●蔡韜、趙本剛、孔祥梓、沈柏平、曾章和、黃維邦、向傳義
上海天馬微電子有限公司 OLED項目部
摘要：本文提出了一種同時采用LTPS（Low Temperature Poly-Silicon）背板技術和SFT(Super Fine TFT)寬視角技術兩種先進顯示技術的小尺寸LCD產品的制造方法。包含了對LTPS背板技術與SFT寬視角技術中關鍵工藝制程的介紹，同時展示了采用LTPS-SFT-LCD成品的卓越特性。
關鍵詞：LTPS；SFT；LCD；制造方法；
1、引言
低溫多晶硅技術（LTPS）是由TFT-LCD衍生的新一代的技術產品相較于傳統的非晶硅技術，LTPS-LCD可以把驅動IC的外圍電路集成到面板基板上，同時具有反應速度更快、外觀尺寸更小、聯結和組件更少、面板系統設計更簡單、面板的穩定性更強、解析度更高等優點。
為達到窄邊框的效果，如何使用更小的設計準則與更具智能的電路設計成為判斷面板優劣的重點，而具有內建電路的低溫多晶硅不會受到面板外貼IC的限制，特別是當驅動IC種類稀缺，高清晰面板IC需求大增時更凸顯出低溫多晶硅的優勢。低溫多晶硅集成電路的特點減少了近八成的外接信號的數目，并且降低了約40%的LCM使用零組件。
采用SFT寬視角技術的顯示模組，具有超寬的視角，高亮度，寬色域與高對比度的特點。寬視角技術也是目前行業發展的方向，高品質的智能手機多采用該技術。
本文涉及的LTPS-SFT-LCD中的LTPS背板制造工藝為上海天馬4.5代AMOLED中試線項目、低溫多晶硅TFT-LCD技術開發項目所研發進而采用的方案。目前采用該背板技術的3.7寸WVGA LTPS-SFT-LCD產品已順利開發完成，將轉入量產階段，擁有優越的顯示性能。
2、LTPS-SFT-LCD關鍵工藝
LTPS-SFT-LCD的制程中LTPS工藝、SFT成盒工藝和內建驅動工藝是其關鍵和核心工藝，決定成品顯示特性。
2.1 LTPS工藝
LTPS背板技術相比a-i技術復雜很多，其主要制程與a-si背板技術的差別為CVD（chemical vapor position)、干刻、晶化、離子注入、活化氫化等，其中晶化和離子注入技術為其中最關鍵的工藝。
ELA(Excimer Laser Anneal)準分子激光退火工藝作為生產LTPS-SFT-LCD的核心，多晶硅的制造工藝是一大關鍵技術難題，而使用多脈沖激光制造低溫多晶硅TFT的顯示器工藝在近些年來得到了很好的發展和關注，特別是整個的制程的溫度可以維持在600℃以下，這樣使得在大面積的玻璃上面制造顯示器非常的適合。ELA的最基本原理是激光的短脈沖可以在極短的時間內（ns）將非晶硅轉化為多晶硅，在結晶的過程中，非晶硅在瞬間被加熱到1400℃的高溫而融化，然后在極短的時間內冷卻形成固體的多晶硅。在短短的幾十個納秒之內，激光的能連都被保留在了多晶硅薄膜的表面，而不會對下面的玻璃基板造成任何的損傷。
雖然整體的結晶時間非常的短暫，但是整個的結晶工藝對于最終的晶粒卻有著決定性的作用，而晶粒的大小和分布直接關系到顯示器的開啟功能，所以整個的準分子激光結晶制程在整體的顯示器制造的過程中起著決定性的作用。激光的能量對于結晶的過程中尤為重要。
圖1為多晶硅晶化后的SEM圖片，通過圖片可見，經過ELA后，多晶硅的晶格尺寸約為0.3-0.4μm，且分布比較均勻
圖2為多晶硅表面粗糙度AFM圖片，圖片顯示多晶硅的表面粗糙度約為10-11nm。
圖1與圖2的SEM圖片和AFM圖片說明經過改善CVD成膜均一性、優化晶化前清洗工藝，選擇適合的激光晶化條件（最佳能量密度、掃描激光寬度、掃描步長等），可以得到適合的多晶硅結構，充分滿足LTPS技術的要求。
摻雜工藝在低溫多晶硅工藝中，可以在多晶硅中摻入三價元素與五價元素，從而制成N、P兩種半導體器件，使之擁有對稱的閾值電壓。而通過對摻雜計量的嚴格控制可以使閾值電壓波動得到良好控制。通過改善輕計量摻雜工藝，使得TFT開關電流比達到國外先進水平。天馬微電子有限公司采用的 Ion implantor設備，可以通過注入能量、劑量的調節精確控制N區和P區的注入類型、深度和，同時通過自對準工藝完成LDD（light doping drain）工藝，達到優良的TFT特性。
