本公開涉及用于用金屬表層印刷基體的方法和系統。

背景技術：

使用化學氣相沉積工藝用于用金屬涂覆基體是本領域已知的。在常規(guī)的化學氣相沉積工藝中，基體被加熱并且反應物被引導遍及該基體，導致金屬層遍及整個基體的沉積。如果要涂覆小于整個基體，則需要復雜的圖案化或覆蓋程序。

本公開提供用于金屬表層的沉積的改進的方法和系統。通過將反應物限制到相對小的空間并且在基體的有限部分上進行反應，本文描述的方法和系統提供金屬表面涂層在基體的受控部分上的局部沉積，這與較少受約束的常規(guī)的沉積工藝不同。本公開的方法和系統也不需要任何附加的圖案化或覆蓋步驟來獲得具有特定配置的金屬層。而且，通過將反應物局部地引導到基體的金屬沉積在其上的部分上，本文描述的方法和系統提供制備金屬表層所需要的反應物的量的顯著減少。

技術實現要素：

本公開的實施例涉及一種用于金屬層在表面上的局部沉積的方法。所述方法包含將至少兩種反應物(所述反應物中的每種均為氣態(tài))引導到基體的表面。所述氣態(tài)反應物中的一種包括含金屬的前體化合物。所述氣態(tài)反應物中的另一種包括能夠與所述含金屬的前體反應以在加熱表面上產生金屬晶體生長的化合物。這些第一和第二氣態(tài)反應物通過一個或多個氣體出口被引導到所述基體表面，所述一個或多個氣體出口位于所述基體表面附近。當所述第一和第二氣態(tài)反應物被引導到所述基體表面時，激光器指向所述基體表面上鄰近所述一個或多個氣體出口的位置。所述激光器被配置且放置成將所述基體表面的區(qū)加熱到這樣的溫度：在該溫度下，所述第一和第二氣態(tài)反應物進行導致所述基體表面的加熱區(qū)上的金屬晶體生長的反應。所述反應維持期望的一段時間(并且在期望的條件下維持)，以在加熱區(qū)上產生金屬層的局部沉積。

在一些實施例中，(a)所述一個或多個氣體出口和(b)所述激光器中的每個均可以以受控方式移動，以使得金屬層可以以期望的圖案沉積在所述基體表面上。通過改變激光器變量(例如光束尺寸、功率、放置等)中的一個或多個，可改變所述基體表面上的加熱區(qū)的面積。因此，在一些實施例中，所述金屬層可被圖案化，以使得連續(xù)沉積的一個部分可覆蓋所述表面的較大的部分，例如具有較大的寬度，并且所述沉積的另一部分可覆蓋所述表面的較小的部分，例如具有較小的寬度。類似地，通過改變反應條件(例如溫度、反應物的流速、反應時間等)中的一個或多個，可改變金屬層的厚度。因此，在一些實施例中，金屬層可被圖案化，以使得連續(xù)沉積的一個部分可具有較大的厚度，而沉積的另一部分可具有較小的厚度。在一些實施例中，通過控制所述氣體出口和激光器的移動可獲得一致的連續(xù)沉積，以使得反應條件遍及沉積的不同部分基本保持一致。

在一些實施例中，本公開的方法可涉及通過使鹵化含金屬的前體氣體(如六氟化鎢或六氯化鎢)與氫氣在產生過渡金屬(例如鎢)在基體表面的加熱區(qū)上的局部沉積的條件下反應，使所述過渡金屬(如鎢)受控地沉積到所述基體表面。進一步地，通過選擇合適的基體材料和適當地控制反應條件，可使金屬形成為單晶。如果期望的話，隨后可使用常規(guī)方法使單晶材料(例如單晶鎢)與所述基體分離。

本公開的實施例還涉及一種用于金屬在基體上的局部沉積的系統。所述系統包括一個或多個氣體出口，所述一個或多個氣體出口鄰近基體表面的一部分放置。所述一個或多個氣體出口與第一氣態(tài)反應物的源和第二氣態(tài)反應物的源流體連通。所述系統還包括至少一個激光器。所述激光器放置成使所述激光器的輸出指向鄰近所述一個或多個氣體出口的所述基體表面的部分。所述激光器配置成將所述表面的區(qū)加熱到期望的溫度范圍。在一些實施例中，(a)所述一個或多個氣體出口和(b)所述激光器兩者均配置成以受控方式沿所述基體表面行進，以使得所述系統可提供金屬層以期望的圖案在所述基體表面上連續(xù)的(或間斷的)沉積。

