化学气相沉积方法技术

一种化学气相沉积方法包括下列步骤：提供高真空室，并且在高真空室内：放置基板表面；平行于基板表面放置掩模，其中掩模包括一个或多个开口；调节基板表面和掩模之间的确定的尺寸的间隙；和利用视线传播使至少一种前体物种的多个化学前体束朝向掩模取向，所述多个化学前体束中的每一个都从独立的点状源发出，并且化学前体的分子穿过一个或多个掩模开口撞击到基板表面上以沉积在其上。至少一部分化学前体分子在分解温度下在基板表面上分解。该方法还包括调节基板表面的温度使其高于或等于化学前体分子分解温度，从而保持高于掩模温度，并且将掩模温度维持在分解温度以下，从而导致在基板表面上但不在掩模上的化学前体的分解和膜的生长；和利用加热装置加热基板表面。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及标签的生产设备、生产方法和体系结构。披露了用于智能和多功能薄膜材料的纳米和微米三维打印的附加制造方法和系统。披露了利用真空化学沉积方法结合带有微米和纳米小孔尺寸的模板掩模来形成薄膜沉积图案以获得带有图案的多功能氧化薄膜沉积的单个步骤。这种方法将特别适用于一种应用，标签装置，其同时实现对物体的认证、识别、追溯和对与这样的物体相关的交换的数据的信息加密，其中标签装置应用于这样的物体。
技术介绍
1.利用模板掩模的薄膜三维打印对于微加工和纳米加工技术存在日益增长的需求，以实现装置小型化和多功能集成[1][2]，特别是对于复合氧化物，其光、电、磁等特性的广谱性提供了巨大的应用机会[3][4][5]。这些材料通常是在物理上硬且在化学上惰性的，这使得它们难以通过包括机械加工或化学蚀刻步骤的标准技术(例如，标准的自上而下方法，包括离子束构造，电子束写入或光刻法)来构造。因而，通过使用掩模的直接图案化沉积是非常有前途的替代方案：通过保持掩模与基板紧密接触，通过穿过掩模开口的沉积，掩模的结构被复制到基板上。这种方法具有单步骤制造方法的优点，还允许整个晶片的并行处理[6][7]。为了优化掩模概念，已研制出了由小薄膜构成的模板掩模，在中小薄膜孔被钻出并且小薄膜被保持在较大的晶片孔内，该模板掩模容许图案分辨率降低到50纳米[8]。图1表示与现有技术的情况相关联的主要问题，其主要是[9][10]：-a)模糊，其是由于模板和基板之间的现有存在间隙所引起的与模板孔尺寸大小相比，沉积的图案尺寸的扩大。它通常有两个起因：第一，纯粹几何的因素，和第二，由于在孔边缘处在掩模和基板之间的分解的活性物种的扩散所引起的在沉积物周围的额外晕环的形成。已经研制出来柔顺膜以有效高效地减小模糊效应[11]，其与基板和掩模的平行性无关地保持基板和掩模紧密接触。然而，在本专利技术的情况下，减小基板-掩模间隙不是绝对的优先级，因为它在方法中被利用。-b)堵塞，由于材料沉积在孔的侧壁上，孔的大小随着时间减小。在纳米模板的情况下，当沉积厚度与孔的大小是同一数量级或大于孔的大小时，这是特别有问题的。它改变了掩模开口尺寸和表观模板厚度。对于物理沉积方法，已经提出了一种解决方案，其中在模板中结合微加热器[12]。这不是针对化学沉积技术的解决方案，在化学沉积技术中，反应物种由于热力加热而分解，并且它对于非挥发性物种不起作用。另一种研究出的防止堵塞的策略是利用多个单层使模板功能化，所述单层防止其上的沉积[13]。然而这种解决方案在本专利技术中不好用，当在真空条件下被加热或暴露于有机金属前体流时，涂层易碎。-c)膜稳定性：模板通常由50-500纳米厚的Si或SiN薄膜构成，其非常脆弱。它们对由它们顶部上的材料沉积和热效应诱发的应力特别敏感。