TFT-LCD工艺设计培训.ppt

tft工艺设计培训,2019/2/5,南京新华日液晶显示技术有限公司,2,tft是什么呢？,2019/2/5,南京新华日液晶显示技术有限公司,3,认识tft,g,d,s,1、tft（thin film transistor）薄膜晶体管，为一三端子元件。 、在lcd应用上可视为一个开关。 、采用底栅型结构。,2019/2/5,南京新华日液晶显示技术有限公司,4,tft元件的运作原理,tft元件在栅极(g)给予适当电压(vgs其始电压vth ,注),使通道(a-si)感应出载子(电子)而使得源极(s)漏极(d)導通。 【注】：vth 为感应出载子所需要的最小电压 。,（1）vgsvth ：读信号,2019/2/5,南京新华日液晶显示技术有限公司,5,tft元件的运作原理,(2)vgsvth：信号保持,1.tft元件在栅极(g)给予适当电压。当vgs小小于其始电压时没有感应出 载子则沟道断路。 2.故tft元件可看成开关,当vgsvth则on,当vgsvth则off。,2019/2/5,南京新华日液晶显示技术有限公司,6,1.v的大小关系如下: cgd:栅极与漏极间电容 clc:液晶电容 cst:存储电容 2.此下降电压v与影像信号的极性 无关，永远比像素电位vp 下降此一 电压值。因此，只要將彩色滤光片的共用电极电位vcom设定成相对于信号线的中心电压vc 低一偏移值v，便可以使加在像素电极上的电压成为正负对称的波形，使直流位准的电压降误差到最小值。,tft元件工作示意图,2019/2/5,南京新华日液晶显示技术有限公司,7,存储电容,目的：降低tft关闭時，因cgs所引起的像素电压变化(voltage offset)。,2019/2/5,南京新华日液晶显示技术有限公司,8,1.vg为扫描线电压，vid为信号线电压，分別加在tft的栅极，源极。 2.在t1时域(水平选择期间)tft on，像素电极电位vp会被充电至信号电位vid 。在t2 时域(非选择期间)tft off，在off的瞬間，vp会下降v，此v的大小与tft元件的栅极与漏极间的寄生电容cgd有关，因此在设计与制作元件时尽量避免寄生电容的产生。,驱动波形,2019/2/5,南京新华日液晶显示技术有限公司,9,tft特性,1、a-si tft断开电流约为110-12a左右，导通/断开之比高于1106。 2、迁移率一般为0.21.0 cm2/vs，vth为24v。迁移率低是因为膜中缺陷多。,2019/2/5,南京新华日液晶显示技术有限公司,10,array 面板信号传输说明,2019/2/5,南京新华日液晶显示技术有限公司,11,tft-lcd面板构造,2019/2/5,南京新华日液晶显示技术有限公司,12,array 面板说明,2019/2/5,南京新华日液晶显示技术有限公司,13,单一像素结构,2019/2/5,南京新华日液晶显示技术有限公司,14,array面板示意图（480*234）,2019/2/5,南京新华日液晶显示技术有限公司,15,a-si tft的设计,a-si tft器件的设计 tft阵列单元像素设计 tft阵列设计 阵列基板的布局和配线,2019/2/5,南京新华日液晶显示技术有限公司,16,a-si tft器件的设计（1）,a-si tft是tft-lcd显示屏阵列电路中最重要的部分，其器件性能的优劣将直接影响到a-si tft-lcd图象质量。因此，a-si tft器件结构参数的合理设计以及材料参数的优化选择是a-si tft-lcd优化设计的基础。a-si tft-lcd要求作为有源开关的tft器件具有较高的开关比，即较高的开态电流和相对低的关态电流。从对a-si tft器件模拟的结果可知，选择合适的tft器件宽长比w/l，适当减小绝缘层的厚度，优化制备工艺条件以改善a-si材料性能及a-si/sinx界面特性，有利于提高开态电流。另外，减小有源层的厚度，制备具有较低暗态电导率的a-si材料是降低关态电流的有效手段。,2019/2/5,南京新华日液晶显示技术有限公司,17,在a-si tft器件设计过程中，栅与源、漏电极交叠大小也是影响a-si tft-lcd图象显示品质的一个重要参数。