JP2009123852A - Semiconductor device, and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: a semiconductor device including a thin film transistor capable of being manufactured with high yield and high precision; and a manufacturing method thereof, by forming an alignment mark for producing the semiconductor device with high yield, without increasing the number of processes for producing the semiconductor device. <P>SOLUTION: This semiconductor device is a semiconductor device 1 in which a polycrystalline silicon semiconductor film 13 and an alignment mark 4 made of a silicon film 5 defined as a graphic at least by silicon phases 6a, 6p having surfaces different from each other are formed on a substrate 10. These different silicon phases 6a, 6p are a polycrystalline silicon phase 6p and an amorphous silicon phase 6a. Such different silicon phases 6a, 6p can be formed by a method including: forming a mask pattern A for forming a polycrystalline silicon semiconductor film 13 in a semiconductor element part 2; forming a mask pattern B for forming an alignment mark 4 in an alignment mark part 3; and implanting ions from above the mask patterns A, B to convert at least the surface of an exposed part of the polycrystalline silicon film which is not covered by the mask patterns A, B to an amorphous silicon phase. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、更に詳しくは、半導体装置を歩留まりよく製造するためのアライメントマークを、工程増となることなく、歩留まりと精度のよい半導体装置、及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor device having a high yield and accuracy without increasing the number of steps for an alignment mark for manufacturing the semiconductor device with a high yield, and a method for manufacturing the same.

アクティブマトリクス駆動型の表示装置において、多結晶シリコン薄膜トランジスタ(以下、「多結晶シリコンTFT」という。)を含む半導体装置は、個々の画素に設けられるスイッチング素子や、表示装置のディスプレイ基板上の周辺回路を構成する回路素子等として利用されている。アクティブマトリクス駆動型の表示装置の一つである液晶ディスプレイパネルは、携帯電話やPDAなど、モバイルディスプレイ用途に使用されることが多く、近年、ガラス基板の代わりにプラスチック基板を用いるなど、さらなる軽量化や耐衝撃性を有する低コストの半導体装置が望まれている。   In an active matrix driving type display device, a semiconductor device including a polycrystalline silicon thin film transistor (hereinafter referred to as “polycrystalline silicon TFT”) includes a switching element provided in each pixel and a peripheral circuit on a display substrate of the display device. Is used as a circuit element constituting the. Liquid crystal display panels, one of active matrix drive type display devices, are often used for mobile display applications such as mobile phones and PDAs. In recent years, the use of plastic substrates instead of glass substrates has further reduced weight. In addition, a low-cost semiconductor device having shock resistance is desired.

こうした半導体装置において、半導体素子が形成される半導体素子部の周辺部には、基板とフォトマスクとの位置合わせを精度よく行って各層を所定の位置に正確に形成(もしくはパターニング)するためのアライメントマークが形成されている。例えば特許文献1には、フラットディスプレイ装置のTFT作製時において、ガラス基板上に形成した導電膜をパターンエッチングして走査信号線やゲート電極を形成するのと同時に、その導電膜をパターンエッチングしてアライメントマークを形成することが提案されている。また、特許文献2には、半導体装置の作製時において、シリコン部分とシリコン酸化膜部分との境に形成された段差部をアライメントマークとすること(同文献の第0004段落)や、酸化防止膜とLOCOS酸化膜とのエッジ段差をアライメントマークとすること(同文献の第0012段落)が提案されている。
特開平2−234116号公報(第1図) 特開2004−319637号公報(第0004段落、第0012段落)
In such a semiconductor device, the alignment for accurately forming (or patterning) each layer in a predetermined position by accurately aligning the substrate and the photomask at the periphery of the semiconductor element portion where the semiconductor element is formed. A mark is formed. For example, in Patent Document 1, when a TFT of a flat display device is manufactured, a conductive film formed on a glass substrate is subjected to pattern etching to form a scanning signal line and a gate electrode, and at the same time, the conductive film is subjected to pattern etching. It has been proposed to form alignment marks. Further, in Patent Document 2, a step portion formed at the boundary between a silicon portion and a silicon oxide film portion is used as an alignment mark at the time of manufacturing a semiconductor device (paragraph 0004 of the same document), or an antioxidant film. It has been proposed to use an edge step between the LOCOS oxide film and the LOCOS oxide film as an alignment mark (paragraph 0012 of the same document).
JP-A-2-234116 (FIG. 1) JP-A-2004-319637 (paragraphs 0004 and 0012)

上記特許文献1で提案されたアライメントマークは、ガラス基板上に先ず導電膜を形成した場合に、その導電膜をエッチングして走査信号線やゲート電極を形成するのと同時に形成することができるが、基板上に最初にシリコン膜を形成し、そのシリコン膜にイオン注入と活性化処理を行ってチャネル領域を形成する場合には、そのシリコン膜をドライエッチングしてアライメントマークを形成し、そのアライメントマークとフォトマスクとをアライメントすることによって、その後に設ける膜を正確にパターニングすることが一般的である。こうした場合、アライメントマークを形成するためだけのドライエッチングが付加工程として行われるので、そのドライエッチング工程の存在が歩留まり悪化の一因となる。   The alignment mark proposed in Patent Document 1 can be formed at the same time when a conductive film is first formed on a glass substrate and the conductive film is etched to form a scanning signal line and a gate electrode. When a silicon film is first formed on a substrate and a channel region is formed by performing ion implantation and activation treatment on the silicon film, the silicon film is dry-etched to form an alignment mark, and the alignment is performed. In general, a film to be provided thereafter is accurately patterned by aligning a mark and a photomask. In such a case, dry etching only for forming the alignment mark is performed as an additional process, and the presence of the dry etching process contributes to the deterioration of the yield.

また、特許文献2においても、段差部からなるアライメントマークの形成が付加工程となっているので、そのアライメントマークの形成工程の存在が歩留まり悪化の一因となる。   Also in Patent Document 2, since the formation of the alignment mark composed of the stepped portion is an additional process, the presence of the alignment mark forming process contributes to the deterioration of the yield.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、薄膜トランジスタを含む半導体装置を歩留まりよく製造するためのアライメントマークを、工程増となることなく、歩留まりと精度のよい半導体装置、及びその製造方法を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an alignment mark for manufacturing a semiconductor device including a thin film transistor with a high yield without increasing the number of processes and with a high yield and accuracy. A semiconductor device and a manufacturing method thereof are provided.

上記課題を解決するための本発明の半導体装置は、多結晶シリコン半導体膜と、少なくとも表面が異なるシリコン相で図形化されたシリコン膜からなるアライメントマークと、が基板上に形成されていることを特徴とする。   In order to solve the above problems, a semiconductor device according to the present invention includes a polycrystalline silicon semiconductor film and an alignment mark formed of a silicon film patterned with a silicon phase having at least a different surface formed on a substrate. Features.

この発明によれば、基板上に形成されたアライメントマークは、少なくとも表面が異なるシリコン相で図形化されたシリコン膜で構成されているが、こうした構造は、アライメントマークを形成する部位の多結晶シリコン膜上にマスクパターンを設けた後にイオン注入することにより得ることができるので、基板上に形成したシリコン膜をドライエッチングしてアライメントマークを形成するという従来のような付加工程を必要としない構造形態を呈している。その結果、本発明の半導体装置は、歩留まり悪化の一因となるドライエッチング工程を省いて得られることから、歩留まりと精度のよいものとすることができる。   According to the present invention, the alignment mark formed on the substrate is composed of a silicon film that is patterned with a silicon phase having at least a different surface. Such a structure is formed of polycrystalline silicon at a position where the alignment mark is formed. Since it can be obtained by ion implantation after providing a mask pattern on the film, it does not require the conventional additional process of forming an alignment mark by dry etching the silicon film formed on the substrate Presents. As a result, since the semiconductor device of the present invention can be obtained by omitting the dry etching process that contributes to the deterioration of the yield, the yield and accuracy can be improved.

本発明の半導体装置の好ましい態様として、前記異なるシリコン相が、多結晶シリコン相と非晶質シリコン相であるように構成する。   As a preferred aspect of the semiconductor device of the present invention, the different silicon phases are configured to be a polycrystalline silicon phase and an amorphous silicon phase.

この発明によれば、異なるシリコン相が多結晶シリコン相と非晶質シリコン相とで構成されているが、こうした構造は、上記同様、アライメントマークを形成する部位の多結晶シリコン膜上にマスクパターンを設けた後にイオン注入することにより得ることができ、両相で図形化されたシリコン膜はアライメントマークとして認識するのに十分なコントラスト差を有している。   According to the present invention, different silicon phases are composed of a polycrystalline silicon phase and an amorphous silicon phase, and such a structure is similar to the above in that a mask pattern is formed on a polycrystalline silicon film at a site where an alignment mark is to be formed. The silicon film which is obtained by ion implantation after the formation of the film and is patterned in both phases has a sufficient contrast difference to be recognized as an alignment mark.

本発明の半導体装置の好ましい態様として、前記異なるシリコン相が、反射スペクトルの差で30%以上60%以下であるように構成する。   As a preferred aspect of the semiconductor device of the present invention, the different silicon phases are configured to be 30% or more and 60% or less in a difference in reflection spectrum.

この発明によれば、異なるシリコン相からなる反射スペクトル差が30%以上60%以下の図形は、アライメントマークとして認識するのに十分なコントラスト差を有している。   According to the present invention, a figure having a reflection spectrum difference of 30% or more and 60% or less made of different silicon phases has a contrast difference sufficient to be recognized as an alignment mark.

本発明の半導体装置の好ましい態様として、前記多結晶シリコン半導体膜と前記アライメントマークが、前記基板上に、バッファ膜を介して設けられているように構成する。   As a preferred aspect of the semiconductor device of the present invention, the polycrystalline silicon semiconductor film and the alignment mark are configured to be provided on the substrate via a buffer film.

