TWI833697B - 用於供薄膜製造的來源化學品之整合的合成、輸送及加工之方法及系統 - Google Patents

Abstract

提供一種用於合成膜形成前驅物、消耗該前驅物且在基板上形成薄膜的整合系統。 該整合系統包括一原料源、一與該原料源連通的前驅物合成室、一薄膜加工室，其與該前驅物合成室連通，以一消耗前驅物在基板上形成薄膜受控之方式將前驅物從該前驅物合成室供應至該薄膜加工室中，一監控系統 ，用於監控在薄膜加工室中的薄膜形成及/或前驅物合成室中的前驅物合成，以及一控制器，用於控制前驅物合成速率、前驅物消耗及/或薄膜形成。前驅物合成速率係與用於形成薄膜的前驅物消耗速率同步化。

Description

用於供薄膜製造的來源化學品之整合的合成、輸送及加工之方法及系統

相關申請案之對照參考資料 本申請案請求2017年10月12日申請的美國臨時專利申請案No. 62 / 571,439的優先權，其揭露內容藉由引用包括在本文中。

本發明涉及用於供薄膜製造，包括例如沉積、蝕刻和圖案化的來源化學品之合成、運輸 、輸送及加工之方法以及整合系統。

在包括積體電路（IC）裝置和微機電系統（MEMS）的多個產業中，習知的薄膜製造方法，包括但不限於化學氣相沉積（CVD），原子層沉積（ALD），液相鍍覆，蝕刻（包括原子層蝕刻，部分和完全原料去除程序），植入（諸如離子植入），及圖案化（即，形成預定義的結構在一已經沉積的層中，諸如形成電晶體圖案至一矽基板上）主要包括一個五步驟的方法，如下：（1）前驅物在第一位置，諸如一化學製造工廠被製造或合成； （2）然後將前驅物儲存在防漏和防溢的定制容器或專用儲存設施中，直到它們準備好運送給客戶；（3）然後將前驅物在防漏和防溢之定制容器或專用儲存設施中藉由陸運、空運或海運運輸到第二位置，通常是客戶的工廠，在該處它們用於製造一裝置或系統；（4）前驅物在第二位置仍貯存在防漏和防溢定制容器或專用儲存設施中直到它們準備好被使用；（5）最後，將前驅物導入在第二位置進行的製程中，以使得它們可在作為裝置或系統製造技術之一部分的薄膜生長，建構或形成中被使用或消耗。

然而，以上討論的習用製造方法遭受種種技術、安全、環境和經濟的無效率和缺點。習用的製造方法因其無法運輸例如具有危險的吸入毒性及/或由於撞擊感度而不穩定的化學品，因散裝儲藏的危險或需要大量冷卻以在使用前保持其完整性，而受到抑制。另一個主要缺點是在前驅物的合成與前驅物的實際使用之間經過的不必要延長時窗及冗長的持續時間。此一缺點由於在前驅物被出售並運送到客戶設施供使用之前與化學合成設施處庫存和貯備高價前驅物相關聯的資本開支而導致重大的財務負擔。目前的方案也需要使用特別的容器來保持前驅物的完整性直到其被使用，此為另一項增加的成本。在前驅物合成和消耗設施中，儲存和運輸中的重複是固有的。來自前驅物合成設施處之前驅物合成和客戶設施處之前驅物消耗的副產物的雙重搬運、儲存、處理和處置產生相當大的進一步成本。此外，對產品品質隨時間變化的顧慮會產生額外的成本，以確保產品從製造時到消費時未漂移超出目標技術規範。

同等重要的是以空運、海運或陸運運輸化學品所涉及的環境、安全和健康危險，以及由於化學品溢灑對人類和環境造成的破壞性影響，化學品溢灑例如因為人為錯誤，質量管制失敗及/或在運輸和搬運階段可能發生的其他不可預見的事故。

這些缺點和不足在半導體（即，電腦晶片）和異質裝置積體電路（IC）產業中舉例說明，其中許多這些習用的製造方法被應用於通常被稱為批次、單獨，及集束型設備製造或加工設備中。批次機台加工包括在單一製造裝置中將一製造技術同時應用於多個晶圓。與此相反地，單獨機台加工涉及在運輸晶圓至一不同批次，單獨、或集束型設備製造設備之前將一製造技術應用於單個設備中的單個晶圓。另一方面，集束型設備加工涉及數個單晶圓加工室和一晶圓搬運機械臂。

近年來，集束型設備加工已經愈來愈多地被用於各種晶圓製程，如A.Bowling在發表於半導體製造國際研討會中標題為“Single-Wafer Processing And Real-Time Process Control For Semiconductor Integrated Circuit Manufacturing,”之一文中所描述（A. Bowling，Int'l.Symposium on Semiconductor Mfg.,（ 1994年6月21 - 22日，IEEE））。應用材料公司在1980年代中期所採用的單晶圓集束型設備是上一次重要的新製造設備方法被成功引入IC產業。以基於集束型設備的製造取代當時盛行的大多數批次加工方案使IC行業能夠：降低總工廠成本；將電腦控制的感測器嵌入製造設備中以提供實時診斷；實現在不同製造方法中並行實施的多樣性；確保快速的製造週期時間；實施短期循環製造週期以測試材料及程序創新；以及實現在同時製造各種IC產品上的靈活性。例如，在應用材料公司的網站及在M.M.Moslehi等人和S.M. George等人的文章中描述了這些成就。(M.M. Moslehi等人，Single-Wafer Integrated Semiconductor Device Processing”,IEEE Transactions on Electron Devices ，V.39，pp.4-31（1992）;SM George,“Atomic Layer Deposition：An Overview,”Chem 。 Rev. ，V. 110，pp.111-131（2010）。

集束型設備製造方法已在以順序處理的要求為前提下被接受，諸如需要嚴格控制加工參數，包括暴露時間，壓力、溫度和其他參數的CVD和ALD製程。例如，集束型設備通常形成在圍繞中央自動搬運單元放置的多個晶圓加工站處，處置單元具有固定前驅物輸入，其被提供給每個加工站，例如沉積室。輸入通常是氣體或揮發性物質的穩定儲存器。在第一沉積室中被加工的晶圓接著在一指定的時限內離開第一沉積室，且通常在原位高真空條件下移動到集束型工具內的另一個沉積室而未破壞真空。

在沒有原位高真空條件的情況下，構建在晶圓上的裝置結構由於殘留的前驅物氣體和副產物、初始沉積室內的熱量，其他沉積前驅物或前驅物副產物的交叉污染問題，如果晶圓在從一室運輸到下一室時暴露於空氣中則氧化和夾雜外部污染物等，而將可能受到品質問題的影響。在真空下加工站之間的原位轉移使得能夠嚴格管理大氣或環境以確保控制，並且實際上消除了製程步驟之間的污染。

然而，前驅物的生成和供應獨立於集束型設備。因此，在集束型設備中使用的高水平自動化和控制不延伸到前驅物的生成本身，而僅延伸到前驅物之受控輸送或供應至沉積室。此外，這種方式本質上取決於在儲存條件下維持前驅物的熱穩定性和化學完整性直至使用時。

另外，已確立的向更複雜和更小的半導體和異質裝置結構推進導致建立的薄膜沉積方法之限制增加。具體地，由於裝置結構的複雜性和熱脆性，在裝置結構的製造期間的低熱暴露變得絕對必要，其中溫度變化可能在次結構內引起不良的反應。例如，這種危險例如描述在M. Badaroglu撰寫的一文（M. Badaroglu，ITRS Summer Conference，Roadmap Meeting, Stanford University, 2015年7月11日至12日；以及International Technology Roadmap for Semiconductors 2.0 , 2015年版，Interconnect）。此外，隨著膜的厚度接近原子尺寸，除了電遷移之外，熱致遷移可能改變膜的性質和性能。

