平面光波導材料特性與元件製程之研究 陳鋒、洪瑞華
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摘 要
本論文主要探討矽石薄膜做為平面光波導之各層材料時，生長參數對各層 矽石薄膜之影響，並研究元件之製程【包括退火
、黃光製程、活性離子蝕 刻】，對平面光波導元件之影響。實驗方法係以 N2O、SiH4 當做材料源 並採用電漿輔助化學氣 相沈積系統沈積矽石薄膜，吾人發現平面光波導元 件之重要特性─折射率，主要受到 N2O/SiH4 流量比、電漿能量及氣 氛氣 體之影響，研究中發現在 He氣氛中沈積矽石薄膜，因電漿較穩定而避免 氣相反應之發生，可減少矽石薄膜中顆粒，
而得到材料特性較好之矽石薄 膜。吾人由薄膜應力─溫度關係量測中，發現未經熱處理之矽石薄膜 (Silica / Buffer Thermal SiO2 / Si)，在升溫降溫變化過程中，其溫 度與應力關係呈不可逆之特性，此可能為薄膜本身存在有本質應力與熱應 力，
當升溫時材料本身因化學鍵之變化、緻密化等結構改變，使其升溫時 本質應力改變，而導致此不可逆之現象。將同樣結構 之試片，置於 1000 oC 溫度中退火後，再進行應力─溫度量測，升溫降溫之關係呈現明顯可 逆性，由此可見退火後之矽石 薄膜較退火前之矽石薄膜其本質應力穩定。 但吾人亦發現退火後若薄膜太厚則因應力過大(>5x1010 dyne/cm2)而有破 裂現 象故吾人摻入少量硼，使薄膜在高溫出現熔融狀態，而降低薄膜熱應 力(約1.5x109 dyne/cm2)，來解決薄膜破裂之問題。
但是實驗中發現當 B2H6流量增大時，折射率反而愈高（此與預期不合），這可能是因為硼的 加入會導致電漿中氧原子不 足，N-O基就補充氧原子之不足，而鍵結入矽 石薄膜中，造成折射率的上升，這可由FTIR光譜量測結果得到佐證。此外
，從FITR光譜量測中發現摻雜硼之矽石薄膜多出Si-O-B(910cm-1)與N-O( 1368cm-1)鍵結，退火後Si-H、O-H、N-H、N-O 鍵結有減少或消失之趨勢， 因為O-H、N-H鍵結之減少可使平面光波導之損耗降低，而N-O鍵就補充氧 原子不足，而鍵結 入薄膜中，造成薄膜之折射率降低，所以為達光波導元 件設計之要求，退火是不可避免之步驟。在蝕刻製程方面，配合適 當黃光 製程參數，可製成側邊垂直度大於81
關鍵詞 : 平面光波導
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