上記課題を解決するための本発明の半導体装置の製造方法は、基板上に、多結晶シリコン半導体膜を有する半導体素子部と、アライメントマークを有するアライメントマーク部とを少なくとも形成する半導体装置の製造方法であって、
前記基板上に非晶質シリコン膜を形成する工程と、前記非晶質シリコン膜を多結晶化して多結晶シリコン膜を形成する工程と、前記多結晶シリコン膜の半導体素子部に前記多結晶シリコン半導体膜を形成するためのマスクパターンAを形成するとともに、前記多結晶シリコン膜のアライメントマーク部に前記アライメントマークを形成するためのマスクパターンBを形成する工程と、前記マスクパターンA,B上からイオン注入して、該マスクパターンA,Bで覆われていない多結晶シリコン膜の露出部の少なくとも表面を非晶質シリコン相に変化させる工程と、前記半導体素子部のみを活性化して該半導体素子部に多結晶シリコン半導体膜を形成する工程と、前記マスクパターンA,Bを除去する工程と、を有し、
前記非晶質シリコン相に変化させる工程により、前記アライメントマーク部に形成されたシリコン膜の少なくとも表面に、多結晶シリコン相と非晶質シリコン相とからなる異なるシリコン相で図形化されたアライメントマークを形成することを特徴とする。
A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention for solving the above-described problem is a method of manufacturing a semiconductor device in which a semiconductor element portion having a polycrystalline silicon semiconductor film and an alignment mark portion having an alignment mark are formed on a substrate. Because
A step of forming an amorphous silicon film on the substrate; a step of polycrystallizing the amorphous silicon film to form a polycrystalline silicon film; and the polycrystalline silicon film in a semiconductor element portion of the polycrystalline silicon film. Forming a mask pattern A for forming a semiconductor film and forming a mask pattern B for forming the alignment mark on the alignment mark portion of the polycrystalline silicon film; and from above the mask patterns A and B A step of implanting ions to change at least the surface of the exposed portion of the polycrystalline silicon film not covered with the mask patterns A and B into an amorphous silicon phase, and activating only the semiconductor element portion A step of forming a polycrystalline silicon semiconductor film on the portion, and a step of removing the mask patterns A and B,
Alignment marks formed with different silicon phases comprising a polycrystalline silicon phase and an amorphous silicon phase on at least the surface of the silicon film formed in the alignment mark portion by the step of changing to the amorphous silicon phase It is characterized by forming.

この発明では、マスクパターンA,B上からイオン注入して、そのマスクパターンA,Bで覆われていない多結晶シリコン膜の露出部の少なくとも表面を非晶質シリコン相に変化させる工程によって、アライメントマーク部に形成されたシリコン膜の少なくとも表面にアライメントマーク(多結晶シリコン相と非晶質シリコン相とからなる異なるシリコン相で図形化されたマーク)を形成する。この発明によれば、従来のように、基板上に形成したシリコン膜をドライエッチングしてアライメントマークを形成するという付加工程を必要としないので、歩留まり悪化の一因となるドライエッチング工程を有さないことから、歩留まり向上と精度向上をもたらす製造方法とすることができる。   In the present invention, alignment is performed by ion implantation from above the mask patterns A and B to change at least the surface of the exposed portion of the polycrystalline silicon film not covered with the mask patterns A and B into an amorphous silicon phase. Alignment marks (marks formed with different silicon phases composed of a polycrystalline silicon phase and an amorphous silicon phase) are formed on at least the surface of the silicon film formed in the mark portion. According to the present invention, since there is no need for an additional step of forming an alignment mark by dry etching a silicon film formed on a substrate as in the prior art, there is a dry etching step that contributes to a decrease in yield. Therefore, the manufacturing method can improve yield and accuracy.

本発明の半導体装置の製造方法の好ましい態様として、前記半導体素子部のみの活性化を、前記アライメントマーク部を遮蔽した後にレーザーアニールすることにより行うように構成する。   As a preferred aspect of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, only the semiconductor element portion is activated by laser annealing after shielding the alignment mark portion.

この発明によれば、アライメントマーク部を遮蔽した後に半導体素子部を活性化処理するので、異なるシリコン相で図形化されたシリコン膜はそのままの状態で残ることになる。このように、活性化処理する工程の際に、レーザーを遮蔽する遮蔽板やレーザーを吸収する吸収板等を、アライメントマーク部とレーザーとの間に配置する簡単な方法によって、アライメントマークを形成することができる。   According to the present invention, since the semiconductor element portion is activated after the alignment mark portion is shielded, the silicon film formed in a different silicon phase remains as it is. As described above, in the activation process, the alignment mark is formed by a simple method of arranging a shielding plate for shielding the laser, an absorption plate for absorbing the laser, or the like between the alignment mark portion and the laser. be able to.

本発明の半導体装置の製造方法の好ましい態様として、前記アライメントマークは、前記多結晶シリコン半導体膜上にゲート絶縁膜を形成する工程以降の工程で使用されるように構成する。   As a preferred aspect of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the alignment mark is configured to be used in a process after the process of forming a gate insulating film on the polycrystalline silicon semiconductor film.

この発明によれば、多結晶シリコン半導体膜の次に形成するゲート絶縁膜形成用マスクの位置決めを正確に行うことができ、さらにその後に形成する各種の膜の形成をも正確に行うことができる。   According to the present invention, it is possible to accurately position the gate insulating film forming mask to be formed next to the polycrystalline silicon semiconductor film, and it is also possible to accurately form various films to be formed thereafter. .

本発明の半導体装置の製造方法の好ましい態様として、前記多結晶シリコン半導体膜と前記アライメントマークを、前記基板上に、バッファ膜を介して形成するように構成する。   As a preferred aspect of the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the polycrystalline silicon semiconductor film and the alignment mark are formed on the substrate via a buffer film.

本発明の半導体装置によれば、アライメントマーク(少なくとも表面が異なるシリコン相で図形化されたシリコン膜からなるマーク)は、その形成部位の多結晶シリコン膜上にマスクパターンを設けた後にイオン注入して得ることができる構造形態であり、シリコン膜をドライエッチングしてアライメントマークを形成するという従来のような付加工程を必要としない構造形態であるので、歩留まり悪化の一因となるドライエッチング工程を省いて得られる。その結果、この半導体装置は、歩留まりと精度のよいものとなる。   According to the semiconductor device of the present invention, an alignment mark (at least a mark made of a silicon film formed with a different silicon phase on the surface) is ion-implanted after a mask pattern is provided on the polycrystalline silicon film at the formation site. This is a structural form that does not require a conventional additional process of forming an alignment mark by dry-etching the silicon film. It is obtained by omitting. As a result, this semiconductor device has high yield and accuracy.

なお、本発明の半導体装置を、例えば有機EL素子や液晶表示素子等と組み合わせることにより、歩留まりと精度のよいディスプレイを設計することが可能となる。   Note that by combining the semiconductor device of the present invention with, for example, an organic EL element, a liquid crystal display element, or the like, a display with high yield and accuracy can be designed.

本発明の半導体装置の製造方法によれば、マスクパターンA,B上からイオン注入して、そのマスクパターンA,Bで覆われていない多結晶シリコン膜の露出部の少なくとも表面を非晶質シリコン相に変化させる工程によって、アライメントマーク部に形成されたシリコン膜の少なくとも表面にアライメントマーク(多結晶シリコン相と非晶質シリコン相とからなる異なるシリコン相で図形化されたマーク)を形成するので、基板上に形成したシリコン膜をドライエッチングしてアライメントマークを形成するという従来のような付加工程を必要としない。その結果、この製造方法は、歩留まり悪化の一因となるドライエッチング工程を有さないことから、歩留まり向上と精度向上をもたらす製造方法となる。   According to the semiconductor device manufacturing method of the present invention, ions are implanted from above the mask patterns A and B, and at least the surface of the exposed portion of the polycrystalline silicon film not covered with the mask patterns A and B is amorphous silicon. Because the process of changing to a phase forms an alignment mark (marked with a different silicon phase comprising a polycrystalline silicon phase and an amorphous silicon phase) on at least the surface of the silicon film formed in the alignment mark portion. The conventional additional process of forming the alignment mark by dry etching the silicon film formed on the substrate is not required. As a result, this manufacturing method does not have a dry etching process that contributes to the deterioration of yield, and thus becomes a manufacturing method that improves yield and accuracy.

以下、本発明の半導体装置及びその製造方法について詳細に説明するが、本発明は図面の形態や以下の実施形態に限定されるものではない。   Hereinafter, the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited to the form of the drawings and the following embodiments.

(半導体装置)
図1は、本発明の半導体装置1の一例を示す断面図である。図2は、本発明の半導体装置のアライメントマーク部3に形成されたアライメントマーク4の例を示す平面図である。本発明の半導体装置1は、図1に示すように、多結晶シリコン半導体膜13と、少なくとも表面が異なるシリコン相(6a,6p)で図形化されたシリコン膜5からなるアライメントマーク4と、が基板10上に形成されている。こうした半導体装置1は、薄膜トランジスタ(TFT)が形成された半導体素子部2と、アライメントマーク4が形成されたアライメントマーク部3とを有し、例えばアクティブマトリックス駆動型の表示装置を構成するディスプレイパネルとして利用可能である。
(Semiconductor device)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a semiconductor device 1 of the present invention. FIG. 2 is a plan view showing an example of the alignment mark 4 formed in the alignment mark portion 3 of the semiconductor device of the present invention. As shown in FIG. 1, the semiconductor device 1 of the present invention includes a polycrystalline silicon semiconductor film 13 and an alignment mark 4 made of a silicon film 5 that is formed into a figure with at least silicon phases (6a, 6p) having different surfaces. It is formed on the substrate 10. Such a semiconductor device 1 has a semiconductor element portion 2 in which a thin film transistor (TFT) is formed, and an alignment mark portion 3 in which an alignment mark 4 is formed. For example, as a display panel constituting an active matrix drive type display device Is available.

より詳しくは、図1に例示した半導体装置1の半導体素子部2は、基板10と、基板10上に形成された無機密着膜11と、無機密着膜11上に形成されたバッファ膜12と、バッファ膜12上に形成された多結晶シリコン半導体膜13(ソース側拡散膜13s、チャネル膜13c及びドレイン側拡散膜13d)と、その多結晶シリコン半導体膜13上に形成されたゲート絶縁膜14と、ゲート絶縁膜14上に、又はゲート絶縁膜14のコンタクトホールを介して形成された金属電極15(ソース電極15s、ゲート電極15g及びドレイン電極15d)と、金属電極15等を覆う保護膜18と、を有している。   More specifically, the semiconductor element portion 2 of the semiconductor device 1 illustrated in FIG. 1 includes a substrate 10, an inorganic adhesion film 11 formed on the substrate 10, a buffer film 12 formed on the inorganic adhesion film 11, A polycrystalline silicon semiconductor film 13 (source side diffusion film 13s, channel film 13c and drain side diffusion film 13d) formed on the buffer film 12, and a gate insulating film 14 formed on the polycrystalline silicon semiconductor film 13; A metal electrode 15 (source electrode 15s, gate electrode 15g and drain electrode 15d) formed on the gate insulating film 14 or through a contact hole of the gate insulating film 14, and a protective film 18 covering the metal electrode 15 and the like ,have.

