(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
（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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
（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。
【請求項６】
（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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【請求項１１】
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。
【請求項１２】
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１１に記載の高屈折率の水素化シリコン薄膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２０１７年１１月０１日に中国専利局に提出された出願番号が２０１７１１０６１１３０．６であり、発明の名称が「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」である中国出願の優先権を主張し、その全部の内容を本出願に援用する。
【０００２】
本発明は、光学薄膜の技術分野に関し、特に、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に関する。
【背景技術】
【０００３】
水素化シリコン薄膜は、赤外線イメージングセンサ、太陽電池及び薄膜トランジスタなどのマイクロ電子デバイスにおける幅広い応用が期待され、注目を集めている。水素化シリコンの製造プロセスは、主に、例えばプラズマ増強ＣＶＤ法などの化学気相成長法、及び例えばＲＦスパッタリング法などの物理気相成長法などにより行われる。
【０００４】
３Ｄなどの近赤外線イメージングシステムでは、狭帯域のバンドパスフィルターが使用され、光が大きな角度で入射したとしても、その中心波長の、角度変化に対するオフセット量がなるべく小さいことが要求される。これにより、より広い視野角にわたって信号損失が少なくなり、ＳＮ比が高くなるように確保することができる。このような狭帯域バンドパスフィルターは、超高屈折率の成膜材料と低屈折率の成膜材料が交互に成膜して製造され、その通常の薄膜構造は数十または数百層であり、その総厚さは８μｍを超える。
【０００５】
従来技術として、ＪＤＳ  Ｕｎｉｆｏｓｓ会社により出願された公開番号ＣＮ１０４４７１４４９Ａの中国特許では、高屈折率且つ低吸光係数の水素化シリコンが開示されているが、各水素化シリコン層の８００ｎｍ〜１１００ｎｍの波長の範囲内における屈折率のいずれもが３を超え、８００ｎｍ〜１１００ｎｍの波長の範囲内における吸光係数のいずれもが０．０００５未満であった。このような高屈折率の水素化シリコン層は、当該会社の特許登録された成膜装置（スパッタリング堆積システム）により実現される。当該スパッタリング堆積システムは、図１に示す構造を有する。スパッタリング堆積システムは、投入された水素ガスをプラズマ励起源（ＰＡＳ）４６０により活性化し、スパッタリングされたシリコン材料（シリコンターゲット）４３１と重ね合わせることにより、水素化シリコン層が、高い堆積速度及び低い水素含有量で基板４２０上に堆積されるようにする。この技術は反応性スパッタリング法に該当する。即ち、反応性ガスの雰囲気でターゲット（シリコンターゲット）をスパッタリングすると、ターゲットはガスと反応して化合物である水素化シリコンを形成する。このような技術では、反応性スパッタリングの原理を利用しており、ターゲットが被毒されることがある。即ち、ターゲットが水素ガスにより汚染されやすいので、製造が不安定になるなどの問題点を抱えている。
【０００６】
低オフセット効果を有するフィルターの製造において、通常のスパッタリング装置では、２．５以上の高屈折率且つ０．０００５未満の吸光係数を有する水素化シリコンを生成することができず、複雑な専用の成膜装置を使用しなければならない。しかし、従来技術により成膜装置を製造する場合、その生産効率が低く、各フィルターごとのコストが高くなる。
以上の問題に鑑みて、本発明を提案する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】中国特許出願公開第１０４４７１４４９号
【発明の概要】
【０００８】
本発明は、一番目の目的として、生産効率の向上及びコストダウンが実現でき、且つ得られた酸素含有又は窒素含有の水素化シリコン薄膜が高い屈折率及びより低い吸収を有する、高屈折率の水素化シリコン薄膜の製造方法を提供する。
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。
【０００９】
本発明において、前記の目的を実現するために、以下のような技術案を採用する。
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。
【００１０】
好ましくは、本発明の技術案において、
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。
【００１１】
好ましくは、本発明の技術案において、
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。
【００１２】
好ましくは、本発明の技術案において、
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。
【００１３】
好ましくは、典型的な高屈折率の水素化シリコン薄膜の製造方法は、
（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。
