JP2001160612A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体装置及びその製造方法Info
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- JP2001160612A JP2001160612A JP34191099A JP34191099A JP2001160612A JP 2001160612 A JP2001160612 A JP 2001160612A JP 34191099 A JP34191099 A JP 34191099A JP 34191099 A JP34191099 A JP 34191099A JP 2001160612 A JP2001160612 A JP 2001160612A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】半導体基板及び貼り合わせSOI基板の双方の
上面に互いに整合した素子及び配線体を持つ3次元SO
I構造の半導体装置を形成すること。 【構成】ゲート長が長いN及びPチャネルのLDD構造
のMISFET、高融点金属配線18及び貫通孔20が形成
された第1のシリコン基板1上に酸化膜19を介して薄膜
化された第2のシリコン基板(21、22) が貼り合わせられ
ており、第1のシリコン基板1に形成した貫通孔を貼り
合わせられた第2のシリコン基板(21、22) にもセルフア
ラインで貫通させ、この貫通孔20(位置合わせ用のパタ
ーン)に位置合わせして、第2のシリコン基板(SOI
基体)(21、22) にゲート長が短いN及びPチャネルのL
DD構造のMISFETが形成されており、これらのM
ISFET及び高融点金属配線18が電極コンタクト用の
開孔を介して、低融点金属配線37に接続されている構造
に形成されているので、高集積、高速且つ低電力な半導
体集積回路の形成が可能となる。
上面に互いに整合した素子及び配線体を持つ3次元SO
I構造の半導体装置を形成すること。 【構成】ゲート長が長いN及びPチャネルのLDD構造
のMISFET、高融点金属配線18及び貫通孔20が形成
された第1のシリコン基板1上に酸化膜19を介して薄膜
化された第2のシリコン基板(21、22) が貼り合わせられ
ており、第1のシリコン基板1に形成した貫通孔を貼り
合わせられた第2のシリコン基板(21、22) にもセルフア
ラインで貫通させ、この貫通孔20(位置合わせ用のパタ
ーン)に位置合わせして、第2のシリコン基板(SOI
基体)(21、22) にゲート長が短いN及びPチャネルのL
DD構造のMISFETが形成されており、これらのM
ISFET及び高融点金属配線18が電極コンタクト用の
開孔を介して、低融点金属配線37に接続されている構造
に形成されているので、高集積、高速且つ低電力な半導
体集積回路の形成が可能となる。
Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はSOI構造の半導体集積
回路に係り、特に高集積、高速及び低電力を改善させた
3次元のSOI構造の半導体集積回路に関する。従来、
SOI構造の半導体集積回路に関しては、半導体基板上
に絶縁膜を介して多結晶シリコン層を成長させ、この多
結晶シリコン層をレーザーアニールにより単結晶化させ
る試みがなされていたが、結晶の面方位が均一で、結晶
粒界の影響を受けない単結晶を得ることが技術的に極め
て困難で実用化に至っていない。そこで、近年、均一な
単結晶を持つ半導体基板を酸化膜を介して別の半導体基
板に貼り合わせる、いわゆる貼り合わせSOIウエハー
を使用した半導体集積回路が実用化され始めつつある。
この貼り合わせSOIウエハーを使用した半導体集積回
路は、結晶メーカーが製造した貼り合わせSOIウエハ
ーを使用して、薄膜のSOI基体の上面から貼り合わせ
た酸化膜に達するトレンチを設け、このトレンチに絶縁
膜を埋め込むことにより島状に絶縁分離したSOI基体
の上面のみにMIS電界効果トランジスタからなる半導
体集積回路を形成したものであり、MIS電界効果トラ
ンジスタの接合容量、ゲート空乏層容量及び閾値電圧等
を低減することにより高速化及び低電力化を計ったもの
にすぎなかった。この種の半導体集積回路は高速化及び
低電力化に関しては十分な効果を発揮しているが、高集
積化に対しては何らの改善も見られず、SOI構造の思
想の最大の利点である3次元の半導体集積回路の形成に
は何のメリットも得られていないし、また、貼り合わせ
SOIウエハーのコスト高を考慮すると特定の半導体集
積回路に使用されるにすぎなかった。そこで、高速化及
び低電力化という性能を維持し、さらにコスト高を相殺
できる高集積化が計られる汎用性のある3次元のSOI
構造の半導体集積回路を形成できる手段が要望されてい
る。
回路に係り、特に高集積、高速及び低電力を改善させた
3次元のSOI構造の半導体集積回路に関する。従来、
SOI構造の半導体集積回路に関しては、半導体基板上
に絶縁膜を介して多結晶シリコン層を成長させ、この多
結晶シリコン層をレーザーアニールにより単結晶化させ
る試みがなされていたが、結晶の面方位が均一で、結晶
粒界の影響を受けない単結晶を得ることが技術的に極め
て困難で実用化に至っていない。そこで、近年、均一な
単結晶を持つ半導体基板を酸化膜を介して別の半導体基
板に貼り合わせる、いわゆる貼り合わせSOIウエハー
を使用した半導体集積回路が実用化され始めつつある。
この貼り合わせSOIウエハーを使用した半導体集積回
路は、結晶メーカーが製造した貼り合わせSOIウエハ
ーを使用して、薄膜のSOI基体の上面から貼り合わせ
た酸化膜に達するトレンチを設け、このトレンチに絶縁
膜を埋め込むことにより島状に絶縁分離したSOI基体
の上面のみにMIS電界効果トランジスタからなる半導
体集積回路を形成したものであり、MIS電界効果トラ
ンジスタの接合容量、ゲート空乏層容量及び閾値電圧等
を低減することにより高速化及び低電力化を計ったもの
にすぎなかった。この種の半導体集積回路は高速化及び
低電力化に関しては十分な効果を発揮しているが、高集
積化に対しては何らの改善も見られず、SOI構造の思
想の最大の利点である3次元の半導体集積回路の形成に
は何のメリットも得られていないし、また、貼り合わせ
SOIウエハーのコスト高を考慮すると特定の半導体集
積回路に使用されるにすぎなかった。そこで、高速化及
び低電力化という性能を維持し、さらにコスト高を相殺
できる高集積化が計られる汎用性のある3次元のSOI
構造の半導体集積回路を形成できる手段が要望されてい
る。
【0002】
【従来の技術】図12は従来の第1の半導体装置の模式側
断面図で、貼り合わせSOIウエハーを使用して形成し
たSOI構造のCMOS型半導体集積回路の一部を示し
ており、51はp- 型の第1のシリコン(Si)基板、52は貼
り合わせ用酸化膜、53はp- 型の第2のシリコン基板
(SOI基体)、54はn型化された第2のシリコン基板
(SOI基体)、55は素子分離領域形成用トレンチ及び
埋め込み酸化膜、56はn+型ソースドレイン領域、57は
n型ソースドレイン領域、58はp+ 型ソースドレイン領
域、59はp型ソースドレイン領域、60はゲート酸化膜、
61はゲート電極、62は下地酸化膜、63はサイドウオー
ル、64は不純物ブロック用酸化膜、65はBPSG膜、66
はバリアメタル(Ti/TiN )、67はWプラグ、68はバリ
アメタル(Ti/TiN )、69はAlCu配線を示している。同
図においては、p- 型の第1のシリコン(Si)基板51上に
酸化膜52を介して貼り合わせられ、素子分離領域形成用
トレンチ及び埋め込み酸化膜55により島状に絶縁分離さ
れたp- 型の第2のシリコン基板(SOI基体)53及び
n型化された第2のシリコン基板(SOI基体)54が形
成され、p- 型の第2のシリコン基板(SOI基体)53
にはNチャネルのLDD構造のMIS電界効果トランジ
スタが、n型化された第2のシリコン基板(SOI基
体)54にはPチャネルのLDD構造のMIS電界効果ト
ランジスタが形成されている。したがって、周囲を絶縁
膜で囲まれたソースドレイン領域を形成できることによ
る接合容量の低減、SOI基体を完全空乏化できること
による空乏層容量の低減及びサブスレッショルド特性を
改善できることによる閾値電圧の低減等により通常のバ
ルクウエハーに形成するMIS電界効果トランジスタか
らなる半導体集積回路に比較し、高速化及び低電力化が
可能となる。しかし、第1のシリコン(Si)基板には何ら
素子が形成されておらず、高集積化に関しては通常のバ
ルクウエハーに形成するMIS電界効果トランジスタか
らなる半導体集積回路と同じであり、何らの改善もなさ
れていない。これは第1のシリコン(Si)基板にMIS電
界効果トランジスタからなる半導体集積回路を形成した
場合、これに位置合わせして、上層のSOI基体にMI
S電界効果トランジスタからなる半導体集積回路を形成
できなかったために3次元的に形成した1つの半導体集
積回路を形成できなかったためである。
断面図で、貼り合わせSOIウエハーを使用して形成し
たSOI構造のCMOS型半導体集積回路の一部を示し
ており、51はp- 型の第1のシリコン(Si)基板、52は貼
り合わせ用酸化膜、53はp- 型の第2のシリコン基板
(SOI基体)、54はn型化された第2のシリコン基板
(SOI基体)、55は素子分離領域形成用トレンチ及び
埋め込み酸化膜、56はn+型ソースドレイン領域、57は
n型ソースドレイン領域、58はp+ 型ソースドレイン領
域、59はp型ソースドレイン領域、60はゲート酸化膜、
61はゲート電極、62は下地酸化膜、63はサイドウオー
ル、64は不純物ブロック用酸化膜、65はBPSG膜、66
はバリアメタル(Ti/TiN )、67はWプラグ、68はバリ
アメタル(Ti/TiN )、69はAlCu配線を示している。同
図においては、p- 型の第1のシリコン(Si)基板51上に
酸化膜52を介して貼り合わせられ、素子分離領域形成用
トレンチ及び埋め込み酸化膜55により島状に絶縁分離さ
れたp- 型の第2のシリコン基板(SOI基体)53及び
n型化された第2のシリコン基板(SOI基体)54が形
成され、p- 型の第2のシリコン基板(SOI基体)53
にはNチャネルのLDD構造のMIS電界効果トランジ
スタが、n型化された第2のシリコン基板(SOI基
体)54にはPチャネルのLDD構造のMIS電界効果ト
ランジスタが形成されている。したがって、周囲を絶縁
膜で囲まれたソースドレイン領域を形成できることによ
る接合容量の低減、SOI基体を完全空乏化できること
による空乏層容量の低減及びサブスレッショルド特性を
改善できることによる閾値電圧の低減等により通常のバ
ルクウエハーに形成するMIS電界効果トランジスタか
らなる半導体集積回路に比較し、高速化及び低電力化が
可能となる。しかし、第1のシリコン(Si)基板には何ら
素子が形成されておらず、高集積化に関しては通常のバ
ルクウエハーに形成するMIS電界効果トランジスタか
らなる半導体集積回路と同じであり、何らの改善もなさ
れていない。これは第1のシリコン(Si)基板にMIS電
界効果トランジスタからなる半導体集積回路を形成した
場合、これに位置合わせして、上層のSOI基体にMI
S電界効果トランジスタからなる半導体集積回路を形成
できなかったために3次元的に形成した1つの半導体集
積回路を形成できなかったためである。
