CVD制程工艺及设备介绍PPT课件

1、.,1,CVD制程工艺及设备介绍,2014年05月10日 李广录,.,2,主要内容,1.PECVD制程工艺介绍,2.PECVD设备介绍,.,3,PECVD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,.,4,TFT-LCD基本概念,Thin Film Transistor Liquid Crystal Display 薄膜晶体管液晶显示器 Thin Film：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 Liquid Cryst

2、al：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 Thin Film Transistor：Control the pixel signal on/off Liquid Crystal：Control the light polarization,.,5,黑矩阵,背光源,- 结构图,.,6,.,7,TFT-LCD名词解释,分辨率（Display Resolution ）：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（Contrast Ratio）：显示器最大亮度值（全白）与最小亮度值（全黑）之比值。一般TF

3、T-LCD的对比值为200:1至400:1。 视角（Viewing Angle）：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（Response Time）：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2030毫秒。（标准电影格式每画面为40毫秒）,.,8,.,9,9,TFT基本概念,.,10,CVD工程在TFT流程中的作用,.,11,CVD工程在TFT流程中的作用,.,12,TFT等效电路,.,13,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,.,14,CVD原理介绍,CVD (Chemic

4、al Vapor Deposition )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,.,15,几种常见CVD比较,.,16,PECVD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

5、，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。,.,17,Plasma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

6、电的自由离子(电子和正离子)，此时气体进入等离子体态。,Plasma包含 neutral gas atoms or molecules ions free radicals Electrons photons,人为产生等离子体的主要方法,其中辉光放电(Glow Discharge）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。,.,18,等离子体（Plasma）形成中电子碰撞引发的过程,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

7、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。,.,19,PECVD反应示意图,（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,.,20,.,21,PECVD Process Parameter,Gas flo

8、w rate (SiH4, NH3, H2, PH3 1%/H2, N2, Ar, NF3) Chamber Pressure. (pumping speed, throttle valve position) RF Power Substrate temperature Electrode spacing,PECVD Films for TFT,a-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

9、SiNx:H,Lower process temperature (300450) for glass substrate Plasma assist Less glass damage Better thickness uniformity for large area deposition mass production by large area substrates,Why PECVD for TFT ?,.,22,CVD工程使用的气体,气体的性质(物理和化学性质），纯度等需考虑,.,23,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

10、质及影响膜质的参数,影响膜质的工艺参数,工艺参数及检查项目,.,24,工艺参数及检查项目-工程管理,.,25,PECVD设备简介,1.CVD设备主机台AKT25K/25KAX,2.安全方面介绍,.,26,Mainframe Structure,.,27,Mainframe Structure,DDSL,Transfer Chamber,Process Chamber,.,28,Mainframe Structure,.,29,DDSL 全称为Double Dual Slot Load Lock ，也可以直接称之为load lock。它是为进入的Substrate的降压和为已镀膜的Substra

11、te降温。,.,30,侧面图,.,31,DDSL内玻璃位置调节功能,.,32,DDSL的工作原理,Substrate Load,送片时，ATM Robot将玻璃放到 DDSL的Input plate pin上，这时cooling plate上升, Actuator将pin plate上的Alignment顶起，固定住玻璃。然后cooling plate下降，回到原来位置.通入N2作用是Vent。,Substrate Unload,取片时，T/C Robot将玻璃放到cooling plate的Lift pin上，然后cooling plate上升，贴近玻璃表面，给玻璃降温，之后回到原来位置。,

12、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，cooling plate上升后的停止位置 Clamp：玻璃从ATM Robot到loadlock后，随cooling plates上升，Actuator推动Clamping Mechanism夹紧玻璃时的位置,.,33,Transfer chamber,Transfer chamber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Process chamber中，并将Process chamber 中镀膜完成的基板

13、取出放入DDSL中。 4个view port：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,.,34,Substrate Sensor,.,35,AKT25KAX,.,36,TC End Effector Pad,Pad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。,.,37,3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

14、止静电的目的。因为如果产生了静电会破坏N+层膜。,Pad Improvement,.,38,AKT25K与25KAX的不同,.,39,Process chamber,Process chamber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。,.,40,Process Chamber的构成,.,41,P/C Chamber lid,.,42,Diffuser(上电极),.,43,P/C Chamber lid,气体通过Baffle Plate向diffuser扩散，起均匀分布作用。,Baffle Plate,Gas Inlet

15、,Backing Plate,Lid Frame,.,44,RF Match Box,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 + j X。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。,.,45,RPS Unit,RPSC的清洗流程,RPS Unit结构,4000Hz，6500W,.,46,Process Chamber Lid各部件作用,.,47,P/C Cha

16、mber Body,Susceptor（下电极）,Susceptor是chamber body的重要组成部分，主要是在成膜过程中承载基板。,.,48,Vacuum/Throttle Valve,气体管道Valve,PC Body部件,Throttle Valve：主要作用是通过调节角度控制腔室内压力。,Vacuum Valve：控制腔室内是否抽真空。,.,49,P/C Chamber body部件,.,50,P/C Chamber body部件,Ceramic Shaft,Susceptor Support Plate,定位孔,.,51,P/C Chamber body部件,.,52,P/C

17、Chamber base,.,53,Slit Valve,.,54,PC Vacuum Gauge,较大的Vacuum Gauge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Isolation valve（隔离阀）。,20Torr Sensor（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。,.,55,Gas panel and Mainframe Control Tower Box,Gas panel 气

18、体从这里分开到各chamber,Main frame control tower 为机台提供440V和208V电源,.,56,Remote system,.,57,RF Generator,RF Generator,T/C pump,Air tank & Manifold,Local scrubber,P/C pump D,P/C pump A,P/C pump E,Remote AC Power Box,Heat exchanger,P/C pump C,AC Power Control Tower,L/L pump,Remote system,.,58,Heat Exchanger 为Match Box和process chamber供DI Water,.,59,RF Generator 为Process chamb