LTPS低温多晶硅技术

一、LTPS 简介

低温多晶硅（Low Temperature Poly-silicon；LTPS，以下以LTPS 代称）是平板显示器领域中的又一新技术。继非晶硅（Amorphous-Silicon，以下以a-Si 代称）之后的下一代技术。

Polysilicon (多晶硅) 是一种约为0.1 至数个um 大小、以硅为基底的材料，由许多硅粒子组合而成。在半导体制造产业中，多晶硅通常经由LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition) 处理后， 再以高于900C 的退火程序， 此方法即为SPC (Solid Phase Crystallization) 。然而此种方法却不适合用于平面显示器制造产业，因为玻璃的最高承受温度只有650℃。因此，LTPS 技术即是特别应用在平面显示器的制造上。

传统的非晶硅材料（a-Si）的电子迁移率只有0.5 cm2/V.S，而低温多晶硅材料（LTPS）的电子迁移率可达50～200 cm2/V.S，因此与传统的非晶硅薄膜电晶体液晶显示器（a-Si TFT-LCD）相比，低温多晶硅TFT-LCD具有更高解析度、反应速度快、亮度高(开口率apertureratio高)等优点，同时可以将周边驱动电路同时制作在玻璃基板上，达到在玻璃上集成系统（SOG）的目标，所以能够节省空间和成本此外，LTPS技术又是发展主动式有机电致发光（AM-OLED）的技术平台，因此LTPS技术的发展受到了广泛的重视。

二、非晶硅（a-Si）与低温多晶硅（LTPS）的区别

一般情况下低温多晶硅的制程温度应低于摄氏 600℃，尤其对LTPS区别于a-Si制造的制造程序“激光退火”（laser anneal）要求更是如此。与a-Si相比，LTPS的电子移动速度要比a-Si快100 倍，这个特点可以解释两个问题：首先，每个LTPS PANEL 都比a-Si PANEL反应速度快；其次，LTPS PANEL 外观尺寸都比a-Si PANEL小。下面是LTPS与a-Si 相比所持有的显著优点：

1、把驱动IC的外围电路集成到面板基板上的可行性更强；
2、反应速度更快，外观尺寸更小，联结和组件更少；
3、面板系统设计更简单；
4、面板的稳定性更强；
5、解析度更高，

解析度：
由于p-Si TFT 比传统的a-Si小，所以解析度可以更高。
p-Si TFT的驱动IC合成在玻璃基板上有两点好处：首先，与玻璃基板相连接的连接器数量减少，模块的制造成本降低；其次，模块的稳定性将得以戏剧性的升高。

三、LTPS薄膜制备方法

1、Metal Induced Crystallization (MIC)：属于SPC方法之一。然相较于传统的SPC，此方法能在较低温下（约500~600℃）制造出多晶硅。这是因为薄层金属在结晶形成前即先被包覆，而金属成分即扮演了降低结晶化的活性功能。

2、Cat-CVD： 一种无须经由蒸汽萃取、而可直接沉积多晶薄膜(poly-film)的方法。沉积温度可低于300℃。成长机制包含SiH4-H2混合体的catalytic cracking reaction。

3、Laser anneal： 此为目前最广为运用的方法。Excimer激光为主要动力，用于加热及融化a-Si，含有低量氢成分然后再结晶为poly-film。

低温多晶硅技术LTPS(Low Temperature Poly-silicon)最初是日本北美的技术企业为了降低Note-PC显示屏的能耗，令Note-PC显得更薄更轻而研发的技术，大约在九十年代中期这项技术开始走向试用阶段。由LTPS衍生的新一代有机发光液晶面板OLED也于1998年正式走上实用阶段，它的最大优势在于超薄、重量轻、低耗电，同时其自身发光的特点，因而可以提供更艳丽的色彩和更清晰的影像，而更为重要的是：生产成本只有普通液晶面板的1/3。

目前LTPS-OLED面板并没有获得大多数上有液晶面板企业的支持，除了技术上的专利问题，原有的大规模液晶厂投资也不大可能放弃，这些面板企业通过研究更大型基板生产线，强化生产效益来与LTPS竞争。所以市场上大多数的液晶显示器还是采用传统的液晶，即主流非晶矽(Amorphous-Silicon，a-Si)，传统液晶(a-Si)技术经过10多年的发展已经非常成熟，业界无论在量产技术和面板设计技术的掌握度上都具有相当经验，短时间内LTPS技术仍无法达到。因此尽管理论上LTPS-OLED面板的制造成本低得多，但是目前它的价格依旧没有优势。

但是作为最初研发的初衷，低温多晶矽(LTPS)的薄膜电晶体可在玻璃基板上嵌入驱动元件，大幅减少并保留驱动IC的空间，因而可以使薄膜电晶体的尺寸更小，并同时增加显示器的亮度并减少功率消耗，从而大大提升液晶性能及可靠度，也使面板的制造成本降低，具有更高的解析度：LTPS所提供的TFT主动矩阵驱动以及驱动电路和TFT可同时整合制造，可在保持轻薄化优势情形下，解决解析度不足的问题(因为电子在多晶矽的传输速度较快品质也较优良)，可以使2.5寸的面板具备200ppi的高解析度。

提高寿命和降低能耗：作为研发LTPS技术一项重要指标，降低液晶温度对于液晶来说意味着很多事情，稳定性和寿命都获得了提升，目前为止这还是只是一个技术上定性的结论，相信大家也很容易理解，相对较低的温度下显示器的工作寿命将延长；早期的Note-PC对能耗的要求非常看重，也是研发LTPS的理由之一，再降低工作温度的同时，LTPS面板的能耗也大幅减小，当然，液晶显示器的能耗本来就很小，这一点对于Note-PC的意义要超过PC monitor。

缩小尺寸：尽管平面显示器对于尺寸的要求并不高，但是对于更轻更薄液晶显示器的追求却一直是一个热点，由于低温多晶矽(LTPS)的薄膜电晶体可以直接在玻璃基板上嵌入驱动元件，所以LTPS液晶显示器的外壳几乎可以只保留液晶面板本身的厚度，而不需预留驱动IC的空间，最大限度的降低厚度。