过孔干刻的方法与流程

1.本发明涉及显示屏技术领域，特别是涉及一种过孔干刻的方法。


背景技术：

2.mura是指在显示屏同一光源且相同底色的画面下，因视觉感受到不同程度的颜色差异。
3.有源矩阵有机发光二极管面板(active matrix organic light emitting diode，amoled)显示装置因使用寿命长、显示亮度高、对比度大和色域广等优点得到了广泛的应用，薄膜晶体管(tft)是显示装置的核心器件，amoled显示装置中每一个像素都依赖tft进行开关和驱动，低温多晶硅(low temperature poly-silicon，ltps)是重要的tft有源层半导体材料，使用ltps技术可以使得amoled显示装置具有更高的分辨率和更快的响应时间，能提供更优质的显示画面。
4.在amoled生产中，大板显示屏在点亮时出现mura，造成了产品良率损失，发明人经分析调查，过孔处低温多晶硅(psi)的膜厚不均，psi层的局部过刻严重，会影响tft的特性，如果各tft的特性受到影响，则进一步影响各子像素的发光显示亮度，从而以产生显示亮度不均一的问题，即导致出现mura。
5.过孔由干法刻蚀或湿法刻蚀制得，目前行业内普遍使用干法刻蚀，简称干刻，干刻是指有机刻蚀气体电离并与膜层发生物理轰击和化学反应从而对膜层进行刻蚀，刻蚀的膜层为栅极绝缘层(gi)和层间绝缘层(ild)，层间绝缘层又分为第一层间绝缘层(ild1)和第二层间绝缘层(ild2)，刻蚀工艺有以下三种：
6.1.o2+cf4：此工艺刻蚀速率较快，生成物容易挥发，但对psi选择比差，只采用主刻刻蚀会造成局部psi过刻严重。
7.2.ar+h2+c2hf5：此工艺对多晶硅的选择比高，但刻蚀过程的生成物cf
x
容易沉积在孔底会引起刻蚀过程中断，导致刻蚀量较小。
8.3.主刻(o2+cf4)+一步过刻(ar+h2+c2hf5)组合，选择o2+cf4刻蚀过孔上层的ild，随后选择ar+h2+c2hf5一步刻蚀底层的gi，可以获得良好的刻速和选择比。
9.但是在实际生产过程中发现，1.过刻过程仍存在沉积物沉积在孔底中断刻蚀过程的现象，从而引起过孔刻蚀量较小；2.随着生产不断增加，设备出现老化，产品在成膜和干刻过程中psi均匀性差，表现为背板局部在主刻时容易出现psi过刻严重，背板局部psi选择比变差。局部psi过刻严重造成膜厚均匀性变差从而引起tft特性偏移，造成显示亮度不均一，出现mura。


技术实现要素：

10.针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种过孔干刻方法，该方法能避免过孔干刻过程中因沉积物而导致刻蚀中断的情况，同时也能改善因设备老化造成过孔干刻均匀性变差进而导致psi过刻严重的情况、改善过孔处psi的膜厚均匀性受到破坏的情况，
从而消除mura，提高产品良率。
11.一种过孔干刻的方法，所述方法包括用第二刻蚀气体对第一层间绝缘层和栅极绝缘层进行刻蚀，所述第二刻蚀气体包括ar、h2、c2hf5，所述c2hf5对所述第一层间绝缘层和所述栅极绝缘层进行所述刻蚀过程中发生反应生成cf
x
，所述cf
x
沉积在孔内所述栅极绝缘层上导致刻蚀中断，其特征在于，所述方法还包括使用低温氧等离子体去除所述cf
x
。
12.进一步地，所述方法还包括采用发射光谱法对所述低温氧等离子体去除所述cf
x
过程进行监测。
13.进一步地，所述方法包括如下步骤：
14.s1:所述第二刻蚀气体对所述第一层间绝缘层和所述栅极绝缘层进行第一步过刻刻蚀；
15.s2:所述低温氧等离子体去除所述cf
x
；
