CVD制程工艺及设备介绍课件

CVD制程工艺及设备介绍2014年05月10日李广录CVD制程工艺及设备介绍2014年05月10日1主要内容1.PECVD制程工艺介绍

2.PECVD设备介绍主要内容1.PECVD制程工艺介绍2.PECVD设备介绍2PECVD制程工艺介绍1.TFT-LCD基本概念2.CVD工程目的及原理介绍3.PECVD设备及反应原理4.工艺参数及检查项目PECVD制程工艺介绍1.TFT-LCD基本概念3TFT-LCD基本概念ThinFilmTransistorLiquidCrystalDisplay薄膜晶体管液晶显示器ThinFilm：薄膜，膜厚在um(10-6m)级以下Transistor：电晶体，固态半导体元件，作为一种可变开关，基於输入的电压可控制输出的电流LiquidCrystal：液晶，不同轴向透光性不同，具有依照电场方向旋转排列功能ThinFilmTransistor：Controlthepixelsignalon/offLiquidCrystal：ControlthelightpolarizationTFT-LCD基本概念ThinFilmTransisto4黑矩阵背光源ＴＦＴ-ＬＣＤ

结构图偏光片CF公共电极液晶层象素电极扫描线信号线TFT玻璃偏光片黑矩阵背光源ＴＦＴ-ＬＣＤ结构图偏光片CF公共电极液晶层象5CVD制程工艺及设备介绍课件6TFT-LCD名词解释分辨率（DisplayResolution）：显示器上水平方向和垂直方向上相素（Pixel）的数目。注：一个相素有R、G、B三个子相素（Sub-Pixel）。对比度（ContrastRatio）：显示器最大亮度值（全白）与最小亮度值（全黑）之比值。一般TFT-LCD的对比值为200:1至400:1。视角（ViewingAngle）：在大角度观看的情况下，显示器亮暗对比变差会使画面失真，而在可接受的观测角度范围就称为视角。反应时间（ResponseTime）：从输入信号到输出影像所经历的时间，一般液晶显示器反应时间为20~30毫秒。（标准电影格式每画面为40毫秒）TFT-LCD名词解释分辨率（DisplayResolut7CVD制程工艺及设备介绍课件89TFT基本概念GSDSDGSDG9TFT基本概念GSDSDGSDG9CVD工程在TFT流程中的作用（受入洗净）成膜前洗净PVD

成膜（PhysicalVaporDeposition）光刻(Lithograph)湿蚀刻（WETEtch）干蚀刻（DryEtch）CVD成膜

(ChemicalVaporDeposition)Resist剥离外观检查Pattern修正（断线修正）CVD工程在TFT流程中的作用（受入洗净）成膜前洗净PVD10CVD工程在TFT流程中的作用Pixel模式图TFT模式图（平面)TFT模式图（断面)（PECVD）沉积Drain电极Gate电极像素电极a-Si

G-SiNxPas-SiNxN+a-Si

a-Si半导体膜Gate绝缘膜Passivation钝化膜CVD工程在TFT流程中的作用Pixel模式图TFT模式图（11TFT等效电路CsGate线(扫描线)G(栅极)Gate=G(栅电极或闸极)GateS(源电极)SourceClcData线(数据线)S(源电极)Source有源层a–Si层D(漏电极)DrainD(漏电极)DrainTFT等效电路CsGate线G(栅极)=G(栅电极或闸极)G12作用特性要求G-SiNx（栅极绝缘层）绝缘保护电介质系数高a-Si（通道层）电子沟道电子迁移率高N+a-Si（欧姆接触层）信号线性传输形成欧姆接触Pas-SiNx（绝缘保护层）绝缘保护抗化学腐蚀性好，抗潮湿CVD各层膜的用途及特性要求TFT断面图CVD工程在TFT流程中的作用Pas-SiNx层N+a-Si层

a-Si层

G-SiNx层作用特性要求G-SiNx（栅极绝缘层）绝13CVD原理介绍CVD(ChemicalVaporDeposition)化学气相沉积

借由气体混合物发生的化学反应，包括利用热能、等离子体(Plasma)或紫外光（UV）照射等方式，在基板(Substrate)表面上沉积一层固态化合物的过程。关键点经由化学反应或热分解薄膜的材料源由外加气体供给制程反应物必须为气相的形式CVD原理介绍CVD(ChemicalVaporDep14种类热CVD等离子CVDAP-CVD(AtmosphericPressureCVD)LP-CVD（LowPressureCVD）PE-CVD(Plasma

enhancedCVD)设备简图反应压力大气真空真空基板温度700~800℃700~800℃200~400℃使用产业ICICLCD，IC，Solar排气成膜气体ＲＦ电源真空腔室Plasma电极排气成膜气体基板加热器几种常见CVD比较热CVD等离子CVDAP-CVD(Atmospheric15PECVD反应原理Plasma的概念通常被视为物质除固态、液态、气态之外存在的第四种形态,它是一种中性、高能量、离子化的气体，由是大量的带电的正粒子、负粒子（其中包括正离子、负离子、电子、自由基和各种活性基团等）组成的集合体，其中正电荷和负电荷的电量相等，故称等离子体（Plasma）。

