Study of silicon oxinitride thin films deposited by RF sputtering for optical applications
Etude des oxynitrures de silicium en couches minces déposées par pulvérisation en vue d'applications optiques
Résumé
This work is based n the study of silicon oxynitride thin films, deposited by RF magnetron sputtering, to realize low losses optical multilayers (absorption, sputtering).
At first, we have analysed the variations of the optical and physicochemical properties of the oxynitrides monolayers due to the deposition parameters : the gas partial pressures, the RF power, the target composition, the gas mixture. So, by describing the whole oxynitrides domain from the oxyde to the nitride, we have shown the linear variation of the refractive index as well as the strict substitution of oxygen atoms by nitrogen atoms : this is the proof of a simple mechanism of formation. Moreover, thanks to IR spectrophotometric analyses, a model of the oxynitrides amorphous structure has been proposed and confirmed by two approximation methods.
At last, we have studied more precisely the absorption (photothermal deflection) and the scattering (scatterrometer CASI) levels of the monolayers and the multilayers synthetized from silicon oxynitrides (antireflective stacks, mirrors). A comparison with the optical performances of classical stacks made of oxide, deposited by ion beam sputtering, have been made and we have proposed some solutions to decrease the two sources of losses.
Ce travail repose sur l'étude des couches minces d'oxynitrures de silicium obtenues par pulvérisations radio-fréquence magnétron réactive en vue de réaliser des multicouches optiques de faibles pertes (absorption, diffusion).
Tout d'abord, nous avons analysé les variations des propiétés optiques et physicochimiques des couches d'oxynitrures liées aux différents paramètres du bâti de dépôt : les pressionspartielles des gaz, la puissance RF, la nature de la cible et des gaz.
Ainsi, lorsque l'on décrit toute la gamme des oxynitrures de l'oxyde au nitrure, nous avons en particulier mis en évidence l'évolution quasi linéaire de l'indice sur un domaine relativement important ainsi que la substitution rigoureuse des atomes d'oxygène par les atomes d'azote : ceci est la preuve d'un mécanisme simple de formation. De plus, grâce à des analyses par spectrophotométrie IR, un modèle de la structure amorphe des oxynitrures a été proposé : (pseudo-binaire oxyde-nitrure) et vérifié par deux méthodes d'approxmation.
Enfin, une étude plus particulière de l'absorption (photothermie) et de la diffusion( diffusomètre CASI) a été menée sur les couches et sur les multicouches synthétisés à partir des oxynitrures (Antireflets, Miroirs). Une comparaison avec les performaces des empilements classiques d'oxydes réalisés par pulvérisation par faisceaux d'ions a pu être faite et nous avons ainsi proposé des solutions pour optimiser les deux sources de pertes.