CN110318040B - 一种原子层沉积系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及原子层沉积技术领域，特别是涉及一种原子层沉积系统。本发明所提供的原子层沉积系统包括流体源引入管道、反应装置和第一调控装置，反应装置包括反应装置本体、反应装置流体引入管道和反应装置流体引出管道，第一调控装置包括第一调控装置本体、第一调控装置流体引入管道和第一调控装置流体引出管道，反应装置流体引入管道和第一调控装置流体引入管道均与流体源引入管道流体连通。本发明所提供的原子层沉积系统有利于三维钝体表面生长过程中层流条件的建立、空气动力学界面层分离的抑制、以及镀膜过程的迅速完成，并能够节约原子层沉积原料2倍以上，且可实现快速镀膜。

Description

一种原子层沉积系统
【技术领域】
本发明属于原子层沉积技术领域，特别是涉及一种原子层沉积系统。
【背景技术】
在现代科学技术的发展中，特别是纳米科学技术的发展中，几乎所有的相关应用都涉及以实现各种表面功能为目的的纳米镀膜技术，特别是可以在原子尺度进行厚度控制的纳米镀膜技术。在镀膜方法的选取上，液相条件的湿化学方法虽然成本低廉，却难以形成等厚且均匀致密的高质量纳米镀膜层。目前被广泛采用的纳米镀膜技术都是基于气相条件下的纳米镀膜技术，例如物理气相沉积、化学气相沉积以及原子层沉积等。其中原子层沉积技术由于具有独特的表面自限制生长机理，其应用范围在近年来随着半导体及微电子产业的发展得到了迅速拓展。
原子层沉积技术采用反应物分子有序交替输运、表面自限制性生长、步进式表面覆盖等方式和机理来控制物体表面的气相化学反应，从而实现纳米/亚纳米尺度内薄膜生长速率的精确控制。目前，在需要制备超薄、高均匀性和保型性极好的各种薄膜材料的应用中，原子层沉积技术具有不可替代的地位。正因如此，原子层沉积技术有着广泛的应用领域。具不完全统计，原子层沉积技术的应用在过去的十年中成指数增长，目前这种方法已经被广泛应用于半导体及相关产业，例如：集成电路、传感器、III-V器件、微/纳机电系统制造业、光学器件和光电工程、防锈耐磨材料和可再生能源应用(比如：太阳能)。其他大规模的应用包括防腐、能源存储和生产(例如：先进薄膜电池和燃料电池)、柔性电子水分或者气体密封涂层、针对医疗设备和植入体的生物相容性涂层、水净化、先进的照明设备(例如：LED)、生态包装材料、装饰涂料、玻璃防裂层、防水涂料等。
在传统的原子层沉积系统中，为了保证整个腔体在薄膜生长过程中层流条件的建立、维持以及湍流回流的抑制，在薄膜生长步骤内，气体流量通常被限定在较小的数值(传统原子层沉积系统的流量一般设定在100-500sccm之间)。此流量虽然能保证薄膜生长时的最佳空气动力学环境，但难以实现反应副产物迅速排出所需要的气体流量。传统原子层沉积系统只设定一个统一气体流量，无法对表面沉积过程和反应副产物清空过程实行分别流量控制。同时，我们也发现，比传统原子层沉积系统更大的气体流量(≥1000sccm)更利于反应副产物的迅速及有效排出。所以，如果能够提供一种更先进的沉积系统，则能够进一步推动原子层沉积技术的发展和应用。
【发明内容】
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种原子层沉积系统，用于解决现有技术中的问题。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种原子层沉积系统，所述原子层沉积系统包括流体源引入管道、反应装置和第一调控装置，所述反应装置包括反应装置本体、用于将流体源引入反应装置本体的反应装置流体引入管道和用于将流体引出反应装置本体的反应装置流体引出管道，所述第一调控装置包括第一调控装置本体、用于将流体源引入第一调控装置本体的第一调控装置流体引入管道和用于将流体引出第一调控装置本体的第一调控装置流体引出管道，所述反应装置流体引入管道和第一调控装置流体引入管道均与流体源引入管道流体连通，还包括至少一个反应源供应装置，所述反应源供应装置包括反应源阵列、用于将含有反应源的流体引出反应源阵列的反应源阵列流体引出管道，所述反应源流体引出管道与反应装置本体流体连通。