等离子体是宇宙中存在最广泛的一种物态，目前观测到的宇宙物质中,99%都是等离子体,但分布的范围很稀薄。注意点非束缚性：异类带电粒子之间相互“自由”，等离子体的基本粒子元是带正负电荷的粒子（电子、离子），而不是其结合体。粒子与电场的不可分割性：等离子体中粒子的运动与电场（外场以及粒子产生的自洽场）的运动紧密耦合，不可分割。集体效应起主导作用：等离子体中相互作用的电磁力是长程的库仑力。PECVD反应原理Plasma的概念通常被视为物质除固16Plasma产生原理

在气压恒定的条件下，对气体增加能量(热能，电能等)，当气体中的温度足够高时，气体中的分子就会分解为原子气。进一步升高温度，原子就会分解为带电的自由离子(电子和正离子)，此时气体进入等离子体态。等离子体产生热电离气体放电射线辐照激光压缩电晕放电辉光放电电弧放电Plasma包含neutralgasatomsormoleculesionsfreeradicalsElectronsphotons人为产生等离子体的主要方法

其中辉光放电(GlowDischarge）所产生的等离子体在薄膜材料的制备技术中得到了非常广泛的应用，Sputter和CVD设备采用的正是辉光放电来产生等离子体。Plasma产生原理在气压恒定的条件下，对气体增加能17等离子体（Plasma）形成中电子碰撞引发的过程类型分解(Dissociation)电离(Ionization)激发(Excitation)说明e+CCl4→e+Cl+CCl3e+Ar→2e+Ar+电子跃迁图例PECVD原理

反应气体在高温和高频射频电源作用下形成等离子体（整体呈现电中性），等离子体中含有正离子、负离子，自由基以及活性基等，这些活性基团通过化学反应和吸附结合作用，形成固体化合物的过程。等离子体（Plasma）形成中电子碰撞引发的过程类型分解(D18PECVD反应示意图气体原料排气基板加热离子化学反应激发与电子碰撞堆积表面反应脱离吸着再吸着分解二次生成物未反应气体析出等离子体（1）电子和反应气体发生碰撞，产生大量的活性基；（2）活性基被吸附在基板上，进行表面反应；（3）被吸附的原子在自身动能和基板温度的作用下，在基板表面迁移，选择能量最低的点堆积下来；（4）同时，基板上的原子不断脱离周围原子的束缚，进入等离子体气氛中参与化学反应，达到动态的平衡；（5）不断地补充原料气体，使原子沉积速率大于原子逃逸速率，薄膜持续生长；（6）二次生成物和未反应的气体会经排气口排出。PECVD反应过程PECVD反应示意图气体原料排气基板加热离子化学反应激发与电19CVD制程工艺及设备介绍课件20PECVDProcessParameterGasflowrate(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?PECVDProcessParameterGas21CVD工程使用的气体3-LayerPas-SiNxCleaningG-SiNxa-SiN+a-SiSiH4○○○○PH3(1%)/SiH4○NH3○○N2○○H2○○○Ar○NF3○◎气体的性质(物理和化学性质），纯度等需考虑CVD工程使用的气体3-LayerPas-SiNxClean22膜质确认的目的维持品质(如TFT特性)确认装置的状态（如MFC/RF/真空计是否异常）膜质及影响膜质的参数影响膜质的工艺参数参数通常对膜质的影响备注基板温度膜的致密性，组份气体流量沉积速度气体流量比膜的折射率，组份RFPower沉积速度，组份沉积速度影响设备生产节拍Pressure沉积速度Pressure和Spacing对于膜厚分布影响较大Spacing沉积速度成膜时间膜厚工艺参数及检查项目膜质确认的目的膜质及影响膜质的参数影响膜质的工艺参数参数通常233-Layer成膜工程频度项目目的3-Layer后斜光检查4Pcs/Lot①Mura②成膜区域③基板破损，划伤④异常放电①特性特性异常②成膜区域③防止后工程基板裂纹④特性异常外观检查1Lot/2daysParticle点缺陷和线缺陷N+Photo①AM图像检查②AP缺陷数趋势①Trouble时②趋势监控①Mura②Particle①特性异常②点缺陷，线缺陷Array检查趋势监控①Particle①特性异常①点缺陷，线缺陷②特性异常Pas成膜工程频度项目目的Pas后斜光检查4Pcs/Lot①Mura②成膜区域③基板破损，划伤④异常放电①特性异常②成膜区域③防止后工程基板裂纹④特性异常N+Photo①AM图像检查②AP缺陷数趋势①Trouble时②趋势监控①Mura②Particle①特性异常②点缺陷，线缺陷工艺参数及检查项目----工程管理3-Layer成膜工程频度项目目的3-Layer后斜光检查24PECVD设备简介1.CVD设备主机台AKT25K/25KAX

