CVD制程工藝及設(shè)備介紹

1、編輯課件CVDCVD制程工藝及設(shè)備介紹制程工藝及設(shè)備介紹2014年年05月月10日日李廣錄李廣錄編輯課件主要內(nèi)容 編輯課件PECVD制程工藝介紹 2.CVD工程目的及原理介紹 3.PECVD設(shè)備及反應(yīng)原理 4.工藝參數(shù)及檢查項目編輯課件TFT-LCD基本概念Thin Film Transistor Liquid Crystal Display薄膜晶體管液晶顯示器Thin Film：薄膜，膜厚在um(10-6m)級以下Transistor：電晶體，固態(tài)半導(dǎo)體元件，作為一種可變開關(guān)，基於輸入的電壓可控制輸出的電流Liquid Crystal：液晶，不同軸向透光性不同，具有依照電場方向旋轉(zhuǎn)排列功能T

2、hin Film Transistor：Control the pixel signal on/offLiquid Crystal：Control the light polarization編輯課件黑矩陣背光源- 結(jié)構(gòu)圖偏光片CF公共電極液晶層象素電極掃描線信號線TFT玻璃偏光片編輯課件編輯課件TFT-LCD名詞解釋l分辨率（Display Resolution ）：顯示器上水平方向和垂直方向上相素（Pixel）的數(shù)目。注：一個相素有R、G、B三個子相素（Sub-Pixel）。l對比度（Contrast Ratio）：顯示器最大亮度值（全白）與最小亮度值（全黑）之比值。一般TFT-LCD的對

3、比值為200:1至400:1。l視角（Viewing Angle）：在大角度觀看的情況下，顯示器亮暗對比變差會使畫面失真，而在可接受的觀測角度范圍就稱為視角。l反應(yīng)時間（Response Time）：從輸入信號到輸出影像所經(jīng)歷的時間，一般液晶顯示器反應(yīng)時間為2030毫秒。（標準電影格式每畫面為40毫秒）編輯課件編輯課件9TFT基本概念GSDSDGSDGGate lineData lineClcCsa-Si工作層編輯課件CVD工程在TFT流程中的作用（受入洗凈）成膜前洗凈PVD 成膜（ Physical Vapor Deposition）光刻(Lithograph)濕蝕刻（WET Etch）干蝕

4、刻（Dry Etch）CVD 成膜 (Chemical Vapor Deposition)Resist剝離外觀檢查Pattern修正（斷線修正）編輯課件CVD工程在TFT流程中的作用Pixel模式圖TFT模式圖（平面)TFT模式圖（斷面)（PECVD）沉積Drain電極Gate電極像素電極a-SiG-SiNxPas-SiNxN+ a-Sia-Si半導(dǎo)體膜Gate絕緣膜Passivation鈍化膜編輯課件TFT等效電路等效電路CsGate線(掃描線) G(柵極)Gate=G(柵電極或閘極)GateS(源電極)SourceClcData線(數(shù)據(jù)線)S(源電極)Source有源層a Si層D(漏電極

5、)DrainD(漏電極)Drain編輯課件 作用 特性要求G-SiNx（柵極絕緣層）絕緣保護電介質(zhì)系數(shù)高a-Si（通道層）電子溝道電子遷移率高N+ a-Si（歐姆接觸層）信號線性傳輸形成歐姆接觸Pas-SiNx（絕緣保護層）絕緣保護抗化學(xué)腐蝕性好，抗潮濕CVD各層膜的用途及特性要求TFT斷面圖CVD工程在TFT流程中的作用Pas-SiNx層N+ a-Si層a-Si層G-SiNx層編輯課件CVD原理介紹CVD (Chemical Vapor Deposition )化學(xué)氣相沉積 借由氣體混合物發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，包括利用熱能、等離子體(Plasma)或紫外光（UV）照射等方式，在基板 (Substr

6、ate)表面上沉積一層固態(tài)化合物的過程。關(guān)鍵點經(jīng)由化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)或熱分解熱分解薄膜的材料源由外加氣體供給外加氣體供給制程反應(yīng)物必須為氣相氣相的形式編輯課件種類熱CVD等離子CVDAP-CVD (Atmospheric Pressure CVD)LP-CVD（Low Pressure CVD）PE-CVD (Plasma enhanced CVD)設(shè)備簡圖反應(yīng)壓力大氣真空真空基板溫度700800700800200400使用產(chǎn)業(yè)ICICLCD，IC，Solar排氣成膜氣體電源真空腔室Plasma電極排氣成膜氣體基板加熱器幾種常見CVD比較編輯課件PECVD反應(yīng)原理Plasma的概念 通常被視為物

