LTPS
LTPS低温多晶硅技术浅析
LTPS低温多晶硅技术浅析一、LTPS简介低温多晶硅（Low Temperature Poly-silicon；LTPS，以下以LTPS代称）是平板显示器领域中的又一新技术。
继非晶硅（Amorphous-Silicon，以下以a-Si代称）之后的下一代技术。
Polysilicon (多晶硅) 是一种约为0.1至数个um大小、以硅为基底的材料，由许多硅粒子组合而成。
在半导体制造产业中，多晶硅通常经由LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)处理后，再以高于900C的退火程序，此方法即为SPC (Solid Phase Crystallization) 。
然而此种方法却不适合用于平面显示器制造产业，因为玻璃的最高承受溫度只有650℃。
因此，LTPS技术即是特別应用在平面显示器的制造上。
传统的非晶硅材料（a-Si）的电子迁移率只有0.5 cm2/V‧S，而低温多晶硅材料（LTPS）的电子迁移率可达50～200 cm2/V‧S，因此与传统的非晶硅薄膜电晶体液晶显示器（a-Si TFT-LCD）相比，低溫多晶硅TFT-LCD具有更高解析度、反应速度快、亮度高(开口率aperture ratio高)等优点，同时可以将周边驱动电路同时制作在玻璃基板上，达到在玻璃上集成系统（SOG）的目标，所以能够节省空间和成本此外，LTPS技术又是发展主动式有机电致发光（AM-OLED）的技术平台，因此LTPS技术的发展受到了广泛的重视。
二、非晶硅（a-Si）与低温多晶硅（LTPS）的区别一般情况下低温多晶硅的制程温度应低于摄氏600℃，尤其对LTPS区别于a-Si制造的制造程序“激光退火”（laser anneal）要求更是如此。
与a-Si相比，LTPS的电子移动速度要比a-Si 快100倍，这个特点可以解释两个问题：首先，每个LTPS PANEL 都比a-Si PANEL反应速度快；其次，LTPS PANEL 外观尺寸都比a-Si PANEL小。
LTPS CVD工艺设备介绍(超详细)
Clean Gas （NF3、Ar）
Process Gas
（SiH4、N2O、N2 、NH3 etc.）
Glass
13~14 MHz RF (For Deposition )
diffuser
Deposition: SiNX, Si, SiO2, etc.
一、CVD的概念、特点
2、优点
（1）成膜速度快
每分钟可达几个μm甚至达到数百μm。同一腔室中可放置大量工件，能 同时制得均匀的镀层;
（2）膜层均匀性好
CVD反应在低真空进行，镀膜的均匀性好，对于形状复杂表面或工件 深孔、细孔都能均匀镀覆，获得平滑的沉积表面;
（3）膜层性能好
能得到纯度高、致密性好、残余应力小、结晶良好的薄膜镀层。
一、CVD的概念、特点
3、不足
（1）反应温度太高
许多基体材料都耐受不住CVD的高温，因此应用上受到一定限制。
（2）需要采取防止环境污染的措施
在不少场合下，参加沉积的反应源和反应后的余气易燃、易爆或有毒；对 设备来说，往往还有耐腐蚀的要求。
（3）PECVD工艺控制较困难
关联因素：外加电源功率、频率，气体流量、总压强以及衬底温度、反应 装置与射频电源的阻抗匹配等各种因素都会影响到成膜速率和膜的质量。
CVD工艺设备介绍
• 二、CVD原理介绍---PECVD
二、CVD原理介绍-PECVD 1、PECVD定义
PECVD ( Plasma Enhanced Chemical Vapor ) Deposition
(等离子体增强化学气相沉积)
借助射频等使含有薄膜组成原子的气体，在局部形成等离子体，而等离子体化学 活性强，促进气体间的化学反应，从而低温下也能在基片上沉积出所期望的薄膜。
TFT-LCD、LTPS和OLED技术
a-Si
P-Si
硅结构
电子迁移率
应用
像素开关
驱动电路
存储器
非晶硅TFT结构
LTPS TFT结构
应用 4-5层NMOS 底栅 制程 结构 顶栅 7层CMOS
垂直结构的a-Si:H TFT
LTPS工艺部分
非晶硅TFT、氧化物和低温多晶硅TFT对比表
TFT面板制作流程
TFT工程 Cell工程 Module工程
彩色滤光片制造方法的分类
色料 着色方法 染色 染料 染料分散 成膜方法 光学微影 光学微影 印刷 其他 光学微影 颜料分散 颜料 电镀 其他 印刷 光学 喷墨(Ink Jet)法 蚀刻法 彩色感光材料法 转印法 凹版印刷法 平版印刷法 制造名称 单层法(染色法) 多层法 蚀刻法
