[发明专利]电场约束等离子体线性反应溅射镀膜阴极装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种溅射镀膜的阴极装置。

背景技术

现有技术中常用的溅射镀膜方法大多都是磁控溅射镀膜技术，即利用磁场约束等离子体，在低气压下，通过高能离子溅射出靶原子，使其沉积到基片上，来达到镀膜的目的。这种方法最大的缺点是在反应溅射镀膜时，反应气体气源会与靶的表面作用，使其氧化(靶中毒现象)。这样会极大的影响沉积速率和膜的特性。最近一些年，一种新的溅射镀膜方法提了出来，这种方法是利用高速的氩气通过两个平行靶之间，而让工作气体气源在靶室的外面，受氩气的排斥，工作气体气源难以接触到靶表面，从而避免了靶中毒。Johannes Stollenwerk等应用此理念发明了镀氧化镁薄膜的方法(美国专利6150030)。可是由于氩气的速度在靶的表面很小，仍有少量的反应气体会沿着靶面进入腔内。为了防止这种现象，Alan Delahoy等发明了气体扰动法以达到防止氧气与靶接触(美国专利7235160)，但当靶比较宽，靶距比较小时，气体扰动效果就变得不明显了，特别是在氩气的出口处，这是因为具有一定初速度的氩气在平行靶的表面不断与平行靶的表面撞击和摩擦，导致氩气损失能量、速度减慢，在靶腔出口处，位于靶表面处的氩气速度几乎减低为零，反应气体便会沿靶表面渗入到靶腔内，并与靶材的溅射表面进行反应，引起导致靶中毒。此外，由于平行靶溅射方法利用自产生的电场约束等离子体，在靶腔的边缘处(出口处)，电场强度很弱，等离子体容易从边缘逃选出去，从而降低了等离子体的密度。因此也降低了溅射速率，也就是薄膜的沉积速率。

发明内容

本发明目的是克服现有技术中的问题，提供一种能够更好的约束等离子体、提高等离子体的密度、有效防止反应气体与靶接触，提高溅射速率的电场约束等离子体线性反应溅射镀膜阴极装置。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种电场约束等离子体线性反应溅射镀膜阴极装置，它包括：靶架、工作气体气源、反应气体气源、相对地设置在所述的靶架上并均沿着纵向延伸的第一靶材和第二靶材，所述的第一靶材和第二靶材分别与负极电源相电连接，所述的第一靶材和第二靶材相对的两个侧壁面分别向内凹陷形成溅射表面，且一对溅射表面之间形成靶腔；所述的工作气体气源和反应气体气源分别位于所述的靶腔的入口侧和出口侧，在垂直于所述的纵向的横向截面上，一对所述的溅射表面之间的最小距离位于所述的靶腔的出口处。

本发明进一步地技术方案是：在所述的阴极装置的横截面上，所述的溅射表面的投影为曲线。

优选地，在所述的阴极装置的横截面上，所述的溅射表面的投影为圆弧线。

进一步地说，所述的第一靶材和第二靶材的横截面均呈扇环形。

优选地，所述的溅射表面在所述的阴极装置的横截面上的投影所形成的曲线的曲率为K，0＜K＜1/50米^-1。

优选地，一对所述的溅射表面之间的最大距离为20mm～100mm。

或者，在所述的阴极装置的横截面上，所述的溅射表面的投影为抛物线。

进一步地说，所述的工作气体气源包括：工作气体管路、用于使工作气体沿切线方向进入所述的靶腔的导流气罩，所述的导流气罩罩在所述的工作气体管路的外侧，所述的导流气罩上具有朝向所述的靶腔的开口，所述的工作气体管路在远离所述的开口的一侧开设有多个气孔，所述的工作气体管路与所述的导流气罩之间形成导流通道。

优选地，所述的第一靶材和第二靶材还分别包括与所述的靶架相连接的结合面以及连接所述的结合面和所述的溅射表面的侧端面；自所述的靶腔的出口处向外，所述的第一靶材的侧端面和所述的第二靶材的侧端面之间的距离逐渐增大形成一喇叭口，所述的反应气体气源位于所述的喇叭口的外侧。

优选地，所述的反应气体气源包括一对分别设置在所述的靶架上的反应气体管路，一对所述的反应气体管路上均开设有出气孔，且一对所述的反应气体管路上的出气孔相对设置。

进一步地，所述的第一靶材和第二靶材分别选自Al、Zn、Ti、Cr、Cu、Fe、Mg、Sn、In、Si中的一种或其任意两种或多种材料的合金。所述的第一靶材和第二靶材的材料相同，或者所述的第一靶材和第二靶材的材料不相同。

进一步地，所述的反应气体为O₂、Cl₂、H₂、H₂O、SH₂、N₂、CO₂、NH₃、BH₃等气体。