DE60217037T2 - Verfahren zum Auftragen eines Siliziumdioxidfilms optischer Qualität mittels PECVD - Google Patents

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Description

  • Diese Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Filmen mit hoher optischer Qualität und insbesondere auf ein Verfahren zum Abscheiden von einem Siliziumdioxidfilm mit optischer Qualität durch PECVD. Die Erfindung kann auf die Herstellung von photonischen Bauelementen, zum Beispiel Mux/Demux-Bauelementen für die Verwendung von Kommunikationen mittels Lichtleitern verwendet werden.
  • Die Herstellung von integrierten optischen Bauelementen, wie optischen Multiplexern (Mux) und Demultiplexern (Dmux) erfordert die Herstellung von Elementen mit optischer Qualität, wie Wellenleiter und Gitter, die in den Bändern 1,30 μm und 1,55 μm in höchstem Maße transparent sind. Diese optischen Elemente auf Siliziumdioxidbasis sind grundsätzlich aus drei Schichten zusammengesetzt: Puffer, Kern und Hüllschicht. Zur Vereinfachung sind Puffer- und Hüllschichtlagen typischerweise aus der gleichen Zusammensetzung und haben den gleichen Refraktionsindex. Um den Laserstrahl auf die 1,55 μm (und/oder 1,30 μm) Wellenlänge zu begrenzen, muss der Kern einen höheren Refraktionsindex haben als der Puffer- und Hüllschichtlage. Der benötigte Unterschied im Refraktionsindex wird als das 'Delta-n' bezeichnet und ist eines der wichtigsten Kennzeichen dieser optischen Elemente auf Siliziumdioxidbasis.
  • Es ist sehr schwierig, optische Elemente auf Siliziumdioxidbasis im optischen Bereich der 1,55μm Wellenlänge (und/oder 1,30 Wellenlänge) herzustellen und dabei eine geeignete Differenz Delta-n beizubehalten und durch spannungsinduzierte mechanische Probleme zu verhindern. Unsere parallel anhängige US Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen Nr. 09/799,491, eingereicht am 07. März, 2000 ( US 2002 064359 ) mit der Bezeichnung " Method of Making a Funktional Device with Deposited Layers subject to High Temperature Anneal", beschreibt eine verbesserte Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition-Technik für diese Elemente auf Siliziumdioxidbasis, welche den Erhalt des benötigten 'Delta-n' ermöglicht und gleichzeitig beseitigt die unerwünschten Restschwingungserzeuger Si:N-H (be obachtet als FTIR-Peak, zentriert bei 3380 cm–1, dessen zweite Oberwelle eine optische Absorption zwischen 1,445 und 1,515 μm veranlassen könnte), Schwingungserreger SiN-H (zentriert bei 3420 cm–1, deren zweite Oberwelle eine optische Absorption zwischen 1,445 und 1,479 μm veranlassen könnte) und Schwingungserreger SiO-H (zentriert bei 3510 cm–1 und deren zweite Oberwelle eine optische Absorption zwischen 1,408 und 1,441 μm veranlassen könnte), nach einer Wärmebehandlung bei hoher Temperatur in einer Stickstoffumgebung, typischerweise bei 800°C.
  • Mit einer solchen Wärmebehandlung bei hoher Temperatur sind einige verbleibende durch spannungsinduzierte mechanische Probleme bei tiefgeätzten optischen Elementen verbunden (mechanische Bewegung der Seitenwände) und einige verbleibende durch spannungsinduzierte mechanische Probleme an der Puffer/Kern-Grenzfläche oder an der Kern/Hüllschicht-Grenzfläche (mikrostrukturelle Defekte, Mikro-Lückenbildung und -Separation).
  • Die gegenwärtig veröffentlichte Literatur beschreibt verschiedene PECVD-Ansätze, um diese hochleistungsfähigen, optisch transparenten optischen Bauelemente auf Siliziumbasis zu erhalten: Valette S., New integrated optical multiplexerdemultiplexer realized on silicon substrate, ECIO '87, 145, 1987; Grand G. Low-loss PECVD silica channel waveguides for optical communications, Electron. Lett., 26 (25) 2135, 1990; Bruno F., Plasma-enhanced chemical vapor deposition of low-loss-SiON optical waveguides at 1,5- μm wavelength, Applied Optics, 30 (31), 4560, 1991; Kapser K., Rapid deposition of high-quality silicon-oxinitride waveguides, IEEE Trans. Photonics Tech. Lett., 5 (12), 1991; Lai Q., Simple technologies for fabrication of low-loss silica waveguides, Elec. Lett., 28 (11), 1000, 1992; Lai Q., Formation of optical slab waveguides using thermal oxidation of SIOx, Elec. Lett., 29 (8), 714, 1993; Liu K., Hybrid optoelectronic digitally tunable receiver, SPIE, Vol2402, 104, 1995; Tu Y., Single-mode SiON/SiO2/Si optical Waveguides prepared by plasma-enhanced Chemical vapor deposition, Fiber and integrated optics, 14, 133, 1995; Hoffmann M., Low temperature, nitrogen doped waveguides on silicon with small core dimensions fabricated by PECVD/RIE, ECIO'95, 299, 1995; Bazylenko M., Pure and fluorine-doped silica films deposited in a hollow cathode reactor for integrated optic applications, J. Vac. Sci. Technol. A 14 (2), 336, 1996; Poenar D., Optical properties of thin film silicon-compatible materials, Appl. Opt. 36 (21), 5112, 1997; Hoffmann M., Low-loss fiber-matched low-temperature PECVD waveguide with small-core dimensions for optical communications systems, IEEE Photonics Tech., Lett., 9 (9), 1238, 1997; Pereyra I., High quality low temperature DPECVD Silicon dioxide, J. Non-Crystalline Solids, 212, 225, 1997; Kenyon T., A luminescence study of silicon-rich silica and rare-earth doped silicon-rich silica, Fourth Int. Symp. Quantum Confinement Electrochemical Society, 97-11, 304, 1997; Alayo M., Thick SiOxNy and SiO2 films obtained by PECVD technique at low temperatures, Thin Solid films, 332, 40, 1998; Bulla D., Deposition of thick TEOS PECVD silicon oxide layers for integrated optical waveguide applications, 'Thin Solid Films, 334, 60, 1998; Valette S., State of the art of integrated optics technology at LETI for achieving passive optical components, J. of Modern Optics, 35 (6), 993, 1998; Ojha S., Simple method of fabricating polarization-insensitive and very low crosstalk AWG grating devices, Electron. Lett., 34 (1), 78, 1998; Johnson C., Thermal annealing of waveguides formed by ion implantation of silica-on-Si, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, B141, 670, 1998; Ridder, R., Silicon oxynitride planar waveguiding structures for application in optical communication, IEEE J. of Sel. Top. In Quantum Electron., 4 (6), 930, 1998; Germann R., Silicon-oxynitride layers of optical waveguide applications, 195th meeting of the Electrochemical Society, 99-1, May 1999, Abstract 137, 1999; Worhoff K., Plasma enhanced cyhemical vapor deposition silicon oxynitride optimized for application in integrated optics, Sensors and Actuators, 74, 9, 1999; und Offrein B., Wavelength tunable optical add-after-drop filter with flat passband for WDM networks, IEEE Photonics Tech. Lett., 11 (2), 239, 1999.
  • Ein Vergleich dieser verschiedenen PECVD-Techniken ist in 1 zusammengefasst, welche die Ansätze und Verfahren zeigt, die verwendet werden, um das 'Del ta-n' zwischen dem Puffer (Hüllschicht) und dem Kern mit einer Wärmebehandlung nach Abscheidung zu modifizieren.
  • Die verschiedenen Techniken können in Hauptkategorien eingruppiert werden:
    PECVD unter Verwendung unbekannter chemischer Verbindungen, unbekannter chemischer Reaktionen und unbekannter chemischer Verbindungen mit Bor (B) und/oder Phosphor (P) und unbekannter chemischer Reaktionen, mit denen das 'Delta-n' eingestellt wird (näher präzisiert liegen die Wärmebehandlungen nach Abscheidung im Bereich von 400 bis 1000°C); PECVD unter Verwendung von TEOS und unbekannten Mitteln zum Einstellen des 'Delta-n' (die Wärmebehandlungen nach Abscheidung sind nicht spezifiziert); PECVD unter Verwendung von Oxidation von SiH4 mit O2 gekoppelt mit einer Silizium-Ionenimplantation oder Einstellung einer Siliziumoxid-Stöchiometrie als Mittel für die Einstellung des 'Delta-n' (die Wärmebehandlungen nach Abscheidung liegen im Bereich von 400 bis 1000°C); PECVD unter Verwendung von Oxidation von SiH4 mit O2 gekoppelt mit dem Einbau von CF4 (SiH4/O2/CF4-Strömungsverhältnis) als Mittel zum Einstellen des 'Delta-n' (näher präzisiert liegen die Wärmebehandlungen nach Abscheidung im Bereich von 100 bis 1000°C); PECVD unter Verwendung von Oxidation von SiH4 mit N2O gekoppelt mit Variationen der N2O-Konzentration (SiH4/N2O-Strömungsverhältnis) als Mittel zum Einstellen der Siliziumoxid-Stöchiometrie und des 'Delta-n' (die Wärmebehandlungen nach Abscheidung liegen im Bereich von 400 bis 1100°C); PECVD unter Verwendung von Oxidation von SiH4 mit N2O gekoppelt mit Variationen der N2O-Konzentration und mit dem Einbau von Ar (SiH4/N2O/Ar-Strömungsverhältnis) als Mittel zum Einstellen der Siliziumoxid-Stöchiometrie und 'Delta-n' (die Wärmebehandlung nach Abscheidung beträgt 1000°C); PECVD unter Verwendung von Oxidation von SiH4 mit N2O gekoppelt mit dem Einbau von NH3 (SiH4/N2O/NH3-Strömungsverhältnis), um Siliziumoxinitride mit verschiedenen 'Delta-n' zu bilden (näher präzisiert liegen die Wärmebehandlungen nach Abscheidung im Bereich von 700 bis 1000°C); PECVD unter Verwendung von Oxidation von SiH4 mit N2O gekoppelt mit dem Einbau von NH3 und Ar (SiH4/N2O/NH3/Ar-Strömungsverhältnis), um Siliziumoxinitride mit ver schiedenen 'Delta-n' zu bilden (Die Wärmebehandlungen nach Abscheidung sind nicht spezifiziert); PECVD unter Verwendung von Oxidation von SiH4 mit N2O gekoppelt mit dem Einbau von NH3 und N2 Variationen chemischer Verbindungen (SiH4/N2O/NH3/N2-Strömungsverhältnis), um Siliziumoxinitride mit verschiedenen 'Delta-n' zu bilden (Die Wärmebehandlungen nach Abscheidung liegen im Bereich von 850 bis 1150°C); PECVD unter Verwendung von Oxidation von SiH4 mit N2O und O2 gekoppelt mit dem Einbau von CF4, N2 und He (SiH4/(N2O/N2)/O2/CF4-Strömungsverhältnis), um komplexe Mischungen von Kohlenstoff und Fluorin mit Siliziumoxid als Mittel zum Einstellen des 'Delta-n' zu bilden (Die Wärmebehandlung nach Abscheidung beträgt 425°C).
  • Unsere parallel angemeldete US Patentanmeldung, amtliches Aktenzeichen Nr. 09/833,711 ( US 2002 182342 ) unter der Bezeichnung 'Optical Quality Silica Films' beschreibt eine verbesserte Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition Technik für Siliziumdioxidfilme, welche zeigt, dass unabhängige Steuerung der SiH4, N2O und N2-Gase sowie der gesamte Abscheidungsdruck über eine automatische Steuerung der Pumpgeschwindigkeit der Vakuumpumpe in einem fünfdimensionalen Raum bestehend aus einer ersten unabhängigen Variablen, der SiH4-Strömung; einer zweiten unabhängigen Variablen, der N2O-Strömung; einer dritten unabhängigen Variablen, N2-Strömung; einer vierten unabhängigen Variablen; dem gesamten Abscheidungsdruck (gesteuert durch eine automatische Einstellung der Pumpgeschwindigkeit); und die beobachteten Filmeigenschaften; die Beseitigung der unerwünschten restlichen Si:N-H-Schwingungserzeuger (beobachtet als eine FTIR Peak, zentriert bei 3380 cm–1, deren zweiten Oberwelle eine optische Absorption zwischen 1,445 und 1,515 μm veranlassen könnten), SiN-H-Schwingungserzeuger (zentriert bei 3420 cm–1, deren zweite Oberwellen eine optische Absorption zwischen 1,445 und 1,479 μm veranlassen könnten) und SiO-H-Schwingungserzeuger (zentriert bei 3510 cm–1 und deren zweite Oberwellen eine optische Absorption zwischen 1,408 und 1,441 μm könnten) nach einer Wärmebehandlung bei einer niedrigen Nach-Abscheidungstemperatur von 800°C ermöglicht, um verbesserte Siliziumdioxidfil me mit einer reduzierten optischen Absorption im optischen Bereich der 1,55 μm Wellenlänge (und/oder 1,30 μm Wellenlänge) bereit zu stellen.
  • Eine weitere parallel angemeldete US Patentanmeldung, amtliches Aktenzeichen Nr. 09/867,662 ( US 2002 192393 ) unter der Bezeichnung 'Method of Depositing Optical Films' beschreibt eine neue verbesserte Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition Technik von Wellenleitern aus Siliziumdioxid, welche zeigt, dass die unabhängige Steuerung der SiH4, N2O, N2 und PH3-Gase sowie des gesamten Abscheidungsdrucks über eine automatische Steuerung der Pumpgeschwindigkeit der Vakuumpumpe in einem sechsdimensionalen Raum, nämlich einer ersten unabhängigen Variablen, der SiH4-Strömung; einer zweiten unabhängigen Variablen, der N2O-Strömung; einer dritten unabhängigen Variablen, der N2-Strömung; einer vierten unabhängigen Variablen, der PH3-Strömung; einer fünften unabhängigen Variablen, des gesamten Abscheidungsdrucks (gesteuert durch eine automatische Einstellung der Pumpgeschwindigkeit); und der beobachteten Wellenleitereigenschaften, der Schlüssel ist, um das benötigte 'Delta-n' zu erhalten, während gleichzeitig die unerwünschten restlichen Si:N-H-Schwingungserzeuger (beobachtet als eine FTIR-Peak zentriert bei 3380 cm–1, deren zweite Oberwellen eine optische Absorption zwischen 1,445 und 1,515 μm veranlassen könnten), SiN-H-Schwingungserzeuger (zentriert bei 3420 cm-1, deren zweite Oberwellen eine optische Absorption zwischen 1,445 und 1,479 μm veranlassen könnten) und SiO-H-Schwingungserzeuger (zentriert bei 3510 cm–1 und deren zweite Oberwellen eine optische Absorption zwischen 1,408 und 1,441 μm veranlassen könnten) nach einer Wärmebehandlung bei einer niedrigen Nach-Abscheidungstemperatur von 800°C beseitigt wird, so dass verbesserte Siliziumdioxid-Wellenleiter mit einer reduzierten optischen Absorption in dem optischen Bereich der 1,55 μm Wellenlänge (und/oder 1,30 Wellenlänge) bereit zu stellen.
