[發明專利]以納米級精確度可程序化的沉積用戶自定義外形的薄膜

有效

• 申請號: 201480057530.8
• 申請日: 2014-08-18
• 公開（公告）號: CN105682808B
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發明（設計）人: 希德爾格塔·V·斯瑞尼華森;希拉旺·辛格爾
• 申請（專利權）人: 德克薩斯大學系統董事會
• 主分類號: B05D3/06
• 分類號: B05D3/06;B05D1/42
• 代理公司: 北京三高永信知識產權代理有限責任公司11138
• 代理人: 閆小剛

相關申請的交叉引用

本申請要求2013年8月19日提交的美國臨時專利申請第61/867,393號“Programmable Deposition of Nanoscale Films”的優先權，其內容以引用的方式全部并入本文。

政府權益

根據美國國家科學基金課題No.ECCS-1120823，美國政府對本發明具有一定權利。

技術領域

本發明主要涉及薄膜沉積，更具體地涉及以納米級精確度可程序化的沉積用戶自定義外形的薄膜。

背景技術

大部分微和納米裝置包括半導體、光子和光電裝置、MEMS/NEMS、電子顯示器(諸如LCD)等的制造，需要沉積多層薄膜。如今，在行業中存在多種沉積選擇方式。在液相方式中，沉積通常通過各種方法來執行，諸如涂旋，其通常用一個前驅操作，隨后通過使液體凝固的反應來獲得期望的薄膜。在氣相中，最常使用的技術是化學氣相沉積(CVD)技術。在典型的CVD方法中，將基底暴露于處于氣相中的前體，這些前體發生反應或者分解以在基底的表面上形成期望的膜。存在多種類型的CVD方法。根據所使用的壓力，可以將它們分為大氣壓CVD(APCVD)、低壓CVD(LPCVD)或者超高真空CVD(UHVCVD)。低壓旨在減少不需要的反應并且改進膜厚均勻性。基于等離子體的方法，諸如等離子體增強CVD(PECVD)，用于增強化學反應。遠程PECVD也用于半導體行業中的薄膜的沉積，以降低沉積溫度和保護基底免受高溫影響。稱為原子層沉積(ALD)的技術還經常用于制備一種或者多種不同材料的共形單層。物理氣相沉積(PVD)方法也是重要的薄膜沉積技術。顧名思義，它們不依賴化學反應，而是在真空環境中將氣化材料的濃縮形式沉積到基底上。蒸鍍沉積和濺射是PVD的兩種常見示例。前者將待沉積的材料加熱至高蒸汽壓，而后者利用等離子體放電利用待沉積材料的原子來轟擊基底表面。

上面討論的所有方法按照每單位面積所沉積的材料量基本上相同的方式來沉積薄膜。對于這些方法而言，通常不能定制材料以特意形成非均勻膜。而且，諸如涂旋之類的方法會極大的浪費材料，而且由于需要在執行處理時對腔室抽真空，所以真空過程會較昂貴。

因此，目前尚無以廉價的方式在無極大材料浪費的情況下特意形成非均勻膜的方式。

發明內容

在本發明的一個實施例中，一種用于沉積薄膜的方法包括：通過一組噴墨噴嘴將前體液體有機材料的液滴分配在基底上的多個位置處。該方法進一步包括：使基頂降落，從而允許液滴形成被捕獲在基底與基頂之間的鄰接膜。該方法還包括：在一段時間之后，使得能夠發生基頂、鄰接膜和基底的非平衡過渡狀態。而且該方法進一步包括：使鄰接膜固化以將其凝固成固體。另外該方法包括：將基頂與固體分離，從而將聚合物膜留在基底上。

在本方面的另一實施例中，一種用于特意沉積非均勻膜的方法包括：獲得期望的非均勻膜厚外形。該方法進一步包括：對逆向優化程序進行求解，以獲得分配的液滴的體積和位置，以便最小化在期望非均勻膜厚外形與最終膜厚外形之間的誤差的范數，從而使得最終膜厚外形的體積分布是分配的液滴的體積和位置的函數。該方法還包括：通過一組噴墨噴嘴將前體液體有機材料的液滴分配在基底上的多個位置處。而且該方法包括：使基頂降落以形成被捕獲在基底與基頂之間的鄰接膜。另外該方法包括：使得能夠在通過逆向優化方案給出的一段時間之后發生基頂、鄰接膜和基底的非平衡過渡狀態。而且該方法包括：使鄰接膜固化以將其凝固成聚合物。該方法進一步包括：將基頂與聚合物分離從而將聚合物膜留在基底上。

前面已經概述了本發明的一個或者多個實施例的一般的特征和技術優點，以便可以更好地理解本發明的以下詳細說明。本發明的另外的特征和優點將在下文中進行描述，這可以構成本發明的權利要求書的主題。

附圖說明

當結合以下附圖考慮以下詳細說明時，可以獲得對本發明更好的理解，其中：

圖1是根據本發明的一個實施例的通過使用PAINT的規定膜厚變化的方法的流程圖；

圖2A至圖2F描繪了根據本發明的一個實施例的在圖1中描述的制造步驟期間將薄膜沉積在基底上的截面圖；

圖3是描繪根據本發明的一個實施例的通過使用PAINT來沉積均勻膜的實驗結果的圖表，其中在寬的厚度范圍內獲得了非均勻性低于2％的膜；

圖4A是圖示根據本發明的一個實施例的將實驗獲得的數據連同模型預測和作為代表性正弦外形的期望外形的比較的圖表；