Anwendungen elektronischer Spezialgase in der TFT-LCD-Fertigung und eine technische Analyse von Ultra-Hochreinigkeits-Verteilersystemen

Einführung

Dünnschichttransistor-Flüssigkristallanzeigen (TFT-LCDs) sind derzeit die am weitesten verbreitete Flachbildschirmtechnologie und ihr Herstellungsprozess umfasst komplexe physikalische und chemische Prozesse. Spezielle elektronische Gase (im Folgenden als „spezielle elektronische Gase“ bezeichnet) dienen als Kernprozessmaterialien in den Filmabscheidungs- und Ätzschritten der TFT-LCD-Array-Herstellung; Ihre Reinheit, Stabilität und Liefersicherheit bestimmen direkt die Ausbeute und Leistung des Panels. Dieses Papier beginnt mit dem TFT-LCD-Herstellungsprozess, untersucht systematisch die Anwendung elektronischer Spezialgase in jedem wichtigen Prozessschritt und analysiert die technische Architektur von Systemen zur Abgabe ultrahochreiner Spezialgase.

TFT-LCD ist derzeit die am weitesten verbreitete Flachbildschirmtechnologie (Abbildung dient nur zur Veranschaulichung).

Überblick über TFT-LCD-Herstellungsprozesse

TFT-LCD-Prozessflussdiagramm (nur als Referenz)

Der Herstellungsprozess für TFT-LCD-Panels kann in drei Hauptphasen unterteilt werden: den Front-End-Array-Prozess (Array), den Mid-End-Zellenmontageprozess (Cell) und den Back-End-Modulmontageprozess (Module). Unter diesen werden spezielle elektronische Gase hauptsächlich in den Filmabscheidungs- und Trockenätzschritten des Front-End-Array-Prozesses verwendet.

Der Kern des Array-Prozesses besteht darin, eine mehrschichtige Struktur aus Dünnschichttransistoren aufzubauen

(TFT), einschließlich der Gate-Metallschicht, der Gate-Isolatorschicht (SiNx) und der amorphen Siliziumhalbleiterschicht

(a-Si), Source- und Drain-Elektrodenmetallschichten und die ITO-Pixelelektrodenschicht. Die Abscheidung und Strukturierung jeder dünnen Filmschicht hängt von bestimmten Prozessgasen ab.

Anwendungen von Spezialgasen in Kernherstellungsprozessen

CVD-Abscheidungsprozess

Die chemische Gasphasenabscheidung (CVD), insbesondere die plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD), ist ein Kernverfahren zur Abscheidung nichtmetallischer Dünnfilme im Herstellungsprozess von TFT-LCD-Arrays. Dieser Prozess aktiviert Gasmoleküle über ein Plasma, was zu chemischen Reaktionen auf der Substratoberfläche führt und zur Abscheidung fester Dünnfilme führt. Zu den im PECVD-Prozess hauptsächlich verwendeten elektronischen Spezialgasen gehören:

Silan (SiH₄): Dient als Silizium-Quellengas für die Abscheidung von Halbleiterschichten aus amorphem Silizium (a-Si) und Isolierschichten aus Siliziumnitrid (SiNx).

Ammoniak (NH₃): Reagiert mit Silan unter Bildung von Siliziumnitridfilmen und dient als Stickstoffquelle

Phosphin (PH₃): Wird für n-dotierte amorphe Siliziumschichten (n⁺ a-Si) zur Bildung ohmscher Kontaktschichten verwendet

Lachgas (N₂O): Reagiert mit Silan unter Bildung von Siliziumdioxidfilmen (SiO₂).

Stickstofftrifluorid (NF₃): Wird zur Plasmareinigung der CVD-Kammer verwendet, um Ablagerungen von den Kammerwänden zu entfernen

Darüber hinaus werden im Prozess auch Massengase wie hochreiner Wasserstoff (H₂) und hochreiner Stickstoff (N₂) verwendet, die als Trägergas, Spülgas bzw. Prozessatmosphärengas dienen.

Schaufenster des CVD-Gasversorgungsprojekts von Shenzhen Wofly Technology (nur als Referenz)

Sputterprozess

Magnetronsputtern fällt in die Kategorie der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD) und wird hauptsächlich zur Abscheidung von Metallfilmen wie Gate-Elektroden, Source-/Drain-Elektroden und Pixelelektroden aus Indium-Zinn-Oxid (ITO) verwendet.