【0003】図13は従来の第2の半導体装置の模式側断
面図で、本願発明者によって以前に提案されたもので、
2枚の半導体基板を貼り合わせて形成したSOI構造の
デジタルアナログ混載のCMOS型半導体集積回路の一
部を示しており、51〜54、56、58、60、61、64、69は図
12と同じ物を、70はn+ 型不純物領域、71a、71b は素子
分離領域形成用トレンチ及び埋め込み酸化膜、72は側壁
絶縁膜、73は埋め込み導電膜、74は燐珪酸ガラス(PS
G)膜を示している。同図においては、上面にn+ 型不
純物領域70が設けられたp- 型の第1のシリコン(Si)基
板51上に酸化膜52を介してp- 型の第2のシリコン(Si)
基板53が貼り合わせられている。p- 型の第2のシリコ
ン(Si)基板53には選択的に素子領域を分離するトレンチ
(71a 、71b )が設けられ、一部のトレンチ71b はp-
型の第1のシリコン(Si)基板51上に設けられたn+ 型不
純物領域70をセルフアラインに分離している。すべての
トレンチ(71a 、71b )には酸化膜が埋め込まれ平坦に
形成されている。p- 型の第2のシリコン(Si)基板53の
分離画定された素子領域にはそれぞれデジタル部及びア
ナログ部のNチャネルのMIS電界効果トランジスタが
形成され、また、p- 型の第2のシリコン(Si)基板53に
設けられたn型不純物ウエル領域54の分離画定された素
子領域にはそれぞれデジタル部及びアナログ部のPチャ
ネルのMIS電界効果トランジスタが形成されている。
Nチャネル及びPチャネルのMIS電界効果トランジス
タ下には酸化膜52で絶縁されたn+型不純物領域70とp-
型の第1のシリコン(Si)基板51との間にPN接合から
なる容量を形成している。上記の構成をとることにより
デジタル回路とアナログ回路を絶縁膜により島状に分離
し、デジタル回路で発生するノイズの影響を受けないア
ナログ回路を形成したものである。この従来例において
は、たしかに第1のシリコン(Si)基板にも素子を形成し
ており、SOI構造の3次元の半導体集積回路を形成し
ているが、第1のシリコン(Si)基板には全面にパターン
のない不純物領域を形成し、第2のシリコン(Si)基板に
おける素子分離をおこなうトレンチによって不純物領域
を分離し、この不純物領域に第1のシリコン(Si)基板上
面から接続をとったものである。即ち第1のシリコン(S
i)基板には選択的に形成した素子に位置合わせして第2
のシリコン(Si)基板(SOI基体)に選択的に素子を形
成できないために、第1のシリコン(Si)基板には位置合
わせが必要なパターンを形成しない構成をとることによ
り、一応SOI構造の3次元の半導体集積回路を形成し
ているのにすぎず、第1のシリコン(Si)基板には選択的
に、何の制約も受けずに素子を形成できないという欠点
があった。
面図で、本願発明者によって以前に提案されたもので、
2枚の半導体基板を貼り合わせて形成したSOI構造の
デジタルアナログ混載のCMOS型半導体集積回路の一
部を示しており、51〜54、56、58、60、61、64、69は図
12と同じ物を、70はn+ 型不純物領域、71a、71b は素子
分離領域形成用トレンチ及び埋め込み酸化膜、72は側壁
絶縁膜、73は埋め込み導電膜、74は燐珪酸ガラス(PS
G)膜を示している。同図においては、上面にn+ 型不
純物領域70が設けられたp- 型の第1のシリコン(Si)基
板51上に酸化膜52を介してp- 型の第2のシリコン(Si)
基板53が貼り合わせられている。p- 型の第2のシリコ
ン(Si)基板53には選択的に素子領域を分離するトレンチ
(71a 、71b )が設けられ、一部のトレンチ71b はp-
型の第1のシリコン(Si)基板51上に設けられたn+ 型不
純物領域70をセルフアラインに分離している。すべての
トレンチ(71a 、71b )には酸化膜が埋め込まれ平坦に
形成されている。p- 型の第2のシリコン(Si)基板53の
分離画定された素子領域にはそれぞれデジタル部及びア
ナログ部のNチャネルのMIS電界効果トランジスタが
形成され、また、p- 型の第2のシリコン(Si)基板53に
設けられたn型不純物ウエル領域54の分離画定された素
子領域にはそれぞれデジタル部及びアナログ部のPチャ
ネルのMIS電界効果トランジスタが形成されている。
Nチャネル及びPチャネルのMIS電界効果トランジス
タ下には酸化膜52で絶縁されたn+型不純物領域70とp-
型の第1のシリコン(Si)基板51との間にPN接合から
なる容量を形成している。上記の構成をとることにより
デジタル回路とアナログ回路を絶縁膜により島状に分離
し、デジタル回路で発生するノイズの影響を受けないア
ナログ回路を形成したものである。この従来例において
は、たしかに第1のシリコン(Si)基板にも素子を形成し
ており、SOI構造の3次元の半導体集積回路を形成し
ているが、第1のシリコン(Si)基板には全面にパターン
のない不純物領域を形成し、第2のシリコン(Si)基板に
おける素子分離をおこなうトレンチによって不純物領域
を分離し、この不純物領域に第1のシリコン(Si)基板上
面から接続をとったものである。即ち第1のシリコン(S
i)基板には選択的に形成した素子に位置合わせして第2
のシリコン(Si)基板(SOI基体)に選択的に素子を形
成できないために、第1のシリコン(Si)基板には位置合
わせが必要なパターンを形成しない構成をとることによ
り、一応SOI構造の3次元の半導体集積回路を形成し
ているのにすぎず、第1のシリコン(Si)基板には選択的
に、何の制約も受けずに素子を形成できないという欠点
があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、従来例に示されるように、第1のシリコン
(Si)基板には選択的に、何の制約も受けずに素子を形成
し、この形成された素子に直接位置合わせして、酸化膜
を介して貼り合わせられた第2のシリコン(Si)基板(S
OI基体)に選択的に素子を形成した3次元の半導体集
積回路を形成できなかったことである。(薄膜の多結晶
シリコン層を成長させ、レーザーアニールによる再結晶
化を利用するSOI構造を形成する場合には、積層させ
る多結晶シリコン層が下地の段差を忠実に再現させるた
め、この段差を利用して位置合わせをおこなえば第1の
シリコン(Si)基板に形成した素子及び配線体に整合して
SOI基体上に素子及び配線体を形成することは可能で
ある。しかし、第1のシリコン(Si)基板に第2のシリコ
ン(Si)基板を貼り合わせてSOI構造を形成する場合に
は、第2のシリコン(Si)基板を貼り合わせる前の下地に
段差が存在したとしても貼り合わせる平坦な第2のシリ
コン(Si)基板によって解消され、又、第2のシリコン(S
i)基板は透明ではないため位置合わせができず、第1の
シリコン(Si)基板に形成した素子及び配線体に整合して
SOI基体上に素子及び配線体を形成することは不可能
である。)
する課題は、従来例に示されるように、第1のシリコン
(Si)基板には選択的に、何の制約も受けずに素子を形成
し、この形成された素子に直接位置合わせして、酸化膜
を介して貼り合わせられた第2のシリコン(Si)基板(S
OI基体)に選択的に素子を形成した3次元の半導体集
積回路を形成できなかったことである。(薄膜の多結晶
シリコン層を成長させ、レーザーアニールによる再結晶
化を利用するSOI構造を形成する場合には、積層させ
る多結晶シリコン層が下地の段差を忠実に再現させるた
め、この段差を利用して位置合わせをおこなえば第1の
シリコン(Si)基板に形成した素子及び配線体に整合して
SOI基体上に素子及び配線体を形成することは可能で
ある。しかし、第1のシリコン(Si)基板に第2のシリコ
ン(Si)基板を貼り合わせてSOI構造を形成する場合に
は、第2のシリコン(Si)基板を貼り合わせる前の下地に
段差が存在したとしても貼り合わせる平坦な第2のシリ
コン(Si)基板によって解消され、又、第2のシリコン(S
i)基板は透明ではないため位置合わせができず、第1の
シリコン(Si)基板に形成した素子及び配線体に整合して
SOI基体上に素子及び配線体を形成することは不可能
である。)
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題は、第1の半導
体基板と、前記第1の半導体基板の上面に設けられた第
1の素子及び第1の配線層と、前記第1の半導体基板の
上面上に第1の絶縁膜を介して貼り合わせられた第2の
半導体基板と、前記第2の半導体基板、前記第1の絶縁
膜及び前記第1の半導体基板を貫通した貫通孔(位置合
わせ用パターン)と、前記第2の半導体基板を島状に分
離する第1のトレンチと、前記第1のトレンチを埋め込
んだ第2の絶縁膜と、前記第2の絶縁膜及び前記第1の
絶縁膜を選択的に貫通し、前記第1の配線層に達した第
2のトレンチと、前記第2のトレンチを埋め込み、前記
第2の半導体基板上面に導出した第2の配線層と、前記
第2の半導体基板の上面に設けられた第2の素子及び第
3の配線層とを具備し、且つ前記貫通孔(位置合わせ用
パターン)により、前記第1の素子及び前記第1の配線
層に整合して、前記第1のトレンチ、前記第2のトレン
チ、前記第2の配線層、前記第2の素子及び前記第3の
配線層が設けられている本発明の半導体装置によって解
決される。
体基板と、前記第1の半導体基板の上面に設けられた第
1の素子及び第1の配線層と、前記第1の半導体基板の
上面上に第1の絶縁膜を介して貼り合わせられた第2の
半導体基板と、前記第2の半導体基板、前記第1の絶縁
膜及び前記第1の半導体基板を貫通した貫通孔(位置合
わせ用パターン)と、前記第2の半導体基板を島状に分
離する第1のトレンチと、前記第1のトレンチを埋め込
んだ第2の絶縁膜と、前記第2の絶縁膜及び前記第1の
絶縁膜を選択的に貫通し、前記第1の配線層に達した第
2のトレンチと、前記第2のトレンチを埋め込み、前記
第2の半導体基板上面に導出した第2の配線層と、前記
第2の半導体基板の上面に設けられた第2の素子及び第
3の配線層とを具備し、且つ前記貫通孔(位置合わせ用
パターン)により、前記第1の素子及び前記第1の配線
層に整合して、前記第1のトレンチ、前記第2のトレン
チ、前記第2の配線層、前記第2の素子及び前記第3の
配線層が設けられている本発明の半導体装置によって解
決される。
【0006】
【作 用】即ち、本発明の半導体装置においては、比
較的ゲート長が長いNチャネル及びPチャネルのLDD
構造のMIS電界効果トランジスタ、高融点金属配線
(W)及び貫通孔(位置合わせ用のパターン)が形成さ
れた第1のシリコン(Si)基板上に酸化膜を介して薄膜化
された第2のシリコン基板(SOI基体)が貼り合わせ
られており、第1のシリコン(Si)基板に形成した貫通孔
を、さらに貼り合わせられた第2のシリコン基板にもセ
ルフアラインで貫通させ、この貫通孔(位置合わせ用の
パターン)に位置合わせして、第2のシリコン基板(S
OI基体)にゲート長が短いNチャネル及びPチャネル
のLDD構造のMIS電界効果トランジスタが形成され
ており、これらの素子及び高融点金属配線(W)が電極
コンタクト用の開孔を介して、低融点金属配線(AlCu)
に接続されている構造に形成されている。したがって、
SOI基体に形成されるMIS電界効果トランジスタは
ソースドレイン領域が周囲を絶縁膜で囲まれているため
接合容量の低減が可能であり、また薄膜のSOI基体上
