一種多元組合薄膜的制備方法
【專利摘要】本發明提供一種利用組合激光分子束外延技術制備多元組合薄膜的方法，包括：提供襯底；提供具有掩模圖案的掩模板；提供對應于多元組合薄膜中的各個組分的多個不同組分的前驅靶材；順時針旋轉多個不同組分的前驅靶材，使各個不同組分的前驅靶材依次被激光轟擊，從而濺射出相應的前驅組分；利用掩模板使上述濺射出的相應的前驅組分沉積在襯底上，從而獲得多元組合薄膜。本發明提供的方法可降低操作過程中各要素精密協調的難度，同時對激光器的要求也隨之降低，從而降低成本，由此可獲得高質量的多元組合薄膜。
【專利說明】一種多元組合薄膜的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體制造領域，特別涉及一種利用組合激光分子束外延技術制備多元組合薄膜的方法。
【背景技術】
[0002]多元組合薄膜是多種組分構成的薄膜，通過對前驅材料的選取可獲得具有各種功能的薄膜，例如超導、鐵電、介電等擁有豐富相變的材料。因其材料相圖豐富，應用前景廣闊，業已成為業內關注的重點。現有技術中常采用組合激光分子束外延技術制備多元組合薄膜，組合激光分子束外延技術采用多種材料制成的靶材，通過準分子激光轟擊相應材料的靶材，濺射出相應的前驅組分，從而使前驅組分沉積在襯底上。通過依次對不同材料的靶材進行周期性濺射，使襯底上形成多元組分構成的薄膜。以四前驅(四元)組合薄膜為例，現有技術中，在利用組合激光分子束外延技術制備四元組合薄膜的過程中需要同時協調掩模的單軸移動、激光變頻、靶材周期性公轉，因上述操作都需要自動化控制，因此操作難度較大，制備成本較高，而且對準分子激光器的性能要求也較高。

【發明內容】

[0003]有鑒于此，本發明旨在解決上述現有技術中存在的問題，通過在襯底前放置經特殊設計的掩模圖案，并利用空間中的二維移動，無需在激光變頻的配合下就能獲得高質量的四元組合薄膜，因此極大地降低了操作過程中各要素精密協調的難度，同時對激光器的要求也隨之降低，從而降低成本。
[0004]本發明公開一種利用組合激光分子束外延技術制備多元組合薄膜的方法，該方法包括:
[0005]提供襯底；
[0006]提供對應于多元組合薄膜中的各個組分的多個不同組分的前驅靶材；
[0007]順時針旋轉多個不同組分的前驅靶材，使各個不同組分的前驅靶材依次被激光轟擊，從而濺射出相應的前驅組分；
[0008]提供具有掩模圖案的掩模板；
[0009]利用掩模板使上述濺射出的相應的前驅組分沉積在襯底上，從而獲得多元組合薄膜。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1示出組合激光分子束外延設備中的四種不同組分的前驅靶材；
[0011]圖2示出制備多元組合薄膜初始階段的掩模與襯底的相對位置關系；
[0012]圖3示出各前驅組分A-D在襯底上的分布情況；
[0013]圖4示出制備多元組合薄膜過程中的第一步結束時的掩模與襯底的相對位置關系；[0014]圖5示出制備多元組合薄膜過程中的第二步結束時的掩模與襯底的相對位置關系;
[0015]圖6示出制備多元組合薄膜過程中的第三步結束時的掩模與襯底的相對位置關系;
[0016]圖7示出制備多元組合薄膜過程中的第四步結束時的掩模與襯底的相對位置關系O
【具體實施方式】
