Applications des gaz électroniques spécialisés dans la fabrication de TFT-LCD et analyse technique des systèmes de distribution ultra-haute pureté

Introduction

Les écrans à cristaux liquides à transistors en couches minces (TFT-LCD) sont actuellement la technologie d'affichage à écran plat la plus répandue, et leur processus de fabrication implique des processus physiques et chimiques complexes. Les gaz électroniques spéciaux (ci-après dénommés « gaz électroniques spéciaux ») servent de matériaux de processus clés dans les étapes de dépôt de couches et de gravure de la fabrication de réseaux TFT-LCD ; leur pureté, leur stabilité et la sécurité de leur livraison déterminent directement le rendement et les performances du panneau. Cet article commence par le processus de fabrication des TFT-LCD, passe en revue systématiquement l'application des gaz électroniques spéciaux dans chaque étape clé du processus et analyse l'architecture technique des systèmes de livraison de gaz spéciaux ultra-purs.

Le TFT-LCD est actuellement la technologie d'affichage à écran plat la plus répandue (image à titre illustratif uniquement)

Aperçu des processus de fabrication des TFT-LCD

Le flux de processus des TFT-LCD (pour référence uniquement)

Le processus de fabrication des panneaux TFT-LCD peut être divisé en trois grandes étapes : le processus de réseau frontal (Array), le processus d'assemblage de cellules de milieu de gamme (Cell) et le processus d'assemblage de modules de fin de gamme (Module). Parmi ceux-ci, les gaz électroniques spéciaux sont principalement utilisés dans les étapes de dépôt de couches et de gravure sèche du processus de réseau frontal.

Le cœur du processus de réseau consiste à construire une structure multicouche de transistors en couches minces

(TFT), y compris la couche métallique de grille, la couche isolante de grille (SiNx), la couche semi-conductrice de silicium amorphe

(a-Si), les couches métalliques des électrodes source et drain, et la couche d'électrode de pixel ITO. Le dépôt et la structuration de chaque couche de film mince dépendent de gaz de processus spécifiques.

Applications des gaz spéciaux dans les processus de fabrication clés

Processus de dépôt CVD

Le dépôt chimique en phase vapeur (CVD), en particulier le dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD), est un processus clé pour le dépôt de couches minces non métalliques dans le processus de fabrication de réseaux TFT-LCD. Ce processus active les molécules de gaz via un plasma, provoquant des réactions chimiques à la surface du substrat et entraînant le dépôt de couches minces à l'état solide. Les principaux gaz électroniques spéciaux utilisés dans le processus PECVD comprennent :

Silane (SiH₄) : Sert de source de silicium pour le dépôt de couches semi-conductrices de silicium amorphe (a-Si) et de couches isolantes de nitrure de silicium (SiNx)

Ammoniac (NH₃) : Réagit avec le silane pour former des films de nitrure de silicium et sert de source d'azote

Phosphine (PH₃) : Utilisée pour les couches de silicium amorphe dopé de type n (n⁺ a-Si) pour former des couches de contact ohmiques

Oxyde nitreux (N₂O) : Réagit avec le silane pour déposer des films de dioxyde de silicium (SiO₂)

Trifluorure d'azote (NF₃) : Utilisé pour le nettoyage par plasma de la chambre CVD afin d'éliminer les dépôts des parois de la chambre

De plus, des gaz en vrac tels que l'hydrogène de haute pureté (H₂) et l'azote de haute pureté (N₂) sont également utilisés dans le processus, servant respectivement de gaz porteur, de gaz de purge et de gaz d'atmosphère de processus.

Projet de fourniture de gaz CVD de Shenzhen Wofly Technology (pour référence uniquement)

Processus de pulvérisation cathodique

La pulvérisation cathodique magnétron relève de la catégorie du dépôt physique en phase vapeur (PVD) et est principalement utilisée pour déposer des couches métalliques telles que les électrodes de grille, les électrodes source/drain et les électrodes de pixel à l'oxyde d'indium-étain (ITO).