にゲート構造を形成しているので、SOI基体が完全空
乏化されていれば、第1のシリコン(Si)基板に形成する
ゲート構造に比較し、ゲート酸化膜下の反転層と基板と
の間の空乏層容量を無くすことが可能であり、さらにゲ
ート電極に加えた電圧がゲート電極と反転層の間だけに
印加できることになり、サブスレッショルド特性を改善
できるので閾値電圧を低減できる。こうしてSOI基体
に形成されるMIS電界効果トランジスタは第1のシリ
コン(Si)基板に形成されるMIS電界効果トランジスタ
に比較し、高速化及び低電力化が可能となる。また、S
OI基体ばかりでなく、第1のシリコン(Si)基板にもや
や低速ではあるがMIS電界効果トランジスタを形成で
きるため高集積化が可能となる。 即ち、極めて高集
積、高速且つ低電力な半導体集積回路の形成を可能とす
る半導体装置を得ることができる。
較的ゲート長が長いNチャネル及びPチャネルのLDD
構造のMIS電界効果トランジスタ、高融点金属配線
(W)及び貫通孔(位置合わせ用のパターン)が形成さ
れた第1のシリコン(Si)基板上に酸化膜を介して薄膜化
された第2のシリコン基板(SOI基体)が貼り合わせ
られており、第1のシリコン(Si)基板に形成した貫通孔
を、さらに貼り合わせられた第2のシリコン基板にもセ
ルフアラインで貫通させ、この貫通孔(位置合わせ用の
パターン)に位置合わせして、第2のシリコン基板(S
OI基体)にゲート長が短いNチャネル及びPチャネル
のLDD構造のMIS電界効果トランジスタが形成され
ており、これらの素子及び高融点金属配線(W)が電極
コンタクト用の開孔を介して、低融点金属配線(AlCu)
に接続されている構造に形成されている。したがって、
SOI基体に形成されるMIS電界効果トランジスタは
ソースドレイン領域が周囲を絶縁膜で囲まれているため
接合容量の低減が可能であり、また薄膜のSOI基体上
にゲート構造を形成しているので、SOI基体が完全空
乏化されていれば、第1のシリコン(Si)基板に形成する
ゲート構造に比較し、ゲート酸化膜下の反転層と基板と
の間の空乏層容量を無くすことが可能であり、さらにゲ
ート電極に加えた電圧がゲート電極と反転層の間だけに
印加できることになり、サブスレッショルド特性を改善
できるので閾値電圧を低減できる。こうしてSOI基体
に形成されるMIS電界効果トランジスタは第1のシリ
コン(Si)基板に形成されるMIS電界効果トランジスタ
に比較し、高速化及び低電力化が可能となる。また、S
OI基体ばかりでなく、第1のシリコン(Si)基板にもや
や低速ではあるがMIS電界効果トランジスタを形成で
きるため高集積化が可能となる。 即ち、極めて高集
積、高速且つ低電力な半導体集積回路の形成を可能とす
る半導体装置を得ることができる。
【0007】
【実施例】以下本発明を、図示実施例により具体的に説
明する。図1は本発明の半導体装置における第1の実施
例の模式側断面図、図2は本発明の半導体装置における
第2の実施例の模式側断面図、図3は本発明の半導体装
置における第3の実施例の模式側断面図、図4〜図11は
本発明の半導体装置における製造方法の一実施例の工程
断面図である。全図を通じ同一対象物は同一符号で示
す。図1はp型シリコン(Si)基板を用いた際の本発明の
半導体装置における第1の実施例の模式側断面図で、S
OI構造の3次元のC−MOS型半導体集積回路の一部
を示しており、1は1015cm-3程度のp- 型の第1のシリ
コン(Si)基板、2は1016cm-3程度のp型不純物ウエル領
域、3は1016cm-3程度のn型不純物ウエル領域、4は深
さ3μm程度のp型及びn型不純物ウエル領域分離用の
トレンチ及び埋め込み酸化膜、5は深さ1μm程度の素
子分離領域形成用トレンチ及び埋め込み酸化膜、6は10
20cm-3程度の第1のn+ 型ソースドレイン領域及びn+
型不純物ウエルコンタクト領域、7は1017cm-3程度の第
1のn型ソースドレイン領域、8は1020cm-3程度の第1
のp+ 型ソースドレイン領域及びp+ 型不純物ウエルコ
ンタクト領域、9は1017cm-3程度の第1のp型ソースド
レイン領域、10は8nm程度の第1のゲート酸化膜、11は
ゲート長0.5 μm程度の第1のゲート電極(polySi/
W)、12は15nm程度の下地酸化膜、13は0.15μm程度の
サイドウオール、14は30nm程度の不純物ブロック用酸化
膜、15は1μm程度の硼素入り燐珪酸ガラス(BPSG)
膜、16は0.1μm 程度のバリアメタル(Ti/TiN )、17
はWプラグ、18は0.5μm 程度の高融点金属配線
(W)、19は1μm程度の層間絶縁膜兼貼り合わせ用酸
化膜、20は位置合わせ用の貫通孔、21は濃度1015cm-3程
度、厚さ0.1μm 程度のp- 型の第2のシリコン基板
(SOI基体)、22は濃度1015cm-3程度、厚さ0.1μm
程度のn型化された第2のシリコン基板(SOI基
体)、23は素子分離領域形成用トレンチ及び埋め込み酸
化膜、24は1020cm-3程度の第2のn+ 型ソースドレイン
領域、25は1017cm-3程度の第2のn型ソースドレイン領
域、26は1020cm -3程度の第2のp+ 型ソースドレイン領
域、27は1017cm-3程度の第2のp型ソースドレイン領
域、28は5nm程度の第2のゲート酸化膜、29はゲート長
0.2 μm程度の第2のゲート電極(polySi/W)、30は1
5nm程度の下地酸化膜、31は0.1μm程度のサイドウオー
ル、32は20nm程度の不純物ブロック用酸化膜、33は1μ
m程度の硼素入り燐珪酸ガラス(BPSG) 膜、34は0.1μm
程度のバリアメタル(Ti/TiN )、35はWプラグ、36は
0.1μm 程度のバリアメタル(Ti/TiN )、37は0.8μm
程度の低融点金属配線(AlCu)を示してる。同図におい
ては、p- 型の第1のシリコン(Si)基板1に選択的に設
けられ、酸化膜を埋め込んだ素子分離領域形成用トレン
チ及び不純物ウエル領域分離用のトレンチ(4、5)に
より絶縁分離されたp型不純物ウエル領域2及びn型不
純物ウエル領域3が形成され、p型不純物ウエル領域2
にはゲート長0.5 μm程度のNチャネルのLDD構造の
MIS電界効果トランジスタが、n型不純物ウエル領域
3にはゲート長0.5 μm程度のPチャネルのLDD構造
のMIS電界効果トランジスタが形成され、第1のn+
型ソースドレイン領域及びn+ 型不純物ウエルコンタク
ト領域6及び第1のp+ 型ソースドレイン領域及びp+
型不純物ウエルコンタクト領域8にはそれぞれバリアメ
タル(Ti/TiN )16及びWプラグ17を介して高融点金属
配線(W)18に接続されている。高融点金属配線(W)
18上に平坦に設けられた酸化膜19を介して薄膜化された
p- 型の第2のシリコン基板が貼り合わせられており、
p- 型の第2のシリコン基板は素子分離用のトレンチ及
び埋め込み酸化膜23により島状に絶縁分離されたp- 型
の第2のシリコン基板(SOI基体)21及びn型化され
た第2のシリコン基板(SOI基体)22が形成され、p
- 型の第2のシリコン基板(SOI基体)21にはゲート
長0.2 μm程度のNチャネルのLDD構造のMIS電界
効果トランジスタが、n型化された第2のシリコン基板
(SOI基体)22にはゲート長0.2 μm程度のPチャネ
ルのLDD構造のMIS電界効果トランジスタが形成さ
れており、第2のn+ 型ソースドレイン領域24及び第2
のp+ 型ソースドレイン領域26にはそれぞれバリアメタ
ル(Ti/TiN )34、Wプラグ35及びバリアメタル(Ti/
TiN )36を介して低融点金属配線(AlCu)37に接続され
ている。また、高融点金属配線(W)18もバリアメタル
(Ti/TiN )34、Wプラグ35及びバリアメタル(Ti/Ti
N )36を介して低融点金属配線(AlCu)37に接続されて
いる。ここでp- 型の第1のシリコン(Si)基板1から第
2のシリコン(Si)基板を貫通して設けられた貫通孔20
(位置合わせ用パターン)によりp- 型の第1のシリコ
ン(Si)基板1に形成されたMIS電界効果トランジスタ
及び高融点金属配線(W)18に整合して第2のシリコン
(Si)基板(p - 型の第2のシリコン基板[SOI基体]
21及びn型化された第2のシリコン基板[SOI基体]
22)にMIS電界効果トランジスタ及び低融点金属配線
(AlCu)37が形成されている。したがって、SOI基体
に形成されるMIS電界効果トランジスタはn+ 型ソー
スドレイン領域及びp+ 型ソースドレイン領域が周囲を
絶縁膜で囲まれているため接合容量の低減が可能であ
り、また薄膜のSOI基体上にゲート構造を形成してい
るので、SOI基体が完全空乏化型であれば、第1のシ
リコン(Si)基板に形成するゲート構造に比較し、ゲート
酸化膜下の反転層と基板との間の空乏層容量を無くすこ
とが可能であり、さらにゲート電極に加えた電圧がゲー
ト電極と反転層の間だけに印加できることになり、サブ
スレッショルド特性を改善できるので閾値電圧を低減で
きる。こうしてSOI基体に形成されるMIS電界効果
トランジスタは第1のシリコン(Si)基板に形成するMI
S電界効果トランジスタに比較し、高速化及び低電力化
が可能となる。また、SOI基体ばかりでなく、第1の
シリコン(Si)基板にもやや低速ではあるがMIS電界効
果トランジスタを形成できるため高集積化が可能とな
る。この結果、比較的低速な回路と高速な回路を合わせ
持つ高集積、高速、低電力な3次元構造のCーMOS型
半導体集積回路を得ることができる。
明する。図1は本発明の半導体装置における第1の実施
例の模式側断面図、図2は本発明の半導体装置における
第2の実施例の模式側断面図、図3は本発明の半導体装
置における第3の実施例の模式側断面図、図4〜図11は
本発明の半導体装置における製造方法の一実施例の工程
断面図である。全図を通じ同一対象物は同一符号で示
す。図1はp型シリコン(Si)基板を用いた際の本発明の
半導体装置における第1の実施例の模式側断面図で、S
OI構造の3次元のC−MOS型半導体集積回路の一部
を示しており、1は1015cm-3程度のp- 型の第1のシリ
コン(Si)基板、2は1016cm-3程度のp型不純物ウエル領
域、3は1016cm-3程度のn型不純物ウエル領域、4は深
さ3μm程度のp型及びn型不純物ウエル領域分離用の
トレンチ及び埋め込み酸化膜、5は深さ1μm程度の素
子分離領域形成用トレンチ及び埋め込み酸化膜、6は10
20cm-3程度の第1のn+ 型ソースドレイン領域及びn+
型不純物ウエルコンタクト領域、7は1017cm-3程度の第
1のn型ソースドレイン領域、8は1020cm-3程度の第1
のp+ 型ソースドレイン領域及びp+ 型不純物ウエルコ
ンタクト領域、9は1017cm-3程度の第1のp型ソースド
レイン領域、10は8nm程度の第1のゲート酸化膜、11は
ゲート長0.5 μm程度の第1のゲート電極(polySi/
W)、12は15nm程度の下地酸化膜、13は0.15μm程度の
サイドウオール、14は30nm程度の不純物ブロック用酸化
膜、15は1μm程度の硼素入り燐珪酸ガラス(BPSG)
膜、16は0.1μm 程度のバリアメタル(Ti/TiN )、17
はWプラグ、18は0.5μm 程度の高融点金属配線
(W)、19は1μm程度の層間絶縁膜兼貼り合わせ用酸
化膜、20は位置合わせ用の貫通孔、21は濃度1015cm-3程
度、厚さ0.1μm 程度のp- 型の第2のシリコン基板
