JP2020512478A - 高屈折率の水素化シリコン薄膜の製造方法、高屈折率の水素化シリコン薄膜、フィルター積層体及びフィルター - Google Patents
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Abstract
Description
以上の問題に鑑みて、本発明を提案する。
本発明は、二番目の目的として、前記高屈折率の水素化シリコン薄膜の製造方法により得られる、屈折率が高く且つ吸収の低い、高屈折率の水素化シリコン薄膜を提供する。
本発明は、三番目の目的として、前記酸素含有又は窒素含有の水素化シリコン薄膜を高屈折率材料として製造され、透過率が高く、中心波長のオフセット量が小さく、信号損失が少なく、且つSN比が高いなどの利点を有するフィルター積層体を提供する。
本発明は、四番目の目的として、前記フィルター積層体を含むフィルターを提供する。当該フィルターは、前記フィルター積層体と同様の利点を有するので、高い透過率を有し、且つ中心波長のオフセット量が小さい。
第1局面によれば、
(a)Siターゲットを用いたマグネトロンスパッタリングにより、基材にSiを堆積してシリコン薄膜を形成し、
(b)活性水素及び活性酸素の合計量における活性酸素の量の比率が4〜99%である活性水素及び活性酸素を含む雰囲気において、シリコン薄膜により酸素含有水素化シリコン薄膜を形成するか、又は、
活性水素及び活性窒素との合計量における活性窒素の量の比率が5〜20%である活性水素及び活性窒素を含む雰囲気において、シリコン薄膜により窒素含有水素化シリコン薄膜を形成する、
ステップを含む高屈折率の水素化シリコン薄膜の製造方法を提供する。
ステップ(b)において、活性酸素の量が活性水素及び活性酸素の合計量の4〜70%を占めるか、又は、活性窒素の量が活性水素及び活性窒素との合計量の5〜18%を占める。
好ましくは、ステップ(b)において、活性酸素の量が活性水素及び活性酸素の合計量の5〜20%を占めるか、又は、活性窒素の量が活性水素及び活性窒素との合計量の5〜10%を占める。
高屈折率の水素化シリコン薄膜の製造方法は、
(a)不活性ガスの雰囲気において、MFSiターゲットを用いたマグネトロンスパッタリングにより、基材にSiを堆積してシリコン薄膜を形成し、
(b)水素ガス、酸素ガス及び不活性ガスの混合ガスの雰囲気において、RF又はICPにより混合ガスを活性化させることで、プラズマを生成して、プラズマとシリコン薄膜とを反応させ、酸素含有水素化シリコン薄膜を形成するが、ここで、水素ガス及び酸素ガスの混合ガスにおける酸素ガスの体積パーセントは4〜99%であり、好ましくは4〜70%、さらに好ましくは5〜20%であってもよく、又は、
水素ガス、窒素ガス及び不活性ガスの混合ガスの雰囲気において、RF又はICPにより混合ガスを活性化させることで、プラズマを生成して、プラズマとシリコン薄膜とを反応させ、窒素含有水素化シリコン薄膜を形成するが、ここで、水素ガス及び窒素ガスの混合ガスにおける窒素ガスの体積パーセントは5〜20%であり、好ましくは5〜18%、さらに好ましくは5〜10%である、
ステップを含む。
ステップ(a)において、Siターゲットスパッタリングのパワーは定額パワーの5%〜80%であり、好ましくは20%〜80%、さらに好ましくは40%〜80%、さらに好ましくは40%〜70%、さらに好ましくは50%〜70%であり、及び/又は、
ステップ(b)において、RF又はICPにより混合ガスに対し活性化を行うパワーは、定額パワーの5%〜80%であり、好ましくは5%〜50%、さらに好ましくは15%〜50%、さらに好ましくは20%〜50%である。
(a)反応性真空スパッタ成膜装置の回転機構上に、汚れのない基材をその成膜面がターゲットを面するように装着し、回転機構を成膜チャンバー内で定速回転させ、
成膜チャンバー内の真空度が10-3Paを超えると、スパッタ源をオンさせるとともにアルゴンガスを投入し、MFSiターゲットを用いたマグネトロンスパッタリングにより、基材にSiを堆積してシリコン薄膜を形成し、
(b)回転機構の回転により、基材が反応源の区域に搬入されると、反応源をオンさせるとともに、水素ガス、酸素ガス及びアルゴンガスを投入して、プラズマを生成し、シリコン薄膜と反応させることで、酸素含有水素化シリコン薄膜を形成するが、
ここで、反応源はRF又はICPのようなプラズマ励起源であり、スパッタ源のパワーは定額パワーの5%〜80%であり、反応源のパワーは定額パワーの5%〜80%であり、投入された水素ガス及び酸素ガスの総和における酸素ガスの体積パーセントは4〜99%である、
ステップを含む。
(a)反応性真空スパッタ成膜装置の回転機構上に、汚れのない基材をその成膜面がターゲットを面するように装着し、回転機構を成膜チャンバー内で定速回転させ、
成膜チャンバー内の真空度が10-3Paを超えると、スパッタ源をオンさせるとともにアルゴンガスを投入し、MFSiターゲットを用いたマグネトロンスパッタリングにより、基材にSiを堆積してシリコン薄膜を形成し、
(b)回転機構の回転により、基材が反応源の区域に搬入されると、反応源をオンさせるとともに、水素ガス、窒素ガス及びアルゴンガスを投入して、プラズマを生成し、シリコン薄膜と反応させることで、窒素含有水素化シリコン薄膜を形成するが、
ここで、反応源はRF又はICPのようなプラズマ励起源であり、スパッタ源のパワーは定額パワーの5%〜80%であり、反応源のパワーは定額パワーの5%〜80%であり、投入された水素ガス及び窒素ガスの総和における窒素ガスの体積パーセントは5〜20%である、
ステップを含む。
回転機構は、回転盤、回転ドラム、回転バーのうちの何れか一つである。
成膜チャンバーには、成膜チャンバーを第1チャンバーと第2チャンバーとに分割するためのバッフルが設けられ、
スパッタ源は、第1チャンバー内に設けられ、
反応源は、第2チャンバー内に設けられる。
成膜チャンバーにはガス混合チャンバーが設けられ、
水素ガス、酸素ガス及びアルゴンガスは、それぞれガス混合チャンバーに投入され均一に混合された後に、成膜チャンバーに投入されて活性化されるか、又は、
水素ガス、窒素ガス及びアルゴンガスは、それぞれガス混合チャンバーに投入され均一に混合された後に、成膜チャンバーに投入されて活性化される。
ステップ(a)において、スパッタ源をオンさせる前に、
基材温度が100〜300℃に達するまで基材を加熱し、続いてアルゴンガスを投入して成膜チャンバー及び基材に対し衝突洗浄を行い、洗浄が完了した後、アルゴンガスをオフし、成膜チャンバー内の真空度が再び10-3Paを超えるまで排気を行うが、
好ましくは、衝突洗浄の時間は1〜5minであり、衝突パワーは定額パワーの5%〜80%である、
ステップをさらに含む。
ステップ(b)が完了した後に、
100〜300℃のアニール炉内において、酸素含有水素化シリコン薄膜又は窒素含有水素化シリコン薄膜に対しアニーリングを60〜180min実施する、
ステップをさらに含む。
アニール炉内において、酸素含有水素化シリコン薄膜又は窒素含有水素化シリコン薄膜に対しアニーリングを行うステップは、
1〜15℃/minの加熱速度で100〜300℃まで30〜60min加熱し、
続いて、30〜120minの間100〜300℃を恒温保持し、
続いて、10〜30℃/minの冷却速度で室温まで冷却させる、
ステップを含む。
前記高屈折率の水素化シリコン薄膜の製造方法により得られる高屈折率の水素化シリコン薄膜であって、
800〜1100nmの波長範囲における屈折率が1.46〜3.7であり、
800〜1100nmの波長範囲における吸光係数が0.0001未満である、
高屈折率の水素化シリコン薄膜を提供する。
複数の前記高屈折率の水素化シリコン薄膜と複数の低屈折率の薄膜とを含み、
複数の高屈折率の水素化シリコン薄膜と複数の低屈折率の薄膜とを交互に堆積されてなり、
ここで、前記低屈折率の薄膜は、800〜1100nmの波長範囲における屈折率が、800〜1100nmの波長範囲における前記高屈折率の水素化シリコン薄膜の屈折率により低い、
フィルター積層体を提供する。
前記低屈折率の薄膜は二酸化シリコン薄膜であり、
好ましくは、前記低屈折率の薄膜は、低屈折率の水素化シリコン薄膜であり、800〜1100nmの波長範囲における屈折率が、800〜1100nmの波長範囲における前記高屈折率の水素化シリコン薄膜の屈折率より低く、
好ましくは、フィルター積層体の層数は10〜100層であり、