【００１４】
好ましくは、他の典型的な高屈折率の水素化シリコン薄膜の製造方法は、
（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。
【００１５】
好ましくは、本発明の技術案において、
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。
【００１６】
好ましくは、本発明の技術案において、
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。
【００１７】
好ましくは、本発明の技術案において、
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。
【００１８】
好ましくは、本発明の技術案において、
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。
【００１９】
好ましくは、本発明の技術案において、
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。
【００２０】
好ましくは、本発明の技術案において、
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。
【００２１】
第２局面によれば、
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。
【００２２】
第３局面によれば、
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。
【００２３】
好ましくは、本発明の技術案において、
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。
【００２４】
第４局面によれば、
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。
【００２５】
従来技術と比較して、本発明は以下の有益な効果を有する。
（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樹脂の基板上に成膜することにより、光学干渉薄膜のバンドパス、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。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】従来技術におけるスパッタリング堆積システムの構造の模式図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る反応性真空スパッタ成膜システム構造の模式図である。
【図３】９４０ｎｍにおいて、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を示す（（ａ）は、９４０ｎｍにおいて、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酸素含有水素化シリコン薄膜の屈折率に対する影響を示し、（ｂ）は、９４０ｎｍにおいて、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酸素含有水素化シリコン薄膜の吸光係数に対する影響を示す）図である。
【図４】８５０ｎｍにおいて、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を示す（（ａ）は、８５０ｎｍにおいて、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酸素含有水素化シリコン薄膜の屈折率に対する影響を示し、（ｂ）は、８５０ｎｍにおいて、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酸素含有水素化シリコン薄膜の吸光係数に対する影響を示す）図である。
【図５】９４０ｎｍにおいて、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が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する影響を示す（（ａ）は、９４０ｎｍにおいて、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が窒素含有水素化シリコン薄膜の屈折率に対する影響を示し、（ｂ）は、９４０ｎｍにおいて、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が窒素含有水素化シリコンの吸光係数に対する影響を示す）図である。
【図６】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である。
【図７】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８５０ｎｍ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である。
【図８】実施例２９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である。
【図９】ＴｉＯ２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である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、実施例を用いて本発明の実施形態を具体的に説明する。当業者であれば、以下の実施例は本発明を説明するためのものに過ぎず、本発明の範囲を限定するためのものとして見なしてはいけない、ことを理解すべきである。実施例において、具体的な条件が明記されていない場合、通常の条件又は製造業者が推薦する条件の下で実施すればよい。用いられる試薬又は機器についてその製造業者が明記されていない場合、そのいずれも市販の通常の製品であってもよい。
