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TFT-LCD-Array-Prozess mit 5 Masken

Der TFT-Prozess mit 5 Masken ist ein Fertigungsablauf für a-Si-TFT-LCD-Arrays, bei dem fünf funktionale Schichtgruppen strukturiert werden: Gate-Metall, aktiver Halbleiter-Schichtaufbau, Source-/Drain-Metall, Passivierung mit Kontaktöffnungen und ITO-Pixelelektrode.

Die wichtigsten Punkte

  • Jede Maske definiert durch Beschichtung, Belichtung, Entwicklung, Ätzen und Entfernung des Fotolacks eine funktionale Schichtgruppe.
  • Die fünf Masken erzeugen den Transistor, die Signalleitungen, die Schutzschicht und die transparente Pixelelektrode auf dem Array-Glas.
  • Die Maskenanzahl ist prozessabhängig; eine IPS-Struktur kann eine zusätzliche Maske für eine gemeinsame Elektrode erfordern.
Auf dieser Seite
  1. Warum der Prozess beim TFT-Schichtaufbau beginnt
  2. Maske 1: Gate-Elektrode und Scanleitung
  3. Maske 2: Gate-Isolator, Halbleiter und ohmscher Kontakt
  4. Maske 3: Source, Drain, Datenleitung und Kanal
  5. Maske 4: Passivierung und Kontaktöffnung
  6. Maske 5: ITO-Pixelelektrode
  7. Überblick über den Prozess mit fünf Masken
  8. TFT-Prozesse mit 5 oder 6 Masken
  9. Technische Quellen
  10. Weitere Leitfäden zu TFT-LCD-Arrays

Warum der Prozess beim TFT-Schichtaufbau beginnt

Der Array-Prozess lässt sich leichter verstehen, wenn jeder Lithografieschritt mit dem fertigen Aufbau des TFT-LCD-Array-Substratsverknüpft wird. In einem typischen a-Si-Beispiel im TN-Modus enthält das Substrat Gate-Metall, Gate-Isolator, Halbleiter- und ohmsche Kontaktschichten, Source-/Drain-Metall, Passivierung und die transparente Pixelelektrode.

5-mask TFT array film stack and lithography sequence for a-Si TFT-LCD manufacturing

Schichtgruppen und Maskenfolge am Beispiel eines a-Si-TFT-Arrays mit fünf Masken.

Maske 1: Gate-Elektrode und Scanleitung

Maske 1 definiert die Gate-Elektrode und die horizontale Scanleitung auf dem gereinigten Glassubstrat. Ein beispielhafter Ablauf umfasst Metallabscheidung mittels PVD, Fotolackbeschichtung, Belichtung und Entwicklung, Metallätzen und Fotolackentfernung. Schichtmaterial und Ätzchemie hängen vom Fertigungsprozess ab.

Mask 1 gate electrode and scan line formation on TFT-LCD array glass

Maske 1 strukturiert die Gate-Elektrode und die Scanleitung.

Maske 2: Gate-Isolator, Halbleiter und ohmscher Kontakt

Maske 2 strukturiert den aktiven Schichtaufbau oberhalb des Gates. Gate-Isolator, intrinsischer a-Si-Halbleiter und dotierte N+-a-Si-Schichten für ohmsche Kontakte werden üblicherweise mittels CVD abgeschieden, bevor Lithografie und Trockenätzen die aktive Insel definieren. Dieser Aufbau isoliert das Gate elektrisch und bildet zugleich den Transistorkanal und niederohmige Kontakte.

Mask 2 gate insulator a-Si semiconductor and ohmic-contact formation

Maske 2 bildet die Schichtgruppe aus Gate-Isolator, Halbleiter und ohmschem Kontakt.

Maske 3: Source, Drain, Datenleitung und Kanal

Maske 3 strukturiert die Source-/Drain-Elektroden und die vertikale Datenleitung. Nach Abscheidung des Source-/Drain-Metalls und Lithografie definiert das Metallätzen die Elektroden. Anschließend wird das freiliegende N+-a-Si zwischen Source und Drain entfernt, um den Kanal zu öffnen, während der darunterliegende intrinsische Halbleiter erhalten bleibt.