2.安全方面介绍25PECVD设备简介1.CVD设备主机台AKT25K/25KAMainframeStructureProcessChamberDDSLTransferChamberHeatChamberMainframeControlTowerGasPanelMainframeStructureProcessCh26MainframeStructureDDSLTransferChamberProcessChamberMainframeStructureDDSLTransfe27ItemDescriptionDDSLPumpsdownincomingsubstratesandcoolshotsubstratespriortosubstrateunloading.ProcesschamberPerformsprocesses(serialorparallel)onsinglesubstrateswithplasmaenhancedchemicalvapordeposition.HeatchamberBatchpreheatssubstratespriortoprocessing.Transferchamber(withvacuumrobot)Containsavacuumrobotthatmovessubstratesundervacuumbetweenchambers.GaspanelControlsprocessgasflowtoprocesschambers.MainframecontroltowerHousesthemainframepowerdistribution,DCpowersupplies,mainframeVMEcontroller,andheatchambertemperaturecontroller.MainframeStructureItemDescriptionDDSLPumpsdown28正面图PinInputPlatePinCoolingPlateDDSL全称为DoubleDualSlotLoadLock，也可以直接称之为loadlock。它是为进入的Substrate的降压和为已镀膜的Substrate降温。正面图PinInputPlatePinCoolingPl29PressureSwitchGaugeActuatorAlignmentFixtureClampingMechanismSensorCDAOpenandCloseN2O-ring侧面图PressureSwitchGaugeActuatorAl30DDSL内玻璃位置调节功能DDSL内玻璃位置调节功能31DDSL的工作原理SubstrateLoad送片时，ATMRobot将玻璃放到DDSL的Inputplatepin上，这时coolingplate上升,Actuator将pinplate上的Alignment顶起，固定住玻璃。然后coolingplate下降，回到原来位置.通入N2作用是Vent。SubstrateUnload取片时，T/CRobot将玻璃放到coolingplate的Liftpin上，然后coolingplate上升，贴近玻璃表面，给玻璃降温，之后回到原来位置。四个位置Load：Robot刚进入Loadlock时的位置Exchange：Robot将玻璃放在Pin时的位置Cool：玻璃从T/C到loadlock时，coolingplate上升后的停止位置Clamp：玻璃从ATMRobot到loadlock后，随coolingplates上升，Actuator推动ClampingMechanism夹紧玻璃时的位置DDSL的工作原理SubstrateLoad送片时，ATM32TransferchamberTransferchamber的作用在真空的环境下完成真空机械手臂从DDSL取片并将其放入到Processchamber中，并将Processchamber中镀膜完成的基板取出放入DDSL中。4个viewport：用来观察基板的状态、位置是否放好。12个sensor:用来侦测是否有破片外部结构内部结构TransferchamberTransferchamb33SubstrateSensorSensorReflectorSubstrateSensorSensorReflecto34AKT25KAXAKT25KAX35TCEndEffectorPadWristplate梯形pad圆形padClampingscrewsEndEffectorPad作用：通过静摩擦来固定基板；采用四根叉子保证了基板的平稳；采用碳素钢增加了硬度，减少了基板和叉子的下垂量，有效地利用反应室的空间。TCEndEffectorPadWristplate363LPas3层的pad采用表面凸起的类型，这样有利于增加pad和玻璃基板的接触面积，加大摩擦力，延长了pad的使用寿命。PAS层的pad则采用表面是网状的pad，此方法是通过减少接触面积达到防止静电的目的。因为如果产生了静电会破坏N+层膜。PadImprovement3LPas3层的pad采用表面凸起的类型，这样有利于增加pa37AKT25K与25KAX的不同项目25K25KAXLoadlockDDSLTSSL有2层，每层都有一个inputplate和coolingplate，玻璃进出不必一致，可以从第一层进，从第二层出。有三层，基板每层都可以进出，即从第一层进未必从第一层出。TransferChamber单层VacuumRobot双层VacuumRobot腔室顶部为平的腔室顶部为穹顶AKT25K与25KAX的不同项目25K25KAXLoadl38ProcesschamberProcesschamber简称为PC，为CVD机台的成膜制程腔室，AKT-25K每个机台有4个PC，而AKT-25KAX每个机台有5个PC。39ProcesschamberProcesschamberProcessChamber的构成ChamberlidChamberbodyChamberbaseProcessChamber的构成ChamberlidC40P/CChamberlidP/CChamberlid41Diffuser(上电极)42Diffuser(上电极)42P/CChamberlid气体通过BafflePlate向diffuser扩散，起均匀分布作用。BafflePlateGasInletBackingPlateLidFrameP/CChamberlid气体通过BafflePlat43RFMatchBox外部结构匹配原理R--负载电阻(阻抗)r--电源的内阻(阻抗)当电阻R=r时，负载R吸收的能量最大，即RF有效输出功率最大。射频电源的输出阻抗通常与输出电缆的特征阻抗相同，设备负载的阻抗可表示为Z=R+jX。要使负载与电缆的特性阻抗相匹配，就需要加匹配网络，使得电源的输出功率全部加到负载上，而无反射功率或反射功率很小。RFCable(fromgenerator)PowerSwitchRFMatchBox外部结构匹配原理R--负载电阻(阻抗44RPSUnitRPSC的清洗流程RPSUnit结构PCWIn/OutSignalDisplayACpowerU-tubeResistorManifold4000Hz，6500WRPSUnitRPSC的清洗流程RPSUnit结构PCW45ProcessChamberLid各部件作用ItemFunctionsRFmatchbox主要用来消除的容抗和感抗得到较纯正的阻抗，其目的是提高RF的功率，其值大约为50欧姆。RPSCUnit主要用来清洗PC腔室的。CoolingPlate对PC上面的部件有一个冷却的作用，还有一个作用可能是维持PC腔室温度的稳定。

