[发明专利]一种在原料氧化情况下制备单一相高锰硅薄膜的工艺方法

说明书

本发明公开了一种在原料氧化情况下制备单一相高锰硅薄膜的工艺方法：以含有MnO的Mn靶材作为原料，在Si衬底上通过磁控溅射的方法制备薄膜，构成“Si衬底—Si薄膜—含有氧化物的Mn薄膜”三层结构样品，进而在真空条件下高温退火。基于该工艺办法，通过控制“Si衬底—Si薄膜—含有氧化物的Mn薄膜”三层结构中的Si薄膜中间层溅射时间，可以完全消除掉本来含量占比很大的MnO，获得单一相的高锰硅薄膜材料，显著降低了获得高锰硅薄膜对原料、储存及工艺条件的要求，使得高锰硅薄膜的制备更为简单，产业化生产成本降低，生产效率得到提高。

技术领域

本发明涉及一种在原料氧化情况下制备单一相高锰硅薄膜的工艺方法，属于高锰硅半导体制备工艺技术领域。

背景技术

高锰硅是一种环境友好型半导体材料，具备多种优点，在热电和光电领域具有很大的应用潜力，可以用来构建红外探测器、光电继电器、光电二极管和光敏电阻器等实用器件；常用的高锰硅薄膜制备工艺是通过磁控溅射等方式在硅衬底上镀一层锰薄膜，之后在真空条件下进行高温热处理，就可以制备出高锰硅薄膜；

磁控溅射是制备均匀薄膜的常用方式，它的基本原理是：使用高能离子轰击靶材表面，使靶材表面的物质被溅射起来，通过磁场对粒子运动方向加以限制，最终附着在衬底表面；该方式需要用到磁控溅射靶材，这里需要用到的主要是锰金属靶材；Mn(锰)是一种活跃的金属，在空气中容易氧化，在普通设备条件下，无法避免原料与空气接触，这就会使反应原料中含有锰的氧化物，在短期氧化的情况下，氧化物主要为MnO；集成有手套箱的设备成本很高，且会进一步提高占地，由于真空腔体的容积增加，抽真空所需的时间也会显著增加；

Mn提纯难度大，想要制备成磁控溅射用的靶材则工艺难度会进一步增加。对比市场上的各种靶材，其它金属常用的纯度为4N(99.99％)，而Mn在国内市场上能够买到的最高纯度仅为3N5(99.95％)，大部分厂商只能提供3N(99.9％)及以下纯度产品，且大量厂商生产出的产品会由于工艺及储存问题而伴随有氧化物存在，也主要为MnO；

在原料中含有MnO存在的时候，使用常规高锰硅制备工艺制备出的产物中会存在大量的MnO，这会显著影响产物的纯度，进而影响以此材料构建的半导体器件性能；

因此，在原料纯度难以达到要求，工艺对仪器条件要求苛刻的情况下，如何解决制备高锰硅过程中MnO的存在问题显得极为重要。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种在原料氧化情况下制备单一相高锰硅薄膜的工艺方法。

本发明通过以下技术方案得以实现。

本发明提供的一种在原料氧化情况下制备单一相高锰硅薄膜的工艺方法，包括步骤如下：

步骤一，将洗净的Si衬底安装到高真空磁控溅射系统的样品架上固定，作为用于镀膜的基片，在仪器内的射频溅射靶位和直流溅射靶位上分别安装Si靶材、Mn靶材；

步骤二，充入Ar气介质：将高真空磁控溅射系统的腔体进行抽真空，当本底真空度优于5×10^-4Pa后，从通气口持续通入气流量为40sccm的高纯Ar气，使腔体内气压达到2.0Pa并保持稳定；

步骤三，在Si衬底上沉积Si膜：移开挡在Si靶材上的靶材挡板，再启动该靶位的射频溅射电源，射频溅射电源射频匹配成功后Si靶材溅射起辉，预溅射一段时间后移开遮挡Si衬底的样品挡板，使得Si靶材溅射出的Si单质在Si衬底上沉积形成Si薄膜，镀膜完成后操作样品挡板挡住镀有Si薄膜的Si衬底，并关闭Si靶位的射频溅射电源，之后移动Si靶位的靶材挡板将Si靶材挡住；