气体是AMOLED/LCD制造核心材料

 新闻资讯     |      2019-12-09 08:18
有源矩阵薄膜晶体管(TFT)显示屏在二十世纪九十年代开始民用以来,它已成为现代生活不可或缺的组成部分,其应用远不限于电视机和智能手机,它还存在于我们日常生活中的主要通信和信息工具:手表(可穿戴设备)、电器、广告、标牌、汽车等。本文主要讨论显示制造工艺块所需要的特种气体,并对各种气体供应模式进行综述。
TFT显示屏制造与半导体器件制造方面有很多相似之处,比如:这两种制造过程中都需要使用大量气体、比如工艺步骤中的沉积、刻蚀、清洁和掺杂,还有其他步骤使用的气体类型也都比较相似。

显示设备分层
目前市场上有两种显示屏:有源矩阵液晶显示屏(AMLCD)和AMOLED。AMLCD和AMOLED的显示屏基本部件相同。显示设备有4层:滤色层、薄膜晶体管开关层(气体主要用于这一层)、用于控制颜色选择的快门层、RGB(红绿蓝)颜色过滤器。    
气体用在LED显示屏
关于背板/TFT
显示屏采用的薄膜晶体管为2D渐变型晶体管,类似于FinFET之前的大宗CMOS。有源矩阵显示屏每个像素有一个晶体管,驱动晶体管内的一种RGB颜色。随着显示屏分辨率增加,晶体管变小,但不会缩小到半导体设备的亚微米级尺寸。例如,像素密度为325PPI的智能手表,其晶体管大小约为2mm2,而80 PPI像素密度的4K电视,晶体管大小约为8mm2。

背板类型
显示屏的薄膜晶体管设备主要有三种:非晶硅(a-Si)、低温多晶硅(LTPS)和金属氧化物(MO),也称为透明非晶氧化物半导体(TAOS)。AMLCD面板使用a-Si一般是用于低分辨率显示屏和电视机,而高分辨率显示屏采用LTPS晶体管,不过由于成本较高、可扩展性受限,一般用于中小型显示屏。AMOLED面板使用LTPS和MO晶体管,其中MO设备通常用于电视机和大型显示屏。

气体的使用方式
由于技术变迁,相比AMLCD面板,生产AMOLED面板所需使用的气体也要发生变化。如所示,目前生产显示屏时采用多种气体。
这些气体可分为两类:电子特种气体(ESG)和电子大宗气体(EBG)。电子特种气体包括硅烷、三氟化氮、氟(现场产生)、六氟化硫、氨气以及磷化氢混合物,占显示屏制造中使用气体的52%,而电子大宗气体包括氮气、氢气、氦气、氧气、二氧化碳和氩气,占显示屏制造中使用气体的48%。

技术趋势
TFT-LCD(薄膜晶体管液晶显示屏)是一种基础技术。大屏使用MO/白色OLED(有机发光二极管)。中小屏使用LTPS / AMOLED。OLED面临的难点是<1微米粒子对产率的影响,此外由于掩码步骤增加,其成本远高于非晶硅(a-Si)。此外,OLED步骤中水分对生产良率具有影响。
迁移率极限是改用MO和LTPS的主要原因之一,其目的是通过更高的分辨率,实现更好的观看体验等。
MO面临的挑战在于OLED步骤后,如何避免IGZO金属化/潮湿造成的氧化,后者将导致产率下降。制造过程中需使用大量的N2O(氧化亚氮),这意味着可能需要考虑改变传统供应模式。
虽然AMLCD显示屏目前仍是市场主流,但AMOLED显示屏增长迅速。目前约有25%的智能手机采用AMOLED显示屏,预计这一比例到2021年将达到约40%。OLED电视同样增长迅速,同比增长率达到两位数。根据IHS数据,在未来5年,AMOLED显示屏面板的收入预计年均复合增长率(CAGR)将达到18.9%,而AMLCD显示屏的收入同期CAGR为2.8%,所有显示屏总收入同期CAGR为2.5%。随着AMOLED显示屏快速增长,显示屏制造商加快了AMOLED制造设备的投资。