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CN111699430B - 用于光学器件增强的润湿层 - Google Patents

用于光学器件增强的润湿层 Download PDF

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CN111699430B CN201980012469.8A CN201980012469A CN111699430B CN 111699430 B CN111699430 B CN 111699430B CN 201980012469 A CN201980012469 A CN 201980012469A CN 111699430 B CN111699430 B CN 111699430B
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Abstract

在此所述的实施方式涉及光学器件制作的方法及材料。在一个实施方式中，提供一种制作光学器件的方法。方法包括在基板上沉积介电膜，在介电膜上沉积润湿层，及在润湿层上沉积含金属膜。在另一实施方式中，提供一种光学器件。器件包括基板，沉积在基板上且接触基板的介电膜，沉积在介电膜上且接触介电膜的润湿层，和沉积在润湿层上且接触润湿层的含金属膜。

Description

用于光学器件增强的润湿层
技术领域
本公开内容的实施方式一般地涉及用于光学器件制作的材料及方法。
背景技术
诸如透镜或类似器件的光学器件建构成展现某些合乎需要的特性。光学器件特性的实例包括光反射性及光透射性。例如具有沉积于其上的涂布材料的透镜之类的传统光学器件可足够用于某些应用。然而，诸如在先进成像及半导体应用中利用的那些先进光学器件在传统涂布下常常无法按预期执行。
此外，即使诸如利用介电及金属膜的交替层的那些先进光学器件亦可能无法适当地执行，此归因于用以形成先进光学器件的材料的固有特性。举例而言，具有以交替方式布置的薄的介电及金属膜的光学器件可能遭受从电介质分层金属，或在电介质之上不完全覆盖的金属。尽管可利用较厚金属膜达成在介电膜之上金属的改良聚结，但通常直到金属膜为数十纳米的厚度才达成金属的完全聚结，这样常对先进光学器件应用而言太厚。
因此，本领域中需要用于光学器件的改良的方法及材料。
发明内容
在一个实施方式中，提供一种制作光学器件的方法。方法包括在基板上沉积含氧化物介电膜，在介电膜上沉积润湿层且润湿层与介电膜接触，及在润湿层上沉积含金属膜且含金属膜与润湿层接触。含金属膜由包括以下一或多种材料的反射金属材料形成：铝、银及金。
在一个实施方式中，一种制作光学器件的方法包括将基板传送至处理腔室中，通过溅射蚀刻清洁基板的表面，在基板上形成含氧化物介电层，在介电层之上形成第一润湿层，在第一润湿层之上形成金属层，及在金属层之上形成第二润湿层。第二润湿层由与第一润湿层不同的材料形成。
在一个实施方式中，提供一种光学器件。器件包括基板，设置在基板上且接触基板的含氧化物介电膜，设置在介电膜上且接触介电膜的润湿层，及设置在润湿层上且接触润湿层的含金属膜。含金属膜包括以下一或多种材料：铝、银及金。
附图说明
以上简要概述的本公开内容的上述特征能够被详细理解的方式、以及本公开内容的更特定描述，可通过参照实现方式获得，某些实施方式绘示于所附图式中。然而，应注意所附图式仅标示示例性实施方式，因而不应视为对本发明的范围的限制，而可认可其他等同有效的实施方式。
图1是图示了根据在此所述的实施方式的具有润湿层设置于介电膜与含金属膜之间的膜堆叠的显微图。
图2示意性图示根据在此所述的实施方式的膜堆叠。
图3示意性图示根据在此所述的实施方式的膜堆叠。
为了促进理解，尽可能地使用相同的附图标号指示图式中共通的相同的元件。考虑到，一个实施方式的元件及特征在没有进一步描述下可有利地并入其他实施方式中。
具体实施方式