【００２８】
本発明の第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。
【００２９】
ステップ（ａ）において、Ｓｉターゲットは単結晶又は多結晶形態の高純度の半導体シリコン材料により形成される。
【００３０】
基材は、一般的に、例えば単結晶のＳｉ基板、ガラス基板または樹脂基板であるが、これに限定されない。
【００３１】
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する。
【００３２】
マグネトロンスパッタリングは、物理気相成長法（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＰＶＤ）の一種であり、その装置の構造が簡単で、制御が容易であり、成膜面積が大きく、付着力が強いなどの利点を有する。マグネトロンスパッタリングは、真空スパッタ成膜装置により行われる。Ｓｉターゲットを中周波（ＭＦ，Ｍｅｄｉｕｍ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）又は高周波（ＲＦ，Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）の陰極に装着し、真空チャンバーに不活性ガス（一般的に、例えばアルゴンガスを用いているが、これに限定されない）を供給する。アルゴンガスを電離させてプラズマを生成し、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上にスパッタリングされてシリコン薄膜を形成する。
【００３３】
ステップ（ｂ）において、活性水素は活性化水素ガスにより得ることができる。活性水素の原子及び分子の形態は、そのいずれもがプラズマ中に存在していると知られており、活性水素の場合、より強い化学活性を有しているので、Ｓｉと作用してＳｉ−Ｈ結合を形成することができる。
【００３４】
同様に、活性酸素は活性化酸素ガスにより得ることができ、Ｓｉ−Ｏ結合を形成することができる。活性窒素は活性化窒素ガスにより得ることができ、Ｓｉ−Ｎ結合を形成することができる。
【００３５】
好ましくは、高周波（ＲＦ）又はＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ，誘導結合プラズマ）のようなプラズマ励起源により水素ガス及び酸素ガスを励起するか、又は、水素ガス及び窒素ガスを励起することにより、活性水素及び活性酸素を得るか、又は、活性水素及び活性窒素を得て、シリコンと反応させて酸素含有水素化シリコン又は窒素含有水素化シリコンを取得するようにする。
【００３６】
水素化シリコンにおける酸素含有量又は窒素含有量は、薄膜の屈折率及び吸収に重要な影響を与える。それで、高屈折率及び低吸収の水素化シリコン薄膜を取得するためには、水素化シリコンにおける酸素含有量又は窒素含有量を制御する必要がある。
【００３７】
ステップ（ｂ）において、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際に、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％がなるように制御する。例えば、４％、５％、１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、９５％及び９９％のうちのいずれか一つの値、又は任意の二つの値の間の範囲内の値であってもよい。
【００３８】
ステップ（ｂ）において、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際に、活性水素及び活性窒素との合計量における活性窒素の比率が５〜２０％になるように制御する。例えば、５％、６％、８％、１０％、１２％、１４％、１５％、１６％、１８％及び２０％のうちのいずれか一つの値、又は任意の二つの値の間の範囲内の値であってもよい。
【００３９】
活性水素及び活性酸素のうちの活性酸素の比率を調整することにより、酸素含有水素化シリコン薄膜の酸素含有量を制御して、８００〜１１００ｎｍにおける屈折率が１．４６〜３．７であり、且つ吸光係数が０．０００１未満である高屈折率・低吸収の水素化シリコン薄膜を取得することができる。活性水素及び活性窒素のうちの活性窒素の比率を調整することにより、窒素含有水素化シリコン薄膜の窒素含有量を制御して、８００〜１１００ｎｍにおける屈折率が３．０〜３．３であり、且つ吸光係数が０．０００１未満である高屈折率・低吸収の水素化シリコン薄膜を取得することができる。
【００４０】
活性酸素／活性窒素の含有量が低すぎると、制御し難くなる。なお、活性窒素の含有量が高すぎると、屈折率が高くなるものの、吸光係数も大きくなり、希望の膜層を取得することができない。
【００４１】
シリコン薄膜を形成した後、水素化反応を通じて水素化シリコン薄膜を取得する。そして、水素化反応と同時に、ある程度の量の酸化反応又は窒化反応が発生するので、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。
【００４２】
好ましくは、当該過程と前記ステップ（ａ）とが同一の真空スパッタ成膜装置において行われてもよい。但し、この二つの過程は個別に行われる。
【００４３】
従来技術において、水素化シリコンを取得する方法として反応性スパッタリング法を用いているが、スパッタリングと反応とが同時に行われる。反応ガスの雰囲気においてターゲットをスパッタリングするので、ターゲットが水素ガスにより汚染されやすく、製造が不安定になるなどの問題点を抱えている。
【００４４】
