專利名稱：雙直流等離子體化學氣相沉積裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于一種直流等離子體化學氣相沉積裝置，適用于在基體上沉積金屬鹵化物或金屬氟化物薄膜，也可以作為一種新型真空熱處理爐(如離子滲碳、滲氮和碳氮共滲)。
現有的直流等離子體化學氣相沉積裝置，如
圖1所示以工件架2和工件1為陰極，以真空室3作為陽極，或者設一獨立的陽極板9(如圖2所示)在兩極之間接直流電源6，產生輝光放電，使工作氣體電離，在工件上造成薄膜，這種直流等離子體化學氣相沉積裝置存在如下缺點(1)、工作氣體壓強P，工件沉積溫度T和工件的負偏壓V等參數在工作過程中都是相互關聯，互相制約的，無法獨立控制，因而就無法分別控制由每個參數所引起的效應，而且更無法辨別出現的現象是哪個參數引起的，即使知道是由哪個參數引起的，但是調整該參數會引起其它參數的變動(如沉積TiN膜時，工件沉積溫度達不到所需要的值，就得提高工件負偏壓和改變工作氣體壓強)，如此往復在各參數之間的調整是非常費時費力的，而且往往達不到滿意的結果。
(2)、形狀粗細不均的工件或薄厚不均的工件在離子轟擊加熱過程中，由于其表面積不同，產生的溫度也不同，這樣工件各點溫度就不同，成膜的性能也各異(因膜的性能與工件沉積溫度有密切關系)，這樣表面差別大的工件就不能鍍制出滿意的膜層。
(3)、從直流輝光放電的Ⅰ-Ⅴ特性曲線上可知，對沉積金屬化合物薄膜，沉積溫度要求較高，這就是說，對于表面積小，體積大的工件，需要離子能量較大，輝光放電的工作區域在異常輝光放電的較強段，很容易過渡到弧光放電，結果在鍍層上形成熔斑，惡化了薄膜質量。另外由于工件的尖角、微孔和毛刺等經常造成瞬間打弧或滅輝，結果也會導致膜層質量變壞，甚至導致整個鍍膜過程的失敗。
(4)、工件的周圍是真空室的內壁或陽極板，由于它們的熱度較低，而且沒有經過離子轟擊，所以沉積物是黑煙狀物，它常污染工件膜層，使膜層產生針孔，使膜層的質量變劣。
日本專利申請J60-50170提出一種方法來控制打弧和滅輝現象，即直流電源以放電功率的“接通(on)態和斷開(off)態作為一個周期，在這個周期內，反復不斷地快速開、關產生直流高壓，他們的這種方法也沒有克服現有直流等離子體化學氣相沉積裝置上的上述缺點，對工作氣體壓強P，工件沉積溫度T和工件負偏壓V還是不能獨立控制，尤其工件溫度T不易控制均勻。
本發明的目的在于提供一種雙直流等離子體化學氣相沉積裝置，它可以克服現有技術中所存在的不足。
本發明的目的是這樣實現的在原有直流等離子體化學氣相沉積裝置的基礎上，增設一套對工件起加熱作用的輔助電極，由輔助直流電源供電。
輔助電極可以只設一個陰極，安裝在工件架和真空室之間，聯接輔助直流電源的陰極，其陽極接地。
輔助電極還可以設一個陰極和一個陽極，安裝在工件架和真空室之間，陰極位于內側，分別聯接輔助直流電源的陰極和陽極。
輔助電極可以用板材制成單層圓柱體或多棱柱體，陰極還可以制成雙層中空式結構，以提高放電強度。
本發明具有以下優點(1)、實現了工作氣體壓強P，工件沉積溫度T和工件負偏壓V的分別獨立控制，因而就能單獨調整每個參數所引起的效應。
(2)、由于工件的負偏壓影響著膜層的沉積速率和膜層硬度等參數，所以工件負偏壓能夠獨立控制，可以使膜層的性能得到改善。
(3)、由于工件的加熱能量一部分來自于放電功率，而另一部分由輔助電極的輻射熱來補償，擺脫了放電功率對工件溫度參數的束縛，使工件能被均勻地加熱，不同形狀的工件表面溫度也較均勻。
(4)、使工件的負偏壓得到下降，位于異常輝光放電區的較弱段，所以不會產生弧光放電。
