一種適用于局部生長薄膜和涂層的裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型創(chuàng)造涉及一種適用于局部生長薄膜和涂層的裝置。采用本裝置，激光源將光束直接照射到基體表面待生長薄膜和/或涂層的區(qū)域上，將待生長薄膜和/或涂層的區(qū)域的表面加熱到設(shè)定溫度；控制裝置控制氣體噴出裝置的氣體出口與待生長薄膜和/或涂層的區(qū)域的表面相對應(yīng)；將氣體反應(yīng)物從氣體儲(chǔ)藏罐輸出，經(jīng)氣體管線到達(dá)氣體噴出裝置，并從氣體出口噴射到基體表面，氣體反應(yīng)物在加熱的基體表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成的固體產(chǎn)物沉積于基體表面形成薄膜和/或涂層。本實(shí)用新型創(chuàng)造可以實(shí)現(xiàn)在基體的局部區(qū)域生長薄膜和涂層，大大節(jié)約了原料，保護(hù)了環(huán)境。
【專利說明】
一種適用于局部生長薄膜和涂層的裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明創(chuàng)造涉及一種應(yīng)用化學(xué)氣相沉積技術(shù)將金屬、非金屬或半導(dǎo)體材料直接打印在基體表面上的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]利用化學(xué)氣相沉積(Chemical Vapor Deposit1n) (CVD)方法在基體表面上生長金屬、非金屬及半導(dǎo)體薄膜或者涂層的方法，已經(jīng)眾所周知。在傳統(tǒng)的化學(xué)氣相沉積(CVD)過程中，化學(xué)反應(yīng)物在被加熱的基體的整體表面上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)后將反應(yīng)產(chǎn)物沉積在加熱的整體表面上。這樣，如果整個(gè)表面不需要被化學(xué)產(chǎn)物覆蓋，那么就需要復(fù)雜的模版或者光刻膠(photoresist)工序來完成表面涂層工作，操作復(fù)雜。而且，由于不需要覆蓋的地方在噴涂過程中同樣被覆蓋，增加了化學(xué)氣相沉積中化學(xué)反應(yīng)氣體的需求量，浪費(fèi)原料。同時(shí)，由此產(chǎn)生的化學(xué)副產(chǎn)物也增多，對環(huán)境造成污染。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明創(chuàng)造提出了一種改進(jìn)了的如何將金屬，非金屬及半導(dǎo)體材料在基體表面上局部生長薄膜和涂層的裝置和方法。
[0004]本發(fā)明創(chuàng)造采用的技術(shù)方案是:一種適用于局部生長薄膜和涂層的裝置:
[0005]設(shè)有提供真空空間的真空容器。
[0006]設(shè)有安裝在真空容器內(nèi)，用于放置基體的支架。
[0007]設(shè)有安裝在真空容器內(nèi)，用于向基體表面局部生長薄膜或涂層的區(qū)域提供熱源的激光源。
[0008]設(shè)有安裝在真空容器內(nèi)，用于向基體表面局部生長薄膜或涂層的區(qū)域噴吹氣體反應(yīng)物的氣體噴出裝置。
[0009]設(shè)有一個(gè)或者若干個(gè)用于傳輸氣體反應(yīng)物的氣體管線，氣體管線一端與氣體噴出裝置連接，另一端伸出真空容器與用于儲(chǔ)藏氣體反應(yīng)物的氣體儲(chǔ)藏罐連接;在氣體管線和氣體儲(chǔ)藏罐之間設(shè)有流量閥。
[0010]設(shè)有與真空容器相連，內(nèi)含堿性化合物用于中和反應(yīng)后產(chǎn)生的酸性副產(chǎn)物或內(nèi)含分子篩用于吸附有毒氣體的過濾裝置;過濾裝置與真空栗連接。
[0011]設(shè)有機(jī)械手I，機(jī)械手I與激光源和氣體噴出裝置連接，或者機(jī)械手I與支架連接。
