TW201538775A - 製備薄膜之系統 - Google Patents

Abstract

本發明係提供一種製備薄膜之系統，特別係用以形成晶圓尺度薄膜，其特徵為：一與反應室相連通的加熱室，該加熱室的加熱單元係設於加熱管路周圍，藉此降低前驅物於管路輸送時凝結的可能性。本發明又提供一種製備薄膜之系統，其特徵為：一設有加熱器之氣體混合單元，藉此溫控式設計，改善氣體混合單元內側表面為大面積且溫度較低，易使前驅物在其內凝結的缺點。本發明更提供一種製備薄膜之系統，其特徵為：一設於反應室和加熱室間的輔助氣體控制閥，藉此有效地精密調整進入反應室前驅物的量，達到晶圓尺度薄膜合成的精密控制。

Description

製備薄膜之系統

本發明係關於一種製備薄膜之系統，更具體地說係指一種可合成晶圓尺度之大面積原子級2D層材料之冷壁式化學汽相沈積法(CVD)反應系統。

目前認為石墨與如氮化硼和過渡金屬二硫族化物(transition metal dichalcognides)等的其他低維層狀材料(low-dimensional layered material)有望可以應用在低功率、透明以及可撓性電子產品。但是，以化學汽相沈積法(CVD)合成大面積原子級2D層材料(2D-layer materials,2DLM)的技術並未成熟到可量產之程度。主要的障礙在於反應室中反應氣體分壓能否精密控制。

換言之，在原子級2D層的生長中，固態或液態前驅物是必須的。例如，先前技術(Lee et al(Adv Mater.24(17),2320-2325(2012)DOl：adma.201104798；Adv Mater：(2013)DOT：adma.201304376))已證實生成MoS₂及WSe₂單分子層的熱壁式CVD法係使用固體(粉狀物或晶體)材料作為其前驅物。

化學汽相沈積法(CVD)通常須將這些前驅物加熱到一較高溫度(接近熔融溫度)而加以蒸發汽化。此後，經蒸發汽化的前驅物會經管線輸入主反應室中的一氣體混合單元(稱作噴頭)，接著沉積至基板上。

請參見第一圖，係顯示一種習知熱壁式CVD設備的示意圖，該熱壁式CVD設備1包含有：一多區域管狀爐(multi-zone tubular furance)11、一預熱爐12、一氣體控制單 元13、一真空泵浦14等元件，其中該多區域管狀爐(multi-zone tubular furance)11具有一石英管或陶瓷管所構成容置腔體111，供基板S設置，該多區域管狀爐11之一側設有一端蓋112，其係具有一氣體迴路113與該預熱爐12相連通，且該端蓋112係與一壓力感測器114相接，並受該壓力感測器114控制其開閉，而該多區域管狀爐11之另一側則與該真空泵浦14相連通；該預熱爐12係供欲進行反應的固體前驅物於其中加熱蒸發汽化；該氣體控制單元13係與該預熱爐12和一裝設有載送氣體(carrier gases)的氣體源131相連通，於氣體控制單元13係與該預熱爐12之間更設有一氣體閥門132控制載送氣體的進出；該真空泵浦14係與該多區域管狀爐11相接，並向外(即黑色粗體箭頭A1方向)排氣，藉以於該多區域管狀爐11中形成真空環境。

當固態前驅物B及C於一預熱爐12加熱形成蒸氣，而所生成的蒸汽會藉由自氣體源131輸至氣體控制單元12的載送氣體一併輸送通過氣體迴路113、端蓋112後到達容置腔體111，由於氣體迴路113過長，且所生蒸汽會因凝結於氣體迴路113而流失。因此此例中，固態前驅物A及B的蒸汽壓無法被精密控制，且這樣的設計相容性較差，無法廣泛的應用於半導體產業中，且難以擴大規模達到高產能的要求，亦難以進行晶圓尺寸薄膜的生長。

