz, die vom Glaskeramikspender verdampft, fehlen. Dementsprechend schließt dieser Ausdruck jede für den Transporteffekt verantwortliche borhaltige Substanz ein. Der Diffusionsprozeß wird in Verbindung mit der Bezeichnung »Bor-Diffusion in den Halbleiter« beschrieben, da ebenfalls noch keine genauen Untersuchungen über die borhaltige Substanz, die tatsächlich eindiffundiert, vorliegen. Dementsprechend umfaßt dieser Ausdruck jede für den Diffusions- 45 dotierungseffekt verantwortliche borhaltige Substanz. Das Bor schlägt sich aus der gasförmigen Phase auf die Oberfläche des Halbleiters nieder und diffundiert über eine festgelegte Tiefe in das Halbleitermaterial. Die Konzentration und die Tiefe des Überganges sind 50 proportional zur Zeit und zur Temperatur des Dotier- und Diffusionsprozesses.The invention is described in connection with the expression "transport of B 2 O 3 in the gaseous state", since there are no more detailed studies on the boron-containing substance that evaporates from the glass ceramic dispenser. Accordingly, this term includes any boron-containing substance responsible for the transport effect. The diffusion process is described in connection with the term "boron diffusion in the semiconductor", since there are also no precise studies on the boron-containing substance that actually diffuses in. Accordingly, this expression includes any boron-containing substance responsible for the diffusion doping effect. The boron precipitates from the gaseous phase on the surface of the semiconductor and diffuses over a defined depth into the semiconductor material. The concentration and the depth of the transition are proportional to the time and temperature of the doping and diffusion process.

Das glaskeramische Dotiermaterial muß fest und dimensionsbeständig bei den Dotiertemperaturen sein, so daß keine Deformationsprobleme auftreten, wenn 55 die Dotiermaterialquelle eine ebene Gestalt besitzt. Bei ebenen Diffusionsdotierungen stehen eine ebene Oberfläche eines festen Dotiermaterialspenders und eine ebene Oberfläche des Halbleiters, der dotiert werden soll, während der Diffusionshitzebehandlung parallel 60 gegenüber. Da die Konzentration des B2O3 auf der Oberfläche des Halbleiters eine Funktion des Abstandes zwischen den ebenen Oberflächen ist, ist die Dimensionsbeständigkeit des Dotiermaterialspenders von äußerster Wichtigkeit, um Gleichförmigkeit in der 65 Borverteilung auf der Oberfläche des Silizium-Halbleiters zu erreichen.
Die erfindungsgemäß verwendeten Glaskeramikscheiben werden aus bestimmten Bariumaluminiumborsilikatgläsern hergestellt, die im wesentlichen frei von Alkalimetalloxiden sind. Mit »im wesentlichen alkalifrei« soll ausgesagt werden, daß die Gläser nur so viel Alkalimetalloxide (z. B. K2O, Na2O und Li2O) enthalten, daß keine dampfförmige Phase gebildet wird, die solche Oxide bei den Dotiertemperaturen enthält. Es wurde herausgefunden, daß die Gegenwart solcher Alkalimetalloxide in der Dampfphase unerwünschte Eigenschaften in der elektrischen Leitfähigkeit der entstehenden Halbleiter hervorruft
The glass ceramic doping material must be solid and dimensionally stable at the doping temperatures, so that no deformation problems occur if the doping material source has a planar shape. In the case of planar diffusion doping, a planar surface of a solid doping material donor and a planar surface of the semiconductor to be doped face parallel 60 during the diffusion heat treatment. Since the concentration of B 2 O 3 on the surface of the semiconductor is a function of the distance between the planar surfaces, the dimensional stability of the dopant dispenser is of the utmost importance in order to achieve uniformity in the boron distribution on the surface of the silicon semiconductor.
The glass ceramic panes used according to the invention are made from certain barium aluminum borosilicate glasses which are essentially free of alkali metal oxides. With "essentially alkali-free" it is meant that the glasses only contain so much alkali metal oxides (e.g. K 2 O, Na 2 O and Li 2 O) that no vapor phase is formed which contains such oxides at the doping temperatures . It has been found that the presence of such alkali metal oxides in the vapor phase induces undesirable properties in the electrical conductivity of the resulting semiconductors

Der Anteil der Alkalimetalloxide muß weniger als 0,5 MoI-% und vorzugsweise weniger als 0,1 Mol-% der glaskeramischen Dotiermaterialmischung betragen. Vorzugsweise sind gar keine Alkalimetalloxide enthalten, obwohl das nicht immer möglich ist, da das Rohmaterial oft Alkalimetalloxide als Verunreinigungen enthältThe proportion of the alkali metal oxides must be less than 0.5 mol% and preferably less than 0.1 mol% glass ceramic doping material mixture amount. Preferably no alkali metal oxides are contained at all, although this is not always possible as the raw material often contains alkali metal oxides as impurities contains

Als für die Halbleitermaterialdotierung nicht schädliche Oxide können TiO2 und/oder ZrO2 als Keimbildner eingesetzt worden sein.As oxides which are not harmful to the doping of the semiconductor material, TiO 2 and / or ZrO 2 can have been used as nucleating agents.

Die Bezeichnung »Glaskeramik« wird hier gemäß ihrer üblichen Bedeutung verwendet und bezieht sich auf eine halbkristalline Keramik, die aus wenigstens einer kristallinen Phase, die willkürlich in einer restlichen glasartigen Phase dispergiert ist zusammengesetzt ist. Eine derartige kristalline Phase wird durch die in situ erfolgende thermische Kristallisation einer ursprünglichen Glasmischung gebildetThe term "glass ceramic" is used here according to its usual meaning and relates on a semi-crystalline ceramic composed of at least one crystalline phase which is arbitrarily in a remaining vitreous phase is dispersed is composed. Such a crystalline phase is through formed the in-situ thermal crystallization of an original glass mixture

Vorzugsweise werden Glaskeramikscheiben der folgenden Zusammensetzung verwendet bei der sich eine lange Betriebsdauer sowie eine wirkungsvolle und gesteuerte Bor-Dotierung und hohe Formbeständigkeit bei hohen Temperaturen ergeben:Glass ceramic panes of the following composition are preferably used in which long service life as well as effective and controlled boron doping and high dimensional stability at high temperatures result in:

> 40-55 SiO2
10-30Al2O3
20-40B2O3
3-15BaO
5-15 RO
> 40-55 SiO 2
10-30Al 2 O 3
20-40B 2 O 3
3-15BaO
5-15 RO

wobei RO Erdalkalioxide ist und 4 > > 2.where RO is alkaline earth oxides and 4> > 2.

