Applicazioni di gas elettronici speciali nella produzione di TFT-LCD e analisi tecnica di sistemi di distribuzione ad altissima purezza

Introduzione

I display a cristalli liquidi con transistor a film sottile (TFT-LCD) sono attualmente la tecnologia di visualizzazione a schermo piatto più utilizzata e il loro processo di produzione prevede processi fisici e chimici complessi. I gas elettronici speciali (di seguito denominati “gas elettronici speciali”) servono come materiali di processo principali nelle fasi di deposizione e incisione della pellicola nella fabbricazione di array TFT-LCD; la loro purezza, stabilità e sicurezza di consegna determinano direttamente la resa e le prestazioni del pannello. Questo documento inizia con il processo di produzione dei TFT-LCD, esamina sistematicamente l'applicazione dei gas speciali per l'elettronica in ogni fase chiave del processo e analizza l'architettura tecnica dei sistemi di erogazione di gas speciali ad altissima purezza.

TFT-LCD è attualmente la tecnologia di visualizzazione a schermo piatto più utilizzata (immagine solo a scopo illustrativo)

Panoramica dei processi di produzione di TFT-LCD

Diagramma di flusso del processo TFT-LCD (solo per riferimento)

Il processo di produzione dei pannelli TFT-LCD può essere suddiviso in tre fasi principali: il processo di array front-end (Array), il processo di assemblaggio delle celle mid-end (Cell) e il processo di assemblaggio del modulo back-end (Module). Tra questi, i gas elettronici speciali vengono utilizzati principalmente nelle fasi di deposizione della pellicola e di incisione a secco del processo di array front-end.

Il nucleo del processo di array è costruire una struttura multistrato di transistor a film sottile

(TFT), compreso lo strato metallico di gate, lo strato isolante di gate (SiNx), lo strato semiconduttore di silicio amorfo

(a-Si), strati metallici degli elettrodi di sorgente e drenaggio e strato di elettrodi pixel ITO. La deposizione e la modellazione di ciascuno strato di film sottile si basano su gas di processo specifici.

Applicazioni di gas speciali nei principali processi produttivi

Processo di deposizione CVD

La deposizione chimica da fase vapore (CVD), in particolare la deposizione chimica da fase vapore potenziata dal plasma (PECVD), è un processo fondamentale per la deposizione di pellicole sottili non metalliche nel processo di fabbricazione di array TFT-LCD. Questo processo attiva le molecole di gas tramite un plasma, provocando reazioni chimiche sulla superficie del substrato e determinando la deposizione di film sottili allo stato solido. I principali gas speciali per l'elettronica utilizzati nel processo PECVD includono:

Silano (SiH₄): serve come gas sorgente di silicio per depositare strati semiconduttori di silicio amorfo (a-Si) e strati isolanti di nitruro di silicio (SiNx)

Ammoniaca (NH₃): reagisce con il silano per formare pellicole di nitruro di silicio e funge da fonte di azoto

Fosfina (PH₃): utilizzata per strati di silicio amorfo drogato di tipo n (n⁺ a-Si) per formare strati di contatto ohmico

Protossido di azoto (N₂O): reagisce con il silano per depositare pellicole di biossido di silicio (SiO₂)

Trifluoruro di azoto (NF₃): utilizzato per la pulizia al plasma della camera CVD per rimuovere i depositi dalle pareti della camera

Inoltre, nel processo vengono utilizzati anche gas sfusi come l'idrogeno ad elevata purezza (H₂) e l'azoto ad elevata purezza (N₂), che fungono rispettivamente da gas di trasporto, gas di spurgo e gas dell'atmosfera di processo.

Vetrina del progetto di fornitura di gas CVD della tecnologia Shenzhen Wofly (solo per riferimento)

Processo di sputtering

Lo sputtering del magnetron rientra nella categoria della deposizione fisica in fase di vapore (PVD) e viene utilizzato principalmente per depositare pellicole metalliche come elettrodi di gate, elettrodi di source/drain ed elettrodi pixel di ossido di indio-stagno (ITO).

