(57)【要約】【課題】  光導波路構造や光ファイバーの新しい形成方法、既存の半導体電気回路形成技術を発展させる技術に有用な、空間制御性に優れかつ高温で熱処理する必要のない簡便な非晶質シリカの結晶化方法を提供する。【解決手段】  非晶質シリカにイオンを添加した後、酸化性雰囲気中で非晶質シリカを熱処理して結晶化させる。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
非晶質シリカにイオンを添加した後、酸化性雰囲気中で非晶質シリカを熱処理して結晶化させることを特徴とする非晶質シリカの結晶化方法。
【請求項２】
イオンを非晶質シリカの所定部位に添加し、そのイオンを添加した所定部位の非晶質シリカを結晶化させることを特徴とする請求項１に記載の非晶質シリカの結晶化方法。
【請求項３】
熱処理温度は８００℃〜１０００℃の温度範囲であることを特徴とする請求項１または２に記載の非晶質シリカの結晶化方法。
【請求項４】
イオンがバナジウムイオンであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の非晶質シリカの結晶化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、非晶質シリカの結晶化方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
非晶質シリカは、半導体産業において絶縁酸化膜などとして頻繁に使用される一方で、光ファイバー材料、シリカガラスとして光学分野にも広く用いられ、幅広い分野での適用が期待されている。このためには、光導波路構造や光ファイバーの形成方法、半導体電気回路形成技術など新規な製造技術の発展とそのための非晶質シリカの空間制御性に優れた結晶化技術が必要であるが、未だ具体的な検討がなされていないのが実情である。
【０００３】
ところでこの非晶質シリカを結晶化させる場合、従来ではガラス転移温度約１５００℃以上で長時間熱処理を行う必要があった（例えば、特許文献１参照）。この方法は対象試料全体を高温で熱処理するため非晶質シリカの空間制御性が乏しく、例えば、素子構造の形成することや試料の任意の部位および深さを選択して結晶化させることは困難で、非晶質シリカのより幅広い分野での適用の妨げとなっていた。
【特許文献１】特開平３−８７０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、本願発明は、以上のとおりの背景よりなされたものであって、光導波路構造や光ファイバーの新しい形成方法、既存の半導体電気回路形成技術を発展させる技術に有用な、空間制御性に優れかつ高温で熱処理する必要のない簡便な非晶質シリカの結晶化方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願発明は、上記の課題を解決するものとして、第１には、非晶質シリカにイオンを添加した後、酸化性雰囲気中で非晶質シリカを熱処理して結晶化させることを特徴とする。
【０００６】
そして、本願発明は、第２には、上記の非晶質シリカの結晶化方法において、イオンを非晶質シリカの所定部位に添加し、そのイオンを添加した所定部位の非晶質シリカを結晶化させることを特徴とする。
【０００７】
また、本願発明は、第３には、上記の非晶質シリカの結晶化方法において、熱処理温度は８００℃〜１０００℃の温度範囲であることを、第４には、イオンがバナジウムイオンであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
上記のとおり、第１の発明によれば、非晶質シリカにイオンを添加した後、酸化性雰囲気中で非晶質シリカを熱処理することにより、簡便に非晶質シリカを結晶化させることができる。
【０００９】
第２に発明によれば、イオンを非晶質シリカの所定部位に添加することで、その金属イオンを添加した所定部位の非晶質シリカを選択的に結晶化させることができる。
【００１０】
また、第３の発明によれば、熱処理温度が８００℃〜１０００℃の温度範囲であることにより、従来と比べてより低い温度で非晶質シリカを結晶化させることができる。
【００１１】
第４の発明によれば、イオンがバナジウムイオンであることにより、より効果的に非晶質シリカを結晶化させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本願発明は上記のとおりの特徴をもつものであって、光ＩＣ、光ＬＳＩなどの光導波路構造や光ファイバー材料の形成のための技術として有用である。
【００１３】
本願発明は、非晶質シリカにイオンを添加した後、酸化性雰囲気中で非晶質シリカを熱処理している。ここで何よりも重要なのは、非晶質シリカの結晶化促進のためにイオンを添加することおよび熱処理雰囲気が酸化性であることである。真空中で熱処理しても結晶化は誘起されないのである。