好ましくは、フィルター積層体の厚さは1〜10μmである。
前記フィルター積層体を含んでなる、フィルターを提供する。
(1)本発明に係る高屈折率の水素化シリコン薄膜の製造方法では、先に、マグネトロンスパッタリング法を用いて、Siターゲットを用いたマグネトロンスパッタリングにより、基材にSiを堆積してシリコン薄膜を形成し、その後、活性水素を含む雰囲気において、水素化反応を通じて水素化シリコン薄膜を形成する。スパッタリング過程と反応過程とが分かれて相対的に独立しているので、スパッタリング過程においてターゲットが反応ガスに汚染されず、ターゲットが被毒される問題点を有効に回避することができる。そして、活性水素を含む雰囲気に所定の比率の活性酸素又は活性窒素を加えることで、水素化反応と同時に、酸化反応又は窒化反応が発生するようにすることにより、高屈折率・低吸収の酸素含有水素化シリコン薄膜又は窒素含有水素化シリコン薄膜を形成することができる。また、当該方法によれば、生産効率の向上及びコストダウンが実現できる。
(2)本発明に係る高屈折率の水素化シリコン薄膜の製造方法により得られる水素化シリコン薄膜は、800〜1100nmの波長範囲における屈折率が1.46〜3.7であり、800〜1100nmの波長範囲における吸光係数が0.0001未満であるので、薄膜の屈折率が高く、且つ吸収の低い。
(3)本発明のフィルター積層体は、前記酸素含有又は窒素含有の水素化シリコン薄膜を高屈折率材料として、例えば酸化シリコン、酸素含有量の高い水素化シリコンなどの前記屈折率の低い低屈折率材料と交互に堆積することにより、高透射率のフィルター積層体を形成する。フィルター積層体をガラス又は?脂の基板上に成膜することにより、光学干?薄膜のバンドパス、ロングパス、ショートパスなどのフィルターを形成する。光が大きな角度で入射したとしても、フィルターの中心波長のオフセット量が小さく、さらに、広い視野角にわたって、センサの信号損失が少なく、SN比が高いなどの利点を有するので、暗視、3Dイメージング、3Dモデリング、顔認識、虹彩認識及びジェスチャー認識などの低オフセット効果を必要とする全てのフィルター、センサシステムに適用することができる。
(4)本発明のフィルターは、前記フィルター積層体を含んでなるので、前記フィルター積層体と同様の利点を有し、それ故、製造されたフィルターは、透過率が高く、且つ中心波長のオフセット量が小さい。
(a)Siターゲットを用いたマグネトロンスパッタリングにより、基材にSiを堆積してシリコン薄膜を形成し、
(b)活性水素及び活性酸素の合計量における活性酸素の比率が4〜99%である活性水素及び活性酸素を含む雰囲気において、シリコン薄膜により酸素含有水素化シリコン薄膜を形成するか、又は、
活性水素及び活性窒素の合計量における活性窒素の比率が5〜20%である活性水素及び活性窒素を含む雰囲気において、シリコン薄膜により窒素含有水素化シリコン薄膜を形成する、
ステップを含む高屈折率の水素化シリコン薄膜の製造方法を提供する。
(a)不活性ガスの雰囲気において、MFSiターゲットを用いたマグネトロンスパッタリングにより、基材にSiを堆積してシリコン薄膜を形成する。
(b)水素ガス、酸素ガス及び不活性ガスの混合ガスの雰囲気において、RF又はICPにより混合ガスを活性化させることで、プラズマを生成して、プラズマとシリコン薄膜とを反応させ、酸素含有水素化シリコン薄膜を形成するが、ここで、水素ガス及び酸素ガスの混合ガスにおける酸素ガスの体積パーセントは4〜99%であり、好ましくは4〜70%、さらに好ましくは5〜20%であってもよく、又は、
水素ガス、窒素ガス及び不活性ガスの混合ガスの雰囲気において、RF又はICPにより混合ガスを活性化させることで、プラズマを生成して、プラズマとシリコン薄膜とを反応させ、窒素含有水素化シリコン薄膜を形成するが、ここで、水素ガス及び窒素ガスの混合ガスにおける窒素ガスの体積パーセントは5〜20%であり、好ましくは5〜18%、さらに好ましくは5〜10%である。
一般的に、不活性ガスはアルゴンガスであるが、これに限定されない。
(a)反応性真空スパッタ成膜装置の回転機構上に、汚れのない基材をその成膜面がターゲットを面するように装着し、回転機構を成膜チャンバー内で定速回転させる。成膜チャンバー内の真空度が10-3Paを超えると、スパッタ源をオンさせるとともにアルゴンガスを投入し、MFSiターゲットを用いたマグネトロンスパッタリングにより、基材にSiを堆積してシリコン薄膜を形成する。
(b)回転機構の回転により、基材が反応源の区域に搬入されると、反応源をオンさせるとともに、水素ガス、酸素ガス及びアルゴンガスを投入して、プラズマを生成し、シリコン薄膜と反応させることで、酸素含有水素化シリコン薄膜を形成する。ここで、反応源はRF又はICPのようなプラズマ励起源である。
(a)反応性真空スパッタ成膜装置の回転機構上に、汚れのない基材をその成膜面がターゲットを面するように装着し、回転機構を成膜チャンバー内で定速回転させる。成膜チャンバー内の真空度が10-3Paを超えると、基材温度が100〜300℃に達するまで基材を加熱し、続いてアルゴンガスを投入して成膜チャンバー及び基材に対し衝突洗浄を行う。洗浄が完了した後、アルゴンガスをオフし、成膜チャンバー内の真空度が再び10-3Paを超えるまで排気を行う。スパッタ源をオンさせるとともにアルゴンガスを投入し、MFSiターゲットを用いたマグネトロンスパッタリングにより、基材にSiを堆積してシリコン薄膜を形成する。
(b)回転機構の回転により、基材が反応源の区域に搬入されると、反応源をオンさせるとともに、水素ガス、酸素ガス及びアルゴンガスを投入し、プラズマを生成して、シリコン薄膜と反応させることで、酸素含有水素化シリコン薄膜を形成する。ここで、反応源はRF又はICPのようなプラズマ励起源である。
(c)100〜300℃のアニール炉内において、酸素含有水素化シリコン薄膜に対し60〜180minのアニーリングを行う。具体的に、1〜15℃/minの加熱速度で100〜300℃まで30〜60min加熱する。続いて、30〜120minの間100〜300℃を恒温保持する。続いて、10〜30℃/minの冷却速度で室温まで冷却して搬出する。ここで、衝突洗浄の時間は1〜5minであり、衝突パワーは定額パワーの5%〜80%である。
(a)反応性真空スパッタ成膜装置の回転機構上に、汚れのない基材をその成膜面がターゲットを面するように装着し、回転機構を成膜チャンバー内で定速回転させる。成膜チャンバー内の真空度が10-3Paを超えると、スパッタ源をオンさせるとともにアルゴンガスを投入し、MFSiターゲットを用いたマグネトロンスパッタリングにより、基材にSiを堆積してシリコン薄膜を形成する。
(b)回転機構の回転により、基材が反応源の区域に搬入されると、反応源をオンさせるとともに、水素ガス、窒素ガス及びアルゴンガスを投入して、プラズマを生成し、シリコン薄膜と反応させることで、窒素含有水素化シリコン薄膜を形成する。ここで、反応源はRF又はICPのようなプラズマ励起源である。
(a)反応性真空スパッタ成膜装置の回転機構上に、汚れのない基材をその成膜面がターゲットを面するように装着し、回転機構を成膜チャンバー内で定速回転させる。成膜チャンバー内の真空度が10-3Paを超えると、基材温度が100〜300℃に達するまで基材を加熱し、続いてアルゴンガスを投入して成膜チャンバー及び基材に対し衝突洗浄を行う。洗浄が完了した後、アルゴンガスをオフし、成膜チャンバー内の真空度が再び10-3Paを超えるまで排気を行う。スパッタ源をオンさせるとともにアルゴンガスを投入し、MFSiターゲットを用いたマグネトロンスパッタリングにより、基材にSiを堆積してシリコン薄膜を形成する。
(b)回転機構の回転により、基材が反応源の区域に搬入されると、反応源をオンさせるとともに水素ガス、窒素ガス及びアルゴンガスを投入し、プラズマを生成して、シリコン薄膜と反応させることで、窒素含有水素化シリコン薄膜を形成する。ここで、反応源はRF又はICPのようなプラズマ励起源である。
(c)100〜300℃のアニール炉内において、窒素含有水素化シリコン薄膜に対し60〜180minのアニーリングを行う。具体的に、1〜15℃/minの加熱速度で100〜300℃まで30〜60min加熱する。続いて、30〜120minの間100〜300℃を恒温保持する。続いて、10〜30℃/minの冷却速度で室温まで冷却して搬出する。ここで、衝突洗浄の時間は1〜5minであり、衝突パワーは定額パワーの5%〜80%である。衝突の定額パワーは、例えば10KWであるが、本実施形態に係る衝突パワーは、例えば0.5〜8KWであってもよい。
