TFT-LCD制造技术-Array-工艺

ＴＦＴ－ＬＣＤ基础知识培训讲座

1精选2021版课件第三章TFT-LCD制造技术第一节Array工艺第二节Cell工艺第三节Module工艺第四节清洗工艺2精选2021版课件总论:TFT-LCD的基本制造流程在玻璃基板上形成TFT电路、像素电极以及必要的引线和各种标记形成液晶盒，组建完整的光学系统组装驱动电路和背光源，形成独立的，标准外部接口的模块3精选2021版课件

第一节Array工艺

1.1Sputter 1.2PECVD 1.3Photo 1.4Etch4精选2021版课件沉积清洗PR涂附曝光显影刻蚀PR剥离检查WetEtchDryEtchArray概论---Array工艺流程5精选2021版课件GlassGlassGateMetalDepositionGatePatterningSiNxDepositionia-SiDepositionn+a-SiDepositionActivePatterningDataMetalDepositionDataMetalPatterningn+a-SiEtchSiNxDepositionViaHolePatterningITODepositionPixelPatterningPixelDataPassivationSiNxn+a-Siia-SiGateinsulatorSiNxGateViaholeArray概论---5Mask工艺流程6精选2021版课件

1.1Sputter

1.1.1Plasma在Sputter中的应用

1.1.2Sputter设备的主要结构

1.1.3Sputter设备的真空系统1.1.4Sputter的测试标准及不良7精选2021版课件

Sputter和PECVD在Array的5Mask工艺中，共同承担了各个Mask的第一步主要工序---成膜。

Sputter用于做金属膜和ITO膜：Sputter概论S/DITOGateGLASSGATEMo)GLASSGATEITO8精选2021版课件

Plasma在电学上为通过放电而形成的阳离子和电子的集合。

Plasma就是所谓的第四种物质状态,众所周知,宇宙中99%都是Plasma状态,物质中,Energy低的状态为固态,当接受Energy时,慢慢的变为液体,然后变成气体,在气体状态下,接受更大的Energy形成阴阳离子总数相同并呈中性的Plasma状态。固态液态气态Plasma状态转化Entalpychange1.1.1Plasma在Sputter中的应用9精选2021版课件

Sputtering是通过RFPower或DCPower形成Plasma,具有高能量的GasIon撞击Target表面,粒子从Target表面射出并贴附到基板表面的工程。1.1.1Plasma在Sputter中的应用10精选2021版课件我们使用的Sputter设备是利用相应的DCPower产生一个如左图所示的Plasma区，并相应的产生一个下图所示的自建电场。对这个电场，我们使用的是阴极一侧压降比较大的区域作为Plasma的加速区域。1.1.1Plasma在Sputter中的应用11精选2021版课件在真空室内通入一定压力的ArGas，根据已设定好的电场，在电场的作用下，电子被加速并使Ar原子ion化形成GlowDischarge。

Ion与Cathode(Target)碰撞生成TargetAtom、2次电子等产物，TargetAtom再沉积到基板上形成THINFILM，2次电子起到维持GlowDischarge的作用。在DCSputtering过程中通过适当调节真空室内的气体压力（PressureControl）可得到理想条件下的最大溅射速率。如果ArGas的压力过大会减小溅射速率，其原因是参与Sputter的原子的运动受到Gas运动阻碍的结果。相反压力太低就不会形成Plasma辉光放电现象。1.1.1Plasma在Sputter中的应用12精选2021版课件1.1.2Sputter设备主要结构13精选2021版课件左图所示就是Sputter设备的L/ULChamber，L/ULChamber是ATM与真空状态的一个中介，在正常工作时，该Chamber一侧一直处于真空状态，一侧一直处于大气压状态，它的作用就是在这两种状态之间实现玻璃基板的传送。在把Substrate从Cassette送入时，要从大气压变到真空状态，在把Substrate从T0送出时，要从真空变到大气压状态。同时L/ULChamber起到把玻璃基板进行预热和冷却的作用。1.1.2Sputter设备主要结构14精选2021版课件L/ULChamber的主要构成：HeatPlate：玻璃基板从Cassette进入设备后，首先要在这里进行预热，预热使用的是64个红外灯。CoolingPlate：玻璃基板成膜后的温度比较高，不可以直接进入低温的ATM环境中，所以要进行冷却。Motor：有可以使HeatPlate升降和使CoolingPlate的Pin升降的Motor。DoorValve:和TransferChamber及ATM之间都有DoorValve来实现ATM和真空的转换。1.1.2Sputter设备主要结构15精选2021版课件

