技术领域
[0001] 本发明涉及光电探测器技术领域，特别涉及一种增透膜的制造方法及其增透膜。
相关背景技术
[0002] 目前，光的通信与传输普遍使用CWDM4(4波稀疏波分复用器)，4个波长分别为1271nm、1291nm、1311nm和1331nm，这就要求光电探测器对于CWDM4对应波段具有较高的响应度，且相差不能过大。因此，进一步要求光电探测器表面的增透膜对CWDM4对应波长的反射率低，同时在此波段上的反射率曲线较为平缓。
[0003] 为了优化增透膜以降低其反射率，常见的半导体工艺一般采用不同的材质(例如SiO、Si N、T iO等等)进行多层交替排布的方式形成增透膜，用以实现对某个波段具有较高的透射率和较低的反射率。但是，上述增透膜由于需要使用多种材料制作多层增透膜的膜层，这就需要相应提供多种不同的气源或气源组合用于生成不同的膜层，增加了制备工艺难度的同时，还使得制备过程中因为气源的存放及使用而增加的制备空间和作业面积。
[0004] 有鉴于此，确实需要一种新型的增透膜以及制备该增透膜的方法。
具体实施方式
[0044] 下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。
[0045] 增透膜，又称减反射膜，其主要功能是减少或消除光学表面(例如透镜、棱镜、平面镜等)的反射光，从而增加该光学表面的透光量，减少或消除杂散光。
[0046] 增透膜的作用原理为：当光线入射到增透膜时，一方面光在增透膜表面形成第一次反射；另一方面光透射穿过增透膜，在增透膜底部形成第二次反射并经过透射从增透膜表面射出。此时，第一次反射光与第二次反射光之间会发生干涉，从而减弱反射光。根据能量守恒定律，光的总能量不变，因此，反射光减少时，透射光则增多。
[0047] 为了进一步减少反射光，常见地，使用多层材料不同的增透膜配合降低反射率，同时还可以使反射率曲线变平缓。使用某种材料形成对应的增透膜需要对应的气源或气源组合，不同的材料对应不同的气源或气源组合。具体来说，材料A的对应气源A1用于形成一层抗反射层1，材料B的对应气源B1用于在抗反射层1上形成抗反射层2，以此类推，最终形成N层抗反射层，就需要N种材料，相应地就需要N种气源或气源组合。这样就会导致多层叠加的增透膜虽然在降低反射率的效果上表现较佳，但其使用的气源种类非常多，会增加制备过程的控制难度，存放或调用气源还需要较大的作业空间，占用较大面积。
[0048] 为了减少气源的使用，同时还可以保证增透膜具有较佳的抗反射效果，本发明的一个实施例提出了一种新型的增透膜的制造方法。
[0049] 参考图1，该增透膜的制造方法包括以下步骤：
[0050] S101：提供增透膜的生长材料；
[0051] S102：提供对应于增透膜的生长材料的气源；
[0052] S103：使用同一种生长材料在衬底层上依次形成增透膜的至少两层抗反射层；
[0053] S104：至少两层抗反射层与衬底层共同形成增透膜。
[0054] 在一个示例中，基于CDWM4的波段范围(1271nm～1331nm)，可选地使用SiO材料作为增透膜的生长材料。理论上，除了SiO材料之外，还可以使用其他材料作为增透膜的生长材料，例如SiO2、Si N、ZnS、Ta2O3、T i O2、A l2O3、MgF2等，不同材料的折射率不同，使用过程中需要配合调整不同的薄膜生长参数。当然，本示例选择使用SiO仅是一种说明性示例，本领域技术人员不应当理解为对本发明的一种限制。
[0055] 在一个示例中，当选择SiO作为增透膜的生长材料以后，则可以进一步提供对应SiO生长材料的生长气源，本实施例提供了一种气源组合，具体为Si H4、N2O和N2。对于同一种生长材料，其可以使用的气源或气源组合并不是唯一的，本示例仅是一种说明性示例，本领域技术人员不应当理解为对本发明的一种限制。
[0056] 在一个示例中，至少两层抗反射层可以是两层、三层或更多层，随着抗反射层数量的增多，虽然针对某个特定波段范围内的抗反射性能可以进一步提高，但是每层抗反射层的厚度和折射率的匹配设计难度也会随之升高。在本发明提供的以下实施例中，在保证获得较佳的抗反射性能的前提下，均采用两层抗反射层，即第一抗反射层和第二抗反射层。当然，本示例涉及的抗反射层的层数设计方案仅是一种说明性示例，本领域技术人员不应当理解为对本发明的一种限制。
[0057] 在一个示例中，参考图2，示出了根据本发明的一个实施例的一个增透膜100的横截面结构示意图，该增透膜100包括两个部分，一部分是衬底层10，另一部分是形成在衬底层10上的抗反射层结构，该抗反射层结构包括第一抗反射层20和形成在第一抗反射层20上的第二抗反射层30。
