CN1032769C - 双直流等离子体化学气相沉积装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种双直流等离子体化学气相沉积装置，在现有直流等离子体化学气相沉积的基础上，增设一套对工件加热的电极，使镀膜时，工件的温度参数摆脱了其它参数的限制，实现了各参数的独立控制，从而使不同形状、不同体积的工件均能得到均匀的加热温度，避免了膜层脱落，污染和出现针孔等现象，使膜层的性能得到改善，同时使工作电压能够始终保持在辉光放电阶段，不会由于产生弧光而使膜层形成熔斑，镀膜参数的调整和确定也得到简化。

Description

本发明属于一种直流等离子体化学气相沉积装置，适用于在基体上沉积金属卤化物或金属氟化物薄膜，也可以作为一种新型真空热处理炉(如离子渗碳、渗氮和碳氮共渗)。

现有的直流等离子体化学气相沉积装置，如图1所示：以工件架2和工件1为阴极，以真空室3作为阳极，或者设一独立的阳极板9(如图2所示)：在两极之间接直流电源6，产生辉光放电，使工作气体电离，在工件上造成薄膜，这种直流等离子体化学气相沉积装置存在如下缺点；

(1)、工作气体压强P，工件沉积温度T和工件的负偏压V等参数在工作过程中都是相互关联，互相制约的，无法独立控制，因而就无法分别控制由每个参数所引起的效应，而且更无法辨别出现的现象是哪个参数引起的，即使知道是由哪个参数引起的，但是调整该参数会引起其它参数的变动(如沉积TiN膜时，工件沉积温度达不到所需要的值，就得提高工件负偏压和改变工作气体压强)，如此往复在各参数之间的调整是非常费时费力的，而且往往达不到满意的结果。

(2)、形状粗细不均的工件或薄厚不均的工件在离子轰击加热过程中，由于其表面积不同，产生的温度也不同，这样工件各点温度就不同，成膜的性能也各异(因膜的性能与工件沉积温度有密切关系)，这样表面差别大的工件就不能镀制出满意的膜层。

(3)、从直流辉光放电的I-V特性曲线上可知，对沉积金属化合物薄膜，沉积温度要求较高，这就是说，对于表面积小，体积大的工件，需要离子能量较大，辉光放电的工作区域在异常辉光放电的较强段，很容易过渡到弧光放电，结果在镀层上形成熔斑，恶化了薄膜质量。另外由于工件的尖角、微孔和毛刺等经常造成瞬间打弧或灭辉，结果也会导致膜层质量变坏，甚至导致整个镀膜过程的失败。

(4)、工件的周围是真空室的内壁或阳极板，由于它们的热度较低，而且没有经过离子轰击，所以沉积物是黑烟状物，它常污染工件膜层，使膜层产生针孔，使膜层的质量变劣。

日本专利申请J60-50170提出一种方法来控制打弧和灭辉现象，即直流电源以放电功率的“接通(on)态和断开(off)态作为一个周期，，在这个周期内，反复不断地快速开、关产生直流高压，他们的这种方法也没有克服现有直流等离子体化学气相沉积装置上的上述缺点，对工作气体压强P，工件沉积温度T和工件负偏压V还是不能独立控制，尤其工件温度T不易控制均匀。

本发明的目的在于提供一种双直流等离子体化学气相沉积装置，它可以克服现有技术中所存在的不足。

本发明的目的是这样实现的：在原有直流等离子体化学气相沉积装置的基础上，增设一套对工件起加热作用的辅助电极，由辅助直流电源供电。

辅助电极可以只设一个阴极，安装在工件架和真空室之间，联接辅助直流电源的阴极，其阳极接地。

辅助电极还可以设一个阴极和一个阳极，安装在工件架和真空室之间，阴极位于内侧，分别联接辅助直流电源的阴极和阳极。

辅助电极可以用板材制成单层圆柱体或多棱柱体，阴极还可以制成双层中空式结构，以提高放电强度。

本发明具有以下优点：

(1)实现了工作气体压强P，工件沉积温度T和工件负偏压V的分别独立控制，因而就能单独调整每个参数所引起的效应。

(2)、由于工件的负偏压影响着膜层的沉积速率和膜层硬度等参数，所以工件负偏压能够独立控制，可以使膜层的性能得到改善。

(3)、由于工件的加热能量一部分来自于放电功率，而另一部分由辅助电极的辐射热来补偿，摆脱了放电功率对工件温度参数的束缚，使工件能被均匀地加热，不同形状的工件表面温度也较均匀。

(4)、使工件的负偏压得到下降，位于异常辉光放电区的较弱段，所以不会产生弧光放电。

(5)、工件周围是辅助阴极板，其表面的沉积物与所要求的膜的成份相同，不产生脱落现象，不能污染工件膜层，得到的膜层质密性较好，没有针孔。

综上所述，本发明最根本的优点是能够改善膜层的质量，提高膜层的性能，并使镀膜工艺中参数的调整得到简化。

下面结合实施例及其附图对本发明作进一步详细的描述。

图1是现有技术中以真空室作为阴极的直流等离子体化学气相沉积装置的结构示意图。

图2是现有技术中设有独立阳极的直流等离子体化学气相沉积装置的结构示意图。

图3-7是本发明的双直流等离子体化学气相沉积装置的实施例的结构示意图。

图中1工件、2工件架、3真空室、4阀门、5工作气体源、6工作直流电源、7真空泵、8真空阀、9独立阳极、10辅助直流电源、11辅助阴极、12辅助阳极。

真空室3联有真空获得***，它由真空泵7和真空阀8通过管路联接而成，通过该***使真空室3内获得真空状态。工件架2安装在真空室3内，与真空室3之间绝缘，工件1放置在工件架2上，真空室3还通过管路与充气***相联，充气***是由阀门4与工作气体源5组成。

参照图3，工件架2作为阴极，与工作直流电源6的负极相联，真空室3接地，作为阳极。在工件架2和真空室3之间设有辅助阴极11，辅助阴极11与辅助电源10的负极相联，其正极接真空室。

参照图4，工件架2与工作直流电源6的负极相联，设一独立阳极9，联接工作直流电源6的正极。在独立阳极9的外侧设有辅助阴极11，联接辅助直流电源10的负极，其正极接真空室。

参照图5，工件架2作为工作阴极，联接工作直流电源6的负极，真空室3作为阳极接地，在真空室3和工件架2之间没有辅助阴极11和辅助阳极12，分别联接辅助直流电源10的负极和正极。

参照图6，工件架2作为作阴极，设一独立阳极9，分别联接工作直流电源6的负极和正极，在真空室3与工件架2之间设有辅助阴极11和辅助阳极12，分别与辅助直流电源10的负极和正极相联。

参照图7，辅助阴极11制成双层中空式，两层阴极之间的距离m由中空阴极辉光放电程度所决定，中空阴极所产生的热效率高于单层阴极板的热效率。

Claims (3)

1、一种双直流等离子体化学气相沉积装置，它包括真空室、与真空定相连的真空***和充气***，其特征是真空室内安装有两对电极，两对电极由两套直流电源分别供电，其中一对以工件架为负极，以真空室或一独立极板为正极，另一对为辅助电极，辅助电极只设有一个辅助阴极，其正极接地，或者由分别连接辅助电源正、负极的一个阴极和一个阳极组成，阴极位于内侧。

2、根据权利要求1所说的双直流化学气相沉积装置，其特征是辅助阴极和辅助阳极的形状为圆柱体或多棱柱体。

3、根据权利要求1或2所说的双直流化学气相沉积装置，其特征是辅助阴极为双层中空式结构。

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