一方、図1に例示した半導体装置1のアライメントマーク部3は、少なくとも表面が、多結晶シリコン相6pと、非晶質シリコン相6aとで図形化されたシリコン膜5がアライメントマーク4として作用する。このアライメントマーク4の例として示した図2(A)は、十字に形成された多結晶シリコン相6pとそれ以外の部位に形成された非晶質シリコン相6aとで図形化されたものであり、図2(B)は、三角形の多結晶シリコン相6pと非晶質シリコン相6aとで図形化されたものである。   On the other hand, in the alignment mark portion 3 of the semiconductor device 1 illustrated in FIG. 1, at least the surface of the silicon film 5 formed by the polycrystalline silicon phase 6 p and the amorphous silicon phase 6 a acts as the alignment mark 4. . FIG. 2A shown as an example of the alignment mark 4 is a figure formed by a polycrystalline silicon phase 6p formed in a cross shape and an amorphous silicon phase 6a formed in other portions. FIG. 2B is a diagram of a triangular polycrystalline silicon phase 6p and an amorphous silicon phase 6a.

(製造工程)
本発明の半導体装置1の製造方法は、基板10上に、多結晶シリコン半導体膜13(13s,13c,13d)を有する半導体素子部2と、アライメントマーク4を有するアライメントマーク部3とを少なくとも形成する半導体装置の製造方法である。そして、その製造工程は、順に、基板10上に非晶質シリコン膜21aを形成する工程と、非晶質シリコン膜21aを多結晶化して多結晶シリコン膜21pを形成する工程と、多結晶シリコン膜21pの半導体素子部2に前記多結晶シリコン半導体膜13を形成するためのマスクパターンAを形成するとともに、前記多結晶シリコン膜21pのアライメントマーク部3に前記アライメントマーク4を形成するためのマスクパターンBを形成する工程と、マスクパターンA,B上からイオン注入して、マスクパターンA,Bで覆われていない多結晶シリコン膜21aの露出部の少なくとも表面を非晶質シリコン相に変化させる工程と、半導体素子部2のみを活性化してその半導体素子部2に多結晶シリコン半導体膜13を形成する工程と、マスクパターンA,Bを除去する工程とを有している。本発明は、こうした製造工程において、非晶質シリコン相に変化させる工程により、アライメントマーク部3に形成されたシリコン膜の少なくとも表面に、多結晶シリコン相6pと非晶質シリコン相6aとからなる異なるシリコン相で図形化されたアライメントマーク4を形成している。
(Manufacturing process)
In the method for manufacturing a semiconductor device 1 according to the present invention, at least a semiconductor element portion 2 having a polycrystalline silicon semiconductor film 13 (13s, 13c, 13d) and an alignment mark portion 3 having an alignment mark 4 are formed on a substrate 10. A method for manufacturing a semiconductor device. The manufacturing process includes, in order, a process of forming an amorphous silicon film 21a on the substrate 10, a process of polycrystallizing the amorphous silicon film 21a to form a polycrystalline silicon film 21p, and a polycrystalline silicon film. A mask pattern A for forming the polycrystalline silicon semiconductor film 13 is formed in the semiconductor element portion 2 of the film 21p, and a mask for forming the alignment mark 4 in the alignment mark portion 3 of the polycrystalline silicon film 21p. A step of forming pattern B and ion implantation from above mask patterns A and B change at least the surface of the exposed portion of polycrystalline silicon film 21a not covered with mask patterns A and B into an amorphous silicon phase. A step of activating only the semiconductor element portion 2 to form a polycrystalline silicon semiconductor film 13 on the semiconductor element portion 2; And a step of removing the pattern A, B. The present invention includes the polycrystalline silicon phase 6p and the amorphous silicon phase 6a on at least the surface of the silicon film formed on the alignment mark portion 3 by the process of changing to the amorphous silicon phase in such a manufacturing process. The alignment marks 4 are formed in different silicon phases.

以下においては、図1に示すトップゲート・トップコンタクト構造からなるTFTが形成された半導体素子部2の構造形態を例にして、図3及び図4に示した製造工程順にその詳細を説明する。   Hereinafter, the structure of the semiconductor element portion 2 in which the TFT having the top gate / top contact structure shown in FIG. 1 is formed will be described as an example in the order of the manufacturing steps shown in FIGS.

先ず、基板10を準備する。基板10は、半導体装置1の支持基板をなすものであり、有機基板であっても無機基板であってもよい。有機基板としては、例えば、ポリエーテルサルホン(PES)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリアミド、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、液晶ポリマー、フッ素樹脂、ポリカーボネート、ポリノルボルネン系樹脂、ポリサルホン、ポリアリレート、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、又は熱可塑性ポリイミド等からなる有機基板、又はそれらの複合基板を挙げることができる。こうした有機基板は、剛性を有するものであってもよいし、厚さが5μm〜300μm程度の薄いフレキシブルなフィルム状のものであってもよい。フレキシブルなプラスチック基板の使用は、TFTを有する半導体装置1をフレキシブル基板とすることができるので、フィルムディスプレイ等に適用できる。   First, the substrate 10 is prepared. The substrate 10 forms a support substrate for the semiconductor device 1 and may be an organic substrate or an inorganic substrate. Examples of organic substrates include polyethersulfone (PES), polyethylene naphthalate (PEN), polyamide, polybutylene terephthalate, polyethylene terephthalate, polyphenylene sulfide, polyether ether ketone, liquid crystal polymer, fluororesin, polycarbonate, and polynorbornene. An organic substrate made of resin, polysulfone, polyarylate, polyamideimide, polyetherimide, thermoplastic polyimide, or the like, or a composite substrate thereof can be given. Such an organic substrate may have rigidity, or may be a thin flexible film having a thickness of about 5 μm to 300 μm. The use of a flexible plastic substrate can be applied to a film display or the like because the semiconductor device 1 having TFTs can be a flexible substrate.

また、無機基板としては、例えば、ガラス基板、シリコン基板、セラミックス基板等を挙げることができる。ガラス基板としては、厚さが0.05mm〜3.0mm程の液晶ディスプレイ用途のガラス基板であってもよい。   Moreover, as an inorganic substrate, a glass substrate, a silicon substrate, a ceramic substrate etc. can be mentioned, for example. The glass substrate may be a glass substrate for liquid crystal displays having a thickness of about 0.05 mm to 3.0 mm.

次に、図3(A)に示すように、準備された基板10上に必要に応じて無機密着膜11を形成する。無機密着膜11は、必須の膜ではなく、後述のバッファ膜12と基板10との密着性がよい場合には設けられていなくてもよい。無機密着膜11を設ける場合、TFTが形成される半導体素子部2とアライメントマーク4が形成されるアライメントマーク部3とには少なくとも形成されている必要があるが、それ以外の領域には形成されていてもいなくてもよく、基板10上の全面に形成してもよい。なお、図3(A)に示す例では、無機密着膜11を全面に形成している。無機密着膜11は、クロム、チタン、アルミニウム、ケイ素、酸化クロム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、窒化ケイ素、及び酸窒化ケイ素の群から選択されるいずれかの材料で形成される。このうち、クロム、チタン、アルミニウム、又はケイ素等からなる金属系の無機密着膜が好ましく用いられる。   Next, as shown in FIG. 3A, an inorganic adhesion film 11 is formed on the prepared substrate 10 as necessary. The inorganic adhesion film 11 is not an essential film, and may not be provided when the adhesion between a buffer film 12 and a substrate 10 described later is good. When the inorganic adhesion film 11 is provided, it is necessary to form at least the semiconductor element portion 2 where the TFT is formed and the alignment mark portion 3 where the alignment mark 4 is formed, but it is not formed in other regions. It may or may not be formed, and may be formed on the entire surface of the substrate 10. In the example shown in FIG. 3A, the inorganic adhesion film 11 is formed on the entire surface. The inorganic adhesion film 11 is formed of any material selected from the group consisting of chromium, titanium, aluminum, silicon, chromium oxide, titanium oxide, aluminum oxide, silicon oxide, silicon nitride, and silicon oxynitride. Among these, a metal-based inorganic adhesion film made of chromium, titanium, aluminum, silicon, or the like is preferably used.

無機密着膜11の厚さは、膜を構成する材質によってその範囲は若干異なるが、通常1〜200nmの範囲内であることが好ましく、3〜50nmの範囲内であることがより好ましい。なお、クロム、チタン、アルミニウム、又はケイ素からなる金属系の無機密着膜の場合には、3〜10nmの範囲内であることがより好ましく、酸化クロム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、窒化ケイ素、又は酸窒化ケイ素からなる化合物系の無機密着膜の場合には、5〜50nmの範囲内であることがより好ましい。   Although the range of the thickness of the inorganic adhesion film 11 varies slightly depending on the material constituting the film, it is usually preferably in the range of 1 to 200 nm, and more preferably in the range of 3 to 50 nm. In the case of a metal-based inorganic adhesion film made of chromium, titanium, aluminum, or silicon, it is more preferably within a range of 3 to 10 nm, and chromium oxide, titanium oxide, aluminum oxide, silicon oxide, silicon nitride. In the case of a compound-based inorganic adhesion film made of silicon oxynitride, it is more preferably in the range of 5 to 50 nm.

無機密着膜11の形成には、DCスパッタリング法、RFマグネトロンスパッタリング法、プラズマCVD法等の各種の方法で形成することができるが、実際には、膜を構成する材質に応じた好ましい方法が採用される。通常は、DCスパッタリング法やRFマグネトロンスパッタリング法等が好ましく用いられる。   The inorganic adhesion film 11 can be formed by various methods such as a DC sputtering method, an RF magnetron sputtering method, and a plasma CVD method, but in practice, a preferable method according to the material constituting the film is adopted. Is done. Usually, a DC sputtering method, an RF magnetron sputtering method, or the like is preferably used.

次に、図3(B)に示すように、基板10上(基板10上に無機密着膜11が形成されている場合には無機密着膜11上)にバッファ膜12を形成する。バッファ膜12は、例えば基板10として耐熱性がやや劣るプラスチック基板等の基板を用いた場合には、後工程で加わる熱に対する熱緩衝膜として作用したり、例えば後工程で形成した膜が有する応力を緩和させる応力緩衝膜として作用したり、例えば基板10内の不純物がTFTに侵入するのを防ぐバリア膜として作用したりする膜である。バッファ膜12は、TFTが形成される半導体素子部2とアライメントマーク4が形成されるアライメントマーク部3とに好ましく形成される膜であるが、それ以外の領域には形成されていてもいなくてもよく、基板10上の全面に形成されていてもよい。なお、図3(B)に示す例では、バッファ膜12を全面に形成している。このバッファ膜12は、バッファ膜12と基板10との密着性がよい場合には、上記のような無機密着膜11を介することなく基板10上に直接設けられる。   Next, as shown in FIG. 3B, the buffer film 12 is formed on the substrate 10 (on the inorganic adhesion film 11 when the inorganic adhesion film 11 is formed on the substrate 10). For example, when a substrate such as a plastic substrate having slightly inferior heat resistance is used as the substrate 10, the buffer film 12 acts as a thermal buffer film against heat applied in a later process, or for example, a stress of a film formed in a later process For example, it is a film that acts as a stress buffer film that relaxes the above, or acts as a barrier film that prevents impurities in the substrate 10 from entering the TFT. The buffer film 12 is a film that is preferably formed in the semiconductor element portion 2 where the TFT is formed and the alignment mark portion 3 where the alignment mark 4 is formed, but may be formed in other regions. Alternatively, it may be formed on the entire surface of the substrate 10. In the example shown in FIG. 3B, the buffer film 12 is formed on the entire surface. The buffer film 12 is directly provided on the substrate 10 without the inorganic adhesion film 11 as described above when the adhesion between the buffer film 12 and the substrate 10 is good.