(SOI基体)、22は濃度1015cm-3程度、厚さ0.1μm
程度のn型化された第2のシリコン基板(SOI基
体)、23は素子分離領域形成用トレンチ及び埋め込み酸
化膜、24は1020cm-3程度の第2のn+ 型ソースドレイン
領域、25は1017cm-3程度の第2のn型ソースドレイン領
域、26は1020cm -3程度の第2のp+ 型ソースドレイン領
域、27は1017cm-3程度の第2のp型ソースドレイン領
域、28は5nm程度の第2のゲート酸化膜、29はゲート長
0.2 μm程度の第2のゲート電極(polySi/W)、30は1
5nm程度の下地酸化膜、31は0.1μm程度のサイドウオー
ル、32は20nm程度の不純物ブロック用酸化膜、33は1μ
m程度の硼素入り燐珪酸ガラス(BPSG) 膜、34は0.1μm
程度のバリアメタル(Ti/TiN )、35はWプラグ、36は
0.1μm 程度のバリアメタル(Ti/TiN )、37は0.8μm
程度の低融点金属配線(AlCu)を示してる。同図におい
ては、p- 型の第1のシリコン(Si)基板1に選択的に設
けられ、酸化膜を埋め込んだ素子分離領域形成用トレン
チ及び不純物ウエル領域分離用のトレンチ(4、5)に
より絶縁分離されたp型不純物ウエル領域2及びn型不
純物ウエル領域3が形成され、p型不純物ウエル領域2
にはゲート長0.5 μm程度のNチャネルのLDD構造の
MIS電界効果トランジスタが、n型不純物ウエル領域
3にはゲート長0.5 μm程度のPチャネルのLDD構造
のMIS電界効果トランジスタが形成され、第1のn+
型ソースドレイン領域及びn+ 型不純物ウエルコンタク
ト領域6及び第1のp+ 型ソースドレイン領域及びp+
型不純物ウエルコンタクト領域8にはそれぞれバリアメ
タル(Ti/TiN )16及びWプラグ17を介して高融点金属
配線(W)18に接続されている。高融点金属配線(W)
18上に平坦に設けられた酸化膜19を介して薄膜化された
p- 型の第2のシリコン基板が貼り合わせられており、
p- 型の第2のシリコン基板は素子分離用のトレンチ及
び埋め込み酸化膜23により島状に絶縁分離されたp- 型
の第2のシリコン基板(SOI基体)21及びn型化され
た第2のシリコン基板(SOI基体)22が形成され、p
- 型の第2のシリコン基板(SOI基体)21にはゲート
長0.2 μm程度のNチャネルのLDD構造のMIS電界
効果トランジスタが、n型化された第2のシリコン基板
(SOI基体)22にはゲート長0.2 μm程度のPチャネ
ルのLDD構造のMIS電界効果トランジスタが形成さ
れており、第2のn+ 型ソースドレイン領域24及び第2
のp+ 型ソースドレイン領域26にはそれぞれバリアメタ
ル(Ti/TiN )34、Wプラグ35及びバリアメタル(Ti/
TiN )36を介して低融点金属配線(AlCu)37に接続され
ている。また、高融点金属配線(W)18もバリアメタル
(Ti/TiN )34、Wプラグ35及びバリアメタル(Ti/Ti
N )36を介して低融点金属配線(AlCu)37に接続されて
いる。ここでp- 型の第1のシリコン(Si)基板1から第
2のシリコン(Si)基板を貫通して設けられた貫通孔20
(位置合わせ用パターン)によりp- 型の第1のシリコ
ン(Si)基板1に形成されたMIS電界効果トランジスタ
及び高融点金属配線(W)18に整合して第2のシリコン
(Si)基板(p - 型の第2のシリコン基板[SOI基体]
21及びn型化された第2のシリコン基板[SOI基体]
22)にMIS電界効果トランジスタ及び低融点金属配線
(AlCu)37が形成されている。したがって、SOI基体
に形成されるMIS電界効果トランジスタはn+ 型ソー
スドレイン領域及びp+ 型ソースドレイン領域が周囲を
絶縁膜で囲まれているため接合容量の低減が可能であ
り、また薄膜のSOI基体上にゲート構造を形成してい
るので、SOI基体が完全空乏化型であれば、第1のシ
リコン(Si)基板に形成するゲート構造に比較し、ゲート
酸化膜下の反転層と基板との間の空乏層容量を無くすこ
とが可能であり、さらにゲート電極に加えた電圧がゲー
ト電極と反転層の間だけに印加できることになり、サブ
スレッショルド特性を改善できるので閾値電圧を低減で
きる。こうしてSOI基体に形成されるMIS電界効果
トランジスタは第1のシリコン(Si)基板に形成するMI
S電界効果トランジスタに比較し、高速化及び低電力化
が可能となる。また、SOI基体ばかりでなく、第1の
シリコン(Si)基板にもやや低速ではあるがMIS電界効
果トランジスタを形成できるため高集積化が可能とな
る。この結果、比較的低速な回路と高速な回路を合わせ
持つ高集積、高速、低電力な3次元構造のCーMOS型
半導体集積回路を得ることができる。
【0008】図2は本発明の半導体装置における第2の
実施例の模式側断面図で、SOI構造の3次元のDRA
M(ダイナミックランダムアクセスメモリー)のメモリ
ーセルの一部を示しており、19〜21、23〜25、28〜37は
図1と同じ物を、38はキャパシタ絶縁膜(SiON)、39は
電荷蓄積電極(TiN )、40はバリアメタル(Ti/Ti
N)、41はWプラグ、42はp型の第1のシリコン(Si)基
板(セルプレート電極)を示している。同図において
は、p- 型の第1のシリコン(Si)基板42に選択的にトレ
ンチが設けられ、このトレンチを側面及び底面に形成さ
れたキャパシタ絶縁膜(SiON)38を介して埋め込んだ導
電膜(TiN )を電荷蓄積電極39とし、p- 型の第1のシ
リコン(Si)基板42をセルプレート電極とするキャパシタ
が形成されたp- 型の第1のシリコン(Si)基板42上に酸
化膜19を介して薄膜化されたp- 型の第2のシリコン基
板が貼り合わせられており、p- 型の第2のシリコン基
板は素子分離用のトレンチ及び埋め込み酸化膜23により
島状に絶縁分離されたp- 型の第2のシリコン基板(S
OI基体)21が形成され、p- 型の第2のシリコン基板
(SOI基体)21にはゲート長0.2 μm程度の2つのN
チャネルのLDD構造のMIS電界効果トランジスタか
らなるトランスフアーゲートが形成され、共通のn+ 型
ソースドレイン領域24をビット線とし、それぞれ単独の
n+ 型ソースドレイン領域24をノードとし、n+ 型ソー
スドレイン領域24の一部及び直下の酸化膜19を貫通して
設けた開孔を埋め込んだ配線体(40、41) により電荷蓄積
電極39に接続している構造を有する1トランジスタ/1
キャパシタからなるDRAMのメモリーセルが形成され
ている。ここでp- 型の第1のシリコン(Si)基板1から
第2のシリコン(Si)基板を貫通して設けられた貫通孔20
(位置合わせ用パターン)により、p- 型の第1のシリ
コン(Si)基板1に形成されたトレンチキャパシタに整合
してp型の第2のシリコン(Si)基板(SOI基体)21に
MIS電界効果トランジスタ及び低融点金属配線(AlC
u)37が形成されている。したがって、実施例1と同様
に微細なMIS電界効果トランジスタからなる半導体集
積回路を形成できるため、高速及び低電力化が可能であ
る。又、トランスフアーゲートの占有面積の直下部に、
比較的広い面積が必要なキャパシタを形成できるため高
集積化が可能である。さらに、絶縁膜下ではなく、直上
に導電体(SOI基体)を有しているため、α線ソフト
エラー及びノイズによる誤作動等の影響が比較的小さい
DRAMを形成できることによる高信頼性を可能にする
こともできる。
実施例の模式側断面図で、SOI構造の3次元のDRA
M(ダイナミックランダムアクセスメモリー)のメモリ
ーセルの一部を示しており、19〜21、23〜25、28〜37は
図1と同じ物を、38はキャパシタ絶縁膜(SiON)、39は
電荷蓄積電極(TiN )、40はバリアメタル(Ti/Ti
N)、41はWプラグ、42はp型の第1のシリコン(Si)基
板(セルプレート電極)を示している。同図において
は、p- 型の第1のシリコン(Si)基板42に選択的にトレ
ンチが設けられ、このトレンチを側面及び底面に形成さ
れたキャパシタ絶縁膜(SiON)38を介して埋め込んだ導
電膜(TiN )を電荷蓄積電極39とし、p- 型の第1のシ
リコン(Si)基板42をセルプレート電極とするキャパシタ
が形成されたp- 型の第1のシリコン(Si)基板42上に酸
化膜19を介して薄膜化されたp- 型の第2のシリコン基
板が貼り合わせられており、p- 型の第2のシリコン基
板は素子分離用のトレンチ及び埋め込み酸化膜23により
島状に絶縁分離されたp- 型の第2のシリコン基板(S
OI基体)21が形成され、p- 型の第2のシリコン基板
(SOI基体)21にはゲート長0.2 μm程度の2つのN
チャネルのLDD構造のMIS電界効果トランジスタか
らなるトランスフアーゲートが形成され、共通のn+ 型
ソースドレイン領域24をビット線とし、それぞれ単独の
n+ 型ソースドレイン領域24をノードとし、n+ 型ソー
スドレイン領域24の一部及び直下の酸化膜19を貫通して
設けた開孔を埋め込んだ配線体(40、41) により電荷蓄積
電極39に接続している構造を有する1トランジスタ/1
キャパシタからなるDRAMのメモリーセルが形成され
ている。ここでp- 型の第1のシリコン(Si)基板1から
第2のシリコン(Si)基板を貫通して設けられた貫通孔20
(位置合わせ用パターン)により、p- 型の第1のシリ
コン(Si)基板1に形成されたトレンチキャパシタに整合
してp型の第2のシリコン(Si)基板(SOI基体)21に
MIS電界効果トランジスタ及び低融点金属配線(AlC
u)37が形成されている。したがって、実施例1と同様
に微細なMIS電界効果トランジスタからなる半導体集
積回路を形成できるため、高速及び低電力化が可能であ
る。又、トランスフアーゲートの占有面積の直下部に、
比較的広い面積が必要なキャパシタを形成できるため高
集積化が可能である。さらに、絶縁膜下ではなく、直上
に導電体(SOI基体)を有しているため、α線ソフト
エラー及びノイズによる誤作動等の影響が比較的小さい
DRAMを形成できることによる高信頼性を可能にする
こともできる。
【0009】図3は本発明の半導体装置における第3の
実施例の模式側断面図で、SOI構造の3次元のBi−
CMOSからなる半導体集積回路の一部を示しており、
1〜20、23、32〜37は図1と同じ物を、43はバリアメタ
ル(Ti/TiN )、44はWプラグ、45はコレクター電極
(W)、46はバリアメタル(Ti/TiN )、47はp型の第
2のシリコン(Si)基板(コレクター領域)、48はn型ベ
ース領域、49はn+ 型ベースコンタクト領域、50はp+
型エミッター領域を示している。同図においては、p-
型の第1のシリコン(Si)基板1に選択的に設けられ、酸
化膜を埋め込んだ素子分離領域形成用トレンチ及び不純
物ウエル領域分離用のトレンチ(4、5)により絶縁分
離されたp型不純物ウエル領域2及びn型不純物ウエル
領域3が形成され、p型不純物ウエル領域2にはゲート
長0.5 μm程度のNチャネルのLDD構造のMIS電界
効果トランジスタが、n型不純物ウエル領域3にはゲー
ト長0.5 μm程度のPチャネルのLDD構造のMIS電
界効果トランジスタが形成され、第1のn+ 型ソースド
レイン領域及びn+ 型不純物ウエルコンタクト領域6及
び第1のp+ 型ソースドレイン領域及びp+ 型不純物ウ
エルコンタクト領域8にはそれぞれバリアメタル(Ti/