寄生电容cgd会引起加在液晶象素上的信号电压变化，从而造成显示图象的闪烁现象及显示灰度级的错乱。另外，a-si tft器件各层薄膜厚度的设计是影响a-si tft-lcd 阵列成品率的关键因素，过厚或过薄的膜厚都将引起电极之间的短路或断路缺陷。,a-si tft器件的设计（2）,2019/2/5,南京新华日液晶显示技术有限公司,18,tft阵列单元像素设计,a-si tft-lcd单元象素主要包括a-si tft器件、象素电极、存储电容和栅电极及源电极的引线等几个部分。 在对a-si tft器件优化设计的基础上，阵列单元象素的设计主要集中在对存贮电容结构和大小的设计、栅线和信号线的结构设计以及单元象素各个部分的合理配合。引入存贮电容的目的是为了提高tft-lcd信号电压的保持时间，避免引起闪烁现象，存贮电容的大小将影响到a-si tft-lcd的显示品质。同时由栅源交叠电容产生的跳变电压vp的表达式可知，存贮电容的引入可减小跳变电压vp，从而有效抑制由vp引起的图象闪烁和残象现象。,2019/2/5,南京新华日液晶显示技术有限公司,19,tft阵列设计,a-si tft-lcd的阵列设计是把经过优化设计的单元象素在行、列方向上分别重复m、n次，即可得到所需要的mn象素数的tft矩阵。需要注意的是delta排列时情况较为复杂，需要根据具体驱动要求进行单元设计。另外，黑矩阵的设计将对a-si tft-lcd的亮度产生严重影响。黑矩阵设计主要包括黑矩阵方式和大小的设计，以及黑矩阵材料的选取。黑矩阵方式的选择和大小的设计关系到tft-lcd开口率的大小，是提高tft-lcd开口率和亮度的着手点之一，而黑矩阵材料的选取则是改善tft-lcd对比度的关键。,南京新华日液晶显示技术有限公司,20,像素的delta排列,2019/2/5,南京新华日液晶显示技术有限公司,21,阵列基板的布局和配线,配线主要分两部分： a 阵列中source线与gate线引出点至ic输出端子的走线 要求是调整线宽使每条走线的电阻相同，以使电路的延时相同。 b fpc端子至ic输入端子的走线 目标是减少延时，可以把线宽做的较大。不特别要求电阻相同。注意电源线、地线都应该做的较宽，电压差较大的走线之间要增大间距，以减少电蚀现象的发生。,2019/2/5,南京新华日液晶显示技术有限公司,22,gate金属设计规则,上图中红色的为source金属，绿色的为gate金属 a 为gate的宽度，a的最小值amin6m； b 为gate金属之间的距离，b的最小值bmin5m； c 为source金属和gate金属之间的距离，c的最小值cmin3m；,2019/2/5,南京新华日液晶显示技术有限公司,23,gate金属设计规则,上图中，红色为source金属，绿色的为gate金属，黄色的为ito。 d 为source金属和ito之间的距离，d的最小值dmin4m； e 为gate金属和ito之间的距离，e的最小值emin3m。,2019/2/5,南京新华日液晶显示技术有限公司,24,si岛的规则,a为si自身的宽度，a的最小值amin6m； b为si与si之间的距离，teg时使用，b的最小值bmin5m； c为si与source金属重叠部分的长度（下图），c的最小值cmin6m；,2019/2/5,南京新华日液晶显示技术有限公司,25,si岛的规则,上图中，红色为source金属，绿色为gate金属，褐色为si岛。,d 为gate金属与source金属之间的距离，d的最小值dmin3m； e为si岛与gate金属之间应该留有的余度，e的最小值emin3m； f为source金属（沟道）与gate金属之间的距离，f的最小值fmin4m； g为沟道的长度，g的最小值gmin5m； h为source金属与si岛之间的距离，h的最小值hmin2m。,2019/2/5,南京新华日液晶显示技术有限公司,26,接触孔设计规则,上图中，红色的为source金属，草绿色的为接触孔，黄色代表其他金属。 a 为接触孔的尺寸，a的最小值amin6m； b 为接触孔之间的距离，b的最小值bmin10m； c 为接触孔和其他金属之间的距离，c的最小值cmin3m。