(57)【要約】【課題】レーザー照射領域を安定させる。【解決手段】レーザーアニール処理装置は、チャンバと、レーザー光源と、ガス分散ノズルと、エキシマレーザーと、ガス供給装置とを有する。ガス分散ノズルはチャンバ内に配置される。エキシマレーザーにより発生されるレーザービームはこのガス分散ノズルを通過するようになっている。ガス供給装置をガス分散ノズルに連結してガスの噴流をレーザー照射領域へ送給し、このレーザー照射領域からのいかなる汚染物質をも運び去るようにする。【選択図】図２
2004179634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバと、
このチャンバ内に配置された可動装置と、
このチャンバ内で前記可動装置の付近に配置されたガス分散ノズルと、
このチャンバ内にレーザービームを放出するレーザー光源であって、レーザービームが前記ガス分散ノズルを通過して前記可動装置上の一個所に当たるようにする当該レーザー光源と、
前記ガス分散ノズルに連結され、ガスの噴流を前記可動装置上のレーザー照射個所に送給するガス供給装置と
を有するレーザーアニール処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザーアニール処理装置において、前記ガス分散ノズルが、狭い中央部と広い両端部とを有する断面形状をしているレーザーアニール処理装置。
【請求項３】
請求項１に記載のレーザーアニール処理装置において、前記ガス分散ノズルが漏斗形状をしているレーザーアニール処理装置。
【請求項４】
請求項１に記載のレーザーアニール処理装置において、前記レーザーアニール処理装置が、さらに、前記レーザー光源から前記可動装置上の特定個所へレーザービームを向けるための光学系を、前記レーザー光源と前記チャンバとの間に設け得るようになっているレーザーアニール処理装置。
【請求項５】
請求項４に記載のレーザーアニール処理装置において、前記チャンバが、さらに、前記光学系に関連する入力レーザープレートを有しうるようになっており、この場合レーザービームが、この入力レーザープレートを介して当該チャンバ内へ入るようになっているレーザーアニール処理装置。
【請求項６】
請求項５に記載のレーザーアニール処理装置において、前記入力レーザープレートが石英ガラスから形成されているレーザーアニール処理装置。
【請求項７】
請求項１に記載のレーザーアニール処理装置において、前記アニール処理装置が、さらに、前記ガス供給装置を前記ガス分散ノズルに連結している管を有するレーザーアニール装置。
【請求項８】
チャンバ内に配置されたガス分散ノズルと、
このチャンバ内にレーザービームを放出するレーザー光源であって、レーザービームが前記ガス分散ノズルを通過してチャンバ内の一個所に当たるようになっている当該レーザー光源と、
前記ガス分散ノズルに連結され、ガスの噴流を、チャンバ内のレーザー照射個所に送給するガス供給装置と
を有するレーザーアニール処理装置。
【請求項９】
請求項８に記載のレーザーアニール処理装置において、前記ガス分散ノズルが、狭い中央部と広い両端部とを有する断面形状をしているレーザーアニール処理装置。
【請求項１０】
請求項８に記載のレーザーアニール処理装置において、前記ガス分散ノズルが漏斗形状をしているレーザーアニール処理装置。
【請求項１１】
請求項８に記載のレーザーアニール処理装置において、前記アニール処理装置が、さらに、前記ガス供給装置を前記ガス分散ノズルに連結している管を有するレーザーアニール装置。
【請求項１２】
基板を用意する工程と、
この基板の一箇所にレーザービームを向け、同時にレーザー照射位置にガスの噴流を当てる工程と
を有するレーザーアニール処理方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載のレーザーアニール処理方法において、前記ガスに窒素を含めるレーザーアニール処理方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載のレーザーアニール処理方法において、前記ガスに不活性ガスを含めるレーザーアニール処理方法。
【請求項１５】