Il principio di base della deposizione di film mediante sputtering prevede il bombardamento della superficie di un bersaglio con particelle cariche in una camera a vuoto, provocando l'espulsione e il deposito degli atomi dal bersaglio sul substrato. Il processo di sputtering presenta requisiti specifici per i gas di processo: il gas di deposizione non deve reagire chimicamente con il materiale target; quindi i gas inerti sono la scelta più adatta. Nella produzione industriale, l'argon (Ar) viene generalmente utilizzato come gas di lavoro dello sputtering, sebbene in alcuni scenari di processo venga utilizzato anche l'elio (He).

Per i processi di sputtering reattivo (come la deposizione di pellicole conduttive trasparenti ITO), l'ossigeno (O₂) viene introdotto nel gas inerte per reagire con la composizione del materiale target e formare una pellicola di ossido.

Attrezzatura per rivestimento sputtering con magnetron pulsato ad alta energia per vuoto ultra elevato (solo come riferimento)

Processo di incisione

Il processo di incisione è un passaggio fondamentale nel trasferimento del modello di fotoresist sulla pellicola sottostante. Il processo dell'array TFT-LCD utilizza principalmente l'attacco a secco (attacco al plasma), che utilizza i radicali liberi reattivi nel plasma per reagire chimicamente con il materiale da incidere, generando sottoprodotti volatili che vengono poi evacuati da una pompa a vuoto. Per attaccare diversi strati di materiale è necessario selezionare diverse combinazioni di gas di attacco:

• Incisione di pellicole non metalliche (ad es. SiNx, a-Si): comunemente utilizzati sono gas contenenti fluoro o cloro come esafluoruro di zolfo (SF₆), tetrafluoruro di carbonio (CF₄) e cloro (Cl₂)
• Incisione di film metallici (p. es., Al, Mo, Cr): i gas comunemente utilizzati includono cloro (Cl₂), acido cloridrico (HCl) e tricloruro di boro (BCl₃)
• Incisione ITO: possono essere utilizzati gas contenenti idrogeno o gas misti a base di acido cloridrico

I gas speciali utilizzati nel processo di incisione sono per lo più infiammabili, esplosivi, altamente tossici o altamente corrosivi; pertanto, sono richiesti standard estremamente elevati per l'integrità delle guarnizioni, la sicurezza e la capacità di trattamento dei gas di scarico del sistema di erogazione del gas.

Struttura interna di una camera di incisione (solo per riferimento)

Analisi dell'architettura di un sistema di distribuzione di gas speciali ad altissima purezza

Un sistema completo di erogazione di gas speciali ad altissima purezza è costituito da unità quali lo stoccaggio della fonte di gas, la regolazione della pressione primaria, la purificazione e la filtrazione, la distribuzione secondaria e l'uso finale. Queste unità sono collegate tramite tubazioni in acciaio inossidabile ad alta purezza per formare un sistema di fornitura di gas controllabile a circuito chiuso.

Armadietto per bombole

L'armadio delle bombole funge da fonte di gas di un sistema di gas speciale, utilizzato per conservare le bombole ed eseguire la riduzione della pressione primaria e la commutazione della fornitura di gas. Le sue funzioni principali includono:

• Fissaggio e collegamento delle bombole, dotate di un pannello di commutazione automatico per consentire la commutazione continua tra le fonti di gas primaria e di riserva
• Una valvola primaria di riduzione della pressione riduce il gas ad alta pressione a una pressione intermedia (tipicamente 0,3–0,5 MPa)
• Il design della ventilazione a pressione negativa mantiene una pressione negativa all'interno dell'armadio per impedire la fuoriuscita del gas fuoriuscito
• Dotato di rilevatore di gas per monitorare in tempo reale le concentrazioni di gas all'interno dell'armadio; in caso di anomalia attiva allarmi acustici e visivi e interrompe automaticamente l'erogazione del gas

