本发明涉及磁控溅射工艺，具体涉及一种改善反应磁控溅射沉积稀土镍酸盐薄膜均匀性的方法。
背景技术：
1、集成电路微纳制造过程中常用的物理薄膜沉积方法有脉冲激光沉积、电子束蒸镀以及磁控溅射等。其中磁控溅射工艺可以大面积可控制备薄膜，且制备的薄膜具有致密、针孔少、纯度高等优点，因此得到了广泛的应用。
2、磁控溅射系统通过引入射频电源以及反应气体能够溅射各种金属及陶瓷靶材，并对反应溅射环境进行控制，以得到满足需求的化合物薄膜。磁控溅射系统通常由真空系统、靶枪、电源以及控制系统构成，其成膜原理主要是在靶材阳极和靶材阴极之间施加电压，使靶材附近溅射源气体（如氩气、氙气等）电离形成等离子体，其中的阳离子在电场作用下撞击靶材使靶原子脱离并运动至基片沉积成膜，而等离子体中的电子在靶材表面磁场作用下持续在靶材表面运动并进一步电离溅射源气体，从而源源不断产生溅射产物。
3、磁控溅射过程中，通常可以近似认为产物各向同性分布，理论上产物薄膜的均匀性较好。然而，在反应磁控溅射过程中，除了等离子源气体外还通入了反应气体，如氧气、氮气等，使得溅射过程变得十分复杂。通常反应气体不仅可以与产物薄膜发生反应，也会与靶材表面发生反应，从而影响产物原子的空间分布，最终影响产物在基片表面沉积的厚度以及化学计量比均匀性。
技术实现思路
1、为了解决现有的磁控溅射工艺由于反应气体的引入而导致产物原子在基片表面呈梯度分布的问题，本发明的目的在于提供一种改善反应磁控溅射沉积稀土镍酸盐薄膜均匀性的方法。
2、本发明能够实现对反应磁控溅射制备的稀土镍酸盐氧化物薄膜中元素含量的梯度以及厚度梯度的控制，以获得所需化学计量比以及厚度均匀性的薄膜，提高产物的性能。
3、为实现上述目的，本发明的技术方案如下。
4、本发明提供一种改善反应磁控溅射沉积稀土镍酸盐薄膜均匀性的方法，包括以下步骤：
5、安装re靶材、ni靶材和基片；
6、调整ni靶材朝向基片的偏转角度，然后在反应气体下进行磁控溅射以在基片上沉积氧化物薄膜，并获取ni元素的含量数据；
7、对相应偏转角度下的ni元素的含量数据进行分析，以筛选出实现ni元素在基片表面零梯度沉积的偏转角度；
8、调整re靶材朝向基片的偏转角度，然后在反应气体下进行磁控溅射以在基片上沉积氧化物薄膜，并获取re元素的含量数据；
9、对相应偏转角度下的re元素的含量数据进行分析，以筛选出实现re元素在基片表面零梯度沉积的偏转角度；
10、根据筛选出的偏转角度，在反应气体下进行磁控溅射以在基片上沉积稀土镍酸盐薄膜reniox，以改善稀土镍酸盐薄膜沉积均匀性。
11、在一些优选的实施例中，所述反应气体为含氧量20～40%的反应气体；re为稀土金属元素。
12、在一些优选的实施例中，所述元素的含量数据通过测量对应元素的氧化物薄膜厚度梯度获得。本发明中元素含量的表征方式包括但不限于薄膜的厚度。本发明一实施方式主要通过薄膜厚度来表征元素含量。其中厚度梯度的获得需要分别溅射niox和ndox薄膜。当然，在其他实施方式中，也可以采用其他获取元素含量的方式。而其他获取元素含量的方式中包括可以直接溅射reniox薄膜一次性获取两种元素含量的方法。
13、在一些优选的实施例中，所述零梯度沉积是以基片中心的元素含量为基准值，沿径向方向的元素含量的变化量接近零形成的梯度；或者，是以基片中心的氧化物薄膜沉积厚度为基准值，沿径向方向的氧化物薄膜沉积厚度的变化量接近零形成的梯度。
14、在一些优选的实施例中，元素的含量数据是以基片中心开始，沿径向选取多个测试点，并获取对应测试点的元素含量或者氧化物薄膜沉积厚度，得到对应元素沿径向分布的元素含量或者沉积厚度。
15、在一些优选的实施例中，对相应偏转角度下的ni或re元素的含量数据进行分析，包括：梯度沉积类型分析、梯度分析和均匀性分析。优选的，对相应偏转角度下的niox薄膜或reox薄膜的厚度数据进行分析，包括：梯度沉积类型分析、梯度分析和厚度均匀性分析。
16、在一些优选的实施例中，所述梯度沉积类型分析是以对应测试点的位置为横坐标，以元素的含量比或厚度比为纵坐标，绘制含量比-位置变化曲线或者厚度比-位置变化曲线，根据含量比-位置变化曲线或者厚度比-位置变化曲线的元素分布趋势以判断梯度沉积类型；
17、所述含量比的计算公式是：
18、；
19、其中，所述测试点的含量是各元素在基片沿径向分布的对应位置的元素含量；所述基片中心的含量是各元素在基片中心位置的元素含量；
20、所述厚度比的计算公式是：
