TFT—LCD的基本结构和TFT制造技术

q TFT—LCD的基本结构和TFT制造技术 1 引言 碘 ]3_01j T 21． 随着信息社会的高度发展，用于人——机联系的显示越来越重要了。由于计算机趋向于 小型化，因此 ，与计算机连接的显示器件也要求体积小、重量轻、耗电少。从根本上来说， 就是要以新的显示器件来取代持续4O多年唱主角的CRT (阴极射线管)。担当这一 重任 的 就是平板显示器，其中最有前途的是TET—LCD，即用薄膜晶体管驱动的液晶显示器。 本文介绍TET—LCD的基本结构、TFT阵列工艺概况以及 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 化的发展动向。 2 TFT--LCD的基本结构 2．1 显示屏 TFT—LCD显 示屏 的 基 本 结构如图 1所示。在两块间距为 几微米的玻璃基板之间封入扭曲 向列型 (TN)液晶，构成 液 晶 盒。这两块玻璃基板，一块是滤 色器基 板 (CF)，用 红、绿、 兰 (R、G、B)三原 色滤 色 器 构成像素 ，并在滤色器上制作透 明共用 电极，另一块是TFT 基 板，在此基板上制作了矩阵式薄 膜晶体管，用来开关像素电极的 电压信号。为了使 液晶 层 保 持 一 定的厚度 ，在两块玻璃基板之 间放有透明隔垫，例如聚酯膜片 或玻璃小球。两块玻 璃 基 板 外 侧，装有偏光轴互相垂直的两块 偏振片，用以调制背光源发出的 光。用得最多的是常白模式，即 在像素 电极上加信号电压时像素 显示黑色 ，不加电压时 显 示 白 饷振片 滤色器基扳 液晶 TFT基板 偏振片 背光许 图1 TFT～LCD显示屏基本结构示意圈 3 维普资讯 http://www.cqvip.com 色。背光源发出的光，在通过偏振片、TFT基板和滤色器后会衰减，整个显示屏的 光 利用 率不蓟 3 数据线 驱动 电路 l 2 3 Ⅲ ×3 _—— 一 一 一 ● 上 ： ； 铒 R ’ 2 ’— n 。 涪 c L：] 墓 3 辩 基 上 ＼ ： 蚕 n ■ 孙 ．G 上 上 _ — — 蛩 G L：j 图2 TFT--LCD有源矩阵板示意图 2．2 像素 TFT—LCD有源矩阵板 结 构如图2所示 TFT的总数 等于 控制线数与数据线数之积，由于 每个 像i素 由R、G、B三 点构 成，故像素总数为这个积的三分 之一。各点都由TFT、液 晶、存贮 电容器构成，为了改善电压保持 特性 (增大时间常 数 RC)，而 将存贮电容器与液晶电容并联。 图 3是TFT—LCD像素部位 并 联电容构成 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 示意图。制作存 贮电容器的方法有两种t一种是 利用栅电极和像素电极之间的重 叠部位形成附 加 电 容 (C a)J a l跗加电客方式 f b)存贮电容方式 圈3 并联电窖的构成方洼 维普资讯 http://www.cqvip.com 另～种是另外制作存贮电容器 (Cn)。前者只须展宽栅极总线就行，不必 增加 制作电容器 的工艺 步骤 新产品开发流程的步骤课题研究的五个步骤成本核算步骤微型课题研究步骤数控铣床操作步骤 ，而后者必须增加工序，另外，后者也可能使产生线间短路缺陷的几率增大。 2．3 TFT TFT有非晶硅 (a—Sj)和多晶硅 (poly--Si)两种，一般 多 用a—Si TFT TFT的 结构可分为底栅型和顶栅型两类。底栅型也可称为反交错型电极结构，顶栅型也称为交错型 电极结拷。根据工艺顺序又可把底栅型分为背部沟道蚀刻 (BCE)方式和沟道保护膜 (CP) 方式。这两种方式的TFT剖面结构示于图 4。图 4 (a)是BCE方式，在形成栅极后用等离 子体CVD连续淀积栅绝缘膜、不掺杂的a—Si膜 (i层)和掺磷 的a～S；膜 (n+层) ， 共 三层 薄膜。栅绝缘膜一般用氮化硅，但对氧化硅或氮氧化硅等也在研究。将a—Si形成岛状 图 形 后，再制作源、瀑电极。用此源、漏电极制作掩模，蚀割掺磷的a—Si层，要刻蚀 到 不掺杂 的 --sibyl~，掺杂层n 务必蚀刻干净。最后，淀积氮 化 硅保 护 膜 使之整体钝化 。 图 4 (b)是CP方式，在形成栅电极后，再形成氮化硅栅绝缘膜 、 不掺杂的a—Si膜 和 保护用的 钝化膜。先淀积沟道保护膜是CP方式与CBE方式不同之处。按所定沟道长度蚀刻保护膜后 ， 再淀积掺磷的a—Si膜，岛状图形的形成是将掺杂的和不掺杂的a—Si层一次蚀刻完毕 。 