低温TFT LCD工艺的简化

低溫TFT LCD工藝的簡化

三星电子公司AMLCD部第三研发组Hyun Jae kin/文陈伟梧/译

低温多晶硅薄膜晶体管(多晶硅TFT)技术对高清晰度LCD仍抱有希望，——但只是工程师们要对工艺结构和驱动方法加以改进才行，当今，南韩的一个公司发明了一种技术，能加快比以往更明亮，分辨率更高的显示器的推出。

在传统的主动矩阵LCD的设计中，薄膜晶体管是由无定形硅（a-Si）形成的。生产出来的晶体管用作各个像素的开关。这些设计都需要能把个人电脑的信号转换成适合于显示器和像素控制的幅度的附加电路。因为传统的晶体管无法用来驱动这些象素开关，厂家必须把客户的IC加到驱动和扫描功能的屏上。无定形硅晶体管的尺寸和功能也限制了每平方英寸能被照明的像素的数量。结果，当今个人电脑用a-Si TFT LCD具有每平方英寸从60到90个像素（PPi）的范围的像素密度。虽然能获得200Ppi左右的高分辨率的a-Si TFT LCD一直没有几个，只要使用了外部驱动IC，就会有生产约束来限制这些显示屏的商用可能性。

另方面，已能生产出分辨率超过200Ppi的低温多晶硅（LTPS）TFT LCD来。为了进行比较起见，考虑典型的用人眼能分析的最高分辨率是大约350ppi。更好的是因为该工艺可消除掉驱动器IC和显示屏间几千个差带式自动接合，这可减低成本并能提高显示屏的可靠性。三星电子公司一直在使用该项技术并增加了改进后的设计。

工艺

多晶硅显示器是通过转换无定形硅而制造出来的。就是用准分子激光器将无定形硅熔化并重结晶。这项激光技术将电子的迁移率提高了100左右的因素，使屏幕晶体管比平常小。

由于所有这些原因，LTPS TFT LCD是高分辨显示器一项大有希望的技术，正吸引着移动和个人电子产品OEM包括移动电话、个人数字助理（PDA）和比笔记本型小的电脑的许多厂家在内的注意。由于集成门驱动IC和一个小的形式因素，为这些目的的LTPS TFT LCD（图1）的优点包括了LCD的对称性。也就是说，显示屏厚度薄而量轻。另外，LTPS TFT LCD还具有功耗低的特性。此外，LTPS TFT LCD产生的漏电流较小并且有轻微的掺杂漏电结构和高的储存能力。

即使目前LTPS TFT技术有了显著的进步，一些关键工艺、结构和驱动方法，如果要满足其商业预测的话，就需要进行优化。特别是紧接着的是准分子激光晶体化（ELC）工艺，因此，a-Si沉积就需要加以

改进。

TFT的结构和工艺

除了几个公司外，大多数LTPS TFT的厂家都给驱动电路使用了高级门结构和CMOS。使用传统的技术，复杂的TFT和CMOS工艺需要约9个光掩模，为了进行包括LPCVD沉积和激活掺杂剂的炉子淬火在内的一些中温工艺，玻璃必须是昂贵的淬火或预先压密的。

在LTPS TFT中，稍有掺杂的漏电结构使器件允许无电流的像素的随机无效率（能），这也能把驱动器的非稳定性减到最小。无定形硅薄膜原是在阻塞层的顶部由LPCVD或PECVD沉积的，厚度仅几千微米。这些绝缘材料的厚度和质量可以影响到TFT的传输性能。沟道掺杂是最常用的，而且是控制n-TFT和TFT两者的Vth的最准确的方法。这可能需要另外的光掩模和离子掺杂工艺。

不像a-Si TFT工艺中的a-Si沉积，活动层形成前后的清洗过程对TFT的性能和一致性也是很关键的。最通常的是，从四羟乙基氮硅烷（TEOS）衍生的二氧化硅(SiO2)用于门电介质材料。为了减少步骤和简化电源及漏电的形成，三星将离子流和门形成步骤同时进行。三星称此项技术为半门（HG）法。

如今，低能掺杂技术似乎没有被广泛采用是由于工艺复杂性造成的。内层电介质和钝化层在减少寄生电容和金属线缺陷方面起着重要的作用。钝化电介质的选择在显示器分辨率提高时显得更重要了。对反射式LCD来说，广泛采用的是有机钝化。

半门结构

半门结构的出现，对LTPS TFT来说是一个极有吸引力的解决方案。有一段时期，三星一直在生产LTPS TFT

LCD（表2）。当今，该公司正在使用其LTPS TFT LCD的半门技术（图2）。该工艺需要的光掩模比之传统的方法要少。离子掺杂掩模用于门的定义可把掩模从三个减少到二个，包括轻微的掺杂漏电工艺在内。依结构的详细情况，也可能产生一个没有光刻蚀和燃烧的结构。最重要的是，该工艺可产生自对准并且是稍有掺杂的漏电的对称结构。这种结构可为LCD的充放电产生反向的低电压和对称性能。还可准确控制轻微掺杂漏电的持续时间，以便生产出稳定而可靠的器件。

准分子激光器

准分子激光结晶的物理现象（图3）是很容易为人们所理解的。特别是哥伦比亚大学的一个小组发现了一个窄的实验窗口可产生增益很大的多晶硅并称之为超级侧面生长（SLG）。即使需要麻烦的脱氢过程，许多LTPS TFT LCD开发人员都在使用PECVD a-Si作为产物母体。脱氢的问题采用得比准分子激光结晶还多。准分子激光晶化工艺的微结构，会对TFT的性能和一致性产生直接影响，极大地取决于准分子激光器的状况。产物母体的初始条件是关键的。用LPCVD，爆炸性的结晶总是随着激光器的第一个脉冲而发生。

许多能独特产生大型多晶硅膜的新技术已根据SLG现象提了出来。哥伦比亚大学的詹姆斯·英等人开发了连续侧面固化（SLS）法，产生了大增益的、直接固化的、并且是定位控制的单晶区域。也是在哥伦比亚大学，一个小组在硅a-Si膜上端使用定型的二氧化硅作防反射复层，已开发了增益边界——定位控制（GLS）多晶硅（图5）。东京一个科技集团协会提出了使用i相移掩膜（图5B）的多晶硅粒度侧面生长。富士通的一个小组使用a-Si岛和背面准分子激光结晶法（图5C），演示了多晶硅新的侧面生长法。意大利的一个小组也实现了成核位置的定位控制，形成了控制的侧面生长多晶硅（图5D）。

多数方法都使用了SLG现象。虽然这些方法能产生大的受控的颗粒多晶硅微结构，要将这些技术应用于生产还需要工程师们解决关于玻璃基板上多晶硅的一致性、设备兼容性和工艺简化的诸多问题。