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)有輔助磁場基礎上改進設計適用于PECVD 設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 磁場的應用提供了一種方法。

　　等離子體增強化學氣相沉積作為一種傳統(tǒng)的制膜技術(shù)，兼?zhèn)淞嘶瘜W氣相沉積和等離子體高活化能、低反應溫度的優(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，可以認為離子基本不動。在磁場的約束下，電子在電極板間的往復運動，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活性，從而增強等離子體中反應物質(zhì)的化學反應。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性質(zhì)，促進表面的化學反應和擴散，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氣相沉積中的應用提供了理論依據(jù)。