Der Wärmebehandlungsprozeß zur Herstellung von Glaskeramik aus einem Glas schließt gewöhnlich eine Kristallisationskernbildung bei etwa der oberen Kühltemperatur (Viskosität 1013 Poise) des ursprünglichen Glases ein, eine Entwicklungsstufe bei einer Temperatur unterhalb des Erweichungspunktes des ursprünglichen Glases (vorzugsweise bei einer Viskosität in der Gegend von 108 bis 1012 Poise) und eine Kristallisationsstufe (bei einer Temperatur vorzugsweise zwischen 65 bis 150° C über dem Erweichungspunkt des ursprünglichen Glases (d. h. Viskosität von 107·65 Poise).The heat treatment process for producing glass-ceramic from a glass usually includes nucleation at about the upper cooling temperature (viscosity 10 13 poise) of the original glass, a development stage at a temperature below the softening point of the original glass (preferably at a viscosity in the region of 10 8 to 10 12 poise) and a crystallization stage (at a temperature preferably between 65 to 150 ° C above the softening point of the original glass (ie viscosity of 10 7 · 65 poise).

Obwohl der Kristallisationsprozeß selbst nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist. wird die folgende Beschreibung im Interesse der Vollständigkeit der Offenbarung gegeben. Das ursprüngliche Glas, das kristallisiert werden soll, wird auf eine Temperatur erhitzt, die einer Viskosität von 1013 Poise entspricht, und auf dieser Temperatur lange genug gehalten, um die Bildung von submikroskopischen Kristallen, dispergiert in einer glasartigen Matrix, zu ermöglichen. Dies ist als Kristallisationskernbildung bekannt. Die Zeit, die für die Krisiallisationskernbildungsperiode erforderlich ist, hängt von der Zusammensetzung ab und liegt normalerweise zwischen 1A und 24 Stunden. Das glasartige Material, das die KristallisationskerneAlthough the crystallization process itself is not part of the present invention. the following description is given in the interests of completeness of the disclosure. The original glass to be crystallized is heated to a temperature equivalent to a viscosity of 10 13 poise and held at that temperature long enough to allow the formation of submicroscopic crystals dispersed in a vitreous matrix. This is known as nucleation. The time required for the nucleation period depends on the composition and is normally between 1 Å and 24 hours. The vitreous material that makes up the nuclei

enthält, wird dann auf eine Temperatur erhitzt, die einer Viskosität von ungefähr 108 Poise entspricht. Dieser thermische Zustand wird über eine genügend lange Zeit aufrechterhalten, um eine teilweise Kristallisation zur Bildung einer festen kristallinen Stuktur zu ermöglichen. Die submikroskopischen Kerne, die in der glasartigen Matrix als das Ergebnis der Kristallisationskernbildungsphase dispergiert sind, wirken als Wachstumszentren für das feste Gerippe, das sich während dieser zweiten oder Entwicklungsphase des Erhitzungszyklus bildet. Diese Entwicklungsphase hängt von der Zusammensetzung ab und beträgt typischerweise 1A bis 4 Stunden. In dieser Entwicklungsphase soll eine feste skelettkristallartige Struktur erstellt werden, um das restliche Material zu stützen, wenn die Temperatur zur vollständigen Kristallisation erhöht wird.is then heated to a temperature corresponding to a viscosity of approximately 10 8 poise. This thermal state is maintained for a sufficiently long time to allow partial crystallization to form a solid crystalline structure. The submicron nuclei dispersed in the vitreous matrix as the result of the nucleation phase act as growth centers for the solid framework that forms during this second or developmental phase of the heating cycle. This development phase depends on the composition and is typically 1 A to 4 hours. At this stage of development, a solid, skeletal crystal-like structure should be created to support the rest of the material when the temperature is increased for complete crystallization.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand von Beispielen in Verbindung mit der Zeichnung erläutert. Es zeigtThe method according to the invention is illustrated below using examples in conjunction with the drawing explained. It shows

F i g. 1 einen Schnitt durch einen Halbleiterkörper, der gemäß dem beschriebenen Dotierungsverfahren hergestellt wurde,F i g. 1 shows a section through a semiconductor body which, according to the doping method described was produced,

F i g. 2 eine perspektivische Ansicht einer als Dotiermaterialspender dienenden halbkristallinen Glaskeramikscheibe, die B2O3 enthält undF i g. 2 is a perspective view of a semicrystalline glass ceramic disk serving as a doping material donor and containing B 2 O 3

F i g. 3 einen Längsschnitt durch einen feuerbeständigen Behälter, in dem eine Anzahl von festen B2O3-enthaltenden Glaskeramikscheiben und eine Anzahl von Siliziumscheiben zur Durchführung des Dotierverfahrens angeordnet sind.F i g. 3 is a longitudinal section through a fire-resistant container in which a number of solid B2O3-containing glass ceramic wafers and a number of silicon wafers for carrying out the Doping method are arranged.

Wie man der Zeichnung entnehmen kann, wird ein geeignetes η-leitendes Siliziumsubstrat 10 mit Hilfe einer der bekannten Techniken vorbereitet, um einen einkristallinen Siliziumkörper herzustellen. Beispielsweise kann ein einkristalliner Gußblock aus hochreinem Silizium ausgebildet werden. Der Gußblock wird in Querrichtung zerschnitten, und die dabei erhaltenen Würfel werden zerteilt, um die Siliziumscheiben der gewünschten Abmessungen zu erhalten. Die Oberfläche des Substrates kann durch geeignetes Säubern und Polieren vorbereitet werden. Das polierte und gesäuberte Siliziummaterial kann jedoch auch im Handel bezogen werden. Das Polieren oder Säubern der Oberfläche kann durch mechanische Mittel, wie Schmirgeln o. ä„ o^er durch chemische Mittel, wie Ätzen, vervollständigt werden, was bekannt ist und keinen Teil der Erfindung bildet Weiterhin kann die η-leitende Siliziumscheibe den Teil eines komplexen Halbleiters bilden und bereits einen oder mehrere p-n-Übergänge in beliebiger geometrischer Anordnung besitzen. Das einzig wichtige Merkmal ist, daß wenigstens ein Teil der vorliegenden Oberfläche der Siliziumscheibe n- Leitung aufweist Dementsprechend schließt der Ausdruck η-leitendes Silizium, wie er hier verwendet wird, auch komplexe Halbleiter ein, die abwechselnd p- und η-leitende Zonen besitzen.As can be seen from the drawing, a suitable η-conductive silicon substrate 10 is made with the aid of one of the known techniques prepared to produce a single crystal silicon body. For example For example, a single-crystal ingot can be formed from high-purity silicon. The ingot is made in Cut transversely, and the resulting cubes are cut up to form the silicon wafers desired dimensions. The surface of the substrate can be cleaned and cleaned appropriately Polishing to be prepared. The polished and cleaned silicon material can, however, also be obtained commercially can be obtained. Polishing or cleaning the surface can be done by mechanical means such as Sanding or similar by chemical means, such as Etching, which is known and does not form part of the invention, can also be completed η-conductive silicon wafer form part of a complex semiconductor and already have one or more Have p-n junctions in any geometric arrangement. The only important feature is that Accordingly, at least a part of the surface of the silicon wafer present has n-line As used herein, the term η-conductive silicon also includes complex semiconductors that have alternating p- and η-conductive zones.

