干法刻蝕工藝對TFT-LCD Flicker改善的研究

李 鑫，卞麗麗，陳 曦，吳成龍，贠向南

（福州京東方光電科技有限公司，福建福州350330）

干法刻蝕工藝對TFT-LCD Flicker改善的研究

李 鑫?，卞麗麗，陳 曦，吳成龍，贠向南

（福州京東方光電科技有限公司，福建福州350330）

為了對TFT-LCD中的閃爍不良進行改善，本文通過研究TFT-LCD中干法刻蝕（Nplus Etch）對TFT特性的影響，以此對刻蝕條件（Power、Gas）進行優化，達到降低Photo-Ioff的目的.實驗結果表明，當干法刻蝕主工藝條件為:Source/ Bias=4 k/5 k、Press=90 m T、SF6/O2=1.1 k/3 kml/min，AT Step條件為:Source/Bias=2 k/2 k、Press=100 m T、SF6/ O2=3 k/3 km L/min時，Photo-Ioff由量產最初的58.15降至20.52，閃爍由15%～30%降至10%以下.干法刻蝕工藝條件的優化對TFT特性以及閃爍有明顯改善效果.

干法刻蝕；TFT特性；閃爍改善

1　引 言

閃爍是TFT-LCD中普遍存在現象，其產生的機理包括VGL低、Vcom漂移、Photo-Ioff過大等多方面原因［1-6］.由于TFT-LCD在生產過程中的工藝條件基本穩定，TFT特性也基本固定，因此針對閃爍改善的研究大多都是基于后期產品端，此時的閃爍不良調整主要是通過調整VGL、Vcom等進行改善.在a-Si TFT-LCD制程中，干法刻蝕主要是對N+a-Si和部分a-Si進行刻蝕，從而形成決定TFT特性的部分［7-9］.因此，干法刻蝕工藝對TFT的特性起著重要的作用.本實驗通過分別對干法刻蝕工藝過程中的功率變化、氣流變化、氣體比例變化，對TFT溝道形貌進行分析和TFT電學特性進行測試，達到降低Photo-Ioff的目的；同時可以驗證干法刻蝕工藝的調整對TFT-LCD的確有改善效果，并得到了干法刻蝕工藝的最優條件應用于實際量產.

2　實驗過程

本實驗樣品均采用通過非晶硅4Mask掩膜工藝進行的產品樣品進行測試；刻蝕設備為日本東京電子公司ECCP型干法刻蝕設備；玻璃基板選用康寧公司Eagle-XG型玻璃基板（2 500 mm× 2 200 mm）；電學特性測試設備為YAF6565M Sagittarius Test System；觀測設備采用聚焦離子束顯微鏡（Focused Ion Beam）和色彩分析儀（CA310）.

干法刻蝕工藝過程主要分3個過程進行:前處理工藝（BT）/主刻蝕工藝/后處理工藝（AT）.BT是在一定功率的基礎上，加入O2和少量SF6氣體進行刻蝕，通過離子轟擊對溝道表面進行預處理；主刻蝕是加入Cl2和少量SF6對溝道內N+摻雜非晶硅層進行刻蝕；AT通過加入O2和少量SF6氣體對主刻蝕步驟產生的生成物和殘留Cl進行清理，以防止Cl繼續對Si進行氧化.

為便于描述，后述所提及的正常量產樣品均為正常樣品，進行刻蝕工藝參數調整的樣品均為檢測樣品.

首先，分別選取32ADS和21.5TN兩款產品，在其他條件保持一致的條件下，對干法刻蝕工藝中的RF功率進行變化測試，以研究其對TFT電學特性的影響，并通過測試確定比較適合工藝的功率范圍.在此基礎上，選定合適的功率之后，再對工藝中的氣體進行調節，在主刻蝕和AT Step之間加入SF6氣體處理步驟，測試SF6對TFT電學特性的影響.

在以上測試的基礎上，對AT Step和主刻蝕工藝中的各項參數建立正交試驗，通過TFT特性測試和聚焦離子束顯微鏡觀察以確定合適的AT Step和主刻蝕工藝條件.

最后分別對正常樣品和選定最優條件進行的檢測樣品進行TFT電學特性和閃爍測試，驗證刻蝕工藝改變后對TFT電學特性和閃爍的影響.其中，閃爍測試CF側接受背光照射的情況，測試點位如圖1所示.

圖1　閃爍測試點位Fig.1　Flicker test point

3　結果與討論

3.1功率及氣體條件對TFT特性的影響

3.1.1功率變化對Photo-Ioff的影響

圖2是功率變化對刻蝕速率和Photo-Ioff影響的測試結果.從以上結果可以看出，隨著功率的增加，Photo-Ioff也將隨之增大.雖然功率增大能有效地提高刻蝕速率，縮短刻蝕時間；但是同時由于功率的增加，離子轟擊效果會加強，造成等離子體環境惡化，TFT電學特性也會變差.因此，從TFT特性角度出發，選用較低的功率效果會比較好.

3.1.2SF6對Photo-Ioff的影響

圖3為SF6對Photo-Ioff的影響測試結果.從圖中可以看出，在AT Step與主刻蝕之間加入

SF6處理步驟（Source/Bias=2K/3K，SF6=3 000 sccm，Press=50 m T）之后，Photo-Ioff有明顯的下降.SF6產生的F離子對基板的轟擊作用相對于Cl和O較小，并且生成物為氣態的SiF4，容易排出.因此，在刻蝕過程中或者在AT Step中適量加入SF6氣體對TFT電學特性會有改善.