Mask 3 source drain data line and TFT channel formation

Maske 3 bildet die Source-/Drain-Elektroden, die Datenleitung und den Transistorkanal.

Maske 4: Passivierung und Kontaktöffnung

Maske 4 definiert Öffnungen in der Passivierungsschicht. Die Passivierung schützt den TFT und das Metall der Signalleitungen vor der späteren Prozessumgebung. Die Kontaktöffnung legt den Drain-Bereich frei, der zum Anschluss der Pixelelektrode benötigt wird. Die Ausrichtung der Öffnung und die Kontrolle des Ätzprozesses sind für Kontaktwiderstand und Ausbeute wichtig.

Mask 4 passivation layer and contact via opening in TFT-LCD array fabrication

Maske 4 öffnet den Kontakt durch die Passivierungsschicht.

Maske 5: ITO-Pixelelektrode

Maske 5 strukturiert die transparente Pixelelektrode. ITO wird abgeschieden, mit Fotolack beschichtet, belichtet, entwickelt und geätzt. Die Pixelelektrode wird durch die Kontaktöffnung von Maske 4 mit dem Drain verbunden und vervollständigt damit das TFT-Array-Substrat mit fünf Masken.

Mask 5 pixel ITO electrode on completed TFT-LCD array substrate

Maske 5 bildet die transparente ITO-Pixelelektrode.

Überblick über den Prozess mit fünf Masken

Maske Hauptschichtgruppe Elektrische Funktion
11 Gate-Elektrode und Scanleitung Steuert das zeilenweise Schalten der Transistoren.
12 Gate-Isolator, Halbleiter und ohmscher Kontakt Bildet den elektrisch isolierten aktiven Transistor-Schichtaufbau.
1 Source-/Drain-Elektroden, Datenleitung und Kanal Führt das Pixelsignal zu und definiert den TFT-Kanal.
2 Passivierung und Kontaktöffnung Schützt den TFT und legt den Drain-Kontakt frei.
3 ITO-Pixelelektrode Erzeugt das elektrische Feld zur Steuerung des Pixels.

TFT-Prozesse mit 5 oder 6 Masken

Fünf Masken sind keine allgemeingültige Regel für jede TFT-LCD-Backplane. Ein IPS-Design kann eine zusätzliche Struktur für die gemeinsame Elektrode erfordern, während andere Prozessintegrationen Schichtschritte anders zusammenfassen oder trennen können. Materialien, Bauelementarchitektur, Zuverlässigkeitsziele und Fertigungsmöglichkeiten bestimmen die endgültige Maskenanzahl. Die gemeinsamen Prinzipien der Strukturierung erläutert der Leitfaden zur TFT-LCD-Array-Fotolithografie.

Häufig gestellte Fragen

Was ist der TFT-Prozess mit 5 Masken?

Es handelt sich um einen Fertigungsablauf für a-Si-TFT-LCD-Arrays, bei dem fünf funktionale Schichtgruppen strukturiert werden: Gate-Metall, aktiver Halbleiter-Schichtaufbau, Source-/Drain-Metall, Passivierung mit Kontaktöffnungen und Pixel-ITO.

Warum kann ein IPS-TFT-LCD sechs Masken benötigen?

Eine IPS-Struktur kann eine zusätzliche strukturierte gemeinsame Elektrode enthalten und damit eine Maske mehr benötigen als ein einfacheres TN-Beispiel mit fünf Masken. Die genaue Folge hängt vom Backplane-Design und der Prozessintegration ab.

Entspricht jede Maske einer abgeschiedenen Schicht?

Nein. Eine Maske kann eine Gruppe von Schichten strukturieren. Im Beispiel mit fünf Masken umfasst Maske 2 den Aufbau aus Gate-Isolator, Halbleiter und ohmschem Kontakt und nicht nur eine einzelne Schicht.

Ist der Array-Prozess mit fünf Masken in jeder Fabrik gleich?

Nein. Die funktionale Abfolge ist ähnlich, doch Schichtmaterialien, Abscheideverfahren, Ätzchemie, Abmessungen und Prozesskontrollen unterscheiden sich je nach Design und Fertigungslinie.

Technische Quellen

Weitere Leitfäden zu TFT-LCD-Arrays

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