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08 第08章 液晶显示器的阵列工艺技术.pptx

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本课件为课程第8章,按工序讲解阵列工艺中的清洗、溅射、CVD、光刻、刻蚀、去胶与检查,对比溅射与蒸镀、APCVD与PECVD的差异,说明涂胶、曝光、显影的工艺要点与湿法刻蚀药液配比,最后介绍倒角、TFT特性不良与静电击穿等常见缺陷。

第8章液晶显示器的阵列工艺技术封面,标示本章讲解清洗、溅射、CVD、光刻与刻蚀工艺
阵列工艺循环示意图,展示从清洗成膜涂胶曝光显影刻蚀去胶再到镀下一层膜的循环
光刻七步循环图,依次列出清洗成膜涂胶曝光显影刻蚀去胶七道工序
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第1页:第8章液晶显示器的阵列工艺技术

本章讲解阵列工艺的清洗、溅射、CVD、光刻、刻蚀、去胶与检查等基本工艺,以及阵列常见缺陷。

第2页:阵列工艺概述

阵列工艺以玻璃基板投入为起点,依次完成清洗、成膜、涂胶、曝光、显影、刻蚀、去胶,再进入下一层膜,共5次光刻:

  1. 1PEP 栅极
  2. 2PEP 有源岛
  3. 3PEP 源漏电极
  4. 4PEP 钝化及过孔
  5. 5PEP 像素电极

阵列完成后进入制屏工序。

第3页:阵列工艺的七道工序

每一层膜的图形化都经历七个步骤:(1)清洗、(2)成膜、(3)涂光刻胶、(4)曝光、(5)显影、(6)刻蚀、(7)去胶,随后镀下一层膜。

第4页:a-Si:H TFT的阵列工序

a-Si:H TFT的阵列工序依次为:清洗、溅射、CVD、涂胶、曝光、显影、湿刻、干刻、去胶、检查、终检。

第5页:清洗工艺

清洗
用毛刷、气蚀等的物理方法及化学腐蚀的化学方法,或二者相结合的方法,除去基板表面的灰尘、污染物及自然氧化物的工程。

阵列中洗剂采用NCW-601A 0.3%的表面活性剂,配合毛刷对基板进行刷洗。

第6页:溅射工艺

溅射
在真空室中利用高能粒子轰击靶材表面,使靶材粒子在基板上沉积的工程。阵列中惰性气体用Kr、Ar,靶材有MoW靶、ITO靶、Mo靶、Al靶。
  • 直流磁控溅射的特点:放电空间的电场和磁场垂直,电子作回旋运动,放电气体的电离度大、射程长,产生高密度等离子体;
  • 与真空蒸镀相比:溅射为点对面、原子能量约10eV、真空度约0.1~1Pa Ar;蒸镀为点对点、原子能量约0.2eV、真空度约10-4Pa。

第7页:溅射设备原理

溅射设备中靶材与基板相对布置,Ar+离子在电场与磁场作用下轰击靶材,溅射出的靶材粒子沉积到基板上,腔内保持排气。

说明:本页源文件提取到的文字较少,主体为溅射原理示意图。

第8页:溅射工艺补充示意

本页为溅射工艺的补充示意图。

说明:本页源文件未提取到文字内容,仅有图片,建议对照原课件图片补充本页要点说明。

第9页:CVD工艺

CVD
化学气相沉积,在高频电场作用下使反应气体电离形成等离子体,反应离子及活性基团依靠从高频电场获得的能量,在较低温度的衬底上成膜。
  • APCVD:在低温下形成致密薄膜;
  • PCVD(PECVD):可防止热产生的损伤及相互材料的扩散,可生长不能加热生长及反应速度慢的膜,利用平行电极可实现大面积化。

阵列中PCVD用于SiO、4层膜、n+a-Si、钝化SiNx等。

第10页:CVD设备示意

本页为CVD工艺的设备示意图。

说明:本页源文件未提取到文字内容,仅有图片,建议对照原课件图片补充本页要点说明。

第11页:PECVD设备构成

PECVD设备由万级间与百级间、装载/卸载区(P/C)、反应室、传送室、机械手运载系统与反应室电极板等部分组成。

第12页:PECVD的成膜过程

PECVD成膜包括三个基本过程:

