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CVD制程工艺及设备介绍,2014年05月10日 李广录,主要内容,1.PECVD制程工艺介绍,2.PECVD设备介绍,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,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 Crystal：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,黑矩阵,背光源,ＴＦＴ-ＬＣＤ 结构图,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TFT-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20~30毫秒标准电影格式每画面为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等效电路,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,CVD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（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,几种常见CVD比较,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，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。

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,PECVD Process Parameter,Gas flow 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  SiNx:H,Lower process temperature (300~450℃) 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 ?,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,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,工艺参数及检查项目,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,Mainframe Structure,Mainframe Structure,DDSL,Transfer Chamber,Process Chamber,Mainframe Structure,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Substrate降温侧面图,,DDSL内玻璃位置调节功能,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VentSubstrate 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,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,Substrate Sensor,AKT25KAX,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止静电的目的因为如果产生了静电会破坏N+层膜Pad Improvement,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PCProcess Chamber的构成,P/C Chamber lid,42,Diffuser(上电极),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,Backing Plate,Lid Frame,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RPS Unit,RPSC的清洗流程,RPS Unit结构,4000Hz，6500W,Process Chamber Lid各部件作用,P/C Chamber 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,P/C Chamber body部件,Ceramic Shaft,,,,Susceptor Support Plate,,,定位孔,,P/C Chamber body部件,P/C Chamber base,Slit Valve,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,RF Generator,RF Generator,T/C pump,Air 。