CN113126190A - 一种层间稳定粘附的分布式布拉格反射镜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种层间稳定粘附的分布式布拉格反射镜及其制备方法，所述分布式布拉格反射镜由含硅材料与α‑Si交替沉积形成叠层结构，含硅材料膜层与α‑Si膜层间设置3~15nm含硅材料与α‑Si的杂化膜层。该分布式布拉格反射镜通过等离子体增强化学气相沉积方法制备，依次沉积α‑Si膜层、含硅材料膜层，并在含硅材料膜层上沉积α‑Si膜层前期1~4s通入10~100%含硅材料反应气体，形成含硅材料与α‑Si的杂化膜层。所述杂化膜层在不影响膜层折射率的前提下，提高周期性叠加的α‑Si膜层与含硅材料膜层间粘附性。

Description

一种层间稳定粘附的分布式布拉格反射镜及其制备方法
技术领域
本发明属于布拉格反射镜制备领域，具体涉及一种层间稳定粘附的分布式布拉格反射镜及其制备方法。
背景技术
分布式布拉格反射镜（DBR）是光学器件中常用的反射器，基于光经过不同介质时在界面的地方会反射，且反射率的大小会与介质间折射率大小有关的原理把不同折射率的薄膜交互周期性的沉积在一起。当光经过这些不同折射率的薄膜的时候，由于各层反射回来的光因相位角的改变而进行建设性干涉，然后互相结合再一起得到强烈反射光。
采用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）制备DBR，膜层材料可选择非晶硅（α-Si，折射率为3.500~4.000）、氧化硅（SiOx，折射率为1.450~1.470）、氮化硅（SiNx，折射率为1.800-2.200）、氮氧化硅（SiOxNy，折射率为1.700-1.780）中两者以ABAB方式交替排列组成周期结构。非晶硅和氧化硅、氮化硅、氮氧化硅折射率有较大的差别，可获得较宽反射峰半峰宽，但是非晶硅膜层与氧化硅/氮化硅/氮氧化硅膜层间的粘附性不强是制备工艺中需解决的主要问题。
CN107039267A公开了一种改善半导体衬底与介电层之间的粘附性的方法，半导体衬底是Si，介电层是SiNx、SiOx等含硅材料，通过第一PECVD工艺在半导体衬底上沉积SiO2粘附层，再通过第二PECVD工艺将介电层沉积到粘附层；第一PECVD工艺在没有O2或者低流速引入O2的情况下、在包含原硅酸四乙酯的气体气氛中进行。该发明通过在Si层与含硅材料层间增加SiO2粘附层提高衬底层与介电层间的粘附性，但对于增强周期性叠加的α-Si层与含硅材料层间的粘附性，尤其是在含硅材料层上沉积α-Si层的粘附性问题，还有待研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种层间稳定粘附的分布式布拉格反射镜及其制备方法，通过在含硅材料膜层与α-Si膜层间设置含硅材料与α-Si的杂化膜层，提高周期性叠加的α-Si膜层与含硅材料膜层间粘附性，进而提高分布式布拉格反射镜叠层结构稳定性。
本发明的目的通过以下技术方案实现：一种层间稳定粘附的分布式布拉格反射镜，由含硅材料与α-Si交替沉积形成叠层结构，所述含硅材料膜层与α-Si膜层间设置含硅材料与α-Si的杂化膜层，以提高周期性叠加的α-Si膜层与含硅材料膜层间粘附性。
优选的，所述含硅材料为氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。
优选的，所述含硅材料与α-Si的杂化膜层与α-Si膜层连续分布，且杂化膜层厚度为3~15nm。
一种层间稳定粘附的分布式布拉格反射镜的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将衬底进行RCA清洗，传送至PECVD腔室，进行预加热。
步骤2：通入α-Si反应气体并稳定腔压，打开射频电源开始沉积α-Si膜层，结束后关闭射频电源及反应气体，并通入N2进行吹扫。
步骤3：通入含硅材料反应气体并稳定腔压，打开射频电源开始沉积含硅材料膜层，结束后关闭射频电源及反应气体，并通入N2进行吹扫。
步骤4：通入α-Si反应气体和含硅材料反应气体并稳定腔压，打开射频电源开始沉积含硅材料与α-Si的杂化膜层，关闭含硅材料反应气体后开始沉积α-Si膜层，结束后取出样品，对PECVD腔室进行清理。
步骤5：重复步骤3、4直至获得目标层数。
优选的，所述步骤1中预加热温度为200℃~450℃。
优选的，所述步骤2和4中α-Si反应气体为SiH4，所述步骤3和4中含硅材料反应气体为SiH4和N2O、NH3中的一种或多种。
优选的，所述步骤4中含硅材料反应气体流量为步骤3中含硅材料反应气体流量的10%~100%。
优选的，所述步骤4中含硅材料与α-Si的杂化膜层的沉积时间为1s~4s。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1）本发明通过PECVD制备分布式布拉格反射镜，依次沉积α-Si膜层、含硅材料膜层，并在含硅材料膜层上沉积α-Si膜层前期1~4s通入10~100%含硅材料反应气体，形成厚度3~15nm的含硅材料与α-Si的杂化膜层。
2）本发明通过在含硅材料膜层与α-Si膜层间设置含硅材料与α-Si的杂化膜层，在不影响膜层折射率的前提下，提高周期性叠加的α-Si膜层与含硅材料膜层间粘附性，形成交替、周期性稳定粘附层叠的分布式布拉格反射镜，不产生脱落现象。
附图说明
