阅读说明：本技术 一种消除摄像模组点子缺陷的ald制备方法及其产物 (ALD preparation method for eliminating dot defects of camera module and product thereof ) 是由 葛文志 王刚 翁钦盛 矢岛大和 江骏楠 于 2019-11-01 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种消除摄像模组点子缺陷的ALD制备方法及其产物,通过ALD实现光学元件高、低折射率膜层的交替沉积,反应物料以气体形式在反应腔通过吸附沉积到衬底基板上,不存在蒸发或者溅射过程,消除了点子缺陷的来源,因此不会形成大颗粒的点子缺陷,从而大大提高了摄像模组的成像品质,使得ALD在摄像模组的加工过程得到了具有实际性操作意义的应用。(The invention provides an ALD preparation method for eliminating the dot defect of a camera module and a product thereof, wherein the ALD is used for realizing the alternate deposition of high-refractive-index film layers and low-refractive-index film layers of an optical element, reaction materials are adsorbed and deposited on a substrate base plate in a reaction cavity in a gas form, no evaporation or sputtering process exists, and the source of the dot defect is eliminated, so that the dot defect of large particles can not be formed, the imaging quality of the camera module is greatly improved, and the ALD is applied to the processing process of the camera module with practical operation significance.)

一种消除摄像模组点子缺陷的ALD制备方法及其产物

技术领域

本发明涉及摄像模组技术领域，尤其涉及一种消除摄像模组点子缺陷的ALD制备方法及其产物。

背景技术

随着智能终端、车载、扫描仪、智能手机、投影仪、安防监控等产业对高清摄像要求的不断提高,以及增强现实、3D技术和手势识别技术在人工智能领域的广泛应用,光学镜头及摄像模组产业在高速发展的同时也不断进行技术的创新迭代，以满足新的应用要求。

点子是出现在光学镜头及摄像模组中的一种不良缺陷，指的是在基片表面形成的点状突起，有时也称之为颗粒（particle）。点子主要是在当前的光学镀膜工艺（即真空热蒸发和磁控溅射）中，不可避免地会出现大颗粒膜料点随着膜料蒸蒸气或者溅射粒子一起沉积到基片的表面而形成的。有时是个别点，严重时是成片的细点，大颗粒点甚至可以打伤基片表面，且会严重地影响成像效果。因此，为了保证成像效果，当前大部分厂家都要求光学元件中的点子不得超过5μm的点子。

然而，目前几乎所有的光学元件表面都要镀制各种各样的薄膜以实现特定的光学性能，即在光学零件表面上镀上一层或多层金属或介质薄膜的工艺过程，以达到减少或增加光的反射、分束、分色、滤光、偏振等要求；而光学镀膜工艺主要采用的是真空热蒸发（蒸镀）和磁控溅射，尚没有能够控制或者减少点子的有效手段。

真空热蒸发是在真空条件下，加热蒸发物质使之气化并沉积在基片表面形成固体薄膜，其过程如下：（1）采用各种形式的热能转换方式（如电阻加热、电子加热、高频感应加热、电弧加热、激光加热等），使镀膜材料粒子蒸发或升华，成为具有一定能量的气态粒子；（2）气态粒子通过基本上无碰撞的直线运动方式传输到基体；（3）粒子沉积在基体表面上并凝聚成薄膜；（4）组成薄膜的原子重新排列或化学键合发生变化。由于加热和凝聚过程无法做到绝对均匀，因此无可避免地会出现大液滴或者大颗粒，因此光学镀膜中的点子缺陷无法有效控制，极有可能出现粒径超过5μm的点子，这是当前影响合格率的重要因素。

磁控溅射是在真空中利用荷能粒子轰击靶表面，使被轰击出的粒子沉积在基片上的技术，其过程如下：（1）电子在电场E的作用下，在飞向基片过程中与氩原子发生碰撞，使其电离产生出Ar正离子和新的电子;（2）新电子飞向基片，Ar离子在电场作用下加速飞向阴极靶，并以高能量轰击靶表面，使靶材发生溅射；（3）在溅射粒子中，中性的靶原子或分子沉积在基片上形成薄膜。同样的，在轰击靶材的过程中，极有可能产生大颗粒，进而沉积在基片上形成点子，也无法有效控制。