請求項１２に記載のレーザーアニール処理方法において、前記基板にアモルファスシリコン薄膜を設けるレーザーアニール処理方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載のレーザーアニール処理方法において、前記ガスに、１種以上のドーピング元素を有するガスを含めるレーザーアニール処理方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載のレーザーアニール処理方法において、ドーピング元素を有する前記ガスに、ホスフィンを含めるレーザーアニール処理方法。
【請求項１８】
アモルファスシリコン薄膜を基板上に形成する工程と、
このアモルファスシリコン薄膜上にレーザーを向け、同時に、１種以上のドーピング元素を有するガスの噴流をレーザー照射個所へ当てる工程と
を有するポリシリコン薄膜を形成する方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載のポリシリコン薄膜を形成する方法において、ドーピング元素を有する前記ガスにホスフィンを含めるポリシリコン薄膜を形成する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、２００２年１１月２２日に出願された台湾特許出願第９１１３４０４０号による優先権を主張するものである。
【０００２】
本発明は、レーザーアニール処理装置及びその使用方法に関するものである。特に、本発明は、レーザー照射領域の周囲の雰囲気を安定させることのできるレーザーアニール処理装置及びその使用方法に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
技術の急速な進歩に伴い、ビデオ、特にデジタルビデオ装置又は撮像装置を含む高度先端技術製品が、我々の日常生活の一部として欠かせないものになっている。現在のところ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は最も一般的なビデオ及びビデオ表示装置の一つである。近年、ポリシリコン製造技術を用いて製造された一種の薄膜トランジスタ液晶ディスプレイ（ＴＦＴ−ＬＣＤ）が提供された。ポリシリコンを用いて製造されたＴＦＴ−ＬＣＤは、アモルファスシリコンから製造された従来のＴＦＴ−ＬＣＤ装置よりも極めて大きい電子移動度を有する。その結果、より大きな開口率を有するより薄肉の薄膜トランジスタを製造することができるため、ディスプレイ装置の輝度レベルが向上し、装置の電力消費量が低減される。さらに、電子移動度が増大したことにより、駆動回路の一部を薄膜トランジスタと一緒にガラス基板上に形成することができるようになる。結果的に、液晶ディスプレイパネルの信頼度及び性能が向上し、液晶ディスプレイ装置の製造費用が大幅に減少する。従来のアモルファスシリコンＴＦＴ−ＬＣＤと比べて、ポリシリコンＴＦＴ−ＬＣＤは、製造費用が低く、その解像度、厚さ及び重量において極めて向上しているため、通常、ポリシリコンＴＦＴ−ＬＣＤは、その軽量と、電力消費の低さとを生かして携帯製品に使用されている。
【０００４】
以前は、ポリシリコン薄膜トランジスタは、固相結晶化（ＳＰＣ）により製造されていた。しかし、１０００℃までの高い再結晶化温度に耐えるために石英基板を使用する必要がある。石英基板はガラス基板より極めて多くの費用がかかる。その上、基板の寸法が制限されるため、大きくて２〜３インチ（１インチ＝２５．４ｍｍ）の寸法を有するパネルを製造できるに過ぎない。即ち、小さいポリシリコンディスプレイパネルしか製造されない。レーザー技術の出現により、アモルファスシリコン薄膜からポリシリコン薄膜への変換がレーザー照射により行われるようになった。例えば、レーザー結晶化又はエキシマレーザーアニール（ＥＬＡ）処理において、アモルファスシリコン薄膜をレーザー光源により走査することにより約６００℃の温度でアモルファスシリコンがポリシリコンに再結晶化する。シリコンを変換させるのに用いる温度が低いため、ほとんどの通常のアモルファスシリコンＴＦＴにおいて使用されている普通のガラスパネルを使用してポリシリコンＴＦＴを製造することができる。従って、より大きな寸法を有するポリシリコンＴＦＴディスプレイパネルを製造することができる。低温で再結晶化させてポリシリコンを製造するこの種の技術は、しばしば低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ）処理と称される。