A.回転機構200の上に、汚れのない基板100をその成膜面がターゲットを面するように装着する。
B.回転機構200を成膜チャンバー500内で定速回転させる。
C.真空度が10-3Paを超えると、基材温度が100〜300℃に達するまで基材を加熱し、続いてアルゴンガスを投入して成膜チャンバー及び基材に対し衝突洗浄を行う。洗浄が完了した後、アルゴンガスをオフし、成膜チャンバー内の真空度が再び10-3Paを超えるまで排気を行う。第1チャンバー内のスパッタ源300をオンするとともに、アルゴンガスを投入し、アルゴンガスを電離させることでプラズマを生成して、電場・磁場の働きにより高純度のシリコンターゲットに衝突させることにより、シリコン材料が基板100上にスパッタリングされる。
D.回転機構200の回転により、基板100が第2チャンバー内の反応源(RF/ICP)の区域に搬入される。スパッタ源300と反応源400とはバッフル600により区画される。
E.反応源400の区域に水素ガス、酸素ガス及びアルゴンガスを投入し、水素ガス、酸素ガス及びアルゴンガスがガス混合チャンバー700内で均一に混合された後に吐出されてプラズマを生成し、電場の働きにより、基板100を向けて高速運動させ、最終的に、基板100上のシリコン薄膜と反応させることにより、酸素含有水素化シリコン薄膜に合成される。
F.アニール炉内において、酸素含有水素化シリコン薄膜に対し、1〜15℃/minの加熱速度で100〜300℃まで30〜60min加熱する。続いて、30〜120minの間100〜300℃を恒温保持する。続いて、10〜30℃/minの冷却速度で室温まで冷却して搬出する。
A.回転機構200の上に、汚れのない基板100をその成膜面がターゲットを面するように装着する。
B.回転機構200を成膜チャンバー500内において定速回転させる。
C.真空度が10-3Paを超えると、基材温度が100〜300℃に達するまで基材を加熱し、続いてアルゴンガスを投入して成膜チャンバー及び基材に対し衝突洗浄を行う。洗浄が完了した後、アルゴンガスをオフし、成膜チャンバー内の真空度が再び10-3Paを超えるまで排気を行う。第1チャンバー内のスパッタ源300をオンするとともに、アルゴンガスを投入し、アルゴンガスを電離させることでプラズマを生成して、電場・磁場の働きにより高純度のシリコンターゲットに衝突させることにより、シリコン材料が基板100上にスパッタリングされる。
D.回転機構200の回転により、基板100が第2チャンバー内の反応源(RF/ICP)の区域に搬入され、スパッタ源300と反応源400とがバッフル600により区画される。
E.反応源400に水素ガス、窒素ガス及びアルゴンガスを投入し、水素ガス、窒素ガス及びアルゴンガスがガス混合チャンバー内で均一に混合された後に吐出されてプラズマを生成し、電場の働きにより、基板100を向けて高速運動させ、最終的に、基板100上のシリコン薄膜と反応させることにより、窒素含有水素化シリコン薄膜に合成される。
F.アニール炉内において、窒素含有水素化シリコン薄膜に対し、1〜15℃/minの加熱速度で100〜300℃まで30〜60min加熱する。続いて、30〜120minの間100〜300℃を恒温保持する。続いて、10〜30℃/minの冷却速度で室温まで冷却して搬出する。
高屈折率の酸素含有水素化シリコン薄膜の製造方法は、以下のステップを含む。
(a)回転ドラム上に、汚れのない基板をその成膜面がターゲットを面するように装着する。
(b)回転ドラムを成膜チャンバー内で定速回転させる。
(c)真空度が10-3Paを超えると、スパッタ源をオンさせ、スパッタ源のパワーを8KWに設定するとともに、アルゴンガスを投入し、アルゴンガスを電離させることでプラズマを生成して、電場・磁場の働きにより高純度のシリコンターゲットに衝突させることにより、シリコン材料を基板上にスパッタリングする。
(d)回転ドラムの回転により、基板を反応源の区域に搬入する。
(e)反応源をオンさせるとともに、反応源のパワーを2KWに設定し、反応源の区域に、投入された水素ガス及び酸素ガスの総和における酸素ガスの体積パーセントが6%になるようにガス流量を調整しながら、水素ガス、酸素ガス及びアルゴンガスを投入し、ガスを励起してプラズマを生成し、電場の働きにより、基板を向けて高速運動させ、最終的に、基板上のシリコン薄膜と反応させることにより、酸素含有水素化シリコン薄膜を形成する。
上記の高屈折率の酸素含有水素化シリコン薄膜の製造方法において、ステップ(e)で、投入された水素ガス及び酸素ガスの総和における酸素ガスの体積パーセントは14%であり、他のステップ及びパラメータは実施例1と同様である。
上記の高屈折率の酸素含有水素化シリコン薄膜の製造方法において、ステップ(e)で、投入された水素ガス及び酸素ガスの総和における酸素ガスの体積パーセントは23%であり、他のステップ及びパラメータは実施例1と同様である。
上記の高屈折率の酸素含有水素化シリコン薄膜の製造方法において、ステップ(e)で、投入された水素ガス及び酸素ガスの総和における酸素ガスの体積パーセントは58%であり、他のステップ及びパラメータは実施例1と同様である。
上記の高屈折率の酸素含有水素化シリコン薄膜の製造方法において、ステップ(e)で、投入された水素ガス及び酸素ガスの総和における酸素ガスの体積パーセントは62%であり、他のステップ及びパラメータは実施例1と同様である。
上記の高屈折率の酸素含有水素化シリコン薄膜の製造方法において、ステップ(e)で、投入された水素ガス及び酸素ガスの総和における酸素ガスの体積パーセントは67%であり、他のステップ及びパラメータは実施例1と同様である。
上記の高屈折率の酸素含有水素化シリコン薄膜の製造方法において、ステップ(e)で、投入された水素ガス及び酸素ガスの総和における酸素ガスの体積パーセントは71%であり、他のステップ及びパラメータは実施例1と同様である。
上記の高屈折率の酸素含有水素化シリコン薄膜の製造方法において、ステップ(c)で、スパッタ源のパワーは6KWであり、他のステップ及びパラメータは実施例1と同様である。
上記の高屈折率の酸素含有水素化シリコン薄膜の製造方法において、ステップ(c)で、スパッタ源のパワーは12KWであり、他のステップ及びパラメータは実施例1と同様である。
上記の高屈折率の酸素含有水素化シリコン薄膜の製造方法において、ステップ(c)で、スパッタ源のパワーは1KWであり、他のステップ及びパラメータは実施例1と同様である。
上記の高屈折率の酸素含有水素化シリコン薄膜の製造方法において、ステップ(c)で、スパッタ源のパワーは20KWであり、他のステップ及びパラメータは実施例1と同様である。
上記の高屈折率の酸素含有水素化シリコン薄膜の製造方法において、ステップ(e)で、反応源のパワーは0.5KWであり、他のステップ及びパラメータは実施例1と同様である。
上記の高屈折率の酸素含有水素化シリコン薄膜の製造方法において、ステップ(e)で、反応源のパワーは5KWであり、他のステップ及びパラメータは実施例1と同様である。
上記の高屈折率の酸素含有水素化シリコン薄膜の製造方法において、ステップ(e)で、反応源のパワーは10KWであり、他のステップ及びパラメータは実施例1と同様である。
高屈折率の酸素含有水素化シリコン薄膜の製造方法は、以下のステップを含む。
(a)回転ドラム上に、汚れのない基板をその成膜面がターゲットを面するように装着する。
(b)回転盤を成膜チャンバー内で定速回転させる。
(c)真空度が10-3Paを超えると、基材温度が160℃に達するまで基材を加熱し、続いてアルゴンガスを投入して成膜チャンバー及び基材に対し衝突洗浄を行う。ここで、衝突洗浄の時間は3minであり、衝突パワーは2.3KWである。洗浄が完了した後、アルゴンガスをオフし、成膜チャンバー内の真空度が再び10-3Paになるまで排気を行う。スパッタ源をオンさせ、スパッタ源のパワーを8KWに設定するとともに、アルゴンガスを投入し、アルゴンガスを電離させることでプラズマを生成して、電場・磁場の働きにより高純度のシリコンターゲットに衝突させることにより、シリコン材料を基板上にスパッタリングする。
(d)回転盤の回転により、基板を反応源の区域に搬入する。
