[实用新型]磁控弧光放电离子镀装置

说明书

本实用新型属真空镀膜设备，特别是涉及磁控等离子体镀膜的装置。

与本实用新型最接近的现有技术是电子枪蒸发离子镀装置。其具体结构可参考图1。在真空室外壳13内的下方装有电子枪1和由被镀材料构成的固体蒸气源9，电子枪1发射电子激发被镀材料蒸发。在真空室外壳13内的上方装有基板2，跟射频电源14(RF)联接，在基板2上产生自偏压。在真空室外壳13的侧面还装有射频喷嘴16，向真空室内喷射被离化了的离子，使这些离子与被镀材料的固体蒸气充分接触化合，再沉积在被镀衬底(即基板2)上。这种电子枪蒸发离子镀装置由于用射频喷嘴16喷射离子，气体中的离子密度低，蒸发的固体蒸气与离子碰撞化合的机会少，使成膜速度慢，成膜效果差。

本实用新型是在电子枪蒸发离子镀装置的基础上，加装磁控弧光放电装置，在真空室内形成一个等离子体区，增大离子密度，使固体蒸气与离子碰撞化合充分，达到成膜速度快质量好的目的。

本实用新型的目的是这样实现的。在现有的电子枪蒸发离子镀装置内，横向相对加装两块永磁体，它们之间产生一个横向磁场；同时在两块永磁体附近分别装有阴极和阳极，二者产生弧光放电，形成与磁场方向相平行的电场。在阴极处的灯丝发射的电子在磁场和电场相互作用下做螺旋运动，增加了电子与气体的碰撞机会，达到增大等离子体密度的效果。同时，在磁场和电场区域内形成的高密度等离子体区，使固体蒸气源产生的蒸气与等离子体充分化合，使成膜速度快质量好。

本实用新型的具体结构可参见图2。本实用新型的结构包括，在开有进气孔10和抽气孔11的真空室外壳13内，下方装有电子枪1和固体蒸气源9，上方装有基板2，基板2跟射频电源14连接，使基板2产生自偏压。在真空室内的基板2下面，横向装有两块永磁体6、7，两永磁体6、7的异性磁极相对放置。在靠近永磁体7的内侧装有灯丝3和阴极4，在靠近永磁体6的内侧装有阳极5。

在本实用新型的装置中，所说的阴极4和阳极5可以分别是两个冷水套的相对表面，该冷水套分别将永磁体7和永磁体6围装其中。灯丝3和阳极5间有弧光电源12连接，阳极5处于零电位。灯丝3跟灯丝电源15连接，灯丝3处于负电位。为使两永磁体6、7之间形成区域大小合适的高密度等离子体区8，永磁体6和7的中心磁场强度可为20～80高斯[(2.0～8.0)×10^-3特斯拉]，阴极4和阳极5表面间的距离可控制在10～30厘米范围，弧光放电的电流在5～30安培范围。

利用本实用新型的装置可以在衬底基板2上形成立方氮化硼、氮化碳，氮化铝等多种薄膜。比如：以硅或镍作衬底，在其上沉积立方氮化硼膜，固体蒸气源9为硼元素，真空室内通过抽气孔11抽真空，再从进气孔10充入一定量的氮气。稀薄的氮气在灯丝3发出的电子激发下形成等离子体，由于电子的螺旋运动，增加了与氮气碰撞机会而使氮气充分电离，形成高密度等离子体区8。同时，硼源激发出的硼蒸气与氮离子充分化合，形成氮化硼沉积在基板2的硅或镍衬底上。

本实用新型的装置，首先能产生高密度的等离子体区。这是因为弧光放电电流大，有大量的电子与气体碰撞提高等离子体的密度，还因为电子作螺旋运动，增加了运动路径，使电子与气体碰撞几率大幅度增加。由于弧光和电、磁场作用，即使气体压强在3×10^-2Pa情况下，也能产生足够的等离子体，足以获得好的化合物薄膜。其次，固体蒸气能够在本装置内与气体离子充分接触化合，这是因为电场和磁场共同作用使等离子体限制在一定的空间内，离子密度大的缘故，因而有利于成膜速度和成膜质量。

附图说明

图1是现有技术的电子枪蒸发离子镀装置的示意图。

图2是本实用新型的磁控弧光放电离子镀装置的示意图。