本文介紹了磁場(chǎng)輔助PECVD 工作原理，磁場(chǎng)對(duì)沉積薄膜的影響。通過(guò)對(duì)PECVD 中磁場(chǎng)對(duì)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(chǎng)模型并進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。在現(xiàn)有輔助磁場(chǎng)基礎(chǔ)上改進(jìn)設(shè)計(jì)適用于PECVD 設(shè)備的螺線管磁場(chǎng)系統(tǒng)，得到不同物理?xiàng)l件下磁場(chǎng)分布規(guī)律。進(jìn)而確定螺線管結(jié)構(gòu)參數(shù)得到均勻分布的磁場(chǎng)，為輔助PECVD 磁場(chǎng)的應(yīng)用提供了一種方法。

　　等離子體增強(qiáng)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(diǎn)。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(wèn)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(wèn)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(duì)薄膜的影響之后，又研究了磁場(chǎng)對(duì)等離子體的約束及在薄膜沉積中的作用，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明磁場(chǎng)輔助PECVD 沉積薄膜，對(duì)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(chǎng)在PECVD 中制備薄膜的作用，分析等離子體在正交電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)特性。根據(jù)螺線管磁場(chǎng)特點(diǎn)，建立輔助磁場(chǎng)模型并進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，對(duì)PECVD 輔助磁場(chǎng)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，得到均勻磁場(chǎng)，并對(duì)產(chǎn)生磁場(chǎng)分布作了進(jìn)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(jí)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(tuán)；這些活性基團(tuán)和等離子體，電勢(shì)高于反應(yīng)腔體中接地電極電勢(shì)，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(chǎng)模擬計(jì)算與分析

2.1 磁場(chǎng)輔助PECVD 原理

　　文獻(xiàn)報(bào)道了磁場(chǎng)對(duì)等離子體影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)磁場(chǎng)能在一定程度上影響等離子體中粒子之間的碰撞過(guò)程，以及影響帶電粒子的運(yùn)動(dòng)和空間位置。沿磁感應(yīng)強(qiáng)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(chǎng)方向平行的磁場(chǎng)幾乎不起作用，曾有人設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置施加了與電場(chǎng)方向垂直即與電極板平行的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，如圖1 所示。

圖1 磁場(chǎng)輔助PECVD 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

　　該裝置為磁場(chǎng)輔助等離子體增強(qiáng)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(qiáng)使用了一臺(tái)分子泵和一臺(tái)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(chǎng)，外部纏繞螺旋線圈產(chǎn)生與平板平行即與電場(chǎng)垂直的磁場(chǎng)。正交電磁場(chǎng)如圖2 所示。

圖2 正交電磁場(chǎng)中的磁化等離子體

　　在圖2 正交電磁場(chǎng)中，帶電粒子做拉莫爾運(yùn)動(dòng)（ Larmor movement）。由于電子荷質(zhì)比e/m=－1.75881962×1011 庫(kù)侖/ 千克，比單價(jià)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(méi)有激烈的振蕩，相對(duì)電子的振蕩，可以認(rèn)為離子基本不動(dòng)。在磁場(chǎng)的約束下，電子在電極板間的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，變?yōu)槁菪�回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，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(shí)增強(qiáng)了等離子體的化學(xué)活性，從而增強(qiáng)等離子體中反應(yīng)物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)。因?yàn)榫哂幸欢�能量的離子密度的增加，增強(qiáng)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(jìn)表面的化學(xué)反應(yīng)和擴(kuò)散，同時(shí)通過(guò)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(lái)促進(jìn)形核點(diǎn)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(yùn)動(dòng)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(chǎng)輔助PECVD 中磁場(chǎng)的產(chǎn)生可以利用螺線管產(chǎn)生輔助磁場(chǎng)，均勻纏繞和簡(jiǎn)單的在兩端增加纏繞均不能得到均勻磁場(chǎng)，利用錐形的增加纏繞方式，得到了很好的效果。

　　運(yùn)用ansoft 軟件對(duì)磁場(chǎng)進(jìn)行了模擬計(jì)算，獲得了不同物理?xiàng)l件下的磁場(chǎng)分布規(guī)律，為磁場(chǎng)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)。