JP2008218468A - Three-dimensional integrated circuit device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Takashi Noguchi
隆 野口
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a three-dimensional integrated circuit device having a thin-film semiconductor layer formed on a glass substrate. <P>SOLUTION: The three-dimensional integrated circuit device 10 has a structure in which a plurality of single crystal or semi-single crystal thin-film semiconductor layers 13, 16 are formed on the glass substrate 11 via an interlayer insulating layer 14, and active elements Tr21, Tr22 are formed on one or more layers of the thin-film semiconductor layers 13, 16. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、3次元集積回路装置及びその製造方法に係わる。   The present invention relates to a three-dimensional integrated circuit device and a manufacturing method thereof.

LSI等の集積回路装置において、新しい機能を実現することや、高集積化を実現することが要望されている。
そのため、従来行われてきた、スケーリング則(比例縮小)に沿った微細化に対して、それに代わる手法が検討されている。
In an integrated circuit device such as an LSI, it is desired to realize a new function and to achieve high integration.
Therefore, an alternative method is being studied for miniaturization according to the scaling law (proportional reduction) that has been conventionally performed.

SRAMセルにおいては、高集積化を実現する構造として、多結晶シリコン(ポリシリコン)から成るTFT(薄膜トランジスタ)によって基本メモリセルを構成し、従来のシリコンウエハ上に集積されたLSI上に3次元的に積層させて高集積化させる、いわゆるTFTスタック型構造が提案されている。   In the SRAM cell, as a structure realizing high integration, a basic memory cell is constituted by TFT (thin film transistor) made of polycrystalline silicon (polysilicon), and is three-dimensionally formed on an LSI integrated on a conventional silicon wafer. A so-called TFT stack type structure has been proposed which is stacked on the substrate and highly integrated.

しかしながら、このTFTスタック型構造は、製造コストの問題や、微細な多結晶シリコンTFTの素子特性ばらつきの問題があった。
そのため、従来の平面的な2次元CMOSバルク型構造に戻り、フォトグラフィに依存する微細化技術によって集積化が進められている。
However, this TFT stack type structure has a problem of manufacturing cost and a variation in element characteristics of a fine polycrystalline silicon TFT.
Therefore, returning to the conventional planar two-dimensional CMOS bulk structure, integration is being promoted by a miniaturization technique depending on photography.

最近、動作電圧の更なる低減や高密度化への要求が強まったこともあって、特性ばらつきの少ない、単結晶並みの高性能のTFTを、より高密度に集積させる方法が望まれている。   Recently, there has been an increasing demand for further reduction in operating voltage and higher density, and there is a demand for a method for integrating high-performance TFTs with little characteristic variation and equivalent to single crystals at higher density. .

一方、TFTの平面ディスプレイ等への応用として、ガラス上のパネルにTFTを作製する技術が、急激に進展してきている。
この分野では、LSIと同様に、微細化、高性能化、さらにシステム機能化の実現が、新製造プロセスの開発も含めて求められている。
そして、一つのガラス基板上に、ディスプレイとしての画素及び周辺回路のみだけでなく、センサ、メモリ、A/Dコンバータ、D/Aコンバータ、CPU等、様々な機能システムが集積される、いわゆるSoG(System on Glass )を目指して、低温形成プロセスによるシリコンTFTを基にした、研究開発が進んでいる。
On the other hand, as an application of a TFT to a flat display or the like, a technique for manufacturing a TFT on a panel on glass has been rapidly advanced.
In this field, as in the case of LSI, miniaturization, high performance, and realization of system functions are required, including development of new manufacturing processes.
In addition to a pixel and a peripheral circuit as a display, various functional systems such as a sensor, a memory, an A / D converter, a D / A converter, and a CPU are integrated on a single glass substrate. Aiming at “System on Glass”, research and development based on silicon TFT by low-temperature formation process is progressing.

シリコン基板やSOI(Silicon on insulator)基板上にTFTを形成した場合、シリコンのウエハを使用するため、基板が不透明であり、面積もウエハの大きさ以下に限られる。
その代わり、製造の際に1,000℃以上の工程も可能であり、熱酸化で絶縁膜(酸化膜)を形成することが可能である。また、ウエハがシリコン単結晶であるため、結晶が作りやすく、エピタキシーが容易である。
When a TFT is formed on a silicon substrate or an SOI (Silicon on insulator) substrate, since a silicon wafer is used, the substrate is opaque and the area is limited to the size of the wafer or less.
Instead, a process of 1,000 ° C. or higher is possible during manufacturing, and an insulating film (oxide film) can be formed by thermal oxidation. In addition, since the wafer is a silicon single crystal, it is easy to make a crystal and epitaxy is easy.

これに対して、ガラス基板上にTFTを形成した場合、ガラスが透明であり、また大面積とすることが可能であり、集積回路装置をフレキシブルな構成とすることができる。
しかし、製造の際に高温の工程を行うことはできず、また基板がガラスであるため、結晶が作りにくい。
On the other hand, when a TFT is formed over a glass substrate, the glass is transparent and can have a large area, and the integrated circuit device can have a flexible configuration.
However, high-temperature processes cannot be performed during production, and crystals are difficult to produce because the substrate is glass.

