DE2560267C2 - Use of a glass ceramic body as a dopant source for the vapor phase doping with B 2 O 3 - Google Patents

Use of a glass ceramic body as a dopant source for the vapor phase doping with B 2 O 3

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DE2560267C2
DE2560267C2 DE19752560267 DE2560267A DE2560267C2 DE 2560267 C2 DE2560267 C2 DE 2560267C2 DE 19752560267 DE19752560267 DE 19752560267 DE 2560267 A DE2560267 A DE 2560267A DE 2560267 C2 DE2560267 C2 DE 2560267C2
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Description

5-25 Erdalkalimetalloxide mit 0-15 MgO, 0-10 CaO, 0-10 SrO und 0-10 BaO, wobei das Mol-%-Verhältnls Al1O1: Erdalkalimetalloxide zwischen 1,5 und 4 Hegt, als Dotlerstoffquelle for die Dampfphasen-Dotierung mit B2Oj.5-25 alkaline earth metal oxides with 0-15 MgO, 0-10 CaO, 0-10 SrO and 0-10 BaO, the mol% ratio Al 1 O 1 : alkaline earth metal oxides between 1.5 and 4, as a dopant source for the Vapor phase doping with B 2 Oj.

2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Glas folgende Zusammensetzung in MoI-* aufweist:2. Use according to claim 1, characterized in that the glass has the following composition MoI- * has:

Μ 18-40SlO2 Μ 18-40SlO 2

15-3OAI1Oj 30-60 B1O,15-3OAI 1 Oj 30-60 B 1 O,

5-15 Erdalkalimetalloxide einschließlich 3-15 MgO und daß das Moi-%-Verhäitnls AI1O1: Erdalkallmetalloxide zwischen 2 und 4 Hegt.5-15 alkaline earth metal oxides including 3-15 MgO and that the Moi -% - Ratio AI 1 O 1 : alkaline earth metal oxides between 2 and 4.

3. Verwendung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der GlaskerarrUkkörper die Form einer dünnen Scheibe hat.3. Use according to one of the preceding claims, characterized in that the GlaskerarrUkkörper has the shape of a thin disc.

Die Erfindung beschreibt die Verwendung eines Glaskeramikkörpers, der durch thermische In sltu-Kristalllsatlon eines thermisch krlsialllslerbaren Glases hergestellt ist, das weniger als 0,5 Mol-% Alkallmetalloxid enthalt und das die nachfolgende Zusammensetzung In Mol-% aufweist: 15-40 SlO2, 15-30 Al1O,, 20-60 B1Oj, 0-5 La2Oj, 0-5 Nb1O5, 0-5 Ta2O5, 5-25 Erdalkallmetalloxlde mit 0-15 MgO, 0-10 CaO, 0-10 SrO und 0-15 BaO, wobei das Mol-%-Verhältnls Al2Oj: Erdalkallmetalloxlde zwischen 1,5 und 4 liegt, als Dotlerstoffquelle für die Dampfphasen-Dotierung mit B2Oj.The invention describes the use of a glass ceramic body which is produced by thermal In sltu-Kristalllsatlon a thermally crystallizable glass which contains less than 0.5 mol% alkali metal oxide and which has the following composition in mol%: 15-40 SIO 2 , 15-30 Al 1 O ,, 20-60 B 1 Oj, 0-5 La 2 Oj, 0-5 Nb 1 O 5 , 0-5 Ta 2 O 5 , 5-25 alkaline earth metal oxides with 0-15 MgO, 0- 10 CaO, 0-10 SrO and 0-15 BaO, the mol% ratio of Al 2 Oj: alkaline earth metal oxide being between 1.5 and 4, as a dopant source for the vapor phase doping with B 2 Oj.

Glaskeramikkörper auf der Basis Erdalkall-Alumlnlum-Bor-Slllkat sind bekannt (DE-AS 15 96 848).Glass ceramic bodies based on alkaline earth aluminum boron silicate are known (DE-AS 15 96 848).

In der DE-OS 25 45 628 sind B2O,-«nthaltende Dotierstoffquellen in der Form von dünnen Scheiben beschrieben, die bei Dotierungstemperaturen Im Bereich von 1000° C keine signifikanten Verformungen erfahren.DE-OS 25 45 628 describes B 2 O, - «n-containing dopant sources in the form of thin disks, which do not undergo any significant deformation at doping temperatures in the range of 1000 ° C.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dotlerstoffquelle der angegebenen Art zur Verfügung zu stellen, die sich durch eine besonders hohe thermische Beständigkeit bei Temperaturen oberhalb von etwa 1050° C auszeichnet und die aus Ausgangsglasern herstellbar ist, welche schnell erschmolzen werden können und gegenüber unkontrollierbarer Entglasung widerstandsfähig sind.The invention is based on the object of providing a dopant source of the specified type which is characterized by a particularly high thermal resistance at temperatures above approximately 1050.degree and which can be produced from starting glasses, which can be melted quickly and are resistant to uncontrollable devitrification.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Verwendung eines Glaskeramikkörpers der Im Anspruch 1 wiedergegebenen Art gelöst.According to the invention, this object is achieved by the use of a glass ceramic body as defined in claim 1 reproduced type solved.

Das wichtigste Merkmal der Erfindung besteht darin, daß der Einschluß von B2Oj In einer Größenordnung von 60 Mol-% In die Dotlerstoffquelle aus Glaskeramik ermöglicht wird, wobei die Festigkeit und Dimensionsbeständigkeit während der Dotierung bei hohen Temperaturen aufrechterhalten wird. Dieses Merkmal Ist von so großer Bedeutung, da die Geschwindigkeit der Erzeugung der BjOj-Dampfe durch die Dotlerstoffquelle aus Glaskeramik während der Dotierung gewöhnlich zunimmt, wenn die Konzentration, z. B. des B2O, in der Dotlerstoffquelle, zunimmt. Unglücklicherwelse nimmt die thermische Beständigkeit und Festigkeit des glaskeramischen Materials In dünnen Teilen mit zunehmender B2O,-Konzentratlon ab. Mittels der vorliegenden Erfindung wird eine Kombination von hoher Konzentration an B1Oj In der Dotlerstoffquelle aus Glaskeramik mit thermischer Beständigkeit und Festigkeit bei Temperaturen von 1050° C erreicht, und zwar dann, wenn die Dotlerstoffquelle die Form von dünnen Scheiben besitzt.The most important feature of the invention is that it enables the inclusion of B 2 Oj on the order of 60 mol% in the glass-ceramic dopant source while maintaining strength and dimensional stability during high temperature doping. This feature is of such great importance because the rate at which the BjOj vapors are generated by the glass-ceramic dopant source usually increases during doping as the concentration, e.g. B. of B 2 O in the dopant source increases. Unfortunately, the thermal resistance and strength of the glass-ceramic material decreases in thin parts with increasing B 2 O, concentration. By means of the present invention, a combination of a high concentration of B 1 Oj In Dotlerstoffquelle of glass ceramic with thermal resistance and strength at temperatures of 1050 ° C is reached, namely when the Dotlerstoffquelle is in the form of thin slices.

Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes gehen aus den Unteransprüchen hervor.Further developments of the subject matter of the invention emerge from the subclaims. Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung detailliert beschrieben. Es zeigtThe invention is described in detail below with reference to the drawing. It shows

Flg. 1 einen Schnitt durch einen Halbleiterkörper; Flg. 2 eine perspektivische Ansicht einer festen Dotlerstoffquelle aus Glaskeramik, die B2O1 enthält; undFlg. 1 shows a section through a semiconductor body; Flg. 2 is a perspective view of a solid glass ceramic dopant source containing B 2 O 1 ; and

Flg. 3 einen Längsschnitt durch einen feuerbeständigen Behälter, In dem eine Anzahl von festen, B2Ojenthaltenden Glaskeramikscheiben und eine Anzahl von Slllzlumschelben angeordnet sind.Flg. 3 shows a longitudinal section through a fire-resistant container in which a number of solid glass ceramic disks containing B 2 O 1 and a number of glass ceramic disks are arranged.