(e)反応源をオンさせるとともに、反応源のパワーを2KWに設定し、反応源の区域に、投入された水素ガス及び酸素ガスの総和における酸素ガスの体積パーセントが6%になるようにガス流量を調整しながら、水素ガス、酸素ガス及びアルゴンガスを投入し、水素ガス、酸素ガス及びアルゴンガスがガス混合チャンバー内で均一に混合された後に吐出して、ガスを励起してプラズマを生成し、電場の働きにより、基板を向けて高速運動させ、最終的に、基板上のシリコン薄膜と反応させることにより、酸素含有水素化シリコン薄膜を形成する。
(f)アニール炉内において、酸素含有水素化シリコン薄膜に対し、10℃/minの加熱速度で200℃に達するまで30min加熱する。続いて、200℃を30min恒温保持する。続いて、15℃/minの冷却速度で室温まで冷却して搬出する。
高屈折率の酸素含有水素化シリコン薄膜の製造方法は、以下のステップを含む。
(a)回転ドラム上に、汚れのない基板をその成膜面がターゲットを面するように装着する。
(b)回転盤を成膜チャンバー内で定速回転させる。
(c)真空度が10-3Paを超えると、基材温度が100℃に達するまで基材を加熱し、続いてアルゴンガスを投入して成膜チャンバー及び基材に対し衝突洗浄を行う。ここで、衝突洗浄の時間は1minであり、衝突パワーは0.6KWである。洗浄が完了した後、アルゴンガスをオフし、成膜チャンバー内の真空度が再び10-3Paになるまで排気を行う。スパッタ源をオンさせ、スパッタ源のパワーを8KWに設定するとともに、アルゴンガスを投入し、アルゴンガスを電離させることでプラズマを生成して、電場・磁場の働きにより高純度のシリコンターゲットに衝突させることにより、シリコン材料を基板上にスパッタリングする。
(d)回転盤の回転により、基板を反応源の区域に搬入する。
(e)反応源をオンさせるとともに、反応源のパワーを2KWに設定し、反応源の区域に、投入された水素ガス及び酸素ガスの総和における酸素ガスの体積パーセントが6%になるようにガス流量を調整しながら、水素ガス、酸素ガス及びアルゴンガスを投入し、水素ガス、酸素ガス及びアルゴンガスがガス混合チャンバー内で均一に混合された後に吐出して、ガスを励起してプラズマを生成し、電場の働きにより、基板を向けて高速運動させ、最終的に、基板上のシリコン薄膜と反応させることにより、酸素含有水素化シリコン薄膜を形成する。
(f)アニール炉内において、酸素含有水素化シリコン薄膜に対し、2℃/minの加熱速度で100℃に達するまで60min加熱する。続いて、100℃を120min恒温保持する。続いて、10℃/minの冷却速度で室温まで冷却して搬出する。
高屈折率の酸素含有水素化シリコン薄膜の製造方法は、以下のステップを含む。
(a)回転ドラム上に、汚れのない基板をその成膜面がターゲットを面するように装着する。
(b)回転盤を成膜チャンバー内で定速回転させる。
(c)真空度が10-3Paを超えると、基材温度が300℃に達するまで基材を加熱し、続いてアルゴンガスを投入して成膜チャンバー及び基材に対し衝突洗浄を行う。ここで、衝突洗浄の時間は5minであり、衝突パワーは4KWである。洗浄が完了した後、アルゴンガスをオフし、成膜チャンバー内の真空度が再び10-3Paになるまで排気を行う。スパッタ源をオンさせ、スパッタ源のパワーを8KWに設定するとともに、アルゴンガスを投入し、アルゴンガスを電離させることでプラズマを生成して、電場・磁場の働きにより高純度のシリコンターゲットに衝突させることにより、シリコン材料を基板上にスパッタリングする。
(d)回転盤の回転により、基板を反応源の区域に搬入する。
(e)反応源をオンさせるとともに、反応源のパワーを2KWに設定し、反応源の区域に、投入された水素ガス及び酸素ガスの総和における酸素ガスの体積パーセントが6%になるようにガス流量を調整しながら、水素ガス、酸素ガス及びアルゴンガスを投入し、水素ガス、酸素ガス及びアルゴンガスがガス混合チャンバー内で均一に混合された後に吐出して、ガスを励起してプラズマを生成し、電場の働きにより、基板を向けて高速運動させ、最終的に、基板上のシリコン薄膜と反応させることにより、酸素含有水素化シリコン薄膜を形成する。
(f)アニール炉内において、酸素含有水素化シリコン薄膜に対し、15℃/minの加熱速度で300℃に達するまで40min加熱する。続いて、300℃を80min恒温保持する。続いて、30℃/minの冷却速度で室温まで冷却して搬出する。
二酸化シリコン薄膜の製造方法において、上記のステップ(e)で、水素ガスは投入せず、酸素ガス及びアルゴンガスのみを投入し、他のステップ及びパラメータは実施例1と同様にして二酸化シリコン薄膜を形成する。
実施例1〜21及び比較例1の方法により得られた酸素含有水素化シリコン薄膜に対し、940nmにおいて屈折率及び吸光係数の測定を行った。測定は、当該技術分野における通常の方法により行われた。
測定結果を表1に示す。
図3に示すように、水素ガス及び酸素ガスの混合ガスにおける酸素ガスの比率は、酸素含有水素化シリコン薄膜の屈折率及び吸光係数に対し影響を与えており、酸素ガスの比率が大きくなるにつれて、水素化シリコン薄膜の屈折率及び吸光係数が徐々に小さくなる。酸素ガスの比率が一番大きく100%に達する場合、即ち比較例1の場合、水素ガスが存在しないので、低い屈折率を有する二酸化シリコン薄膜が生成される。
図4に示すように、水素ガス及び酸素ガスの混合ガスにおける酸素ガスの比率が、850nmにおける酸素含有水素化シリコン薄膜の屈折率及び吸光係数に対する影響は、940nmにおける結果と類似している。
高屈折率の窒素含有水素化シリコン薄膜の製造方法は、以下のステップを含む。
(a)回転ドラム上に、汚れのない基板をその成膜面がターゲットを面するように装着する。
(b)回転ドラムを成膜チャンバー内で定速回転させる。
(c)真空度が10-3Paを超えると、スパッタ源をオンさせ、スパッタ源のパワーを8KWに設定するとともに、アルゴンガスを投入し、アルゴンガスを電離させることでプラズマを生成して、電場・磁場の働きにより高純度のシリコンターゲットに衝突させることにより、シリコン材料を基板上にスパッタリングする。
(d)回転ドラムの回転により、基板を反応源の区域に搬入する。
(e)反応源をオンさせるとともに、反応源のパワーを3KWに設定し、反応源の区域に、投入された水素ガス及び窒素ガスの総和における窒素ガスの体積パーセントが5%になるようにガス流量を調整しながら、水素ガス、窒素ガス及びアルゴンガスを投入し、ガスを励起してプラズマを生成し、電場の働きにより、基板を向けて高速運動させ、最終的に、基板上のシリコン薄膜と反応させることにより、窒素含有水素化シリコン薄膜を形成する。
上記の高屈折率の窒素含有水素化シリコン薄膜の製造方法において、ステップ(e)で、投入された水素ガス及び窒素ガスの総和における窒素ガスの体積パーセントは8%であり、他のステップ及びパラメータは実施例15と同様である。
上記の高屈折率の窒素含有水素化シリコン薄膜の製造方法において、ステップ(e)で、投入された水素ガス及び窒素ガスの総和における窒素ガスの体積パーセントは12%であり、他のステップ及びパラメータは実施例15と同様である。
上記の高屈折率の窒素含有水素化シリコン薄膜の製造方法において、ステップ(e)で、投入された水素ガス及び窒素ガスの総和における窒素ガスの体積パーセントは20%であり、他のステップ及びパラメータは実施例15と同様である。
上記の高屈折率の窒素含有水素化シリコン薄膜の製造方法において、ステップ(e)で、反応源のパワーは1.5KWであり、他のステップ及びパラメータは実施例15と同様である。
上記の高屈折率の窒素含有水素化シリコン薄膜の製造方法において、ステップ(e)で、反応源のパワーは5KWであり、他のステップ及びパラメータは実施例15と同様である。
上記の高屈折率の窒素含有水素化シリコン薄膜の製造方法において、ステップ(e)で、反応源のパワーは10KWであり、他のステップ及びパラメータは実施例15と同様である。
高屈折率の窒素含有水素化シリコン薄膜の製造方法は、以下のステップを含む。
(a)回転ドラム上に、汚れのない基板をその成膜面がターゲットを面するように装着する。
(b)回転盤を成膜チャンバー内で定速回転させる。
(c)真空度が10-3Paを超えると、基材温度が160℃に達するまで基材を加熱し、続いてアルゴンガスを投入して成膜チャンバー及び基材に対し衝突洗浄を行う。ここで、衝突洗浄の時間は3minであり、衝突パワーは2.3KWである。洗浄が完了した後、アルゴンガスをオフし、成膜チャンバー内の真空度が再び10-3Paになるまで排気を行う。スパッタ源をオンさせ、スパッタ源のパワーを8KWに設定するとともに、アルゴンガスを投入し、アルゴンガスを電離させることでプラズマを生成して、電場・磁場の働きにより高純度のシリコンターゲットに衝突させることにより、シリコン材料を基板上にスパッタリングする。