21、；
22、其中，所述测试点的厚度是各元素在基片沿径向分布的对应位置的沉积厚度；所述基片中心的厚度是各元素在基片中心位置的沉积厚度。
23、在一些优选的实施例中，所述均匀性为含量均匀性或者厚度均匀性；
24、所述含量均匀性的计算公式是：
25、；
26、；
27、其中，含量最大值是测试点对应的含量最大时的数据；含量最小值是测试点对应的含量最小时的数据；含量之和为各测试点所对应的含量的总和；
28、所述厚度均匀性的计算公式是：
29、；
30、；
31、其中，厚度最大值是测试点对应的厚度最大时的数据；厚度最小值是测试点对应的厚度最小时的数据；厚度之和为各测试点所对应的厚度的总和；
32、所述梯度分析为含量梯度分析或者厚度梯度分析；
33、所述含量梯度分析的计算公式是：
34、；
35、其中，所述基片边缘位置的含量是各元素在基片边缘位置的元素含量；所述基片中心的含量是各元素在基片中心位置的元素含量；
36、所述厚度梯度分析的计算公式是：
37、；
38、其中，所述基片边缘位置的厚度是各元素在基片边缘位置的沉积厚度；所述基片中心的厚度是各元素在基片中心位置的沉积厚度。
39、在一些优选的实施例中，筛选出实现re元素或ni元素在基片表面零梯度沉积的偏转角度的条件是：
40、梯度沉积类型为零梯度沉积，且梯度的绝对值≤1%/cm。
41、在一些优选的实施例中，以靶材平行于基片的位置为初始位置，靶材的偏转角度是靶材到转动中心的连线偏离初始位置的角度。
42、在一些优选的实施例中，所述基片在磁控溅射过程中以10-20 rpm速度沿轴心旋转；
43、所述re靶材为纯度≥99.9%的re靶材；re为la、pr、nd、sm中的任意一种；
44、所述ni靶材为纯度≥99.9%的ni靶材；
45、所述基片为硅基片。
46、本发明的有益效果：
47、1、本发明通过改变反应磁控溅射产物原子的入射角θ1、θ2，实现了对稀土镍酸盐薄膜元素含量梯度或者厚度梯度的调控，以解决现有的磁控溅射工艺由于反应气体的引入而影响产物薄膜厚度及化学计量比均匀性的问题。
48、2、本发明的方法操作简单，成本低，有望为提高芯片器件的电学性能提供一定的指导意义。
1.一种改善反应磁控溅射沉积稀土镍酸盐薄膜均匀性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的改善反应磁控溅射沉积稀土镍酸盐薄膜均匀性的方法，其特征在于，所述反应气体为含氧量20～40%的反应气体；re为稀土金属元素。
3.根据权利要求1所述的改善反应磁控溅射沉积稀土镍酸盐薄膜均匀性的方法，其特征在于，所述零梯度沉积是以基片中心的元素含量为基准值，沿径向方向的元素含量的变化量接近零形成的梯度；或者，是以基片中心的氧化物薄膜沉积厚度为基准值，沿径向方向的氧化物薄膜沉积厚度的变化量接近零形成的梯度。
4.根据权利要求1所述的改善反应磁控溅射沉积稀土镍酸盐薄膜均匀性的方法，其特征在于，元素的含量数据是以基片中心开始，沿径向选取多个测试点，并获取对应测试点的元素含量或者氧化物薄膜沉积厚度，得到对应元素沿径向分布的元素含量或者沉积厚度。
5.根据权利要求4所述的改善反应磁控溅射沉积稀土镍酸盐薄膜均匀性的方法，其特征在于，对相应偏转角度下的ni或re元素的含量数据进行分析，包括：梯度沉积类型分析、梯度分析和均匀性分析。
6.根据权利要求5所述的改善反应磁控溅射沉积稀土镍酸盐薄膜均匀性的方法，其特征在于，所述梯度沉积类型分析是以对应测试点的位置为横坐标，以元素的含量比或厚度比为纵坐标，绘制含量比-位置变化曲线或者厚度比-位置变化曲线，根据含量比-位置变化曲线或者厚度比-位置变化曲线的元素分布趋势以判断梯度沉积类型；
7.根据权利要求5所述的改善反应磁控溅射沉积稀土镍酸盐薄膜均匀性的方法，其特征在于，所述均匀性为含量均匀性或者厚度均匀性；
8.根据权利要求1所述的改善反应磁控溅射沉积稀土镍酸盐薄膜均匀性的方法，其特征在于，筛选出实现re元素或ni元素在基片表面零梯度沉积的偏转角度的条件是：
9.根据权利要求1所述的改善反应磁控溅射沉积稀土镍酸盐薄膜均匀性的方法，其特征在于，以靶材平行于基片的位置为初始位置，靶材的偏转角度是靶材到转动中心的连线偏离初始位置的角度。
10.根据权利要求1所述的改善反应磁控溅射沉积稀土镍酸盐薄膜均匀性的方法，其特征在于，所述基片在磁控溅射过程中以10-20 rpm速度沿轴心旋转；
