Abstract

The growth of silicon oxynitride thin films applying remote inductively coupled, plasma-enhanced chemical vapor deposition is optimized toward high optical quality at a deposition temperature as low as 150°C. Propagation losses of 0.5±0.05dB/cm, 1.6±0.2dB/cm, and 0.6±0.06dB/cm are measured on as-deposited waveguides for wavelengths of 1300, 1550, and 1600 nm, respectively. Films were deposited onto a 0.25 μm technology mixed-signal CMOS chip to show the application perspective for three-dimensional integrated optoelectronic chips.

© 2013 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. C. M. M. Denisse, K. Z. Troost, F. H. P. M. Habraken, and W. F. van der Weg, J. Appl. Phys. 60, 2536 (1986).
    [CrossRef]
  2. A. E. T. Kuiper, S. W. Koo, F. H. P. M. Habraken, and Y. Tamminga, J. Vac. Sci. Technol. B 1, 62 (1983).
    [CrossRef]
  3. J. Aarnio, P. Heimala, M. Del Giudice, and F. Bruno, Electron. Lett. 27, 2317 (1991).
    [CrossRef]
  4. M. Fadel, M. Bülters, M. Niemand, E. Voges, and P. M. Krummrich, J. Lightwave Technol. 27, 698 (2009).
    [CrossRef]
  5. F. Bruno, M. del Guidice, R. Recca, and F. Testa, Appl. Opt. 30, 4560 (1991).
    [CrossRef]
  6. A. Melloni, R. Costa, P. Monguzzi, and M. Martinelli, Opt. Lett. 28, 1567 (2003).
    [CrossRef]
  7. R. Germann, H. W. M. Salemink, R. Beyeler, G. L. Bona, F. Horst, I. Massarek, and B. J. Offrein, J. Electrochem. Soc. 147, 2237 (2000).
    [CrossRef]
  8. R. Sun, K. McComber, J. Cheng, D. K. Sparacin, M. Beals, J. Michel, and L. C. Kimerling, Appl. Phys. Lett. 94, 141108 (2009).
    [CrossRef]
  9. P. Koonath and B. Jalali, Opt. Express 15, 12686 (2007).
    [CrossRef]
  10. D. Ahn, C. Hong, J. Liu, W. Giziewicz, M. Beals, L. C. Kimerling, and J. Michel, Opt. Express 15, 3916 (2007).
    [CrossRef]
  11. K. Misiakos, I. Raptis, A. Gerardino, H. Contopanagos, and M. Kitsara, Lab Chip 9, 1261 (2009).
    [CrossRef]
  12. V. M. Kodach, J. Kalkman, D. J. Faber, and T. G. van Leeuwen, Biomed. Opt. Express 1, 176 (2010).
    [CrossRef]
  13. A. Boogaard, A. Y. Kovalgin, I. Brunets, A. A. I. Aarnink, J. Holleman, R. A. M. Wolters, and J. Schmitz, Surf. Coat. Technol. 201, 8976 (2007).
    [CrossRef]
  14. H. Fujiwara, Spectroscopic Ellipsometry: Principles and Applications (Wiley, 2007), pp. 170–172.
  15. J. Schmitz, Nucl. Instrum. Methods A 576, 142 (2007).
    [CrossRef]
  16. S. C. Mao, S. H. Tao, Y. L. Xu, X. W. Sun, M. B. Yu, G. Q. Lo, and D. L. Kwong, Opt. Express 16, 20809 (2008).
    [CrossRef]
  17. S. Zhu, G. Q. Lo, and D. L. Kwong, Opt. Express 18, 25283 (2010).
    [CrossRef]
  18. G. Cocorullo, F. G. Della Corte, I. Rendina, C. Minarini, A. Rubino, and E. Terzini, Opt. Lett. 21, 2002 (1996).
    [CrossRef]
  19. X. Llopart, R. Ballabriga, M. Campbell, L. Tlustos, and W. Wong, Nucl. Instrum. Methods A 581, 485 (2007).
    [CrossRef]
  20. J. Lu, A. Y. Kovalgin, K. H. M. van der Werf, R. E. I. Schropp, and J. Schmitz, IEEE Trans. Electron Devices 58, 2014 (2011).
    [CrossRef]

2011 (1)

J. Lu, A. Y. Kovalgin, K. H. M. van der Werf, R. E. I. Schropp, and J. Schmitz, IEEE Trans. Electron Devices 58, 2014 (2011).
[CrossRef]

2010 (2)

2009 (3)

