LTPS工艺流程与技术课件

1、LTPS工艺流程与技术AMOLEDZhao Ben Ganga-Si & LTPS, and processKey process of LTPS LTPS process flow目录2LTPS :Low Temperature Poly-Silicona-Si & LTPS, and process34a-Si TFT& LTPS TFT567LTPS&OLED891011+ doping12Key process of LTPS13CVD技术1415去氢工艺去氢工艺: 高温烘烤;快速热退火;高温腔体或低能量激光去氢FTIR检测氢含量16缓冲层作用:1.防止玻璃中的金属离子(铝,钡,钠等)

2、在热工艺中扩散到LTPS的有源区,通过缓冲层厚度或沉积条件可以改善多晶硅背面的质量;2.有利于降低热传导,减缓被激光加热的硅冷却速率,利于硅的结晶17SiO2, SiO2/SiNx18四乙氧基硅烷 19 high cost20TEOS oxide具有低针孔密度，低氢氧含量，良好的台阶覆盖性。21SiNx: 1.具有高的击穿电压特性 2.具备自氢化修补功能 3.与多晶硅的界面存在过多的缺陷和陷阱，易产生载流子捕获缺陷和 阈值电压漂移，可通过SiO2/SiNx克服绝缘层选择广泛应用于非晶硅栅绝缘层SiO2: 1.台阶覆盖性 2.与多晶硅界面匹配, 应力匹配22一般采用SiNx，SiO2,而SiO2

3、/SiNx结构可以得到良好的电学特性，和氢化效果2324结晶技术25ELA (Excimer Laser Annel)Sony公司提出，现在大部分多晶硅TFT公司采用line beam工艺。Line Beam Scan mode现在技术：XeF 26晶化效果a-SiP-Si27Partially melting regimeNear-complete melting regimeMechanism of ELAComplete melting regime28MIC&MILC (Metal Induced Lateral Crystallization)29SPC（solid phase cr

4、ystallization）30SPCSPCELA晶粒：200-300nm31Comparison of different backplane32离子注入技术V族元素(P ,As, Sb)III族元素(B, Al, Ga)提供电子,形成N型半导体提供空穴,形成P型半导体半导体掺杂:PH3/H2,B2H6/H233离子注入机离子束呈细线状或点状,难以得到大的电流束,采取扫描方式注入,产能低;通过质量分析装置控制注入剂量,均匀度2%离子云注入机离子束线状, 电流束较长, 产能较高,成本低;通过法拉第杯控制注入剂量,均匀度5%34LDD方块电阻小于10K欧姆/方块电阻40K-100K欧姆/35LD

5、D作用：抑制“热载流子效应” 以较低的注入量在源极/漏极端与沟道之间掺杂,形成一浓度缓冲区,等效串联了一个大电阻,水平方向电场减少并降低了电场加速引起的碰撞电离产生的热载流子几率 注入剂量过少则造成串联电阻过高,使迁移率下降;注入剂量过多则会失去降低漏极端边缘电场强度的功能.LDD3637Repair broken bonds damaged in ion doping Increase conductance of doping area38氢化处理的目的 多晶硅晶粒间存在粒界态，多晶硅与氧化层间存在界面态，影响晶体管电性。氢化处理以氢原子填补多晶硅原子的未結合鍵或未飽和鍵，粒界态，氧化层缺

6、陷，以及界面态，来减少不稳态数目，提升电特性：迁移率，阈值电压均匀性等。氢化处理方法 1.等离子体氢化法：利用含氢的等离子体直接对多晶体和氧化层做 处理 2.固态扩散法：SiNx薄膜作为氢化来源，特定温度烘烤使氢原子扩散进入多晶体和氧化层 氢化工艺394041LTPS的主要设备TEOS CVD激光晶化设备离子注入机快速热退火设备ICP-干刻设备HF清洗机PVD光刻机湿刻设备干刻设备CVD共用产线设备LTPS设备42OLED 蒸镀封装离子注入机AOI快速热退火设备激光晶化设备磨边清洗机4344FFS( Fringe-Field Switching )&IPS(In-Plane Switching

7、) 45LTPS-TNLTPS-OLEDLTPS-IPS2022/7/2346GateActiveSDPassivationITO PixelPoly（多晶硅刻蚀）CHD（沟道掺杂）M1 （gate层）ND（n+掺杂）PD（ p+掺杂）M2 （SD层）PV （passivation）Via 1（过孔1）RE（反射电极）PDL（像素定义层）Spacera-Si 工艺Via 2 （平坦化层）Poly（多晶硅刻蚀）CHD（沟道掺杂）M1 （gate层）ND（n+掺杂）PD（ p+掺杂）M2 （SD层）PV 2（passivation）Via 1（过孔1）ITO1Via 2 （平坦化层）ITO2LTP

8、S-IPSLTPS-OLED47玻璃基板Glass玻璃投入清洗 LTPS process flow预处理48RTA System Overview Model：YHR-100HTCST Port（3个）CST Robot（1个）Chamber （2个）Cooling stage（4层）49沉积缓冲层有源层GlassPECVD缓冲层+有源层有源层缓冲层去氢防止氢爆工艺材料工艺条件Remark缓冲层PECVD SiNx/SiO2有源层PECVD a-Si去氢PECVD heat chamber清洗50多晶硅晶化Glass晶化多晶硅测量XRD,RAMAN,SEM,AFM,MIC,UV SLOPESp

