1、CVD制程工藝及設(shè)備介紹,2014年05月10日 李廣錄,主要內(nèi)容,1.PECVD制程工藝介紹,2.PECVD設(shè)備介紹,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)及檢查項目,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)級以下 Transistor：電晶體，固態(tài)半導(dǎo)體元件，作為一種可變開關(guān)，基於輸入的電壓可控制輸出的電流 Liquid Crystal：液晶，不同軸向透光性不同，

2、具有依照電場方向旋轉(zhuǎn)排列功能 Thin Film Transistor：Control the pixel signal on/off Liquid Crystal：Control the light polarization,黑矩陣,背光源,- 結(jié)構(gòu)圖,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：一個相素有R、G、B三個子相素（Sub-Pixel）。 對比度（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TFT-LCD的對比值為200:1至400:1。 視角（Vi

3、ewing Angle）：在大角度觀看的情況下，顯示器亮暗對比變差會使畫面失真，而在可接受的觀測角度范圍就稱為視角。 反應(yīng)時間（Response Time）：從輸入信號到輸出影像所經(jīng)歷的時間，一般液晶顯示器反應(yīng)時間為2030毫秒。（標準電影格式每畫面為40毫秒）,9,TFT基本概念,CVD工程在TFT流程中的作用,CVD工程在TFT流程中的作用,TFT等效電路,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,CVD原理介紹,CVD (Chemical 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

4、)或紫外光（UV）照射等方式，在基板 (Substrate)表面上沉積一層固態(tài)化合物的過程。,關(guān)鍵點 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,幾種常見CVD比較,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、負粒子（其中包括正離子、負離子、電子、自由基和各種活性基團等）組成的集合體，其中正電荷和負電荷的電量相等，故稱等離子體（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

5、意點 非束縛性：異類帶電粒子之間相互“自由”，等離子體的基本粒子元是帶正負電荷的粒子（電子、離子），而不是其結(jié)合體。 粒子與電場的不可分割性：等離子體中粒子的運動與電場（外場以及粒子產(chǎn)生的自洽場）的運動緊密耦合，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程的庫侖力。,Plasma產(chǎn)生原理,在氣壓恒定的條件下，對氣體增加能量(熱能，電能等)，當氣體中的溫度足夠高時，氣體中的分子就會分解為原子氣。進一步升高溫度，原子就會分解為帶電的自由離子(電子和正離子)，此時氣體進入等離子體態(tài)。,Plasma包含 neutral gas atoms or molecules ions fre

6、e 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產(chǎn)生等離子體。,等離子體（Plasma）形成中電子碰撞引發(fā)的過程,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、負離子，自由基以及活性基等，這些活性基團通過化學(xué)反應(yīng)和吸附結(jié)合作用，形成固體化合物的過程。,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

7、行表面反應(yīng)； （3）被吸附的原子在自身動能和基板溫度的作用下，在基板表面遷移，選擇能量最低的點堆積下來； （4）同時，基板上的原子不斷脫離周圍原子的束縛，進入等離子體氣氛中參與化學(xué)反應(yīng)，達到動態(tài)的平衡； （5）不斷地補充原料氣體，使原子沉積速率大于原子逃逸速率，薄膜持續(xù)生長； （6）二次生成物和未反應(yīng)的氣體會經(jīng)排氣口排出。,PECVD反應(yīng)過程,PECVD Process Parameter,Gas flow rate (SiH4, NH3, H2, PH3 1%/H2, N2, Ar, NF3) Chamber Pressure. (pumping speed, throttle valve

8、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 SiNx:H,Lower process temperature (300450) for glass substrate Plasma assist Less glass damage Be

9、tter thickness uniformity for large area deposition mass production by large area substrates,Why PECVD for TFT ?,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,膜質(zhì)確認的目的 維持品質(zhì) (如TFT特性) 確認裝置的狀態(tài)（如MFC/RF/真空計是否異常）,膜質(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)及檢查項目,工藝參數(shù)及檢查項目-工程管理,25,PECVD設(shè)備簡介,1.CVD設(shè)備主機臺AKT25K/25KAX,2.安全方面介紹,Mainframe Struct