在本发明一些实施方式中，还包括用于将流体源引入反应装置本体的副产物清除流体引入管道。
在本发明一些实施方式中，所述副产物清除流体引入管道上设有流量控制装置。
在本发明一些实施方式中，所述副产物清除流体引入管道的流量参照τ＝V/F，其中，τ不大于500毫秒，V为反应装置本体11的体积，F为副产物清除流体引入管道的流体流量，。
在本发明一些实施方式中，所述第一调控装置流体引入管道和/或第一调控装置流体引出管道上设有流量控制装置。
在本发明一些实施方式中，第一调控装置流体引入管道的流量小于副产物清除流体引入管道的流量。
在本发明一些实施方式中，所述反应装置流体引入管道上设有流量控制装置。
在本发明一些实施方式中，反应装置流体引入管道的流量参照F≤1359.5PФ/T，其中F为反应装置流体引入管道中的流体流量，单位为sccm，P代表反应装置本体内压强，单位为Torr，T代表反应装置本体内的温度，单位为K，Ф代表调控腔入口横截面的周长，单位为厘米。
在本发明一些实施方式中，反应装置本体内的最大雷诺数为1600。
在本发明一些实施方式中，所述反应装置流体引出管道上设有流量控制装置。
在本发明一些实施方式中，反应装置流体引出管道的流量不大于反应装置流体引入管道的流量。
在本发明一些实施方式中，至少部分的管道上还设有加热装置。
在本发明一些实施方式中，还包括第二调控装置，所述第二调控装置包括第二调控装置本体、用于将流体引入第二调控装置本体的第二调控装置流体引入管道和用于将流体引出第二调控装置本体的第二调控装置流体引出管道，所述第二调控装置本体通过第二流体调控装置流体引入管道与反应装置本体流体连通。
在本发明一些实施方式中，第二调控装置流体引入管道和/或第二调控装置流体引出管道上设有流量控制装置。
在本发明一些实施方式中，所述第二调控装置的流量与副产物清除流体引入管道的流量相配合。
在本发明一些实施方式中，反应装置本体包括调控腔和反应腔，所述调控腔与反应装置流体引入管道流体连通，所述调控腔以流体流动方向延伸形成反应腔，所述反应腔与反应装置流体引出管道流体连通。
在本发明一些实施方式中，包括两个以上反应源供应装置，至少部分的反应源供应装置中，反应源阵列各自通过独立的反应源阵列流体引出管道与反应装置本体流体连通。
在本发明一些实施方式中，所述反应源供应装置还包括用于将流体源引入反应源阵列的反应源阵列流体引入管道。
在本发明一些实施方式中，所述反应源阵列流体引入管道和/或反应源阵列流体引出管道上设有流量控制装置。
在本发明一些实施方式中，还包括尾气处理装置，所述尾气处理装置包括尾气处理装置本体和用于将流体源引入尾气处理装置本体的尾气处理装置流体引入管道，所述尾气处理装置本体与反应装置流体引出管道和/或第一调控装置流体引出管道和/或第二调控装置流体引出管道流体连通。
在本发明一些实施方式中，所述尾气处理装置流体引入管道上设有流量控制装置。
在本发明一些实施方式中，还包括流体供应装置，所述流体供应装置与流体源引入管道流体连通。
在本发明一些实施方式中，还包括流体供应装置，所述流体供应装置与反应源阵列流体引入管道流体连通。
在本发明一些实施方式中，还包括流体供应装置，所述流体供应装置与副产物清除流体引入管道流体连通。
在本发明一些实施方式中，还包括流体供应装置，所述流体供应装置与尾气处理装置流体引入管道流体连通。
在本发明一些实施方式中，流体供应装置包括一个或多个子流体供应装置，至少部分的子流体供应装置与由流体源引入管道独立连接。
在本发明一些实施方式中，流体供应装置包括一个或多个子流体供应装置，至少部分的子流体供应装置与反应源阵列流体引入管道独立连接。
在本发明一些实施方式中，流体供应装置包括一个或多个子流体供应装置，至少部分的子流体供应装置与副产物清除流体引入管道独立连接。
在本发明一些实施方式中，流体供应装置包括一个或多个子流体供应装置，至少部分的子流体供应装置与尾气处理装置流体引入管道独立连接。
【附图说明】
图1为为本发明一实施方式的结构示意图。