  • Obwohl mit diesen Techniken Filme optischer Qualität hergestellt werden können, können sie zu spannungsinduzierten mechanischen Problemen für tiefgeätzte optische Bauteile führen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Abscheiden eines Siliziumdioxidfilmes mit optischer Qualität durch PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition) bereitgestellt, mit den Schritten:
    • a) unabhängiges Einstellen einer unveränderlichen Durchflussrate für ein Silizium enthaltendes Gas als Ausgangsmaterial auf einen ersten Sollwert;
    • b) unabhängiges Einstellen einer unveränderlichen Durchflussrate für ein Oxidationsgas auf einen zweiten Sollwert;
    • c) unabhängiges Einstellen einer unveränderlichen Durchflussrate für ein Trägergas auf einen dritten Sollwert;
    • d) unabhängiges Einstellen einer unveränderlichen Durchflussrate auf ein Dotiermittelgas auf einen vierten Sollwert;
    • e) unabhängiges Einstellen eines vorbestimmten Gesamtabscheidungsdruckes auf einen fünften Sollwert;
    • f) wobei die ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Sollwerte ausgewählt werden, indem die FTIR-Spektren von unter verschiedenen Bedingungen abgeschiedenen Siliziumdioxidfilmen beobachtet werden und Werte ausgewählt werden, die zu minimalen Absorptionspeaks für Oszillatoren in den abgeschiedenen Filmen führen;
    • g) Abscheiden eines Siliziumdioxidfilmes unter Anwendung der Sollwerte;
    • h) experimentelles Überwachen der beobachteten FTIR-Spektren des abgeschiedenen Siliziumdioxidfilmes für eine Mehrzahl von Wärmebehandlungstemperaturen nach der Abscheidung innerhalb eines Temperaturbereichs von 600°C bis 900°C und Auswählen einer optimalen Temperatur aus diesen Temperaturen, um den Siliziumdioxidfilm durch die Wärmebehandlung eingetragene mechanische Spannung auf ein Minimum zu halten; und
    • i) Ausführen einer Wärmebehandlung nach der Abscheidung auf dem Siliziumdioxidfilm bei der auf diese Weise ermittelten optimalen Temperatur.
  • Diese Technik ermöglicht, dass das erforderliche 'Delta-n' erhalten wird, während gleichzeitig die unerwünschten restlichen Si:N-H-Schwingungserzeuger (beobachtet als ein FTIR-Peak zentriert bei 3380 cm–1, dessen zweite Oberwellen eine optische Absorption zwischen 1,445 und 1,515 μm veranlassen könnte), SiN-H-Schwingungserzeuger (zentriert bei 3420 cm–1, deren zweite Oberwellen eine optische Absorption zwischen 1,445 und 1,479 μm veranlassen könnten) und SiO-H-Schwingungserzeuger (zentriert bei 3510 cm–1 und deren zweite Oberwellen eine optische Absorption zwischen 1,408 und 1,441 μm veranlassen könnten), nach einer optimierten Wärmebehandlung in Stickstoff zu beseitigen. Die Technik kann bereitstellen verbesserte optische Bauelemente auf Siliziumdioxidbasis mit einer reduzierten optischen Absorption im optischen Bereich der 1,55 μm Wellenlänge (und/oder 1,30 μm Wellenlänge), ohne die verbleibenden spannungsinduzierten mechanischen Probleme tiefgeätzter optischer Bauelemente (mechanische Bewegung der Seitenwände), ohne die verbleibenden spannungsinduzierten mechanischen Probleme an den Grenzflächen Puffer/Kern oder Kern/Hüllschicht (mikrostrukturelle Defekte, Mikro-Lückenbildung und -Separation) und ohne die verbleibenden spannungsinduzierten optischen Probleme (polarisationsabhängiger Leistungsverlust).
  • Die Erfindung wird nun in größerem Detail nur beispielhaft mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen:
  • 1 eine Vergleichstabelle ist, welche verschiedene PECVD-Methoden zum Steuern des Refraktionsindex und zum Verringern der optischen Absorption von Siliziumdioxidfilmen zeigt;
  • 2 die fundamentalen FTIR-Infrarot-Absorptionspeaks und ihre korrespondierenden höheren Oberwellenpeaks zeigt, die mit den Restverbindungen assoziiert sind, welche sich aus Hochtemperatur-Wärmebehandlungen der optischen PECVD-Bauelemente auf Siliziumdioxidbasis in einer Stickstoffumgebung ergeben;
  • 3a die grundlegenden FTIR-Spektren verschiedener Puffer (Hüllschichten) zeigt, die mit einem typischen PECVD-Prozess nach einer 180-minütigen Wärme behandlung in einer Stickstoffumgebung bei verschiedenen Temperaturen erhalten wird;
  • 3b die grundlegenden FTIR-Spektren verschiedener Puffer (Hüllschichten) zeigt, die mit der in unserer parallel anhängigen Patentanmeldung, amtliches Aktenzeichen Nr. 09/833,711, beschriebenen PECVD-Abscheidungstechnik und nach einer Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei 800°C erhalten wird;
  • 3c die grundlegenden FTIR-Spektren verschiedener Kerne zeigt, die bei 2,60 Torr mit der in unserer parallel anhängigen Patentanmeldung, amtliches Aktenzeichen Nr. 09/799,4091, beschriebenen PECVD-Abscheidungstechnik und nach einer Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei 800°C erhalten wird;
  • 3d die grundlegenden FTIR-Spektren verschiedener Kerne zeigt, die mit der PECVD-Abscheidungstechnik in Übereinstimmung mit den Grundzügen der Erfindung und nach einer 30-minütigen Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei verschiedenen Temperaturen erhalten wurden;
  • 4a die tiefgehenden FTIR-Spektren von 810 bis 1000 cm–1 verschiedener Puffer (dads), erhalten mit einem typischen PECVD-Prozess nach einer 180-minütigen Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei verschiedenen Temperaturen zeigt;
  • 4b die tiefgehenden FTIR-Spektren von 810 bis 1000 cm–1 verschiedener Puffer (dads) zeigt, die mit der PECVD-Abscheidungstechnik erhalten werden, die in unserer parallel anhängigen Patentanmeldung unter der Bezeichnung 09/833,711 nach einer Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei 800°C erhalten werden;
  • 4c die tiefgehenden FTIR-Spektren von 810 bis 1000 cm–1 verschiedener Kerne zeigt, die bei 2,60 Torr mit der in unserer parallel anhängigen US Patentanmeldung, amtliches Aktenzeichen Nr. 09/799,491 beschriebenen PECVD- Abscheidungstechnik nach einer Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei 800°C erhalten werden;
  • 4d die tiefgehenden FTIR-Spektren von 810 bis 1000 cm–1 verschiedener Kerne zeigt, die mit der neuen PECVD-Abscheidungstechnik nach einer 30-minütigen Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei verschiedenen Temperaturen erhalten werden;
  • 5c die tiefgehenden FTIR-Spektren von 1260 bis 1500 cm–1 verschiedener Kerne zeigt, die bei 2,60 Torr mit der in unserer parallel anhängigen US Patentanmeldung, amtliches Aktenzeichen Nr. 09/799,491 beschriebenen PECVD-Abscheidungstechnik nach einer Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei 800°C erhalten werden;
  • 5d die tiefgehenden FTIR-Spektren von 1260 bis 1500 cm–1 verschiedener Kerne zeigt, die mit der neuen PECVD-Abscheidungstechnik nach einer 30-minütigen Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei verschiedenen Temperaturen erhalten werden;
  • 6a die tiefgehenden FTIR-Spektren von 1500 bis 1600 cm–1 verschiedener Puffer (Hüllschichten) zeigt, die mit einem typischen PECVD-Prozess nach einer 180-minütigen Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei verschiedenen Temperaturen erhalten werden;
  • 6b die tiefgehenden FTIR-Spektren von 1500 bis 1600 cm–1 verschiedener Puffer (Hüllschichten) zeigt, die mit der in unserer parallel anhängigen US Patent Anmeldung, amtliches Aktenzeichen Nr. 09/833,711, beschriebenen PECVD-Abscheidungstechnik nach einer Wärmebehandlung in einer Stückstoffumgebung bei 800°C erhalten werden;
  • 6c die tiefgehenden FTIR-Spektren von 1500 bis 1600 cm–1 verschiedener Kerne zeigt, die bei 2,60 Torr mit der in unserer parallel anhängigen US Patentanmeldung, amtliches Aktenzeichen Nr. 09/799,491, beschriebenen PECVD-Abscheidungstechnik nach einer Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei 800°C erhalten werden;
  • 6d die tiefgehenden FTIR-Spektren von 1500 bis 1600 cm–1 verschiedener Kerne zeigt, die mit der neuen PECVD-Abscheidungstechnik nach einer 30-minütigen Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei verschiedenen Temperaturen erhalten werden;
  • 7a die tiefgehenden FTIR-Spektren von 1700 bis 2200 cm–1 verschiedener Puffer (Hüllschichten) zeigt, die mit einem typischen PECVD-Prozess nach einer 180-minütigen Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei verschiedenen Temperaturen erhalten wird;
  • 7b die tiefgehenden FTIR-Spektren von 1700 bis 2200 cm–1 verschiedener Puffer (Hüllschichten) zeigt, die mit der in unserer parallel anhängigen US Patentanmeldung, amtliches Aktenzeichen Nr. 09/833,711, beschriebenen PECVD-Abscheidungstechnik nach einer Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei 800°C erhalten werden;
  • 7c die tiefgehenden FTIR-Spektren von 1700 bis 2200 cm–1 verschiedener Kerne zeigt, die bei 2,60 Torr mit der in unserer parallel anhängigen US Patentanmeldung, amtliches Aktenzeichen Nr. 09/799,491, beschriebenen PECVD-Abscheidungstechnik nach einer Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei 800°C erhalten werden;
  • 7d die tiefgehenden FTIR-Spektren von 1700 bis 2200 cm–1 verschiedener Kerne zeigt, die mit der neuen PECVD-Abscheidungstechnik nach einer 30- minütigen Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei verschiedenen Temperaturen erhalten werden;
  • 8a die tiefgehenden FTIR-Spektren von 2200 bis 2400 cm–1 verschiedener Puffer (Hüllschichten) zeigt, die mit einem typischen PECVD-Prozess nach einer 180-minütigen Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei verschiedenen Temperaturen erhalten werden;
  • 8b die tiefgehenden FTIR-Spektren von 2200 bis 2400 cm–1 verschiedener Puffer (Hüllschichten) zeigt, die mit der in unserer parallel anhängigen US Patentanmeldung, amtliches Aktenzeichen Nr. 09/833,711, beschriebenen PECVD-Abscheidungstechnik nach einer Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei 800°C erhalten werden;
  • 8c die tiefgehenden FTIR-Spektren von 2200 bis 2400 cm–1 verschiedener Kerne zeigt, die bei 2,60 Torr mit der in unserer parallel anhängigen US Patentanmeldung, amtliches Aktenzeichen Nr. 09/799,491, beschriebenen PECVD-Abscheidungstechnik nach einer Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei 800°C erhalten werden;
  • 8d die tiefgehenden FTIR-Spektren von 2200 bis 2400 cm–1 verschiedener Kerne zeigt, die mit der neuen PECVD-Abscheidungstechnik nach einer 30-minütigen Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei verschiedenen Temperaturen erhalten werden;
  • 9a die tiefgehenden FTIR-Spektren von 3200 bis 3900 cm–1 verschiedener Puffer (Hüllschichten) zeigt, die mit einem typischen PECVD-Prozess nach einer 180-minütigen Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei verschiedenen Temperaturen erhalten werden;
  • 9b die tiefgehenden FTIR-Spektren von 3200 bis 3900 cm–1 verschiedener Puffer (Hüllschichten) zeigt, die mit der in unserer parallel anhängigen US Patentanmeldung, amtliches Aktenzeichen Nr. 09/833,711, beschriebenen PECVD-Abscheidungstechnik nach einer Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei 800°C erhalten werden;
  • 9c die tiefgehenden FTIR-Spektren von 3200 bis 3900 cm-1 verschiedener Kerne zeigt, die bei 2,60 Torr mit der in unserer parallel anhängigen US Patentanmeldung, amtliches Aktenzeichen Nr. 09/799,491, beschriebenen PECVD-Abscheidungstechnik nach einer Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei 800°C erhalten werden;
  • 9d die tiefgehenden FTIR-Spektren von 3200 bis 3900 cm–1 verschiedener Kerne zeigt, die mit der neuen PECVD-Abscheidungstechnik nach einer 30-minütigen Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei verschiedenen Temperaturen erhalten werden;
  • 10 die Spannungshysterese des Puffers (Hüllschicht) und Kerns in einer Stickstoffumgebung unter Verwendung einer 180-minütigen Stabilisierung bei 800°C zeigt;
  • 11 SEM-Bilder eines Gitters und eines Wellenleiters mit quasi vertikalen Seitenwänden, die durch den Puffer und den Kern hindurch tiefgeätzt sind;
  • 12 die zunehmend angeschrägte Seitenwandbildung von der elastischen Verformung tiefgeätzter optischer Puffer/Kern-Bauelemente, die sich von der (Druckspannung Puffer)/(Zugspannung Kern) Kombination ergibt;
  • 13 Seitenwand-Winkelmessungen von nebeneinander liegenden 5,0 μm breitem tiefengeätzten Wellenleiter und 1150 μm breiten tiefengeätzten Gitter zeigen;
  • 13a und 13b die relative Position zwischen einem isolierten 5,0 μm breiten tiefengeätzten Wellenleiter und seinem benachbarten 1150 μm breiten tiefengeätzten Gitter bei zwei unterschiedlichen Vergrößerungen zeigen; 13c die Seitenwand des 5,0 μm breiten tiefengeätzten Wellenleiters zeigt, die dem benachbarten Gitter zugewandt ist und eine Schräge von etwa 90° aufweist; 13d die Seitenwand des 1150 μm breiten tiefengeätzten Gitters zeigt, die dem benachbarten tiefengeätzten Wellenleiter zugewandt ist und eine viel kleinere Schräge von etwa 84° aufweist;
  • 14 zeigt, wie die Grenzflächenentspannung des Scherspannungsaufbaus an dem Grenzflächenpuffer/Kern oder Kern/Hüllschicht zu einer merklichen Modifikation der Mikrostruktur dieser Grenzflächen führt;
  • 15 zeigt, die Grenzflächenentspannung des Scherspannungsaufbaus an dem Grenzflächenpuffer/Kern oder Kern/Hüllschicht zu einer deutlichen Modifikation der Mikrostruktur und der Bildung von Mikrolücken im Kern und nahe dieser Grenzflächen führt;
  • 16 die Entspannungskontraktion des unter Zugspannung stehenden Kerns während einer SEM-Präparation zeigt;
  • 17 den Effekt des Einfallwinkels von Infrarotlicht an der Grenzfläche Luft/Kern auf die Reflektion und die Transmission von optischer Infrarotleistung (in dem Falle, in welchem das Infrarotlicht von der Luftseite der Seitenwand des Kerns eines Wellenleiters, eines Gitters oder eines anderen optischen Bauelements einfällt) zeigt; und
  • 18 den Effekt des Einfallwinkels von Infrarotlicht an der Grenzfläche Luft/Kern auf die Reflektion und die Transmission von optischer Infrarotleistung (in dem Falle, in welchem das Infrarotlicht von der Kernseite der Seitenwand eines Kerns eines Wellenleiters, eines Gitters oder eines anderen optischen Bauelements einfällt) zeigt.
  • Die Erfindung kann implementiert werden, um auf Siliziumdioxid basierende optische Bauelemente mit einer optischen PECVD-Qualität unter Verwendung eines auf dem Markt erhältlichen PECVD Systems zu erzeugen, dem "Concept One" System, hergestellt von Novellus Systems in Kalifornien, USA, und einer Standarddiffusionsröhre.