TransferChamber用于在设备内部各个Chamber之间传送Substrate。它里面有一个两层的机械手，可以在x轴﹑θ轴和Z轴三个方向上进行运动。其作用就是把L/ULChamber中预热好的玻璃基板运送到SputterChamber并把SputterChamber中已经完成的玻璃基板送到L/ULChamber中。1.1.2Sputter设备主要结构16精选2021版课件TransferChamber的主要构成：机械手：搬送玻璃基板在各个Chamber之间移动的两层的机械手。玻璃基板有无传感器：在各个Chamber的入口处，都有一对可以感知玻璃基板边缘的传感器，可以感知玻璃基板的有无以及是否发生破碎。DoorValve:与各个Chamber之间都有一个DoorValve。1.1.2Sputter设备主要结构17精选2021版课件SputterChamber是Substrate最后进行Process的Chamber。1.1.2Sputter设备主要结构18精选2021版课件SputterChamber的主要构成有：放玻璃基板的Platen（Gate有两个）Cathode（Gate有两个）：包括Target、Mask、Shield、MagneticBar等构成部分。Motor:有Plate转动的Motor、Plate升降的Motor、Cathode开关的Motor、MagneticBar运动的Motor等。DoorValve:与TransferChamber之间有DoorValve。1.1.2Sputter设备主要结构19精选2021版课件为了加快成膜的速度，在Target的后面使用MagneticBar，使等离子在该区域内集中，从而加快成膜速度。G5使用的是连在一起的9个MagneticBar。1.1.2Sputter设备主要结构20精选2021版课件GlassTargetBackingPlate共同板MagneticBar

TM值对溅射的影响非常大，而随着Target的使用，Target会变薄，从而使TM值变小，这就要求MagneticBar在Z方向有一个运动，使MagneticBar在Z轴的位置随着Target的使用量而进行相应的调整，而且这个运动的规律也很重要，这些都可以在GPCS中的MagneticControlRecipe中可以实现。1.1.2Sputter设备主要结构21精选2021版课件Sputter设备的真空系统主要有以下构成部分：DryPump：是一种机械Pump，主要用于对Chamber及CryoPump抽初真空用，延长CryoPump的使用寿命。CryoPump：是一种低温Pump，靠液氦的气化来产生低温，工作时的温度可达到20K以下，使气体凝固，达到高真空。Compressor：把He转化为液态，提供给CryoPump使用，L/UL的两个CP公用一个Compressor，其它每个CP一个。真空表：Sputter设备使用的真空表主要有四种，ATMSensor、PIG表、DG表、IG表，他们测量的真空度递增。其它：各种阀门、管道等。1.1.3Sputter设备的真空系统22精选2021版课件S/Ddep后PI检测1.1.4Sputter的测试标准及不良ITO沉积后particlesplash23精选2021版课件1.2PECVD

1.2.1PECVD在TFT-LCD生产中的作用

1.2.2PECVD工艺

1.2.3PECVD设备24精选2021版课件GlassGateSiNxa-Si:HSiNxS/DPVXOhmic多层膜(有源层)和PVX(保护层)1.2.1PECVD在TFT-LCD生产中的作用25精选2021版课件(一)CVD介绍1.CVD(ChemicalVaporDeposition)的定义一种利用化学反应方式,将反应物(气体)生成固态的产物,并沉积在基片表面的薄膜沉积技术.如可生成:导体:W(钨)等;半导体:Poly-Si(多晶硅),非晶硅等;绝缘体(介电材质):SiO2,Si3N4等.