其中：1-反应装置；11-反应装置本体；111-调控腔；112-反应腔；12-反应装置流体引入管道；13-反应装置流体引出管道；14-流量控制装置；15-流量控制装置；2-第一调控装置；21-第一调控装置本体；22-第一调控装置流体引入管道；23-第一调控装置流体引出管道；24-流量控制装置；3-流体源引入管道；4-反应源供应装置；41-反应源阵列；42-反应源阵列流体引出管道；43-反应源阵列流体引入管道；44-流量控制装置；45-流量控制装置；5-副产物清除流体引入管道；51-流量控制装置；6-第二调控装置；61-第二调控装置本体；62-第二调控装置流体引入管道；63-第二调控装置流体引出管道；64-流量控制装置；7-尾气处理装置；71-尾气处理装置本体；72-尾气处理装置流体引入管道；73-流量控制装置；8-流体供应装置；9-驱动装置。
【具体实施方式】
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
本发明公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1，本发明提供一种原子层沉积系统，所述原子层沉积系统可以包括流体源引入管道3、反应装置1，所述反应装置1可以包括反应装置本体11、用于将流体源引入反应装置本体11的反应装置流体引入管道12和用于将流体引出反应装置本体11的反应装置流体引出管道13，所述反应装置流体引入管道12可以与流体源引入管道3流体连通。本发明所提供的原子层沉积系统中，本领域技术人员可根据原子层沉积反应的具体种类选择合适的流体源，所述流体源可以包括载气，所述载气可以是例如氮气和/或惰性惰性气体等，所述惰性气体可以是例如氦气、氖气、氩气、氪气、氙气等。所述流体连通通常指在装置之间可将一装置中的流体引入另一装置中，所述流体具体可以是例如气体、液体等。
本发明所提供的原子层沉积系统中，反应装置本体11可以包括调控腔111和反应腔112，所述调控腔111与反应装置流体引入管道12流体连通，所述调控腔111通常是出口面积大于入口面积的腔体，例如可以是各种形状的台体，更具体可以是圆台、棱台、椭圆台等，所述调控腔111可以使得自调控腔111入口进入的流体形成稳定的层流，从而可以使流体充分发展、反应源中的反应物分子均匀混合、流体的湍流回流得到抑制，经过调控腔111的流体可以进一步进入反应腔112中，所述反应腔112中通常可以放置待处理器件，原子层沉积反应通常可以在反应腔112中进行。所述调控腔111以流体流动方向延伸形成反应腔112，所述反应腔112可以与反应装置流体引出管道13流体连通。在本发明一具体实施方式中，所述反应腔112的末端可以与反应装置流体引出管道13流体连通，所述反应腔112的末端通常指反应腔112中相对于反应腔112与调控腔111连接部的另一端。在本发明一具体实施方式中，反应装置流体引入管道12可以与调控腔111的入口流体联通，反应装置流体引入管道12的流量通常依据反应装置本体11内的流体层流条件的进行设定，在层流工作条件下，反应装置本体11内的最大雷诺数为1600，反应装置流体引入管道12的流量设定为F≤1359.5PФ/T，其中流量F的单位为sccm，P代表反应装置本体11内压强，单位为Torr，T代表反应装置本体11内的温度，单位为K，Ф代表调控腔111入口横截面(相对于入口中心处流体流动方向的横截面)的周长，单位为厘米。反应装置流体引入管道12上通常可以设有流量控制装置14(例如，电动阀门等)，从而可以调节反应装置流体引入管道12中的流体流量。反应装置流体引出管道13上通常可以设有流量控制装置15(例如，电动阀门等)，从而可以调节反应装置流体引出管道13中的流体流量，反应装置流体引出管道13的流量通常不大于反应装置流体引入管道12的流量。
本发明所提供的原子层沉积系统还可以包括第一调控装置2，所述第一调控装置2包括第一调控装置本体21、用于将流体源引入第一调控装置本体21的第一调控装置流体引入管道22和用于将流体引出第一调控装置本体21的第一调控装置流体引出管道23，所述第一调控装置流体引入管道22可以与流体源引入管道3流体连通。所述第一调控装置本体21通常可以是中空的腔体，其最大内径大于流体输送管道内径，第一调控装置流体引入管道22的流量通常可以小于副产物清除流体引入管道5的流量，第一调控装置流体引入管道22和/或第一调控装置流体引出管道23上通常可以设有流量控制装置24(例如，电动阀门等)，从而可以调节第一调控装置流体引入管道22和/或第一调控装置流体引出管道23中的流体流量。在本发明一具体实施方式中，所述反应装置流体引入管道12和第一调控装置流体引入管道22可以均与流体源引入管道3流体连通，流体源自流体源引入管道3可以分别进入反应装置流体引入管道12和第一调控装置流体引入管道22，从而使得可以通过第一调控装置2进一步调整进入反应装置本体11中流体的流量以及各自的腔内压力。
