激光退火装置及其应用 【技术领域】
本发明是有关于一种激光退火装置及其应用，特别是关于一种可针对有激光照射区域的气氛作稳定控制的激光退火装置及其应用。
背景技术
随着高科技的发展，视频产品，特别是数字化的视频或影像装置已经成为在一般日常生活中所常见的产品，而目前在这些数字化的视频或影像装置中最受注目的显示器当属于薄膜晶体管(liquid crystaldisplay，简称LCD)液晶显示器。而近来在薄膜晶体管液晶显示器中有一种利用多晶硅技术所制得的薄膜晶体管，其电子迁移率较一般传统的非晶硅(amorphous silicon，简称a-Si)薄膜晶体管技术所得的电子迁移率大得多，因此可使薄膜晶体管组件做得更小，开口率增加(aperture ratio)进而增加显示器亮度，减少功率消耗的功能。另外，由于电子迁移率的增加可以将部份驱动电路随同薄膜晶体管工艺同时制造于玻璃基板上，大幅提升液晶显示面板的特性及可靠度，使得面板制造成本大幅降低，因此制造成本较非晶硅薄膜晶体管液晶显示器低出许多。再加上多晶硅具有厚度薄、重量轻、分辨率佳等特点，特别适合应用于要求轻巧省电的行动终端产品上。
多晶硅薄膜晶体管早期工艺是采用固相结晶(solid phasecrystallization，简称SPC)工艺，但高达摄氏1000度的高温工艺下，必需采用熔点较高的石英基板，由于石英基板成本比玻璃基板贵上许多，且在基板尺寸的限制下，面板大约仅有2至3时，因此过去只能发展小型面板。之后，由于激光的发展，目前多以激光照射方式使非晶硅薄膜转变成为多晶硅薄膜，譬如是以激光结晶化(lasercrystallization)或准分子激光退火(excimer laser annealing，简称ELA)工艺，使用激光对非晶硅薄膜进行扫描使其重新结晶成为多晶硅模式，并在温度摄氏600度以下完成全部工艺。因此，一般非晶硅薄膜晶体管液晶显示器所用地玻璃基板也能被应用于多晶硅薄膜晶体管的制作，故可制作出较大尺寸面板，而依据这种较固相结晶工艺低温的技术所形成的多晶硅又被称为低温多晶硅(low temperaturepoly-Silicon，简称LTPS)。
图1是公知一种激光退火装置的示意图，其可将非晶硅薄膜转变为多晶硅薄膜。请参照图1，一般的激光退火装置100包括一激光光源102以及一腔体104，而于腔体104上有一个石英玻璃制的激光入射板106，以使激光光源发出的激光束102a由此一激光入射板106照射到腔体104内。此外，于腔体104中放置有一可移动装置108，此一可移动装置108上可放置一基板110，以便于进行激光照射时移动基板110。
请继续参照图1，目前利用激光退火装置100进行非晶硅薄膜的重新结晶的工艺时，为防止被激光融化为液态的硅将会与空气中的水汽与氧气作用，而产生杂质且形成在多晶硅薄膜中，导致形成后的组件电性产生难以控制的影响，因此会在氮气或惰性气体中进行退火工艺。
然而，上述方法常因不能针对有激光照射的区域的气氛作稳定的控制，使得于激光退火期间所产生的各种有害气体将气氛劣化，而前述的有害气体还包括非晶硅薄膜中的硅在高温下被蒸发而生成的硅蒸气，因此腔体104的激光入射板206极易被硅蒸气污染，而减少激光入射板206的寿命。所以，请再参照图1，目前的解决方法是在腔体104的两侧分别装设一惰性气体入口104a与一惰性气体出口104b，利用惰性气体清洁(purge)的方法来控制腔体104内的气氛，但由于激光退火工艺的腔体104体积通常很大，所以需要耗费大量气体作清洁，而且这种方法仅能对整个腔体104气氛作部分改善，并不能针对有激光照射的区域的气氛作稳定的控制。
【发明内容】
因此，本发明的目的是提供一种激光退火装置及其应用，以针对有激光照射区域的气氛作稳定的控制。
本发明的再一目的是提供一种激光退火装置及其应用，以节省气体的成本。
本发明的另一目的是提供一种激光退火装置及其应用，以防止多晶硅薄膜晶体管的电性受到影响。
根据上述与其它目的，本发明提出一种激光退火装置包括一激光光源、一气体供应装置、一腔体以及位于腔体内的一可移动装置与一气流导向喷头，其中气流导向喷头譬如是呈中间窄而两端宽像是漏斗状般的形状，而在腔体内的可移动装置上可放置一具有非晶硅薄膜的基板。而气流导向喷头则被配置于接近可移动装置放置有基板的位置，并使得由激光光源所发射进入腔体内的激光束通过此一气流导向喷头，而照射在可移动装置上放置有基板的位置，以使基板上的非晶硅薄膜能受到激光束扫描，而重新结晶成为多晶硅薄膜。另外，激光退火装置中的气体供应装置可通过伸入腔体的一管线与腔体内的气流导向喷头相连通，以将气体供应装置所输送的气体通过气流导向喷头喷到激光束所照射的位置，并顺着气流导向喷头的形状将激光照射所产生的有害气体一起带走。
本发明另外提出一种激光退火的方法，包括提供一对象，譬如是一层非晶硅薄膜。接着，将一激光束照射至对象上的某一位置，同时供应氮气或是惰性气体至对象上被激光束照射的位置，以针对有激光束照射的区域的气氛作稳定的控制。
另外，当激光束所照射的对象为一层非晶硅薄膜时，可通过激光束的照射将这层非晶硅薄膜重新结晶成为多晶硅薄膜。因此，本发明可应用于多晶硅薄膜晶体管的工艺，同时可将供应至对象的氮气与惰性气体更换成一含掺杂元素的气体，以达到同时进行激光照射工艺以及掺杂工艺的功效。