Die Erfindung überwindet die bisherigen Schwierigkelten, Indem sie eine feste, dimensionsmäßig beständige, Im wesentlichen alkalimetalloxid-freie Dotlerstoffquelle aus Erdalkallalumlnlumborslllkatglaskeramlk zum Transport des B2Oj In gasförmigem Zustand zum Halbleiter verwendet. Die B2Oj-enthaltende Dotlerstoffquelle aus Keramik wird In dampfförmiger Verbindung (In An- oder Abwesenheit eines Trägergases) mit einem Halbleiter auf einer Temperatur über einen Zeltraum gehalten, der ausreicht, um das B2Oj von der Dotlerstoffquelle auf die Oberfläche des Halbleiters zu transportieren. Der so behandelte Halbleiter wird dann erhitzt, mit oderThe invention overcomes the previous difficulties by using a solid, dimensionally stable, essentially alkali metal oxide-free dopant source made of alkaline earth aluminum luminescent cat glass ceramic for transporting the B 2 O in a gaseous state to the semiconductor. The B 2 Oj-containing dopant source made of ceramic is kept in vapor form (in the presence or absence of a carrier gas) with a semiconductor at a temperature above a space sufficient to transfer the B 2 Oj from the dopant source to the surface of the semiconductor transport. The semiconductor treated in this way is then heated, with or

ohne weitere Anwesenheit des glaskeramischen Dotiermaterials, und zwar Ober eine Zeltdauer, die ausreicht, um die Diffusion des Bors In den Halbleiter bis In die gewünschte Tiefe zu ermöglichen.without further presence of the glass-ceramic doping material, over a period of time which is sufficient to allow the boron to diffuse into the semiconductor to the desired depth.

Bei einer wirtschaftlich bedeutenden Ausführungsform handelt es sich um einen n-leltenden Silizlum-Halblelter, in dem eine Bor-enthaltende Schicht erzeugt wird, die eine p-leltende Zone bildet. Die Rückseite des Chips oder der Scheibe aus Silizium behält Ihre n-Lelifählgkelt, so daß der hergestellte Gegenstand ein Halbleiter mit s p-n-Übergang 1st.An economically significant embodiment is an n-lelting silicon half-elder, in which a boron-containing layer is produced which forms a p-type zone. The back of the chip or the silicon disk retains its n-lelifahlgkelt, so that the manufactured object is a semiconductor with s p-n junction 1st.

Nachfolgend wird der Ausdruck »Transport des B2Oj Im gasförmigen Zustand« verwendet, da ein klares Verständnis der Bor-enthaltenden Spezies, die vom Glaskeramikspender verdampft, fehlt. Dementsprechend schließt dieser Ausdruck jede für den Transporteffekt verantwortliche bor-enthaltende Spezies ein. Gleichermaßen wird der Dlffuslonsprczeß durch die Bezeichnung »Bordiffusion« In den Halbleiter beschrieben, da ein klares Verständnis der bor-enthaltenden Spezies, die tatsächlich elndlffundlcrt, fehlt. Dementsprechend umfaßt dieser Ausdruck jede für den Diffusionsdotiereffekt verantwortliche bor-enthaltende Spezies.In the following, the term "transport of the B 2 Oj in the gaseous state" is used because there is no clear understanding of the boron-containing species that evaporate from the glass ceramic dispenser. Accordingly, this term includes any boron-containing species responsible for the transport effect. Similarly, the diffusion process is described by the term "boron diffusion" in semiconductors because of the lack of a clear understanding of the boron-containing species that actually occur. Accordingly, this term includes any boron-containing species responsible for the diffusion doping effect.

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 proportional zur Zelt und zur Temperatur des Dotier- und Dlffuslonsprozesses. '5The boron precipitates from the gaseous phase on the surface of the semiconductor and diffuses over a specified depth in the semiconductor material. The concentration and the depth of the transition are proportional to the time and temperature of the doping and diffusion process. '5

Das glaskeramische Dotlermaterlal muß fest und dimensionsbeständig bei den Dotiertemperaturen sein, so daß keine Verformungsprobleme auftreten, wenn die Dotierstoffquelle in einer ebenen Stellung Hegt. Bei ebenen Diffusionsdotierungen liegen eine ebene Oberfläche eines festen Dotlermatertalspenders und eine ebene Oberfläche des Halbleiters, der dotiert werden soll, parallel aneinander während der Diffusionshitzebehandlung. Da die Konzentration des B3O3 auf der Oberfläche des Halbleiters eine Funktion des Abstandes zwischen den ebenen Oberflächen 1st, Ist die Dimensionsbeständigkeit des Dotiermaterlalspenders von äußerster Wichtigkeit, um Gleichförmigkeit in der Borverteilung auf der Oberfläche des Silizium-Halbleiters zu erreichen.The glass-ceramic dopant material must be strong and dimensionally stable at the doping temperatures so that no deformation problems occur when the dopant source lies in a flat position. In the case of planar diffusion doping, a planar surface of a solid Dotlermatertal donor and a planar surface of the semiconductor to be doped lie parallel to one another during the diffusion heat treatment. Since the concentration of B 3 O 3 on the surface of the semiconductor is a function of the distance between the planar surfaces, dimensional stability of the dopant dispenser is of utmost importance in order to achieve uniformity in the boron distribution on the surface of the silicon semiconductor.

Die Glaskeramikscheiben werden aus bestimmten Erdalkalialumlnlumborslllkatgläsern hergestellt, die Im wesentlichen frei von Alkallmetalloxiden sind.The glass ceramic panes are made from certain alkaline earth metal lumborsilcat glasses that are im are essentially free of alkali metal oxides.

Insbesondere werden zur Herstellung bestimmte Magnestumalumlniumborslllkatgläser verwendet. Mit »Im wesentlichen alkalifrei« soll ausgesagt werden, daß die Gläser nur so viel Alkalimetalloxide (z. B. K2O, Na2O und Ll2O) enthalten, daß keine dampfförmige Phase gebildet wird, die solche Oxide bei den Dotiertemperaturen enthält. Es wurde herausgefunden, daß die Gegenwart solcher Alkallmetalloxide In der Dampfphase unerwünschte Eigenschaften In der elektrischen Leitfähigkeit der entstehenden Halbleiter hervorruft. Normalerwelse beträgt der Anteil der Alkalimetalloxide weniger als 0,5 Mol-% und vorzugsweise weniger als 0,1 Mol-% der glaskeramischen Dotiermaterlalmlschung. Vorzugsweise sind gar keine Alkallmetalloxide enthalten, obwohl das nicht Immer möglich Ist, da das Rohmaterial oft Alkallmetalloxide als Verunreinigungen enthält.In particular, certain magnestum aluminum borosilicate glasses are used for the production. "Essentially alkali-free" means that the glasses only contain so much alkali metal oxides (e.g. K 2 O, Na 2 O and Ll 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. The proportion of the alkali metal oxides is normally less than 0.5 mol% and preferably less than 0.1 mol% of the glass-ceramic doping material quenching. It is preferred that no alkali metal oxides are included at all, although this is not always possible since the raw material often contains alkali metal oxides as impurities.

Die Bezeichnung »Glaskeramik« wird hler 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 dlsperglert Ist, zusammengesetzt ist. Eine derartige kristalline Phase wird durch die in situ erfolgende thermische Kristallisation einer ursprünglichen Glasmischung gebildet.The term »glass ceramic« is used in accordance with its usual meaning and refers to a semicrystalline ceramic composed of at least one crystalline phase randomly remaining in a glass-like phase dlsperglert is composed. Such a crystalline phase is created by the in situ resulting thermal crystallization of an original glass mixture formed.

Der Hitzebehandlungsprozeß zur Herstellung der Glaskeramik aus einem Glas schließt gewöhnlich eine Krlstalllsatlonskelmblldung bei etwa der oberen Kühltemperatur (Viskosität 10" d Pas · s) des ursprünglichen Glases ein, eine Entwicklungsstufe bei einer Temperatur unterhalb des Fasererweichungspunktes des ursprünglichen Glases (vorzugsweise bei einer Viskosität In der Gegend von 10* bis 1012 d Pas · s) und eine Kristallisa- <to tlonsstufe (bei einer Temperatur vorzugsweise zwischen 65° bis 150° C über dem Fasererweichungspunkt des ursprünglichen Glases (d. h. Viskosität von 107·65 d Pas ■ s).The heat treatment process for producing the glass-ceramic from a glass usually includes a crystal formation at about the upper cooling temperature (viscosity 10 "d Pas.s) of the original glass, a development stage at a temperature below the fiber softening point of the original glass (preferably at a viscosity in the Area from 10 * to 10 12 d Pas s) and a crystallization <to tlon stage (at a temperature preferably between 65 ° to 150 ° C above the fiber softening point of the original glass (ie viscosity of 10 7 · 65 d Pas s) .