1.2.2PECVD工艺

PECVD(PlasmaEnhancedCVD)0.1~5.0Torr,200℃

~500℃

优点是在低温下可进行反应,成膜率高缺点是处理反应产物困难26精选2021版课件2.PECVD制膜的优点及注意事项优点：●均匀性和重复性好，可大面积成膜；●可在较低温度下成膜；●台阶覆盖优良；●薄膜成分和厚度易于控制；●适用范围广，设备简单，易于产业化；注意事项：●要求有较高的本底真空；●防止交叉污染；●原料气体具有腐蚀性、可燃性、爆炸性、易燃性和毒性，应采取必要的防护措施。1.2.2PECVD工艺27精选2021版课件

RFPower:提供能量真空度(与压力相关)

气体的种类和混合比温度

Plasma的密度(通过Spacing来调节)3.PECVD主要工艺参数1.2.2PECVD工艺28精选2021版课件Layer名称膜厚使用气体描述Multig-SiNx:H3500±10%ÅSiH4+NH3+N2对Gate信号线进行保护和绝缘的作用g-SiNx:L500±10%Åa-Si:L500±15%ÅSiH4+H2在TFT器件中起到开关作用a-Si:H1300±20%Ån+a-Si500±20%ÅSiH4+PH3+H2减小a-Si层与S/D信号线的电阻PVXp-SiNx2500±10%ÅSiH4+NH3+N2对S/D信号线进行保护(二)PECVD所做各层膜概要1.2.2PECVD工艺29精选2021版课件2.几种膜的性能要求(1)a-Si:H

低隙态密度、深能级杂质少、高迁移率、暗态电阻率高(2)SiNxi.作为介质层和绝缘层，介电常数适中，耐压能力强，电阻率 高，固定电荷少，稳定性好，含富氮材料，针孔少，厚度均匀。

ii.作为钝化层，密度较高，针孔少。(3)n+a-Si

具有较高的电导率，较低的电导激活能，较高的参杂效率，形成微晶薄膜。1.2.2PECVD工艺30精选2021版课件1.Dep前P/TDep前P/T的辨别主要根据P/T的周围有无Discolor,区分为在Gate和

S/D线上(A)和在像素区上(B)Spec:<=30ea/glassDep前Dep后2.Dep后P/T

一般Dep后P/T在清洗之后会去除

Spec:<=100ea/glass1.2.2PECVD工艺(三)工艺不良在Multi和PVX工程中的产品不良主要是P/T,Thickness不均匀,Etch后的Remain等,对工艺不良的分析与解决是生产中关键的一环.

31精选2021版课件3.Wall性P/TWall性P/T为沉积产物落在基板上,Wall性P/T经常会引起DGS或I/O等不良

Spec:<=5ea/glassWall性P/TBubble4.BubbleSiH4的流量不稳时或a-Si/N+进行Redep时,Bubble容易产生

Bubble会引起PixelDefect,Bubble发生时对Glass进行Scrap处理

1.2.2PECVD工艺32精选2021版课件1.2.3PECVD设备

PECVD设备主要由主设备和辅助设备构成,它是立体布局,主设备和辅助设备不在同一层.33精选2021版课件(一)ACLS

ACLS(AutomaticCassetteLoadStation)是主要放置Cassette的地方.1.2.3PECVD设备

3个CassetteStageLaminarFlowHood：

Class10LightCurtain(红外线)

设备状态指示器

Atm机器手:34精选2021版课件真空状态的设备内部与外面的大气压间进行转换的Chamber,通过Cassette向LoadlockCh.传送时,首先使用N2气使其由真空转变为大气压,传送结束后,使用Dry泵使其由大气压转变为真空,而且对沉积完成的热的Glass进行冷却,为减少P/T(Particle)的产生,在进行抽真空/Vent时使用Slow方式(二)LoadlockChamber1.2.3PECVD设备基础真空:500mTorr以下两个LoadlockCh.公用一个

Pump

升降台:由导轨和丝杠构成,通过直流步进电机进行驱动35精选2021版课件(三)X-FerChamber1.2.3PECVD设备X-FerChamber又称TransferChamber,主要起传输的作用基础真空:500mTorr以下

Slit阀(共7个)

真空机器手(VacuumRobot):

为3轴(R,T,Z)

各Chamber前有判断基板有/无的Sensor(共7个)

