TFT栅极刻蚀负载效应及解决方案

刘丹， 黄中浩， 黄晟， 方亮， 陈启超， 管飞，吴良东， 吴旭， 李砚秋， 林鸿涛

（1.重庆大学 物理学院， 重庆 400044；2.重庆京东方光电科技有限公司， 重庆 400700；3.北京京东方显示技术有限公司， 北京 100176）

1 引言

薄膜晶体管液晶显示器（Thin Film Transistor Liquide Crystal Display，TFT-LCD）经过多年发展已成为平板显示的主流技术。TFT-LCD目前与有机发光二极管（OLED）、量子点二极管（QLED）、微型发光二极管（Mini-LED）等新型显示技术相互竞争，共同发展［1-2］。TFT-LCD的核心组件是阵列（Array）基板，该玻璃基板上布局着很多薄膜晶体管（TFT）和相应的引线（Fanout）。底栅型TFT通常由栅极（Gate）、栅极绝缘层（Gate Insulator，GI）、有源层（Active）、源漏极（Souce和Drain，即SD电极）、像素电极、钝化层（Passivasion，PVX）、公共电极组成［3］。栅电极经过成膜、光刻、刻蚀形成，外围引线（Fanout）也是经该过程形成。Al因其低成本、电阻率低的优势，被用作TFT的电极材料。但是，Al和玻璃基板的膨胀系数存在差异，工艺制程中的升温会导致Al膜层产生应力。该应力逐渐释放，Al晶粒沿着晶界生长，最终在Al膜层顶部形成突起的小丘，TFT行业将其称作“Hillock”［4］。Hillock会顶穿栅极绝缘层，造成栅电极和SD电极短路，导致器件失效。为了确保TFT良率，TFT行业摸索出了多种抑制Hillock的技术方案：（1）Al膜层顶部覆盖足够厚度的Mo，形成Al/Mo双膜层，Mo层的重力转变为对Al膜的压力，抑制Hillock形成；（2）Al与稀土元素形成合金，合金在高温下不易形成Hillock；（3）采用电化学方法对Al电极进行阳极氧化，氧化层可抑制Hillock形成；（4）通过成膜、退火工艺参数调整，抑制hillock［4-9］。Al亦可作为TFT的SD电极材料，但是a-Si型TFT的有源层是N型非晶硅