バッファ膜12は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウム及び酸窒化ケイ素等の群から選択されるいずれかの材料で形成されることが好ましいが、特に成膜の容易さの観点からは、酸化ケイ素が好ましい。   The buffer film 12 is preferably formed of any material selected from the group of silicon oxide, silicon nitride, aluminum oxide, aluminum nitride, aluminum oxynitride, silicon oxynitride, etc. From this point of view, silicon oxide is preferable.

バッファ膜12の厚さは特に限定されず、実際に形成する膜の材質によってその範囲は若干異なるが、その厚さとしては、通常、100nm以上1000nm以下の範囲内であることが好ましく、成膜時間の点からは100nm以上500nm以下の範囲内であることがより好ましい。   The thickness of the buffer film 12 is not particularly limited, and the range is slightly different depending on the material of the actually formed film. However, the thickness is usually preferably in the range of 100 nm to 1000 nm. From the point of time, it is more preferable to be within the range of 100 nm to 500 nm.

バッファ膜12の形成には、RFマグネトロンスパッタリング法、プラズマCVD法等の各種の方法で形成することができるが、実際には、膜を構成する材質に応じた好ましい方法が採用される。通常はRFマグネトロンスパッタリング法が好ましく用いられる。   The buffer film 12 can be formed by various methods such as an RF magnetron sputtering method and a plasma CVD method. In practice, a preferable method according to the material constituting the film is employed. Usually, the RF magnetron sputtering method is preferably used.

次に、図3(C)に示すように、バッファ膜12上にノンドープの非晶質シリコン膜21aを形成する。この非晶質シリコン膜21aは、RFマグネトロンスパッタリング法やCVD法等の各種の方法で成膜可能である。例えばRFマグネトロンスパッタリング法で非晶質シリコン膜を成膜する場合には、例えば、成膜温度:室温、成膜圧力:0.2Pa、ガス:アルゴンの成膜条件で例えば厚さ50nmの厚さで成膜できる。なお、CVD法で非晶質シリコン膜を成膜する場合も25℃程度の成膜温度で成膜可能であるが、原料ガスとしてSiHが使用されるので、成膜後に約400℃の脱水素処理(真空中で1時間程度)が必要となる。なお、上記のバッファ膜12は、この脱水素処理時に加わる熱に対するバッファ膜として作用することが好ましい。 Next, as shown in FIG. 3C, a non-doped amorphous silicon film 21 a is formed on the buffer film 12. The amorphous silicon film 21a can be formed by various methods such as an RF magnetron sputtering method and a CVD method. For example, in the case of forming an amorphous silicon film by RF magnetron sputtering, for example, a film thickness of room temperature, a film formation pressure: 0.2 Pa, and a thickness of, for example, 50 nm under a film formation condition of gas: argon. Can be formed. In addition, even when an amorphous silicon film is formed by the CVD method, the film can be formed at a film formation temperature of about 25 ° C. However, since SiH 4 is used as a source gas, dehydration at about 400 ° C. is performed after the film formation. Elementary treatment (about 1 hour in vacuum) is required. The buffer film 12 preferably acts as a buffer film against heat applied during the dehydrogenation process.

非晶質シリコン膜21a上には酸化ケイ素膜(図示しない)を形成することが好ましい。この酸化ケイ素膜は、例えばRFマグネトロンスパッタリング法で厚さ50〜150nm程度に形成され、後述のレーザー照射、マスクパターンの形成、イオン注入、レーザー活性化等の工程において非晶質シリコン膜21a又は多結晶シリコン膜21pを保護するように作用する。なお、このシリコン膜(図示しない)は、少なくとも後述の多結晶シリコン膜13の欠陥処理工程前に、例えば2%HF溶液を用いたウエットエッチングにより除去される。   A silicon oxide film (not shown) is preferably formed on the amorphous silicon film 21a. This silicon oxide film is formed to have a thickness of about 50 to 150 nm by, for example, RF magnetron sputtering, and the amorphous silicon film 21a or the multi-layer is formed in steps such as laser irradiation, mask pattern formation, ion implantation, and laser activation described later. It acts to protect the crystalline silicon film 21p. This silicon film (not shown) is removed by wet etching using, for example, a 2% HF solution at least before the defect processing step of the polycrystalline silicon film 13 described later.

次に、図3(D)に示すように、レーザー照射22を行って非晶質シリコン膜21aを多結晶化して低抵抗の多結晶シリコン膜21pに変化させる。レーザー照射22は、非晶質シリコン膜21aを多結晶化させて多結晶シリコン膜21pにする結晶化手段であり、XeClエキシマレーザー、CW(Continuous Wave)レーザー等の種々のレーザーを用いて行うことができる。例えば、波長308nmのXeClエキシマレーザーを用いて結晶化を行う場合には、一例として、パルス幅:30nsec(FWHM(半値幅):full width at half-maximum)、エネルギー密度:200〜300mJ/cm、室温の条件下で行うことができる。なお、上記のバッファ膜12は、この工程で加わるレーザー照射時の熱を緩衝させるバッファ膜として作用することが好ましい。 Next, as shown in FIG. 3D, laser irradiation 22 is performed to polycrystallize the amorphous silicon film 21a into a low resistance polycrystalline silicon film 21p. The laser irradiation 22 is a crystallization means for polycrystallizing the amorphous silicon film 21a into the polycrystalline silicon film 21p, and is performed using various lasers such as a XeCl excimer laser and a CW (Continuous Wave) laser. Can do. For example, when crystallization is performed using a XeCl excimer laser with a wavelength of 308 nm, as an example, pulse width: 30 nsec (FWHM (full width at half maximum)), energy density: 200 to 300 mJ / cm 2 Can be carried out at room temperature. The buffer film 12 preferably acts as a buffer film for buffering the heat applied during laser irradiation in this step.

次に、図3(E)に示すように、多結晶シリコン膜21p上にマスクパターンを形成する。このマスクパターンは、多結晶シリコン膜21pの半導体素子部2に多結晶シリコン半導体膜(ソース側拡散膜13s及びドレイン側拡散膜13d)を形成するためのマスクパターンAと、多結晶シリコン膜21pのアライメントマーク部3にアライメントマーク4を形成するためのマスクパターンBとを挙げることができる。こうしたマスクパターンA,Bは、マスク層23によって形成されるが、そうしたマスク層23は、酸化ケイ素膜等の無機膜をパターニングして形成したり、レジスト膜をパターニングして形成したりすることができ、後述のイオン注入を遮蔽するように作用する。なお、アライメントマーク4を形成するためのマスクパターンBは、例えば図2に示すようなパターンを形成するためのマスクパターンであり、図2中の符号6pの形状でマスク層23が形成され且つ符号6aの形状でマスク層23が形成されていないパターンである。   Next, as shown in FIG. 3E, a mask pattern is formed on the polycrystalline silicon film 21p. This mask pattern includes a mask pattern A for forming a polycrystalline silicon semiconductor film (source-side diffusion film 13s and drain-side diffusion film 13d) in the semiconductor element portion 2 of the polycrystalline silicon film 21p, and the polycrystalline silicon film 21p. The mask pattern B for forming the alignment mark 4 in the alignment mark part 3 can be mentioned. Such mask patterns A and B are formed by a mask layer 23. Such a mask layer 23 may be formed by patterning an inorganic film such as a silicon oxide film or by patterning a resist film. And acts to shield ion implantation described later. The mask pattern B for forming the alignment mark 4 is a mask pattern for forming a pattern as shown in FIG. 2, for example, and the mask layer 23 is formed in the shape of reference numeral 6p in FIG. This is a pattern in which the mask layer 23 is not formed in the shape of 6a.

マスク層23は、厚さ100nm〜300nm程度の酸化ケイ素膜等の無機膜や、厚さ700nm程度のレジスト膜で形成することができる。無機膜は、スパッタリング法等の成膜手段で形成し、その後、フォトリソグラフィでパターニングされる。一方、レジスト膜は、例えば各種のポジ型フォトレジスト等で形成することができる。なお、無機膜をフォトリソグラフィでパターニングする場合にも同様のレジスト膜が用いられ、そうしたレジスト膜はスピンナー等の手段で全面に塗布し、乾燥硬化させて形成される。形成されたレジスト膜は、フォトマスクを介して露光し、所定のレジスト除去剤で現像してパターニングされる。なお、このときのフォトマスクは、上述したマスクパターンA,Bを形成することができるフォトマスクであり、例えばガラス基板上にクロムパターンが形成されたものを用いることができる。   The mask layer 23 can be formed of an inorganic film such as a silicon oxide film having a thickness of about 100 nm to 300 nm or a resist film having a thickness of about 700 nm. The inorganic film is formed by a film forming means such as a sputtering method, and then patterned by photolithography. On the other hand, the resist film can be formed of various positive photoresists, for example. A similar resist film is also used when patterning the inorganic film by photolithography, and such a resist film is formed on the entire surface by means of a spinner or the like and dried and cured. The formed resist film is exposed through a photomask, developed with a predetermined resist remover, and patterned. The photomask at this time is a photomask that can form the above-described mask patterns A and B. For example, a photomask in which a chromium pattern is formed on a glass substrate can be used.

次に、図3(E)に示すように、マスクパターンA,B上からイオン注入24を行う。イオン注入24は、例えば、リン(P)を注入電圧:10keV、室温下で、5×1014イオン/cm〜2×1015イオン/cmのドーズ量となるように注入される。イオン注入量(ドーズ量)が5×1014イオン/cm未満では、結晶相の多結晶シリコン膜21pから非晶質相の非晶質シリコン膜21aに変化せず、後述のように十分なコントラストが得られない。一方、2×1015イオン/cmを上限としたのは、前記の範囲内のイオン注入量(ドーズ量)によって結晶相から非晶質相に十分に変化するので、その上限値を超えてもコントラストに大きな差がないためである。注入元素としては、リンの他、ホウ素、アンチモン、ヒ素等、多結晶シリコン膜にイオン注入できる公知のものを任意に選択して注入してもよい。 Next, as shown in FIG. 3E, ion implantation 24 is performed from above the mask patterns A and B. In the ion implantation 24, for example, phosphorus (P) is implanted at an implantation voltage of 10 keV and a room temperature at a dose of 5 × 10 14 ions / cm 2 to 2 × 10 15 ions / cm 2 . When the ion implantation amount (dose amount) is less than 5 × 10 14 ions / cm 2 , the crystal phase polycrystalline silicon film 21p does not change to the amorphous phase amorphous silicon film 21a, which is sufficient as described later. Contrast cannot be obtained. On the other hand, 2 × 10 15 ions / cm 2 is the upper limit because the crystal phase is sufficiently changed to the amorphous phase by the ion implantation amount (dose amount) within the above range. This is because there is no significant difference in contrast. As the implantation element, in addition to phosphorus, a known element that can be ion-implanted into the polycrystalline silicon film, such as boron, antimony, and arsenic, may be arbitrarily selected and implanted.