Obwohl der !Cri5iäüisaticn3prczcß 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 10" d Pas s entspricht, und auf dieser Temperatur lang genug gehalten, um die Bildung von submikroskopischen Kristallen, dlsperglert In einer glasartigen Matrix, zu ermöglichen. Dies 1st als Krlstalllsatlonskelmblldung bekannt. Die Zelt, die für die Krlstallisatlor.skelmblldungsperlode erforderlich Ist, hängt von der Zusammensetzung ab und liegt normalerweise zwischen V4 und 24 Stunden.Although the principle of operation itself is not the subject of the present invention, the following description is given in the interest of completeness of the disclosure. The original glass to be crystallized is heated to a temperature corresponding to a viscosity of 10 "d Pas s and held at that temperature long enough to allow the formation of submicroscopic crystals, dlsperglert In a vitreous matrix. This is known as crystal formation. The time required for the crystal formation cycle depends on the composition and is usually between 4 and 24 hours.

Das glasartige Material, das die Krlstiilllsatlonskelme enthält, wird dann auf eine Temperatur erhitzt, die einer so Viskosität von ungefähr 101U Pas - s entspricht. Dieser thermische Zustand wird über eine genügend lange Zelt aufrechterhalten, um eine teilweise Kristallisation zur Bildung einer festen kristallinen Struktur zu ermöglichen. Die submikroskopischen Keime, die In de" glasartigen Matrix als das Ergebnis der Krlstalllsatlonskelmblldungsphase 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 'Λ bis 4 Stunden. In dieser Entwicklungsphase soll eine feste skelettkrlstallartige Struktur erstellt werden, um das restliche Material zu stützen, wenn die Temperatur zur vollständigen Kristallisation erhöht wird.The vitreous material which contains the crystal skeleton is then heated to a temperature which corresponds to a viscosity of approximately 10 1 U Pas-s. This thermal state is maintained for a period long enough to allow partial crystallization to form a solid crystalline structure. The submicroscopic seeds that are dispersed in the vitreous matrix as the result of the crystal formation phase act as growth centers for the solid framework that forms during this second or developmental phase of the heating cycle. This developmental phase is composition dependent and is typically to 4 hours During this development phase, a solid skeletal structure should be created to support the remaining material when the temperature is increased for complete crystallization.

Der glaskeramische Körper wird dann durch Erhitzung auf eine Temperatur von 65-15O0C über der Temperatur, die einer Viskosität von 107·65 d Pas · s des ursprünglichen Glases entspricht, gebildet. Diese Temperatur wird gehalten, bis der gewünschte Grad der Kristallisation erreicht ist. Die endgültige Kristalllsatlonsphase in dem Hitzebehandlungszyklus beträgt typischerweise 1U bis 4 Stunden auf der höchstmöglichen Temperatur, die die Glaskeramik noch nicht verflüssigt. Diese Hitzebehandlung fördert die Dimensionsbeständigkeit der fertig behandelten Glaskeramik gegenüber hohen Temperaturen. HIe Temperatur der Hitzebehandlung Hegt In der Nähe der Solldus-Temperatur.The glass ceramic body is then formed by heating to a temperature of 65-15O 0 C above the temperature which corresponds to a viscosity of 10 7 · 65 d Pas · s of the original glass. This temperature is maintained until the desired degree of crystallization is reached. The final crystal phase in the heat treatment cycle is typically 1 to 4 hours at the highest possible temperature that the glass-ceramic does not yet liquefy. This heat treatment promotes the dimensional stability of the finished glass ceramic against high temperatures. The heat treatment temperature is close to the setpoint temperature.

In der Praxis wurde herausgefunden, daß alle drei Stufen des Erhitzungsprozesses verwirklicht werden können, indem die Temperatur kontinuierlich durch die Bereiche der Krlstalllsatlonskelmblldung, Entwicklung und Kristallisation erhöht wird. Bei vielen Glasmischungen wurde festgestellt, daß eine »formale« Entwlck-In practice it has been found that all three stages of the heating process are accomplished can by changing the temperature continuously through the areas of Krlstalllsatlonskelmblldung, development and crystallization is increased. Many glass mixtures have been found to have a "formal" design

lungsstufe nicht nötig ist, da die Zelt, die benötigt wird, um das Erzeugnis von der Krlstalllsatlonskelmblldungstemperatur zur Kristallisationstemperatur zu erhitzen, ausreicht.The processing stage is not necessary, as the time required to heat the product from the crystal formation temperature to the crystallization temperature is sufficient.

Die Glaskeramikscheiben werden aus einem Erdalkallalumlnlumborslllkatausgangsglas hergestellt, das Im wesentlichen frei von Alkallmetalloxiden Ist und die nachfolgende Zusammensetzung In Mol-% besitzt.The glass-ceramic panes are made from an alkaline-earth aluminum-lumborsil-cat base glass, which is Is essentially free of alkali metal oxides and has the following composition in mol%.

Bestandteil AnteilComponent proportion

Mol-%Mol%

SiO2 15-40SiO 2 15-40

Al2O3 15-30Al 2 O 3 15-30

B2O3 20 - 50B 2 O 3 20-50

!5 La2O3 0-5 ! 5 La 2 O 3 0-5

Nb2Os 0-5Nb 2 Os 0-5

Ta2O5 0-5Ta 2 O 5 0-5

RO 5 - 25,RO 5 - 25,

> 1,5 und> 1.5 and

- HO- HO

RO:RO:

WgO 0-15WgO 0-15

25 CaO 0-1025 CaO 0-10

SrO 0-10SrO 0-10

BaO 0-10BaO 0-10

ist.is.

Die Gesamtmenge der Alkallmetalloxide beträgt weniger als 0,5 Mol-*, vorzugsweise weniger als 0,1 Mol-%. Bei einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die Glaskeramikscheiben:The total amount of the alkali metal oxides is less than 0.5 mol%, preferably less than 0.1 mol%. In a preferred embodiment, the glass ceramic panes contain:

Bestandteil AnteilComponent proportion

MoI-K.MoI-K.

40 SiO2 18-4040 SiO 2 18-40

Ai2O3 15 - 30Ai 2 O 3 15-30

B2Oj 30-60B 2 Oj 30-60

RO 5 - 15,RO 5 - 15,

45 wobei 4 > ^^ > 2 ist 45 where 4> ^^ > 2

und der MgO-Anteil von RO mindestens 3% der gesamten Zusammensetzung beträgtand the MgO content of RO is at least 3% of the total composition

Wie aus den folgenden Beispielen ersichtlich, verbessert die AnteÜskomblnaUon von MgO-. CaO, SrO und/oder BaO die Widerstandsfähigkeit des ursprünglichen Glases gegenüber unkontrollierter Entglasung. Die Anwesenheit von La2Oj, Nb2Os und Ta2O5 fördert das Erschmelzen und Herstellen von Glaszusammensetzungen, die einen hohen Anteil (d. h. mehr als ungefähr 50 Mol-%) an B2O3 besitzen und gegenüber unkontrollierter Entglasung widerstandsfähig sind.As can be seen from the following examples, improves AnteÜskomblnaUon v on MgO. CaO, SrO and / or BaO the resistance of the original glass to uncontrolled devitrification. The presence of La 2 Oj, Nb 2 Os and Ta 2 O 5 promotes the melting and production of glass compositions which have a high proportion (ie greater than about 50 mol%) of B 2 O 3 and are resistant to uncontrolled devitrification.

Zusätzlich zu den obigen Oxiden können noch kleine Anteile (d. h. bis zu ungefähr 10 Mol-%) von anderen Oxiden als Alkaümetalloxiden vorhanden sein, wie z. B. glasbildende Oxide, modifizierende Oxide, keimbildende Oxide (z. B. TlO2 und/oder ZrO) und Läutermittel, wenn solche Zusätze für die Halblelterdotlerung nicht schädlich und zur Erreichung von bestimmten chemischen oder physikalischen Eigenschaften erforderlich sind.In addition to the above oxides, small amounts (ie up to about 10 mol%) of oxides other than alkali metal oxides can be present, such as e.g. B. glass-forming oxides, modifying oxides, nucleating oxides (z. B. TlO 2 and / or ZrO) and refining agents, if such additives are not harmful to the half-aging and necessary to achieve certain chemical or physical properties.