7、質(zhì)除固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)之外存在的第四種形態(tài),它是一種中性、高能量、離子化的氣體，由是大量的帶電的正粒子、負粒子（其中包括正離子、負離子、電子、自由基和各種活性基團等）組成的集合體，其中正電荷和負電荷的電量相等，故稱等離子體（Plasma）。 等離子體是宇宙中存在最廣泛的一種物態(tài)，目前觀測到的宇宙物質(zhì)中, 99%都是等離子體,但分布的范圍很稀薄。注意點注意點非束縛性：異類帶電粒子之間相互“自由”，等離子體的基本粒子元是帶正負電荷的粒子（電子、離子），而不是其結(jié)合體。粒子與電場的不可分割性：等離子體中粒子的運動與電場（外場以及粒子產(chǎn)生的自洽場）的運動緊密耦合，不可分割。集體效應(yīng)起主導(dǎo)作用：等離子體中

8、相互作用的電磁力是長程的庫侖力。編輯課件Plasma產(chǎn)生原理產(chǎn)生原理 在氣壓恒定的條件下，對氣體增加能量(熱能，電能等)，當氣體中的溫度足夠高時，氣體中的分子就會分解為原子氣。進一步升高溫度，原子就會分解為帶電的自由離子(電子和正離子)，此時氣體進入等離子體態(tài)。熱電離 氣體放電射線輻照 激光壓縮 電暈放電 輝光放電 電弧放電 Plasma包含包含lneutral gas atoms or moleculeslions lfree radicalslElectronslphotons人為產(chǎn)生等離子體的主要方法 其中輝光放電(Glow Discharge）所產(chǎn)生的等離子體在薄膜材料的制備技術(shù)中得到

9、了非常廣泛的應(yīng)用，Sputter和CVD設(shè)備采用的正是輝光放電來產(chǎn)生等離子體。編輯課件等離子體（Plasma）形成中電子碰撞引發(fā)的過程類型分解(Dissociation)電離(Ionization)激發(fā)(Excitation)說明e+CCl4 e+Cl+CCl3e+Ar2e+ Ar+電子躍遷圖例PECVD原理 反應(yīng)氣體在高溫和高頻射頻電源作用下形成等離子體（整體呈現(xiàn)電中性），等離子體中含有正離子、負離子，自由基以及活性基等，這些活性基團通過化學(xué)反應(yīng)和吸附結(jié)合作用，形成固體化合物的過程。編輯課件PECVD反應(yīng)示意圖氣體原料排氣基板加熱離子化學(xué)反應(yīng)激發(fā)與電子碰撞堆積表面反應(yīng)脫離吸著再吸著分解二次生

10、成物未反應(yīng)氣體析出等離子體（1）電子和反應(yīng)氣體發(fā)生碰撞，產(chǎn)生大量的活性基；（2）活性基被吸附在基板上，進行表面反應(yīng)；（3）被吸附的原子在自身動能和基板溫度的作用下，在基板表面遷移，選擇能量最低的點堆積下來；（4）同時，基板上的原子不斷脫離周圍原子的束縛，進入等離子體氣氛中參與化學(xué)反應(yīng)，達到動態(tài)的平衡；（5）不斷地補充原料氣體，使原子沉積速率大于原子逃逸速率，薄膜持續(xù)生長；（6）二次生成物和未反應(yīng)的氣體會經(jīng)排氣口排出。PECVD反應(yīng)過程編輯課件編輯課件 PECVD Process Parameter Gas flow rate (SiH4, NH3, H2, PH3 1%/H2, N2, Ar,

11、 NF3)Chamber Pressure. (pumping speed, throttle valve position)RF PowerSubstrate temperatureElectrode spacing PECVD Films for TFTa-Si (SiH4,H2) SiH4 + H2 a-Si:H N+ a-Si (SiH4,H2 ,PH3 1% /H2) SiH4 + H2 + PH3 N+ a-Si:H SiNx (SiH4, NH3, N2) SiH4 + NH3 + N2 SiNx:H Lower process temperature (300450) for

12、glass substratePlasma assistLess glass damage Better thickness uniformity for large area depositionmass production by large area substratesWhy PECVD for TFT ?編輯課件CVD工程使用的氣體3-LayerPas-SiNxCleaningG-SiNxa-SiN+ a-SiSiH4PH3(1%)/SiH4NH3N2H2ArNF3氣體的性質(zhì)(物理和化學(xué)性質(zhì)），純度等需考慮編輯課件膜質(zhì)確認的目的維持品質(zhì) (如TFT特性)確認裝置的狀態(tài)（如MFC/RF

