CVD制程工藝及設(shè)備介紹課件

CVD制程工藝及設(shè)備介紹2014年05月10日李廣錄1感謝下載主要內(nèi)容1.PECVD制程工藝介紹

2.PECVD設(shè)備介紹2感謝下載PECVD制程工藝介紹1.TFT-LCD基本概念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3感謝下載TFT-LCD基本概念ThinFilmTransistorLiquidCrystalDisplay薄膜晶體管液晶顯示器ThinFilm：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LiquidCrystal：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ThinFilmTransistor：Controlthepixelsignalon/offLiquidCrystal：Controlthelightpolarization4感謝下載黑矩陣背光源ＴＦＴ-ＬＣＤ

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5感謝下載6感謝下載TFT-LCD名詞解釋分辨率（DisplayResolution）：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）。對比度（ContrastRatio）：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的對比值為200:1至400:1。視角（ViewingAngle）：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。反應(yīng)時間（ResponseTime）：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20~30毫秒。（標(biāo)準(zhǔn)電影格式每畫面為40毫秒）7感謝下載8感謝下載9TFT基本概念GSDSDGSDG9感謝下載CVD工程在TFT流程中的作用（受入洗凈）成膜前洗凈PVD

成膜（PhysicalVaporDeposition）光刻(Lithograph)濕蝕刻（WETEtch）干蝕刻（DryEtch）CVD成膜

(ChemicalVaporDeposition)Resist剝離外觀檢查Pattern修正（斷線修正）10感謝下載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-Si

G-SiNxPas-SiNxN+a-Si

a-Si半導(dǎo)體膜Gate絕緣膜Passivation鈍化膜11感謝下載TFT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)DrainD(漏電極)Drain12感謝下載作用特性要求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13感謝下載CVD原理介紹CVD(ChemicalVaporDeposition)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(Substrate)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)或熱分解薄膜的材料源由外加氣體供給制程反應(yīng)物必須為氣相的形式14感謝下載種類熱CVD等離子CVDAP-CVD(AtmosphericPressureCVD)LP-CVD（LowPressureCVD）PE-CVD(Plasma

enhancedCVD)設(shè)備簡圖反應(yīng)壓力大氣真空真空基板溫度700~800℃700~800℃200~400℃使用產(chǎn)業(yè)ICICLCD，IC，Solar排氣成膜氣體ＲＦ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15感謝下載PECVD反應(yīng)原理Plasma的概念通常被視為物質(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(fù)粒子（其中包括正離子、負(fù)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(fù)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(fù)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：等離子體中相互作用的電磁力是長程的庫侖力。16感謝下載Plasma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(dāng)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)。等離子體產(chǎn)生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neutralgasatomsormoleculesionsfreeradicalsElectronsphotons人為產(chǎn)生等離子體的主要方法

其中輝光放電(GlowDischarge）所產(chǎn)生的等離子體在薄膜材料的制備技術(shù)中得到了非常廣泛的應(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。17感謝下載等離子體（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+Ar→2e+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(fù)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。18感謝下載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(dá)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19感謝下載20感謝下載PECVDProcessParameterGasflowrate(SiH4,NH3,H2,PH31%/H2,N2,Ar,NF3)ChamberPressure…….(pumpingspeed,throttlevalveposition)RFPowerSubstratetemperatureElectrodespacingPECVDFilmsforTFTa-Si(SiH4,H2)SiH4+H2a-Si:HN+a-Si(SiH4,H2,PH31%/H2)SiH4+H2+PH3N+a-Si:HSiNx(SiH4,NH3,N2)SiH4+NH3+N2SiNx:HLowerprocesstemperature(300~450℃)forglasssubstratePlasmaassistLessglassdamage

BetterthicknessuniformityforlargeareadepositionmassproductionbylargeareasubstratesWhyPECVDforTFT?21感謝下載CVD工程使用的氣體3-LayerPas-SiNxCleaningG-SiNxa-SiN+a-SiSiH4○○○○PH3(1%)/SiH4○NH3○○N2○○H2○○○Ar○NF3○◎氣體的性質(zhì)(物理和化學(xué)性質(zhì)），純度等需考慮22感謝下載膜質(zhì)確認(rèn)的目的維持品質(zhì)(如TFT特性)確認(rèn)裝置的狀態(tài)（如MFC/RF/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RFPower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23感謝下載3-Layer成膜工程頻度項目目的3-Layer后斜光檢查4Pcs/Lot①Mura②成膜區(qū)域③基板破損，劃傷④異常放電①特性特性異常②成膜區(qū)域③防止后工程基板裂紋④特性異常外觀檢查1Lot/2daysParticle點缺陷和線缺陷N+Photo①AM圖像檢查②AP缺陷數(shù)趨勢①Trouble時②趨勢監(jiān)控①Mura②Particle①特性異常②點缺陷，線缺陷Array檢查趨勢監(jiān)控①Particle①特性異常①點缺陷，線缺陷②特性異常Pas成膜工程頻度項目目的Pas后斜光檢查4Pcs/Lot①Mura②成膜區(qū)域③基板破損，劃傷④異常放電①特性異常②成膜區(qū)域③防止后工程基板裂紋④特性異常N+Photo①AM圖像檢查②AP缺陷數(shù)趨勢①Trouble時②趨勢監(jiān)控①Mura②Particle①特性異常②點缺陷，線缺陷工藝參數(shù)及檢查項目----工程管理24感謝下載PECVD設(shè)備簡介1.CVD設(shè)備主機臺AKT25K/25KAX