[0012]設(shè)有控制裝置，控制裝置控制流量閥;控制裝置通過機(jī)械手I控制激光源和氣體噴出裝置相對于基體移動(dòng)，或者控制裝置通過機(jī)械手I控制支架來控制基體相對于激光源和氣體噴出裝置移動(dòng)。
[0013]上述的一種適用于局部生長薄膜和涂層的裝置，所述的氣體噴出裝置是一端設(shè)有氣體出口的噴嘴，每個(gè)氣體管線的出口端分別安裝一個(gè)噴嘴。
[0014]上述的一種適用于局部生長薄膜和涂層的裝置，所述的氣體噴出裝置是:錐形主體內(nèi)設(shè)有隔板，隔板將錐形主體內(nèi)分隔成兩個(gè)氣體流動(dòng)腔，兩個(gè)氣體流動(dòng)腔在氣體出口端會(huì)合，每個(gè)氣體流動(dòng)腔連接一個(gè)氣體管線。
[0015]上述的一種適用于局部生長薄膜和涂層的裝置，所述的氣體噴出裝置是:氣體集流腔結(jié)構(gòu)上設(shè)有若干組氣體噴嘴頭，每組氣體噴嘴頭由兩個(gè)對稱設(shè)置的氣體流動(dòng)通道構(gòu)成，每個(gè)氣體流動(dòng)通道的一端與氣體管線連接，另一端為氣體出口。
[0016]上述的一種適用于局部生長薄膜和涂層的裝置，設(shè)有金屬儲(chǔ)藏罐，金屬儲(chǔ)藏罐安裝在氣體儲(chǔ)藏罐和氣體管線之間，金屬儲(chǔ)藏罐外設(shè)有加熱裝置I，在與金屬儲(chǔ)藏罐相連的氣體管線外設(shè)有加熱裝置II。
[0017]上述的一種適用于局部生長薄膜和涂層的裝置，設(shè)有準(zhǔn)分子激光儀和機(jī)械手II，控制裝置通過機(jī)械手II控制準(zhǔn)分子激光儀相對于基體移動(dòng)。
[0018]上述的一種適用于局部生長薄膜和涂層的裝置，設(shè)有模板，模板活動(dòng)安裝在基體和氣體噴出裝置之間，開有與要沉積的薄膜和涂層圖案相對應(yīng)的窗口。
[0019]上述的一種適用于局部生長薄膜和涂層的裝置，所述的氣體噴出裝置的外緣設(shè)有隔熱層。
[0020]一種局部生長薄膜和涂層的方法，包括如下步驟:
[0021]I)控制裝置控制激光源將光束直接照射到基體表面局部生長薄膜或涂層的區(qū)域上，將局部生長薄膜和涂層的區(qū)域的表面加熱到設(shè)定溫度；
[0022]2)控制裝置控制氣體噴出裝置的氣體出口與局部生長薄膜或涂層的區(qū)域的表面相對應(yīng)；
[0023]3)將氣體反應(yīng)物從氣體儲(chǔ)藏罐輸出，經(jīng)氣體管線到達(dá)氣體噴出裝置，并從氣體出口噴吹到基體表面，氣體反應(yīng)物在加熱的基體表面上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成的固體產(chǎn)物沉積于基體表面形成薄膜和/或涂層。
[0024]上述的一種局部生長薄膜和涂層的方法，所述的氣體反應(yīng)物在加熱的基體表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)是:含有金屬的第一種氣體反應(yīng)物與第二種氣體反應(yīng)物在加熱的基體表面發(fā)生氧化還原反應(yīng)，所述的含有金屬的第一種氣體反應(yīng)物是MXn，M是鎢、鉬、鉭、鈦、錸、鈮、鎳或鉿，X是鹵族元素，η是5和6，第二種氣體反應(yīng)物是氫氣、氧氣、氮?dú)饣虬睔?或者，含有金屬和非金屬的氣體反應(yīng)物在加熱的基體表面發(fā)生分解反應(yīng)，所述的含有金屬和非金屬的氣體反應(yīng)物是111^11，]\1是41、11、？13、]\10、？6、祖、8、21、(:、5丨、66、]\111或63，乂是!1、0或1111和11是1-5的整數(shù)。