本公開的方法和系統可在各種環(huán)境中找到具體應用。例如，本公開的方法和系統的實施例可用于表面上(如硅片表面上)各種電子元件的制造。本公開的方法和系統的實施例還可用于單晶金屬結構(如用在航天旅行中的單晶鎢)的生長。并且本公開的方法和系統的實施例可用于金屬層以精確的圖案局部沉積在各種基體上。

附加的特征和優(yōu)點將在以下具體實施方式中進行詳細陳述，并且在某種程度上所述附加的特征和優(yōu)點對于本領域技術人員而言所述具體實施方式將是顯而易見的或者通過實踐本文描述的實施例而容易被意識到，包括以下具體實施方式，權利要求書，以及附圖。

要理解的是，前述總體描述和以下具體實施方式兩者都只是示例性的，并不旨在提供理解權利要求的性質和特點的綜述或框架。附圖被包括以提供進一步的理解，并且被并入且構成本說明書的一部分。附圖示出一個或多個實施例，并且與說明書一起用來解釋各個實施例的原理和操作。

附圖說明

通過參照附圖中示出的示例性的且因此非限制性的實施例，一個或多個實施例的優(yōu)點和特征的清楚的概念將變得更容易顯而易見：

圖1示出根據本公開的實施例的用于在基體上印刷金屬層的系統。

圖2示出根據本公開的實施例的用于在基體上印刷金屬層的系統，所述系統包括含金屬的前體氣體的制備。

圖3示出根據本公開的實施例的用于在基體上印刷金屬層的系統，其中反應氣體通過單獨的氣體出口被引入。

具體實施方式

現在將具體參照某個或某些實施例，所述實施例的示例被示出在附圖中。只要可能，相同的參考編號將在所有附圖中用來表示相同或相似的部分。本公開的實施例涉及用于金屬層在基體上的局部沉積的系統和工藝。

系統

圖1中示出本公開的系統10的實施例。圖1中示出的系統包括真空室11。真空室11被配置成在所述室內維持真空。對于大部分應用，機械真空泵通常就足夠了。然而，在一些應用中，高真空狀態(tài)可能才是期望的?；w20(其上要印刷金屬層)被放置在真空室11內。這樣，真空室11可包含基體支架。如果期望的是要在真空室11內涂覆不只一個基體20，那么真空室可包括多個基體支架。

所述系統還包括一個或多個氣體管線12，用于向一個或多個氣體出口13輸送至少第一氣態(tài)反應物和第二氣態(tài)反應物。一個或多個氣體管線12可包括通常理解為用于氣體的輸送的管道、管等。在附圖中示出的實施例中，第一和第二氣態(tài)反應物被示出為在單獨的氣體管線12中被輸送到一個或多個氣體出口13。盡管單獨的氣體管線12被示出為彼此未連接，但是可能通常期望的是單獨的氣體管線是聯接的。例如，單獨的氣體管線12可以以并列關系連接、絞合在一起，以同心關系連接(即，一個氣體管線可包含在另一氣體管線內)等。在其他(未示出)實施例中，第一和第二氣態(tài)反應物的混合物可通過單個氣體管線12被輸送到一個或多個氣體出口13。

一個或多個氣體管線12中的每個與氣態(tài)反應物的至少一個源16流體連通。例如，在使用單獨的氣體管線12來輸送第一和第二氣態(tài)反應物的情況中，第一氣體管線可以被可操作地連接到第一氣態(tài)反應物的源16，并且第二氣體管線可以被可操作地連接到第二氣態(tài)反應物的源。在使用單個氣體管線12來輸送第一和第二氣態(tài)反應物的混合物的情況中，氣體管線12可以被可操作地連接到第一氣態(tài)反應物的源16和第二氣態(tài)反應物的源兩者。各種氣態(tài)反應物的源16可包括儲罐或氣體罐。