2.安全方面介紹25感謝下載MainframeStructureProcessChamberDDSLTransferChamberHeatChamberMainframeControlTowerGasPanel26感謝下載MainframeStructureDDSLTransferChamberProcessChamber27感謝下載ItemDescriptionDDSLPumpsdownincomingsubstratesandcoolshotsubstratespriortosubstrateunloading.ProcesschamberPerformsprocesses(serialorparallel)onsinglesubstrateswithplasmaenhancedchemicalvapordeposition.HeatchamberBatchpreheatssubstratespriortoprocessing.Transferchamber(withvacuumrobot)Containsavacuumrobotthatmovessubstratesundervacuumbetweenchambers.GaspanelControlsprocessgasflowtoprocesschambers.MainframecontroltowerHousesthemainframepowerdistribution,DCpowersupplies,mainframeVMEcontroller,andheatchambertemperaturecontroller.MainframeStructure28感謝下載正面圖PinInputPlatePinCoolingPlateDDSL全稱為DoubleDualSlotLoadLock，也可以直接稱之為loadlock。它是為進入的Substrate的降壓和為已鍍膜的Substrate降溫。29感謝下載PressureSwitchGaugeActuatorAlignmentFixtureClampingMechanismSensorCDAOpenandCloseN2O-ring側(cè)面圖30感謝下載DDSL內(nèi)玻璃位置調(diào)節(jié)功能31感謝下載DDSL的工作原理SubstrateLoad送片時，ATMRobot將玻璃放到DDSL的Inputplatepin上，這時coolingplate上升,Actuator將pinplate上的Alignment頂起，固定住玻璃。然后coolingplate下降，回到原來位置.通入N2作用是Vent。SubstrateUnload取片時，T/CRobot將玻璃放到coolingplate的Liftpin上，然后coolingplate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，coolingplate上升后的停止位置Clamp：玻璃從ATMRobot到loadlock后，隨coolingplates上升，Actuator推動ClampingMechanism夾緊玻璃時的位置32感謝下載TransferchamberTransferchamber的作用在真空的環(huán)境下完成真空機械手臂從DDSL取片并將其放入到Processchamber中，并將Processchamber中鍍膜完成的基板取出放入DDSL中。4個viewport：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)33感謝下載SubstrateSensorSensorReflector34感謝下載AKT25KAX35感謝下載TCEndEffectorPadWristplate梯形pad圓形padClampingscrewsEndEffectorPad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)室的空間。36感謝下載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(dá)到防止靜電的目的。因為如果產(chǎn)生了靜電會破壞N+層膜。PadImprovement37感謝下載AKT25K與25KAX的不同項目25K25KAXLoadlockDDSLTSSL有2層，每層都有一個inputplate和coolingplate，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。TransferChamber單層VacuumRobot雙層VacuumRobot腔室頂部為平的腔室頂部為穹頂38感謝下載ProcesschamberProcesschamber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。39感謝下載ProcessChamber的構(gòu)成ChamberlidChamberbodyChamberbase40感謝下載P/CChamberlid41感謝下載Diffuser(上電極)42感謝下載P/CChamberlid氣體通過BafflePlate向diffuser擴散，起均勻分布作用。BafflePlateGasInletBackingPlateLidFrame43感謝下載RFMatchBox外部結(jié)構(gòu)匹配原理R--負(fù)載電阻(阻抗)r--電源的內(nèi)阻(阻抗)當(dāng)電阻R=r時，負(fù)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(fù)載的阻抗可表示為Z=R+jX。要使負(fù)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(fù)載上，而無反射功率或反射功率很小。RFCable(fromgenerator)PowerSwitch44感謝下載RPSUnitRPSC的清洗流程RPSUnit結(jié)構(gòu)PCWIn/OutSignalDisplayACpowerU-tubeResistorManifold4000Hz，6500W45感謝下載ProcessChamberLid各部件作用ItemFunctionsRFmatchbox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。RPSCUnit主要用來清洗PC腔室的。CoolingPlate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。Resistormanifold傳遞RF和plasma到腔體內(nèi)。46感謝下載P/CChamberBodySusceptor（下電極）Susceptor是chamberbody的重要組成部分，主要是在成膜過程中承載基板。47感謝下載Vacuum/ThrottleValve氣體管道ValveGasFinal1GasFinal2氣動閥FilterPCBody部件ThrottleValve：主要作用是通過調(diào)節(jié)角度控制腔室內(nèi)壓力。

VacuumValve：控制腔室內(nèi)是否抽真空。48感謝下載P/CChamberbody部件49感謝下載P/CChamberbody部件CeramicShaftSusceptorSupportPlate定位孔50感謝下載P/CChamberbody部件51感謝下載P/CChamberbaseDisplayPanelDCpowerUPSTurboPumpPower52感謝下載SlitValveN2CDASlitValvePump墊片Bellows橫向Bellows橫向汽缸縱向汽缸53感謝下載PCVacuumGauge較大的VacuumGauge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Isolationvalve（隔離閥）。20TorrSensor（傳感器）是用來檢測腔內(nèi)壓力，當(dāng)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(dāng)于聯(lián)動裝置。SensorIsolationValve1000TorrGauge10TorrCapacitanceGauge54感謝下載GaspanelandMainframeControlTowerBoxGaspanel氣體從這里分開到各chamberMainframecontroltower為機臺提供440V和208V電源55感謝下載Remotesystem56感謝下載RFGeneratorRFGeneratorRFGeneratorRFGeneratorRFGeneratorT/Cpu