JP3153885B2 - ガラス基板およびその製造方法 - Google Patents
ガラス基板およびその製造方法Info
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- JP3153885B2 JP3153885B2 JP24609791A JP24609791A JP3153885B2 JP 3153885 B2 JP3153885 B2 JP 3153885B2 JP 24609791 A JP24609791 A JP 24609791A JP 24609791 A JP24609791 A JP 24609791A JP 3153885 B2 JP3153885 B2 JP 3153885B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ガラス基板及びその製
造方法に関し、特にアルカリ金属イオンの拡散が防止さ
れ、電子装置の基板に適したガラス基板およびその製造
方法に関する。
造方法に関し、特にアルカリ金属イオンの拡散が防止さ
れ、電子装置の基板に適したガラス基板およびその製造
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の基板として、アルカリ金
属を含む珪酸塩ガラス内部でその表面近くにリン珪酸ガ
ラス層を形成し、該リン珪酸ガラスより表面側に窒化珪
素層を形成したガラス基板や該リン珪酸ガラス層下部に
更に窒化珪素層を形成した例（特開昭６３−２２２０４
６）がある。
属を含む珪酸塩ガラス内部でその表面近くにリン珪酸ガ
ラス層を形成し、該リン珪酸ガラスより表面側に窒化珪
素層を形成したガラス基板や該リン珪酸ガラス層下部に
更に窒化珪素層を形成した例（特開昭６３−２２２０４
６）がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来のガラス基板
のうち、はじめに窒化珪素層／リン珪酸ガラス層／ガラ
ス基板という積層構造を持つ基板について述べる。リン
珪酸ガラス層はアルカリ金属イオンを層内に捕獲する効
果（P. Balk and J. M. Eldridge, Proc. IEEE57 (196
9) p1588.）を、窒化珪素層は構造的に緻密であること
から、アルカリ金属イオンの拡散を抑制する効果（E. Y
on, W. H. Ko and A. B. Kuper, IEEE Trans. Electro
n Devices,ED-13, (1966) p276.および J. V. Dalton
and J.D robek, J. Electrochem. Soc. 115 (1968) p86
5.） をそれぞれ持っている。しかしながら、ガラス基
板と接したリン珪酸ガラス層内に捕獲可能なアルカリ金
属イオンの数は、捕獲を司るサイトの数によって制限さ
れている。従って、ガラス基板より供給されるアルカリ
金属イオンの数がこのサイト数を越えると、リン珪酸ガ
ラス層がアルカリ金属イオンを層内に捕獲することがで
きなくなるという重大な問題点があった。また、窒化珪
素層／リン珪酸ガラス層／窒化珪素層／ガラス基板とい
った積層構造は、高いアルカリ金属の拡散阻止効果を有
するが、製造コストが肥大するという重大な問題点があ
った。
のうち、はじめに窒化珪素層／リン珪酸ガラス層／ガラ
ス基板という積層構造を持つ基板について述べる。リン
珪酸ガラス層はアルカリ金属イオンを層内に捕獲する効
果（P. Balk and J. M. Eldridge, Proc. IEEE57 (196
9) p1588.）を、窒化珪素層は構造的に緻密であること
から、アルカリ金属イオンの拡散を抑制する効果（E. Y
on, W. H. Ko and A. B. Kuper, IEEE Trans. Electro
n Devices,ED-13, (1966) p276.および J. V. Dalton
and J.D robek, J. Electrochem. Soc. 115 (1968) p86