图1为本发明层间稳定粘附的分布式布拉格反射镜结构示意图；
图2为实施例2所得α-Si/SiNx分布式布拉格反射镜电镜图。
其中，1-衬底，2-α-Si膜层，3-含硅材料与α-Si的杂化膜层，4-含硅材料膜层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步说明。
如图1所示，一种层间稳定粘附的分布式布拉格反射镜，在衬底1上依次交替、周期性沉积α-Si膜层2、含硅材料膜层4，并在两者膜层间设置含硅材料与α-Si的杂化膜层3，增强α-Si膜层2与含硅材料膜层4间的粘附性。
实施例1
29层α-Si/SiO2分布式布拉格反射镜的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将衬底进行RCA清洗，传送至PECVD腔室，预加热至200℃。
步骤2：通入35sccm SiH4、1500sccm Ar，腔压稳定在1.2 Torr，热台距匀气盘距离15mm，热台设置200℃，保持30s。设置射频功率为200W，打开射频开始沉积α-Si膜层，保持135s。关闭射频电源及反应气体，并通入5000sccm N2对残留气体进行吹扫，保持30s。
步骤3：通入35sccm SiH4、2000sccm N2O，腔压稳定在1.2Torr，热台距匀气盘距离15mm，热台设置200℃，保持30s。设置射频功率为400W，打开射频开始沉积SiO2膜层，保持135s。关闭射频电源及反应气体，并通入5000sccm N2对残留气体进行吹扫，保持30s。
步骤4：通入35sccm SiH4、1500sccm Ar、200sccm N2O，腔压稳定在1.2Torr，热台距匀气盘距离15mm，热台设置200℃，保持30s。设置射频功率为200W，并打开射频开始沉积SiO2-α-Si杂化膜层，保持1s（沉积时间与厚度成正比，沉积1s对应杂化膜厚度约3nm）。关闭SiO2反应气体N2O，开始沉积α-Si膜层，保持135s。取出样品，对PECVD腔室进行清理：通入1500sccm CF4、500sccm O2、1000sccm Ar，腔压稳定在3.5Torr，热台设置200℃，保持15s；设置射频功率为1000W，并打开射频，保持150s；关闭射频电源及清洗气体，并通入5000sccmN2对残留气体进行置换，保持30s。
步骤5：重复步骤3、4直至获得29层α-Si/SiO2分布式布拉格反射镜。
对所得29层α-Si/SiO2分布式布拉格反射镜进行粘附性测试，采用3M 胶带粘附分布式布拉格反射镜薄膜表面，未出现脱落现象。而不含SiO2-α-Si杂化层的普通29层α-Si/SiO2分布式布拉格反射镜，经3M胶带粘附后，大面积脱落而粘附于3M 胶带表面，说明引入SiO2-α-Si杂化层能提高α-Si膜层与SiO2膜层间的粘附性，进而提高分布式布拉格反射镜叠层结构稳定性。
实施例2
29层α-Si/SiNx分布式布拉格反射镜的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将衬底进行RCA清洗，传送至PECVD腔室，预加热至450℃。
步骤2：通入35sccm SiH4、1500sccm Ar，腔压稳定在1.2 Torr，热台距匀气盘距离15mm，热台设置450℃，保持30s。设置射频功率为200W，打开射频开始沉积α-Si膜层，保持135s。关闭射频电源及反应气体，并通入5000sccm N2对残留气体进行吹扫，保持30s。
步骤3：通入35sccm SiH4、30sccm NH3、500sccm N2、500sccm Ar，腔压稳定在1.2Torr，热台距匀气盘距离15mm，热台设置450℃，保持30s。设置射频功率为100W，打开射频开始沉积SiNx膜层，保持230s。关闭射频电源及反应气体，并通入5000sccm N2对残留气体进行吹扫，保持30s。
步骤4：通入35sccm SiH4、1500sccm Ar、30sccm NH3，腔压稳定在1.2Torr，热台距匀气盘距离15mm，热台设置450℃，保持30s。设置射频功率为200W，并打开射频开始沉积SiNx-α-Si杂化膜层，保持4s（沉积时间与厚度成正比，沉积4s对应杂化膜厚度约15nm）。关闭SiNx反应气体NH3，开始沉积α-Si膜层，保持135s。取出样品，对PECVD腔室进行清理：通入1500sccm CF4、500sccm O2、1000sccm Ar，腔压稳定在3.5Torr，热台设置200℃，保持15s；设置射频功率为1000W，并打开射频，保持150s；关闭射频电源及清洗气体，并通入5000sccmN2对残留气体进行置换，保持30s。
步骤5：重复步骤3、4直至获得29层α-Si/SiNx分布式布拉格反射镜。
如图2所示，α-Si/SiNx分布式布拉格反射镜呈ABAB交替周期性层叠结构，其中深灰色层为α-Si膜层，浅灰色层为SiNx膜层，SiNx-α-Si杂化膜层与α-Si膜层连续分布。
对所得29层α-Si/SiNx分布式布拉格反射镜进行粘附性测试，采用3M 胶带粘附分布式布拉格反射镜薄膜表面，未出现脱落现象。而不含SiNx-α-Si杂化层的普通29层α-Si/SiNx分布式布拉格反射镜，经3M胶带粘附后，大面积脱落而粘附于3M 胶带表面，说明引入SiNx-α-Si杂化层能提高α-Si膜层与SiNx膜层间的粘附性，进而提高分布式布拉格反射镜叠层结构稳定性。