(d)回転盤の回転により、基板を反応源の区域に搬入する。
(e)反応源をオンさせるとともに、反応源のパワーを2KWに設定し、反応源の区域に、投入された水素ガス及び窒素ガスの総和における窒素ガスの体積パーセントが6%になるようにガス流量を調整しながら、水素ガス、窒素ガス及びアルゴンガスを投入し、水素ガス、窒素ガス及びアルゴンガスがガス混合チャンバー内で均一に混合された後に吐出して、ガスを励起してプラズマを生成し、電場の働きにより、基板を向けて高速運動させ、最終的に、基板上のシリコン薄膜と反応させることにより、窒素含有水素化シリコン薄膜を形成する。
(f)アニール炉内において、窒素含有水素化シリコン薄膜に対し、10℃/minの加熱速度で200℃に達するまで30min加熱する。続いて、200℃を30min恒温保持する。続いて、15℃/minの冷却速度で室温まで冷却して搬出する。
高屈折率の窒素含有水素化シリコン薄膜の製造方法は、以下のステップを含む。
(a)回転ドラム上に、汚れのない基板をその成膜面がターゲットを面するように装着する。
(b)回転盤を成膜チャンバー内で定速回転させる。
(c)真空度が10-3Paを超えると、基材温度が100℃に達するまで基材を加熱し、続いてアルゴンガスを投入して成膜チャンバー及び基材に対し衝突洗浄を行う。ここで、衝突洗浄の時間は1minであり、衝突パワーは0.6KWである。洗浄が完了した後、アルゴンガスをオフし、成膜チャンバー内の真空度が再び10-3Paになるまで排気を行う。スパッタ源をオンさせ、スパッタ源のパワーを8KWに設定するとともに、アルゴンガスを投入し、アルゴンガスを電離させることでプラズマを生成して、電場・磁場の働きにより高純度のシリコンターゲットに衝突させることにより、シリコン材料を基板上にスパッタリングする。
(d)回転盤の回転により、基板を反応源の区域に搬入する。
(e)反応源をオンさせるとともに、反応源のパワーを2KWに設定し、反応源の区域に、投入された水素ガス及び窒素ガスの総和における窒素ガスの体積パーセントが6%になるようにガス流量を調整しながら、水素ガス、窒素ガス及びアルゴンガスを投入し、水素ガス、窒素ガス及びアルゴンガスがガス混合チャンバー内で均一に混合された後に吐出して、ガスを励起してプラズマを生成し、電場の働きにより、基板を向けて高速運動させ、最終的に、基板上のシリコン薄膜と反応させることにより、窒素含有水素化シリコン薄膜を形成する。
(f)アニール炉内において、窒素含有水素化シリコン薄膜に対し、2℃/minの加熱速度で100℃に達するまで60min加熱する。続いて、100℃を120min恒温保持する。続いて、10℃/minの冷却速度で室温まで冷却して搬出する。
高屈折率の窒素含有水素化シリコン薄膜の製造方法は、以下のステップを含む。
(a)回転ドラム上に、汚れのない基板をその成膜面がターゲットを面するように装着する。
(b)回転盤を成膜チャンバー内で定速回転させる。
(c)真空度が10-3Paを超えると、基材温度が300℃に達するまで基材を加熱し、続いてアルゴンガスを投入して成膜チャンバー及び基材に対し衝突洗浄を行う。ここで、衝突洗浄の時間は5minであり、衝突パワーは4KWである。洗浄が完了した後、アルゴンガスをオフし、成膜チャンバー内の真空度が再び10-3Paになるまで排気を行う。スパッタ源をオンさせ、スパッタ源のパワーを8KWに設定するとともに、アルゴンガスを投入し、アルゴンガスを電離させることでプラズマを生成して、電場・磁場の働きにより高純度のシリコンターゲットに衝突させることにより、シリコン材料を基板上にスパッタリングする。
(d)回転盤の回転により、基板を反応源の区域に搬入する。
(e)反応源をオンさせるとともに、反応源のパワーを2KWに設定し、反応源の区域に、投入された水素ガス及び窒素ガスの総和における窒素ガスの体積パーセントが6%になるようにガス流量を調整しながら、水素ガス、窒素ガス及びアルゴンガスを投入し、水素ガス、窒素ガス及びアルゴンガスがガス混合チャンバー内で均一に混合された後に吐出して、ガスを励起してプラズマを生成し、電場の働きにより、基板を向けて高速運動させ、最終的に、基板上のシリコン薄膜と反応させることにより、窒素含有水素化シリコン薄膜を形成する。
(f)アニール炉内において、窒素含有水素化シリコン薄膜に対し、15℃/minの加熱速度で300℃に達するまで40min加熱する。続いて、300℃を80min恒温保持する。続いて、30℃/minの冷却速度で室温まで冷却して搬出する。
上記の高屈折率の窒素含有水素化シリコン薄膜の製造方法において、ステップ(e)で、投入された水素ガス及び窒素ガスの総和における窒素ガスの体積パーセントは23%であり、他のステップ及びパラメータは実施例22と同様である。
実施例15〜21及び比較例2の方法により得られた窒素含有水素化シリコン薄膜に対し、屈折率及び吸光係数の測定を行った。具体的な測定方法は、試験例1と同様である。
測定結果を表2に示す。
図5に示すように、水素ガス及び窒素ガスの混合ガスにおける窒素ガスの比率は、窒素含有水素化シリコン薄膜の屈折率及び吸光係数に対し影響を与えており、窒素ガスの比率が大きくなるにつれて、水素化シリコン薄膜の屈折率は小さくなるものの、吸光係数は徐々に大きくなり、窒素ガスの比率が20%を超えると、吸光係数の上昇がより明らかになる。
フィルター積層体は、複数の実施例3に係る高屈折率の酸素含有水素化シリコン薄膜と複数のSiO2薄膜とを含み、複数の実施例3に係る高屈折率の水素化シリコン薄膜と複数のSiO2薄膜とを交互に堆積されてなる。ここで、実施例3に係る高屈折率の水素化シリコン薄膜の厚さは100nmであり、SiO2薄膜の厚さは200nmであり、フィルター積層体の厚さは5μmである。
フィルター積層体は、複数の実施例17に係る高屈折率の窒素含有水素化シリコン薄膜と複数の低屈折率の酸素含有水素化シリコン薄膜(実施例7)とを含み、両者を交互に堆積されてなる。ここで、高屈折率の窒素含有水素化シリコン薄膜の厚さは100nmであり、低屈折率の酸素含有水素化シリコン薄膜の厚さは100nmであり、フィルター積層体の厚さは3μmである。
実施例28に係るフィルター積層体を成膜してなる、中心波長が940nmであるバンドパスフィルターにおいて、0〜30°入射時の実測スペクトル曲線を、図6に示す。
(2)本発明に係る高屈折率の水素化シリコン薄膜の製造方法により得られた水素化シリコン薄膜は、その薄膜の屈折率が高く、吸収の低い。
(3)本発明のフィルター積層体は、前記酸素含有又は窒素含有の水素化シリコン薄膜を高屈折率材料として製造され、その透過率が高く、中心波長のオフセット量が小さく、信号損失が少なく、且つSN比が高いなどの利点を有する。
(4)本発明のフィルターは、前記フィルター積層体を含むので、前記フィルター積層体と同様の利点をし、それ故、製造されたフィルターは、透過率が高く、且つ中心波長のオフセット量が小さい。
200 回転機構
300 スパッタ源
400 反応源
500 成膜チャンバー
600 バッフル
700 ガス混合チャンバー
A.回転機構200の上に、汚れのない基板100をその成膜面がターゲットを面するように装着する。
B.回転機構200を成膜チャンバー500内において定速回転させる。
C.真空度が10-3Paを超えると、基材温度が100〜300℃に達するまで基材を加熱し、続いてアルゴンガスを投入して成膜チャンバー及び基材に対し衝突洗浄を行う。洗浄が完了した後、アルゴンガスをオフし、成膜チャンバー内の真空度が再び10-3Paを超えるまで排気を行う。第1チャンバー内のスパッタ源300をオンするとともに、アルゴンガスを投入し、アルゴンガスを電離させることでプラズマを生成して、電場・磁場の働きにより高純度のシリコンターゲットに衝突させることにより、シリコン材料が基板100上にスパッタリングされる。
D.回転機構200の回転により、基板100が第2チャンバー内の反応源(RF/ICP)の区域に搬入され、スパッタ源300と反応源400とがバッフル600により区画される。