第二圖則顯示另一種習知冷壁式CVD設備的設計，該冷壁式CVD設備2包含：一反應室21、一氣體控制單元22、一電源供應裝置23、一真空泵浦24以及一壓力感測器25，其中該反應室21中進一步包含一噴頭211和一基材加熱單元212，且基材加熱單元212係與該噴頭211相對設置，且兩者間具有一特定間距，而該基材加熱單元212係具有一平台213供一基板S2設置於其上；該氣體控制單元22與該噴頭211相連通，並具有一氣體源221以及一氣體閥門222，其中氣體源221內包含載送氣體，而氣體閥門222設於 氣體控制單元22和氣體源221間，以控制載送氣體的進出；該電源供應裝置23係與基材加熱單元212電性連接，並具有一熱電偶231可供感測基板S2溫度；該真空泵浦24係與反應室21相連通，並向外(即黑色粗體箭頭A2方向)排氣，以於反應室21中形成真空環境。

藉此冷壁式CVD設備2，得以將來自氣體源221經氣體控制單元22輸出的氣態前驅物或經蒸發汽化的液態前驅物所形成的氣流F1，經過該噴頭211導入該反應室21，並均勻噴塗至位於該基材加熱單元212上經加熱的基材S2。

該種設備經常用於半導體產業的薄膜沈積(參見美國專利第5,551,985號專利案)，在該等設備中僅可使用氣態(例如：有機金屬化合物)或經蒸發汽化的液態前驅物(參見美國專利第6,931,203和7,192,866號專利案)，以避免前述熱壁式CVD設備因氣體迴路過長，使得前驅物在前驅物輸入口或氣體迴路有阻塞情事發生。然而，使用氣態有機金屬化合物通常會造成無法避免的後果，即碳殘餘物的形成或在所獲得的薄膜上存有缺陷，而這樣的後果將會對原子級2D層材料造成嚴重的污染問題。

另一方面，由於實際上噴頭211與氣體控制單元22間管線的溫度無法維持在高溫，或者管線的溫度總是遠低於前驅物的凝結溫度，這些經蒸發汽化的前驅物在運送過程中，仍會在管線中凝結。由於原子級2DLM僅有幾個原子厚，生長時的壓力控制極為重要，很顯然，這種設備亦會造成前驅物壓力精密控制的困難。在某些例子中，雖常藉由裝設加熱套(圖中未示)使管線得以維持在一特定溫度，惟許多固態前驅物的熔點遠高於商用加熱套的最高耐受溫度，致使加熱套無法在高溫狀態下使用。

因此，製備晶圓尺度薄膜的系統仍有持續研發之必要性。

有鑑於習知技術的不足，本發明之一目的在於提供一種製備薄膜之系統，特別係用於形成製備晶圓尺度之薄膜。該系統於原反應槽外更增闢一加熱室，即直接將管狀爐設於反應槽中，藉此縮短前驅物和噴頭間的距離，亦降低前驅物於管路間輸送時因溫差而凝結的可能性。該系統亦可視需要同時裝設有多組加熱室，以達最佳效率。

本發明之另一目的在於係提供一種製備薄膜之系統，其氣體混合單元(例如：噴頭)中設有一加熱器，藉由將氣體混合單元設計為溫控式，以改善氣體混合單元內側表面為大面積且溫度較低，易使前驅物在其內凝結的缺點。

本發明之又一目的在於係提供一種製備薄膜之系統，其氣體混合單元(例如：噴頭)係以一組可拆卸式濾板作為其輸出口，藉此可因應特定製程條件而輕易並迅速的調整濾板的孔洞尺寸以及孔洞設計達到更佳的流體均勻性，並在各類晶圓尺度薄膜製程設計更有彈性。而且，可拆卸式濾板可視製程需要裝置兩片以上，以即時調整流體均勻性。

本發明之再一目的在於係提供一種製備薄膜之系統，其反應室和加熱室間設有一輔助氣體控制閥藉以有效地精密調整進入反應室內前驅物的量，達到晶圓尺度薄膜合成的精密控制。

因此，本發明係提供一種製備薄膜之系統，係使用一載送氣體將一前驅物攜至於一基板上形成一薄膜，包括：一反應室，係包括一氣體混合單元、一加熱平台、一前驅物管路，其中該氣體混合單元與該加熱平台係相對設置，且氣體混合單元具有複數個輸出口，該加熱平台係供該基板設於其上，而該前驅物管路係與該氣體混合單元相連通，該反應室更進一步延伸出一加熱室，該加熱室包括：一加熱單元以及一加熱管路，其中該加熱單元係設於該加熱管路周圍，且該加熱管路具有相對之一第一開口以及一第二 開口，其中該第一開口係連通該前驅物管路，並於該第一開口以及該第二開口間係形成一容置空間；一氣體控制單元，其係與該加熱管路之該第二開口相連通，並控制該載送氣體之流動；一真空形成單元，係與該反應室以及該加熱室相連通，以分別於該反應室以及該加熱室內形成一真空環境；以及一壓力感測單元，係連接至該反應室，藉以感測該反應室之壓力狀態；藉以，使該前驅物於該加熱室中氣態化，經該載送氣體輸送通過該加熱管路、該前驅物管路，輸送至該氣體混合單元之該輸出口輸出至該基板。