稳定且有波纹的膜的发展使得能减少与这种效应有关的问题[14；15]。图1描述了与使用模板掩模的沉积方法的理想情况的偏差。在理想化的情况下(图像a)，有助于沉积的反应物种的点状源(SE)，位于离无限小厚度的掩模(SM)很大的距离h处，掩模与基板(SU)紧密接触，具有接近于0但不是零的小间隙g。尺寸为dO的掩模孔以相同的尺寸复制，导致基板上的沉积(D)。在真实情况下，发射源具有非零尺寸(dE)。间隙g不是零，因此由于几何因素，尺寸为dO的孔由于几何因素而导致尺寸为dGB的沉积物。另外，一些反应物种可能在掩模和基板之间的间隙中扩散，并且在主沉积物周围实现尺寸为dGH的额外的晕环沉积物。沉积物尺寸相对于掩模孔尺寸的扩大被称为模糊(图像b)。此外，由于影响孔尺寸(从dO减小到dOm)和掩模厚度(从t增加到tm)的沉积物Dm，沉积可能发生在掩模顶部和侧面(图像c)，导致堵塞。掩模上的材料沉积，更具体地说在掩模内的模板膜上的材料沉积，是本专利技术提出来要解决的主要问题，以确保更好的模板掩模可再用性和更长的掩模寿命。模板沉积主要用于通过蒸发实现的金属沉积，但模板原理也可适用于材料蚀刻[16][17]或材料局部修改，例如通过离子注入[9]。通过室温PLD[18]，高温PLD[19][20]，非反应性磁控溅射[21]和MBE[22]，氧化物也通过模板掩模选择性地沉积。与模板掩模一起使用的这种物理气相沉积(PVD)技术被称为模板光刻，现今，基于这种技术的最初设备已被证实[7][23][24]。考虑到化学气相沉积技术，化学束外延(CBE)及相关技术(金属有机物分子束外延(MOMBE)，气源分子束外延(GSME))与阴影掩模的使用高度相容以实现选择性沉积已经得到证明超过25年[25][26]。测微III-V结构已经被沉积并且例如已经展示了其在集成激光器/波导应用[27]中的应用。相比于先前提到的PVD方法，化学束外延提供了下列优点：负责沉积的化学反应可通过前体流和温度来控制以引起选择区域的沉积[28]。2.打击防伪并确保识别和可追溯性的标签2.1问题的描述2.1.1打击防伪和追溯产品伪造和假冒是有问题的，有组织的协会已经必须从一开始就进行打击。每个人都知道假冒产品，如奢侈品(例如手表、手袋、珠宝)、软件、DVD、CD等等，但灾害也延伸到新产品，如药品或玩具，在那里问题不再仅仅是经济性，而且也影响到人的健康或甚至把他们的生命置于危险中。当今，据估计，假冒商品每年全球销量超过6000亿美元，并且所有销售的药品中有10％是假冒的。2.1.2保护数据和追溯信息随着我们社会的发展速度越来越快，这主要得益于新兴技术的过剩，新的解决方案和服务业兴旺，导致甚至几年前都不能预期到的新需求。在这个方向上的主要议题是有关改善全球通讯(ICT)设施的安全性的出现。为了保护物理身份和虚拟身份，无论是在个人或集体的水平，新的行为和组织规则出现了，要求快速适应日益复杂的系统。在ICT的其他特性优先级中，我们可以提到密码，其是安全连接到一切事物上所需的(网络安全)，从近距离的物体如我们的个人电脑开始，到虚拟数据库(电子银行等等)或社交平台(Facebook，LinkedIn，游戏等等)，直到非常复杂的协同云或网络。今天，现有的解决方案正在迅速变得过时，越来越精巧的解决方案被提出来以保护我们自己免受来自隔壁邻居或穿越地球而来的高侵入性和侵略性的入侵。问题正在渐渐变成百年难遇，其主题例如是大/小数据和“物联网”，其中大量信息将必须以安全、快速、高效的方式进行交换。与缺乏这种系统的安全性相关的社会灾害(身份黑客攻击，诈骗，网络钓鱼诈骗，侵犯私隐等等)正在变成面向人的，并且孕育着巨大的情感冲击，涉及每个人，没有年龄、性别和教育水平的任何区别。