(57)【要約】【課題】位置合わせ用マーカーの変形や消失を防止する。【解決手段】本発明の半導体素子の製造方法は、位置合わせ用マーカーが形成された半導体層のうちの半導体素子を形成する領域にレーザー光を照射して結晶化する工程を包含した半導体素子の製造方法であって、位置合わせ用マーカーが形成された領域での照射レーザー光強度は、半導体素子を形成する領域での照射レーザー光強度よりも低い。より好ましくは、レーザー光は、位置合わせ用マーカーが形成された領域に照射されない。また、位置合わせ用マーカーは、半導体素子を形成する領域にレーザー光を照射して結晶化するときにレーザー光が走査しない領域に形成されていてもよい。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置合わせ用マーカーが形成された半導体層のうちの半導体素子を形成する領域にレーザー光を照射して結晶化する工程を包含した半導体素子の製造方法であって、
前記位置合わせ用マーカーが形成された領域での照射レーザー光強度は、前記半導体素子を形成する領域での照射レーザー光強度よりも低い、半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記レーザー光は、前記位置合わせ用マーカーが形成された領域に照射されない、請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記レーザー光はＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｗａｖｅ）レーザー光および疑似ＣＷレーザー光の少なくとも一方である、請求項１または２に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記位置合わせ用マーカーが形成された領域に前記レーザー光が照射されないように、前記レーザー光を遮蔽する工程をさらに包含する、請求項１から３の何れかに記載の半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記半導体層は非晶質半導体および多結晶半導体の少なくとも一方を含み、
前記非晶質半導体および多結晶半導体の少なくとも一方に前記レーザー光を照射して結晶化する、請求項１から４の何れかに記載の半導体素子の製造方法。
【請求項６】
前記結晶化する工程よりも前に行われる工程であって、前記半導体層に前記位置合わせ用マーカーを形成する工程をさらに包含する、請求項１から５の何れかに記載の半導体素子の製造方法。
【請求項７】
前記位置合わせ用マーカーは、前記半導体素子を形成する領域に前記レーザー光を照射して結晶化するときに前記レーザー光が走査しない領域に形成される、請求項６に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項８】
レーザー光を出力する発光部を備えたレーザー光照射装置であって、
前記発光部が出力した前記レーザー光を前記レーザー光照射装置外部へ導く光学系と、
前記発光部が出力した前記レーザー光が前記レーザー光照射装置外部へ出力されないように遮蔽する遮蔽部と
を備え、
位置合わせ用マーカーが形成された半導体層に前記レーザー光を照射するとき、前記遮蔽部は、前記位置合わせ用マーカーが形成された領域での照射レーザー光強度が、前記半導体層のうちの半導体素子を形成する領域での照射レーザー光強度よりも低くなるように前記レーザー光を遮蔽する、レーザー光照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子の製造方法および半導体素子の製造時に用いるレーザー光照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、非晶質半導体層および多結晶半導体層を再結晶化するとき、エキシマレーザー光をそれらの半導体層へ照射して再結晶化を行っている。例えば、液晶表示装置の製造時では、ガラス基板全面に形成されているａ−Ｓｉ膜に、線状ビーム（例えば、３６５ｍｍ×０．４ｍｍ）を走査しながら照射して、基板全面を結晶化している。
【０００３】