於一實施樣態中，前述氣體混合單元可進一步包含一加熱器。例如，於一具體實施樣態中，前述加熱器可為一鹵素燈加熱器，以提供一高於1000℃之高溫。於另一實施樣態中，前述加熱器可進一步與一電源供應器電性相接。

於另一實施樣態中，前述氣體混合單元可為一噴頭，噴頭可包含一可拆卸式濾板，該可拆卸式濾板具有複數濾孔作為輸出口。

於又一實施樣態中，氣體混合單元可視情況一併使用加熱器與可拆卸式濾板兩種元件，以達最佳的元件功效。例如，前述氣體混合單元可為一溫控式噴頭，其中該溫控式噴頭包含一容置區、前驅物輸入區以及一濾板，其中該加熱器係設於該容置區，該前驅物輸入區係與該前驅物管路相連通，且該濾板具有複數個濾孔作為輸出口。

於一實施樣態中，前述系統可進一步包含一輔助氣體控制閥，其係由一耐高溫材質所構成，設於該加熱管路之該容置空間內。同樣地，於其他實施樣態中，輔助氣體控制閥可與前述加熱器、可拆卸式濾板或其組合一起搭配使用，達到最佳的系統功效。

於一實施樣態中，前述耐高溫材質為可耐900-1000度以上之材料，例如：石英，但不僅限於此。

於一具體實施樣態中，前述輔助氣體控制閥可為一真空線性引入單元，其係包含一軸桿以及一座體，該座體係設於該第二開口並具有貫通至該容置空間之一軸孔，以供該軸桿穿設其中進行線性滑移，而該軸桿更具有一對應於該第一開口設置之抵止端，以供抵止並封閉該第一開口。

於一實施樣態中，前述加熱管路可由一耐高溫材質所構成。例示性的耐高溫材質為可耐900-1000度以上之材料，例如：石英，但不僅限於此。

於一實施樣態中，前述加熱單元為一嵌入式加熱單元，係嵌設於該加熱管路外側。

於一實施樣態中，前述氣體控制單元可進一步包含一氣體控制閥以及一載送氣體流入口，且氣體控制閥設於載送氣體流入口與第二開口間。

於一實施樣態中，前述真空形成單元可包含一第一真空泵浦以及一第二真空泵浦，其中第一真空泵浦係與加熱管路相連通，而第二真空泵浦係與反應室以及加熱室相連通。

於一實施樣態中，前述加熱平台可進一步與一電源供應器電性相接。

於一實施樣態中，前述之系統，係用於製備晶圓尺度之薄膜。

於一實施樣態中，前述之系統，其係為一化學汽相沈積法反應系統。

本發明亦提供一種用於製備薄膜之系統之氣體混合單 元，該氣體混合單元包括：一容置區、前驅物輸入區、一濾板以及一加熱器，其中該加熱器係設於該容置區，該前驅物輸入區係與該前驅物管路相連通，且該濾板具有複數個濾孔作為輸出口。於一實施樣態中，前述濾板係為可拆卸式。