[0017]首先對本發明中所采用的“上”、“下”、“左”、“右”方向進行定義，在本發明中，通過參照附圖，本發明所述的“上”為附圖中的+y軸方向；“下”為附圖中的_y軸方向左”為附圖中的-X方向；且“右”為附圖中的+X方向。且y方向包含+y方向和_y方向，即為附圖中的垂直方向，X方向包含+X方向和-X方向，即為附圖中的水平方向。出于易于理解且表述清楚的目的，上述方向的定義僅為本發明中所述的特定實施方式中的一種特定的方向的定義，且本發明不限于此，在不脫離本發明的精神和范圍的情況下，本領域技術人員可采用能夠實施本發明的任意的方向定義。
[0018]利用組合激光分子束外延技術制備四元組合薄膜，其中四元組合薄膜包括A、B、C和D四種組分。
[0019]如圖1中所示，其中A-D分別為四種不同組分的前驅靶材，四個靶材通過圖中所示的順時針旋轉，依次被激光轟擊，從而濺射出相應的前驅組分。圖1中所示的情況是正在濺射前驅靶材A，在前驅靶材A的表面上形成含A組分的等離子體。
[0020]如圖2中所示，其示出制備多元組合薄膜初始階段的掩模與襯底的相對位置關系。其中掩模板的掩模圖案為兩 個相對于點3呈中心對稱的直角三角形窗口，但本發明不限于上述形狀。掩模板的掩模圖案包括上部三角形窗口圖案以及下部三角形窗口圖案，且上部三角形窗口圖案具有與y方向平行的掩模板窗口邊緣3-4，而下部三角形窗口圖案具有與y方向平行的掩模板窗口邊緣2-3。
[0021]襯底相對于下部三角形窗口圖案位于掩模板窗口邊緣2-3的右側，即位于+X方向上的掩模板窗口邊緣2-3的右側。襯底的位置固定不動，而制備過程中的掩模板則沿X或y方向移動，即襯底相對于掩模板向反方向移動。且掩模板設置在前驅祀材與襯底之間。
[0022]以下說明多元組合薄膜的制備方法。
[0023]如圖3以及圖4中所示，執行步驟1:將前驅靶材A置于襯底對面，啟動激光器對前驅靶材A進行激光轟擊，同時向右，即+X方向勻速移動掩模板，開始濺射前驅靶材A，當掩模板窗口邊緣2-3與襯底的右邊緣完全重合時停止前驅靶材A的濺射，從而在襯底上沉積圖3的(b)中所示的A組分分布。
[0024]如圖1、3和5中所示，執行步驟2:將靶材順時針旋轉90度，使前驅靶材B置于襯底對面，啟動激光器對前驅靶材B進行激光轟擊，同時向下，即_y方向勻速移動掩模板，開始濺射前驅靶材B，當掩模板窗口邊緣3-4與襯底右邊緣完全重合時停止前驅靶材B的濺射，從而在襯底上沉積圖3的(c)中所示的B組分分布。
[0025]如圖1、3和6中所示，執行步驟3:將靶材順時針旋轉90度，使前驅靶材C置于襯底對面，啟動激光器對前驅靶材C進行激光轟擊，同時向左，即-X方向勻速移動掩模板，開始濺射前驅靶材C，當掩模板窗口邊緣3-4與襯底左邊緣完全重合時停止前驅靶材C的濺射，從而在襯底上沉積圖3的(d)中所示的C組分分布。
[0026]如圖1、3和7中所示，執行步驟4:將靶材順時針旋轉90度，使前驅靶材D置于襯底對面，啟動激光器對前驅靶材D進行激光轟擊，同時向上，即+y方向勻速移動掩模板，開始濺射前驅靶材D，當掩模板窗口邊緣2-3與襯底左邊緣完全重合時停止前驅靶材D的濺射，從而在襯底上沉積圖3的(e)中所示的D組分分布。此時掩模板回到圖2中所示的初始位置，完成一個周期的濺射過程，此時在襯底上形成了如圖3的(e)中所示的具有四元組分分布的薄膜。在以上過程中，采取合適的沉積速率使得一個周期內沉積的薄膜的厚度不超過一個元胞層的厚度。
[0027]執行步驟5:重復上述步驟1-4，執行多個周期的濺射過程，且四元組合薄膜的厚度取決于所執行的周期數。
[0028]上述A、B、C和D組分僅是示意性的，實際上本領域技術人員可根據要制備的多元組合薄膜中的相應組分選擇相應材料的靶材，從而利用本發明的制備方法制造具有不同組分和不同功能的多元組合薄膜。