Bei konventionell gewachsenen Kristallen kann die Oberfläche chemisch poliert werden mit einem geeigneten Ätzmittel, z. B. einer Lösung aus drei Volumenteilen Fluorwasserstoff, drei Volumenteilen Essigsäure und fünf Volumenteilen Salpetersäure. Andererseits kann die Oberfläche durch Schmirgeln oder Ätzen mit einer heißen Lösung aus Wasser, die etwa 10% Natriumhydroxid bei Zimmertemperatur oder bis etwa 900C enthält, vorbereitet werden. Diese Säuberungs- und Ätzarbeiten dienen der Entfernung "on Schadstoffen von der Oberfläche und liefern eine gleichförmige Oberfläche von besonderer Glattheit Derartige Vorbereitungsarbeiten sind bekannt.In the case of conventionally grown crystals, the surface can be chemically polished with a suitable etchant, e.g. B. a solution of three parts by volume of hydrogen fluoride, three parts by volume of acetic acid and five parts by volume of nitric acid. On the other hand, the surface may by sanding or etching with a hot solution of water containing about 10% sodium hydroxide at room temperature or up to about 90 0 C, to be prepared. These cleaning and etching work serve to remove pollutants from the surface and provide a uniform surface of particular smoothness. Such preparatory work is known.

Es wurde festgestellt, daß die Bildung eines p-n-Überganges gemäß der vorliegenden Erfindung in dem gewünschten Maß bei einem η-leitenden Siliziumelement mit einem spezifischen Widerstand von ungefähr 10 Ohm-cm entsteht. Es ist leicht einzusehen, daß die exakte Größe und Beschaffenheit der Scheiben nicht kritisch ist. Die normalerweise benutzten Scheiben können beispielsweise Durchmesser von 2,5; 5 oder 7,5 cm besitzen. Die Dicke kann zwischen 0,125 mm und 0,5 mm liegen, obwohl auch diese geändert werden kann. Typische Scheiben sind zwischen 0,2 mm und 0,25 mm dick. Gleichermaßen liegt der spezifische Widerstand von geeigneten η-leitenden Silizium-Ausgangsmaterialien zwischen etwa 0,0001 und etwa 100 Ohm-cm.It has been found that the formation of a p-n junction according to the present invention in FIG the desired level for an η-conductive silicon element with a specific resistance of about 10 ohm-cm is created. It is easy to see the exact size and nature of the slices is not critical. The disks normally used can, for example, have a diameter of 2.5; 5 or 7.5 cm. The thickness can be between 0.125mm and 0.5mm, although these are also changed can. Typical disks are between 0.2 mm and 0.25 mm thick. Likewise, the specific lies Resistance of suitable η-conductive silicon starting materials between about 0.0001 and about 100 ohm-cm.

Wie in F i g. 1 gezeigt ist, hat sich eine Oxidschicht 11 auf der Oberfläche der Scheibe 10 ausgebildet Eine Maske oder Schutzschicht kann verwendet werden, um ein beliebiges Muster zu erzeugen, so wie es in der Technik bekannt ist. Die Schicht oder der Film 11 ist von glasartiger Beschaffenheit und enthält Bor in irgendeiner Form.As in Fig. 1, an oxide layer 11 has formed A mask or protective layer may be used to form on the surface of the disc 10 create any pattern as is known in the art. The layer or film 11 is of vitreous in nature and contains boron in some form.

Die Temperatur des Dotiervorgangs ist so bemessen, daß gleichzeitig etwas Bor aus dem Film oder Niederschlag 11 in die Scheibe 10 eindiffundiert und dort eine dünne Bor-enthaltende Oberflächenschicht 12 anliegend an die Schicht 11 bildet. Die Schicht 12 stellt eine Barriere oder Grenzschicht dar, die in dem Bereich zwischen der bordurchsetzten Oberflächenschicht 11 und dem η-leitenden Silizium 10 ausgebildet ist Die Tiefe der Übergangszone kann variieren, beträgt aber gewöhnlich bis etwa ΙΟμπι. Die Mindestdicke kann variieren und beträgt etwa 0,1 μηι.The temperature of the doping process is such that at the same time some boron from the film or Precipitation 11 diffused into the disk 10 and there a thin boron-containing surface layer 12 adjacent to the layer 11 forms. The layer 12 represents a barrier or boundary layer in the area is formed between the boron-penetrated surface layer 11 and the η-conductive silicon 10 The depth of the transition zone can vary, but is usually up to about ΙΟμπι. The minimum thickness can vary and is about 0.1 μm.

Auf, in oder unterhalb dieser glasartigen Schicht 11 bildet sich der elektrisch isolierende Niederschlag aus, von dem angenommen wird, daß er aus Borsilizid besteht. Durch die vorliegende Erfindung wird die Neigung zur Bildung eines derartigen isolierenden Niederschlages reduziert und die Entfernung der abgeschiedenen Menge erleichtert.The electrically insulating precipitate forms on, in or below this glass-like layer 11, believed to be composed of borosilicide. The present invention is the The tendency to form such an insulating deposit is reduced and the removal of the deposited crowd relieved.