K. Misiakos, I. Raptis, A. Gerardino, H. Contopanagos, and M. Kitsara, Lab Chip 9, 1261 (2009).
[CrossRef]

M. Fadel, M. Bülters, M. Niemand, E. Voges, and P. M. Krummrich, J. Lightwave Technol. 27, 698 (2009).
[CrossRef]

R. Sun, K. McComber, J. Cheng, D. K. Sparacin, M. Beals, J. Michel, and L. C. Kimerling, Appl. Phys. Lett. 94, 141108 (2009).
[CrossRef]

2008 (1)

2007 (5)

X. Llopart, R. Ballabriga, M. Campbell, L. Tlustos, and W. Wong, Nucl. Instrum. Methods A 581, 485 (2007).
[CrossRef]

A. Boogaard, A. Y. Kovalgin, I. Brunets, A. A. I. Aarnink, J. Holleman, R. A. M. Wolters, and J. Schmitz, Surf. Coat. Technol. 201, 8976 (2007).
[CrossRef]

J. Schmitz, Nucl. Instrum. Methods A 576, 142 (2007).
[CrossRef]

P. Koonath and B. Jalali, Opt. Express 15, 12686 (2007).
[CrossRef]

D. Ahn, C. Hong, J. Liu, W. Giziewicz, M. Beals, L. C. Kimerling, and J. Michel, Opt. Express 15, 3916 (2007).
[CrossRef]

2003 (1)

2000 (1)

R. Germann, H. W. M. Salemink, R. Beyeler, G. L. Bona, F. Horst, I. Massarek, and B. J. Offrein, J. Electrochem. Soc. 147, 2237 (2000).
[CrossRef]

1996 (1)

1991 (2)

J. Aarnio, P. Heimala, M. Del Giudice, and F. Bruno, Electron. Lett. 27, 2317 (1991).
[CrossRef]

F. Bruno, M. del Guidice, R. Recca, and F. Testa, Appl. Opt. 30, 4560 (1991).
[CrossRef]

1986 (1)

C. M. M. Denisse, K. Z. Troost, F. H. P. M. Habraken, and W. F. van der Weg, J. Appl. Phys. 60, 2536 (1986).
[CrossRef]

1983 (1)

A. E. T. Kuiper, S. W. Koo, F. H. P. M. Habraken, and Y. Tamminga, J. Vac. Sci. Technol. B 1, 62 (1983).
[CrossRef]

Aarnink, A. A. I.

A. Boogaard, A. Y. Kovalgin, I. Brunets, A. A. I. Aarnink, J. Holleman, R. A. M. Wolters, and J. Schmitz, Surf. Coat. Technol. 201, 8976 (2007).
[CrossRef]

Aarnio, J.

J. Aarnio, P. Heimala, M. Del Giudice, and F. Bruno, Electron. Lett. 27, 2317 (1991).
[CrossRef]

Ahn, D.

Ballabriga, R.

X. Llopart, R. Ballabriga, M. Campbell, L. Tlustos, and W. Wong, Nucl. Instrum. Methods A 581, 485 (2007).
[CrossRef]

Beals, M.

R. Sun, K. McComber, J. Cheng, D. K. Sparacin, M. Beals, J. Michel, and L. C. Kimerling, Appl. Phys. Lett. 94, 141108 (2009).
[CrossRef]

D. Ahn, C. Hong, J. Liu, W. Giziewicz, M. Beals, L. C. Kimerling, and J. Michel, Opt. Express 15, 3916 (2007).
[CrossRef]

Beyeler, R.

R. Germann, H. W. M. Salemink, R. Beyeler, G. L. Bona, F. Horst, I. Massarek, and B. J. Offrein, J. Electrochem. Soc. 147, 2237 (2000).
[CrossRef]

Bona, G. L.

R. Germann, H. W. M. Salemink, R. Beyeler, G. L. Bona, F. Horst, I. Massarek, and B. J. Offrein, J. Electrochem. Soc. 147, 2237 (2000).
[CrossRef]

Boogaard, A.

A. Boogaard, A. Y. Kovalgin, I. Brunets, A. A. I. Aarnink, J. Holleman, R. A. M. Wolters, and J. Schmitz, Surf. Coat. Technol. 201, 8976 (2007).
[CrossRef]

Brunets, I.

A. Boogaard, A. Y. Kovalgin, I. Brunets, A. A. I. Aarnink, J. Holleman, R. A. M. Wolters, and J. Schmitz, Surf. Coat. Technol. 201, 8976 (2007).
[CrossRef]

Bruno, F.