1‧‧‧熱壁式CVD設備

11‧‧‧多區域管狀爐

111‧‧‧容置腔體

112‧‧‧端蓋

113‧‧‧氣體迴路

114‧‧‧壓力感測器

12‧‧‧預熱爐

13‧‧‧氣體控制單元

131‧‧‧氣體源

132‧‧‧氣體閥門

14‧‧‧真空泵浦

2‧‧‧冷壁式CVD設備

21‧‧‧反應室

211‧‧‧噴頭

212‧‧‧基材加熱單元

213‧‧‧平台

22‧‧‧氣體控制單元

221‧‧‧氣體源

222‧‧‧氣體閥門

23‧‧‧電源供應裝置

231‧‧‧熱電偶

24‧‧‧真空泵浦

25‧‧‧壓力感測器

3‧‧‧反應室

31‧‧‧氣體混合單元

311‧‧‧容置區

312‧‧‧前驅物輸入區

313‧‧‧可拆卸式濾板

314‧‧‧鹵素燈加熱器

315‧‧‧電源供應器

316‧‧‧熱電偶

317‧‧‧濾孔

32‧‧‧加熱平台

321‧‧‧電源供應器

33‧‧‧前驅物管路

34‧‧‧加熱室

35‧‧‧加熱單元

36‧‧‧加熱管路

361‧‧‧第一開口

362‧‧‧第二開口

363‧‧‧容置空間

4‧‧‧氣體控制單元

41‧‧‧氣體源

411‧‧‧氣體閥門

42‧‧‧氣體控制閥

43‧‧‧載送氣體流入口

5‧‧‧真空形成單元

51‧‧‧第一真空泵浦

52‧‧‧第二真空泵浦

6‧‧‧壓力感測單元

7‧‧‧輔助氣體控制閥

71‧‧‧座體

711‧‧‧軸孔

72‧‧‧軸桿

73‧‧‧密閉環

A1、A2、A3、A4‧‧‧黑色粗體箭頭

B、C‧‧‧固態前驅物

F1、F2‧‧‧氣流

P‧‧‧前驅物

G‧‧‧載送氣體

S、S2、S3‧‧‧基板

第一圖係習知熱壁式CVD設備的示意圖。

第二圖係習知冷壁式CVD設備的示意圖。

第三圖係為本發明之一實施例的製備晶圓尺度薄膜之系統示意圖。

第四圖係為本發明之一實施例的製備晶圓尺度薄膜之系統中輔助氣體控制閥的開啟時之結構剖面圖。

第五圖係為本發明之一實施例的製備晶圓尺度薄膜之系統中輔助氣體控制閥的關閉時之結構剖面圖。

第六圖，係利用該系統在晶圓尺度的藍寶石基板上製得原子級MoS₂薄膜之比較示意圖，其中：圖A為未生成薄膜的2吋藍寶石基板照片；圖B則為塗佈MoS₂薄膜的2吋藍寶石基板照片；圖C為圖B之拉曼光譜分析結果。

接著，本發明之實施樣態依下列例子詳細描述，但不限於此。本發明之上述及其他目的、特徵及優點將因以下敘述及後附圖式而變得更加清楚。

請參見第三圖，係為本發明之一實施例的製備晶圓尺度薄膜之系統，該系統為一冷壁式CVD反應系統，能夠適用於以固態前驅物(例如：金屬、金屬氧化物、金屬硫化物)合成大面積原子級2D層材料。該系統可包括反應室3、氣體控制單元4、真空形成單元5、壓力感測單元6、輔助氣體控制閥7等元件。

本實施例的反應室3，其內包括氣體混合單元31、加熱平台32以及前驅物管路33等元件，氣體混合單元31與該加熱平台32係間隔一特定間距而相對設置，加熱平台32係供待進行反應的基板S3設於其上，並與一電源供應器321電性相接。於本實施例中，氣體混合單元31係為一溫控式噴頭，其具有一容置區311、前驅物輸入區312以及一可拆卸式濾板313，其中容置區311內進一步設有能加熱達1000℃以上高溫的一鹵素燈加熱器314，該鹵素燈加熱器314係與一電源供應器315電性相接；而該電源供應器321具有一熱電偶316可供感測基板S3溫度。前驅物輸入區312，係與前驅物管路33相連通，兩者皆為氣流之輸送管路，用以輸送前驅物蒸氣與載送氣體所形成的氣流F2，而可拆卸式濾板313上具有複數個濾孔317作為氣體輸出口。

在目前已知的大部分冷壁式CVD過程中，在晶圓尺寸的基板上生成材料比在小片面積的基板上進行更為困難。其中一個關鍵的原因是氣流實際上難以均勻地分布在大面積基板上。習知的解決方法是使用噴頭來輸出氣流。然而，由於噴頭內側表面為大面積且溫度較低，經加熱汽化後的前驅物蒸氣經管線輸送後，在噴頭內有前驅物凝結是無法避免的。