F i g. 2 zeigt eine Platte oder Scheibe des B2O3-enthaltenden Dotiermaterialspenders aus Glaskeramik, der als Lieferant für die B2O3-Dämpfe zum Kontakt mit den Siliziumscheiben dientF i g. 2 shows a plate or disk of the B 2 O 3 -containing doping material dispenser made of glass ceramic, which serves as a supplier for the B2O3 vapors for contact with the silicon disks

Wenn die Glaskeramikscheibe 14 in einem geeigneten Ofen eingebracht wird und wenn sie Temperaturen zwischen 700—12500C, insbesondere zwischen 1050-1200° C, ausgesetzt wird, setzt sie B2O3-Dämpfe frei, die dann durch die Hochtemperaturzone des Ofens zum Kontakt mit den Siliziumscheiben, die in der Nähe der Dotiermaterialscheibe angebracht sind, strömen. Insgesamt gesehen besteht das Verfahren zum Eindiffundieren von Bor darin, daß wenigstens eine Halbleiter-Siliziumscheibe in einen Ofen eingebracht wird; ebenso wird eine Glaskeramikscheibe im Ofen in die Nachbarschaft, jedoch nicht in direkten Kontakt mit dem Siliziumelement angeordnet Dann werden die Siliziumscheibe und die Glaskeramikscheibe einer erhöhten Temperatur in dem oben beschriebenen Bereich von 700-12500C ausgesetzt Bei diesen Temperaturen setzt das Dotiermaterial B2O3-Dämpfe frei, die dann durch den Ofen strömen und in Berührung mit wenigstens einem Teil der Oberfläche der Siliziumscheibe treten. Dieser Prozeß wird über eine genügend lange Zeitdauer aufrechterhalten, um die Diffusion des Bors in wenigstens einen Teil der Oberfläche der Siliziumscheibe zu ermöglichen, vm eineIf the ceramic glass is introduced into a suitable oven 14, and when exposed to temperatures between 700-1250 0 C, in particular between 1050 to 1200 ° C, is exposed, it sets B 2 O 3 vapors released, which then by the high-temperature zone of the furnace to Contact with the silicon wafers, which are attached in the vicinity of the doping material wafer, flows. Viewed overall, the method for diffusing boron consists in that at least one semiconductor silicon wafer is introduced into a furnace; Also, a glass-ceramic pane in the oven in the neighborhood, but not disposed in direct contact with the silicon element Then, the silicon wafer and the ceramic glass will be an elevated temperature exposure in the above described range of 700-1250 0 C. At these temperatures, the dopant is B 2 O 3 -Free vapors, which then flow through the furnace and come into contact with at least part of the surface of the silicon wafer. This process is maintained for a sufficiently long period of time to allow diffusion of the boron into at least a part of the surface of the silicon wafer, vm a

Diffusionszone hierin zu bilden. Nachdem die B2O3-Dämpfe mit der heißen Siliziumoberfläche reagiert haben, diffundiert mit fortdauernder Erhitzung das elementare Bor in den Siliziumchip. Diese Bor-Diffusionsstufe kann, wenn gewünscht, in Abwesenheit der Glaskeramikscheibe durchgeführt werden.To form diffusion zone therein. After the B2O3 vapors have reacted with the hot silicon surface, the diffuses with continued heating elemental boron in the silicon chip. This boron diffusion stage can, if desired, in the absence of Glass ceramic panel can be carried out.

Der Dotiervorgang kann weiter gesteuert und verbessert werden, indem ein freiströmendes inertes Trägergas, wie Argon oder Stickstoff, verwendet wird. Die Bezeichnung »inertes Gas« soll bedeuten, daß das Gas in keine chemische Reaktion mit den BaCVDämpfen und der heißen Siliziumoberfläche eintritt.The doping process can be further controlled and improved by adding a free-flowing inert Carrier gas such as argon or nitrogen is used. The term "inert gas" is intended to mean that Gas does not react chemically with the BaCV vapors and the hot silicon surface occurs.

Dies wird in F i g. 3 gezeigt, in der das Trägergas von links eintritt und über die Scheibe 14 strömt, wo das B2O3 freigesetzt wird und die zur Verfügung stehenden Oberflächen dieser Säsiziumscheibe !0 berührt, indem zwei Siliziumscheiben Rücken an Rücken gelagert werden, kommt die Rückseite jedes Chips nicht mit dem Bor in Berührung und behält demgemäß ihre ursprüngliche Eigenschaft als η-leitendes Silizium. Nach dem Dotierungsprozeß kann die Diffusionstiefe weiter vergrößert werden, indem man durch eine einfache Hitzebehandlung in inerter Atmosphäre den Übergang tiefer eindiffundieren läßt Dies kann, wenn gewünscht, in einem gesonderten Ofen vorgenommen werden. Der vorstehende Vorgang wurde wegen seiner großen wirtschaftlichen Bedeutung auf Silizium-Halbleiter angewendet beschrieben. Der gleiche Vorgang kann jedoch auch bei Germanium-Halbleitern Anwendung finden, obwohl etwas niedrigere Temperaturen bei der Dotierung von Germanium wegen seines Schmelzpunktes von 937° C angewendet werden müssen.This is shown in FIG. 3 shown in which the carrier gas of Enters on the left and flows over the disk 14, where the B2O3 is released and the available ones Surfaces of this silicon disk! 0 touched by If two silicon wafers are stored back to back, the back of each chip does not come with the Boron in contact and accordingly retains its original property as η-conductive silicon. After this Doping process, the diffusion depth can be increased by a simple Heat treatment in an inert atmosphere allows the transition to diffuse deeper. This can, if desired, be made in a separate oven. The above operation was made because of its large size economic importance applied to silicon semiconductors described. The same process can However, they are also used in germanium semiconductors, although the temperatures are somewhat lower Doping of germanium must be used because of its melting point of 937 ° C.

Bei der Vorbereitung des glaskeramischen Dotiermaterials können geeignete Ausgangsmaterialien, die die entsprechenden Zusammensetzungen enthalten, erschmolzen werden, um eine homogene Glasmasse zu bilden. Zum Beispiel können oben beschriebene Zusammensetzungen bei 1500°C bis 1650°C in einem hitzebeständigen Tiegel erschmolzen werden, um ein homogenes Glas zu erhalten. Gewöhnlich benötigt dieser Schmelzprozeß ungefähr 15 Minuten bis zu mehreren Stunden, um Homogenität zu erreichen. Es kann wünschenswert sein, zusätzliches B2O3 zur Schmelze hinzuzufügen, um die Verluste durch Abdampfen auszugleichen. Es ist wünschenswert, die Schmelzzeit so kurz wie möglich zu halten, um die Verluste durch Abdampfen gering zu halten. Auch sollte das Ausgangsmaterial so rein wie möglich sein, um das Vorhandensein von Verunreinigungen möglichst gering zu halten.When preparing the glass-ceramic doping material, suitable starting materials that contain the Containing corresponding compositions, are melted to form a homogeneous glass mass form. For example, compositions described above can be used at 1500 ° C to 1650 ° C in one Heat-resistant crucibles are melted to obtain a homogeneous glass. Usually needed this melting process takes about 15 minutes to several hours to achieve homogeneity. It It may be desirable to add additional B2O3 to the melt in order to reduce the losses due to evaporation balance. It is desirable to keep the melting time as short as possible in order to reduce the losses To keep evaporation low. The starting material should also be as pure as possible in order to avoid its presence to keep contamination as low as possible.

