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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(xì)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(diǎn)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(diǎn) LTPSTFTLCD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 LTPSTFTLCD的前段製程 陣列電路設(shè)計(jì) 1 LTPSTFT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(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 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(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 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?fù)诫s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(dòng)度使電子訊號(hào)的傳送速度變快動(dòng)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 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(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 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(biāo)準(zhǔn)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(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 TypeResistStrippingSystem 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(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 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(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)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(hào) 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(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 MegaSonic 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(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(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(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 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(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(dòng)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 ExcimerLaser 準(zhǔn)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(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(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 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(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) 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