在此所述的实施方式涉及光学器件制作的方法及材料。在一个实施方式中，提供一种制作光学器件的方法。方法包括在基板上沉积介电膜，在介电膜上沉积润湿层，和在润湿层上沉积含金属膜。在另一实施方式中，提供一种光学器件。器件包括基板，沉积在基板上且接触基板的介电膜，沉积在介电膜上且接触介电膜的润湿层，及沉积在润湿层上且接触润湿层的含金属膜。
图1为图示了具有润湿层设置在介电膜及含金属膜之间的膜堆叠的显微图。光学器件100包括基板102。基板102可为在其上可形成光学器件的任何适合的基板。在一个实施方式中，基板102为含硅(Si)基板。亦预期基板102可为含铟(In)、镓(Ga)、锗(Ge)或氮(N)基板。可替代地或额外地，基板102可为层状基板。
介电膜104沉积于基板102上且与基板102接触。在一个实施方式中，介电膜104为半导体材料。半导体材料的适合实例包括但不限于：硅(Si)材料、锗(Ge)材料、氮化硅(Si3N4)材料、磷化铟(InP)材料、磷化镓(GaP)材料、氮化镓(GaN)材料、及III-V族材料或类似材料。在一个实施方式中，介电膜104为含氧化物膜，诸如二氧化钛(TiO2)膜、氧化铪(HfxOy)膜、氧化锆(ZrO2)膜、氧化镧(La2O3)膜、氧化铝(Al2O3)膜或类似膜。可替代地或额外地，介电膜可为多层堆叠，选择用于介电膜104的材料至少部分由于材料固有的折射率而被选择。亦预期在某些情况下介电材料可展现疏水特性。
在一个实施方式中，介电膜104由物理气相沉积(PVD)工艺而沉积在基板102上。或者，介电膜104可由其他技术沉积，诸如化学气相沉积(CVD)工艺、等离子体强化的化学气相沉积(PECVD)工艺、外延气相沉积工艺、原子层沉积(ALD)工艺或类似技术。
润湿层106沉积在介电膜104上且与介电膜104接触。在一个实施方式中，润湿层为提供所沉积的材料可初始形成生长岛于其上的表面的材料，所述生长岛与下层材料层、例如是介电膜104或类似物具有钝角接触角。润湿层起到改善后续沉积的膜的形成的作用，使得后续沉积的膜光滑、连续且薄。在一个实施方式中，后续沉积的膜为含金属膜108。
在一个实施方式中，润湿层106为半导体材料。在另一实施方式中，润湿层106为介电材料。半导体及介电材料的适合实例包括但不限于：硅(Si)材料、氧化硅(SiO2)材料、氮化硅(Si3N4)材料、氧化钽(TaO)材料、氧化铝(Al2O3)材料、磷化镓(GaP)材料、氮化镓(GaN)材料、及III-V族材料或类似材料。在另一实施方式中，润湿层106为金属材料。金属润湿层的适合的材料实例包括但不限于：钛(Ti)材料、铬(Cr)材料、镍(Ni)材料及钴(Co)材料。
润湿层106形成为薄层而于介电膜104之上，而起到强化后续沉积的含金属膜108的沉积的作用。在一个实施方式中，润湿层106由PVD工艺沉积在介电膜104上。或者，润湿层106可由其他技术沉积，诸如化学气相沉积(CVD)工艺、等离子体强化的化学气相沉积(PECVD)工艺、外延气相沉积工艺、原子层沉积(ALD)工艺、蒸发工艺、分子束沉积工艺或类似技术。
含金属膜108沉积在润湿层106上且与润湿层106接触。在一个实施方式中，含金属膜108为反射金属材料，诸如铝(Al)、银(Ag)、或金(Au)或其他材料。在介电膜104上形成薄且光滑的表面的润湿层106促进在其上的含金属膜108的均匀沉积。据信润湿层106增加可利用作为含金属膜108的材料的种类，同时减少用以达成含金属膜108的均匀或实质上均匀膜厚度的含金属膜108的厚度。在一个实施方式中，在含金属膜108上沉积另一润湿层106，使得含金属膜108被夹在两个润湿层106之间。在此实施方式中，润湿层106中的各层与含金属层108接触而形成。
图2示意性示出根据在此所述的实施方式的膜堆叠200。在此实施方式中，介电膜104形成于基板102上且与基板102接触，润湿层106形成于介电膜104上且与介电膜104接触，含金属膜108形成于润湿层106上且与润湿层106接触，且第二介电膜104设置于含金属膜108上且与含金属膜108接触。在此实施方式中，与以上所述其中将含金属膜108夹在两个润湿层106之间的实例比较时，利用单一润湿层106。