こうしたイオン注入によってマスクパターンA,Bが形成されていない部分(露出部)にイオンが注入されると、多結晶シリコン膜21pは結晶相から非晶質相に変化して非晶質シリコン膜21aになる。一方、マスクパターンA,Bが形成されている部分では、マスクパターンA,B上からイオン注入が行われてもイオンは多結晶シリコン膜21pには到達しないので、その部分の多結晶シリコン膜21pは非晶質に変化しない。なお、多結晶シリコン膜21pが非晶質に変化しないためのマスクパターンA,B(マスク層23)の厚さは、上記イオン注入条件では100nm以上であればよい。   When ions are implanted into a portion (exposed portion) where the mask patterns A and B are not formed by such ion implantation, the polycrystalline silicon film 21p changes from a crystalline phase to an amorphous phase and the amorphous silicon film 21a. become. On the other hand, in the portion where the mask patterns A and B are formed, even if ion implantation is performed from above the mask patterns A and B, the ions do not reach the polycrystalline silicon film 21p. Does not change to amorphous. It should be noted that the thickness of the mask patterns A and B (mask layer 23) for preventing the polycrystalline silicon film 21p from changing to amorphous may be 100 nm or more under the above ion implantation conditions.

アライメントマーク部3では、イオン注入によって、シリコン膜の少なくとも表面に、多結晶シリコン相(多結晶シリコン膜21p)と非晶質シリコン相(非晶質シリコン膜21a)とからなる異なるシリコン相で図形化されたアライメントマーク4が形成される(図1、図2を参照)。ここで、「少なくとも表面」としたのは、アライメントマーク4のコントラストを認識することができるためには、表面がコントラストの違いを認識できる程度の異なるシリコン相であればよいためであるが、実際には厚さ方向の全てが異なるシリコン相となっていることが好ましい。   In the alignment mark part 3, a figure is formed in a different silicon phase composed of a polycrystalline silicon phase (polycrystalline silicon film 21p) and an amorphous silicon phase (amorphous silicon film 21a) on at least the surface of the silicon film by ion implantation. The aligned alignment mark 4 is formed (see FIGS. 1 and 2). Here, “at least the surface” is because the surface of the alignment mark 4 may be a silicon phase having a different level so that the difference in contrast can be recognized in order to recognize the contrast. It is preferable that all of the thickness directions are different silicon phases.

次に、図3(F)に示すように、マスクパターンA,B通りに形成された多結晶シリコン膜21p及び非晶質シリコン膜21aをレーザーアニールして活性化させ、イオン注入により非晶質相に変化した非晶質シリコン膜21aを再結晶化させて多結晶シリコン膜21pに変化させる。このとき、半導体素子部2のみを活性化し、非晶質シリコン膜21aを再結晶化させてソース側拡散膜13s及びドレイン側拡散膜13dを形成する。その結果、ソース側拡散膜13sとドレイン側拡散膜13dとの間の多結晶シリコン膜21pは、チャネル膜13cとなる。ここで、レーザーアニールとは、レーザー等のエネルギービーム25を照射して再結晶化する処理であり、必ずしもレーザーを用いるものでなくてもよい。   Next, as shown in FIG. 3F, the polycrystalline silicon film 21p and the amorphous silicon film 21a formed according to the mask patterns A and B are activated by laser annealing, and amorphous by ion implantation. The amorphous silicon film 21a that has changed into a phase is recrystallized to change into a polycrystalline silicon film 21p. At this time, only the semiconductor element portion 2 is activated, and the amorphous silicon film 21a is recrystallized to form the source side diffusion film 13s and the drain side diffusion film 13d. As a result, the polycrystalline silicon film 21p between the source side diffusion film 13s and the drain side diffusion film 13d becomes the channel film 13c. Here, the laser annealing is a process of recrystallization by irradiating an energy beam 25 such as a laser, and it is not always necessary to use a laser.

一方、アライメントマーク部3は活性化を行わない。アライメントマーク部3を活性化せず、半導体素子部2のみを活性化させるためには、図3(F)に示すように、アライメントマーク部3を遮蔽した後に半導体素子部2を活性化処理する。その結果、アライメントマーク部3では、異なるシリコン相で図形化されたシリコン膜はそのままの状態で残ることになる。このように、活性化処理する工程の際に、エネルギービーム25を遮蔽する遮蔽板やエネルギービーム25を吸収する吸収板等のマスク部材7を、アライメントマーク部3とエネルギービーム25との間に配置する簡単な方法によって、アライメントマークを形成することができる。   On the other hand, the alignment mark part 3 is not activated. In order to activate only the semiconductor element part 2 without activating the alignment mark part 3, the semiconductor element part 2 is activated after shielding the alignment mark part 3 as shown in FIG. . As a result, in the alignment mark portion 3, the silicon film formed in a different silicon phase remains as it is. In this way, the mask member 7 such as a shielding plate that shields the energy beam 25 or an absorbing plate that absorbs the energy beam 25 is disposed between the alignment mark portion 3 and the energy beam 25 during the activation process. An alignment mark can be formed by a simple method.

活性化処理のためのエネルギービーム25としては、例えば波長308nmのXeClエキシマレーザーを用いることができ、一例として、パルス幅:30nsec(FWHM)、エネルギー密度:150〜250mJ/cm、室温の条件下で行うことができる。 As the energy beam 25 for the activation treatment, for example, a XeCl excimer laser with a wavelength of 308 nm can be used. As an example, pulse width: 30 nsec (FWHM), energy density: 150 to 250 mJ / cm 2 , room temperature conditions Can be done.

次に、図3(G)に示すように、マスク層23を除去する。マスク層23を酸化ケイ素で形成した場合には、例えばフッ化水素液等を用いたウエットエッチングで除去することができる。また、マスク層23をレジストで形成した場合には、プラズマアッシング法で除去することができる。なお、図3(C)で示した工程において、非晶質シリコン膜21a上に酸化ケイ素膜(図示しない)を形成した場合には、上記同様、フッ化水素液等を用いたウエットエッチングで除去することができる。   Next, as shown in FIG. 3G, the mask layer 23 is removed. When the mask layer 23 is formed of silicon oxide, it can be removed by wet etching using, for example, a hydrogen fluoride solution. Further, when the mask layer 23 is formed of a resist, it can be removed by a plasma ashing method. In the step shown in FIG. 3C, when a silicon oxide film (not shown) is formed on the amorphous silicon film 21a, it is removed by wet etching using a hydrogen fluoride solution or the like as described above. can do.

プラズマアッシング法は、プラズマ化した酸素ガスとレジストとを反応させ、有機物であるレジストを炭酸ガスや水に分解(灰化)して除去する方法である。このプラズマアッシング法は、プラズマアッシャと呼ばれる市販の装置(図示しない)を用い、例えば、ガス:酸素ガス、ガス流量:60sccm、印加電力:500W、圧力:6.6Pa、処理時間:10分間、の条件で行うことができる。具体的には、チャンバー内を所定の酸素ガス雰囲気とした後、カソード電極板上にTFT作製工程中の基板を載せ、そのカソード電極板と、対向するアノード電極との間にRF発信器で高周波電圧を印加することにより、酸素プラズマを発生させる装置を用いる。   The plasma ashing method is a method in which a plasma oxygen gas reacts with a resist, and the organic resist is decomposed (incinerated) into carbon dioxide gas or water to be removed. This plasma ashing method uses a commercially available apparatus called plasma asher (not shown), for example, gas: oxygen gas, gas flow rate: 60 sccm, applied power: 500 W, pressure: 6.6 Pa, treatment time: 10 minutes. Can be done under conditions. Specifically, after the inside of the chamber is set to a predetermined oxygen gas atmosphere, a substrate in the process of manufacturing the TFT is placed on the cathode electrode plate, and a high frequency signal is generated between the cathode electrode plate and the opposing anode electrode by an RF transmitter. A device that generates oxygen plasma by applying a voltage is used.

次に、図4(H)に示すように、半導体素子部2のシリコン膜とアライメントマーク部3のシリコン膜とをアイランド化する。アイランド化は、シリコン膜をフォトリソグラフィによって行うが、通常、マスクを形成した後にドライエッチングして行われる。このときのエッチングガスとしては、SF等を用いることができる。なお、アライメントマーク部3のシリコン膜5をアイランド化することによって、異なるシリコン相(多結晶シリコン相6pと非晶質シリコン相6a)で図形化されたシリコン膜からなるアライメントマーク4が表れる。 Next, as shown in FIG. 4H, the silicon film of the semiconductor element portion 2 and the silicon film of the alignment mark portion 3 are formed into islands. The island formation is performed by photolithography of the silicon film, but is usually performed by dry etching after forming a mask. As the etching gas at this time, SF 6 or the like can be used. In addition, by forming the silicon film 5 of the alignment mark portion 3 into an island, the alignment mark 4 made of a silicon film formed with different silicon phases (polycrystalline silicon phase 6p and amorphous silicon phase 6a) appears.

上記のアイランド化を行った後には、通常、多結晶シリコン半導体膜(13s,13c,13d)の欠陥を低減処理するための酸素プラズマによる欠陥処理が施される。酸素プラズマ処理は、一例として、RF100W、1Torr(133Pa)、150℃の条件下で行われ、その後においては、120℃の条件下での乾燥処理が施される。なお、以下の工程は、専ら半導体素子部2の形成工程であり、アライメントマーク部3には関与しない工程であるので、アライメントマーク部3の説明を省くとともに、図4中でもその記載を省略する。   After the above island formation, defect processing by oxygen plasma is usually performed to reduce defects in the polycrystalline silicon semiconductor films (13s, 13c, 13d). For example, the oxygen plasma treatment is performed under conditions of RF 100 W, 1 Torr (133 Pa), and 150 ° C., and thereafter, a drying treatment is performed under the condition of 120 ° C. The following steps are exclusively steps for forming the semiconductor element portion 2 and are not involved in the alignment mark portion 3. Therefore, the description of the alignment mark portion 3 is omitted and the description thereof is omitted in FIG.