圖3、4分別為雙柵NTFT和PTFT的轉移特性曲線，從曲線可見，開態電流（10-5A）、關態電流（10-11-10-12A）、閾值電壓(NTFT：1.2V；PTFT：-1.3V)等器件參數基本達到技術要求。
2.2 SFT成盒工藝
在成盒工藝中的配向工藝是SFT技術的核心工藝，配向膜采用國外先進原料，配合配向膜摩擦工藝參數、摩擦后清洗參數的多次調整，充分降低了配向膜碎屑的產生，降低了碎亮點不良的發生。
圖5、圖6顯示了在改善配向膜涂布工藝溫度、調整摩擦工藝參數、以及摩擦后清洗工藝參數前后的配向膜屑狀態，可以發現配向膜屑數量大幅減少。
成盒工藝搭配高透過率，高響應的液晶材料，通過邊框膠涂布、液晶注入、貼合對位、固化等工藝步驟，得到較佳的成盒效果。
2.3 內建驅動工藝
鑒于窄邊框的要求，傳統的金屬引線導出，再由IC綁定及驅動的做法，無法滿足市場挑剔的要求。而非晶硅技術受限于晶體管尺寸大小及穩定性的原因，由此開發的柵極掃描驅動電路，也無法與低溫多晶硅的產品相媲美。天馬微電子有限公司研究開發了一系列基于LTPS技術的柵極掃描電路。給窄邊框，高集成度，高穩定性帶來了有力保證。
LTPS-SFT-LCD中，成功將柵極掃描驅動電路集成到產品中，并加入數據多路選擇器，同時減少數據側及掃描側的連線，達到減小邊框的作用。成功點亮的同時，為以后開發產品積累了大量的可行性。
3、產品特性
3.1 產品規格
基于以上關鍵制作技術，上海天馬公司
OLED項目部自主研發并制作了3.7inchWVGA LTPS-SFT-LCD，其產品規格如表1所示：
圖7的測量結果顯示了采用SFT自有寬視角技術的3.7inch LTPS-SFT-LCD產品，具有極好的寬視角特性，在各個方向上的對比度都大于100。遠超一般寬視角產品對比度大于10的水平。圖8的測量結果顯示產品的NTSC大于70%，擁有艷麗的色彩效果。
3.2 產品功耗
圖9的測量結果顯示了，采用LTPS技術和SFT技術的3.7” LTPS-SFT-LCD產品，具有極低的功耗，產品在白態最大亮度時的平均電流在21mA左右，結合實測VCI電壓2.6V計算，平均功耗約為55mW，不但優于非晶硅產品，更低于業界的LTPS產品平均水平。
3.3 LTPS-SFT-LCD成品
圖10展示了采用LTPS背板技術與SFT寬視角技術的3.7寸LCD產品，色彩艷麗，畫面通透，得益于來自LTPS背板技術的高開口率、高亮度與SFT寬視角技術帶來的高對比度。
4、結論
LTPS作為平板顯示新一代背板技術，憑借著低功耗、高解析度，高開口率、高對比度、快速響應時間等優異性能，已成為當前全球顯示產業發展重點。LTPS背板技術的應用相對比較成熟，并且完美在技術上完美銜接下一代顯示技術。近年來，隨著移動互聯網產業的飛速發展，以智能手機為代表的移動終端市場需求越來越大，高端智能手機已大量采用高性能LTPS背板技術與寬視角技術相結合的高解析度、高對比度產品，顯著提升了手機產品附加值。
本文中制造方法，在較短的時間實現了LTPS背板技術的產業化，并開發擁有自主知識產權的顯示屏及驅動芯片技術，成功開發了3.7inch LTPS-SFT-LCD，通過對準分子激光工藝與離子植入工藝的調整和輕摻雜溝道工藝的運用，具有70~80cm2/VS的高遷移率、穩定和對稱的TFT閾值電壓、以及高達107的開關電流比；通過SFT技術的應用，產品在各個視角都擁有艷麗的色彩和極高的對比度；而通過內建驅動電路和低驅動電壓，達到了整個模塊極低的功耗。開拓了性能價格比高、實用性好、市場競爭力強、技術先進的LTPS-SFT-LCD產品。
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