【０００５】
図１は、アモルファスシリコン薄膜をポリシリコン薄膜へ変換するための通常のレーザーアニール処理装置の線図である。図１に示すように、レーザーアニール処理装置１００は、主として、レーザー光源１０２及びチャンバ１０４を有する。このチャンバ１０４の上部には石英ガラスから形成された入力レーザープレート１０６が配置されている。レーザー光源１０２からのレーザービーム１０２ａが入力レーザープレート１０６を通過しチャンバ１０４の内部を照射する。さらに、チャンバ１０４の内部には可動装置１０８が配置されている。可動装置１０８上には通常は基板１１０が配置されており、レーザーにより基板１１０を照射する際に基板１１０を移動し得るようになっている。
【０００６】
一般的に、再結晶化処理においてレーザーをアモルファスシリコン薄膜に照射すると、液化したシリコンが、周囲の雰囲気中の水分及び酸素と反応するおそれがある。チャンバ１０４内で発生する汚染物質がポリシリコン薄膜を汚染し、予期できない影響を及ぼすのを防止するために、チャンバ１０４内に窒素ガス又は不活性ガスを通過させる。
【０００７】
しかし、上述の方法はレーザー照射領域の周囲の環境をほとんど安定させないため、レーザーアニール処理中に、あらゆる種類の不所望なガス状汚染物質が依然として周囲の雰囲気を汚染するおそれがある。不所望なガス状汚染物質には、高温でアモルファスシリコン薄膜から蒸発したシリコン蒸気が含まれる。チャンバ１０４内の構成部材のうちこのシリコン蒸気により汚染されやすいのがレーザープレート１０６である。入力レーザープレート１０６が過度に汚染されると、その使用可能時間が極めて短くなるおそれがある。このことを防止するために、図１に示すようにチャンバ１０４の両側に不活性ガス入口１０４ａ及び不活性ガス出口１０４ｂが設けられている。不活性ガスの浄化効果を用いて、チャンバ１０４内の雰囲気を調節することができる。しかし、レーザーアニール処理を行うためのチャンバ１０４の寸法は通常大きいため、チャンバ１０４内の雰囲気を浄化するためには多量の不活性ガスが必要となる。さらに、この構成では、チャンバ１０４の雰囲気の質を一部しか改善することができない。実際には、レーザー照射領域に近い部分の雰囲気はほとんど安定させない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、本発明の第一の目的は、レーザー照射領域を安定させることのできるレーザーアニール処理装置及びその使用方法を提供することにある。
【０００９】
本発明の第二の目的は、使用するガスの量を少なくしたレーザーアニール処理装置及びその使用方法を提供することにある。
【００１０】
本発明の第三の目的は、ポリシリコン薄膜トランジスタの電気特性のいかなる変化をも最小にすることのできるレーザーアニール処理装置及びその使用方法を提供することにある。
【００１１】
これらの及び他の利点を達成するために、また本発明の目的に従い、本発明は、本明細書中に広く記載され実施例としてあげられているようなレーザーアニール処理装置を提供するものである。このレーザーアニール処理装置は、レーザー光源と、ガス供給装置と、チャンバと、このチャンバ内の可動装置と、ガス分散ノズルとを有する。ガス分散ノズルは、両端部が広く中央部で狭くし、漏斗形状となるようにする。アモルファスシリコン層を載せる基板は、チャンバ内の可動装置の頂部に配置することできる。ガス分散ノズルは、可動装置上の基板の近くに配置する。レーザー光源から放出されたレーザービームをチャンバに入れ、ガス分散ノズルを介して可動装置上の基板上に衝突させ、基板上のアモルファスシリコン薄膜が、レーザービームの走査を受けるようにする。従って、この照射されたアモルファスシリコン薄膜が再結晶化してポリシリコン薄膜になる。レーザーアニール処理装置へのガス供給装置を、チャンバ内のガス分散ノズルに管を介して連結し、ガス供給装置からのガスが、この管とガス分散ノズルとを介してレーザー照射個所に供給されるようにする。ガス分散ノズルは特殊な形状をしているため、レーザー照射領域から発生するいかなる不所望な蒸気もガス流とともに基板から運び去られる。