[0025]本發(fā)明創(chuàng)造的有益效果是:本發(fā)明創(chuàng)造提出了一種改進(jìn)了的如何將金屬，非金屬及半導(dǎo)體材料在基體表面上生長的裝置和方法。這里描述的裝置和方法是指在基體表面上局部沉積金屬、非金屬及半導(dǎo)體材料薄膜或者涂層，它是將化學(xué)反應(yīng)限制在相對比較小的區(qū)域內(nèi)來完成其化學(xué)反應(yīng)過程。這種方法有別于傳統(tǒng)的化學(xué)沉積涂層工藝。首先，它利用激光將基體表面加熱到能夠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的溫度，然后反應(yīng)氣體通過氣體出口直接吹到加熱的基體表面上使其發(fā)生反應(yīng)，固體的化學(xué)產(chǎn)物將沉積到表面上形成薄膜或者涂層。本發(fā)明創(chuàng)造所展示的裝置和方法可以不需要光刻膠(photoresist)工藝的幫助來獲得金屬、非金屬及半導(dǎo)體材料薄膜或者涂層。更進(jìn)一步，由于化學(xué)反應(yīng)是發(fā)生在局部表面上，因此能最大限度地減少化學(xué)氣相沉積中化學(xué)反應(yīng)氣體的需求量，而由此產(chǎn)生的化學(xué)副產(chǎn)物也被降低到最低程度，因而對環(huán)境影響最小。
【附圖說明】
[0026]圖1是本發(fā)明創(chuàng)造的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖2是本發(fā)明創(chuàng)造第一種氣體噴出裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖3是本發(fā)明創(chuàng)造第二種氣體噴出裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖4是本發(fā)明創(chuàng)造第三種氣體噴出裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖5是圖4的俯視圖。
[0031]圖6是圖4的仰視圖。
[0032]圖7是本發(fā)明創(chuàng)造第三種氣體噴出裝置的連接結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖8是本發(fā)明創(chuàng)造的工作示意圖。
[0034]圖9是本發(fā)明創(chuàng)造的工作示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]實(shí)施例1一種適用于局部生長薄膜和涂層的裝置
[0036]如圖1-圖7所示，一種適用于局部生長薄膜和涂層的裝置，具有如下的結(jié)構(gòu):
[0037]—種適用于局部生長薄膜和涂層的裝置的主體由真空容器I構(gòu)成。真空容器I內(nèi)保持真空狀態(tài)。一臺(tái)或者兩臺(tái)機(jī)械真空栗就可以產(chǎn)生足夠的真空。真空度根據(jù)不同沉積薄膜或者涂層的性能要求控制在25托(Torr)到0.001托(Torr)范圍或者更高真空度。
[0038]金屬、非金屬或者半導(dǎo)體材料需要通過本裝置打印或者沉積于基體4表面上，所以基體4需要被放置在真空容器I內(nèi)。按照這樣的話，真空容器I內(nèi)部需要安裝用于放置基體4的支架2;通常在真空容器I內(nèi)會(huì)放置多個(gè)基體4來同時(shí)進(jìn)行沉積涂層工藝操作。因此，真空容器I會(huì)包含有多個(gè)支架2。
[0039]本裝置在真空容器I內(nèi)至少包含一個(gè)用于向基體4表面局部生長薄膜或涂層的區(qū)域提供熱源的激光源3。激光源3放置在基體4表面上方，可以與氣體噴出裝置緊鄰。這樣，激光源3可以加熱基體表面上特定尺寸的區(qū)域。激光源3可以從現(xiàn)有的激光源產(chǎn)品中選出。激光加熱的種類以及激光的能量的選擇取決于在基體表面上需要局部生長薄膜或涂層的區(qū)域所要達(dá)到的溫度高低。在一個(gè)實(shí)施例中，激光源3可以與氣體管線5或者氣體噴出裝置聯(lián)接在一起，這樣它們就可以在基體表面上一起協(xié)調(diào)可控地移動(dòng)。激光源3也可以與氣體管線5或者氣體噴出裝置分開，這樣激光源可以先加熱基體表面到達(dá)一定溫度，然后氣體噴出裝置在移動(dòng)到基體表面上加熱了的區(qū)域，再噴出反應(yīng)氣體，沉積涂層。
