CVD制程工藝及設備介紹課件

CVD制程工藝及設備介紹2014年05月10日1學習交流PPT主要內容1.PECVD制程工藝介紹

2.PECVD設備介紹2學習交流PPTPECVD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設備及反應原理4.工藝參數(shù)及檢查項目3學習交流PPTTFT-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)半導體元件，作為一種可變開關，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排列功能ThinFilmTransistor：Controlthepixelsignalon/offLiquidCrystal：Controlthelightpolarization4學習交流PPT黑矩陣背光源ＴＦＴ-ＬＣＤ

結構圖偏光片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學習交流PPT6學習交流PPTTFT-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。反應時間（ResponseTime）：從輸入信號到輸出影像所經歷的時間，一般液晶顯示器反應時間為20~30毫秒。（標準電影格式每畫面為40毫秒）7學習交流PPT8學習交流PPT9TFT基本概念GSDSDGSDG9學習交流PPTCVD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學習交流PPTCVD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半導體膜Gate絕緣膜Passivation鈍化膜11學習交流PPTTFT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)據線)S(源電極)Source有源層a–Si層D(漏電極)DrainD(漏電極)Drain12學習交流PPT作用特性要求G-SiNx（柵極絕緣層）絕緣保護電介質系數(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學習交流PPTCVD原理介紹CVD(ChemicalVaporDeposition)化學氣相沉積

借由氣體混合物發(fā)生的化學反應，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。關鍵點經由化學反應或熱分解薄膜的材料源由外加氣體供給制程反應物必須為氣相的形式14學習交流PPT種類熱CVD等離子CVDAP-CVD(AtmosphericPressureCVD)LP-CVD（LowPressureCVD）PE-CVD(Plasma

enhancedCVD)設備簡圖反應壓力大氣真空真空基板溫度700~800℃700~800℃200~400℃使用產業(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學習交流PPTPECVD反應原理Plasma的概念通常被視為物質除固態(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電荷的粒子（電子、離子），而不是其結合體。粒子與電場的不可分割性：等離子體中粒子的運動與電場（外場以及粒子產生的自洽場）的運動緊密耦合，不可分割。集體效應起主導作用：等離子體中相互作用的電磁力是長程的庫侖力。16學習交流PPTPlasma產生原理

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)。等離子體產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人為產生等離子體的主要方法

其中輝光放電(GlowDischarge）所產生的等離子體在薄膜材料的制備技術中得到了非常廣泛的應用，Sputter和CVD設備采用的正是輝光放電來產生等離子體。17學習交流PPT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反應和吸附結合作用，形成固體化合物的過程。18學習交流PPTPECVD反應示意圖氣體原料排氣基板加熱離子化學反應激發(fā)與電子碰撞堆積表面反應脫離吸著再吸著分解二次生成物未反應氣體析出等離子體（1）電子和反應氣體發(fā)生碰撞，產生大量的活性基；（2）活性基被吸附在基板上，進行表面反應；（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反應，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的氣體會經排氣口排出。PECVD反應過程19學習交流PPT20學習交流PPTPECVDProcessParameterGasflowrate(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學習交流PPTCVD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(物理和化學性質），純度等需考慮22學習交流PPT膜質確認的目的維持品質(如TFT特性)確認裝置的狀態(tài)（如MFC/RF/真空計是否異常）膜質及影響膜質的參數(shù)影響膜質的工藝參數(shù)參數(shù)通常對膜質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備生產節(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學習交流PPT3-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學習交流PPTPECVD設備簡介1.CVD設備主機臺AKT25K/25KAX

2.安全方面介紹25學習交流PPTMainframeStructureProcessChamberDDSLTransferChamberHeatChamberMainframeControlTowerGasPanel26學習交流PPTMainframeStructureDDSLTransferChamberProcessChamber27學習交流PPTItemDescriptionDDSLPumpsdownincomingsubstratesandcoolshotsubstratespriortosubstrateunloading.ProcesschamberPerformsprocesses(serialorparallel)onsinglesubstrateswithplasmaenhancedchemicalvapordeposition.HeatchamberBatchpreheatssubstratespriortoprocessing.Transferchamber(withvacuumrobot)Containsavacuumrobotthatmovessubstratesundervacuumbetweenchambers.GaspanelControlsprocessgasflowtoprocesschambers.MainframecontroltowerHousesthemainframepowerdistribution,DCpowersupplies,mainframeVMEcontroller,andheatchambertemperaturecontroller.MainframeStructure28學習交流PPT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學習交流PPTPressureSwitchGaugeActuatorAlignmentFixtureClampingMechanismSensorCDAOpenandCloseN2O-ring側面圖30學習交流PPTDDSL內玻璃位置調節(jié)功能31學習交流PPTDDSL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學習交流PPTTransferchamberTransferchamber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構內部結構33學習交流PPTSubstrateSensorSensorReflector34學習交流PPTAKT25KAX35學習交流PPTTCEndEffectorPadWristplate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，有效地利用反應室的空間。36學習交流PPT3LPas3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。因為如果產生了靜電會破壞N+層膜。PadImprovement37學習交流PPTAKT25K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學習交流PPTProcesschamberProcesschamber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學習交流PPTProcessChamber的構成ChamberlidChamberbodyChamberbase40學習交流PPTP/CChamberlid41學習交流PPTDiffuser(上電極)42學習交流PPTP/CChamberlid氣體通過BafflePlate向diffuser擴散，起均勻分布作用。BafflePlateGasInletBackingPlateLidFrame43學習交流PPTRFMatchBox外部結構匹配原理R--負載電阻(阻抗)r--電源的內阻(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，設備負載的阻抗可表示為Z=R+jX。要使負載與電纜的特性阻抗相匹配，就需要加匹配網絡，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。RFCable(fromgenerator)PowerSwitch44學習交流PPTRPSUnitRPSC的清洗流程RPSUnit結構PCWIn/OutSignalDisplayACpowerU-tubeResistorManifold4000Hz，6500W45學習交流PPTProcessChamberLid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。46學習交流PPTP/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學習交流PPTVacuum/ThrottleValve氣體管道ValveGasFinal1GasFinal2氣動閥FilterPCBody部件ThrottleValve：主要作用是通過調節(jié)角度控制腔室內壓力。

VacuumValve：控制腔室內是否抽真空。48學習交流PPTP/CChamberbody部件49學習交流PPTP/CChamberbody部件CeramicShaftSusceptorSupportPlate定位孔50學習交流PPTP/CChamberbody部件51學習交流PPTP/CChamberbaseDisplayPanelDCpowerUPSTurboPumpPower52學習交流PPTSlitValveN2CDASlitValvePump墊片Bellows橫向Bellows橫向汽缸縱向汽缸53學習交流PPTPCVacuumGauge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）是用來檢測腔內壓力，當腔內壓力小于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。SensorIsolationValve1000TorrGauge10TorrCapacitanceGauge54學習交流PPTGaspanelandMainframeControlTowerBoxGaspanel氣體從這里分開到各chamberMainframecontroltower為機臺提供440V和208V電源55學習交流PPTRemotesystem56學習交流PPTRFGeneratorRFGeneratorRFGeneratorRFGeneratorRFGeneratorT/CpumpAirtank&ManifoldLocalscrubberP/C