為解決此問題，本實施例將上述氣體混合單元31設計為溫控式噴頭，在其容置區311內加裝鹵素燈加熱器314，藉此提供一可調控的高溫環境，以避免前驅物蒸氣在氣體混合單元31內凝結。而且，鹵素燈加熱器314能夠加熱達大於1000℃，而先前技術中多數使用的噴頭僅可維持高於500℃的溫度(參見US patent no.US 2005/005 6223 A1,US patent no.US 8,551,890 B2,US patent no.US 8,298,370 B2,US patent no.US7,192,866 B2)，相較之下，本實施例所採用的鹵素燈加熱器314可使氣體混合單元31維持在更高溫度，能有效改善氣體混合單元內側表面易使前驅物蒸氣凝結的缺 點。

本實施例氣體混合單元31的另一特點是設有一可拆卸式濾板313。就流體力學和擴散動力學的觀點而言，不同前驅物的蒸汽、溫度、壓力、氣體流速和濾板的幾何形狀將會影響前驅物蒸氣或載送氣體所形成之氣流的均勻性，一般而言，均勻性的調整是取決於所使用之濾板的孔洞尺寸以及孔洞設計。可拆卸式濾板313，可因應特定製程條件輕易並迅速的替換，而精密地調整並控制前述氣流，更提供生成各類晶圓尺度薄膜(例如：原子級2D層)製程的彈性。例如，同時，使用一種以上的可拆卸式濾板313達到更佳的流體均勻性。

另一方面，在原子級2D層的生長中，因原子級2D層僅有幾個原子厚，生長時的壓力控制極為重要。通常必須將固態或液態前驅物(例如：固態硫和三氧化鉬)加熱到一較高溫度(接近熔融溫度)而加以蒸發汽化。然而，由於管線的溫度無法維持在高溫或者管線的溫度總是遠低於前驅物蒸氣的凝結溫度，使得這些前驅物在運送過程中在管線中凝結而造成精密控制前驅物蒸氣壓力的困難。習知技術中雖可藉由在管線外裝設加熱套，以維持在一特定溫度。然而，許多固態前驅物的熔點遠高於商用加熱套的最高耐受溫度，以致加熱套無法在高溫狀態下使用。

為解決此問題，於本實施例之系統中，採用將管狀爐設於反應室3中的設計，於反應室3更進一步延伸出一加熱室34，其內包括：加熱單元35以及加熱管路36等元件，其中加熱單元35為一嵌入式管狀加熱器，係嵌設於該加熱管路36周圍。而該加熱管路36係由一耐高溫材質所構成，本實施例中，該加熱管路36係由石英所構成，其並具有相對之第一開口361以及第二開口362，其中第一開口361係連通該前驅物管路33，而該第一開口361以及該第二開口362間形成一容置空間363，於其中可容置待反應的前驅物P，並藉由 該加熱單元35加熱前驅物P形成前驅物蒸氣，藉此縮短前驅物蒸氣到氣體混合單元31間的距離。此一設計中，藉由加熱單元35使得前驅物蒸氣在加熱管路36內維持在一高溫狀態，並於高溫狀態下立刻輸送至反應室3的氣體混合單元31，降低前驅物凝結的可能性。為了使反應室3和加熱室34維持在真空環境，將會使用下述的真空形成單元5(詳見後述)。

氣體控制單元4，其外接一包含有載送氣體(例如：惰性氣體或氮氣，但不僅限於此)之氣體源41，該氣體源41設有一氣體閥門411，以其開閉控制載送氣體之進出。氣體控制單元4更具有一氣體控制閥42以及一載送氣體流入口43，該氣體控制閥42係設於該載送氣體流入口43處，用於控制載送氣體之流動(例如：流量與流速)。由於載送氣體可將前述前驅物蒸氣攜至氣體混合單元31混合後噴出，故透過氣體控制單元4控制載送氣體之流速，可一併控制加熱管路36內前驅物蒸氣之流速。

真空形成單元5，包含一第一真空泵浦51以及一第二真空泵浦52，其中該第一真空泵浦51係與該加熱管路36相連通，而該第二真空泵浦52係與該反應室3以及該加熱室34相連通，藉由共同使用第一真空泵浦51和第二真空泵浦52作動向外排氣(例如：黑色粗體箭頭A3和A4所示意之方向)，而於反應室3和加熱室4內維持真空狀態，並使反應室3的真空環境與該加熱管路36相連通，以俾精密控制經蒸發汽化的前驅物之壓力。

