[发明专利]前驱体涂布激光制备氮化钽膜装置及方法

说明书

本发明涉及前驱体涂布激光制备氮化钽膜装置及方法，装置包括底座、喷笔和激光镜头模块，所述的喷笔和激光镜头模块设置在底座上。本发明通过激光镜头模块对基础材料表面进行照射使之表面温度升高，喷笔中通过高压载体气体将液态涂料雾化并预先混合成反应前驱体，反应前驱体自出料孔喷射到加热后的基础材料表面反应形成氮化钽。本发明的实施方法通过交替的供给液体涂料参于反应，可以提高氮化钽薄膜中的钽、氮的占比，从而得到质量优良的氮化钽薄膜。本发明可在大气下工作，对环境要求低，成膜质量高；克服了现有工艺对成膜设备以及严苛环境的依赖，使得氮化钽成膜工艺变成一种简易的喷涂工艺，极大地降低了设备成本，而且便于操作实施。

技术领域

本发明涉及氮化钽膜制备技术领域，尤其涉及前驱体涂布激光制备氮化钽膜装置及方法。

背景技术

氮化钽薄膜硬度高，有很好的化学与热稳定性。钽在耐腐介质中比钼和钨更具塑性和耐蚀性，因此被大量的应用在机械工业上，尤其一些对材料要求较高的领域，会利用氮化钽镀膜技术来提高材料的应用周期和使用极限。近年来，氮化钽材料也被大量应用在电子制造领域，由于氮化钽化学与热稳定性好，对被覆材料起到很好的阻隔保护作用，因此被大量的应用在半导体集成电路以及一些微波的器件制造。同时其高抗磨损、耐腐蚀、化学与热稳定强的特质，也被大量的应用在半导体制程设备上。随着半导体制造工艺的发展，对设备材料的要求也越高，所以大量的镀膜工艺被应用在领域，而氮化钽镀膜工艺是其中之一。

在氮化钽膜的制备方面，主要釆用磁控溅射法、物理沉积、化学沉积和近期研究提出的浑光放电法。在不同的应用领域对氮化钽薄膜的品质有不同的要求。在半导体集成电路的制造上，对氮化钽薄膜的一些电气特性有比较高的要求，因此在这类应用时，主要采用化学沉积法、物理沉积法、原子层沉积法来制备高纯度、高质量的氮化钽晶体薄膜。沉积法可有很好的控制薄膜厚度的均匀性、晶态结构，但上述工业化的沉积设备不利大尺寸外形复杂的设备零件镀膜。

在设备零部件应用时，对氮化钽薄膜的纯度、晶态、均匀性比在半导体集成电路制造应用低，而更重视氮化钽薄膜整体被覆的完整性与加工时的便利性。在大型设备工件的镀氮化钽膜时，大多采用磁控溅射、浑光放电等方法，一般是利用高纯度钽当着电极，游离的钽离子与氮原子反应形成氮化钽。上述的方法同样需要专门设计相对应的镀膜设备，且对镀膜环境条件、反应温度都有一定的要求。在小批量、大型、复杂外形的零件镀膜时，设备成本就会变高。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种前驱体涂布激光制备氮化钽膜装置，其能够不依赖高成本设备以及严苛的环境条件就能完成氮化钽膜的制备，氮化钽膜质量好，操作便捷。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

前驱体涂布激光制备氮化钽膜装置，其包括底座、喷笔和激光镜头模块，所述的喷笔和激光镜头模块设置在底座上；

所述喷笔包括笔管、设置在笔管前端的针头、罩住针头且与笔管旋接的笔帽以及设置在笔管后端的进料口；所述笔帽上设有与针头相配合的出料孔，旋动笔帽可调节针头与出料孔的间距；

所述进料口包括进气管以及设置在进气管上并相互导通的进液管；

所述激光镜头模块包括管状的壳体、设置在壳体内的第一凸镜、旋接于壳体前端的圆帽、卡嵌在圆帽上的第二凸镜以及设置在壳体后端的光纤波导；旋动所述圆帽可调节第一凸镜和第二凸镜的间距；所述光纤波导用于引入激光束。

优选地，还包括分别与所述进气管和进液管连接的两个流量调节阀。

优选地，所述底座上设有镜头模块夹具，所述镜头模块夹具旋转设置在底座上。

优选地，所述底座包括握柄和托板，所述握柄固定在托板的底部，所述的喷笔和激光镜头模块设置在托板上。

本发明还公开了前驱体涂布激光制备氮化钽膜方法，其采用上述任一项所述的前驱体涂布激光制备氮化钽膜装置实现，包括：