ガラス基板上の3次元構造としては、ガラス基板上の3次元不揮発性ドットTFTメモリアレイや、紫外領域のパルスレーザによる強誘電体膜の実現による3次元1T1C(1トランジスタ1キャパシタ)TFTアレイが提案されている。
しかし、この構造では、トランジスタ等の能動素子が形成されるシリコン薄膜が、1層のみとなっているため、さらなる集積化が難しい。
As a three-dimensional structure on the glass substrate, a three-dimensional non-volatile dot TFT memory array on the glass substrate and a three-dimensional 1T1C (one transistor and one capacitor) TFT array by realizing a ferroelectric film by a pulse laser in the ultraviolet region are proposed. Has been.
However, in this structure, since the silicon thin film on which an active element such as a transistor is formed is only one layer, further integration is difficult.

ところで、アモルファスの薄膜半導体層は、成膜性が良いが、加熱ができない。
また、アモルファス層内では、電子等のキャリアの移動度が低い。そのため、アモルファス層に形成できるトランジスタは、スイッチング用など高速動作が必要ないものに限られる。
従って、高速動作が必要なTFTを形成するためには、薄膜半導体層を結晶とする必要があり、結晶の薄膜半導体層を成膜するか、アモルファスの薄膜半導体層を結晶化する工程を行うか、いずれかの方法を採用することになる。
By the way, an amorphous thin film semiconductor layer has good film formability but cannot be heated.
Further, the mobility of carriers such as electrons is low in the amorphous layer. Therefore, the transistors that can be formed in the amorphous layer are limited to those that do not require high-speed operation such as switching.
Therefore, in order to form a TFT that requires high-speed operation, the thin film semiconductor layer needs to be crystallized. Whether to form a crystalline thin film semiconductor layer or a process for crystallizing an amorphous thin film semiconductor layer? Either method will be adopted.

ガラス基板上にシリコン結晶薄膜を形成する方法として、2層のアモルファスシリコン薄膜層をSiO基板上に堆積させ、固体YAGレーザを照射させて結晶化させる方法が提案されている(非特許文献1参照)。
この方法によって、上部シリコン層の結晶化を効率よく行うことで、上部シリコン層のみではあるが、多結晶薄膜が形成され、高移動度のTFT特性が得られる。
As a method for forming a silicon crystal thin film on a glass substrate, a method is proposed in which two amorphous silicon thin film layers are deposited on a SiO 2 substrate and crystallized by irradiation with a solid YAG laser (Non-patent Document 1). reference).
By this method, the upper silicon layer is efficiently crystallized, so that a polycrystalline thin film is formed only by the upper silicon layer, and TFT characteristics with high mobility can be obtained.

ガラス基板上にCMOSトランジスタを形成する場合、ポリシリコン(多結晶シリコン)TFTが、現状では唯一可能な構成である。
そして、このポリシリコンTFTでは、結晶粒を増大させることにより、特性を左右する伝導キャリアの移動度を向上させてきた(例えば、特許文献1参照)。
When a CMOS transistor is formed on a glass substrate, a polysilicon (polycrystalline silicon) TFT is the only possible configuration at present.
And in this polysilicon TFT, the mobility of the conductive carrier which influences a characteristic has been improved by increasing a crystal grain (for example, refer patent document 1).

Crystallization of Double-Layered Silicon Thin Films by Solid Green Laser Annealing,T. Sugawara,Y. Uraoka,T. Hayama,T. Fuyuki and A.Miura,Digest of Tech. Papers,AM-FPD’06,8.4,p.317(2006)Crystallization of Double-Layered Silicon Thin Films by Solid Green Laser Annealing, T. Sugawara, Y. Uraoka, T. Hayama, T. Fuyuki and A. Miura, Digest of Tech. Papers, AM-FPD'06, 8.4, p. 317 (2006) 特開平11−87545号公報JP 11-87545 A

しかしながら、ポリシリコンTFTは、原理的に、大きな多結晶粒に起因して、素子が微細化するほど素子の特性が不均一になる、という問題が生じる。
特に、動作電圧を下げるためには、素子を小さく形成する必要があり、素子の特性のばらつきの影響が大きくなる。
However, in principle, the polysilicon TFT has a problem that the characteristics of the element become non-uniform as the element becomes finer due to large polycrystalline grains.
In particular, in order to lower the operating voltage, it is necessary to make the element small, and the influence of variations in element characteristics increases.

また、上記非特許文献1に記載された方法は、2層の薄膜を形成した後に、一度にレーザ結晶化を行うので、その結晶化プロセスがシンプルである利点を有するが、2層の薄膜を形成した後に、一度にレーザ結晶化を行うため、下層のシリコン層の結晶化が充分ではない。
そのため、下層のシリコン層に対して能動素子を形成しても、充分に良好な素子特性が得られないおそれがある。
In addition, the method described in Non-Patent Document 1 has an advantage that the crystallization process is simple because laser crystallization is performed at a time after forming a two-layer thin film. Since laser crystallization is performed at a time after the formation, the lower silicon layer is not sufficiently crystallized.
Therefore, even if an active element is formed on the lower silicon layer, there is a possibility that sufficiently good element characteristics cannot be obtained.

複数層の薄膜半導体層を形成する方法としては、この他にも、1層以上の薄膜半導体層をそれぞれ形成した2つのウエハを用意して、2つのウエハを張り合わせる方法もある。
しかし、この方法は量産化が難しく、製造コストが高くなる。
As another method for forming a plurality of thin film semiconductor layers, there is a method in which two wafers each having one or more thin film semiconductor layers are prepared and bonded together.
However, this method is difficult to mass-produce and the manufacturing cost is high.