Das Verhältnis -=^ρ ist für das Glasfonnvermögen und die Hochtemperaturbeständigkeit des Dotiermaterial-The ratio - = ^ ρ is for the glass capacity and the high temperature resistance of the doping material-

Al Ci Al Ci

spenders aus Glaskeramik von Bedeutung. Wenn das Verhältnis kleiner als ungefähr 1,5 ist, weisen die Glaskeramikscheiben eine Neigung zur Verformung bei den Dotiertemperaturen in der Nähe von 1100° C bis 1200° C auf. Wenn das Verhältnis von größer als ungefähr 4 ist, wird das Erschmelzen und die Verformung des Ausgangsglases schwieriger.Glass ceramic dispensers are important. If the ratio is less than about 1.5, the Glass ceramic panes have a tendency to deform at doping temperatures in the vicinity of 1100 ° C 1200 ° C. When the ratio is larger than about 4, there will be melting and deformation the starting glass more difficult.

Wie man der Zeichnung entnehmen kann, wird ein geeignetes n-leltendes Slllzlumsubstrat 10 mit Hilfe einer der bekannten Techniken vorbereitet, um einen monokristallinen Slllzlumkörper zu erhalten. Z. B. kann ein monokristalliner Gußblock aus hochreinem üllllzlum gebildet werden. Der Gußblock wird In quergerichtete Stöcke geschnitten, und die Würfel werden ;:e:rtellt, um die Slllzlumschelben der gewünschten Abmessungen zu liefern. Die Oberfläche des Substrates kann durch geeignetes Säubern und Polleren vorbereitet werden. Das polierte und gesäuberte Halblelter-Slllzlummaterlal kann jedoch auch Im Handel bezogen werden. Das Polleren oder Säubern der Oberfläche kann durch mechanische Mittel, wie Schmirgeln oder ähnliches oder durch chemische Mittel, wie Ätzen, vervollständigt werden.As can be seen from the drawing, a suitable n-leltendes Slllzlumsubstrat 10 with the help of a the known techniques prepared in order to obtain a monocrystalline Slllzlumkörper. For example, a monocrystalline ingot can be formed from highly pure oil. The ingot is in transverse direction Sticks are cut, and the cubes are; to deliver. The surface of the substrate can be prepared by suitable cleaning and bollarding. However, the polished and cleaned half-parents-sllllummaterlal can also be obtained in stores. That Bollards or cleaning of the surface can be done by mechanical means, such as sanding or the like or can be completed by chemical means such as etching.

Weiterhin kann die n-leltende Slltziumscheibe 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 Slllzlumschelbe n-Leltung aufweist. Dementsprechend schließt der Ausdruck n-leltendes Silizium, «vie er hler verwendet wird, auch komplexe Halbleiter ein, die abwechselnd p- und n-lettende Zonen besitzenFurthermore, the n-type silicon wafer can form part of a complex semiconductor and already one or have several p-n junctions in any geometric arrangement. The only important characteristic is that at least a part of the existing surface of the Silllumschelbe has n-line. Accordingly the term n-type silicon, as it is often used, also includes complex semiconductors which have alternating p- and n-letter zones

Bei konventionell gewachsenen Kristallen kann die Oberfläche chemisch poliert werden mit einem geeigneten Ätzmittel, z. B. einer Lösung aus drei Volumtntellen Fluorwasserstoff, drei Volumenteilen Essigsäure und fünf Voiumenteiien Salpetersäure. Andererseits känii die Oberfläche durch Schmirgeln oder Ätzen mit einer heißen Lösung aus Wasser, die etwa 10% Natriumhydroxid bei Zimmertemperatur oder bis etwa 90° C enthält, vorbereitet werden. Diese Säuberungs- und Ätzarbeiter dienen der Entfernung von 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 volumes of hydrogen fluoride, three volumes of acetic acid and five Voiumenteiien nitric acid. On the other hand, the surface can be hot by sanding or etching with a Solution of water containing about 10% sodium hydroxide at room temperature or up to about 90 ° C will. These cleaning and etching workers are used to remove contaminants 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 In dem gewünschten Maß bei einem n-leltenden Slllziumelement mit einem Flächenwiderstand von ungefähr 10 Ohm abläuft. Es 1st 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,ii 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 Flächenwiderstand von geeigneten n-leltenden Slllzlum-Ausgangsmaterlallen zwischen etwa 0,001 und etwa 100 Ohm.It has been found that the formation of a p-n junction to the desired extent with an n-leltenden Slllziumelement expires with a sheet resistance of approximately 10 ohms. It is easy to see that the the exact size and nature of the slices is not critical. The disks normally used can for example a diameter of 2.5; 5 or 7, ii cm. The thickness can be between 0.125 mm and 0.5 mm although this can also be changed. Typical disks are between 0.2 mm and 0.25 mm thick. Likewise, the sheet resistance of suitable n-type silicone starting materials lies between about 0.001 and about 100 ohms.

Wie In Flg. 1 gezeigt, hat sich eine Oxidschicht 11 auf der Oberfläche der Scheibe 10 ausgebildet. Eine Maske oder Schutzschicht kann verwendet werden, üut ein beliebiges Muster zu erzeugen, so wie es in der Technik bekannt 1st. Die Schicht oder der Film 11 lsi: von glasartiger Beschaffenheit und enthält Bor In Irgendeiner Form.As in Flg. 1, an oxide layer 11 has formed on the surface of the disk 10. A mask or protective layer can be used to create any pattern, such as is used in the art known 1st. The layer or film 11 is vitreous in nature and contains boron in any one Shape.

Die Temperatur des Dotiervorganges Ist so bemessen, daß gleichzeitig etwas Bor aus der Schicht 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 odler Grenzschicht dar, die In dem Bereich zwischen der bordurchsetzten Oberflächenschicht 11 und dem n-leltenden Silizium 10 ausgebildet Ist. Die Tiefe der Übergangszone kann variieren, beträgt aber gewöhnlich bis etwa 10 μΐη. Die Mindestdicke kann variieren und beträgt etwa 0,1 μη:.The temperature of the doping process is such that at the same time some boron from the layer 11 into the Disc 10 diffused and there a thin boron-containing surface layer 12 adjacent to the layer 11 forms. The layer 12 represents a barrier or boundary layer, which in the area between the boron penetrated Surface layer 11 and the n-type silicon 10 is formed. The depth of the transition zone can vary, but is usually up to about 10 μm. The minimum thickness can vary and is approximately 0.1 μη :.

Fig. 2 zeigt eine Platte oder Scheibe der B2U'3-enthaltenden Dotierstoffquelle aus Glaskeramik, die als Lieferant für die B2O3-Dämpfe zum Kontakt mit der Slllzlumschelbe dient.2 shows a plate or disk of the B2U'3-containing dopant source made of glass ceramic, which serves as a supplier for the B 2 O 3 vapors for contact with the silencer.