另一考慮因素是希望朝更具可撓性的基板進展，諸如塑膠或聚合物基板，其通常不能承受與習用基板，諸如例如矽或氮化鎵相同的製程溫度。參見，例如，S.Majee等人“Permeation barrier performance of Hot Wire-CVD grow silicon-nitride films treatment by argon plasma,”Thin Solid Films ，V.575,pp.72-75（2015）。

向更複雜和更小的製作結構推進的另一結果是對於整合新材料和製程技術的推動。雖然1990年代的半導體最多使用了大約12個原子的元素，但國際半導體技術發展路線圖（International Technology Roadmap for Semiconductors）預計2015年將近50個原子的元素用於製造半導體。參見例如B. Bottoms等，ITRS Summer Conference, Roadmap Meeting, Stanford University, 2015年7月11日至12日； R. Allen等人，Summer Conference, Roadmap Meeting, Stanford University,2015年7月11日至12日；S. Das，ITRS Architecture Workshop, 2015年2月26日至27日。當考慮由這些不同原子元素的可能組合生成的化合物時，材料（例如，金屬、半導體、絕緣體、電介質等）的多樣性和複雜性的增長正以近乎指數的速度膨脹。然而，此一增長受到無法開發儲存穩定且可運輸之揮發性前驅物源的嚴重限制，該揮發性前驅物可在製造設備的加工站內可控制且可靠地反應以形成高品質的薄膜。

由於其複雜性，合併新材料和製程技術以及在超薄膜（例如，像原子層一樣薄）之形成中對於極端精度和嚴格控制的需要，推動朝向更複雜和更小的製作結構的進一步結果是與此種結構的製造相關的成本增加。

因此，一種用於薄膜製造的前驅物的合成，輸送和加工的方法和系統，其消除了重複步驟或減少製程中的步驟數目 ，從而降低習用原料和新原料與製程的製造成本，將是可取的。此外，消除前驅物熱和化學穩定性問題的方法將擴展沉積新的所需薄膜組合物的能力，而這是目前習用方法和系統無法達成的。此外，這種方法和系統在多個產業領域中是非常需要的，包括半導體（例如，電腦晶片）、飛機、能源、感測器、醫療、生物、化學和國防工業領域。

在一個實施方式中，本發明有關一種用於合成一膜形成前驅物，消耗該前驅物且在基板上形成薄膜的整合系統，其中前驅物合成的速率係與用於形成薄膜的前驅物消耗的速率同步化。

在另一個實施方式中，本發明有關一種用於合成膜形成前驅物、消耗該前驅物且在基板上形成一薄膜的整合系統。該整合系統包含一含有至少一種原料的原料源；一包括一入口和一出口之前驅物合成室，前驅物合成室的入口與原料源連通，以將原料供應至前驅物合成室，其在前驅物合成室中反應合成一前驅物；一薄膜加工室與該前驅物合成室連接，該薄膜加工室包括一與前驅物合成室的出口直接連通且連接的入口以將前驅物從前驅物合成室以一受控方式供應至薄膜加工室，以供消耗前驅物而在薄膜加工室中的基板上形成薄膜；一監測系統，用於端點、實時監測及檢測薄膜加工室中的薄膜形成及/或前驅物合成室中的前驅物合成；及一控制器，用於：（i）從監測系統接收關於前驅物消耗和薄膜形成的資料，並將資料傳輸到前驅物合成室以控制前驅物合成的速率，以確保前驅物合成的速率與前驅物消耗和薄膜形成的需求相匹配，及/或（ii）從監測系統接收關於前驅物合成的資料並將資料傳輸到薄膜加工室以控制前驅物消耗和薄膜形成的速率，以確保前驅物消耗和薄膜形成速率與前驅物合成速率相匹配。前驅物合成速率係與用於形成薄膜的前驅物消耗速率同步化。

在另一個實施方式中，本發明有關一用於合成膜形成前驅物、消耗該前驅物和在一基板上形成薄膜的整合方法。該整合方法包含在第一位置提供含有至少一種原料的原料源；將原料源之至少一種原料供應至第一位置的一前驅物合成室；使該前驅物合成室中的至少一種原料反應以在第一位置形成一前驅物；將前驅物從前驅物合成室以一受控方式供應至第一位置的一薄膜加工室，該薄膜加工室與前驅物合成室並行操作且與前驅物合成室連接；使用一製造技術用於消耗前驅物以在位於第一位置的薄膜加工室中的一基板上形成薄膜；執行薄膜加工室中之前驅物消耗和薄膜形成的端點、實時監測與檢測；且將關於前驅物消耗和薄膜形成的回饋傳輸到前驅物合成室以控制前驅物的合成，使得（i）前驅物的合成與薄膜形成同時或並行發生，（ii）前驅物合成速率與前驅物消耗和薄膜形成的需求相匹配，以及（iii）前驅物合成速率係與用於形成薄膜的前驅物消耗速率同步化。

在另一個實施方式中，本發明有關一種用於生成四羰基鎳前驅物及在基板上形成鎳薄膜的整合方法。該方法包含將塊狀金屬鎳供應至在第一位置的前驅物生成室，密封該前驅物生成室，沖洗前驅物生成室以排空吸附和殘留氣體，將塊狀金屬鎳加熱至80℃至120℃的溫度，將一氧化碳供應至前驅物生成室並同時使前驅物生成系統與一下游且互連的薄膜加工室之間能夠流動連通，以生成該四羰基鎳前驅物並直接從前驅物生成室將四羰基鎳前驅物供應至薄膜加工室中，將薄膜加工室中的基板加熱到180℃至250℃的溫度，使得四羰基鎳前驅物在基板上分解以形成鎳薄膜，執行薄膜加工室中之鎳薄膜形成的端點、實時、原位監測和檢測，並將關於鎳薄膜形成的回饋傳輸到前驅物生成室，用於控制四羰基鎳前驅物的生成速率，使得四羰基鎳前驅物的生成與鎳薄膜形成同時或並行發生。

在另一個實施方式中，本發明有關一種用於生成疊氮酸前驅物及在一矽基板上形成氮化矽薄膜的整合方法。該方法包含將一高沸點羥基液體供應至前驅物生成室。前驅物生成室具有一鄰近液面下方之室底端的氣體入口和一液面上方的氣體出口。該方法進一步包含將羥基液體加熱至40℃至65℃的溫度以形成羥化液體；將攜載在一載體氣體中的疊氮三甲基矽烷第一流經由氣體入口導入前驅物生成室，其中該疊氮三甲基矽烷與羥基化液體反應並生成疊氮酸前驅物；將攜載在載體氣體中的疊氮酸第二流從前驅物生成室直接供應給薄膜加工室，薄膜加工室與前驅物生成室並行操作並連接至前驅物生成室；將薄膜加工室中的矽基板加熱到325℃至500℃的溫度，使得疊氮酸與矽基板反應以形成氮化矽薄膜；執行薄膜加工室中氮化矽薄膜形成的端點、實時、原位監測和檢測；且將關於氮化矽薄膜形成的回饋傳輸到前驅物生成室以控制疊氮酸前驅物的生成，使得疊氮酸前驅物的生成與氮化矽薄膜形成同時或並行發生。