TiN )16及びWプラグ17を介して高融点金属配線(W)
18に接続されている。高融点金属配線(W)18上に平坦
に設けられた酸化膜19(一部にはコレクター電極45が埋
め込まれている)を介して薄膜化されたp型の第2のシ
リコン基板が貼り合わせられており、p型の第2のシリ
コン基板は素子分離用のトレンチ及び埋め込み酸化膜23
により島状に絶縁分離されたp型の第2のシリコン基板
(SOI基体)が形成され、p型の第2のシリコン基板
(SOI基体)にはPNP型のバイポーラトランジスタ
が形成されている。コレクタ領域47は底面に設けられた
バリアメタル(Ti/TiN )46、コレクター電極(W)45
を経由し、バリアメタル(Ti/TiN )34、Wプラグ35及
びバリアメタル(Ti/TiN )36を介して低融点金属配線
(AlCu)37に接続され、(一部はバリアメタル[Ti/Ti
N ]43、Wプラグ44を介して高融点金属配線[W]18に
接続され)、ベースコンタクト領域49及びエミッター領
域50にはそれぞれバリアメタル(Ti/TiN )34、Wプラ
グ35及びバリアメタル(Ti/TiN )36を介して低融点金
属配線(AlCu)37に接続されている。また、高融点金属
配線(W)18もバリアメタル(Ti/TiN )34、Wプラグ
35及びバリアメタル(Ti/TiN )36を介して低融点金属
配線(AlCu)37に接続されている。ここでp- 型の第1
のシリコン(Si)基板1からp型の第2のシリコン(Si)基
板を貫通して設けられた貫通孔20(位置合わせ用パター
ン)により、p- 型の第1のシリコン(Si)基板1に形成
されたMIS電界効果トランジスタ、高融点金属配線
(W)18及びコレクター電極(W)45に整合してp型の
第2のシリコン(Si)基板(SOI基体、一部はコレクタ
ー領域47となる)にバイポーラトランジスタ及び低融点
金属配線(AlCu)37が形成されている。したがって、第
1のシリコン(Si)基板に形成されたMIS電界効果トラ
ンジスタ上に絶縁膜を介して3次元構造にバイポーラト
ランジスタを形成できることによる高集積化を可能にす
ることができる。また、エピタキシャル層及び低抵抗の
不純物埋め込み層を設けないバイポーラトランジスタを
形成できるため、コレクター領域幅の微細化(エピタキ
シャル層の成長による不純物層のはい上がりによりコレ
クター領域の制御が難しく、特性が安定しなかった)が
可能であり、高速化、高性能化及び高信頼性を可能とす
ることもできる。
実施例の模式側断面図で、SOI構造の3次元のBi−
CMOSからなる半導体集積回路の一部を示しており、
1〜20、23、32〜37は図1と同じ物を、43はバリアメタ
ル(Ti/TiN )、44はWプラグ、45はコレクター電極
(W)、46はバリアメタル(Ti/TiN )、47はp型の第
2のシリコン(Si)基板(コレクター領域)、48はn型ベ
ース領域、49はn+ 型ベースコンタクト領域、50はp+
型エミッター領域を示している。同図においては、p-
型の第1のシリコン(Si)基板1に選択的に設けられ、酸
化膜を埋め込んだ素子分離領域形成用トレンチ及び不純
物ウエル領域分離用のトレンチ(4、5)により絶縁分
離されたp型不純物ウエル領域2及びn型不純物ウエル
領域3が形成され、p型不純物ウエル領域2にはゲート
長0.5 μm程度のNチャネルのLDD構造のMIS電界
効果トランジスタが、n型不純物ウエル領域3にはゲー
ト長0.5 μm程度のPチャネルのLDD構造のMIS電
界効果トランジスタが形成され、第1のn+ 型ソースド
レイン領域及びn+ 型不純物ウエルコンタクト領域6及
び第1のp+ 型ソースドレイン領域及びp+ 型不純物ウ
エルコンタクト領域8にはそれぞれバリアメタル(Ti/
TiN )16及びWプラグ17を介して高融点金属配線(W)
18に接続されている。高融点金属配線(W)18上に平坦
に設けられた酸化膜19(一部にはコレクター電極45が埋
め込まれている)を介して薄膜化されたp型の第2のシ
リコン基板が貼り合わせられており、p型の第2のシリ
コン基板は素子分離用のトレンチ及び埋め込み酸化膜23
により島状に絶縁分離されたp型の第2のシリコン基板
(SOI基体)が形成され、p型の第2のシリコン基板
(SOI基体)にはPNP型のバイポーラトランジスタ
が形成されている。コレクタ領域47は底面に設けられた
バリアメタル(Ti/TiN )46、コレクター電極(W)45
を経由し、バリアメタル(Ti/TiN )34、Wプラグ35及
びバリアメタル(Ti/TiN )36を介して低融点金属配線
(AlCu)37に接続され、(一部はバリアメタル[Ti/Ti
N ]43、Wプラグ44を介して高融点金属配線[W]18に
接続され)、ベースコンタクト領域49及びエミッター領
域50にはそれぞれバリアメタル(Ti/TiN )34、Wプラ
グ35及びバリアメタル(Ti/TiN )36を介して低融点金
属配線(AlCu)37に接続されている。また、高融点金属
配線(W)18もバリアメタル(Ti/TiN )34、Wプラグ
35及びバリアメタル(Ti/TiN )36を介して低融点金属
配線(AlCu)37に接続されている。ここでp- 型の第1
のシリコン(Si)基板1からp型の第2のシリコン(Si)基
板を貫通して設けられた貫通孔20(位置合わせ用パター
ン)により、p- 型の第1のシリコン(Si)基板1に形成
されたMIS電界効果トランジスタ、高融点金属配線
(W)18及びコレクター電極(W)45に整合してp型の
第2のシリコン(Si)基板(SOI基体、一部はコレクタ
ー領域47となる)にバイポーラトランジスタ及び低融点
金属配線(AlCu)37が形成されている。したがって、第
1のシリコン(Si)基板に形成されたMIS電界効果トラ
ンジスタ上に絶縁膜を介して3次元構造にバイポーラト
ランジスタを形成できることによる高集積化を可能にす
ることができる。また、エピタキシャル層及び低抵抗の
不純物埋め込み層を設けないバイポーラトランジスタを
形成できるため、コレクター領域幅の微細化(エピタキ
シャル層の成長による不純物層のはい上がりによりコレ
クター領域の制御が難しく、特性が安定しなかった)が
可能であり、高速化、高性能化及び高信頼性を可能とす
ることもできる。
【0010】次いで本発明に係る半導体装置の製造方法
の一実施例について図4〜図11及び図1を参照して説明
する。ただし、ここでは本発明の半導体装置の形成に関
する製造方法のみを記述し、一般の半導体集積回路に搭
載される各種の素子(他のトランジスタ、抵抗、容量
等)の形成に関する製造方法の記述は省略することにす
る。 図4 p- 型の第1のシリコン基板1に20nm程度の酸化膜(図
示せず)を成長する。次いで通常のフォトリソグラフィ
ー技術を利用し、第1のレジスト(図示せず)をマスク
層として、酸化膜を選択的にエッチングする。次いで露
出したp- 型シリコン基板1を1μm程度エッチング
し、素子分離領域形成用トレンチ5及び不純物ウエル領
域分離用のトレンチ4の一部を形成する。次いで第1の
レジスト(図示せず)上に不純物ウエル領域分離用のト
レンチ4上のみ窓開きした第2のレジスト(図示せず)
を形成し、第1のレジスト(図示せず)及び第2のレジ
スト(図示せず)をマスク層として、露出したp- 型シ
リコン基板1をさらに2μm程度エッチングし、不純物
ウエル領域分離用のトレンチ4を完成する。次いで第2
のレジスト(図示せず)及び第1のレジスト(図示せ
ず)を除去する。次いで化学気相成長酸化膜を成長し、
異方性ドライエッチングして、素子分離領域形成用トレ
ンチ5及び不純物ウエル領域分離用のトレンチ4に埋め
込む。次いで露出したp- 型の第1のシリコン基板1に
15nm程度のイオン注入用の酸化膜(図示せず)を成長す
る。次いで通常のフォトリソグラフィー技術を利用し、
レジスト(図示せず)及びトレンチ埋め込み酸化膜
(4、5)をマスク層として、燐をイオン注入する。次
いでレジスト(図示せず)を除去する。同様に通常のフ
ォトリソグラフィー技術を利用し、レジスト(図示せ
ず)及びトレンチ埋め込み酸化膜(4、5)をマスク層
として、硼素をイオン注入する。次いでレジスト(図示
せず)を除去する。次いで高温でランニングし、p型不
純物ウエル領域2及びn型不純物ウエル領域3を形成す
る。次いでイオン注入用の酸化膜(図示せず)をエッチ
ング除去する。次いで露出したp- 型の第1のシリコン
基板1に8nm程度のゲート酸化膜10を成長する。次いで
化学気相成長により、100 nm程度の不純物を含む多結晶
シリコン膜及び100 nm程度のタングステン膜を順次成長
する。次いで通常のフォトリソグラフィー技術を利用
し、レジスト(図示せず)をマスク層として、タングス
テン膜及び多結晶シリコン膜を順次異方性ドライエッチ
ングし、ゲート電極11を形成する。次いでレジスト(図
示せず)を除去する。 図5 次いで通常のフォトリソグラフィー技術を利用し、レジ
スト(図示せず)、ゲート電極11及びトレンチ埋め込み
酸化膜(4、5)をマスク層として、燐をイオン注入し
て、n型ソースドレイン領域7を形成する。次いでレジ
スト(図示せず)を除去する。同様に通常のフォトリソ
グラフィー技術を利用し、レジスト(図示せず)、ゲー
ト電極11及びトレンチ埋め込み酸化膜(4、5)をマス
ク層として、硼素をイオン注入して、p型ソースドレイ
ン領域9を形成する。次いでレジスト(図示せず)を除
去する。次いで不要部のゲート酸化膜8をエッチング除
去する。次いで露出したp- 型の第1のシリコン基板1
に15nm程度の下地酸化膜を12を成長する。次いで化学気
相成長酸化膜を成長し、異方性ドライエッチングして、
ゲート電極11の側壁に幅0.15μm程度のサイドウオール1
3を形成する。次いで露出したp- 型の第1のシリコン
基板1に15nm程度のイオン注入用の酸化膜(図示せず)
を成長する。次いで通常のフォトリソグラフィー技術を
利用し、レジスト(図示せず)、ゲート電極11、サイド
ウオール13及びトレンチ埋め込み酸化膜(4、5)をマ
スク層として、砒素をイオン注入して、n+ 型ソースド
レイン領域及びn+ 型不純物ウエルコンタクト領域6を
形成する。次いでレジスト(図示せず)を除去する。同
様に通常のフォトリソグラフィー技術を利用し、レジス
ト(図示せず)、ゲート電極11、サイドウオール13及び
トレンチ埋め込み酸化膜(4、5)をマスク層として、
硼素をイオン注入して、p+ 型ソースドレイン領域及び
p+ 型不純物ウエルコンタクト領域8を形成する。次い
でレジスト(図示せず)を除去する。次いでイオン注入
用の酸化膜(図示せず)をエッチング除去する。次いで
露出したp- 型の第1のシリコン基板1に30nm程度の不
純物ブロック用酸化膜14を成長する。 図6 次いで化学気相成長により、硼素を含む燐珪酸ガラス
(BPSG)膜を成長する。次いで化学機械研磨(CMP)
により平坦化された1μm程度のBPSG膜15を形成す
る。次いで熱処理をおこない不純物拡散領域の活性化及
び深さを制御する。次いで通常のフォトリソグラフィー
技術を利用し、レジスト(図示せず)をマスク層とし
て、BPSG膜15を異方性ドライエッチングして電極コ
ンタクト窓を開孔する。次いでスパッタにより、バリア
メタルとなるTi、TiN 16を順次成長する。次いで化学気
相成長のブランケット法により全面にWを成長し、異方
性ドライエッチングして埋め込みWプラグ17を形成す
る。 図7 次いでスパッタにより、高融点金属配線となるWを0.5
