PECVD工艺设备介绍-肖刚

1、B6 confidential1Thin Film-PECVD肖刚PECVD工艺和设备简介B6 confidential2目录B6 confidential3CVD工艺介绍u 化学气相沉积（CVD） CVD（Chemical Vapor Deposition）以Gas为原材料，在空间进行气相化学反应，在基板表面进行固态薄膜沉积的工艺技术。GasEnergy:热、电、光分解沉积u CVD激发类型 1.PECVD：Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，高射频电压使Gas分解为Plasma，Plasma沉积形成膜层 2.光CVD：Gas通过光进行分解之后

2、进行沉积 3.热CVD：Gas通过高温加热进行分解B6 confidential4CVD工艺介绍u CVD镀膜的特征1.容易控制成分CVD使用的原材料是气体，改变原材料气体的组合就可以改变需要得到薄膜的组成。比如SixNy，改变使用的原材料气体SiH4和NH3的流量比，就可以改变膜的成分。如右图所示，SiH4的比例减少时，可以看到成的膜中Si-H的含量也是减少的。与PVD法比较，PVD使用的原料是固体的材料，要想改变其成分是很困难的。B6 confidential5CVD工艺介绍2.高速成膜可以达到20um/min，其速率是Sputter的好几倍3.压力使用范围广成膜压力范围10Pa数1000

3、Pa与Sputter相比，PVD要在数Pa以下才可以成膜4.膜层均一性较好B6 confidential6CVD工艺介绍5. 原材料较危险Gas用途特徴SiH4a-Si膜接触大气可燃，有爆炸的可能性(1.35%以上)Si2H6a-Si膜比起SiH4更加危険H2a-Si膜有爆炸的可能性 (4%以上浓度)PH3离子注入用剧毒性气体B2H6离子注入用和SiH4一样、毒性也很強NH3氮化硅膜用有毒性、有腐食性NF3Cleaning用毒性強、吸入会引起头痛N2OSilicon膜用有麻酔的作用注意：以上气体如发生泄漏请第一时间撤离现场B6 confidential7CVD工艺介绍Active MaskEL

4、ADehydrogenationBuffer & a-SiLS MaskLS DepP+ DopingGate DepP-Gate MaskN-Gate MaskN+ DopingLDD DopingILD DepS/D DepS/D MaskPLN MaskC-ITO DepC-ITO MaskPVX DepVia MaskP-ITO DepP-ITO MaskAnnealHydrogenCNT MaskGI DepActivationVth DopingCVD在整个工艺过程中的位置：B6 confidential8CVD工艺介绍u CVD大体反应过程A-Si 成膜的气体及反应式：S

5、iH4(g) + Ar(g) a-Si(s) ) ;SiNx成膜的气体及反应式：SiH4(g)+NH3(g) +N2(g) SiNx(s) +H2(g) ;SiOx成膜的气体及反应式：SiH4(g)+N2O(g) SiOx(s)+H2(g) +N2(g) .B6 confidential9CVD工艺介绍u CVD反应气体流动过程B6 confidential10RF Power Supply(for Deposition)Fixed Match/VF Gen13.56MHzDiffuserGlassSubstrateNF3 N2 + FF + Si SiF4Adjustable Spacing

6、SusceptorGas inSlit valveRPSC Spacing (susceptor, diffuser) Gas flow + mixture(diffuser) Pressure Temperature (susceptor) RF power (diffuser)Key ProcessVariableParameters:ZFFTPOFTo pumpu CVD Chamber内反应过程B6 confidential11CVD工艺介绍u CVD各膜层简介 LayerThickness使用气体使用气体描述描述 MultiA-Si500 SiH4+H2有源层，作为TFT的导电沟道S

7、IO3000 SiH4+N2O台阶覆盖性强；绝热性能好，在ELA晶化过程中可以减缓a-Si的冷却速率，使晶粒尺寸增大SIN1000 SiH4+NH3+N2致密性好，防止Glass中的金属离子在热工艺中扩散到有源层 GISIN400 SiH4+NH3+N2作为a-Si与Gate之间的绝缘层（SiO附着度和黏性好，SiN绝缘性好）SIO800 SiH4+N2O ILDSIN2000 SiH4+NH3+N2 作为Gate与S/D之间的绝缘层 Provide H for hydrogenationSIO3000 SiH4+N2O PVXSIN2000 （不同型号（不同型号有差异）有差异）SiH4+NH

8、3+N2作为C-ITO与P-ITO之间的绝缘层B6 confidential12CVD工艺介绍u CVD镀膜关键性参数RF Power由RF Generator供给，通过Match Box调节之后施加于反应气体之上。作用是使反应气体分子中震荡运动的电子从高频电场中获得足够的能量，从而形成Plasma。Pressure在Dep过程中Process Chamber内的气压，通过Throttle Valve来控制。 对Film的Dep Rate有影响，压强越大，Dep Rate越高。TemperatureDep 过程中 Susceptor的温度，通过Temp Controller控制。作用是给反应基