  • 2 listet einige fundamentale FTIR-Infrarot-Absorptionspeaks und ihre korrespondierenden höheren Oberwellenpeaks auf, die den verschiedenen Restverbindungen zugeordnet sind, die sich aus der Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition (PECVD) eines Puffers (Hüllschicht) aus einem Silan (SiH4) und Distickstoffoxid (N2O)-Gasgemisch bei relativ niedriger Temperatur von 400°C unter Verwendung der folgenden Reaktion ergeben: SiH4(g) + 2N2O(g)→SiO2 + 2N2(g) + 2H2(g) welchem Hochtemperatur-Wärmebehandlungen in einer Stickstoffumgebung folgen. Es wird zu sehen sein, dass die fundamentalen FTIR-Infrarot-Absorptionspeaks und ihre korrespondierenden höheren Oberwellenpeaks, die mit den Restverbindungen assoziiert sind, welche sich aus Hochtemperatur-Wärmebehandlungen von PECVD-Siliziumdioxidfilmen in einer Stickstoffumgebung ergeben, zu der optischen Absorption in den optischen Bändern 1,30 bis 1,55 μm beitragen. Die zweiten Schwingungsoberwellen der HO-H Schwingungserzeuger in Wasserdampf, der in den Mikroporen der Siliziumdioxidfilme (3550 bis 3750 cm–1) eingefangen ist, erhöhen die optische Absorption nahe 1,333 bis 1,408 μm. Die zweiten Schwingungsoberwellen der SiO-H-Schwingungserzeuger in den Siliziumdioxidfilmen (3470 bis 3550 cm–1) erhöhen die optische Absorption nahe 1,408 bis 1,441 μm. Die zweiten Schwingungsoberwellen der Si:N-H-Schwingungserzeuger in den Siliziumdioxidfilmen (3300 bis 3460 cm–1) erhöhen die optische Absorption nahe 1,445 bis 1,515 μm. Die zweiten Schwingungsoberwellen der SiN-H-Schwingungserzeuger in den Siliziumdioxidfilmen (3380 bis 3460 cm–1) erhöhen die optische Absorption nahe 1,445 bis 1,479 μm. Die dritten Schwingungsoberwellen der Si-H-Schwingungserzeuger in den Siliziumdioxidfilmen (2210 bis 2310 cm–1 erhöhen die optische Absorption nahe 1,443 bis 1,505 μm. Die vierten Schwingungsoberwellen der Si=O-Schwingungserzeuger in den Siliziumdioxidfilmen (1800 bis 1950 cm–1) erhöhen die optische Absorption nahe 1,282 bis 1,389 μm. Die fünften Schwingungsoberwellen der N=N-Schwingungserzeuger in den Siliziumdioxidfilmen (1530 bis 1580 cm–1) erhöhen die optische Absorption nahe 1,266 bis 1,307 μm.
  • Die negativen Effekte dieser Schwingungserzeuger auf die optischen Eigenschaften der optischen Bauteile auf Siliziumdioxidbasis sind in der Literatur wiedergegeben. Siehe zum Beispiel Grand G., Low-loss PECVD silica channel waveguides for optical communications, Electron. Lett., 26 (25), 2135, 1990; Bruno F., Plasmaenhanced chemical vapor deposition of low-loss SiON optical waveguides at 1.5- μm wavelength, Applied Optics, 30 (31), 4560, 1991; Imoto K., High refractive index difference and low loss optical waveguide fabricated by low temperature processes, Electronic Letters, 29 (12) 1993; Hoffmann M., Low temperature, nitrogen doped waveguides on silicon with small core dimensions fabricated by PECVD/RIE, ECIO'95, 299, 1995; Bazylenko M., Pure and fluorine-doped silica films deposited in a hollow cathode reactor for integrated optic applications, J. Vac. Sci.
  • Technol. A 14 (2), 336, 1996; Peryra I., High quality low temperature DPECVD silicon dioxide, J. Non-Crystalline Solids, 212, 225, 1997; Kenyon T., A luminescence study of silicon-rich silica and rare-earth doped silicon-rich silica, Electrochem. Soc. Proc. Vol. 97-11, 304, 1997; Alayo M., Thick SiOxNy and SiO2 films optained by PECVD technique at low temperatures, Thin Solid Films, 332, 40, 1998. Germann R., Silicon-oxynitride layers for optical waveguides applications, 195th meeting of the Electrochemical Society, 99-1 Mai 1999, Abstract 137, 1999; Worhoff K., Plasma enhanced chemical vapor deposition silicon oxynitride optimized for application in integrated optics, Sensors and Actuators, 74, 9, 1999.
  • Diese Literatur beschreibt die vorantastende Beseitigung der optischen Absorption (das heißt, der sechs Rest-Schwingungserzeuger) unter Verwendung von thermischen Zersetzungsreaktionen während Wärmebehandlungen unter einer Stickstoffumgebung bei einer maximalen Temperatur von weniger als 1350°C, dem Schmelzpunkt des Siliziumwafer.
  • Vergleichsbeispiele
  • Die optische Absorption eines typischen PECVD-Puffers (Hüllschicht) nach einer 180-minütigen Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei verschiedenen hohen Temperaturen
  • 3a, 4a, 6a, 7a, 8a und 9a zeigen die FTIR-Spektren von typischerweise abgeschiedenen PECVD-Siliziumdioxidfilmen vor und nach einer 180 Minuten langen Hochtemperatur-Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei einer Temperatur von entweder 600, 700, 800, 900, 1000 oder 1100°C. Es ist ersichtlich, dass, je höher die thermische Zersetzungstemperatur der Hochtemperatur-Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung ist, um so besser sind die grundlegenden FTIR-Spektren der behandelten Siliziumdioxidfilme.
  • 3a zeigt den erwarteten, graduell mehr oder weniger intensiven FWHM Si-O-Si "rocking mode" Absorptionspeak (zentriert bei 460 cm–1) und Si-O-Si "in-phase-stretching mode" Absorptionspeak (zentriert bei 1080 cm–1), wenn die Temperatur der 180 Minuten langen Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung von 600°C auf 1100°C erhöht wird.
  • 4a zeigt, dass die Eliminierung der Si-OH-Schwingungserzeuger (zentriert bei 885 cm–1) leicht ist und bereits nach der 180 Minuten langen Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei 600°C beendet ist. 4a zeigt auch, dass die Eliminierung der Si-ON-Schwingungserzeuger (zentriert bei 950 cm–1) viel schwieriger ist und dass, je höher die Temperatur der 180 Minuten langen Wärmebehand lung in einer Stickstoffumgebung ist, desto mehr Stickstoff als Si-ON-Schwingungserzeuger vorliegt (das heißt, als SiONH- und/oder SiON2-Verbindungen).
  • 6a zeigt, dass die Eliminierung der N=N-Schwingungserzeuger (zentriert bei 1555 cm–1) auch sehr schwierig ist und erfordert, dass die Temperatur der Hochtemperatur-Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung 1000°C erreicht.
  • 7a zeigt, dass es nur einen sehr kleinen Einfluss der Temperatur der Hochtemperatur-Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung auf die Si=O-Schwingungserzeuger (zentriert bei 1875 cm–1) und auf den unbekannten Schwingungserzeuger (zentriert bei 2010 cm–1) gibt.
  • 8a zeigt, dass die Eliminierung der Si-H-Schwingungserzeuger (zentriert bei 2260 cm–1 und deren dritte Oberwellen eine optische Absorption zwischen 1,443 und 1,508 μm veranlassen könnten) leicht ist und bereits nach der 180 Minuten langen Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei 600°C abgeschlossen ist.
  • 9a zeigt, dass die Eliminierung der Si:N-H-Schwingungserzeuger (zentriert bei 3380 cm–1, deren zweite Oberwellen eine optische Absorption zwischen 1,445 und 1,515 μm verlassen könnten) auch sehr schwierig ist und erfordert, dass die Temperatur der Hochtemperatur-Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung 1100°C erreicht. Die vollständige Eliminierung der Si:N-H-Schwingungserzeuger ist extrem schwierig, weil die Stickstoffatome dieser Schwingungserzeuger an die Siliziumatome des SiO2-Netzwerks über zwei kovalente Bindungen gebunden sind. 9a zeigt auch, dass die Eliminierung der SiN-H-Schwingungserzeuger (zentriert bei 3420 cm–1, deren zweite Oberwellen eine optische Absorption zwischen 1,445 und 1,479 μm veranlassen könnten) beinahe genauso schwierig ist und erfordert, dass die Temperatur der Hochtemperatur-Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung 1000°C erreicht. 9a zeigt auch, dass die Eliminierung der SiO-H-Schwingungserzeuger (zentriert bei 3510 cm–1 und deren zweite Oberwellen eine optische Absorption zwischen 1,408 und 1,441 μm veranlassen könnten) etwas einfacher ist und erfordert, dass die Temperatur der Hochtemperatur-Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung 900°C erreicht. Schließlich zeigt auch 9a, dass die Eliminierung der HO-H-Schwingungserzeuger (zentriert bei 3650 cm–1 und deren zweite Oberwellen eine optische Absorption zwischen 1,333 und 1,408 μm verlassen könnten) sehr leicht ist, da sie bereits nach der Hochtemperatur-Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei nur 600°C abgeschlossen ist.
  • Es geht aus den verschiedenen FTIR-Spektren hervor, dass es notwendig ist, Wärmebehandlungen mit extrem hoher Temperatur in einer Stickstoffumgebung zu verwenden, um die restliche optische Absorption von typischerweise abgeschiedenen PECVD-Siliziumdioxidfilmen zu eliminieren. Insbesondere wird gezeigt, dass die Eliminierung des restlichen Stickstoffs und Wasserstoffs von typischerweise abgeschiedenen PECVD-Siliziumdioxidfilmen sehr schwierig ist, da die restlichen Si:N-H-Schwingungserzeuger (deren zweite Oberwellen eine optische Absorption zwischen 1,445 und 1,515 μm veranlassen könnten) eine Temperatur von 110°C erfordern, weil die Stickstoffatome dieser Schwingungserzeuger an die Siliziumatome des SiO2-Netzwerks über zwei kovalente Bindungen gebunden sind, wobei die Eliminierung der SiN-H-Schwingungserzeuger (deren zweite Oberwellen eine optische Absorption zwischen 1,445 und 1,479 μm veranlassen könnten) eine Temperatur von 1000°C erfordert und die Eliminierung der SiO-H-Schwingungserzeuger (deren zweite Oberwellen eine optische Absorption zwischen 1,408 und 1,441 μm veranlassen könnten) eine Temperatur von 900°C erfordert.
  • Es ist sehr schwierig, optische Bauelemente auf Siliziumdioxidbasis mit hoher optischer Qualität aus typischerweise abgeschiedenen PECVD-Siliziumdioxidfilmen unter Verwendung von Wärmebehandlungen in Stickstoffumgebung bei Temperaturen von weniger als 1100°C zu erreichen.
  • Unsere parallel anhängige US Patentanmeldung, amtliches Aktenzeichen Nr. 09/833,711, beschreibt eine verbesserte Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition Technik für Siliziumdioxidfilme, welche die unabhängige Steuerung der SiH4-, N2O- und N2-Gase sowie des Gesamtabscheidungsdrucks über eine automatische Steuerung der Pumpengeschwindigkeit der Vakuumpumpe in einen fünfdimensionalen Raum umfasst. Die erste unabhängige Variable, die SiH4-Gasströmung ist auf 0,20 Normliter/min festgelegt. Die zweite unabhängige Variable, die N2O Gasströmung, ist auf 6,00 Normliter/min festgelegt. Die dritte unabhängige Variable, die N2 Gasströmung, ist auf 3,15 Normliter/min festgelegt. Die vierte unabhängige Variable, der Gesamtabscheidungsdruck, wird variiert zwischen 2,00 Torr, 2,10, Torr, 2,20 Torr, 2,30 Torr, 2,40 Torr, 2,50 Torr und 2,60 Torr. Die fünfte Dimension sind die beobachteten FTIR-Eigenschaften verschiedener Puffer (Hüllschichten), wie sie in der 3b, 4b, 6b, 7b, 8b und 9b angegeben sind.
  • Der fünfdimensionale Raum ermöglicht die Eliminierung dieser restlichen Stickstoff- und Wasserstoffatome, um optische Bauelemente auf Siliziumdioxidbasis mit hoher optischer Qualität aus typischerweise abgeschiedenen PECVD-Siliziumdioxidfilmen bei einer 180-minütigen Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei einer reduzierten Temperatur von 800°C zu erreichen.
  • 3b, 4b, 6b, 7b, 8b und 9b zeigen die FTIR-Spektren der PECVD-Siliziumdioxidfilme, die unter Verwendung eines im Markt erhältlichen PECVD-Systems abgeschieden wurden, nämlich dem "Concept One" System, hergestellt von Novellus Systems in Kalifornien, USA, unter Verwendung der festgelegten Durchsätze von Silan (SiH4), von Distickstoffoxid (N2O) und von Stickstoff (N2O), wie dies in dieser parallel anhängigen US Patentanmeldung, amtliches Aktenzeichen Nr. 09/833,711 beschrieben ist. Diese Spektren werden vor und nach einer 180-minütigen Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei einer reduzierten Temperatur von 800°C in einem Standarddiffusionsrohr erhalten. Es ist klar, dass die in unterer parallel anhängigen Anmeldung beschriebene Technik den Erhalt von Siliziumdioxidfilmen mit hoher optischer Qualität nach einer 180-minütigen Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei einer reduzierten Temperatur von 800°C ermöglicht und dass die unabhängige Steuerung des stromabwärts herrschenden Druckes dieser verbesserten PECVD-Abscheidungstechnik einen Haupteffekt auf die FTIR-Spektren der behandelten Siliziumdioxidfilme hat:
  • 3b zeigt einen mehr und weniger intensiven FWHM Si-O-Si "rocking mode" Absorptionspeak (zentriert bei 460 cm–1) und Si-O-Si "in-phase-stretching mode" Absorptionspeak (zentriert bei 1080 cm–1), wenn der gesamte Abscheidungsdruck von 2,00 Torr auf 2,40 Torr ansteigt, gefolgt von einer leichten Verschlechterung, wenn der Druck weiter bis auf 2,60 Torr erhöht wird;
  • 4b zeigt die graduelle Eliminierung der Si-OH-Schwingungserzeuger (zentriert bei 885 cm–1), wenn der Gesamtabscheidungsdruck von 2,00 Torr bis zu dem Optimaldruck von 2,40 Torr erhöht wird, gefolgt von einer leichten Verschlechterung, wenn der Druck weiter bis auf 2,60 Torr erhöht wird. 4b zeigt auch die graduelle Eliminierung der Si-ON-Schwingungserzeuger (zentriert bei 950 cm–1), wenn der Gesamtabscheidungsdruck von 2,00 Torr auf 2,40 Torr erhöht wird, gefolgt von einer leichten Verschlechterung, wenn der Druck weiter bis auf 2,60 Torr erhöht wird. Die optimale Trennung und Talbildung, die bei 2,40 Torr beobachtet wird, ist eine Anzeige dafür, dass die Siliziumdioxidfilme, die sich aus diesem optimalen Abscheidungsdruck ergeben, aus SiO2-Material mit hoher Qualität zusammengesetzt sind. Diese Gegensätze zu den oben erwähnten Ergebnissen typischer PECVD-Siliziumdioxidfilmen, welche nach wie vor eine Menge an Si-ON Schwingungserzeugern selbst nach Wärmebehandlungen mit viel höherer Temperatur in einer Stickstoffumgebung beinhalten;
  • 6b zeigt die allmähliche und totale Eliminierung der N=N-Schwingungserzeuger (zentriert bei 1555 cm–1), wenn der Gesamtabscheidungsdruck von 2,00 Torr auf 2,60 Torr erhöht wird. Dies steht auch im Kontrast zu den oben erwähnten Ergebnissen typischer PECVD-Siliziumdioxidfilme, welche eine 180-minütige Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei einer Temperatur von 1000°C erfordern, um ähnliche Ergebnisse zu erhalten;
  • 7b zeigt die allmähliche Eliminierung der Si=O-Schwingungserzeuger (zentriert bei 1875 cm–1) und auf dem unbekannten Schwingungserzeuger (zentriert bei 2010 cm–1), wenn der Gesamtabscheidungsdruck von 2,00 Torr auf 2,40 Torr erhöht wird, gefolgt durch eine leichte Verschlechterung, wenn der Druck weiter bis auf 2,60 Torr erhöht wird. Diese Effekte sind nicht so bedeutend, da nur die vierten Oberwellen der Si=O-Schwingungserzeuger in den optischen Bändern 1,30 bis 1,55 μm absorbieren könnten.