壓力感測單元6，係連接至該反應室3，藉以感測該反應室3之壓力狀態。

輔助氣體控制閥7，其係由一耐高溫材質所構成。本實施例中，耐高溫材質係指石英，但不僅限於此。該輔助氣體控制閥7設於由該第一開口361以及該第二開口362間所形成之一容置空間363內。請進一步參見第四圖以及第五圖，輔助氣體控制閥7係為一真空線性引入單元，包含：座 體71、軸桿72和複數密閉環73等元件，其中，該座體71係設於該第二開口362，該座體71具有貫通至該容置空間363之一軸孔711，以供該軸桿72穿設其中進行線性滑移，並與載送氣體流入口43相連通。該軸桿72更具有一對應於該第一開口361設置之球狀抵止端721，以供該軸桿72向第一開口361方向線性滑移時，可抵止並徹底封閉該第一開口361。複數密閉環73係分別裝設於軸桿72與該軸孔711間、加熱室34之室壁與加熱管路36的間隙、座體71與第二開口362處之室壁的間隙，以使輔助氣體控制閥7維持於氣閉狀態。

由前述可知，前驅物蒸汽的流速可藉由載送氣體的流速加以控制。然而，縱使氣體控制單元4關閉氣體控制閥42，使得載送氣體無法經第二開口362進入加熱管路36，前驅物蒸汽的流速仍無法關閉至0，其中一個很明顯的原因在於前驅物蒸汽無需氣流即可藉由擴散作用輸送至氣體混合單元31。為避免此種情形，本實施例在加熱管路36和連通至氣體混合單元31的前驅物管路33間設置前述輔助氣體控制閥7，其係由石英所製成，相較於習知無法耐高溫的商用控制閥，本實施例的輔助氣體控制閥7可適用於在高溫狀態。並且，如第四圖所示當輔助氣體控制閥7之軸桿72向第二開口362方向線性滑移時，加熱管路36之第一開口361將維持在一開啟狀態，使得前驅物蒸汽得以通過。另一方面，當輔助氣體控制閥7之軸桿72向第一開口361方向線性滑移時，該軸桿72的抵止端721將抵止並徹底封閉該第一開口361，阻止前驅物蒸汽通過。藉此輔助氣體控制閥7可進一步有效地精密調整前驅物的量，並精密控制晶圓尺度薄膜最終合成結果。

另外，輔助氣體控制閥7亦可在加熱室34不存在的狀況下使用，此時輔助氣體控制閥7可設於前驅物管路33和氣體混合單元31間。

請參考第三圖至第五圖，當液態或固態的前驅物 於加熱室34中經加熱單元35加熱蒸發汽化形成前驅物蒸氣時，氣體控制單元4會開啟氣體控制閥42輸出載送氣體G，該載送氣體會通過載送氣體流入口43、第二開口362進入加熱管路36，此時輔助氣體控制閥7維持在開啟狀態，藉由載送氣體的流動一併輸送前驅物蒸氣通過維持在開啟狀態的第一開口361，進入前驅物管路33到達前驅物輸入區312。此時，鹵素燈加熱器314會開啟，使得氣體混合單元31的前驅物輸入區312亦維持於高溫狀態，載送氣體和前驅物蒸氣所形成的氣流F2於前驅物輸入區312混合後，經可拆卸式濾板313上的複數個濾孔317均勻地噴出塗佈於位於加熱平台32上已經加熱待進行反應的基板S3，形成一晶圓尺度薄膜。

請參考第六圖，係利用該系統在晶圓尺度的藍寶石基板上製得原子級MoS₂薄膜之比較示意圖。其中圖A為未生成薄膜的2吋藍寶石基板照片；圖B則為塗佈MoS₂薄膜的2吋藍寶石基板照片；圖C為圖B之拉曼光譜分析結果。由圖B可知，在2吋區域內MoS₂薄膜有高度均勻性。利用該系統進行薄膜製備的反應條件如下：加熱室34中固態的前驅物P為Mo(CO)₆，溫度為40度；氣體控制單元4所用之載送氣體為Ar，流量為20sccm；另一進氣管路(圖中未示)通入H₂S，流量為20sccm；鹵素燈加熱器314溫度為300度，基材加熱單元212溫度為700度；製程壓力為10Torr；製程時間為15分鐘。)進一步參考圖C，其係對圖B的圓形區域位置進行拉曼光譜分析。E2g和A1g峰清楚顯現在藍寶石基板上有MoS₂薄膜存在。E2g和A1g峰間的距離約為4個波數，顯示MoS₂薄膜約為3至4原子層厚。