,2019/2/5,南京新华日液晶显示技术有限公司,27,tft工艺实现,2019/2/5,南京新华日液晶显示技术有限公司,28,制作工艺技术,成膜技术 光刻技术 刻蚀技术,2019/2/5,南京新华日液晶显示技术有限公司,29,成膜技术,1、真空技术 2、等离子体技术 3、化学气相沉积技术 4、溅射成膜,2019/2/5,南京新华日液晶显示技术有限公司,30,真空技术,真空术语 （） 真空的定义 （） 真空度 （） 真空单位：1torr=1/760atm=1mmhg 1torr=133.322pa or 1pa=7.5*10-3torr （） 极限真空度,2019/2/5,南京新华日液晶显示技术有限公司,31,真空技术,真空区域划分,2019/2/5,南京新华日液晶显示技术有限公司,32,真空测量,(1)热电偶真空计 (2)电离真空计 (3)其它真空计,2019/2/5,南京新华日液晶显示技术有限公司,33,等离子基础知识,1、什么是等离子？ 它是一种能维持中性的导电流体，被称为物质的第四态。 2、等离子的组成 带电粒子、受激粒子、中性粒子,2019/2/5,南京新华日液晶显示技术有限公司,34,等离子的主要特性,(1)是一种导电流体，但能维持中性； (2)此聚集态物质间存在库仑力，其运动行为受到电场的影响和支配,2019/2/5,南京新华日液晶显示技术有限公司,35,化学气相沉积技术（cvd）,什么是cvd? cvd：chemical vapor deposition(化学气相沉积) 在一定的温度下，利用化学反应方式,将反应物(混合气体)生成固态产物,并沉积在基体表面以形成涂层和薄膜的一种沉积技术。,2019/2/5,南京新华日液晶显示技术有限公司,36,影响cvd成膜的关键因素,1、反应系 2、气体组成 3、温度 4、压强 5、rf功率 6、成膜灰尘,2019/2/5,南京新华日液晶显示技术有限公司,37,1、溅射现象（ sputter） 用带有几十电子伏以上动能的粒子或粒子束照射固体表面，靠近固体表面的原子会获得入射粒子所带能量的一部分进而在真 空中放出，这种现象称为溅射。由于离子易于在电磁场中加速或偏转，所以荷能粒子一般为 离子，这种溅射称为离子溅射。溅射现象广泛用于样而表面的刻蚀及表面镀膜等。相应于每一个入射离子所放出的样品原子数定义为溅射产额。 2、离子溅射成膜原理 在一定真空条件下，通过外加电、磁场的作用，将介质气体电离，气体离子在电场作用下加速并轰击靶材，靶材表面粒子获得能量后飞溅到真空中，沉积到基板表面形成一层沉积膜。,溅射成膜(pvd),2019/2/5,南京新华日液晶显示技术有限公司,38,影响溅射成膜的因素,溅射压力 背压 溅射功率 溅射温度 气体流量,2019/2/5,南京新华日液晶显示技术有限公司,39,光刻技术（1）,紫外光源,反射镜,光罩,光刻胶,cr膜,玻璃基板,2019/2/5,南京新华日液晶显示技术有限公司,40,光刻技术（2）,1pep：gm（gate 电极形成）,cr,glass,2019/2/5,南京新华日液晶显示技术有限公司,41,光刻技术（3）,cr,glass,g-sinx,a-si,n+a-si,2pep：si（silicon island）硅岛的形成,2019/2/5,南京新华日液晶显示技术有限公司,42,光刻技术（4）,3pep：ch(contact hole) 栅线接触空形成,contact hole,2019/2/5,南京新华日液晶显示技术有限公司,43,光刻技术（5）,source line,g-sinx,4pep：sl（source line）信号线形成,2019/2/5,南京新华日液晶显示技术有限公司,44,光刻技术（6）,5pep：th（touch hole）接触孔形成,2019/2/5,南京新华日液晶显示技术有限公司,45,光刻技术（7）,6pep：it（ito电极的形成）,glass,g-sinx,cr,a-si,n+a-si,p-sinx,cr,ito,2019/2/5,南京新华日液晶显示技术有限公司,46,刻蚀技术,干法刻蚀（dry etching） 湿法刻蚀（wet etching）,2019/2/5,南京新华日液晶显示技术有限公