氣體是AMOLED/LCD制造核心材料

?新聞資訊 ????|???? ?2019-12-09 08:18
有源矩陣薄膜晶體管(TFT)顯示屏在二十世紀九十年代開始民用以來,它已成為現代生活不可或缺的組成部分,其應用遠不限于電視機和智能手機,它還存在于我們日常生活中的主要通信和信息工具:手表(可穿戴設備)、電器、廣告、標牌、汽車等。本文主要討論顯示制造工藝塊所需要的特種氣體,并對各種氣體供應模式進行綜述。
TFT顯示屏制造與半導體器件制造方面有很多相似之處,比如:這兩種制造過程中都需要使用大量氣體、比如工藝步驟中的沉積、刻蝕、清潔和摻雜,還有其他步驟使用的氣體類型也都比較相似。

顯示設備分層
目前市場上有兩種顯示屏:有源矩陣液晶顯示屏(AMLCD)和AMOLED。AMLCD和AMOLED的顯示屏基本部件相同。顯示設備有4層:濾色層、薄膜晶體管開關層(氣體主要用于這一層)、用于控制顏色選擇的快門層、RGB(紅綠藍)顏色過濾器。    
氣體用在LED顯示屏
關于背板/TFT
顯示屏采用的薄膜晶體管為2D漸變型晶體管,類似于FinFET之前的大宗CMOS。有源矩陣顯示屏每個像素有一個晶體管,驅動晶體管內的一種RGB顏色。隨著顯示屏分辨率增加,晶體管變小,但不會縮小到半導體設備的亞微米級尺寸。例如,像素密度為325PPI的智能手表,其晶體管大小約為2mm2,而80 PPI像素密度的4K電視,晶體管大小約為8mm2。

背板類型
顯示屏的薄膜晶體管設備主要有三種:非晶硅(a-Si)、低溫多晶硅(LTPS)和金屬氧化物(MO),也稱為透明非晶氧化物半導體(TAOS)。AMLCD面板使用a-Si一般是用于低分辨率顯示屏和電視機,而高分辨率顯示屏采用LTPS晶體管,不過由于成本較高、可擴展性受限,一般用于中小型顯示屏。AMOLED面板使用LTPS和MO晶體管,其中MO設備通常用于電視機和大型顯示屏。

氣體的使用方式
由于技術變遷,相比AMLCD面板,生產AMOLED面板所需使用的氣體也要發生變化。如所示,目前生產顯示屏時采用多種氣體。
這些氣體可分為兩類:電子特種氣體(ESG)和電子大宗氣體(EBG)。電子特種氣體包括硅烷、三氟化氮、氟(現場產生)、六氟化硫、氨氣以及磷化氫混合物,占顯示屏制造中使用氣體的52%,而電子大宗氣體包括氮氣、氫氣、氦氣、氧氣、二氧化碳和氬氣,占顯示屏制造中使用氣體的48%。

技術趨勢
TFT-LCD(薄膜晶體管液晶顯示屏)是一種基礎技術。大屏使用MO/白色OLED(有機發光二極管)。中小屏使用LTPS / AMOLED。OLED面臨的難點是<1微米粒子對產率的影響,此外由于掩碼步驟增加,其成本遠高于非晶硅(a-Si)。此外,OLED步驟中水分對生產良率具有影響。
遷移率極限是改用MO和LTPS的主要原因之一,其目的是通過更高的分辨率,實現更好的觀看體驗等。
MO面臨的挑戰在于OLED步驟后,如何避免IGZO金屬化/潮濕造成的氧化,后者將導致產率下降。制造過程中需使用大量的N2O(氧化亞氮),這意味著可能需要考慮改變傳統供應模式。
雖然AMLCD顯示屏目前仍是市場主流,但AMOLED顯示屏增長迅速。目前約有25%的智能手機采用AMOLED顯示屏,預計這一比例到2021年將達到約40%。OLED電視同樣增長迅速,同比增長率達到兩位數。根據IHS數據,在未來5年,AMOLED顯示屏面板的收入預計年均復合增長率(CAGR)將達到18.9%,而AMLCD顯示屏的收入同期CAGR為2.8%,所有顯示屏總收入同期CAGR為2.5%。隨著AMOLED顯示屏快速增長,顯示屏制造商加快了AMOLED制造設備的投資。