CVD工艺原理及设备介绍学习课程

1、二、PECVD基本原理及功能1.1. CVDCVD的介绍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.PECVD2.PECVD的介绍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).第第1页页/共共23页页第一页，编辑于星期五：十五点 四十一分。PECVD基本原理及功能3. 3. PECVDPECVD制膜的优点及注意事项优点：优点： 均匀性

2、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：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。第第2页页/共共23页页第二页，编辑于星期五：十五点 四十一分。PECVD基本原理及功能基本原理及功能 RF Power :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 4. PECVD 参数参数第第3页页/共共23页页第三页，编辑于星期五：十五点 四十一分。PE

3、CVD基本原理及功能LayerLayer名称名称膜厚膜厚使用气体使用气体描述描述MultiMultig-SiNx:Hg-SiNx:H3500350010%10%SiH4+NH3+N2SiH4+NH3+N2对对GateGate信号线进行保信号线进行保护和绝缘的作用护和绝缘的作用g-SiNx:Lg-SiNx:L50050010%10%a-Si:La-Si:L50050015%15%SiH4+H2SiH4+H2在在TFTTFT器件中起到开关器件中起到开关作用作用a-Si:Ha-Si:H1300130020%20%n+ a-Sin+ a-Si50050020%20%SiH4+PH3+H2SiH4+PH

4、3+H2减小减小a-Sia-Si层与层与S/DS/D信号信号线的电阻线的电阻PVXPVXp-SiNxp-SiNx2500250010%10%SiH4+NH3+N2SiH4+NH3+N2对对S/DS/D信号线进行保护信号线进行保护5.PECVD 5.PECVD 所做各层膜概要所做各层膜概要第第4页页/共共23页页第四页，编辑于星期五：十五点 四十一分。PECVD基本原理及功能基本原理及功能 6. 6. 绝缘膜、有源膜成膜机理(1) 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。(2) a-Si:H有源层膜：SiH4气体在反应室中通过辉光放电，经过一

5、 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）第第5页页/共共23页页第五页，编辑于星期五：十五点 四十一分。PECVD基本原理及功能基本原理及功能 7. 7. 几种膜的性能要求几种膜的性能要求(1) a-Si:H(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-SiN(2) a-SiNx x:H:H i.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

6、孔少(3) n(3) n+ + a-Si 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。第第6页页/共共23页页第六页，编辑于星期五：十五点 四十一分。三、三、PECVD设备设备 第第7页页/共共23页页第七页，编辑于星期五：十五点 四十一分。PECVD设备设备 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Loadlock Ch.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

7、用Slow方式1. Loadlock Chamber1. Loadlock Chamber 基础真空:500mTorr以下 两个Loadlock Chamber公用一个Pump Loadlock Door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第第8页页/共共23页页第八页，编辑于星期五：十五点 四十一分。PECVD设备设备 2 2、 ACLS ACLS ACLS(Automatic Cassette Load Station)是主要放置Cassette的地方 4个Cassette Stage:A,B,C,D(向外从左向右) 层流净化罩(Lami

8、nar Flow Hood):Class 10 最大能力:24(目前20 Slot/Cassette) Light Curtain(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轴组合来完成的第第9页页/共共23页页第九页，编辑于星期五：十五点 四十一分。PECVD设备设备 3 3、Heat ChamberHeat Chamb

9、er在Heat Ch.中对Glass进行Preheating处理后传送到Process Chamber 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(1216),Shelf内部为铜,在外表面镀Ni Body为不锈钢第第10页页/共共23页页第十页，编辑于星期五：十五点 四十一分。4 4、Process ChamberProcess ChamberPECVD设备设备 Process Chamber控制了在一个玻璃上的化学气相沉积过程的所有工序第第11页页/共共23页页第十一页，编辑于星期五：十

10、五点 四十一分。 RPSC RPSC系统系统PECVD设备设备 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 PECVD P/Chamber内部清洗使用Dry Cleaning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第第12页页/共共23页页第十二页，编辑于星期五：十五点 四十一分。四、四、PROCESS CHAMBER内备件内备件 第第13页页/共共23页页第十三页，编辑于星期五：十五点 四十一分。PROCESS CHAMBER内

11、备件内备件 1.Diffuser1.DiffuserFloating Diffuser Diffuser Diffuser 使工使工艺艺气体和气体和 RF RF 能量均匀地能量均匀地扩扩散散进进入入process chamberprocess chamber。 。微粒微粒 , , 和电弧击穿都指示出和电弧击穿都指示出diffuserdiffuser需要被更换需要被更换。第第14页页/共共23页页第十四页，编辑于星期五：十五点 四十一分。PROCESS CHAMBER内备件内备件 DiffuserDiffuser在玻璃表面上方均匀的散播工序气在玻璃表面上方均匀的散播工序气体体.Diffuser.

12、Diffuser由铝构成由铝构成上升到上升到process chamberprocess chamber盖的盖的diffuserdiffuser用陶瓷固定用陶瓷固定架和架和RFRF绝缘体来隔离它和绝缘体来隔离它和process chamberprocess chamber盖。盖。( (floating diffuserfloating diffuser) )第第15页页/共共23页页第十五页，编辑于星期五：十五点 四十一分。Diffuser Backing Plate (Bottom View)Backing PlateLid frameLid Cart第第16页页/共共23页页第十六页，编辑

13、于星期五：十五点 四十一分。Process Chamber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Lift Pins上的玻璃放进process chamber以及缩回后放进transfer chamberslit阀关闭及密封susceptor举起玻璃偏离lift pins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process chamber.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PROCESS CHAMBER内备件内备件 第第17页页/共共23页页第十七页，编辑于星期五：十

14、五点 四十一分。PROCESS CHAMBER内备件内备件 第第18页页/共共23页页第十八页，编辑于星期五：十五点 四十一分。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PROCESS CHAMBER内备件内备件 第第19页页/共共23页页第十九页，编辑于星期五：十五点 四十一分。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PROCESS CHAMBER内备件内备件 第第20页页/共共23页页第二十页，编辑于星期五：十五点 四十一分。Lift pins 和pin plate是分开的部分当玻璃降低至susceptor上时，pin plate完全缩回 ，lift pins凹陷在susceptor 表面内由于lift pins的“golf-tee”形状，它不会通过susceptor掉落第第21页页/共共23页页第二十一页，编辑于星期五：十五点 四十一分。 清洗程序移除了在process chamber内substrate processing 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