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　　TFT工藝分類& LTPS原理

　　FPD中常見的幾種 TFT如 Table I1所示。

　　a-Si一般用于低端中小尺寸或大型的 TFT-LCD面板的制作, 而 LTPS則主要用于中小尺寸高分辨率的 TFT-LCD和 AMOLED面板的制作 , 最后 Oxide TFT則主要 用于大尺寸 AMOLED面板的制作 (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和 AMOLED顯示屏的關(guān)鍵工藝。

　　與傳統(tǒng)A-Si技術(shù)相比 , LTPS雖然工藝復(fù)雜 , 但是因為 LTPS上載流子傳輸速度有大幅的提高 , 則驅(qū)動電路和模組體積可以更小并最終達(dá)到減少器件的作用。

　　LTPS最終的目標(biāo)是實現(xiàn) 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(tǒng)電路。 SONY在 SOG方向做了很多研究工作。

　　根據(jù)LTPS的制作方式可以分為CMOS和 PMOS技術(shù)：

　　• CMOS：驅(qū)動部分電路為n–MOS和p–MOS構(gòu)成, 無外部IC但一般需要9次Mask。

　　• PMOS：驅(qū)動部分電路為p–MOS構(gòu)成需部分IC, 一般需要5次Mask。

　　與 CMOS技術(shù)相比 , PMOS結(jié)構(gòu)更為簡單 , 只集成部分周邊電路 , 工程理論上可以簡化到 a-Si的水平。 雖然LTPS的 Mask數(shù)量理論上為 5-9次。

　　LTPS 工藝流程可以簡化為 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(zhì)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方式為(3)：

　　• 批處理(Batch)：在430℃下, N2 環(huán)境中進(jìn)行1Hour 熱處理方式將H 含量降到2%以下。

　　• 準(zhǔn)分子激光發(fā)：先照射100W 以下的準(zhǔn)分子激光, 去除薄膜內(nèi)氫氣, 期后再增加激光能量, 使薄膜結(jié)晶。該方式不需要加熱, 但是會降低準(zhǔn)分子激光設(shè)備的利用率。

　　LTPS 晶化有4 種形式(Table I2) (3) ：

　　• 固相晶化法(SPC：Solid Phase Crystallization), 如LG Display E2。

　　• 金屬誘導(dǎo)橫向晶化法(MIC/MILC：Metal Induced(Lateral) Crystallization)。

　　• 準(zhǔn)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。

　　• 循序性橫向晶化(SLS：Sequential Lateral Solidification)。

　　現(xiàn)有的LTPS 工藝為LDD(Light Doped Drains)方式, 即在硅結(jié)晶后對溝道進(jìn)行輕參雜。即需要對溝道進(jìn)行參雜和離子注入。

　　在離子注入到薄膜內(nèi)部后會對薄膜的晶格結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞, 使得薄膜內(nèi)部呈現(xiàn)非導(dǎo)電性質(zhì)。

　　則為了恢復(fù)完整的晶格與降低面電組, 需要進(jìn)行激活處理以修復(fù)基板的應(yīng)力和缺陷。

Table I2 LTPS 晶化方式(3)

Table I3 離子注入(3)

Table I4 離子激活(3)

　　Basics of LTPS-ELA Equipment

　　ELA 為現(xiàn)有主流LTPS 制作工藝, 并逐漸被各大生產(chǎn)廠商所采用。采用ELA 方式制作LTPS 的TFT時, 必須使用ELA 激光結(jié)晶爐(MILC 則需要MILC 金屬誘導(dǎo)結(jié)晶爐)。ELA 激光結(jié)晶爐產(chǎn)業(yè)鏈如Fig I4所示。

Fig I4 ELA 激光結(jié)晶路產(chǎn)業(yè)鏈

　　AP System 主要供應(yīng)Samsung Display、PRI 和JSW 供貨給LG Display 而中國BOE 主要采購APSystem 的設(shè)備。Coherent (亦稱為相干公司)作為核心器件的供應(yīng)商(激光光源和光學(xué)鏡片供應(yīng)商)則處于價值鏈的頂端。

　　目前截至到2017 年年中為止, Coherent 在全球ELA 準(zhǔn)分子激光退火設(shè)備所需的準(zhǔn)分子激光源供應(yīng)商處于100%壟斷地位。而且因為ELA 中光學(xué)設(shè)備為消耗品, 所以需要持續(xù)性更換。

　　由此可見在ELA 設(shè)備生產(chǎn)價值鏈中, Coherent 公司作為耗材供應(yīng)商, 其在不僅有較強(qiáng)的溢價能力的同時, 亦有較強(qiáng)的持續(xù)盈利能力。

　　LTPS: ELA 工藝的時長(Tack Time)除去技術(shù)挑戰(zhàn)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(guān)系。截至到2017 年年中, Coherent 公司主要提供5 種長度的激光光源設(shè)備(LineBeam)。

　　據(jù)傳處于行業(yè)競爭的考慮, Samsung Display 與Coherent 公司簽有壟斷排他性協(xié)議(2), 即Coherent 公司僅能向Samsung Display 提供LineBeam 1500 系列激光光源(有效激光長度1500 mm, 約2000 萬美金), 而其他公司僅能拿到LineBeam 1300 及其以下的型號。

　　可見在6 代(1500 mm × 1800 mm)和6.5 代(1500 mm × 1850 mm)上生產(chǎn)LTPS 面板時, 由于壟斷的優(yōu)勢, Samsung Display 通過采用LineBeam 1500 一次結(jié)晶的方式簡化生產(chǎn)工藝且提高良率的同時, 降低了生產(chǎn)成本。

　　而其他的廠商由于激光光源供應(yīng)限制, 不得不采取多次ELA 工藝結(jié)晶方法制作LTPS 面板, 多次結(jié)晶不僅僅帶來的生產(chǎn)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(chǎn)線用 ELA 激光設(shè)備(1)

Table I5 Coherent LineBeam 產(chǎn)線用 ELA 激光設(shè)備參數(shù)(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. 申智淵, TFT-LCD 技術(shù):結(jié)構(gòu)、原理及制造技術(shù)1st Edition, ISBN 978-7-121-15335-8 (2012)#p#分頁標(biāo)題#e#