LTPS工藝流程與技術課件

LTPS工藝流程與技術AMOLEDZhaoBenGangLTPS工藝流程與技術AMOLEDa-Si<PS,andprocessKeyprocessofLTPS

LTPSprocessflow目錄2a-Si<PS,andprocessKeypLTPS:LowTemperaturePoly-Silicona-Si<PS,andprocess3LTPS:LowTemperaturePoly-Sil44a-SiTFT<PSTFT5a-SiTFT<PSTFT56677LTPS&OLED8LTPS&OLED89910101111+doping12+doping12KeyprocessofLTPS13KeyprocessofLTPS13CVD技術14CVD技術141515去氫工藝去氫工藝:

高溫烘烤;快速熱退火;高溫腔體或低能量激光去氫FTIR檢測氫含量16去氫工藝去氫工藝:FTIR檢測氫含量16緩沖層作用:1.防止玻璃中的金屬離子(鋁,鋇,鈉等)在熱工藝中擴散到LTPS的有源區(qū),通過緩沖層厚度或沉積條件可以改善多晶硅背面的質量;2.有利于降低熱傳導,減緩被激光加熱的硅冷卻速率,利于硅的結晶17緩沖層作用:17SiO2,SiO2/SiNx18SiO2,SiO2/SiNx18四乙氧基硅烷19四乙氧基硅烷19

highcost20highcost20TEOSoxide具有低針孔密度，低氫氧含量，良好的臺階覆蓋性。21TEOSoxide具有低針孔密度，低氫氧含量，良好的臺階覆SiNx:

1.具有高的擊穿電壓特性

2.具備自氫化修補功能

3.與多晶硅的界面存在過多的缺陷和陷阱，易產生載流子捕獲缺陷和閾值電壓漂移，可通過SiO2/SiNx克服絕緣層選擇廣泛應用于非晶硅柵絕緣層SiO2:

1.臺階覆蓋性

2.與多晶硅界面匹配,應力匹配22SiNx:絕緣層選擇廣泛應用于非晶硅柵絕緣層SiO2:22一般采用SiNx，SiO2,而SiO2/SiNx結構可以得到良好的電學特性，和氫化效果23一般采用SiNx，SiO2,而SiO2/SiNx結構可以得到2424結晶技術25結晶技術25ELA(ExcimerLaserAnnel)Sony公司提出，現在大部分多晶硅TFT公司采用linebeam工藝。LineBeamScanmode現在技術：XeF26ELA(ExcimerLaserAnnel)Sony公晶化效果a-SiP-Si27晶化效果a-SiP-Si27PartiallymeltingregimeNear-completemeltingregimeMechanismofELACompletemeltingregime28PartiallymeltingregimeNear-cMIC&MILC(MetalInducedLateralCrystallization)29MIC&MILC(MetalInducedLateraSPC（solidphasecrystallization）30SPC（solidphasecrystallizatioSPCSPCELA晶粒：200-300nm31SPCSPCELA晶粒：200-300nm31Comparisonofdifferentbackplane32Comparisonofdifferentbackpl離子注入技術V族元素(P,As,Sb)III族元素(B,Al,Ga)提供電子,形成N型半導體提供空穴,形成P型半導體半導體摻雜:PH3/H2,B2H6/H233離子注入技術V族元素(P,As,Sb)III族元素(B,離子注入機離子束呈細線狀或點狀,難以得到大的電流束,采取掃描方式注入,產能低;通過質量分析裝置控制注入劑量,均勻度2%離子云注入機離子束線狀,電流束較長,產能較高,成本低;通過法拉第杯控制注入劑量,均勻度5%34離子注入機離子束呈細線狀或點狀,難以得到大的電流束,采取掃描LDD方塊電阻小于10K歐姆/□方塊電阻40K---100K歐姆/□35LDD方塊電阻小于10K歐姆/□方塊電阻40K---100KLDD作用：抑制“熱載流子效應”

以較低的注入量在源極/漏極端與溝道之間摻雜,形成一濃度緩沖區(qū),等效串聯了一個大電阻,水平方向電場減少并降低了電場加速引起的碰撞電離產生的熱載流子幾率注入劑量過少則造成串聯電阻過高,使遷移率下降;注入劑量過多則會失去降低漏極端邊緣電場強度的功能.LDD36LDD作用：抑制“熱載流子效應”LDD363737RepairbrokenbondsdamagediniondopingIncreaseconductanceofdopingarea38Repairbrokenbondsdamagedin氫化處理的目的多晶硅晶粒間存在粒界態(tài)，多晶硅與氧化層間存在界面態(tài)，影響晶體管電性。氫化處理以氫原子填補多晶硅原子的未結合鍵或未飽和鍵，粒界態(tài)，氧化層缺陷，以及界面態(tài)，來減少不穩(wěn)態(tài)數目，提升電特性：遷移率，閾值電壓均勻性等。氫化處理方法