本発明において、成膜チャンバーは、バッフルにより第１チャンバーと第２チャンバーとに分割され、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。本実施例での分割とは、完全に独立及び密封された状態を意味するのではなく、回転機構の回転により、回転機構の上の基板を第１チャンバーに搬入してスパッタリングを行い、スパッタリングを完了した後に、第２チャンバーに搬入して混合ガスと反応させる。本発明において、バッフルを介してスパッタ源と反応源とを物理的に区画するとともに、スパッタ源と反応源とを設ける際に、なるべくスパッタ源の位置と反応源の位置との距離を大きくすることにより、相対的な独立を実現して、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しないようにすることで、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。
【００４５】
本発明の製造方法において、先に、マグネトロンスパッタリング法により、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、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。当該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は、高い屈折率及びより低い吸収を有する。また、当該方法は、通常の構造が簡単な真空スパッタ成膜装置又はシステムにより実現できるので、生産効率を向上し、生産コストを節減することができる。
【００４６】
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。
【００４７】
さらに好ましくは、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。
【００４８】
活性水素及び活性酸素／活性窒素のうちの活性酸素／活性窒素の比率をさらに最適化することにより、水素化シリコンの酸素含有量／窒素含有量を制御して、低い酸素含有量／窒素含有量を有する水素化シリコン薄膜がより高い屈折率及びより低い吸収を有するようにすることができる。
【００４９】
好ましい一実施形態によれば、高屈折率の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）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。
【００５０】
当該ステップは、反応性真空スパッタ成膜装置内で行われてもよく、例えば、アルゴンガスのプラズマにより単結晶又は多結晶形態の半導体シリコン材料に対しスパッタリングすることにより、シリコン材料がナノレベルのサイズでガラス基板上に堆積されるようにしてもよい。そして、ＩＣＰ又はＲＦ機能を有する反応源を用いて、比率の異なる水素ガス、酸素ガス及びアルゴンガスの混合ガス又は水素ガス、窒素ガス及びアルゴンガスの混合ガスを通すことでプラズマを生成することにより、シリコン材料に対し水素酸化又は水素窒化処理を行い、最終的に、所定の含有量の酸素含有又は窒素含有の水素化シリコン薄膜を形成する。
【００５１】
ここで、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が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。本発明では、ガス混合チャンバーを設けることで、水素ガス、酸素ガス及びアルゴンガスを分散させて均一に混合させることができるので、ＲＦ又はＩＣＰを用いて混合ガスに対し活性化を行う際に、効果がよりよくなり、水素ガス、酸素ガス及びアルゴンガスが混合されず直接投入される場合に発生する活性化効果の不均一を回避することができる。
【００５２】
水素ガス、酸素ガス及び不活性ガスの混合ガスを投入する際に、水素ガス及び酸素ガスの混合ガスにおける酸素ガスの体積パーセントは４〜９９％であり、例えば、４％、５％、１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、９５％及び９９％のうちの任意の一つの値、又は任意の二つの値の間の範囲内の値であり、好ましくは例えば４〜７０％、さらに好ましくは例えば５〜２０％である。
【００５３】
水素ガス、窒素ガス及び不活性ガスの混合ガスを投入する際に、水素ガス及び窒素ガスの混合ガスにおける窒素ガスの体積パーセントは５〜２０％であり、例えば、５％、６％、８％、１０％、１２％、１４％、１５％、１６％、１８％及び２０％のうちの任意の一つの値、又は任意の二つの値の間の範囲内の値であり、好ましくは例えば５〜１８％、さらに好ましくは例えば５〜１０％である。
【００５４】
投入された酸素ガス又は窒素ガスが少なすぎると、制御し難くなる。なお、窒素ガスの体積が大きいすぎると、屈折率が高くなるものの、吸光係数も大きくなり、希望の膜層を取得することができない。
【００５５】
高屈折率の水素化シリコン薄膜を堆積する際に、少量の酸素ガス又は窒素ガスを充填することにより、膜層の吸光係数を低くし、さらに膜層の透過率を高くすることができる。
【００５６】
好ましい一実施形態によれば、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％である。
【００５７】
Ｓｉターゲットスパッタリングの定額パワーは例えば１５ＫＷであり、このような場合、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、一般的に、例えば０．７５ＫＷ、１．５ＫＷ、３ＫＷ、６ＫＷ、７ＫＷ、８ＫＷ、９ＫＷ、１０ＫＷ、１１ＫＷ及び１２ＫＷのうちの任意の一つの値、又は任意の二つの値の間の範囲内の値であるが、これに限定されない。
【００５８】
好ましい一実施形態によれば、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。
【００５９】