Die Glaskeramikscheiben können auf verschiedene Arten hergestellt werden. Das ursprüngliche Glas kann aus metallorganischen Derivaten erschmolzen werden, um den Inhalt an unerwünschten Bestandteilen möglichst gering zu halten, wie in der US-PS 36 40 093 offenbart ist, oder es kann aus den üblichen hochreinen glasbildenden Bestandteilen erschmolzen werden.The glass ceramic panes can be produced in different ways. The original glass can are melted from organometallic derivatives in order to reduce the content of undesired constituents as possible to keep low, as is disclosed in US-PS 36 40 093, or it can be from the usual high purity glass-forming components are melted.

Die Anwesenheit von Verunreinigungen kann die elektrischen Eigenschaften des dotierten Silizium-Halbleiters schädlich beeinflussen. Verunreinigungen, die besonders vermieden oder auf einem absoluten Minimum gehalten werden müssen, sind Alkalimetalloxide (d.h. Li2O, Na2O, K2O, Cs2O oder Rb2O) und andere Metalloxide mit hohem Dampfdruck wie PbO, CuO und SnO2.The presence of impurities can adversely affect the electrical properties of the doped silicon semiconductor. Impurities that must be particularly avoided or kept to an absolute minimum are alkali metal oxides (i.e. Li 2 O, Na 2 O, K 2 O, Cs 2 O or Rb 2 O) and other high vapor pressure metal oxides such as PbO, CuO and SnO 2 .

Nachdem die Glaszusammensetzungen geschmolzen sind und eine homogene geschmolzene Masse bilden, können die Gläser in jede gewünschte Form gebracht werden. Gewöhnlich findet das dadurch statt, daß das Glas in vorgeheizte Graphitformen gebracht wird, die die Form eines geraden Kreiszylinders mit einem Durchmesser besitzen, der ungefähr dem der endgültigen Scheiben entspricht. Das Glas kann dann dem Abkühlungsvorgang ausgesetzt werden, und nach der Abkühlung werden die Glasbarren oder Zylinder entnommen, auf Risse durchgesehen und dann in Scheiben geschnitten, deren Dicke gewöhnlich zwischen 0,625 mm und 2,5 mm liegt. Die Glasscheiben können dann in Glaskeramik übergeführt werden.After the glass compositions have melted and form a homogeneous molten mass, the glasses can be brought into any desired shape. Usually this takes place by the Glass is placed in preheated graphite molds that have the shape of a right circular cylinder with a Have a diameter approximately equal to that of the final disks. The glass can then The cooling process is suspended, and after cooling, the glass bars or cylinders taken, checked for cracks and then sliced, the thickness usually between 0.625 mm and 2.5 mm. The glass panes can then be converted into glass ceramic.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Glasbarren oder einen aus dem Kern gebohrten Teil einer Hitzebehandlung zur Bildung der Glaskeramik auszusetzen; diese Glaskeramik wird dann in Scheiben geschnitten. Wegen der sehr guten Regulierungsmöglichkesten kann eine größere Menge von Siliziumelementen durch eine geeignete Anordnung einer größeren Menge von glaskeramischen Dotiermaterialscheiben in einem Behälter, wie in F i g. 3 gezeigt, behandelt werden.Another possibility is to use the glass ingot or a part of a drilled out of the core Subjecting heat treatment to form the glass-ceramic; this glass ceramic is then sliced cut. Because of the very good regulation possibilities, a larger amount of silicon elements by a suitable arrangement of a large number of glass ceramic doping material disks in a container as in FIG. 3 shown.

Die Dotierung wird durchgeführt, indem die glaskeramischen Dotiermaterialchips nahe und parallel zu den Siliziumscheiben, die dotiert werden sollen, angeordnet werden, ohne sie zu berühren. Die Entfernung, mit der die besten Ergebnisse erhalten werden, beträgt etwa 3 mm. In einem geschlitzten Quarzbehälter oder einem anderen feuerbeständigen Tiegel, Gefäß o.a. können 100 oder mehr Siliziumchips oder Scheiben in der gleichen Stärke dotiert werden, indem abwechselnd eine Glaskeramikscheibe und ein Paar von Scheiben Rücken an Rücken mit gegeneinandergestellten Vorderseiten angeordnet werden, wobei die Siliziumscheiben und die Glaskeramikscheiben im wesentlichen parallel zueinander sind. Die Anordnung kann gemäß F i g. 3 erfolgen.The doping is carried out by placing the glass ceramic doping material chips close to and parallel to the Silicon wafers that are to be doped are arranged without touching them. The distance at which the best results are obtained is about 3 mm. In a slotted quartz case or other fire-resistant crucibles, vessels, etc. can contain 100 or more silicon chips or disks in the The same strength can be doped by alternating a glass ceramic disk and a pair of disks Are arranged back to back with opposing front sides, the silicon wafers and the glass-ceramic panels are substantially parallel to one another. The arrangement can according to F i g. 3 take place.

Zeit und Temperatur der Dotierbedingungen werden so ausgewählt, daß man die geeignete p-n-Übergangstiefe und den geeigneten Flächenwiderstand für die gewünschte Aufgabenstellung erhält Dies wird in den folgenden Beispielen gezeigtThe time and temperature of the doping conditions are selected to provide the appropriate p-n junction depth and the appropriate sheet resistance for the desired task. This is shown in shown in the following examples

Der Abstand der Chips in dem Behälter, die Auswahl des umgebenden inerten Trägergases und die Strö-The distance between the chips in the container, the selection of the surrounding inert carrier gas and the flow

Siliziumchips, die in die Richtung der Strömung des umgebenden Gases zeigen, dieselbe Dotiermenge erhalten wie jene, die gegen die Strömung gerichtet sind.Silicon chips that point in the direction of the flow of the surrounding gas have the same amount of doping preserved like those directed against the current.