F. Bruno, M. del Guidice, R. Recca, and F. Testa, Appl. Opt. 30, 4560 (1991).
[CrossRef]

J. Aarnio, P. Heimala, M. Del Giudice, and F. Bruno, Electron. Lett. 27, 2317 (1991).
[CrossRef]

Bülters, M.

Campbell, M.

X. Llopart, R. Ballabriga, M. Campbell, L. Tlustos, and W. Wong, Nucl. Instrum. Methods A 581, 485 (2007).
[CrossRef]

Cheng, J.

R. Sun, K. McComber, J. Cheng, D. K. Sparacin, M. Beals, J. Michel, and L. C. Kimerling, Appl. Phys. Lett. 94, 141108 (2009).
[CrossRef]

Cocorullo, G.

Contopanagos, H.

K. Misiakos, I. Raptis, A. Gerardino, H. Contopanagos, and M. Kitsara, Lab Chip 9, 1261 (2009).
[CrossRef]

Costa, R.

Del Giudice, M.

J. Aarnio, P. Heimala, M. Del Giudice, and F. Bruno, Electron. Lett. 27, 2317 (1991).
[CrossRef]

del Guidice, M.

Della Corte, F. G.

Denisse, C. M. M.

C. M. M. Denisse, K. Z. Troost, F. H. P. M. Habraken, and W. F. van der Weg, J. Appl. Phys. 60, 2536 (1986).
[CrossRef]

Faber, D. J.

Fadel, M.

Fujiwara, H.

H. Fujiwara, Spectroscopic Ellipsometry: Principles and Applications (Wiley, 2007), pp. 170–172.

Gerardino, A.

K. Misiakos, I. Raptis, A. Gerardino, H. Contopanagos, and M. Kitsara, Lab Chip 9, 1261 (2009).
[CrossRef]

Germann, R.

R. Germann, H. W. M. Salemink, R. Beyeler, G. L. Bona, F. Horst, I. Massarek, and B. J. Offrein, J. Electrochem. Soc. 147, 2237 (2000).
[CrossRef]

Giziewicz, W.

Habraken, F. H. P. M.

C. M. M. Denisse, K. Z. Troost, F. H. P. M. Habraken, and W. F. van der Weg, J. Appl. Phys. 60, 2536 (1986).
[CrossRef]

A. E. T. Kuiper, S. W. Koo, F. H. P. M. Habraken, and Y. Tamminga, J. Vac. Sci. Technol. B 1, 62 (1983).
[CrossRef]

Heimala, P.

J. Aarnio, P. Heimala, M. Del Giudice, and F. Bruno, Electron. Lett. 27, 2317 (1991).
[CrossRef]

Holleman, J.

A. Boogaard, A. Y. Kovalgin, I. Brunets, A. A. I. Aarnink, J. Holleman, R. A. M. Wolters, and J. Schmitz, Surf. Coat. Technol. 201, 8976 (2007).
[CrossRef]

Hong, C.

Horst, F.

R. Germann, H. W. M. Salemink, R. Beyeler, G. L. Bona, F. Horst, I. Massarek, and B. J. Offrein, J. Electrochem. Soc. 147, 2237 (2000).
[CrossRef]

Jalali, B.

Kalkman, J.

Kimerling, L. C.

R. Sun, K. McComber, J. Cheng, D. K. Sparacin, M. Beals, J. Michel, and L. C. Kimerling, Appl. Phys. Lett. 94, 141108 (2009).
[CrossRef]

D. Ahn, C. Hong, J. Liu, W. Giziewicz, M. Beals, L. C. Kimerling, and J. Michel, Opt. Express 15, 3916 (2007).
[CrossRef]

Kitsara, M.

K. Misiakos, I. Raptis, A. Gerardino, H. Contopanagos, and M. Kitsara, Lab Chip 9, 1261 (2009).
[CrossRef]

Kodach, V. M.

Koo, S. W.

A. E. T. Kuiper, S. W. Koo, F. H. P. M. Habraken, and Y. Tamminga, J. Vac. Sci. Technol. B 1, 62 (1983).
[CrossRef]

Koonath, P.

Kovalgin, A. Y.

J. Lu, A. Y. Kovalgin, K. H. M. van der Werf, R. E. I. Schropp, and J. Schmitz, IEEE Trans. Electron Devices 58, 2014 (2011).
[CrossRef]

A. Boogaard, A. Y. Kovalgin, I. Brunets, A. A. I. Aarnink, J. Holleman, R. A. M. Wolters, and J. Schmitz, Surf. Coat. Technol. 201, 8976 (2007).
[CrossRef]

Krummrich, P. M.