图3图示根据在此所述的实施方式的膜堆叠300。在此实施方式中，介电膜104形成于基板102上且与基板102接触，第一润湿层106a形成于介电膜104上且与介电膜104接触，含金属膜108形成于第一润湿层106a上且与第一润湿层106a接触，第二润湿层106b形成于含金属膜108上且与含金属膜108接触，且介电膜104设置于第二润湿层106b上且与第二润湿层106b接触。
此实施方式的一个方面为，第一润湿层106a为介电或半导体材料，且第二润湿层106b为金属材料。举例而言，第一润湿层106a可为含硅(Si)、氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、氧化钽(TaO)、氧化铝(Al2O3)、磷化镓(GaP)、氮化镓(GaN)、或III-V族材料的层，同时第二润湿层106b可为含钛(Ti)、铬(Cr)、镍(Ni)或钴(Co)的层。亦预期其他材料及结合。举例而言，在另一方面中，第一润湿层106a为金属材料，且第二润湿层106b为介电或半导体材料。在此两个方面中，介电或半导体材料润湿层充当光学器件的介电部分(即，介电膜104)的部分，且金属材料润湿层起到类似于光学器件的金属部分(即，含金属膜108)的作用。在某些方面中，金属润湿层由退火工艺或类似技术、以扩散或类似方式并入含金属膜108中。在一个实施方式中，含金属膜108由PVD工艺而沉积。用于沉积介电膜104、润湿层106和/或含金属膜108而用于执行PVD工艺的适合装置的一个实例为
Figure BDA0002623205150000051
系列的处理工具，此工具可购自美国加州圣克拉拉的应用材料公司。亦应预期，来自其他制造商的其他适合配置的装置亦可利用于沉积介电膜104、润湿层106和/或含金属膜108。或者，含金属膜108可由其他技术沉积，诸如化学气相沉积(CVD)工艺、等离子体强化的化学气相沉积(PECVD)工艺、外延气相沉积工艺、原子层沉积(ALD)工艺或类似技术。
据信利用润湿层能够增加适合在光学器件的多层堆叠的产生中使用的材料种类，光学器件，诸如彩色滤光器或等离子器件(plasmonic devices)。由在此所述的方法、材料及器件受益的其他装置包括法布里-珀罗干涉仪(Fabry-Perot interferometers)及标准具装置(etalon devices)。更具体而言，可减少或更精准控制光学器件100中各个材料层104、106、108的厚度，而能够在邻接材料层之间制作光滑的表面和/或界面。
在此所述的方法亦包括用于光学器件制作的基板102的准备。在一个实施方式中，利用多重腔室系统。在一个实施方式中，诸如
Figure BDA0002623205150000052
系列处理工具的多重腔室系统包括退火腔室、表面清洁腔室(即，溅射蚀刻腔室)及PVD腔室。亦应预期，来自其他制造商的其他适合配置的装置亦可利用于准备用于光学器件制作的基板102。
在将基板102传送至处理腔室且沉积介电材料104之前，基板102引入负载锁定腔室中，其中降低压力且维持足够的高真空，例如类似于在PVD腔室中利用的真空压力。在某些实施方式中，准备基板亦包括加热以释出水蒸气，或溅射蚀刻以清洁基板表面，用以强化后续沉积的膜的成核特性。
认为在此所述的实施方式发觉各种光学器件中的有益实现方式，光学器件，诸如光学膜、彩色滤光器、衍射光学器件、纳米光学器件、及超分辨率光学器件以及其他器件。通过实施具有润湿层的金属/金属氧化物膜，而维持和/或改善光学滤光器件的色彩饱和度，同时使厚度减少的金属层能够具有改善的膜光滑度(即，降低的表面粗糙度)。据信较薄的膜改善光学器件的透光性，同时改善膜堆叠的光学性能。
尽管前述指向本公开内容的实施方式，在没有背离本公开内容的基本范围的情况下可设计本公开内容的其他及进一步实施方式，且本发明的范围由随附的权利要求书来确定。