Wenn die Glaskeramikscheibe 14 in einen geeigneten Ofen eingebracht wird und wenn sie Temperaturen zwischen 700-1250° C, insbesondere zwischen 1050-1200° C, ausgesetzt wird, setzt sie B2Oj-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 der Vorgang zum Eindiffundieren von Bor In ein Halbleiter-Slllzlumelement darin, daß wenigstens ein Halbleiter-Slllzlumelement in einen Ofen eingebracht wird; ebenso wird eine Glaskeramikscheibe im Ofen In der Nachbarschaft, jedoch nicht in direktem Kontakt mit dem Siliziumelement angeordnet. Dann werden das Slllzlumelement und die Glaskeramikscheibe einer erhöhten Temperatur In dem oben beschriebenen Bereich von 700-1250° C ausgesetzt. Bei diesen Temperaturen setzt das Dotlermaterlal B2Oj-Dämpfe frei, die dann durch den Ofen strömen und In Berührung mit wenigstens einem Teil der Oberfläche des SUIzlumelementes treten. Dieser Prozeß wird über eine genügend lange Zeltdauer aufrechterhalten, um die Diffusion des Bors In wenigstens einen Teil der Oberfläche des Siliziumelementes zu ermöglichen, um eine Dlliuslonszone hierin zu bilden. Nachdem die B2Oj-Dämpfe mit der heißen Sllizlumoberfläche reagiert haben, diffundiert mit fortdauernder Erhitzung das elementare Bor In den Siiiziumchip. Diese Bor-Diffusionssiufc kann, wenn gewünscht, in Abwesenheit der glaskerarr.ischer. Dotlermaterlalschelbe durchgeführt werden.When the glass ceramic panel 14 is placed in a suitable oven and when it is exposed to temperatures between 700-1250 ° C., especially between 1050-1200 ° C., it releases B 2 Oj vapors which then come into contact through the high temperature zone of the oven with the silicon wafers, which are attached in the vicinity of the doping material wafer, flow. Viewed as a whole, the process for diffusing boron into a semiconductor silicon element consists in introducing at least one semiconductor silicon element into a furnace; Likewise, a glass ceramic plate in the furnace is placed in the vicinity, but not in direct contact with the silicon element. The cover element and the glass ceramic pane are then exposed to an increased temperature in the range of 700-1250 ° C. described above. At these temperatures, the doping material releases B 2 Oj vapors, which then flow through the furnace and come into contact with at least part of the surface of the substrate. This process is sustained for a period long enough to allow diffusion of the boron in at least a portion of the surface of the silicon element to form a dilation zone therein. After the B 2 Oj vapors have reacted with the hot silicon surface, the elementary boron diffuses into the silicon chip with continued heating. This boron diffusion solution can, if desired, be in the absence of the vitreous. Dotlermaterlalschelbe be carried out.

Der Dotiervorgang kann weiter gesteuert und verbessert werden, indem ein freiströmendes inertes Trägergas, wie Argon oder Stickstoff, verwendet wird. DIb Bezeichnung »inertes Gas« soll bedeuten, daß das Gas In keine chemische Reaktion mit den B2O3-Dämpfen und der heißen Sllizlumoberfläche eintritt.The doping process can be further controlled and improved by using a free-flowing inert carrier gas such as argon or nitrogen. The term "inert gas" is intended to mean that the gas In does not undergo any chemical reaction with the B 2 O 3 vapors and the hot silicon surface.

Dies ist In Fig. 3 gezeigt. In der das Trägeres von links eintritt und über die Scheibe 14 strömt, wo das B2Os freigesetzt wird und die zur Verfügung stehenden Oberflächen dieser Slllzlumschelbe 10 berührt. Indem zwei Siliziumscheiben Rücken an Rücken gelagert »'erden, kommt die Rückseite jedes Chips nicht mit dem Bor in Berührung und behält demgemäß Ihre Ursprung;liehe Eigenschaft als n-leltendes Silizium. Nach dem Dotlerungsprozeß kann die Diffusionstiefe welter vergrößert werden, indem man durch eine einfache Hitzebehandlung In Inerter Atmosphäre den Übergang tiefer elndlfltindieren 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. In which the carrier enters from the left and flows over the disk 14, where the B 2 Os is released and touches the available surfaces of this Slllzlumschelbe 10. Because two silicon wafers are grounded back-to-back, the back of each chip does not come into contact with the boron and thus retains its origins; its property as n-cell silicon. After the doping process, the diffusion depth can be increased further by allowing the transition to indentate deeper by means of a simple heat treatment in an inert atmosphere. This can be done if desired. To be made in a separate oven. The above process has been described as applied to silicon semiconductors because of its great economic importance. However, the same process can also be used for germanium semiconductors, although somewhat lower temperatures have to be used when doping germanium 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.When preparing the glass-ceramic doping material, suitable starting materials that contain the Contain appropriate compositions, are melted to form a homogeneous glass mass.

j" Zum Beispiel können oben beschriebene Zusammensetzungen bei 15000C bis 165O0C In einem hitzebeständigenj "For example, compositions described above can be used at 1500 0 C to 165O 0 C in a heat-resistant

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 B2Oj zur Schmelze hinzuzufügen, um die Verluste durch Abdampfen auszugleichen. Es 1st wünschenswert, die Schmelzzelt 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.Crucibles are melted to obtain a homogeneous glass. Usually this melting process takes about 15 minutes to several hours to achieve homogeneity. It may be desirable to add additional B 2 Oj to the melt to make up for the losses due to evaporation. It is desirable to keep the melt tent as short as possible in order to keep the losses due to evaporation low. The starting material should also be as pure as possible in order to keep the presence of impurities 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 ίο möglichst gering zu halten, wie in der US-PS 36 40093 offenbart Ist, oder es kann aus den üblichen hochreinen glasbildenden Bestandteilen erschmolzen werden.The glass ceramic panes can be manufactured in different ways. The original glass can Organometallic derivatives are melted to reduce the content of undesired components ίο to be kept as low as possible, as is disclosed in US Pat. No. 3,640,093, or it can be made from the usual high-purity glass-forming components are melted.

Die Anwesenheit von Verunreinigungen kann die elektrischen Eigenschaften des dotierten Slllzlum-Halbleiters schädlich beeinflussen. Verunreinigungen, die besonders vermieden oder auf einem absoluten Minimum gehalten werden müssen, sind Alkalimetalloxide, d. h. Ll2O, 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, ie Ll 2 O, Na 2 O, K 2 O, Cs 2 O or Rb 2 O, and other metal oxides with high vapor pressure 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 Abkühlungs-Vorgang 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, which have the shape of a right circular cylinder with a diameter approximately corresponding to that of the final disks. The glass can then be subjected to the cooling process and, after cooling, the glass bars or cylinders are removed Cracks looked through and then sliced, their 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 Regulierungsmöglichkelten kann eine größere Menge von Slllziumelementen durch eine geeignete Anordnung einer größeren Menge von Glaskeramikscheiben In einem Behälter, wie In Flg. 3 gezeigt, behandelt werden.Another possibility is to subject the glass bars or a part drilled from the core to a heat treatment to form the glass ceramic; this glass ceramic is then cut into slices. Because of the very good regulation possibilities, a larger amount of silicon elements can be obtained by a suitable arrangement of a larger amount of glass ceramic panes in a container, as in Flg. 3 shown be treated.

Die Dotierung wird durchgeführt. Indem die Glaskeramikscheiben nahe und parallel zu den Slllzlumscheiben. die dotiert werden sollen, angeordnet werden, ohne sie zu berühren. Die Entfernung, mit der die besten Ergeb-)0 nlsse erhalten werden, beträgt etwa 3 mm. In einem geschlitzten Quarzbehälter oder einem anderen feuerbeständigen Tiegel, Gefäß o. ä. können 100 oder mehr Slllzlumchlps oder Scheiben In der gleichen Stärke dotiert werden. Indem abwechselnd eine Glaskeramikscheibe und ein Paar von Scheiben Rücken an Rücken mit gegeneinandergestellten Vorderselten angeordnet werden, wobei die Slllzlumscheiben und die Glaskeramikscheiben Im wesentlichen parallel zueinander sind. Die Anordnung kann gemäß Flg. 3 erfolgen.The doping is carried out. By placing the glass ceramic panes close to and parallel to the Slllzlum panes. which are to be doped can be arranged without touching them. The distance at which Best results are) 0 obtained nlsse is about 3 mm. In a slotted quartz container or another fire-resistant crucible, vessel or the like, 100 or more slices or slices of the same strength can be spiked. By alternately arranging a glass ceramic panel and a pair of panels back-to-back with fronts seldom placed opposite one another, the glass-ceramic panels and the glass-ceramic panels being essentially parallel to one another. The arrangement can according to Flg. 3 take place.

Zeit und Temperatur der Dotierbedingungen werden so ausgewählt, daß man die geeignete p-n-Übergangstlefe und den geeigneten Flächenwiderstand für die gewünschte Aufgabenstellung erhalt. Dies wird In den folgenden Beispielen gezeigt.The time and temperature of the doping conditions are selected to provide the appropriate p-n junction temperature and obtain the appropriate sheet resistance for the desired task. This will be done in the following Examples shown.

Der Abstand der Chips In dem Behälter, die Auswahl des umgebenden inerten Trägergases und die Strömungsgeschwindigkeit werden so ausgewählt, daß die Sllizlumschlps, die In die Richtung der Strömung des umgebenden Gases zeigen, dieselbe Dotiermenge erhalten, wie jene, die gegen die Strömung gerichtet sind.The spacing of the chips in the container, the selection of the surrounding inert carrier gas and the flow rate are selected so that the slurry which is in the direction of the flow of the surrounding gas show the same amount of doping as those directed against the flow.