綜合上述，本發明提供一種製備薄膜之系統，尤其是用於製備晶圓尺度等級之薄膜，該系統可廣泛應用於各種前驅物(特別是例如：金屬、金屬氧化物、金屬硫化物等的乾淨固態前驅物)，以合成高品質2D原子層之晶圓尺寸薄膜，而無前驅物阻塞的問題。

所屬領域之技術人員當可了解，在不違背本發明精神下，依據本案實施態樣所能進行的各種變化。因此，顯見所列之實施態樣並非用以限制本發明，而是企圖在所附申請專利範圍的定義下，涵蓋於本發明的精神與範疇中所做的修改。

3‧‧‧反應室

31‧‧‧氣體混合單元

311‧‧‧容置區

312‧‧‧前驅物輸入區

313‧‧‧可拆卸式濾板

314‧‧‧鹵素燈加熱器

315‧‧‧電源供應器

316‧‧‧熱電偶

317‧‧‧濾孔

32‧‧‧加熱平台

321‧‧‧電源供應器

33‧‧‧前驅物管路

34‧‧‧加熱室

35‧‧‧加熱單元

36‧‧‧加熱管路

361‧‧‧第一開口

362‧‧‧第二開口

363‧‧‧容置空間

4‧‧‧氣體控制單元

41‧‧‧氣體源

411‧‧‧氣體閥門

42‧‧‧氣體控制閥

43‧‧‧載送氣體流入口

5‧‧‧真空形成單元

51‧‧‧第一真空泵浦

52‧‧‧第二真空泵浦

6‧‧‧壓力感測單元

7‧‧‧輔助氣體控制閥

A3、A4‧‧‧黑色粗體箭頭

B、C‧‧‧固態前驅物

F2‧‧‧氣流

P‧‧‧前驅物

G‧‧‧載送氣體

S3‧‧‧基板

Claims (30)