今天有以安全的方式来识别真正大量的物体/人/概念的强烈需求，但目前在手边并没有已审估的解决方案。2.2对问题的预见的解决方案2.2.1标签/标志/标记概念及其要求为了打击防伪，研制了两种物体标记[29，30]：-“认证”标记，其以安全的方式确认产品的性质、品牌标志等等。-“追踪和追溯”标记，其携带额外的具体信息，如序列号等等，并允许物体的可追溯性。通常，用于实现这些标记的技术被分为3组：-“公开技术”：产品上的认证区域是可见的，它们可以通过眼睛检查。它们例如包括全息图[31]，OVD[32](光学可变器件，其是依据它们被注视的方向而改变本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种化学气相沉积方法，包括下列步骤：提供高真空室，并且在所述高真空室内：放置基板表面；平行于所述基板表面放置掩模，其中所述掩模包括一个或多个开口；调节所述基板表面和所述掩模之间的确定的尺寸的间隙；和利用视线传播使至少一种前体物种的多个化学前体束朝向所述掩模取向，所述多个化学前体束中的每一个都从独立的点状源发出，并且化学前体的分子穿过一个或多个掩模开口撞击到所述基板表面上以沉积在其上；其中至少一部分化学前体分子在分解温度下在所述基板表面上分解；调节所述基板表面的温度使其高于或等于化学前体分子的分解温度，从而保持高于掩模温度，并且将所述掩模温度维持在所述分解温度以下，从而导致在所述基板表面上但不在所述掩模上的所述化学前体的分解和膜的生长，利用加热装置加热所述基板表面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.18 IB PCT/IB2014/0008021.一种化学气相沉积方法，包括下列步骤：提供高真空室，并且在所述高真空室内：放置基板表面；平行于所述基板表面放置掩模，其中所述掩模包括一个或多个开口；调节所述基板表面和所述掩模之间的确定的尺寸的间隙；和利用视线传播使至少一种前体物种的多个化学前体束朝向所述掩模取向，所述多个化学前体束中的每一个都从独立的点状源发出，并且化学前体的分子穿过一个或多个掩模开口撞击到所述基板表面上以沉积在其上；其中至少一部分化学前体分子在分解温度下在所述基板表面上分解；调节所述基板表面的温度使其高于或等于化学前体分子的分解温度，从而保持高于掩模温度，并且将所述掩模温度维持在所述分解温度以下，从而导致在所述基板表面上但不在所述掩模上的所述化学前体的分解和膜的生长，利用加热装置加热所述基板表面。2.根据权利要求1所述的化学气相沉积方法，其中所述基板表面放置在所述加热装置和所述掩模之间，并且平衡时的所述掩模温度(T2)是所述基板表面的温度(T1)的函数，所述掩模温度主要通过来自所述基板表面的辐射热交换而实现，因为所述间隙抑制通过传导进行的热传递并且高真空减小了通过对流进行的热交换。3.根据权利要求1所述的化学气相沉积方法，其中所述基板温度至少通过快速热退火实现。4.根据权利要求1所述的化学气相沉积方法，其中所述基板温度通过短激光脉冲照射和/或利用基板和掩模材料的不同波长吸收来实现。5.根据权利要求1所述的化学气相沉积方法，其中使所述多个化学前体束取向的步骤包括针对所述多个化学前体束中的至少两个调节各自的角方向，所述角方向彼此之间不同，由此创建同时地通过所述一个或多个开口的至少两个不同的化学束，并且使得分离或重叠的不同结构共沉积在所述基板表面上。6.