In den folgenden Beispielen sind alle Prozentangaben In Mol-% und alle Temperaturen In" C angegeben, wenn nicht anders gekennzeichnet.In the following examples, all percentages are given in mol% and all temperatures are given in "C, if not marked otherwise.

Beispiel 1example 1

Tell ATell A

Übliche hochreine Ausgangsmaterialien wurden in einem Platintiegel bei 154O0C über 5 oder 6 Stunden unter manuellem Rühren geschmolzen, um ein klares, geschmolzenes, homogenes Glas der folgenden Zusammensetzung zu erhalten:Conventional high-purity starting materials were melted in a platinum crucible at 154O 0 C for 5 or 6 hours with manual stirring to obtain a clear, molten, homogeneous glass of the following composition:

Moi-% Gew.-üMoi-% wt

SiO2 15,7 12,8SiO 2 15.7 12.8

B2O3 41,3 39,3B 2 O 3 41.3 39.3

AJ2O3 26,7 40,0AJ 2 O 3 26.7 40.0

MgO 14,3 8,0MgO 14.3 8.0

W Das geschmolzene Glas wurde aus dem Ofen entnommen und auf Raumtemperatur abgekühlt. Das Glas, noch in dem Tiegel, wurde In einen Kühlofen eingebracht, der auf 650° C gehalten wurde. Das Glas wurde bei 650° C Ά Stunde gekühlt und dann entnommen und auf Raumtemperatur abgekühlt.W The molten glass was removed from the furnace and cooled to room temperature. The glass, still in the crucible, was placed in a cooling furnace maintained at 650 ° C. The glass was cooled at 650 ° C. for Ά hour and then removed and cooled to room temperature.

TeIlBPart B

KrlstalllsatlonshltzebehandlungCrystal stadium treatment Der Tiegel mit dem klaren Glasinhalt wurde In einen Hitzebehandlungsofen gebracht, und die Temperatur aufThe crucible with the clear glass contents was placed in a heat treatment oven and the temperature raised

690° C erhöht. Der Tiegel wurde der Temperatur von 690° C über 3 Stunden ausgesetzt. Dann wurde die Temperatur auf 805° C erhöht, und der Tiegel dieser Temperatur 1 Stunde lang ausgesetzt. Danach erhöhte man die Temperatur auf 1100° C, wobei der Tiegel dieser Temperatur 1 Stunde lang ausgesetzt wurde. Schließlich wurde der Ofen ausgeschaltet und auf Raumtemperatur abgekühlt, bevor der Tiegel entnommen wurde. Das so erhaltene, nicht poröse glaskeramlsche Material hatte ein mllchlg-welßes Aussehen. Aus dem glaskeramischen Material wurde mit einer Lochsäge ein Kern von 3,75 cm Durchmesser ausgesagt und mit einer Diamantsäge In dünne Scheiben geschnitten, deren Dicke zwischen 0,4 mm und 1 mm lag.690 ° C increased. The crucible was exposed to the temperature of 690 ° C. for 3 hours. Then the temperature increased to 805 ° C, and the crucible exposed to this temperature for 1 hour. Then you increased the Temperature to 1100 ° C, the crucible was exposed to this temperature for 1 hour. Finally it was the oven turned off and allowed to cool to room temperature before removing the crucible. The thus obtained, non-porous glass-ceramic material had a generally white appearance. From the glass ceramic material a core 3.75 cm in diameter was predicted with a hole saw and In cut thin slices, the thickness of which was between 0.4 mm and 1 mm.

TeIlCPartC

Ebene DiffusionsdotierungFlat diffusion doping

Die Dotierung wurde durchgeführt. Indem einige der Glaskeramikscheiben von Tell B ungefähr 0,3 mm bis 0,6 mm von den Slllzlumschelben, die dotiert werden sollten, entfernt angeordnet wurden, so daß sie parallel gegenüberlagen. Die Glaskeramikscheiben und Slllzlumschelben wurden In geschlitzten Quarzglasschalen bei is abwechselnder Lage einer Glaskeramikscheibe, Slllziumschelbe usw. angeordnet. Diese Anordnung Ist In Flg. 3 gezeigt.The doping was carried out. By removing some of the glass ceramic panels from Tell B about 0.3 mm to 0.6 mm away from the slides to be doped so that they are parallel opposite faces. The glass ceramic disks and glass panes were placed in slotted quartz glass bowls at is alternating position of a glass ceramic disc, silicon disc, etc. arranged. This arrangement is shown in Flg. 3 shown.

Die Slllzlumschelben, die In diesem Beispiel verwendet wurden, waren ursprünglich n-leltend und besaßen einen Flächenwiderstand von ungefähr 9 Ohm.The sill plates used in this example were originally n-lelted and possessed a sheet resistance of approximately 9 ohms.

Die Anordnung wurde In einen Diffusionsofen eingebracht, und Argon wurde mit einer Strömungsgeschwlndlgkelt von 500 cm'/mln. als Inertes Trägergas durchgeleitet, wie In Flg. 3 gezeigt Ist, während die Dotierzeit und Temperatur wie unten angegeben eingestellt wurde.The assembly was placed in a diffusion furnace and argon was passed at a flow rate of 500 cm / ml. passed as an inert carrier gas, as in Flg. 3 is shown during the doping time and temperature was set as shown below.

Nach Beendigung dieser Diffusionsdotierperiode wurden die Slllzlumschelben auf Raumtemperatur abgekühlt und mit verdünnter Fluorwasserstoffsäure gesäubert.At the end of this diffusion doping period, the slides were cooled to room temperature and cleaned with dilute hydrofluoric acid.

Die Oberfläche der dotierten Siliziumscheiben wies p-Leltfählgkelt auf. Oberflächentests der dotierten Schelben wurden mit einer Vierpunkt-Leltfählgkeltssonde vorgenommen. Die Oberflächenwiderstände in Ohm der so erhaltenen dotierten Siliziumproben werden unten als eine Funktion der Temperatur angegeben. Das dotierte Silizium ist p-leltend.The surface of the doped silicon wafers had p-Leltfählgkelt. Surface tests of the spiked discs were made with a four-point Leltfählgkeltssonde. The surface resistances in ohms of the so doped silicon samples obtained are given below as a function of temperature. The endowed Silicon is p-lelting.

Flächenwiderstand [Ω] von p-dotierten SiliziumscheibenSheet resistance [Ω] of p-doped silicon wafers

Abstand 0,3 mm bis 0,7 mm
Strömungsgeschwindigkeit 500 cmVmin. Argon
Distance 0.3 mm to 0.7 mm
Flow velocity 500 cmVmin. argon

Temperatur Zeit (Stunden)Temperature time (hours)

>h 1 2 4 > h 1 2 4

9500C950 0 C 71,871.8 64,764.7 55,055.0 54,554.5 10000C1000 0 C 54,554.5 42,742.7 38,538.5 26,826.8 1078° C1078 ° C 16,716.7 14,614.6 13,013.0 6,56.5

Die Dotiermaterialscheiben waren am Ende des Diffusionsdotiervorganges nicht sichtbar zusammengefallen oder anderweitig verfomt. Wenn ein η-leitender Germanium-Halbleiter dotiert werden soll, sind etwas niedrigere Temperaturen wegen des Germanium-Schmelzpunktes von 937° C angebracht.The doping material disks had not visibly collapsed at the end of the diffusion doping process or otherwise deformed. If an η-conducting germanium semiconductor is to be doped, slightly lower ones are used Temperatures appropriate because of the germanium melting point of 937 ° C.

Einige weitere Diffusionsdotierversuche nach dem oben angegebenen Verfahren wurden durchgeführt, wobei die Parameter Zelt und Temperatur, wie unten angegeben, verändert wurden. In jedem Fall wies die dotierte Siliziumscheibe p-Leitfählgkelt auf.A few more diffusion doping tests according to the method given above were carried out, wherein the parameters tent and temperature have been changed as indicated below. In any case, the endowed rejected Silicon wafer p-Leitfählgkelt on.