  • 8b zeigt, dass die Si-H-Schwingungserzeuger (zentriert bei 2260 cm–1 und deren dritte Oberwellen eine optische Absorption zwischen 1,443 und 1,508 μm veranlassen könnten) für alle Abscheidungsdrucke vollständig eliminiert sind;
  • 9b zeigt die spektakuläre allmähliche Eliminierung der Si:N-H-Schwingungserzeuger (zentriert bei 3980 cm–1, deren zweite Oberwellen eine optische Absorption zwischen 1,445 und 1515 μm veranlassen könnten), wenn der Gesamtabscheidungsdruck von 2,00 Torr auf 2,60 Torr erhöht wird. Dies steht im Gegensatz zu den oben erwähnten Ergebnissen typischer PECVD-Siliziumdioxidfilme, welche eine Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei einer Temperatur von 1100°C erfordern, um ähnliche Ergebnisse zu erhalten. 9b zeigt auch eine spektakuläre allmähliche Eliminierung der SiN-H-Schwingungserzeuger (zentriert bei 3420 cm–1, deren zweite Oberwellen eine optische Absorption zwischen 1,445 und 1,479 μm veranlassen könnten), wenn die der Gesamtabscheidungsdruck von 2,00 Torr auf 2,60 Torr erhöht wird. Dies steht auch im Gegensatz zu den oben erwähnten Ergebnissen typischer PECVD-Siliziumdioxidfilme, welche eine Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei einer Temperatur von 1000°C erfordern, um ähnliche Ergebnisse zu erhalten. 9b zeigt auch, dass die SiO-H-Schwingungserzeuger (zentriert bei 3510 cm–1 und deren zweite Oberwellen eine optische Absorption zwischen 1,408 und 1,441 μm veranlassen könnten) vollstän dig für alle Abscheidungsdrucke eliminiert sind. Dies steht auch im Gegensatz zu den oben erwähnten Ergebnissen typischer PECVD-Siliziumdioxidfilme, welche eine Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei einer Temperatur von 900°C erfordern, um ähnliche Ergebnisse zu erhalten. Schließlich zeigt auch 9b, dass die Eliminierung der HO-H-Schwingungserzeuger (zentriert bei 3650 cm–1 und deren zweite Oberwellen eine optische Absorption zwischen 1,333 und 1,408 μm veranlassen könnten) vollständig für alle Abscheidungsdrucke eliminiert sind.
  • Aus den verschiedenen FTIR-Spektren geht hervor, dass unsere parallel anhängige US Patentanmeldung, amtliches Aktenzeichen Nr. 09/833,711, die Verwendung von Wärmebehandlungen mit extrem hoher Temperatur in einer Stickstoffumgebung, um die restliche optische Absorption typischerweise abgeschiedener PECVD Siliziumdioxidfilme zu eliminieren, verbietet. Insbesondere wird gezeigt, dass die Eliminierung des restlichen Stickstoffs und Wasserstoff von typischerweise abgeschiedenen PECVD-Siliziumdioxidfilmen nach einer 180-minütigen Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei verringerter Temperatur von 800°C vollständig erreicht wird. Die restlichen Si:N-H-Schwingungserzeuger (deren zweite Oberwellen eine optische Absorption zwischen 1,445 und 1,515 μm veranlassen könnten) sind vollständig eliminiert, wenn der Gesamtabscheidungsdruck von 2,00 Torr auf 2,60 Torr erhöht wird. Die restlichen SiN-H-Schwingungserzeuger (deren zweite Oberwellen eine optische Absorption zwischen 1,445 und 1,479 μm veranlassen könnten) sind auch vollständig eliminiert, wenn der Gesamtabscheidungsdruck von 2,00 Torr auf 2,60 Torr erhöht wird. Die restlichen SiO-H-Schwingungserzeuger (deren zweite Oberwellen eine optische Absorption zwischen 1,408 und 1,441 μm veranlassen könnten) werden auch vollständig eliminiert, wenn der Gesamtabscheidungsdruck von 2,00 Torr auf 2,60 Torr erhöht wird.
  • Es ist dann sehr leicht, Siliziumdioxidfilme mit hoher optischer Qualität nach einer 180-minütigen Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei einer verringerten Temperatur von 800°C unter Verwendung der in unserer parallel anhängigen US Patentanmeldung, amtliches Aktenzeichen Nr. 09/833,711, beschriebenen Technik zu erreichen.
  • Unsere parallel anhängige US Patentanmeldung, amtliches Aktenzeichen Nr. 09/799,491 zeigt den spektakulären Effekt einer fünften unabhängigen Variablen, der Phosphin-Gasströmung, PH3, auf die Optimierung der optischen Eigenschaften der verschiedenen Puffer (Hüllschicht) und Kern-Wellenleiter in einem sechsdimensionalen Raum. Die erste unabhängige Variable der SiH4-Gasströmung ist auf 0,20 Normliter/min festgelegt. Die zweite unabhängige Variable, die N2O-Gasströmung ist auf 6,00 Normliter/min festgelegt. Die dritte unabhängige Variable, die N2-Gasströmung ist auf 3,15 Normliter/min festgelegt. Die vierte unabhängige Variable, die PH3-Gasströmung, wird zwischen 0,00 Normliter/min, 0,12 Normliter/min; 0,25 Normliter/min; 0,35 Normliter/min; 0,50 Normliter/min und 0,65 Normliter/min variiert.
  • Die fünfte unabhängige Variable, der Gesamtabscheidungsdruck, wird auf 2,60 Torr festgelegt.
  • Die sechste Dimension sind die beobachteten FTIR-Eigenschaften verschiedener Puffer (Hüllschicht) und Kern-Wellenleiter, wie sie dargestellt sind in: 3c 4c, 5c, 6c, 7c, 8c und 9c.
  • 3c 4c, 5c, 6c, 7c, 8c und 9c zeigen die FTIR-Spektren der PECVD-Siliziumdioxidfilme, die unter Verwendung eines im Markt erhältlichen PECVD-Systems abgeschieden wurden, nämlich dem "Concept One" System, hergestellt von Novellus Systems in Kalifornien, USA, unter Verwendung des festgelegten optimalen Gesamtabscheidungsdrucks und der festgelegten Durchflussraten von Silan (SiH4), von Distickstoffoxid (N2O) und von Stickstoff (N2O), wie dies in unserer parallel anhängigen US Patentanmeldung, amtliches Aktenzeichen Nr. 09/799,491, beschrieben ist. Diese Spektren werden erhalten nach einer Wärmebehandlung bei hoher Temperatur für 180 Minuten in einer Stickstoff umgebung bei einer festgelegten Temperatur von nur 800°C in einer Standard-Diffusionsröhre. Es ist klar, dass die in unserer parallel anhängigen Patentanmeldung beschriebene Technik das Erreichen von Siliziumdioxid-Wellenleitern hoher optischer Qualität nach 180 Minuten Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei einer reduzierten Temperatur von 800°C ermöglicht:
  • 3c zeigt, dass der intensive und kleine FWHM Si-O-Si "rocking mode" Absorptionspeak (zentriert bei 460–1) und der Si-O-Si "in-phase-stretching mode" Absorptionspeak (zentriert bei 1080 cm–1) des festgelegten Abscheidungsdrucks von 2,60 Torr aus 3b in 3c erhalten wird, wenn die PH3 Durchflussrate allmählich von 0,00 Normliter/min auf 0,65 Normliter/min erhöht wird. Dies bedeutet, dass bei einem festgelegten Abscheidungsdruck von 2,60 Torr die Steuerung des PH3-Gasflusses unabhängig von dem SiH4-Gasflusses und dem N2O-Gasflusses und dem N2-Gasflusses keinen Effekt auf die grundlegenden FTIR-Spektren der behandelten Siliziumdioxidfilme hat;
  • 4c zeigt, dass eine noch graduellere Eliminierung der Si-OH-Schwingungserzeuger (zentriert bei 885 cm–1) bei dem Gesamtabscheidungsdruck von 2,60 Torr beobachtet wird, wenn die PH3 Flussrate von 0,00 Normliter/min auf 0,65 Normliter/min erhöht wird. 4c zeigt auch, dass eine allmähliche Eliminierung der Si-ON-Schwingungserzeuger (zentriert bei 950 cm–1) auch bei dem Gesamtabscheidungsdruck von 2,60 Torr beobachtet wird, wenn die PH3-Flussrate von 0,00 Normliter/min bis zu dem Optimum von 0,25 Normliter/min erhöht wird, wobei danach eine sehr leichte Verschlechterung folgt, wenn die PH3-Flussrate weiter bis zu 0,65 Normliter/min erhöht wird. Die spektakulär verbesserte Eliminierung der restlichen Si-ON-Schwingungserzeuger nach einer 180-minütigen Wärmebehandlung bei nur 800°C steht im Kontrast zu den oben erwähnten Ergebnissen typischer PECVD-Siliziumdioxidfilme der 4a, welche nach wie vor eine große Menge von Si-ON-Schwingungserzeugern selbst nach einer Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei einer viel höheren Temperatur von 1100°C beinhalten. Dies steht auch im Kontrast zu den oben erwähnten Ergebnissen des PECVD- Puffers (Hüllschicht), der bei einem nicht optimierten Druck von weniger als 2,40 Torr abgeschieden wird, wie dies in unserer parallel anhängigen US Patentanmeldung, amtliches Aktenzeichen Nr. 09/833,711, in 4b beschrieben wird, welcher noch eine große Anzahl von Si-ON-Schwingungserzeuger einbaut, selbst nach einer 180-minütigen Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei einer viel höheren Temperatur als 800°C. Die optimale Trennung und Talbildung zwischen dem Si-O-Si "in-phase-stretching mode" Absorptionspeak (1080 cm–1) und dem Si-O-Si "bending mode" Absorptionspeak (810 cm–1) des festgelegten Abscheidungsdrucks von 2,60 Torr in 4b wird beibehalten und tatsächlich ein wenig verbessert, wenn die PH3-Flussrate allmählich von 0,00 Normliter/min auf 0,35 Normliter/min erhöht wird.
  • 5c zeigt, dass das graduelle Auftreten der P=O-Schwingungserzeuger (zentriert bei 1330–1 und ohne höhere Oberwellen, welche eine optische Absorption in den optischen Bändern 1,20 bis 1,55 μm veranlassen könnten) bei dem Gesamtabscheidungsdruck von 2,60 Torr beobachtet wird, wenn die PH3-Flussrate von 0,00 Normliter/min auf 0,65 Normliter/min erhöht wird. Dieser FTIR-Absorptionspeak wird verwendet, um den Phosphoreinbau in den Kern zu kalibrieren.
  • 6c zeigt, dass die N-N-Schwingungserzeuger (zentriert bei 1555 cm–1) beim Gesamtabscheidungsdruck von 2,60 Torr für alle PH3-Durchflusswerte von 0,00 Normliter/min bis 0,65 Normliter/min vollständig beseitigt sind. Dies steht im Gegensatz zu den oben erwähnten Ergebnissen typischer PECVD-Siliziumdioxidfilme der 6a, welche eine 180-minütige Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei einer Temperatur von 1000°C benötigen, um ähnliche Ergebnisse zu erreichen. Dies auch steht im Gegensatz zu den oben erwähnten Ergebnissen des bei einem nicht optimierten Druck von weniger als 2,40 Torr abgeschiedenen PECVD-Puffer (Hüllschicht) aus unserer parallel anhängigen US Patentanmeldung, amtliches Aktenzeichen Nr. 09/833,711' der 6b, welche noch eine große Anzahl von N=N-Schwingungserzeuger selbst nach einer 180-minütigen Wärmebehand lung in einer Stickstoffumgebung bei sehr viel höheren Temperatur von 800°C beinhaltet.
  • 7c zeigt, dass die Si=O-Schwingungserzeuger (zentriert bei 1875 cm–1) und der unbekannte Schwindungserzeuger (zentriert bei 2010 cm–1) bei dem Gesamtabscheidungsdruck von 2,60 Torr nicht durch die PH3-Durchflussrate von 0,00 Normliter/min bis 0,65 Normliter/min beeinflusst werden. Diese Effekte sind nicht so wichtig, da nur die vierte Oberwelle der Si=O-Schwingungserzeuger in den optischen Bändern 1,30 bis 1,55 μm absorbiert werden könnten.
  • 8c zeigt, dass die Si=H-Schwingungserzeuger (zentriert bei 2260 cm–1 und deren dritte Oberwellen eine optische Absorption zwischen 1,443 und 1,508 μm verlassen könnten) bei dem Gesamtabscheidungsdruck von 2,60 Torr noch vollständig beseitigt sind bei jeglichen PH3-Flussraten von 0,00 Normliter/min bis 0,65 Normliter/min.
  • 9c zeigt, dass die vollständige Beseitigung der Si:N-H-Schwingungserzeuger (zentriert bei 3380 cm–1, deren zweite Oberwellen eine optische Absorption zwischen 1,445 und 1,515 μm veranlassen könnten) bei dem Gesamtabscheidungsdruck von 2,60 Torr für alle PH3-Flussraten von 0,00 Normliter/min bis 0,65 Normliter/min beibehalten wird. Dies steht im Gegensatz zu den oben erwähnten Ergebnissen typischer PECVD-Siliziumdioxidfilme, welche eine Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei einer Temperatur von 1100°C benötigen, um ähnliche Ergebnisse zu erhalten. Dies steht auch im Gegensatz zu den oben erwähnten Ergebnissen der bei einem nicht optimierten Druck von weniger als 2,40 Torr abgeschiedenen PECVD-Puffer (Hüllschicht) aus unserer parallel anhängigen US Patentanmeldung, amtliches Aktenzeichen Nr. 09/833,711 der 9b, welche noch eine Menge Si:N-H-Schwingungserzeuger beinhalten, selbst nach einer 180-minütigen Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei einer viel höheren Temperatur von 800°C.
  • 9c zeigt auch, dass eine spektakuläre vollständige Beseitigung der SiN-H-Schwingungserzeuger (zentriert bei 3420 cm–1, deren zweite Oberwellen eine optische Absorption zwischen 1,445 und 1,479 μm veranlassen könnten) bei dem Gesamtabscheidungsdruck von 2,60 Torr für alle PH3-Flussraten von 0,00 Normliter/min bis 0,65 Normliter/min beibehalten wird. Dies steht im Gegensatz zu den oben erwähnten Ergebnissen typischer PECVD-Siliziumdioxidfilme, welche eine Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei einer Temperatur von 1000°C benötigen, um ähnliche Ergebnisse zu erhalten. Dies steht auch im Gegensatz zu den oben erwähnten Ergebnissen des PECVD-Puffers (Hüllschicht), der bei einem nicht optimierten Druck von weniger als 2,40 Torr abgeschieden wird, der aus unserer parallel anhängigen US Patentanmeldung, amtliches Aktenzeichen Nr. 09/833,711 der 9b bekannt ist, welcher noch eine Menge von SiN-H-Schwingungserzeuger beinhaltet, selbst nach einer 180-minütigen Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei einer viel höheren Temperatur von 800°C.