上述した問題に対して、本発明においては、ガラス基板上に薄膜半導体層を形成した3次元集積回路装置及びその製造方法を提供するものである。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides a three-dimensional integrated circuit device in which a thin film semiconductor layer is formed on a glass substrate and a method for manufacturing the same.

本発明の3次元集積回路装置は、ガラス基板上に、単結晶もしくは準単結晶の薄膜半導体層が、層間絶縁層を介して複数層積層形成され、複数層の薄膜半導体層のうち1層以上の薄膜半導体層に能動素子が形成されているものである。   In the three-dimensional integrated circuit device of the present invention, a single-crystal or quasi-single-crystal thin film semiconductor layer is stacked on a glass substrate via an interlayer insulating layer, and one or more of the plurality of thin film semiconductor layers In this thin film semiconductor layer, an active element is formed.

本発明の3次元集積回路装置の製造方法は、表面に絶縁層が形成されたガラス基板上に、アモルファスの第1層の薄膜半導体層を形成する工程と、このアモルファスの第1層の薄膜半導体層を結晶化して、単結晶もしくは準単結晶の第1層の薄膜半導体層を形成する工程と、この第1層の薄膜半導体層上に層間絶縁層を形成した後、この層間絶縁層に第1層の薄膜半導体層に達する開口を形成する工程と、層間絶縁層の開口内に、半導体エピタキシャル層をエピタキシャル成長させる工程と、層間絶縁層及び半導体エピタキシャル層上に、アモルファスの第2層の薄膜半導体層を形成する工程と、このアモルファスの第2層の薄膜半導体層を結晶化して、単結晶もしくは準単結晶の第2層の薄膜半導体層を形成する工程とを少なくとも有し、第1層の薄膜半導体層及び第2層の薄膜半導体層を含む複数層の薄膜半導体層を、層間絶縁層を介して積層形成し、これら複数層の薄膜半導体層のうち、1層以上の薄膜半導体層に能動素子を形成するものである。   The method for manufacturing a three-dimensional integrated circuit device according to the present invention includes a step of forming an amorphous first thin film semiconductor layer on a glass substrate having an insulating layer formed on the surface, and the amorphous first thin film semiconductor layer. A step of crystallizing the layer to form a single-crystal or quasi-single-crystal first thin-film semiconductor layer, and forming an interlayer insulating layer on the first thin-film semiconductor layer; A step of forming an opening reaching one thin film semiconductor layer, a step of epitaxially growing a semiconductor epitaxial layer in the opening of the interlayer insulating layer, and an amorphous second layer thin film semiconductor on the interlayer insulating layer and the semiconductor epitaxial layer A step of forming a layer, and a step of crystallizing the amorphous second thin film semiconductor layer to form a single crystal or quasi-single crystal second thin film semiconductor layer, A plurality of thin film semiconductor layers including one thin film semiconductor layer and a second thin film semiconductor layer are stacked via an interlayer insulating layer, and one or more thin film semiconductors among the plurality of thin film semiconductor layers are formed. An active element is formed in the layer.

上述の本発明の3次元集積回路装置の構成によれば、複数層の薄膜半導体層が、単結晶もしくは準単結晶により形成されていることにより、伝導キャリアの移動度を高くすることができるので、薄膜半導体層に形成されたトランジスタ等の能動素子を、高速に動作させることが可能になる。
また、ポリシリコン(多結晶シリコン)で薄膜半導体層を形成した、従来提案されている構成と比較して、多結晶シリコンの結晶粒界による、トランジスタ等の能動素子の特性ばらつきを、ほとんどなくすことが可能になる。
そして、薄膜半導体層が複数層形成されていることにより、それぞれの回路素子や回路素子間の接続部の占める面積を低減することができるため、高密度に回路素子を集積することが可能になる。
According to the above-described configuration of the three-dimensional integrated circuit device of the present invention, the plurality of thin film semiconductor layers are formed of a single crystal or a quasi-single crystal. Active elements such as transistors formed in the thin film semiconductor layer can be operated at high speed.
In addition, compared to a conventionally proposed configuration in which a thin film semiconductor layer is formed of polysilicon (polycrystalline silicon), there is almost no variation in the characteristics of active elements such as transistors due to polycrystalline silicon grain boundaries. Is possible.
Since a plurality of thin film semiconductor layers are formed, the area occupied by each circuit element and the connection portion between the circuit elements can be reduced, so that circuit elements can be integrated at high density. .

従って、高速に動作する高性能の能動素子を有し、高密度に集積された集積回路装置を実現することが可能になる。   Therefore, it is possible to realize an integrated circuit device having high-performance active elements that operate at high speed and integrated at high density.

上述の本発明の3次元集積回路装置の製造方法によれば、アモルファスの第2層の薄膜半導体層の結晶化過程において、半導体エピタキシャル層を種として、横方向(膜面方向)に溶融結晶化が生じ、第2層の薄膜半導体層を良好な状態の単結晶もしくは準単結晶とすることができる。   According to the manufacturing method of the above-described three-dimensional integrated circuit device of the present invention, in the crystallization process of the amorphous second thin film semiconductor layer, the semiconductor epitaxial layer is used as a seed and melt crystallization is performed in the lateral direction (film surface direction). Thus, the thin film semiconductor layer of the second layer can be a single crystal or a quasi-single crystal in a good state.