また、特許文献１には、レーザー光を半導体層へ照射して結晶化を行う半導体装置の製造方法が開示されている。より優れたＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）特性を得るために、基板上の決められた位置に、より大粒径の結晶粒を形成する方法が考えられており、例えばＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｗａｖｅ）レーザー光を用いた結晶化方法がこれに該当する。ＣＷレーザー光を用いると、エキシマレーザー光に比べて、大粒径の結晶粒からなるポリシリコン膜が得られるため、より高性能なＴＦＴを形成することが出来る。しかし、ＣＷレーザー光はエキシマレーザー光に比べて出力が小さいので、ビーム径を小さく（例えば１ｍｍ以下）する必要があり、基板全面を結晶化するのに非常に時間がかかってしまう。そのため、実際に回路やＴＦＴが形成される位置にだけＣＷレーザー光を照射して結晶化する方法が考えられている。
【特許文献１】特開２００３−２４３３０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
決められた位置に結晶を形成するために、位置合わせの基準となるマーカーを基板上に形成する必要がある。この位置合わせ用マーカーは、結晶化時だけでなく、その後のプロセス（ゲート電極やコンタクトホールの形成工程など）でも利用することができる。
【０００５】
位置合わせ用マーカーの形成方法としては、例えば、レーザー光等を用いてａ−Ｓｉ膜を部分的に結晶化させて形成する方法や、フォトリソグラフィ法を用いてａ−Ｓｉ膜をエッチングする方法などがある。
【０００６】
レーザー光を用いてマーカーを形成した場合には、その上に結晶化用のレーザー光が照射されると、膜が再溶融し、マーカーが変形したり消えてしまったりするという問題がある。そのような場合、後のプロセスでの位置合わせ精度が劣化したり、位置合わせそのものが出来なくなってしまったりする可能性もある。
【０００７】
図１０を参照して、レーザー光の照射に起因するマーカーの変形および消失を説明する。図１０は、再結晶化のためのレーザー光が照射されるガラス基板３００を示している。
【０００８】
図１０に示すガラス基板３００は、大きく４つの領域３１０に区分されており、それぞれの領域３１０は、例えば液晶表示装置の１パネルに相当している。半導体層３２１にＴＦＴが形成される。半導体層３２１は後の工程で複数のＳｉアイランドに分割される。ガラス基板３００上には位置合わせ用のマーカー３０１および３０２が形成されている。マーカー３０１は、レーザー光３１１の照射位置を制御するときの基準位置として用いられる。マーカー３０２は、ＴＦＴ形成時のフォトリソグラフィ工程でのマスク合わせの基準位置として用いられる。
【０００９】
再結晶化を行うときは、まず、レーザー光３１１が照射すべき位置に照射されるように、マーカー３０１を基準として、基板３００とレーザー光照射装置（図示せず）との間の位置合わせを行う（矢印３３０）。この位置合わせの後、レーザー光３１１をガラス基板３００へ照射しながら走査させる（矢印３３１）。このとき、マーカー３０２にもレーザー光３１１が照射される（点線３０３で囲った領域）ので、マーカー３０２が変形したり消失したりしてしまう。
【００１０】
また、フォトリソグラフィ法によりマーカーを形成した場合でも、ＣＷレーザー光を用いた結晶化法のような、溶融時間が長い結晶化法では、マーカーが変形したり、消失したりする可能性がある。
【００１１】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、位置合わせ用マーカーの変形や消失を防止する半導体素子の製造方法およびレーザー光照射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の半導体素子の製造方法は、位置合わせ用マーカーが形成された半導体層のうちの半導体素子を形成する領域にレーザー光を照射して結晶化する工程を包含した半導体素子の製造方法であって、前記位置合わせ用マーカーが形成された領域での照射レーザー光強度は、前記半導体素子を形成する領域での照射レーザー光強度よりも低いことを特徴とする。
