CVD制程工艺及设备介绍课件.ppt

1、感谢下载1CVDCVD制程工艺及设备介绍制程工艺及设备介绍2014年年05月月10日日李广录李广录感谢下载2主要内容 感谢下载3PECVD制程工艺介绍 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感谢下载4TFT-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 Crystal：液晶，不同轴向透光性不同，具有依照电场方向旋转排

2、列功能Thin Film Transistor：Control the pixel signal on/offLiquid Crystal：Control the light polarization感谢下载5黑矩阵背光源- 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玻璃偏光片感谢下载6感谢下载7TFT-LCD名词解释l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）。l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。l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。l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）感谢下载8感谢下载9 9TFT基本概念GSDSDGSDGGate lineData lineClcCsa-Si工作层感谢下载10CVD工程在TFT流程中的作用（受入洗净）成膜前洗净PVD 成膜（ Physical Vapor Deposition）光刻(Lithograph)湿蚀刻

4、（WET Etch）干蚀刻（Dry Etch）CVD 成膜 (Chemical Vapor Deposition)Resist剥离外观检查Pattern修正（断线修正）感谢下载11CVD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-SiG-SiNxPas-SiNxN+ a-Sia-Si半导体膜Gate绝缘膜Passivation钝化膜感谢下载12TFT等效电路等效电路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)Sou

5、rce有源层a Si层D(漏电极)DrainD(漏电极)Drain感谢下载13 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层感谢下载14CVD原理介绍CVD (Chemical 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（

6、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化学反应或热分解热分解薄膜的材料源由外加气体供给外加气体供给制程反应物必须为气相气相的形式感谢下载15种类热CVD等离子CVDAP-CVD (Atmospheric Pressure CVD)LP-CVD（Low Pressure CVD）PE-CVD (Plasma enhanced CVD)设备简图反应压力大气真空真空基板温度700800700800200400使用产业ICICLCD，IC，Solar排气成膜气体电源真空腔室Plasma电极排气成膜气体基板加热器几种常见CVD比较感谢下载16P

7、ECVD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

8、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。感谢下载17Plasma产生原理产生原理 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。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包含包含lneutral gas atoms or moleculeslions lfree radicalslElectronslphotons人为产生等离子体的主要方法 其中辉光放电(Glow Disch

9、arge）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。感谢下载18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+Ar2e+ 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。感谢下载19PECVD反应示意图气体原料排气基板加热离

10、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反应过程感谢下载20感谢下载21 PECVD Process Parameter Gas flow rate

11、(SiH4, NH3, H2, PH3 1%/H2, N2, Ar, NF3)Chamber Pressure. (pumping speed, throttle valve position)RF PowerSubstrate temperatureElectrode spacing PECVD Films for TFTa-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 SiNx:H Lower

12、 process temperature (300450) for glass substratePlasma assistLess glass damage Better thickness uniformity for large area depositionmass production by large area substratesWhy PECVD for TFT ?感谢下载22CVD工程使用的气体3-LayerPas-SiNxCleaningG-SiNxa-SiN+ a-SiSiH4PH3(1%)/SiH4NH3N2H2ArNF3气体的性质(物理和化学性质），纯度等需考虑感谢下

13、载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RF Power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感谢下载243-Layer成膜工程频度项目目的3-Layer 后斜光检查4Pcs/LotMura成膜区域基板破损，划伤异常放电特性特性异常成膜区域防止后工程基板裂纹特性异常外观检查1Lot/2da

14、ysParticle点缺陷和线缺陷N+ PhotoAM图像检查AP缺陷数趋势Trouble时趋势监控 Mura Particle特性异常点缺陷，线缺陷Array检查趋势监控 Particle特性异常点缺陷，线缺陷特性异常Pas成膜工程频度项目目的Pas 后斜光检查4Pcs/LotMura成膜区域基板破损，划伤异常放电特性异常成膜区域防止后工程基板裂纹特性异常N+ PhotoAM图像检查AP缺陷数趋势Trouble时趋势监控 Mura Particle特性异常点缺陷，线缺陷工艺参数及检查项目-工程管理感谢下载25PECVD设备简介CVD设备主机台设备主机台AKT25K/25KAX 2.安全方面介

15、绍安全方面介绍感谢下载26Mainframe Structure Process ChamberDDSLTransfer ChamberHeat ChamberMainframe Control TowerGas Panel感谢下载27Mainframe StructureDDSLTransfer ChamberProcess Chamber感谢下载28ItemDescriptionDDSLPumps down incoming substrates and cools hot substrates prior to substrate unloading.Process chamberPer

16、forms processes (serial or parallel) on single substrates with plasma enhanced chemical vapor deposition.Heat chamberBatch preheats substrates prior to processing.Transfer chamber(with vacuum robot)Contains a vacuum robot that moves substrates under vacuum between chambers.Gas panelControls process