従って、本発明の製造方法により、薄膜半導体層内の伝導キャリアの移動度が高く、高速に動作する高性能の能動素子を有する集積回路装置を製造することができる。   Therefore, the manufacturing method of the present invention makes it possible to manufacture an integrated circuit device having high-performance active elements that have high mobility of conductive carriers in the thin film semiconductor layer and operate at high speed.

本発明の一実施の形態として、3次元集積回路装置の概略構成図(断面図)を、図1に示す。
この3次元集積回路装置10は、ガラス基板11上に3次元構造の集積回路が形成されたものである。
As an embodiment of the present invention, a schematic configuration diagram (cross-sectional view) of a three-dimensional integrated circuit device is shown in FIG.
In the three-dimensional integrated circuit device 10, an integrated circuit having a three-dimensional structure is formed on a glass substrate 11.

図1に示すように、ガラス基板11上に、ガラスを保護するための保護層12を介して、第1層の薄膜半導体層13が形成され、この第1層の薄膜半導体層13上に、絶縁層14が覆っている。
この絶縁層14には、第1層の薄膜半導体層13に達する開口が形成されており、この開口内を、半導体エピタキシャル層15が埋めている。
絶縁層14及び開口内の半導体エピタキシャル層15上に、第2層の薄膜半導体層16が形成されている。
即ち、絶縁層14は、2層の薄膜半導体層13,16の間の層間絶縁層として形成されている。
As shown in FIG. 1, a first thin film semiconductor layer 13 is formed on a glass substrate 11 via a protective layer 12 for protecting glass, and on the first thin film semiconductor layer 13, The insulating layer 14 covers it.
An opening reaching the first thin film semiconductor layer 13 is formed in the insulating layer 14, and the semiconductor epitaxial layer 15 is filled in the opening.
A second thin-film semiconductor layer 16 is formed on the insulating layer 14 and the semiconductor epitaxial layer 15 in the opening.
That is, the insulating layer 14 is formed as an interlayer insulating layer between the two thin film semiconductor layers 13 and 16.

第2層の薄膜半導体層16には、薄膜トランジスタTr21,Tr22が形成されている。即ち、薄膜トランジスタTr21,Tr22の、チャネル31とソース・ドレイン領域32,33が、第2層の薄膜半導体層16に形成されている。
この薄膜トランジスタTr21,Tr22の部分では、第2層の薄膜半導体層16の上に形成された絶縁層17が除去されている。
そして、チャネル31の第2層の薄膜半導体層16の上にゲート絶縁層19を介して、ゲート20が形成されている。このゲート20を覆って絶縁層21が形成され、この絶縁層21と絶縁層17との間に、薄膜トランジスタTr21,Tr22のソース・ドレイン領域33に接続された電極層18が形成されている。
Thin film transistors Tr21 and Tr22 are formed in the second thin film semiconductor layer 16. That is, the channel 31 and the source / drain regions 32 and 33 of the thin film transistors Tr 21 and Tr 22 are formed in the second thin film semiconductor layer 16.
In the thin film transistors Tr21 and Tr22, the insulating layer 17 formed on the second thin film semiconductor layer 16 is removed.
A gate 20 is formed on the second thin film semiconductor layer 16 of the channel 31 via a gate insulating layer 19. An insulating layer 21 is formed to cover the gate 20, and an electrode layer 18 connected to the source / drain regions 33 of the thin film transistors Tr 21 and Tr 22 is formed between the insulating layer 21 and the insulating layer 17.

第1層の薄膜半導体層13には、図示しない部分に、トランジスタ又はダイオード等の能動素子やその他の回路素子が形成されている。
なお、第2層の薄膜半導体層16についても、図示しない部分に、図1の薄膜トランジスタTr21,Tr22の他に、薄膜トランジスタ又はダイオード等の能動素子やその他の回路素子が形成されていても良い。
In the first thin film semiconductor layer 13, active elements such as transistors or diodes and other circuit elements are formed in a portion not shown.
The second thin film semiconductor layer 16 may also be formed with active elements such as thin film transistors or diodes and other circuit elements in addition to the thin film transistors Tr21 and Tr22 of FIG.

ガラス基板11を保護するための保護層12としては、例えば、SiO層やSiN層、並びにこれらを積層した層を使用することができる。 As the protective layer 12 for protecting the glass substrate 11, for example, a SiO 2 layer, a SiN layer, and a layer obtained by stacking these layers can be used.

本実施の形態の3次元集積回路装置10では、特に、第1層の薄膜半導体層13及び第2層の薄膜半導体層16が、単結晶もしくは準単結晶により形成されていることを特徴とする。   In the three-dimensional integrated circuit device 10 according to the present embodiment, the first thin film semiconductor layer 13 and the second thin film semiconductor layer 16 are particularly formed of a single crystal or a quasi-single crystal. .

なお、「準単結晶」とは、一定の優先結晶面方位をもち、位置的にほぼ規則的に配列され、電子伝導的にもほぼ均一なサイズの結晶粒で構成され、相隣接する結晶粒界も互いに整合するような一定方向に優先的に配列しており、粒界での欠陥密度が低減されるために従来の多結晶相薄膜より優れた電子伝導を示す、人工的に実現可能なエネルギー的に準安定な結晶相である(具体的には、文献;Possibility of Quasi-Single-Crystalline Semiconductor Films, T. Noguchi, S. Usui, D.P. Gosainand Y. Ikeda, Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Vol.557, p.213 (1999). を参照のこと)。   The term “quasi-single crystal” refers to crystal grains that have a certain preferred crystal plane orientation, are regularly arranged in a position, are composed of crystal grains having a substantially uniform size in terms of electron conduction, and are adjacent to each other. The boundaries are preferentially arranged in a certain direction to match each other, and since the defect density at the grain boundaries is reduced, the electron conduction is superior to the conventional polycrystalline phase thin film, which can be artificially realized. An energy metastable crystalline phase (specifically, literature; Possibility of Quasi-Single-Crystalline Semiconductor Films, T. Noguchi, S. Usui, DP Gosainand Y. Ikeda, Mat. Res. Soc. Symp. Vol.557, p.213 (1999).).