【００１３】
ある実施形態によれば、前記レーザー光は、前記位置合わせ用マーカーが形成された領域に照射されない。
【００１４】
ある実施形態によれば、前記レーザー光はＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｗａｖｅ）レーザー光および疑似ＣＷレーザー光の少なくとも一方である。
【００１５】
ある実施形態によれば、前記位置合わせ用マーカーが形成された領域に前記レーザー光が照射されないように、前記レーザー光を遮蔽する工程をさらに包含する。
【００１６】
ある実施形態によれば、前記半導体層は非晶質半導体および多結晶半導体の少なくとも一方を含み、前記非晶質半導体および多結晶半導体の少なくとも一方に前記レーザー光を照射して結晶化する。
【００１７】
ある実施形態によれば、前記結晶化する工程よりも前に行われる工程であって、前記半導体層に前記位置合わせ用マーカーを形成する工程をさらに包含する。
【００１８】
ある実施形態によれば、前記位置合わせ用マーカーは、前記半導体素子を形成する領域に前記レーザー光を照射して結晶化するときに前記レーザー光が走査しない領域に形成される。
【００１９】
本発明のレーザー光照射装置は、レーザー光を出力する発光部を備えたレーザー光照射装置であって、前記発光部が出力した前記レーザー光を前記レーザー光照射装置外部へ導く光学系と、前記発光部が出力した前記レーザー光が前記レーザー光照射装置外部へ出力されないように遮蔽する遮蔽部とを備え、位置合わせ用マーカーが形成された半導体層に前記レーザー光を照射するとき、前記遮蔽部は、前記位置合わせ用マーカーが形成された領域での照射レーザー光強度が、前記半導体層のうちの半導体素子を形成する領域での照射レーザー光強度よりも低くなるように前記レーザー光を遮蔽することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、位置合わせ用マーカーが形成された領域での照射レーザー光強度が、半導体素子を形成する領域での照射レーザー光強度よりも低い。これにより、位置合わせ用マーカーの変形や消失を防止することができる。より好ましくは、レーザー光は、位置合わせ用マーカーが形成された領域には照射されない。
【００２１】
また、本発明のある実施形態では、位置合わせ用マーカーは、半導体素子を形成する領域にレーザー光を照射して再結晶化するときにレーザー光が走査しない領域に形成される。これにより、位置合わせ用マーカーにはレーザー光が照射されないので、位置合わせ用マーカーの変形や消失を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。同様の構成要素には同様の参照符号を付し、詳細な説明は省略する。また、本発明の実施形態の説明では、液晶表示装置に用いられる半導体素子の製造方法および装置を説明するが、本発明は、液晶表示装置以外の装置で用いられる半導体素子の製造技術にも適用される。
【００２３】
（実施形態１）
図１〜図８を参照して、本発明の第１の実施形態を説明する。本実施形態では、半導体層のうちの半導体素子を形成する領域にはレーザー光を照射するが、位置合わせ用マーカーが形成された領域にはレーザー光を照射しないことにより、位置合わせ用マーカーの変形や消失を防止する。
【００２４】
まず、図１を参照する。図１は、本実施形態のレーザー光照射装置１００を示す図である。
【００２５】
レーザー光照射装置１００は、レーザー光１１１を出力する発光部１１０を備える。発光部１１０は例えば半導体レーザー発光素子であり、ＣＷレーザー光を出力する。なお、発光部１１０が出力するレーザー光は実質的な連続波である疑似ＣＷレーザー光であってもよい。
【００２６】
レーザー光照射装置１００は、発光部１１０が出力したレーザー光１１１をレーザー光照射装置１００外部へ導く光学系１３０を備えており、この光学系１３０は、ミラー部１４０および１４１と、エキスパンダー１５０および１５１と、スプリッター１６０と、集光レンズ１７０および１７１を備える。
【００２７】