5.） をそれぞれ持っている。しかしながら、ガラス基
板と接したリン珪酸ガラス層内に捕獲可能なアルカリ金
属イオンの数は、捕獲を司るサイトの数によって制限さ
れている。従って、ガラス基板より供給されるアルカリ
金属イオンの数がこのサイト数を越えると、リン珪酸ガ
ラス層がアルカリ金属イオンを層内に捕獲することがで
きなくなるという重大な問題点があった。また、窒化珪
素層／リン珪酸ガラス層／窒化珪素層／ガラス基板とい
った積層構造は、高いアルカリ金属の拡散阻止効果を有
するが、製造コストが肥大するという重大な問題点があ
った。
【０００４】上記従来の問題点を解決するために、本発
明は、高いアルカリ金属の拡散阻止効果を有し、製造コ
ストが安価なガラス基板およびその製造方法を提供する
ことを目的とする。
明は、高いアルカリ金属の拡散阻止効果を有し、製造コ
ストが安価なガラス基板およびその製造方法を提供する
ことを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１のガラス基板
は、アルカリ金属を含んだ珪酸塩ガラスからなるガラス
基板の内部でその表面近くに、窒化珪素層を形成し、該
窒化珪素層より基板表面側にリン珪酸ガラス層を形成し
たことを特徴とする。請求項２のガラス基板の製造方法
は、請求項１記載のガラス基板をイオン注入により製造
することを特徴とする。
は、アルカリ金属を含んだ珪酸塩ガラスからなるガラス
基板の内部でその表面近くに、窒化珪素層を形成し、該
窒化珪素層より基板表面側にリン珪酸ガラス層を形成し
たことを特徴とする。請求項２のガラス基板の製造方法
は、請求項１記載のガラス基板をイオン注入により製造
することを特徴とする。
【０００６】該窒化珪素層および該リン珪酸ガラス層の
厚さは、薄いと本発明の効果が現れにくく、厚いと生産
性が低下するので、２ｎｍ〜５０００ｎｍ厚であること
が望ましい。ガラス基板は、アルカリ金属元素を含む組
成であれば、特に制限はない。
厚さは、薄いと本発明の効果が現れにくく、厚いと生産
性が低下するので、２ｎｍ〜５０００ｎｍ厚であること
が望ましい。ガラス基板は、アルカリ金属元素を含む組
成であれば、特に制限はない。
【０００７】イオン注入による該窒化珪素層の形成は、
窒素濃度を高め、窒素を熱的に安定化させるために、珪
素と窒素を２重注入する方法（特開平２−３０７５０）
が望ましい。
窒素濃度を高め、窒素を熱的に安定化させるために、珪
素と窒素を２重注入する方法（特開平２−３０７５０）
が望ましい。
【０００８】また、イオン注入による該リン珪酸ガラス
層の形成は、注入したリンを酸化させ、ゲッタリング効
率を高めるために、リンと酸素を２重注入する方法（特
開平２−２７７７６５）が望ましい。
層の形成は、注入したリンを酸化させ、ゲッタリング効
率を高めるために、リンと酸素を２重注入する方法（特
開平２−２７７７６５）が望ましい。
【０００９】
【作用】本発明は、ガラス基板の表層にリン珪酸ガラス
層および窒化珪素層を複数層形成したガラス基板であ
り、リン珪酸ガラス層は、半導体膜等基板上に形成され
る電子装置の電気特性に悪影響を与えるナトリウム等の
アルカリ金属イオンを捕獲する働きがある。この働き
は、リン珪酸ガラスの構造中に含まれる非架橋酸素に起
因する。一方、窒化珪素層は、アルカリ金属イオンの拡
散を抑える働きがある。これは、窒化珪素の構造的な緻
密性に起因する。ガラス基板に接した窒化珪素層は基板
からのアルカリ金属の拡散を抑制し、これより表層に形
成したリン珪酸ガラス層は、窒化珪素層より表層部に存
在するアルカリ金属を捕獲する役割を果たす。リン珪酸
ガラス層が表層にあることで、イオン注入におけるリン
の注入量を従来より大幅に減少することができる。従っ
て、低いリン濃度のリン珪酸ガラスでアルカリ金属を十
分捕獲できるので、リン珪酸ガラスの性質である溶水性
・吸湿性を抑制することができる。また、イオン注入に
よる窒化珪素層、リン珪酸ガラス層の形成は、基板と各
層の密着性を高め、最表面でのリンの濃度を低下させ、
溶水性・吸湿性をさらに抑制するよう作用する。