16.s3:所述第二刻蚀气体对所述栅极绝缘层进行第二步过刻刻蚀，形成所述过孔。
17.进一步地，在所述低温氧等离子体去除所述cf
x
过程中，o2流量为700-1000sccm，腔室压强为3-5pa，源极射频功率为700-1500w。
18.进一步地，所述第二刻蚀气体满足：所述c2hf5流量为30-100sccm，所述h2流量为30-100sccm，所述ar流量为200-500sccm，腔室压强为1-3pa，源极射频功率为3000-6000w，偏置射频功率为3000-6000w。
19.进一步地，所述第一步过刻的刻蚀时间为30-50s、刻蚀深度为30-150nm，完成所述第一步过刻后剩余刻蚀深度为10-100nm，所述第二步过刻的刻蚀时间为30-50s、刻蚀深度为30-150nm，完成所述第二步过刻后，低温多晶硅层过刻深度为0-20nm。
20.进一步地，所述方法还包括步骤s0，所述步骤s0为第一刻蚀气体对所述栅极绝缘层及所述栅极绝缘层上方的第一层间绝缘层、第二层间绝缘层进行主刻，所述第一刻蚀气体包括o2和cf4，所述步骤s0在所述步骤s1前进行。
21.进一步地，所述主刻的刻蚀深度为400-900nm，完成所述主刻后剩余刻蚀深度为50-250nm，所述第一刻蚀气体满足：所述cf4流量为300-600sccm，所述o2流量为30-100sccm，腔室压强为1-3pa，源极射频功率为7000-9500w，偏置射频功率为2000-4000w。
22.进一步地，采用发射光谱法对所述主刻进行监测，对sin
x
和cf4反应生成的产物cn
x
进行监测，在发射光谱上所述cn
x
的发光强度最低点横坐标数值加上2-3为所述第一层间绝缘层刻蚀起点，所述最低点横坐标数值加上32-63处为所述主刻的结束点，所述结束点的横坐标为所述主刻时间。
23.进一步地，过孔干刻过程在工艺腔室中进行，工艺腔室上部温度为80℃，侧壁温度为80℃，盛放玻璃基板的台板温度为0℃。
24.相比于现有技术，本发明的技术方案至少存在以下有益效果：本发明在现有的过孔干刻方法上作出了改进与优化，增加了低温氧等离子体灰化和第二步过刻，低温氧等离子体灰化能去除刻蚀过程产生的沉积物，避免刻蚀中断，确保过刻的刻蚀量；第二步过刻对gi进行刻蚀，减轻过孔干刻时出现psi过刻的程度，改善过孔处psi的膜厚均匀性受到破坏的情况，消除mura，提高产品良率；同时该方法的所有步骤均在现有的工艺设备上进行，也适用于老化的设备，延长了设备的使用期限，降低了企业生产成本。
附图说明
25.附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制。
26.图1为本发明提供的过孔干刻方法的流程图；
27.图2为一实施例提供的过孔绝缘层结构图；
28.图3为一实施例提供的cn
x
发射光谱图；
29.图4为一实施例提供的cf
x
发射光谱图。
30.其中，附图标记为：1-玻璃基底、2-psi、3-栅极绝缘层、31-sio
x
栅极绝缘层、32-sin
x
栅极绝缘层、4-层间绝缘层、41-第一层间绝缘层、42-第二层间绝缘层。
具体实施方式
31.应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
32.如图1所示，一种过孔干刻的方法，该方法包括用第二刻蚀气体对第一层间绝缘层和栅极绝缘层进行刻蚀，第二刻蚀气体包括ar、h2、c2hf5，c2hf5对第一层间绝缘层和栅极绝缘层进行刻蚀过程中发生反应生成cf
x
，cf
x
沉积在孔内的栅极绝缘层上造成刻蚀中断，该方法还包括使用低温氧等离子体去除cf
x
。
33.s101第一刻蚀气体对栅极绝缘层及栅极绝缘层上方的第一层间绝缘层、第二层间绝缘层进行主刻刻蚀；