在一些實施例中，氣態(tài)反應物中的一種或多種的源16可包括用于制備氣態(tài)反應物的系統30。例如，圖2中示出的實施例包括用于制備六氯化鎢的系統30，所述六氯化鎢隨后被輸送到氣體出口13并且在沉積工藝中用作含金屬的前體。系統30包括包含鎢金屬片的室31和氯氣的源32。當操作時，系統被配置成使得氯氣在升高溫度下從源32流動通過包含鎢金屬片的室31。當氯氣在該升高溫度下接觸鎢片時，發(fā)生反應并且產生六氯化鎢氣體。一個或多個氣體管線12中的每個也可與附加的氣態(tài)成分(如載氣)流體連通。

為了控制第一和第二氣態(tài)反應物中的每種的流速，系統10還符合期望地包括一個或多個流量計17。例如，每個氣體源16可包括流量計17，所述流量計被配置成提供氣體以期望的速率的受控流動。

在一些實施例中，氣體管線12中的一個或多個還可包括加熱或冷卻元件14。在一些實施例中，可能有必要的是在氣態(tài)反應物(如含金屬的前體)與第二氣態(tài)反應物反應之前，將所述氣態(tài)反應物維持在升高溫度下?；蛘呖赡芎唵蔚仄谕A加熱氣體流中的一個或多個，如以便提高產生金屬的反應發(fā)生的速度?？商鎿Q地，在一些實施例中，可能期望的是冷卻氣體流中的一個或多個，以便防止第一和第二氣態(tài)反應物在氣體管線12或氣體出口13中的任意一個內反應。可以使用任何常規(guī)的加熱或冷卻元件14來控制氣體的溫度，所述氣體流動通過一個或多個氣體管線12。在圖2中示出的實施例中，例如，用于第一氣態(tài)反應物的氣體管線12被示出為被加熱線圈環(huán)繞。

一個或多個氣體管線12包括一個或多個氣體出口13，所述一個或多個氣體出口被配置成將氣態(tài)反應物引導到真空室11中，并且更具體地引導到基體20的表面。因此，一個或多個氣體出口13可包括用于將氣體從氣體管線12引導到室11中(并且更具體地引導到基體20)的常規(guī)元件。例如，一個或多個氣體出口13中的每個可包括噴嘴、歧管等。出于與上文關于氣體管線12描述的相同原因，一個或多個氣體出口13的實施例也可配備有加熱或冷卻單元。

在一些實施例中，如圖1和2中所示實施例中示出的那樣，第一和第二氣態(tài)反應物通過單個氣體出口13被引導到基體20的表面。為了提供氣態(tài)反應混合物遍及基體20表面的期望區(qū)的基本一致的接觸，第一和第二氣態(tài)反應物可在快要到達氣體出口13之前被混合。另外，氣體出口13可具有與期望區(qū)的直徑類似的直徑。

在其他實施例中，第一和第二氣態(tài)反應物可通過單獨的氣體出口13被引入，如例如圖3中所示的實施例中示出的那樣。為了提供氣態(tài)反應混合物遍及基體20表面的期望區(qū)的基本一致的接觸，氣體出口13可被設置成以仔細控制的流速、以相對于彼此受控的角度等噴射氣體。例如，在氣體管線12為同心的情況中，外部氣體管線的出口13可向內成角度，并且內部氣體管線的出口可向外成角度。在選擇單獨的氣體出口的尺寸和構造時，也可考慮第一和第二氣態(tài)反應物的期望的相對流速。在一些實施例中，用于第一和第二氣態(tài)反應物的單獨的氣體出口13可以交替，以便產生遍及期望的反應區(qū)基本一致的反應物比率。例如，每個單獨的氣體出口13可包括歧管，并且單獨的歧管的各自的噴口可彼此交替，以便提供遍及基體20的期望區(qū)的一致的氣態(tài)反應物的混合物。在一些實施例中，氣體出口13的歧管或噴嘴的組合的直徑也可類似于所述期望區(qū)的直徑。

當系統10在使用中時，一個或多個氣體出口13期望地位于基體20的表面附近。例如，一個或多個氣體出口13可被配置成放置在距基體20的表面小于20mm處、可替換地距所述表面小于15mm處、可替換地距所述表面小于12mm處、可替換地距所述表面小于10mm處。在一些實施例中，一個或多個氣體出口13可以是朝向和遠離基體表面20移動的，以便獲得距基體20的表面期望的工作距離。在其他實施例中，一個或多個氣體出口13可被固定在基體20表面上方特定距離處。