In den folgenden Beispielen sind alle Prozentangaben in Mol-% und alle Temperaturen in °C angegeben, wenn nicht anders gekennzeichnetIn the following examples all are percentages in mol% and all temperatures in ° C, unless otherwise indicated

Beispiel 1 Teil AExample 1 part A

0,453 kg von hochreinen Ausgangsmaterialien wur-' den in einem Platin tiegel bei 1620° C für etwa 5 bis 6 Stunden in einem elektrischen Ofen in Luftatmosphäre unter gelegentlichem manuellen Umrühren geschmolzen, um eine klare geschmolzene homogene Glasmasse der folgenden Zusammensetzung zu erhalten:0.453 kg of high-purity raw materials were in a platinum crucible at 1620 ° C for about 5 to 6 Melted for hours in an electric furnace in an air atmosphere with occasional manual stirring, to obtain a clear, molten, homogeneous glass mass of the following composition:

Bestandteilcomponent

Moi-%Moi-%

SiO3 SiO 3 Al2O3 Al 2 O 3 42,942.9 B2O,B 2 O, 29,629.6 Al2O3 Al 2 O 3 19,019.0 EntalkaJtoeUlloxkleEntalkaJtoeUlloxkle 8,88.8 BaOBaO 5,45.4 MgOMgO 3,13.1 -> -> ->->

ErdalkalimetalloxideAlkaline earth metal oxides

Das geschmolzene Glas wurde dem Ofen entnommen und in eine Stahlform (bei Raumtemperatur) gegossen, die eine zylindrische Höhlung von 6,3 cm Tiefe und 6,3 cm Durchmesser besaß. Als das Glas den Punkt erreichte, an dem es steif und fest wurde, wurde es sofort in einen Wärmebehandlungsofen, der eine Temperatur von 720° C besaß, gebracht und der folgenden Kristallisationshitzebehandlung unterworfen.The molten glass was removed from the furnace and poured into a steel mold (at room temperature), which had a cylindrical cavity 6.3 cm deep and 6.3 cm in diameter. Than the glass the point when it became stiff and firm, it was immediately placed in a heat treating furnace of a temperature of 720 ° C, brought and subjected to the following crystallization heat treatment.

Teil B
Kristallisationshitzebehandlung
part B
Crystallization heat treatment

Der Glaszylinder von Teil A wurde über 16 Stunden auf einer Temperatur von 720° C gehalten. Dann wurde die Temperatur auf 1200° C erhöht und 1 Stunde lang gehalten. Danach wurde der Ofen abgeschaltet und auf Raumtemperatur abgekühlt. Der so erhaltene, nicht poröse Glaskeramikzylinder hatte ein milchig-weißes opakes Aussehen.The glass cylinder of Part A was left on for 16 hours kept at a temperature of 720 ° C. Then the temperature was raised to 1200 ° C. and for 1 hour held. The furnace was then switched off and allowed to cool to room temperature. The one obtained in this way, not porous glass ceramic cylinders had a milky white opaque appearance.

Das Glaskeramikmaterial wurde gleichmäßig auf einen Durchmesser von 3,8 cm mittels eines Schleifrades gebracht und mit Hilfe einer Diamantsäge in mehrere dünne Glaskeramikscheiben einer Dicke von etwa 1 mm bis 2,5 mm geschnitten.The glass ceramic material was uniformly cut to a diameter of 3.8 cm using a grinding wheel brought and with the help of a diamond saw into several thin glass ceramic disks about a thickness Cut 1mm to 2.5mm.

TeilC
Ebene Diffusionsdotierung
Part C.
Flat diffusion doping

Die ebene Diffusionsdotierung wurde durchgeführt, indem die Glaskeramikscheiben von Teil B etwa 0,3 bis 0,6 cm von den zu dotierenden Siliziumscheiben entfernt und in paralleler Gegenüberstellung zu diesen angeordnet wurden. Die Glaskeramikscheiben und die Siliziumscheiben wurden in geschlitzten Quarzglasschalen bei abwechselnder Anordnung einer Glaskeramikscheibe, Siliziumscheibe usw. aufgestellt Die Anordnung ist in F ig, 3 dargestellt.The planar diffusion doping was carried out by cutting the glass ceramic panels from part B about 0.3 to 0.6 cm away from the silicon wafers to be doped and arranged in parallel opposition to them became. The glass ceramic disks and the silicon disks were placed in slotted quartz glass bowls alternating arrangement of a glass ceramic disk, silicon disk etc. The arrangement is shown in Fig. 3 shown.

Die Siliziumscheiben, die in diesem Beispiel verwendet wurden, besaßen ursprünglich η-Leitung und wiesen einen spezifischen Widerstand von etwa 0,1 bis 0,5 Ohm-cm auf.The silicon wafers used in this example originally had η conduction and pointed a resistivity of about 0.1 to 0.5 ohm-cm.

Die Anordnung wurde in einen Diffusionsofen eingebracht durch den Stickstoff mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 1 l/min als inertes Trägergas, wie in Fig.3 dargestellt floß, während die Dotierzeit >/2 Stunde bei einer Temperatur von 1150° C betrug.The assembly was placed in a diffusion furnace through the nitrogen at one flow rate of 1 l / min flowed as an inert carrier gas, as shown in FIG. 3, while the doping time> / 2 Hour at a temperature of 1150 ° C.

Am Ende dieser Diffusionsdotierperiode wurde die Siliziumscheibe auf Raumtemperatur abgekühlt Dann wurde sie mit verdünnter Fluorwasserstoffsäure geätzt um die glasartige Schicht zu entfernen. Die Siliziumscheibe wurde geprüft, und nur eine kaum sichtbare Farbe auf der Oberfläche zeigte die Gegenwart von etwas Borsilizid an.At the end of this diffusion doping period, the silicon wafer was then cooled to room temperature it was etched with dilute hydrofluoric acid to remove the vitreous layer. The silicon wafer was checked and only a barely noticeable color on the surface showed the presence of some borosilicide.

Die Oberflächen der dotierten Siliziumscheiben waren p-leitend. Die Oberflächentests der dotierten Scheiben werden mit einer Vierpunkt-Leitfähigkeitssonde durchgeführt Der Oberflächenwiderstand betrug etwa 4 Ohm. Die leichte Farbe verhinderte nicht die Messung der Oberflächenleitfähigkeit.The surfaces of the doped silicon wafers were p-conductive. The surface tests of the doped Slices are carried out with a four-point conductivity probe. The surface resistance was about 4 ohms. The light color did not prevent the measurement of the surface conductivity.

