LTPS制程與技術(shù)發(fā)展

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1、第8章,LTPS製程與技術(shù)發(fā)展,前言,低溫多晶矽薄膜電晶體液晶平面顯示器(Low Temperature Poly-Silicon Thin Film Transistor，LTPS TFT LCD)，乃指其TFT中之半導(dǎo)體薄膜的結(jié)晶形態(tài)是多結(jié)晶(Polycrystalline)，並非是非結(jié)晶(Amorphous)的。,資料來源：工研院電子所,資料來源：工研院電子所,Poly-Si/-Si特性比較,-Si TFT LCD的結(jié)構(gòu)簡單化和畫面高精細(xì)化。 P-Si TFT LCD是崁入不同功能的IC於玻璃基板上，減少模組工程上所使用IC的數(shù)量，換言之，模組接點(diǎn)減少，可靠度提升。,資料來源：工研院電子

2、所,資料來源：工研院電子所,LTPS TFT LCD的特點(diǎn),LTPS TFT LCD的特點(diǎn)，還有 載體的移動度(Mobility)為非晶矽的300倍 低耗電 高亮度 高解析度 輕薄短小 高品質(zhì) 完美的系統(tǒng)整合,LTPS TFT LCD的前段製程,,陣列電路設(shè)計(jì)(1),LTPS TFT周邊電路的設(shè)計(jì)必須崁入主陣列電路，整合於同一片基板玻璃上 可以減少半導(dǎo)體零組件的使用數(shù)量 可以減少後段工程組合時(shí)接著點(diǎn)的數(shù)目 使結(jié)構(gòu)簡單化和工程可靠度提高,陣列電路設(shè)計(jì)(2),整體電路設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮低耗電量 耗電量的值(P)是與 頻率(f) 電容(C) 電壓平方(V)成比例關(guān)係,陣列電路設(shè)計(jì)(3),電容值減低的對策

3、 信號線(Busline)的線幅寬細(xì)線化 TFT的小型化 低電壓的對策 使啟動電壓減低，唯一方法是開發(fā)出新的驅(qū)動法並使驅(qū)動電壓減低 頻率減低的對策 使相對應(yīng)於影像畫面產(chǎn)生變化，促使驅(qū)動頻率變化，達(dá)到低耗電化,陣列電路設(shè)計(jì)(4),以一般TFT通道寬度(52m)和通道長度(12m)，及閘氧化膜的厚度tox=3,500A為代表性元件。,陣列電路製程(1),大部分TFT LCD製造公司之LTPS TFT-LCD製程，是採行 頂部閘極(Top-Gate)的TFT電路結(jié)構(gòu) 互補(bǔ)式金氧半(CMOS)的驅(qū)動電路設(shè)計(jì) 目前主流製程是需5道光罩,陣列電路製程(2),Poly-Si薄膜形成方法，有 IC製程的高溫製

4、程法 使用的玻璃基板材料是耐熱性優(yōu)且價(jià)格較貴的石英玻璃(Quartz)(尺寸限於150mm/200mm) 利用雷射退火技術(shù)的低溫製程法 使用與-Si TFT相同的不含鹼性離子之玻璃基板,陣列電路製程(3),高溫製程或低溫製程的使用，取決於矽薄膜形成之源極和汲極工程中之摻雜(Doping)工程而定。,陣列電路製程(4),與-Si TFT製程相比較，大部分的步驟是相類似的 Poly-Si TFT的特徵，有 低溫雷射退火的結(jié)晶化技術(shù)(Laser Annealing Crystallization) 低溫?fù)诫s汲極技術(shù)(Lightly Doping Drain，LDD) 氫化處理技術(shù)(Hydrogen

5、eration),陣列電路製程(5),氫化處理的目的在於 使矽原子的未結(jié)合鍵或未飽和鍵，能與氫原子結(jié)合而使其呈飽和狀態(tài) 可獲得高的載體移動度 使電子訊號的傳送速度變快 動態(tài)畫質(zhì)顯示清晰明亮。,標(biāo)準(zhǔn)化製作過程(1),標(biāo)準(zhǔn)化製作過程約需要六項(xiàng)光罩步驟。 陣列電路設(shè)計(jì)工程：包含有 TFT陣列電路圖案(Pattern) 彩色濾光片圖案 配向膜圖案 封合圖案等規(guī)劃與設(shè)計(jì),資料來源：工研院電子所,資料來源：工研院電子所,標(biāo)準(zhǔn)化製作過程(2),光罩製作工程： 使用電子束描繪裝置(Electron Beam Lithography System)製作出主光罩(Master Mask) 再利用微影技術(shù)(Lith

