干法刻蚀工艺对TFT-LCD Flicker改善的研究

李 鑫，卞丽丽，陈 曦，吴成龙，贠向南

（福州京东方光电科技有限公司，福建福州350330）

干法刻蚀工艺对TFT-LCD Flicker改善的研究

李 鑫∗，卞丽丽，陈 曦，吴成龙，贠向南

（福州京东方光电科技有限公司，福建福州350330）

为了对TFT-LCD中的闪烁不良进行改善，本文通过研究TFT-LCD中干法刻蚀（Nplus Etch）对TFT特性的影响，以此对刻蚀条件（Power、Gas）进行优化，达到降低Photo-Ioff的目的.实验结果表明，当干法刻蚀主工艺条件为:Source/ Bias=4 k/5 k、Press=90 m T、SF6/O2=1.1 k/3 kml/min，AT Step条件为:Source/Bias=2 k/2 k、Press=100 m T、SF6/ O2=3 k/3 km L/min时，Photo-Ioff由量产最初的58.15降至20.52，闪烁由15%～30%降至10%以下.干法刻蚀工艺条件的优化对TFT特性以及闪烁有明显改善效果.

干法刻蚀；TFT特性；闪烁改善

1　引 言

闪烁是TFT-LCD中普遍存在现象，其产生的机理包括VGL低、Vcom漂移、Photo-Ioff过大等多方面原因［1-6］.由于TFT-LCD在生产过程中的工艺条件基本稳定，TFT特性也基本固定，因此针对闪烁改善的研究大多都是基于后期产品端，此时的闪烁不良调整主要是通过调整VGL、Vcom等进行改善.在a-Si TFT-LCD制程中，干法刻蚀主要是对N+a-Si和部分a-Si进行刻蚀，从而形成决定TFT特性的部分［7-9］.因此，干法刻蚀工艺对TFT的特性起着重要的作用.本实验通过分别对干法刻蚀工艺过程中的功率变化、气流变化、气体比例变化，对TFT沟道形貌进行分析和TFT电学特性进行测试，达到降低Photo-Ioff的目的；同时可以验证干法刻蚀工艺的调整对TFT-LCD的确有改善效果，并得到了干法刻蚀工艺的最优条件应用于实际量产.

2　实验过程

本实验样品均采用通过非晶硅4Mask掩膜工艺进行的产品样品进行测试；刻蚀设备为日本东京电子公司ECCP型干法刻蚀设备；玻璃基板选用康宁公司Eagle-XG型玻璃基板（2 500 mm× 2 200 mm）；电学特性测试设备为YAF6565M Sagittarius Test System；观测设备采用聚焦离子束显微镜（Focused Ion Beam）和色彩分析仪（CA310）.

干法刻蚀工艺过程主要分3个过程进行:前处理工艺（BT）/主刻蚀工艺/后处理工艺（AT）.BT是在一定功率的基础上，加入O2和少量SF6气体进行刻蚀，通过离子轰击对沟道表面进行预处理；主刻蚀是加入Cl2和少量SF6对沟道内N+掺杂非晶硅层进行刻蚀；AT通过加入O2和少量SF6气体对主刻蚀步骤产生的生成物和残留Cl进行清理，以防止Cl继续对Si进行氧化.

为便于描述，后述所提及的正常量产样品均为正常样品，进行刻蚀工艺参数调整的样品均为检测样品.

首先，分别选取32ADS和21.5TN两款产品，在其他条件保持一致的条件下，对干法刻蚀工艺中的RF功率进行变化测试，以研究其对TFT电学特性的影响，并通过测试确定比较适合工艺的功率范围.在此基础上，选定合适的功率之后，再对工艺中的气体进行调节，在主刻蚀和AT Step之间加入SF6气体处理步骤，测试SF6对TFT电学特性的影响.

在以上测试的基础上，对AT Step和主刻蚀工艺中的各项参数建立正交试验，通过TFT特性测试和聚焦离子束显微镜观察以确定合适的AT Step和主刻蚀工艺条件.

最后分别对正常样品和选定最优条件进行的检测样品进行TFT电学特性和闪烁测试，验证刻蚀工艺改变后对TFT电学特性和闪烁的影响.其中，闪烁测试CF侧接受背光照射的情况，测试点位如图1所示.

图1　闪烁测试点位Fig.1　Flicker test point

3　结果与讨论

3.1功率及气体条件对TFT特性的影响

3.1.1功率变化对Photo-Ioff的影响

图2是功率变化对刻蚀速率和Photo-Ioff影响的测试结果.从以上结果可以看出，随着功率的增加，Photo-Ioff也将随之增大.虽然功率增大能有效地提高刻蚀速率，缩短刻蚀时间；但是同时由于功率的增加，离子轰击效果会加强，造成等离子体环境恶化，TFT电学特性也会变差.因此，从TFT特性角度出发，选用较低的功率效果会比较好.