[0058] 在一个示例中，具体地，衬底层10是一个包括多种材料的多层结构，在选定生长材料之后，衬底层10的多层结构一般是固定的，本实施例的衬底层10沿薄膜生长方向(图2中为从下至上)依次包括SiO层11、Si层12和吸收层13；第一抗反射层20和第二抗反射层30的材料均为SiO。
[0059] 在一个示例中，通过外延生长工艺来形成两层抗反射层，即第一抗反射层20和第二抗反射层30，并通过调节外延生长的沉积参数使得相邻的第一抗反射层20和第二抗反射层30的折射率不同。
[0060] 常见的用于增透膜制备的外延生长工艺主要包括：溶胶－凝胶法(So l－ge l)、化学气相沉积法(CVD)、溅射法等，其中化学气相沉积法(CVD)是较为常用的一种。
[0061] 化学气相沉积(CVD)是一种薄膜沉积技术，主要是利用含有薄膜元素的一种或几种气相化合物或单质、在衬底表面上进行化学反应生成薄膜的方法。化学气相沉积技术是近几十年发展起来的制备无机材料的新技术，已广泛用于提纯物质、研制新晶体、沉积各种单晶、多晶或玻璃态无机薄膜材料。这些材料可以是氧化物、硫化物、氮化物、碳化物，也可以是I I I‑V、I I‑I V、IV‑VI族中的二元或多元的元素间化合物。这些无机薄膜材料的物理性能可以通过气相掺杂的沉积过程实现精确的控制。
[0062] 化学气相沉积(CVD)具有诸多优点：薄膜形成方向性小，微观均匀性好；薄膜纯度高，残余应力小，延展性强；薄膜受到的辐射损伤较小。因此，针对本实施例的增透膜，可选地使用等离子增强化学气相沉积方法(PECVD)用于增透膜的外延生长。
[0063] 在一个示例中，参考图3，使用对应于等离子增强化学气相沉积方法(PECVD)的CVD沉积设备，通过外延生长形成本实施例的增透膜的步骤包括：
[0064] S301：对衬底层10进行半导体清洗工艺后，将衬底层10放到CVD沉积设备上；
[0065] S302：控制CVD沉积设备的上电极温度为200～300℃，下电极温度为250～350℃；
[0066] S303：调整CVD沉积设备的第一沉积参数，生长第一抗反射层20；
[0067] S304：调整CVD沉积设备的第二沉积参数，在第一抗反射层20上生长第二抗反射层30。
[0068] 在一个示例中，具体地，沉积参数(即第一沉积参数和第二沉积参数)主要包括以下中的任一种或它们的任意组合：
[0069] (1)Si H4、N2O和N2的流量，用于控制各层抗反射层中每层抗反射层的折射率；
[0070] (2)薄膜沉积时间，用于控制各抗反射层中每层抗反射层的厚度，外延生长时间越短，抗反射层越薄；反之，外延生长时间越长，抗反射层越厚。可替代地，控制薄膜沉积的速度为40nm/min，进而控制形成抗反射层的总体时间在0～10min的范围。
[0071] 具体到本实施例，通过第一抗反射层20和第二抗反射层30的不同折射率、不同厚度的配合，与第一抗反射层20下方的衬底层10共同形成增透膜100，起到降低光的反射并增加光的透射的作用。
[0072] 在一个示例中，通过控制CVD沉积设备的沉积参数，本实施例获得的增透膜中的第一抗反射层20和第二抗反射层30的结构及性能如下：
[0073] 第一抗反射层20的厚度范围为10～200nm，折射率范围为1.4～1.7；
[0074] 第二抗反射层30的厚度范围为10～200nm，折射率范围为1.4～1.7。
[0075] 在一个示例中，参考图4，示出了上述示例的增透膜的性能与单层增透膜、不同生长材料双层增透膜的性能相比，在CWDM4波段范围的反射率曲线。具体地，图中的曲线a为本实施例的图2给出的相同生长材料双层增透膜的反射率曲线，曲线b为现有的不同生长材料双层增透膜的反射率曲线，曲线c为单层增透膜的反射率曲线。
[0076] 从曲线a、b和c的形状可以看出，单层增透膜随波长变化，其反射率的波动幅度非常大，可以从5％波动至20％；相对地，双层的增透膜随波长变化，其反射率的波动幅度非常小，基本位于10％±3％的范围，且其最大反射率(约13％)小于单层增透膜的最大反射率(约20％)。
[0077] 进一步地，对比曲线a和曲线b，本实施例的相同生长材料制造的双层增透膜可以与不同生长材料制造的双层增透膜达到基本相同的反射性能，虽然反射率存在一定的波动，但波动范围不超过2％，且最大反射率均在13％±1％。由于本实施例的双层增透膜使用的是同一种生长材料，相较不同生长材料的双层增透膜节省了气源的使用，从而降低制备难度，减少制备工艺空间和气源占地面积。