Le principe de base du dépôt de couches par pulvérisation cathodique consiste à bombarder la surface d'une cible avec des particules chargées dans une chambre à vide, provoquant l'éjection d'atomes de la cible et leur dépôt sur le substrat. Le processus de pulvérisation cathodique a des exigences spécifiques pour les gaz de processus : le gaz de dépôt ne doit pas réagir chimiquement avec le matériau cible ; par conséquent, les gaz inertes sont le choix le plus approprié. Dans la production industrielle, l'argon (Ar) est généralement utilisé comme gaz de travail de pulvérisation cathodique, bien que l'hélium (He) soit également utilisé dans certains scénarios de processus.

Pour les processus de pulvérisation cathodique réactive (tels que le dépôt de films conducteurs transparents ITO), de l'oxygène (O₂) est introduit dans le gaz inerte pour réagir avec la composition du matériau cible et former un film d'oxyde.

Équipement de revêtement par pulvérisation cathodique magnétron à haute énergie sous vide ultra-élevé (pour référence uniquement)

Processus de gravure

Le processus de gravure est une étape clé pour transférer le motif de photorésist sur le film sous-jacent. Le processus de réseau TFT-LCD utilise principalement la gravure sèche (gravure par plasma), qui utilise des radicaux libres réactifs dans le plasma pour réagir chimiquement avec le matériau gravé, générant des sous-produits volatils qui sont ensuite évacués par une pompe à vide. Différentes combinaisons de gaz de gravure doivent être sélectionnées pour graver différentes couches de matériaux :

• Gravure de films non métalliques (par exemple, SiNx, a-Si) : Les gaz contenant du fluor ou du chlore tels que l'hexafluorure de soufre (SF₆), le tétrafluorure de carbone (CF₄) et le chlore (Cl₂) sont couramment utilisés.
• Gravure de films métalliques (par exemple, Al, Mo, Cr) : Les gaz couramment utilisés comprennent le chlore (Cl₂), le chlorure d'hydrogène (HCl) et le trichlorure de bore (BCl₃).
• Gravure ITO : Des gaz contenant de l'hydrogène ou des mélanges gazeux à base d'acide chlorhydrique peuvent être utilisés.

Les gaz spéciaux utilisés dans le processus de gravure sont pour la plupart inflammables, explosifs, hautement toxiques ou hautement corrosifs ; par conséquent, des normes extrêmement élevées sont requises pour l'intégrité d'étanchéité du système de livraison de gaz, la sécurité et la capacité de traitement des gaz d'échappement.

Structure interne d'une chambre de gravure (pour référence uniquement)

Analyse de l'architecture d'un système de livraison de gaz spéciaux ultra-purs

Un système complet de livraison de gaz spéciaux ultra-purs se compose d'unités telles que le stockage de la source de gaz, la régulation de pression primaire, la purification et la filtration, la distribution secondaire et l'utilisation finale. Ces unités sont connectées via une tuyauterie en acier inoxydable de haute pureté pour former un système d'alimentation en gaz en boucle fermée et contrôlable.

Armoire à bouteilles

L'armoire à bouteilles sert d'extrémité de source de gaz d'un système de gaz spéciaux, utilisée pour stocker les bouteilles et effectuer la réduction de pression primaire et la commutation d'alimentation en gaz. Ses fonctions principales comprennent :

• Fixation et connexion des bouteilles, équipée d'un panneau de commutation automatique pour permettre une commutation transparente entre les sources de gaz primaires et de secours
• Un détendeur primaire réduit le gaz haute pression à une pression intermédiaire (généralement 0,3 à 0,5 MPa)
• Conception de ventilation à pression négative pour maintenir une pression négative à l'intérieur de l'armoire afin d'empêcher le gaz de fuite de s'échapper
• Équipée d'un détecteur de gaz pour surveiller les concentrations de gaz à l'intérieur de l'armoire en temps réel ; en cas d'anomalie, il déclenche des alarmes sonores et visuelles et coupe automatiquement l'alimentation en gaz.