13、/真空計是否異常）膜質(zhì)及影響膜質(zhì)的參數(shù)影響膜質(zhì)的工藝參數(shù)參數(shù)通常對膜質(zhì)的影響備注基板溫度膜的致密性，組份氣體流量沉積速度氣體流量比膜的折射率，組份RF Power沉積速度，組份沉積速度影響設(shè)備生產(chǎn)節(jié)拍Pressure沉積速度Pressure和Spacing對于膜厚分布影響較大Spacing沉積速度成膜時間膜厚工藝參數(shù)及檢查項目編輯課件3-Layer成膜工程頻度項目目的3-Layer 后斜光檢查4Pcs/LotMura成膜區(qū)域基板破損，劃傷異常放電特性特性異常成膜區(qū)域防止后工程基板裂紋特性異常外觀檢查1Lot/2daysParticle點缺陷和線缺陷N+ PhotoAM圖像檢查AP缺陷數(shù)趨勢Tr

14、ouble時趨勢監(jiān)控 Mura Particle特性異常點缺陷，線缺陷Array檢查趨勢監(jiān)控 Particle特性異常點缺陷，線缺陷特性異常Pas成膜工程頻度項目目的Pas 后斜光檢查4Pcs/LotMura成膜區(qū)域基板破損，劃傷異常放電特性異常成膜區(qū)域防止后工程基板裂紋特性異常N+ PhotoAM圖像檢查AP缺陷數(shù)趨勢Trouble時趨勢監(jiān)控 Mura Particle特性異常點缺陷，線缺陷工藝參數(shù)及檢查項目-工程管理編輯課件25PECVD設(shè)備簡介CVD設(shè)備主機臺設(shè)備主機臺AKT25K/25KAX 2.安全方面介紹安全方面介紹編輯課件Mainframe Structure Process C

15、hamberDDSLTransfer ChamberHeat ChamberMainframe Control TowerGas Panel編輯課件Mainframe StructureDDSLTransfer ChamberProcess Chamber編輯課件ItemDescriptionDDSLPumps down incoming substrates and cools hot substrates prior to substrate unloading.Process chamberPerforms processes (serial or parallel) on single

16、 substrates with plasma enhanced chemical vapor deposition.Heat chamberBatch preheats substrates prior to processing.Transfer chamber(with vacuum robot)Contains a vacuum robot that moves substrates under vacuum between chambers.Gas panelControls process gas flow to process chambers.Mainframe control

17、 towerHouses the mainframe power distribution, DC power supplies, mainframe VME controller, and heat chamber temperature controller.Mainframe Structure編輯課件正面圖PinInput PlatePinCooling PlateDDSL 全稱為Double Dual Slot Load Lock ，也可以直接稱之為load lock。它是為進入的Substrate的降壓和為已鍍膜的Substrate降溫。編輯課件Pressure SwitchGau

18、geActuatorAlignment FixtureClamping MechanismSensorCDA Open and CloseN2 O-ring側(cè)面圖編輯課件DDSL內(nèi)玻璃位置調(diào)節(jié)功能編輯課件DDSL的工作原理Substrate Load送片時，ATM Robot將玻璃放到 DDSL的Input plate pin上，這時cooling plate上升, Actuator將pin plate上的Alignment頂起，固定住玻璃。然后cooling plate下降，回到原來位置.通入N2作用是Vent。Substrate Unload取片時，T/C Robot將玻璃放到coolin

19、g plate的Lift pin上，然后cooling plate上升，貼近玻璃表面，給玻璃降溫，之后回到原來位置。四個位置Load：Robot剛進入Loadlock時的位置Exchange：Robot將玻璃放在Pin時的位置Cool：玻璃從T/C到loadlock時，cooling plate上升后的停止位置Clamp：玻璃從ATM Robot到loadlock后，隨cooling plates上升，Actuator推動Clamping Mechanism夾緊玻璃時的位置編輯課件Transfer chamberTransfer chamber的作用在真空的環(huán)境下完成真空機械手臂從DDSL 取

20、片并將其放入到Process chamber中，并將Process chamber 中鍍膜完成的基板取出放入DDSL中。4個view port：用來觀察基板的狀態(tài)、位置是否放好。12個sensor:用來偵測是否有破片外部結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)編輯課件Substrate SensorSensorReflector編輯課件AKT25KAX編輯課件TC End Effector PadWrist plate梯形pad圓形padClamping screwsEnd EffectorPad作用：通過靜摩擦來固定基板；采用四根叉子保證了基板的平穩(wěn)；采用碳素鋼增加了硬度，減少了基板和叉子的下垂量，有效地利用反應(yīng)室的空

21、間。編輯課件3LPas3層的pad采用表面凸起的類型，這樣有利于增加pad和玻璃基板的接觸面積，加大摩擦力，延長了pad的使用壽命。PAS層的pad則采用表面是網(wǎng)狀的pad，此方法是通過減少接觸面積達到防止靜電的目的。因為如果產(chǎn)生了靜電會破壞N+層膜。Pad Improvement編輯課件AKT25K與25KAX的不同項目25K25KAXLoadlockDDSLTSSL有2層，每層都有一個input plate和cooling plate，玻璃進出不必一致，可以從第一層進，從第二層出。有三層，基板每層都可以進出，即從第一層進未必從第一層出。Transfer Chamber單層Vacuum Ro

22、bot雙層Vacuum Robot腔室頂部為平的腔室頂部為穹頂編輯課件39Process chamberProcess chamber簡稱為PC，為CVD機臺的成膜制程腔室，AKT-25K每個機臺有4個PC，而AKT-25KAX每個機臺有5個PC。編輯課件Process Chamber的構(gòu)成Chamber lidChamber bodyChamber base編輯課件P/C Chamber lid編輯課件42Diffuser(上電極)編輯課件P/C Chamber lid氣體通過Baffle Plate向diffuser擴散，起均勻分布作用。Baffle PlateGas InletBacki

23、ng PlateLid Frame編輯課件RF Match Box外部結(jié)構(gòu)匹配原理R-負載電阻(阻抗) r-電源的內(nèi)阻(阻抗)當電阻R=r時，負載R吸收的能量最大，即RF有效輸出功率最大。射頻電源的輸出阻抗通常與輸出電纜的特征阻抗相同，設(shè)備負載的阻抗可表示為Z=R + j X。要使負載與電纜的特性阻抗相匹配，就需要加匹配網(wǎng)絡(luò)，使得電源的輸出功率全部加到負載上，而無反射功率或反射功率很小。RF Cable(from generator)PowerSwitch編輯課件RPS UnitRPSC的清洗流程RPS Unit結(jié)構(gòu)PCW In/OutSignalDisplay AC powerU-tubeR

24、esistor Manifold4000Hz，6500W編輯課件Process Chamber Lid各部件作用ItemFunctionsRF match box主要用來消除的容抗和感抗得到較純正的阻抗，其目的是提高RF的功率，其值大約為50歐姆。RPSC Unit主要用來清洗PC腔室的。Cooling Plate對PC上面的部件有一個冷卻的作用，還有一個作用可能是維持PC腔室溫度的穩(wěn)定。 Resistor manifold傳遞 RF 和 plasma 到腔體內(nèi)。編輯課件P/C Chamber BodySusceptor（下電極）Susceptor是chamber body的重要組成部分，主要

25、是在成膜過程中承載基板。編輯課件Vacuum/Throttle Valve氣體管道ValveGas Final 1 Gas Final 2氣動閥FilterPC Body部件Throttle Valve：主要作用是通過調(diào)節(jié)角度控制腔室內(nèi)壓力。 Vacuum Valve：控制腔室內(nèi)是否抽真空。編輯課件49P/C Chamber body部件編輯課件P/C Chamber body部件Ceramic ShaftSusceptor Support Plate定位孔編輯課件P/C Chamber body部件編輯課件P/C Chamber baseDisplay PanelDC powerUPSTur

26、bo Pump Power編輯課件Slit ValveN2CDASlit Valve Pump墊片Bellows橫向Bellows橫向汽缸縱向汽缸編輯課件PC Vacuum Gauge較大的Vacuum Gauge范圍是0.001Torr到10Torr，精確度高且敏感 。較小的那個是0.1到1000Torr，且二者之間有一個Isolation valve（隔離閥）。 20Torr Sensor（傳感器）是用來檢測腔內(nèi)壓力，當腔內(nèi)壓力小于20Torr時，才能把壓力值反映到機臺控制電路板上，進而打開控制氣體的閥門，才會使制程氣體流入到腔室，也就是相當于聯(lián)動裝置。 SensorIsolation Valve1000Torr Gauge10 Torr Capacitance Gauge編輯課件55Gas panel and Mainframe Control Tower BoxGas panel氣體從這里分開到各chamberMain frame control tower為機臺提供440V和208V電源編輯課件56Remote system編輯課件RF GeneratorR