E.反応源400の区域に水素ガス、窒素ガス及びアルゴンガスを投入し、水素ガス、窒素ガス及びアルゴンガスがガス混合チャンバー内で均一に混合された後に吐出されてプラズマを生成し、電場の働きにより、基板100を向けて高速運動させ、最終的に、基板100上のシリコン薄膜と反応させることにより、窒素含有水素化シリコン薄膜に合成される。
F.アニール炉内において、窒素含有水素化シリコン薄膜に対し、1〜15℃/minの加熱速度で100〜300℃まで30〜60min加熱する。続いて、30〜120minの間100〜300℃を恒温保持する。続いて、10〜30℃/minの冷却速度で室温まで冷却して搬出する。
高屈折率の酸素含有水素化シリコン薄膜の製造方法は、以下のステップを含む。
(a)回転機構上に、汚れのない基板をその成膜面がターゲットを面するように装着する。
(b)回転機構を成膜チャンバー内で定速回転させる。
(c)真空度が10-3Paを超えると、スパッタ源をオンさせ、スパッタ源のパワーを8KWに設定するとともに、アルゴンガスを投入し、アルゴンガスを電離させることでプラズマを生成して、電場・磁場の働きにより高純度のシリコンターゲットに衝突させることにより、シリコン材料を基板上にスパッタリングする。
(d)回転機構の回転により、基板を反応源の区域に搬入する。
(e)反応源をオンさせるとともに、反応源のパワーを2KWに設定し、反応源の区域に、投入された水素ガス及び酸素ガスの総和における酸素ガスの体積パーセントが6%になるようにガス流量を調整しながら、水素ガス、酸素ガス及びアルゴンガスを投入し、ガスを励起してプラズマを生成し、電場の働きにより、基板を向けて高速??させ、最終的に、基板上のシリコン薄膜と反応させることにより、酸素含有水素化シリコン薄膜を形成する。
高屈折率の酸素含有水素化シリコン薄膜の製造方法は、以下のステップを含む。
(a)回転機構上に、汚れのない基板をその成膜面がターゲットを面するように装着する。
(b)回転機構を成膜チャンバー内で定速回転させる。
(c)真空度が10-3Paを超えると、基材温度が160℃に達するまで基材を加熱し、続いてアルゴンガスを投入して成膜チャンバー及び基材に対し衝突洗浄を行う。ここで、衝突洗浄の時間は3minであり、衝突パワーは2.3KWである。洗浄が完了した後、アルゴンガスをオフし、成膜チャンバー内の真空度が再び10-3Paになるまで排気を行う。スパッタ源をオンさせ、スパッタ源のパワーを8KWに設定するとともに、アルゴンガスを投入し、アルゴンガスを電離させることでプラズマを生成して、電場・磁場の働きにより高純度のシリコンターゲットに衝突させることにより、シリコン材料を基板上にスパッタリングする。
(d)回転機構の回転により、基板を反応源の区域に搬入する。
(e)反応源をオンさせるとともに、反応源のパワーを2KWに設定し、反応源の区域に、投入された水素ガス及び酸素ガスの総和における酸素ガスの体積パーセントが6%になるようにガス流量を調整しながら、水素ガス、酸素ガス及びアルゴンガスを投入し、水素ガス、酸素ガス及びアルゴンガスがガス混合チャンバー内で均一に混合された後に吐出して、ガスを励起してプラズマを生成し、電場の働きにより、基板を向けて高速??させ、最終的に、基板上のシリコン薄膜と反応させることにより、酸素含有水素化シリコン薄膜を形成する。
(f)アニール炉内において、酸素含有水素化シリコン薄膜に対し、10℃/minの加熱速度で200℃に達するまで30min加熱する。続いて、200℃を30min恒温保持する。続いて、15℃/minの冷却速度で室温まで冷却して搬出する。
高屈折率の酸素含有水素化シリコン薄膜の製造方法は、以下のステップを含む。
(a)回転機構上に、汚れのない基板をその成膜面がターゲットを面するように装着する。
(b)回転機構を成膜チャンバー内で定速回転させる。
(c)真空度が10-3Paを超えると、基材温度が100℃に達するまで基材を加熱し、続いてアルゴンガスを投入して成膜チャンバー及び基材に対し衝突洗浄を行う。ここで、衝突洗浄の時間は1minであり、衝突パワーは0.6KWである。洗浄が完了した後、アルゴンガスをオフし、成膜チャンバー内の真空度が再び10-3Paになるまで排気を行う。スパッタ源をオンさせ、スパッタ源のパワーを8KWに設定するとともに、アルゴンガスを投入し、アルゴンガスを電離させることでプラズマを生成して、電場・磁場の働きにより高純度のシリコンターゲットに衝突させることにより、シリコン材料を基板上にスパッタリングする。
(d)回転機構の回転により、基板を反応源の区域に搬入する。
(e)反応源をオンさせるとともに、反応源のパワーを2KWに設定し、反応源の区域に、投入された水素ガス及び酸素ガスの総和における酸素ガスの体積パーセントが6%になるようにガス流量を調整しながら、水素ガス、酸素ガス及びアルゴンガスを投入し、水素ガス、酸素ガス及びアルゴンガスがガス混合チャンバー内で均一に混合された後に吐出して、ガスを励起してプラズマを生成し、電場の働きにより、基板を向けて高速??させ、最終的に、基板上のシリコン薄膜と反応させることにより、酸素含有水素化シリコン薄膜を形成する。
(f)アニール炉内において、酸素含有水素化シリコン薄膜に対し、2℃/minの加熱速度で100℃に達するまで60min加熱する。続いて、100℃を120min恒温保持する。続いて、10℃/minの冷却速度で室温まで冷却して搬出する。
高屈折率の酸素含有水素化シリコン薄膜の製造方法は、以下のステップを含む。
(a)回転機構上に、汚れのない基板をその成膜面がターゲットを面するように装着する。
(b)回転機構を成膜チャンバー内で定速回転させる。
(c)真空度が10-3Paを超えると、基材温度が300℃に達するまで基材を加熱し、続いてアルゴンガスを投入して成膜チャンバー及び基材に対し衝突洗浄を行う。ここで、衝突洗浄の時間は5minであり、衝突パワーは4KWである。洗浄が完了した後、アルゴンガスをオフし、成膜チャンバー内の真空度が再び10-3Paになるまで排気を行う。スパッタ源をオンさせ、スパッタ源のパワーを8KWに設定するとともに、アルゴンガスを投入し、アルゴンガスを電離させることでプラズマを生成して、電場・磁場の働きにより高純度のシリコンターゲットに衝突させることにより、シリコン材料を基板上にスパッタリングする。
(d)回転機構の回転により、基板を反応源の区域に搬入する。
(e)反応源をオンさせるとともに、反応源のパワーを2KWに設定し、反応源の区域に、投入された水素ガス及び酸素ガスの総和における酸素ガスの体積パーセントが6%になるようにガス流量を調整しながら、水素ガス、酸素ガス及びアルゴンガスを投入し、水素ガス、酸素ガス及びアルゴンガスがガス混合チャンバー内で均一に混合された後に吐出して、ガスを励起してプラズマを生成し、電場の働きにより、基板を向けて高速??させ、最終的に、基板上のシリコン薄膜と反応させることにより、酸素含有水素化シリコン薄膜を形成する。
(f)アニール炉内において、酸素含有水素化シリコン薄膜に対し、15℃/minの加熱速度で300℃に達するまで40min加熱する。続いて、300℃を80min恒温保持する。続いて、30℃/minの冷却速度で室温まで冷却して搬出する。
高屈折率の窒素含有水素化シリコン薄膜の製造方法は、以下のステップを含む。
(a)回転機構上に、汚れのない基板をその成膜面がターゲットを面するように装着する。
(b)回転機構を成膜チャンバー内で定速回転させる。
(c)真空度が10-3Paを超えると、スパッタ源をオンさせ、スパッタ源のパワーを8KWに設定するとともに、アルゴンガスを投入し、アルゴンガスを電離させることでプラズマを生成して、電場・磁場の働きにより高純度のシリコンターゲットに衝突させることにより、シリコン材料を基板上にスパッタリングする。
(d)回転機構の回転により、基板を反応源の区域に搬入する。
(e)反応源をオンさせるとともに、反応源のパワーを3KWに設定し、反応源の区域に、投入された水素ガス及び窒素ガスの総和における窒素ガスの体積パーセントが5%になるようにガス流量を調整しながら、水素ガス、窒素ガス及びアルゴンガスを投入し、ガスを励起してプラズマを生成し、電場の働きにより、基板を向けて高速??させ、最終的に、基板上のシリコン薄膜と反応させることにより、窒素含有水素化シリコン薄膜を形成する。
上記の高屈折率の窒素含有水素化シリコン薄膜の製造方法において、ステップ(e)で、投入された水素ガス及び窒素ガスの総和における窒素ガスの体積パーセントは8%であり、他のステップ及びパラメータは実施例18と同様である。
