TFT-LCD open cell前段制程_LCM工艺精湛_质量上乘-深圳华之晶
2020-05-21
一、TFT-LCD open cell 制程简述



TFT-LCD open cell制程一般分为前段、中段和后段制程,前段制程主要是进行TFT玻璃的制作,这与半导体制程非常相似;中段制程主要指将TFT玻璃与彩色滤光片贴合,并加上上下偏光板;后段制程指将驱动IC和印刷电路板压合至TFT玻璃,并完成我们所熟知的open cell。



二、TFT-LCD open cell前段制程



TFT-LCD open cell前段制程与半导体制程非常相似,主要分成四个步骤:

1.利用沉淀形成gate metal。首先在玻璃基板上涂布一层金属,然后涂上光阻胶,最后通过暴光、显影、蚀刻和除胶而形成gate metal。涂布的金属材料主要成分为:钛(TI)、铝(AL)、钼(MO)和铬(CR)以及其混合物。TFT open cell前段制程





2.沉淀SI3N4(氮化硅)、a-SI(非晶硅)和N+a-si(N型硅)。



首先利用PECVD ( Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition ) 技术分别涂布一层SI3N4、N+a-si和a-si,然后在N+a-si和a-si上涂布光阻胶,通过暴光、显影、蚀刻和除胶而形成所需形状。PECVD指的是等离子体增强化学气相沉积法,原理是借助微波或射频等使含有薄膜组成原子的气体电离,在局部形成等离子体,而等离子体化学活性很强,很容易发生反应,在基片上沉淀出所期望的薄膜。 SI3N4、N+a-si和a-si三种材料充当的角色分别为:gate端和液晶存储电容的电解质、N型半导体和P型半导体。TFT open cell前段制程



3.形成source metal和drain metal。



首先在a-si上涂布一层金属材料来作为source metal和drain metal,然后在金属材料上涂布光阻胶并通过暴光、显影、蚀刻和除胶而形成所需形状。Source metal和drain metal主要成分为:钛(TI)、铝(AL)、钼(MO)和铬(CR),这与gate metal相同。



4.沉淀SI3N4和ITO(Indium Tin Oxides),ITO氧化铟锡是一种透明导电薄膜。TFT open cell前段制程



首先利用PECVD技术沉淀一层SI3N4,然后再涂布一层ITO,至此整个TFT玻璃就完成了也就是说TFT-LCD open cell前段制程已经完成,其架构如图4所示,其中gate metal连接至gate ic,source metal连接至data ic。  





具体的工艺流程如下:









背沟道刻蚀结构a-Si:H  TFT(有4次光刻法和5次光刻法,5次光刻法被广泛应用于2代以上的生产线,在此主要介绍5次光刻法)



第一次光刻栅极



 第一次光刻栅线的金属材料一般有复层材料铝钕和钼(AlNd/Mo),铝钕和掺氮钼(AlNd/MoNx)等。要求有较好的热稳定性,物理、化学稳定性,为减小栅信号延迟电阻率要足够低,为增大开口率栅极,宽度越窄越好。



工艺流程是:溅射前清洗——溅射——涂胶——曝光——显影——显影后检查——湿法刻蚀——刻蚀后检查——去胶——O/S检查。其中O/S是Open和Short的缩写,为断路和短路。经过光刻刻蚀后形成完好的第一次光刻的图形,断面必须刻蚀出具有一定角度的坡度角,否则容易出现跨断。TFT open cell前段制程





第二次光刻有源岛



第二次光刻形成a-Si:H有源岛,形成薄膜晶体管的有源层和偶木接触层,在栅极的上面形状像一个小岛。工艺流程:成膜前清洗——3层CVD(SiNx , a-Si:H , n+ a-Si)——3层后清洗——涂胶——曝光——显影——干法刻蚀——刻蚀后检查——去胶。



在a-Si:H有源岛形成前,先后连续沉积SiNx 、a-Si:H、 n+ a-Si 3种薄膜。SiNx是氮化硅薄膜,作为绝缘层;a-Si:H 是氢化非晶硅薄膜,作为半导体层;n+ a-Si 是掺杂了磷的非晶硅薄膜,作为欧姆接触层,用于降低源漏电极与半导体层之间的接触电阻。这3层膜是在等离子化学气相沉积设备中连续成膜的,可以形成良好的层间接触,降低界面态密度。TFT open cell前段制程



第三次光刻源漏电极(SD)