[0040]在真空容器I內(nèi)，設(shè)有用于向基體4表面局部生長薄膜或涂層的區(qū)域噴吹氣體反應(yīng)物的氣體噴出裝置。設(shè)有一個(gè)或者若干個(gè)用于傳輸氣體反應(yīng)物的氣體管線5，氣體管線5—端與氣體噴出裝置連接，另一端伸出真空容器I與用于儲(chǔ)藏氣體反應(yīng)物的氣體儲(chǔ)藏罐6連接;在氣體管線5和氣體儲(chǔ)藏罐6之間設(shè)有流量閥7。
[0041]一個(gè)或多個(gè)氣體管線5與氣體噴出裝置連接，氣體噴出裝置將氣體反應(yīng)物引導(dǎo)到真空容器I內(nèi)的基體表面上。
[0042]在一個(gè)實(shí)施例中，第一和第二種氣體反應(yīng)物通過一個(gè)氣體出口 18噴吹到基體表面上。如圖2所示，所述的氣體噴出裝置是:錐形主體13內(nèi)設(shè)有隔板14，隔板14將錐形主體13內(nèi)分隔成兩個(gè)氣體流動(dòng)腔，兩個(gè)氣體流動(dòng)腔在氣體出口 18端會(huì)合，每個(gè)氣體流動(dòng)腔連接一個(gè)氣體管線5。此種結(jié)構(gòu)，第一和第二種氣體反應(yīng)物在到達(dá)氣體出口 18之前就混合了，保證了氣體反應(yīng)物能充分連續(xù)與指定的基體表面接觸。氣體出口 18的直徑可以是微米級(jí)的，也可以是毫米級(jí)或者厘米級(jí)，這要根據(jù)沉積薄膜尺寸大小來決定。
[0043]在一個(gè)實(shí)施例中，第一和第二種氣體反應(yīng)物也可以分別通過各自的氣體出口18噴吹到基體表面上。如圖3所示，所述的氣體噴出裝置是一端設(shè)有氣體出口 18的噴嘴12，每個(gè)氣體管線5的出口端都安裝一個(gè)噴嘴12。兩個(gè)噴嘴的相互角度是O度到60度范圍。
[0044]在一個(gè)實(shí)施例中，氣體反應(yīng)物通過多個(gè)氣體出口 18噴吹到基體表面上。如圖4-圖7所示，所述的氣體噴出裝置是:氣體集流腔結(jié)構(gòu)15上設(shè)有若干組氣體噴嘴頭16，每組氣體噴嘴頭16由兩個(gè)對稱設(shè)置的氣體流動(dòng)通道17構(gòu)成，每個(gè)氣體流動(dòng)通道17的一端與氣體管線5連接，另一端為氣體出口 18。多個(gè)氣體出口 18的設(shè)計(jì)，可以提高薄膜生長速度和生產(chǎn)效率。每組氣體噴嘴頭的兩個(gè)氣體出口的距離不超過毫米級(jí)，可以小到微米級(jí)。
[0045]在本裝置中，一個(gè)或者多個(gè)氣體出口被放置在接近基體表面。例如，氣體出口有可能放置在離基體表面小于20mm的地方，或者小于1mm的地方，或者小于5mm的地方，或者小于Imm的地方。氣體出口應(yīng)該在基體表面上來回移動(dòng)，以便調(diào)整離表面的工作高度。氣體出口也會(huì)固定在特定的離表面的工作高度，而基體4來回移動(dòng)。
[0046]本裝置，由一個(gè)或者多個(gè)氣體管線來傳輸一種或者多種氣體反應(yīng)物到達(dá)氣體噴出裝置。如圖2所示，兩種反應(yīng)氣體分別通過兩個(gè)氣體管線到達(dá)一個(gè)氣體出口，或者如圖4到達(dá)多個(gè)氣體出口再到達(dá)基體表面。雖然圖例中分開的兩條管線沒有互相結(jié)合在一起，但是在有些情況下，這兩條管線是有可能連接起來。例如，分開的管線可以并排排在一起，或者兩個(gè)同軸(心)套在一起，或者兩種反應(yīng)氣體的混合物通過一個(gè)管線輸送到一個(gè)或者多個(gè)氣體出口。
[0047]每一個(gè)氣體管線5內(nèi)流動(dòng)的氣體反應(yīng)物都與氣體儲(chǔ)藏罐6有聯(lián)系。例如，分開的氣體管線用來輸送兩種氣體反應(yīng)物，第一個(gè)氣體管線連接著與第一個(gè)氣體反應(yīng)物有聯(lián)系的儲(chǔ)藏罐，而第二個(gè)氣體管線連接著與第二個(gè)氣體反應(yīng)物有聯(lián)系的儲(chǔ)藏罐。