【００１２】
本発明は、レーザーアニール処理方法をも提供する。アモルファスシリコン薄膜などのアニール処理をする基板を用意する。レーザービームを基板上の特定個所に照射し、窒素又は不活性ガスの噴流をレーザー照射領域に吹き付けることによりレーザー照射領域の周囲の雰囲気を安定させる。
【００１３】
レーザー照射される基板がアモルファスシリコン薄膜である場合には、アモルファスシリコン薄膜が再結晶化してポリシリコン薄膜になる。従って、本発明をポリシリコン薄膜トランジスタの製造に適用することができる。さらに、アニール処理する基板上に吹き付ける窒素又は不活性ガスを、ドーパントを含んだガスに置き換えることにより、レーザー照射操作がドーピング注入を伴うものとすることができる。
【００１４】
本発明では特殊なガス分散ノズルを設けるため、窒素、不活性ガス又はあるドーパントが含まれたガスを、極めて正確にレーザー照射領域に当て、レーザー照射により発生するいかなる有害ガスをもガス流の流出により運び去ることができるようになる。従って、本発明は、最小のガス流で、レーザー照射領域の周囲に安定した環境を設定するのに特に有効であり、従って、ガスの使用量が極めて少なくなる。本発明による装置を、ポリシリコン薄膜トランジスタの製造に適用すれば、液化シリコンが空気中の水分及び酸素と反応することにより発生する汚染物質等の汚染物質がポリシリコン薄膜トランジスタを汚染することがなくなる。最終的に、ポリシリコン薄膜トランジスタは設計通りの電気特性を有することになる。
【００１５】
上述した概略的な説明及び後述する詳細な説明は双方とも例示的なものであり、特許請求の範囲に記載した発明をさらに説明するものであることを理解されたい。
【実施例】
【００１６】
添付の図面に示す好適実施例を参照して本発明を詳細に説明する。図面及び以下の説明において、同一又は同様の部分は同じ参照番号を用いる。
【００１７】
本発明の実施例のレーザーアニール処理装置を用いているが、本発明を他のビーム照射装置に適用してビーム照射領域の周囲の雰囲気を安定させることができる。
【００１８】
図２は、本発明の好ましい実施例によるレーザーアニール処理装置の線図である。図２に示すように、レーザーアニール処理装置２００は、レーザー光源２０２と、ガス供給装置２２０と、チャンバ２０４と、このチャンバ内の可動装置２０８と、ガス分散ノズル２２２とを有する。さらに、レーザーアニール処理装置２００は、レーザービーム２０２ａをレーザー光源２０２からチャンバ２０４内へ送給するための光学系２０３を、レーザー光源２０２及びチャンバ２０４間に具えることができる。チャンバ２０４の頂部には入力レーザープレート２０６も装着されており、レーザービーム２０２ａが、この入力レーザープレート２０６を介してチャンバ２０４内へ通過し得るようになっている。通常は、この入力レーザープレート２０６を石英ガラスのような材料から形成する。
【００１９】
チャンバ２０４内の可動装置２０８上には基板２１０が配置されており、この基板２１０上にはアモルファスシリコン薄膜が設けられている。ガス分散ノズル２２２を可動装置２０８上の基板２１０に近接して配置し、レーザー光源２０２からのレーザービーム２０２ａがガス分散ノズル２２２を通って基板２１０を照射するようにする。レーザービーム２０２ａを、基板２１０上のアモルファスシリコン薄膜をまたぐように走査させると、このアモルファスシリコン薄膜が再結晶化してポリシリコン薄膜となる。
【００２０】
レーザーアニール処理装置２００におけるガス供給装置２２０は、管２２４を通じてチャンバ２０４内のガス分散ノズル２２２に連結している。従って、ガス供給装置２２０からのガスは、ガス分散ノズル２２２を通じて、レーザービーム２０２ａによる照射領域に送給される。基板２１０がレーザー照射された際に発生されるいかなる有害ガスも、ガス供給装置２２０により供給されるガス流により運び去られる。有害ガスには、高温でアモルファスシリコン薄膜から蒸発するシリコン蒸気が含まれるため、本発明によるガス分散ノズル２２２は、シリコン蒸気をも運び出し、これにより入力レーザープレート２０６が汚染されるおそれを低減させる。