本发明所提供的原子层沉积系统还可以包括至少一个反应源供应装置4，例如，可以包括两个、三个、四个或更多的反应源供应装置4，本领域技术人员可根据反应的类型，选择适当数量的反应源供应装置4。反应源供应装置4中通常包含反应源，本领域技术人员可根据原子层沉积反应中的具体沉积物选择合适的反应源。所述反应源供应装置4包括反应源阵列41(反应源阵列中通常可以包含反应源)、用于将含有反应源的流体引出反应源阵列41的反应源阵列流体引出管道42，所述反应源流体引出管道42与反应装置本体11流体连通，反应源阵列41中的反应源可以通过反应源流体引出管道42被引入反应装置本体11中(例如，可以利用反应源阵列41与反应装置本体11之间的压强差)。所述反应源供应装置4还可以包括用于将流体源引入反应源阵列41的反应源阵列流体引入管道43，流体源可以通过反应源阵列流体引入管道43进入反应源阵列41，从而将含有反应源的流体引出反应源阵列41，并可以进一步进入反应装置本体11。反应源阵列流体引入管道43和/或反应源阵列流体引出管道42上通常可以设有流量控制装置44、45(例如，电动阀门等)，从而可以调节反应源阵列流体引入管道43和/或反应源阵列流体引出管道42中的流体流量。本领域技术人员可根据反应体系，调整反应源流体引入管道43的流体流量，例如可以为不大于500sccm，在本发明一具体实施方式中，反应源流体引出管道42可以与调控腔111的入口流体联通。在本发明一具体实施方式中，至少部分的反应源供应装置4中，反应源阵列41各自通过独立的反应源阵列流体引出管道42与反应装置本体11流体连通，具体来说，可以是自单个反应源阵列41所引出的流体在进入反应装置本体11之前，不与其他反应源阵列41中所引出的流体混合，从而可以有效降低不同反应物在气体输运管路内的混合，以避免系统管路的堵塞。
本发明所提供的原子层沉积系统还可以包括用于将流体源引入反应装置本体11的副产物清除流体引入管道5，所述副产物清除流体引入管道5与反应装置本体11流体连通。在本发明一具体实施方式中，副产物清除流体引入管道5可以与调控腔111的入口流体联通。所述副产物清除流体引入管道5的流量通常可以由流体在反应装置本体11内的驻留时间决定，驻留时间τ可以为τ＝V/F，其中V代表反应装置本体11的体积，F代表流体流量，依据反应对副产物清除流体驻留时间的定义，副产物清除流体流量由系统程控调节副产物清除流体引入管道5的流量控制装置实现。试具体反应要求不同，驻留时间的选取也不同。例如，在快速清除副产物要求下，τ的范围可以为不大于500毫秒。副产物清除流体引入管道5上通常可以设有流量控制装置51(例如，电动阀门等)，从而可以调节副产物清除流体引入管道5中的流体流量。副产物清除流体引入管道5在沉积过程中通常处于关闭状态，当反应装置本体11内需要进行副产物清除时，可以打开副产物清除流体引入管道5，从而可以将较大流量的流体源引入反应装置本体11中，使得沉积过程中所产生的反应副产物进行有效地清空。
本发明所提供的原子层沉积系统还可以包括第二调控装置6，所述第二调控装置6包括第二调控装置本体61、用于将流体引入第二调控装置本体61的第二调控装置流体引入管道62和用于将流体引出第二调控装置本体61的第二调控装置流体引出管道63，所述第二调控装置本体61通过第二流体调控装置流体引入管道62与反应装置本体11流体连通。所述第二调控装置本体61通常可以是中空的腔体，其最大内径大于流体输送管道内径，例如可以是罐体等。所述第二调控装置流体引入管道62和/或第二调控装置流体引出管道63上通常可以设有流量控制装置64(例如，电动阀门等)，从而可以调节第二调控装置流体引入管道62和/或第二调控装置流体引出管道63中的流体流量。所述第二调控装置6的流量通常与副产物清除流体引入管道5的流量相配合，例如，所述第二调控装置6的流量通常与副产物清除流体引入管道5的流量接近，当副产物清除流体引入管道5引入流体清除反应装置本体11内的副产物时，第二调控装置6可对应地打开，从而将大流量的流体引出反应装置本体11，从而可以减少大流量气流开关所造成的对系统整体运行的波动，同时可以增加系统的冗余量。
