2.4 薄膜刻蚀
组成TFT器件的各层薄膜中，通常导电薄膜——金属薄膜和透明氧化铟锡薄膜都采用湿法刻蚀工艺，而功能薄膜——绝缘层、半导体层和掺杂层都采用干法刻蚀工艺。尽管如此，成熟的干法刻蚀也还依然应用于某些金属的刻蚀中。
2.4.1 导电薄膜的刻蚀
现在AMLCD中，为了对应大尺寸和高分辨率显示器的要求，金属电极普遍采用Mo、Al和Cu及其合金。干法刻蚀的基本原理就是通过化学反应的原理，用活性刻蚀源与被刻蚀金属发生化学反应生成新的化合物并挥发掉。处理化学反应刻蚀，刻蚀过程中高能离子的轰击也具有一定的刻蚀作用，即干法刻蚀是化学反应和离子轰击两种方式共同作用的结果。
金属钼的等离子体刻蚀常采用氟化物和氯化物并掺入一定比例的氧气（CF 3 Cl/O 2 或CF 4 /O 2 ）作为刻蚀剂进行刻蚀，O 2 促进Mo的挥发物的形成，同时去除表面碳的残留物。研究发现在CF 3 Cl/O 2 中氧气含量接近于40%时等离子刻蚀速率最大，在CF 4 /O 2 中氧气含量接近于80%时等离子刻蚀速率最大。由于O 2 也能刻蚀光刻胶，所以掺入的O 2 浓度也影响Mo/光刻胶的刻蚀选择比。在Mo的刻蚀中，等离子化学刻蚀占优势。此外，在刻蚀过程中Mo的形貌控制也是非常重要的一个方面。增加刻蚀时间会使表面变得粗糙，主要是沿着晶界的刻蚀速率要比晶粒本身的刻蚀速率更快的缘故。
刻蚀Ta 使用的气体是CF 4 、SF 6 、Cl 2 、CCl 4 、HCl 和BCl 3 并掺入一定比例O 2 的混合气体。O 2 含量影响着刻蚀速率。
刻蚀钛（Ti）也常使用氟化物或氯化物，如 CF 2 CL 2 、CF 4 、SiCl 4 、CHF 3 和O 2 的混合气体。与Ta刻蚀相比，Ti的刻蚀速率较慢。Ti表面上反应产物的去除是刻蚀过程中的薄弱环节，它随着衬底温度的升高或离子轰击能量的增加而增强。如果用SiCl 4 时还会在Ti刻蚀表面上产生Si的残留物。
刻蚀Al薄膜不能用氟化物，因为刻蚀生成的AlF x 化合物的挥发性很低，因此常采用氯化物进行刻蚀。但是用氯化合物刻蚀的Al，由于微量的氯在薄膜表面的残留，造成Al薄膜在大气环境中会引起腐蚀。解决氯吸附引起腐蚀的问题，常采用的措施是在刻蚀结束后，使用CF 4 、H 2 、H 2 /N 2 的F或H等离子处理来去除残留的氯，然后用大量的去离子水漂洗。如果是含Cu或Si的Al合金，Cu可以提高导电性，Si可以抑制Al薄膜中形成小丘。但是等离子刻蚀Al、Cu的残留是个严重的问题，主要是因为 Cu 的氯化物在低温下不容易挥发。解决措施是增大等离子体功率，提高离子轰击能量。此外，还在Al中掺入少量的稀土金属（Pr、Y和Nd等）来抑制小丘的形成，同时保持低的电阻率。一般来说，Al合金的刻蚀速率与纯Al的是有差异的。刻蚀合金需要关注的是合金金属化合物的挥发性问题，如果是多层合金薄膜，则需要考虑不同金属之间的刻蚀速率和刻蚀选择比，防止形成钻蚀（Undercut）。
Cu的干法刻蚀采用含F、Cl或Br的气体，刻蚀生成的铜卤化物很难挥发。可选择的方法是刻蚀时增加衬底的温度，并采用高密度的电感耦合（ICP）等离子刻蚀或电子回旋共振（ECR）等离子刻蚀产生高能等离子体，或增大功率提高离子的轰击效果。这些措施虽然 Cu 的刻蚀速率提升了，但是，高温对 AMLCD制程工艺是不合适的。