  • 9c zeigt auch, dass die vollständige Beseitigung der SiO-H-Schwingungserzeuger (zentriert bei 3510 cm–1, deren zweite Oberwellen eine optische Absorption zwischen 1,408 und 1,441 μm veranlassen könnten) bei einem Gesamtabscheidungsdruck von 2,60 Torr für alle PH3-Flussraten von 0,00 Normliter/min bis 0,65 Normliter/min beibehalten wird. Dies steht im Gegensatz zu den oben erwähnten Ergebnissen typischer PECVD Siliziumdioxidfilme, welche eine Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei einer Temperatur von 900°C benötigen, um ähnliche Ergebnisse zu erhalten. Schließlich zeigt 9c auch, dass die vollständige Beseitigung der HO-H-Schwingungserzeuger (zentriert bei 3650 cm–1, deren zweite Oberwellen eine optische Absorption zwischen 1,333 und 1,408 μm verlassen könnten) bei dem Gesamtabscheidungsdruck von 2,60 Torr für alle PH3-Flussraten von 0,00 Normliter/min bis 0,65 Normliter/min beibehalten wird.
  • Es ist aus den verschiedenen FTIR-Spektren klar, dass unsere parallel anhängige US Patentanmeldung, amtliches Aktenzeichen Nr. 09/799,491, die Verwendung ver schiedener PH3-Flussraten von 0,00 Normliter/min bis 0,65 Normliter/min erlaubt, um das benötigte 'Delta-n' nach einer 180-minütigen Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei einer reduzierten Temperatur von 800°C zu erhalten, während gleichzeitig eine exzellente optische Qualität beibehalten wird.
  • Mit der dieser 180-minütigen Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei einer reduzierten Temperatur von 800°C sind jedoch einige verbleibende spannungsinduzierte mechanische Probleme bei tiefgeätzten optischen Bauelementen (mechanische Bewegung der Seitenwände), einige verbleibende spannungsinduzierte mechanische Probleme an der Puffer/Kern-Grenzfläche oder an der Kern/Hüllschichts-Grenzfläche (mikrostrukturelle Defekte, Mikro-Lückenbildung und Abtrennung) und einige verbleibende spannungsinduzierte optische Probleme (polarisationsabhängiger Leistungsverlust) verbunden.
  • 10 zeigt die Spannungshysterese in einer Stickstoffumgebung des Puffers (Hüllschicht) und Kerns während des Erwärmens des Siliziumwafers von der Raumtemperatur auf 800°C, während seiner Stabilisierung für 180 Minuten bei 800°C und während seiner natürlichen Abkühlung von 800°C auf Raumtemperatur.
  • 10 zeigt, dass die mechanische Spannung des Puffers (Hüllschicht) bei etwa –250 MPa vor dem Spannungshysteresezyklus eine Druckspannung ist; über den vollständigen Spannungshysteresezyklus eine Druckspannung ist; beinahe linear abnimmt, wenn die Temperatur linear zunimmt; eine erwartete Situation, da der (beinahe konstante) Koeffizient der linearen Expansion des auf Siliziumdioxid basierenden Puffers (Hüllschicht) kleiner ist, als der des unterlagernden Siliziums; und zeigt drei plastische Verformungsregionen während des Spannungshysteresezyklus, nämlich Region B1, von 450°C bis 575°C, in welcher sie viel schneller abnimmt als von einer mit ihrer elastischen Verformung verbundenen linearen Abnahme erwartet wird; Region B2, von 575°C bis 650°C, wo sie fast konstant ist; und Region B3, während der 180-minütigen Stabilisierung bei 800°C, wo sie abnimmt, wenn die Temperatur unverändert bleibt. Die mechanische Spannung des Puffers (Hüll schicht) ist auch eine Druckspannung bei etwa –150 MPa nach dem Spannungshysteresezyklus.
  • Zusätzlich zeigt 10, dass die mechanische Spannung des Kerns eine Zugspannung von etwa 175 MPa vor dem Spannungshysteresezyklus ist; während des vollständigen Spannungshysteresezyklus eine Zugspannung ist; und beinahe linear zunimmt, wenn die Temperatur linear zunimmt. Dies ist eine erwartete Situation, da der (fast konstante) Koeffizient der linearen Expansion des Kerns auf Siliziumdioxidbasis kleiner ist als derjenige des unterlagernden Siliziums.
  • 10 zeigt auch zwei klassische Verformungsregionen während des Spannungshysteresezyklus, nämlich Region C1, von 450°C bis 675°C, in welcher sich die Spannung ihre Richtungen umkehrt und tatsächlich abnimmt, wenn die Temperatur zunimmt, und Region C2, von 675°C bis 800°C, in welcher sie fast konstant ist. Die Spannung ist eine Zugspannung bei etwa 40 MPa nach dem Spannungshysteresezyklus.
  • 10 zeigt, dass die optischen Bauelemente der Vorrichtung aus einer (Druckspannungspuffer)/(Zugspannungskern) Kombination einer Doppelschicht nach einer Wärmebehandlung von 180 Minuten in einer Stickstoffumgebung bei einer verringerten Temperatur von 800°C hergestellt werden müssen. Mit dieser speziellen Kombination verbunden sind einige restliche spannungsinduzierte mechanische Probleme tiefgeätzter optischer Bauelemente (mechanische Bewegung der Seitenwände), einige restliche spannungsinduzierte mechanische Probleme an den Grenzflächenpuffer/Kern oder Kern/Hüllschicht (mikrostrukturelle Defekte, Mikro-Lückenbildung und Separation) und einige restliche spannungsinduzierte optische Probleme (polarisationsabhängiger Leistungsverlust).
  • Optische Bauelemente, wie Gitter oder Wellenleiter, benötigen tiefgeätzte Elemente (Kompressionsspannungspuffer)/(Zugspannungskern) mit vertikalen Seitenwänden und einer nahtlosen Grenzfläche Puffer/Kern.
  • 11 zeigt SEM-Bilder eines Gitters und eines Wellenleiters mit tiefgeätzten vertikalen Seitenwänden und mit einer nahtlosen Grenzfläche Puffer/Kern, die durch den Puffer und den Kern hindurch tiefgeätzt ist.
  • 12 zeigt einen Spannungsfreigabemechanismus, der die elastische Spannung eines solchen tiefgeätzten (Druckspannungspuffer)/(Zugspannungskern) optischen Bauelements umfasst. Aus dieser Sequenz von drei grafischen Darstellungen wird deutlich, dass ein solches (Druckspannungspuffer)/(Zugspannungskern) tiefgeätztes optisches Bauelement systematisch eine positiv geneigte elastische Spannung der Seitenwand des optischen Bauelements aufweisen wird.
  • Dieser Spannungsfreigabemechanismus zeigt, dass die Querspannung des Druckspannungspuffers die tiefgeätzte Seitenwand des Puffers dazu zwingt, sich mehr nach außen zu bewegen; und die Querspannung des Zugspannungskerns zwingt die tiefgeätzte Seitenwand des Kerns, sich nach innen zu bewegen.
  • Die Kombination von Spannungen werden systematisch zu tiefgeätzten (Druckspannungspuffer)/(Zugspannungskern) optischen Bauelementen mit einer positiv geneigten Seitenwand führen, das heißt, einer Seitenwand mit einem Winkel von weniger als 90°.
  • Um die Größe dieser Auswirkung abzuschätzen, sind der hypothetische Nullwert einer Bindung am Puffer/(Siliziumwafer) Grenzfläche, der Nullwert einer Bindung an der Grenzfläche Puffer/Kern und der Nullwert einer Bindung an der Grenzfläche Puffer/Kern zu beachten. Die äußere elastische Spannung der Seitenwand des Druckspannungspuffers, εB, und die innenelastische Spannung der Seitenwand des Zugspannungskerns, εC, wären einfach: εB = σB/EB ; εC = σC/EC in welcher σB und EB jeweils die mechanische Spannung und das Elastizitätsmodul des Puffes sind in welcher σC und EC jeweils die mechanische Spannung und das Elastizitätsmodul des Kerns sind.
  • Das Elastizitätsmodul von dünnen Filmen aus Siliziumdioxid, gemessen durch Mikro-Einschnitte und gemessen durch elektrostatische Membranendurchbiegung werden jeweils als 70 GPa und 69 GPa in den folgenden zwei Druckschriften festgehalten: Thin Solid Films, Vol. 283, S. 15, (1996); IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. ED25, No. 10, S. 1249, (1978).
  • Zu der –150 MPa Druckspannung des Puffers und 40 MPa Zugspannung des Kerns, der in 10 bei Raumtemperatur wiedergegeben ist, würde dann eine Spannung von etwa –0,21 % (–0,15 GPa/70 GPa) für den Puffer und von etwa 0,057% (0,040 GPa/70 GPa) für den Kern gehören. Das negative Vorzeichen gibt an, dass die Spannung außen liegt.
  • Dies bedeutet, dass der Pufferbereich eines 5,0 μm breiten, tiefgeätzten Wellenleiters, der nicht an den unterlagernden Siliziumwafer gebunden ist und nicht an den Kernbereich des gleichen tiefgeätzten Wellenleiters gebunden ist, sich seitlich um etwa 0,011 μm (0,21% von 5 μm) expandieren würde, und dass der Pufferbereich von 1150 μm breiten, tiefgeätzten Gitter, der nicht mit den unterlagernden Siliziumwafer gebunden ist und nicht an den Kernbereich des gleichen tiefgeätzten Gitters gebunden ist, sich seitlich um etwa 2,46 μm (0,21 % von 1150 μm) expandieren würde. Ähnlich würde sich der Kernbereich des 5,0 μm breiten, tiefgeätzten Wellenleiters, der nicht mit dem unterlagernden Pufferbereich des gleichen tiefgeätzten Wellenleiters gebunden wäre, seitlich um etwa 0,0029 μm (0,057% von 5 μm) expandieren, und dass der Kernbereich eines 1150 μm breiten, tiefgeätzten Gitters, der nicht an dem unterlagernden Pufferbereich des gleichen tiefgeätzten Gitters gebunden ist, sich seitlich um etwa 0,66 μm (0,57% von 1150 μm) expandieren würde.
  • In Wirklichkeit würde, da der Puffer an den unterlagernden Siliziumwafer und an den oberen Kern an der Grenzfläche Puffer/Kern gebunden ist, der Effekt der Außenspannung des Puffers und der Innenspannung des Kerns als eine wahrnehmbar unterschiedlich geneigte Seitenwand bei einem schmalen Wellenleiter und bei einem weiten Gitter beobachtet werden.
  • Falls wir von einem 2,0 μm tiefgeätzten Puffer und einem 5,0 μm tiefgeätzten Kern ausgehen, dann könnte die einseitige Spannung der oberen Kernfläche des 5,0 μm breiten, tiefgeätzten Wellenleiters und das 1150 μm breite, tiefgeätzte Gitter bis 0,0070 μm (50% von (0,011 + 0,0029 μm)) bzw. 1,56 μm (50% von (2,46 + 0,66 μm)) mit Bezug zum Boden des resultierenden 7,0 μm tiefgeätzten optischen Bauelements hoch sein. Die erwartete 89,9° (90°-Arctan (0,0070 μm/7,0 μm)) Seitenwandneigung des tiefgeätzten Wellenleiters wäre auf einem SEM-Bild nicht wahrnehmbar, aber die erwartete 77,4° (90°-Arctan (1,56 μm/7,0 μm)) Seitenwandneigung des tiefgeätzten Gitters wäre sich leicht auf einem SEM-Bild zu sehen.
  • 13 zeigt vier SEM-Bilder. Die ersten beiden SEM-Bilder zeigen die relative Position zwischen einem isolierten 5,0 μm breiten, tiefgeätzten Wellenleiter und seinem benachbarten 1150 μm breiten, tiefgeätzten Gitter in zwei unterschiedlichen Vergrößerungen. Das dritte SEM-Bild bestätigt, dass die Seitenwand des 5,0 μm breiten, tiefgeätzten Wellenleiters, die dem benachbarten Gitter zugewandt ist, eine Neigung von etwa 90° hat. Die vier SEM-Bilder bestätigen, dass die Seitenwand des 1150 μm breiten, tiefgeätzten Gitters, welche dem benachbarten tiefgeätzten Wellenleiter zugewandt ist, eine viel kleinere Neigung von etwa 84° hat, ein wenig größer, als die erwartete 77,4° Neigung. Die Differenz zwischen den gemessenen und erwarteten Werten wird unten diskutiert.
  • Die mechanische Spannung des Puffers und Kerns muss minimiert werden, um die ideale Vertikalität der Seitenwand der Wellenleiter, des Gitters und der weiteren integrierten optischen Bauelemente der optischen Einrichtung beizubehalten und einen minimalen Leistungsverlust aus einer unerwünschten Reflektion und Refrak tion der optischen Infrarotstrahlen an der Seitenwand dieser optischen Bauelemente zu ermöglichen.
  • 14 zeigt eine grafische Darstellung der variablen Intensität der Scherspannung, die sich an der (Druckspannungspuffer)/(Zugspannungskern) Grenzfläche und an der (Zugspannungskern)/(DruckspannungsHüllschicht) Grenzfläche während des Spannungshysteresezyklus der 10 und während verschiedener Wärmebehandlungen in einer Stickstoffumgebung aufbaut.
  • Falls die Bindung der Grenzfläche Puffer/Kern oder der Grenzfläche Kern/Hüllschicht stark genug ist, kann das Aussetzen der verschiedenen optischen Bauelemente den verschiedenen thermischen Behandlungen in einer Stickstoffumgebung zu einer Modifikation der Mikrostruktur nahe dieser Grenzflächen führen.
  • 14 zeigt auch einige SEM-Bilder, welche die induzierte Modifikation der Mikrostruktur des Kerns nahe dieser Grenzflächen Puffer/Kern und Kern/Hüllschicht zeigen.
  • 15 zeigt eine grafische Darstellung der variablen Intensität des Scherspannungsaufbaues an der Grenzfläche (Druckspannungpuffer)/(Zuspannungskern) und an der Grenzfläche (Zugspannungskern)/(DruckspannungsHüllschicht) während des Spannungshysteresezyklus in 10 und während verschiedener Wärmebehandlungen in einer Stickstoffumgebung. In diesem Fall ist die Intensität der Scherspannung derart, dass diese zu der Bildung von Mikrolücken im Kern und nahe der Grenzflächen infolge eines Grenzflächenspannungs-Freigabemechanismus führt. Diese Mikro-Lückenbildungen sind während der Waferpräparierung für das SEM unter Verwendung einer sehr leichten Säure-Dipätzung vor dem Einlegen in das Elektronenmikroskop beschrieben.
  • Falls die Bindung der Grenzfläche Puffer/Kern oder Grenzfläche Kern/Hüllschicht stark genug ist, kann die Aussetzung der verschiedenen optischen Bauelemente ge genüber den verschiedenen Wärmebehandlungen in einer Stickstoffumgebung zu einer solchen Modifikation der Mikrostruktur nahe dieser Grenzflächen fuhren, dass Mikrolücken im Kern und nahe dieser Grenzflächen gebildet werden.
  • 15 zeigt auch einige SEM-Bilder, welche zeigen, dass die induzierte Modifikation der Mikrostruktur des Kerns nahe dieser Grenzflächen Puffer/Kern und Kern/Hüllschicht die Bildung von Mikrolücken verursacht. Es ist auf diesen SEM-Bildern klar, dass die Mikrolücken horizontal in einer Ebene, etwa 0,5 μm entfernt von der Grenzfläche Puffer/Kern erzeugt und ausgerichtet sind. Das ist nicht so überraschend, da der Übergang von dem (Druckspannungspuffer) zum (Zugspannungskern) nicht absolut abrupt an der Grenzfläche auftritt und da die Mikrolücken sich nicht in einem Material unter Druckspannung bilden können.