Flächenwiderstand von p-dotierten Siliziumscheiben [Q]Sheet resistance of p-doped silicon wafers [Q]

Beispiele 2 bis 40Examples 2 to 40

Glaskeramikscheiben wurden aus Gläsern mit In den folgenden Tabellen I und II angegebenen Zusammensetzungen hergestellt. Der Schmelz- und Kristallisationsvorgang wurde wie bei Beispiel 1 beschrieben durchgeführt, nur wurden die Temperaturen auf einem Wert wie In den Tabellen I und II angegeben gehalten, und das geschmolzene Glas wurde abgeschreckt. Indem es als Platte In eine flache Metallschale bei RaumtemperaturGlass ceramic panes were made from glasses with the compositions given in Tables I and II below manufactured. The melting and crystallization process was carried out as described in Example 1, only the temperatures were kept at a value as indicated in Tables I and II, and that molten glass was quenched. By placing it as a plate in a flat metal bowl at room temperature

TemneraturTemperature Zeit ("Stunden)Time ("hours) 11 22 44th 0C 0 C 4242 3030th 2525th 10001000 4848 1717th 1212th 1616 10251025 3232 2020th 1414th 1010 10401040 2626th 1313th 1010 88th 10501050 1818th

eingebracht wurde, anstsu es wie in Tell A von Beispiel 1 abzukühlen. Tabelle I beschreibt Mischungen, in denen MgO die eln?lge »RO«-Komponente Ist, und Tabelle II beschreibt verschiedene Zusammensetzungen von »RO«-Kompone -ilen. Die Ergebnisse eines »Biegetests« sind ebenfalls in den nachfolgenden Tabellen aufgeführt. In diesem Testwas introduced, instead of cooling it as in Part A of Example 1. Table I describes mixtures, in where MgO is the long "RO" component, and Table II describes various compositions of "RO" components. The results of a "bending test" are also listed in the tables below. In this test wurden Glasstäbe von ungefähr 0,3 mm Höhe bzw. Breite und etwa 2,8 cm Länge aus dem angegebenen Glas hergestellt und zu einem glaskeramischen Körper mit Hilfe der angegebenen Kristallisationshitzebehandlung überführt. Nach der Kristallisation wurde jeder Glaskeramikstab an beiden Selten flach geschliffen, so daß die endgültigen Abmessungen 2,8 cm ■ 0,3 cm · 0,15 cm betrugen. Jeder Glaskeramikstab wurde dann über einen Platintiegel der Breite 2,2 cm gelegt (mit einer Lflnge von 0,3 cm ruht der Stab auf dem Tiegel) und einemGlass rods about 0.3 mm high or wide and about 2.8 cm long were made from the indicated glass and made into a glass-ceramic body with the aid of the specified crystallization heat treatment convicted. After crystallization, each glass ceramic rod was ground flat on both sides so that the final dimensions were 2.8 cm by 0.3 cm by 0.15 cm. Each glass ceramic rod was then over one Platinum crucible 2.2 cm wide (with a length of 0.3 cm, the rod rests on the crucible) and one

Temperaturbereich zwischen 1000 und 1250° C über 1A Stunde ausgesetzt. Der Betrag, um den sich der 0,15 cm dicke Stab »durchbiegt« oder mit dem er von der ebenen Form abweicht, ergibt einen willkürlichen Wert für den Widerstand gegenüber thermischer Verformung. Da die tolerierbare Größe der thermischen Verformung oder Durchbiegung je nach Probendicke, Dotierzelt und Dotiertemperatur unterschiedlich 1st, entspricht eine Durchbiegung von mehr als etwa 0,3 mm bei der oben angegebenen Versuchsdurchführung etwa der maximalExposed to temperature range between 1000 and 1250 ° C for 1 A hour. The amount by which the 0.15 cm thick rod "bends" or by which it deviates from the planar shape gives an arbitrary value for the resistance to thermal deformation. Since the tolerable size of the thermal deformation or deflection is different depending on the sample thickness, doping time and doping temperature, a deflection of more than about 0.3 mm in the above-mentioned test procedure corresponds approximately to the maximum

is erlaubten Verformung für eine sehr dünne (etwa 0,5 mm) zu dotierende Scheibe von etwa 2,5 bis 3,75 cm Durchmesser bei einer Dotieranordnung, wie sie In Flg. 3 gezeigt 1st. Dickere Glaskeramlkdotlermaterialformen können für höhere Temperaturen verwendet werden.Is allowed deformation for a very thin (about 0.5 mm) wafer to be doped of about 2.5 to 3.75 cm Diameter in a doping arrangement as shown in Fig. 3 shown 1st. Thicker glass ceramic dopler material forms can be used for higher temperatures.

Die in den folgenden Tabellen angegebenen Werte zeigen, daß die Neigung zur Verformung mit anwaschsenden Temperaturen zunimmt, obwohl eine gute thermische Beständigkeit für sehr dünne GlaskeramikscheibenThe values given in the tables below show that the tendency to deformation increases with the temperature of the wash, although a good thermal resistance for very thin glass ceramic panes bei Temperaturen von über 1050° C und sogar bei höheren Temperaturen von 1250° C festgestellt wurde:at temperatures above 1050 ° C and even at higher temperatures of 1250 ° C:

2525th

3030th

3535

4040

4545

5050

5555

6060

6565

TabelleTabel

Beispiel Nr.Example no. 22 15,715.7 bei 0C Tür '/2 Stundeat 0 C door '/ 2 hours 00 33 36,036.0 44th 24,024.0 SS. 30,030.0 66th 30,030.0 77th 37,537.5 88th 35,035.0 99 22,522.5 1010 30,030.0 1111th 25,025.0 1212th 20,020.0 1313th 23,023.0 700700 1414th 25,025.0 klarclear 1515th 20,020.0 1616 23,023.0 1717th 20,020.0 1818th 25,025.0 Mol-%Mol% 28,728.7 10001000 00 26,726.7 26,726.7 26,726.7 23,323.3 21,721.7 20,020.0 21,721.7 20,020.0 23,323.3 26,726.7 25,725.7 12601260 21,021.0 22,522.5 23,123.1 20,020.0 16,716.7 SiO2 SiO 2 41,341.3 11001100 0,30.3 24,024.0 36,036.0 30,030.0 35,035.0 30,030.0 35,035.0 45,045.0 40,040.0 40,040.0 40,040.0 38,538.5 40,040.0 42,542.5 38,538.5 50,050.0 50,050.0 Al2O3 Al 2 O 3 14,314.3 12001200 0,50.5 13,313.3 13,313.3 13,313.3 11,711.7 10,810.8 10,010.0 10,810.8 10,010.0 11,711.7 13,313.3 12,812.8 14,014.0 15,015.0 15,415.4 10,010.0 8,38.3 B2O3 B 2 O 3 22 12501250 22 22 22 22 22 22 22 22 22 22 22 1,51.5 700700 1,51.5 1,51.5 22 22 MgOMgO einigesome klarclear klarclear klarclear klarclear Milchmilk Milchmilk Milchmilk Milchmilk einigesome einigesome einigesome 00 12601260 klarclear klarclear Milchmilk einigesome Al2Oj/MgOAl 2 Oj / MgO KristalleCrystals glasGlass glasGlass glasGlass glasGlass KristalleCrystals Kristalle KristalleCrystals crystals 00 glasGlass KristalleCrystals GlasbeschaffenheitGlass texture 00 0,70.7 KristallisationsCrystallization 700700 700700 700700 700700 700700 700700 700700 700700 700700 700700 700700 00 700700 700700 700700 700700 hitzebehandlungheat treatment 12601260 12601260 12001200 12001200 12001200 12601260 12601260 12601260 12601260 12601260 12601260 00 12601260 12601260 12601260 12601260 0C für 16 Stunden 0 C for 16 hours 2,82.8 0C für 1 Stunde 0 C for 1 hour __ BiegungstestBending test Abweichung in mmDeviation in mm 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 -- -- 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 0,20.2 00 00 00 00 00 00 00 0,20.2 0,20.2 00 00 >3> 3 2,62.6 0,50.5 0,60.6 0,20.2 00 0,20.2 0,20.2 0,20.2 0,20.2 1,61.6 0,90.9 0,50.5 00 __ __ >3> 3 >3> 3

Flächenwiderstand
(Ω) nach p-Dotierung
bei 0C für V2 Stunde
Sheet resistance
(Ω) after p-doping
at 0 C for V 2 hours