μm 程度成長する。次いで通常のフォトリソグラフィー
技術を利用し、レジスト(図示せず)をマスク層とし
て、Wを異方性ドライエッチングしてW配線18を形成す
る。次いで化学気相成長により、酸化膜を成長する。次
いで化学機械研磨(CMP)により平坦化された1μm
程度の層間絶縁膜兼貼り合わせ用酸化膜19を形成する。
次いで通常のフォトリソグラフィー技術を利用し、レジ
スト(図示せず)をマスク層として、貼り合わせ用酸化
膜19、BPSG膜15、不純物ブロック用酸化膜14及びp
-型の第1のシリコン基板1を順次エッチングし、SO
I基板の位置合わせパターンとなる貫通孔20を形成す
る。(この貫通孔の形成の際の位置合わせはW配線18を
形成する際に形成された位置合わせパターンに位置合わ
せして形成される。上記実施例においては貫通孔の形成
はエッチングによったが、レーザー等により形成しても
差し支えないし、また貫通孔の形成工程はp- 型の第1
のシリコン基板1に素子を形成して後おこなったが、p
- 型の第1のシリコン基板1に素子を形成する前であっ
ても良い。) 図8 次いでp- 型の第2のシリコン基板21に20nm程度の酸化
膜(図示せず)を成長する。次いで水素をイオン注入し
て、H埋め込み層を形成する。次いでp- 型の第1のシ
リコン基板1上にH埋め込み層を形成した方を下にして
p- 型の第2のシリコン基板21を重ね、1000°C程
度のアニールを加えることにより、H埋め込み層のHが
発泡して分離した薄層のp- 型の第2のシリコン基板21
がp- 型の第1のシリコン基板1上に貼り合わせられ
る。 図9 次いで凹凸状になったp- 型の第2のシリコン基板21の
表面を化学機械研磨(CMP)により研磨し、0.1μm
程度の膜厚の平坦なp- 型の第2のシリコン基板21を形
成する。次いでp- 型の第2のシリコン基板21によって
塞がれたp- 型の第1のシリコン基板1に形成された貫
通孔を、p- 型の第1のシリコン基板1の裏面からp-
型の第2のシリコン基板21を異方性のドライエッチング
することにより貫通し、p- 型の第2のシリコン基板21
の表面に位置合わせ用の貫通孔20を形成する。次いで通
常のフォトリソグラフィー技術を利用し、この貫通孔20
に直接位置合わせして、レジスト(図示せず)を開孔
し、レジスト(図示せず)をマスク層として、p- 型の
第2のシリコン基板21(SOI基体)を選択的にエッチ
ングし、素子分離領域形成用トレンチ23を形成する。次
いでレジスト(図示せず)を除去する。次いで化学気相
成長酸化膜を成長し、異方性ドライエッチングして、素
子分離領域形成用トレンチ23に埋め込む。次いで露出し
たp- 型の第2のシリコン基板21(SOI基体)に15nm
程度のイオン注入用の酸化膜(図示せず)を成長する。
次いで通常のフォトリソグラフィー技術を利用し、レジ
スト(図示せず)及び酸化膜が埋め込まれた素子分離領
域形成用トレンチ23をマスク層として、燐をイオン注入
して、p- 型の第2のシリコン基板21(SOI基体)の
一部をn型の第2のシリコン基板22(SOI基体)に変
換する。次いでイオン注入用の酸化膜をエッチング除去
する。次いで露出したp- 型の第2のシリコン基板21
(SOI基体)及びn型化された第2のシリコン基板22
(SOI基体)に5nm程度のゲート酸化膜28を成長す
る。次いで化学気相成長により、100 nm程度の不純物を
含む多結晶シリコン膜及び100 nm程度のタングステン膜
を順次成長する。次いで通常のフォトリソグラフィー技
術を利用し、レジスト(図示せず)をマスク層として、
タングステン膜及び多結晶シリコン膜を順次異方性ドラ
イエッチングし、ゲート電極29を形成する。次いでレジ
スト(図示せず)を除去する。(貫通孔部の側壁にも化
学気相成長酸化膜23、ゲート酸化膜28、多結晶シリコン
膜及びタングステン膜は成長するが実際の貫通孔は幅数
μm〜十数μmもあるため図面では省略して書いてある。
たとえプロセスの中途段階で貫通孔が埋まってしまって
も素子分離領域のトレンチを形成する段階では必ず貫通
孔が形成されているので位置合わせには何ら支障はな
い。) 図10 次いで通常のフォトリソグラフィー技術を利用し、レジ
スト(図示せず)、ゲート電極29及びトレンチ埋め込み
酸化膜23をマスク層として、燐をイオン注入して、n型
ソースドレイン領域25を形成する。次いでレジスト(図
示せず)を除去する。同様に通常のフォトリソグラフィ
ー技術を利用し、レジスト(図示せず)、ゲート電極29
及びトレンチ埋め込み酸化膜23をマスク層として、硼素
をイオン注入して、p型ソースドレイン領域27を形成す
る。次いでレジスト(図示せず)を除去する。次いで不
要部のゲート酸化膜28をエッチング除去する。次いで露
出したp- 型の第2のシリコン基板21(SOI基体)及
びn型化された第2のシリコン基板22(SOI基体)に
15nm程度の下地酸化膜を30を成長する。次いで化学気相
成長酸化膜を成長し、異方性ドライエッチングして、ゲ
ート電極29の側壁に幅0.1μm 程度のサイドウオール31
を形成する。次いで露出したp- 型の第2のシリコン基
板21(SOI基体)及びn型化された第2のシリコン基
板22(SOI基体)に15nm程度のイオン注入用の酸化膜
(図示せず)を成長する。次いで通常のフォトリソグラ
フィー技術を利用し、レジスト(図示せず)、ゲート電
極29、サイドウオール31及びトレンチ埋め込み酸化膜23
をマスク層として、砒素をイオン注入して、n+ 型ソー
スドレイン領域24を形成する。次いでレジスト(図示せ
ず)を除去する。同様に通常のフォトリソグラフィー技
術を利用し、レジスト(図示せず)、ゲート電極29、サ
イドウオール31及びトレンチ埋め込み酸化膜23をマスク
層として、硼素をイオン注入して、p+ 型ソースドレイ
ン領域26を形成する。次いでレジスト(図示せず)を除
去する。次いでイオン注入用の酸化膜(図示せず)をエ
ッチング除去する。次いで露出したp- 型の第2のシリ
コン基板21(SOI基体)及びn型化された第2のシリ
コン基板22(SOI基体)に20nm程度の不純物ブロック
用酸化膜32を成長する。 図11 次いで化学気相成長により、硼素を含む燐珪酸ガラス
(BPSG)膜を成長する。次いで化学機械研磨(CMP)
により平坦化された1μm程度のBPSG膜33を形成す
る。次いで熱処理をおこない不純物拡散領域の活性化及
び深さを制御する。次いで通常のフォトリソグラフィー
技術を利用し、レジスト(図示せず)をマスク層とし
て、BPSG膜33を異方性ドライエッチングして電極コ
ンタクト窓を開孔する。(段差は異なるが配線体上もS
OI基体上も同時開孔が可能である。)次いでスパッタ
により、バリアメタルとなるTi、TiN 34を順次成長す
る。次いで化学気相成長のブランケット法により全面に
Wを成長し、異方性ドライエッチングして埋め込みWプ
ラグ35を形成する。 図1 次いでスパッタにより、バリアメタルとなるTi、TiN 36
を順次成長する。次いでスパッタにより、低融点金属配
線となるAl(数%のCuを含む)を0.8μm 程度成長す
る。次いで通常のフォトリソグラフィー技術を利用し、
レジスト(図示せず)をマスク層として、Al(数%のCu
を含む)を異方性ドライエッチングしてAlCu配線37を形
成する。
の一実施例について図4〜図11及び図1を参照して説明
する。ただし、ここでは本発明の半導体装置の形成に関
する製造方法のみを記述し、一般の半導体集積回路に搭
載される各種の素子(他のトランジスタ、抵抗、容量
等)の形成に関する製造方法の記述は省略することにす
る。 図4 p- 型の第1のシリコン基板1に20nm程度の酸化膜(図
示せず)を成長する。次いで通常のフォトリソグラフィ
ー技術を利用し、第1のレジスト(図示せず)をマスク
層として、酸化膜を選択的にエッチングする。次いで露
出したp- 型シリコン基板1を1μm程度エッチング
し、素子分離領域形成用トレンチ5及び不純物ウエル領
域分離用のトレンチ4の一部を形成する。次いで第1の
レジスト(図示せず)上に不純物ウエル領域分離用のト
レンチ4上のみ窓開きした第2のレジスト(図示せず)
を形成し、第1のレジスト(図示せず)及び第2のレジ
スト(図示せず)をマスク層として、露出したp- 型シ
リコン基板1をさらに2μm程度エッチングし、不純物
ウエル領域分離用のトレンチ4を完成する。次いで第2
のレジスト(図示せず)及び第1のレジスト(図示せ
ず)を除去する。次いで化学気相成長酸化膜を成長し、
異方性ドライエッチングして、素子分離領域形成用トレ
ンチ5及び不純物ウエル領域分離用のトレンチ4に埋め
込む。次いで露出したp- 型の第1のシリコン基板1に
15nm程度のイオン注入用の酸化膜(図示せず)を成長す
る。次いで通常のフォトリソグラフィー技術を利用し、
レジスト(図示せず)及びトレンチ埋め込み酸化膜
(4、5)をマスク層として、燐をイオン注入する。次
いでレジスト(図示せず)を除去する。同様に通常のフ
ォトリソグラフィー技術を利用し、レジスト(図示せ
ず)及びトレンチ埋め込み酸化膜(4、5)をマスク層
として、硼素をイオン注入する。次いでレジスト(図示
せず)を除去する。次いで高温でランニングし、p型不
純物ウエル領域2及びn型不純物ウエル領域3を形成す
る。次いでイオン注入用の酸化膜(図示せず)をエッチ
ング除去する。次いで露出したp- 型の第1のシリコン
基板1に8nm程度のゲート酸化膜10を成長する。次いで
化学気相成長により、100 nm程度の不純物を含む多結晶
シリコン膜及び100 nm程度のタングステン膜を順次成長
する。次いで通常のフォトリソグラフィー技術を利用
し、レジスト(図示せず)をマスク層として、タングス
テン膜及び多結晶シリコン膜を順次異方性ドライエッチ
ングし、ゲート電極11を形成する。次いでレジスト(図
示せず)を除去する。 図5 次いで通常のフォトリソグラフィー技術を利用し、レジ
スト(図示せず)、ゲート電極11及びトレンチ埋め込み
酸化膜(4、5)をマスク層として、燐をイオン注入し
て、n型ソースドレイン領域7を形成する。次いでレジ
スト(図示せず)を除去する。同様に通常のフォトリソ
グラフィー技術を利用し、レジスト(図示せず)、ゲー
ト電極11及びトレンチ埋め込み酸化膜(4、5)をマス
ク層として、硼素をイオン注入して、p型ソースドレイ
ン領域9を形成する。次いでレジスト(図示せず)を除
去する。次いで不要部のゲート酸化膜8をエッチング除
去する。次いで露出したp- 型の第1のシリコン基板1
に15nm程度の下地酸化膜を12を成長する。次いで化学気
相成長酸化膜を成長し、異方性ドライエッチングして、
ゲート電極11の側壁に幅0.15μm程度のサイドウオール1
3を形成する。次いで露出したp- 型の第1のシリコン
基板1に15nm程度のイオン注入用の酸化膜(図示せず)
を成長する。次いで通常のフォトリソグラフィー技術を
利用し、レジスト(図示せず)、ゲート電極11、サイド
ウオール13及びトレンチ埋め込み酸化膜(4、5)をマ
スク層として、砒素をイオン注入して、n+ 型ソースド
レイン領域及びn+ 型不純物ウエルコンタクト領域6を
形成する。次いでレジスト(図示せず)を除去する。同
様に通常のフォトリソグラフィー技術を利用し、レジス
ト(図示せず)、ゲート電極11、サイドウオール13及び
トレンチ埋め込み酸化膜(4、5)をマスク層として、
硼素をイオン注入して、p+ 型ソースドレイン領域及び