彩色感光材料法
网版印刷法
TFT概念
晶体管及TFT结构
半导体层(非晶硅) 漏极
保护膜 源极 像素电极(ITO)
栅极绝缘膜
栅极
非晶硅TFT液晶屏的基本构造
硅Si(Silicon)
硅（台湾、香港称矽xī）是一种化学元素，它的化学符号是Si。 原子序数14，相对原子质量28.0855。 在单晶硅中掺入微量的第IIIA族元素，形成p型硅半导体；掺入 微量的第VA族元素，形成n型硅半导体。硅是制作半导体元件的 重要材料。
无源驱动法
有源驱动法
~ 低功耗 ~ 高对比度 ~ 高分辨率
有源矩阵驱动
无源矩阵驱动结构
行信号
列信号
有源矩阵驱动结构
控制信号 数据线 栅极 像素
无源矩阵驱动方式
PMOLED在阴极和阳极线交叉处是OLED发光的像素区。在ITO阳极加上正 电压，金属阴极上加负电压，交叉点像素就会有电流通过发光。 缺点：非选通像素上的等效电容和电极间的漏电，会引起脉冲信号在电极间 的串扰，导致交叉串扰现象，显示图像失真。
精通LCD中α-Si、LTPS、IGZO显示区别及制造工艺
1精通LCD中α-Si、LTPS、IGZO显示区别及制造工艺2CONTENTSα-Si IGZOA C LTPSB显示技术工艺-TFT LCDTFT概念TFT（Thin Film Transistor）是指薄膜晶体管，意即每个液晶像素点都是由集成在像素点后面的薄膜晶体管来驱动。
薄膜晶体管是一种绝缘栅场效应晶体管。
T(Transistor)是指晶体管。
晶体管，本名是半导体三极管，是内部含有两个PN结，外部通常为三个引出电极的半导体器件，具有检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制等多种功能。
晶体管作为一种可变电流开关，能够基于输入电压控制输出电流。
在TFT中的晶体管均为场效应晶体管，简称“场效应管”。
LCD：液晶显示。
液晶面板由背光板、偏光片、玻璃基板、TFT、彩色滤光片等组成。
由电压控制液晶分子的扭转角度来控制液晶显示。
Video Data Timing ControlPower Supply CircuitBack-LightLCD Timing Controller PC InterfaceBack-Light Power SupplyTFT-LCD ArrayData DriverScan DriverLTPS TFT-LCD Panel I/O InterfaceI/O InterfaceX1X2X3072Y1Y2Y768Scan DriverData Driver Block 1Block 2Block 3Block 4Glass SubstrateBuffer Level Shifter Shift RegisterSpacerLCAlignment Layer TFT-Array SubstrateColor Filter SubstrateBlack MatrixColor Filter -Green PixelPolarizerPolarizerPixel ElectrodeTFT显示技术工艺-TFT LCD我们来看看这个电路图，这里我们不讨论显示器的各种驱动控制方式，什么静态驱动、动态驱动，什么行扫描、列寻址，统统不管。
a-SiGZOLTPS三种技术对比：到底谁主沉浮？
a-SiGZOLTPS三种技术对比：到底谁主沉浮？随着显示产业的不断发展，人们对于显示成像技术的要求不断提高，这也促使着技术的不断发展，TFT－LCD这种低成本、高解析度、高亮度、宽视角以及低功耗的技术已经逐渐开始普及并取代CRT显示技术而成为主流。
TFT－LCD是薄膜晶体管液晶显示器英文thin film transistor－liquid crystal display的英文缩写。
TFT－LCD利用在显示器件上的一种技术，它具有体积小、重量轻、低功率、全彩化等优点。
它利用在Si上进行微电子精细加工的技术，移植到在大面积玻璃上进行tft阵列的加工，再将该阵列基板与另一片带彩色滤色膜的基板，利用已成熟的lcd技术，形成一个液晶盒相结合，再经过后工序如偏光片贴覆等过程，最后形成液晶显示器。
早期的TFT－LCD都是用a－Si作为基底材料，a－Si为非晶硅技术，是目前应用最广的一种，技术简单、成本低廉，但开关所占的像素本身的面积很大导致亮度无法做得很高（也就是开口率低），另外PPI也只能做到较低的一个水平。
当然消费者对显示产品的要求逐步提高，手机、平板等移动终端向着更高清、色彩度更饱和、更轻薄化发展。