1.等離子體氫化法：利用含氫的等離子體直接對多晶體和氧化層做處理

2.固態(tài)擴散法：SiNx薄膜作為氫化來源，特定溫度烘烤使氫原子擴散進入多晶體和氧化層

氫化工藝39氫化處理的目的氫化處理方法氫化工藝3940404141LTPS的主要設備TEOSCVD激光晶化設備離子注入機快速熱退火設備ICP-干刻設備HF清洗機PVD光刻機濕刻設備干刻設備CVD共用產線設備LTPS設備42LTPS的主要設備TEOSCVD激光晶化設備離子注入機快速OLED蒸鍍封裝離子注入機AOI快速熱退火設備激光晶化設備磨邊清洗機43OLED蒸鍍封裝離子注入機AOI快速熱退火設備激光晶化設備4444FFS(Fringe-FieldSwitching)&IPS(In-PlaneSwitching)45FFS(Fringe-FieldSwitching)<PS-TNLTPS-OLEDLTPS-IPS2022/12/2346LTPS-TNLTPS-OLEDLTPS-IPS2022/1GateActiveSDPassivationITOPixelPoly（多晶硅刻蝕）CHD（溝道摻雜）M1（gate層）ND（n+摻雜）PD（p+摻雜）M2（SD層）PV（passivation）Via1（過孔1）RE（反射電極）PDL（像素定義層）Spacera-Si工藝Via2（平坦化層）Poly（多晶硅刻蝕）CHD（溝道摻雜）M1（gate層）ND（n+摻雜）PD（p+摻雜）M2（SD層）PV2（passivation）Via1（過孔1）ITO1Via2（平坦化層）ITO2LTPS-IPSLTPS-OLED47GateActiveSDPassivationITOPix玻璃基板Glass玻璃投入清洗

LTPSprocessflow預處理48玻璃基板Glass玻璃投入清洗LTPSprocessfRTASystemOverview

Model：YHR-100HTCSTPort（3個）CSTRobot（1個）Chamber（2個）Coolingstage（4層）49RTASystemOverviewModel：YHR沉積緩沖層\有源層GlassPECVD緩沖層+有源層有源層緩沖層去氫防止氫爆清洗50沉積緩沖層\有源層GlassPECVD緩沖層+有源層有源層緩多晶硅晶化Glass晶化多晶硅測量XRD,RAMAN,SEM,AFM,MIC,UVSLOPESpinclean51多晶硅晶化Glass晶化多晶硅測量XRD,RAMAN,SEMP-Si刻蝕(mask1)Glass光刻DriverareaPixelareaP-channelN-channel干刻P-Si去膠52P-Si刻蝕(mask1)Glass光刻DriverarP-Si刻蝕(mask1)Taper4953P-Si刻蝕(mask1)Taper4953PR溝道摻雜(mask2)B+P-channelN-channelChanneldoping光刻補償vthGlassDriverareaPixelareaP-channelN-channel去膠54PR溝道摻雜(mask2)B+P-channelN-chan溝道摻雜55溝道摻雜55PRN+摻雜(mask3)GlassP-channelN-channelPHX+N+doping第3次光刻灰化去膠DriverareaPixelarea56PRN+摻雜(mask3)GlassP-channelNN+摻雜(mask3)57N+摻雜(mask3)57GATEInsulatorPECVDGIDriverareaPixelareaP-channelN-channelSpin清洗Glass58GATEInsulatorPECVDGIDriveraPRPRPRPRGate層（mask4）GlassGate成膜DriverareaPixelareaP-channelN-channelSpin清洗光刻PR59PRPRPRPRGate層（mask4）GlassGateGate刻蝕(干刻)DriverareaPixelareaGlassP-channelN-channelECCP干刻去膠60Gate刻蝕(干刻)DriverareaPixelaGate刻蝕(干刻)Taper53GIloss~350ATaper46GIloss~0A61Gate刻蝕(干刻)Taper53GIloss~350LDD摻雜Gate掩膜PHX+LDDDopingLDDDopingP-channelN-channelLDDGlassDriverareaPixelarea62LDD摻雜Gate掩膜PHX+LDDDopingLDDPR