根据权利要求5所述的化学气相沉积方法，还包括：调整所述多个化学前体束中的所述两个中的第一个并调整所述多个化学前体束中的所述两个中的第二个，以针对不同结构的共沉积控制下列中的一个或几个：不同结构的厚度，不同结构的化学组成，不同结构的化学组成梯度。7.根据权利要求1所述的化学气相沉积方法，还包括：在所述基板表面和所述掩模之间或在所述掩模和化学前体源之间至少增加第一表面，其是具有对应于掩模开口的开口的薄箔。8.根据权利要求1所述的化学气相沉积方法，还包括：通过在基本上切向于所述掩模的方向上吹入另一个流，提供不同的化学前体的流，其中所述不同的化学前体不同于所述多个化学前体束中的任一化学前体，其中所述不同的化学前体相比于用于实现薄膜的所述多个化学前体中的主要前体具有更高的分解温度，从而最小化所述另一个流在所述基板上的撞击率，但优化所述另一个流在所述掩模表面上的撞击率，所述不同的化学前体用于抑制所述主要前体在所述掩模上的分解，但不抑制其在所述基板上的分解。9.根据权利要求1所述的化学气相沉积方法，其中通过设置分离所述掩模和所述基板表面的间隙的尺寸和将所述点状源中的至少一个与所述掩模分离的掩模-源距离之间的确定的比率，调节沉积在所述基板表面上的膜的厚度。10.根据权利要求9所述的化学气相沉积方法，其中通过在沉积期间调整基板到掩模和掩模到源之间的确定的距离比来确定膜的图案的形状和大小。11.根据权利要求1所述的化学气相沉积方法，其中掩模到基板的距离小于掩模到前体源的距离。12.根据权利要求1所述的化学气相沉积方法，其中掩模到基板的距离小于掩模中孔之间的距离或与其为同一数量级。13.根据前述权利要求中任一项所述的化学气相沉积方法，还包括在形成于所述基板表面上的膜的至少一部上进行激光照射的沉积后过程，以能够以形态学水平选择性地形成图案。14.根据权利要求1至12中任一项所述的化学气相沉积方法，还包括在形成于所述基板上的膜的至少一部分膜上进行激光照射的沉积后过程，以能够以结晶相水平(对于诸如二氧化钛的材料)或以其他固有材料性质(例如对于诸如LiNbO3的材料的全息数据存储)选择性地形成图案。15.根据前述权利要求中任一项所述的化学气相沉积方法，其中使所述多个化学前体束取向的步骤配置为在所述基板表面上方产生不均匀的流，由此化学前体分子撞击率被分级并导致厚度和/或组成梯度，以实现整个所述基板上的所有不同的结构性质。16.根据前述权利要求中任一项所述的化学气相沉积方法，还包括：根据所述基板上的位置和间隙来变化化学前体分子撞击角度，以实现整个所述基板上的所有不同的薄膜结构性质。17.根据前述权利要求中任一项所述的化学气相沉积方法，还包括：在不改变掩模的情况下变化所述沉积材料、其性质和图案，但改变以下参数中的一个或多个：化学前体的流强度、通过打开或关闭所述源中的任一个而被使用的源的数量和位置、和基板-掩模间隙距离，以实现整个所述基板上的所有不同的结构性质并在不改变掩模的情况下获得条件的可变性。18.根据前述权利要求中任一项所述的化学气相沉积方法，还包括：获得每个单独结构中的纠缠特性，所述纠缠特性由下述造成：化学组成、大小、形状和材料界面的组合，并且最重要地，强烈影响这样的薄膜/结构特性的材料薄膜生长过程。19.一种标签装置，至少包括：多功能材料薄膜，其固有地提供多个独立的物理量，每个物理量都被图案化成通过一个或多个对应的测量技术进行测量，所述测量技术不是预...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·本韦努蒂，E·瓦格纳，C·桑杜，
申请(专利权)人：三D奥克赛茨公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR