1、.,1,CVD制程工藝及設(shè)備介紹,2014年05月10日 李廣錄,.,2,主要內(nèi)容,1.PECVD制程工藝介紹,2.PECVD設(shè)備介紹,.,3,PECVD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(shè)備及反應(yīng)原理,4.工藝參數(shù)及檢查項(xiàng)目,.,4,TFT-LCD基本概念,Thin Film Transistor Liquid Crystal Display 薄膜晶體管液晶顯示器 Thin Film：薄膜，膜厚在um(10-6m)級(jí)以下 Transistor：電晶體，固態(tài)半導(dǎo)體元件，作為一種可變開(kāi)關(guān)，基於輸入的電壓可控制輸出的電流 Liquid Cryst

2、al：液晶，不同軸向透光性不同，具有依照電場(chǎng)方向旋轉(zhuǎn)排列功能 Thin Film Transistor：Control the pixel signal on/off Liquid Crystal：Control the light polarization,.,5,黑矩陣,背光源,- 結(jié)構(gòu)圖,.,6,.,7,TFT-LCD名詞解釋,分辨率（Display Resolution ）：顯示器上水平方向和垂直方向上相素（Pixel）的數(shù)目。注：一個(gè)相素有R、G、B三個(gè)子相素（Sub-Pixel）。 對(duì)比度（Contrast Ratio）：顯示器最大亮度值（全白）與最小亮度值（全黑）之比值。一般TF

3、T-LCD的對(duì)比值為200:1至400:1。 視角（Viewing Angle）：在大角度觀看的情況下，顯示器亮暗對(duì)比變差會(huì)使畫(huà)面失真，而在可接受的觀測(cè)角度范圍就稱(chēng)為視角。 反應(yīng)時(shí)間（Response Time）：從輸入信號(hào)到輸出影像所經(jīng)歷的時(shí)間，一般液晶顯示器反應(yīng)時(shí)間為2030毫秒。（標(biāo)準(zhǔn)電影格式每畫(huà)面為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等效電路,.,13,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,.,14,CVD原理介紹,CVD (Chemic

4、al Vapor Deposition )化學(xué)氣相沉積 借由氣體混合物發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，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(guò)程。,關(guān)鍵點(diǎn) 經(jīng)由化學(xué)反應(yīng)或熱分解 薄膜的材料源由外加氣體供給 制程反應(yīng)物必須為氣相的形式,.,15,幾種常見(jiàn)CVD比較,.,16,PECVD反應(yīng)原理,Plasma的概念,通常被視為物質(zhì)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(fù)粒子（其中包括正離子、負(fù)離子、電子、自由基和各種活性基團(tuán)等）組成的集合體，其中正電荷和負(fù)電荷的電量相等

5、，故稱(chēng)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(cè)到的宇宙物質(zhì)中, 99%都是等離子體,但分布的范圍很稀薄。 注意點(diǎn) 非束縛性：異類(lèi)帶電粒子之間相互“自由”，等離子體的基本粒子元是帶正負(fù)電荷的粒子（電子、離子），而不是其結(jié)合體。 粒子與電場(chǎng)的不可分割性：等離子體中粒子的運(yùn)動(dòng)與電場(chǎng)（外場(chǎng)以及粒子產(chǎn)生的自洽場(chǎng)）的運(yùn)動(dòng)緊密耦合，不可分割。 集體效應(yīng)起主導(dǎo)作用：等離子體中相互作用的電磁力是長(zhǎng)程的庫(kù)侖力。,.,17,Plasma產(chǎn)生原理,在氣壓恒定的條件下，對(duì)氣體增加能量(熱能，電能等)，當(dāng)氣體中的溫度足夠高時(shí)，氣體中的分子就會(huì)分解為原子氣。進(jìn)一步升高溫度，原子就會(huì)分解為帶

6、電的自由離子(電子和正離子)，此時(shí)氣體進(jìn)入等離子體態(tài)。,Plasma包含 neutral gas atoms or molecules ions free radicals Electrons photons,人為產(chǎn)生等離子體的主要方法,其中輝光放電(Glow Discharge）所產(chǎn)生的等離子體在薄膜材料的制備技術(shù)中得到了非常廣泛的應(yīng)用，Sputter和CVD設(shè)備采用的正是輝光放電來(lái)產(chǎn)生等離子體。,.,18,等離子體（Plasma）形成中電子碰撞引發(fā)的過(guò)程,PECVD原理,反應(yīng)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(fù)離子，自由基以及活性基等，這些

7、活性基團(tuán)通過(guò)化學(xué)反應(yīng)和吸附結(jié)合作用，形成固體化合物的過(guò)程。,.,19,PECVD反應(yīng)示意圖,（1）電子和反應(yīng)氣體發(fā)生碰撞，產(chǎn)生大量的活性基； （2）活性基被吸附在基板上，進(jìn)行表面反應(yīng)； （3）被吸附的原子在自身動(dòng)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(diǎn)堆積下來(lái)； （4）同時(shí)，基板上的原子不斷脫離周?chē)拥氖`，進(jìn)入等離子體氣氛中參與化學(xué)反應(yīng)，達(dá)到動(dòng)態(tài)的平衡； （5）不斷地補(bǔ)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(zhǎng)； （6）二次生成物和未反應(yīng)的氣體會(huì)經(jīng)排氣口排出。,PECVD反應(yīng)過(guò)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工程使用的氣體,氣體的性質(zhì)(物理和化學(xué)性質(zhì)），純度等需考慮,.,23,膜質(zhì)確認(rèn)的目的 維持品質(zhì) (如TFT特性) 確認(rèn)裝置的狀態(tài)（如MFC/RF/真空計(jì)是否異常）,膜

10、質(zhì)及影響膜質(zhì)的參數(shù),影響膜質(zhì)的工藝參數(shù),工藝參數(shù)及檢查項(xiàng)目,.,24,工藝參數(shù)及檢查項(xiàng)目-工程管理,.,25,PECVD設(shè)備簡(jiǎn)介,1.CVD設(shè)備主機(jī)臺(tái)AKT25K/25KAX,2.安全方面介紹,.,26,Mainframe Structure,.,27,Mainframe Structure,DDSL,Transfer Chamber,Process Chamber,.,28,Mainframe Structure,.,29,DDSL 全稱(chēng)為Double Dual Slot Load Lock ，也可以直接稱(chēng)之為load lock。它是為進(jìn)入的Substrate的降壓和為已鍍膜的Substra

11、te降溫。,.,30,側(cè)面圖,.,31,DDSL內(nèi)玻璃位置調(diào)節(jié)功能,.,32,DDSL的工作原理,Substrate Load,送片時(shí)，ATM Robot將玻璃放到 DDSL的Input plate pin上，這時(shí)cooling plate上升, Actuator將pin plate上的Alignment頂起，固定住玻璃。然后cooling plate下降，回到原來(lái)位置.通入N2作用是Vent。,Substrate Unload,取片時(shí)，T/C Robot將玻璃放到cooling plate的Lift pin上，然后cooling plate上升，貼近玻璃表面，給玻璃降溫，之后回到原來(lái)位置。,

12、四個(gè)位置,Load：Robot剛進(jìn)入Loadlock時(shí)的位置 Exchange：Robot將玻璃放在Pin時(shí)的位置 Cool：玻璃從T/C到loadlock時(shí)，cooling plate上升后的停止位置 Clamp：玻璃從ATM Robot到loadlock后，隨cooling plates上升，Actuator推動(dòng)Clamping Mechanism夾緊玻璃時(shí)的位置,.,33,Transfer chamber,Transfer chamber的作用 在真空的環(huán)境下完成真空機(jī)械手臂從DDSL 取片并將其放入到Process chamber中，并將Process chamber 中鍍膜完成的基板

13、取出放入DDSL中。 4個(gè)view port：用來(lái)觀察基板的狀態(tài)、位置是否放好。 12個(gè)sensor:用來(lái)偵測(cè)是否有破片,外部結(jié)構(gòu),內(nèi)部結(jié)構(gòu),.,34,Substrate Sensor,.,35,AKT25KAX,.,36,TC End Effector Pad,Pad作用：通過(guò)靜摩擦來(lái)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(yīng)室的空間。,.,37,3層的pad采用表面凸起的類(lèi)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(zhǎng)了pad的使用壽命。 PAS層的pad則采用表面是網(wǎng)狀的pad，此方法是通過(guò)減少接觸面積達(dá)到防

14、止靜電的目的。因?yàn)槿绻a(chǎn)生了靜電會(huì)破壞N+層膜。,Pad Improvement,.,38,AKT25K與25KAX的不同,.,39,Process chamber,Process chamber簡(jiǎn)稱(chēng)為PC，為CVD機(jī)臺(tái)的成膜制程腔室，AKT-25K每個(gè)機(jī)臺(tái)有4個(gè)PC，而AKT-25KAX每個(gè)機(jī)臺(tái)有5個(gè)PC。,.,40,Process Chamber的構(gòu)成,.,41,P/C Chamber lid,.,42,Diffuser(上電極),.,43,P/C Chamber lid,氣體通過(guò)Baffle Plate向diffuser擴(kuò)散，起均勻分布作用。,Baffle Plate,Gas Inlet

15、,Backing Plate,Lid Frame,.,44,RF Match Box,外部結(jié)構(gòu),匹配原理,R-負(fù)載電阻(阻抗) r-電源的內(nèi)阻(阻抗),當(dāng)電阻R=r時(shí)，負(fù)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(shè)備負(fù)載的阻抗可表示為Z=R + j X。要使負(fù)載與電纜的特性阻抗相匹配，就需要加匹配網(wǎng)絡(luò)，使得電源的輸出功率全部加到負(fù)載上，而無(wú)反射功率或反射功率很小。,.,45,RPS Unit,RPSC的清洗流程,RPS Unit結(jié)構(gòu),4000Hz，6500W,.,46,Process Chamber Lid各部件作用,.,47,P/C Cha

16、mber Body,Susceptor（下電極）,Susceptor是chamber body的重要組成部分，主要是在成膜過(guò)程中承載基板。,.,48,Vacuum/Throttle Valve,氣體管道Valve,PC Body部件,Throttle Valve：主要作用是通過(guò)調(diào)節(jié)角度控制腔室內(nèi)壓力。,Vacuum Valve：控制腔室內(nèi)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,較大的Vacuum Gauge范圍是0.001Torr到10Torr，精確度高且敏感 。,較小的那個(gè)是0.1到1000Torr，且二者之間有一個(gè)Isolation valve（隔離閥）。,20Torr Sensor（傳感器）是用來(lái)檢測(cè)腔內(nèi)壓力，當(dāng)腔內(nèi)壓力小于20Torr時(shí)，才能把壓力值反映到機(jī)臺(tái)控制電路板上，進(jìn)而打開(kāi)控制氣體的閥門(mén)，才會(huì)使制程氣體流入到腔室，也就是相當(dāng)于聯(lián)動(dòng)裝置。,.,55,Gas panel and Mainframe Control Tower Box,Gas panel 氣

18、體從這里分開(kāi)到各chamber,Main frame control tower 為機(jī)臺(tái)提供440V和208V電源,.,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 為Match Box和process chamber供DI Water,.,59,RF Generator 為Process chamb