圖2　功率變化對Etch Rate&Photo-Ioff的影響Fig.2　Effect of Power on Etch Rate and Photo-Ioff

圖3　SF6變化對Photo-Ioff的影響Fig.3　Effect of SF6on Photo-Ioff

3.2AT Step正交試驗

表1為AT Step設置的正交試驗組，表2為正交試驗結果.考慮到前文得出的功率不宜過高等因素的影響，通過表2可以確定AT Step最優條件為:Source/Bias=2 k W/2 k W，Pressure= 100 m T，O2/SF6=3 000 m L/min/3 000 m L/ min.在此條件下，Photo-Ioff由58.15降至25.5.

表1　AT Step Parameter正交試驗Tab.1　AT step parameter orthogonal experiment

表2　AT Step Parameter正交試驗結果Tab.2　Result of AT Step parameter orthogonal experiment

3.3SF6對TFT形貌的影響

為了確認AT Step中SF6比例對TFT形貌的影響，設置了表3的實驗組.圖4分別為按照表3的實驗組進行的SEM結果.從圖中可以看出，當O2/SF6=3 000 m L/min/3 000 m L/min時，效果最好.在SF6比例較低時，溝道內部平坦度較差，有毛刺現象；而當SF6比例太高時，容易發生過刻現象.合適的SF6比例有助于形成較好的溝道形貌.

表3　AT Step SF6比例變化試驗Tab.3　Test of SF6 proportional change

圖4　試驗SEM結果Fig.4　SEM result of SF6proportional change

3.4主刻蝕條件優化

干法刻蝕主刻蝕過程的機理是通過Cl2跟Si反應:Si+2Cl2=SiCl4，SiCl4在室內以固態的形式存在，不易被排出；同時SF6能產生F離子，F離子與Si反應生成氣態的SiCl4，容易被排出；但是SF6的缺點是對絕緣層SiNX刻蝕率較高，增大SF6會導致Si和SiNX選擇比下降.在以上測試AT Step最優條件的基礎上，對干法刻蝕主刻蝕工藝條件進行改進，適當增加SF6和降低Cl2進行測試.通過表4測試結果可以看出，通過條件進一步優化，Photo-Ioff可以從25.5繼續下降到20.52.

表4　主刻蝕工藝測試結果Tab.4　Result of main etch step

3.5工藝優化后對閃爍的影響測試

圖5為干法刻蝕主刻蝕步驟和AT Step都進行優化后的TFT特性測試結果，圖6為干法刻蝕主刻蝕步驟和AT Step都進行優化后的閃爍測試結果.可以看出，經過工藝優化，在干法刻蝕主刻蝕步驟和AT Step中適當添加SF6量，不僅對Photo-Ioff有明顯的降低，同時對閃爍也有顯著地改善.閃爍改善后從量產條件的15%～30%降低到10%以下.

圖5　工藝優化前后TFT特性Fig.5　TFT characteristics before and after the process optimization

圖6　工藝優化后閃爍測試結果Fig.6　Flicker test results after the optimization of the process

4　結 論

本文根據TFT LCD中出現的閃爍現象發生受Photo-Ioff影響的機理，對應到對TFT特性產生主要影響的設備端（Dry Etch）.通過研究干法刻蝕工藝中各參數對Photo-Ioff的影響，最終確定SF6氣體的比例會對TFT形貌以及TFT特性（Photo-Ioff）改善有重要作用.并且在最優條件下，Photo-Ioff由量產條件下的58.15下降至20.52.同時，閃爍也有明顯改善，由量產條件下的15%～30%下降至10%以下.這不僅有效地改善了產品端的閃爍，還為繼續解析與TFT特性相關的產品端不良，從設備端尋找解決途徑提供了思路.

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Improvement of flicker TFT-LCD by dry etching process

LI Xin?，BIAN Li-li，CHEN Xi，WU Cheng-long，YUN Xiang-nan

（Fuzhou BOE Optoelectronics Technology Co.，Ltd，Fuzhou 350300，China）

To improve the flicker in TFT-LCD，by studying the influence of Dry Etch（Nplus Etch）on TFT characteristics，the etching conditions（power and gas）were optimized，and the Photo-Ioffwas reduced，then the flicker was improved.Experimental results show that when the main process conditions of Nplus Etch were:Source/Bias=4 k/5 k，Press=90 m T，SF6/O2=1.1 k/3 km L/min and the conditions of AT Step were:Source/Bias=2 k/2 k，Press=100 m T，SF6/O2=3 k/3 km L/min，the Photo-Iofffell from 58.15 to 20.52 and the flicker fell from 15%-30%to 10%or less.The optimization of Dry Etching process has obvious improvement to TFT characteristics and flicker.

dry etch；TFT characteristics；flicker improvement

.TN141.9

A doi:10.3788/YJYXS20153006.0904

1007-2780（2015）06-0904-05

李鑫（1986-），男，山東濰坊人，中級研究員，現主要從事TFT-LCD技術及研究相關工作.E-mail:lixin_b6 @boe.com.cn

卞麗麗（1989-），女，內蒙古赤峰人，工程師，現主要從事TFT-LCD Dry Etch技術相關工作.E-mail:bianlili @boe.com.cn

2015-05-29；

2015-06-23.

?通信聯系人，E-mail:lixin_b6@boe.com.cn

陳曦（1984-），男，江蘇蘇州人，碩士研究生，高級研究員，現主要從事TFT-LCD技術及研究相關工作. E-mail:chenxi@boe.com.cn