CVD制程工艺及设备介绍
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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
Mainframe Structure
Item
DDSL Process chamber
Description
Pumps down incoming substrates and cools hot substrates prior to substrate unloading. Performs processes (serial or parallel) on single substrates with plasma enhanced chemical vapor deposition.
外观检查 N+ Photo ①AM图像检查 ②AP缺陷数趋势 Array检查 Pas成膜工程 Pas 后斜光检查
1Lot/2days ①Trouble时 ②趋势监控 趋势监控 频度 4Pcs/Lot
N+ Photo ①AM图像检查 ②AP缺陷数趋势
①Trouble时 ②趋势监控
PECVD设备简介
1.CVD设备主机台AKT25K/25KAX 2.安全方面介绍
•
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
Why PECVD for TFT ?
• 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
图例
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
气体 原料 等离子体 与电子碰 撞 离子 激发 分解 析出 吸着 表面反应 化学反应 二次生成物 未反应 气体 排气
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。
等离子体产生 热电离 电晕放电 气体放电 辉光放电 激光压缩 电弧放电 射线辐照 Plasma包含 neutral gas atoms or molecules ions free radicals Electrons photons
工艺参数及检查项目----工程管理
3-Layer成膜工程 3-Layer 后斜光检查 频度 4Pcs/Lot 项目 ①Mura ②成膜区域 ③基板破损，划伤 ④异常放电 Particle ① Mura ② Particle ① Particle ①特性异常 项目 ①Mura ②成膜区域 ③基板破损，划伤 ④异常放电 ① Mura ② Particle 目的 ①特性特性异常 ②成膜区域 ③防止后工程基板裂纹 ④特性异常 点缺陷和线缺陷 ①特性异常 ②点缺陷，线缺陷 ①点缺陷，线缺陷 ②特性异常 目的 ①特性异常 ②成膜区域 ③防止后工程基板裂纹 ④特性异常 ①特性异常 ②点缺陷，线缺陷
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
Gate电极
Gate绝缘膜 a-Si半导体膜
Passivation钝化膜 Pixel模式图
（PECVD）沉 积
TFT等效电路
Gate线 (扫描线)
Data线 (数据线)
G(栅极) Gate
有源层
a – Si层
G(栅电极或闸极)Gate
=
Cs
S(源电极)Source D(漏电极)Drain
S(源电极)
Heat chamber
Transfer chamber (with vacuum robot) Gas panel Mainframe control tower
Batch preheats substrates prior to processing.
Contains a vacuum robot that moves substrates under vacuum between chambers. Controls process gas flow to process chambers. Houses the mainframe power distribution, DC power supplies, mainframe VME controller, and heat chamber temperature controller.
25
Mainframe Structure
Mainframe Control Tower Heat Chamber Transfer Chamber Gas Panel
Process Chamber
DDSL
Mainframe Structure
DDSL Transfer Chamber
Process Chamber
CVD工程使用的气体
3-Layer G-SiNx SiH4 ○ a-Si ○ N+ a-Si ○ Pas-SiNx ○ Cleaning
PH3(1%)/SiH4
NH3 N2 H2 Ar NF3 ○ ○ ○
○
○ ○ ○ ○ ○ ○
◎气体的性质(物理和化学性质），纯度等需考虑
工艺参数及检查项目
膜质及影响膜质的参数
Source
Clc D(漏电极) Drain
CVD工程在TFT流程中的作用
Pas-SiNx层
a-Si层 G-SiNx 层
N+ a-Si层
TFT断面图
CVD各层膜的用途及特性要求
作用 特性要求
G-SiNx（栅极绝缘层） a-Si（通道层）
N+ a-Si（欧姆接触层） Pas-SiNx（绝缘保护层）
绝缘保护 电子沟道
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。
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
热CVD 种类 AP-CVD (Atmospheric Pressure CVD) LP-CVD（Low Pressure CVD）
成膜气体 真空腔室
等离子CVD PE-CVD (Plasma enhanced CVD)
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）
影响膜质的工艺参数