Die dotierten Scheiben (selbst die dünnen Scheiben von 1 mm Dicke) waren am Ende des Diffusionsdotierprozesses weder zusammengefallen noch anderweitig verformt, so daß sie ungeeignet für weitere ebene Dotierungen wären. Wenn ein η-leitender Germanium-Halbleiter in entsprechender Weise dotiert wird, so sind wegen des Germanium-Schmelzpunktes bei 937° C etwas geringere Temperaturen erforderlich.The doped disks (even the thin 1 mm thick disks) were at the end of the diffusion doping process neither collapsed nor otherwise deformed, making them unsuitable for further plane Endowments would be. If an η-conducting germanium semiconductor is doped in a corresponding manner, then are slightly lower temperatures are required because of the germanium melting point at 937 ° C.

Die vorangegangenen Arbeitsgänge wurden wiederholt mit der Abänderung, daß während der letzten 5 bis 10 Minuten der Dotierperiode Sauerstoff gas statt Stickstoffgas mit derselben Strömungsgeschwindigkeit verwendet wurde. Unter diesen Bedingungen war immer noch eine leichte Farbe auf dem Silizium nach der Dotierung sichtbar, die jedoch durch Fluorwasserstoffätzung vollständig entfernbar war. Der erhaltene Oberflächenwiderstand des dotierten Siliziums lag bei etwa 4 Ohm/D.The previous operations were repeated with the modification that during the last 5 to 10 minutes of the doping period oxygen gas instead of nitrogen gas with the same flow rate was used. Under these conditions there was still a slight color on the silicon visible of the doping, which, however, could be completely removed by etching hydrogen fluoride. The received The surface resistance of the doped silicon was around 4 Ohm / D.

Beispiel 2
Teil A
Example 2
Part A

Die folgende Tabelle zeigt die verlängerte Nutzungsdauer der Glaskeramikscheiben selbst nach ausgedehnten Zeiträumen bei beanspruchenden Betriebsbedingungen bezüglich Zeit und Temperatur. Der Ausdruck »Nutzungsdauer« bezieht sich auf den gesamten Zeitraum, über den die spezieile Glaskeramikscheibe zur tatsächlichen Dotierung verwendet wurde. Bei vielen Anwendungsfällen wurde die nutzbare Lebensdauer der Glaskeramikscheibe nicht einmal nach 800 Stunden Nutzungszeit überschritten.The following table shows the extended service life of the glass ceramic panes even after extended use Periods of stressful operating conditions in terms of time and temperature. The expression »Service life« refers to the entire period of time over which the special glass ceramic panel was used for actual doping. In many cases of use, the useful life the glass ceramic panel is not exceeded even after 800 hours of use.

In der folgenden Tabelle A ist die Temperatur für die vorhergehende Nutzungszeit die gleiche wie die Temperatur für den aufgeführten Dotiertest. Die Dotiermaterialien und Verfahren sind die gleichen wie in Beispiel 1 mit Zeit- und Temperaturwerten wie nachfolgend angegeben.In Table A below, the temperature for the previous usage time is the same as that Temperature for the listed doping test. The doping materials and methods are the same as in Example 1 with time and temperature values as given below.

Tabelle ATable A. Temperatur
°C
temperature
° C
Hücbenwidcrstand
MC· p-Dotierung
Zeit (Stunden)
1/4 1/2 1
Stroke resistance
MC · p-doping
Time (hours)
1/4 1/2 1
171171 115115 (11 /D)
2
(11 / D)
2
Nutzungszeit
Stunden (vor
diesen Test)
Usage time
Hours (before
this test)
875875 238238 7878 5656 8686
4545 925925 107107 3939 3232 4343 55 64 55 64 975975 5252 2121 1616 2424 820820 10251025 3131 1010 77th 1212th 735735 10751075 1414th 55 6464 11251125 77th . 4. 4th 33 60 64 60 64 11501150 33 172172 11751175 44th 22 132132 12001200 33 5959

Am Ende der in der obigen Tabelle A beschriebenen Tests waren die Dotierscheiben nicht zusammer.gesun-At the end of the tests described in Table A above, the doping disks were not healthy.

ken oder anderweitig verformt, so daß sie für weitere ebene Dotierungen unbrauchbar gewesen wären. Das physikalische Aussehen der Dotierscheiben war im wesentlichen das gleiche wie vor der Dotierung, und sie besaßen am Ende des Tests noch die gleiche Dotierfähigkeit, obwohl die Dotierscheiben in keiner Weise behandelt oder aufgefrischt wurden.ken or otherwise deformed so that they can be used for further even doping would have been useless. The physical appearance of the doping disks was in essentially the same as before doping, and they were still the same at the end of the test Dopability even though the doping disks have not been treated or refreshed in any way.

Weiterhin wiesen die Siliziumscheiben, die mit dem Dotiermaterial dotiert wurden, über eine Nutzungszeit von mehr als etwa 150 bis 200 Stunden keine dunkle Farbe auf, was wenig oder keine Borsilizidverbindungen auf der Oberfläche anzeigte. Bei den Beispielen, bei denen eine leichte Farbe auftrat, konnte diese durch die Zuleitung von Sauerstoff im Dotierofen gegen Ende der Dotierperiode, gefolgt von einer Fluorwasserstoffätzung, entfernt werden.Furthermore, the silicon wafers that were doped with the doping material had a useful life no dark color for more than about 150 to 200 hours, indicating little or no borosilicide compounds indicated on the surface. In the examples where a slight color appeared, this could be caused by the Supply of oxygen in the doping furnace towards the end of the doping period, followed by hydrogen fluoride etching, removed.

Teil Bpart B

Es wurden Dotierverfahren und Materialien wie in Teil A dieses Beispiels beschrieben, angewendet (mit der Ausnahme, daß das zu dotierende Silizium ursprünglich η-leitend mit einem spezifischen Widerstand von 4 bis 7 Ohm-cm war). Die Zeit betrug "Λ Stunde, wobei die einzelnen Glaskeramikscheiben einer vorherigen Nutzungszeit wie angegeben bei der gleichen Temperatur wie die angegebene Testtemperatur ausgesetzt waren. Die Dotierung wurde bei zwei Testtemperaturen von 9750C und 10250C ausgeführt. Die Ergebnisse sind unten in Tabelle B angegeben.Doping procedures and materials as described in Part A of this example were used (except that the silicon to be doped was originally η-conductive with a resistivity of 4 to 7 ohm-cm). The time was "Λ hour, wherein the individual ceramic disks of a previous usage time were as shown exposed at the same temperature as the specified test temperature. The doping was carried out at two test temperatures of 975 0 C and 1025 0 C. The results are shown below in Table B. specified.