34.如图2所示，形成过孔的膜层及其刻蚀顺序由上往下依次是第二层间绝缘层42、第一层间绝缘层41、sin
x
栅极绝缘层32、sio
x
栅极绝缘层31。第二层间绝缘层的组成成分是sio
x
，第一层间绝缘层的组成成分是sin
x
。
35.在主刻中，o2和cf4为第一刻蚀气体，cf4流量为300-600sccm，o2流量为30-100sccm，腔室压强为1-3pa，源极射频功率为7000-9500w，偏置射频功率为2000-4000w。
36.cf4提供刻蚀离子源，cf4流量在300-600sccm范围内，cf4的流量与刻蚀速率成正相关，即cf4流量越大刻蚀速率越快，当cf4流量大于600sccm，cf4流量的增加对刻蚀速率的促进作用不再明显，即cf4流量在600sccm时已经到达阈值，继续增加cf4的流量会造成浪费，增加成本；当cf4流量小于300sccm，刻蚀速度慢，增加了主刻的时间成本。
37.o2在第一刻蚀气体中的流量影响过孔刻蚀剖面倾斜度的均一性，当o2流量超过100sccm，刻蚀剖面粗糙，且孔刻蚀剖面倾斜度出现分层现象，影响后续的过刻中刻蚀深度的精确性和破坏过孔孔壁层间的均匀性。同时，氧气有提高刻蚀速率的作用，为了避免刻蚀过快引起刻蚀过程失控，从而造成刻蚀出来的过孔不符合要求导致器件报废。在cf4流量为300-600sccm的条件下，氧气的流量控制在30-100sccm，在此范围内，氧气一方面能起到加快刻蚀速率的作用，另一方面能确保过孔孔壁层间的均一性，不会出现分层现象。
38.压强影响cf4和o2的浓度，进而影响刻蚀的速率和刻蚀的均匀性，腔室压强为1-3pa，在该范围内，能有效控制主刻过程对第二层间绝缘层42、第一层间绝缘层41、栅极绝缘层3的刻蚀速率和深度，确保主刻的刻蚀效果。
39.功率是影响刻蚀速率选择比的因素，源极射频功率为7000-9500w，偏置射频功率为2000-4000w，源极射频功率和偏置射频功率在上述范围内，刻蚀速率选择比高，即纵向刻蚀的速度大于横向刻蚀的速度，有利于第二层间绝缘层42、第一层间绝缘层41和栅极绝缘层3的刻蚀，同时上述功率的设置也不会超过仪器设备的承受能力，在老化的设备上也可进
行主刻。
40.在主刻中，通过对气体流量、压强、功率及时间的调控，提高主刻过程对膜层刻蚀位置及深度的精确性，便于控制刻蚀过程，避免刻蚀过度而引起psi过刻严重或者刻穿psi。
41.epd(终点检测器)采用发射光谱方法，等离子体中处于激发态的原子或分子基团会发出特定波长的光，并且光的强度与激发原子和基团的浓度相关。epd通过探测反应物或生成物发出的某种特定波长的光的强度，可以得到等离子体刻蚀进行的即时信息。本发明采用发射光谱法对主刻进行监测，对sin
x
和cf4反应生成的产物cn
x
进行监测，在发射光谱上cn
x
的发光强度最低点横坐标数值加上2-3为第一层间绝缘层41刻蚀起点，最低点横坐标数值加上32-63处为主刻结束点，结束点的横坐标为主刻的时间。在实际操作过程中，为了数据采集方便，且保证误差处于合理并可控范围内，如图3所示，在发射光谱上，选取垂直线与曲线的交点a处表示第一层间绝缘层41的刻蚀起点，a处的横坐标值与曲线最低点处相差2-3，a点处的斜率为0.05，曲线开始上升。选择a处为第一层间绝缘层41的刻蚀起点，可以在合理的误差范围内通过斜率快速判断刻蚀过程从而对刻蚀过程进行调控。