p+ 型不純物ウエルコンタクト領域8を形成する。次い
でレジスト(図示せず)を除去する。次いでイオン注入
用の酸化膜(図示せず)をエッチング除去する。次いで
露出したp- 型の第1のシリコン基板1に30nm程度の不
純物ブロック用酸化膜14を成長する。 図6 次いで化学気相成長により、硼素を含む燐珪酸ガラス
(BPSG)膜を成長する。次いで化学機械研磨(CMP)
により平坦化された1μm程度のBPSG膜15を形成す
る。次いで熱処理をおこない不純物拡散領域の活性化及
び深さを制御する。次いで通常のフォトリソグラフィー
技術を利用し、レジスト(図示せず)をマスク層とし
て、BPSG膜15を異方性ドライエッチングして電極コ
ンタクト窓を開孔する。次いでスパッタにより、バリア
メタルとなるTi、TiN 16を順次成長する。次いで化学気
相成長のブランケット法により全面にWを成長し、異方
性ドライエッチングして埋め込みWプラグ17を形成す
る。 図7 次いでスパッタにより、高融点金属配線となるWを0.5
μm 程度成長する。次いで通常のフォトリソグラフィー
技術を利用し、レジスト(図示せず)をマスク層とし
て、Wを異方性ドライエッチングしてW配線18を形成す
る。次いで化学気相成長により、酸化膜を成長する。次
いで化学機械研磨(CMP)により平坦化された1μm
程度の層間絶縁膜兼貼り合わせ用酸化膜19を形成する。
次いで通常のフォトリソグラフィー技術を利用し、レジ
スト(図示せず)をマスク層として、貼り合わせ用酸化
膜19、BPSG膜15、不純物ブロック用酸化膜14及びp
-型の第1のシリコン基板1を順次エッチングし、SO
I基板の位置合わせパターンとなる貫通孔20を形成す
る。(この貫通孔の形成の際の位置合わせはW配線18を
形成する際に形成された位置合わせパターンに位置合わ
せして形成される。上記実施例においては貫通孔の形成
はエッチングによったが、レーザー等により形成しても
差し支えないし、また貫通孔の形成工程はp- 型の第1
のシリコン基板1に素子を形成して後おこなったが、p
- 型の第1のシリコン基板1に素子を形成する前であっ
ても良い。) 図8 次いでp- 型の第2のシリコン基板21に20nm程度の酸化
膜(図示せず)を成長する。次いで水素をイオン注入し
て、H埋め込み層を形成する。次いでp- 型の第1のシ
リコン基板1上にH埋め込み層を形成した方を下にして
p- 型の第2のシリコン基板21を重ね、1000°C程
度のアニールを加えることにより、H埋め込み層のHが
発泡して分離した薄層のp- 型の第2のシリコン基板21
がp- 型の第1のシリコン基板1上に貼り合わせられ
る。 図9 次いで凹凸状になったp- 型の第2のシリコン基板21の
表面を化学機械研磨(CMP)により研磨し、0.1μm
程度の膜厚の平坦なp- 型の第2のシリコン基板21を形
成する。次いでp- 型の第2のシリコン基板21によって
塞がれたp- 型の第1のシリコン基板1に形成された貫
通孔を、p- 型の第1のシリコン基板1の裏面からp-
型の第2のシリコン基板21を異方性のドライエッチング
することにより貫通し、p- 型の第2のシリコン基板21
の表面に位置合わせ用の貫通孔20を形成する。次いで通
常のフォトリソグラフィー技術を利用し、この貫通孔20
に直接位置合わせして、レジスト(図示せず)を開孔
し、レジスト(図示せず)をマスク層として、p- 型の
第2のシリコン基板21(SOI基体)を選択的にエッチ
ングし、素子分離領域形成用トレンチ23を形成する。次
いでレジスト(図示せず)を除去する。次いで化学気相
成長酸化膜を成長し、異方性ドライエッチングして、素
子分離領域形成用トレンチ23に埋め込む。次いで露出し
たp- 型の第2のシリコン基板21(SOI基体)に15nm
程度のイオン注入用の酸化膜(図示せず)を成長する。
次いで通常のフォトリソグラフィー技術を利用し、レジ
スト(図示せず)及び酸化膜が埋め込まれた素子分離領
域形成用トレンチ23をマスク層として、燐をイオン注入
して、p- 型の第2のシリコン基板21(SOI基体)の
一部をn型の第2のシリコン基板22(SOI基体)に変
換する。次いでイオン注入用の酸化膜をエッチング除去
する。次いで露出したp- 型の第2のシリコン基板21
(SOI基体)及びn型化された第2のシリコン基板22
(SOI基体)に5nm程度のゲート酸化膜28を成長す
る。次いで化学気相成長により、100 nm程度の不純物を
含む多結晶シリコン膜及び100 nm程度のタングステン膜
を順次成長する。次いで通常のフォトリソグラフィー技
術を利用し、レジスト(図示せず)をマスク層として、
タングステン膜及び多結晶シリコン膜を順次異方性ドラ
イエッチングし、ゲート電極29を形成する。次いでレジ
スト(図示せず)を除去する。(貫通孔部の側壁にも化
学気相成長酸化膜23、ゲート酸化膜28、多結晶シリコン
膜及びタングステン膜は成長するが実際の貫通孔は幅数
μm〜十数μmもあるため図面では省略して書いてある。
たとえプロセスの中途段階で貫通孔が埋まってしまって
も素子分離領域のトレンチを形成する段階では必ず貫通
孔が形成されているので位置合わせには何ら支障はな
い。) 図10 次いで通常のフォトリソグラフィー技術を利用し、レジ
スト(図示せず)、ゲート電極29及びトレンチ埋め込み
酸化膜23をマスク層として、燐をイオン注入して、n型
ソースドレイン領域25を形成する。次いでレジスト(図
示せず)を除去する。同様に通常のフォトリソグラフィ
ー技術を利用し、レジスト(図示せず)、ゲート電極29
及びトレンチ埋め込み酸化膜23をマスク層として、硼素
をイオン注入して、p型ソースドレイン領域27を形成す
る。次いでレジスト(図示せず)を除去する。次いで不
要部のゲート酸化膜28をエッチング除去する。次いで露
出したp- 型の第2のシリコン基板21(SOI基体)及
びn型化された第2のシリコン基板22(SOI基体)に
15nm程度の下地酸化膜を30を成長する。次いで化学気相
成長酸化膜を成長し、異方性ドライエッチングして、ゲ
ート電極29の側壁に幅0.1μm 程度のサイドウオール31
を形成する。次いで露出したp- 型の第2のシリコン基
板21(SOI基体)及びn型化された第2のシリコン基
板22(SOI基体)に15nm程度のイオン注入用の酸化膜
(図示せず)を成長する。次いで通常のフォトリソグラ
フィー技術を利用し、レジスト(図示せず)、ゲート電
極29、サイドウオール31及びトレンチ埋め込み酸化膜23
をマスク層として、砒素をイオン注入して、n+ 型ソー
スドレイン領域24を形成する。次いでレジスト(図示せ
ず)を除去する。同様に通常のフォトリソグラフィー技
術を利用し、レジスト(図示せず)、ゲート電極29、サ
イドウオール31及びトレンチ埋め込み酸化膜23をマスク
層として、硼素をイオン注入して、p+ 型ソースドレイ
ン領域26を形成する。次いでレジスト(図示せず)を除
去する。次いでイオン注入用の酸化膜(図示せず)をエ
ッチング除去する。次いで露出したp- 型の第2のシリ
コン基板21(SOI基体)及びn型化された第2のシリ
コン基板22(SOI基体)に20nm程度の不純物ブロック
用酸化膜32を成長する。 図11 次いで化学気相成長により、硼素を含む燐珪酸ガラス
(BPSG)膜を成長する。次いで化学機械研磨(CMP)
により平坦化された1μm程度のBPSG膜33を形成す
る。次いで熱処理をおこない不純物拡散領域の活性化及
び深さを制御する。次いで通常のフォトリソグラフィー
技術を利用し、レジスト(図示せず)をマスク層とし
て、BPSG膜33を異方性ドライエッチングして電極コ
ンタクト窓を開孔する。(段差は異なるが配線体上もS
OI基体上も同時開孔が可能である。)次いでスパッタ
により、バリアメタルとなるTi、TiN 34を順次成長す
る。次いで化学気相成長のブランケット法により全面に
Wを成長し、異方性ドライエッチングして埋め込みWプ
ラグ35を形成する。 図1 次いでスパッタにより、バリアメタルとなるTi、TiN 36
を順次成長する。次いでスパッタにより、低融点金属配
線となるAl(数%のCuを含む)を0.8μm 程度成長す
る。次いで通常のフォトリソグラフィー技術を利用し、
レジスト(図示せず)をマスク層として、Al(数%のCu
を含む)を異方性ドライエッチングしてAlCu配線37を形
成する。
【0011】以上実施例に示したように、本発明の半導
体装置によれば、第1の半導体基板上に絶縁膜を介して
貼り合わせられた第2の半導体基板(SOI基体)を有
する半導体集積回路において、第1の半導体基板から第
2の半導体基板を貫通する貫通孔を設けこの貫通孔を位
置合わせパターンとして利用することにより、第1の半
導体基板に形成した素子及び配線体に整合して第2の半
導体基板(SOI基体)に素子及び配線体を形成し、し
かもそれらを電気的に接続できるため、高速、低電力且
つ高集積な3次元構造の半導体集積回路を得ることが可
能である。なお、本実施例には示していないが、本実施
例の第2の半導体基板(SOI基体)上に絶縁膜を介し
て第3の半導体基板(SOI基体)を貼り合わせ、第1
及び第2の半導体基板を貫通した貫通孔をさらに第3の
半導体基板(SOI基体)をも貫通させた貫通孔を形成
すればこれに位置合わせして、第3の半導体基板(SO
I基体)にも下層の素子及び配線体に整合した素子及び
配線体を形成し、それらを電気的に接続することも可能
であり、3階建ての3次元SOI型の半導体集積回路を
形成することも可能である。以下この技術を繰り返せば
何階建ての3次元SOI型の半導体集積回路を形成する
ことも可能となる。
体装置によれば、第1の半導体基板上に絶縁膜を介して
貼り合わせられた第2の半導体基板(SOI基体)を有
する半導体集積回路において、第1の半導体基板から第
2の半導体基板を貫通する貫通孔を設けこの貫通孔を位
置合わせパターンとして利用することにより、第1の半
導体基板に形成した素子及び配線体に整合して第2の半
導体基板(SOI基体)に素子及び配線体を形成し、し
かもそれらを電気的に接続できるため、高速、低電力且
つ高集積な3次元構造の半導体集積回路を得ることが可
能である。なお、本実施例には示していないが、本実施
例の第2の半導体基板(SOI基体)上に絶縁膜を介し
て第3の半導体基板(SOI基体)を貼り合わせ、第1
及び第2の半導体基板を貫通した貫通孔をさらに第3の
半導体基板(SOI基体)をも貫通させた貫通孔を形成
すればこれに位置合わせして、第3の半導体基板(SO
I基体)にも下層の素子及び配線体に整合した素子及び
配線体を形成し、それらを電気的に接続することも可能
であり、3階建ての3次元SOI型の半導体集積回路を
形成することも可能である。以下この技術を繰り返せば
何階建ての3次元SOI型の半導体集積回路を形成する
ことも可能となる。
【0012】
【発明の効果】以上説明のように本発明によれば、第1
の半導体基板上に絶縁膜を介して貼り合わせられた第2
の半導体基板(SOI基体)を有する半導体装置におい
て、第1の半導体基板から第2の半導体基板を貫通する
貫通孔を設け、この貫通孔を位置合わせパターンとして
利用することにより、第1の半導体基板に形成した素子
及び配線体に整合して第2の半導体基板(SOI基体)
に素子及び配線体を形成し、しかもそれらを電気的に接
続できるため、SOI基体に接合容量、ゲート容量等を
削減し、閾値電圧を低減したMIS電界効果トランジス
タを形成できることによる高速化及び低電力化を、SO