在另一個實施方式中，本發明有關一種用於生成單矽烷胺前驅物和在矽基板上形成氮化矽薄膜的整合方法。該方法包含將攜載在第一載體氣體中之氨的第一流供應至一前驅物生成室；將第二載體氣體中的單氯矽烷第二蒸汽供給至前驅物生成室以與第一流反應生成單矽烷胺前驅物；將攜載在第一和第二載體氣體中的單矽烷胺從前驅物生成室供應至薄膜加工室，薄膜加工室與前驅物生成室並行操作並連接至前驅物生成室；使用一製造技術消耗單矽烷胺前驅物以在位於薄膜加工室中的矽基板上形成氮化矽薄膜；執行在薄膜加工室中之氮化矽薄膜形成的端點、實時、原位監測和檢測；且將關於氮化矽薄膜形成的回饋傳輸到前驅物生成室以控制單矽烷胺前驅物的生成，使得單矽烷胺前驅物的生成與氮化矽薄膜形成同時或並行發生。

本發明的又一個實施方式有關一種於與原子層沉積（ALD）脈衝需求定時匹配的脈衝形成金屬鹵化物前驅物的整合方法。

依據本發明，薄膜形成需求與前驅物之生成和消耗的新穎整合使得能夠在迄今認為對於全程製造不實用的條件下實際沉積薄組合物。例如，在劇毒或潛在爆炸性前驅物的情況下，可以控制前驅物的物理存在低於毒性或自加速分解危險極限，並允許它們在製程中立即消耗。而且，由於第一和第二室使用嚴格控制的閥門和泵送系統連接在一起且彼此連通，因此每個室的內部空氣的完整性得以被維持與隔離，同時仍能使室之間有精確的氣體、化學品和前驅物流動。

依據本發明，薄膜形成需求與前驅物的生成和消耗的新穎整合也允許使用在室溫下非常不穩定的化學品和前驅物、或需要大量冷卻以在使用前維持它們的完整性的化學品和前驅物。本發明也能使形成或揮發尚未上市且目前尚未用於製造的新且非傳統的前驅物與化學品。本發明也能夠形成或揮發迄今為止認為它們太毒、太不穩定或使用在商業薄膜製造和改質方法中是危險的已知與所需前驅物和化學品。

本發明也消除了習用製程中不必要的步驟，習用製程需要在第一位置，最常見是一化學製造工廠合成前驅物或化學品，然後將前驅物運輸到第二位置的裝置或系統製造工廠，於該處它們被消耗在一製程中。更具體地，本發明消除了將合成的前驅物運輸到裝置或系統製造廠的步驟。接著本發明也消除了昂貴特別容器的需要，該容器在使用之前保持化學品的完整性；消除化學合成和客戶設施處儲存和運輸的固有重複；且將來自化學工廠之前驅物合成與製造工廠之前驅物化學品消耗的副產品的雙重搬運、儲存、處理和處置結合到製造工廠的單一副產品處置步驟中。

本發明也不同於前驅物之使用點生成的概念。一般而言，有兩類使用點前驅物生成。一類涉及在發生薄膜製造的同一室中，通常在基板上方的蒸氣空間中，原位形成前驅物。此類可被稱為「原位使用點前驅物生成」。第二類涉及在靠近薄膜加工或製造室的一容器中生成前驅物，其中前驅物立即輸送至製造室或被隔離/儲存，直到稍後使用。此類可以被稱為「非原位」或「鄰近」使用點前驅物生成。

原位和非原位使用點前驅物生成皆具有許多固有的限制和缺點。原位前驅物生成的實例揭露於美國專利No.6,730,367和美國專利No.5,478,435中。原位前驅物生成的一個固有限制是與前驅物合成相關的化學反應經常干擾與薄膜製造相關的化學反應。此外，由於前驅物合成的化學反應的固有特性，在原位使用前驅物生成中難以實現精確的加工條件管理，該固有特性可能包括起始材料的存在、副產物的產生，及來自合成前驅物所需的多個基本化學成分之反應的熱或光。此種合成前驅物之反應的副效應可直接影響膜形成並對加工室有負面影響，包括對室壁和基板操作參數造成不利影響，諸如反應器壁及/或基板溫度的非期望和不可控制的增加，以及易碎基板諸如塑膠和聚合物的熱或光致損壞。由於基本化學成分被注入至與發生實際化學反應處隔離的合成室中，並且僅將所得前驅物導入加工反應器中，本發明提供一種更可靠且高度可重複的方法。

原位使用前驅物生成的另一個限制是所涉及的合成和加工步驟的順序性質。在第一步驟中，加工室必須設定某些前驅物合成參數，以使多個基本成分能夠在該室附近或在該室內反應形成源前驅物。其次，加工室被沖洗以去除所有合成副產物，且最後將加工室設定為實際的基板加工參數（包括基板導入），以使前驅物能夠分解且膜能夠形成。然而，由於在加工室中的第一組參數下形成前驅物的連續步驟，然後等待改變那些參數以使得分解與膜形成為可行，此一方法導致晶圓產出量的不期望延遲（並因此促使製造成本更高）。

本發明藉由在一單獨的合成室中連續合成源前驅物，並且可控地且可靠地將源前驅物不斷進料至已預設為期望之處理參數的加工室中來解決這些問題，其中該源前驅物在製造或沉積程序中同時被消耗。

原位使用前驅物生成的進一步限制是與前驅物合成副產物不污染加工室和基板相關的難題。在必要時，本發明藉由在將前驅物導入加工室之前自前驅物合成室中除去前驅物合成副產物來解決這些問題。

原位生成前驅物的另一個限制是用於合成前驅物的基本化學成分和此一合成的副產物可能對加工室有害或損害加工室的顧慮，因為它們可能導致製造室的不欲有的蝕刻、腐蝕或氧化。本發明藉由在單獨的合成室中合成源前驅物來解決這些問題，該合成室是專門設計和構建來處置腐蝕性、氧化性，或其他方面的干擾基本化學品及反應副產物，且在前驅物導入加工室中之前除去前驅物合成副產物。

原位使用點前驅物生成的另一個限制是前驅物合成與製程中的前驅物消耗不相連結，這限制了精確控制製程以產生精確沉積成果，諸如具有精確厚度和成分之薄膜的能力。藉由一儀器回饋環路的前驅物生成和沈積程序的精確連結是本發明的一重要方面，如本文中詳細描述。

非原位或鄰近使用點前驅物生成的實例揭露於J.P.ven der Ziel，Applied Physics Letters，Vol。 71：6，pp.791-793（1997）； D.N.Buckley等人，Applied Physics Letters，Vol。 57：16，pp.1684-1686（1990）；美國專利案號5,158,656；和美國專利申請公開案號2011 / 0136347。非原位使用點前驅物生成的一個主要限制是前驅物合成並未緊密配合製程中的前驅物消耗或與其同步化，嚴重限制了精確控制製程以產生精確沉積成果，諸如具有精確厚度、所需形態、物理和化學性質以及組成之薄膜的能力。對於控制在新興製程中日益增加的重要性，參見，例如，A.Emami-Naeini等人，為紀念W. Wolovich而舉辦的專題討論活動，關於決策和控制的第47屆IEEE 研討會， Cancun, Mexico，（2008年12月9-11日）。藉由儀器回饋環路精確連接前驅物生成和沈積程序是本發明的一重要方面，如本文中詳細描述。

儀器回饋環路可包括原位和非原位監測和檢測技術、光譜法和光譜測定法，以同時監測，同時控制以及同步管理和配對前驅物合成程序和膜製程的各種參數。這些參數可以包括但不限於溫度、壓力、原料和前驅物的流速，以及化學合成生成本身，以及薄膜製程的所有操作條件。原位和非原位檢測技術，光譜法和光譜測定法也使端點、實時、原位監測和檢測成為可能。這些設施也使得前驅物合成參數，薄膜處理參數以及反應副產物和流出物參數之間的相互作用、偶合以及一閉合回饋環路成為可能。

