TFT工藝分類& LTPS原理
FPD中常見的幾種 TFT� Table I1所示�
a-Si一般用于低端中小尺寸或大型� TFT-LCD面板的制�, � LTPS則主要用于中小尺寸高分辨率的 TFT-LCD� AMOLED面板的制� , 最� Oxide TFT則主� 用于大尺� AMOLED面板的制� (3)�
Table I1 Type of TFT in FDP(3)
LTPS 全稱為低溫多晶硅 (Low Temperature Polycrystalline Silicon)為中小尺寸高分辨率的 TFT-LCD� AMOLED顯示屏的關鍵工藝�
與傳統A-Si技術相� , LTPS雖然工藝復雜 , 但是因為 LTPS上載流子傳輸速度有大幅的提高 , 則驅動電路和模組體積可以更小并最終達到減少器件的作用�
LTPS最終的目標是實� System On Glass(SOG)效果 , 即通過 LTPS工藝直接在玻璃基板上制作所有的系統電路� SONY� SOG方向做了很多研究工作�
根據LTPS的制作方式可以分為CMOS� PMOS技術：
• CMOS：驅動部分電路為n–MOS和p–MOS構成, 無外部IC但一般需�9次Mask�
• PMOS：驅動部分電路為p–MOS構成需部分IC, 一般需�5次Mask�
� CMOS技術相� , PMOS結構更為簡單 , 只集成部分周邊電� , 工程理論上可以簡化到 a-Si的水平� 雖然LTPS� Mask數量理論上為 5-9次�
LTPS 工藝流程可以簡化� Fig I3�
Fig I3 簡易流程(3)
脫氫時為了減少在晶化過程時因為H 含量過多, 而多晶硅表面粗糙度、顆粒大小及質量下降。一般要求制作LTPS 層前的a-Si 層含H 量要小于2%。一般PECVD 含有10-15%的H。主要的脫H方式�(3)�
• 批處�(Batch)：在430℃下, N2 環境中進行1Hour 熱處理方式將H 含量降到2%以下�
• 準分子激光發：先照射100W 以下的準分子激�, 去除薄膜內氫�, 期后再增加激光能�, 使薄膜結晶。該方式不需要加�, 但是會降低準分子激光設備的利用率�
LTPS 晶化�4 種形�(Table I2) (3) �
• 固相晶化�(SPC：Solid Phase Crystallization), 如LG Display E2�
• 金屬誘導橫向晶化�(MIC/MILC：Metal Induced(Lateral) Crystallization)�
• 準分子激光退火法(ELA：Excimer Laser Annealing), 如BOE B2、AUO L3D 和L4B、LG DisplayE3 和Samsung Display A1-A4�
• 循序性橫向晶�(SLS：Sequential Lateral Solidification)�
現有的LTPS 工藝為LDD(Light Doped Drains)方式, 即在硅結晶后對溝道進行輕參雜。即需要對溝道進行參雜和離子注入�
在離子注入到薄膜內部后會對薄膜的晶格結構產生破壞, 使得薄膜內部呈現非導電性質�
則為了恢復完整的晶格與降低面電組, 需要進行激活處理以修復基板的應力和缺陷�
Table I2 LTPS 晶化方式(3)
Table I3 離子注入(3)
Table I4 離子激�(3)
Basics of LTPS-ELA Equipment
ELA 為現有主流LTPS 制作工藝, 并逐漸被各大生產廠商所采用。采用ELA 方式制作LTPS 的TFT�, 必須使用ELA 激光結晶爐(MILC 則需要MILC 金屬誘導結晶�)。ELA 激光結晶爐產業鏈如Fig I4所示�
Fig I4 ELA 激光結晶路產業�
AP System 主要供應Samsung Display、PRI 和JSW 供貨給LG Display 而中國BOE 主要采購APSystem 的設備。Coherent (亦稱為相干公�)作為核心器件的供應商(激光光源和光學鏡片供應�)則處于價值鏈的頂端�
目前截至�2017 年年中為�, Coherent 在全球ELA 準分子激光退火設備所需的準分子激光源供應商處�100%壟斷地位。而且因為ELA 中光學設備為消耗品, 所以需要持續性更換�
由此可見在ELA 設備生產價值鏈�, Coherent 公司作為耗材供應�, 其在不僅有較強的溢價能力的同�, 亦有較強的持續盈利能力�
LTPS: ELA 工藝的時�(Tack Time)除去技術挑戰外還取決于ELA 工藝的時間。ELA 工藝的時間與激光光源的長度有一定的關系。截至到2017 年年�, Coherent 公司主要提供5 種長度的激光光源設�(LineBeam)�
據傳處于行業競爭的考慮, Samsung Display 與Coherent 公司簽有壟斷排他性協�(2), 即Coherent 公司僅能向Samsung Display 提供LineBeam 1500 系列激光光�(有效激光長�1500 mm, �2000 萬美�), 而其他公司僅能拿到LineBeam 1300 及其以下的型號�
可見�6 �(1500 mm × 1800 mm)�6.5 �(1500 mm × 1850 mm)上生產LTPS 面板�, 由于壟斷的優�, Samsung Display 通過采用LineBeam 1500 一次結晶的方式簡化生產工藝且提高良率的同時, 降低了生產成本�
而其他的廠商由于激光光源供應限�, 不得不采取多次ELA 工藝結晶方法制作LTPS 面板, 多次結晶不僅僅帶來的生產效率下降, 玻璃移動和重新對位亦有可能造成良率的下降�
Fig I5 Coherent LineBeam 產線� ELA 激光設�(1)
Table I5 Coherent LineBeam 產線� ELA 激光設備參�(1)
1. LineBeam, Coherent, https://www.coherent.com/lasers/laser/linebeam (2017)
2. Coherent Reports Massive ELA System orders for OLED makers in Korea, Japan and China, OLED-infor,Jan 30th, https://mram-info.oled-info.com/coherent-reports-massive-ela-system-orders-oled-makers-koreajapan-and-china (2016)
3. 申智�, TFT-LCD 技�:結構、原理及制造技�1st Edition, ISBN 978-7-121-15335-8 (2012)#p#分頁標題#e#
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