[0078] 在一个示例中，分别使用两组沉积参数形成了两组增透膜，以下通过实施例1和实施例2对两组增透膜的形成过程及性能参数进行具体的说明：
[0079] 实施例1：
[0080] 对衬底层10进行半导体清洗工艺后，将衬底层10放到CVD沉积设备；
[0081] 调整CVD沉积设备的第一沉积参数，生成第一抗反射层20，其中第一沉积参数包括：
[0082] Si H4的第一体积流量为8sccm，第一气压为600mTorr；
[0083] N2O的第一体积流量为530sccm；
[0084] N2的第一体积流量为625sccm；
[0085] CVD沉积设备的第一射频功率为60W；
[0086] 第一薄膜沉积时间为15s；
[0087] 此时获得的第一抗反射层20的厚度为10nm，折射率为1.46；
[0088] 在第一抗反射层20的基础上，调整CVD沉积设备的第二沉积参数，生成第二抗反射层30，其中第二沉积参数包括：
[0089] Si H4的第二体积流量为8sccm，第二气压为600mTorr；
[0090] N2O的第二体积流量为50sccm；
[0091] N2的第二体积流量为1105sccm；
[0092] CVD沉积设备的第二射频功率为60W；
[0093] 第二薄膜沉积时间为278s；
[0094] 此时获得的第二抗反射层30的厚度为185nm，折射率为1.65。
[0095] 实施例2：
[0096] 对衬底层10进行半导体清洗工艺后，将衬底层10放到CVD沉积设备；
[0097] 调整CVD沉积设备的第一沉积参数，生成第一抗反射层20，其中第一沉积参数包括：
[0098] Si H4的第一体积流量为8sccm，第一气压为600mTorr；
[0099] N2O的第一体积流量为50sccm；
[0100] N2的第一体积流量为1105sccm；
[0101] CVD沉积设备的第一射频功率为60W；
[0102] 第一薄膜沉积时间为285s；
[0103] 此时获得的第一抗反射层20的厚度为190nm，折射率为1.65；
[0104] 在第一抗反射层20的基础上，调整CVD沉积设备的第二沉积参数，生成第二抗反射层30，其中第二沉积参数包括：
[0105] Si H4的第二体积流量为8sccm，第二气压为600mTorr；
[0106] N2O的第二体积流量为530sccm；
[0107] N2的第二体积流量为625sccm；
[0108] CVD沉积设备的第二射频功率为60W；
[0109] 第二薄膜沉积时间为15s；
[0110] 此时获得的第二抗反射层的厚度为10nm，折射率为1.46。
[0111] 即，
[0112] 实施例1的相同生长材料双层增透膜的组合为：10nm(折射率1.46)+185nm(折射率1.65)；
[0113] 实施例2的相同生长材料双层增透膜的组合为：190nm(折射率1.65)+10nm(折射率1.46)。
[0114] 进一步地，使用仿真计算可以分别绘制出实施例1和实施例2获得的增透膜的反射率曲线，并与使用不同生长材料的双层增透膜的反射率曲线进行对比。
[0115] 具体地，参考图5，对应于实施例1的反射率曲线为曲线a1、对应于实施例2的反射率曲线为曲线a2以及对应于不同生长材料的双层增透膜的反射率曲线为曲线b。
[0116] 曲线a1和a2相比，反射率曲线几乎重合，反射效果基本一致，且反射率都可以控制在10％±3％的范围之内。
[0117] 曲线a1、a2与曲线b相比，达到的反射效果相近，在CDWM4波段范围内，曲线a1、a2的反射率曲率变化可以达到比较平缓的程度，且最大反射率不超过12％(曲线b的最大反射率约为11.5％)。
[0118] 本发明实施例提供的一种增透膜的制造方法及其增透膜具有以下优点中的至少一个或至少一个优点的一部分：
[0119] (1)本发明提供的增透膜的制造方法使用同一种生长材料，形成不同折射率的多层抗反射层，实现减少反射光的同时增加透射光；
[0120] (2)本发明提供的增透膜的制造方法使用同一种生长材料，与使用多种生长材料的制造方法相比，减少了对应生长材料的气源的种类，减少气源占用空间，简化工艺流程，节约制备成本；
[0121] (3)使用本发明提供的增透膜的制造方法制备获得的增透膜与使用多种材料叠层制造的增透膜相比，具有同等程度的或类似的反射率数值和反射率曲线曲率；
[0122] (4)使用本发明提供的增透膜的制造方法制备获得的增透膜可用于CDWM4波段。
[0123] 虽然本总体发明构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。