a－Si这种技术显然已经不能达到最新显示效果的要求，这时便孕育而生了IGZO与LTPS这两种技术。
图表1 a－Si IGZO LTPS技术特点统计IGZO （indium gallium zinc oxide）为铟镓锌氧化物的缩写，非晶IGZO材料是用于新一代薄膜晶体管技术中的沟道层材料，是金属氧化物（Oxide）面板技术的一种。
它具有迁移率高、均一性好、透明、制作工艺简单等优点。
相对于a－Si，IGZO在光照下的稳定性较好，并且IGZO具有很强的弯曲性能，可用于柔性显示。
但是IGZO也有一些缺点例如使用寿命相对较短，对水、氧等相当敏感，当使用时间过长时操作的可靠度与稳定性都会有一定程度的下降。
所以IGZO需要一层保护层，从而对量产产生一定的阻碍。
LTPS离子植入技术介绍
Avoid Bypass Interlock Use Ground Bar
Gas
o o o o
BF3: Process Gas PH3: Process Gas H2: Dilute and Clean Gas Ar: Clean Gas
SDS
SDS2 Adsorbent
Gas Supplied System
Extraction Region
Extraction Region II
Electrical Field
Beam Current
Analyzing Magnet Region
Mass Resolution
Beam Quality
Mass Resolution X: M/ΔM≧10 Y: M/ΔM≧2 o BP cross contamination X:PM(31),range[29.4,32.6] BM(11),range[10.4,12.6] Y:PM(31),range[23.3,37.7] BM(11),range[7.75,14.25] BF+ P+
System Overview
o o o o o
o
o
Ion source Extraction Region Analyzing Magnet Region Quadrapole and Beam Focus Scan System Beam Monitor and Dosimeter Neutralizing System
o
SDS Gas Source Technology
Adsorption Characteristics
Safety-Release Rate Test
A-si与LTPS工艺
LTPS工艺：技术 成熟未来将向更 高分辨率、更薄 厚度、更低功耗 方向发展
技术融合：-si与 LTPS工艺有望实 现技术融合提高 显示效果和性能
柔性显示：-si与 LTPS工艺在柔性 显示领域具有巨 大潜力未来将向 更薄、更轻、更 柔性方向发展
市场发展趋势
-si工艺：成本优势明显市场需 求稳定
LTPS工艺：技术成熟应用领域 广泛
-si工艺的缺点是性能相对较低不适合制造高性能的液晶显示器。
-si工艺的特点
成本低：-si工 艺的制造成本 相对较低适合
大规模生产
稳定性好：-si 工艺生产的液 晶面板稳定性 好不易出现故
障
响应速度快：si工艺生产的 液晶面板响应 速度快适合动 态画面显示
色彩表现力强： -si工艺生产的 液晶面板色彩 表现力强适合
03 LTPS工艺介绍
LT P S 工 艺 的 原 理
LTPS（低温多晶硅）是一种半导体制造工艺主要用于制造TFT-LCD（薄膜晶体管液晶显示器）
LTPS工艺的原理是利用激光照射硅材料使其在低温下结晶形成多晶硅薄膜
多晶硅薄膜具有较高的电子迁移率可以制造出高性能的TFT（薄膜晶体管）
LTPS工艺的优点是制造出的TFT具有高响应速度、高亮度、低功耗等优点适用于制造高分辨率、 高刷新率的TFT-LCD
智能手机：LTPS工 艺广泛应用于智能 手机的显示屏具有 高亮度、高对比度、 低功耗等优点。
平板电脑：LTPS工艺 在平板电脑上也有广 泛应用可以提高显示 效果和降低功耗。
笔记本电脑：LTPS工 艺在笔记本电脑上也 有应用可以提高显示 效果和降低功耗。
车载显示屏：LTPS工 艺在车载显示屏上也 有应用可以提高显示 效果和降低功耗。
LTPS制程与技术发展精品资料
• 再將不純物的原子導入，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)
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)等金屬導電膜為主
• 製程以濺鍍法為主流
