朱麟

一：2W2D工藝

TFT-LCD面板中，TFT基板的制造工藝每道光罩基本工藝流程一般包括成膜，黃光，刻蝕及去光阻幾個步驟。

其中蝕刻工藝主要分為濕法蝕刻與干法蝕刻兩種，其中濕法刻蝕指的是藥液與襯底膜層直接接觸，通過化學(xué)反應(yīng)的方式去除未被掩膜覆蓋保護(hù)的區(qū)域;干法蝕刻一般指將氣體等離子化，利用等離子體中活性自由基與離子的物理或化學(xué)反應(yīng)，將對應(yīng)刻蝕膜層去除的技術(shù)，干法刻蝕目前廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝中半導(dǎo)體層、介質(zhì)層及金屬層刻蝕中

目前TFT-LCD面板制造工藝主流分為5Mask與4Mask兩種，主要差別體現(xiàn)在4Mask PEP2/3光罩工藝合并為一道工藝，通過2次濕法刻蝕+2次干法刻蝕的方式完成Source/Drain電極與有源層溝道的形成，故4Mask工藝又叫2W（WET）2D（DRY）工藝

二：干法刻蝕

在上下兩個平板電極施加一定的RF

Power，并在真空環(huán)境下通入一定量的氣體，在電場的作用下氣體解離生成活性自由基和離子，與沉積在基板上未被光刻膠覆蓋的區(qū)域發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng)，生成揮發(fā)性的物質(zhì)被真空泵抽走，最終得到預(yù)想的圖形，這就是干法刻蝕的基本原理

干法刻蝕的關(guān)鍵影響參數(shù)即RF Power，真空壓力，氣體，溫度

根據(jù)干法刻蝕原理可分為物理蝕刻，化學(xué)蝕刻及反應(yīng)離子蝕刻。其中物理蝕刻主要指的是用帶電粒子轟擊基板表面，使粒子和粒子發(fā)生物理碰撞，達(dá)到蝕刻的目的，因而在整個過程中起作用的都是物理碰撞，沒有新的物質(zhì)生成。因自偏壓的存在，帶點粒子物理蝕刻是各向異性的，蝕刻方向電場方向相關(guān)，在除正向之外的其他方向上基本沒有蝕刻。因為物理過程不會針對特定的鍵或物質(zhì)，故在選擇比上物理蝕刻表現(xiàn)較差。

而化學(xué)蝕刻主要指的是用活性自由基或離子與基板表面待刻蝕膜層發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成揮發(fā)性的氣態(tài)物質(zhì)，被真空泵抽走的過程;對于化學(xué)蝕刻而言，只有在副產(chǎn)物是氣體可以被及時抽走的情況下，才能維持一定的刻蝕速率，否則生成的物質(zhì)覆蓋在界面上將會阻止反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。因為化學(xué)蝕刻不受電場方向影響，故在蝕刻行為上表現(xiàn)是各項同性的，但是蝕刻的過程也會產(chǎn)生一些Polymer副產(chǎn)物，沉積在側(cè)壁上組織刻蝕的進(jìn)行，故亦可據(jù)此實現(xiàn)各向異性的效果。

反應(yīng)離子蝕刻的原理是綜合物理和化學(xué)蝕刻的過程，在實際干法刻蝕中，完全使用化學(xué)性刻蝕和完全使用物理性刻蝕的情況較少，一般是綜合刻蝕結(jié)果需求，靈活地調(diào)整物理刻蝕和化學(xué)刻蝕所占比重，以達(dá)到最優(yōu)的結(jié)果。

三：DRY硅島刻蝕工藝介紹

2W2D工藝中，第一次DRY需完成的工藝要求為①未被光阻覆蓋之大面積非晶硅刻蝕，形成TFT關(guān)鍵硅島②有源層溝道半曝光區(qū)域的光阻去除，使溝道內(nèi)的金屬露出，在第二次WET刻蝕時去除，形成源漏電極。故第一次DRY刻蝕工藝流程也據(jù)此一般包含兩部分：大面積非晶硅刻蝕（即主蝕刻，又叫Main Etching，ME）與溝道半曝光區(qū)域去光阻（即Half-ton Ashing，又叫Etch Back，EB）。

因刻蝕對象膜層不同，主蝕刻與燒光阻刻蝕工藝差異明顯。

刻蝕非晶硅時，一般需要使用含CL，F(xiàn)氣體，形成揮發(fā)性的SiFx和SiClx。因考慮到刻蝕均一性要求及物理刻蝕占比，使用壓力一般在50mtorr～75mtorr左右，既不顯著降低粒子平均自由程，可以維持一定量的反應(yīng)粒子，使物理作用和化學(xué)作用的綜合效果達(dá)到最佳。而光阻Ash的步驟中，主要以化學(xué)刻蝕為主。所以需要盡可能多地增加活性粒子濃度，一般使用壓力為100～150mtorr，在主蝕刻O2中加入少量的NF3氣體以達(dá)到增加刻蝕速率的效果。

四：兩種DRY硅島刻蝕工藝對比

一般我們把非晶硅刻蝕放在溝道內(nèi)光阻Ash之前的模式叫做Etching First，把非晶硅刻蝕放在溝道內(nèi)光阻Ash之后的模式叫做Ashing First，兩種類型均為目前TFT制造中大規(guī)模使用的技術(shù)。

Etching First工藝中，由于光阻Ash時非晶硅已經(jīng)刻蝕完成，一般使用F系氣體+氧氣的組合進(jìn)行，其中O2用于PR有機成分的去除，F(xiàn)系氣體用于提升Ashing速率;為減少對GI層的刻蝕F系氣體需要盡可能小，這也導(dǎo)致了相對較慢的Ashing速率，影響工業(yè)生產(chǎn)的效率。

Ashing First工藝相對于Etching First工藝優(yōu)點：①Ashing時無SiNx損失風(fēng)險，可大幅提升F系氣體與O2比例，一方面可增加Ashing速率，另一方面在Ashing過程中可同時對+非晶硅薄膜進(jìn)行刻蝕，降低主蝕刻需要刻蝕的厚度，綜合起來可大大提升工藝效率②Ashing 提前可預(yù)先將一部分被金屬遮擋的非晶硅薄膜露出，接下來的主蝕刻中被蝕刻掉，這樣可以大大降低非晶硅拖尾長度-對于高刷新率器件充電效率影響較大。但先進(jìn)行Ashing也有其無法避免的缺點，首先，如使用Cl2，因刻蝕步驟在最后，殘留的氣體分子附著在基板表面，與空氣中水汽結(jié)合生成酸性腐蝕劑，隨著在空氣中暴露的時間增加造成金屬腐蝕或斷線等異常。如使用含F(xiàn)氣體，因Cl2與F系氣體對于非晶硅-氮化硅刻蝕選擇比的不同，主蝕刻步驟中氮化硅的損耗量會大大增加，一方面影響器件電學(xué)特性，一方面會增加?xùn)艠O與源漏電極的異常放電概率。

五：總結(jié)

TFT顯示技術(shù)2W2D工藝中的DRY硅島刻蝕中，無論先主蝕刻或是先燒光阻，均有其優(yōu)勢與缺點，目前來說在應(yīng)用中綜合考慮電性，良率要求等生產(chǎn)實際情況，選擇最適合當(dāng)前的工藝即可。但是隨著刷新率及生產(chǎn)效率的進(jìn)一步提升需求，Ashing First工藝可能成為以后主流。