第08章液晶显示器的阵列工艺技术

第8章液晶显示器的阵列工艺技术长春工业大学王丽娟2013年02月10日平板显示技术基础，2013年，北京大学出版社2本章主要内容8.1阵列工艺概述8.2清洗工艺8.3溅射工艺8.4CVD工艺8.5光刻工艺8.6干刻工艺8.7湿刻工艺8.8阵列工艺中常见缺陷38.1阵列工艺概述GlassfilmPRGlassGlassGlassfilm成膜涂胶曝光显影刻蚀Glass去胶镀下一层膜3PEP源漏电极4PEP钝化及过孔玻璃1PEP栅极2PEP有源岛5PEP像素电极制屏清洗48.1阵列工艺概述(2)成膜(3)涂光刻胶(1)清洗(4)曝光(6)刻蚀(7)去胶(5)显影光5•清洗•溅射•CVD•涂胶•曝光•显影•湿刻•干刻•去胶•检查•终检a-Si:HTFT的阵列工序6清洗：就是用毛刷、气蚀等的物理方法及用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。在阵列中洗剂采用的是NCW-601A0.3%的表面活性剂。表面活性剂毛刷基板8.2清洗工艺7溅射：就是在真空室中，利用核能粒子轰击靶材表面，靶材粒子在基板上沉积的工程。在阵列中惰性气体有Kr、Ar气，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。放电空间的电子回旋运动，放电气体的电离度大，射程长，产生高密度的等离子。MoW溅射、ITO溅射、MoAlMo溅射溅射与真空渡膜的比较：溅射真空蒸渡原理原理从靶材上溅射热蒸发形状面点溅射与蒸发的原子的能量约10eV约0.2eV冲击基板的高能量粒子离子高能量的气体分子没有真空度约0.1~1Pa的Ar~10-4Pa的残留气体8.3溅射工艺88.3溅射工艺靶材Ar+Ar基板排气功率磁场ArAr+98.3溅射工艺10CVD：化学气相沉积。就是在高频电场的作用下，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从而能够在较低的温度衬底上成膜。在阵列中，有APCVD（常压CVD）和PCVD（等离子体CVD）两种。APCVDSiOPECVD4层膜、n+a-Si、钝化SiNxAPCVD在低温下形成致密薄膜；PCVD可防止热产生的损伤及相互材料的扩散；PCVD可生长不能加热生长及反应速度慢的膜；PCVD利用平行电极可实现大面积化。8.4CVD工艺118.4CVD工艺128.4CVD工艺万级间百级间装载/卸载P/C：反应室传送室机械手运载室反应室电极板13通入反应气体扩散板基板基座升降机泵8.4PECVD三个基本的过程：等离子相反应输运粒子到衬底表面表面反应等离子体包括：自由基原子分子离子电子中性粒子非中性粒子141.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、分布曝光机曝光-曝光后烘烤3.显影-显影-后烘-显影后检查8.5光刻工艺栅线薄膜玻璃基板光刻胶涂胶曝光显影栅极紫外光掩膜版15涂胶：就是在基板上涂上一层光刻胶（树脂、感光剂、添加剂、溶剂）。涂胶的方式是旋转基板，用滴管从中间滴下光刻胶，并同时吹入N2，滴下的光刻胶从中间向四周散布涂敷整个基板的过程。光刻胶有正性和负性之分。8.5.1涂胶168.5.1涂胶178.5.1涂胶188.5.1涂胶旋涂刮涂加旋涂刮涂涂胶的方法主要有旋涂、刮涂加旋涂、和刮涂三种。19曝光：就是用掩膜版掩膜，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没被紫外光照射即没背改性，使得涂在基板上的光刻胶部分的改性的过程。阵列中，曝光分一次曝光、分步曝光、背面曝光。8.5.2曝光20显影：用显影液除去被改性的光刻胶的过程。8.5.3显影21各向同性和各向异性刻蚀8.6干法刻蚀刻蚀前纵向刻蚀方向横向刻蚀方向各向同性刻蚀刻蚀后各向异性刻蚀刻蚀后光刻胶刻蚀薄膜相邻薄膜玻璃基板22例：Si干法刻蚀+Mo溅射后各向同性：膜连通很好各向异性：SiNSi2500ÅMo2000ÅSiMoMo药液渗入⇒跨断刻蚀方向性控制的必要性8.6干法刻蚀23干法刻蚀机制8.6干法刻蚀（a）++：正离子（b）：活性基团RR（c）R：活性基团+：正离子+R24PE是等离子体刻蚀,使用惰性气体轰击的物理作用与使用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。