• 低電壓的對策
– 使啟動電壓減低，唯一方法是開發出新的驅動法並 使驅動電壓減低
• 頻率減低的對策
– 使相對應於影像畫面產生變化，促使驅動頻率變化， 達到低耗電化
陣列電路設計(4)
• 以一般TFT通道寬度(52μm)和通道長度 (12μm)，及閘氧化膜的厚度tox=3,500A為 代表性元件。
陣列電路製程(1)
• 一定尺寸規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)
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)
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)裝置和低壓化學氣相沉積(Low Pressure Chemical Vapor Deposition，LPCVD)裝置，將α-Si薄膜堆積於上
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 – 完美的系統整合
LTPS TFT LCD的前段製程
陣列電路設計(1)
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
LTPS-TFT LCD技术的发展
LTPS-TFT LCD最高技术是做到System on Panel，第1代LTPS-TFT LCD利用内建驱动电路和高性能画素晶体管而达到高分辨率和 高亮度效果，已使得LTPS-TFT LCD和a-Si产生极大差别。 第2代LTPS-TFT LCD透过电路技术之进步，由模拟式接口进入数 字式接口，降低耗电。此代LTPS-TFT LCD载子迁移率是a-Si TFT 100倍，电极图案线宽是4μm左右，尚未充分活用LTPS-TFT LCD 特性。 第3代LTPS-TFT LCD在周边大规模集成电路(LSI)整合比第2代更 完备，其目的是：(1)没有周边零件可使模块更轻薄，也可以减 少零件数量和组装工时；(2)简化信号处理可降低电力消耗；(3) 搭载内存可让消耗电力降至最低。 由于LTPS-TFT LCD液晶显示器具有高分辨率、高色彩饱和度、 成本低廉的优势，被寄予厚望成为新一波的显示器。藉由其高 电路整合特性与低成本的优势，在中小尺寸显示面板的应用上 有着绝对的优势。Βιβλιοθήκη 低温多晶硅特性
1、LTPS-TFT LCD具有高分辨率、反应速度快、高亮度、高开口率等优 点，加上由于LTPS-TFT LCD的硅结晶排列较a-Si有次序，使得电子移动 率相对高100倍以上，可以将外围驱动电路同时制作在玻璃基板上， 达到系统整合的目标、节省空间及驱动IC的成本。 2、由于驱动IC线路直接制作于面板上，可以减少组件的对外接点， 增加可靠度、维护更简单、缩短组装制程时间及降低EMI特性，进而 减少应用系统设计时程及扩大设计自由度。 3LTPS屏幕是通过对传统非晶硅（a-Si）TFT-LCD面板增加激光处理制 程来制造的，元件数量可减少40%，而连接部分更可减少95%，极大 的减少了产品出现故障的几率。这种屏幕在能耗及耐用性方面都有极 大改善，水平和垂直可视角度都可达到170度，显示响应时间达12ms， 显示亮度达到500尼特，对比度可达500：1。
LTPS
简介
低温多晶硅技术LTPS（Low Temperature Poly-silicon）最初是日本北美 的技术企业为了降低Note-PC显示屏的能耗，令Note-PC显得更薄更轻 而研发的技术，大约在九十年代中期这项技术开始走向试用阶段。
低温多晶硅(Low Temperature Poly-silicon；简称LTPS)薄膜晶体管液晶 显示器是在封装过程中，利用准分子镭射作为热源，镭射光经过投射 系统后，会产生能量均匀分布的镭射光束，投射于非晶硅结构的玻璃 基板上，当非晶硅结构玻璃基板吸收准分子镭射的能量后，会转变成 为多晶硅结构，因整个处理过程都是在600℃以下完成，故一般玻璃 基板皆可适用。
p-Si TFT目前存在两个问题
一是TFT的关态电流(即漏电流)较大 (Ioff=nuVdW/L)； 二是高迁移率p-Si材料低温大面积制备较困 难，工艺上存在一定的难度。
低温p-Si驱动器的集成方式主要有三种
一是扫描和数据开关的混合集成方式，即行电路集成在一起，开关及 移位寄存器集成在列电路内，多路寻址驱动器和放大器等用继承电路 外接在平板显示屏上； 二是所有驱动电路全集成在显示屏上； 三是驱动和控制电路均集成在显示屏上。