次に、図4(I)に示すように、ソース側拡散膜13s、チャネル膜13c及びドレイン側拡散膜13dを含む全面にゲート絶縁膜14を形成する。ゲート絶縁膜14の形成方法は、例えばRFマグネトロンスパッタリング装置を用い、8インチのSiOターゲットに投入電力:1.0kW(=3W/cm)、圧力:1.0Pa、ガス:アルゴン+O(50%)の成膜条件で厚さ約100nmの酸化ケイ素膜を形成する。 Next, as shown in FIG. 4I, a gate insulating film 14 is formed on the entire surface including the source side diffusion film 13s, the channel film 13c, and the drain side diffusion film 13d. The gate insulating film 14 is formed by using, for example, an RF magnetron sputtering apparatus and applying power to an 8-inch SiO 2 target: 1.0 kW (= 3 W / cm 2 ), pressure: 1.0 Pa, gas: argon + O 2 ( A silicon oxide film having a thickness of about 100 nm is formed under the deposition conditions of 50%.

次に、図4(J)に示すように、ソース側拡散膜13s及びドレイン側拡散膜13d上のゲート絶縁膜14をレジストプロセスを用いて選択的にエッチングすることにより、コンタクトホール26を形成する。例えば、ゲート絶縁膜14上にレジスト等のマスク層を形成した後、フォトマスクを用いたレジストプロセスにより露光・現像してマスク層をパターニングする。そのパターニングにより露出したコンタクトホール形成部のゲート絶縁膜14を、例えば2%HF溶液を用いてウエットエッチングしてコンタクトホール26を形成し、その後、上記同様のレジスト剥離処理やプラズマアッシングによりマスク層を除去する。   Next, as shown in FIG. 4J, the contact hole 26 is formed by selectively etching the gate insulating film 14 on the source side diffusion film 13s and the drain side diffusion film 13d using a resist process. . For example, after a mask layer such as a resist is formed on the gate insulating film 14, the mask layer is patterned by exposure and development by a resist process using a photomask. The gate insulating film 14 in the contact hole forming portion exposed by the patterning is wet-etched using, for example, a 2% HF solution to form a contact hole 26, and then the mask layer is formed by resist stripping and plasma ashing similar to the above. Remove.

次に、図4(K)に示すように、高圧水蒸気28による処理を行って多結晶シリコン半導体膜13(13s,13c,13d)のシリコン膜中の欠陥及び界面欠陥をターミネートする。例えば、0.5MPa・150℃程度の高圧水蒸気処理により、シリコン表面のダングリングボンドを終端し、多結晶シリコン半導体膜13とゲート絶縁膜14との界面のリークパスをなくす方法がとられる。   Next, as shown in FIG. 4 (K), treatment with high-pressure steam 28 is performed to terminate defects and interface defects in the silicon film of the polycrystalline silicon semiconductor film 13 (13s, 13c, 13d). For example, a method of terminating dangling bonds on the silicon surface and eliminating a leak path at the interface between the polycrystalline silicon semiconductor film 13 and the gate insulating film 14 by high-pressure steam treatment at about 0.5 MPa · 150 ° C. is used.

次に、図4(L)に示すように、全面に例えば厚さ50nm以上のアルミニウム(Al)膜等を蒸着した後、ウエットエッチングによりパターニングして、ソース電極15s、ドレイン電極15d及びゲート電極15gを形成する。なお、電極材料は、アルミニウムの他、銅(Cu)、その他の導電性材料であってもよく、スパッタリング等の他の成膜プロセスにより形成してもよい。   Next, as shown in FIG. 4L, an aluminum (Al) film having a thickness of, for example, 50 nm or more is deposited on the entire surface, and then patterned by wet etching to form a source electrode 15s, a drain electrode 15d, and a gate electrode 15g. Form. Note that the electrode material may be copper (Cu), other conductive materials in addition to aluminum, or may be formed by other film forming processes such as sputtering.

次に、図4(K)に示すように、半導体素子部2とアライメントマーク部3を含む素子全体を覆うように保護膜18を形成する。保護膜18としては、酸化ケイ素膜を好ましく挙げることができる。保護膜18は、例えばRFマグネトロンスパッタリングにより、約20nm程度の厚さで形成することが好ましい。こうして図4(M)に示す一態様の半導体装置1が製造される。   Next, as shown in FIG. 4K, a protective film 18 is formed so as to cover the entire element including the semiconductor element portion 2 and the alignment mark portion 3. A preferable example of the protective film 18 is a silicon oxide film. The protective film 18 is preferably formed with a thickness of about 20 nm by, for example, RF magnetron sputtering. Thus, the semiconductor device 1 of one embodiment shown in FIG. 4M is manufactured.

なお、図3及び図4に示す工程は、図1に示す半導体装置1の150℃プロセスにおける製造例であるが、本発明の半導体装置1は、図示の工程例に限定されず、種々の変形態様で形成することができる。   3 and 4 are manufacturing examples of the semiconductor device 1 shown in FIG. 1 in a 150 ° C. process, the semiconductor device 1 of the present invention is not limited to the illustrated process examples, and various modifications are possible. It can be formed in a manner.

以上説明したように、図1及び図2に例示した本発明の半導体装置1によれば、基板10上に形成されたアライメントマーク4は、少なくとも表面が異なるシリコン相(多結晶シリコン相6pと非晶質シリコン相6a)で図形化されたシリコン膜で構成されているが、こうした異なる相構造は、アライメントマーク4を形成する部位の多結晶シリコン膜21p上にマスクパターンBを設けた後にイオン注入することにより得ることができるので、基板10上に形成したシリコン膜をドライエッチングしてアライメントマークを形成するという従来のような付加工程を必要としない構造形態を呈している。その結果、本発明の半導体装置1は、歩留まり悪化の一因となるドライエッチング工程を省いて得られることから、歩留まりと精度のよいものとすることができる。   As described above, according to the semiconductor device 1 of the present invention illustrated in FIGS. 1 and 2, the alignment mark 4 formed on the substrate 10 has at least a silicon phase (non-polycrystalline silicon phase 6p and non-crystalline silicon phase) different in surface. The silicon film is made of a crystalline silicon phase 6a), and such a different phase structure is formed by ion implantation after the mask pattern B is provided on the polycrystalline silicon film 21p where the alignment mark 4 is to be formed. As a result, the silicon film formed on the substrate 10 is dry etched to form an alignment mark, which does not require a conventional additional process. As a result, since the semiconductor device 1 of the present invention can be obtained by omitting the dry etching process that causes the deterioration of the yield, the yield and accuracy can be improved.

アライメントマーク部3に形成した、異なる相(6a,6p)で図形化されたシリコン膜は、十分なコントラスト差を有しているので、アライメントマーク4として好ましく利用できる。このときのコントラスト差は、目視によっても両相(6a,6p)の差を十分に識別可能であるが、反射スペクトルで測定した場合であってもその差は顕著であり、装置計測によっても十分に識別することができる。   A silicon film formed in different phases (6a, 6p) formed on the alignment mark portion 3 has a sufficient contrast difference and can be preferably used as the alignment mark 4. The contrast difference at this time can be sufficiently discriminated from the difference between the two phases (6a, 6p) by visual observation, but the difference is remarkable even when measured by the reflection spectrum, and it is sufficient even by instrument measurement. Can be identified.

反射スペクトルは、分光光度計(島津製作所製、型番:UV−3100PC)等で評価でき、上記した多結晶シリコン相6pと非晶質シリコン相6aとの反射スペクトル差は、図5及び下記の表1で示した実験結果に基づけば、30%以上60%以下の範囲であることが好ましく、39%以上55%以下の範囲であることがより好ましい。反射スペクトル差が30%未満では、アライメントマークとして使用可能なコントラストを得にくくなる。なお、反射スペクトル差の上限は特に限定されず、その値が大きければコントラストも大きくなるので望ましいが、多結晶シリコン相6pと非晶質シリコン相6aとを実際に形成した場合の多くは、可視光域で測定した反射スペクトル差の最大値が60%程度であったため、その上限を60%としている。より好ましい反射スペクトル差の範囲を39%以上55%以下としたのは、本発明ではこうした範囲になる多結晶シリコン相6pと非晶質シリコン相6aとを容易に得ることができるためであるとともに、実験結果ではその範囲でコントラストが十分であったためであり、その結果、この範囲の反射スペクトル差を有するアライメントマーク部3は、結晶シリコン相6pと非晶質シリコン相6aとの十分なコントラストを得ることができ、マスクの位置決め等を正確に行うことができる。   The reflection spectrum can be evaluated with a spectrophotometer (manufactured by Shimadzu Corporation, model number: UV-3100PC), and the difference in reflection spectrum between the polycrystalline silicon phase 6p and the amorphous silicon phase 6a is shown in FIG. 5 and the following table. Based on the experimental results shown in FIG. 1, the range is preferably 30% or more and 60% or less, and more preferably 39% or more and 55% or less. If the reflection spectrum difference is less than 30%, it is difficult to obtain a contrast that can be used as an alignment mark. The upper limit of the difference in the reflection spectrum is not particularly limited, and a larger value is desirable because the contrast is increased. However, most of the cases where the polycrystalline silicon phase 6p and the amorphous silicon phase 6a are actually formed are visible. Since the maximum value of the difference in reflection spectrum measured in the light region is about 60%, the upper limit is set to 60%. The reason why the range of the reflection spectrum difference is more preferably 39% or more and 55% or less is that, in the present invention, the polycrystalline silicon phase 6p and the amorphous silicon phase 6a within such a range can be easily obtained. In the experimental results, the contrast was sufficient in that range. As a result, the alignment mark portion 3 having the reflection spectrum difference in this range has a sufficient contrast between the crystalline silicon phase 6p and the amorphous silicon phase 6a. The mask can be accurately positioned.

上記の反射スペクトル差の範囲は以下の結果から特定した。図5は、後述の実施例1で得られた多結晶シリコン相の反射スペクトルと非晶質シリコン相の反射スペクトルを示したグラフである。後述の実施例1で得られたアライメントマーク部3において、多結晶シリコン相6pの反射スペクトルと非晶質シリコン相6aの反射スペクトルを分光光度計(島津製作所製、型番:UV−3100PC)で測定した。その結果、図5及び下記の表1に示すように、可視領域の各波長において、反射スペクトル差の絶対値(%)はそれぞれ異なっていた。この結果をもとに、光学フィルターを用いて表1に示す400nm〜800nmの範囲を25nm毎の波長光とし、各々の波長光を照射したときのアライメントマーク部3をカメラで撮影してモニターに表示した。表示されたアライメントマーク部3のコントラストを目視観察したところ、30%以上60%以下の範囲であることが好ましく、39%以上55%以下の範囲であることがより好ましいという結果が得られた。なお、10%〜30%の間であっても、多結晶シリコン相6pと非晶質シリコン相6aとの境界部分を強調する画像処理を行えば、上記のより好ましい範囲(39%以上55%以下)と同程度の識別性を持たせることも可能であった。   The range of the reflection spectrum difference was specified from the following results. FIG. 5 is a graph showing the reflection spectrum of the polycrystalline silicon phase and the reflection spectrum of the amorphous silicon phase obtained in Example 1 described later. In the alignment mark part 3 obtained in Example 1 described later, the reflection spectrum of the polycrystalline silicon phase 6p and the reflection spectrum of the amorphous silicon phase 6a are measured with a spectrophotometer (manufactured by Shimadzu Corporation, model number: UV-3100PC). did. As a result, as shown in FIG. 5 and Table 1 below, the absolute value (%) of the reflection spectrum difference was different at each wavelength in the visible region. Based on this result, using the optical filter, the range of 400 nm to 800 nm shown in Table 1 is used as the wavelength light for each 25 nm, and the alignment mark portion 3 when each wavelength light is irradiated is photographed with a camera and used as a monitor. displayed. When the contrast of the displayed alignment mark portion 3 was visually observed, it was found that the range was preferably 30% or more and 60% or less, and more preferably 39% or more and 55% or less. Even if it is between 10% and 30%, if image processing is performed to emphasize the boundary between the polycrystalline silicon phase 6p and the amorphous silicon phase 6a, the above preferable range (39% to 55%) It was also possible to have the same level of discrimination as below.

