TFT-LCD产业中GOA单元不良的研究
张小祥;颉芳霞;刘正;郭总杰;袁剑峰;邵喜斌
【摘 要】通过对TFT-LCD 制造过程中GOA单元不良原因的研究,提出了改善 GOA单元不良的方法.分析表明静电放电(ESD)的发生在于电容瞬间释放的电流过大,导致过细的金属线熔化；沟道桥接和开裂的发生在于显影效应,显影方向以及图案密度,导致局部区域沟道光刻胶厚度偏厚和偏薄.采用静电分散释放的连线设计,ESD的发生率从5．4％降低到0.04％以下.GOA单元两侧增加测试图样(Dummy Pattern)的设计防止沟道桥接的发生,减压干燥(VCD)抽气曲线的调整和软烘(Soft Bake)底部温度的优化措施防止沟道开裂的发生,沟道桥接和开裂的发生率从13．4％降低到1．22％以下.%The reason for GOA unit defect is analyzed in the TFT-LCD manufacturing process,and the improving methods are given.The results show that the occurrence of the ESD is ascribed to excessive instantaneous release current of capacitance,leading to superfine wire melting,while the occurrence of the Channel Bridge and Open is related to the development effect,development direction and pat-tern density,which cause the abnormal channel photo resist.The design of electrostatic dispersion
re-lease makes the incidence of ESD reduce from 5.4% to below 0.04%.The design of adding Dummy Pattern in both sides of GOA unit prevents Channel Bridge,meanwhile the adj ustment of Vacuum Dry extraction curve and the optimization of Soft Bake bottom temperature prevent Channel Open,which make the incidence of Channel Bridge and Open decrease from 13.4% to below 1.22%.
【期刊名称】《液晶与显示》
【年(卷),期】2015(000)003
【总页数】6页(P387-392)
【关键词】GOA;静电放电;沟道桥接;沟道开裂;显影效应
【作 者】张小祥;颉芳霞;刘正;郭总杰;袁剑峰;邵喜斌
【作者单位】北京京东方显示技术有限公司，北京 100176;江南大学 江苏省食品先进制造装备技术重点实验室，江苏 无锡214122;北京京东方显示技术有限公司，北京 100176;北京京
东方显示技术有限公司，北京 100176;北京京东方显示技术有限公司，北京 100176;北京京东方显示技术有限公司，北京 100176
【正文语种】中 文
【中图分类】TB31
1 引 言
随着薄膜晶体管－液晶显示器（TFT－LCD）的发展，液晶产品的竞争越来越激烈，各个厂家开始开发新技术来占领市场。GOA（Gate driver on Array）技术是将栅极驱动器集成在玻璃基板上，形成对面板的扫描［1－2］。由于其低成本、低功耗、窄边框等优点，逐步成为各个厂家研究的新方向［3］。在GOA技术的发展过程中，大多主要集中在驱动电路方面的研究，来解决大尺寸与高分辨率应用方面的问题［4－6］，而关于GOA产品制造过程中的不良鲜有文献报道。
作为另一种新技术SSM（single slit mask）技术，由于窄沟道、高开口率等优点，也逐步应用在各个产品中［7］。SSM技术与GOA技术的结合使用能得到更窄边框的产品，但是在arr
ay制作过程中 GOA区域容易发生ESD （Electro－Static discharge）、沟道桥接（Channel Bridge）与沟道开裂（Channel Open）等不良，严重影响产品的良率。本文主要针对8.5代线中GOA产品制造过程中Array工艺出现的主要不良进行分析与改善。
2 GOA单元ESD不良
2.1 现象描述