本发明所提供的原子层沉积系统还可以包括尾气处理装置7，所述尾气处理装置7包括尾气处理装置本体71和用于将流体源引入尾气处理装置本体71的尾气处理装置流体引入管道72。在本发明一具体实施方式中，所述尾气处理装置本体71与反应装置流体引出管道13流体连通；在本发明一具体实施方式中，所述尾气处理装置本体71与第一调控装置流体引出管道23流体连通；在本发明一具体实施方式中，所述尾气处理装置本体71与第二调控装置流体引出管道63流体连通。所述尾气处理装置本体71具体可以是罐体，其内部可以设有吸附材料，所述吸附材料可以是一些具有较大比表吸附面积的材料，例如可以是活性炭等。
本发明所提供的原子层沉积系统还可以包括流体供应装置8，所述流体供应装置8可以是例如气体储罐等，流体供应装置8中通常可以包含载气，例如可以是氮气和/或惰性惰性气体等，所述惰性气体可以是例如氦气、氖气、氩气、氪气、氙气等。所述流体供应装置8可以与流体源引入管道3流体连通，从而使得流体供应装置8中的流体源可以被引入流体源引入管道3中。所述流体供应装置8可以与反应源阵列流体引入管道43流体连通，从而使得流体供应装置8中的流体源可以被引入反应源阵列流体引入管道43中。所述流体供应装置8可以与副产物清除流体引入管道5流体连通，从而使得流体供应装置8中的流体源可以被引入副产物清除流体引入管道5中。所述流体供应装置8可以与尾气处理装置流体引入管道72流体连通，从而使得流体供应装置8中的流体源可以被引入尾气处理装置流体引入管道72中，并可以进一步进入尾气处理装置本体71，从而可以通过调节尾气处理装置本体71中的压强，起到调节反应装置本体11和/或第一调控装置本体21和/或第二调控装置本体61中压强的作用，所述尾气处理装置流体引入管道72中的流体流量可以为不大于3000sccm或根据副产物清除流体引入管道5的流量匹配以达到系统切换的整体稳定性，尾气处理装置流体引入管道72上通常可以设有流量控制装置73(例如，电动阀门等)，从而可以调节尾气处理装置流体引入管道72中的流体流量，进而实现对驱动装置9(例如，真空泵)的保护、尾气的回流抑制以及整体系统的进一步稳定。在本发明一具体实施方式中，所述流体供应装置8可以包括一个或多个子流体供应装置，例如可以是1-4个子流体供应装置，所述子流体供应装置可以是气体储罐等，至少部分的子流体供应装置可以与流体源引入管道3独立连接，所述独立连接通常指一个或多个子流体供应装置与流体源引入管道3之间的管道不与其他装置相通，从而可以实现流体源引入管道3中载气的独立供应；至少部分的子流体供应装置可以与反应源阵列流体引入管道43独立连接，从而可以实现反应源阵列流体引入管道43中载气的独立供应；至少部分的子流体供应装置可以与副产物清除流体引入管道5独立连接，从而可以实现副产物清除流体引入管道5中载气的独立供应；至少部分的子流体供应装置可以与尾气处理装置流体引入管道72独立连接，从而可以实现流尾气处理装置流体引入管道72中载气的独立供应。
本发明所提供的原子层沉积系统还可以包括驱动装置9，所述驱动装置9可以是例如真空泵等，所述驱动装置9通常可以在需要的时候通过压力差进一步驱动原子层沉积系统中流体的运动。
本发明所提供的原子层沉积系统中，至少部分的或全部的管道上还可以设有加热装置，加热装置可以是例如加热套等，从而可以对管道进行加热，例如，可以使管道内流体的温度维持在30-100℃。
本发明所提供的原子层沉积系统具有如下优点：
(1)表面生长与反应副产物排出分别进行气体流量控制，有利于三维钝体表面生长过程中层流条件的建立、空气动力学界面层分离的抑制、以及镀膜过程的迅速完成；
(2)表面薄膜生长的低真空环境建立，提高反应物分子利用率，较传统原子层沉积节约原料2倍以上；
