TFT柵極刻蝕負載效應及解決方案

劉丹， 黃中浩， 黃晟， 方亮， 陳啟超， 管飛，吳良東， 吳旭， 李硯秋， 林鴻濤

（1.重慶大學 物理學院， 重慶 400044；2.重慶京東方光電科技有限公司， 重慶 400700；3.北京京東方顯示技術有限公司， 北京 100176）

1 引言

薄膜晶體管液晶顯示器（Thin Film Transistor Liquide Crystal Display，TFT-LCD）經過多年發展已成為平板顯示的主流技術。TFT-LCD目前與有機發光二極管（OLED）、量子點二極管（QLED）、微型發光二極管（Mini-LED）等新型顯示技術相互競爭，共同發展［1-2］。TFT-LCD的核心組件是陣列（Array）基板，該玻璃基板上布局著很多薄膜晶體管（TFT）和相應的引線（Fanout）。底柵型TFT通常由柵極（Gate）、柵極絕緣層（Gate Insulator，GI）、有源層（Active）、源漏極（Souce和Drain，即SD電極）、像素電極、鈍化層（Passivasion，PVX）、公共電極組成［3］。柵電極經過成膜、光刻、刻蝕形成，外圍引線（Fanout）也是經該過程形成。Al因其低成本、電阻率低的優勢，被用作TFT的電極材料。但是，Al和玻璃基板的膨脹系數存在差異，工藝制程中的升溫會導致Al膜層產生應力。該應力逐漸釋放，Al晶粒沿著晶界生長，最終在Al膜層頂部形成突起的小丘，TFT行業將其稱作“Hillock”［4］。Hillock會頂穿柵極絕緣層，造成柵電極和SD電極短路，導致器件失效。為了確保TFT良率，TFT行業摸索出了多種抑制Hillock的技術方案：（1）Al膜層頂部覆蓋足夠厚度的Mo，形成Al/Mo雙膜層，Mo層的重力轉變為對Al膜的壓力，抑制Hillock形成；（2）Al與稀土元素形成合金，合金在高溫下不易形成Hillock；（3）采用電化學方法對Al電極進行陽極氧化，氧化層可抑制Hillock形成；（4）通過成膜、退火工藝參數調整，抑制hillock［4-9］。Al亦可作為TFT的SD電極材料，但是a-Si型TFT的有源層是N型非晶硅