硅基板及其形成方法技术

本发明专利技术涉及硅基板，硅基板１的结构是，在结晶质硅基板的至少一个主面２一侧形成有硅结晶的凹部，具有以被埋入该凹部的氧化硅该为主要成分的玻璃质区域３。另外，关于玻璃质区域３，其玻璃化转变温度Ｔｇ比纯粹的二氧化硅玻璃的玻璃化转变温度低、为９００℃以下。通过成为这样的构成，能够实现玻璃与硅结晶之间的内部变形减少的硅基板及其形成方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及，更详细地说，涉及在硅基板的至少一个主面上形成硅结晶的凹部，以玻璃质物质充填该凹部的硅基板，以及在该硅基板上形成遮蔽层，将除去部分该遮蔽层的硅基板，在氟酸溶液中阳极氧化，或在含有氟的气相中，以该遮蔽层的除去部为中心、选择性地形成多孔质硅(PS)区域，通过氧化该PS区域内部的部分或全部硅细柱、形成含有二氧化硅的多孔质区域，通过在含有该二氧化硅的多孔质区域中掺杂杂质元素、再进行热处理，来形成以氧化硅为主要成分、在含有上述杂质元素的氧化物的致密的玻璃质中充填上述存在PS区域的硅基板的形成方法。
技术介绍
有一种技术，形成改变细孔径的若干多孔质硅(PS)的区域，在具有大的细孔径的PS部分选择性地掺杂杂质，将其氧化成为氧化硅，形成光导波路等。这样的技术由本申请专利技术者们们专利技术的已有技术文献特开平10-133047号公报、特开平11-14848号公报、特开平11-242125号公报、特开2000-47045号公报中已经有公开。但是，在这些文献中都没有涉及到，通过掺杂杂质产生的二氧化硅玻璃的玻璃化转变点温度的下降效果和玻璃膨胀系数的增大效果等。根据玻璃专业书记载，玻璃构成物质大致区分为网纹组织氧化物(NWFNetwork Formers)与网纹修饰氧化物(NWMNetworkModifiers)。NWF是SiO2、GeO2、P2O5、B2O3等的氧化物。另外，NWM是Li2O、Na2O、K2O、Rb2O、Cs2O等的1a族碱金属氧化物、和MgO、CaO、SrO、BaO等的2a族的碱土类氧化物等。已知在以SiO2为主要成分的二氧化硅玻璃中如果添加比较少量的NWM，则二氧化硅玻璃的性质就会有很大的变化。关于该二氧化硅玻璃性质的变化，特别地已知玻璃化转变温度(Tg)下降、热膨胀系数(α)增加。另外，已知在以SiO2为主要成分的二氧化硅玻璃中如果添加NWF的GeO2、P2O5、B2O3，也同样地降低玻璃化转变温度Tg、增加热膨胀系数α。但是，相对于SiO2的添加摩尔数比的比较上，NWM的效果比NWF大得多。以氧化硅为主要成分的二氧化硅类光纤维的最小传送损失波长区域1.5μm带中，其传送损失的约75％起因于因为二氧化硅玻璃的高玻璃化转变温度Tg而被冻结的密度波动。为使这样的密度波动减少，以使Tg下降、减少传送损失为目的，在M.E.Lines撰写的论文(1)J.Non-Crystalline Solids，Vol.171，pp209-218(1994)中记载着，在二氧化硅玻璃中掺杂碱金属的详细研究。另外，由同一个作者在(2)J.Non-Crystalline Solids，Vol.171，pp219-227(1994)中报道了，同时添加碱金属和氟时的同样的研究。并且，K.Saito等在论文(3)J.Appl.Phys.，Vol.81，pp7129-7134(1997)中调查了，离子注入了碱金属的一种Na+的、纯粹的二氧化硅玻璃由热处理引起的光学特性的变化。在该论文中公开了，与二氧化硅玻璃母体相比，通过将仅仅注入10～50ppm的Na+试样在600℃、24小时，接着680℃、24小时地进行热处理，在减少起因于二氧化硅玻璃密度波动的散乱的同时，该散乱减少涉及厚度1mm的全部二氧化硅基板的情况。这样，通过添加极微量碱金属元素，能够大大地降低二氧化硅玻璃的玻璃化转变温度Tg。
技术实现思路
