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[국내논문] PECVD를 이용한 고굴절률차 SiON 평면 광도파로 박막 제작
Fabrication of high-refractive index difference SiON planar optical waveguide film using PECVD 원문보기

한국반도체및디스플레이장비학회 2006년도 춘계학술대회, 2006 May 01, 2006년, pp.211 - 215  

이노도 (한국기술교육대학교 신소재공학과) ,  구영진 (한국기술교육대학교 신소재공학과) ,  김영철 (한국기술교육대학교 신소재공학과) ,  서화일 (한국기술교육대학교 정보기술공학부)

초록
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평면 광도파로 코어로 사용되는 SiON (Silicon oxynitride)과 클래딩으로 사용되는 $SiO_2$ (Silicon oxide)의 굴절률 차이가 2.5 %인 고굴절률차 평면 광도파로용 SiON 박막을 PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition)로 제작하였다. PECVD에 사용된 가스는 $SiH_4,\;NH_3,\;N_{2}O$이고, Si 기판의 $SiO_2$ 막은 100 nm이다. 가스의 비율에 따라 SiON 막의 굴절률은 633 nm의 파장에서 1.476에서 1.777까지 변화하였다. 코어로 사용되는 SiON의 두께는 $2.5{\mu}m$이고 클래딩과의 굴절률 차이는 2.5 %였다.

AI 본문요약
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제안 방법

  • 본 연구에서는 실리카 광도파로의 코어로 사용되는 SiON 층을 NH3, N20 가스 비율을 조절하여 다양한 두께의 막을 PECVD 법으로 제작하였으며, 코어와 클래딩의 굴절률 차이가 2.5 %인 고 굴절률을 가지는 광도파로 박막 제작조건을 확립하였다.
  • 증착하기 전에 Wafer 의 표면에 존재하는 자연 산화막 (native oxide)을제거하기 위해 CF4 로 2 분간 건식 식각하였다. CF4 식각 조건으로 공정온도와 압력, 그리고 RF Power 를 각각 300 ℃, 150 mTorr, 70 W 로 유지하였으며, SiON 박막의 증착 조건은 300 ℃, 120 mtorr, 70 W 로 하였다. 이 조건을 이용하여 가스의 유량비를 바꾸어 가면서 Si02 와의 굴절률 차이가 2.
  • CF4 식각 조건으로 공정온도와 압력, 그리고 RF Power 를 각각 300 ℃, 150 mTorr, 70 W 로 유지하였으며, SiON 박막의 증착 조건은 300 ℃, 120 mtorr, 70 W 로 하였다. 이 조건을 이용하여 가스의 유량비를 바꾸어 가면서 Si02 와의 굴절률 차이가 2.5 %인 SiON 막의 증착 조건을 알아냈다. 이때 전체 유량은 100 seem 으로 고정하였고, 가스의 유량비는 Table 1에 나타내었다.
  • Ellipsometer 를 이용하여 SiON 의 굴절률과 두께를 측정하였다. 이후에 이 광도 파가 제작되었을 때 계면에서 빛의 전반사가 제대로 일어날 수 있는지 판단하기 위해 Si02와 SiON 박막의 거칠기 (roughness)를 SPM (scanning probe microscope)으로 측정하였다.
  • Ellipsometer 를 이용하여 SiON 의 굴절률과 두께를 측정하였다. 이후에 이 광도 파가 제작되었을 때 계면에서 빛의 전반사가 제대로 일어날 수 있는지 판단하기 위해 Si02와 SiON 박막의 거칠기 (roughness)를 SPM (scanning probe microscope)으로 측정하였다.
  • 각각의 가스 유량에 따른 박막의 굴절률과 두께를 Ellipsometer 로 측정하였다. 먼저 조성변화에 따른 박막의 두께를 측정하여, 조성의 변화에 따른 박막의 증착률을 얻을 수 있었다.
  • 먼저 조성변화에 따른 박막의 두께를 측정하여, 조성의 변화에 따른 박막의 증착률을 얻을 수 있었다. 조성의 변화에 따른 각 박막의 증착률은 Fig.
  • Si02 박막과 SiON 박막의 굴절률 차이가 2.5 %인 고굴절률차 평면 광도파로를 제작하기 위해 PECVD 를 이용하여 SiON 의 박막을 증착하였다. SiH4> NH3, 蜘0 의 함유량이 1:2:7 일 때 굴절률이 1.
  • 99%), NH3, 그리고 N20 가스를 사용하였고, B-doped p-type si 1 icon (100) 4inch wafer 를기판으로 사용하였다. 증착하기 전에 Wafer 의 표면에 존재하는 자연 산화막 (native oxide)을제거하기 위해 CF4 로 2 분간 건식 식각하였다. CF4 식각 조건으로 공정온도와 압력, 그리고 RF Power 를 각각 300 ℃, 150 mTorr, 70 W 로 유지하였으며, SiON 박막의 증착 조건은 300 ℃, 120 mtorr, 70 W 로 하였다.

대상 데이터

  • 1에 나타내었다. Sie (99.99%), NH3, 그리고 N20 가스를 사용하였고, B-doped p-type si 1 icon (100) 4inch wafer 를기판으로 사용하였다. 증착하기 전에 Wafer 의 표면에 존재하는 자연 산화막 (native oxide)을제거하기 위해 CF4 로 2 분간 건식 식각하였다.

데이터처리

  • 5 는 SPM 으로 측정한 표면 거칠기에 관한 것으로 모두 5 nm 이하의 값을 나타냈다. 거칠기를 측정하는 부분에 따라 오차가 발생할 수 있어 5회 측정 후 평균값을 나타내었다.

이론/모형

  • SiQ 와 SiON 막은 PECVD 법으로 증착하였으며 , PECVD 의 개략도는 Fig. 1에 나타내었다. Sie (99.
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