レーザー光照射装置１００は、発光部１１０が出力したレーザー光１１１がレーザー光照射装置１００外部へ出力されないように遮蔽する遮蔽部１２０をさらに備える。遮蔽部１２０は、レーザー光１１１を遮蔽するシャッター部１２１と、シャッター部１２１を駆動するモーター部１２２とを備える。
【００２８】
図１は、遮蔽部１２０がレーザー光１１１を遮蔽していない状態を示している。発光部１１０が出力したレーザー光１１１は、ミラー部１４０および１４１で反射され、エキスパンダー１５０および１５１でビーム径が拡張された後、スプリッター１６０で反射され、集光レンズ１７０および１７１で集光されて、半導体層が形成されたガラス基板２００へ照射される。
【００２９】
一方、図２は、遮蔽部１２０がレーザー光１１１を遮蔽している状態を示している。モーター部１２２で駆動されたシャッター部１２１がレーザー光１１１の光路上に位置することでレーザー光１１１を遮蔽している。この状態では、レーザー光１１１はガラス基板２００へ照射されない。
【００３０】
次に、レーザー光照射装置１００を用いた半導体素子の製造方法を説明する。
【００３１】
図３は、半導体素子が形成されるガラス基板２００を示す図である。図３に示すガラス基板２００は、大きく４つの領域２１０に区分されており、それぞれの領域２１０は、例えば液晶表示装置の１パネルに相当している。
【００３２】
まず、ガラス基板２００上に半導体層を形成する。例えば、Ｐ−ＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ−ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等を用いて、ＳｉＯ2層２２０を形成し、その上にａ−Ｓｉ層２２１を形成する。ＳｉＯ2層２２０の厚さは例えば２００ｎｍ、ａ−Ｓｉ層２２１の厚さは例えば５０ｎｍである。ａ−Ｓｉ層２２１は後の工程で複数のＳｉアイランドに分割され、このＳｉアイランドの領域にＴＦＴが形成される。半導体層２２１は、非晶質半導体および多結晶半導体の少なくとも一方を含んでいる。
【００３３】
次に、フォトリソグラフィ法を用いて、位置合わせ用のマーカー１および２を形成する。マーカー１は、レーザー光１１１の照射位置を制御するときの基準位置として用いられる。マーカー２は、ＴＦＴ形成時のフォトリソグラフィ工程でのマスク合わせ時や線幅の測定時等での基準位置として用いられる。
【００３４】
マーカー１および２を形成した後、レーザー光１１１を用いた半導体層の結晶化を行う。レーザー光１１１は、製造装置（図示せず）に組み込まれたレーザー光照射装置１００（図１）から出力される。ＴＦＴを形成する領域（レーザー光１１１を照射する領域）およびマーカー１および２が形成された領域等（レーザー光１１１を照射しない領域）は、予めＣＡＤデータなどから照射パターンを生成することで、製造装置に記憶させている。
【００３５】
製造装置のステージ（図示せず）上に基板２００を設置すると、まず、画像認識技術などを用いてマーカー１の位置を正確に把握し、基板２００の角度調整等を行う。次に、レーザー光１１１が照射すべき位置に照射されるように、マーカー１を基準として、基板２００とレーザー光照射装置１００との間の位置合わせを行う（矢印２３０）。位置合わせの後、予め製造装置に記憶させておいた照射パターンに従って、レーザー光１１１を照射して走査させる（矢印２３１）。
【００３６】
ＴＦＴを形成するためのＳｉアイランドが形成される領域（参照符号２２１で示される領域）では、遮蔽部１２０はレーザー光１１１を遮蔽せず（図１に示す状態）、レーザー光１１１が照射され、非晶質半導体および／または多結晶半導体の再結晶化が行われる。一方、マーカー２の領域では、遮蔽部１２０がレーザー光１１１を遮蔽し（図２に示す状態）、マーカー２にはレーザー光１１１は照射されない。マーカー２にはレーザー光１１１が照射されないので、マーカー２が変形したり消失したりすることがない。これにより、この後のＴＦＴを形成する工程でもマーカー２を用いた正確な位置合わせを行うことが出来る。
【００３７】
次に、図４〜図７を参照して、ＴＦＴを形成する工程を説明する。
【００３８】