[0048]設(shè)有與真空容器I相連，內(nèi)含堿性化合物用于中和反應(yīng)后產(chǎn)生的酸性副產(chǎn)物或內(nèi)含分子篩用于吸附有毒氣體的過濾裝置8;過濾裝置8與真空栗9連接。本裝置也可以包括一個(gè)或者多個(gè)過濾裝置8。在有些應(yīng)用中含有金屬的氣體與另一種氣體反應(yīng)所產(chǎn)生的酸性副產(chǎn)物會(huì)對設(shè)備，人類及環(huán)境等有著潛在的危害。因此，需要將反應(yīng)后的酸性氣體產(chǎn)物及殘余氣體用堿性溶劑(液)中和掉或者(用分子篩)過濾掉，然后再通過真空栗排到大氣中去。例如，鹵化物氣體(如WF6或者WCl6)與氫氣反應(yīng)，反應(yīng)后產(chǎn)生酸性副產(chǎn)物如HF或者HCL。這些酸性副產(chǎn)物在離開真空容器之后可以通過接觸堿性化合物而被中和掉。堿性化合物可以是固態(tài)或者液態(tài)。
[0049]設(shè)有機(jī)械手110，機(jī)械手110與激光源3和氣體噴出裝置連接，或者機(jī)械手110與支架2連接;控制裝置11通過機(jī)械手110控制激光源3和氣體噴出裝置相對于基體4表面移動(dòng)；或者控制裝置11通過機(jī)械手IlO控制支架2來控制基體4相對于激光源3和氣體噴出裝置移動(dòng)。
[0050]設(shè)有控制裝置11，控制裝置11控制流量閥7。
[0051]在有些發(fā)明中，氣體反應(yīng)物中的金屬來源是通過氣體與金屬反應(yīng)獲得的。所以，在一個(gè)實(shí)施例中，設(shè)有金屬儲(chǔ)藏罐19，金屬儲(chǔ)藏罐19安裝在氣體儲(chǔ)藏罐6和氣體管線5之間，金屬儲(chǔ)藏罐19外設(shè)有加熱裝置120，在與金屬儲(chǔ)藏罐19相連的氣體管線5外設(shè)有加熱裝置1121。如制造氯化鎢的過程，裝有鎢片的金屬儲(chǔ)藏罐19和裝有氯氣的氣體儲(chǔ)藏罐6，在操作過程中，氯氣從氣體儲(chǔ)藏罐6流經(jīng)裝有鎢片的處于高溫狀態(tài)的金屬儲(chǔ)藏罐19，當(dāng)氯氣與鎢片在高溫狀態(tài)下接觸時(shí)，氯化鎢就被制造出來。為了保證氯化鎢在氣體管線中的氣態(tài)傳輸，在其流經(jīng)的氣體管線的外圍同樣安裝加熱裝置。
[0052]在一個(gè)實(shí)施例中，設(shè)有準(zhǔn)分子激光儀22和機(jī)械手1123，控制裝置11通過機(jī)械手1123控制準(zhǔn)分子激光儀22相對于基體4移動(dòng)。在涂層工作完成后，可以用準(zhǔn)分子激光(excimer laser)將多余的涂層邊緣剪除掉，從而獲得更為精確的涂層尺寸。準(zhǔn)分子激光(excimer laser)22能量的大小的選擇取決于涂層的材料種類，厚度等因素。
[0053]在一個(gè)實(shí)施例中，設(shè)有模板24，模板24活動(dòng)安裝在基體4和氣體噴出裝置之間，模板24上開有與要沉積的薄膜和涂層圖案相對應(yīng)的窗口 25 ο模板24由(石英)玻璃或者硅晶體片制作。模板的厚度是2mm以下。模板上可以刻有各種圖形的窗口，模板上的圖形窗口的尺寸可以小到微米級(jí)。
[0054]為了避免氣體出口由于基體表面加熱區(qū)的反(輻)射熱而處于高溫狀態(tài)從而造成反應(yīng)氣體在沒有到達(dá)基體表面就發(fā)生反應(yīng)，因而將金屬，非金屬和半導(dǎo)體材料沉積到氣體管線或/和氣體出口表面上，進(jìn)而影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。因此，在這種情況下，需要在氣體噴出裝置外表面上增加隔熱層。
[0055]實(shí)施例2—種局部生長薄膜和涂層的方法
[0056]I)控制裝置11控制激光源3將光束直接照射到基體4表面局部生長薄膜或涂層的區(qū)域27上，將局部生長薄膜和涂層的區(qū)域27的表面加熱到設(shè)定溫度；
