一種適用于局部生長薄膜和涂層的裝置及其應(yīng)用
【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，浪費原料。同時，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)有一個或者若干個用于傳輸氣體反應(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藏氣體反應(yīng)物的氣體儲藏罐連接;在氣體管線和氣體儲藏罐之間設(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，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。
[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，每個氣體管線的出口端分別安裝一個噴嘴。
[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)分隔成兩個氣體流動腔，兩個氣體流動腔在氣體出口端會合，每個氣體流動腔連接一個氣體管線。
[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對稱設(shè)置的氣體流動通道構(gòu)成，每個氣體流動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)有金屬儲藏罐，金屬儲藏罐安裝在氣體儲藏罐和氣體管線之間，金屬儲藏罐外設(shè)有加熱裝置I，在與金屬儲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。
[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、氮氣或氨氣;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。
【具體實施方式】
[0035]實施例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)。一臺或者兩臺機(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)會放置多個基體4來同時進(jìn)行沉積涂層工藝操作。因此，真空容器I會包含有多個支架2。
[0039]本裝置在真空容器I內(nèi)至少包含一個用于向基體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。在一個實施例中，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。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)有一個或者若干個用于傳輸氣體反應(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與用于儲藏氣體反應(yīng)物的氣體儲藏罐6連接;在氣體管線5和氣體儲藏罐6之間設(shè)有流量閥7。
[0041]一個或多個氣體管線5與氣體噴出裝置連接，氣體噴出裝置將氣體反應(yīng)