Tabelle BTable B. HäefcMwMcr-
staad (U /O)
nach p-DolienMg
bei 97S0CfBr
l/2Smede
HäefcMwMcr-
staad (U / O)
according to p-DolienMg
at 97S 0 CfBr
l / 2Smede
stand(n 43
meta p4)iHii ι—u,
bei l«S«C(li
1/2StUMdB
stood (n 43
meta p4) iHii ι — u,
at l «S« C (left
1 / 2StUMdB
Vorherige
Nutzungszeit
Previous
Usage time
3939 2121
00 3737 1818th 2525th 3636 2.12.1 5050 3636 2121 7575 2121 iooioo 3939 2020th 125125 3737 2222nd 150150 175175 4040 2222nd 200200 3939 2121 225225 2121 250250

Vorherige
Nutzungszeit
Previous
Usage time
Flächenwider
stand (U /D)
nach p-Dotierung
bei 9750C Tür
1/2 Stunde
Surface resistance
stand (U / D)
after p-doping
at 975 0 C door
1/2 hour
Flächenwider
stand (Ii /D)
nach p-Dotierung
bei 10250C für
1/2 Stunde
Surface resistance
stand (Ii / D)
after p-doping
at 1025 0 C for
1/2 hour
275275 2121 3βΟ3βΟ 3939 2121 325325 3J03J0 375375 3939 2121 400400 425425 4141 2222nd 4SQ4SQ 415415 4040 2222nd 500500 525525 550550 4040 2323 575575 600600 625625 4141 2323 725725 3737 2121 825825 3939

Am Ende dieser Testperioden war keine der Dotiermaterialscheiben (selbst die dünnen Scheiben von 1 mm Dicke) verformt und behielt ihre ebene Form, die sie für zusätzliche ebene Dotierprozesse geeignet macht. Das physikalische Aussehen der Dotierscheiben war im wesentlichen dasselbe wie vor der Dotierung, und das Dotiervermögen war am Ende der Tests noch vorhanden, obwohl die Dotierscheiben in keiner Weise behandelt oder aufgefrischt wurden.At the end of these test periods, none of the dopant disks (even the thin disks of 1 mm thick) deformed and retained their plane shape, which makes them suitable for additional plane doping processes power. The physical appearance of the doping disks was essentially the same as before the doping, and the doping ability was still present at the end of the test, although the doping disks in no way treated or refreshed.

Weiterhin wiesen die Siliziumscheiben, welche mit dem Dotiermaterial dotiert wurden, das über eine Nutzungszeit von mehr als 150 Stunden verwendet wurde, keine dunkle Farbe auf, was das Vorhandensein von wenig oder keiner Borsilizidverbtndung auf der Oberfläche anzeigt.Furthermore, the silicon wafers, which were doped with the doping material, had a Use time of more than 150 hours has been used, no dark color on what the presence indicates little or no borosilicide compound on the surface.

Beispiele 3—6Examples 3-6

Es wurden verschiedene Dotiermaterialspender aus Bariumaluminiumsilikatglaskeramik hergestellt und nach den Methoden von Beispiel 1 ausgewertet Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle angegeben.Various dopant dispensers were made from barium aluminum silicate glass ceramic and evaluated according to the methods of Example 1. The results are given in the table below.

BebpMNr.
3
BebpMNr.
3

SiO2, Moi-%SiO 2 , Moi-% 4M4M 55,055.0 55,055.0 1*01 * 0 Al2Oj, Mol-%Al 2 Oj, mol% 2Qj62Qj6 11,011.0 17,017.0 354»354 » B2O3, Moi-%B 2 O 3 , Moi-% 2*42 * 4 30,030.0 20,020.0 ErdalkalimeUBoxide, Mol-%Alkaline earth U oxides, mol% u.u. 4,04.0 8,08.0 3vO3vO BaO, Μομ%BaO, Μομ% 5,55.5 3,03.0 5,05.0 ι ηι η MgO, Mol-%MgO, mol% 1,71.7 1.01.0 3.03.0

1313th

Fortsetzungcontinuation Beispiel Nr.Example no.

3 43 4

AtjOj/ErdalkalimetaUoxkie, Mol-%AtjOj / ErdalkalimetaUoxkie, mol% 2,852.85 2,752.75 2,132.13 3,25 .3.25. Glasbeschaffenheit, Mol-%Glass quality, mol% klarclear klarclear klarclear klarclear KristaUisationshitzebehandlungCrystallization heat treatment 0C für (Stunden) 0 C for (hours) 720(64)720 (64) 720 (16)720 (16) 720 (16)720 (16) 720 (16)720 (16) °C für (Stunden)° C for (hours) 1200(1)1200 (1) 1200(3)1200 (3) 1200 (3)1200 (3) 1200 (3)1200 (3)

Flächenwiderstand (12 /D) nach p-Dotierung für 1/2 Stunde bei 0CSheet resistance (12 / D) after p-doping for 1/2 hour at 0 C

1150 4,3 3,9 4,0 3,91150 4.3 3.9 4.0 3.9

Bei jedem der obigen Beispiele war die Beschaffenheit und das Erscheinungsbild des Dotiermaterialspenden vor und nach der Dotierung im wesentlichen gleich. Es gab kein Zusammensinken oder andere physikalisch! Deformationen selbst bei dünnen Scheiben von 1 mm Dicke.In each of the above examples, the nature and appearance of the dopant dispensed essentially the same before and after doping. There was no slump or any other physically! Deformations even with thin panes 1 mm thick.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (1)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zur Dotierung von Halbleitermaterial aus der Gasphase durch Erhitzen zusammen mit im Abstand angeordneten boroxidhaltigen Silikatmaterialscheiben auf 700 bis 125O0C, dadurch gekennzeichnet, daß halbkristalline Glaskeramikscheiben eingesetzt werden, die durch thermische Insitu-Kristallisation eines Bariumaluminiumborsiiikatglases gewonnen worden sind, das die folgende Zusammensetzung (in Mol-%) aufweist:1. A method for doping semiconductor material from the gas phase by heating together with spaced-apart boron oxide-containing silicate material disks to 700 to 125O 0 C, characterized in that semi-crystalline glass ceramic disks are used which have been obtained by thermal in-situ crystallization of a barium aluminum borosilicate glass, the following Composition (in mol%) has:
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