I基体及び半導体基板に素子及び配線体を形成できるこ
とによる高集積化を可能とすることができる。即ち、極
めて高集積、高速且つ低電力な3次元構造の半導体集積
回路の形成を可能とする半導体装置を得ることができ
る。
の半導体基板上に絶縁膜を介して貼り合わせられた第2
の半導体基板(SOI基体)を有する半導体装置におい
て、第1の半導体基板から第2の半導体基板を貫通する
貫通孔を設け、この貫通孔を位置合わせパターンとして
利用することにより、第1の半導体基板に形成した素子
及び配線体に整合して第2の半導体基板(SOI基体)
に素子及び配線体を形成し、しかもそれらを電気的に接
続できるため、SOI基体に接合容量、ゲート容量等を
削減し、閾値電圧を低減したMIS電界効果トランジス
タを形成できることによる高速化及び低電力化を、SO
I基体及び半導体基板に素子及び配線体を形成できるこ
とによる高集積化を可能とすることができる。即ち、極
めて高集積、高速且つ低電力な3次元構造の半導体集積
回路の形成を可能とする半導体装置を得ることができ
る。
【図1】 本発明の半導体装置における第1の実施例の
模式側断面図
模式側断面図
【図2】 本発明の半導体装置における第2の実施例の
模式側断面図
模式側断面図
【図3】 本発明の半導体装置における第3の実施例の
模式側断面図
模式側断面図
【図4】 本発明の半導体装置における製造方法の一実
施例の工程断面図
施例の工程断面図
【図5】 本発明の半導体装置における製造方法の一実
施例の工程断面図
施例の工程断面図
【図6】 本発明の半導体装置における製造方法の一実
施例の工程断面図
施例の工程断面図
【図7】 本発明の半導体装置における製造方法の一実
施例の工程断面図
施例の工程断面図
【図8】 本発明の半導体装置における製造方法の一実
施例の工程断面図
施例の工程断面図
【図9】 本発明の半導体装置における製造方法の一実
施例の工程断面図
施例の工程断面図
【図10】 本発明の半導体装置における製造方法の一
実施例の工程断面図
実施例の工程断面図
【図11】 本発明の半導体装置における製造方法の一
実施例の工程断面図
実施例の工程断面図
【図12】 従来の第1の半導体装置の模式側断面図
【図13】 従来の第2の半導体装置の模式側断面図
1 p- 型の第1のシリコン(Si)基板 2 p型不純物ウエル領域 3 n型不純物ウエル領域 4 p型及びn型不純物ウエル領域分離用のトレンチ及
び埋め込み酸化膜 5 素子分離領域形成用トレンチ及び埋め込み酸化膜 6 第1のn+ 型ソースドレイン領域及びn+ 型不純物
ウエルコンタクト領域 7 第1のn型ソースドレイン領域 8 第1のp+ 型ソースドレイン領域及びp+ 型不純物
ウエルコンタクト領域 9 第1のp型ソースドレイン領域 10 第1のゲート酸化膜 11 第1のゲート電極(polySi/W) 12 下地酸化膜 13 サイドウオール 14 不純物ブロック用酸化膜 15 硼素入り燐珪酸ガラス(BPSG) 膜 16 バリアメタル(Ti/TiN ) 17 Wプラグ 18 高融点金属配線(W) 19 層間絶縁膜兼貼り合わせ用酸化膜 20 位置合わせ用の貫通孔 21 p- 型の第2のシリコン基板(SOI基体) 22 n型化された第2のシリコン基板(SOI基体) 23 素子分離領域形成用トレンチ及び埋め込み酸化膜 24 第2のn+ 型ソースドレイン領域 25 第2のn型ソースドレイン領域 26 第2のp+ 型ソースドレイン領域 27 第2のp型ソースドレイン領域 28 第2のゲート酸化膜 29 第2のゲート電極(polySi/W) 30 下地酸化膜 31 サイドウオール 32 不純物ブロック用酸化膜 33 硼素入り燐珪酸ガラス(BPSG) 膜 34 バリアメタル(Ti/TiN ) 35 Wプラグ 36 バリアメタル(Ti/TiN ) 37 低融点金属配線(AlCu) 38 キャパシタ絶縁膜(SiON) 39 電荷蓄積電極(TiN ) 40 バリアメタル(Ti/TiN ) 41 Wプラグ 42 p型の第1のシリコン(Si)基板(セルプレート電
極) 43 バリアメタル(Ti/TiN ) 44 Wプラグ 45 コレクター電極(W) 46 バリアメタル(Ti/TiN ) 47 p型の第1のシリコン(Si)基板(コレクター領域) 48 n型ベース領域 49 n+ 型ベースコンタクト領域 50 p+ 型エミッター領域
び埋め込み酸化膜 5 素子分離領域形成用トレンチ及び埋め込み酸化膜 6 第1のn+ 型ソースドレイン領域及びn+ 型不純物
ウエルコンタクト領域 7 第1のn型ソースドレイン領域 8 第1のp+ 型ソースドレイン領域及びp+ 型不純物
ウエルコンタクト領域 9 第1のp型ソースドレイン領域 10 第1のゲート酸化膜 11 第1のゲート電極(polySi/W) 12 下地酸化膜 13 サイドウオール 14 不純物ブロック用酸化膜 15 硼素入り燐珪酸ガラス(BPSG) 膜 16 バリアメタル(Ti/TiN ) 17 Wプラグ 18 高融点金属配線(W) 19 層間絶縁膜兼貼り合わせ用酸化膜 20 位置合わせ用の貫通孔 21 p- 型の第2のシリコン基板(SOI基体) 22 n型化された第2のシリコン基板(SOI基体) 23 素子分離領域形成用トレンチ及び埋め込み酸化膜 24 第2のn+ 型ソースドレイン領域 25 第2のn型ソースドレイン領域 26 第2のp+ 型ソースドレイン領域 27 第2のp型ソースドレイン領域 28 第2のゲート酸化膜 29 第2のゲート電極(polySi/W) 30 下地酸化膜 31 サイドウオール 32 不純物ブロック用酸化膜 33 硼素入り燐珪酸ガラス(BPSG) 膜 34 バリアメタル(Ti/TiN ) 35 Wプラグ 36 バリアメタル(Ti/TiN ) 37 低融点金属配線(AlCu) 38 キャパシタ絶縁膜(SiON) 39 電荷蓄積電極(TiN ) 40 バリアメタル(Ti/TiN ) 41 Wプラグ 42 p型の第1のシリコン(Si)基板(セルプレート電
極) 43 バリアメタル(Ti/TiN ) 44 Wプラグ 45 コレクター電極(W) 46 バリアメタル(Ti/TiN ) 47 p型の第1のシリコン(Si)基板(コレクター領域) 48 n型ベース領域 49 n+ 型ベースコンタクト領域 50 p+ 型エミッター領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 29/786 21/336 Fターム(参考) 5F033 HH09 HH19 JJ17 JJ18 JJ19 JJ25 JJ33 KK01 KK19 MM05 MM08 NN06 NN07 NN08 QQ09 QQ16 RR04 RR15 VV10 VV16 XX03 5F048 AA01 AB01 AC03 AC10 BA02 BA09 BB05 BB09 BC06 BC11 BE03 BF02 BF06 BF07 BF12 BF17 BG07 BG14 CB01 DA20 DA25 5F110 AA02 AA09 CC02 DD05 DD12 DD13 DD17 DD21 DD30 EE04 EE09 EE32 GG02 GG28 HL02 HL04 HL06 HL12 HM15 NN62 NN72 NN74 QQ04 QQ17 QQ19
Claims (4)
- 【請求項1】第1の半導体基板と、前記第1の半導体基
板の上面に設けられた第1の素子及び第1の配線層と、
前記第1の半導体基板の上面上に第1の絶縁膜を介して
貼り合わせられた第2の半導体基板と、前記第2の半導
体基板、前記第1の絶縁膜及び前記第1の半導体基板を
貫通した貫通孔(位置合わせ用パターン)と、前記第2
の半導体基板を島状に分離する第1のトレンチと、前記
第1のトレンチを埋め込んだ第2の絶縁膜と、前記第2
の絶縁膜及び前記第1の絶縁膜を選択的に貫通し、前記
第1の配線層に達した第2のトレンチと、前記第2のト
レンチを埋め込み、前記第2の半導体基板上面に導出し
た第2の配線層と、前記第2の半導体基板の上面に設け
られた第2の素子及び第3の配線層とを具備し、且つ前
記貫通孔(位置合わせ用パターン)により、前記第1の
素子及び前記第1の配線層に整合して、前記第1のトレ
ンチ、前記第2のトレンチ、前記第2の配線層、前記第
2の素子及び前記第3の配線層が設けられていることを
特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】前記第2の配線層が前記第3の配線層によ
り形成されていることを特徴とする特許請求の範囲請求
項1記載の半導体装置。 - 【請求項3】前記第1の素子のチャネル長が前記第2の
素子のチャネル長より長く、且つ前記第1の配線層が高
融点金属あるいは高融点金属シリサイドからなり、前記
第3の配線層が低融点金属あるいは低融点金属シリサイ
ドからなることを特徴とする特許請求の範囲請求項1記
載の半導体装置。 - 【請求項4】第1の半導体基板に選択的に第1の素子及
び第1の配線層を形成する工程と、第1の絶縁膜を形成
する工程と、前記第1の絶縁膜及び前記第1の半導体基
板を貫通し、貫通孔の一部を形成する工程と、前記第1
の半導体基板上に前記第1の絶縁膜を介して第2の半導
体基板を貼り合わせる工程と、前記第2の半導体基板を
薄膜化する工程と、前記第2の半導体基板で塞がれた前
記貫通孔の一部を延長し、前記第2の半導体基板を貫通
し、貫通孔(位置合わせ用パターン)を形成する工程
と、前記貫通孔(位置合わせ用パターン)に位置合わせ
して、前記第2の半導体基板を選択的に島状に分離する
第1のトレンチを形成する工程と、前記第1のトレンチ
を埋め込む第2の絶縁膜を形成する工程と、前記第2の
半導体基板上面に選択的に第2の素子を形成する工程
と、選択的に前記第2の絶縁膜及び前記第1の絶縁膜を
貫通し、前記第1の配線層の一部を露出する第2のトレ
ンチを形成する工程と、前記第2のトレンチを埋め込む
第2の配線層を形成する工程と、選択的に前記第2の素
子及び前記第2の配線層に第3の配線層を形成する工程
とが含まれてなることを特徴とする半導体装置の製造方
法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34191099A JP2001160612A (ja) | 1999-12-01 | 1999-12-01 | 半導体装置及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34191099A JP2001160612A (ja) | 1999-12-01 | 1999-12-01 | 半導体装置及びその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001160612A true JP2001160612A (ja) | 2001-06-12 |
Family
ID=18349703
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP34191099A Pending JP2001160612A (ja) | 1999-12-01 | 1999-12-01 | 半導体装置及びその製造方法 |
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---|---|
JP (1) | JP2001160612A (ja) |
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