Claims (8)

1.一种层间稳定粘附的分布式布拉格反射镜，其特征在于，由含硅材料与α-Si交替沉积形成叠层结构，所述含硅材料膜层与α-Si膜层间设置含硅材料与α-Si的杂化膜层，以提高周期性叠加的α-Si膜层与含硅材料膜层间粘附性。
2.如权利要求1所述的层间稳定粘附的分布式布拉格反射镜，其特征在于，所述含硅材料为氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。
3.如权利要求1所述的层间稳定粘附的分布式布拉格反射镜，其特征在于，所述含硅材料与α-Si的杂化膜层与α-Si膜层连续分布，且杂化膜层厚度为3~15nm。
4.权利要求1所述的层间稳定粘附的分布式布拉格反射镜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将衬底进行RCA清洗，传送至PECVD腔室，进行预加热；
步骤2：通入α-Si反应气体并稳定腔压，打开射频电源开始沉积α-Si膜层，结束后关闭射频电源及反应气体，并通入N2进行吹扫；
步骤3：通入含硅材料反应气体并稳定腔压，打开射频电源开始沉积含硅材料膜层，结束后关闭射频电源及反应气体，并通入N2进行吹扫；
步骤4：通入α-Si反应气体和含硅材料反应气体并稳定腔压，打开射频电源开始沉积含硅材料与α-Si的杂化膜层，关闭含硅材料反应气体后开始沉积α-Si膜层，结束后取出样品，对PECVD腔室进行清理；
步骤5：重复步骤3、4直至获得目标层数。
5.如权利要求4所述的层间稳定粘附的分布式布拉格反射镜的制备方法，其特征在于，所述步骤1中预加热温度为200℃~450℃。
6.如权利要求4所述的层间稳定粘附的分布式布拉格反射镜的制备方法，其特征在于，所述步骤2和4中α-Si反应气体为SiH4，所述步骤3和4中含硅材料反应气体为SiH4和N2O、NH3中的一种或多种。
7.如权利要求4所述的层间稳定粘附的分布式布拉格反射镜的制备方法，其特征在于，所述步骤4中含硅材料反应气体流量为步骤3中含硅材料反应气体流量的10%~100%。
8.如权利要求4所述的层间稳定粘附的分布式布拉格反射镜的制备方法，其特征在于，所述步骤4中含硅材料与α-Si的杂化膜层的沉积时间为1s~4s。
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210716

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