6、ography)複製工程用光罩網(wǎng)版,標(biāo)準(zhǔn)化製作過程(3),透明玻璃基板加工工程： 一定尺寸規(guī)格要求所做的切割加工 表面精密度和平坦度的要求所進(jìn)行的研磨加工,標(biāo)準(zhǔn)化製作過程(4),洗淨(jìng)工程：分為 陣列工程前 液晶胞工程前 液晶胞工程後等三大類,標(biāo)準(zhǔn)化製作過程(5),矽薄膜形成工程： 在玻璃或石英玻璃上，TFT電路通道(Channel)部分的形成方法，是使用濺鍍(Sputtering)裝置和低壓化學(xué)氣相沉積(Low Pressure Chemical Vapor Deposition，LP-CVD)裝置，將-Si薄膜堆積於上 再利用結(jié)晶化退火技術(shù)的加熱爐退火法或雷射光雷射退火，將其多結(jié)晶化處理,標(biāo)

7、準(zhǔn)化製作過程(6),微影曝光工程： 利用輥輪被覆式(Roll Coater)或旋轉(zhuǎn)被覆式(Spin Coater) 塗佈光阻劑於光罩基板(Mask Blank)後作烘焙處理(Baking) 將光罩基板上的膜面圖案予以曝光微影和顯影處理，形成所需要的圖案,標(biāo)準(zhǔn)化製作過程(7),蝕刻工程： 在CF和TFT基板上，形成之金屬膜、絕緣膜和半導(dǎo)體膜等過程中作為光罩圖案 所使用的光阻劑必須利用乾式(Dry)或濕式(Wet)蝕刻裝置進(jìn)行加工處理，再利用濕式剝離裝置(Wet-Type Resist Stripping System)將所剩之光阻劑，予以剝離處理並進(jìn)行圖案的檢驗(yàn)工作,標(biāo)準(zhǔn)化製作過程(8),閘極形

8、成工程： Poly-Si TFT元件之閘極部分的形成工程 在Poly-Si薄膜上利用 CVD或熱氧化法(Heat Oxidation)，將絕緣性SiO2薄膜形成於上，再利用CVD將閘電極功能的Poly-Si薄膜堆積其上,標(biāo)準(zhǔn)化製作過程(9),雷射退火結(jié)晶化技術(shù)： 低溫Poly-Si結(jié)晶化的技術(shù)主要是準(zhǔn)分子雷射退火法(ELA),資料來源：工研院電子所,資料來源：工研院電子所,資料來源：工研院電子所,標(biāo)準(zhǔn)化製作過程(10),摻雜工程： 為了Poly-Si薄膜之源極和汲極層的低電阻化，及使關(guān)閉(Off)電壓值提高，導(dǎo)入高濃度不純物的工程 方法： 先利用離子植入裝置、雷射摻雜裝置和電漿摻雜裝置 再將不

9、純物的原子導(dǎo)入，再利用熱或雷射能量將不純物原子予以活性化。,資料來源：工研院電子所,標(biāo)準(zhǔn)化製作過程(11),金屬電極膜形成工程： 配線和電極材料的選用，以鉬(Mo)、鉭(Ta)、鉻(Cr)和鋁(Al)等金屬導(dǎo)電膜為主 製程以濺鍍法為主流,資料來源：工研院電子所,資料來源：工研院電子所,標(biāo)準(zhǔn)化製作過程(12),氫化工程： 為提升Poly-Si TFT之 I-V特性關(guān)係 將TFT通道區(qū)域的Poly-Si層之未飽和鍵與氫鍵結(jié)合後呈飽和狀態(tài)，促使電場效應(yīng)移動度的提升 一般使用 氫退火爐裝置 電漿氫裝置：所得之活性化氫原子最有效,標(biāo)準(zhǔn)化製作過程(13),透明電極形成工程： 把開關(guān)(Switching)元

10、件所傳送之電壓信號,傳送於LC畫像素電極和CF端的共通電極上 共通電極材料，是利用濺鍍法將ITO透明導(dǎo)電薄膜形成於上，並經(jīng)由微影、蝕刻工程製作成所需圖案,LTPS TFT LCD的後段製程,,液晶胞製程(1),洗淨(jìng)工程： 洗淨(jìng)技術(shù)有使用藥液、機(jī)能水和紫外線臭氣、毛刷、超音波、超高音波(Mega Sonic)和高壓噴洗等，其中以純水洗淨(jìng)為主 為了去除過剩的水並達(dá)到乾燥，有旋轉(zhuǎn)乾燥法和空氣刀乾燥法,液晶胞製程(2),配向模形成工程： 配向模是有機(jī)薄膜的材料，施以面磨處理，使其上之液晶分子產(chǎn)生配向排列作用 一般配向膜厚度在5001,000 使用的配向膜材料有聚胺酸(Polyamic Acid)和聚醯