因此，在光学镜头及摄像模组的工业化生产中，缺乏控制点子缺陷的产生和数量的有效控制途径，降低了产品的合格率，增加了生产成本，需要开发更优化的生产工艺。。

发明内容

本发明的目的之一在于针对现有技术的不足，提供一种消除摄像模组点子缺陷的ALD制备方法，能够从根本上解决点子的生成途径，不产生粒径在微米级别的点子缺陷。

本发明的目的之二在于提供利用上述制备方法得到的产物，极大地减少由于点子缺陷引起的不良。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案之一如下：

一种消除摄像模组点子缺陷的ALD制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1:在反应腔中放置衬底基板，加热到100~400℃；

S2：将第一反应前体导入到原子层反应腔内，化学吸附在衬底基板上，形成第一膜层；

S3：将过量的第一反应前体泵出，用惰性气体吹扫；

S4：将第二反应前体导入到反应腔内，并与化学吸附在衬底基板表面的第一反应前体发生反应，形成第一折射率层；

S5：将过量的第二反应前体以及反应副产物泵出，用惰性气体吹扫；

S6：将第三反应前体导入到反应腔内，化学吸附在第一折射率层表面，形成第二膜层；

S7：将过量的第三反应前体泵出，用惰性气体吹扫；

S8：将第四反应前体导入到原子层反应腔内，并与化学吸附在第一折射率层表面的第三反应前体发生反应，形成第二折射率层；所述第二折射率层的折射率>第一折射率层的折射率；

S9：将过量的第四反应前体以及反应副产物泵出。

进一步的，上述制备方法还包括在第N-1折射率层上形成第N折射率层，N为大于等于3的正整数。

进一步的，上述制备方法中，所述偶数折射率层的折射率>奇数折射率层的折射率。

进一步的，上述制备方法中，所述的第一反应前体为硅烷（包括甲硅烷、乙硅烷或者其他具有取代基的硅烷），所述的第二反应前体为氧气或者臭氧；第三反应前体为含钛、钽、或者锆的气体，所述的第四反应前体为水蒸气或者臭氧。

进一步的，上述制备方法中，所述衬底基板为玻璃、水晶或者蓝宝石基板。

进一步的，上述制备方法中，从衬底基本向外，奇数折射率层为氧化硅，偶数折射率层为氧化钛、氧化钽或者氧化锆。

进一步的，上述制备方法中，从衬底基本向外依次是二氧化硅层、二氧化钛层、二氧化硅层、五氧化二钽层、二氧化硅层。

进一步的，上述制备方法中，温度优选为150~250℃。

该技术方案产生的有益效果如下：

通过ALD（Atomic layer deposition，原子层沉积）实现光学元件高、低折射率膜层的交替沉积，应物料以气体形式在反应腔通过吸附沉积到衬底基板上，不存在蒸发或者溅射过程，消除了点子缺陷的来源，因此不会形成大颗粒的点子缺陷，从而大大提高了摄像模组的成像品质，使得ALD在摄像模组的加工过程得到了具有实际性操作意义的应用。

本发明的另一技术方案如下：

一种消除摄像模组点子缺陷的ALD制备方法的产物，其特征在于，所述摄像模组包含若干光学膜层，所述光学膜层通过ALD沉积形成。

进一步的，上述光学膜层中尺寸≥1μm的点子数量为0。

该技术方案的有益效果如下：

本发明提供的产品，通过原子层沉积实现光学元件镀膜，反应物料不存在蒸发或者溅射过程，是通过吸附沉积到衬底基板上，因此不会形成大颗粒的点子缺陷，从而大大提高了摄像模组的成像品质，提升了产品合格率，且光学镀膜更加平滑，牢固度更高，实用性更强。

附图说明

图1是本发明涉及的摄像模组光学镀膜的结构示意图。

图2是实施例一的产品在金相显微镜目镜10X、物镜100X下的示意图。

图3是对比例的产品在金相显微镜目镜10X、物镜100X下的示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施方式对本发明做进一步说明。

一种消除摄像模组点子缺陷的ALD制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：在反应腔中放置衬底基板，加热到100~400℃；