在上述各论文中详细说明了，通过添加碱金属杂质引起Tg下降、以及由Tg下降而使光纤维的最小传送损失减少的效果。但没有记载由杂质添加引起的二氧化硅玻璃的膨胀系数的变化及其影响。另外，虽然强调通过在二氧化硅玻璃中添加少量碱金属氧化物或碱土类金属氧化物使Tg大幅度地降低的效果，但同时也指出了没有数％程度以下的添加少量这些杂质的先例。另一方面，也有多数的论文论述了，为了制成以纯二氧化硅玻璃构成核心部分、降低包层部分的折射率的二氧化硅类光纤维，在应该成为包层的多孔质二氧化硅中添加氟的效果。作为其代表有，塙等撰写的(3)电子通信学会论文志Vol.J68-C，pp597-604(1985)，(4)同一杂志、Vol.J71-C，pp212-220(1988)，M.Kyoto等撰写的(5)J.Mater.Sci，Vol.28，pp2738-2744(1993)等。在这些论文中，详细叙述了通过添加氟产生的二氧化硅玻璃折射率降低的效果、粘度降低的效果，但没有叙述与添加氟的膨胀系数α的关系等。例如，根据由P.K.Bachmann等撰写的关于光纤维用二氧化硅玻璃的性质的论文J.Materials Sci.，Vol.23，pp2584-2588(1988)记载掺杂氟的二氧化硅玻璃的膨胀系数α，从室温至某一温度反而显示比纯粹的二氧化硅玻璃小的值，该某一温度以上时、α迅速地变大。另外，还记载着同时掺杂GeO2和氟时α增加。为了作为超LSI的钝化膜使用硼磷硅酸玻璃薄膜，K.Kobayashi在Glass Technology，Vol.29，No.6，pp253-257(1988)中详细论述了其性质。这里，多成分体系玻璃比纯粹的二氧化硅玻璃在更低的温度熔解、具有大的膨胀系数，因此，容易使玻璃与硅之间的膨胀系数一致，在超LSI制作工序中具有低变形或无变形化的可能性。另外，也报告了，如果在上述硼磷硅酸玻璃中再掺杂氟，熔解温度就下降更多。但是，该论文的论点是关于作为超LSI的钝化薄膜的性质。作为本专利技术主题的薄膜的概念，并不是关于将非常厚的、大体积的玻璃区域，在硅结晶的凹部充填而形成的课题。另外，田中等在Yogyo-Kyokai-Shi Vol.94，No.6，pp564-570(1986)中报告了以下的研究结果。首先，通过热处理多成分的硼硅酸玻璃使之分相后，由硫酸处理选择性地除去硼酸成分，使其成为以二氧化硅为主要成分的多孔质玻璃。接着，在该多孔质玻璃中使用水溶液使其浸透硝酸钠(NaNO3)、进行烧成，制成无孔质玻璃，论述了其性质。论述了低浓度的Na2O杂质使致密多孔质玻璃的热收缩温度、还有能够使致密后的玻璃的玻璃化转变温度Tg大幅度下降的效果。该论文的观点是关于玻璃自身的特性，关于本专利技术那样的玻璃与硅的复合体系没有任何叙述。关于上述玻璃的文献，都是论述单体玻璃的，或者复合玻璃时玻璃之间的特性的文献。不是论述关于本专利技术那样的，在硅基板的凹部，在通常的使用状态下，埋入具有数10μm×数10μm大截面积的玻璃的新型复合结构的课题。具有上述那样的结构时，必须作为对于硅来说被称为玻璃的、相互热特性差异大的不同的异种物质结合而成的、复合体系的新课题来处理。即，必须解决起因于温度差和体积变动之差的各种课题，其中，温度差是，从使多孔质玻璃热收缩·致密的较高的温度、至使用硅基板的常温的温度差；体积变动之差是，基于硅与玻璃的膨胀系数不同的体积变动之差。玻璃在玻璃化转变温度(以下记为Tg。通常定义为玻璃粘度η达到1013泊(P)时的温度)以上时，具有流动粘性，容易变形。但是，在Tg以下的温度时，实际上失去流动性，不能变形。在硅基板上以相同的厚度(数μm以上)形成由氧化硅组成的二氧化硅玻璃，如果将其以玻璃化转变点Tg温度以上的温度处理，使其成为热平衡状态后，降温到常温，则硅基板将大幅度地弯曲。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅基板，其特征在于：　　　　在结晶质硅基板的至少一个主面一侧形成硅结晶的凹部，具有以被埋入该凹部的氧化硅该为主要成分的玻璃质区域，同时，所述玻璃质区域的玻璃化转变温度Ｔｇ比纯粹的二氧化硅玻璃的玻璃化转变温度低、是９００℃以下。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：永田清一，
申请(专利权)人：浜松光子学株式会社，永田清一，
类型：发明
国别省市：JP[日本]