【００２１】
図３を参照して、ガス分散ノズルと、レーザービームと、ガス供給装置との間の関係を説明する。図３は、図２における区分ＩＩＩの拡大図である。図３に示すように可動装置２０８上の基板２１０は、アモルファスシリコン薄膜３１０を有している。レーザービーム２０２ａがガス分散ノズル２２２を通過して基板２１０を照射すると、アモルファスシリコン薄膜３１０が再結晶化してポリシリコン薄膜となる。この間、ガス供給装置２２０（図２参照）により送給されるガス３２０が、ガス分散ノズル２２２を通過し、基板２１０上のレーザー照射されているアモルファスシリコン薄膜３１０上に衝突する。本実施例では、ガス分散ノズル２２２は中央で狭くなっているが両端部では広くなっている。換言すれば、ガス分散ノズル２２２は漏斗形状となっている。ガス３２０の噴流が基板２１０に送給されると、レーザービーム２０２ａが基板２１０を照射する間に発生するいかなる有害ガスも、流出するガス流により運び出される。
【００２２】
図４は、図２のレーザーアニール処理装置を用いてポリシリコン薄膜を形成する工程を示す流れ図である。工程４００において基板を用意する。工程４０２において、アモルファスシリコン薄膜を基板上に形成する。その後、工程４０４において、レーザービームをアモルファスシリコン薄膜の特定個所に照射し、この間、ドーピング元素を含むガスをアモルファスシリコン薄膜のレーザー照射領域上に通し、これによりアモルファスシリコン薄膜を溶かしポリシリコン薄膜に再結合させる。ドーピング元素を含むガスは、ホスフィン（ＰＨ3 ）を有する。ガス中のドーピング元素が、アモルファスシリコン薄膜をドープされたポリシリコン薄膜へ変換するので、ポリシリコン薄膜トランジスタを形成する工程から、低濃度チャネルドーピングのようなドーピング処理を省略し得る。
【００２３】
本発明の主たる特徴は、窒素、不活性ガス又はドーピング元素を含むガスの噴流をレーザー照射領域へ正確に送給し得るガス分散ノズルを反応チャンバ内に配置したことにある。処理される薄膜の周囲を不活性雰囲気としたり、処理される薄膜をドーピング処理したりすることの他に、レーザー照射により発生するいかなる有害ガスをもガスの流出と一緒に運び出すこともできる。従って、本発明は、レーザー照射領域を囲む雰囲気を安定させるだけでなく、ガスの浪費を極めて少なくもする。本発明は、ポリシリコン薄膜トランジスタの製造処理中に蒸気化したシリコンが水分及び酸素と反応することにより発生するいかなる生成物もレーザーアニール処理装置を汚染しないようにする。
【００２４】
本発明の範囲又は精神を逸脱することなく本発明の構成に種々の変更又は変形を加え得ること、当業者にとって明らかである。従って、本発明の変更及び変形が、特許請求の範囲及びそれと等価な範囲に含まれる限り、本発明はこれらの変更又は変形をも包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、アモルファスシリコン薄膜をポリシリコン薄膜に変換するための従来のレーザーアニール処理装置を示す線図である。
【図２】図２は、本発明の好適実施例によるレーザーアニール処理装置を示す線図である。
【図３】図３は、図２における区分ＩＩＩの拡大図である。
【図４】図４は、図２のレーザーアニール処理装置を用いてポリシリコン薄膜を形成するための工程を示す流れ図である。
【符号の説明】
【００２６】
１００  レーザーアニール処理装置
１０２  レーザー光源
１０２ａ  レーザービーム
１０４  チャンバ
１０４ａ  不活性ガス入口
１０４ｂ  不活性ガス出口
１０６  入力レーザープレート
１０８  可動装置
１１０  基板
２００  レーザーアニール処理装置
２０２  レーザー光源
２０２ａ  レーザービーム
２０３  光学系
２０４  チャンバ
２０６  入力レーザープレート
２０８  可動装置
２１０  基板
２２０  ガス供給装置
２２２  ガス分散ノズル
２２４  管
３１０  アモルファスシリコン薄膜
３２０  ガス
【図１】
2004179634.tif 000003
【図２】
2004179634.tif 000004
【図３】
2004179634.tif 000005
【図４】
2004179634.tif 000006