Claims (12)

1.一种制作光学器件的方法，包含以下步骤：
加热基板；
在所述基板上沉积介电膜，所述介电膜由含氧化物材料形成；
在所述介电膜上沉积第一润湿层，且所述第一润湿层与所述介电膜接触，所述第一润湿层由含钛(Ti)、铬(Cr)、镍(Ni)或钴(Co)的层形成；
在所述润湿层上沉积含金属膜，且所述含金属膜与所述润湿层接触，所述含金属膜由反射金属材料形成，所述反射金属材料包含以下一或多种材料：铝、银及金；和
在所述含金属膜上沉积第二润湿层，且所述第二润湿层与所述含金属膜接触，所述第二润湿层由含硅(Si)、氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、氧化钽(TaO)、氧化铝(Al2O3)、磷化镓(GaP)或氮化镓(GaN)的层形成。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述含氧化物材料为二氧化钛。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述介电膜为多层堆叠。
4.如权利要求1所述的方法，进一步包含以下步骤：
在所述基板上沉积所述介电膜之前，蚀刻所述基板的表面。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述介电膜、所述润湿层或所述含金属膜中的一或多个由物理气相沉积工艺沉积。
6.一种制作光学器件的方法，包含以下步骤：
将基板传送至处理腔室中；
通过溅射蚀刻清洁所述基板的表面；
在所述基板的所述表面上形成介电层，所述介电层包含含氧化物材料；
在所述介电层之上形成第一润湿层，所述第一润湿层由含钛(Ti)、铬(Cr)、镍(Ni)或钴(Co)的层形成；
在所述第一润湿层之上形成金属层，所述金属层包含以下一或多种材料：铝、银及金；和
在所述金属层之上形成第二润湿层，其中所述第二润湿层由与所述第一润湿层不同的材料组成，所述第二润湿层由含硅(Si)、氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、氧化钽(TaO)、氧化铝(Al2O3)、磷化镓(GaP)或氮化镓(GaN)的层形成。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述含氧化物材料为二氧化钛。
8.如权利要求6所述的方法，其中在所述第二润湿层之上形成第二介电层。
9.如权利要求6所述的方法，其中所述第一润湿层由退火工艺并入所述金属层中。
10.如权利要求6所述的方法，其中所述介电层、所述第一润湿层、所述第二润湿层或所述金属层中的一或多个由物理气相沉积工艺沉积。
11.一种光学器件，包含：
基板；
介电膜，设置在所述基板上且与所述基板接触，所述介电膜包含含氧化物材料；
第一润湿层，设置在所述介电膜上且与所述介电膜接触，所述第一润湿层由含钛(Ti)、铬(Cr)、镍(Ni)或钴(Co)的层形成；
含金属膜，设置在所述润湿层上且与所述润湿层接触，所述含金属膜包含以下一或多种材料：铝、银及金；和
第二润湿层，设置在所述含金属膜上且与所述含金属膜接触，所述第二润湿层由含硅(Si)、氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、氧化钽(TaO)、氧化铝(Al2O3)、磷化镓(GaP)或氮化镓(GaN)的层形成。
12.如权利要求11所述的器件，其中所述介电膜包含二氧化钛。
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