9、in clean工艺材料工艺条件RemarkSpin clean O3water、BHF、CO2water、H2waterELAXeF(351nm)51P-Si刻蚀(mask1)Glass 光刻Driver areaPixel areaP-channelN-channel干刻P-Si去胶工艺材料工艺条件RemarkP-Si刻蚀p-Si450- 50052P-Si刻蚀(mask1)Taper 4953PR沟道掺杂(mask2)B+P-channelN-channelChannel doping光刻补偿vth工艺材料工艺条件Channel doping1.B+掺杂 n沟道2.根据Vth结果，调整掺

10、杂类型与区域Glass Driver areaPixel areaP-channelN-channel去胶54沟道掺杂55PRN+ 掺杂(mask3)Glass P-channelN-channelPHX+工艺材料工艺条件remarkN+ dopingPHx+Ion implantingDose：11014 -51014(ion/ cm2)薄层电阻：103-104/PHOTO PR peelingN+ doping第3次光刻灰化去胶Driver areaPixel area56N+ 掺杂(mask3)57GATE InsulatorPECVD GIDriver areaPixel areaP-

11、channelN-channel工艺材料工艺条件Spin cleanO3water、BHFGATEInsulatorPECVD SiO2(或SiO2/SiNx双层结构）Spin 清洗Glass 58PRPRPRPRGate层（mask4）Glass Gate 成膜Driver areaPixel areaP-channelN-channel工艺材料工艺条件Spin cleanO3water、BHFGATEMoNbSpin 清洗光刻PR59Gate 刻蚀(干刻)Driver areaPixel area工艺材料工艺条件Remark GATEMoNbGlass P-channelN-channel

12、ECCP干刻去胶60Gate 刻蚀(干刻)Taper 53GI loss350ATaper 46GI loss0A61LDD掺杂 Gate掩膜PHX+LDD DopingLDD DopingP-channelN-channel工艺材料工艺条件厂商LDDPHx+Ion implantingDose：11013 -51013(ion/ cm2)薄层电阻：104-105/LDDGlass Driver areaPixel area62PR PRGlass B+ DopingP-channelN-channelP+ 掺杂(mask5)工艺材料工艺条件remarkP+ dopingB+Ion impla

13、ntingDose：1014 -1015(ion/ cm2)薄层电阻： 103 -104/共4次掺杂：Channel doping、LDD、N+ doping、P+ dopingP+ doping第5次光刻灰化去胶Driver areaPixel area63P+ 掺杂64ILD成膜与活化（氢化）Glass Driver areaPixel areaP-channelN-channelBHF清洗ILD成膜活化(氢化）工艺材料工艺条件厂商ILD成膜 SiNx/SiO23000/3000，SiNx/(SiH4,NH3,N2)SiO2(SiH4,N2O)活化 (氢化）活化：600 1-3分钟氢化：3

14、80 -420，30分钟65Via1(mask6)Glass Driver areaPixel areaP-channelN-channel光刻ICP刻蚀去胶工艺材料工艺条件厂商通孔刻蚀 SiO2/SiNx/SiO21000/3000/3000（ P-Si过孔深7000， gate 过孔深6000)66通孔刻蚀67通孔刻蚀68SD层(mask7)Glass Driver areaPixel areaP-channelN-channelBHF清洗SD成膜光刻ECCP干刻工艺材料工艺条件Remark SD成膜 Ti-纯Al-Ti PVD100/200 300/4000/700 台阶覆盖性，腐蚀问题

15、，接触电阻,hillock;SD干刻Metal anneal 350 40min去胶Metal anneal69PowerAr 成膜温度SD成膜70SD 干刻71Passivation层(mask8)Glass Driver areaPixel areaP-channelN-channel清洗SiNx成膜光刻ICP or RIE工艺材料工艺条件Remark 平坦化层 SiNx(mask9) CVD200 3000RIE均可实现SiNx与Ti选择比去胶72Passivation层73平坦化层(mask9)工艺材料工艺条件Remark 平坦化层 有机膜(mask10)Anneal后2.0um JS

16、R PC405G清洗涂布有机膜光刻Glass Driver areaPixel areaP-channelN-channel74平坦化层LTPS（TN）LTPS-OLEDLTPS-IPS75像素电极清洗工艺材料工艺条件Remark 反射电极 ITOGlass Driver areaPixel areaP-channelN-channelITO镀膜76电极刻蚀(mask10)光刻去胶工艺材料工艺条件Remark 反射电极刻蚀 ITOITO:草酸ITO 残留CD loss退火湿刻Glass Driver areaPixel areaP-channelN-channelLTPS-TN array 完

17、成77反射电极清洗Ag镀膜工艺材料工艺条件Remark 反射电极 ( ITOAg ITO) Ag: PVD400: 1000 ITO PVD400: 150 ITO:粗糙度与功函数,均匀性 ITO/Ag/ITO一次刻蚀Glass Driver areaPixel areaP-channelN-channelITO镀膜ITO镀膜78电极刻蚀(mask10)光刻去胶工艺材料工艺条件Remark 反射电极刻蚀 ( ITOAg ITO)ITO:草酸Ag:铝酸ITO 残留CD loss退火湿刻Glass Driver areaPixel areaP-channelN-channel79电极刻蚀(mask10)80PDL/Spacer层(mask11/12)for OLED工艺材料工艺条件Remark PDL层spacer PIPDL层1.0-1.5umSpacer：1.5um PI材料，用两张mask实现，后续考虑用half tone maskGlass Driver areaPixel areaP-channelN-channel81PDL/Spacer层(mask11/12)LTPS-OLED array 完成82ITO1电极清洗Glass Driver areaPixel areaP-channelN-channelITO1层83PV2电极清洗Glass Driver area