LTPS制程與技術(shù)發(fā)展.ppt

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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 LowTemperaturePoly SiliconThinFilmTransistor LTPSTFTLCD 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 SiTFTLCD的結(jié)構(gòu)簡單化和畫面高精細化 P SiTFTLCD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 模組接點減少 可靠度提升 資料來源 工研院電子所 資料來源 工研院電子所 LTPSTFTLCD的特點 LTPSTFTLCD的特點 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 LTPSTFTLCD的前段製程 陣列電路設(shè)計 1 LTPSTFT周邊電路的設(shè)計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接著點的數(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 2 整體電路設(shè)計時 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 3 電容值減低的對策信號線 Busline 的線幅寬細線化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 達到低耗電化 陣列電路設(shè)計 4 以一般TFT通道寬度 52 m 和通道長度 12 m 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TFTLCD製造公司之LTPSTFT LCD製程 是採行頂部閘極 Top Gate 的TFT電路結(jié)構(gòu)互補式金氧半 CMOS 的驅(qū)動電路設(shè)計目前主流製程是需5道光罩 陣列電路製程 2 Poly Si薄膜形成方法 有IC製程的高溫製程法使用的玻璃基板材料是耐熱性優(yōu)且價格較貴的石英玻璃 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 SiTFT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 SiTFT製程相比較 大部分的步驟是相類似的Poly SiTFT的特徵 有低溫雷射退火的結(jié)晶化技術(shù) LaserAnnealingCrystallization 低溫摻雜汲極技術(shù) LightlyDopingDrain LDD 氫化處理技術(shù) Hydrogeneration 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 標準化製作過程 1 標準化製作過程約需要六項光罩步驟 陣列電路設(shè)計工程 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 資料來源 工研院電子所 資料來源 工研院電子所 標準化製作過程 2 光罩製作工程 使用電子束描繪裝置 ElectronBeamLithographySystem 製作出主光罩 MasterMask 再利用微影技術(shù) Lithography 複製工程用光罩網(wǎng)版 標準化製作過程 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行的研磨加工 標準化製作過程 4 洗淨工程 分為陣列工程前液晶胞工程前液晶胞工程後等三大類 標準化製作過程 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 LowPressureChemicalVaporDeposition 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 標準化製作過程 6 微影曝光工程 利用輥輪被覆式 RollCoater 或旋轉(zhuǎn)被覆式 SpinCoater 塗佈光阻劑於光罩基板 MaskBlank 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 標準化製作過程 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 蝕刻裝置進行加工處理 再利用濕式剝離裝置 Wet TypeResistStrippingSystem 將所剩之光阻劑 予以剝離處理並進行圖案的檢驗工作 標準化製作過程 8 閘極形成工程 Poly SiTFT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 HeatOxidation 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 標準化製作過程 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 標準化製作過程 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 標準化製作過程 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 標準化製作過程 12 氫化工程 為提升Poly SiTFT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 標準化製作過程 13 透明電極形成工程 把開關(guān) Switching 元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 LTPSTFTLCD的後段製程 液晶胞製程 1 洗淨工程 洗淨技術(shù)有使用藥液 機能水和紫外線臭氣 毛刷 超音波 超高音波 MegaSonic 和高壓噴洗等 其中以純水洗淨為主為了去除過剩的水並達到乾燥 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500 1 000 使用的配向膜材料有聚胺酸 PolyamicAcid 和聚醯胺 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?並在200 250 進行熱硬化處理 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 然後進行100 C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 7 m的液晶胞間隙 以便後續(xù)液晶胞注入工程進行 液晶胞製程 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)電極進行對位處理 利用光學(xué)式精密對位 將其相互進行一邊加壓一邊加熱 或照射紫外線使其貼合緊密並達到硬化處理 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)補償膜增強功能性的光學(xué)薄膜 液晶胞製程 10 點燈檢查工程 進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 準分子雷射 ExcimerLaser 準分子是激發(fā)態(tài)的雙量體 Dimer Excimer為ExcitedDimer的英文縮寫稀有氣體處於能量基態(tài)時是未結(jié)合的原子 當形成激態(tài)時 則於一定時間內(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 LowTemperaturePolySilicon LTPS 是在600 C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)晶粒隨著時間而與其他結(jié)晶粒相互融合 進而減少了整個的結(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 IonImplantation 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) LCInjection 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