[0029]至此，上述描述已經詳細的說明了本發明的利用組合激光分子束外延技術制備多元組合薄膜的方法，相對于現有制備方法，本發明提出的方法極大地降低了操作過程中各要素精密協調的難度，同時對激光器的要求也隨之降低，從而降低成本，通過本文公開的方法可獲得高質量的多元組合薄膜。前文描述的實施例僅僅只是本發明的優選實施例，其并非用于限定本發明。本領域技術人員在不脫離本發明范圍和精神的前提下，可對本發明做出任何修改，且本發明的保護范圍由所附的權利要求限定。
【權利要求】
1.一種利用組合激光分子束外延技術制備多元組合薄膜的方法，該方法包括: 提供襯底； 提供具有掩模圖案的掩模板； 提供對應于多元組合薄膜中的各個組分的多個不同組分的前驅靶材； 順時針旋轉多個不同組分的前驅靶材，使各個不同組分的前驅靶材依次被激光轟擊，從而濺射出相應的前驅組分； 利用掩模板使上述濺射出的相應的前驅組分沉積在襯底上，從而獲得多元組合薄膜。
2.根據權利要求1所述的制備多元組合薄膜的方法，其中多元組合薄膜是四元組合薄膜，且例如是超導、鐵電、介電等材料。
3.根據權利要求2所述的制備多元組合薄膜的方法，其中四元組合薄膜包含A、B、C和D四種組分，以及 其中多個不同組分的前驅靶材為包含A、B、C和D四種組分的前驅靶材。
4.根據權利要求3所述的制備多元組合薄膜的方法，其中掩模板的掩模圖案為兩個呈中心對稱的直角三角形，且包括上部三角形窗口圖案以及下部三角形窗口圖案，其中上部三角形窗口圖案具有與y方向平行的掩模板窗口邊緣3-4，而下部三角形窗口圖案具有與y方向平行的掩模板窗口邊緣2-3，且在制備過程中，襯底的位置固定不動，而掩模板則沿±χ或土y方向移動。
5.根據權利要求4所述的制備多元組合薄膜的方法，其中利用掩模板使上述濺射出的相應的前驅組分沉積在襯底上，.從而獲得多元組合薄膜的過程包括如下步驟: 步驟1:將前驅靶材A置于襯底對面，啟動激光器對前驅靶材A進行激光轟擊，同時向+X方向勻速移動掩模板，開始濺射前驅靶材A，當掩模板窗口邊緣2-3與襯底的右邊緣完全重合時停止前驅靶材A的濺射，從而在襯底上沉積A組分分布； 步驟2:將靶材順時針旋轉90度，使前驅靶材B置于襯底對面，啟動激光器對前驅靶材B進行激光轟擊，同時向_y方向勻速移動掩模板，開始濺射前驅靶材B，當掩模板窗口邊緣3-4與襯底右邊緣完全重合時停止前驅靶材B的濺射，從而在襯底上沉積B組分分布； 步驟3:將靶材順時針旋轉90度，使前驅靶材C置于襯底對面，啟動激光器對前驅靶材C進行激光轟擊，同時向-X方向勻速移動掩模板，開始濺射前驅靶材C，當掩模板窗口邊緣3-4與襯底左邊緣完全重合時停止前驅靶材C的濺射，從而在襯底上沉積C組分分布； 步驟4:將靶材順時針旋轉90度，使前驅靶材D置于襯底對面，啟動激光器對前驅靶材D進行激光轟擊，同時向+y方向勻速移動掩模板，開始濺射前驅靶材D，當掩模板窗口邊緣2-3與襯底左邊緣完全重合時停止前驅靶材D的濺射，從而在襯底上沉積D組分分布，由此完成一個周期的濺射過程； 步驟5:重復上述步驟1-4，執行多個周期的濺射過程，且四元組合薄膜的厚度取決于所執行的周期數。
【文檔編號】C23C14/34GK103469153SQ201310413316
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月12日 優先權日:2013年9月12日
【發明者】金魁, 袁潔, 許波 申請人:金魁