Resistormanifold传递RF和plasma到腔体内。ProcessChamberLid各部件作用ItemFu46P/CChamberBodySusceptor（下电极）Susceptor是chamberbody的重要组成部分，主要是在成膜过程中承载基板。P/CChamberBodySusceptor（下电极）47Vacuum/ThrottleValve气体管道ValveGasFinal1GasFinal2气动阀FilterPCBody部件ThrottleValve：主要作用是通过调节角度控制腔室内压力。

VacuumValve：控制腔室内是否抽真空。Vacuum/ThrottleValve气体管道Valve48P/CChamberbody部件49P/CChamberbody部件49P/CChamberbody部件CeramicShaftSusceptorSupportPlate定位孔P/CChamberbody部件CeramicShaf50P/CChamberbody部件P/CChamberbody部件51P/CChamberbaseDisplayPanelDCpowerUPSTurboPumpPowerP/CChamberbaseDisplayPanelD52SlitValveN2CDASlitValvePump垫片Bellows横向Bellows横向汽缸纵向汽缸SlitValveN2CDASlitValvePump53PCVacuumGauge较大的VacuumGauge范围是0.001Torr到10Torr，精确度高且敏感。较小的那个是0.1到1000Torr，且二者之间有一个Isolationvalve（隔离阀）。20TorrSensor（传感器）是用来检测腔内压力，当腔内压力小于20Torr时，才能把压力值反映到机台控制电路板上，进而打开控制气体的阀门，才会使制程气体流入到腔室，也就是相当于联动装置。SensorIsolationValve1000TorrGauge10TorrCapacitanceGaugePCVacuumGauge较大的VacuumGauge54GaspanelandMainframeControlTowerBoxGaspanel气体从这里分开到各chamberMainframecontroltower为机台提供440V和208V电源55GaspanelandMainframeControRemotesystem56Remotesystem56RFGeneratorRFGeneratorRFGeneratorRFGeneratorRFGeneratorT/CpumpAirtank&ManifoldLocalscrubberP/CpumpBP/CpumpDP/CpumpAP/CpumpERemoteACPowerBoxHeatexchangerP/CpumpCACPowerControlTowerL/LpumpRemotesystemRFGeneratorRFGeneratorRFGen57HeatExchanger为MatchBox和processchamber供DIWaterHeatExchanger为MatchBox和proc58RFGenerator为Processchamber提供RFenergyRFGenerator为Processchamber59Airtank储存气体给机台的气动阀供气。Airtank储存气体给机台的气动阀供气。60RemoteACPowerBox为机台提供AC电源RemoteACPowerBox为机台提供AC电源61ProcessChamberPump为ProcessChamber抽真空（A400BP和AAS200WN的组合）。ProcessChamberPump为Process62L/LPump为Loadlock抽真空（共有五个单体组合而成，AA201BP两台，A25S三台）。63L/LPump为Loadlock抽真空（共有五个单体组合而DDSLpump实物图DDSLpump实物图64T/CPump为TransferChamber抽真空（所用型号为A200W）T/CPump为TransferChamber抽真空（65BurnerCVD的尾气处理装置，主要是将制程残气燃烧处理掉。BurnerCVD的尾气处理装置，主要是将制程残气燃烧处理66CVD安全方面的介绍1.高温