非原位或鄰近使用點前驅物生成的另一個限制是其未能提供確保前驅物生成和輸送是以一確保達成所需之薄膜目標之薄膜製程成功的方式發生所需要的關鍵回饋元素和資訊。習用的非原位或鄰近使用點前驅物生成僅關注於評估前驅物的性質和特性，諸如品質（純度）和流量（輸送到製造室之量）。相反地，本發明能夠實現相當理想的回饋，如藉由在基板上實時測量的特定膜性質所確定者。例如，可以在製程進行時編譯原位薄片電阻及/或厚度測量，以提供前驅物生成和輸送的實時回饋。

依據本發明的實施方式，提供用於實現完全且嚴格控制之程序和系統的方法和系統，該程序和系統藉由利用實時及原位分析和控制生成和消耗反應性或難以處理的前驅物來製造薄膜結構，並將前驅物合成程序/系統與薄膜形成程序/系統完全偶合和整合。來源化學品的整合合成、輸送和處理是能複製且可靠的薄膜製造的有利實施方式。

本發明的實施方式可以應用於任何產業環境中的任何製程，包括但不限於半導體（電腦晶片）、飛機、能源、感測器、醫療、生物、化學和國防工業部門。

參見圖1，圖中所示為一整合之前驅物合成（即，生成）與薄膜沉積系統100的示意圖，其包含連接至第二室102的第一室101，更具體地係一在控制條件下連接至一薄膜加工室102的前驅物形成室101。在一個實施方式中，因此本發明與一或多個前驅物形成室或模組101與一或多個程序（例如，沉積、蝕刻、圖案化、植入等）室或模组102的整合有關。在另一個實施方式中，本發明有關一與薄膜形成、蝕刻、植入，或圖案化之一程序並行實施的前驅物形成程序。在另一個實施方式中，本發明有關於與一加工室102物理連接的前驅物形成室101（或前驅物合成容器或前驅物合成室，這些用詞在本文中可互換使用）的串接配置，其中加工室102是一單獨加工室或一總體加工室中的一部分。前驅物形成室101的流出物或產物經由導管或歧管系統直接運輸到串接加工室102。因此，前驅物的生成被控制，不僅優化合成，而且也調節前驅物在加工室中於基板上的有效沉積。本發明能夠可靠地製造新薄膜結構並擴展了可以製造習用薄膜的條件。

前驅物形成室101可具有實施其操作所需的一個或多個輸入，包括原料104、設施109諸如電力、以及用於管理和控制前驅物形成室101之操作的電子監測和控制儀器的輸入。更具體地，整合系統100進一步包含一原料源104和相關聯的進料系統，其以受控方式將前驅物的基本材料或原料輸送到前驅物形成室101（利用各種控制設施109，例如電力、真空、熱、冷卻、輻射等經由第一導管105（即原料供應導管）和原料入口106，用於在前驅物形成室101中合成前驅物。前驅物形成室101因此不僅為前驅物的儲存容器，且亦為由向其供應的原料使前驅物原料在其中生成的一反應器。

前驅物形成室101進一步包括一前驅物出口107，所生成的前驅物從前驅物合成室101經由其被供應或運輸到加工室102。更具體地，前驅物經由出口107離開前驅物形成室101，且然後經由第二導管108（即前驅物運輸導管）用精確控制的方式（利用各種控制設施109，諸如電力）以固體、液體或蒸氣形式運輸到加工室102，於該加工室102中已合成之前驅物被加工以由該前驅物生長、蝕刻、植入或圖案化一薄膜。如此，前驅物形成室101和加工室102彼此連接且直接連通。

在另一個實施方式（未示於圖）中，由一導管分開的不同且分開之室替換成，前驅物形成室和加工室可以構成單一槽的不同室、區或區域，且可以在槽中藉由共同壁或隔板彼此分隔。在這樣的實施方式中，壁或隔板較佳地包括通孔，該通孔配備有閥和控制器，用於選擇性地將室彼此隔離，或使得前驅物能夠從前驅物合成室流到加工室。因此，儘管不存在前驅物傳送導管，前驅物合成室和加工室仍將彼此連接且直接連通。

在一個實施方式中，前驅物形成室101較佳為前驅物合成室。前驅物形成室101在下文中或者稱為前驅物合成室。

在一個實施方式中，原料供應管道105、前驅物運輸管道108、前驅物合成室101及/或加工室102配備有一個或多個閥組件103和電子感測器（未示於圖）。用於端點、實時、原位監測與檢測原料輸送、前驅物輸送、薄膜加工及副產品加工。例如，這種閥103和感測器使得前驅物能夠以可靠、受控且一致的方式從前驅物合成室101流到薄膜加工室102。閥系統也有效地將前驅物合成室101與加工室102隔離。更具體地，在一個實施方式中，閥系統包括一個或多個閥103，其使用諸如O形環或金屬墊片的裝置來有效地隔開兩個室101,102的環境。

前驅物合成室101也可以具有一設施、系統或歧管110，藉其排放對前驅物合成不必要或甚至有害的物料。這些物料可包括用於沖洗室101的流體，可能在室101啟動期間或由於程序干擾而生成的合成反應副產物，及/或品質超出控制界限或薄膜製造或修改需求的製成前驅物。

前驅物合成室101也可以配備有原位和非原位監測和檢測技術、光譜法和光譜測定法，以監測和控制前驅物合成程序的各種參數。這些參數可包括但不限於溫度、壓力、原料和前驅物的流速，以及化學合成生成本身的所有操作條件。電子感測器和原位與非原位監測和檢測技術，光譜法，以及光譜測定技術也可實現端點、實時、原位監測和檢測。這些設施也能夠實現前驅物合成參數、薄膜加工參數，以及反應副產物和流出物參數之間的相互作用、偶合及其間之一閉合回饋環路。更具體地，本發明藉由使用原位及/或非原位嵌入式感測器來控制和管理前驅物生成/合成，前驅物消耗和薄膜處理之間的聯結，從而允許閉環前驅物合成和薄膜處理。在一些實施方式中，感測器包括但不限於光學、聲學、電學（例如，薄片電阻），電子、磁性、機械、機電和電磁感測器。

更進一步，本發明因此確保了前驅物特性的精確與受控之管理，諸如生成和進入加工室102的進料速率；薄膜形成特性，諸如厚度和組成；以及反應副產物和加工室流出物特性，諸如化學組成和流速。在一些實施方式中，監測和檢測技術包括但不限於橢圓偏振技術和質譜測定法，以及紅外、近紅外、光學和紫外光譜法。在一個實施方式中，可以對離開薄膜加工或形成室102的前驅物的量或濃度相對離開前驅物合成室101的前驅物的量或濃度進行比較評估，該差異被結合至一演算法中以控制前驅物形成室101中的前驅物生成速率及/或運輸與輸送到薄膜製造室102中的速率。在一較佳的實施方式中，前驅物形成/合成室101中的前驅物生成量藉由一將薄膜特性，諸如橢圓偏振厚度或薄片電阻計入的演算法控制。

前驅物合成和薄膜沉積程序可以並行或同時實施，其中來自室101,102之一的回饋控制另一室101,102的操作。例如，第二室102中的薄膜形成（例如，加工室或沉積室，這些用詞在本文中可互換使用）被監測，較佳為連續監測，並將回饋傳達至前驅物合成室101，以控制前驅物的形成/合成。在最簡單的情況下，如果沉積室102中不存在前驅物需求，則停止前驅物合成室101中的前驅物生成。亦即，前驅物生成與薄膜形成的需求相結合，且與進入沉積室102的共反應物導入相匹配。因此，前驅物合成室101與前驅物沉積室102之間存在雙向連通，兩個室101,102的操作由控制器基於每個室101,102的監測參數來控制。