Tecnologia Shenzhen wofly: vari tipi di apparecchiature speciali per gas su misura

Pozzetto per valvole (VMB)

Il Valve Manifold Box (VMB) è un'unità di distribuzione secondaria nei sistemi di erogazione di gas speciali. Situato tra la sala gas speciali e le apparecchiature di processo nella camera bianca, viene spesso definito “l’ultimo miglio” della fornitura di gas speciali. Le sue funzioni primarie sono:

• Distribuire un'unica fonte di gas in più filiali, ciascuna delle quali fornisce diverse apparecchiature di processo
• Ogni ramo è dotato di valvola a membrana indipendente, riduttore di pressione e sensore di pressione per consentire un controllo indipendente
• Il design della custodia chiusa, dotata di un'apertura di scarico, è adatta per gas pericolosi come SiH₄, NH₃ e Cl₂
• Supporta lo spurgo e la manutenzione indipendenti dei singoli rami senza compromettere la normale fornitura di gas ad altri rami

Progetti di trasporto del gas con tecnologia Shenzhen wofly (solo per riferimento)

Purificatore

I depuratori vengono installati alla fonte del gas o a monte del punto di utilizzo per rimuovere completamente le impurità dal gas. Le tecnologie di purificazione comuni includono:

• Deossigenazione catalitica: utilizzo di un catalizzatore per far reagire l'ossigeno impuro con l'idrogeno per formare acqua, che viene poi rimossa da un adsorbente
• Adsorbimento a setaccio molecolare: rimuove le impurità polari come vapore acqueo e anidride carbonica attraverso l'adsorbimento fisico
• Purificazione getter: utilizza agenti che assorbono gas come le leghe di zirconio-alluminio per assorbire le impurità reattive ad alte temperature
• Separazione a membrana: separa le impurità sfruttando le differenze nei tassi di permeazione del gas

I purificatori configurati per processi di fascia alta possono elevare la purezza del gas a 7N o superiore, controllando i livelli di impurità nell'intervallo ppb o addirittura ppt.

Ingegneria del sistema di purificazione della tecnologia Shenzhen wofly (solo per riferimento)

Rilevatori di gas e interblocchi di sicurezza

I rilevatori di gas vengono installati in locali gas speciali, aree di installazione VMB e attorno alle apparecchiature di processo. Utilizzano principi di rilevamento come le tecnologie elettrochimiche, di assorbimento degli infrarossi o dei semiconduttori per eseguire il monitoraggio online in tempo reale dei gas target. Il sistema è collegato alla sala di controllo centrale (GSM); quando viene rilevata una fuga di gas, esegue automaticamente le seguenti azioni di interblocco:

• Attiva allarmi acustici e visivi
• Chiude automaticamente la valvola di alimentazione del gas per la linea del gas corrispondente
• Attivare il sistema di scarico di emergenza
• Carica le informazioni sugli allarmi nel sistema di monitoraggio centrale

Progetti di sistemi di allarme con tecnologia Shenzhen Wofly (solo per riferimento)

Sistema di trattamento dei gas di scarico

I gas di scarico emessi dalle apparecchiature di processo contengono gas speciali non reagiti e sottoprodotti di reazione e devono essere trattati da un sistema di trattamento dei gas di scarico (scrubber) per soddisfare gli standard normativi prima di essere scaricati. I metodi di trattamento comuni includono:

• Scrubber a umido: utilizza una soluzione chimica spruzzata per assorbire e neutralizzare i gas acidi o alcalini
• Scrubber al plasma: decompone i gas tossici e nocivi utilizzando plasma ad alta temperatura
• Scrubber a combustione: ossida e decompone i gas infiammabili ad alte temperature

Attrezzatura per il trattamento dei gas di scarico lavati con acqua con tecnologia Shenzhen Wofly (solo per riferimento)