  • 等离子相反应;
  • 输运粒子到衬底表面;
  • 表面反应。

反应气体经扩散板通入,基板置于基座上,由升降机与泵维持腔体工作;等离子体中包含自由基、原子、分子、离子、电子等中性与非中性粒子。

第13页:光刻工艺概述

光刻工艺包括三步:

  1. 涂胶:前清洗→烘干/冷却→喷HMDS/冷却→涂胶→前烘/冷却;
  2. 曝光:用一次或分步曝光机曝光→曝光后烘烤;
  3. 显影:显影→后烘→显影后检查。

图中标出光刻胶薄膜、玻璃基板、掩膜版与紫外光的作用关系。

第14页:8.5.1涂胶

涂胶
在基板上涂上一层光刻胶(树脂、感光剂、添加剂、溶剂),方式是旋转基板,用滴管从中间滴下光刻胶并同时吹入N2,使光刻胶从中间向四周散布涂敷整个基板。

光刻胶有正性和负性之分。

第15页:涂胶工艺示意(一)

本页为涂胶工艺的示意图。

说明:本页源文件未提取到文字内容,仅有图片,建议对照原课件图片补充本页要点说明。

第16页:涂胶工艺示意(二)

本页为涂胶工艺的示意图。

说明:本页源文件未提取到文字内容,仅有图片,建议对照原课件图片补充本页要点说明。

第17页:涂胶的三种方法

涂胶的方法主要有三种:旋涂、刮涂加旋涂、刮涂。

第18页:8.5.2曝光

曝光
用掩膜版掩膜,紫外线(UV)照射,经紫外光照射的光刻胶被改性,掩膜版上有图形的部分未被照射即未被改性,使涂在基板上的光刻胶部分改性的过程。

阵列中曝光分为一次曝光、分步曝光、背面曝光三种。

第19页:8.5.3显影

显影:用显影液除去被改性的光刻胶的过程。

第20页:各向同性与各向异性刻蚀

各向同性刻蚀
纵向与横向同时刻蚀,刻蚀后图形边缘呈圆弧状。
各向异性刻蚀
主要沿纵向刻蚀方向进行,横向刻蚀很小,图形边缘接近垂直。

图中标出光刻胶、刻蚀薄膜、相邻薄膜与玻璃基板。

第21页:刻蚀方向性控制的必要性

以Si干法刻蚀后再溅射Mo为例:各向同性刻蚀使台阶覆盖连通很好;各向异性刻蚀时若SiN(2500Å)与Mo(2000Å)的台阶过陡,容易出现药液渗入,造成跨断。

第22页:干法刻蚀机制

干法刻蚀的三种机制:

  • (a)以正离子轰击为主的物理作用;
  • (b)以活性基团R反应为主的化学作用;
  • (c)正离子与活性基团共同作用的物理化学复合作用。

第23页:PE与RIE的区别

PE(等离子体刻蚀)
使用惰性气体轰击的物理作用与游离基等活性离子反应的化学作用相结合的刻蚀过程,既有各向同性也有各向异性的作用。
RIE(反应离子刻蚀)
基板置于加射频功率的电极一侧,离子在电场作用下垂直入射,各向异性强、侧向钻蚀与图形精度更好,但基板损伤和对光刻胶的损伤相对更大。

说明:原页以对比表形式列出辉光区、各向同性、侧向钻蚀、离子注入能量、基板损伤、刻蚀速率、选择比、图形精度、对光刻胶损伤等项目的大小关系,源文件各项与两列的对应关系不够清晰,故改为文字概述,具体数值待对照原图补充。

第24页:PE与RIE的设备结构

PE与RIE在设备结构上的区别在于上下电极的接法:PE的上电极接地、下电极接RF(或相反),基板置于接地电极一侧;RIE则将基板置于接RF电容的电极上,使离子获得更大的入射能量。