PRGlassB+DopingP-channelN-channelP+摻雜(mask5)P+doping第5次光刻灰化去膠DriverareaPixelarea63PRP+摻雜64P+摻雜64ILD成膜與活化（氫化）GlassDriverareaPixelareaP-channelN-channelBHF清洗ILD成膜活化(氫化）65ILD成膜與活化（氫化）GlassDriverareaPVia1(mask6)GlassDriverareaPixelareaP-channelN-channel光刻ICP刻蝕去膠66Via1(mask6)GlassDriverareaPi通孔刻蝕67通孔刻蝕67通孔刻蝕68通孔刻蝕68SD層(mask7)GlassDriverareaPixelareaP-channelN-channelBHF清洗SD成膜光刻ECCP干刻去膠Metalanneal69SD層(mask7)GlassDriverareaPixPower↓Ar↓成膜溫度↓SD成膜70Power↓SD成膜70SD干刻71SD干刻71Passivation層(mask8)GlassDriverareaPixelareaP-channelN-channel清洗SiNx成膜光刻ICPorRIE去膠72Passivation層(mask8)GlassDrivePassivation層73Passivation層73平坦化層(mask9)清洗涂布有機膜光刻GlassDriverareaPixelareaP-channelN-channel74平坦化層(mask9)清洗涂布有機膜光刻GlassDriv平坦化層LTPS（TN）LTPS-OLEDLTPS-IPS75平坦化層LTPS（TN）LTPS-OLEDLTPS-IPS7像素電極清洗GlassDriverareaPixelareaP-channelN-channelITO鍍膜76像素電極清洗GlassDriverareaPixel電極刻蝕(mask10)光刻去膠退火濕刻GlassDriverareaPixelareaP-channelN-channelLTPS-TNarray完成77電極刻蝕(mask10)光刻去膠退火濕刻GlassDriv反射電極清洗Ag鍍膜GlassDriverareaPixelareaP-channelN-channelITO鍍膜ITO鍍膜78反射電極清洗Ag鍍膜GlassDriverareaPix電極刻蝕(mask10)光刻去膠退火濕刻GlassDriverareaPixelareaP-channelN-channel79電極刻蝕(mask10)光刻去膠退火濕刻GlassDriv電極刻蝕(mask10)80電極刻蝕(mask10)80PDL/Spacer層(mask11/12)forOLEDGlassDriverareaPixelareaP-channelN-channel81PDL/Spacer層(mask11/12)forOLEDPDL/Spacer層(mask11/12)LTPS-OLEDarray完成82PDL/Spacer層(mask11/12)LTPS-OLEITO1電極清洗GlassDriverareaPixelareaP-channelN-channelITO1層83ITO1電極清洗GlassDriverareaPixelPV2電極清洗GlassDriverareaPixelareaP-channelN-channelSiNx84PV2電極清洗GlassDriverareaPixelITO2電極清洗GlassDriverareaPixelareaP-channelN-channelITO2layer85ITO2電極清洗GlassDriverareaPixelCell工程Module工程[信號基板］[驅動IC][ＬＣＤPanel][BLU］[LCDModule][連接電路][保護板]検査裝配綁定[LCDPanel]液晶滴下真空貼合切割［CF］［TFT基板］TFT工程成膜[膜][Glass基板][PR]塗布曝光[Mask]現像刻蝕剝離[TFT基板]重復[Glass基板]LCD工藝86Cell工程Module工程[信號基板］[驅動IC][ＬＣＤOLED-CELL-MODULEprocess730*920mm365*460mm切割87OLED-CELL-MODULEprocess730*92Q&A88Q&A88LTPS工藝流程與技術AMOLEDZhaoBenGangLTPS工藝流程與技術AMOLEDa-Si<PS,andprocessKeyprocessofLTPS

LTPSprocessflow目錄90a-Si<PS,andprocessKeypLTPS:LowTemperaturePoly-Silicona-Si<PS,andprocess91LTPS:LowTemperaturePoly-Sil924a-SiTFT<PSTFT93a-SiTFT<PSTFT5946957LTPS&OLED96LTPS&OLED897998109911+doping100+doping12KeyprocessofLTPS101KeyprocessofLTPS13CVD技術102CVD技術1410315去氫工藝去氫工藝:

高溫烘烤;快速熱退火;高溫腔體或低能量激光去氫FTIR檢測氫含量104去氫工藝去氫工藝:FTIR檢測氫含量16緩沖層作用:1.防止玻璃中的金屬離子(鋁,鋇,鈉等)在熱工藝中擴散到LTPS的有源區(qū),通過緩沖層厚度或沉積條件可以改善多晶硅背面的質量;2.有利于降低熱傳導,減緩被激光加熱的硅冷卻速率,利于硅的結晶105緩沖層作用:17SiO2,SiO2/SiNx106SiO2,SiO2/SiNx18四乙氧基硅烷107四乙氧基硅烷19

highcost108highcost20TEOSoxide具有低針孔密度，低氫氧含量，良好的臺階覆蓋性。109TEOSoxide具有低針孔密度，低氫氧含量，良好的臺階覆SiNx:

1.具有高的擊穿電壓特性

2.具備自氫化修補功能

3.與多晶硅的界面存在過多的缺陷和陷阱，易產生載流子捕獲缺陷和閾值電壓漂移，可通過SiO2/SiNx克服絕緣層選擇廣泛應用于非晶硅柵絕緣層SiO2:

1.臺階覆蓋性

2.與多晶硅界面匹配,應力匹配110SiNx:絕緣層選擇廣泛應用于非晶硅柵絕緣層SiO2:22一般采用SiNx，SiO2,而SiO2/SiNx結構可以得到良好的電學特性，和氫化效果111一般采用SiNx，SiO2,而SiO2/SiNx結構可以得到11224結晶技術113結晶技術25ELA(ExcimerLaserAnnel)Sony公司提出，現在大部分多晶硅TFT公司采用linebeam工藝。LineBeamScanmode現在技術：XeF114ELA(ExcimerLaserAnnel)Sony公晶化效果a-SiP-Si115晶化效果a-SiP-Si27PartiallymeltingregimeNear-completemeltingregimeMechanismofELACompletemeltingregime116PartiallymeltingregimeNear-cMIC&MILC(MetalInducedLateralCrystallization)117MIC&MILC(MetalInducedLateraSPC（solidphasecrystallization）118SPC（solidphasecrystallizatioSPCSPCELA晶粒：200-300nm119SPCSPCELA晶粒：200-300nm31Comparisonofdifferentbackplane120Comparisonofdifferentbackpl離子注入技術V族元素(P,As,Sb)III族元素(B,Al,Ga)提供電子,形成N型半導體提供空穴,形成P型半導體半導體摻雜:PH3/H2,B2H6/H2121離子注入技術V族元素(P,As,Sb)III族元素(B,離子注入機離子束呈細線狀或點狀,難以得到大的電流束,采取掃描方式注入,產能低;通過質量分析裝置控制注入劑量,均勻度2%離子云注入機離子束線狀,電流束較長,產能較高,成本低;通過法拉第杯控制注入劑量,均勻度5%122離子注入機離子束呈細線狀或點狀,難以得到大的電流束,采取掃描LDD方塊電阻小于10K歐姆/□方塊電阻40K---100K歐姆/□123LDD方塊電阻小于10K歐姆/□方塊電阻40K---100KLDD作用：抑制“熱載流子效應”

以較低的注入量在源極/漏極端與溝道之間摻雜,形成一濃度緩沖區(qū),等效串聯了一個大電阻,水平方向電場減少并降低了電場加速引起的碰撞電離產生的熱載流子幾率注入劑量過少則造成串聯電阻過高,使遷移率下降;注入劑量過多則會失去降低漏極端邊緣電場強度的功能.LDD124LDD作用：抑制“熱載流子效應”LDD3612537RepairbrokenbondsdamagediniondopingIncreaseconductanceofdopingarea126Repairbrokenbondsdamagedin氫化處理的目的多晶硅晶粒間存在粒界態(tài)，多晶硅與氧化層間存在界面態(tài)，影響晶體管電性。氫化處理以氫原子填補多晶硅原子的未結合鍵或未飽和鍵，粒界態(tài)，氧化層缺陷，以及界面態(tài)，來減少不穩(wěn)態(tài)數目，提升電特性：遷移率，閾值電壓均勻性等。氫化處理方法