在4次掩膜板干法刻蚀工艺中，在GOA区域发生严重的ESD现象，所有面板的发生率为5.4%，主要集中发生在整张玻璃基本的中心区域，中间面板的发生率为95%，严重影响产品的良率。如图1所示，GOA单元连线处的金属由于ESD的发生被熔化，导致GOA单元失效。
图1 GOA单元ESDFig.1 GOA Unit ESD
2.2 分析与验证
图2和图3分别为GOA区域发生ESD的俯视图和三维图像，从图中可以看出，由于ESD的发生，1处位置的金属线已经被熔化，2处位置的有源层被击穿。图4和图5分别为位置1处和2处
的ESD区域的剖面图，图中左边为正常的形貌高度，右边为ESD发生位置的形貌高度。金属线熔化的区域（位置1）相比正常的区域高度差为0.400μm，而此区域金属沉积的厚度约为0.395μm，比较可以知道金属已经被全部熔化。有源层击穿的区域（位置2）相比正常的区域高度差为0.12μm，而此区域的沟道厚度约为0.1μm，比较可以知道沟道有源层被击穿。位置1和2处的绝缘层都没有被击穿，推测可以知道，ESD只是发生在源漏极刻蚀工艺当层，而不是层间击穿［8］。
图2 ESD发生俯视图Fig.2 ESD top view
图3 ESD发生区域的三维图像Fig.3 ESD 3Dmap
图4 ESD发生区域的剖面图（位置1）Fig.4 Profile of ESD area（Position 1）
图5 ESD发生区域的剖面图（位置2）Fig.5 Profile of ESD area（Position 2）
图6为ESD发生区域GOA单元的构造图，最右边为电容C1，由Gate层和SD层的金属组成，长度为356μm，宽度为200μm。连接电容一侧的金属宽为36.8μm，连接M3单元一侧的金属宽为10μm，M3单元的金属宽为5μm。在干法刻蚀过程中，GOA单元处的电容容易存储电荷，
静电释放过程中产生的瞬间电流通过金属走线传递到M3单元。由图6可以知道，金属线较细的一端（M3单元）相比较金属线较粗的一端（连接电容单元）的电阻更大，电容端传递的瞬间大电流产生的焦耳能将金属线熔化，同时将沟道有源层击穿。
图6 ESD发生区域的GOA单元构造Fig.6 GOA unit structure on ESD area
为了验证电容处释放的瞬间电流导致ESD的产生，我们选取了3张玻璃基板，在源漏极曝光显影后，用TFT－LCD维修设备的激光器将金属线的上光刻胶烧掉，然后再进行两湿两干的工艺。图7为电容和M3单元连线切断的图片，可以看出经过激光器烧掉光刻胶后，连线处被断开。将3张玻璃基板进行检查，没有发生ESD。array工艺详解
图7 电容和M3单元连线切断图Fig.7 Cutting figure between capacitance and M3unit
2.3 改善措施与效果
根据ESD发生原因的分析，将电容结构与其它单元断开或者能迅速将静电释放出来，能避免ESD的发生。图8为电容与M3单元连线的设计示意图，（a）为原有的设计结构，（b）为改善后的设计结构。改善后的设计是将电容与M3单元的连接的金属线加宽，然后与M3的每个T
FT连接，这样电容处传递过来的瞬间大电流能迅速释放出来，不会导致连线处的金属线被熔化。GOA连线的设计从（a）变为（b）设计后，此处ESD的发生从5.4%下降为0.04%。
图8 电容和M3单元连线的设计示意图Fig.8 Attachment design between capacitance and M3unit
3 GOA单元沟道不良
3.1 现象描述
GOA产品GOA区域的图案密度较高，在TFT－LCD制造过程中，由于显影作用的影响，容易发生沟道处的桥接以及开裂的不良。沟道桥接容易发生在基板的中心区域，而沟道开裂容易发生在基板的下边区域。沟道桥接和开裂的发生率为13.4%，严重影响产品的良率。图9为GOA区域沟道不良图片，图（a）为沟道桥接，图（b）为沟道开裂。
图9 GOA区域沟道不良图片Fig.9 Channel defects on GOA area
3.2 分析与验证
通过对基板中心区域沟道桥接的区域确认，发现GOA区域面板（Panel）一侧容易发生沟道桥接，而相邻的面板（Panel）的一侧没有发生沟道桥接，并且相邻AA（Active Area）区域也没有沟道桥接的发生。沟道桥接与沟道处光刻胶偏厚有关，在灰化工艺过程中，沟道处的光刻胶没有完全灰化，导致金属残留，发生沟道桥接不良。DICD（Develop Inspection Critical Dimension）与沟道处光刻胶的厚度成正比关系，为了快速测试沟道的光刻胶厚度，用DICD的变化来间接反映光刻胶的厚度，DICD偏大，表示沟道处光刻胶厚度偏厚，DICD偏小，表示沟道处光刻胶厚度偏薄。图10为DICD测试的位置，面板的上下两侧为GOA区域，中间为AA区域。从Panel 1的一侧的左边一直测试到Panel 2的右侧，GOA区域和AA区域分别测试164点。