本文介紹了磁場輔助PECVD 工作原理，磁場對沉積薄膜的影響。通過對PECVD 中磁場對帶電粒子的約束作用、等離子體能量轉(zhuǎn)換頻率分析，建立輔助磁場模型并進行數(shù)值計算。在現(xiàn)有輔助磁場基礎(chǔ)上改進設(shè)計適用于PECVD 設(shè)備的螺線管磁場系統(tǒng)，得到不同物理條件下磁場分布規(guī)律。進而確定螺線管結(jié)構(gòu)參數(shù)得到均勻分布的磁場，為輔助PECVD 磁場的應(yīng)用提供了一種方法。

　　等離子體增強化學(xué)氣相沉積作為一種傳統(tǒng)的制膜技術(shù)，兼?zhèn)淞嘶瘜W(xué)氣相沉積和等離子體高活化能、低反應(yīng)溫度的優(yōu)點。但在制備光、電薄膜方面,PECVD 技術(shù)還存在著一些亟待解決的問題，如得到的薄膜電阻率較高，阻值分布不均，表面晶粒尺寸較大，粒子間間隙大，這些問題嚴(yán)重影響了薄膜的性能。目前，在主要研究了沉積溫度、電源功率、氣體流量等參數(shù)對薄膜的影響之后，又研究了磁場對等離子體的約束及在薄膜沉積中的作用，實驗結(jié)果表明磁場輔助PECVD 沉積薄膜，對薄膜的均勻性，沉積速率以及電學(xué)性能都有顯著的提高。

　　文章描述了磁場在PECVD 中制備薄膜的作用，分析等離子體在正交電磁場中的運動特性。根據(jù)螺線管磁場特點，建立輔助磁場模型并進行數(shù)值計算，對PECVD 輔助磁場系統(tǒng)進行改進，得到均勻磁場，并對產(chǎn)生磁場分布作了進一步模擬分析。

1、PECVD工作原理

　　等離子體的產(chǎn)生方法有很多種，比如二級直流輝光放電，射頻輝光放電，微波激發(fā)等離子體等。本文所研究的是電容耦合射頻PECVD，其原理為在低氣壓下，反應(yīng)氣體受到射頻電源的激發(fā)，產(chǎn)生電離并形成由帶電的電子和離子組成的等離子體，反應(yīng)腔體中的氣體在電子的撞擊下，除了轉(zhuǎn)變成離子外，還吸收能量并形成大量的活性基團；這些活性基團和等離子體，電勢高于反應(yīng)腔體中接地電極電勢，將被沉積在接地電極上的基片表面，形成功能薄膜。沉積不同的薄膜需要不同的反應(yīng)氣體，產(chǎn)生的等離子體成分也有很大差別。

2、輔助PECVD 磁場模擬計算與分析

2.1 磁場輔助PECVD 原理

　　文獻報道了磁場對等離子體影響的實驗結(jié)果。實驗中發(fā)現(xiàn)磁場能在一定程度上影響等離子體中粒子之間的碰撞過程，以及影響帶電粒子的運動和空間位置。沿磁感應(yīng)強度矢量方向的等離子體特性，與非磁化等離子體的特性相同，因此施加與電場方向平行的磁場幾乎不起作用，曾有人設(shè)計實驗裝置施加了與電場方向垂直即與電極板平行的勻強磁場，如圖1 所示。

圖1 磁場輔助PECVD 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

　　該裝置為磁場輔助等離子體增強化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)， 射頻源為SY500W 射頻功率源和SP- II 型功率匹配器, 等離子體的激發(fā)頻率為13.56 MHz。上下極板的面積均為: 300 mm×150 mm,兩電極板之間的距離為25 mm。為了獲得較低壓強使用了一臺分子泵和一臺旋片泵組成的真空系統(tǒng)。圓筒型反應(yīng)室內(nèi)部為容性平板電極，產(chǎn)生垂直于極板的交變電場，外部纏繞螺旋線圈產(chǎn)生與平板平行即與電場垂直的磁場。正交電磁場如圖2 所示。

圖2 正交電磁場中的磁化等離子體

　　在圖2 正交電磁場中，帶電粒子做拉莫爾運動（ Larmor movement）。由于電子荷質(zhì)比e/m=－1.75881962×1011 庫侖/ 千克，比單價氫離子的荷質(zhì)比約大2000 倍，因此電子在兩電極間做整體振蕩，而離子由于質(zhì)量很大振幅很小，所以沒有激烈的振蕩，相對電子的振蕩，可以認(rèn)為離子基本不動。在磁場的約束下，電子在電極板間的往復(fù)運動，變?yōu)槁菪�回轉(zhuǎn)運動，行程大大增加從而增大了與中性粒子的碰撞頻率，增大了等離子體密度。即活性粒子密度增大，同時增強了等離子體的化學(xué)活性，從而增強等離子體中反應(yīng)物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)。因為具有一定能量的離子密度的增加，增強了附著原子在表面的遷移能力，從而產(chǎn)生表面缺陷并改變表面化學(xué)性質(zhì)，促進表面的化學(xué)反應(yīng)和擴散，同時通過產(chǎn)生晶體的缺陷、吸附“激活”的物質(zhì)、注入高能的轟擊物質(zhì)、產(chǎn)生電子放電位置和表面粒子的反射注入等方式來促進形核點的增加，這樣就導(dǎo)致了薄膜沉積速率增大。另外電子的回旋震蕩運動增大與中性氣體的碰撞幾率，所以在較低的氣壓下也能使氣體產(chǎn)生輝光放電，得到等離子體。

3、結(jié)論

　　磁場輔助PECVD 中磁場的產(chǎn)生可以利用螺線管產(chǎn)生輔助磁場，均勻纏繞和簡單的在兩端增加纏繞均不能得到均勻磁場，利用錐形的增加纏繞方式，得到了很好的效果。

　　運用ansoft 軟件對磁場進行了模擬計算，獲得了不同物理條件下的磁場分布規(guī)律，為磁場在等離子體化學(xué)氣相沉積中的應(yīng)用提供了理論依據(jù)。