3.1.2SF6对Photo-Ioff的影响

图3为SF6对Photo-Ioff的影响测试结果.从图中可以看出，在AT Step与主刻蚀之间加入

SF6处理步骤（Source/Bias=2K/3K，SF6=3 000 sccm，Press=50 m T）之后，Photo-Ioff有明显的下降.SF6产生的F离子对基板的轰击作用相对于Cl和O较小，并且生成物为气态的SiF4，容易排出.因此，在刻蚀过程中或者在AT Step中适量加入SF6气体对TFT电学特性会有改善.

图2　功率变化对Etch Rate&Photo-Ioff的影响Fig.2　Effect of Power on Etch Rate and Photo-Ioff

图3　SF6变化对Photo-Ioff的影响Fig.3　Effect of SF6on Photo-Ioff

3.2AT Step正交试验

表1为AT Step设置的正交试验组，表2为正交试验结果.考虑到前文得出的功率不宜过高等因素的影响，通过表2可以确定AT Step最优条件为:Source/Bias=2 k W/2 k W，Pressure= 100 m T，O2/SF6=3 000 m L/min/3 000 m L/ min.在此条件下，Photo-Ioff由58.15降至25.5.

表1　AT Step Parameter正交试验Tab.1　AT step parameter orthogonal experiment

表2　AT Step Parameter正交试验结果Tab.2　Result of AT Step parameter orthogonal experiment

3.3SF6对TFT形貌的影响

为了确认AT Step中SF6比例对TFT形貌的影响，设置了表3的实验组.图4分别为按照表3的实验组进行的SEM结果.从图中可以看出，当O2/SF6=3 000 m L/min/3 000 m L/min时，效果最好.在SF6比例较低时，沟道内部平坦度较差，有毛刺现象；而当SF6比例太高时，容易发生过刻现象.合适的SF6比例有助于形成较好的沟道形貌.

表3　AT Step SF6比例变化试验Tab.3　Test of SF6 proportional change

图4　试验SEM结果Fig.4　SEM result of SF6proportional change

3.4主刻蚀条件优化

干法刻蚀主刻蚀过程的机理是通过Cl2跟Si反应:Si+2Cl2=SiCl4，SiCl4在室内以固态的形式存在，不易被排出；同时SF6能产生F离子，F离子与Si反应生成气态的SiCl4，容易被排出；但是SF6的缺点是对绝缘层SiNX刻蚀率较高，增大SF6会导致Si和SiNX选择比下降.在以上测试AT Step最优条件的基础上，对干法刻蚀主刻蚀工艺条件进行改进，适当增加SF6和降低Cl2进行测试.通过表4测试结果可以看出，通过条件进一步优化，Photo-Ioff可以从25.5继续下降到20.52.

表4　主刻蚀工艺测试结果Tab.4　Result of main etch step

3.5工艺优化后对闪烁的影响测试

图5为干法刻蚀主刻蚀步骤和AT Step都进行优化后的TFT特性测试结果，图6为干法刻蚀主刻蚀步骤和AT Step都进行优化后的闪烁测试结果.可以看出，经过工艺优化，在干法刻蚀主刻蚀步骤和AT Step中适当添加SF6量，不仅对Photo-Ioff有明显的降低，同时对闪烁也有显著地改善.闪烁改善后从量产条件的15%～30%降低到10%以下.

图5　工艺优化前后TFT特性Fig.5　TFT characteristics before and after the process optimization

图6　工艺优化后闪烁测试结果Fig.6　Flicker test results after the optimization of the process

4　结 论

本文根据TFT LCD中出现的闪烁现象发生受Photo-Ioff影响的机理，对应到对TFT特性产生主要影响的设备端（Dry Etch）.通过研究干法刻蚀工艺中各参数对Photo-Ioff的影响，最终确定SF6气体的比例会对TFT形貌以及TFT特性（Photo-Ioff）改善有重要作用.并且在最优条件下，Photo-Ioff由量产条件下的58.15下降至20.52.同时，闪烁也有明显改善，由量产条件下的15%～30%下降至10%以下.这不仅有效地改善了产品端的闪烁，还为继续解析与TFT特性相关的产品端不良，从设备端寻找解决途径提供了思路.

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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，山东潍坊人，中级研究员，现主要从事TFT-LCD技术及研究相关工作.E-mail:lixin_b6 @boe.com.cn

卞丽丽（1989-），女，内蒙古赤峰人，工程师，现主要从事TFT-LCD Dry Etch技术相关工作.E-mail:bianlili @boe.com.cn

2015-05-29；

2015-06-23.

∗通信联系人，E-mail:lixin_b6@boe.com.cn

陈曦（1984-），男，江苏苏州人，硕士研究生，高级研究员，现主要从事TFT-LCD技术及研究相关工作. E-mail:chenxi@boe.com.cn