[发明专利]一种在硅片上制备钛酸锶钡多晶薄膜的磁控溅射方法

说明书

本发明公开了一种在硅片上制备钛酸锶钡多晶薄膜的磁控溅射方法，涉及高质量纳米多晶薄膜制备技术领域，解决了钛酸锶钡薄膜在硅基片上结晶差的问题的技术问题，其技术方案要点是在硅片上通过磁控溅射直接制备钛酸锶钡多晶薄膜，在硅基片上长出的钛酸锶钡薄膜结晶效果良好，体现在X光衍射图谱中，在(100)、(110)、(111)、(200)和(211)面有较高的强度。SEM电子扫描显微镜结果显示，薄膜致密光滑，厚度可以达到240纳米。其工艺简单，设备简易；直接在硅基片上生长多晶钛酸锶钡纳米薄膜，成本低，可大批量生产。应用本发明制备的薄膜可实现高质量的结晶效果，在可调电容器、MFS晶体管等领域有很大的应用前景。

技术领域

本申请涉及高质量纳米多晶薄膜制备技术领域，尤其涉及一种在硅片上制备钛酸锶钡多晶薄膜的磁控溅射方法。

背景技术

介电可调器件的潜在应用遍及通信技术领域。而在射频前端、5G和物联网(LoT)等领域，钛酸锶钡薄膜作为体声波谐振器与可调声表面波滤波器中的可调电容器件起到了关键作用。钛酸锶钡薄膜更高的可调意味着更宽的频带选择范围，而更低的损耗意味着更高的效率与成本。磁控溅射作为PVD(物理气相沉积)的一种，主要用于各种功能薄膜的沉积，被广泛应用于集成电路、太阳能电池、LED、平板显示器等半导体领域，并且这种方法拥有成本低，成膜质量较好和大规模生产等优点。然而在硅基片上直接溅射钛酸锶钡薄膜时，由于存在晶格失配以及热膨胀系数相差较大的问题，钛酸锶钡薄膜很难直接在硅基片上结晶，一般会采用增加匹配层或薄膜转移技术等方式来解决该问题。但这些步骤会增加制备成本与难度，不利于大规模生产。

鉴于上述原因，亟需一种工艺简单且能大批量生产的多晶钛酸锶钡纳米薄膜的制备方法。

发明内容

本申请提供了一种在硅片上制备钛酸锶钡多晶薄膜的磁控溅射方法，其技术目的是解决钛酸锶钡薄膜在硅基片上结晶差的问题。

本申请的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种在硅片上制备钛酸锶钡多晶薄膜的磁控溅射方法，包括：

S1：对待溅射的硅基片进行清洗与吹干后，将硅基片安置在磁控溅射台；

S2：将真空室内的钛酸锶钡靶材的角度调整到预设角度，并将钛酸锶钡靶材到硅基片的距离调节到预设距离；

S3：对真空室进行抽真空，以到达指定的本底真空度；

S4：将硅基片升温至指定溅射温度，并保证硅基片受热均匀；

S5：按比例通入氧气和氩气，达到指定工作气压后，打开射频电源在硅基片上溅射钛酸锶钡靶材；

S6：将溅射钛酸锶钡后的硅基片加热至指定退火温度，在指定气压的氧气环境下进行退火。

进一步地，步骤S1中，对待溅射的硅基片进行清洗与吹干，包括：先清洗掉硅基片上天然的二氧化硅层，之后再对硅基片表面的有机物进行清洗，最后清除掉硅基片上残余的化学清洗溶剂；在清洗步骤结束后，对硅基片表面进行吹干处理。

进一步地，步骤S2中，所述预设角度与所述预设距离能够依据所需的薄膜生长速度进行调整。

进一步地，步骤S3中，所述本底真空度为溅射前真空室内的真空度，要达到1x10^-4Pa以下，以减少真空室内的杂质对薄膜生长的干扰。

进一步地，步骤S4中，所述指定溅射温度为400度及以上，使硅基片受热均匀后再转至步骤S5。

进一步地，步骤S5中，先对钛酸锶钡靶材的表面进行预溅射后再进行主溅射，预溅射时需要关闭样品挡板。