[0057]2)控制裝置控制氣體噴出裝置的氣體出口 18與局部生長薄膜或涂層的區(qū)域27的表面相對應(yīng)；
[0058]3)將氣體反應(yīng)物從氣體儲(chǔ)藏罐6輸出，經(jīng)氣體管線5到達(dá)氣體噴出裝置，并從氣體出口噴吹到基體表面，氣體反應(yīng)物在加熱的基體表面上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成的固體產(chǎn)物沉積于基體表面形成薄膜和/或涂層。
[0059]4)如圖8所示，控制裝置控制準(zhǔn)分子激光器移動(dòng)到基體表面，將多余的薄膜或者涂層去除掉，從而達(dá)到設(shè)計(jì)精度。在一個(gè)實(shí)施例中，如圖9顯示，也可以用模版放置在氣體出口與基體之間，去屏蔽掉一些多余的反應(yīng)氣體。模版上開有不同尺寸的窗口，其大小與所要沉積涂層的尺寸大小相匹配或者一樣。
[0060]上述的一種局部生長薄膜和涂層的方法，所述的氣體反應(yīng)物在加熱的基體表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)是:含有金屬的第一種氣體反應(yīng)物與第二種氣體反應(yīng)物在加熱的基體表面發(fā)生氧化還原反應(yīng)，所述的含有金屬的第一種氣體反應(yīng)物是MXn，M是鎢、鉬、鉭、鈦、錸、鈮、鎳或鉿，X是鹵族元素，η是5和6，第二種氣體反應(yīng)物是氫氣、氧氣、氮?dú)饣虬睔?或者，含有金屬和非金屬的氣體反應(yīng)物在加熱的基體表面發(fā)生分解反應(yīng)，所述的含有金屬和非金屬的氣體反應(yīng)物是111^11，]\1是41、11、？13、]\10、？6、祖、8、21、(:、5丨、66、]\111或63，乂是!1、0或1111和11是1-5的整數(shù)。
[0061 ]氣體反應(yīng)物在加熱的基體表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，也就是化學(xué)氣相沉積過程，可以是由兩種氣體反應(yīng)或者一種氣體分解反應(yīng)來完成。如:
[0062] I)高溫分解反應(yīng)(pyrolysis)(熱分解)
[0063]AB(g)----->A(s)+B(g) (g_表示氣體，S-表示固體)
[0064]例如，如甲硅烷(SiH4)，甲鍺烷(GeH4)，乙硼烷(B2H6)甲基硅烷(CH3-SiH3)，磷化氫(四3)等的化學(xué)分解反應(yīng)。這種方法能將硅(Si)、鍺(Ge)、硼(B)、氧化硅(Si02)、磷(P)、鋁(Al )、鈦(Ti)、鉛(Pb)、鉬(Mo)、鐵(Fe)、鎳(Ni)、鋯(Zr)、碳(C)、氧化鋁(A1203)、氧化錳(Mn02)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N4)、氮化鎵(GaN)等物質(zhì)沉積到基體表面上。
[0065]2)還原反應(yīng)(reduct1n)，通常利用氫氣來完成。
[0066]AX(g)+H2(g) —==—A(s)+HX(g)
[0067]例如，鎢(W)薄膜的生長過程
[0068]WF6(g)+3H2(g)<>ff(s)+6HF(g)
[0069]利用這種方法可以生長如下薄膜或者涂層，鋁(Al)、鈦(Ti)、錫(Sn)、鉭(Ta)、鈮(Nb)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、鐵(Fe)、硼(B)、硅(Si)、鍺(Ge)、硼化鉭(TaB2)、氧化硅(Si02)、磷化硼(BP)、鍺化鈮(Nb3Ge)等。
[0070]3)氧化反應(yīng)(oxidat1n)，通常利用氧氣來完成
[0071]AX(g)+02(g)---->A0(s) + [0]X(g)
[0072]如Si02就是利用這種方法來形成薄膜的，SiH4(g)+02(g)-—Si02(s)+2H2(g)。利用這種方法可以生長如下薄膜或者涂層，氧化鋁(A1203)、氧化鈦(Ti02)、氧化鉭(Ta205)、氧化錫(Sn02)、氧化鋅(ZnO)等。