CVD机台是高温机台，Processchamber温度很高，镀N+层膜机台的温度为340-360℃，镀PAS层膜机台的温度为270-280℃，要防止高温烫伤。67CVD安全方面的介绍672.高电压

CVD机台用到电压有440V，208V交流电压所以要防止触电的危险。682.高电压683高周波

高周波即高频具有辐射性693高周波694特气

CVD机台所用气体有几种是毒性很强的气体704特气70注意因气体泄漏造成火灾或者爆炸的危险71注意因气体泄漏造成火灾或者爆炸的危险715.驱动部件的危险真空手臂的升降，旋转运行，门阀的开关等725.驱动部件的危险726.注意跌倒

CVD机台很高，有许多地方时高低不平736.注意跌倒73

谢

谢！谢谢！74CVD制程工艺及设备介绍2014年05月10日李广录CVD制程工艺及设备介绍2014年05月10日75主要内容1.PECVD制程工艺介绍

2.PECVD设备介绍主要内容1.PECVD制程工艺介绍2.PECVD设备介绍76PECVD制程工艺介绍1.TFT-LCD基本概念2.CVD工程目的及原理介绍3.PECVD设备及反应原理4.工艺参数及检查项目PECVD制程工艺介绍1.TFT-LCD基本概念77TFT-LCD基本概念ThinFilmTransistorLiquidCrystalDisplay薄膜晶体管液晶显示器ThinFilm：薄膜，膜厚在um(10-6m)级以下Transistor：电晶体，固态半导体元件，作为一种可变开关，基於输入的电压可控制输出的电流LiquidCrystal：液晶，不同轴向透光性不同，具有依照电场方向旋转排列功能ThinFilmTransistor：Controlthepixelsignalon/offLiquidCrystal：ControlthelightpolarizationTFT-LCD基本概念ThinFilmTransisto78黑矩阵背光源ＴＦＴ-ＬＣＤ

结构图偏光片CF公共电极液晶层象素电极扫描线信号线TFT玻璃偏光片黑矩阵背光源ＴＦＴ-ＬＣＤ结构图偏光片CF公共电极液晶层象79CVD制程工艺及设备介绍课件80TFT-LCD名词解释分辨率（DisplayResolution）：显示器上水平方向和垂直方向上相素（Pixel）的数目。注：一个相素有R、G、B三个子相素（Sub-Pixel）。对比度（ContrastRatio）：显示器最大亮度值（全白）与最小亮度值（全黑）之比值。一般TFT-LCD的对比值为200:1至400:1。视角（ViewingAngle）：在大角度观看的情况下，显示器亮暗对比变差会使画面失真，而在可接受的观测角度范围就称为视角。反应时间（ResponseTime）：从输入信号到输出影像所经历的时间，一般液晶显示器反应时间为20~30毫秒。（标准电影格式每画面为40毫秒）TFT-LCD名词解释分辨率（DisplayResolut81CVD制程工艺及设备介绍课件8283TFT基本概念GSDSDGSDG9TFT基本概念GSDSDGSDG83CVD工程在TFT流程中的作用（受入洗净）成膜前洗净PVD

成膜（PhysicalVaporDeposition）光刻(Lithograph)湿蚀刻（WETEtch）干蚀刻（DryEtch）CVD成膜

(ChemicalVaporDeposition)Resist剥离外观检查Pattern修正（断线修正）CVD工程在TFT流程中的作用（受入洗净）成膜前洗净PVD84CVD工程在TFT流程中的作用Pixel模式图TFT模式图（平面)TFT模式图（断面)（PECVD）沉积Drain电极Gate电极像素电极a-Si