Das Grundprinzip der Sputter-Filmabscheidung besteht darin, die Oberfläche eines Targets in einer Vakuumkammer mit geladenen Teilchen zu bombardieren, wodurch Atome aus dem Target herausgeschleudert und auf dem Substrat abgeschieden werden. Der Sputterprozess stellt besondere Anforderungen an Prozessgase: Das Depositionsgas darf nicht chemisch mit dem Targetmaterial reagieren; Daher sind Inertgase die am besten geeignete Wahl. In der industriellen Produktion wird typischerweise Argon (Ar) als Sputter-Arbeitsgas verwendet, in einigen Prozessszenarien kommt jedoch auch Helium (He) zum Einsatz.

Bei reaktiven Sputterprozessen (z. B. der Abscheidung transparenter leitfähiger ITO-Filme) wird Sauerstoff (O₂) in das Inertgas eingeführt, um mit der Zusammensetzung des Zielmaterials zu reagieren und einen Oxidfilm zu bilden.

Ultrahochvakuum-Hochenergie-Pulsmagnetron-Sputterbeschichtungsanlage (nur als Referenz)

Ätzprozess

Der Ätzprozess ist ein wichtiger Schritt bei der Übertragung des Fotolackmusters auf den darunter liegenden Film. Der TFT-LCD-Array-Prozess nutzt hauptsächlich Trockenätzen (Plasmaätzen), bei dem reaktive freie Radikale im Plasma genutzt werden, um mit dem zu ätzenden Material chemisch zu reagieren und flüchtige Nebenprodukte zu erzeugen, die dann von einer Vakuumpumpe abgesaugt werden. Zum Ätzen unterschiedlicher Materialschichten müssen unterschiedliche Kombinationen von Ätzgasen gewählt werden:

• Ätzen von nichtmetallischen Filmen (z. B. SiNx, a-Si): Üblicherweise werden fluor- oder chlorhaltige Gase wie Schwefelhexafluorid (SF₆), Kohlenstofftetrafluorid (CF₄) und Chlor (Cl₂) verwendet.
• Ätzen von Metallfilmen (z. B. Al, Mo, Cr): Zu den häufig verwendeten Gasen gehören Chlor (Cl₂), Chlorwasserstoff (HCl) und Bortrichlorid (BCl₃).
• ITO-Ätzen: Es können wasserstoffhaltige Gase oder Mischgase auf Salzsäurebasis verwendet werden

Die im Ätzprozess verwendeten Spezialgase sind meist brennbar, explosiv, hochgiftig oder stark ätzend; Daher sind äußerst hohe Standards für die Dichtigkeit, Sicherheit und Abgasbehandlungskapazität des Gasversorgungssystems erforderlich.

Interner Aufbau einer Ätzkammer (nur als Referenz)

Analyse der Architektur eines ultrahochreinen Spezialgas-Zufuhrsystems

Ein vollständiges Liefersystem für hochreine Spezialgase besteht aus Einheiten wie der Speicherung der Gasquelle, der primären Druckregelung, der Reinigung und Filtration, der sekundären Verteilung und der Endverwendung. Diese Einheiten sind über hochreine Edelstahlrohre zu einem geschlossenen, regelbaren Gasversorgungssystem verbunden.

Zylinderschrank

Der Flaschenschrank dient als Gasquellenseite eines Spezialgassystems und dient der Lagerung von Flaschen sowie der primären Druckreduzierung und Umschaltung der Gasversorgung. Zu seinen Kernfunktionen gehören:

• Sichern und Anschließen von Flaschen, ausgestattet mit einer automatischen Schalttafel, um einen nahtlosen Wechsel zwischen Primär- und Ersatzgasquellen zu ermöglichen
• Ein primäres Druckminderventil reduziert Hochdruckgas auf einen mittleren Druck (typischerweise 0,3–0,5 MPa).
• Das Unterdruck-Belüftungsdesign hält einen Unterdruck im Inneren des Schranks aufrecht, um zu verhindern, dass ausgetretenes Gas entweicht
• Ausgestattet mit einem Gasdetektor zur Überwachung der Gaskonzentrationen im Schrank in Echtzeit; Im Falle einer Anomalie löst es akustische und visuelle Alarme aus und unterbricht automatisch die Gaszufuhr

Shenzhen wofly Technology: Verschiedene Arten maßgeschneiderter Spezialgasgeräte

Ventilkasten (VMB)

Die Ventilverteilerbox (VMB) ist eine sekundäre Verteilereinheit in Spezialgasversorgungssystemen. Sie befindet sich zwischen dem Spezialgasraum und der Prozessausrüstung im Reinraum und wird oft als „letzte Meile“ der Spezialgaslieferung bezeichnet. Seine Hauptfunktionen sind:

• Zur Verteilung einer einzelnen Gasquelle auf mehrere Zweige, die jeweils unterschiedliche Prozessgeräte versorgen
• Jeder Zweig ist mit einem unabhängigen Membranventil, einem Druckminderer und einem Drucksensor ausgestattet, um eine unabhängige Steuerung zu ermöglichen
• Die geschlossene Gehäusekonstruktion mit Abluftanschluss ist für gefährliche Gase wie SiH₄, NH₃ und Cl₂ geeignet
• Unterstützt die unabhängige Reinigung und Wartung einzelner Zweige, ohne die normale Gasversorgung anderer Zweige zu beeinträchtigen

Shenzhen wofly Technology Gastransportprojekte (nur als Referenz)

Luftreiniger

Luftreiniger werden an der Gasquelle oder vor der Verbrauchsstelle installiert, um Verunreinigungen gründlich aus dem Gas zu entfernen. Zu den gängigen Reinigungstechnologien gehören:

• Katalytische Desoxygenierung: Verwendung eines Katalysators, um verunreinigten Sauerstoff mit Wasserstoff unter Bildung von Wasser reagieren zu lassen, das dann durch ein Adsorptionsmittel entfernt wird
• Molekularsieb-Adsorption: Entfernt polare Verunreinigungen wie Wasserdampf und Kohlendioxid durch physikalische Adsorption
• Getter-Reinigung: Verwendet gasabsorbierende Mittel wie Zirkonium-Aluminium-Legierungen, um reaktive Verunreinigungen bei hohen Temperaturen zu adsorbieren
• Membrantrennung: Trennt Verunreinigungen durch Ausnutzung unterschiedlicher Gaspermeationsraten

Für High-End-Prozesse konfigurierte Reiniger können die Gasreinheit auf 7 N oder höher erhöhen und den Verunreinigungsgrad auf den ppb- oder sogar ppt-Bereich kontrollieren.

Shenzhen wofly Technology Purification System Engineering (nur als Referenz)

Gasdetektoren und Sicherheitsverriegelungen

Gasdetektoren werden in speziellen Gasräumen, VMB-Installationsbereichen und in der Nähe von Prozessgeräten eingesetzt. Sie nutzen Detektionsprinzipien wie elektrochemische, Infrarotabsorptions- oder Halbleitertechnologien, um eine Online-Überwachung der Zielgase in Echtzeit durchzuführen. Das System ist mit der zentralen Leitwarte (GSM) verbunden; Wenn ein Gasleck erkannt wird, führt es automatisch die folgenden Verriegelungsaktionen aus:

• Lösen Sie akustische und visuelle Alarme aus
• Automatisches Absperren des Gasversorgungsventils für die entsprechende Gasleitung
• Notauspuffanlage aktivieren
• Laden Sie Alarminformationen in das zentrale Überwachungssystem hoch

Alarmsystemprojekte von Shenzhen Wofly Technology (nur als Referenz)

Abgasbehandlungssystem

Von Prozessanlagen emittierte Abgase enthalten nicht umgesetzte Spezialgase und Reaktionsnebenprodukte und müssen vor der Ableitung durch ein Abgasbehandlungssystem (Wäscher) behandelt werden, um den gesetzlichen Standards zu entsprechen. Zu den gängigen Behandlungsmethoden gehören:

• Nasswäscher: Verwendet eine aufgesprühte chemische Lösung, um saure oder alkalische Gase zu absorbieren und zu neutralisieren
• Plasmawäscher: Zersetzt giftige und schädliche Gase mithilfe von Hochtemperaturplasma
• Verbrennungswäscher: Oxidiert und zersetzt brennbare Gase bei hohen Temperaturen

Wassergewaschene Abgasbehandlungsausrüstung von Shenzhen Wofly Technology (nur als Referenz)