所述系統還包括至少一個激光器15。激光器15被放置成使所述激光器15的輸出指向基體表面20上鄰近一個或多個氣體出口13的位置。這樣，激光器15被配置成加熱基體20的表面上期望尺寸的區(qū)域、或區(qū)21。激光器15可選自任何已知的激光器類型，如選擇性激光燒結(sls)印刷技術中常規(guī)使用的那些激光器類型。激光器的類型以及激光器的功率可根據基體表面20上的區(qū)21被加熱到的期望的溫度來選擇。應該理解的是，有關激光器15或本公開中的激光器包含一個或不只一個激光器的使用。在一些實施例中，激光器15可被附接到一個或多個氣體管線12或氣體出口13，以使得氣體出口和激光器的組合可以一起以受控和協調方式沿基體20的表面移動。

激光器15和一個或多個氣體出口13中的每個均可被配置成以受控方式沿基體20的表面行進。通過在操作期間使一個或多個氣體出口13和激光器15沿基體表面20移動，使用者可將金屬層以期望的圖案沉積在基體表面上。例如，一個或多個氣體出口13和激光器15可被配置成提供沿基體表面20的協調移動，以使得一個或多個氣體出口13和基體表面的加熱區(qū)21之間的關系在整個移動中基本上保持相同。這類協調移動可提供一致的金屬層以期望的圖案沉積。一個或多個氣體出口13和激光器15的移動可被計算機控制，如以便提供精確圖案化的金屬層。還預期的是一個或多個氣體出口13和激光器15可在使用期間保持靜止，而基體20可以以期望的圖案可控地移動，以便產生圖案化的金屬層。

在一些實施例中，基體20的表面可包括圖案，并且一個或多個氣體出口13和激光器15可被配置成遵循(follow)該圖案。例如，光刻膠(如su-8)可被用于使用本領域通常了解的方法在基體20的表面上提供圖案。其他用于圖案化和/或掩蔽基體的技術，(如采用各種類型的聚合物、處理方式等的那些技術)在本領域中通常是已知的。預期的是這些技術中的任一種可以與本文公開的方法和系統協調應用，而不背離本公開的范圍。

系統10還可包括一個或多個氣體出口洗滌器單元18。在一些應用中，含金屬的前體和第二氣態(tài)反應物的反應可能產生對設備、人、環(huán)境等有潛在危險的副產物。因此，可能期望的是當反應氣體存在于真空室11中時，過濾所述反應氣體和/或使所述反應氣體與中和劑接觸。例如，在鹵化金屬前體(例如wf6或wcl6)和氫氣之間進行反應的情況中，所述反應產生酸性副產物，如hf或hcl。當其存在于真空室中時，可以通過使氣體與堿性化合物接觸來中和酸性副產物。例如，圖1-3所示的實施例中的每個實施例均包括洗滌器單元18，在該洗滌器單元18中，存在于真空室11中的氣體與堿性化合物接觸。堿性化合物可處于固體、液體或氣體狀態(tài)。在一些實施例中，可能期望的是使出口氣體流動通過堿性液體浴和/或使所述氣體流動通過堿鹽的填充床。

雖然前述實施例是從供應第一和第二氣態(tài)反應物的方面進行描述的，但是應該理解的是，上文描述的系統10可被配置成向基體表面20供應任何數目的氣態(tài)反應物。例如，可以在系統10中采用任何數目的附加氣體管線12、氣體出口13等，而不背離本公開的范圍。

方法

本公開的實施例涉及用于金屬層在基體上的局部沉積的方法。所述方法包括將第一氣態(tài)反應物和第二氣態(tài)反應物引導到基體的表面，并且同時使激光能指向基體表面上的位置，以便加熱所述表面的區(qū)，以使得金屬反應產物沉積在所述表面的加熱區(qū)上。

第一氣態(tài)反應物包括含金屬的前體氣體。含金屬的前體氣體可以是任何含金屬的化合物，所述含金屬的化合物可以以氣相被輸送到基體的表面并且可以與第二氣態(tài)反應物反應以產生金屬晶體生長。在一些實施例中，可能的是使用在相對低的溫度(如室溫)下既為氣態(tài)且穩(wěn)定的含金屬的前體化合物，以使得第一氣態(tài)反應物可以被輸送到基體表面，而不需要預加熱。在其他實施例中，含金屬的前體化合物將需要在升高溫度下制備和輸送。第一氣態(tài)反應物還可包括一種或多種附加氣態(tài)成分(如載氣)、一種或多種附加反應物等。