ＲＦ又はＩＣＰにより混合ガスに対し活性化を行うパワーは、一般的に、ＩＣＰ又はＲＦ機能を有する反応源のパワーをいう。反応源の定額パワーは、例えば１０ＫＷであり、このような場合、反応源のパワーは、一般的に、例えば０．５ＫＷ、１ＫＷ、２ＫＷ、３ＫＷ、４ＫＷ、５ＫＷ、６ＫＷ、７ＫＷ及び８ＫＷのうちの任意の一つの値、又は任意の二つの値の間の範囲内の値であるが、これに限定されない。
【００６０】
スパッタリングのパワー及び反応パワーを調整することで、薄膜の屈折率及び吸収に一定の影響を与えることができるので、高屈折率及び低吸収の薄膜を取得するために、状況に合わせて、スパッタリングのパワー及び反応パワーなどのパラメータを調整する必要がある。ここで注意すべきことは、異なる装置のパラメータの具体的な値は、装置ごとに若干異なるので、実際の状況に合わせて調整すればよい。
【００６１】
好ましくは、典型的な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）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。
【００６２】
ここで、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。
【００６３】
スパッタ源の定額パワーは、例えば１５ＫＷであり、このような場合、スパッタ源のパワーは、一般的に、例えば０．７５ＫＷ、１．５ＫＷ、３ＫＷ、６ＫＷ、７ＫＷ、８ＫＷ、９ＫＷ、１０ＫＷ、１１ＫＷ及び１２ＫＷのうちの任意の一つの値、又は任意の二つの値の間の範囲内の値であるが、これに限定されない。反応源の定額パワーは、例えば１０ＫＷであり、このような場合、反応源のパワーは、一般的に、例えば０．５ＫＷ、１ＫＷ、２ＫＷ、３ＫＷ、４ＫＷ、５ＫＷ、６ＫＷ、７ＫＷ及び８ＫＷのうちの任意の一つの値、又は任意の二つの値の間の範囲内の値であるが、これに限定されない。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、例えば４％、５％、１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、９５％及び９９％のうちの任意の一つの値、又は任意の二つの値の間の範囲内の値である。
【００６４】
投入された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、各ガスの流量（ｓｃｃｍ）を調整することにより実現することができる。
【００６５】
さらに、典型的な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）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。
【００６６】
本発明において、所定のアニーリングプロセス及びパラメータを用いて、酸素含有水素化シリコン薄膜に対しアニーリング処理を行っているが、所定の加熱速度、冷却速度、アニーリング時間などのパラメータを限定しているので、その構造及び光学特性の向上及び良好な熱安定性の確保に有利である。
【００６７】
好ましくは、典型的な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）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。
【００６８】
ここで、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。
【００６９】
スパッタ源の定額パワーは、例えば１５ＫＷであり、このような場合、スパッタ源のパワーは、一般的に、例えば０．７５ＫＷ、１．５ＫＷ、３ＫＷ、６ＫＷ、７ＫＷ、８ＫＷ、９ＫＷ、１０ＫＷ、１１ＫＷ及び１２ＫＷのうちの任意の一つの値、又は任意の二つの値の間の範囲内の値であるが、これに限定されない。反応源の定額パワーは、例えば１０ＫＷであり、このような場合、反応源のパワーは、一般的に、例えば１．５ＫＷ、２ＫＷ、３ＫＷ、４ＫＷ、５ＫＷ、６ＫＷ、７ＫＷ及び８ＫＷのうちの任意の一つの値、又は任意の二つの値の間の範囲内の値であるが、これに限定されない。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、例えば５％、６％、８％、１０％、１２％、１４％、１５％、１６％、１８％及び２０％のうちの任意の一つの値、又は任意の二つの値の間の範囲内の値である。
【００７０】
投入された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、各ガスの流量（ｓｃｃｍ）を調整することにより実現することができる。
【００７１】
さらに、典型的な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）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。
【００７２】
本発明において、所定のアニーリングプロセス及びパラメータを用いて、窒素含有水素化シリコン薄膜に対しアニーリング処理を行っているが、所定の加熱速度、冷却速度、アニーリング時間などのパラメータを限定しているので、その構造及び光学特性の向上及び良好な熱安定性の確保に有利である。
【００７３】
これらの典型的な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の製造方法は、反応性真空スパッタ成膜システムを用いて実施することができる。図２は、本発明の一実施形態に係る反応性真空スパッタ成膜システムの構造の模式図である。
【００７４】
図２を参照して、酸素含有水素化シリコン薄膜の製造過程について説明する。
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。
【００７５】
スパッタ源のパワーのパラメータ範囲は、定額パワーの５％〜８０％であり、反応源のパワーのパラメータ範囲は、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。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。回転機構２００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ってもよい。