(3)快速镀膜过程的实现(单层膜生长可在10秒钟内完成，而传统原子层沉积的单层膜生长典型时间为至少1分钟)；
(4)“三零标准”---全系统压强及流量的同步控制及协调操作，系统实现所有节点的输运气体零回流、反应副产物的零回流、不同反应物分子在被输运到被镀物体表面之前的零混合；
(5)系统维护时间由传统原子层沉积系统的2-3个月延长到半年甚至1年以上。
实施例1
以原子层沉积Al2O3为例，前躯体反应源分别为TMA与H2O。TMA与H2O源分别安装在两个不同的反应源阵列中(可参见图1中两个不同的反应源阵列41)，以避免其可能的管道内混合。反应腔内平均温度为150℃，样品加热温度为250℃，气体管道温度为50℃。单层镀膜的反应物注入及副产物排空时间顺序为：100毫秒H2O分子注入+500豪秒反应副产物排出+100毫秒TMA分子注入+300毫秒反应副产物排出。系统采用BOC Edwards机械真空泵建立反应腔真空环境。流量控制采用MKS公司IP66系列质量流量控制器(MFC)。气阀采用Swagelok公司DL系列原子层沉积专用阀，高速电磁阀采用Fujikin公司的ECV系列，其开/关响应时间为5毫秒，关/开响应时间为3.5毫秒。单独部件组合使用，具体为：14、24、51和64处均为质量流量控制器+高速电磁阀，44和73处均为质量流量器+原子层沉积用快速气阀，15、45处均为原子层沉积用快速气阀。
H2O分子注入时，副产物清除流体引入管道、第二调控装置流体引入管道、第二调控装置流体引出管道关闭。第一调控装置流体引入管道、第一调控装置流体引出管道先行开启100毫秒，随后反应源阵列流体引入管道，反应装置流体引入管道、反应源阵列流体引出管道、尾气处理装置流体引入管道开启100毫秒。反应装置流体引入管道设定流量为10sccm，反应源阵列流体引入管道设定流量为5sccm，第一调控装置流体引入管道设定流量为1200sccm，尾气处理装置流体引入管道设定流量为300sccm。此时，反应腔内压强为1.5Torr，第一调控装置本体内压强为1Torr。
H2O表面反应副产物排出时，反应装置流体引入管道、反应源阵列流体引入管道、反应源阵列流体引出管道、第一调控装置流体引入管道、尾气处理装置流体引入管道、第一调控装置流体引出管道关闭。副产物清除流体引入管道、第二调控装置流体引入管道、第二调控装置流体引出管道开启，副产物清除流体引入管道设定流量为1500sccm，第二调控装置流体引入管道设定流量为700sccm。500毫秒后，第二调控装置流体引入管道、第二调控装置流体引出管道关闭。此时，反应腔内压强为900mTorr。
TMA分子注入时，副产物清除流体引入管道、第二调控装置流体引入管道、第二调控装置流体引出管道关闭。第一调控装置流体引入管道、第一调控装置流体引出管道先行开启100毫秒，随后反应源阵列流体引入管道，反应装置流体引入管道、反应源阵列流体引出管道、尾气处理装置流体引入管道开启100毫秒。反应装置流体引入管道设定流量为10sccm，反应源阵列流体引入管道设定流量为5sccm，第一调控装置流体引入管道设定流量为1200sccm，尾气处理装置流体引入管道设定流量为300sccm。此时，反应腔内压强为1.5Torr，第一调控装置本体内压强为1Torr。
TMA表面反应副产物排出时，反应装置流体引入管道、反应源阵列流体引入管道、反应源阵列流体引出管道、第一调控装置流体引入管道、尾气处理装置流体引入管道、第一调控装置流体引出管道关闭。副产物清除流体引入管道、第二调控装置流体引入管道、第二调控装置流体引出管道开启，副产物清除流体引入管道设定流量为1500sccm，第二调控装置流体引入管道设定流量为700sccm。300毫秒后，第二调控装置流体引入管道、第二调控装置流体引出管道关闭。此时，反应腔内压强为900mTorr。
对5英寸硅片表面所实施Al2O3表面生长，单次循环时间为1秒，生长速率为0.12纳米/循环，膜厚误差率为5％，150纳米厚度重复误差≤5.5％。较之传统原子层沉积系统，该系统实现了大腔体内快速、高效、高质量膜生长，对大批量产业化镀膜生产特别是基片是晶片以外3D物体的大批量产业化镀膜生产极具应用价值。
实施例2