在一些實施例中，沉積的金屬層可以是過渡金屬，并且含金屬的前體氣體可以因此為包含過渡金屬的氣態(tài)化合物。例如，在一些實施例中，含金屬的前體氣體可包括鎢、鈦、鉭、鈮、鉻、鉬、鐵、鎳、鋯、錸、鉿等。在其他實施例中，沉積的金屬層可包括堿性或半金屬。因此，在一些實施例中，包含金屬或半金屬的前體氣體可包括鋁、錫、硼、硅、鍺、砷等。

第二氣態(tài)反應物包括能夠與含金屬的前體氣體反應以產生金屬晶體生長的化合物。在一些實施例中，例如，第二氣態(tài)反應物可包括氫氣。在升高溫度下，氫氣可以與含金屬的前體化合物反應以產生可沉積在加熱表面上的游離金屬。第二氣態(tài)反應物還可包括一種或多種附加氣態(tài)成分(如載氣)、一種或多種附加反應物等。

在一些實施例中，例如，第一氣態(tài)反應物包括具有式mxn的含金屬的前體化合物，其中m是過渡金屬；x選自由氟(f)和氯(cl)、溴(br)組成的組；并且n是選自由3、4、5和6組成的組的整數。例如，在一些實施例中，含金屬的前體可以是六氟化鎢(wf6)或六氯化鎢(wcl6)。在其他實施例中，含金屬的前體可以是五氯化鉬(mocl5)、五氯化鉭(tacl5)或五氯化鈦(ticl5)。這些化合物中的每種均能夠與氫氣(h2)反應以形成游離金屬和酸性副產物。例如，六氟化鎢和氫氣的反應根據以下進行：

wf6+3h2→w+6hf。

類似地，五氯化鈦的反應一般根據以下進行：

2ticl5+5h2→2ti+10hcl。

第一和第二氣態(tài)反應物中的每個被引導到基體表面的部分，所述基體表面的部分被使用激光加熱，即基體表面的加熱區(qū)。例如，激光器可指向基體表面上的部位，以使得激光能在期望的位置處接觸基體表面。激光器參數可被控制，以使得由激光能產生的熱從接觸點向外擴張，以在基體表面上產生具有期望的尺寸和/或構造的加熱區(qū)。由激光能產生的熱還可以使第一和第二氣態(tài)反應物反應，產生沉積在基體表面的加熱區(qū)上以形成金屬層的金屬(如游離金屬)。

第一和第二氣態(tài)反應物中的每個可通過一個或多個氣體出口13被引導到基體20的表面。在一些實施例中，如圖1和2所示的實施例中，第一和第二氣態(tài)反應物可以在被引導到基體20的表面之前混合。該方法的一個益處在于第一和第二氣態(tài)反應物的混合可以在反應物到達基體表面之前容易地進行，以在加熱的反應區(qū)處獲得一致的反應物的混合物。這可以提供更一致的金屬層(即具有一致的厚度、光滑的表面或期望地兩者的金屬層)的沉積。在其他實施例中，如圖3所示的實施例中，第一和第二氣態(tài)反應物可以經由單獨的氣體出口13來供應，以使得它們在基體表面20附近初次相互接觸。該方法的一個益處在于它傾向于防止第一和第二氣態(tài)反應物在氣體管線12和/或氣體出口13中進行不想要的反應，所述反應可能導致工藝設備的堵塞和破壞。