(5)、工件周圍是輔助陰極板，其表面的沉積物與所要求的膜的成份相同，不產生脫落現象，不能污染工件膜層，得到的膜層質密性較好，沒有針孔。
綜上所述，本發明最根本的優點是能夠改善膜層的質量，提高膜層的性能，并使鍍膜工藝中參數的調整得到簡化。
下面結合實施例及其附圖對本發明作進一步詳細的描述。
圖1是現有技術中以真空室作為陰極的直流等離子體化學氣相沉積裝置的結構示意圖。
圖2是現有技術中設有獨立陽極的直流等離子體化學氣相沉積裝置的結構示意圖。
圖3-7是本發明的雙直流等離子體化學氣相沉積裝置的實施例的結構示意圖。
圖中1工件、2工件架、3真空室、4閥門、5工作氣體源、6工作直流電源、7真空泵、8真空閥、9獨立陽極、10輔助直流電源、11輔助陰極、12輔助陽極。
真空室3聯有真空獲得系統，它由真空泵7和真空閥8通過管路聯接而成，通過該系統使真空室3內獲得真空狀態。工件架2安裝在真空室3內，與真空室3之間絕緣，工件1放置在工件架2上，真空室3還通過管路與充氣系統相聯，充氣系統是由閥門4與工作氣體源5組成。
參照圖3，工件架2作為陰極，與工作直流電源6的負極相聯，真空室3接地，作為陽極。在工件架2和真空室3之間設有輔助陰極11，輔助陰極11與輔助電源10的負極相聯，其正極接真空室。
參照圖4，工件架2與工作直流電源6的負極相聯，設一獨立陽極9，聯接工作直流電源6的正極。在獨立陽極9的外側設有輔助陰極11，聯接輔助直流電源10的負極，其正極接真空室。
參照圖5，工件架2作為工作陰極，聯接工作直流電源6的負極，真空室3作為陽極接地，在真空室3和工件架2之間沒有輔助陰極11和輔助陽極12，分別聯接輔助直流電源10的負極和正極。
參照圖6，工件架2作為作陰極，設一獨立陽極9，分別聯接工作直流電源6的負極和正極，在真空室3與工件架2之間設有輔助陰極11和輔助陽極12，分別與輔助直流電源10的負極和正極相聯。
參照圖7，輔助陰極11制成雙層中空式，兩層陰極之間的距離m由中空陰極輝光放電程度所決定，中空陰極所產生的熱效率高于單層陰極板的熱效率。
權利要求
1.一種雙直流等離子體化學氣相沉積裝置，它包括真空室、與真空室相聯的真空系統和充氣系統，安裝在真空室內并與真空室相絕緣的工件架，工件架接電源負極，真空室或一獨立陽極板接電源正極，其特征是真空室內工件外圍設有輔助電極并設有輔助直流電源。
2.根據權利要求1所述的雙直流等離子體化學氣相沉積裝置，其特征是輔助電極只設有一個輔助陰極接輔助直流電源的負極，其正極接地。
3.根據權利要求1所述的雙直流等離子體化學氣相沉積裝置，其特征是輔助電極由一個陰極和一個陽極組成，分別聯接輔助直流電源的負極和正極，輔助電極的陰極位于內側。
4.根據權利要求1或2或3所述的雙直流等離子體化學氣相沉積裝置，其特征是輔助陰極和輔助陽極的形狀為圓柱體或多棱柱體。
5.根據權利要求1或2或3或4所述的雙直流等離子體化學氣相沉積裝置，其特征是輔助陰極為雙層中空式結構。
全文摘要
本發明為一種雙直流等離子體化學氣相沉積裝置，在現有直流等離子體化學氣相沉積的基礎上，增設一套對工件加熱的電極，使鍍膜時，工件的溫度參數擺脫了其它參數的限制，實現了各參數的獨立控制，從而使不同形狀、不同體積的工件均能得到均勻的加熱溫度，避免了膜層脫落，污染和出現針孔等現象，使膜層的性能得到改善，同時使工作電壓能夠始終保持在輝光放電階段，不會由于產生弧光而使膜層形成熔斑，鍍膜參數的調整和確定也得到簡化。
文檔編號C23C16/50GK1055565SQ9010508
公開日1991年10月23日 申請日期1990年4月7日 優先權日1990年4月7日
發明者李孟春, 趙乃石, 趙小軍, 王京國 申請人:李孟春, 趙乃石