上記の高屈折率の窒素含有水素化シリコン薄膜の製造方法において、ステップ(e)で、投入された水素ガス及び窒素ガスの総和における窒素ガスの体積パーセントは12%であり、他のステップ及びパラメータは実施例18と同様である。
上記の高屈折率の窒素含有水素化シリコン薄膜の製造方法において、ステップ(e)で、投入された水素ガス及び窒素ガスの総和における窒素ガスの体積パーセントは20%であり、他のステップ及びパラメータは実施例18と同様である。
上記の高屈折率の窒素含有水素化シリコン薄膜の製造方法において、ステップ(e)で、反応源のパワーは1.5KWであり、他のステップ及びパラメータは実施例18と同様である。
上記の高屈折率の窒素含有水素化シリコン薄膜の製造方法において、ステップ(e)で、反応源のパワーは5KWであり、他のステップ及びパラメータは実施例18と同様である。
上記の高屈折率の窒素含有水素化シリコン薄膜の製造方法において、ステップ(e)で、反応源のパワーは10KWであり、他のステップ及びパラメータは実施例18と同様である。
高屈折率の窒素含有水素化シリコン薄膜の製造方法は、以下のステップを含む。
(a)回転機構上に、汚れのない基板をその成膜面がターゲットを面するように装着する。
(b)回転機構を成膜チャンバー内で定速回転させる。
(c)真空度が10-3Paを超えると、基材温度が160℃に達するまで基材を加熱し、続いてアルゴンガスを投入して成膜チャンバー及び基材に対し衝突洗浄を行う。ここで、衝突洗浄の時間は3minであり、衝突パワーは2.3KWである。洗浄が完了した後、アルゴンガスをオフし、成膜チャンバー内の真空度が再び10-3Paになるまで排気を行う。スパッタ源をオンさせ、スパッタ源のパワーを8KWに設定するとともに、アルゴンガスを投入し、アルゴンガスを電離させることでプラズマを生成して、電場・磁場の働きにより高純度のシリコンターゲットに衝突させることにより、シリコン材料を基板上にスパッタリングする。
(d)回転機構の回転により、基板を反応源の区域に搬入する。
(e)反応源をオンさせるとともに、反応源のパワーを2KWに設定し、反応源の区域に、投入された水素ガス及び窒素ガスの総和における窒素ガスの体積パーセントが6%になるようにガス流量を調整しながら、水素ガス、窒素ガス及びアルゴンガスを投入し、水素ガス、窒素ガス及びアルゴンガスがガス混合チャンバー内で均一に混合された後に吐出して、ガスを励起してプラズマを生成し、電場の働きにより、基板を向けて高速??させ、最終的に、基板上のシリコン薄膜と反応させることにより、窒素含有水素化シリコン薄膜を形成する。
(f)アニール炉内において、窒素含有水素化シリコン薄膜に対し、10℃/minの加熱速度で200℃に達するまで30min加熱する。続いて、200℃を30min恒温保持する。続いて、15℃/minの冷却速度で室温まで冷却して搬出する。
高屈折率の窒素含有水素化シリコン薄膜の製造方法は、以下のステップを含む。
(a)回転機構上に、汚れのない基板をその成膜面がターゲットを面するように装着する。
(b)回転機構を成膜チャンバー内で定速回転させる。
(c)真空度が10-3Paを超えると、基材温度が100℃に達するまで基材を加熱し、続いてアルゴンガスを投入して成膜チャンバー及び基材に対し衝突洗浄を行う。ここで、衝突洗浄の時間は1minであり、衝突パワーは0.6KWである。洗浄が完了した後、アルゴンガスをオフし、成膜チャンバー内の真空度が再び10-3Paになるまで排気を行う。スパッタ源をオンさせ、スパッタ源のパワーを8KWに設定するとともに、アルゴンガスを投入し、アルゴンガスを電離させることでプラズマを生成して、電場・磁場の働きにより高純度のシリコンターゲットに衝突させることにより、シリコン材料を基板上にスパッタリングする。
(d)回転機構の回転により、基板を反応源の区域に搬入する。
(e)反応源をオンさせるとともに、反応源のパワーを2KWに設定し、反応源の区域に、投入された水素ガス及び窒素ガスの総和における窒素ガスの体積パーセントが6%になるようにガス流量を調整しながら、水素ガス、窒素ガス及びアルゴンガスを投入し、水素ガス、窒素ガス及びアルゴンガスがガス混合チャンバー内で均一に混合された後に吐出して、ガスを励起してプラズマを生成し、電場の働きにより、基板を向けて高速??させ、最終的に、基板上のシリコン薄膜と反応させることにより、窒素含有水素化シリコン薄膜を形成する。
(f)アニール炉内において、窒素含有水素化シリコン薄膜に対し、2℃/minの加熱速度で100℃に達するまで60min加熱する。続いて、100℃を120min恒温保持する。続いて、10℃/minの冷却速度で室温まで冷却して搬出する。
高屈折率の窒素含有水素化シリコン薄膜の製造方法は、以下のステップを含む。
(a)回転機構上に、汚れのない基板をその成膜面がターゲットを面するように装着する。
(b)回転機構を成膜チャンバー内で定速回転させる。
(c)真空度が10-3Paを超えると、基材温度が300℃に達するまで基材を加熱し、続いてアルゴンガスを投入して成膜チャンバー及び基材に対し衝突洗浄を行う。ここで、衝突洗浄の時間は5minであり、衝突パワーは4KWである。洗浄が完了した後、アルゴンガスをオフし、成膜チャンバー内の真空度が再び10-3Paになるまで排気を行う。スパッタ源をオンさせ、スパッタ源のパワーを8KWに設定するとともに、アルゴンガスを投入し、アルゴンガスを電離させることでプラズマを生成して、電場・磁場の働きにより高純度のシリコンターゲットに衝突させることにより、シリコン材料を基板上にスパッタリングする。
(d)回転機構の回転により、基板を反応源の区域に搬入する。
(e)反応源をオンさせるとともに、反応源のパワーを2KWに設定し、反応源の区域に、投入された水素ガス及び窒素ガスの総和における窒素ガスの体積パーセントが6%になるようにガス流量を調整しながら、水素ガス、窒素ガス及びアルゴンガスを投入し、水素ガス、窒素ガス及びアルゴンガスがガス混合チャンバー内で均一に混合された後に吐出して、ガスを励起してプラズマを生成し、電場の働きにより、基板を向けて高速??させ、最終的に、基板上のシリコン薄膜と反応させることにより、窒素含有水素化シリコン薄膜を形成する。
(f)アニール炉内において、窒素含有水素化シリコン薄膜に対し、15℃/minの加熱速度で300℃に達するまで40min加熱する。続いて、300℃を80min恒温保持する。続いて、30℃/minの冷却速度で室温まで冷却して搬出する。
上記の高屈折率の窒素含有水素化シリコン薄膜の製造方法において、ステップ(e)で、投入された水素ガス及び窒素ガスの総和における窒素ガスの体積パーセントは23%であり、他のステップ及びパラメータは実施例18と同様である。
実施例18〜27及び比較例2の方法により得られた窒素含有水素化シリコン薄膜に対し、屈折率及び吸光係数の測定を行った。具体的な測定方法は、試験例1と同様である。
測定結果を表2に示す。
図5に示すように、水素ガス及び窒素ガスの混合ガスにおける窒素ガスの比率は、窒素含有水素化シリコン薄膜の屈折率及び吸光係数に対し影響を与えており、窒素ガスの比率が大きくなるにつれて、水素化シリコン薄膜の屈折率は小さくなるものの、吸光係数は徐々に大きくなり、窒素ガスの比率が20%を超えると、吸光係数の上昇がより明らかになる。
フィルター積層体は、複数の実施例1に係る高屈折率の酸素含有水素化シリコン薄膜と複数のSiO2薄膜とを含み、複数の実施例3に係る高屈折率の水素化シリコン薄膜と複数のSiO2薄膜とを交互に堆積されてなる。ここで、実施例3に係る高屈折率の水素化シリコン薄膜の厚さは100nmであり、SiO2薄膜の厚さは200nmであり、フィルター積層体の厚さは5μmである。
フィルター積層体は、複数の実施例18に係る高屈折率の窒素含有水素化シリコン薄膜と複数の低屈折率の酸素含有水素化シリコン薄膜(実施例7)とを含み、両者を交互に堆積されてなる。ここで、高屈折率の窒素含有水素化シリコン薄膜の厚さは100nmであり、低屈折率の酸素含有水素化シリコン薄膜の厚さは100nmであり、フィルター積層体の厚さは3μmである。
Claims (16)
- (a)Siターゲットを用いたマグネトロンスパッタリングにより、基材にSiを堆積してシリコン薄膜を形成し、
(b)活性水素及び活性酸素の合計量における活性酸素の量の比率が4〜99%である活性水素及び活性酸素を含む雰囲気において、シリコン薄膜により酸素含有水素化シリコン薄膜を形成するか、又は、