顶栅型a—si：TFT的剖面结构示于图5。先帝 作源、漏电极，后制作栅 电极。由于不 掺杂的a—Sj膜直接与玻璃基板接触，故要特别注意保证界面特性 图中未示出的还有为了避 免背光源的光直接照射到a—Si上的遮光膜。 下面谈一下 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 尺寸与 沟道 长度 的 关 系。设S为工艺图形最小设计尺寸，则BCE 型的沟道长度L=S，CP型的沟道长度L=S +2AL栅 (AL为工艺容限)。但是，当漏 极 电压 比栅极电压高时，电流在沟道 内的流 动如图 4 (b)的箭头所示，在所谓背部沟道 内也形成了电流通道，致使沟道长度宴际上 变短，L≈S+1．5△L 顶栅型的沟道长 度 也是L=S。 2．4 总线结构 TFT-- LCD的大型化和高 精 细化，使 栅极总线的时间常数RC大大增加，在 图 像 显示中容易产生信号延迟。因此，要求栅极 总线低电阻化。以往的布线 材料 多 为Ta、 MoTa、Cr等， 电阻率约4O～1OO 口-cm， 不能满足低电阻的要求。因此，正在研究用 电阻率小的金属铝作布线材料。 作为传送扫描信号的栅极总线的剖面结 如构如图 6所示，用Al和Ta双层布 线来 减 t ／ ／ 源 搠 设 ．． 漏 玻璃基板 a’BCE型 (b’cP型 圈4 底橱型TFT的剖面圈 5 维普资讯 http://www.cqvip.com 栅般 图5 顶蛐~_TFT的剖面圈 棚做(AI) 图6 橱极总线村面图 小总线电阻。由于Al不耐腐蚀，而在Al上再覆盖一层Ta，并经阳极氧化 形 成一层1-at0 ， 以改善栅绝缘膜的钝化特性 还有用A1和Cr或者Al和MoTa做成双层布线的，也有只用单层 A1并使其表面 阳极氧化成AI：0。绝缘层的。 作为数据信 号线的源极总线也同样要求时间常数RC小，但源极总线的电容只有 栅极 总 线的i1～ 1，故选择材料时对电阻的要求可放宽些，可用Ti、AI,Mo,c 等。 2．5 橱绝缘跌 栅绝缘膜盼膜质对TFT的成品率和可 靠 性有很大影响。一般用等离子体CVD形成的氮 化硅作栅绝缘膜，但是，用双层绝缘膜可减小针孔的影响而提高成品率和耐压。它是用两种 工艺形成的，有的用阳极氧化和等离子体CVD形成Ta 0 ／SiNt或Al 0。／SIN．，也有 的 用 溅射和等离子体CVD形成SiO ／siNl或Tat0s／SiNt。 3 TFT—LCD的工艺概况 3．1 TFT--LCD'r艺的特点 TFT--LCDiE艺不同于以往的液 晶屏工艺，而与半导体集成电路工艺更接近，不 同 的 是基板不是单晶硅而是透明玻璃板，基板面积也大得多。TFT--LCDI艺有如下几个特点， (1)低温工艺。玻璃基板的工艺温度不能高于4OO℃。 (2)薄膜工艺 是翩各TFT的关键 (3)大面积工艺，是翩备大屏面LCD的要求。 (4)微细加工工艺t是高请晰度TFT—LCn的发展方向。 3．2 TFT—LCD主要工艺流程 BCE方式的工艺流程示于图 7。首先溅射一层厚度约lOOnm的Cr膜作 栅电极。cI与玻 璃基板的附着性良好，但内部应力大 ，要特别注意与后面工序的配合。栅极图形常用亚硝酸 B 维普资讯 http://www.cqvip.com 2 田T BCE墨TFT—LCD的工艺流程 铈铵湿法腐蚀，由于制作栅电极是前面的工序，工艺质量不好的话会使后续工序全部白费． 因此必须充分注意。另外，随着显示屏大型化和图像高精细化会产生控制信号延迟问题，因 此必须考虑栅极材料的选择以及栅极、栅极总线的图形设计。除Cr以外，还 可 用A1栅、Ta 栅或者双层栅结构，都要设定各自的最佳条件。 接着是制作TFT的核心部分，用等离子体CVD淀积氮化硅栅绝缘膜和a—Si沟道层。前 者用甲硅烷、氨气、氮气混合气体，看者用甲硅烷或者氢气稀释的甲硅烷 。成膜工艺参数与设备 有关，一般气体压力为13．3～133Pa，基板温度约300~C，气体流量50~200sccm，射频电源 频率13．56MHz、功率几瓦～几十瓦，a—Si淀积速率约0．1nm／s。BCE方式中，用 作 欧 姆 接触的掺磷非晶硅也可连续淀积。用磷烷作掺杂气体，膜的电导率随掺磷比例的加大而大幅 度升高，当掺杂比为10 ～10 时，电导率约为10 ／口·cm，而本征非晶硅的电 导率 仅为 10 ～10 。／12·cm，可见 掺 杂 效果 十分显著。 非晶硅和氮化硅蚀刻时有较高的选择比，可以只蚀刻非晶硅而留下氮化硅来制作a—Si岛。 