11、胺(Polyimide)，以聚醯胺類為主 利用凹凸印刷方式將數(shù)百厚度的配向?qū)有纬善渖希瑏K在200-250進(jìn)行熱硬化處理,液晶胞製程(3),面磨配向(Lapping)處理工程： 為使配向?qū)佑幸欢ǖ姆较蛐耘帕?，利用附有毛布的圓筒狀輥輪來回旋轉(zhuǎn),液晶胞製程(4),封合劑印刷形成工程： 經(jīng)配向面磨處理後之Array下基板和CF上基板，任選其中一片基板之週邊封合部，將熱硬化型或紫外線硬化型環(huán)氧樹脂類的接著劑以網(wǎng)版印刷法或散佈法塗佈上去，然後進(jìn)行100C左右的烘焙處理。,液晶胞製程(5),間隔物(Spacer)散佈工程： 使上下兩片基板保持於5-7m的液晶胞間隙，以便後續(xù)液晶胞注入工程進(jìn)行。,液晶胞製程(

12、6),貼合附著工程： 封合部分的形成和間隔物的散布等處理後之Array下基板及CF上基板，就其相互間預(yù)先設(shè)定之對應(yīng)電極進(jìn)行對位處理(利用光學(xué)式精密對位) 將其相互進(jìn)行一邊加壓一邊加熱，或照射紫外線使其貼合緊密並達(dá)到硬化處理,液晶胞製程(7),分割切斷工程：貼合硬化後的每片基板進(jìn)行多片式的分割和切斷處理，使其成為每一單片的面板半成品。,液晶胞製程(8),液晶注入和封止工程： 將每一單片面板的半成品之間隙空間抽成低壓真空狀態(tài) 將其置入盛有液晶材料的液晶皿容器內(nèi) 藉由外界常壓的作用，利用毛細(xì)管現(xiàn)象將液晶材料填充於液晶胞的間隙空間內(nèi) 然後於注入口處塗佈上紫外線硬化型樹脂類的接著劑，並以熱或紫外線照射進(jìn)

13、行硬化和封合作用,液晶胞製程(9),偏光膜貼合附著工程： 外側(cè)分別貼合附著上 具有偏光作用的偏光膜 特殊性光學(xué)補(bǔ)償膜 增強(qiáng)功能性的光學(xué)薄膜,液晶胞製程(10),點(diǎn)燈檢查工程：進(jìn)行 人工目視檢查 自動化精密儀器檢查 使產(chǎn)出的最終成品是無缺陷的,資料來源：工研院電子所,資料來源：工研院電子所,資料來源：工研院電子所,資料來源：工研院電子所,資料來源：工研院電子所,資料來源：工研院電子所,專有名詞(1),準(zhǔn)分子雷射(Excimer Laser)： 準(zhǔn)分子是激發(fā)態(tài)的雙量體(Dimer)，Excimer為Excited Dimer的英文縮寫 稀有氣體處於能量基態(tài)時(shí)是未結(jié)合的原子，當(dāng)形成激態(tài)時(shí)，則於一定時(shí)

14、間內(nèi)形成安定的結(jié)合狀態(tài)，然後將釋放出某一波長光而轉(zhuǎn)換至基態(tài)，在紫外光線的波長區(qū)域，產(chǎn)生高效率的雷射共振,專有名詞(2),低溫多晶矽(Low Temperature Poly Silicon，LTPS)：是在600C或更低的溫度下經(jīng)由雷射退火的製程，形成多結(jié)晶狀態(tài)的矽薄膜。 再結(jié)晶(Recrystallization)：多結(jié)晶物體中，結(jié)晶粒隨著時(shí)間而與其他結(jié)晶粒相互融合，進(jìn)而減少了整個(gè)的結(jié)晶粒數(shù)量，並促使其結(jié)晶粒的顆粒變大的，此種現(xiàn)象稱為再結(jié)晶,專有名詞(3),離子植入(Ion Implantation)：施加10keV以上的高電子伏特能量的離子，並使其入射於固體晶格中，使與晶格中的中性原子(原子核及電子)產(chǎn)生衝突而損失能量，進(jìn)而順利植入固體晶格中的一種物理現(xiàn)象。 液晶注入技術(shù)(LC Injection)：利用減壓或增壓方式，將液晶材料導(dǎo)入兩片玻璃基板間的一種工程。,