薄膜半導体層13,16が、単結晶もしくは準単結晶により形成されていることにより、ポリシリコン(多結晶シリコン)で薄膜半導体層を形成した、従来提案されている構成と比較して、多結晶シリコンの結晶粒界による、トランジスタ等の能動素子の特性ばらつきを、ほとんどなくすことが可能になる。   Compared with the conventionally proposed configuration in which the thin film semiconductor layers 13 and 16 are formed of single crystal or quasi-single crystal, the thin film semiconductor layer is formed of polysilicon (polycrystalline silicon). Variations in characteristics of active elements such as transistors due to silicon crystal grain boundaries can be almost eliminated.

次に、図1の3次元集積回路装置の適用例として、図1の2つのトランジスタTr21,Tr22を用いて構成した、SRAMセルの回路構成図を、図2に示す。
このSRAMセルは、6つのトランジスタTr11,Tr12,Tr13,Tr14,Tr21,Tr22を有して構成されている。
これら6つのトランジスタTr11,Tr12,Tr13,Tr14,Tr21,Tr22は、いずれも薄膜半導体層13,16に薄膜トランジスタ(TFT)として形成されているものである。
下の2つのトランジスタTr11,Tr12のソース・ドレイン領域の一方は、接地電位に接続されている。
上の2つのトランジスタTr21,Tr22のソース・ドレイン領域の一方には、電位Vddが供給される。
左の2つのトランジスタTr11,Tr21のソース・ドレイン領域の他方には、右の2つのトランジスタTr12,Tr22のゲート及びトランジスタTr13のソース・ドレイン領域の一方が接続されている。
右の2つのトランジスタTr12,Tr22のソース・ドレイン領域の他方には、左の2つのトランジスタTr11,Tr21のゲート及びトランジスタTr14のソース・ドレイン領域の一方が接続されている。
トランジスタTr13のソース・ドレイン領域の他方は、ビット線BLに接続されている。
外側の2つのトランジスタTr13,Tr14のゲートは、ワード線WLに接続されている。
6つのトランジスタTr11,Tr12,Tr13,Tr14,Tr21,Tr22の接続関係は、バルクの半導体層に形成された、一般的なSRAMセルと同様になっている。
Next, as an application example of the three-dimensional integrated circuit device of FIG. 1, a circuit configuration diagram of an SRAM cell configured using the two transistors Tr21 and Tr22 of FIG. 1 is shown in FIG.
This SRAM cell has six transistors Tr11, Tr12, Tr13, Tr14, Tr21, Tr22.
These six transistors Tr11, Tr12, Tr13, Tr14, Tr21, Tr22 are all formed as thin film transistors (TFTs) on the thin film semiconductor layers 13, 16.
One of the source / drain regions of the lower two transistors Tr11 and Tr12 is connected to the ground potential.
The potential Vdd is supplied to one of the source / drain regions of the upper two transistors Tr21 and Tr22.
The other of the source / drain regions of the two left transistors Tr11 and Tr21 is connected to one of the gates of the two right transistors Tr12 and Tr22 and the source / drain region of the transistor Tr13.
The other of the source / drain regions of the right two transistors Tr12, Tr22 is connected to one of the gates of the left two transistors Tr11, Tr21 and the source / drain region of the transistor Tr14.
The other of the source / drain regions of the transistor Tr13 is connected to the bit line BL.
The gates of the two outer transistors Tr13 and Tr14 are connected to the word line WL.
The connection relationship of the six transistors Tr11, Tr12, Tr13, Tr14, Tr21, Tr22 is the same as that of a general SRAM cell formed in a bulk semiconductor layer.

そして、図2に示すSRAMセルでは、4つのトランジスタTr11,Tr12,Tr13,Tr14が第1層の薄膜半導体層13に形成され、2つのトランジスタTr21,Tr22が第2層の薄膜半導体層16に形成されている。
このように、6つのTFTを2層の薄膜半導体層13,16に分けて形成することにより、1層の薄膜半導体層に全て形成した場合と比較して、SRAMセルの占める面積を低減することができるため、SRAMセルをより高密度に集積することが可能になる。
In the SRAM cell shown in FIG. 2, four transistors Tr11, Tr12, Tr13, Tr14 are formed in the first thin film semiconductor layer 13, and two transistors Tr21, Tr22 are formed in the second thin film semiconductor layer 16. Has been.
As described above, by dividing the six TFTs into the two thin film semiconductor layers 13 and 16, the area occupied by the SRAM cell can be reduced as compared with the case where all the TFTs are formed in one thin film semiconductor layer. Therefore, it is possible to integrate SRAM cells with higher density.