2代线以上, 电极采用的材料一般都是复层材料Mo/Al/Mo、Mo/AlNd/Mo、MoNx/AlNi/ MoNx等。工艺流程是:溅射前清洗——Mo/Al/Mo溅射——Mo/Al/Mo后清洗——涂胶——曝光——显影——显影后检查——Mo/Al/Mo湿刻——刻蚀后检查——n+切断PE刻刻¬——刻蚀后检查——去胶。



下层Mo的作用-----Al直接与a-Si接触很容易向a-Si扩散,使漏电级增大,影响TFT的关态特性,所以在Al层下面要增加一层Mo。TFT open cell前段制程



 上层Mo的作用-----Al容易产生小丘,表面粗糙度不好,且Al与上面层ITO直接接触,容易还原ITO材料,降低ITO的电阻率,引起接触不良,因此要在Al的上面增加一层Mo。



第四次钝化层及过孔



钝化层(Passivition),其材料一般是氮化硅SiNx,表示为P-SiNx ,起保护薄膜晶体管、信号线和栅线的作用。工艺流程是:P-SiNx前清洗——P-SiNxCVD——涂胶——曝光——显影——显影后检查——P-SiNxPE干法刻蚀——刻蚀后检查——去胶。



过孔是把引线和需要连接的部分刻蚀出来。第四次光刻是工艺的难点,要求刻蚀时间不可太长也不可太短。很多工业都采用干法刻蚀来形成钝化层及过孔的图形。TFT open cell前段制程



第五次光刻形成像素电极



采用的材料是氧化铟锡(ITO)。



工艺流程是: 溅射前清洗——ITO溅射——ITO后清洗——涂胶——曝光——显影——显影后检查——ITO湿刻——刻蚀后检查——去胶——退火——阵列终检——激光修复。



这次光刻形成的ITO有3个作用:



1)TFT处ITO,用作像素电极,与彩膜基板上的共用电极一起形成液晶像素的上下电极,控制液晶分子的旋转实现显示。



2)是存储电容上的ITO为存储电容的另一个电极,与第一次光刻的金属电极一起形成了存储电容的上下电极,两电极之间的介质层为绝缘层和钝化层。



3)外引线处的ITO为栅线和信号线金属的保护层,为防止金属电极直接暴露在大气下氧化,在外引线暴露金属电极的部分覆盖上ITO起到保护的作用。





一、TFT-LCD open cell 制程简述



TFT-LCD open cell制程一般分为前段、中段和后段制程,前段制程主要是进行TFT玻璃的制作,这与半导体制程非常相似;中段制程主要指将TFT玻璃与彩色滤光片贴合,并加上上下偏光板;后段制程指将驱动IC和印刷电路板压合至TFT玻璃,并完成我们所熟知的open cell。TFT open cell前段制程



二、TFT-LCD open cell前段制程



TFT-LCD open cell前段制程与半导体制程非常相似,主要分成四个步骤:

1.利用沉淀形成gate metal。首先在玻璃基板上涂布一层金属,然后涂上光阻胶,最后通过暴光、显影、蚀刻和除胶而形成gate metal。涂布的金属材料主要成分为:钛(TI)、铝(AL)、钼(MO)和铬(CR)以及其混合物。





2.沉淀SI3N4(氮化硅)、a-SI(非晶硅)和N+a-si(N型硅)。



首先利用PECVD ( Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition ) 技术分别涂布一层SI3N4、N+a-si和a-si,然后在N+a-si和a-si上涂布光阻胶,通过暴光、显影、蚀刻和除胶而形成所需形状。PECVD指的是等离子体增强化学气相沉积法,原理是借助微波或射频等使含有薄膜组成原子的气体电离,在局部形成等离子体,而等离子体化学活性很强,很容易发生反应,在基片上沉淀出所期望的薄膜。 SI3N4、N+a-si和a-si三种材料充当的角色分别为:gate端和液晶存储电容的电解质、N型半导体和P型半导体。



3.形成source metal和drain metal。



首先在a-si上涂布一层金属材料来作为source metal和drain metal,然后在金属材料上涂布光阻胶并通过暴光、显影、蚀刻和除胶而形成所需形状。Source metal和drain metal主要成分为:钛(TI)、铝(AL)、钼(MO)和铬(CR),这与gate metal相同。



4.沉淀SI3N4和ITO(Indium Tin Oxides),ITO氧化铟锡是一种透明导电薄膜。TFT open cell前段制程



首先利用PECVD技术沉淀一层SI3N4,然后再涂布一层ITO,至此整个TFT玻璃就完成了也就是说TFT-LCD open cell前段制程已经完成,其架构如图4所示,其中gate metal连接至gate ic,source metal连接至data ic。  





具体的工艺流程如下:









背沟道刻蚀结构a-Si:H  TFT(有4次光刻法和5次光刻法,5次光刻法被广泛应用于2代以上的生产线,在此主要介绍5次光刻法)



第一次光刻栅极



 第一次光刻栅线的金属材料一般有复层材料铝钕和钼(AlNd/Mo),铝钕和掺氮钼(AlNd/MoNx)等。要求有较好的热稳定性,物理、化学稳定性,为减小栅信号延迟电阻率要足够低,为增大开口率栅极,宽度越窄越好。TFT open cell前段制程



工艺流程是:溅射前清洗——溅射——涂胶——曝光——显影——显影后检查——湿法刻蚀——刻蚀后检查——去胶——O/S检查。其中O/S是Open和Short的缩写,为断路和短路。经过光刻刻蚀后形成完好的第一次光刻的图形,断面必须刻蚀出具有一定角度的坡度角,否则容易出现跨断。





第二次光刻有源岛



第二次光刻形成a-Si:H有源岛,形成薄膜晶体管的有源层和偶木接触层,在栅极的上面形状像一个小岛。工艺流程:成膜前清洗——3层CVD(SiNx , a-Si:H , n+ a-Si)——3层后清洗——涂胶——曝光——显影——干法刻蚀——刻蚀后检查——去胶。



在a-Si:H有源岛形成前,先后连续沉积SiNx 、a-Si:H、 n+ a-Si 3种薄膜。SiNx是氮化硅薄膜,作为绝缘层;a-Si:H 是氢化非晶硅薄膜,作为半导体层;n+ a-Si 是掺杂了磷的非晶硅薄膜,作为欧姆接触层,用于降低源漏电极与半导体层之间的接触电阻。这3层膜是在等离子化学气相沉积设备中连续成膜的,可以形成良好的层间接触,降低界面态密度。



第三次光刻源漏电极(SD)



2代线以上, 电极采用的材料一般都是复层材料Mo/Al/Mo、Mo/AlNd/Mo、MoNx/AlNi/ MoNx等。工艺流程是:溅射前清洗——Mo/Al/Mo溅射——Mo/Al/Mo后清洗——涂胶——曝光——显影——显影后检查——Mo/Al/Mo湿刻——刻蚀后检查——n+切断PE刻刻¬——刻蚀后检查——去胶。



下层Mo的作用-----Al直接与a-Si接触很容易向a-Si扩散,使漏电级增大,影响TFT的关态特性,所以在Al层下面要增加一层Mo。



 上层Mo的作用-----Al容易产生小丘,表面粗糙度不好,且Al与上面层ITO直接接触,容易还原ITO材料,降低ITO的电阻率,引起接触不良,因此要在Al的上面增加一层Mo。



第四次钝化层及过孔



钝化层(Passivition),其材料一般是氮化硅SiNx,表示为P-SiNx ,起保护薄膜晶体管、信号线和栅线的作用。工艺流程是:P-SiNx前清洗——P-SiNxCVD——涂胶——曝光——显影——显影后检查——P-SiNxPE干法刻蚀——刻蚀后检查——去胶。



过孔是把引线和需要连接的部分刻蚀出来。第四次光刻是工艺的难点,要求刻蚀时间不可太长也不可太短。很多工业都采用干法刻蚀来形成钝化层及过孔的图形。



第五次光刻形成像素电极



采用的材料是氧化铟锡(ITO)。



工艺流程是: 溅射前清洗——ITO溅射——ITO后清洗——涂胶——曝光——显影——显影后检查——ITO湿刻——刻蚀后检查——去胶——退火——阵列终检——激光修复。TFT open cell前段制程



这次光刻形成的ITO有3个作用:



1)TFT处ITO,用作像素电极,与彩膜基板上的共用电极一起形成液晶像素的上下电极,控制液晶分子的旋转实现显示。



2)是存储电容上的ITO为存储电容的另一个电极,与第一次光刻的金属电极一起形成了存储电容的上下电极,两电极之间的介质层为绝缘层和钝化层。



3)外引线处的ITO为栅线和信号线金属的保护层,为防止金属电极直接暴露在大气下氧化,在外引线暴露金属电极的部分覆盖上ITO起到保护的作用。





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