具体的には、表1に示すように、反射スペクトル差の絶対値(%)が30%以上となる400nm〜440nmの光を照射したときのアライメントマーク部3は、モニターにコントラストよく表示されたが、反射スペクトル差の絶対値(%)が30%未満となる450nm〜500nmの光を照射したときのアライメントマーク部3は、モニターに十分ではないコントラストで表示された。同様に、反射スペクトル差の絶対値(%)が30%以上となる510nm〜610nmの光を照射したときのアライメントマーク部3は、モニターにコントラストよく表示されたが、反射スペクトル差の絶対値(%)が30%未満となる620nm〜800nmの光を照射したときのアライメントマーク部3は、モニターに十分ではないコントラストで表示された。特にコントラストの良い範囲は、反射スペクトル差の絶対値(%)が39%以上55%以下の範囲であり、この実験では、520nm〜600nmの光を照射したときに得られた。   Specifically, as shown in Table 1, the alignment mark portion 3 when irradiated with light of 400 nm to 440 nm where the absolute value (%) of the reflection spectrum difference is 30% or more was displayed on the monitor with good contrast. However, the alignment mark portion 3 when irradiated with light of 450 nm to 500 nm where the absolute value (%) of the reflection spectrum difference is less than 30% was displayed with an insufficient contrast on the monitor. Similarly, the alignment mark portion 3 when irradiated with light of 510 nm to 610 nm where the absolute value (%) of the reflection spectrum difference is 30% or more was displayed with good contrast on the monitor, but the absolute value ( %) Was less than 30%, and the alignment mark portion 3 when irradiated with light of 620 nm to 800 nm was displayed with a contrast that was not sufficient for the monitor. A range with particularly good contrast is a range in which the absolute value (%) of the difference in reflection spectrum is 39% or more and 55% or less. In this experiment, the range was obtained when light of 520 nm to 600 nm was irradiated.

なお、反射スペクトル差は絶対値であればよく、多結晶シリコン相6pと非晶質シリコン相6aとのいずれの反射率が高くても低くてもよい。また、この結果は、実施例1で得られたアライメントマーク部3での結果であるので、反射スペクトル差は上記の範囲内であれば波長は特に限定されるものではなく、上記範囲内(30%以上60%以下の範囲が好ましく、39%以上55%以下の範囲がより好ましい)となる波長を照射してモニターに表示し、アライメントを行えばよい。   The reflection spectrum difference may be an absolute value, and the reflectivity of the polycrystalline silicon phase 6p and the amorphous silicon phase 6a may be high or low. Further, since this result is a result of the alignment mark portion 3 obtained in Example 1, the wavelength is not particularly limited as long as the reflection spectrum difference is within the above range, and within the above range (30 % To 60% is preferable, and a range of 39% to 55% is more preferable).

Figure 2009123852
Figure 2009123852

また、図3及び図4に例示した本発明の半導体装置1の製造方法では、マスクパターンA,B上からイオン注入して、そのマスクパターンA,Bで覆われていない多結晶シリコン膜の露出部の少なくとも表面を非晶質シリコン相に変化させる工程によって、アライメントマーク部に形成されたシリコン膜の少なくとも表面にアライメントマーク(多結晶シリコン相と非晶質シリコン相とからなる異なるシリコン相で図形化されたマーク)を形成する。したがって、本発明の製造方法によれば、従来のように、基板上に形成したシリコン膜をドライエッチングしてアライメントマークを形成するという付加工程を必要としないので、歩留まり悪化の一因となるドライエッチング工程を有さないことから、歩留まり向上と精度向上をもたらす製造方法とすることができる。   Further, in the method for manufacturing the semiconductor device 1 of the present invention illustrated in FIGS. 3 and 4, ions are implanted from above the mask patterns A and B, and the polycrystalline silicon film not covered with the mask patterns A and B is exposed. At least the surface of the part is changed to an amorphous silicon phase, and an alignment mark (a figure with a different silicon phase comprising a polycrystalline silicon phase and an amorphous silicon phase is formed on at least the surface of the silicon film formed in the alignment mark part. Formed mark). Therefore, according to the manufacturing method of the present invention, there is no need for an additional step of forming an alignment mark by dry etching the silicon film formed on the substrate as in the prior art. Since there is no etching step, the manufacturing method can improve yield and accuracy.

また、本発明の製造方法は、アライメントマーク部3をマスク部材7で遮蔽した後に、半導体素子部2をレーザーアニール(エネルギービーム25)で活性化処理するので、異なるシリコン相(6a,6p)で図形化されたシリコン膜はそのままの状態で残ることになる。その結果、活性化処理する工程の際に、レーザーを遮蔽又は吸収するマスク部材7を、アライメントマーク部3とエネルギービーム25との間に配置する簡単な方法によって、アライメントマーク4を形成することができる。こうしたアライメントマーク4によって、多結晶シリコン半導体膜13の次に形成するゲート絶縁膜形成用マスクの位置決めを正確に行うことができ、さらにその後に形成する各種の膜の形成をも正確に行うことができる。   Further, in the manufacturing method of the present invention, after the alignment mark portion 3 is shielded by the mask member 7, the semiconductor element portion 2 is activated by laser annealing (energy beam 25), so that different silicon phases (6a, 6p) are used. The figured silicon film remains as it is. As a result, the alignment mark 4 can be formed by a simple method in which the mask member 7 that shields or absorbs the laser is disposed between the alignment mark portion 3 and the energy beam 25 during the activation process. it can. Such alignment marks 4 can accurately position the gate insulating film forming mask formed next to the polycrystalline silicon semiconductor film 13, and can also accurately form various films formed thereafter. it can.

以下、実施例と比較例により本発明をさらに詳しく説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples. In addition, this invention is not limited to a following example.

(実施例1)
試料基板10として厚さ0.2mmで50mm×50mmのポリエーテルサルホン(PES)基板を用い、その基板上に、無機密着膜11としてのアルミニウム膜をDCスパッタリング法(成膜圧力0.2Pa、アルゴン雰囲気、投入電力1kW、成膜時間10秒)により、厚さ5nm形成した後、さらにバッファ膜12としての酸化シリコン膜をRFマグネトロンスパッタリング法(成膜圧力0.3Pa(アルゴンガス:酸素ガス=3:1)、投入電力2kW、成膜時間2時間)により厚さ500nmとなるように形成した。次いで、バッファ膜12上に非晶質シリコン膜21aをRFマグネトロンスパッタリング法(成膜温度:室温、成膜圧力:1.0Pa、アルゴン雰囲気)により厚さ50nmとなるように形成した。
Example 1
A polyether sulfone (PES) substrate having a thickness of 0.2 mm and a thickness of 50 mm × 50 mm is used as the sample substrate 10, and an aluminum film as the inorganic adhesion film 11 is formed on the substrate by a DC sputtering method (deposition pressure 0.2 Pa, After forming a thickness of 5 nm in an argon atmosphere, input power of 1 kW, and deposition time of 10 seconds, a silicon oxide film as the buffer film 12 is further formed by RF magnetron sputtering (deposition pressure of 0.3 Pa (argon gas: oxygen gas = 3: 1), input power 2 kW, and film formation time 2 hours) to form a thickness of 500 nm. Next, an amorphous silicon film 21a was formed on the buffer film 12 so as to have a thickness of 50 nm by RF magnetron sputtering (deposition temperature: room temperature, deposition pressure: 1.0 Pa, argon atmosphere).

その後、レーザー照射22を行って非晶質シリコン膜21aを多結晶化して低抵抗の多結晶シリコン膜21pに変化させた。レーザー照射22は、波長308nmのXeClエキシマレーザー(パルス幅:30nsec(FWHM)、エネルギー密度:325mJ/cm)を室温の条件下で行った。次に、多結晶シリコン膜21p上に厚さ100nmの酸化ケイ素膜をマスク層23として形成した後、そのマスク層23をフォトリソグラフィにより所定のパターンにパターニングして図2(A)及び図3(E)に示す形態のマスクパターンA,Bを形成した。次に、そのマスクパターンA,B上から、リン(P)を注入電圧:10keV、室温下で、5×1014イオン/cmのドーズ量となるようにイオン注入した。 Thereafter, laser irradiation 22 was performed to polycrystallize the amorphous silicon film 21a into a low resistance polycrystalline silicon film 21p. The laser irradiation 22 was performed using a XeCl excimer laser (pulse width: 30 nsec (FWHM), energy density: 325 mJ / cm 2 ) having a wavelength of 308 nm under room temperature conditions. Next, after forming a 100 nm-thick silicon oxide film as a mask layer 23 on the polycrystalline silicon film 21p, the mask layer 23 is patterned into a predetermined pattern by photolithography, and FIGS. Mask patterns A and B having the form shown in E) were formed. Next, phosphorus (P) was ion-implanted from above the mask patterns A and B at an implantation voltage of 10 keV and a room temperature at a dose of 5 × 10 14 ions / cm 2 .

