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[化学]TFT-LCD设计及制作7-CVD

TFT-LCD设计及制作(7) ——CVD成膜(非金属膜) ■ 化学气相沉积技术原理及分类 ■ CVD材料 ■ CVD设备 ■ CVD工艺条件的确定 ■ CVD成膜设备的回顾与展望 在TFT制备中一共有4层非金属膜需要采用化学气相沉积工艺完成, 金属栅极的绝缘层(SiNx,SiO2 )、 非晶硅层(a-Si), n+非晶硅层(n+a-Si)和 最后的保护层(SiNx,SiO2 )。 这些非金属膜的质量直接确定了TFT的电学性能,这些非金属膜的制作是TFT工艺技术的核心。 CVD涉及的主要设备和材科包括: 常压化学气相沉积(atmospheric pressure chemical vapor deposition, APCVD) ; 低压化学气相沉积(low pressure chemical vapor deposition, LPCVD); 等离子增强化学气相沉积(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD) ; 工艺气体 硅烷(SiH4)、 磷烷(PH3)、 氨气(NH3)、 笑气(N2O)、 氮气(N2)、 氢气(H2) 1、化学气相沉积技术原理及分类 2 、CVD材料 3 、CVD设备 4 、CVD工艺条件的确定 5、 CVD成膜设备的回顾与展望 (1)化学气相沉积技术原理 化学气相沉积技术是利用热能、等离子放电、紫外光照射等形式的能源或上述能源形式的综合利用,使气态物质在灼热的固体热表面上发生化学反应并在该表面上沉积,形成稳定的固态物质膜的工业过程。 化学气相成膜工艺的参数主要考虑气体流量、气体成分、气体压力、射频功率、电极间距、基板温度和电极结构等。 在TFT阵列工艺中,PECVD中的化学反应主要是 SiH4+H2生成a-Si SiH4+NH3+N2生成SiNx 图6.3所示是CVD成膜的二维模型,气流平行于玻璃基板表面。在主气流与玻璃基板表面之间,气流速率从主气流速率递减到基板表面的零,此区域定义为边界层。 我们把边界层上界面和基板表面的反应物浓度分别记为CG;和Cs, 经边界层扩散到基板表面的气流速率为F1;基板表面被消耗掉的气流速率为F2,于是,可得到 (6.1) 式中,D为扩散系数;δB为边界层厚度,可表达为 式中,μ是动力黏度,Z是距气流进口的距离 ;VG是边界层上界面处气体的速率。 在气体分子为刚性硬球近似下,扩散系数可表达为: 考虑两个极端情况: (1)ksdB,此时, 。产物淀积速率由气体在界面层的扩散决定,称为质量输运模式; (2)ksdB,此时, 。产物淀积速率由基板表面反应速率决定,称为表面反应模式; 温度较高时表面反应速率一般较大,扩散到基板表面的气体分子得到充分消耗,此时为质量输运模式。 淀积速率与主气流速率(即进气口气体流量)的平方根成正比;而温度变化由于幅度较小,对淀积速率影响不大,产物生长速率主要由气体流量控制; 温度较低时,表面反应速率较小,扩散到基板表面的气体分子得不到充分反应,此时淀积由表面反应速率所控制,与进气口气体流量无关而敏感于温度变化,产物生长速率主要由温度控制。 非晶硅TFT成膜的温度远远低于单晶硅集成电路的成膜温度,一般在300~400℃之间,因此温度的变化对成膜的速率具有重要的意义。 在TFT工艺技术中,主要通过CVD技术形成非金属薄膜,包括SiN等绝缘膜、非晶硅膜和n+非晶硅膜。 因为CVD使用的工艺气体有些是有毒的,有的甚至是剧毒,而且易燃易爆,因此必须要有完善的气体监测与报警系统。 一般要求气柜要远离工作场所,并配备完善的安全设施。 废气处理系统一定要达到国家环境保护条件要求,否则不能投入运行。 (2)化学气相沉积技术的分类 TFT阵列制造中常用的化学气相沉积技术主要有常压CVD、低压CVD、等离子增强CVD等。 常压CVD设备在a-Si TFT-LCD工艺中用于形成栅极绝缘膜,有时用它在栅极与玻璃基板之间形成保护底层。 其特点是薄膜的堆积速度快、阶梯覆盖良好,且污染粒子的产生比等离子CVD少,层间绝缘性能好。 低压CVD设备的特点是反应均匀、阶梯覆盖(step coverage)良好、膜厚与膜质的均匀度控制性能好。 LPCVD反应系统一般要求温度在650℃以上。是集成电路中制造多晶硅薄膜的标准方法。 在TFT-LCD行业中,它主要用于制作高温多晶硅TFT-LCD膜,包括poly-Si形成用的a-Si薄膜、栅极绝缘用的硅氧化膜(SiO2)、栅极的n+p

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