以原子层沉积TiO2为例，前躯体反应源分别为TiCl4与H2O。TiCl4与H2O源分别安装在两个不同的反应源阵列中(可参见图1中两个不同的反应源阵列41)，以避免其可能的管道内混合。反应腔内平均温度为120℃，样品加热温度为220℃，气体管道温度为50℃。单层镀膜的反应物注入及副产物排空时间顺序为：80毫秒H2O分子注入+100毫秒浸润+500豪秒反应副产物排出+100毫秒TiCl4分子注入+100毫秒浸润+300毫秒反应副产物排出。膜层生长速率为0.072纳米/循环。镀层厚度为35纳米。
H2O分子注入时，副产物清除流体引入管道、第二调控装置流体引入管道、第二调控装置流体引出管道关闭。第一调控装置流体引入管道、第一调控装置流体引出管道先行开启50毫秒，随后反应源阵列流体引入管道，反应装置流体引入管道、反应源阵列流体引出管道、尾气处理装置流体引入管道开启80毫秒。反应装置流体引入管道设定流量为15sccm，反应源阵列流体引入管道设定流量为5sccm，第一调控装置流体引入管道设定流量为1200sccm，尾气处理装置流体引入管道设定流量为300sccm。此时，反应腔内压强为1.5Torr，第一调控装置本体内压强为1Torr。关闭反应源阵列流体引入管道，反应装置流体引入管道、反应装置流体引出管道、反应源阵列流体引出管道100毫秒。
H2O表面反应副产物排出时，反应装置流体引入管道、反应源阵列流体引入管道、反应源阵列流体引出管道、第一调控装置流体引入管道、尾气处理装置流体引入管道、第一调控装置流体引出管道关闭。副产物清除流体引入管道、第二调控装置流体引入管道、第二调控装置流体引出管道开启，副产物清除流体引入管道设定流量为1700sccm，第二调控装置流体引入管道设定流量为700sccm。500毫秒后，第二调控装置流体引入管道、第二调控装置流体引出管道关闭。此时，反应腔内压强为950mTorr。
TiCl4分子注入时，副产物清除流体引入管道、第二调控装置流体引入管道、第二调控装置流体引出管道关闭。第一调控装置流体引入管道、第一调控装置流体引出管道先行开启100毫秒，随后反应源阵列流体引入管道，反应装置流体引入管道、反应源阵列流体引出管道、尾气处理装置流体引入管道开启100毫秒。反应装置流体引入管道设定流量为15sccm，反应源阵列流体引入管道设定流量为5sccm，第一调控装置流体引入管道设定流量为1200sccm，尾气处理装置流体引入管道设定流量为300sccm。此时，反应腔内压强为1.5Torr，第一调控装置本体内压强为1Torr。关闭反应源阵列流体引入管道，反应装置流体引入管道、反应装置流体引出管道、反应源阵列流体引出管道100毫秒。
TiCl4表面反应副产物排出时，反应装置流体引入管道、反应源阵列流体引入管道、反应源阵列流体引出管道、第一调控装置流体引入管道、尾气处理装置流体引入管道、第一调控装置流体引出管道关闭。副产物清除流体引入管道、第二调控装置流体引入管道、第二调控装置流体引出管道开启，副产物清除流体引入管道设定流量为1700sccm，第二调控装置流体引入管道设定流量为700sccm。300毫秒后，第二调控装置流体引入管道、第二调控装置流体引出管道关闭。此时，反应腔内压强为950mTorr。
综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种原子层沉积系统，其特征在于，所述原子层沉积系统包括流体源引入管道（3）、反应装置（1）、第一调控装置（2）以及用于将流体源引入反应装置本体（11）的副产物清除流体引入管道（5），所述反应装置（1）包括反应装置本体（11）、用于将流体源引入反应装置本体（11）的反应装置流体引入管道（12）和用于将流体引出反应装置本体（11）的反应装置流体引出管道（13），所述第一调控装置（2）包括第一调控装置本体（21）、用于将流体源引入第一调控装置本体（21）的第一调控装置流体引入管道（22）和用于将流体引出第一调控装置本体（21）的第一调控装置流体引出管道（23），所述反应装置流体引入管道（12）和第一调控装置流体引入管道（22）均与流体源引入管道（3）流体连通，还包括至少一个反应源供应装置（4），所述反应源供应装置（4）包括反应源阵列（41）、用于将含有反应源的流体引出反应源阵列（41）的反应源阵列流体引出管道（42），所述反应源阵列 流体引出管道（42）与反应装置本体（11）流体连通；