  • 16 zeigt einige SEM-Bilder, welche den Spannungsabbau des variablen Intensitäts-Scherspannungsaufbaus an der Grenzfläche (Druckspannungspuffer)/(Zugspannungskern) und an der Grenzfläche (Zugspannungskern)/(DruckspannungsHüllschicht) während des Spannungshysteresezyklus in 10 während der verschiedenen Wärmebehandlungen in einer Stickstoffumgebung oder einfach während der Wafer-Trennung für SEM-Bilder zeigt.
  • In diesem Fall ist die Bindung der Grenzfläche Puffer/Kern (oder Grenzfläche Kern/Hüllschicht) nicht länger stark genug, und der Kern rutscht teilweise auf dem Puffer an der Grenzfläche Puffer/Kern (oder die Hüllschicht löst sich teilweise vom Kern an der Grenzfläche Kern/Hüllschicht).
  • In einem speziellen Fall wird die Grenzflächenseparation nur zwischen dem Kern und dem Puffer beobachtet, was anzeigt, dass die Kernkontraktion die Wurzel für die Ablösung ist.
  • Das zweite SEM-Bild in 16 zeigt die Kontraktion des 1150 μm breiten Gitters. Es ist aus diesem Bild klar, dass ein Bereich des Kerns seitlich über den Puffer gerutscht ist, und zwar über eine Strecke von 0,40 μm am Umfang des Gitters. Dies stimmt überein mit der oben berechneten Kontraktion von 0,66 μm. Der Schlupf wird wieder von einem Punkt aus initiiert, der an der Spitze der Naht der Hüllschicht und ein wenig entfernt von der Grenzfläche Puffer/Kern liegt, von welchem aus sich ein Riss horizontal im Kern und etwa 0,5 μm weg von der Grenzfläche Puffer/Kern fortpflanzt. Da sich ein Kern nicht in einem Material unter Druckspannung fortpflanzen kann, benötigt diese Rissfortpflanzung einen Kern unter Zugspannung. Da der Übergang von dem Druckspannungspuffer zum Zugspannungskern an der Grenzfläche nicht absolut abrupt erfolgt, ist es normal, dass die Rissinitiierung ein wenig entfernt von der Grenzfläche Puffer/Kern zu sehen ist. Der Zugspannungs-Abbaumechanismus des Kerns hat seine Energie teilweise freigesetzt, indem ein 0,40 μm langer Riss in dem Kern ausgeweitet wurde und indem der Seitenwand ermöglicht wurde, sich um 0,40 μm zu verschieben. Diese Seitenveränderung des Kerns erläutert die Differenz zwischen den beobachteten 84° in 13 und den erwarteten 77° aus der obigen Berechnung der erwarteten Seitenwandneigung.
  • 17 und 18 sind Re-Plots von J.A. Stratton, 'Electromagnetic Theory', Chapter 9, McGraw-Hill Book Company, New York, 1941.
  • 17 und 18 zeigen den zugehörigen optischen Effekt des Einfallwinkels von Infrarotlicht an der Grenzfläche Luft/Kern auf die Reflektion und die Transmission von infraroter optischer Leistung (der Fall, in welchem das Infrarotlicht jeweils von der Luftseite und von der Kernseite der Seitenwand eines Kerns eines Wellenleiters, eines Gitters oder eines anderen optischen Bauelements kommt). Es ist aus 17 und 18 klar, dass eine spannungsinduzierte Variation der Seitenwandneigung von 90° zu 87°, 84° oder den erwarteten 77° einen katastrophalen Effekt auf den Verlust der übertragenen Leistung von Infrarotlicht haben wird, das sich jeweils in Luft oder im Kern in der Grenzfläche Luft/Kern der Spitze eines Wellenleiters in die Grenzfläche Luft/Kern des Gitters oder in die Grenzfläche Luft/Kern anderer optischer Bauelemente ausbreitet. Es aus 17 und 18 klar, dass dieser spannungsinduzierte Verlust an Leistung unterschiedlich für die zwei Fortpflanzungsstadien von Licht (das heißt, TE und TM) sein wird und somit, dass ein unerwünschter polarisationsabhängiger Leistungsverlusteffekt (das heißt, Doppelbrechungseffekt) erwartet wird.
  • Es wird deshalb beobachtet, dass die mechanischen Spannungen des Kerns, Puffers und der Hüllschicht eine Schlüsselrolle in Bezug auf die Seitenwandneigung tiefgeätzter optischer Bauelemente spielen. Es wird auch klar gezeigt, dass die Wärmebehandlung für 180 Minuten in einer Stickstoffumgebung bei einer verringerten Temperatur von 800°C mit einigen restlichen spannungsinduzierten mechanischen Problemen tiefgeätzter optischer Bauelemente (mechanische Bewegung von Seitenwänden) und einigen restlichen spannungsinduzierten mechanischen Problemen an den Grenzflächen Puffer/Kern oder Kern/Hüllschicht (mikrostrukturelle Defekte, Mikro-Lückenbildung und Separation) und einigen restlichen Spannungsinduzierten optischen Problemen (polarisationsabhängiger Leistungsverlust) verbunden ist. Eine Optimierung der Wärmebehandlungen, welche ermöglicht, die optischen Eigenschaften beizubehalten und gleichzeitig die mechanische Spannung des Kerns zu modifizieren, ist sehr wichtig für die Herstellung solcher integrierter optischer Bauelemente.
  • Beispiel
  • Die Technik gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erlaubt die gleichzeitige Optimierung der optischen und der mechanischen Eigenschaften des Puffers (Hüllschicht) und des Kerns in einem siebendimensionalen Raum. Diese besteht aus einer ersten unabhängigen Variablen, der SiH4-Strömung, fixiert auf 0,20 Normliter/min; einer zweiten unabhängigen Variablen, der N2O-Strömung, fixiert bei 6,00 Normliter/min; einer dritten unabhängigen Variablen, der N2-Strömung, fixiert bei 3,15 Normliter/min; einer vierten unabhängigen Variablen, der PH3-Strömung, fixiert bei 0,50 Normliter/min; einer fünften unabhängigen Variablen, dem Gesamtabscheidungsdruck, fixiert bei 2,60 Torr und einer siebten unab hängigen Variablen, der Wärmebehandlung nach Abscheidung, die wie folgt variiert wird:
    30-minütige Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei 600°C;
    30-minütige Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei 700°C;
    30-minütige Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei 750°C;
    30-minütige Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei 800°C;
    30-minütige Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei 850°C;
    30-minütige Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei 900°C.
  • Eine siebte Dimension ist die beobachtete FTIR-Eigenschaft verschiedener optischer Bauelemente auf Siliziumbasis für den Puffer (Hüllschicht) und Kern, wie dies dargestellt ist: 3d, 4d, 5d, 6d, 7d, 8d und 9d:
  • 3d, 4d, 5d, 6d, 7d, 8d und 9d zeigen die FTIR-Spektren von PECVD-Siliziumdioxidfilmen, die unter Verwendung eines im Handel erhältlichen PECVD-Systems abgeschieden werden, nämlich dem "Concept One"-System, hergestellt durch Novellus Systems in Kalifornien, USA, unter Verwendung des fixierten optimalen Gesamtabscheidungsdrucks und der fixierten Strömungsraten von Silan (SiH4), von Di-Stickstoffoxid (N2O), von Stickstoff (N2) und von Phosphin (PH3), wie dies in unserer parallel anhängigen US Patentanmeldung, amtliches Aktenzeichen Nr. 09/799,491 beschrieben ist. Diese Spektren werden nach 30-minütigen Wärmebehandlungen in einer Stickstoffumgebung bei verschiedenen Temperaturen in einem Standard-Diffusionsrohr erhalten. Es ist klar, dass diese neue Patentanmeldung einen Weg beschreibt, die Wärmebehandlung und die optischen Eigenschaften des Puffers, Kerns und der Hüllschicht unabhängig zu optimieren, um die Optimierung der mechanischen Eigenschaften der auf Siliziumdioxid basierenden optischen Bauelemente durch die Wärmebehandlung zu ermöglichen, ohne Interaktion mit den optischen Eigenschaften, die bei diesen optischen Bauelementen stabil sind:
  • 3d zeigt, dass der intensive und kleine FWHM Si-O-Si "rocking mode" Absorptionspeak (zentriert bei 460 cm–1) und der Si-O-Si "in-phase-stretching mode" Absorptionspeak (zentriert bei 1080 cm–1) des festgelegten Abscheidungsdruckes von 2,60 Torr in 3b und die festgelegte PH3-Strömungsrate von 0,50 Normliter/min der 3c beibehalten wird, wenn die Temperatur der 30-minütigen Wärmebehandlungen in einer Stickstoffumgebung allmählich von 900°C auf 600°C vermindert wird. Dies bedeutet, dass unabhängig von der SiH4-Gasströmung, der N2O-Gasströmung, der N2-Gasströmung der PH3-Gasströmung, und solange der Abscheidungsdruck auf 2,60 Torr fixiert ist, die grundlegenden FTIR-Spektren des der auf Siliziumdioxid basierenden optischen Komponenten nicht durch die Temperaturvariation (zwischen 600°C und 900°C) der 30-minütigen Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung beeinflusst werden.
  • 4d zeigt, dass die Eliminierung der Si-OH-Schwingungserzeuger (zentriert bei 885 cm–1) des fixierten Abscheidungsdrucks von 2,60 Torr in 4b und der fixierten PH3-Strömungsrate von 0,50 Normliter/min der 4c beibehalten wird. 4d zeigt auch, dass die Eliminierung der Si-ON-Schwingungserzeuger (zentriert bei 950 cm–1) des fixierten Abscheidungsdrucks von 2,60 Torr in 4b und der fixierten PH3-Strömungsrate von 0,50 Normliter/min der 4c auch beibehalten wird. Diese sehr spektakulär verbesserte Eliminierung der restlichen Si-ON-Schwingungserzeuger nach einer 30-minütigen Wärmebehandlung mit nur 600°C steht im Gegensatz zu den oben erwähnten Ergebnissen typischer PECVD-Siliziumdioxidfilme der 4a, welche noch eine Menge Si-ON-Schwingungserzeuger selbst nach einer 180-minütigen Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei einer viel höheren Temperatur von 1100°C beinhalten. Dies steht auch im Gegensatz zu den oben erwähnten Ergebnissen für den PECVD-Puffer (die Hüllschicht), die bei einem nicht optimierten Druck von weniger als 2,40 Torr durch unsere parallel anhängigen US Patentanmeldung, amtliches Aktenzeichen Nr. 09/833,711 der 4b abgeschieden wird, welcher noch eine große Anzahl von Si-ON-Schwingungserzeuger selbst nach einer 180-minütigen Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei einer viel höheren Temperatur von 800°C beinhaltet. Die optimale Separation und Talbildung zwischen dem Si-O-Si "in-phase-stretching mode" Absorptionspeak (1080 cm–1) und dem Si-O-Si "bending mode" Absorptionspeak (810 cm–1) des fixierten Abscheidungsdrucks von 2,60 Torr der 4b und der fixierten PH3-Strömungsrate von 0,50 Normliter/min der 4c wird auch beibehalten. Dies bedeutet, dass diese neue Technik die Eliminierung der Si-OH-Schwingungserzeuger und der Si-ON-Schwingungserzeuger ermöglicht, unabhängig von der Wärmebehandlung des Puffers, Kerns und der Hüllschicht, um die Optimierung der mechanischen Eigenschaften der auf Siliziumdioxid basierenden optischen Bauelemente durch Wärmebehandlung zu ermöglichen, ohne eine Interaktion mit den Si-OH-Schwingungserzeugern und den Si-ON-Schwingungserzeugern dieser optischen Bauelemente.
  • 5d zeigt das allmähliche Auftreten der P=O-Schwingungserzeuger (zentriert bei 1330 cm–1 und ohne höhere Oberwellen, welche eine optische Absorption in den optischen Bändern 1,30 bis 1,55 μm veranlassen könnten), wenn die Temperatur der 30-minütigen Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung von 600°C auf 900°C angehoben wird.
  • 6d zeigt, dass die Eliminierung der N=N-Schwingungserzeuger (zentriert bei 1555 cm–1) des fixierten Abscheidungsdrucks von 2,60 Torr der 6b und der fixierten PH3-Strömungsrate von 0,50 Normliter/min der 6c beibehalten wird. Dies steht auch im Gegensatz zu den oben erwähnten Ergebnissen der typischen PECVD-Siliziumdioxidfilme der 6a, welche eine 180-minütige Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei einer Temperatur von 1000°C benötigen, um ähnliche Ergebnisse zu erreichen. Dies steht auch im Gegensatz zu den oben erwähnten Ergebnissen des PECVD-Puffers (Hüllschicht), der bei einem nicht optimierten Druck von weniger als 2,40 Torr in unserer parallel anhängigen US Patentanmeldung, amtliches Aktenzeichen Nr. 09/833,711 der 6b abgeschieden wird, welcher noch eine große Anzahl von N=N-Schwingungserzeuger beinhaltet, selbst nach einer 180-minütigen Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei einer viel höheren Temperatur von 800°C. Dies bedeutet, dass diese neue Technik die Eliminierung der N=N-Schwingungserzeuger erlaubt, unabhängig von der Wärmebehandlung des Puffers, Kerns und er Hüllschicht, um die Optimierung der mechanischen Eigenschaften der auf Siliziumdioxid basierenden optischen Bauelemente durch die Wärmebehandlung zu ermöglichen, ohne Interaktion mit den N=N-Schwingungserzeugern dieser optischen Bauelemente.
  • 7d zeigt, dass die Si=O-Schwingungserzeuger (zentriert bei 1875 cm–1) und der unbekannte Schwingungserzeuger (zentriert bei 2010 cm–1) bei einem fixierten Abscheidungsdruck von 2,60 Torr der 7b und der fixierten PH3-Strömungsrate von 0,50 Normliter/min der 7c unverändert sind. Diese Effekte sind nicht so wichtig, da nur die vierten Oberwellen der Si=O-Schwingungserzeuger in den optischen Bändern 1,30 bis 1,55 μm absorbieren könnten.
  • 8d zeigt, dass die Eliminierung der Si-H-Schwingungserzeuger (zentriert bei 2260 cm–1, deren dritte Oberwellen eine optische Absorption zwischen 1,443 und 1,508 μm veranlassen könnten) bei dem fixierten Abscheidungsdruck von 2,60 Torr der 8b und der fixierten PH3-Strömungsrate von 0,50 Normliter/min der 8c beibehalten wird. Dies bedeutet, dass diese neue Technik die Eliminierung der Si-H-Schwingungserzeuger unabhängig von der Wärmebehandlung des Puffers, Kerns und der Hüllschicht ermöglicht, um die Optimierung der mechanischen Eigenschaften der auf Siliziumdioxid basierenden Bauelemente durch Wärmebehandlung zu ermöglichen, ohne Interaktion mit den Si-H-Schwingungserzeugern dieser optischen Bauelemente.