為了制備更一致的金屬沉積，可能期望的是引導第一和第二氣態(tài)反應物的混合物基本均勻地遍及基體表面20的加熱區(qū)21。例如，在一些實施例中，一個或多個氣體出口可被配置成引導氣體混合物基本上遍及整個加熱區(qū)21。這可以例如通過使用具有類似于加熱區(qū)21的面積的氣體流動面積的單個氣體出口13或者合起來具有類似于加熱區(qū)的面積的氣體流動面積的多個氣體出口來實現。例如，一個或多個氣體出口13的直徑可以構成加熱區(qū)的直徑的約80％和約110％之間，可替換地約70％和約100％之間，可替換地約50％和約99％之間，可替換地約50％和約95％之間，可替換地約60％和約99％之間，可替換地約70％和約95％之間，可替換地約75％和約99％之間，可替換地約80％和約95％之間。為了防止由于氣體在加熱區(qū)21周圍的流動造成的反應物的不必要的損失，通常可能期望的是一個或多個氣體出口13具有小于加熱區(qū)的面積的氣體流動面積。還認為，通過確保一個或多個氣體出口13的氣體流動面積小于加熱區(qū)21的面積，使用者可以制備具有比其中一個或多個氣體出口的氣體流動面積大于加熱區(qū)21的面積的實施例更光滑的表面的金屬層。

在其他實施例中，一個或多個氣體出口13中的至少一個可包括噴嘴，如被具體配置成引導反應物基本均勻地遍及整個加熱區(qū)21的噴嘴。對第一和第二氣態(tài)反應物的流速的仔細控制還可用于提供氣態(tài)反應物的混合物基本均勻地遍及加熱區(qū)21。

一個或多個氣體出口13和基體表面20的加熱區(qū)21之間的距離也可被仔細控制，以便提供有效且可控的金屬沉積。通常期望的是一個或多個氣體出口13和基體表面20的加熱區(qū)21之間的距離被保持在最小程度，以便確保第一和第二氣態(tài)反應物與加熱表面進行充分接觸，這與簡單地在加熱區(qū)周圍流動不同。然而，在某些情況下，氣體出口13和加熱區(qū)21之間的關系太接近可能導致氣體出口13加熱到這樣的溫度：在該溫度下，金屬反應產物沉積在氣體出口上，從而堵塞氣體出口13并且可能破壞工藝設備。因此，氣體出口13和加熱區(qū)21之間的距離應該維持在期望的工作范圍內。例如，在一些實施例中，一個或多個氣體出口13可以在基體表面上方約3mm和約20mm之間，可替換地約3mm和約10mm之間，可替換地約5mm和約20mm之間，可替換地約5mm和約10mm之間.

在一些實施例中，可能期望的是在將氣態(tài)反應物引導到基體20的表面之前預加熱一種或多種氣態(tài)反應物中。通過在氣態(tài)反應物與基體表面20的加熱區(qū)21接觸之前提高所述氣態(tài)反應物的溫度，例如，使用者可確保氣態(tài)反應物被充分加熱到使金屬沉積所必需并且快速發(fā)生反應和金屬的沉積的期望的反應溫度。

因為應該小心避免使氣體管線12和/或氣體出口13達到這樣的溫度：在該溫度下，第一和第二氣態(tài)反應物的反應將導致金屬層形成在工藝設備上，在一些實施例中可能期望的是冷卻氣體管線12和/或氣體出口13中的一個或多個。例如，從基體表面20的加熱區(qū)21反射的熱可導致一個或多個氣體出口13加熱到這樣的溫度：在該溫度下，金屬反應產物將形成在氣體出口13上。在這種情況下，對一個或多個氣體出口13來說可能必要的是包含冷卻系統或隔熱材料(insulation)。因為氣態(tài)反應物需要加熱表面，以便發(fā)生實質性沉積，在一些實施例中，氣態(tài)反應物可被預加熱到這樣的溫度：在該溫度下，反應可發(fā)生，但是工藝設備(例如氣體管線12和/或氣體出口13)的表面可被冷卻，以便防止金屬反應產物沉積在那些表面上。

基體表面20的加熱區(qū)21必須達到的以便使期望的金屬層形成的溫度將取決于具體的反應物，以及其他工藝參數。在一些實施例中，基體表面20的區(qū)21被加熱到至少足以使第一和第二氣態(tài)反應物反應的溫度。例如，在使用六氟化鎢作為含金屬的前體并且使用氫氣作為第二氣態(tài)反應物情況中，反應將在高于約300℃的溫度下發(fā)生。因此，在一些實施例中，基體表面20的區(qū)21可被加熱到至少300℃的溫度?；蛘?，例如，在使用六氯化物作為含金屬的前體并且使用氫氣作為第二氣態(tài)反應物的情況中，反應將在高于約500℃的溫度下發(fā)生。因此，在一些實施例中，基體表面可被加熱到至少500℃的溫度。在一些實施例中，如在氣態(tài)反應物可能已被預加熱到期望的反應溫度的情況中，基體的加熱區(qū)可達到低于第一和第二氣態(tài)反應物的反應溫度的溫度。