本发明由于利用一特殊的气流导向喷头，可将氮气、惰性气体或是含掺杂元素的气体精准地喷到激光束所照射的位置，并使激光照射时所产生的有害气体顺着气流导向喷头的形状被喷出的气体一起带走，所以本发明能够针对有激光照射区域的气氛作稳定的控制，并且节省所耗费气体的成本。因此，当本发明应用于多晶硅薄膜晶体管的制作时，能防止被激光融化为液态的硅因为与空气中的水汽与氧气作用而产生杂质，进而导致多晶硅薄膜晶体管的电性受到影响的情形发生。
【附图说明】
图1是公知一种激光退火装置的示意图；
图2是依照本发明的一较佳实施例的激光退火装置的示意图；
图3所示为图2的第III部位的放大示意图；以及
图4则是利用图2所示的激光退火装置所进行的多晶硅薄膜的制造流程步骤图。
100，200：激光退火装置
102，202：激光光源
102a，202a：激光束
104，204：腔体
104a.惰性气体入口
104b：惰性气体出口
106，206：激光入射板
108，208：可移动装置
110，210：基板
203：光学系统
220：气体供应装置
222：气流导向喷头
224：管线
310：非晶硅薄膜
320：气体
400：提供一基板
402：于基板上形成一非晶硅薄膜
404：将一激光束照射至非晶硅薄膜上的某一位置，同时供应一含掺杂元素的气体至非晶硅薄膜被激光束照射的位置
【具体实施方式】
本发明的较佳实施例是以激光退火装置为例，但是本发明尚可应用于其它能量束的照射装置中，以针对有能量束照射的区域的气氛作稳定的控制。
图2是依照本发明的一较佳实施例的激光退火装置的示意图。
请参照图2，本实施例中的激光退火装置200包括一激光光源202、一气体供应装置220、一腔体204以及位于腔体204内的一可移动装置208与一气流导向喷头222，其中于激光退火装置200中更包括一光学系统203，配置于激光光源202与腔体204之间，以将来自激光光源202所发射的激光束202a导引至腔体204内，并配合腔体204上的一个激光入射板206，以使激光束202a通过激光入射板206射入腔体204内，其中激光入射板206的材质例如是石英玻璃。
请继续参照图2，在腔体204内的可移动装置208上可放置一具有非晶硅薄膜的基板210，而气流导向喷头222则被配置于接近可移动装置208放置有基板210的位置，并使得由激光光源202所发射进入腔体204内的激光束202a通过此一气流导向喷头222，而照射在可移动装置208上放置有基板210的位置，以使基板210上的非晶硅薄膜能受到激光束202a扫描，而重新结晶成为多晶硅薄膜。
请再参照图2，激光退火装置200中的气体供应装置220可通过伸入腔体204的一管线224与腔体204内的气流导向喷头222相连通，以将气体供应装置220所输送的气体通过气流导向喷头222喷到激光束202a所照射的位置，并通过气体供应装置220所输送的气体，将激光照射基板210时所产生的有害气体一起带走。此外，因为前述的有害气体还包括非晶硅薄膜中的硅在高温下被蒸发而形成的硅蒸气，所以本发明的气流导向喷头222还能一并带走硅蒸气，而减少公知激光入射板206被硅蒸气污染的机率。
另外，为详细说明本发明的气流导向喷头与激光束以及从气体供应装置所输送的气体之间的关系，请见图3。
图3所示为图2的第III部位的剖面放大示意图。请参照图3，被放置在可移动装置208上的基板210具有一非晶硅薄膜310。当激光束202a通过接近基板210位置的气流导向喷头222而照射在基板210时，会使基板210上的非晶硅薄膜310能受到激光束202a扫描，而重新结晶成为多晶硅薄膜。而且，从气体供应装置220(请见图2)输出的气体320会于激光束202a照射基板210的同时，经由气流导向喷头222喷到基板210上的非晶硅薄膜310。此外，于本实施例中的气流导向喷头222譬如是呈中间窄而两端宽如漏斗状的形状，因此气体320被喷向基板210后，会将激光束202a照射基板210所产生的有害气体一起带走。
图4则是利用图2所示的激光退火装置所进行的多晶硅薄膜的制造流程步骤图。请参照图4，于步骤400，提供一基板，再进行步骤402，于基板上形成一非晶硅薄膜。随后，于步骤404中，将一激光束照射至非晶硅薄膜上的某一位置，同时供应一含掺杂元素的气体至非晶硅薄膜被激光束照射的位置，以使非晶硅薄膜经由激光照射而被熔融并再结晶成为多晶硅薄膜，其中含掺杂元素的气体包括磷化氢(PH3)。而且，由于激光照射期间供应至非晶硅薄膜的含掺杂元素的气体会使转变为多晶硅的薄膜内同时含有掺质，所以本实施例应用于多晶硅薄膜晶体管工艺时可省略其中的部分掺杂步骤，譬如低掺杂浓度的信道掺杂(channel doping)。
如上所述，本发明的特点在于采用本发明由于利用一特殊的气流导向喷头，可将氮气、惰性气体或是含掺杂元素的气体精准地喷到激光束所照射的位置，并使激光照射时所产生的有害气体顺着气流导向喷头的形状被喷出的气体一起带走，因此本发明能够针对有激光照射区域的气氛作稳定的控制，并且可以节省所耗费气体的成本。当本发明应用于多晶硅薄膜晶体管的制作时，还可以防止被激光融化为液态的硅因与空气中的水汽与氧气作用而产生杂质，而导致多晶硅薄膜晶体管的电性受到影响的情形发生。