  • 9d zeigt, dass die spektakuläre vollständige Eliminierung der Si:N-H-Schwingungserzeuger (zentriert bei 3380 cm–1, deren zweite Oberwellen eine optische Absorption zwischen 1,445 und 1515 μm veranlassen könnten) des fixierten Abscheidungsdrucks von 2,60 Torr in 9b und der fixierten PH3-Strömungsrate von 0,50 Normliter/min der 9c beibehalten wird. Dies steht im Gegensatz zu den oben erwähnten Ergebnissen der typischen PECVD-Siliziumdioxidfilme der
  • 9a, welche eine 180-minütige Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei einer Temperatur von 1100°C erfordern, um ähnliche Ergebnisse zu erreichen. Dies auch im Gegensatz zu den oben erwähnten Ergebnissen des PECVD-Puffers (Hüllschicht), der bei einem nicht optimierten Druck von weniger als 2,40 Torr in unserer parallel anhängigen US Patentanmeldung, amtliches Aktenzeichen Nr. 09/833,711 der 9b abgeschieden wird, welcher noch eine Menge Si:N-H-Schwingungserzeuger selbst nach 180-minütigen Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei einer viel höheren Temperatur von 800°C beinhaltet. 9d zeigt, dass eine spektakuläre vollständige Eliminierung der SiN-H-Schwingungserzeuger (zentriert bei 3420 cm–1, deren zweite Oberwellen eine optische Absorption zwischen 1,445 und 1479 μm veranlassen könnten) bei dem fixierten Abscheidungsdruck von 2,60 Torr der 9b und der fixierten PH3-Strömungsrate von 0,50 Normliter/min der 9c auch beibehalten wird. Dies steht im Gegensatz zu den oben erwähnten Ergebnissen der typischen PECVD-Siliziumdioxidfilme der 9a, welche eine Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei einer Temperatur von 1000°C erfordern, um ähnliche Ergebnisse zu erhalten. Dies steht auch im Gegensatz zu den oben erwähnten Ergebnissen des PECVD-Puffers (Hüllschicht), der bei einem nicht optimierten Druck von weniger als 2,40 Torr in unserer parallel anhängigen US Patentanmeldung, amtliches Aktenzeichen Nr. 09/833,711 der 9b abgeschieden wird, welcher noch eine große Anzahl von Si:N-H-Schwingungserzeuger beinhaltet, selbst nach einer 180-minütigen Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei einer viel höheren Temperatur von 800°C. 9d zeigt auch, dass die vollständige Eliminierung der SiO-H-Schwingungserzeuger (zentriert bei 3510 cm–1, deren zweite Oberwellen eine optische Absorption zwischen 1,408 und 1,441 μm veranlassen könnten) bei fixiertem Abscheidungsdruck von 2,60 Torr der 9b und der fixierten PH3-Strömungsrate von 0,50 Normliter/min der 9c beibehalten wird. Dies steht im Gegensatz zu den oben erwähnten Ergebnissen der typischen PECVD-Siliziumdioxidfilme, welche eine Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung bei einer Temperatur von 900°C erfordern, um ähnliche Ergebnisse zu erreichen. Schließlich zeigt auch 9d, dass die vollständige Eliminierung der HO-H- Schwingungserzeuger (zentriert bei 3650 cm–1, deren zweite Oberwellen eine optische Absorption zwischen 1,333 und 1408 μm veranlassen könnten) bei fixiertem Abscheidungsdruck von 2,60 Torr der 9b und der fixierten PH3-Strömungsrate von 0,50 Normliter/min der 9c beibehalten wird. Dies bedeutet, dass diese neue Technik die Eliminierung der Si:N-H-Schwingungserzeuger, der SiN-H-Schwingungserzeuger, der SiO-H-Schwingungserzeuger und der HO-H-Schwingungserzeuger unabhängig von der Wärmebehandlung des Puffers, Kerns und der Hüllschicht ermöglicht, um eine Optimierung der mechanischen Eigenschaften der auf Siliziumdioxid basierenden optischen Bauelemente durch Wärmebehandlung zu erlauben, ohne jegliche Interaktion mit den Si:N-H-Schwingungserzeugern, mit den SiN-H-Schwingungserzeugern, mit den SiO-H-Schwingungserzeugern oder mit den HO-H-Schwingungserzeugern dieser optischen Bauelemente.
  • Es ist aus den verschiedenen FTIR-Spektren klar, dass diese neue Technik die Eliminierung der verschiedenen wärmeinduzierten und spannungsbezogenen restlichen mechanischen Probleme durch die Optimierung der Wärmebehandlung (das heißt, die Verwendung der Regionen B1, B2, B3, C1 und C2 der Spannungshysterese aus 10) zu erlauben, ohne die optischen Absorptionseigenschaften der optischen Bauelemente in dem optischen Bereich der 1,55 μm Wellenlänge (und/oder 1,30 Wellenlänge) zu beeinflussen.
  • Es wird dann aus diesen verschiedenen FTIR-Spektren, aus der Spannungshysterese des Puffers, des Kerns und der Hüllschicht und aus den verschiedenen dargestellten SEM-Bildern klar, dass diese neue Technik der Schlüssel dazu ist, das benötigte 'Delta-n' zu erreichen, während gleichzeitig die unerwünschten restlichen Si:N-H-Schwingungserzeuger (beobachtet als FTIR-Peak, zentriert bei 3380 cm–1, dessen zweite Oberwellen eine optische Absorption zwischen 1,445 und 1,515 μm veranlassen könnten), die SiN-H-Schwingungserzeuger (zentriert bei 3320 cm–1, deren zweite Oberwellen eine optische Absorption zwischen 1,445 und 1,479 μm veranlassen könnten) und der SiO-H-Schwingungserzeuger (zentriert bei 3510 cm–1 und deren zweite Oberwellen eine optische Absorption zwischen 1,408 und 1441 μm veranlassen könnten) nach einer optimierten Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung beseitigt werden, was verbesserte auf Siliziumdioxid basierende optische Bauelemente mit einer reduzierten optischen Absorption in der optischen Region 1,55 μm Wellenlänge (und/oder 1,30 Wellenlänge) bereitstellen kann, ohne die restlichen spannungsinduzierten mechanischen Probleme tiefgeätzter optischer Bauelemente (mechanische Bewegung der Seitenwände), ohne die restlichen spannungsinduzierten mechanischen Probleme der Grenzflächen Puffer/Kern oder Kern/Hüllschicht (mikrostrukturelle Defekte, Mikro-Lückenbildung und Separation) und ohne die restlichen spannungsinduzierten optischen Probleme (polarisationsabhängiger Leistungsverlust).
  • Es wird nun für den Fachmann deutlich, dass viele Variationen der Erfindung möglicht sind. Die PECVD-Siliziumdioxidfilme könnten bei einer anderen Temperatur als 400°C abgeschieden werden. Sie könnten bei jeder Temperatur zwischen 100 und 650°C abgeschieden werden.
  • Die PECVD-Einrichtung könnte eine andere sein als die Novellus Concept One. Die Forderung ist, eine unabhängige Steuerung der vier grundlegenden Steuerparameter zu schaffen: SiH4-Gasströmungsrate, N2O-Gasströmungsrate, N2-Gasströmungsrate und der Gesamtabscheidungsdruck.
  • Das lokale Optimum des Puffers (Hüllschicht) (SiH4-Gasströmung von 0,20 Normliter/min, N2O-Gasströmung von 6,00 Normliter/min, N2-Gasströmung von 3,15 Normliter/min und Gesamtabscheidungsdruck von 2,60 Torr) in diesen Raum der vier unabhängigen Variablen könne einen anderen Koordinatensatz haben (SiH4, N2O, N2, Abscheidungsdruck) unter Verwendung der gleichen Novellus Concept One-Anlage.
  • Das lokale Optimum des Puffer (Hüllschicht) könnte einen anderen Koordinatensatz (SiH4, N2O, N2, Abscheidungsdruck) in einer anderen PECVD-Einrichtung haben.
  • Das lokale Optimum des Kerns (SiH4-Gasströmung von 0,20 Normliter/min, N2O-Gasströmung von 6,00 Normliter/min, N2-Gasströmung von 3,15 Normliter/min, PH3-Gasströmung von 0,57 Normliter/min und Gesamtabscheidungsdruck von 2,60 Torr) in dem Raum dieser fünf unabhängigen Variablen könnten einen anderen Koordinatensatz (SiH4, N2O, N2, PH3, Abscheidungsdruck) unter Verwendung der gleichen Novellus Concept One-Anlage haben.
  • Das lokale Optimum des Kerns könnte einen anderen Koordinatensatz (SiH4, N2O, N2, PH3, Abscheidungsdruck) in einer anderen PECVD-Einrichtung haben. Das 'Delta-n' könnte ein anderes sein als 0,015 und im Bereich zwischen 0,005 und 0,020 liegen.
  • Das SiH4 Silizium-Rohgas könnte ersetzt werden durch ein anderes Silizium enthaltendes Gas, wie: Siliziumtetrachlorid, SiCl4, Siliziumtetrafluorid, SiF4, Disilan, Si2H6, Dichlorosilan, SiH2Cl2, Chlorofluorosilan SiCl2F2, Difluorosilan, SiH2F2 oder irgendein anderes Silizium enthaltendes Gas, das die Verwendung von Wasserstoff H, Chlor Cl, Fluor F, Bromin Br und Iod I, umfasst.
  • Das N2O-Oxidationsgas könnte ersetzt werden durch ein anderes Sauerstoff enthaltendes Gas, wie: Sauerstoff O2, Stickoxid NO2, Wasser H2O, Wasserstoffperoxid H2O2, Kohlenmonoxid CO oder Kohlendioxid CO2.
  • Das N2-Trägergas könnte ersetzt werden durch ein anderes Trägergas, wie: Helium He, Neon Ne, Argon Ar oder Krypton Kr.
  • Das PH3-Dotiergas könnte ersetzt werden durch ein anderes Gas, wie: Diboran, B2H6, Arsin (AsH3), Titanhydrid TiH4 oder Monogerman GeH4, Siliziumtetrafluorid Sif4 oder Kohlenstofftetrafluorid CF4.
  • Die Wärmebehandlung bei hoher Temperatur in Stickstoff kann durchgeführt werden bei einer anderen Temperatur als 800°C. Der bevorzugte Bereich liegt zwischen 400 bis 1200°C.
  • Die Wärmebehandlung bei hoher Temperatur kann in einer anderen Umgebung als Stickstoff durchgeführt werden. Andere Umgebungsgase oder Gasgemische können umfassen Sauerstoff O2, Wasserstoff H2, Wasserdampf H2O, Argon Ar, Fluor F2, Kohlenstofftetrafluorid CF4, Stickstofftrifluorid NF3, Wasserstoffperoxid H2O2.
  • Die optische Region von Interesse ist nicht begrenzt auf die optische Region 1,30 bis 1,55 μm, da die höheren Oberwellen der eliminierten Schwingungserzeuger andere optische Vorteile bei längeren oder kürzeren Wellenlängen haben. Die Verwendung von Wellenlängen der ersten, zweiten, dritten und vierten Oberwellen dieser Schwingungserzeuger soll auch im Schutzbereich dieser Erfindung liegen.
  • Die Erfindung findet Anwendung in vielen Vorrichtungen außer in Mux oder Dmux-Vorrichtungen. Im Folgenden gibt es eine Liste von geeigneten Vorrichtungen, welche nicht erschöpfend sein soll: Add-After-Drop-Filterelemente (AADF); Arrayed Wave Guide (AWG)-Elemente und Arrayed Wave Guide Grating (AWGG)-Elemente; thermische Arrayed Wave Guide (AAWGG)-Elemente; Ladungsspeicherelemente (CCD); Distributed Feedback Laser Diode (DFB-LD)-Elemente; mit Erbium dotierte Faserverstärker (EDFA)-Elemente; Fiber-To-The-Home (FTTH)-Anwendungselemente; Four Wave Mixing (FWM)-Elemente; Fresnelspiegel (FM)-Einrichtungen; Laserdioden (LD)-Elemente; Licht emittierende Dioden (LED); Mach-Zenhder (MZ), Mach-Zenhder Interferometer (MZI), Mach-Zenhder Interferometer Multiplexer (MZIM)-Elemente; Mikro-Opto-Elektro-Mechanik-Systeme (MOEMS); Monitor Photodioden (MPD)-Elemente; Multi-Wavelength Optical Sources (MWOS)-Elemente; Optical Add/Drop Multiplexers (OADM)-Elemente; optische Verstärker (AF); Optical Cross-Connect (OCC, OXC)-Elemente; Optical Cross Point (OCP)-Elemente; optische Filerelemente (OF); optische Interferometereinrichtungen (OI); Optical Network Unit (ONU)- Elemente; Optical Saw Wave (OSW)-Elemente; optische Splitter (OS); optische Schalter (OSW) und optische Schaltermodule (OSM); Photonen ATM (PATM)-Schaltelemente; Planar Lightwave Circuits (PLC)-Elemente; Positive Emitter Coupled Logic (PECL)-Elemente; Quarter Wave (QW)-Elemente; Receiver Photo Diode (RPD)-Elemente; Semiconductor Optical Amplifier (SOA)-Elemente; Spot-Size converter integrated Laser Diode (SS-LD)-Elemente; Sub-Carrier Multiplexing Optical Network Unit (SCM-ONU)-Elemente; Temperature Insensitive Arrayed Wave Guide (TI-AWG)-Elemente; thermooptische Elemente (TO) und thermooptische Schaltelemente (TOS); Time Compression Multiplexing-Time Division Multiple Access (TCM-TDMA)-Elemente; Time Division Multiplexing (TDM)-Elemente; Tunable Receiver (TR)-Elemente; Uniform-Loss Cyclic-Frequency Arrayed Wave Guide (ULCF-AWG)-Elemente; Vertical Cavity Surface Emitting Lager (VCSEL)-Elemente; Wavelength Dispersive Multiplexing (WDM), Wavelength Dispersive Multiplexing Transceivers (WDMT)-Elemente; Micro-Electro-Mechanical System (MEMS)-Elemente: Information Technologies MEMS-Elemente; Medical/Biochemical MEMS-Elemente: Biochipelemente; La-On-A-Chip (LOAC)-Elemente; Micro-Total Analysis System (μ-TAS)-Elemente; Automotive MEMS-Elemente; Industria/Automation MEMS-Elemente; Enviromental Monitoring MEMS-Elemente; Telecommunications MEMS-Elemente.