在一些實施方式中，製造技術是化學氣相沉積（CVD）、原子層沉積（ALD）、液相鍍覆、蝕刻（包括原子層蝕刻和部分和完全原料去除程序），或圖案化（即，將預定義的結構形成至一已經沉積的層中，諸如將電晶體圖案形成至矽基板中）。

在一些實施方式中，前驅物合成室101連接至加工室102的受控的環境是真空、惰性氣體、氫氣、反應氣體或這些氣體之組合中的一種。

在一些實施方式中，加工室102為批次機台，其中製造技術在單個製造設備中同時應用於多個晶圓。在其他實施方式中，加工室102是單獨機台，其中製造技術應用於單件設備中的單個晶圓。

在一些實施方式中，前驅物分子揮發或蒸發且使用其自身的蒸氣壓被運輸到加工室102中，而在其他實施方式中，前驅物分子使用惰性或反應性載體氣體運輸。前驅物可以是液體、固體或氣體形式。

在一些實施方式中，前驅物合成室包含分離副產物化學品的方法，諸如選擇性吸附床，如活性炭，分子篩或金屬 - 有機骨架，其將副產物從氣相運輸流中除去。

在特別優選的實施方式中，本發明有關於在一連接至金屬沉積室的前驅物合成反應器內以整合方式串接生成與消耗有毒物質。例如，四羰基鎳是鎳薄膜的前驅物，且為典型可以在串接前驅物生成集束型設備中進行的金屬化程序。

四羰基鎳是高毒性的且在ppm等級上是致癌物。依據本地法規，四羰基鎳的運輸和儲存受到嚴格限制或完全禁止。此外，四羰基鎳僅有有限的穩定性，即使在室溫下也會緩慢分解形成鎳和一氧化碳。在本發明的一個實施方式中，將塊狀金屬鎳載入前驅物合成室101中。較佳形式的鎳是保留孔隙率之部分燒結的鎳單塊。室101被密封，然後適當地沖洗和排空以消除吸附和殘留的氣體。然後將鎳之單塊加熱至80℃至120℃的溫度。在此一階段，伴隨前驅物運輸管道108中的閥門的打開，引發一氧化碳流，從而能自前驅物合成室101流到沉積室102。與沈積室102的連接具有檢測器系統，例如近紅外線，其可以檢測和確定沉積室102中前驅物（即四羰基鎳）存在之數量。

在沉積室102中，一基板（未示出）被加熱至180℃至250℃的溫度。四羰基鎳在基板上分解以形成高純度的鎳膜。來自四羰基鎳觀察窗和沈積室控制的資料用於形成四羰基鎳的速率，以調整（較佳藉由控制器）燒結之鎳單塊的溫度及/或一氧化碳流動之速率。進入及/或離開沉積室102的過量一氧化碳的比例可以藉由程序控制來測量並被調整以達成最佳沉積速率和最佳薄膜性質。

在類似條件下，可以形成鈷膜。

本發明的另一個實施方式有關於利用疊氮酸在低溫下形成氮化矽。疊氮酸，亦稱疊氮化氫，當被散裝儲存時會爆炸性地分解且具有與氰化物相當的毒性。疊氮酸在相對低的溫度下分解形成自由基氮產物，包括可插入Si-H鍵的氮烯。在沉積室102內，氮化矽膜可以藉由氮化非晶氫化矽或藉由使疊氮酸與矽烷（或較高級聚矽烷）與沉積室102中的基板反應來形成。在本發明中，例如，疊氮酸在串接沉積室102中形成低濃度的蒸氣與一適當的惰性載體氣體。生成疊氮酸的一種較佳方法是使高沸點羥基液體在一在前驅物合成室101中，一底部氣體入口在液面下方且一氣體出口在液體上方。疊氮三甲基矽烷係攜載在一氣體流中，該氣體流進入已加熱至40-65℃的羥基液體。疊氮三甲基矽烷與羥基化液體反應，於其生成疊氮酸時形成例如無危險三甲基甲矽烷硬脂醇。攜載在載體氣體中的疊氮酸接著進入沉積室102，於該處其可與325°-500°下之非晶氫化矽基板反應以形成氮化矽。如同在前述的實施方式中般，前驅物合成室101中的疊氮酸生成速率藉由適當的控制機構與其在沉積室102中的消耗速率相匹配。生成疊氮酸的另一種方法是在升高溫度下藉由一化合物諸如4,7-亞甲基-3a，4,5,6,7,7a-六氫苯並三唑的熱驅動逆狄耳士-阿德爾反應連續生成該物質。

此外，所屬技術領域中具有通常知識者將理解，利用四羰基鎳或疊氮酸的實例的一或多個上述步驟可以與任何已知的前驅物以及本發明的系統/方法一起使用。

在前驅物反應物之穩定性的時間尺度更短且它們的利用僅受此一因素、而非毒性限制的方面，本發明也具有很大的實用性。例如，石墨烯薄膜難以生長和改性。這樣的一種方法可以形成苯炔。在中等濃度溫度高於100℃時，芐的穩定性為數秒級。苯炔可以由中間體如2-（三甲基矽烷基）苯基三氟甲磺酸酯形成。在該實施方式中，惰性氣體攜載的化合物在串接前驅物生成室101中於升高溫度下通遺一加熱之塊以形成苯炔和副產物三甲基矽烷基三氟甲磺酸鹽。副產物不與石墨烯反應，而苯炔與石墨烯反應，從而延伸多環結構。

在另一個實施方式中，前驅物的合成可以藉由連結消耗與電化學合成而生成。可被生成的有毒前驅物的實例包括胂，膦，鍺烷和硒化氫。相對不穩定的前驅物，諸如錫烷，也可以類似地與消耗配合生成。

與熱穩定性相關的另一個實施方式是氮化矽的形成。叔丁基氨基矽烷在室溫下具有數日的半衰期。但是，在-40°C的溫度下它可以穩定數個月。在此一情況下，串接前驅物室101由冷藏容器形成，該冷藏容器有能力將液體分配到適當溫度的載體氣體流中以便運輸。在基板溫度為300℃至350℃和一氨共反應物之情況下，SiN膜可被形成。

前驅物生成與沈積並行之優點的另一個實施方式是從單矽烷胺低溫沉積氮化矽。在氣體濃度高於約2％時，單矽烷胺自反應並形成二矽烷胺且最終形成三矽烷胺。雖然單矽烷胺可以在200℃範圍的溫度下形成富氮、無定形氫化矽膜，但迄今並無儲存和利用單矽烷胺的實用方法。在此實例中，串接前驅物室101是包含一系列靜態流動混合器（未示於圖）的活塞流反應器。氨和單氯矽烷作為單獨氣體流在一合適惰性載體氣體中被導入。調整流速和濃度不僅可以優化單矽烷胺的生成，且可使未反應的單氯矽烷和二矽烷胺及三矽烷胺分解產物減到最少。在本發明的此一實施方式中，氣體流首先自沉積室102轉移並藉由質譜（RGA）分析，且僅當氣體流在控制參數內時才允許其進入沉積室102。

