柵絕緣層過孔的反應(yīng)離子刻蝕研究
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孔。介紹了柵絕緣層過孔刻蝕的原理，通過實(shí)驗(yàn)以及測(cè)試研究與分析了刻蝕過刻量、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。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)形成柵絕緣層過孔、刻蝕，形成柵絕緣層過孔(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)。
圖1 ADS-TFT 工藝流程
本文討論了刻蝕過刻量(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。刻蝕腔體本底真空小于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。
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。