Kuiper, A. E. T.

A. E. T. Kuiper, S. W. Koo, F. H. P. M. Habraken, and Y. Tamminga, J. Vac. Sci. Technol. B 1, 62 (1983).
[CrossRef]

Kwong, D. L.

Liu, J.

Llopart, X.

X. Llopart, R. Ballabriga, M. Campbell, L. Tlustos, and W. Wong, Nucl. Instrum. Methods A 581, 485 (2007).
[CrossRef]

Lo, G. Q.

Lu, J.

J. Lu, A. Y. Kovalgin, K. H. M. van der Werf, R. E. I. Schropp, and J. Schmitz, IEEE Trans. Electron Devices 58, 2014 (2011).
[CrossRef]

Mao, S. C.

Martinelli, M.

Massarek, I.

R. Germann, H. W. M. Salemink, R. Beyeler, G. L. Bona, F. Horst, I. Massarek, and B. J. Offrein, J. Electrochem. Soc. 147, 2237 (2000).
[CrossRef]

McComber, K.

R. Sun, K. McComber, J. Cheng, D. K. Sparacin, M. Beals, J. Michel, and L. C. Kimerling, Appl. Phys. Lett. 94, 141108 (2009).
[CrossRef]

Melloni, A.

Michel, J.

R. Sun, K. McComber, J. Cheng, D. K. Sparacin, M. Beals, J. Michel, and L. C. Kimerling, Appl. Phys. Lett. 94, 141108 (2009).
[CrossRef]

D. Ahn, C. Hong, J. Liu, W. Giziewicz, M. Beals, L. C. Kimerling, and J. Michel, Opt. Express 15, 3916 (2007).
[CrossRef]

Minarini, C.

Misiakos, K.

K. Misiakos, I. Raptis, A. Gerardino, H. Contopanagos, and M. Kitsara, Lab Chip 9, 1261 (2009).
[CrossRef]

Monguzzi, P.

Niemand, M.

Offrein, B. J.

R. Germann, H. W. M. Salemink, R. Beyeler, G. L. Bona, F. Horst, I. Massarek, and B. J. Offrein, J. Electrochem. Soc. 147, 2237 (2000).
[CrossRef]

Raptis, I.

K. Misiakos, I. Raptis, A. Gerardino, H. Contopanagos, and M. Kitsara, Lab Chip 9, 1261 (2009).
[CrossRef]

Recca, R.

Rendina, I.

Rubino, A.

Salemink, H. W. M.

R. Germann, H. W. M. Salemink, R. Beyeler, G. L. Bona, F. Horst, I. Massarek, and B. J. Offrein, J. Electrochem. Soc. 147, 2237 (2000).
[CrossRef]

Schmitz, J.

J. Lu, A. Y. Kovalgin, K. H. M. van der Werf, R. E. I. Schropp, and J. Schmitz, IEEE Trans. Electron Devices 58, 2014 (2011).
[CrossRef]

J. Schmitz, Nucl. Instrum. Methods A 576, 142 (2007).
[CrossRef]

A. Boogaard, A. Y. Kovalgin, I. Brunets, A. A. I. Aarnink, J. Holleman, R. A. M. Wolters, and J. Schmitz, Surf. Coat. Technol. 201, 8976 (2007).
[CrossRef]

Schropp, R. E. I.

J. Lu, A. Y. Kovalgin, K. H. M. van der Werf, R. E. I. Schropp, and J. Schmitz, IEEE Trans. Electron Devices 58, 2014 (2011).
[CrossRef]

Sparacin, D. K.

R. Sun, K. McComber, J. Cheng, D. K. Sparacin, M. Beals, J. Michel, and L. C. Kimerling, Appl. Phys. Lett. 94, 141108 (2009).
[CrossRef]

Sun, R.

R. Sun, K. McComber, J. Cheng, D. K. Sparacin, M. Beals, J. Michel, and L. C. Kimerling, Appl. Phys. Lett. 94, 141108 (2009).
[CrossRef]

Sun, X. W.

Tamminga, Y.

A. E. T. Kuiper, S. W. Koo, F. H. P. M. Habraken, and Y. Tamminga, J. Vac. Sci. Technol. B 1, 62 (1983).
[CrossRef]

Tao, S. H.

Terzini, E.

Testa, F.

Tlustos, L.