17、gas flow to process chambers.Mainframe control towerHouses the mainframe power distribution, DC power supplies, mainframe VME controller, and heat chamber temperature controller.Mainframe Structure感谢下载29正面图PinInput PlatePinCooling PlateDDSL 全称为Double Dual Slot Load Lock ，也可以直接称之为load lock。它是为进入的Subs

18、trate的降压和为已镀膜的Substrate降温。感谢下载30Pressure SwitchGaugeActuatorAlignment FixtureClamping MechanismSensorCDA Open and CloseN2 O-ring侧面图感谢下载31DDSL内玻璃位置调节功能感谢下载32DDSL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

19、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。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夹紧玻璃时的位置感谢下载33T

20、ransfer chamberTransfer 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感谢下载34Substrate SensorSensorReflector感谢下载35AKT25KAX感谢下载36TC End Effector PadWrist plate梯形pad圆形padClamping screwsEnd EffectorPad作

21、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。感谢下载373LPas3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。Pad Improvement感谢下载38AKT25K与25KAX的不同项目25K25KAXLoadlockDDSLTSSL有2层，每层都有一个input plate和cooling plate，玻璃进出不必一致，可以从

22、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。Transfer Chamber单层Vacuum Robot双层Vacuum Robot腔室顶部为平的腔室顶部为穹顶感谢下载39Process chamberProcess 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。感谢下载40Process Chamber的构成Chamber lidChamber bodyChamber base感谢下载41P/C Chamber lid感谢下载42Diffuser(上电极)感谢下载43P/C C

23、hamber lid气体通过Baffle Plate向diffuser扩散，起均匀分布作用。Baffle PlateGas InletBacking PlateLid Frame感谢下载44RF 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。RF Cable(from generator)PowerSw

24、itch感谢下载45RPS UnitRPSC的清洗流程RPS Unit结构PCW In/OutSignalDisplay AC powerU-tubeResistor Manifold4000Hz，6500W感谢下载46Process Chamber Lid各部件作用ItemFunctionsRF match box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。RPSC Unit主要用来清洗PC腔室的。Cooling Plate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。 Resistor manifold传递 RF 和

25、plasma 到腔体内。感谢下载47P/C Chamber BodySusceptor（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。感谢下载48Vacuum/Throttle Valve气体管道ValveGas Final 1 Gas Final 2气动阀FilterPC 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。感谢下载49P/C Chamber body部件感谢下载50P/C Chamber body部件Ceramic ShaftSusceptor S

26、upport Plate定位孔感谢下载51P/C Chamber body部件感谢下载52P/C Chamber baseDisplay PanelDC powerUPSTurbo Pump Power感谢下载53Slit ValveN2CDASlit Valve Pump垫片Bellows横向Bellows横向汽缸纵向汽缸感谢下载54PC 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

27、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。 SensorIsolation Valve1000Torr Gauge10 Torr Capacitance Gauge感谢下载55Gas panel and Mainframe Control Tower BoxGas panel气体从这里分开到各chamberMain frame control tower为机台提供440V和208V电源感谢下载56Remote system感谢下载57RF GeneratorRF GeneratorRF G

28、eneratorRF GeneratorRF GeneratorT/C pumpAir tank & ManifoldLocal scrubberP/CpumpBP/CpumpDP/CpumpAP/CpumpERemote ACPower BoxHeat exchangerP/CpumpCAC PowerControl TowerL/L pumpRemote system感谢下载58Heat Exchanger 为Match Box和process chamber供DI Water感谢下载59RF Generator 为Process chamber 提供RF energy感谢下载60Air

29、tank 储存气体给机台的气动阀供气。感谢下载61Remote AC Power Box为机台提供AC电源感谢下载62Process Chamber Pump 为Process Chamber抽真空（A400BP 和AAS200WN的组合）。感谢下载63L/L Pump为Loadlock抽真空（共有五个单体组合而成，AA201BP两台，A25S 三台）。感谢下载64DDSL pump实物图感谢下载65T/C Pump 为Transfer Chamber抽真空（所用型号为A200W）感谢下载66Burner CVD的尾气处理装置，主要是将制程残气燃烧处理掉。感谢下载67CVD安全方面的介绍1.高温 CVD机台是高温机台，Process chamber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。感谢下载682.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。感谢下载693 高周波 高周波即高频具有辐射性感谢下载704 特气 CVD机台所用气体有几种是毒性很强的气体感谢下载71注意因气体泄漏造成火灾或者爆炸的危险感谢下载725.驱动部件的危险 真空手臂的升降，旋转运行，门阀的开关等 感谢下载736.注意跌倒 CVD机台很高，有许多地方时高低不平感谢下载74 谢谢 谢！谢！