42.主刻的刻蚀深度为400-900nm，在完成主刻刻蚀后，用于形成过孔的剩余刻蚀深度为50-250nm。由于膜层中各区域刻蚀均匀性的差异，即膜层存在局部刻蚀量大刻蚀深度大，而局部刻蚀量小存在刻蚀残留，因此，当主刻结束时，形成过孔的第二层间绝缘层42基本完成刻蚀，而只有局部区域完成第一层间绝缘层41的刻蚀，还有局部存在刻蚀至栅极绝缘层3的现象，即主刻完成了第二层间绝缘层42的刻蚀和第一层间绝缘层41、栅极绝缘层3的部分刻蚀。
43.s102第二刻蚀气体对第一层间绝缘层和栅极绝缘层进行第一步过刻刻蚀；
44.由于主刻完成后孔内的剩余绝缘层厚度差异很大，在主刻刻蚀到psi前切换到过刻工艺刻蚀。
45.第一步过刻中，ar、h2、c2hf5为第二刻蚀气体，c2hf5流量为30-100sccm，h2流量为30-100sccm，ar流量为200-500sccm，腔室压力为1-3pa，源极射频功率为3000-6000w，偏置射频功率为3000-6000w。
46.c2hf5提供刻蚀离子源，c2hf5流量在30-100sccm范围内，c2hf5的流量与刻蚀速率成正相关，即c2hf5流量越大刻蚀速率越快，当c2hf5流量大于100sccm，c2hf5流量的增加对刻蚀速率的促进作用不再明显，即c2hf5流量在100sccm时已经到达阈值，继续增加c2hf5的流量会造成浪费，增加成本；当c2hf5流量小于30sccm，刻蚀速度慢，增加了第一步过刻的时间成本。
47.氢气能提高刻蚀过程中氧化物/硅刻蚀选择比，避免psi过刻严重或刻穿。h2流量为30-100sccm，当h2流量大于100sccm时，会加速cf
x
的沉积，加快刻蚀中断的发生，即h2流量大于100sccm会降低刻蚀量。当h2流量小于30sccm，对氧化物/硅刻蚀选择比的提升效果不明显。栅极绝缘层3中sin
x
栅极绝缘层32为上层和sio
x
栅极绝缘层31为下层，sio
x
栅极绝缘层31与psi接触。h2流量在30-100sccm内，既可以确保过刻过程中栅极绝缘层3的刻蚀量，又能降低过刻过程中第二刻蚀气体对psi的刻蚀速率，即有效地提高了氧化物/硅刻蚀选择比，避免psi过刻严重或刻穿。
48.氩气的加入是为了使刻蚀组分混合更加均匀，同时充当缓冲剂避免局部刻蚀速率过快。ar流量为200-500sccm，在该范围内，氩气能有效地对刻蚀速度进行调整，有利于实现
刻蚀效果。
49.压强影响ar、h2、c2hf5的浓度，进而影响刻蚀的速率和刻蚀均匀性，腔室压强为1-3pa，在该范围内，能有效控制第一步过刻过程对第一层间绝缘层41和栅极绝缘层3的刻蚀速率和深度和均匀性，确保第一步过刻的刻蚀效果。
50.功率是影响过刻蚀速率选择比的因素，源极射频功率为3000-6000w，偏置射频功率为3000-6000w，源极射频功率和偏置射频功率在上述范围内，刻蚀速率选择比高，即纵向刻蚀的速度大于横向刻蚀的速度，有利于控制孔径和孔内坡面斜度，同时上述功率的设置也不会超过仪器设备的承受能力，在老化的设备上也可进行刻蚀。
51.发明人发现第一步过刻的刻蚀时间为30-50s，当过刻时间大于50s时，由于碳氟聚合物聚合物沉积在孔内的栅极绝缘层3上，沉积物会导致刻蚀中断，增加刻蚀时间也不会对孔底产生刻蚀效果。
52.第一步过刻的刻蚀深度为30-150nm，在第一步过刻中，通过对气体流量、压强及功率的调控，使得第一步过刻过程对第一层间绝缘层41和栅极绝缘层3进行精确刻蚀，提高刻蚀的位置及深度的精确性，便于控制刻蚀过程，避免刻蚀过度而引起psi过刻严重或者刻穿psi，完成第一步过刻后剩余刻蚀深度为10-100nm，此时第一层间绝缘层41完成刻蚀，栅极绝缘层3局部分刻蚀。
53.s103低温氧等离子体去除沉积物cf
x
；
54.低温氧等离子体灰化去除沉积物cf
x
，在低温氧等离子体灰化过程中o2流量为700-1000sccm，腔室压强为3-5pa，源极射频功率为700-1500w。