  • Figurenbeschreibung
  • 1:
    • Publication = Veröffentlichung
    • PECVD Reaction = PECVD-Reaktion
    • 'Delta-n' Control Method = 'Delta-n' Steuerverfahren
    • Post-dep. Thermal Tretment = Wärmebehandlung nach Abscheidung
    • This Patent Application = Diese Patentanmeldung
    • Unknwon = Unbekannt
    • doping = Dotierung
    • Content in = Gehalt in
    • Implantation = Implantierung
    • flow ratio = Strömungsrate
    • Patented Pending Method = Anhängiges Patentverfahren
    • Not specified = Nicht spezifiziert
  • 2:
    • Min = Mindestwert
    • Ave = Mittelwert
    • Max = Maximalwert
  • 3a:
    • 180 minutes thermal treatment at ... in Nitrogen = 180-minütige Wärmebehandlung bei ... in Stickstoff
    • No thermal treatment = Keine Wärmebehandlung
    • Wavenumbers (cm–1) = Wellenzahlen (cm–1)
    • Absorbence = Absorbanz
  • 3b:
    • Wavenumbers (cm–1) = Wellenzahlen (cm–1)
    • Absorbence = Absorbanz
    • Total pressure = Gesamtdruck
  • 3c:
    • Phosphine = Phosphin
    • std. litres/min = Standard Liter/Minute
    • Wavenumbers (cm–1) = Wellenzahlen (cm–1)
    • Absorbence = Absorbanz
  • 3d:
    • Wavenumbers (cm–1) = Wellenzahlen (cm–1)
    • Absorbence = Absorbanz
  • 4a:
    • Wavenumbers (cm–1) = Wellenzahlen (cm–1)
    • Absorbence = Absorbanz
    • 180 minutes thermal treatment at ... in Nitrogen = 180-minütige Wärmebehandlung bei ... in Stickstoff
    • No thermal treatment = Keine Wärmebehandlung
  • 4b:
    • Wavenumbers (cm–1) = Wellenzahlen (cm–1)
    • Absorbence = Absorbanz
    • Total pressure = Gesamtdruck
  • 4c:
    • Phosphine = Phosphin
    • std. litres/min = Standard Liter/Minute
    • Wavenumbers (cm–1) = Wellenzahlen (cm–1)
    • Absorbence = Absorbanz
  • 4d:
    • 30 min thermal treatment at ... in Nitrogen = 30-minütige Wärmebehandlung in Stickstoff
    • Wavenumbers (cm–1) = Wellenzahlen (cm–1)
    • Absorbence = Absorbanz
  • 5c:
    • Phosphine = Phosphin
    • std. litres/min = Standard Liter/Minute
    • Wavenumbers (cm–1) = Wellenzahlen (cm–1)
    • Absorbence = Absorbanz
  • 5d:
    • 30 min thermal treatment at ... in Nitrogen = 30-minütige Wärmebehandlung in Stickstoff
    • Wavenumbers (cm–1) = Wellenzahlen (cm–1)
    • Absorbence = Absorbanz
  • 6a:
    • 180 minutes thermal treatment at ... in Nitrogen = 180-minütige Wärmebehandlung bei ... in Stickstoff
    • No thermal treatment = Keine Wärmebehandlung
    • Wavenumbers (cm–1) = Wellenzahlen (cm–1)
  • 6b:
    • Wavenumbers (cm–1) = Wellenzahlen (cm–1)
    • Absorbence = Absorbanz
    • Total pressure = Gesamtdruck
  • 6c:
    • Phosphine = Phosphin
    • std. litres/min = Standard Liter/Minute
    • Wavenumbers (cm–1) = Wellenzahlen (cm–1)
    • Absorbence = Absorbanz
  • 6d:
    • 30 min thermal treatment at ... in Nitrogen = 30-minütige Wärmebehandlung in Stickstoff
    • Wavenumbers (cm–1) = Wellenzahlen (cm–1)
    • Absorbence = Absorbanz
  • 7a:
    • 180 minutes thermal treatment at ... in Nitrogen = 180-minütige Wärmebehandlung bei ... in Stickstoff
    • No thermal treatment = Keine Wärmebehandlung
    • Wavenumbers (cm–1) = Wellenzahlen (cm–1)
    • Absorbence = Absorbanz
  • 7b:
    • Wavenumbers (cm–1) = Wellenzahlen (cm–1)
    • Absorbence = Absorbanz
    • Total pressure = Gesamtdruck
  • 7c:
    • Phosphine = Phosphin
    • std. litres/min = Standard Liter/Minute
    • Wavenumbers (cm–1) = Wellenzahlen (cm–1)
    • Absorbence = Absorbanz
  • 7d:
    • 30 min thermal treatment at ... in Nitrogen = 30-minütige Wärmebehandlung in Stickstoff
    • Wavenumbers (cm–1) = Wellenzahlen (cm–1)
    • Absorbence = Absorbanz
  • 8a:
    • 180 minutes thermal treatment at ... in Nitrogen = 180-minütige Wärmebehandlung bei ... in Stickstoff
    • No thermal treatment = Keine Wärmebehandlung
    • Wavenumbers (cm–1) = Wellenzahlen (cm–1)
    • Absorbence = Absorbanz
  • 8b
    • Wavenumbers (cm–1) = Wellenzahlen (cm–1)
    • Absorbence = Absorbanz
    • Total pressure = Gesamtdruck
  • 8c:
    • Phosphine = Phosphin
    • std. litres/min = Standard Liter/Minute
    • Wavenumbers (cm–1) = Wellenzahlen (cm–1)
    • Absorbence = Absorbanz
  • 8d:
    • 30 min thermal treatment at ... in Nitrogen = 30-minütige Wärmebehandlung in Stickstoff
    • Wavenumbers (cm–1) = Wellenzahlen (cm–1)
    • Absorbence = Absorbanz
  • 9a:
    • 180 minutes thermal treatment at ... in Nitrogen = 180-minütige Wärmebehandlung bei ... in Stickstoff
    • No thermal treatment = Keine Wärmebehandlung
    • Wavenumbers (cm–1) = Wellenzahlen (cm–1)
    • Absorbence = Absorbanz
  • 9b:
    • Wavenumbers (cm–1) = Wellenzahlen (cm–1)
    • Absorbence = Absorbanz
    • Total pressure = Gesamtdruck
  • 9c:
    • Phosphine = Phosphin
    • std. litres/min = Standard Liter/Minute
    • Wavenumbers (cm–1) = Wellenzahlen (cm–1)
    • Absorbence = Absorbanz
  • 9d:
    • 30 min thermal treatment at ... in Nitrogen = 30-minütige Wärmebehandlung in Stickstoff
    • Wavenumbers (cm–1) = Wellenzahlen (cm–1)
    • Absorbence = Absorbanz
  • 10:
    • Temperature = Temperatur
    • Compressive mechanical stress = Mechanische Druckspannung
    • Tensile mechanical stress = Mechanische Zugspannung
    • Buffer (Clad) compressive mechanical stress during a 180 minutes thermal treatment in a nitrogen ambient = Mechanische Druckspannung eines Puffers (Hüllschicht) während einer 180-minütigen Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung
    • Cooling to RT = Abkühlen auf Raumtemperatur
    • Heating to 800°C = Aufheizen auf 800°C
    • Core tensile mechanical stress during a 180 minutes thermal treatment in a nitrogen ambient = Mechanische Zugspannung des Kerns während einer 180-minütigen Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung
  • 11:
    • Deep-etched grating = Tiefgeätztes Gitter
    • Deep-etched waveguide = Tiefgeätzter Wellenleiter
  • 12:
    • Tensile stress Core = Zugspannung Kern
    • (Core wants to contract) = (Kern will sich zusammenziehen)
    • Desired vertical deep-etched profile = Gewünschtes vertikales tiefgeätztes Profil
    • Compressive stress buffer (Clad) = Druckspannung Puffer (Hüllschicht)
    • (Buffer (Clad) wants to expand) = (Puffer (Umantelung) will sich expandieren)
  • 13(a):
    • 5,0 μm wide deep-etched waveguide = 5,0 μm breiter tiefgeätzter Wellenleiter
    • 1150 μm wide deep-etched grating = 1150 μm breites tiefgeätztes Gitter
  • 13(b):
    • 5,0 μm wide deep-etched waveguide = 5,0 μm breiter tiefgeätzter Wellenleiter
    • 1150 μm wide deep-etched grating = 1150 μm breites tiefgeätztes Gitter
  • 13(c):
    • 5,0 μm wide deep-etched waveguide = 5,0 μm breiter tiefgeätzter Wellenleiter
    • (90° side-wall angle) = (90° Seitenwandwinkel)
  • 13(d):
    • 1150 μm wide deep-etched grating = 1150 μm breites tiefgeätztes Gitter
    • (83,6° side-wall angle) = (83,6° Seitenwandwinkel)
  • 14:
    • Tensile stress Core = Zugspannung Kern
    • (Core wants to contract) = (Kern will sich zusammenziehen)
    • Variable shear stress at the interface results in a local modification of the micro-structure = Varibale Scherspannung an der Grenzfläche führt zu einer lokalen Modifikation der Mikro-Struktur
    • Compressive stress Buffer (Clad) layer = Druckspannung Puffer (Hüllschicht)-Schicht
    • (Buffer (Clad) layer wants to expand) = (Puffer (Hüllschicht)-Schicht will sich expandieren)
    • Modified micro-structure near the interfaces = Modifizierte Mikrostruktur nahe der Grenzflächen
  • 15:
    • Tensile stress Core = Zugspannung Kern
    • (Core wants to contract) = (Kern will sich zusammenziehen)
    • Interfacial stress relief as micro-voids in Core near interface = Grenzflächenspannung-Abbau mit Mikro-Lücken im Kern nahe Grenzfläche
    • Compressive stress Buffer (Clad) layer = Druckspannung Puffer (Hüllschicht)-Lage
    • (Buffer (Clad) layer wants to expand) = (Puffer (Hüllschicht)-Schicht will sich expandieren)
    • Sloped side-wall deep-etched grating = Geneigte Seitenwand tiefgeätztes Gitter
    • Aligned micro-voids near Buffer/Core interface = Ausgerichtete Mikro-Lücken nahe Puffer/Kern Grenzfläche
    • Tensile stress Core = Zugspannung Kern
    • (Core wants to contract) = (Kern will sich zusammenziehen)
    • Interfacial shear stress relief as micro-voids in Core = Grenzflächenscherspannung-Abbau durch Mikro-Lücken im Kern
    • Compressive stress Buffer (Clad) = Druckspannung Puffer (Hüllschicht)
    • (Buffer (Clad) wants to expand) = (Puffer (Hüllschicht) will sich expandieren)
  • 16:
    • Strain resulting from the tensile stress of Core = Spannung, die sich aus der Zugspannung des Kerns ergibt
    • Tensile stress Core Clad = Zugspannung Kern Hüllschicht
    • Compressive stress Buffer = Druckspannung Puffer
    • Compressive stress Clad = Druckspannung Hüllschicht
    • Tensile stress Core of 1150 μm wide grating = Zugspannung Kern des 1150 μm breiten Gitters
    • Compressive stress Buffer = Druckspannung Puffer
    • Core tensile stress caused its side-wall to contract from an initiation point located at the tip of the seam in Clad and away from the Buffer/Core interface = Zugspannung des Kerns veranlasst seine Seitenwand, sich von einem Ausgangspunkt an der Spitze der Naht in der Hüllschicht aus weg von der Grenzfläche Puffer/Kern zusammenzuziehen
    • Tip of Clad's seam is the Initiation point of Core's side-wall slip = Die Spitze der Hüllschichtnaht ist der Ausgangspunkt der Seitenwandverschiebung des Kerns
    • Compressive stress Buffer = Druckspannung Puffer
  • 17:
    • Core = Kern
    • (Ex: Grating) = (Beispiel: Gitter)
    • Air = Luft
    • Electric Field = Elektrisches Feld
    • Plane of Incidence = Einfallebene
    • Brewster Angle = Brewsterwinkel
  • 18:
    • Core = Kern
    • (Ex: Grating) = (Beispiel: Gitter)
    • Air = Luft
    • Electric Field = Elektrisches Feld
    • Plane of Incidence = Einfallebene
    • Total reflection = Totalreflektion

Claims (15)

  1. Verfahren zum Abscheiden eines Siliciumdioxid-Films optischer Qualität mit Hilfe der PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), umfassend die Schritte: a) unabhängiges Einstellen einer unveränderlichen Durchflussrate für ein Silicium enthaltendes Gas als Ausgangsmaterial auf einen ersten Sollwert; b) unabhängiges Einstellen einer unveränderlichen Durchflussrate für ein Oxidationsgas auf einen zweiten Sollwert; c) unabhängiges Einstellen einer unveränderlichen Durchflussrate für ein Trägergas auf einen dritten Sollwert; d) unabhängiges Einstellen einer unveränderlichen Durchflussrate für ein Dotiermittelgas auf einen vierten Sollwert; e) unabhängiges Einstellen eines vorbestimmten Gesamtabscheidungsdruckes auf einen fünften Sollwert; f) wobei die ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Sollwerte ausgewählt werden, indem die FTIR-Spektren von unter verschiedenen Bedingungen abgeschiedenen Siliciumdioxid-Filmen beobachtet werden und Werte ausgewählt werden, die zu minimalen Absorptionspeaks für Oszillatoren in den abgeschiedenen Filmen führen; g) Abscheiden eines Siliciumdioxid-Films unter Anwendung der Sollwerte; h) experimentelles Überwachen der beobachteten FTIR-Spektren des abgeschiedenen Siliciumdioxid-Films für eine Mehrzahl von Wärmebehandlungstemperaturen nach der Abscheidung innerhalb eines Temperaturbereichs von 600° bis 900°C und Auswählen einer optimalen Temperatur aus diesen Temperaturen, um den Siliciumdioxid-Film durch die Wärmebehandlung eingetragene mechanische Spannung auf ein Minimum zu halten; und i) Ausführen einer Wärmebehandlung nach der Abscheidung auf dem Siliciumdioxid-Film bei der auf diese Weise ermittelten optimalen Temperatur.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Abscheidung bei einer Temperatur im Bereich von 100° bis 650°C ausgeführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem die Abscheidung bei einer Temperatur von 400°C ausgeführt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, bei welchem die Wärmebehandlung nach der Abscheidung für etwa 30 min ausgeführt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, bei welchem das Gas als Ausgangsmaterial ausgewählt wird aus der Gruppe, bestehend aus: Silan, SiH4; Siliciumtetrachlorid, SiCl4; Siliciumtetrafluorid, SiF4; Disilan, Si2H6; Dichlorsilan, SiH2Cl2; Chlorfluorsilan, SiCl2F2; Difluorsilan, SiH2F2; sowie jedes beliebige andere, Silicium enthaltende Gas, das Wasserstoff, H, Chlor, Cl, Fluor, F, Brom, Br, oder Iod, I; enthält.
  6. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, bei welchem das Oxidationsgas ausgewählt wird aus der Gruppe, bestehend aus: Stickstoff(I)-oxid, Stickstoff(II)-oxid, Wasser, Wasserstoffperoxid, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid.
  7. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, bei welchem das Trägergas ausgewählt wird aus der Gruppe, bestehend aus Stickstoff, Helium, Neon, Argon und Krypton, Kr.
  8. Verfahren nach einem der vorgenanten Ansprüche, bei welchem das Dotiermittelgas ausgewählt wird aus der Gruppe, bestehend aus: Phosphen, Diboran, Arsin, Titanhydrid, Germaniumwasserstoff, Siliciumtetrafluorid und Tetrafluorkohlenstoff.
  9. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, bei welchem das Gas als Ausgangsmaterial SiH4 ist, das Oxidationsgas N2O ist, das Trägergas N2 ist und das Dotiermittelgas PH3 ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der SiH4-Gasstrom auf 0,2 Normliter/min eingestellt ist, der N2O-Gasstrom auf 6,00 Normliter/min eingestellt ist, der N2-Strom auf 3,15 l/min eingestellt ist und das PH3 auf 0,50 Normliter/min eingestellt ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Gesamtabscheidungsdruck mindestens 2,6 Torr beträgt.
  12. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, bei welchem die Wärmebehandlung nach der Abscheidung unter Bedingungen ausgeführt wird, bei denen Gebrauch gemacht wird von Bereichen der plastischen Verformung in der Hysteresekurve der mechanischen Spannung des Siliciumdioxid-Films, um die durch die Wärmebehandlung nach der Abscheidung eingetragene Spannung auf einem Minimum zu halten.
  13. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, umfassend die Schritte: a) Einstellen einer unveränderlichen Durchflussrate für das Silicium enthaltende Gas als Ausgangsmaterial, SiH4, bei etwa 0,2 Normliter/min; b) Einstellen einer unveränderlichen Durchflussrate für das Oxidationsgas, N2O, bei 6,00 Normliter/min; c) Einstellen einer unveränderlichen Durrchflussrate für das Trägergas, N2, bei 3,15 Normliter/min; d) Einstellen einer unveränderlichen Durchflussrate für das Dotiermittelgas, PH3, bei 0,5 Normliter/min; e) Einstellen des Gesamtabscheidungsdruckes bei 2,6 Torr; f) Abscheiden des Siliciumdioxid-Films mit Hilfe der PECVD unter diesen Bedingungen; und g) Ausführen der Wärmebehandlung des abgeschiedenen Films nach der Abscheidung in einer Stickstoffumgebung bei einer Temperatur zwischen 600° und 900°C für etwa 30 min.
  14. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, bei welchem der Siliciumdioxid-Film einen Puffer, Kern oder Hüllschicht eines optischen Bauelementes bildet.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, bei welchem das optische Bauelement ein Multiplexer oder Demultiplexer ist.
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