次光刻的简要回顾

3.3　7次光刻的简要回顾

最早的第1代生产线采用的是7次光刻。这项技术一直延续到第4代生产线。对7次光刻的理解是建立TFT制作技术的基础。7次光刻形成TFT阵列需14个步骤，叙述如下。

第1步，制作金属电极栅极和存储电容电极。

●清洗与镀金属膜工艺：首先是玻璃基板投入，清洗、干燥工艺，用清洗机清洗玻璃基板，并烘干，如图3.5所示；开始溅射金属膜，作为栅极材料，金属一般采用合金，有时甚至采用双层合金膜。

图3.5　用清洗机清洗金属膜玻璃基板

●涂胶工艺：用涂胶机在处理好的金属膜上涂敷紫外（ultraviole，UV）感光的光刻胶，见图3.6。光刻胶膜厚度一般控制在（15 000±500）左右。第4代生产线以下的生产线都采用旋转涂胶工艺。

●光刻胶固化工艺：前烘工艺、高温烘焙、固化光刻胶。

●曝光工艺：紫外线通过具有栅极图形的掩模板照射光刻胶。有图形的部分挡住UV光，如图3.7所示，被紫外光照射的光刻胶就变软（称为正性光刻胶，被紫外光照射后变硬的称为负性光刻胶）。

图3.6　涂敷光刻胶

图3.7　曝光原理

●显影工艺：除去光刻胶的软化部分，用显影液处理，如图3.8所示。

图3.8　显影原理

●后烘工艺：对经显影处理的玻璃基板进行高温烘焙。

●刻蚀工艺：有湿刻和干刻两种工艺。湿刻是用腐蚀液进行处理，如图3.9所示，除去不需要的金属。干刻是用减压下的气体放电，使之反应形成气态的处理，如图3.10所示。

图3.9　湿法刻蚀原理

图3.10　干刻原理

●剥离工艺：剥离工艺分湿法剥离和干法剥离。湿法剥离如图3.11所示，是用剥离液除去形成图形时使用的光刻胶。干法剥离是在减压条件下用氧气放电的方式使光刻胶氧化，形成气体状态而被除去，或用臭氧和UV照射使光刻胶氧化形成挥发态气体而被除去，这个工序也叫氧气或UV灰化工艺。

图3.11　剥离原理

至此，栅极图形已经形成，如图3.12所示，一个完整的光刻过程已经结束。下面重复以上过程完成其他薄膜层的制作。

图3.12　第1次光刻形成的栅极和存储电容电极

第2步，制作SiO_x绝缘层。

SiO_xCVD工艺：采用CVD或PECVD技术形成栅极绝缘层膜（SiO_x或SiN_x），如图3.13所示。这层膜是栅极和有源层半导体膜（非晶硅，简写为a-Si）的界面，是决定薄膜晶体管特性的重要工艺。

第3步，为了提高膜的质量，在SiO_x膜上增加一层SiN_x，这个工艺过程和第2步完全相同。许多厂家的这一步骤已经省略了。

第4步，制作非晶硅膜。

CVD制备a-Si膜工艺：用CVD技术生长半导体膜（a-Si），如图3.14、图3.15所示。

第5步，第2次光刻：形成TFT有源层的图形，如图3.16所示。

第6步，制作n^＋a-Si膜：为了与源极和漏极金属电极形成良好的欧姆接触，以及防止反向电场下的漏电流，少量添加磷（n^＋），形成有源层的n^＋a-Si膜，如图3.17所示。

图3.13　PECVD沉积绝缘层SiN_x

图3.14　PECVD沉积SiO_x和SiN_x膜示意

图3.15　制作非晶硅膜

图3.16　光刻以后的有源层图形

图3.17　沉积n^＋a-Si膜

第7步，第3次光刻形成非晶硅n＋图形，如图3.18所示。

图3.18　制作有源层非晶硅和n^＋非晶硅膜图形

第8步，ITO溅射工艺：溅射透明导电膜即氧化铟氧化锡膜制做像素电极。

第9步，第4次光刻：形成像素电极（透明电极，ITO）图形，如图3.19所示。

图3.19　形成像素电极以后的结构

第10步，第5次光刻：将存储电容C_S上的栅极氧化膜的一部分去掉，形成C_S的引线电极，如图3.20所示。

图3.20　5次光刻以后的效果

第11步，溅射铝工艺：溅射铝（Al）或钛（Ti）等金属制作TFT的漏电极、源电极，如图3.21所示。

图3.21　制作Al电极

第12步，第6次光刻：做出各电极图形，如图3.22所示。

图3.22　6次光刻以后的效果

第13步，用CVD法生长氮化硅等保护膜，保护TFT等元器件。

第14步，第7次光刻：形成保护膜的图形，如图3.23所示。

图3.23　第7次光刻以后的效果

通过7次光刻我们形成了完整的TFT阵列。经特性检测后，阵列（TFT）就完成了。如图3.24所示，这里TFT在每个像素的角上。TFT在整个像素面积中占的面积比例越小越好。图3.24的左边是一个示意图，其右边是等效原理图。早期TFT生产线制作的TFT存储电容电极为分立的较多。现在的生产线制作的TFT存储电容电极一般都和栅极共线，这样可以简化工艺，减低成本，如图3.25所示。

图3.24　存储电容电极分立的TFT结构示意图和等效电路

图3.25　存储电容电极共栅极的TFT结构示意和等效电路

早期TFT生产线制作的TFT的信号线宽为5μm，栅线线宽为11μm，ITO和栅线、信号线的距离是4μm，刻蚀精度是2μm，曝光精度是4μm±0.5μm。今天TFT生产线和TFT的制造技术都有了巨大的进步。线宽、器件材料和器件图形都有了进步。如图3.26所示，栅极材料和图形的改进提高了TFT的电学性能和稳定性。

图3.26　栅极材料和图形的改进

7次光刻的TFT的阵列工艺流程简单归纳如图3.27所示。

图3.27　7次光刻的TFT阵列光刻工艺流程