1000 381000 38

1100 81100 8

1200 21200 2

2929 3030th 1919th 3232 2727 2929 2828 2929 2828 2626th 77th 77th ςς 77th 55 77th 88th 88th 99 88th 22 22 22 22 22 22 22 22 22 22

33
9
33
9

35 1035 10

Tabelle IITable II

Beispiel Nr.Example no. 1919th 25,025.0 2020th 25,025.0 2121 25,025.0 2222nd 15,715.7 2323 15,715.7 2424 15,715.7 2525th 20,020.0 2626th 20,020.0 2727 25,025.0 2828 22,522.5 2929 15,715.7 Mol-%Mol% 16,716.7 16,716.7 16,716.7 28,728.7 28,728.7 28,728.7 20,020.0 16,716.7 13,313.3 21,721.7 24,724.7 SiO2 SiO 2 50,050.0 50,050.0 50,050.0 41,341.3 4U4U 41,341.3 50,050.0 55,055.0 55,055.0 45,045.0 47,347.3 Al2O3 Al 2 O 3 8,88.8 8,88.8 8,88.8 9,39.3 9,39.3 11,311.3 10,010.0 8,38.3 6,76.7 8,88.8 12,312.3 B2O3 B 2 O 3 3,33.3 3,33.3 3,33.3 9,39.3 9,39.3 11,311.3 5,05.0 3,33.3 -- 8,88.8 7,37.3 RORO 5,05.0 -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- MgOMgO -- 5,05.0 -- -- -- -- 5,05.0 5,05.0 6,76.7 -- 5,05.0 CaOCaO -- -- 5,05.0 -- -- -- -- -- -- -- -- SrOSrO 22 22 22 3,13.1 3,13.1 2,52.5 22 22 22 2,52.5 22 BaOBaO -- -- -- 5,05.0 -- -- -- 2,02.0 -- 2,02.0 -- A12O3/ROA1 2 O 3 / RO -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- La2O3 La 2 O 3 -- -- -- -- 5,05.0 -- -- -- -- -- -- Nb2O5 Nb 2 O 5 Milchmilk klarclear klarclear klarclear einigesome klarclear einigesome klarclear klarclear klarclear einigesome Ta2O5 Ta 2 O 5 glasGlass KristalleCrystals KristalleCrystals KristalleCrystals GlasbeschaffenProcuring glass heitNess KristallisationsCrystallization 700700 700700 700700 700700 700700 700700 700700 700700 700700 700700 700700 hitzebehandlungheat treatment 0C für 16 0 C for 16 12601260 12601260 12601260 12601260 12601260 12601260 12601260 12601260 12601260 12601260 12601260 Stundenhours 0C für 1 Stunde 0 C for 1 hour Abweichungdeviation in mm bei 0Cin mm at 0 C -- -- 00 00 00 00 00 00 0,10.1 00 00 für V2 Stundefor two and a half hour -- -- 00 0,80.8 0,90.9 0,50.5 0,10.1 0,00.0 -- 00 00 10001000 0,90.9 0,60.6 0,20.2 >3> 3 2,12.1 2,12.1 1,01.0 0,80.8 -- 3,53.5 0,70.7 11001100 4,04.0 4,04.0 2,02.0 -- -- -- 4,34.3 5,05.0 -- -- 4,04.0 12001200 12501250 FlächenwiderstandSheet resistance (Ω) nach(Ω) after p-Dotierungp-doping bei 0Cat 0 C 2828 3333 2727 2929 4747 3030th 3232 3333 3030th 3030th 3131 für V2 Stundefor two and a half hour 33 88th 22 -- 88th -- -- 99 __ 1111th 99 10001000 22 44th 22 __ __ 11001100 12001200

%% 1010

(Fortsetzung)(Continuation)

Beispiel Nr.Example no.

3030th

3131

3232

3333

3434

3636

3737

3939

Mol-% SiO2 Al2O3 B2O3 RO MgOMol% SiO 2 Al 2 O 3 B 2 O 3 RO MgO

CaO SrO BaOCaO SrO BaO

AI2O3/RO La2O3 Nb2O5 Ta2O5 AI2O3 / RO La 2 O 3 Nb 2 O 5 Ta 2 O 5

Gasbeschaffenheit Gas quality

22,522.5 25,υ25, υ 25,025.0 15,715.7 15,715.7 10,010.0 15,015.0 15,015.0 15,015.0 22,522.5 20,020.0 21,721.7 23,323.3 23,323.3 24,724.7 24,724.7 30,030.0 31,731.7 16,716.7 21,721.7 ■Λ,Ί■ Λ, Ί 20,020.0 45,045.0 40,040.0 40,040.0 47,347.3 47,347.3 45,045.0 37,537.5 60,060.0 52,552.5 45,045.0 50,050.0 10,810.8 9,79.7 11,711.7 12,312.3 7,37.3 10,010.0 10,810.8 8,38.3 9,59.5 9,59.5 5,05.0 5,85.8 9,79.7 6,76.7 7,37.3 7,37.3 10,010.0 10,810.8 3,33.3 5,85.8 5,85.8 5,05.0 5,05.0 __ 5,05.0 __ __ __ __ 5,05.0 __ __ __ -- -- -- 5,05.0 -- -- -- -- -- -- -- 22 2,42.4 22 22 3,43.4 33 33 2,02.0 3,73.7 3,73.7 44th __ 2,02.0 __ 5,05.0 5,05.0 __ __ __ __

klar klar klarclear clear clear

5,0 - - - 5,0 5,0 5,05.0 - - - 5.0 5.0 5.0

einige klar einige einige einige Milch- einige einige Kri- Kri- Kri- Kri- glas Kri- Kristalle stalle stalle stalle stalle stallesome clear some some some milk some some kri kri kri glas kri crystals stalls stalls stalls stalls

Kristallisationshitzebehandlung Crystallization heat treatment

0C für 16 700 700 700 700 700 700 700 700 700 700 700 0 C for 16 700 700 700 700 700 700 700 700 700 700 700

Stundenhours

+
0C für !Stunde 1260 1260 1260 1260 1260 1260 1260 1260 1260 1260 1260
+
0 C for! Hour 1260 1260 1260 1260 1260 1260 1260 1260 1260 1260 1260

BiegungstestBending test 00 00 00 00 00 00 Abweichung
in mm bei 0C
für 1Z; Stunde
deviation
in mm at 0 C
for 1 Z; hour
00 00 00 00 0,00.0 0,50.5
10001000 0,80.8 1,31.3 0,30.3 0,30.3 0,80.8 4,64.6 11001100 0,50.5 5,05.0 2,92.9 -- 4,54.5 -- 12001200 12501250 3232 3232 3232 3535 3636 3030th Flächenwiderstand
(Ω) nach
p-Dotierung
bei 0C
für lh Stunde
Sheet resistance
(Ω) after
p-doping
at 0 C
for l h Hour
88th 99 88th 99 99 --
10001000 __ __ __ __ __ __ 11001100 12001200

0 0 0 0 00 0 0 0 0

0,5 0 0 0 00.5 0 0 0 0

3,0 1,3 0,6 0,6 03.0 1.3 0.6 0.6 0

0 >3 >3 >3 >30> 3> 3> 3> 3

2828

36
10
36
10

37
10
37
10

31 931 9

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (1)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verwendung eines Glaskeramikkörpers, der durch thermische In sltu-KristaUisatlon eines thermisch kristallisierbaren Glases hergestellt 1st, das weniger als 0,5 Mol-% Alkallmetalloxid enthält und das die nach-1. Use of a glass ceramic body, which by thermal In sltu-KristaUisatlon a thermally crystallizable glass is produced, which contains less than 0.5 mol% alkali metal oxide and which the after- 5 folgende Zusammensetzung In Mol-% aufweist: 5 has the following composition in mol%: 15-40 SlO2 15-30 Al1O, 20-60B1Oj 10 0-5 U1O,15-40 SlO 2 15-30 Al 1 O, 20-60B 1 Oj 10 0-5 U 1 O, 0-5 Nb1O5 0-5 Nb 1 O 5 0-5 Ta1O3 0-5 Ta 1 O 3
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DE1596848B1 (en) * 1966-12-31 1970-10-08 Jenaer Glaswerk Schott & Gen Alkaline-oxide-free, thermally highly resilient glass-ceramic with low dielectric losses produced from a glass by heat treatment

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