活性水素及び活性窒素との合計量における活性窒素の量の比率が5〜20%である活性水素及び活性窒素を含む雰囲気において、シリコン薄膜により窒素含有水素化シリコン薄膜を形成する、
ステップを含むことを特徴とする高屈折率の水素化シリコン薄膜の製造方法。 - ステップ(b)において、活性酸素の量が活性水素及び活性酸素の合計量の4〜70%を占めるか、又は、活性窒素の量が活性水素及び活性窒素との合計量の5〜18%を占め、
好ましくは、ステップ(b)において、活性酸素の量が活性水素及び活性酸素の合計量の5〜20%を占めるか、又は、活性窒素の量が活性水素及び活性窒素との合計量の5〜10%を占める、
ことを特徴とする請求項1に記載の高屈折率の水素化シリコン薄膜の製造方法。 - (a)不活性ガスの雰囲気において、MFSiターゲットを用いたマグネトロンスパッタリングにより、基材にSiを堆積してシリコン薄膜を形成し、
(b)水素ガス、酸素ガス及び不活性ガスの混合ガスの雰囲気において、RF又はICPにより混合ガスを活性化させることで、プラズマを生成して、プラズマとシリコン薄膜とを反応させ、酸素含有水素化シリコン薄膜を形成するが、ここで、水素ガス及び酸素ガスの混合ガスにおける酸素ガスの体積パーセントは4〜99%であり、好ましくは4〜70%、さらに好ましくは5〜20%であってもよく、又は、
水素ガス、窒素ガス及び不活性ガスの混合ガスの雰囲気において、RF又はICPにより混合ガスを活性化させることで、プラズマを生成して、プラズマとシリコン薄膜とを反応させ、窒素含有水素化シリコン薄膜を形成するが、ここで、水素ガス及び窒素ガスの混合ガスにおける窒素ガスの体積パーセントは5〜20%であり、好ましくは5〜18%、さらに好ましくは5〜10%である、
ステップを含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の高屈折率の水素化シリコン薄膜の製造方法。 - ステップ(a)において、Siターゲットスパッタリングのパワーは定額パワーの5%〜80%であり、好ましくは20%〜80%、さらに好ましくは40%〜80%、さらに好ましくは40%〜70%、さらに好ましくは50%〜70%であり、及び/又は、
ステップ(b)において、RF又はICPにより混合ガスに対し活性化を行うパワーは、定額パワーの5%〜80%であり、好ましくは5%〜50%、さらに好ましくは15%〜50%、さらに好ましくは20%〜50%である、
ことを特徴とする請求項3に記載の高屈折率の水素化シリコン薄膜の製造方法。 - (a)反応性真空スパッタ成膜装置の回転機構上に、汚れのない基材をその成膜面がターゲットを面するように装着し、回転機構を成膜チャンバー内で定速回転させ、
成膜チャンバー内の真空度が10-3Paを超えると、スパッタ源をオンさせるとともにアルゴンガスを投入し、MFSiターゲットを用いたマグネトロンスパッタリングにより、基材にSiを堆積してシリコン薄膜を形成し、
(b)回転機構の回転により、基材が反応源の区域に搬入されると、反応源をオンさせるとともに、水素ガス、酸素ガス及びアルゴンガスを投入して、プラズマを生成し、シリコン薄膜と反応させることで、酸素含有水素化シリコン薄膜を形成するが、
ここで、反応源はRF又はICPのようなプラズマ励起源であり、スパッタ源のパワーは定額パワーの5%〜80%であり、反応源のパワーは定額パワーの5%〜80%であり、投入された水素ガス及び酸素ガスの総和における酸素ガスの体積パーセントは4〜99%である、
ステップを含むことを特徴とする請求項3に記載の高屈折率の水素化シリコン薄膜の製造方法。 - (a)反応性真空スパッタ成膜装置の回転機構上に、汚れのない基材をその成膜面がターゲットを面するように装着し、回転機構を成膜チャンバー内で定速回転させ、
成膜チャンバー内の真空度が10-3Paを超えると、スパッタ源をオンさせるとともにアルゴンガスを投入し、MFSiターゲットを用いたマグネトロンスパッタリングにより、基材にSiを堆積してシリコン薄膜を形成し、
(b)回転機構の回転により、基材が反応源の区域に搬入されると、反応源をオンさせるとともに、水素ガス、窒素ガス及びアルゴンガスを投入して、プラズマを生成し、シリコン薄膜と反応させることで、窒素含有水素化シリコン薄膜を形成するが、
ここで、反応源はRF又はICPのようなプラズマ励起源であり、スパッタ源のパワーは定額パワーの5%〜80%であり、反応源のパワーは定額パワーの5%〜80%であり、投入された水素ガス及び窒素ガスの総和における窒素ガスの体積パーセントは5〜20%である、
ステップを含むことを特徴とする請求項3に記載の高屈折率の水素化シリコン薄膜の製造方法。 - 前記回転機構は、回転盤、回転ドラム及び回転バーのうちの何れか一つである、ことを特徴とする請求項5又は6に記載の高屈折率の水素化シリコン薄膜の製造方法。
- 前記成膜チャンバーには、前記成膜チャンバーを第1チャンバーと第2チャンバーとに分割するためのバッフルが設けられ、
前記スパッタ源は、前記第1チャンバー内に設けられ、
前記反応源は、前記第2チャンバー内に設けられる、
ことを特徴とする請求項5又は6に記載の高屈折率の水素化シリコン薄膜の製造方法。 - 前記成膜チャンバーにはガス混合チャンバーが設けられ、
水素ガス、酸素ガス及びアルゴンガスは、それぞれ前記ガス混合チャンバーに投入され均一に混合された後に、前記成膜チャンバーに投入されて活性化されるか、又は、
水素ガス、窒素ガス及びアルゴンガスは、それぞれ前記ガス混合チャンバーに投入され均一に混合された後に、前記成膜チャンバーに投入されて活性化される、
ことを特徴とする請求項5又は6に記載の高屈折率の水素化シリコン薄膜の製造方法。 - ステップ(a)において、スパッタ源をオンさせる前に、
基材温度が100〜300℃に達するまで基材を加熱し、続いてアルゴンガスを投入して成膜チャンバー及び基材に対し衝突洗浄を行い、洗浄が完了した後、アルゴンガスをオフし、成膜チャンバー内の真空度が再び10-3Paを超えるまで排気を行うが、
好ましくは、衝突洗浄の時間は1〜5minであり、衝突パワーは定額パワーの5%〜80%である、
ステップをさらに含むことを特徴とする請求項5又は6に記載の高屈折率の水素化シリコン薄膜の製造方法。 - ステップ(b)が完了した後に、
100〜300℃のアニール炉内において、前記酸素含有水素化シリコン薄膜又は前記窒素含有水素化シリコン薄膜に対しアニーリングを60〜180min実施する、
ステップをさらに含むことを特徴とする請求項5又は6に記載の高屈折率の水素化シリコン薄膜の製造方法。 - 前記アニール炉内において、前記酸素含有水素化シリコン薄膜又は窒素含有水素化シリコン薄膜に対しアニーリングを行うステップは、
1〜15℃/minの加熱速度で100〜300℃まで30〜60min加熱し、
続いて、30〜120minの間100〜300℃を恒温保持し、
続いて、10〜30℃/minの冷却速度で室温まで冷却させる、
ステップを含むことを特徴とする請求項9に記載の高屈折率の水素化シリコン薄膜の製造方法。 - 請求項1〜12のいずれか一項に記載の高屈折率の水素化シリコン薄膜の製造方法により得られる高屈折率の水素化シリコン薄膜であって、
800〜1100nmの波長範囲における屈折率が1.46〜3.7であり、
800〜1100nmの波長範囲における吸光係数が0.0001未満である、
ことを特徴とする高屈折率の水素化シリコン薄膜。 - 複数の請求項13に記載の高屈折率の水素化シリコン薄膜と複数の低屈折率の薄膜とを含み、
複数の高屈折率の水素化シリコン薄膜と複数の低屈折率の薄膜とを交互に堆積されてなり、
ここで、前記低屈折率の薄膜は、800〜1100nmの波長範囲における屈折率が、800〜1100nmの波長範囲における前記高屈折率の水素化シリコン薄膜の屈折率より低い、
ことを特徴とするフィルター積層体。 - 前記低屈折率の薄膜は二酸化シリコン薄膜であり、
好ましくは、前記低屈折率の薄膜は、低屈折率の水素化シリコン薄膜であり、800〜1100nmの波長範囲における屈折率が、800〜1100nmの波長範囲における前記高屈折率の水素化シリコン薄膜の屈折率より低く、
好ましくは、フィルター積層体の層数は10〜100層であり、
好ましくは、フィルター積層体の厚さは1〜10μmである、
ことを特徴とする請求項14に記載のフィルター積層体。 - 請求項14又は15に記載のフィルター積層体を含んでなる、ことを特徴とするフィルター。
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