36精选2021版课件(四)HeatChamber在HeatCh.中对Glass进行Preheating处理后传送到ProcessChamber

基础真空:500mTorr以下温度控制:最大可加热到400℃

由8个Shelf构成,并通过各Shelf对温度进行控制,Shelf上的电阻是通过印刷方式完成的,均匀性要比电阻丝方式好

Body为不锈钢1.2.3PECVD设备37精选2021版课件(五)ProcessChamber1.2.3PECVD设备GASINPlasmaGASOUTGlass~RFPower13.56MHzSiH4,NH3PH3等4EAGNDDiffuserSusceptor~38精选2021版课件(六)MainFrameControlRack设备的控制器

Electrical&Signal的分配

MainframeACPower的分配提供DC(±5V,±12V,±15V,±24V)电源

X-Fer,Heat,Loadlock,ACLS的VME控制器

1.2.3PECVD设备39精选2021版课件GASGASGasCabinet(Bottle)2次RegulatorChamberMFCManualValveBDACGasPanel有毒/危险气体无毒/危险气体SiH4(Silane)N2PH3(Phosphine)CDANH3(Ammonia)HeNF3H2ToxicRoom中央供给1次Regulator

Gas的种类(七)气体供应系统气体供应示意图1.2.3PECVD设备40精选2021版课件

在成膜过程中,不仅会沉积到Glass上而且会沉积到Chamber的内壁,因此需对Chamber进行定期的Dry清洗,否则会对沉积进行污染

PECVDP/Chamber内部清洗使用DryCleaning方式,把从外面形成的F-

通入Chamber内并通过F与Chamber内的Film物质反应使其由固体变成气体.(八)RPSC系统1.2.3PECVD设备41精选2021版课件

DryClean的原理

DryClean主要采用RemoteClean方式进行清洗NF3→FF+Si,SiNx,SiO2,..SiF4(↑)+OtherGases(↑)PumpingOut--1.2.3PECVD设备42精选2021版课件CHAMBERThrottleValveDryPumpScrubberTrapFilterExhaustLineConvectronManometerVacuumValve(九)真空系统

真空系统示意图1.2.3PECVD设备读取Chamber内的真空值

.Convectron(100mTorr~760Torr).Manometer(1mTorr~10Torr)

为防止Powder堵塞在Foreline处使用

HeatJacket,在Exhaustline使用

Filter/Trap.

被排出的气体在Scrubber处进行处理43精选2021版课件(十)Utility的供给PECVD设备中使用的各种Utility如下:

工作气体

SiH4,PH3,NH3,NF3,H2,N2(ProcessN2:99.999%),Ar

压缩空气(气缸&电磁阀中使用)

CDA

(CleanDryAir)≥100psi

一般Purge用

GN2(GeneralN2:99.99%)

冷却水

PCW

(ProcessCoolingWater:Min2.8kg/㎠,50slm,18℃~25℃)

DI

(De_IonizedWater:18℃~38℃)

电源

208VAC,500A,5线(3相,Neutral,接地)1.2.3PECVD设备44精选2021版课件1.3Photo 1.3.1光刻概述

1.3.2TRACK设备

1.3.3ALIGNER（曝光机）45精选2021版课件1.什么是光刻?Coat&ExposureDevelopmentGlassTFTPanel光刻就是以光刻胶为材料在玻璃基板表面形成TFTpattern，这个TFTpattern的作用就是保护在它下面的金属或者其他的薄膜，使其在下一道刻蚀工序中不被刻蚀掉，从而最终形成我们所需要的TFTpattern。1.3.1光刻概述46精选2021版课件(1)涂胶Coater：将光刻胶通过涂胶这个步骤，均匀的涂在玻璃基板上。2.如何实现？Coat三个主要步骤：他们是涂胶Coater，曝光Exposure，显影Development此过程通过Track机的COAT&ER单元来实现。1.3.1光刻概述47精选2021版课件(2)曝光ExposureExposuremask通过Mask的遮光作用，有选择性的将光刻胶感光。此过程通过曝光机来实现。1.3.1光刻概述48精选2021版课件(3)显影DevelopmentDEV此过程通过Track机的DEV单元来实现。通过化学作用将感光的光刻胶溶解去掉，将未感光的光刻胶固化。1.3.1光刻概述49精选2021版课件光刻具体的流程图1.3.1光刻概述50精选2021版课件（1）光刻工序在整个阵列工序中起着承上启下的作用，它和其他两个阵列工序一样，光刻工序使用5MASK工艺处理玻璃基板，具体的说，就是将最终要在玻璃基板上形成的TFTpattern分成GATE,ACTIVE,S/D,VIA,ITO（2）5个层，每次曝光形成一个层，最后叠加形成最终的TFTpattern。

