柵絕緣層過(guò)孔的反應(yīng)離子刻蝕研究

2014-04-13 姜曉輝 北京京東方光電科技有限公司

  為了適應(yīng)薄膜晶體管液晶顯示器窄邊框化以及面板布線精細(xì)化的趨勢(shì),以及利用較少光刻次數(shù)生產(chǎn)出高品質(zhì)的產(chǎn)品,本文研究了利用反應(yīng)離子刻蝕柵絕緣層過(guò)孔。介紹了柵絕緣層過(guò)孔刻蝕的原理,通過(guò)實(shí)驗(yàn)以及測(cè)試研究與分析了刻蝕過(guò)刻量、刻蝕反應(yīng)壓力以及刻蝕氣體比例等因素對(duì)柵絕緣層過(guò)孔刻蝕坡度角的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:當(dāng)SF6氣體比例為M3、反應(yīng)壓強(qiáng)為p3,制備的柵絕緣過(guò)孔坡度角較理想。

  薄膜晶體管液晶顯示器(TFT-LCD)是當(dāng)今社會(huì)顯示領(lǐng)域的主要技術(shù),該技術(shù)的產(chǎn)品以其應(yīng)用廣泛,節(jié)能,便攜而受到廣泛關(guān)注。隨著TFT技術(shù)的發(fā)展,廣視角以及低功耗液晶顯示技術(shù)成為顯示市場(chǎng)的主流。為了提高液晶顯示器件的視角,人們發(fā)明了邊緣電場(chǎng)開關(guān)薄膜晶體管(ADS)技術(shù),利用同一平面內(nèi)像素電極產(chǎn)生的邊緣電場(chǎng)使液晶分子在平面內(nèi)旋轉(zhuǎn),提高液晶顯示的視覺(jué)。同時(shí)為了增加布線的密集程度以及形成窄邊框產(chǎn)品,在玻璃基板周邊的靜電防護(hù)(ESD)區(qū)域以及交替布線區(qū)域形成了柵絕緣層過(guò)孔,將柵極與漏極直接導(dǎo)通。與現(xiàn)有TN顯示模式相比,光刻工藝次數(shù)增加,一般需要7道光刻工藝,其制作工藝如圖1所示。

  通過(guò)上述工藝雖然能制備出高分辨率的ADS產(chǎn)品。但是光刻循環(huán)次數(shù)多,工藝流程仍然較為復(fù)雜。在研究現(xiàn)有產(chǎn)品工藝流程的基礎(chǔ)上,提出了在形成柵電極圖案的基板上連續(xù)沉積柵絕緣層,半導(dǎo)體層,接著曝光、顯影,預(yù)形成柵絕緣層過(guò)孔、刻蝕,形成柵絕緣層過(guò)孔(GIHole)。接著再形成硅島與源漏電極、像素電極等。核心工藝為GIHole雙層膜刻蝕工藝的開發(fā)。

ADS-TFT 工藝流程

圖1  ADS-TFT 工藝流程

  本文討論了刻蝕過(guò)刻量(OE)、刻蝕反應(yīng)腔壓強(qiáng)、刻蝕氣體比例等因素對(duì)GIHole刻蝕,特別是刻蝕之后側(cè)面形貌的影響。通過(guò)優(yōu)化,建立了適合GIHole雙層膜刻蝕的條件。

1、實(shí)驗(yàn)方法

  試驗(yàn)中GIHole結(jié)構(gòu)如圖2所示。本實(shí)驗(yàn)使用Corning EagleX G10K TFT玻璃,玻璃厚度0.5mm,尺寸1100mm×1300mm。首先在玻璃基板上完成柵電極圖案制作,采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)技術(shù)連續(xù)沉積GI層,GI層材質(zhì)為氮化硅(Si3N4),半導(dǎo)體層(Active),Active層材質(zhì)為非晶硅。接著進(jìn)行GIHole的曝光、顯影,然后在SE-1300DRYETCHSystem進(jìn)行GIHole刻蝕工藝的開發(fā)?涛g模式為反應(yīng)離子刻蝕(RIE),RIE不但有離子束的濺射作用,而且通過(guò)對(duì)反應(yīng)氣體的電離,使其生成可與刻蝕基片反應(yīng)的離子基團(tuán)或者是中性游離基,參與對(duì)樣品的刻蝕?涛g腔體本底真空小于4.0Pa,刻蝕氣體由SF6、O2、He、Cl2等組成,SF6的流量為0.003~0.036m3/h,O2的流量為0.012~0.16m3/h,He的流量為0.024~0.09m3/h,Cl2的流量為0.075~0.12m3/h。在對(duì)膜層進(jìn)行刻蝕過(guò)程中功率為2000~9000W,溫度為20~200℃,氣壓為100~600Pa?涛g完成之后采用掃描電子顯微鏡(SEM),關(guān)鍵線寬測(cè)試儀(CD),宏觀微觀顯微鏡(M/M)等設(shè)備對(duì)GIHole進(jìn)行測(cè)試。

GIHole結(jié)構(gòu)

圖2 GIHole結(jié)構(gòu)

3、結(jié)論

  本文是在現(xiàn)有ADS產(chǎn)品工藝流程的基礎(chǔ)上,將Active層與GI層合并,采用兩步法進(jìn)行GIHole刻蝕。研究了過(guò)刻量、刻蝕反應(yīng)腔壓力以及刻蝕氣體中SF6所占?xì)怏w比例對(duì)Active層坡度角的影響。試驗(yàn)表明,隨著刻蝕反應(yīng)腔壓力的增加,Active層坡度角逐漸減少。隨著總反應(yīng)氣體中SF6氣體的增加,化學(xué)反應(yīng)所占比例增加,反應(yīng)氣體對(duì)非晶硅層的橫向刻蝕量增加,有利于減少Active層的坡度角。與此同時(shí),在兩步刻蝕之間需要增加清掃步驟,利用SF6以及O2進(jìn)行短時(shí)間的吹氣處理,將反應(yīng)中間產(chǎn)物以及不易揮發(fā)的SiCl4排出,避免異常產(chǎn)物生成。