表面被加熱到的確切溫度可被選擇，以便提供期望的金屬生長速率和金屬層的質量的組合。當溫度升高時，例如，金屬生長速率增加，但是金屬層的光滑度可能下降。另外，如果基體表面20被加熱到高于某個上限溫度時，將根本無法形成金屬層。因此，例如，在使用本公開的方法使六氟化鎢和氫氣反應以沉積鎢的情況中，溫度一般可以被選擇為在約300℃和約900℃之間，可替換地在約400℃和約800℃之間?；蛘?，例如，在使用本公開的方法使六氯化鎢和氫氣反應以沉積鎢的情況中，溫度一般可以被選擇為在約500℃和約900℃之間，可替換地在約600℃和約800℃之間。然而，應該理解的是，根據沉積什么金屬以及使用什么反應來沉積該金屬，表面被加熱到的溫度可變化很大。上述溫度范圍被提供為非限制性示例。

在某些情況下，反應物中的一種或多種在被引導到基體20的表面之前可能必須維持在升高溫度下。例如，在圖2所示的實施例中，在六氯化鎢氣體用于沉積工藝前一刻才制備在室溫下不穩(wěn)定的六氯化鎢氣體。這樣，當六氯化鎢氣體被輸送到氣體出口13時，所述六氯化鎢氣體維持在升高溫度下。具體地，如圖2所示，可以通過在升高溫度(如高于600℃)下使鎢金屬片與氯氣接觸來制備六氯化鎢氣體。因此，為了防止六氯化鎢氣體在被引導到基體20的表面之前被分解，在第一氣態(tài)反應物被輸送到氣體出口13時加熱所述第一氣態(tài)反應物。因為反應中形成的金屬在很大程度上將只沉積在加熱表面上，所以可以在反應發(fā)生的溫度下預混合六氯化鎢氣體和氫氣，只要混合物在被引導到基體表面之前接觸的設備表面足夠涼而能避免不想要的金屬沉積?？商鎿Q地，六氯化鎢氣體和氫氣可通過單獨的氣體管線被引導到基體的表面。

在一些實施例中，第一和第二氣態(tài)反應物之間的反應可能需要在真空下進行。通常地，在約25托和約0.001托之間的真空應該是足夠的。在一些實施例中，如在使用所述方法來制備單晶金屬的情況中，更高的真空水平(如在約5托和約0.001托之間的那些真空水平)可能是必要的。

另外，在一些實施例中，第一和第二氣態(tài)反應物的反應產生酸性副產物。例如，在通過與氫氣的反應來還原氟化金屬化合物的情況中，所述反應產生氫氟酸副產物。類似地，在氯化金屬化合物與氫氣反應的情況中，所述反應產生鹽酸副產物。這些酸性氣體對工藝設備具有腐蝕性，并且對工人和環(huán)境有危險。因此，可能期望的是使存在于反應室11中的氣體與堿性元素接觸，以便中和酸性副產物。例如，存在于反應室中的氣體可以被引導通過含堿的液體溶液，如naoh或koh的水溶液。可替換地(或者另外)，存在于反應室中的氣體可以被引導遍及固體堿成分。

基體表面20的加熱區(qū)21的尺寸以及因此其上形成金屬層的表面的面積由激光束的尺寸和功率以及基體的傳導性來確定。因此，本公開的實施例提供這樣的一種方法：通過所述方法使用者可以以受控方式在表面的非常小的部分上制備金屬層。例如，在一些實施例中，激光器可被控制以提供具有小于10mm、可替換地小于8mm、可替換地小于6mm、可替換地小于5mm、可替換地小于4mm、可替換地小于3mm、可替換地小于2mm、可替換地小于1mm的直徑的加熱區(qū)21。

對于高傳導性的基體，使用者可能希望使基體的較小面積與激光能接觸，以便限制其上將沉積金屬的加熱區(qū)21的尺寸。也可能期望的是調節(jié)反應參數以便提高反應和金屬沉積的速度，以便限制加熱區(qū)的不期望的擴張以及所產生的金屬層。另外，如果需要，隔熱材料(如基體表面上的涂層)或其他冷卻元件的使用可被用于限制高基體傳導性的效果。