S2：将第一反应前体导入到原子层反应腔内，化学吸附在衬底基板上，形成第一膜层；

S3：将过量的第一反应前体泵出，用惰性气体吹扫；

S4：将第二反应前体导入到反应腔内，并与化学吸附在衬底基板表面的第一反应前体发生反应，形成第一折射率层；

S5：将过量的第二反应前体以及反应副产物泵出，用惰性气体吹扫；

S6：将第三反应前体导入到反应腔内，化学吸附在第一折射率层表面，形成第二膜层；

S7：将过量的第三反应前体泵出，用惰性气体吹扫；

S8：将第四反应前体导入到原子层反应腔内，并与化学吸附在第一折射率层表面的第三反应前体发生反应，形成第二折射率层；所述第二折射率层的折射率>第一折射率层的折射率；

S9：将过量的第四反应前体以及反应副产物泵出。

步骤S2~S9可以周期性重复进行，制备得到折射率不同的多层膜，即在第N-1折射率层上形成第N折射率层，N为大于等于3的正整数。一般来说，偶数折射率层的折射率>奇数折射率层的折射率。这样膜层排列可以增加片的透光率，使得模组具有良好的光学性质，同时利用ALD原子层沉积的方法可以消除微米级的点子缺陷，提高成像品质。

反应前体根据膜层的材料﹑厚度和串联方式的选择，由所需要的中心波长和透射带宽λ确定。在本发明中，优选的第一反应前体为硅烷，第二反应前体为氧气或者臭氧；第三反应前体为含钛、钽、或者锆的气体（如四碘化钛气体、五氯化钽气体、四碘化锆气体或者其他含钛、钽、或者锆的有机气体），第四反应前体为水蒸气或者臭氧。温度与反应前体的分解温度与沉积速率有关，温度要求在反应前体的分解温度之下，但具有一定的沉积速率。

衬底基板为玻璃、水晶或者蓝宝石基板。从衬底基本向外，奇数折射率层为氧化硅，偶数折射率层为氧化钛、氧化钽或者氧化锆。优选的，从衬底基本向外可以依次是二氧化硅层、二氧化钛层、二氧化硅层、五氧化二钽层、二氧化硅层。

步骤S2和/或S4的温度优选为320~370℃；步骤S6和/或S8的温度优选为220~270℃。原料气体的通入可以采用脉冲方式通入，通过控制电磁阀门的开合控制气体的通入与停止，通过控制电磁阀门的开启时间来影响薄膜的沉积厚度。

上述方法得到的产物，光学膜层中尺寸≥1μm的点子数量为0。

实施例1

一种消除摄像模组点子缺陷的ALD制备方法，过程如下：

步骤S1：首先把玻璃基板放置到原子层反应腔中，抽真空至0.6Pa，加热到150℃；

步骤S2：以惰性气体为载体，将SiH₄（硅烷）作为第一反应前体通入到反应腔中并化学吸附在衬底基板表面形成第一膜层，气体通入时间30-50ms；

步骤S3：泵出多余的第一反应前体（SiH₄），用惰性气体（如氦气、氩气等）吹扫20-30s；

步骤S4：以惰性气体为载体，将臭氧（O₃）作为第二反应前体通入到原子层反应腔中，气体通入时间为20ms，并与第一膜层发生反应形成二氧化硅低折射率层L；

步骤S5：待反应完全后，泵出第二反应前体臭氧以及第一反应前体（SiH₄）与第二反应前体臭氧反应的副产物，用惰性气体（如氦气、氩气等）吹扫20-30s；

步骤S6：以惰性气体为载体，将五氯化钽气体作为第三反应前体并通入到反应腔中，并吸附在低折射率层L的表面，气体通入时间为20~30ms，形成第二膜层；

步骤S7：泵出多余的第三反应前体（五氯化钽气体），用惰性气体（如氦气、氩气等）吹扫20-30s；

步骤S8：以惰性气体为载体，将水蒸气作为第四反应前体通入到原子层反应腔中，气体通入时间为20ms，并与第二膜层发生反应，形成五氧化二钽折射率层H；

步骤S9：泵出多余的第四反应前体（水蒸气）以及第三反应前体（五氯化钽气体）与第四反应前体（水蒸气）反应的副产物，用惰性气体（如氦气、氩气等）吹扫20-30s。

最终得到的产物为玻璃基板上覆有二氧化硅低折射率层L以及五氧化二钽高折射率层H的摄像模组光学元件。低折射率层L层厚为100-200nm，折射率为1.46-1.50；高折射率层H层厚为80-120nm，折射率为2.05-2.2。通过金相显微镜监测点子情况，如图2所示，所得到的的光学元件不存在粒径≥1μm的点子缺陷。经过批次试验，利用该制备方法所得产物由于点子缺陷（粒径≥5μm）引起的不良率为0。

实施例2

一种消除摄像模组点子缺陷的ALD制备方法，过程如下：

步骤S1：首先把玻璃基板放置到反应腔中，抽真空至0.6Pa，加热至250℃；

步骤S2：将SiH₄（硅烷）作为第一反应前体并通入到原子层反应腔中并化学吸附在衬底基板表面形成第一膜层，气体通入时间优选30-50ms；

步骤S3：泵出多余的第一反应前体（SiH₄），用惰性气体（如氦气、氩气等）吹扫20-30s；

步骤S4：将臭氧（O₃）作为第二反应前体通入到反应腔中，气体通入时间20ms，并与第一膜层发生反应形成二氧化硅低折射率层L；

步骤S5：待反应完全后，泵出第二反应前体臭氧以及第一反应前体（SiH₄）与第二反应前体臭氧反应的副产物，用惰性气体（如氦气、氩气等）吹扫20-30s；

步骤S6：将四碘化钛气体作为第三反应前体并通入到原子层反应腔中，气体通入时间优选30-50ms，并吸附在低折射率层L的表面，形成第二膜层；

步骤S7：泵出多余的第三反应前体（四碘化钛气体），用惰性气体（如氦气、氩气等）吹扫20-30s；

步骤S8：将臭氧作为第四反应前体并通入到原子层反应腔中，气体通入时间为35ms，并与第二膜层发生反应，形成二氧化钛折射率层H；

步骤S9：泵出多余的第四反应前体（臭氧）以及第三反应前体（四碘化钛气体）与第四反应前体（臭氧）反应的副产物，用惰性气体（如氦气、氩气等）吹扫20-30s。

最终得到的产物为玻璃基板上覆有二氧化硅低折射率层L以及二氧化钛高折射率层H的摄像模组光学元件。低折射率层L层厚为100-200nm，折射率为1.46-1.50；高折射率层H层厚为10-50nm，折射率为2.28-2.35。通过金相显微镜监测点子情况，所得到的的光学元件也不存在粒径≥1μm的点子缺陷。

实施例3

一种消除摄像模组点子缺陷的ALD制备方法，过程如下：

步骤S1：首先把水晶基板放置到反应腔中，抽真空至0.6Pa，加热至400℃；

步骤S2：将SiH₄（硅烷）作为第一反应前体并脉冲通入到原子层反应腔中并化学吸附在衬底基板表面形成第一膜层，气体通入时间优选15-20ms；

步骤S3：泵出多余的第一反应前体（SiH₄），用惰性气体（如氦气、氩气等）吹扫20-30s；

步骤S4：将臭氧（O₃）作为第二反应前体通入到原子层反应腔中，气体通入时间15-20ms，并与第一膜层发生反应形成二氧化硅低折射率层L；

步骤S5：待反应完全后，泵出第二反应前体臭氧以及第一反应前体（SiH₄）与第二反应前体臭氧反应的副产物，用惰性气体（如氦气、氩气等）吹扫20-30s；

步骤S6：将四碘化锆气体作为第三反应前体并通入到原子层反应腔中，并吸附在低折射率层L的表面，气体通入时间15-20ms，形成第二膜层；

步骤S7：泵出多余的第三反应前体（四碘化锆气体），用惰性气体（如氦气、氩气等）吹扫20-30s；

步骤S8：将水蒸气作为第四反应前体并通入到原子层反应腔中，并与第二膜层发生反应，气体通入时间15-20ms，形成二氧化钛折射率层H；

步骤S9：泵出多余的第四反应前体（水蒸气）以及第三反应前体（四碘化锆气体）与第四反应前体（水蒸气）反应的副产物，用惰性气体（如氦气、氩气等）吹扫20-30s。

最终得到的产物为水晶基板上覆有二氧化硅低折射率层L以及二氧化锆高折射率层H的摄像模组光学元件。低折射率层L层厚为100-200nm，折射率为1.46-1.50；高折射率层H层厚为35-75nm，折射率为1.98-2.07。通过金相显微镜监测点子情况，所得到的的光学元件也不存在粒径≥1μm的点子缺陷。

实施例4

一种消除摄像模组点子缺陷的ALD制备方法，过程如下：

步骤S1：首先把蓝宝石基板放置到原子层反应腔中，抽真空至0.6Pa，加热至100℃；

步骤S2：将SiH₄（硅烷）作为第一反应前体并通入到原子层反应腔中并化学吸附在衬底基板表面形成第一膜层，气体通入时间30-50ms；

步骤S3：泵出多余的第一反应前体（SiH₄），用惰性气体（如氦气、氩气等）吹扫20-30s；

步骤S4：将氧气（O₂）作为第二反应前体通入到原子层反应腔中，气体通入时间20-40ms，并与第一膜层发生反应形成二氧化硅低折射率层L；

步骤S5：待反应完全后，泵出第二反应前体臭氧以及第一反应前体（SiH₄）与第二反应前体臭氧反应的副产物，用惰性气体（如氦气、氩气等）吹扫20-30s；

步骤S6：将四碘化钛气体作为第三反应前体并通入到原子层反应腔中，并吸附在低折射率层L的表面，气体通入时间15-30ms，形成第二膜层；

步骤S7：泵出多余的第三反应前体（四碘化钛气体），用惰性气体（如氦气、氩气等）吹扫20-30s；

步骤S8：将水蒸气作为第四反应前体并通入到原子层反应腔中，并与第二膜层发生反应，气体通入时间15-30ms，形成二氧化钛折射率层H；

步骤S9：泵出多余的第四反应前体（水蒸气）以及第三反应前体（四碘化钛气体）与第四反应前体（水蒸气）反应的副产物，用惰性气体（如氦气、氩气等）吹扫20-30s。

最终得到的产物为蓝宝石基板上覆有二氧化硅低折射率层L以及二氧化钛高折射率层H的摄像模组光学元件。低折射率层L层厚为100-200nm，折射率为1.47-1.51；高折射率层H层厚为10-50nm，折射率为2.28-2.35。通过金相显微镜监测点子情况，所得到的的光学元件也不存在粒径≥1μm的点子缺陷。

实施例5

一种消除摄像模组点子缺陷的ALD制备方法，过程如下：

步骤S1：首先把蓝宝石基板放置到原子层反应腔中，抽真空至0.6Pa，加热至200℃；

步骤S2：将SiH₄（硅烷）作为第一反应前体并通入到原子层反应腔中并化学吸附在衬底基板表面形成第一膜层，气体通入时间30-50ms；

步骤S3：泵出多余的第一反应前体（SiH₄），用惰性气体（如氦气、氩气等）吹扫15s；

步骤S4：将氧气（O₂）作为第二反应前体通入到原子层反应腔中，并与第一膜层发生反应形成二氧化硅低折射率层L1；

步骤S5：待反应完全后，泵出第二反应前体臭氧以及第一反应前体（SiH₄）与第二反应前体臭氧反应的副产物，用惰性气体（如氦气、氩气等）吹扫15s；

步骤S6：将五氯化钽气体作为第三反应前体并通入到原子层反应腔中，并吸附在低折射率层L1的表面，形成第二膜层，气体通入时间10-30ms；

步骤S7：泵出多余的第三反应前体（五氯化钽气体），用惰性气体（如氦气、氩气等）吹扫15s；

步骤S8：将水蒸气作为第四反应前体并通入到原子层反应腔中，并与第二膜层发生反应，形成二氧化钛折射率层H1；

步骤S9：泵出多余的第四反应前体（水蒸气）以及第三反应前体（五氯化钽气体）与第四反应前体（水蒸气）反应的副产物，用惰性气体（如氦气、氩气等）吹扫15s；

步骤S10：将SiH₄（硅烷）作为第五反应前体并通入到原子层反应腔中并化学吸附在衬底基板表面形成第三膜层，气体通入时间30-50ms；

步骤S11：泵出多余的第一反应前体（SiH₄），用惰性气体（如氦气、氩气等）吹扫15s；

步骤S12：将臭氧（O₃）作为第六反应前体通入到原子层反应腔中，并与第一膜层发生反应形成二氧化硅低折射率层L2；

步骤S13：泵出多余的第二反应前体臭氧以及第五反应前体（SiH₄）与第六反应前体臭氧反应的副产物，用惰性气体（如氦气、氩气等）吹扫15s；

步骤S14：将五氯化钽气体作为第七反应前体并通入到原子层反应腔中，并吸附在低折射率层L2的表面，形成第四膜层，气体通入时间10-30ms；

步骤S15：泵出多余的第七反应前体（五氯化钽气体），用惰性气体（如氦气、氩气等）吹扫15s；

步骤S16：将水蒸气作为第八反应前体并通入到原子层反应腔中，并与第四膜层发生反应，形成五氧化二钽折射率层H2；

步骤S17：泵出多余的第八反应前体（水蒸气）以及第七反应前体（五氯化钽气体）与第八反应前体（水蒸气）反应的副产物，用惰性气体（如氦气、氩气等）吹扫15s；

步骤S18：将SiH₄（硅烷）作为第九反应前体并通入到原子层反应腔中并吸附在衬底基板表面形成第五膜层，气体通入时间10-50ms；

步骤S19：泵出多余的第九反应前体（SiH₄），用惰性气体（如氦气、氩气等）吹扫15s；

步骤S20：将臭氧（O₃）作为第十反应前体通入到原子层反应腔中，并与第五膜层发生反应形成二氧化硅低折射率层L3；

步骤S21：待反应完全后，泵出多余的第十反应前体臭氧以及第九反应前体（SiH₄）与第十反应前体臭氧反应的副产物，用惰性气体（如氦气、氩气等）吹扫15s。

最终得到的产物为蓝宝石基板上覆有5层光学镀膜的光学元件。5层光学镀膜以低折射率、高折射率形式搭配周期性沉积于蓝宝石基板，最后一层以低折射率结束。5层光学镀膜从衬底基板向外依次是：

二氧化硅低折射率层L1，层厚100-200nm，折射率为1.46-1.50；

二氧化钛高折射率层H1，层厚10-50nm，折射率为2.28-2.35；

二氧化硅低折射率层L2，层厚100-200nm，折射率为1.46-1.50；

五氧化二钽高折射率层H2，层厚80-120nm，折射率为2.05-2.2；

二氧化硅低折射率层L3，层厚5-300nm，折射率为1.46-1.50。

通过金相显微镜监测点子情况，所得到的的光学元件也不存在粒径≥1μm的点子缺陷。

对比实施例

本实施例的目标产品与实施例一相同，采用的真空热蒸发制备方法过程如下：

步骤S1：首先把衬底基板玻璃放置在夹具中，夹具置于伞架上，伞架放置镀膜机腔中。

步骤S2：将SiO₂（二氧化硅）和TiO₂（二氧化钛）分别放入机腔中左边和右边的坩埚中，关上仓门，抽真空至0.0001-0.001Pa，温度设定在50-400℃范围内，机腔内一直处在抽气的范围。

步骤S3：打开SiO₂（二氧化硅）所在的位置的电子枪，电子枪会根据设定的膜厚厚度，达到这个厚度就会结束运作，结束后剩余的分子会被气体抽走；TiO₂（二氧化钛）位置的电子枪就会自动打开进行镀膜。

步骤S4：机器会根据设定镀膜层数，进行循环镀膜。

对比实施例的产品通过金相显微镜监测点子情况，结果如图3所示，能够观察到粒径≥5μm的点子缺陷。与实施例一进行相同的批次试验，利用该制备方法所得产物由于点子缺陷（粒径≥5μm）引起的不良率为70%。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域普通技术人员，在不脱离本发明精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属本发明的范畴，本发明专利保护范围应由权利要求限定。