参数 基板温度 通常对膜质的影响 膜的致密性，组份 备注
气体流量
气体流量比 RF Power Pressure Spacing 成膜时间
沉积速度
膜的折射率，组份 沉积速度，组份 沉积速度 沉积速度 膜厚 Pressure和Spacing对于膜厚分布影响较大 沉积速度影响设备生产节拍
光刻(Lithograph)
湿蚀刻 （WET Etch）
干蚀刻 （Dry Etch）
Resist剥离
外观检查
Pattern修正（断 线修正）
CVD工程在TFT流程中的作用
Pas-SiNx N+ a-Si 像 素 电 极 a-Si
G-SiNx Drain电极 TFT模式图（平面) TFT模式图（断面)
成膜 气体 ＲＦ电源
设备简图
基板 Plasma
电 极
排气
加热器
排气
反应压力 基板温度 使用产业
大气 700~800℃ IC
真空 700~800℃ IC
真空 200~400℃ LCD，IC，Solar
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）。
信号线性传输 绝缘保护
电介质系数高 电子迁移率高
形成欧姆接触 抗化学腐蚀性好，抗潮湿
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。
ＴＦＴ-ＬＣＤ 结构图
偏光片 CF 黑矩阵 玻璃
公共电极
液晶层
扫描线 TFT 信号线
象素电极
偏光片 背光源
TFT-Fra Baidu bibliotekCD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）
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
类型 说明 分解(Dissociation) e+CCl4 →e+Cl+CCl3 电离(Ionization) e+Ar→2e+ Ar+ 激发(Excitation) 电子跃迁
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
TFT基本概念
G G
S S D
D
Data line
S
Gate line a-Si工作层
D
G
9
Clc
Cs
CVD工程在TFT流程中的作用
（受入洗净） 成膜前洗净 PVD 成膜 （ Physical Vapor Deposition） CVD 成膜 (Chemical Vapor Deposition)
脱离
堆积 基板加热
再吸着
PECVD反应过程
（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。
Mainframe Structure
Item
DDSL Process chamber
Description
Pumps down incoming substrates and cools hot substrates prior to substrate unloading. Performs processes (serial or parallel) on single substrates with plasma enhanced chemical vapor deposition.
外观检查 N+ Photo ①AM图像检查 ②AP缺陷数趋势 Array检查 Pas成膜工程 Pas 后斜光检查
1Lot/2days ①Trouble时 ②趋势监控 趋势监控 频度 4Pcs/Lot
N+ Photo ①AM图像检查 ②AP缺陷数趋势
①Trouble时 ②趋势监控
PECVD设备简介
1.CVD设备主机台AKT25K/25KAX 2.安全方面介绍
•
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
Why PECVD for TFT ?
• 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
图例
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
气体 原料 等离子体 与电子碰 撞 离子 激发 分解 析出 吸着 表面反应 化学反应 二次生成物 未反应 气体 排气
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。
等离子体产生 热电离 电晕放电 气体放电 辉光放电 激光压缩 电弧放电 射线辐照 Plasma包含 neutral gas atoms or molecules ions free radicals Electrons photons
工艺参数及检查项目----工程管理
3-Layer成膜工程 3-Layer 后斜光检查 频度 4Pcs/Lot 项目 ①Mura ②成膜区域 ③基板破损，划伤 ④异常放电 Particle ① Mura ② Particle ① Particle ①特性异常 项目 ①Mura ②成膜区域 ③基板破损，划伤 ④异常放电 ① Mura ② Particle 目的 ①特性特性异常 ②成膜区域 ③防止后工程基板裂纹 ④特性异常 点缺陷和线缺陷 ①特性异常 ②点缺陷，线缺陷 ①点缺陷，线缺陷 ②特性异常 目的 ①特性异常 ②成膜区域 ③防止后工程基板裂纹 ④特性异常 ①特性异常 ②点缺陷，线缺陷
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
Gate电极
Gate绝缘膜 a-Si半导体膜
Passivation钝化膜 Pixel模式图
（PECVD）沉 积
TFT等效电路
Gate线 (扫描线)
Data线 (数据线)
G(栅极) Gate
有源层
a – Si层
G(栅电极或闸极)Gate
=
Cs
S(源电极)Source D(漏电极)Drain
S(源电极)
Heat chamber
Transfer chamber (with vacuum robot) Gas panel Mainframe control tower
Batch preheats substrates prior to processing.
