制程與技術(shù)發(fā)展

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(lái)源：工研院電子所 資料來(lái)源：工研院電子所 Poly-Si/-Si特性比較 -Si TFT LCD的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化和畫(huà)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(lái)源：工研院

2、電子所 資料來(lái)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(dòng)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(jiǎn)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

3、對(duì)策 信號(hào)線(Busline)的線幅寬細(xì)線化 TFT的小型化 低電壓的對(duì)策 使啟動(dòng)電壓減低，唯一方法是開(kāi)發(fā)出新的驅(qū)動(dòng)法並使驅(qū)動(dòng)電壓減低 頻率減低的對(duì)策 使相對(duì)應(yīng)於影像畫(huà)面產(chǎn)生變化，促使驅(qū)動(dòng)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(zhǎng)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(cǎi)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(dòng)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

4、溫製程法 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)(Hydroge

5、n 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(dòng)度 使電子訊號(hào)的傳送速度變快 動(dòng)態(tài)畫(huà)質(zhì)顯示清晰明亮。 標(biāo)準(zhǔn)化製作過(guò)程(1) 標(biāo)準(zhǔn)化製作過(guò)程約需要六項(xiàng)光罩步驟。 1.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(lái)源：工研院電子所 資料來(lái)源：工研院電子所 標(biāo)準(zhǔn)化製作過(guò)程(2) 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

6、術(shù)(Lithography)複製工程用光罩網(wǎng)版 標(biāo)準(zhǔn)化製作過(guò)程(3) 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(guò)程(4) 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(guò)程(5) 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

7、射退火，將其多結(jié)晶化處理 標(biāo)準(zhǔn)化製作過(guò)程(6) 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(guò)程(7) 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(guò)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

8、的檢驗(yàn)工作 標(biāo)準(zhǔn)化製作過(guò)程(8) 8.閘極形成工程： 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(guò)程(9) 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(lái)源：工研院電子所 資料來(lái)源：工研院電子所 資料來(lái)源：工研院電子所 標(biāo)準(zhǔn)化製作過(guò)程(10) 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

9、： 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(lái)源：工研院電子所 標(biāo)準(zhǔn)化製作過(guò)程(11) 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(lái)源：工研院電子所 資料來(lái)源：工研院電子所 標(biāo)準(zhǔn)化製作過(guò)程(12) 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(chǎng)效應(yīng)移動(dòng)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)

10、化製作過(guò)程(13) 13.透明電極形成工程： 把開(kāi)關(guān)(Switching)元件所傳送之電壓信號(hào),傳送於LC畫(huà)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) 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(guò)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) 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

11、向膜厚度在5001,000 使用的配向膜材料有聚胺酸(Polyamic Acid)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(jìn)行熱硬化處理 液晶胞製程(3) 3.面磨配向(Lapping)處理工程： 為使配向?qū)佑幸欢ǖ姆较蛐耘帕校酶接忻嫉膱A筒狀輥輪來(lái)回旋轉(zhuǎn) 液晶胞製程(4) 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(shù)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) 5.間隔物(Spac

12、er)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(6) 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(duì)應(yīng) 電極進(jìn)行對(duì)位處理(利用光學(xué)式精密對(duì)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) 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) 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

13、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(shù)脂類的接著劑，並以熱或紫外線照射進(jìn)行硬化和封合作用 液晶胞製程(9) 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) 10.點(diǎn)燈檢查工程：進(jìn)行 人工目視檢查 自動(dòng)化精密儀器檢查 使產(chǎn)出的最終成品是無(wú)缺陷的 資料來(lái)源：工研院電子所 資料來(lái)源：工研院電子所 資料來(lái)源：工研院電子所 資料來(lái)源：工研院電子所 資料來(lái)源：工研院電子所 資料來(lái)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(Di

14、mer)，Excimer為Excited Dimer的英文縮寫(xiě) 稀有氣體處?kù)赌芰炕鶓B(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)間內(nèi)形成安定的結(jié)合狀態(tài)，然 後將釋放出某一波長(zhǎng)光而轉(zhuǎn)換至基態(tài)，在紫外光線的波長(zhǎng)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)

15、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。 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 (Amorpho

16、us)的。 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(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(dòng)度 使電子訊號(hào)的傳送速度變快 動(dòng)態(tài)畫(huà)質(zhì)顯示清晰明亮。 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(dòng)度 使電子訊號(hào)的傳送速度變快 動(dòng)態(tài)畫(huà)質(zhì)顯示清晰明亮。 標(biāo)準(zhǔn)化製作過(guò)程(7) 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(guò)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，