在另一個實施方式中，前驅物合成室用於受控合成金屬重鹵化物。填充有粒狀或反應性金屬，諸如矽，鈦或鉭的石英管置於感應加熱爐內。該管所具有的形式允許重鹵化物、溴或碘的蒸氣通過顆粒狀物質。將金屬感應加熱到允許與鹵素反應的溫度之脈衝化係與沈積室中ALD的消耗脈衝配合。在一個具體實施方式中，將多晶矽顆粒填充在石英管中，且加熱至高於200℃的碘蒸氣進入矽填充床。與1分鐘的ALD脈衝時間配合地，金屬矽的溫度感應加熱至650℃至1000℃持續1分鐘，並利用蒸氣形式的碘量來控制四碘化矽的形成速率，接著其被控制以匹配膜形成室內ALD脈衝的要求。感應加熱脈衝控制四碘化矽形成的速率和持續時間，而鹵素蒸氣的量控制形成之四碘化矽的量。四碘化矽的運輸經過一熱交換區，該熱交換區控制四碘化矽蒸氣的溫度，較佳在125℃與350℃之間，避免形成固體四碘化矽。在膜形成室內，四碘化矽室的脈衝與惰性氣體沖洗交替，其次是氨沖洗，然後是惰性氣體沖洗。這樣做，一氮化矽膜被形成。類似地，藉由取代金屬，可以形成其他金屬鹵化物。取決於膜形成室內的條件和交替反應物，可以形成氮化物、氧化物和金屬（零價）膜等。

在另一個實施方式中，將兩種反應氣體和可自由選擇的一種載體氣體被導入前驅物合成室101中，其流出物進入薄膜加工室102。前驅物合成室包含一系列允許混合的室，可能包括靜態混合器，且可以配備加熱或冷卻機構。在適當的壓力下，載體氣體和一種反應氣體被導入靜態混合室的第一階段，由質量流量計控制。在下一個靜態混合元件之前，第二反應氣體再次在一質量流量計的控制下被導入合成流。如果反應是高度放熱的，則可能需要為第二階段提供冷卻。然而，至少兩個階段都以具有循環液體的夾套或另一已知的熱控制方法受到熱控制。在離開靜態混合元件時，一殘餘氣體分析（RGA）、質譜、NIR（近紅外）或UV分析分析產物流。

通過適當的閥門，該流首先轉向至減量程序。然而，一旦達到適當的前驅物比例，該流之通路直接進入加工室102，有效成分的利用於該處被監測。當薄膜製程完成時，如藉由橢圓偏振技術、薄片電阻或其它適當的參數所測量者，藉由控制環路停止反應氣體向前驅物合成室101導入，該控制環路關閉位於質量流量計之前的閥門。較佳地，副產物去除階段作為前驅物合成室101的一部分被包括在程序流中。副產物去除元素可包括例如低溫捕集器、吸附步驟或特定於副產品的獨特化學反應程序。

在另一個實施方式中，特別是在單矽烷胺用於氮化矽沉積的情況下，單矽烷胺和氨反應物（其也可以充當載體氣體）或者氮（可以充當一不同的載體氣體）被導入靜態混合器之第一階段。在作為一均勻混合物離開第一階段時，單氯矽烷在第二靜態混合元件之前被導入流中。質量流量計藉由利用RGA獲得的分析資訊控制在第二靜態混合元件中形成的單矽烷胺之量和濃度。在分析之前或之後，可藉由使程序流通過粒化炭的填充床來除去副產物氯化銨，該粒化炭較佳地冷卻至低於-10℃的溫度。然而，在某些情況下，該步驟不是必需的，因為氯化銨可以直接通過薄膜加工室102而不影響沉積程序。

在另一個實施方式中，兩個相互連接的副室相當於一個前驅物合成室101。第一副室的用途是將液體反應物攜載到氣體流中，該氣流將受控制的反應物轉運到第二副室，其中反應係藉由與相對非揮發性的原料反應而發生，從而形成在受控條件下進入薄膜加工室102的揮發性前驅物。副產物保留在第二副室內。應該注意的是，第一副室的反應物體積被耗盡，但是第二副室因為包含副產物而不一定被耗盡。第一副室可被認為類似於現有技術中稱為起泡器者，其中一容器裝有揮發性液體和傾斜管，其允許一氣體在液體反應物表面下方被導入，且當氣體通過液相時，它將液體攜載在蒸氣流中，該蒸氣流在液體水平面上方離開該室。攜載的反應物之量由通過起泡器的載體氣體速率和副室中液體的溫度控制。攜載的反應物接著通過傾斜管到達作用為反應器的第二副室。反應室配置有傾斜管並且典型地在攪拌下加熱並包括一連接至薄膜加工室102的蒸氣相出口。反應室裝有第二非揮發性反應物。在一較佳的實施方式中，與攜載之反應物的接觸時間足以確保完全消耗揮發性反應物，且離開反應室的氣體流含有載體氣體和用於薄膜合成的揮發性前驅物。

如本文所陳述，除了載體氣體攜載的物質之外，已裝載的反應物和副產物是離開前驅物合成室101的唯一原料。然而，此概念的明顯延伸是在受控程序中的前驅物合成室101中補充及替換反應性原料和副產物。

一個此種實施方式涉及疊氮酸（疊氮化氫），其中疊氮三甲基矽烷被裝載至起泡器中。第二副室被裝載硬脂醇（十八醇）且加熱至＞ 60℃的溫度（大於硬脂醇的熔點）且被攪拌。一氮氣流攜載該疊氮三甲基矽烷，其與硬脂醇反應形成揮發性前驅物疊氮酸，其以氮載體氣體攜載到薄膜加工室102。副產物硬脂氧基三甲基矽烷不揮發並保留在反應室中。

應當理解，上述關於圖1和相關較佳實施方式的討論同樣適用於圖2-7，詳細討論如下。

參見圖2，圖中繪示包括一前驅物合成室201之系統的示意圖，前驅物合成室201供應氣相前驅物並經由一適當配備來以氣體或蒸氣形式輸送氣態、液態或固態前驅物的歧管系統206連接至薄膜加工室202。前驅物的原料或基本原料由原料源（未示於圖）供應。歧管系統206可包括電子質量流量計或固體或液體輸送系統。歧管系統206也可包括另外的設備和控制器，諸如沖洗氣體系統203和對應的排放系統205，以實施連接前驅物合成室201和薄膜處理室202的導管或管路207的沖洗及/或排空放。

在一個實施方式中，歧管系統206也可以包括概括標識為204的各種機構和控制以調節氣體，例如藉由包括電子安定器以平滑前驅物進料、微粒過濾或者在從前驅物合成室201轉移至加工室202中可能生成之雜質的吸附變化。轉移程序也可以包括用於監測和控制轉移的例如溫度，壓力和流速之附加機構。

參見圖3，圖中譯示前驅物合成室301的示意圖，該前驅物合成室301經由歧管系統306將液相前驅物供應或輸送到薄膜加工室302，該歧管系統306被適當地配備以輸送液相前驅物。前驅物可以是固體或液體形式，由原料源（未示於圖）供應，固體前驅物經受液化或熔融程序，或在輸送至薄膜加工室302之前溶解在合適的液體或溶劑中。歧管系統306的附加設備和控制包括一溶劑系統303，用於清潔或去除管線（即，輸送導管）307之殘餘前驅物，一沖洗系統304，用於從輸送管道307中去除殘餘溶劑，一對應的排放系統308，用於實現輸送管道307的清洗及/或排空，以及溶劑廢液組件309。也可以包括各種儀器和控制305，以管理和控制輸送適當純度之適當量的前驅物到加工室302。這種設備可包括監測溫度、壓力和流動的儀器、處理前驅物以除去微粒或其它雜質，或者在正要導入薄膜加工室302前蒸發液體前驅物的儀器。