金屬層的厚度可通過對相關反應參數(如加熱區(qū)的溫度、第一和第二氣態(tài)反應物的流速，以及在加熱區(qū)上進行沉積的時長)的控制來精確控制。例如，在一些實施例中，可以進行沉積以制備具有納米級(例如在約1nm和約100nm之間，可替換地在約1nm和約50nm之間，可替換地在約1nm和約10nm之間)的厚度的金屬(或半金屬)層。在其他實施例中，可以進行沉積以制備具有毫米級(例如在約1mm和約100mm之間，可替換地在約1mm和約50mm之間，可替換地在約1mm和約10mm之間)的厚度的金屬(或半金屬)層。在一些實施例中，可以進行沉積以制備具有在約1納米(nm)和約5毫米(mm)之間，可替換地在約1nm和約3mm之間，可替換地在約1nm和約1mm之間，可替換地在約10nm和約5mm之間，可替換地在約10nm和約3mm之間，可替換地在約10nm和約1mm之間的厚度的金屬(或半金屬)層。

因為金屬沉積的尺寸和厚度可使用本公開的方法精確控制，因此本公開的方法的實施例可被用作用于三維印刷的機制。例如，通過重新布置激光器15，使用者可改變基體20的表面上的加熱區(qū)21的位置。氣體出口13也可被重新布置，期望地與加熱區(qū)21的重新布置協調，以使得第一和第二氣態(tài)反應物保持與加熱區(qū)21接觸。在一些實施例中，例如，激光器15和氣體出口13中的每個在操作期間以受控方式移動，以便將金屬層以期望的圖案沉積在基體表面20上。還預期的是激光器15和氣體出口13可保持靜止，而基體20可以在操作期間以受控方式移動。在一些實施例中，基體20的表面可包括圖案，如可通過光刻膠或聚合物涂層形成的圖案，這可幫助金屬沉積的受控圖案化。

本公開的方法的實施例可用于，例如，一個或多個電子元件在基體上的印刷。例如，所述方法可用于將電子元件(如柵(gates)、半導體等)印刷在硅片上。因此，在一些實施例中，基體可以是硅，如硅片。在其他實施例中，基體可以是金屬的。另外，在一些實施例中，所述方法可被用于在基體表面上制備單個材料的多個層或者不同材料的多個層。

本公開的方法的實施例也可用于，例如，具有任何數目的期望特性的金屬的制備。在一些實施例中，可執(zhí)行本公開的方法的實施例以產生單晶金屬。例如，使用者可選擇具有與所形成的金屬層類似的晶體結構的基體。這可影響由于第一和第二氣態(tài)反應物之間的反應而形成的金屬晶體在基體表面上生長為單晶。例如，通過進行鎢在單晶鉬基體(鉬具有與鎢類似的晶體結構)上的仔細受控的沉積，使用者可制備單晶鎢。

本公開的方法的實施例還可用于陶瓷材料在基體上的沉積。例如，本公開的方法的實施例可配置成沉積sio2、al2o3或sno2。本公開的方法的實施例還可用于半導體材料在基體上的沉積。例如，本公開的方法的實施例可配置成沉積硅、鍺、錫、碳化硅、氮化硼、氮化鋁、氮化鎵、氧化鋅、二氧化鈦、二氧化錫、氧化鎳等。類似地，本公開的方法的實施例還可配置成沉積半導體合金，如硅-鍺合金、硅-錫合金等。

在一些實施例中，在金屬層沉積之后，基體可被移除，從而生產具有期望形狀和/或期望性質的純金屬?；w可使用化學處理來移除，如本領域普通技術人員一般會了解的那樣。

可以看出，與本領域的那些方法和系統相比，所描述的實施例提供具有多種優(yōu)勢的獨特和新穎的方法和系統。盡管本文示出和描述了體現本發(fā)明的某些具體結構，但是對于本領域技術人員來說明顯的是可以對部件進行各種修改和重新布置，而不背離基本的發(fā)明構思的精神和范圍，并且所述基本的發(fā)明構思除了如由所附的權利要求表明的范圍之外不限于本文示出和描述的具體形式。