【００１４】
本願発明における非晶質シリカへのイオンの添加方法としては、表面から浅い領域にイオンが添加できる方法であれば特に限定されることはない。例えば、スパッター蒸着法、共蒸着法、熱拡散法などが挙げられるが、空間制御性という観点からイオン注入方法であることが好ましい。さらにビーム走査技術やマスク技術を併用することで非晶質シリカの所定部位にイオンを正確に添加することができる。本願発明は、上記のとおりイオンの添加によって結晶化が促進されるので、非晶質シリカの所定部位にイオンを添加することで、非晶質シリカの所定部位を選択的に結晶化させることもできる。
【００１５】
また、非晶質シリカの結晶化は、従来ではガラス転移温度約１５００℃以上で長時間熱処理する必要があったが、本願発明の非結晶シリカの結晶化方法では、例えば、８００℃程度の熱処理で結晶化させることが可能である。このことは、非晶質シリカをより幅広い分野で適用させるのに有用である。例えば、シリコン基板上に形成された非晶質シリカ薄膜に本願発明の方法を適用すると、シリコン基板を実質的に酸化させることのない熱処理温度で非晶質シリカ薄膜に結晶シリカの光回路を形成することが可能となる。熱処理温度の上限については、特に限定されるものではないが非晶質シリカの幅広い分野で適用を考慮すると１０００℃程度であることが考慮される。例えば、１０００℃を超える場合には上記シリコン基板の酸化が顕著になり実用的ではないので好ましくない。熱処理温度が８００℃未満の場合には結晶化させることができない場合があるため好ましくない。
【００１６】
非晶質シリカに添加するイオンとしては金属元素のイオンであればよく、なかでもバナジウムイオンを添加することで効果的に結晶化させることができる。このときのイオン添加量としては、好適には添加量１〜１０％程度の範囲である。バナジウムイオンの添加量が１％未満または１０％を超える場合には十分に結晶化させることができない場合があるため好ましくない。
【００１７】
以下に実施例を示し、この発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。もちろん、この発明は以下の例に限定されるものではない。
【実施例】
【００１８】
＜実施例＞
非晶質シリカ試料（商品名ＫＵ−１（登録商標）、ＳｉＯ2、ＯＨ濃度８２０ｐｐｍ）
を直径１５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの円盤形状で両面光学研磨したものを用いた。バナジウムイオンはセシウム補助プラズマ・スパッター型イオン源において１価の負イオンの形で発生させた。６０ＫｅＶまで加速した後、マグネットにより質量分離を行い、圧力１０-4Ｐａ程度の真空槽中に置かれた非晶質シリカ試料にイオン注入した。試料は水冷されている銅製の試料ホルダーに取り付け、イオンビームによる試料加熱は極力低減するようにした。イオン注入量は３．７×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2である。非晶質シリカ試料はイオン
注入後に大気中に取り出され、石英管状炉中に移された後に酸素ガス流中（流量約１００
ｓｃｃｍ）８００℃で１時間熱処理した。結晶化の有無は、薄膜用低角度入射Ｘ線回折装置において入射角度２度で評価した。Ｘ線源としてクロム管球を使用し、回折角度１０度から１６０度の範囲の回折強度を位置敏感比例係数管により同時に測定した。そのＸ線回折の結果を図１中の（ｄ）曲線に示す。
（ｄ）曲線に示すように、角度３２度のピークが鋭くなり、図中の矢印の位置に一連のピークが現れた。これらのピーク位置はシリカ結晶の回折パターンと一致し、結晶化が起きたことを示している。
＜比較例１＞
実施例と同様にして非晶質シリカ試料にイオン注入した。このバナジウム・イオン注入部を熱処理せずに薄膜用低角度入射Ｘ線回折装置で測定した。このＸ線回折結果を図１中の（ａ）曲線に示す。（ａ）曲線は、角度３２度付近に非晶質シリカによる幅広な回折ピークを示し、それ以外のピークは観測されなかったことから、結晶化が誘起されていないことがわかる。
＜比較例２＞
非晶質シリカのバナジウム・イオン注入部を真空中８００℃で１時間熱処理した以外は実施例と同様である。このＸ線回折結果を図１中の（ｂ）曲線に示す。この結果から（ａ）曲線と同様に結晶化が誘起されていないことが観測された。
＜比較例３＞
非晶質シリカにバナジウム・イオンを注入せずに酸素中８００℃で１時間熱処理した以外は実施例と同様である。このＸ線回折結果を図１中の（ｃ）曲線に示す。この結果から（ａ）曲線と同様に結晶化が誘起されていないことが観測された。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本願発明の実施例の低角度入射Ｘ線回折の測定結果である。
【図１】
2006232577.tif 000002