G-SiNxPas-SiNxN+a-Si

a-Si半导体膜Gate绝缘膜Passivation钝化膜CVD工程在TFT流程中的作用Pixel模式图TFT模式图（85TFT等效电路CsGate线(扫描线)G(栅极)Gate=G(栅电极或闸极)GateS(源电极)SourceClcData线(数据线)S(源电极)Source有源层a–Si层D(漏电极)DrainD(漏电极)DrainTFT等效电路CsGate线G(栅极)=G(栅电极或闸极)G86作用特性要求G-SiNx（栅极绝缘层）绝缘保护电介质系数高a-Si（通道层）电子沟道电子迁移率高N+a-Si（欧姆接触层）信号线性传输形成欧姆接触Pas-SiNx（绝缘保护层）绝缘保护抗化学腐蚀性好，抗潮湿CVD各层膜的用途及特性要求TFT断面图CVD工程在TFT流程中的作用Pas-SiNx层N+a-Si层

a-Si层

G-SiNx层作用特性要求G-SiNx（栅极绝缘层）绝87CVD原理介绍CVD(ChemicalVaporDeposition)化学气相沉积

借由气体混合物发生的化学反应，包括利用热能、等离子体(Plasma)或紫外光（UV）照射等方式，在基板(Substrate)表面上沉积一层固态化合物的过程。关键点经由化学反应或热分解薄膜的材料源由外加气体供给制程反应物必须为气相的形式CVD原理介绍CVD(ChemicalVaporDep88种类热CVD等离子CVDAP-CVD(AtmosphericPressureCVD)LP-CVD（LowPressureCVD）PE-CVD(Plasma

enhancedCVD)设备简图反应压力大气真空真空基板温度700~800℃700~800℃200~400℃使用产业ICICLCD，IC，Solar排气成膜气体ＲＦ电源真空腔室Plasma电极排气成膜气体基板加热器几种常见CVD比较热CVD等离子CVDAP-CVD(Atmospheric89PECVD反应原理Plasma的概念通常被视为物质除固态、液态、气态之外存在的第四种形态,它是一种中性、高能量、离子化的气体，由是大量的带电的正粒子、负粒子（其中包括正离子、负离子、电子、自由基和各种活性基团等）组成的集合体，其中正电荷和负电荷的电量相等，故称等离子体（Plasma）。

等离子体是宇宙中存在最广泛的一种物态，目前观测到的宇宙物质中,99%都是等离子体,但分布的范围很稀薄。注意点非束缚性：异类带电粒子之间相互“自由”，等离子体的基本粒子元是带正负电荷的粒子（电子、离子），而不是其结合体。粒子与电场的不可分割性：等离子体中粒子的运动与电场（外场以及粒子产生的自洽场）的运动紧密耦合，不可分割。集体效应起主导作用：等离子体中相互作用的电磁力是长程的库仑力。PECVD反应原理Plasma的概念通常被视为物质除固90Plasma产生原理

在气压恒定的条件下，对气体增加能量(热能，电能等)，当气体中的温度足够高时，气体中的分子就会分解为原子气。进一步升高温度，原子就会分解为带电的自由离子(电子和正离子)，此时气体进入等离子体态。等离子体产生热电离气体放电射线辐照激光压缩电晕放电辉光放电电弧放电Plasma包含neutralgasatomsormoleculesionsfreeradicalsElectronsphotons人为产生等离子体的主要方法

其中辉光放电(GlowDischarge）所产生的等离子体在薄膜材料的制备技术中得到了非常广泛的应用，Sputter和CVD设备采用的正是辉光放电来产生等离子体。Plasma产生原理在气压恒定的条件下，对气体增加能91等离子体（Plasma）形成中电子碰撞引发的过程类型分解(Dissociation)电离(Ionization)激发(Excitation)说明e+CCl4→e+Cl+CCl3e+Ar→2e+Ar+电子跃迁图例PECVD原理