【００７６】
図２を参照して、窒素含有水素化シリコン薄膜の製造過程を説明する。
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。
【００７７】
スパッタ源のパワーのパラメータ範囲は、定額パワーの５％〜８０％であり、反応源のパワーのパラメータ範囲は、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。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。回転機構２００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ってもよい。
【００７８】
ガラス基板は回転機構の球状ドーム上に配列装着され、回転機構の球状ドームの回転により、回転速度調整可能に反時計回転をする。成膜対象の基板がスパッタ源を通る際に、一層の薄いシリコン膜が堆積され、その後、反応源までに回転され、水素、酸素及びアルゴン、又は水素、窒素及びアルゴンのイオン及び電子などからなるプラズマにより、希望の特性を有する光学薄膜に合成される。高屈折率の薄膜を製造する際に、反応源の区域に充填された混合ガスのうち、水素ガスと酸素ガス、水素ガスと窒素ガスの比率（流量）を調整することにより、８００〜１１００ｎｍの最低屈折率が１．４６〜３．７の間で徐々に変化し、吸光係数が０．０００１未満である薄膜を製造することができる。反応源の区域に充填されたガスが、酸素ガスの比率の高い水素ガス、酸素ガス及びアルゴンガスの混合ガス、又は純粋な酸素ガス、水素ガス及びアルゴンガスの混合ガスである場合，８００〜１１００ｎｍの屈折率が１．４６〜１．７の間で徐々に変化し、吸光係数が０．０００１未満である薄膜を製造することができる。
【００７９】
ここで言っておきたいことは、反応源の混合ガスのうち、酸素ガス又は窒素ガスの比率は重要なパラメータであるので、高屈折率且つ吸収の小さい薄膜を取得するために、状況に合わせて、スパッタリングのパワー及び反応パワーなどのパラメータを調整する必要がある。異なる装置のパラメータの具体的な値は、装置ごとに若干異なる。
【００８０】
高屈折率の水素化シリコン薄膜を形成する際に、少量の酸素ガス又は窒素ガスを充填することにより、膜層の吸光係数を低くし、さらに、多層膜の透過率を向上させることができる。
【００８１】
本発明の第２局面によれば、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を提供する。
【００８２】
当該高屈折率の水素化シリコン薄膜は、８００〜１１００ｎｍの波長範囲内の屈折率が１．４６〜３．７であり、８００〜１１００ｎｍの波長範囲内の吸光係数は０．０００１未満である。
【００８３】
本発明の第３局面によれば、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が交互に堆積されてなるフィルター積層体を提供する。
【００８４】
低屈折率の薄膜とは、８００〜１１００ｎｍの波長範囲内の屈折率が、８００〜１１００ｎｍの波長範囲における本発明に係る高屈折率の水素化シリコン薄膜の屈折率より低い薄膜をいう。
【００８５】
好ましい一実施形態によれば、低屈折率の薄膜は二酸化シリコン薄膜である。
【００８６】
二酸化シリコン薄膜は、その屈折率が一般的に１．４６〜１．５０の間であり、低屈折率の薄膜に該当し、本発明に係る高屈折率の水素化シリコン薄膜と交互に堆積されてフィルター積層体を構成する。
【００８７】
好ましい一実施形態によれば、低屈折率の薄膜は低屈折率の水素化シリコン薄膜である。
【００８８】
低屈折率の水素化シリコン薄膜における低屈折率とは、相対量であり、膜積層構造において、当該水素化シリコン薄膜の屈折率が本発明に係る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いう。例えば、本発明の方法により得られる水素化シリコン薄膜の屈折率が３である場合、低屈折率の水素化シリコン薄膜とは、屈折率が３より小さい全ての水素化シリコン薄膜を含み、通常の方法により得られる水素化シリコン薄膜であってもよく、本発明の方法により得られる酸素含有量の高い水素化シリコン薄膜であってもよい。
【００８９】
好ましくは、フィルター積層体の層数は１０〜１００層である。
【００９０】
好ましくは、フィルター積層体の厚さは１〜１０μｍである。
【００９１】
フィルター積層体は、高屈折率層として用いられる複数の水素化シリコン薄膜と複数の低屈折率層とを含み、複数の水素化シリコン薄膜と複数の低屈折率層とを交互に堆積されてなる。一般的に、フィルター積層体は、（高／低）ｎ、（高／低）ｎ高、又は低（高／低）ｎの順に堆積された複数の水素化シリコン層と複数の低屈折率層とからなってもよい。一般的に、フィルター積層体は合計１０乃至１００層を含む。即ち、５≦ｎ≦５０である。通常の場合、各水素化シリコン層及び低屈折率層の厚さは３〜３００ｎｍであり、フィルター積層体の厚さは１〜１０μｍである。一般的に、層数及び厚さは、具体的な光学設計に合わせて選択するようにする。
【００９２】
本発明の第４局面によれば、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。
【００９３】
一般的に、フィルターは、例えばバンドパスフィルター、ロングパスフィルター又はショートパスフィルターであるが、これに限定されない。
【００９４】
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樹脂の基板上に成膜することにより、光学干渉薄膜のバンドパス、ロングパス、ショートパスなどのフィルターを形成し、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。