次に、半導体素子部2のみをレーザーアニールを行って、イオン注入により非晶質相に変化した非晶質シリコン膜21aを再結晶化させて多結晶シリコン膜21pに変化させた。アライメントマーク部3については、エネルギービーム25を遮蔽するマスク部材7をアライメントマーク部3に配置して再結晶化が生じないようにした。このときのエネルギービーム25としては、波長308nmのXeClエキシマレーザー(パルス幅:30nsec(FWHM)、エネルギー密度:225mJ/cm、室温)を用いた。次に、マスク層23を、2%フッ化水素液で除去した後、半導体素子部2のシリコン膜とアライメントマーク部3のシリコン膜とを、マスクを形成した後にSFでドライエッチングするフォトリソグラフィによってアイランド化した。次に、多結晶シリコン半導体膜(13s,13c,13d)の欠陥を低減処理するための酸素プラズマによる欠陥処理を、RF100W、1Torr(133Pa)、150℃の条件下で行った。 Next, only the semiconductor element portion 2 was laser-annealed to recrystallize the amorphous silicon film 21a changed to an amorphous phase by ion implantation into a polycrystalline silicon film 21p. With respect to the alignment mark portion 3, a mask member 7 that shields the energy beam 25 is disposed on the alignment mark portion 3 so that recrystallization does not occur. As the energy beam 25 at this time, a XeCl excimer laser (pulse width: 30 nsec (FWHM), energy density: 225 mJ / cm 2 , room temperature) having a wavelength of 308 nm was used. Next, after removing the mask layer 23 with 2% hydrogen fluoride solution, photolithography is performed in which the silicon film of the semiconductor element portion 2 and the silicon film of the alignment mark portion 3 are dry-etched with SF 6 after forming a mask. Made an island. Next, defect processing by oxygen plasma for reducing defects of the polycrystalline silicon semiconductor films (13s, 13c, 13d) was performed under conditions of RF 100 W, 1 Torr (133 Pa), and 150 ° C.

次に、ソース側拡散膜13s、チャネル膜13c及びドレイン側拡散膜13dを含む全面に厚さ100nmのゲート絶縁膜14を形成した。このゲート絶縁膜14は、RFマグネトロンスパッタリング装置を用い、8インチのSiOターゲットに投入電力:1.0kW(=3W/cm)、圧力:1.0Pa、ガス:アルゴン+O(50%)の成膜条件で形成した。次に、そのゲート絶縁膜14をレジストプロセスを用いて選択的にエッチングし、コンタクトホール26を形成し、その後、0.5MPa・150℃の高圧水蒸気処理を行った。次に、全面に厚さ50nm以上のアルミニウム(Al)膜を蒸着した後、ウエットエッチングによりパターニングして、ソース電極15s、ドレイン電極15d及びゲート電極15gを形成し、その後、半導体素子部2とアライメントマーク部3を含む素子全体を覆うように、厚さ20nmの酸化ケイ素膜を保護膜18として形成した。 Next, a gate insulating film 14 having a thickness of 100 nm was formed on the entire surface including the source side diffusion film 13s, the channel film 13c, and the drain side diffusion film 13d. This gate insulating film 14 is applied to an 8-inch SiO 2 target using an RF magnetron sputtering apparatus. Electric power: 1.0 kW (= 3 W / cm 2 ), pressure: 1.0 Pa, gas: argon + O 2 (50%) The film was formed under the following film forming conditions. Next, the gate insulating film 14 was selectively etched using a resist process to form a contact hole 26, and thereafter, high-pressure steam treatment at 0.5 MPa · 150 ° C. was performed. Next, after depositing an aluminum (Al) film having a thickness of 50 nm or more on the entire surface, patterning is performed by wet etching to form a source electrode 15s, a drain electrode 15d, and a gate electrode 15g, and then alignment with the semiconductor element portion 2 A silicon oxide film having a thickness of 20 nm was formed as a protective film 18 so as to cover the entire element including the mark portion 3.

こうして実施例1の半導体装置1を作製した。得られた半導体装置1のアライメントマーク部3には、イオン注入によってシリコン膜に多結晶シリコン相(多結晶シリコン膜21p)と非晶質シリコン相(非晶質シリコン膜21a)とからなる異なるシリコン相で図形化された、図2(A)に示す態様のアライメントマーク4が形成された。このアライメントマーク4は、目視により観察したところ、多結晶シリコン相6pと非晶質シリコン相6aとの境界が明確にわかる程度のコントラストで形成されていた。また、そのアライメントマーク4の反射スペクトルを分光光度計(島津製作所製、型番:UV−3100PC)で測定したところ、図5に示すように、波長550nmにおいて、多結晶シリコン相の反射スペクトルは64.7%であり、非晶質シリコン相の反射スペクトルは13.4%であり、その反射スペクトル差は、51.3%であった。   Thus, the semiconductor device 1 of Example 1 was manufactured. In the alignment mark portion 3 of the obtained semiconductor device 1, different silicons comprising a polycrystalline silicon phase (polycrystalline silicon film 21p) and an amorphous silicon phase (amorphous silicon film 21a) are formed on the silicon film by ion implantation. An alignment mark 4 having a shape as shown in FIG. When the alignment mark 4 was observed with the naked eye, the alignment mark 4 was formed with a contrast sufficient to clearly show the boundary between the polycrystalline silicon phase 6p and the amorphous silicon phase 6a. Further, when the reflection spectrum of the alignment mark 4 was measured with a spectrophotometer (manufactured by Shimadzu Corporation, model number: UV-3100PC), the reflection spectrum of the polycrystalline silicon phase at a wavelength of 550 nm was 64. As shown in FIG. The reflection spectrum of the amorphous silicon phase was 13.4%, and the difference in reflection spectrum was 51.3%.

本発明の半導体装置の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置のアライメントマーク部に形成されたアライメントマークの例を示す平面図である。It is a top view which shows the example of the alignment mark formed in the alignment mark part of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の製造工程を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の製造工程を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device of this invention. 実施例1で得られた多結晶シリコン相の反射スペクトルと非晶質シリコン相の反射スペクトルを示したグラフである。2 is a graph showing a reflection spectrum of a polycrystalline silicon phase and an amorphous silicon phase obtained in Example 1. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 半導体装置
2 半導体素子部
3 アライメントマーク部
4 アライメントマーク
5 シリコン膜
6a 非晶質シリコン相
6p 多結晶シリコン相
7 マスク部材
10 基板
11 無機密着膜
12 バッファ膜
13 多結晶シリコン半導体膜
13s ソース側拡散膜
13c チャネル膜
13d ドレイン側拡散膜
14 ゲート絶縁膜
15s ソース電極
15g ゲート電極
15d ドレイン電極
18 保護膜
21a 非晶質シリコン膜
21p 多結晶シリコン膜
22 レーザー照射
23 マスク層
24 イオン注入
25 エネルギービーム
26 コンタクトホール
28 高圧水蒸気
A,B マスクパターン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor device 2 Semiconductor element part 3 Alignment mark part 4 Alignment mark 5 Silicon film 6a Amorphous silicon phase 6p Polycrystalline silicon phase 7 Mask member 10 Substrate 11 Inorganic adhesion film 12 Buffer film 13 Polycrystalline silicon semiconductor film 13s Source side diffusion Film 13c Channel film 13d Drain side diffusion film 14 Gate insulating film 15s Source electrode 15g Gate electrode 15d Drain electrode 18 Protective film 21a Amorphous silicon film 21p Polycrystalline silicon film 22 Laser irradiation 23 Mask layer 24 Ion implantation 25 Energy beam 26 Contact Hall 28 High-pressure steam A, B Mask pattern

Claims (8)

多結晶シリコン半導体膜と、少なくとも表面が異なるシリコン相で図形化されたシリコン膜からなるアライメントマークと、が基板上に形成されていることを特徴とする半導体装置。   A semiconductor device comprising: a polycrystalline silicon semiconductor film; and an alignment mark made of a silicon film patterned with a silicon phase having at least a different surface. 前記異なるシリコン相が、多結晶シリコン相と非晶質シリコン相である、請求項1に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the different silicon phases are a polycrystalline silicon phase and an amorphous silicon phase. 前記異なるシリコン相が、反射スペクトルの差で30%以上60%以下である、請求項1又は2に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the different silicon phases are 30% or more and 60% or less in a difference in reflection spectrum. 前記多結晶シリコン半導体膜と前記アライメントマークが、前記基板上に、バッファ膜を介して設けられている、請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the polycrystalline silicon semiconductor film and the alignment mark are provided on the substrate via a buffer film. 基板上に、多結晶シリコン半導体膜を有する半導体素子部と、アライメントマークを有するアライメントマーク部とを少なくとも形成する半導体装置の製造方法であって、
前記基板上に非晶質シリコン膜を形成する工程と、
前記非晶質シリコン膜を多結晶化して多結晶シリコン膜を形成する工程と、
前記多結晶シリコン膜の半導体素子部に前記多結晶シリコン半導体膜を形成するためのマスクパターンAを形成するとともに、前記多結晶シリコン膜のアライメントマーク部に前記アライメントマークを形成するためのマスクパターンBを形成する工程と、
前記マスクパターンA,B上からイオン注入して、該マスクパターンA,Bで覆われていない多結晶シリコン膜の露出部の少なくとも表面を非晶質シリコン相に変化させる工程と、
前記半導体素子部のみを活性化して該半導体素子部に多結晶シリコン半導体膜を形成する工程と、
前記マスクパターンA,Bを除去する工程と、を有し、
前記非晶質シリコン相に変化させる工程により、前記アライメントマーク部に形成されたシリコン膜の少なくとも表面に、多結晶シリコン相と非晶質シリコン相とからなる異なるシリコン相で図形化されたアライメントマークを形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein at least a semiconductor element portion having a polycrystalline silicon semiconductor film and an alignment mark portion having an alignment mark are formed on a substrate,
Forming an amorphous silicon film on the substrate;
Polycrystallizing the amorphous silicon film to form a polycrystalline silicon film;
A mask pattern A for forming the polycrystalline silicon semiconductor film is formed in the semiconductor element portion of the polycrystalline silicon film, and a mask pattern B for forming the alignment mark in the alignment mark portion of the polycrystalline silicon film. Forming a step;
Ion implantation from above the mask patterns A and B to change at least the surface of the exposed portion of the polycrystalline silicon film not covered with the mask patterns A and B into an amorphous silicon phase;
Activating only the semiconductor element portion to form a polycrystalline silicon semiconductor film on the semiconductor element portion;
Removing the mask patterns A and B,
Alignment marks formed with different silicon phases comprising a polycrystalline silicon phase and an amorphous silicon phase on at least the surface of the silicon film formed in the alignment mark portion by the step of changing to the amorphous silicon phase Forming a semiconductor device.
前記半導体素子部のみの活性化を、前記アライメントマーク部を遮蔽した後にレーザーアニールすることにより行う、請求項5に記載の半導体装置の製造方法。   6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein only the semiconductor element portion is activated by laser annealing after shielding the alignment mark portion. 前記アライメントマークは、前記多結晶シリコン半導体膜上にゲート絶縁膜を形成する工程以降の工程で使用される、請求項5又は6に記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the alignment mark is used in a process subsequent to a process of forming a gate insulating film on the polycrystalline silicon semiconductor film. 前記多結晶シリコン半導体膜と前記アライメントマークを、前記基板上に、バッファ膜を介して形成する、請求項5〜7のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the polycrystalline silicon semiconductor film and the alignment mark are formed on the substrate via a buffer film.
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