レーザー光１１１の照射が終了すると、ＴＦＴを形成するＳｉアイランド（参照符号２２１で示される領域）をフォトリソグラフィによって形成する。このとき、マスクの位置合わせはマーカー２を用いて行う。図４（ａ）は、Ｓｉアイランド２２１が形成されたガラス基板２００を示している。説明を容易にするために、図４（ａ）、図５（ａ）、図６（ａ）および図７（ａ）では、１パネルに相当する領域２１０をガラス基板２００上に２つだけ示している。領域２１０の数は任意である。図４（ｂ）、図５（ｂ）、図６（ｂ）および図７（ｂ）は、Ｓｉアイランド２２１が形成された領域のガラス基板２００の断面を示している。
【００３９】
なお、Ｓｉアイランド２２１の形成と同時に、ゲート電極形成時の位置合わせ用のマーカー３（図５（ａ））を形成するためのＳｉアイランド２２２（図４（ａ））を形成してもよい。
【００４０】
ＴＦＴは公知の方法を用いて形成されるので、その形成方法の詳細は省略する。図５（ａ）および（ｂ）を参照して、Ｓｉアイランド２２１にＴＦＴ−Ｓｉパターン（チャネル領域）２４１を形成する。このとき、マーカー３も形成する。なお、マーカー２は少なくともＴＦＴ−Ｓｉパターンの形成時に使用されるが、その後の工程では使用しない場合もある。
【００４１】
次に、図６（ａ）および（ｂ）を参照して、チャネル領域２４１を覆うようにゲート絶縁膜２４２を形成し、その上にゲート電極２４３を形成する。次に、図７（ａ）および（ｂ）を参照して、ゲート絶縁膜２４２およびゲート電極２４３を覆うように絶縁膜２４４を形成する。絶縁膜２４２および２４４にコンタクトホール２４５を形成し、このコンタクトホール２４５を通ってチャネル領域２４１に達するソースおよびドレイン電極２４６を形成してＴＦＴが完成する。
【００４２】
次に、本実施形態のレーザー光照射装置の別の一例を説明する。図８は本実施形態のレーザー光照射装置１０１を示す図である。レーザー光照射装置１０１は、レーザー光照射装置１００の構成要素に加えて、遮蔽部１２５および１８０をさらに備える。遮蔽部１２５および１８０は、発光部１１０から出力されたレーザー光１１１がレーザー光照射装置１０１外部へ出力されないように遮蔽する。遮蔽部１２５は、レーザー光１１１を遮蔽するシャッター部１２６と、シャッター部１２６を駆動するモーター部１２７とを備える。
【００４３】
遮蔽部１８０は、ＡＯＭ（Ａｃｏｕｓｔ  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）シャッターである。合成石英などの媒質中を超音波が伝播するとき、超音波の振動によって媒質中に弾性変化や圧力変化が生じ、屈折率が変化する。ＡＯＭシャッターでは、このような超音波による屈折率の変化を利用してレーザー光の進路を変化させている。合成石英などの媒体に超音波を発生させるトランスデューサーを貼り付けて高周波電圧を印加すると、その周波数に応じた屈折率の粗密が発生する。電圧ＯＦＦの状態では透過光は直進し、電圧ＯＮの状態では屈折率の変化に応じて透過光の軌道が曲がり、レーザー光１１１はガラス基板２００に到達しない（すなわちレーザー光１１１は遮蔽される）。
【００４４】
遮蔽部１２０のようなメカニカルに動作するシャッターと比較して、ＡＯＭシャッターは開閉速度が速いため、液晶パネルなどのμｍ単位の制御が必要なものに対しても、照射位置に合わせてシャッターの開閉をより正確に制御することができる。なお、遮蔽部１８０は、ＥＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｏｐｔｉｃ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）シャッターであってもよい。物質に電圧を印加すると、電気光学効果により屈折率が変化する。例えば、ポッケルス効果に従う物質では、屈折率は電界強度Ｅに比例して変化する。ＫＤＰ結晶を媒体として用いたＥＯＭシャッターの応答時間は非常に短く、１０ｎｓ以下である。レーザ光１１１の遮蔽のＯＮ／ＯＦＦを非常に高速に行うことができるので、微小な領域に形成されたマーカー部に対しても正確にレーザー光１１１の遮蔽を行うことができる。
【００４５】
なお、レーザー光照射装置１０１（図８）は、複数の遮蔽部１２０、１２５および１８０を備えており、それらの動作を組み合わせてレーザー光１１１を遮蔽してもよいが、レーザー光１１１の遮蔽が十分に行われるのなら少なくとも１つの遮蔽部を備えていればよい。