參見圖4，圖中繪示一系統的實施方式的示意圖，該系統包含多個前驅物合成室404a，404b，404c，其在受控環境下連接至單個薄膜製造站或加工室403。多個前驅物在前驅物合成室404a-404c中被合成，然後同時或順序地輸送到加工室403，它們於該處在一製造（例如，沉積）技術中被消耗。前驅物合成室404可配置有各自的氣體或液體輸送系統，或其他子系統，如上文相對圖1-3所描述，系統的整體操作可能有此需要。

前驅物合成室404a-404c可配置成各種形式。例如，前驅物合成室404a-404c中的一些或全部可以平行配置（即，參見圖4中的室404a和404b），使得單個或多個前驅物由各個室404a-404c同時輸送到沈積室043。或者，前驅物合成室404a-404c中的一些或全部可以配置成串接或串聯排列（即，參見圖4中的室404b和404c），其中單個或多個前驅物係從一個合成室（即圖4中的室404c）按順序輸送到一第二合成室（即圖4中的室404b），然後將生成的前驅物混合物輸送到加工室403。也可以包括可藉由並行與串接排列之組合所構成的任何其他排列。而且，室的平行排列可以依據需要順序、同時或以任何其他組合操作，以在薄膜加工室403中造成期望的效果。一晶圓搬運系統401也被提供來移動基板晶圓於儲存盒402與薄膜加工室403之間。

參見圖5，圖中繪示一系統之實施方式的示意圖，該系統包含與多個薄膜加工室（TPC）505a，, 505b流體連通的多個前驅物合成室（PSC）504a，504b。每個前驅物合成室504a，504b配備有氣體或液體輸送系統，如上文參照圖1-3描述者。圖5的晶圓搬運系統501包括機構502，在此一實例中為一機械臂，用於在儲存盒503，各不同的薄膜加工室505a，505b，以及一個或多個用於在每個基板晶圓行進通過加工室505a，505b時監測每個基板晶圓之特性的計量（M）室506之間傳送基板晶圓。前驅物合成室504a，504b配置來生成相同前驅物、不同前驅物或其任一組合。系統的操作模式被建立成使得基板晶圓只能進入薄膜加工室505a，505b中的一個，或薄膜加工室505a，505b的任一組合，這可能是整個程序優化或製造單層或多層薄膜或結構所需要的。製程可以包括單個加工步驟，諸如膜沉積、蝕刻、離子植入或圖案化，或者由加工步驟的組合，諸如沉積，蝕刻，離子植入和圖案化程序的完整集合或子集所組成。

參見圖6，圖中繪示集束型設備的實施方式，該集束型設備包含多個整合的前驅物合成室或發生器603a，603b，603c，603d，603e和位於一中央自動搬運單元周圍之薄膜加工室602a，602b，602c，602d，602e，具有固定的前驅物輸入供應每個加工室602a，602b，602c，602d，602e。前驅物合成室603a，603b，603c，603d，603e的流出物可以從薄膜加工室602a，602b，602c，602d，602e被引向一安全位置（例如，洗滌器）609，直到薄膜加工室602a，602b，602c，602d，602e已被完全調節並準備好導入前驅物時，且已確定前驅物呈現薄膜製程所需的規格和特性。

基板晶圓藉由機械臂608或其他自動系統從儲存盒601傳送到薄膜加工室602a，602b，602c，602d，602e（或者為了集束型設備的整體效用可能包括其他的室）。前驅物合成室603a，603b，603c，603d，603e各自經由導管（未示圖）連接至原料源，如上文參照圖1所說明，且可配置有用於控制前驅物合成的先進技術，舉例而言在薄膜加工室602a，602b，602c，602d，602e中維持特定的前驅物純度和流速。

參見圖6，此一控制環路的概念係被提供於一個前驅物合成室603c，惟應理解的是這種控制環路可以應用於其他前驅物合成室603a，603b，603d，603e中的任何一或多個，其應用可以相同的方式或以修改方案以滿足不同前驅物或薄膜製程的不同控制目標。具體地，在圖6所示的控制環路中，從薄膜加工室602c，前驅物合成室603c或兩者中的一個或多個儀器604,605讀取一個或多個信號。例如，薄膜加工室602c可以配備有加工室感測器604，且前驅物合成室603c可以配備有化學產生器感測器605。來自這些感測器604,605的信號經由功能塊606處理以對控制器607（更具體地，一化學產生器控制器）提供輸入，該控制器調整前驅物合成室603c的操作以滿足生產目標。這些儀器可能包括用於端點、實時、原位監測和檢測的電子感測器及/或原位和非原位監測和檢測技術，光譜法和光譜測定法的電子感測器，以監測和控制前驅物合成程序的各種參數。

在一些實施方式中，該系統包佋一個或多個互連的製造或加工室或多個順序或串聯設置的室，其中該製造技術係應用於連續基板，其中基板順序地移動通過一個室並從一個室移動到下一個室，經受一種或多種製造技術。此一實施方式的一個實例是在可撓性基板上的連續膜的捲軸式塗佈。在一個這樣的實施方式中，一個或多個前驅物合成模組或室係連接至製造或加工室，且該一或多個前驅物被輸送到可撓性基板或以蒸氣或液體形式噴洒到可撓性基板上，在該處它們被分解或者經加工以在可撓性基板上產生一薄膜。

更具體地，參見圖7，圖中繪示將製造技術應用於連續捲狀物或捲料（例如，條帶，捲狀物或捲盤）形式的可撓性基板的示意圖，而不是以離散或單獨的單元（例如，晶圓）的形式。可撓性基板的原料捲701展開或攤開，並以受控方式送入一個或多個相互連接的製造或加工室703a，703b，其為順序或串聯配置，且暴露於一系列設計用於在可撓性基板上產生目標薄膜結構的一個或多個製造技術。製造技術可包含相同的加工步驟，諸如膜沉積、蝕刻、離子植入或圖案化。或者，製造技術可包含加工步驟的組合，諸如沉積，蝕刻，離子植入和圖案化程序的一子集的完整集合，每個加工步驟在其特有的加工或製造室內。

製造技術較佳地彼此隔離並且各自封閉在其特有的加工室703a，703b內。較佳地提供一個或多個中間室704（例如，量測室）以增加隔離及/或製程控制。每個加工室703a，703b與一個或多個前驅物合成室705a，705b相關聯。前驅物合成室705a，705b皆可以蒸氣或液體形式將相同的前驅物輸送到每個單獨的製造或加工室703a，703b，其中前驅物完全或部分地被分解或加工或消耗以在可撓性基板上產生膜。或者，每個前驅物合成室705a，705b可以蒸氣或液體形式將不同的前驅物輸送到對應的製造或加工室703a，703b，其中每一個前驅物係全部或部分被分解或加工或消耗以在可撓性基板上產生一層的多層膜。

一控制歧管被結合以向個別之前驅物合成室705a，705提供回饋和前饋控制，以便滿足指定的預設加工設定點710a，710b，該控制歧管包含測量儀器707a，707b和708，以及經由線路或導管711a，711b與製程控制器706a，706b連通之轉換器處理模式709a，709b。將產生的已加工可撓性基板纏繞在端輥702上。在一個實施方式中，儀器707a，707b是原位感測器，而儀器708是非原位感測器。在一個實施方式中，程序控制器706a，706b是化學源（即前驅物）控制器，且轉換器處理模式709a，709b是信號轉換器。

在一些實施方式中，一種或多種前驅物使用溶膠 - 凝膠或鍍覆技術在可撓性基板上分解或加工，以形成層或膜。在其他實施方式中，前驅物使用CVD或ALD技術在可撓性基板上分解或加工。在其他實施方式中，取決於所用不同前驅物的數量，所得薄膜包含單一均勻層或多個層。