55.o2流量为700-1000sccm，氧气的流量确保能产生足够的氧离子与沉积物反应，完全去除沉积物，当o2流量小于700sccm，沉积物去除时间偏长，当o2流量等于1000sccm时已经达到了完全去除沉积物的最大阈值。压强在3-5pa范围内，源极射频功率在700-1500w范围内，确保了低温氧等离子体灰化去除沉积物cf
x
的效果。
56.低温氧等离子体灰化其原理是在高频电场的作用下，低压下的氧由于气体放电而产生具有强氧化能力的氧等离子体，它可在较低的温度下氧化分解有机物。在第一步过刻过程中，如反应式c2hf5→
cf
x+
+hf所示，c2hf5容易分解生成沉积物cf
x
，该沉积物会沉积并覆盖在栅极绝缘层3上，阻止第一步过刻的进行。通过低温氧等离子体灰化去除沉积物，在低温氧等离子体灰化后，氧离子与沉积物完全反应，能保证下一步刻蚀反应继续进行，提高刻蚀深度，此外，该步骤在原有设备中进行，不需要额外增加反应设备，操作简单，流程简化，避免了增加生产成本。
57.采用发射光谱法对低温氧等离子体灰化进行监测，监测到氟元素的发光强度不再发生变化即为低温氧等离子体灰化的终点。如图4所示，在发射光谱中，垂直线与曲线的交点b为低温氧等离子体灰化步骤的终点。低温氧等离子体灰化过程主要监控氟元素，低温氧等离子体灰化时间以碳氟聚合物完全反应为准，当碳氟聚合物完全反应后，氟元素的发光强度基本不变。
58.s104第二刻蚀气体对栅极绝缘层进行第二步过刻刻蚀，形成过孔。
59.第二步过刻中，ar、h2、c2hf5为第二刻蚀气体，c2hf5流量为30-100sccm，h2流量为30-100sccm，ar流量为200-500sccm，腔室压力为1-3pa，源极射频功率为3000-6000w，偏置射频功率为3000-6000w，在低温氧等离子体灰化去除沉积物后，继续对栅极绝缘层3进行刻
蚀，在确保刻蚀效果的同时也避免psi过刻严重。第二步过刻的刻蚀时间为30-50s，在上述刻蚀时间内，第二步过刻的刻蚀深度为30-150nm，第二步过刻完成剩余栅极绝缘层3的刻蚀，第二步过刻后，psi过刻深度为0-20nm，psi虽然被刻蚀，由于刻蚀量较小，第二步过刻对psi的膜厚均匀性影响较小，不会出现mura。
60.过孔干刻过程在工艺腔室中进行，工艺腔室上部温度为80℃，侧壁为80℃，盛放玻璃基板的台板为0℃。膜层厚度均匀性的形成由成膜工序控制，干刻过程会破坏膜层厚度的均匀性。当台板温度为0℃时，温度低有利于控制刻蚀速度，便于控制刻蚀过程，降低干刻过程对膜层厚度均匀性的破坏程度；在刻蚀过程中会产生副产物，把腔室上部及侧壁温度设为为80℃，有利于减小副产物沉积从而达到清洁腔室环境的目的。
61.本发明在主刻和第一步过刻的基础上，增加低温氧等离子体灰化和第二步过刻，优势在于：1.在主刻和第一步过刻中通过对气体流量、压强及功率的调控，有效控制刻蚀过程，使得主刻过程对ild2、ild1、gi进行刻蚀，第一步过刻过程对剩余的ild1、gi进行精确刻蚀，提高刻蚀的位置及深度的精确性；2.在原有设备中进行低温氧等离子体灰化去除沉积物cf
x
，促进刻蚀反应持续进行，提高刻蚀速率，确保刻蚀效果；3.过刻中工艺参数的设定有效地提高了gi中氧化物/硅刻蚀选择比，控制刻蚀的精确度，避免psi过刻严重或刻穿，保证了过孔处psi的膜厚均匀性，消除mura，提高产品良率。
62.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
63.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。