【００４６】
なお、マーカー２へのレーザー光１１１への照射を完全に防止する必要は無い。ＴＦＴを形成する領域に照射されるレーザー光１１１の強度よりも低く、マーカー２を変質させない程度の強度のレーザー光１１１ならば、マーカー２へ照射されても構わない。例えば、シャッターから漏れた少量のレーザー光１１１がマーカー２に照射されても構わない。なお、レーザー光１１１を完全に遮蔽した場合は、マーカー２が形成された領域での照射レーザー光強度はゼロとなる。
【００４７】
（実施形態２）
図９を参照して、本発明の第２の実施形態を説明する。図９は、本実施形態のマーカーが形成されたガラス基板２０１を示す図である。ガラス基板２０１にはマーカー２（図３）の代わりにマーカー２ａが形成されている。マーカー２ａは、ＴＦＴを形成する領域２２１にレーザー光１１１を照射して再結晶化するときにレーザー光１１１が走査しない領域に位置している。これにより、マーカー２ａにはレーザー光１１１が照射されないので、マーカー２の変形や消失を防止することができる。図９に示す例では、マーカー２ａの長手方向は、レーザー光１１１の走査方向に平行となっている。マーカー２ａが形成されているライン上には、ＴＦＴ等の結晶化が必要な半導体素子は配置されていない。このようなレイアウトを行うことにより、シャッターなどでレーザ光１１１を遮蔽するような複雑な制御を行うことなく、マーカー２ａの変形や消失を防止することができる。
【００４８】
なお、マーカー１にはレーザー光１１１が照射されても構わない。マーカー１に関しては、レーザー光１１１を照射することによって膜剥がれ等がおこり、歩留まりを低下させる可能性があるので、レーザー光１１１は照射されないことが望ましいが、照射されてもその後の工程では使用しないので、問題はない。
【００４９】
また、ガラス基板２００および２０１の代わりに、プラスチックやステンレスなどの基板が用いられてもよい。
【００５０】
また、半導体層の材料はシリコンに限定されず、別の材料が用いられてもよい。
【００５１】
半導体層２２１は複数のＳｉアイランドに分割されていなくてもよい。
【００５２】
また、本発明の実施形態では、液晶表示装置に用いられる半導体素子の製造方法を説明したが、本発明は、液晶表示装置以外の装置で用いられる半導体素子の製造技術にも適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、半導体素子の製造技術の分野で特に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施形態によるレーザー光照射装置を示す図である。
【図２】本発明の実施形態による遮蔽部がレーザー光を遮蔽している状態を示す図である。
【図３】本発明の実施形態による半導体素子が形成されるガラス基板を示す図である。
【図４】本発明の実施形態によるＴＦＴを形成する工程を示す図である。
【図５】本発明の実施形態によるＴＦＴを形成する工程を示す図である。
【図６】本発明の実施形態によるＴＦＴを形成する工程を示す図である。
【図７】本発明の実施形態によるＴＦＴを形成する工程を示す図である。
【図８】本発明の実施形態によるレーザー光照射装置を示す図である。
【図９】本発明の実施形態によるマーカーが形成されたガラス基板を示す図である。
【図１０】再結晶化のためのレーザー光が照射されるガラス基板を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１、２、２ａ  マーカー
１００、１０１  レーザー光照射装置
１１０  発光部
１１１  レーザー光
１２０、１２５、１８０  遮蔽部
１２１  シャッター部
１２２  モーター部
１３０  光学系
１４０、１４１  ミラー部
１５０、１５１  エキスパンダー
１６０  スプリッター
１７０、１７１  集光レンズ
２００、２０１  ガラス基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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