CVD工艺原理及设备介绍

一 PECVD在ARRAY中担当的角色 ARRAY工艺构成 二 PECVD基本原理及功能 1 CVD的介绍 一种利用化学反应方式 将反应物 气体 生成固态的产物 并沉积在基片表面的薄膜沉积技术 如可生成 导体 W 钨 等 半导体 Poly Si 多晶硅 非晶硅等 绝缘体 介电材质 SiO2 Si3N4等 2 PECVD的介绍 为了使化学反应能在较低的温度下进行 利用了等离子体的活性来促进反应 因而这种CVD称为等离子体增强化学气相沉积 PECVD PECVD基本原理及功能 3 PECVD制膜的优点及注意事项 优点 均匀性和重复性好 可大面积成膜 可在较低温度下成膜 台阶覆盖优良 薄膜成分和厚度易于控制 适用范围广 设备简单 易于产业化 注意事项 要求有较高的本底真空 防止交叉污染 原料气体具有腐蚀性 可燃性 爆炸性 易燃性和毒性 应采取必要的防护措施 PECVD基本原理及功能 RFPower 提供能量真空度 与压力相关 气体的种类和混合比温度Plasma的密度 通过Spacing来调节 4 PECVD参数 PECVD基本原理及功能 5 PECVD所做各层膜概要 PECVD基本原理及功能 6 绝缘膜 有源膜成膜机理 SiNX绝缘膜 通过SiH4与NH3混合气体作为反应气体 辉光放电生成等离子体在衬底上成膜 a Si H有源层膜 SiH4气体在反应室中通过辉光放电 经过一系列初级 次级反应 生成包括离子 子活性团等较复杂的反应产物 最终生成a Si H薄膜沉积在衬底上 其中直接参与薄膜生长的主要是一些中性产物SiHn n为0 3 PECVD基本原理及功能 7 几种膜的性能要求 1 a Si H低隙态密度 深能级杂质少 高迁移率 暗态电阻率高 2 a SiNx Hi 作为介质层和绝缘层 介电常数适中 耐压能力强 电阻率高 固定电荷少 稳定性好 含富氮材料 针孔少 厚度均匀ii 作为钝化层 密度较高 针孔少 3 n a Si具有较高的电导率 较低的电导激活能 较高的参杂效率 形成微晶薄膜 三 PECVD设备 PECVD设备 真空状态的设备内部与外面的大气压间进行转换的Chamber 通过Cassette向LoadlockCh 传送时 首先使用N2气使其由真空转变为大气压 传送结束后 使用Dry泵使其由大气压转变为真空 而且对沉积完成的热的Glass进行冷却 为减少P T Particle 的产生 在进行抽真空 Vent时使用Slow方式 1 LoadlockChamber 基础真空 500mTorr以下两个LoadlockChamber公用一个PumpLoadlockDoor是由两个气缸构成 完成两个方向的运动升降台 由导轨和丝杠构成 通过直流步进电机进行驱动 PECVD设备 2 ACLS ACLS AutomaticCassetteLoadStation 是主要放置Cassette的地方 4个CassetteStage A B C D 向外从左向右 层流净化罩 LaminarFlowHood Class10最大能力 24 目前20Slot Cassette LightCurtain 红外线 防止设备自动进行时有人接近Stage设备状态指示器绿色 表示设备处于执行状态白色 表示设备处于闲置状态蓝色 表示设备处于等待状态黄色 表示设备处于暂停或停止状态红色 表示设备由于Alarm处于暂停或停止状态Atm机器手 ATM机器手共有4个方向 即T X R Z轴 其中X轴是通过T R轴组合来完成的 PECVD设备 3 HeatChamber 在HeatCh 中对Glass进行Preheating处理后传送到ProcessChamber基础真空 500mTorr以下温度控制 最大可加热到400 由13个Shelf构成 并通过各Shelf对温度进行控制 Shelf电阻14Ohms 12 16 Shelf内部为铜 在外表面镀NiBody为不锈钢 4 ProcessChamber PECVD设备 ProcessChamber控制了在一个玻璃上的化学气相沉积过程的所有工序 RPSC系统 PECVD设备 在成膜过程中 不仅会沉积到Glass上而且会沉积到Chamber的内壁 因此需对Chamber进行定期的Dry清洗 否则会对沉积进行污染PECVDP Chamber内部清洗使用DryCleaning方式 把从外面形成的F 通入Chamber内并通过F与Chamber内的Film物质反应使其由固体变成气体 四 PROCESSCHAMBER内备件 PROCESSCHAMBER内备件 1 Diffuser FloatingDiffuser Diffuser使工艺气体和RF能量均匀地扩散进入processchamber 微粒 和电弧击穿都指示出diffuser需要被更换 PROCESSCHAMBER内备件 Diffuser在玻璃表面上方均匀的散播工序气体 Diffuser由铝构成 上升到processchamber盖的diffuser用陶瓷固定架和RF绝缘体来隔离它和processchamber盖 floatingdiffuser DiffuserBackingPlate BottomView BackingPlate Lidframe LidCart ProcessChamber要在必须的真空和温度环境下打开Slit阀门真空机械手end effector把在LiftPins上的玻璃放进processchamber以及缩回后放进transferchamberslit阀关闭及密封susceptor举起玻璃偏离liftpins而放之于diffuser下方工艺气体和射频能量打开 产生等离子体通过diffuser到达processchamber 想要的材料沉积在玻璃上susceptor按需要上升或下降到达必要的电极距 PROCESSCHAMBER内备件 PROCESSCHAMBER内备件 Susceptors会频繁替换 他们能持续多久是看每个系统的程序和清洗需求 电弧击穿 变色的斑点 错误的操作 温度也能部分反映出susceptor是否需要被更换 PROCESSCHAMBER内备件 所有程序中的陶瓷装置腔体和盖的裂纹 扭曲 缺口或其他变形 陶瓷检查 PROCESSCHAMBER内备件 Liftpins和pinplate是分开的部分 当玻璃降低至susceptor上时 pinplate完全缩回 liftpins凹陷在susceptor表面内 由于liftpins的 golf tee 形状 它不会通过susceptor掉落 清洗程序移除了在processchamber内substrateprocessing过程中产生的颗粒和副产品有规律的湿洗所有内表面和暴露在工序里的部件 任何特定腔体需要的清洗频率都和substrates的数量相称