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低温多晶硅TFT

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-07-02 原文发表:2007-07-02 人气:30

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摘要人类正在进入信息时代，在这一时代，作为显示技术，薄膜晶体管液晶显示（TFT-LCD）越来越被市场看好，因为该技术具有低功耗，高分辨率等优点。TFT-LCD可分为非晶硅（a-si）与多晶硅（p-si）以及单晶硅（s-si）等型，相比之下，p-siTFT-LCD更能克服电源的不稳定以及对大规模集成电路（LSL）的依赖，从而能大大降低成本，所以p-si TFT-LCD成了目前研制与开发LCD的主流。

一、前言

依据加工的温度，p-si TFT又可分为低温与高温TFT（LTPS-TFT与HTPS-TFT）两类。由于加工的温度不同，用它们制作的TFT-LCD便有着如表1所示的差异。从表1可以得知LTPS TFT-LCD器件要比HTPS TFT-LCD器件具有更低的成本，更简明的工艺和更大的应用范围，因而近来得到了广泛的研究与发展。

表1 LTPS与HTPS TFT-LCD的比较

二、LTPS TFT-LCD技术的回顾

对LTPS TFT-LCD技术的研究起始于上世纪80年代中期：1984年，4.32cm屏对角线的产品问世;1996年，6.35cm屏对角线的产品问世；1998年，日本东芝公司开始批量生产LTPS TFT-LCD器件，其尺寸已达38.1cm，分辨率也达到了UXGA级。

表2 两种门结构的TFT

三、LTPS TFT-LCD器件的基本结构

LTPS TFT-LCD器件多为等平面金属氧化物半导体（CMOS）式的（图1）。之所以采用这种结构，是因为它具有高速、低功耗以及设计余地大等优点。这种结构是以离子注入形成能自动与门校准的信号源与道沟；其道沟是浅注入道沟，能够通过减少沟边电场来提高可靠性。对通道则施加调节电路所需的阀值电压。器件的门绝缘层是以等离子体化学气相沉积（PE-CVD）法制作的。在其下涂有SiN/SiO2层，用于阻止Na由基底玻璃的扩散，门材料为钨钡合金，具有P=12μΩ/cm的低电阻。

图1 两种LTPS TFT的结构

LTPS TFT-LCD器件有底门结构与顶门结构两种类型。顶门结构的TFT与大规模集成电路晶体管十分相似。由于它的表面与道沟重选，故其寄生电客可通过门自校准减至最小，从而使功耗降低，并在进行ELA（激发激充焙烧）工艺时能较容易地得到均匀的p-si TFT；而底门结构却因需要确保其介电性与可靠性而难以形成门绝缘层，从而会造成p-si表面的污染。表2是两种门结构TFT的对比。它表明，顶门TFT易于取得高电子—空穴场效应范围；并且它不象TFT那样要制作一小于20度斜角锥金属门电极，从而需在角锥区对a-si膜再晶化并连续改变通道区p-si膜颗粒的尺寸，所以难以控制实施ELA的条件。因而在所有性能上，顶门TFT均要优于底门TFT，所以在未来顶门结构为LTPS TFT的主流结构。

图2 两种门结构的LTPS-LCD工艺流程

四、LTPS TFT-LCD的工艺状况与发展

图2是两种门极结构的LTPS TFT-LCD制作工艺流程，本文将在以后各节作讨论。

4.1 PECVD工艺

在制作LTPS TFT-LCD器件中，PECVD工艺用于在基底上制作a-si预置膜。这种方法适合于批量生产LTPS TFT-LCD器件。目前使用的PECVD设备已经发展到第四代。在这一过程中，制作的a-si以及SiN膜的均匀度与质量均有了较大的提高。但是各代设备的投资效益却呈下降趋势（表3）。目前正通过改进等离子体曝射、催化CVD法、免脱氧工艺等方法来提高投资效益。

表3 各代PECVD设备的投资效益

4.2 ELA工艺

ELA工艺在制作LTPS TFT-LCD器件时，主要是用于对p-si薄膜进行晶化，而良好的p-si膜是制备高性能器件的必要条件之一。晶化是通过改变粒度尺寸来改进p-si膜的表面形态并提高其场效应迁移率进行的；目前的ELA工艺已取得了400cm2/N秒以上的迁移率。但采用这种方法时，迁移率的提高受限于表面之颗粒边界发生的溅射，故需进一步改进P道沟的性能。

对于不同尺寸的基底实施ELA工艺所取得的生产率是不同的（表4）。ELA工艺的产品质量还与其功率与光束的波长有关（图3）。目前的ELA工艺采用的多为准分子激光器，其能量被控制在530～670mJ。采用涂铬玻璃基底有助于制作均匀的p-si薄膜;但要制作高度均匀的薄膜，则需要提高准分子激光峰值间的能量稳定性。可用于对p-si薄膜进行晶化的方法还有MIC（金属诱化晶化）、SPC（固相晶化）等方法，因在制作LTPS TFT之p-si薄膜方面不如ELA工艺使用得那样普遍，故不赘述。

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