9、团或原子提供足够的动能，促使其移动并选择停留在基板上势能较低的位置，确保了薄膜的致密性和稳定性。温度可以影响薄膜的沉积速率和折射率等。Gas Flow指在Dep过程中反应气体的流量，通过Gas Supply system 供给，利用MFC控制其流量，通过 Diffuser 均匀地洒向Chamber内部。Spacing指Diffuser与Susceptor之间的距离。可以通过调节Susceptor Gap来调节Plasma的密度。B6 confidential13CVD工艺介绍u 评价项目和测试设备测试项目测试设备Dep rate、UnifThickness测试设备ParticleParticl

10、e CounterSi-H和N-H键FTIR(红外光谱仪)Stress Stress测试机GI SiO Breakdown voltage和VfbCV设备B6 confidential14CVD设备简介u CVD设备-20KPX Main system1.LoadLock2.Transfer Chamber（T/C）3.Process Chamber（P/C） Remote support system1.Pump system2.RPSC3.RF systemB6 confidential15CVD设备简介-Load lock（DDSL） 功能介绍PECVD 设备的 Process Cham

11、ber, Transfer Chamber 都是在Vacuum 状态下工作. DSSL 的功能：1.主要是一个中转站,它不停地在Vacuum 和 ATM 状态之间进行转换; 从而对 Glass 进行Load 和Unload. 2.在 Unload 时,它也起到对Glass 冷却的作用; 能使高温下的Glass 在很短的时间内冷却到常温. 结构I/O door: Input / Output door.Flap door: DDSL 和 Transfer Chamber 之间的 door.Exhaust piping: 每个Chamber 都有一个 Exhaust Piping; 但2个Cham

12、ber 公用一个 Piping Line.B6 confidential16CVD设备简介-Load lock（DDSL）N2 Vent DiffuserUpper Load LockLower Load LockN2 Vent DiffuserCooling Plate 内部结构 实物图B6 confidential17CVD设备简介-Transfer Chamber 功能介绍Transfer Chamber 主要是把Glass从一个Chamber转移到另外Chamber, 处于工作状态的Transfer Chamber 都处于真空状态(300mTorr). 结构1.Chamber Lid:

13、 Lid 上有16个View Port, 通过 View Port 可以很清楚地看到 Chamber内部的情况2.Vacuum Robot: Vacuum Robot 是 Transfer Chamber 的核心部件,主要负责传送Glass.3.Substrate Sensor: 共有12个Sensor, 主要用来检测在 Chamber中传送的Glass 是否完好. 外观 Vacuum RobotB6 confidential18CVD设备简介-Process Chamber Chamber内部结构B6 confidential19RF Power Supply(for Deposition)

14、Fixed Match/VF Gen13.56MHzDiffuserGlassSubstrateNF3 N2 + FF + Si SiF4Adjustable SpacingSusceptorGas inSlit valveRPSC Spacing (susceptor, diffuser) Gas flow + mixture(diffuser) Pressure Temperature (susceptor) RF power (diffuser)Key ProcessVariableParameters:ZFFTPOFTo pumpu CVD Chamber内反应过程CVD设备简介-Pr

15、ocess ChamberB6 confidential20Diffuser 功能: 保证 Gas 均匀地流入 Chamber 内部.并且作为电极将 RF 导入 Chamber,平行板电容器的上极板.Susceptor 功能: Substrate 的载体, 平行板电容器的下极板. 给Substrate 提供所需温度.Shadow Frame功能：Process 时保持均匀的Plasma. S/F（shadow frame） 与Susceptor 的Gap要控制得当. 如果S/F与Susceptor之间的Gap过大,会导致成膜不均匀;过小,会导致Glass被压破.CVD设备简介-Process

16、ChamberDiffuserSusceptorS/FB6 confidential21CVD设备简介-Dry PumpProcess Chamber 使用的 Dry Pump ( Edwards )Process Pump 由 1个 Booster Pump与 1个 Dry Pump 构成一个 Module 而运营.每个 Process Chamber 使用两个 Dry Pump.B6 confidential22CVD设备简介-MFC MFC ( Mass Flow Controller)主要功能: 精确控制气体流量的控制单元.主要结构: Sensor部分, Bypass, Valve部分

17、, 及 Electronics 部分 等; 如右图. Sensor 部位主要是根据热传导来测试气体的流量. Sensor 的直径大概在0.25 1 mm 之间, 气体通过 Bypass 分流, 进入Heat 一部分气体, 在 Heat 中间有一个 Heater. 通过 Sensor 检测出的 Delta T 可以算出 Gas Flow.Valve: New Solenoid Valve, Response time 1 sec.精度: 1% 设置值. MFM ( Mass Flow Meter)与MFC相比较, 只能测量出气体的流量; 不能对流量进行控制.B6 confidential23CVD设备简介-RPSCFRPSC ( Remote Plasma Source Cleaning )功能: Process Chamber 外部的一个 Remote Plasma Generator. 主要用来产生 F 离子.Process Chamber 在进行 Film Deposition 时, 会在 Diffuser 上以及Chamber 内壁上沉积薄膜; 当薄膜厚度足够厚时,由于压力增大, 薄膜会脱落, 是Chamber 内部的 PT Source. 所以必须定期对Chamber 进行 Plasma Cl