Photo

Etching

ThinfilmTFT阵列基板玻璃基板5mask3.光刻与整个阵列的关系1.3.1光刻概述51精选2021版课件在PHOTO工序，除了曝光机以外的设备通称为TRACK机，包括---清洗设备：AdvancedScrubber;涂胶设备：Coater&ER;显影设备：Developer;烘烤设备：前烘SoftBake、后烘HardBake设备；冷却Cooling设备等。1.3.2TRACK设备52精选2021版课件

Coater1.3.2TRACK设备53精选2021版课件

ER--Edgeremove1.3.2TRACK设备54精选2021版课件Exposure&Development1.3.2TRACK设备55精选2021版课件在PHOTO工序，除了曝光机以外的设备通称为TRACK机，包括---清洗设备：AdvancedScrubber;涂胶设备：Coater&ER;显影设备：Developer;烘烤设备：前烘SoftBake、后烘HardBake设备；冷却Cooling设备等。1.3.2TRACK设备56精选2021版课件UV部分作用：用于除去玻璃基板表面的有机物质原理：通过紫外光(UV)照射使O2电离生成O3，进而将有机物氧化关键点：紫外光的强度，均匀度，灯与玻璃基板的距离。1.3.2TRACK设备57精选2021版课件A.SCR部分和DHP烘烤及烘烤后冷却设备A.SCR:涂胶前对玻璃基板进行的清洗。清洗方法：

Brush：除去大的particle.MegaSonic：超声波清洗，除去较小particle.LineShower：喷出高压DIW除去较小particle.TMAH：化学清洗，除去表面氧化物。DHP：A.SCR后使用，除去玻璃基板上的水份.

StepCoolExtension：对加热的玻璃进行冷却处理.

StepCool：对加热过的玻璃进行冷却处理.1.3.2TRACK设备58精选2021版课件Coater&ER部分Coater原理：在玻璃基板上以旋转的方式涂上光刻胶，然后在ER部分将玻璃基板周围的PR胶去除，以免滴落污染设备，光刻胶是见光后性质就发生改变的物质，曝光后再显影便形成与MASK一样的图形（正性光刻胶）1.3.2TRACK设备59精选2021版课件SoftBake：CT&ER后使用，除去PR中的有机溶剂和水份。StepCoolExtension(NOTEMP.)：此处为玻璃基板的接送处，兼起冷却作用。SoftBake及冷却部分1.3.2TRACK设备60精选2021版课件Develop显影和HardBake及冷却部分Develop原理：曝光后，被光照射过的PR胶性质发生变化而溶于显影液。此处就是将已经曝光的光刻胶溶解掉，使PR形成据有TFT形状的薄膜。HardBake：除去PR中的水份并硬化PR。StepCoolExtension：将玻璃基板温度冷却至室温。1.3.2TRACK设备61精选2021版课件曝光机的基本工作原理：曝光机的全称是MIRRORPROJETIONMASKALIGNER(镜像投影MASK对位仪)他的作用是对涂好光刻胶的玻璃基板进行曝光，他所采用的方式就是利用光刻胶的光敏性将MASK上的图像格式投影到玻璃基板上.1.3.3ALIGNER（曝光机）62精选2021版课件1.3.3ALIGNER（曝光机）曝光机的原理63精选2021版课件C/DBOXLAMPHOUSE空调控制台MASK储存箱MASK传送道Mainbody导光系统曝光机按功能可以划分为以下几部分：1.空调系统：负责保持整个曝光机内部恒温在22度左右。2.Console：控制台，主要由一台装有