Contains a vacuum robot that moves substrates under vacuum between chambers. Controls process gas flow to process chambers. Houses the mainframe power distribution, DC power supplies, mainframe VME controller, and heat chamber temperature controller.
25
Mainframe Structure
Mainframe Control Tower Heat Chamber Transfer Chamber Gas Panel
Process Chamber
DDSL
Mainframe Structure
DDSL Transfer Chamber
Process Chamber
CVD工程使用的气体
3-Layer G-SiNx SiH4 ○ a-Si ○ N+ a-Si ○ Pas-SiNx ○ Cleaning
PH3(1%)/SiH4
NH3 N2 H2 Ar NF3 ○ ○ ○
○
○ ○ ○ ○ ○ ○
◎气体的性质(物理和化学性质），纯度等需考虑
工艺参数及检查项目
膜质及影响膜质的参数
Source
Clc D(漏电极) Drain
CVD工程在TFT流程中的作用
Pas-SiNx层
a-Si层 G-SiNx 层
N+ a-Si层
TFT断面图
CVD各层膜的用途及特性要求
作用 特性要求
G-SiNx（栅极绝缘层） a-Si（通道层）
N+ a-Si（欧姆接触层） Pas-SiNx（绝缘保护层）
绝缘保护 电子沟道
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。
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
热CVD 种类 AP-CVD (Atmospheric Pressure CVD) LP-CVD（Low Pressure CVD）
成膜气体 真空腔室
等离子CVD PE-CVD (Plasma enhanced CVD)
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）
影响膜质的工艺参数
参数 基板温度 通常对膜质的影响 膜的致密性，组份 备注
气体流量
气体流量比 RF Power Pressure Spacing 成膜时间
沉积速度
膜的折射率，组份 沉积速度，组份 沉积速度 沉积速度 膜厚 Pressure和Spacing对于膜厚分布影响较大 沉积速度影响设备生产节拍
光刻(Lithograph)
湿蚀刻 （WET Etch）
干蚀刻 （Dry Etch）
Resist剥离
外观检查
Pattern修正（断 线修正）
CVD工程在TFT流程中的作用
Pas-SiNx N+ a-Si 像 素 电 极 a-Si
G-SiNx Drain电极 TFT模式图（平面) TFT模式图（断面)
成膜 气体 ＲＦ电源
设备简图
基板 Plasma
电 极
排气
加热器
排气
反应压力 基板温度 使用产业
大气 700~800℃ IC
真空 700~800℃ IC
真空 200~400℃ LCD，IC，Solar
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）。
信号线性传输 绝缘保护
电介质系数高 电子迁移率高
形成欧姆接触 抗化学腐蚀性好，抗潮湿
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。
ＴＦＴ-ＬＣＤ 结构图
偏光片 CF 黑矩阵 玻璃
公共电极
液晶层
扫描线 TFT 信号线
象素电极
偏光片 背光源
TFT-Fra Baidu bibliotekCD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）
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
类型 说明 分解(Dissociation) e+CCl4 →e+Cl+CCl3 电离(Ionization) e+Ar→2e+ Ar+ 激发(Excitation) 电子跃迁
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
TFT基本概念
G G
S S D
D
Data line
S
Gate line a-Si工作层
D
G
9
Clc
Cs
CVD工程在TFT流程中的作用
（受入洗净） 成膜前洗净 PVD 成膜 （ Physical Vapor Deposition） CVD 成膜 (Chemical Vapor Deposition)
脱离
堆积 基板加热
再吸着
PECVD反应过程
（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。