10、ure,Mainframe Structure,DDSL,Transfer Chamber,Process Chamber,Mainframe Structure,DDSL 全稱為Double Dual Slot Load Lock ，也可以直接稱之為load lock。它是為進入的Substrate的降壓和為已鍍膜的Substrate降溫。,側(cè)面圖,DDSL內(nèi)玻璃位置調(diào)節(jié)功能,DDSL的工作原理,Substrate Load,送片時，ATM Robot將玻璃放到 DDSL的Input plate pin上，這時cooling plate上升, Actuator將pin plate上的Alig

11、nment頂起，固定住玻璃。然后cooling plate下降，回到原來位置.通入N2作用是Vent。,Substrate Unload,取片時，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，之后回到原來位置。,四個位置,Load：Robot剛進入Loadlock時的位置 Exchange：Robot將玻璃放在Pin時的位置 Cool：玻璃從T/C到loadlock時，cooling plate上升后的停止位置 Clamp：玻璃從ATM Robot到loadlock后，隨cooling plates上升

12、，Actuator推動Clamping Mechanism夾緊玻璃時的位置,Transfer chamber,Transfer chamber的作用 在真空的環(huán)境下完成真空機械手臂從DDSL 取片并將其放入到Process chamber中，并將Process chamber 中鍍膜完成的基板取出放入DDSL中。 4個view port：用來觀察基板的狀態(tài)、位置是否放好。 12個sensor:用來偵測是否有破片,外部結(jié)構(gòu),內(nèi)部結(jié)構(gòu),Substrate Sensor,AKT25KAX,TC End Effector Pad,Pad作用：通過靜摩擦來固定基板； 采用四根叉子保證了基板的平穩(wěn)； 采用

13、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。,3層的pad采用表面凸起的類型，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，此方法是通過減少接觸面積達到防止靜電的目的。因為如果產(chǎn)生了靜電會破壞N+層膜。,Pad Improvement,AKT25K與25KAX的不同,39,Process chamber,Process chamber簡稱為PC，為CVD機臺的成膜制程腔室，AKT-25K每個機臺有4個PC，而AKT-25KAX每個機臺有5個PC。,Process Chamber的構(gòu)成,P/C C

14、hamber lid,42,Diffuser(上電極),P/C Chamber lid,氣體通過Baffle Plate向diffuser擴散，起均勻分布作用。,Baffle Plate,Gas Inlet,Backing Plate,Lid Frame,RF Match Box,外部結(jié)構(gòu),匹配原理,R-負載電阻(阻抗) r-電源的內(nèi)阻(阻抗),當電阻R=r時，負載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)備負載的阻抗可表示為Z=R + j X。要使負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載上，而無反射功率或

15、反射功率很小。,RPS Unit,RPSC的清洗流程,RPS Unit結(jié)構(gòu),4000Hz，6500W,Process Chamber Lid各部件作用,P/C Chamber Body,Susceptor（下電極）,Susceptor是chamber body的重要組成部分，主要是在成膜過程中承載基板。,Vacuum/Throttle Valve,氣體管道Valve,PC Body部件,Throttle Valve：主要作用是通過調(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,P/C Chamber body部件,Cera

16、mic Shaft,Susceptor Support Plate,定位孔,P/C Chamber body部件,P/C Chamber base,Slit Valve,PC Vacuum Gauge,較大的Vacuum Gauge范圍是0.001Torr到10Torr，精確度高且敏感 。,較小的那個是0.1到1000Torr，且二者之間有一個Isolation valve（隔離閥）。,20Torr Sensor（傳感器）是用來檢測腔內(nèi)壓力，當腔內(nèi)壓力小于20Torr時，才能把壓力值反映到機臺控制電路板上，進而打開控制氣體的閥門，才會使制程氣體流入到腔室，也就是相當于聯(lián)動裝置。,55,Gas

17、panel and Mainframe Control Tower Box,Gas panel 氣體從這里分開到各chamber,Main frame control tower 為機臺提供440V和208V電源,56,Remote system,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

18、pump,Remote system,Heat Exchanger 為Match Box和process chamber供DI Water,RF Generator 為Process chamber 提供RF energy,Air tank 儲存氣體給機臺的氣動閥供氣。,Remote AC Power Box為機臺提供AC電源,Process Chamber Pump 為Process Chamber抽真空（A400BP 和AAS200WN的組合）。,63,L/L Pump為Loadlock抽真空（共有五個單體組合而成，AA201BP兩臺，A25S 三臺）。,DDSL pump實物圖,T/C Pump 為Transfer Chamber抽真空（所用型號為A200W）,Burner CVD的尾氣處理裝置，主要是將制程殘氣燃燒