PERIE接耦合器阳极阴极辉光区靠近基板靠近阳极各向同性大小各向异性小大侧向钻蚀大小离子注射的能量小大基板的损伤小大刻蚀速率小大选择比大小图形精度大小对光刻胶的损伤小大工程比重大小PE8.6干法刻蚀25辉光区域离子上电极下电极接地接地RF电容PE辉光区域离子接地接地RF电容上电极下电极RIEPE与RIE的区别8.6干法刻蚀26CDE是化学干法刻蚀。在石英管进行辉光放电的，产生的游离基等活性粒子通入到反应室进行刻蚀的过程。只有各向异性的化学刻蚀。CDE8.6干法刻蚀27中性气体活性气体反应产物微波等离子体反应气体反应室基板载台排气Al管系CDE8.6干法刻蚀28湿刻：就是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。8.7湿法刻蚀刻蚀：湿刻干刻：CDE、PE、RIE；29•使用设备：DNS湿蚀刻机•目的：基板置于液态的化学药液中，利用化学反应去除多余的膜层，形成图形。8.7湿法刻蚀WetEtcher化学刻蚀，各向同性PR膜基板PR膜基板刻蚀液浸入造成边缘刻蚀30•M1：Mo/AlNd•M2：Mo/Al/Mo•ITOHNO3（1.7~2.1%)CH3COOH（9.7~10.3%）H3PO4（70.5~72.5%）COOH(3.2~3.6%)COOH对于M1及M2两道制程，为降低成本均选择同一浓度的三酸混合系统蚀刻液，通过设定的条件配方，达到不同PEP的要求。湿法刻蚀药液8.7湿法刻蚀31•分为三个阶段：反应物质扩散到欲被刻蚀薄膜的表面；反应物与被刻蚀薄膜反应；反应产物从刻蚀薄膜表面扩散到溶液中，随溶液排出。•在此三个阶段中，反应最慢者就是刻蚀速率的控制关键，即反应速率。主溶液基板薄膜光刻胶光刻胶化学反应反应物反应物反应机制8.7湿法刻蚀32喷嘴来回摆动循环水洗直水洗基板入蚀刻药液喷洒直水洗循环水洗直水洗滚轮转动方向风刀干燥基板出刻蚀流程8.7湿法刻蚀33去胶：是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）。去胶8.7湿法刻蚀34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，进行修复处理。8.7湿法刻蚀检查35O/S检查：是栅线形成之后的短路和断路检查，以便第一次光刻后的基板经淘汰和添补之后，形成一LOT完好无缺的基板。阵列终检：是整个阵列的最后一道工序，对阵列的成品进行检查及修复的过程。8.7湿法刻蚀检查368.8TFT阵列工艺中常见缺陷刻蚀中的倒角（b）倒角现象2（b）倒角现象1（a）坡度角接触电极ITO钝化层SiNx绝缘层SiNx栅线电极刻蚀中出现倒角现象，就会出现跨断现象。如上面的接触电极ITO不能与下面栅线电极接触上。378.8TFT阵列工艺中常见缺陷TFT特性不良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IOFFLowVg在TFT阵列最终检查中，点缺陷有：ITO-自数据线短路、ITO-次数据线短路、ITO-CS短路、过剩电荷、ITO-栅线短路、IOFF、LowVg，及其它的缺陷。388.8TFT阵列工艺中常见缺陷静电击穿静电击穿是指由于静电导致绝缘层与半导体层被击穿，栅极层与信号层直接相连而发生短路。比较容易发生在短路环或基板边缘。静电击穿发生部位设备放电异常39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。溅射工艺溅射就是在一定真空条件下，通过外加电、磁场的作用，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的过程。CVD工艺CVD是化学气相沉积，可分为APCVD、LPCVD、PECVD。PECVD是目前在非晶硅薄膜晶体管的制作中常用的薄膜制备方法。光刻工艺光刻工艺是图形复印的精密加工技术，包括涂胶、曝光、显影等工艺。刻蚀工艺刻蚀包括湿法刻蚀和干法刻蚀。干法刻蚀有PE、RIE、CDE等。根据刻蚀的方向性，又分为各向同性刻蚀和各向异性刻蚀两种。