ITO是In 2 O 3 和SnO 2 的混合物，其中Sn是In 2 O 3 的代位掺杂剂，具有高的导电性，电阻率小于等于300μΩ·cm，可见光透过率大于80%。多晶的ITO薄膜的导电性和透过率要比非晶薄膜的更高。影响ITO膜的导电性和透光率的参数有Sn浓度、氧空位的密度、晶粒大小及其分布等。ITO的刻蚀过程首先是用含有H、C或F—C化合物的气体，或用离子轰击这样的物理方法使In—O和Sn—O键分解，将In 2 O 3 和SnO 2 还原成金属的In和Sn；然后再用卤化物或有机化合物（Cl 2 、Br 2 、HCl、HBr、HI、BCl 3 、CF 3 Cl和Cl-F-C化合物等）使In和Sn形成挥发性的卤化物或有机化合物。此外，也常加入惰性气体，如 Ar 气来增强离子轰击的效果。
2.4.2 功能薄膜的刻蚀
刻蚀a-Si：H和n + a-Si：H常采用氟基或氯基的等离子刻蚀，如CF 4 、CHF 3 、SF 6 、NF 3 、Cl 2 、HCl、CF 2 Cl 2 和SiCl 4 ，并与各种不同气体混合使用，如O 2 、H 2 和Ar。相比晶体硅，由于a-Si：H和n + a-Si：H薄膜里面Si网络有大量的H和悬挂键，因此很容易刻蚀。同样，也常用氟基或氯基化合物刻蚀SiN x 。因为SiN x 键的特点，相比化学计量比的Si 3 N 4 的刻蚀速率要快得多。
刻蚀选择比（刻蚀速率比）是功能薄膜刻蚀中需要重点考虑的因素。因为功能薄膜都是非晶态的，相比各自晶体或化学计量比物质的刻蚀速率要快。根据TFT不同工艺制程，需要重点控制n + a-Si：H、a-Si：H与SiN x 之间的刻蚀选择比，尽量选择高刻蚀选择比的工艺。
对于a-Si：H/SiN x 的刻蚀选择比，常用的措施是使用含有Cl的等离子化学反应。a-Si：H/SiN x 的刻蚀速率比随着掺入Cl含量的增加而增加。比如在CF 4 或 SF 6 中加入 Cl 2 、HCl、SiCl 4 可获得高的 a-Si：H/SiN x 刻蚀选择比。同时，等离子化学反应的气体压力越大，刻蚀选择比也越大。
对于 SiN x /a-Si：H 的刻蚀选择比，常采用含氟的等离子化学反应，比如使用SF 6 、CF 4 气体获得。在等离子刻蚀中F的含量越高，刻蚀选择比越大。
n + a-Si：H/本征a-Si：H层的刻蚀选择比是TFT制程中的关键工艺。因为大体上说，n + a-Si：H的化学刻蚀反应和刻蚀机理与a-Si：H的相似，所以很难实现这种选择性刻蚀。绝大多数F离子对n + 和本征a-Si：H这两种材料的刻蚀速率几乎相同。为此，需要考虑薄膜厚度均匀性、大面积刻蚀均匀性的问题，同时，确保 a-Si：H层要有足够的厚度（150nm），确保刻蚀很薄的n + a-Si：H层（约30nm）后还剩余足够厚度的本征a-Si：H层。氯与n + a-Si：H和a-Si：H化学反应的差异是刻蚀选择比大的关键因素。用CF 3 Cl 或 CF 2 Cl 2 气体，n + a-Si：H/a-Si：H的刻蚀速率比可以达到3以上。刻蚀选择比是由表面上的化学反应决定的，它随着等离子体中Cl的浓度增加而升高，随离子轰击能量的增加而降低。