接下来是溅射ITO (氧化铟锡)透明导电膜，只要严格控制溅射工艺，形成的ITO膜在可见 光范围内的光透过率可达90 ，然后蚀刻ITO制作像素电极。附加电容 (Cadd)也 在 这一 工序中形成，其电容大小取决于栅极布线的凸出部位与像素电极的重叠面积。制成像素电极 后就转入制作数据线的工序。即溅射淀积Cr和A1双层膜。之所以要用Cr，是因 为 只用AI的 话，AI和a—Si会相互扩散而使布线特性劣化。Cr膜不要太厚，有50am左 右就足够 了。最 后是淀积保护膜，除端子部位以外，整块板都淀积氮化硅膜护盖起来。 7 维普资讯 http://www.cqvip.com CP方式的工艺流程见图8。 如前所 述 ，CP方 式是 先 淀 积 TFT沟道的a—Si膜 后再 淀积 氮化硅膜，此氮化硅膜的蚀刻是 在下一道工序。掺磷非晶硅的淀 积和蚀刻可连续进行。沟道保护 膜当然是最早形成的，由于最后 还要再次淀积保护 膜，故 CP方 式比BCE方式要多用一块掩模。 a．s 几项重要的工艺技术 TFT—LCD的 主要 工艺 技 末在本专集中另有专文介绍，这 里倪对今后发展有重要影响的几 项技术进行简介 (1)千法蚀刻技术 常用的蚀刻技求，可分为湿 法和干法两类。湿法刻蚀可以批 网 I ：耋=至 I 圆 (Ⅱ ) 8 图 (I) Cr 圈 圆 (Ⅲ ) 围6 CP翌TFT—LCD的工艺流程 镄 ① 维普资讯 http://www.cqvip.com 量处理，生产率和开机率高，但尺寸精度和加工重复性差，用硝酸系腐蚀剂 时对玻璃基板有腐 蚀。千法蚀刻除了在防尘屑 和开机率方面还有问题外，其尺寸精度和加工重复性都很好。但 是，以往用来蚀刻a—Si膜的CF 是环保禁用的对象，急需研究替代 气 体。正 在 研 究 的 有 CI ，HC1、氟里昂123(CHCI：CF。)等，但由于腐蚀性强，对设备和开机率有影响。 (2)单片成膜技术 为了提高等离子体CVD和溅射设备的开机率和生产率，而在一块托板上装 几 块 玻 璃基 板以及采用两面淀积方式，使单位时间内处理基板块数增加，但这使得设备庞大，设备投资 剧增。目前正在开发单片式多工序联机 处 理 装 置以提高生产率和开机率。还 有人 提 议 用 NF 等气体千法清洗来除去反应室内壁的附着物，以延长设备维修周期。 (3)离子簇射掺杂 离子注入在集成电路制造中已是很 普通 的 工 艺。在a—Si TFT中，由于TFT的迁 移 率并不要求很高，因而开发了无质量 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 器的简易型离子注入装置，这就是离子簇射技术。 它与等离子体CVD的掺杂成膜工艺相比，具有尘屑少、接触界面 清洁、可 用 短 沟道 提 高 TFT性能等优点。在目前开发阶段 ，掺杂后的沟道欧姆接触层电阻率已达到10 k口·cm， 预计将来 还会更低。 (4)常压CVD技术 常压CVD是生产率高和附着力好刚成膜技术，但其成膜对象仅1较于SjO 膜，可 用 于双 层栅绝缘随的一层和作为玻璃基板覆盖膜等。 ‘ 标准化动向 随着TFT--LCD产业规模的扩大，对标准化的呼声也越来越高。 目前有关机构正在 对 玻璃基板、掩模版以及专门术语等的标准化进行研究。其中玻璃基板尺寸与工艺 设 备关 系 密切，因而更受重视。玻璃基橱尺寸与将其分割成多少块显示屏直接相关，而显示屏尺寸又 随用途而不同。有人主张从300ram到500mm~5Omm为间隔 形 成标准 化系列，故目前使用 的320mm或360ram等尺寸今后必须优化统一。液晶显示器既要 有 必要的精细度又要有较大 的显示面积，其标准化比集成电路要困难得多。 5 结束语 以a—Si TFT为例介绍了TFT—LCD基本结构和工艺概要。TFTY_Z~ 本 上是半 导 体工艺，其最终成品率与半导体集成电路一样极为重要。不利的是LCD玻璃基板 的 尺寸 比 集成电路硅片大得多，但LCD工艺所用的掩模块数少得多，工艺流程也不太 复杂，故 利 弊 大致相抵。但是，滤 色器基板制作和液晶灌注工艺还有必要改进。另外，非 晶 @TFT~ 多 ~@TFT，究竟哪一种能更好地实现内藏驱动方式呢?几年来 ，巳经陆续开发 了许多 以 大 面积、高精细、高可靠为 目标的成本低和生产性好的工艺技术，其中许多项 巳在 生 产 线 采 用。新的器件设计、新的工艺技术和新设备新材料都在不断发展，其基本出发点就是提高成 品率和改善显示质量。 ’ (橇基膏 翁译) 0 维普资讯 http://www.cqvip.com