反应气体在高温和高频射频电源作用下形成等离子体（整体呈现电中性），等离子体中含有正离子、负离子，自由基以及活性基等，这些活性基团通过化学反应和吸附结合作用，形成固体化合物的过程。等离子体（Plasma）形成中电子碰撞引发的过程类型分解(D92PECVD反应示意图气体原料排气基板加热离子化学反应激发与电子碰撞堆积表面反应脱离吸着再吸着分解二次生成物未反应气体析出等离子体（1）电子和反应气体发生碰撞，产生大量的活性基；（2）活性基被吸附在基板上，进行表面反应；（3）被吸附的原子在自身动能和基板温度的作用下，在基板表面迁移，选择能量最低的点堆积下来；（4）同时，基板上的原子不断脱离周围原子的束缚，进入等离子体气氛中参与化学反应，达到动态的平衡；（5）不断地补充原料气体，使原子沉积速率大于原子逃逸速率，薄膜持续生长；（6）二次生成物和未反应的气体会经排气口排出。PECVD反应过程PECVD反应示意图气体原料排气基板加热离子化学反应激发与电93CVD制程工艺及设备介绍课件94PECVDProcessParameterGasflowrate(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?PECVDProcessParameterGas95CVD工程使用的气体3-LayerPas-SiNxCleaningG-SiNxa-SiN+a-SiSiH4○○○○PH3(1%)/SiH4○NH3○○N2○○H2○○○Ar○NF3○◎气体的性质(物理和化学性质），纯度等需考虑CVD工程使用的气体3-LayerPas-SiNxClean96膜质确认的目的维持品质(如TFT特性)确认装置的状态（如MFC/RF/真空计是否异常）膜质及影响膜质的参数影响膜质的工艺参数参数通常对膜质的影响备注基板温度膜的致密性，组份气体流量沉积速度气体流量比膜的折射率，组份RFPower沉积速度，组份沉积速度影响设备生产节拍Pressure沉积速度Pressure和Spacing对于膜厚分布影响较大Spacing沉积速度成膜时间膜厚工艺参数及检查项目膜质确认的目的膜质及影响膜质的参数影响膜质的工艺参数参数通常973-Layer成膜工程频度项目目的3-Layer后斜光检查4Pcs/Lot①Mura②成膜区域③基板破损，划伤④异常放电①特性特性异常②成膜区域③防止后工程基板裂纹④特性异常外观检查1Lot/2daysParticle点缺陷和线缺陷N+Photo①AM图像检查②AP缺陷数趋势①Trouble时②趋势监控①Mura②Particle①特性异常②点缺陷，线缺陷Array检查趋势监控①Particle①特性异常①点缺陷，线缺陷②特性异常Pas成膜工程频度项目目的Pas后斜光检查4Pcs/Lot①Mura②成膜区域③基板破损，划伤④异常放电①特性异常②成膜区域③防止后工程基板裂纹④特性异常N+Photo①AM图像检查②AP缺陷数趋势①Trouble时②趋势监控①Mura②Particle①特性异常②点缺陷，线缺陷工艺参数及检查项目----工程管理3-Layer成膜工程频度项目目的3-Layer后斜光检查98PECVD设备简介1.CVD设备主机台AKT25K/25KAX

