低溫多晶矽型TFT

TFT TFT TFT

元件結構和製程

LTPS TFT的元件結構,有N型和P型兩種,其中的N型TFT,會利用低摻雜型漏極(lightly doped drain,LLD)來降低元件的漏電流。
LTPS TFT的製作過程:工需要9道掩膜。
第一道掩膜:定義出元件主動區。
第二道掩膜:實行離子注入,以調整N型或P型TFT的截止電壓
第三道掩膜:定義出柵極。
第四道掩膜:禁止NLDD以及P型TFT的區域,實行離子注入以形成N型TFT的N源/漏極區域,實行離子注入以形成N型TFT的NLDD區域
第五道掩膜:遮蔽N型TFT的區域,實行離子注入以形成P型TFT的P源/漏極區域。
第六道掩膜:形成接觸孔。
第七道掩膜:形成漏/源電極。
第八道掩膜:定義出保護絕緣層的接觸孔。
第九道掩膜:定義像素電極形狀。

柵極與半導體層的位置關係

LTPS TFT 的柵極是位於半導體層上方,是所謂的top gate 的結構;二非晶矽型TFT的柵極是位於半導體層下方,是所謂的BOTTOM GATE的結構。這種結構上的不同,使得LTPS TFT 在TFT LCD中套用時,具有以下幾點優勢。

溝道串聯電阻低

非晶矽性TFT的溝道與源/漏極位於半導體層的兩邊,而且有較大的串聯電阻,降低TFT 的導電性;而LTPS TFT的溝道,基本上則可直接與源/漏極相連。但是對N型LTPS TFT 而言,為了減小因為漏極電場太大而產生的漏電流會在溝道與源/漏極之間,插入LDD區域,來降低漏極電場。

柵極絕緣膜厚度小

按製程順序,後形成的薄膜必須良好的覆蓋先形成薄膜形狀的高低台階差。就非晶矽性TFT而言,柵極絕緣膜必須覆蓋柵極金屬層,為了掃面線信號延遲的考慮,殺機金屬層必須有一定的厚度,是掃描線上的亞像素等效電阻不至於太大,而柵極絕緣膜一般需要比被覆蓋的柵極金屬層厚度更大,才能完全覆蓋柵極金屬層,一面常見的短路缺陷的發生;非晶矽性TFT柵極金屬層和柵極絕緣膜厚度,一般值各約為200nm與360nm。另一方面,就LTPS TFT 而言柵極絕緣膜只需要覆蓋半導體層即可,由於半導體層並不用來作為導線使用,厚度不需要太大,LTPS TFT的半導體層和柵極絕緣膜厚度的一般值各約為50n與100nm。

柵極金屬層厚度大

非晶矽型TFT的柵極絕緣膜必須覆蓋柵極金屬層,因此必須考慮兩者厚度的取捨,若要增減柵極金屬層的厚度,一方面固然可以降低掃描線信號延遲的效應,但也使得柵極絕緣膜的厚度要增加,而使得儲存電容的遮光面積變大;相反的,在LTPS TFT 中柵極金屬層的厚度卻不受到柵極絕緣膜的限制,故而採用較大的厚度可降低電阻和信號延遲效應。

柵極與源/漏極吳重疊

非晶矽型TFT 的柵極與源/漏極之間,需要有重疊的區域;但就LTPS TFT 而言,是以離子注入自動對準來形成源/漏極,因此在柵極與源/漏極之間所產生的寄生電容,會比非晶矽型TFT小很多,大幅降低了掃描線電容耦合效應。

雷射退火

所謂的“低溫”多晶矽,是指整個TFT的製程溫度都低於玻璃基板可以承受的溫度,一般都在450℃一下,這種溫度製程之下
沉積的矽薄膜,只能形成結構散亂而充滿缺陷的非晶矽,如果想要形成多晶矽薄膜,便須要利用雷射退火的製程。在這個步驟中使用雷射的波長,要選擇在其能量被非晶矽薄膜所吸收,而又不會被作為玻璃基板的二氧化矽所吸收的特定波長,因此可以在低溫下,不破壞玻璃基板而將非晶矽薄膜轉變成多晶矽薄膜。

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