図2では、図1に示した3次元集積回路装置10を、SRAMセルに適用した場合を示したが、図1に示した3次元集積回路装置10は、その他の様々な機器に適用することが可能である。
例えば、液晶ディスプレイ等のフラットパネルディスプレイ(FPD)の画素部及び周辺回路部に適用することができる。
また例えば、ガラス基板11から薄膜半導体層13へ光を入射させて、入射した光を受光検出する、センサや撮像素子(CMOS撮像素子等)を構成することも、可能である。
FIG. 2 shows the case where the three-dimensional integrated circuit device 10 shown in FIG. 1 is applied to an SRAM cell. However, the three-dimensional integrated circuit device 10 shown in FIG. 1 is applied to various other devices. Is possible.
For example, the present invention can be applied to a pixel portion and a peripheral circuit portion of a flat panel display (FPD) such as a liquid crystal display.
Further, for example, it is also possible to configure a sensor or an imaging device (such as a CMOS imaging device) that receives light from the glass substrate 11 into the thin film semiconductor layer 13 and receives and detects the incident light.

次に、図1に示した3次元集積回路装置10の製造方法を、図3A〜図3Eを参照して、説明する。
なお、図3A〜図3Eでは、図面を簡略化するために、ガラス基板11と保護層12とを一体化して示す。
Next, a method for manufacturing the three-dimensional integrated circuit device 10 shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS. 3A to 3E.
3A to 3E, the glass substrate 11 and the protective layer 12 are shown in an integrated manner in order to simplify the drawings.

まず、表面に保護層12が形成されたガラス基板11上に、図3Aに示すように、第1層の薄膜半導体層13を形成する。
第1層の薄膜半導体層13は、図示しないが、まずアモルファスの薄膜半導体層を成膜し、その後に結晶化を行うことにより、単結晶又は準単結晶の薄膜半導体層とする。
First, as shown in FIG. 3A, a first thin film semiconductor layer 13 is formed on a glass substrate 11 having a protective layer 12 formed on the surface.
Although not shown, the first thin film semiconductor layer 13 is formed as an amorphous thin film semiconductor layer and then crystallized to form a single crystal or quasi-single crystal thin film semiconductor layer.

アモルファスの薄膜半導体層の成膜方法としては、ガラス基板11に影響を及ぼさない低温で成膜が可能な方法を採用する。
低温で成膜が可能な方法としては、例えば、(1)PE CVD(プラズマCVD)法で成膜した後、300℃〜400℃で脱水素過程を行う方法、(2)室温でスパッタリングにより成膜する方法、等が挙げられる。
アモルファスの薄膜半導体層の結晶化の方法としては、ELA(エキシマレーザアニール)や紫外線照射が考えられる。
As a method for forming the amorphous thin film semiconductor layer, a method capable of forming a film at a low temperature that does not affect the glass substrate 11 is employed.
Examples of methods that can be used for film formation at low temperatures include (1) a method in which a film is formed by PE CVD (plasma CVD) and then a dehydrogenation process is performed at 300 ° C. to 400 ° C., and (2) sputtering is performed at room temperature. And a method of forming a film.
As a method for crystallizing the amorphous thin film semiconductor layer, ELA (excimer laser annealing) or ultraviolet irradiation can be considered.

そして、アモルファスの薄膜半導体層に、線状又は面状の紫外線ビーム(例えば、エキシマレーザや固体レーザ)を、パルス状にして照射して、結晶化を行うことにより、特定の方位、例えば(100)結晶面が優先方位である、単結晶又は準単結晶を、形成することが可能である。線状の紫外線ビームを使用する場合には、紫外線ビームを走査させて、広い領域を結晶化させる。   The amorphous thin film semiconductor layer is irradiated with a linear or planar ultraviolet beam (for example, an excimer laser or a solid laser) in a pulsed manner, and is crystallized to obtain a specific orientation, for example, (100 ) It is possible to form single crystals or quasi-single crystals whose crystal plane is the preferred orientation. When a linear ultraviolet beam is used, the ultraviolet beam is scanned to crystallize a wide area.

その後、必要に応じて、図示しないが、第1層の薄膜半導体層13上に、TFTのゲートを形成したり、第1層の薄膜半導体層13内に、TFTのチャネルやソース・ドレイン領域を形成したりする。   Thereafter, although not shown, a TFT gate is formed on the first thin film semiconductor layer 13 or a TFT channel and source / drain regions are formed in the first thin film semiconductor layer 13 as necessary. Or form.

次に、図3Bに示すように、結晶化させた第1層の薄膜半導体層13の上に、絶縁層14を形成する。このとき、上述の第1層の薄膜半導体層13上に形成したTFTのゲートは、絶縁層14により覆われる。
続いて、図3Cに示すように、絶縁層14の一部に対してエッチングを行って、第1層の薄膜半導体層13に達する開口14Aを形成する。
Next, as shown in FIG. 3B, an insulating layer 14 is formed on the crystallized first thin film semiconductor layer 13. At this time, the gate of the TFT formed on the first thin film semiconductor layer 13 is covered with the insulating layer 14.
Subsequently, as shown in FIG. 3C, etching is performed on a part of the insulating layer 14 to form an opening 14 </ b> A reaching the first thin film semiconductor layer 13.