Shenzhen Wofly Technology : Divers types d'équipements spéciaux pour gaz sur mesure

Boîtier de vanne (VMB)

Le boîtier de vanne (VMB) est une unité de distribution secondaire dans les systèmes de livraison de gaz spéciaux. Situé entre la salle des gaz spéciaux et l'équipement de processus dans la salle blanche, il est souvent appelé le « dernier kilomètre » de la livraison de gaz spéciaux. Ses fonctions principales sont :

• Distribuer une seule source de gaz en plusieurs branches, chacune alimentant différents équipements de processus
• Chaque branche est équipée d'une vanne à membrane indépendante, d'un réducteur de pression et d'un capteur de pression pour permettre un contrôle indépendant
• La conception de l'enceinte fermée, équipée d'un port d'échappement, convient aux gaz dangereux tels que SiH₄, NH₃ et Cl₂.
• Prend en charge la purge et la maintenance indépendantes des branches individuelles sans affecter l'alimentation en gaz normale des autres branches.

Projets de transport de gaz de Shenzhen Wofly Technology (pour référence uniquement)

Purificateur

Les purificateurs sont installés à la source de gaz ou en amont du point d'utilisation pour éliminer complètement les impuretés du gaz. Les technologies de purification courantes comprennent :

• Désoxygénation catalytique : Utilisation d'un catalyseur pour faire réagir l'oxygène impur avec l'hydrogène pour former de l'eau, qui est ensuite éliminée par un adsorbant.
• Adsorption par tamis moléculaire : Élimine les impuretés polaires telles que la vapeur d'eau et le dioxyde de carbone par adsorption physique.
• Purification par getter : Utilise des agents absorbant les gaz tels que les alliages zirconium-aluminium pour adsorber les impuretés réactives à haute température.
• Séparation par membrane : Sépare les impuretés en exploitant les différences de taux de perméation des gaz.

Les purificateurs configurés pour les processus haut de gamme peuvent élever la pureté du gaz à 7N ou plus, contrôlant les niveaux d'impuretés à la gamme ppb, voire ppt.

Ingénierie du système de purification de Shenzhen Wofly Technology (pour référence uniquement)

Détecteurs de gaz et interverrouillages de sécurité

Des détecteurs de gaz sont déployés dans les salles de gaz spéciaux, les zones d'installation des VMB et autour des équipements de processus. Ils utilisent des principes de détection tels que les technologies électrochimiques, d'absorption infrarouge ou de semi-conducteurs pour effectuer une surveillance en ligne en temps réel des gaz cibles. Le système est connecté à la salle de contrôle centrale (GSM) ; lorsqu'une fuite de gaz est détectée, il exécute automatiquement les actions d'interverrouillage suivantes :

• Déclencher des alarmes sonores et visuelles
• Couper automatiquement la vanne d'alimentation en gaz de la ligne de gaz correspondante
• Activer le système d'extraction d'urgence
• Télécharger les informations d'alarme vers le système de surveillance central.

Projets de systèmes d'alarme de Shenzhen Wofly Technology (pour référence uniquement)

Système de traitement des gaz d'échappement

Les gaz d'échappement émis par les équipements de processus contiennent des gaz spéciaux non réagis et des sous-produits de réaction, et doivent être traités par un système de traitement des gaz d'échappement (laveur) pour répondre aux normes réglementaires avant d'être rejetés. Les méthodes de traitement courantes comprennent :

• Laveur humide : Utilise une solution chimique pulvérisée pour absorber et neutraliser les gaz acides ou alcalins.
• Laveur à plasma : Décompose les gaz toxiques et nocifs à l'aide d'un plasma à haute température.
• Laveur à combustion : Oxyde et décompose les gaz inflammables à haute température.

Équipement de traitement des gaz d'échappement lavés à l'eau de Shenzhen Wofly Technology (pour référence uniquement)