LTPS制程與技術(shù)發(fā)展講義

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，模組接點減少，可靠度提升。資料來源：工研院電子所資料來源：

2、工研院電子所LTPS TFT LCD的特點 LTPS TFT LCD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LTPS TFT LCD的前段製程陣列電路設(shè)計(1) LTPS TFT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)

3、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(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

4、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-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 eration)陣列電路製程(5)

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1. 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(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)(Lithography)複製工程用光罩網(wǎng)版標(biāo)準(zhǔn)化製作過程(3)透

6、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)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

7、(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)行圖案的檢驗工作標(biāo)準(zhǔn)化製作過程(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(H

8、eat 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

9、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 T

10、FT 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)面磨配向(Lapping)處理工程：為使配向?qū)佑幸欢ǖ?/p>

11、方向性排列，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(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

12、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)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(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：

13、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)時是未結(jié)合的原子，當(dāng)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(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)晶粒隨著時間而與其他結(jié)