[0073]4)合成反應(yīng)(compound format1n)，通常利用氨氣或者水蒸氣來完成
[0074]AX(g)+NH3>AN(s)+HX(g)
[0075]AX(g)+H20(g)>A0(s)+HX(g)
[0076]如氮化硼(BN)薄膜就是利用這種方法來形成的，BF3(g)+NH3(g)-—BN(S)+3HF(g)。利用這種方法可以生長如下薄膜或者涂層，氮化鈦(TiN)、氮化鉭(TaN)、氮化鋁(AlN)、碳化硅(SiC)、氧化鋁(A1203)、氧化銦(In203)、氧化錫(Sn02)、氧化硅(Si02)等。
[0077]基體表面的加熱區(qū)的大小及隨后沉積的涂層尺寸大小取決于激光能量的大小和基體的熱傳導(dǎo)性能。本發(fā)明里所展示的方法是能夠在非常小的表面區(qū)域上以可控制的手段通過氣相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔嗟姆绞絹砩L金屬，非金屬及半導(dǎo)體涂層。例如，可控制的激光來加熱一個(gè)區(qū)域，其直徑可能小于10毫米，或者小于8毫米，或者小于5毫米，或者小于I毫米，或者小于100微米，或者小于20微米，區(qū)域21的大小取決于激光束直徑的大小。
[0078]對于某些高熱傳導(dǎo)性的基體，也許加熱區(qū)的尺寸不會(huì)很大。有時(shí)會(huì)調(diào)節(jié)反應(yīng)參數(shù)來增加反應(yīng)速度和沉積速度，從而限制加熱區(qū)周圍熱影響區(qū)對涂層精度的干擾。如果需要的話，在基體表面上可以涂上一層可以用化學(xué)方法去除掉的感光材料，如光刻膠(photoresist)等。
[0079]涂層的精確厚度可以通過控制相應(yīng)的反應(yīng)參數(shù)獲得，例如，加熱區(qū)的溫度，反應(yīng)氣體的流量以及沉積的時(shí)間。舉例來說，有時(shí)涂層的厚度在納米(nm)級(jí)別，如I納米(nm)到100納米(nm)等。有時(shí)涂層的厚度在毫米級(jí)別，如I毫米(mm)到100毫米(mm)等。有時(shí)沉積涂層的厚度需要處于I納米(nm)到5毫米(mm)之間。
[0080]利用本發(fā)明中的方法也可以在基體上打印出電子元器件。例如，利用本方法可以打印出電子元器件，如在單晶硅片上生長出門電路，二級(jí)管，三級(jí)管，電阻，電容等。利用本方法可以在陶瓷表面或者金屬表面或者高分子表面打印出多層不同物質(zhì)的材料。
[0081]利用本發(fā)明中的方法也可以在基體上打印出單晶材料，基體材料首先是單晶體，要生長的晶體要有與基體材料有相似的晶體結(jié)構(gòu)。例如，鎢(W)晶體可以比較容易在鉬(Mo)單晶的表面上生長出單晶，因?yàn)樗鼈冇邢嗨频木w結(jié)構(gòu)。
[0082]利用本發(fā)明中的方法也可以用來在基體表面上生長陶瓷材料或者耐磨材料。例如，二氧化硅(Si02)，三氧化二鋁(A1203)，氮化硼(BN)，碳化硅(SiC)和氮化鋁(AlN)等。
[0083]在本發(fā)明中，當(dāng)完成涂層結(jié)構(gòu)后，基體表面材料可以去除掉，從而獲得一個(gè)獨(dú)立完整的(三維)結(jié)構(gòu)件，(如微機(jī)電系統(tǒng))(MEMS)。基體材料可以用化學(xué)方法或者機(jī)械的方法去除掉。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種適用于局部生長薄膜和涂層的裝置，其特征在于: 設(shè)有提供真空空間的真空容器(I); 設(shè)有安裝在真空容器(I)內(nèi)，用于放置基體(4)的支架(2); 設(shè)有安裝在真空容器(I)內(nèi)，用于向基體(4)表面局部生長薄膜或涂層的區(qū)域提供熱源的激光源(3)； 設(shè)有安裝在真空容器(I)內(nèi)，用于向基體(4)表面局部生長薄膜或涂層的區(qū)域噴吹氣體反應(yīng)物的氣體噴出裝置； 