層および窒化珪素層を複数層形成したガラス基板であ
り、リン珪酸ガラス層は、半導体膜等基板上に形成され
る電子装置の電気特性に悪影響を与えるナトリウム等の
アルカリ金属イオンを捕獲する働きがある。この働き
は、リン珪酸ガラスの構造中に含まれる非架橋酸素に起
因する。一方、窒化珪素層は、アルカリ金属イオンの拡
散を抑える働きがある。これは、窒化珪素の構造的な緻
密性に起因する。ガラス基板に接した窒化珪素層は基板
からのアルカリ金属の拡散を抑制し、これより表層に形
成したリン珪酸ガラス層は、窒化珪素層より表層部に存
在するアルカリ金属を捕獲する役割を果たす。リン珪酸
ガラス層が表層にあることで、イオン注入におけるリン
の注入量を従来より大幅に減少することができる。従っ
て、低いリン濃度のリン珪酸ガラスでアルカリ金属を十
分捕獲できるので、リン珪酸ガラスの性質である溶水性
・吸湿性を抑制することができる。また、イオン注入に
よる窒化珪素層、リン珪酸ガラス層の形成は、基板と各
層の密着性を高め、最表面でのリンの濃度を低下させ、
溶水性・吸湿性をさらに抑制するよう作用する。
【００１０】
【実施例】以下に本発明のガラス基板およびその製造プ
ロセスを図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明
のガラス基板の一実施例を示す概略断面図である。
ロセスを図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明
のガラス基板の一実施例を示す概略断面図である。
【００１１】はじめに、ナトリウムを約７×１０20atom
/cm3含むガラス基板１の上方から窒素と珪素を注入し、
窒化珪素層２を形成した。ここで、窒素と珪素のイオン
注入条件を決定する手順について説明する。まず、ガラ
ス上に堆積するＳｉ膜を固相で結晶化することを考慮す
れば、６００℃で１０時間の熱処理を行う場合につい
て、窒化珪素中のＮａ拡散長を概算した。文献（E. Y
on, W. H. Ko and A.B. Kuper, IEEE Trans. Electron
Devices,ED-13, (1966) p276. J. V. Dalto n and
J. Drobek, J. Electrochem. Soc. 115 (1968) p865.）
のデータによれば、窒化珪素中のＮａ拡散係数Ｄ（６０
０℃）は１０-19cm2/sである。時間をｔ（１０時間）と
すれば、拡散長Ｌは Ｌ＝（Ｄｔ）1/2＝０．６nm となる。純粋な窒化珪素であれば、この厚さでＮａ拡散
を阻止できる。一方、イオン注入で形成した窒化珪素層
の窒素濃度を２５原子％と決めるとすれば、層の厚み
は、最低でも約４倍の３nmが必要である。ここでは、さ
らに余裕をみて、この約３倍の１０nmとした。この条件
を満たすよう、珪素と窒素を次条件でイオン注入した。 珪素：Ｓｉ+、５５keV、１×１０17ions/cm2 窒素：Ｎ+、３５keV、７．５×１０16ions/cm2 Ｎ+、２５keV、５．５×１０16ions/cm2 ここで、珪素を注入する理由および窒素を２段階の加速
エネルギーで注入する理由は、窒素の注入を１段階の加
速エネルギーで注入するとバブルが発生することによ
る。（特開平２−３０７５０、または、K. Oyoshi, T.T
agami and S. Tanaka, J. Appl. Phys. 68 (1990) 365
3.）次に、リンと酸素の注入により、窒化珪素層より浅
い領域にリン珪酸ガラス層３を形成した。ここで、リン
と酸素のイオン注入条件を決定する手順について説明す
る。前記窒化珪素層はガラス表面から８０ｎｍ付近の深
さに形成されている。単位面積当りにガラス表面から８
０ｎｍまでの領域に含まれているＮａの総量は、ナトリ
ウムの密度が７×１０20atom/cm3であるから ８０nm×７×１０20atom／cm3＝０．５×１０16atom／cm2 となる。このＮａをすべて捕獲するためには、これと同
数の捕獲サイトが必要である（捕獲サイトのモデル：P.
