第7章 CVD工序

第七章CVD工序7.1 CVD工序的目的

7.2 CVD工艺的基本原理

7.3 CVD的设备构成和主要性能指标

7.4 CVD 工序的主要工艺参数和工艺质量评价7.5特种气体供应管理系统

7.1 CVD工序的目的

7.1.1 CVD目的

在一定压强、温度条件下输入高频电压使气体源电离形成等离子体，在基板表面发生气相化学反应，生长出各种功能薄膜。

A(g) + B(g) energy C(s) + 副产物

7.1.1.1 CVD film介绍

Film Gas

（GH&GL）SiH4+NH3+H2

G-SiN

X

a-Si（AH&AL）SiH4+H2

n＋a-Si（NP）SiH4+PH3+H2

（PV）SiH4+NH3+H2

P-SiN

X

7.1.1.2各层薄膜的功能

1. G: Gate SiNx （绝缘层）

作用：防止M1与I层导通

2. a-Si （半导体）

作用：导通层，电子在该层产生

3. N: N+ a-Si （掺杂半导体）

作用：降低界面电位差，降低I层与M2之间的电位差

4. Passivation (保护层)

作用：该层的作用是保护M2，防止其发生氧化，腐蚀7.1.1.3生成各层的化学反应原理

（1）SiN X:H

SiH4 + NH3 + N2 → SiN X: H （2）a-Si:H

SiH4 + H2 → a-Si:H

（3）n＋a-Si:H

SiH4 + PH3 + H2 →n＋a-Si:H

7.2 CVD工艺的基本原理

通过前一章节的学习，我们应该对CVD的功能有了一定的了解，其实自从CVD镀膜技术被发现至今，已经得到了很大的发展，已经衍生出许多不同类型的CVD成膜方式。

按反应室内压力分：

APCVD: Atmospheric pressure CVD

SACVD: Sub Atmospheric pressure CVD

LPCVD: Low Pressure CVD

ULPCVD: Ultra-low pressure CVD

UHV_CVD: Ultra-high vacuum CVD

按能量供给方式分：

热活化式：Thermally-activated CVD

等离子辅助式：Plasma Enhanced CVD (PE-CVD)

射频方式：（Radio Frequency CVD RFCVD)

微波方式：（Microwave CVD)

电子回旋共振式：（Electron Cyclotron Resonance CVD)

引控式（Remote PCVD)

磁控式(Magnetic PCVD)

光辅助式：Photo-assisted CVD

雷射辅助式：Laser-induce CVD

下面将就PECVD系统构造、原理及特征等内容进行详细的说明，其他种类的CVD镀膜方式本节不做赘述：

PECVD技术是上世纪70年代初发展起来的新工艺，主要是为了适应现代半导体工业的发展，制取优质介质膜。现代科技对半导体器件的可靠性和稳定性要求越来越高，为了防止器件制造过程中的表面玷污，必须进行表面钝化，用PECVD 法制备的钝化膜的沉积实在低温下（200～400℃）进行的，钝化效果好，失效时间长，具有良好的热学和化学稳定性。80年代末随着TFT-LCD产业的兴起，PECVD

技术在低温，大面积镀膜方向上具备其他CVD镀膜无可比拟的优势，进一步推进了平板显示业的发展，更新，基板尺寸更大的生产线被制造出来。平板显示产业也得以发生了革命性的变化。

7.2.1 等离子体增强型化学气相沉积系统（PECVD）

为了适应低温、大面积镀膜的需求，PECVD技术被越来越多地应用于TFT-LCD 制造领域中。PECVD的沉积原理与一般的CVD之间没有太大的差异，电浆中的反应物是化学活性较高的离子或自由基，而且基板表面受到离子的撞击也会使得化学活性提高。这两项因素都可促进基板表面的化学反应速率，因此在较低的温度下可沉积薄膜。

PECVD乃是在真空中，导入反应气体而使用高频产生电浆与平行板电极之间，此时所产生的反应自由基将传达至基板表面，并产生表面反应而将其堆积成薄

膜，所使用之原料气体为SiH

4、PH

3

、NH

3

、H

2

等。通常基板是接地之阳极配置，在

350℃温度以下可于大面积领域上，成长均匀的薄膜，而且可使用于大型薄板玻璃基板之非晶硅薄膜电晶体的制程，以便获得良好的整合性。

在LCD领域应用最广泛的还是RF-PECVD系统。从1世代的in-line生产线、batch-type生产线到目前已投入运营的8世代Cluster生产线，以及正在研制的更高世代的生产线，PECVD设备制造也得到了长足的进步。

图7.2.1展示的是in-line设备的机构示意图，及成膜室的基本构造。In-line 设备是最早应用于tft-lcd制造的生产线类型，基板成膜时竖立在腔室内，膜内不易产生particle。生产节拍较长，随着基板尺寸的不断增加，in-line设备渐渐被其他类型的设备所取代。

图7.2.1 in-line type PECVD system

图7.2.2展示的是batch type类型的PECVD结构示意图及成膜腔室的基本构造，采用这种设备的优点是可同时对多片基板进行镀膜，产量大，但从镀膜的均匀性上看不如单片式成膜设备。

7.2.2 Batch type PECVD system

图7.2.3展示的是cluster类型的生产线结构示意图及成膜腔室的基本结构，这种结构的PECVD系统，目前应用最广泛。5世代以上的lcd厂家几乎都采用这种结构的设备。这种设备的优点是采用单片成膜方式，各成膜腔室共用一个传输腔室，却又各自独立，当任意一个成膜腔室出现故障时，其他腔室不受影响。成膜质量较好，但膜内容易残留particle，镀膜达到一定数量后，需要应用RPSC （Remote Plasma Source Clean）对腔室进行清洗，以实现降低particle的目的。