MPA5000控制软件的工作站构成，它的作用是将人的指令程序输入曝光机，并反馈机器运行状况。3.Mainbody:集成maskstage和platestage,这里是进行曝光的地方。4.illuminationsystem:提供曝光光源,灯房,导光系统，光转换系统。5.Mask储存箱:储备常用mask，A-I9

个.I一般为中转用。6.C/Dbox:集成了电源以及主机的机电控制电路。7.Maskchanger:更换mask。曝光机结构概述：1.3.3ALIGNER（曝光机）64精选2021版课件现在的曝光机的工作方式是，SCAN方式，这两种曝光机的工作方式如下图所示：SCAN：SCAN工作方式的基本原理就是：使玻璃基板和MASK在一个光束下同时移动，光束扫描过的部分就算完成了曝光。光学系统光maskplate同步移动scan1.3.3ALIGNER（曝光机）65精选2021版课件maskMSplatePS光源系统aligner功能示意(动画)1.3.3ALIGNER（曝光机）66精选2021版课件曝光光带PS搭载glass进行曝光动画演示1.3.3ALIGNER（曝光机）67精选2021版课件1.3.3ALIGNER（曝光机）五代线曝光机MPA78005510(W)×6091(L)×3349(H)

Weight:26970kg

68精选2021版课件1.4Etch

1.4.1干法刻蚀概述

1.4.2干法刻蚀应用的工序

1.4.3湿法刻蚀概要

1.4.4湿法剥离概要

69精选2021版课件1.4.1干法刻蚀概述Dry

Etch？

利用真空气体和RFPower生成的GasPlasma反应产生原子和原子团，该原子和原子团与淀积在基板上的物质反应生成挥发性物质。利用该原理可进行干法刻蚀。CDBiasProfileSelectivityUniformityEtchRate

RequirementItemsofDryEtch70精选2021版课件

PlasmaEtch

利用通过Plasma形成的ReactiveIon和Radical进行Etch。1.4.1干法刻蚀概述71精选2021版课件

ReactiveIonEtch

由Plasma形成的Ion在下部电极电场的作用下，与下部电极冲撞进行刻蚀反应。1.4.1干法刻蚀概述72精选2021版课件

ActiveEtch

形成TFTCHANNEL的ActiveLayer（包括n+a-Si,a-Si)的刻蚀工序。

GlassGateG-SiNx:H(3500Å)a-Si:H(1300Å)G-SiNx:L(500Å)n+a-Si(500Å)a-Si:L(500Å)DepositionMaskEtchStrip1.4.２干法刻蚀应用的工序73精选2021版课件

N+Etch

在TFT－LCD中形成Channel的Active层的N+层（500A）、a-Si层的刻蚀过程。N+EtchDepositionMaskEtchStripGlassGatea-Si:HS/DMo/Al/Mo(900/1100/700Å)G-SiNx:H(3500Å)G-SiNx:L(500Å)a-Si:L(500Å)n+a-Si(500Å)1.4.２干法刻蚀应用的工序74精选2021版课件

VIAHoleEtch

刻蚀象素电极（ITO）和TFT连接部分及PAD部分的Gate、S/D间绝缘层的工序。

PVXDepMaskStripEtchGlassGateG-SiNxS/DP-SiNx(2500Å)n+a-Sia-SiViahole1.4.２干法刻蚀应用的工序75精选2021版课件

VIAHoleEtch干法刻蚀方式

VIAHoleEtchTarget刻蚀深度：6000A过刻蚀率：70％1.4.２干法刻蚀应用的工序76精选2021版课件①PRMask后，利用化学药剂去除薄膜形成Pattern,主要适于金属膜或ITOPATTERN的形成。②有利于选择比和大面积刻蚀的均匀度,生产性的提高,成本的降低。湿法刻蚀？1.4.３湿法刻蚀概要77精选2021版课件GATEETCHS/DETCHITOETCH1.4.３湿法刻蚀概要湿法刻蚀各工序刻蚀后图形78精选2021版课件Etch中的各向同性:在各个方向上具有相同的刻蚀速率.Features扩大。WetEtch及部分PlasmaEthc属于各向同性。SubstrateOxideOxideResi