Balk and J. M. Eldridge, Proc. IEEE 57 (1969) p1
588.より）。従って、リンの注入量は最低０．５×１０
16ions／cm2必要である。ここでは、さらに余裕をみ
て、２倍の１×１０16ions／cm2とした。酸素の注入量
は、化学量論比を考慮して、リンの２．５倍とした。こ
れらの検討結果を受けて、窒化珪素層より浅い、４０ｎ
ｍ付近の深さに、次の条件でリンと酸素をイオン注入し
た。 リン： Ｐ+、３０keV、１ ×１０16ions/cm2 酸素： Ｏ+、１７keV、２．５×１０16ions/cm2 ここで、酸素を注入する理由は、酸素を注入することに
より、リンが酸化され、ゲッタリングの効率が増加する
ことによる。（特開平２−２７７７６５、または、大吉
啓司 、田上高志、田中修平、真空 第３４巻（１９９
１）４１３頁）このガラス表面に、１００ｎｍ厚の非晶
質珪素膜を形成し、６００℃、１０時間の熱処理により
珪素を固相で結晶化させ半導体膜４を形成した。この試
料を２次イオン質量分析装置により評価し、窒化珪素
層、リン珪酸ガラス層を形成せずに珪素膜を堆積し熱処
理した同様の試料と比較したところ、半導体膜中のナト
リウム濃度が１／１００以下に減少した。
/cm3含むガラス基板１の上方から窒素と珪素を注入し、
窒化珪素層２を形成した。ここで、窒素と珪素のイオン
注入条件を決定する手順について説明する。まず、ガラ
ス上に堆積するＳｉ膜を固相で結晶化することを考慮す
れば、６００℃で１０時間の熱処理を行う場合につい
て、窒化珪素中のＮａ拡散長を概算した。文献（E. Y
on, W. H. Ko and A.B. Kuper, IEEE Trans. Electron
Devices,ED-13, (1966) p276. J. V. Dalto n and
J. Drobek, J. Electrochem. Soc. 115 (1968) p865.）
のデータによれば、窒化珪素中のＮａ拡散係数Ｄ（６０
０℃）は１０-19cm2/sである。時間をｔ（１０時間）と
すれば、拡散長Ｌは Ｌ＝（Ｄｔ）1/2＝０．６nm となる。純粋な窒化珪素であれば、この厚さでＮａ拡散
を阻止できる。一方、イオン注入で形成した窒化珪素層
の窒素濃度を２５原子％と決めるとすれば、層の厚み
は、最低でも約４倍の３nmが必要である。ここでは、さ
らに余裕をみて、この約３倍の１０nmとした。この条件
を満たすよう、珪素と窒素を次条件でイオン注入した。 珪素：Ｓｉ+、５５keV、１×１０17ions/cm2 窒素：Ｎ+、３５keV、７．５×１０16ions/cm2 Ｎ+、２５keV、５．５×１０16ions/cm2 ここで、珪素を注入する理由および窒素を２段階の加速
エネルギーで注入する理由は、窒素の注入を１段階の加
速エネルギーで注入するとバブルが発生することによ
る。（特開平２−３０７５０、または、K. Oyoshi, T.T
agami and S. Tanaka, J. Appl. Phys. 68 (1990) 365
3.）次に、リンと酸素の注入により、窒化珪素層より浅
い領域にリン珪酸ガラス層３を形成した。ここで、リン
と酸素のイオン注入条件を決定する手順について説明す
る。前記窒化珪素層はガラス表面から８０ｎｍ付近の深
さに形成されている。単位面積当りにガラス表面から８
０ｎｍまでの領域に含まれているＮａの総量は、ナトリ
ウムの密度が７×１０20atom/cm3であるから ８０nm×７×１０20atom／cm3＝０．５×１０16atom／cm2 となる。このＮａをすべて捕獲するためには、これと同
数の捕獲サイトが必要である（捕獲サイトのモデル：P.
