[发明专利]用于薄膜制造中源化学品的集成合成、递送和加工的方法和系统

说明书

提供了一种用于成膜前体的合成、前体的消耗和在基板上形成薄膜的集成系统。该集成系统包括：原料源；与原料源连通的前体合成室；与前体合成室连通的薄膜加工室，所述前体以受控的方式从前体合成室供应到薄膜加工室中，以消耗所述前体在基板上形成薄膜，监视系统，用于监视薄膜加工室中的薄膜形成和/或前体合成室中的前体合成，以及控制器，用于控制前体合成、前体消耗和/或薄膜形成的速率。所述前体合成的速率与用于形成薄膜的前体消耗的速率同步。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年10月12日提交的美国临时专利申请No.62/571,439的优先权，其公开内容通过引用合并于此。

发明背景

本发明涉及用于薄膜制造(包括，例如，沉积、蚀刻和图案化)的原料化学品的合成、输送和递送以及加工的方法和集成系统。

在包括集成电路(IC)器件和微机电系统(MEMS)在内的多个行业中，常规的薄膜制造方法包括但不限于化学气相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)、液相镀覆、蚀刻(包括原子层蚀刻、部分和完整的材料去除工艺)、注入(例如离子注入)和图案化(即在已沉积的层中形成预定结构，例如在硅基板上形成晶体管图案)，主要涉及五步方法，如下所示：(1)前体是在第一位置(例如化工厂)制造或合成的；(2)然后将前体存储在防泄漏和防溢漏的定制容器或定制的存储设施中，直到准备将其运送给客户为止；(3)然后将前体在防漏和防溢的定制容器或定制的存储设施中通过陆运、空运或海运运输到第二位置，通常是客户的工厂，在那里它们用于生产设备或系统；(4)将前体在第二位置保留在防泄漏和防溢漏专用容器或专用存储设施中，直到准备使用为止；(5)最后，将前体引入到在第二位置进行的制造过程中，以使它们可以作为设备或系统制造技术的一部分在薄膜的生长、构造或形成中应用或消耗。

然而，以上讨论的常规制造方法遭受各种技术、安全、环境和经济上的低效率和缺点。常规的制造方法由于无法运输化学品而受到抑制，这些化学品例如具有危险的吸入毒性和/或由于震动敏感性而不稳定，由于大宗存储的危险或在使用前需要大量冷却以保持其完整性而受到抑制。另一个主要缺点是在前体的合成和前体的实际使用之间流逝了不必要的延长的时间窗口和冗长的持续时间。在将前体出售并运送到客户设施使用之前，由于与在化学合成设施中库存和存储昂贵的前体的需求相关的资本支出，该缺点导致了巨大的财务负担。当前的章程还要求使用专用的容器来保持前体的完整性，直到前体被使用，这是另一个额外的成本。在前体合成和消耗设施中，存储和运输中都存在冗余。在前体合成设施处对来自前体合成的副产物的双重操作、存储、处理和处置以及在客户设施处的前体消耗产生了巨大的进一步成本。另外，对产品质量随时间变化的担忧会产生额外的成本，以确保产品从制造到消耗都不会偏离目标技术规格。

同样重要的是，通过空运、海运或陆运运输化学品所涉及的环境、安全和健康危险，以及那些源于化学品的泄漏(例如由于人类的错误、质量控制失败和/或在运输和加工阶段可能发生的其他不可预见的事故)而产生的对人类和环境的毁灭性影响。

这些不足和缺点在半导体(即计算机芯片)和异质设备集成电路(IC)行业中得到了体现，其中许多传统的制造方法都应用于通常涉及批加工、独立和群集工具制造和加工设备。批加工工具加工涉及在单个制造设备中同时将制造技术应用于多个晶片。相反，独立工具加工涉及在将晶片运输到不同批加工、独立或群集工具制造设备之前，将制造技术应用于单个设备中的单个晶片。另一方面，群集工具加工涉及几个单晶片加工室和一个晶片加工机器人。