1. 一種製備薄膜之系統，係使用一載送氣體將一前驅物攜至於一基板上形成一薄膜，該系統包括：一反應室，係包括一氣體混合單元、一加熱平台、一前驅物管路，其中該氣體混合單元與該加熱平台係相對設置，且氣體混合單元具有複數個輸出口，該加熱平台係供該基板設於其上，而該前驅物管路係與該氣體混合單元相連通，該反應室更進一步延伸出一加熱室，該加熱室包括：一加熱單元以及一加熱管路，其中該加熱單元係設於該加熱管路周圍，且該加熱管路具有相對之一第一開口以及一第二開口，其中該第一開口係連通該前驅物管路，並於該第一開口以及該第二開口間係形成一容置空間；一氣體控制單元，其係與該加熱管路之該第二開口相連通，並控制該載送氣體之流動；一真空形成單元，係與該反應室以及該加熱室相連通，以分別於該反應室以及該加熱室內形成一真空環境；以及一壓力感測單元，係連接至該反應室，藉以感測該反應室之壓力狀態；藉以，使該前驅物於該加熱室中氣態化，經該載送氣體輸送通過該加熱管路、該前驅物管路，輸送至該氣體混合單元之該輸出口輸出至該基板。
2. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該氣體混合單元係進一步包含有一加熱器。
3. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該氣體混合單元係為一噴頭，該噴頭係包含一可拆卸式濾板，該可拆卸式濾板具有複數濾孔作為輸出口。
4. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其係進一步包含一輔助氣體控制閥，其係由一耐高溫材質所構成，設於該加熱管路之該容置空間內。
5. 如申請專利範圍第4項所述之系統，其中該耐高溫材質所 係為石英。
6. 如申請專利範圍第4項所述之系統，其中該輔助氣體控制閥係一真空線性引入單元，其係包含一軸桿以及一座體，該座體係設於該第二開口並具有貫通至該容置空間之一軸孔，以供該軸桿穿設其中進行線性滑移，而該軸桿更具有一對應於該第一開口設置之抵止端，以供抵止並封閉該第一開口。
7. 如申請專利範圍第2項所述之系統，其中該氣體混合單元係為一溫控式噴頭，其中該溫控式噴頭包含一容置區、前驅物輸入區以及一濾板，其中該加熱器係設於該容置區，該前驅物輸入區係與該前驅物管路相連通，且該濾板具有複數個濾孔作為輸出口。
8. 如申請專利範圍第7項所述之系統，其中該濾板係為可拆卸式。
9. 如申請專利範圍第2項所述之系統，其係進一步包含一輔助氣體控制閥，其係由一耐高溫材質所構成，設於該加熱管路之該容置空間內。
10. 如申請專利範圍第9項所述之系統，其中該耐高溫材質所係為石英。
11. 如申請專利範圍第9項所述之系統，其中該輔助氣體控制閥係一真空線性引入單元，其係包含一軸桿以及一座體，該座體係設於該第二開口並具有貫通至該容置空間之一軸孔，以供該軸桿穿設其中進行線性滑移，而該軸桿更具有一對應於該第一開口設置之抵止端，以供抵止並封閉該第一開口。
12. 如申請專利範圍第3項所述之系統，其係進一步包含一輔助氣體控制閥，係由一耐高溫材質所構成，設於該加熱管路之該容置空間內。
13. 如申請專利範圍第12項所述之系統，其中該耐高溫材質所係為石英。
14. 如申請專利範圍第12項所述之系統，其中該輔助氣體控制閥係一真空線性引入單元，其係包含一軸桿以及一座體，該座體係設於該第二開口並具有貫通至該容置空間之一軸孔，以供該軸桿穿設其中進行線性滑移，而該軸桿更具有一對應於該第一開口設置之抵止端，以供抵止並封閉該第一開口。
15. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該氣體混合單元係為一溫控式噴頭，包含一容置區、前驅物輸入區、一可拆卸式濾板以及一加熱器，其中該加熱器係設於該容置區，該前驅物輸入區係與該前驅物管路相連通，且該可拆卸式濾板具有複數個濾孔作為輸出口；且該系統更進一步包含：一輔助氣體控制閥，係由一耐高溫材質所構成，設於該加熱管路之該容置空間內。
16. 如申請專利範圍第15項所述之系統，其中該耐高溫材質所係為石英。
17. 如申請專利範圍第15項所述之系統，其中該輔助氣體控制閥係一真空線性引入單元，其係包含一軸桿以及一座體，該座體係設於該第二開口並具有貫通至該容置空間之一軸孔，以供該軸桿穿設其中進行線性滑移，而該軸桿更具有一對應於該第一開口設置之抵止端，以供抵止並封閉該第一開口。
18. 如申請專利範圍第2項所述之系統，其中該加熱器係為一鹵素燈加熱器。
19. 如申請專利範圍第2項所述之系統，其中該加熱器係進一步與一電源供應器電性相接。
20. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該加熱管路係由一耐高溫材質所構成。
21. 如申請專利範圍第20項所述之系統，其中該耐高溫材質係為石英。
22. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該加熱單元係為一嵌入式加熱單元，係嵌設於該加熱管路外側。
23. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該氣體控制單元進一步包含一氣體控制閥以及一載送氣體流入口，該氣體控制閥係設於該載送氣體流入口與該第二開口間。
24. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該氣體控制單元係進一步連接至一氣體源。
25. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該真空形成單元包含一第一真空泵浦以及一第二真空泵浦，其中該第一真空泵浦係與該加熱管路相連通，而該第二真空泵浦係與該反應室以及該加熱室相連通。
26. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該加熱平台該係進一步與一電源供應器電性相接。
27. 如申請專利範圍第1至26項中任一項所述之系統，其係用於製備晶圓尺度之薄膜。
28. 如申請專利範圍第1至26項中任一項所述之系統，其係為一化學汽相沈積法反應系統。
29. 一種用於製備薄膜系統之氣體混合單元，該氣體混合單元包括：一容置區、前驅物輸入區、一濾板以及一加熱器，其中該加熱器係設於該容置區，該前驅物輸入區係與該前驅物管路相連通，且該濾板具有複數個濾孔作為輸出口。
30. 如申請專利範圍第29項所述之單元，其中該濾板係為可拆卸式。