設(shè)有一個(gè)或者若干個(gè)用于傳輸氣體反應(yīng)物的氣體管線(5)，氣體管線(5)—端與氣體噴出裝置連接，另一端伸出真空容器(I)與用于儲(chǔ)藏氣體反應(yīng)物的氣體儲(chǔ)藏罐(6)連接;在氣體管線(5)和氣體儲(chǔ)藏罐(6)之間設(shè)有流量閥(7); 設(shè)有與真空容器(I)相連，內(nèi)含堿性化合物用于中和反應(yīng)后產(chǎn)生的酸性副產(chǎn)物或內(nèi)含分子篩用于吸附有毒氣體的過濾裝置(8);過濾裝置(8)與真空栗(9)連接； 設(shè)有機(jī)械手1(10)，機(jī)械手I(1)與激光源(3)和氣體噴出裝置連接，或者機(jī)械手I(1)與支架(2)連接； 設(shè)有控制裝置(U)，控制裝置(11)控制流量閥(7);控制裝置(11)通過機(jī)械手1(10)控制激光源(3)和氣體噴出裝置相對于基體(4)移動(dòng)，或者控制裝置(11)通過機(jī)械手1(10)控制支架(2)來控制基體(4)相對于激光源(3)和氣體噴出裝置移動(dòng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于局部生長薄膜和涂層的裝置，其特征在于:所述的氣體噴出裝置是一端設(shè)有氣體出口(18)的噴嘴(12)，每個(gè)氣體管線(5)的出口端分別安裝一個(gè)噴嘴(12)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于局部生長薄膜和涂層的裝置，其特征在于:所述的氣體噴出裝置是:錐形主體(13)內(nèi)設(shè)有隔板(14)，隔板(14)將錐形主體(13)內(nèi)分隔成兩個(gè)氣體流動(dòng)腔，兩個(gè)氣體流動(dòng)腔在氣體出口(18)端會(huì)合，每個(gè)氣體流動(dòng)腔連接一個(gè)氣體管線(5)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于局部生長薄膜和涂層的裝置，其特征在于:所述的氣體噴出裝置是:氣體集流腔結(jié)構(gòu)(15)上設(shè)有若干組氣體噴嘴頭(16)，每組氣體噴嘴頭(16)由兩個(gè)對稱設(shè)置的氣體流動(dòng)通道(17)構(gòu)成，每個(gè)氣體流動(dòng)通道(17)的一端與氣體管線(5)連接，另一端為氣體出口(18)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于局部生長薄膜和涂層的裝置，其特征在于:設(shè)有金屬儲(chǔ)藏罐(19)，金屬儲(chǔ)藏罐(19)安裝在氣體儲(chǔ)藏罐(6)和氣體管線(5)之間，金屬儲(chǔ)藏罐(19)外設(shè)有加熱裝置1(20)，在與金屬儲(chǔ)藏罐(19)相連的氣體管線(5)外設(shè)有加熱裝置II(21)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于局部生長薄膜和涂層的裝置，其特征在于:設(shè)有準(zhǔn)分子激光儀(22)和機(jī)械手11(23)，控制裝置(11)通過機(jī)械手11(23)控制準(zhǔn)分子激光儀(22)相對于基體(4)移動(dòng)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于局部生長薄膜和涂層的裝置，其特征在于:設(shè)有模板(24)，模板(24)活動(dòng)安裝在基體(4)和氣體噴出裝置之間，模板(24)上開有與要沉積的薄膜和涂層圖案相對應(yīng)的窗口(25)。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于局部生長薄膜和涂層的裝置，其特征在于:所述的氣體噴出裝置的外緣設(shè)有隔熱層。
【文檔編號(hào)】C23C16/04GK205603669SQ201620333971
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年4月20日
【發(fā)明人】肖志凱
【申請人】肖志凱