所述副产物清除流体引入管道（5）上设有流量控制装置，所述副产物清除流体引入管道（5）的流量参照τ=V/F，其中，τ不大于500毫秒，V为反应装置本体（ 11） 的体积，F为副产物清除流体引入管道（5）的流体流量；
所述第一调控装置流体引入管道（22）和/或第一调控装置流体引出管道（23）上设有流量控制装置，第一调控装置流体引入管道（22）的流量小于副产物清除流体引入管道（5）的流量；
和/或，所述反应装置流体引入管道（12）上设有流量控制装置，反应装置流体引入管道（12）的流量参照F≤1359.5PФ/T，其中F为反应装置流体引入管道（12）中的流体流量，单位为sccm，P代表反应装置本体（11）内压强，单位为Torr，T代表反应装置本体（11）内的温度，单位为K，Ф代表调控腔（111）入口横截面的周长，单位为厘米，反应装置本体（11）内的最大雷诺数为1600；
所述反应装置流体引出管道（13）上设有流量控制装置，反应装置流体引出管道（13）的流量不大于反应装置流体引入管道（12）的流量；
和/或，至少部分的管道上还设有加热装置；
还包括第二调控装置（6），所述第二调控装置（6）包括第二调控装置本体（61）、用于将流体引入第二调控装置本体（61）的第二调控装置流体引入管道（62）和用于将流体引出第二调控装置本体（61）的第二调控装置流体引出管道（63），所述第二调控装置本体（61）通过第二流体调控装置流体引入管道（62）与反应装置本体（11）流体连通。
2.如权利要求1所述的一种原子层沉积系统，其特征在于，第二调控装置流体引入管道（62）和/或第二调控装置流体引出管道（63）上设有流量控制装置；
和/或，所述第二调控装置（6）的流量与副产物清除流体引入管道（5）的流量相配合。
3.如权利要求1所述的一种原子层沉积系统，其特征在于，反应装置本体（11）包括调控腔（111）和反应腔（112），所述调控腔（111）与反应装置流体引入管道（12）流体连通，所述调控腔（111）以流体流动方向延伸形成反应腔（112），所述反应腔（112）与反应装置流体引出管道（13）流体连通。
4.如权利要求1所述的一种原子层沉积系统，其特征在于，包括两个以上反应源供应装置（4），至少部分的反应源供应装置（4）中，反应源阵列（41）各自通过独立的反应源阵列流体引出管道（42）与反应装置本体（11）流体连通；
和/或，所述反应源供应装置（4）还包括用于将流体源引入反应源阵列（41）的反应源阵列流体引入管道（43）；
和/或，所述反应源阵列流体引入管道（43）和/或反应源阵列流体引出管道（42）上设有流量控制装置。
5.如权利要求1所述的一种原子层沉积系统，其特征在于，还包括尾气处理装置（7），所述尾气处理装置（7）包括尾气处理装置本体（71）和用于将流体源引入尾气处理装置本体（71）的尾气处理装置流体引入管道（72），所述尾气处理装置本体（71）与反应装置流体引出管道（13）和/或第一调控装置流体引出管道（23）和/或第二调控装置流体引出管道（63）流体连通，所述尾气处理装置流体引入管道（72）上设有流量控制装置。
6.如权利要求1或4或5所述的一种原子层沉积系统，其特征在于，还包括流体供应装置（8），当原子层沉积系统包括流体源引入管道（3）、反应源阵列流体引入管道（43）、副产物清除流体引入管道（5）、尾气处理装置流体引入管道（72）中的一个或多个时，所述流体供应装置（8）与由流体源引入管道（3）、反应源阵列流体引入管道（43）、副产物清除流体引入管道（5）、尾气处理装置流体引入管道（72）所组成的组中的至少一个流体连通。
7.如权利要求6所述的一种原子层沉积系统，其特征在于，流体供应装置（8）包括一个或多个子流体供应装置，至少部分的子流体供应装置与由流体源引入管道（3）、反应源阵列流体引入管道（43）、副产物清除流体引入管道（5）和尾气处理装置流体引入管道（72）所组成的组中的至少一个独立连接。
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