次に、開口14Aに露出した第1層の薄膜半導体層13から、エピタキシャル成長により、絶縁層14の開口内を埋めて、半導体エピタキシャル層15を成長させる。
例えば、Siガスを使用したUHV(ultra-high vacuum;超高真空) CVD法により、450℃程度で、半導体エピタキシャル層15としてシリコンエピタキシャル層のエピタキシャル成長を行う。
なお、UHV CVD法の代わりに、MBE(分子線エピタキシー)法によってエピタキシャル成長を行ってもよい。
その後、必要ならば、例えばCMP(化学的機械的研磨)法等により、表面の平坦化を行う。
Next, the semiconductor epitaxial layer 15 is grown from the first thin film semiconductor layer 13 exposed in the opening 14A by filling the opening of the insulating layer 14 by epitaxial growth.
For example, a silicon epitaxial layer is epitaxially grown as the semiconductor epitaxial layer 15 at about 450 ° C. by a UHV (ultra-high vacuum) CVD method using Si 2 H 6 gas.
Note that epitaxial growth may be performed by MBE (molecular beam epitaxy) instead of UHV CVD.
Thereafter, if necessary, the surface is planarized by, for example, a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method.

次に、絶縁層14及び半導体エピタキシャル層15の上に、第2層の薄膜半導体層16を形成する。
第2層の薄膜半導体層16も、図示しないが、まずアモルファスの薄膜半導体層を成膜し、その後結晶化を行うことにより、単結晶又は準単結晶の薄膜半導体層とする。成膜方法や結晶化方法は、第1層の薄膜半導体層13の形成工程で説明した方法を採用することができる。
特に、下層に半導体エピタキシャル層15があるため、第2層の薄膜半導体層16を、良好な単結晶又は準単結晶とすることができる。
Next, a second thin film semiconductor layer 16 is formed on the insulating layer 14 and the semiconductor epitaxial layer 15.
Although not shown, the second thin film semiconductor layer 16 is first formed into an amorphous thin film semiconductor layer and then crystallized to form a single crystal or quasi-single crystal thin film semiconductor layer. As the film forming method and the crystallization method, the method described in the step of forming the first thin film semiconductor layer 13 can be employed.
In particular, since the semiconductor epitaxial layer 15 is present in the lower layer, the second thin film semiconductor layer 16 can be a good single crystal or quasi-single crystal.

第2層の薄膜半導体層16を形成した後に、図1に示した、TFTのゲート20やチャネル31やソース・ドレイン領域32,33、絶縁層17、配線層18、絶縁層21等を、それぞれ形成する。
このようにして、図1に示した3次元集積回路装置10を製造することができる。
After forming the second thin film semiconductor layer 16, the TFT gate 20, channel 31, source / drain regions 32 and 33, insulating layer 17, wiring layer 18, insulating layer 21 and the like shown in FIG. Form.
In this way, the three-dimensional integrated circuit device 10 shown in FIG. 1 can be manufactured.

上述の製造方法により、単結晶もしくは準単結晶の半導体層を、段階的に低温プロセス(≦500℃)で形成することができる。   With the above manufacturing method, a single-crystal or quasi-single-crystal semiconductor layer can be formed stepwise by a low-temperature process (≦ 500 ° C.).

なお、第1層の薄膜半導体層13や第2層の薄膜半導体層16として、シリコン層を形成する場合において、アモルファスの結晶化のために照射する紫外線は、その波長を380nm以下とすることが望ましい。
このように波長を380nm以下とすると、シリコン中での吸収が大きくなり、シリコン層の奥に紫外線が入り込まない。このため、ガラス基板に熱が伝わりにくくなり、ガラス基板の熱による変形等を防ぐことができる。
Note that in the case where a silicon layer is formed as the first thin film semiconductor layer 13 or the second thin film semiconductor layer 16, the wavelength of ultraviolet rays irradiated for amorphous crystallization should be 380 nm or less. desirable.
When the wavelength is 380 nm or less in this way, absorption in silicon increases, and ultraviolet rays do not enter the back of the silicon layer. For this reason, it becomes difficult to transmit heat to a glass substrate, and the deformation | transformation by the heat of a glass substrate, etc. can be prevented.

特に、第1層の薄膜半導体層13や第2層の薄膜半導体層16が、膜厚100nm以下である場合、アモルファスの結晶化には、紫外線照射が好適である。   In particular, when the first thin film semiconductor layer 13 and the second thin film semiconductor layer 16 are 100 nm or less in thickness, ultraviolet irradiation is suitable for amorphous crystallization.

また、アモルファスの半導体層に紫外線を照射する際には、連続照射よりも、パルス状にして照射することが望ましい。紫外線をパルス状にして照射することにより、ガラス基板に熱が伝わりにくくなり、ガラス基板の熱による変形等を防ぐことができる。
パルス状の紫外線のパルス幅は、1000nsec(ナノ秒)以下とすることが好ましい。
In addition, when irradiating an amorphous semiconductor layer with ultraviolet rays, it is desirable to irradiate the semiconductor layer in a pulse form rather than continuous irradiation. By irradiating the ultraviolet rays in the form of pulses, it becomes difficult for heat to be transmitted to the glass substrate, and deformation of the glass substrate due to heat can be prevented.
The pulse width of the pulsed ultraviolet light is preferably 1000 nsec (nanoseconds) or less.

上述の製造方法では、第1層の薄膜半導体層13にトランジスタ等の素子を形成してから、第2層の薄膜半導体層16を形成していたが、第2層の薄膜半導体層16を形成した後に、第1層の薄膜半導体層13に素子を形成しても構わない。   In the manufacturing method described above, an element such as a transistor is formed on the first thin film semiconductor layer 13 and then the second thin film semiconductor layer 16 is formed. However, the second thin film semiconductor layer 16 is formed. After that, an element may be formed in the first thin film semiconductor layer 13.