2.安全方面介绍99PECVD设备简介1.CVD设备主机台AKT25K/25KAMainframeStructureProcessChamberDDSLTransferChamberHeatChamberMainframeControlTowerGasPanelMainframeStructureProcessCh100MainframeStructureDDSLTransferChamberProcessChamberMainframeStructureDDSLTransfe101ItemDescriptionDDSLPumpsdownincomingsubstratesandcoolshotsubstratespriortosubstrateunloading.ProcesschamberPerformsprocesses(serialorparallel)onsinglesubstrateswithplasmaenhancedchemicalvapordeposition.HeatchamberBatchpreheatssubstratespriortoprocessing.Transferchamber(withvacuumrobot)Containsavacuumrobotthatmovessubstratesundervacuumbetweenchambers.GaspanelControlsprocessgasflowtoprocesschambers.MainframecontroltowerHousesthemainframepowerdistribution,DCpowersupplies,mainframeVMEcontroller,andheatchambertemperaturecontroller.MainframeStructureItemDescriptionDDSLPumpsdown102正面图PinInputPlatePinCoolingPlateDDSL全称为DoubleDualSlotLoadLock，也可以直接称之为loadlock。它是为进入的Substrate的降压和为已镀膜的Substrate降温。正面图PinInputPlatePinCoolingPl103PressureSwitchGaugeActuatorAlignmentFixtureClampingMechanismSensorCDAOpenandCloseN2O-ring侧面图PressureSwitchGaugeActuatorAl104DDSL内玻璃位置调节功能DDSL内玻璃位置调节功能105DDSL的工作原理SubstrateLoad送片时，ATMRobot将玻璃放到DDSL的Inputplatepin上，这时coolingplate上升,Actuator将pinplate上的Alignment顶起，固定住玻璃。然后coolingplate下降，回到原来位置.通入N2作用是Vent。SubstrateUnload取片时，T/CRobot将玻璃放到coolingplate的Liftpin上，然后coolingplate上升，贴近玻璃表面，给玻璃降温，之后回到原来位置。四个位置Load：Robot刚进入Loadlock时的位置Exchange：Robot将玻璃放在Pin时的位置Cool：玻璃从T/C到loadlock时，coolingplate上升后的停止位置Clamp：玻璃从ATMRobot到loadlock后，随coolingplates上升，Actuator推动ClampingMechanism夹紧玻璃时的位置DDSL的工作原理SubstrateLoad送片时，ATM106TransferchamberTransferchamber的作用在真空的环境下完成真空机械手臂从DDSL取片并将其放入到Processchamber中，并将Processchamber中镀膜完成的基板取出放入DDSL中。4个viewport：用来观察基板的状态、位置是否放好。12个sensor:用来侦测是否有破片外部结构内部结构TransferchamberTransferchamb107SubstrateSensorSensorReflectorSubstrateSensorSensorReflecto108AKT25KAXAKT25KAX109TCEndEffectorPadWristplate梯形pad圆形padClampingscrewsEndEffectorPad作用：通过静摩擦来固定基板；采用四根叉子保证了基板的平稳；采用碳素钢增加了硬度，减少了基板和叉子的下垂量，有效地利用反应室的空间。TCEndEffectorPadWristplate1103LPas3层的pad采用表面凸起的类型，这样有利于增加pad和玻璃基板的接触面积，加大摩擦力，延长了pad的使用寿命。PAS层的pad则采用表面是网状的pad，此方法是通过减少接触面积达到防止静电的目的。因为如果产生了静电会破坏N+层膜。PadImprovement3LPas3层的pad采用表面凸起的类型，这样有利于增加pa111AKT25K与25KAX的不同项目25K25KAXLoadlockDDSLTSSL有2层，每层都有一个inputplate和coolingplate，玻璃进出不必一致，可以从第一层进，从第二层出。有三层，基板每层都可以进出，即从第一层进未必从第一层出。TransferChamber单层VacuumRobot双层VacuumRobot腔室顶部为平的腔室顶部为穹顶AKT25K与25KAX的不同项目25K25KAXLoadl112ProcesschamberProcesschamber简称为PC，为CVD机台的成膜制程腔室，AKT-25K每个机台有4个PC，而AKT-25KAX每个机台有5个PC。113ProcesschamberProcesschamberProcessChamber的构成ChamberlidChamberbodyChamberbaseProcessChamber的构成ChamberlidC114P/CChamberlidP/CChamberlid115Diffuser(上电极)116Diffuser(上电极)42P/CChamberlid气体通过BafflePlate向diffuser扩散，起均匀分布作用。BafflePlateGasInletBackingPlateLidFrameP/CChamberlid气体通过BafflePlat117RFMatchBox外部结构匹配原理R--负载电阻(阻抗)r--电源的内阻(阻抗)当电阻R=r时，负载R吸收的能量最大，即RF有效输出功率最大。射频电源的输出阻抗通常与输出电缆的特征阻抗相同，设备负载的阻抗可表示为Z=R+jX。要使负载与电缆的特性阻抗相匹配，就需要加匹配网络，使得电源的输出功率全部加到负载上，而无反射功率或反射功率很小。RFCable(fromgenerator)PowerSwitchRFMatchBox外部结构匹配原理R--负载电阻(阻抗118RPSUnitRPSC的清洗流程RPSUnit结构PCWIn/OutSignalDisplayACpowerU-tubeResistorManifold4000Hz，6500WRPSUnitRPSC的清洗流程RPSUnit结构PCW119ProcessChamberLid各部件作用ItemFunctionsRFmatchbox主要用来消除的容抗和感抗得到较纯正的阻抗，其目的是提高RF的功率，其值大约为50欧姆。RPSCUnit主要用来清洗PC腔室的。CoolingPlate对PC上面的部件有一个冷却的作用，还有一个作用可能是维持PC腔室温度的稳定。

Resistormanifold传递RF和plasma到腔体内。ProcessChamberLid各部件作用ItemFu120P/CChamberBodySusceptor（下电极）Susceptor是chamberbody的重要组成部分，主要是在成膜过程中承载基板。P/CChamberBodySusceptor（下电极）121Vacuum/ThrottleValve气体管道ValveGasFinal1GasFinal2气动阀FilterPCBo