【００９５】
以下、具体的な実施例及び比較例を挙げて、本発明についてさらに説明するようにする。但し、これらの実施例は、さらに詳しく説明するためのものであって、如何なる形態により本発明を限定するためのものではない、ことを理解すべきである。本発明に係る各材料は市販のものである。
【００９６】
各実施例に係る高屈折率の酸素含有／窒素含有の水素化シリコン薄膜の製造方法は、ＯＰＴＯＲＵＮ  ＴＡＩＷＡＮ  ＣＯ．，ＬＴＤ社のＮＳＰ１６５０スパッタ成膜システム（図２に示す）を用いて実施し、基板はガラス基板である。
【００９７】
実施例１
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。
【００９８】
実施例２
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。
【００９９】
実施例３
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。
【０１００】
実施例４
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。
【０１０１】
実施例５
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。
【０１０２】
実施例６
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。
【０１０３】
実施例７
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。
【０１０４】
実施例８
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。
【０１０５】
実施例９
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。
【０１０６】
実施例１０
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。
【０１０７】
実施例１１
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。
【０１０８】
実施例１２
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。
【０１０９】
実施例１３
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。
【０１１０】
実施例１４
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。
【０１１１】
実施例１５
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。
【０１１２】
実施例１６
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。
【０１１３】
実施例１７
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。
【０１１４】
比較例１
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。
【０１１５】
試験例１
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。
【０１１６】
【表１】
0006764532.tif 000002
【０１１７】
表１から分かるように、本発明の方法（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４〜９９％）により得られる酸素含有水素化シリコン薄膜は、９４０ｎｍにおける屈折率が１．４６〜３．７である。
【０１１８】
図３は、９４０ｎｍにおいて、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を示す。
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。
【０１１９】
実施例１０の場合、実施例１と比較して、スパッタ源のパワーが小さく、実施例１１の場合、実施例１と比較して、スパッタ源のパワーが大きく、実施例１４の場合、実施例１と比較して、反応源のパワーが大きいですが、その結果から分かるように、当該システムでは、実施例１のスパッタリングパラメータを採用した方が、より良い効果が得られる。
【０１２０】
実施例１５〜１７の場合、実施例１と比較して、基材温度に対する限定及びアニーリングプロセスに対する限定を加えているが、これは、屈折率及び安定性の向上に有利である。
【０１２１】
図４は、８５０ｎｍにおいて、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を示す。
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。
【０１２２】
実施例１８
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。
【０１２３】
実施例１９
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。
【０１２４】
実施例２０
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。
【０１２５】
実施例２１
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。
【０１２６】
実施例２２
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。
【０１２７】
実施例２３