X. Llopart, R. Ballabriga, M. Campbell, L. Tlustos, and W. Wong, Nucl. Instrum. Methods A 581, 485 (2007).
[CrossRef]

Troost, K. Z.

C. M. M. Denisse, K. Z. Troost, F. H. P. M. Habraken, and W. F. van der Weg, J. Appl. Phys. 60, 2536 (1986).
[CrossRef]

van der Weg, W. F.

C. M. M. Denisse, K. Z. Troost, F. H. P. M. Habraken, and W. F. van der Weg, J. Appl. Phys. 60, 2536 (1986).
[CrossRef]

van der Werf, K. H. M.

J. Lu, A. Y. Kovalgin, K. H. M. van der Werf, R. E. I. Schropp, and J. Schmitz, IEEE Trans. Electron Devices 58, 2014 (2011).
[CrossRef]

van Leeuwen, T. G.

Voges, E.

Wolters, R. A. M.

A. Boogaard, A. Y. Kovalgin, I. Brunets, A. A. I. Aarnink, J. Holleman, R. A. M. Wolters, and J. Schmitz, Surf. Coat. Technol. 201, 8976 (2007).
[CrossRef]

Wong, W.

X. Llopart, R. Ballabriga, M. Campbell, L. Tlustos, and W. Wong, Nucl. Instrum. Methods A 581, 485 (2007).
[CrossRef]

Xu, Y. L.

Yu, M. B.

Zhu, S.

Appl. Opt. (1)

Appl. Phys. Lett. (1)

R. Sun, K. McComber, J. Cheng, D. K. Sparacin, M. Beals, J. Michel, and L. C. Kimerling, Appl. Phys. Lett. 94, 141108 (2009).
[CrossRef]

Biomed. Opt. Express (1)

Electron. Lett. (1)

J. Aarnio, P. Heimala, M. Del Giudice, and F. Bruno, Electron. Lett. 27, 2317 (1991).
[CrossRef]

IEEE Trans. Electron Devices (1)

J. Lu, A. Y. Kovalgin, K. H. M. van der Werf, R. E. I. Schropp, and J. Schmitz, IEEE Trans. Electron Devices 58, 2014 (2011).
[CrossRef]

J. Appl. Phys. (1)

C. M. M. Denisse, K. Z. Troost, F. H. P. M. Habraken, and W. F. van der Weg, J. Appl. Phys. 60, 2536 (1986).
[CrossRef]

J. Electrochem. Soc. (1)

R. Germann, H. W. M. Salemink, R. Beyeler, G. L. Bona, F. Horst, I. Massarek, and B. J. Offrein, J. Electrochem. Soc. 147, 2237 (2000).
[CrossRef]

J. Lightwave Technol. (1)

J. Vac. Sci. Technol. B (1)

A. E. T. Kuiper, S. W. Koo, F. H. P. M. Habraken, and Y. Tamminga, J. Vac. Sci. Technol. B 1, 62 (1983).
[CrossRef]

Lab Chip (1)

K. Misiakos, I. Raptis, A. Gerardino, H. Contopanagos, and M. Kitsara, Lab Chip 9, 1261 (2009).
[CrossRef]

Nucl. Instrum. Methods A (2)

J. Schmitz, Nucl. Instrum. Methods A 576, 142 (2007).
[CrossRef]

X. Llopart, R. Ballabriga, M. Campbell, L. Tlustos, and W. Wong, Nucl. Instrum. Methods A 581, 485 (2007).
[CrossRef]

Opt. Express (4)

Opt. Lett. (2)

Surf. Coat. Technol. (1)

A. Boogaard, A. Y. Kovalgin, I. Brunets, A. A. I. Aarnink, J. Holleman, R. A. M. Wolters, and J. Schmitz, Surf. Coat. Technol. 201, 8976 (2007).
[CrossRef]

Other (1)

H. Fujiwara, Spectroscopic Ellipsometry: Principles and Applications (Wiley, 2007), pp. 170–172.

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (3)

Fig. 1.
Fig. 1.

Schematic set up for the propagation loss measurement.

Fig. 2.
Fig. 2.

Cross-section SEM image of the functional CMOS chip with the deposited SiON layer on top.

Fig. 3.
Fig. 3.

Extinction coefficient k (measured by spectroscopic ellipsometry) as a function of wavelength for SiON films deposited with different Ar/N2 flow ratios.

Tables (1)

Tables Icon

Table 1. Propagation Losses of the Optimized SiON Film, Compared to the Loss Values of Nonannealed PECVD Waveguide Materials Reported in Literature

Metrics