【每日一问】为什么在LTPS制程中需要高温去氢工艺？

主动式显示面板主要是依靠薄膜晶体管(Thin Film Transistor,简写为TFT)进行像素驱动，它的沟道有源区(Active Region)材料以硅材料为主，技术上大体可以分为非晶硅（Amorphous Silicon,简写为AS）、低温多晶硅(Low Temperature Polysilicon,简写为LTPS）和高温多晶硅（High Temperature Polysilicon,简写为HTPS）三种。 其中低温多晶硅技术的电子迁移率等特性优异，且制程相对容易，在6代线及以下世代线获得了良好的应用。

图1、典型的轻掺杂漏极型LTPS-TFT结构示意图

如图1所示，是一个典型的轻掺杂漏极(Lightly Doped Drain,简写为LDD)型LTPS-TFT的结构。 其衬底是无碱显示级光学玻璃，首先在上面生长一层二氧化硅（SiO2）或双层二氧化硅/氮化硅（SiO2/SiNx）结构的缓冲层，以防止玻璃中的金属离子扩散至低温多晶硅有源区，来降低缺陷态的形成和漏电的产生。 氮化硅层相比于二氧化硅层，具有相对更高的介电常数（二氧化硅为4左右，氮化硅为6～8)，具有更好的耐击穿特性和防渗透能力，也具备氢化修补的功能。 通过等离子增强型化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition,简写为PE-CVD）工艺制作的氮化硅，它的氢含量一般在1022cm-3左右。

然后生长非晶硅层，之后对非晶硅层进行多晶化。 多晶化工艺分为直接型多晶化技术和再结晶型多晶化技术，这里用的是再结晶型多晶化技术，有固相晶化法(Solid Phase Crystallization,简写为SPC）、金属诱导横向晶化法(Metal Induced Lateral Crystallization,简写为MILC)与激光晶化法(Laser Crystalization,简写为LC）。 固相晶化法是通过温度提升、表面等离子体处理或金属触媒的方式，均匀成核结晶来形成多晶，一般需要600℃以上高温和24h以上的晶化时间，成本很高。 金属诱导横向晶化法主要是指镍金属诱导横向晶化法（Ni-MILC)，它首先析出镍金属硅化物，再以镍硅化物（SiNi2)作为诱导多晶硅的来源基础。 镍硅化物的自由能较非晶硅低，镍离子在非晶硅薄膜中的扩散系数较高，因此通过镍离子在非晶硅中的扩散反应形成硅化物，持续扩张再结晶，从而形成多晶。 激光晶化是通过非晶硅薄膜对某种波长激光的吸收，使得非晶硅薄膜表面发生瞬间熔融，经由热的传导与再凝固晶化成为多晶。

如果使用的缓冲层是双层二氧化硅/氮化硅结构，那么在进行激光晶化工艺时发生的瞬间高温会引起氢爆现象，导致缺陷发生。 该现象可以在激光晶化工艺前，通过去氢烘烤工艺来解决，当然最好使用氢含量极低的单层二氧化硅结构。

轻掺杂漏极是以较低的剂量注入栅极内侧的源极与漏极间，精确控制注入的离子量，使其介于源极与漏极端的掺杂和通道掺杂浓度之间，以达到在漏极与源极端具有高的串联电阻值，形成一浓度缓冲区，借此来降低此区域的源、漏极端边缘电场梯度，减缓电场增强导致产生漏电流，以及避免热载流子效应地发生。