1.等離子體氫化法：利用含氫的等離子體直接對多晶體和氧化層做處理

2.固態(tài)擴散法：SiNx薄膜作為氫化來源，特定溫度烘烤使氫原子擴散進入多晶體和氧化層

氫化工藝127氫化處理的目的氫化處理方法氫化工藝391284012941LTPS的主要設備TEOSCVD激光晶化設備離子注入機快速熱退火設備ICP-干刻設備HF清洗機PVD光刻機濕刻設備干刻設備CVD共用產線設備LTPS設備130LTPS的主要設備TEOSCVD激光晶化設備離子注入機快速OLED蒸鍍封裝離子注入機AOI快速熱退火設備激光晶化設備磨邊清洗機131OLED蒸鍍封裝離子注入機AOI快速熱退火設備激光晶化設備13244FFS(Fringe-FieldSwitching)&IPS(In-PlaneSwitching)133FFS(Fringe-FieldSwitching)<PS-TNLTPS-OLEDLTPS-IPS2022/12/23134LTPS-TNLTPS-OLEDLTPS-IPS2022/1GateActiveSDPassivationITOPixelPoly（多晶硅刻蝕）CHD（溝道摻雜）M1（gate層）ND（n+摻雜）PD（p+摻雜）M2（SD層）PV（passivation）Via1（過孔1）RE（反射電極）PDL（像素定義層）Spacera-Si工藝Via2（平坦化層）Poly（多晶硅刻蝕）CHD（溝道摻雜）M1（gate層）ND（n+摻雜）PD（p+摻雜）M2（SD層）PV2（passivation）Via1（過孔1）ITO1Via2（平坦化層）ITO2LTPS-IPSLTPS-OLED135GateActiveSDPassivationITOPix玻璃基板Glass玻璃投入清洗

LTPSprocessflow預處理136玻璃基板Glass玻璃投入清洗LTPSprocessfRTASystemOverview

Model：YHR-100HTCSTPort（3個）CSTRobot（1個）Chamber（2個）Coolingstage（4層）137RTASystemOverviewModel：YHR沉積緩沖層\有源層GlassPECVD緩沖層+有源層有源層緩沖層去氫防止氫爆清洗138沉積緩沖層\有源層GlassPECVD緩沖層+有源層有源層緩多晶硅晶化Glass晶化多晶硅測量XRD,RAMAN,SEM,AFM,MIC,UVSLOPESpinclean139多晶硅晶化Glass晶化多晶硅測量XRD,RAMAN,SEMP-Si刻蝕(mask1)Glass光刻DriverareaPixelareaP-channelN-channel干刻P-Si去膠140P-Si刻蝕(mask1)Glass光刻DriverarP-Si刻蝕(mask1)Taper49141P-Si刻蝕(mask1)Taper4953PR溝道摻雜(mask2)B+P-channelN-channelChanneldoping光刻補償vthGlassDriverareaPixelareaP-channelN-channel去膠142PR溝道摻雜(mask2)B+P-channelN-chan溝道摻雜143溝道摻雜55PRN+摻雜(mask3)GlassP-channelN-channelPHX+N+doping第3次光刻灰化去膠DriverareaPixelarea144PRN+摻雜(mask3)GlassP-channelNN+摻雜(mask3)145N+摻雜(mask3)57GATEInsulatorPECVDGIDriverareaPixelareaP-channelN-channelSpin清洗Glass146GATEInsulatorPECVDGIDriveraPRPRPRPRGate層（mask4）GlassGate成膜DriverareaPixelareaP-channelN-channelSpin清洗光刻PR147PRPRPRPRGate層（mask4）GlassGateGate刻蝕(干刻)DriverareaPixelareaGlassP-channelN-channelECCP干刻去膠148Gate刻蝕(干刻)DriverareaPixelaGate刻蝕(干刻)Taper53GIloss~350ATaper46GIloss~0A149Gate刻蝕(干刻)Taper53GIloss~350LDD摻雜Gate掩膜PHX+LDDDopingLDDDopingP-channelN-channelLDDGlassDriverareaPixelarea150LDD摻雜Gate掩膜PHX+LDDDopingLDDPR

PRGlassB+DopingP-channelN-channelP+摻雜(mask5)P+doping第5次光刻灰化去膠DriverareaPixelarea151PRP+摻雜152P+摻雜64ILD成膜與活化（氫化）GlassDriverareaPixelareaP-channelN-channelBHF清洗ILD成膜活化(氫化）153ILD成膜與活化（氫化）GlassDriverareaPVia1(mask6)GlassDriverareaPixelareaP-channelN-channel光刻ICP刻蝕去膠154Via1(mask6)GlassDriverareaPi通孔刻蝕155通孔刻蝕67通孔刻蝕156通孔刻蝕68SD層(mask7)GlassDriverareaPixelareaP-channelN-channelBHF清洗SD成膜光刻ECCP干刻去膠Metalanneal157SD層(mask7)GlassDriverareaPixPower↓Ar↓成膜溫度↓SD成膜158Power↓SD成膜70SD干刻159SD干刻71Passivation層(mask8)GlassDriverareaPixelareaP-channelN-channel清洗SiNx成膜光刻ICPorRIE去膠160Passivation層(mask8)GlassDrivePassivation層161Passivation層73平坦化層(mask9)清洗涂布有機膜光刻GlassDriverareaPixelareaP-channelN-channel