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。
【０１２８】
実施例２４
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。
【０１２９】
実施例２５
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。
【０１３０】
実施例２６
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。
【０１３１】
実施例２７
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。
【０１３２】
比較例２
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。
【０１３３】
試験例２
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。
【０１３４】
【表２】
0006764532.tif 000003
【０１３５】
表２から分かるように、本発明の方法（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が５〜２０％）により得られる窒素含有水素化シリコン薄膜は、９４０ｎｍにける屈折率が３．０〜３．３であり、高屈折率且つ吸収の小さい薄膜を取得することができる。
【０１３６】
図５は、９４０ｎｍにおいて、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が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する影響を示す。
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。
【０１３７】
比較例２の場合、実施例１８と比較して、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２３％になっており、屈折率は高いものの、吸光係数が高く、要求を満たすことができない。
【０１３８】
実施例２２、実施例２３の場合、実施例１８と比較して、反応源のパワーが異なるものの、屈折率及び吸光係数の差は大きくなく、実施例２４の場合、実施例１８と比較して、反応源のパワーが大きいものの、その結果から分かるように、当該スパッタ成膜システムにおいて、実施例１８のスパッタリングパラメータを採用した方が、より良い効果が得られる。
【０１３９】
実施例２５の場合、実施例１８と比較して、基材温度に対する限定及びアニーリングプロセスに対する限定を加えているが、これは、安定性の向上に有利である。
【０１４０】
実施例２８
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。
【０１４１】
実施例２９
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。
【０１４２】
試験例３
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。
【０１４３】
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８５０ｎｍ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７に示す。
【０１４４】
実施例２９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８に示す。
【０１４５】
ＴｉＯ２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９に示す。
【０１４６】
以上の結果から分かるように、図６の場合、オフセット量が１４ｎｍ未満であり、最大透過率は９４％を超えている。図７の場合、オフセット量が１１ｎｍ未満であり、最大透過率は９４％を超えている。図８の場合、オフセット量が１２ｎｍ未満であり、最大透過率は９４％を超えている。
【０１４７】
ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５などを用いて設計された伝統的な高屈折率の９４０ｎｍバンドパスフィルターの場合、その中心波長の角度変化に対するオブセット量が大きく（約３０ｎｍ）、薄膜の総厚さも厚い（本発明の厚さの２〜３倍）ので、製造効率が低い。図９に示すように、比較してみると分かるように、本発明の材料を用いて成膜してなるフィルターは、より良いスペクトル特性を有する。
【０１４８】
以上、具体的な実施例を用いて本発明について説明しましたが、本発明の精神及び範囲を離脱しない限り、様々な変更及び補正を実施してもよい、ことを理解すべきである。それ故、添付される特許請求の範囲には、本発明の範囲内のこれらの全ての変更及び補正が含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１４９】
（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において、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。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。なお、得られた酸素含有又は窒素含有の水素化シリコン薄膜は、高い屈折率及びより低い吸収を有する。
（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。
【符号の説明】
【０１５０】
１００  基板
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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