第25页:CDE化学干法刻蚀

CDE
化学干法刻蚀,在石英管中进行辉光放电,产生的游离基等活性粒子通入反应室进行刻蚀的过程,只有各向异性的化学刻蚀。

第26页:CDE设备构成

CDE设备由中性气体与活性气体供给、微波等离子体发生、反应室、基板载台、排气与Al管系等部分组成,反应产物由排气排出。

第27页:湿法刻蚀

湿刻
选用适当的化学药液与被刻蚀的膜发生化学反应,改变被刻蚀物的结构,使其脱离基板表面的过程。

刻蚀分为湿刻与干刻,干刻包括CDE、PE、RIE。

第28页:湿法刻蚀的设备与特点

使用设备为DNS湿蚀刻机(Wet Etcher):基板置于液态化学药液中,利用化学反应去除多余的膜层,形成图形。

湿法刻蚀属化学刻蚀、各向同性,药液浸入会造成图形边缘刻蚀。

第29页:湿法刻蚀药液

阵列中M1(Mo/AlNd)与M2(Mo/Al/Mo)两道制程为降低成本,均选择同一浓度的三酸混合系统蚀刻液,通过设定条件配方达到不同PEP的要求。药液配比:

  • HNO3:1.7~2.1%
  • CH3COOH:9.7~10.3%
  • H3PO4:70.5~72.5%
  • COOH:3.2~3.6%

ITO另有配套的刻蚀药液。

第30页:湿法刻蚀的反应机制

湿法刻蚀反应分为三个阶段:

  1. 反应物质扩散到欲被刻蚀薄膜的表面;
  2. 反应物与被刻蚀薄膜反应;
  3. 反应产物从刻蚀薄膜表面扩散到溶液中,随溶液排出。

三个阶段中反应最慢者即为刻蚀速率的控制关键,即反应速率。

第31页:湿法刻蚀流程

湿法刻蚀流程:基板进入刻蚀区,喷嘴来回摆动喷洒蚀刻药液,随后循环水洗、直水洗,再由风刀干燥后送出,滚轮带动基板沿传送方向前进。

第32页:去胶工艺

去胶
使用去胶液等将刻蚀时起保护作用的光刻胶去掉的过程,常包括湿法去胶(去胶液、IPA处理等)和干法去胶(等离子等)。

第33页:检查工序

检查:在刻蚀、显影等之后检查产品的缺陷,以便在过程中发现问题并进行修复处理。

第34页:O/S检查与阵列终检

O/S检查
栅线形成之后的短路和断路检查,使第一次光刻后的基板经淘汰和添补之后,形成一个LOT完好无缺的基板。
阵列终检
整个阵列的最后一道工序,对阵列的成品进行检查及修复。

第35页:刻蚀中的倒角缺陷

刻蚀中的倒角缺陷:栅线电极处的坡度角过大时,其上的SiNx绝缘层、钝化层SiNx与接触电极ITO的覆盖变差,出现倒角现象,易导致台阶处断线。

第36页:TFT特性不良

TFT特性不良的常见类型:

  • ITO-自信号线短路
  • ITO-次信号线短路
  • ITO-栅线短路
  • ITO-CS短路
  • 过剩电荷、关态电流IOFF过大(Low Vg)

第37页:静电击穿

静电击穿是TFT阵列工艺中的常见缺陷之一,静电放电会损伤TFT器件,需在工艺各环节采取防静电措施。

说明:本页源文件提取到的文字较少,主体为静电击穿缺陷示意图。

第38页:第8章本章小结

  • 阵列工艺:主要包括清洗、成膜、光刻、刻蚀、去胶、检查等基本工艺流程
  • 溅射工艺:在一定真空条件下通过外加电、磁场将惰性气体电离,用加速的离子轰击靶材,使靶材粒子在基板表面沉积
  • CVD工艺:化学气相沉积,可分为APCVD、LPCVD、PECVD,PECVD是目前非晶硅薄膜晶体管制作中常用的薄膜制备方法
  • 光刻工艺:图形复印的精密加工技术,包括涂胶、曝光、显影等工艺
  • 刻蚀工艺:包括湿法刻蚀和干法刻蚀,干法刻蚀有PE、RIE、CDE等;按方向性又分为各向同性刻蚀和各向异性刻蚀
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