Balk and J. M. Eldridge, Proc. IEEE 57 (1969) p1
588.より）。従って、リンの注入量は最低０．５×１０
16ions／cm2必要である。ここでは、さらに余裕をみ
て、２倍の１×１０16ions／cm2とした。酸素の注入量
は、化学量論比を考慮して、リンの２．５倍とした。こ
れらの検討結果を受けて、窒化珪素層より浅い、４０ｎ
ｍ付近の深さに、次の条件でリンと酸素をイオン注入し
た。 リン： Ｐ+、３０keV、１ ×１０16ions/cm2 酸素： Ｏ+、１７keV、２．５×１０16ions/cm2 ここで、酸素を注入する理由は、酸素を注入することに
より、リンが酸化され、ゲッタリングの効率が増加する
ことによる。（特開平２−２７７７６５、または、大吉
啓司 、田上高志、田中修平、真空 第３４巻（１９９
１）４１３頁）このガラス表面に、１００ｎｍ厚の非晶
質珪素膜を形成し、６００℃、１０時間の熱処理により
珪素を固相で結晶化させ半導体膜４を形成した。この試
料を２次イオン質量分析装置により評価し、窒化珪素
層、リン珪酸ガラス層を形成せずに珪素膜を堆積し熱処
理した同様の試料と比較したところ、半導体膜中のナト
リウム濃度が１／１００以下に減少した。
【００１２】
【発明の効果】本発明によれば、窒化珪素層、リン珪酸
ガラス層の作用により、ガラス基板から半導体膜（装
置）へのアルカリ金属イオンの拡散を効果的に抑制する
ことができる。また、イオン注入により、リン珪酸ガラ
ス層、窒化珪素層を形成することにより、半導体膜の剥
離が生じない安価なガラス基板を歩留まりよく製造する
ことができる。
ガラス層の作用により、ガラス基板から半導体膜（装
置）へのアルカリ金属イオンの拡散を効果的に抑制する
ことができる。また、イオン注入により、リン珪酸ガラ
ス層、窒化珪素層を形成することにより、半導体膜の剥
離が生じない安価なガラス基板を歩留まりよく製造する
ことができる。
【図１】本発明のガラス基板の一実施例を示す概略断面
図である。
図である。
１ ガラス板 ２ 窒化珪素層 ３ リン珪酸ガラス層 ４ 半導体膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−222046（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C03C 15/00 - 23/00 H01L 29/786
Claims (2)
- 【請求項１】 アルカリ金属を含んだ珪酸塩ガラスから
なるガラス基板の内部でその表面近くに、窒化珪素層を
形成し、該窒化珪素層より基板表面側にリン珪酸ガラス
層を形成したことを特徴とするガラス基板。 - 【請求項２】 請求項１記載のガラス基板をイオン注入
により製造することを特徴とするガラス基板の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24609791A JP3153885B2 (ja) | 1991-09-25 | 1991-09-25 | ガラス基板およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24609791A JP3153885B2 (ja) | 1991-09-25 | 1991-09-25 | ガラス基板およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0585777A JPH0585777A (ja) | 1993-04-06 |
| JP3153885B2 true JP3153885B2 (ja) | 2001-04-09 |
Family
ID=17143448
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24609791A Expired - Fee Related JP3153885B2 (ja) | 1991-09-25 | 1991-09-25 | ガラス基板およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3153885B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2730990B1 (fr) * | 1995-02-23 | 1997-04-04 | Saint Gobain Vitrage | Substrat transparent a revetement anti-reflets |
| JP2006059947A (ja) | 2004-08-19 | 2006-03-02 | Seiko Epson Corp | 半導体装置及び半導体装置の駆動方法 |
| JP2007238378A (ja) * | 2006-03-09 | 2007-09-20 | Central Glass Co Ltd | 高破壊靱性を有するガラス板およびその製造方法 |
-
1991
- 1991-09-25 JP JP24609791A patent/JP3153885B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0585777A (ja) | 1993-04-06 |
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