本案所屬技術領域中具有通常知識者將理解，上述實施方式在不脫離其概括之發明構想的情況下可以進行改變。因此，應理解本發明不限於所揭露的特定實施方式，而欲包含由所附請求項界定的本發明之精神和範圍內的修改。

100‧‧‧整合系統101‧‧‧前驅物形成室102‧‧‧加工室103‧‧‧閥組件104‧‧‧原料源105‧‧‧第一導管106‧‧‧原料入口107‧‧‧前驅物出口108‧‧‧第二導管109‧‧‧設施110‧‧‧歧管201‧‧‧前驅物合成室202‧‧‧薄膜加工室203‧‧‧沖洗氣體系統204‧‧‧各種機構和控制205‧‧‧排放系統206‧‧‧歧管系統207‧‧‧導管或管路301‧‧‧前驅物合成室302‧‧‧薄膜加工室303‧‧‧溶劑系統304‧‧‧沖洗系統305‧‧‧各種儀器和控制306‧‧‧歧管系統307‧‧‧管線308‧‧‧排放系統309‧‧‧溶劑廢液401‧‧‧晶圓搬運系統402‧‧‧儲存盒403‧‧‧薄膜加工室404a,b,c‧‧‧前驅物合成室501‧‧‧晶圓搬運系統502‧‧‧機械臂503‧‧‧儲存盒504a,b‧‧‧前驅物合成室505a,b‧‧‧薄膜加工室506‧‧‧計量室601‧‧‧儲存盒602a,b,c,d,e‧‧‧薄膜加工室603a,b,c,d,e‧‧‧前驅物合成室604‧‧‧加工室感測器605‧‧‧化學產生器感測器606‧‧‧功能塊607‧‧‧化學產生器控制器608‧‧‧機械臂609‧‧‧洗滌器701‧‧‧可撓性基板的原料捲702‧‧‧端輥703a,b‧‧‧加工室704‧‧‧中間室705a,b‧‧‧前驅物合成室706a,b‧‧‧製程控制器707a,b‧‧‧測量儀器708‧‧‧測量儀器709a,b‧‧‧轉換器處理模式710a,b‧‧‧預設加工設定點711a,b‧‧‧線路或導管

當結合附圖閱讀時，將更佳地理解本發明的較佳實施方式的以下詳細描述。出於說明本發明的目的，在附圖中繪示目前較佳的實施方式。然而，應該理解，本發明不受限於所示的精確安排及手段。在圖式中：

圖1是依據本發明的一個實施方式，連接至一薄膜加工室的一前驅物合成室的示意圖；

圖2是依據本發明的一個實施方式的系統的示意圖，該系統包含一前驅物合成室，經由歧管​​系統將一氣相前驅物供應至薄膜加工室。

圖3是依據本發明的一個實施方式的系統的示意圖，該系統包含一前驅物合成室，經由歧管​​系統將一液相前驅物供應至薄膜加工室。

圖4是依據本發明的一個實施方式的系統的示意圖，該系統包含連接至單一薄膜製造單元的多個前驅物合成室。

圖5是依據本發明的一個實施方式的系統的示意圖，該系統包 含與多個薄膜加工室流體連通的多個前驅物合成室。

圖6是依據本發明的一個實施方式的集束型設備的示意圖，該集束型設備包含多個整合前驅物合成室和薄膜加工室；以及

圖7是依據本發明的一個實施方式之製造技術的示意性製程圖，該製造技術包括呈連續捲狀物或捲料形式的可撓性基板。

100‧‧‧整合系統

101‧‧‧前驅物形成室

102‧‧‧加工室

103‧‧‧閥組件

104‧‧‧原料源

105‧‧‧第一導管

106‧‧‧原料入口

107‧‧‧前驅物出口

108‧‧‧第二導管

109‧‧‧設施

110‧‧‧歧管

Claims (5)

1. 一種用於生成四羰基鎳前驅物且在基板上形成鎳薄膜的整合方法，該方法包含：將塊狀金屬鎳供應到位於第一位置之前驅物生成室；密封該前驅物生成室；沖洗該前驅物生成室以排空吸附和殘留的氣體；將塊狀金屬鎳加熱至80℃至120℃的溫度；將一氧化碳供應至該前驅物生成室並同時使前驅物生成系統與下游和互連的薄膜加工室之間能夠流動連通，以生成四羰基鎳前驅物並將該四羰基鎳前驅物直接從該前驅物生成室供應到該薄膜加工室；將該薄膜加工室中的基板加熱至180℃至250℃的溫度，使得四羰基鎳前驅物在基板上分解以形成鎳薄膜；執行在薄膜加工室中之鎳薄膜形成的端點、實時、原位監測和檢測；以及將關於鎳薄膜形成的回饋傳輸到該前驅物生成室以控制四羰基鎳前驅物的生成速率，使得四羰基鎳前驅物的生成與鎳薄膜形成同時或連動發生。
2. 一種用於生成疊氮酸前驅物且在矽基板上形成氮化矽薄膜的整合方法，該方法包含：將一高沸點羥基液體供應至一前驅物生成室，該前驅物生成室具有靠近液面下方的室底端的氣體入口和液面上方的氣體出口；將該羥基液體加熱至40℃至65℃的溫度以形成一羥 基化液體；將攜載在載體氣體中的疊氮三甲基矽烷第一流通過氣體入口導入前驅物生成室中，其中疊氮三甲基矽烷與羥基化液體反應且生成疊氮酸前驅物；將攜載在載體氣體中的疊氮酸第二流從前驅物生成室直接供應至一薄膜加工室，該薄膜加工室與該前驅物生成室並行操作並連接至該前驅物生成室；將該薄膜加工室中的矽基板加熱到325℃至500℃的溫度，使得疊氮酸與矽基板反應以形成氮化矽薄膜；實施該薄膜加工室中之氮化矽薄膜形成的端點、實時、原位監測和檢測；以及將關於氮化矽薄膜形成的回饋傳輸到該前驅物生成室以控制疊氮酸前驅物的生成，使得疊氮酸前驅物的生成與氮化矽薄膜形成同時或連動發生。
3. 一種生成單矽烷胺前驅物及在矽基板上形成氮化矽薄膜的整合方法，該方法包含：將攜載在第一載體氣體中之氨第一流供應至前驅物生成室；將第二載體氣體中之單氯矽烷第二蒸汽供應至該前驅物生成室以與該第一流反應且生成單矽烷胺前驅物；將攜載在第一和第二載體氣體中的單矽烷胺前驅物從該前驅物生成室供應至一薄膜加工室，該薄膜加工室與該前驅物生成室並行操作並連接至該前驅物生成室；將一製造技術使用於消耗單矽烷胺前驅物以在位於該 薄膜加工室中的矽基板上形成氮化矽薄膜；執行在薄膜加工室中之氮化矽薄膜形成的端點、實時、原位監測和檢測；以及將關於氮化矽薄膜形成的回饋傳輸到該前驅物生成室以控制單矽烷胺前驅物的生成，使得單矽烷胺前驅物的生成與氮化矽薄膜形成同時或連動發生。
4. 如請求項3的整合方法，其中該前驅物生成室是包含一系列靜態流動混合器的塞流反應器。
5. 如請求項3的整合方法，進一步包含將攜載在該第一和第二載體氣體中的單矽烷胺前驅物從該前驅物生成室供應至量測室，以在將攜載在第一和第二載體氣體中之單矽烷胺前驅物供應到該薄膜加工室之前監測和檢測至少一個參數。