上述の本実施の形態によれば、2層の薄膜半導体層13,16が、単結晶もしくは準単結晶により形成されていることにより、伝導キャリアの移動度を高くすることができるので、薄膜半導体層13,16に形成されたトランジスタTr21,Tr22等の能動素子を、高速に動作させることが可能になる。
また、ポリシリコン(多結晶シリコン)で薄膜半導体層を形成した、従来提案されている構成と比較して、多結晶シリコンの結晶粒界による、トランジスタ等の能動素子の特性ばらつきを、ほとんどなくすことが可能になる。
According to the present embodiment described above, since the two thin film semiconductor layers 13 and 16 are formed of a single crystal or a quasi-single crystal, the mobility of the conductive carriers can be increased, so that the thin film semiconductor Active elements such as the transistors Tr21 and Tr22 formed in the layers 13 and 16 can be operated at high speed.
In addition, compared to a conventionally proposed configuration in which a thin film semiconductor layer is formed of polysilicon (polycrystalline silicon), there is almost no variation in the characteristics of active elements such as transistors due to polycrystalline silicon grain boundaries. Is possible.

また、上述の製造方法によれば、第1層の薄膜半導体層13をアモルファス層の結晶化により形成した後、第1層の薄膜半導体層13の上に絶縁層14を形成し、この絶縁層14の開口内に、半導体エピタキシャル層15をエピタキシャル成長させ、絶縁層14及び半導体エピタキシャル層15の上に第2層の薄膜半導体層16を形成している。
これにより、第2層の薄膜半導体層16を形成する際の、アモルファス層の結晶化過程において、半導体エピタキシャル層15を種として、横方向(膜面方向)に溶融結晶化が生じ、第2層の薄膜半導体層16を良好な状態の単結晶もしくは準単結晶とすることができる。
Further, according to the above-described manufacturing method, after the first thin film semiconductor layer 13 is formed by crystallization of the amorphous layer, the insulating layer 14 is formed on the first thin film semiconductor layer 13, and this insulating layer The semiconductor epitaxial layer 15 is epitaxially grown in the openings 14, and the second thin film semiconductor layer 16 is formed on the insulating layer 14 and the semiconductor epitaxial layer 15.
Thereby, in the crystallization process of the amorphous layer when forming the second thin film semiconductor layer 16, melt crystallization occurs in the lateral direction (film surface direction) using the semiconductor epitaxial layer 15 as a seed. The thin film semiconductor layer 16 can be a single crystal or quasi-single crystal in a good state.

上述の実施の形態では、薄膜半導体層が2層13,16である場合であったが、本発明では、薄膜半導体層が3層以上である場合も含むものである。
特に、第2層の薄膜半導体層と第3層の薄膜半導体層との間、第3層の薄膜半導体層と第4層の薄膜半導体層との間、・・・を、それぞれ層間絶縁層に形成した開口内の半導体エピタキシャル層で接続することにより、単結晶又は準単結晶の薄膜半導体層を3層以上形成することが可能であり、さらなる集積化を図ることが可能になる。
In the above-described embodiment, the thin film semiconductor layer is the two layers 13 and 16, but the present invention includes the case where the thin film semiconductor layer is three or more layers.
In particular, between the second thin film semiconductor layer and the third thin film semiconductor layer, between the third thin film semiconductor layer and the fourth thin film semiconductor layer,. By connecting the semiconductor epitaxial layers in the formed openings, three or more single-crystal or quasi-single-crystal thin-film semiconductor layers can be formed, and further integration can be achieved.

なお、本発明の3次元集積回路装置は、ガラス基板上に単結晶又は準単結晶の薄膜半導体層が複数層(即ち2層以上)形成された構成であるので、薄膜半導体層が3層以上ある場合には、複数層の単結晶又は準単結晶の薄膜半導体層の他に、多結晶やアモルファスの薄膜半導体層が含まれていても構わない。   Note that the three-dimensional integrated circuit device of the present invention has a structure in which a plurality of single-crystal or quasi-single-crystal thin-film semiconductor layers (that is, two or more layers) are formed on a glass substrate. In some cases, a polycrystalline or amorphous thin film semiconductor layer may be included in addition to a plurality of single crystal or quasi-single crystal thin film semiconductor layers.

上述の実施の形態では、第1層の薄膜半導体層13及び第2層の薄膜半導体層16がシリコン層である場合を、主として説明したが、本発明は、その他の半導体層を用いることも可能である。
その他の半導体層としては、例えば、Ge(ゲルマニウム)層やSiGe層、化合物半導体層(GaAs,ZnS等)が考えられる。
In the above-described embodiment, the case where the first thin film semiconductor layer 13 and the second thin film semiconductor layer 16 are silicon layers has been mainly described. However, the present invention can use other semiconductor layers. It is.
Examples of other semiconductor layers include a Ge (germanium) layer, a SiGe layer, and a compound semiconductor layer (GaAs, ZnS, etc.).

ここで、例えば、第1層の薄膜半導体層13をシリコン層として、第2層の薄膜半導体層16をゲルマニウム層とする場合の製造方法を説明する。
この場合、第1層の薄膜半導体層13と第2層の薄膜半導体層16とが異なる材料であるため、半導体エピタキシャル層15の形成方法を工夫する。
Here, for example, a manufacturing method in the case where the first thin film semiconductor layer 13 is a silicon layer and the second thin film semiconductor layer 16 is a germanium layer will be described.
In this case, since the first thin film semiconductor layer 13 and the second thin film semiconductor layer 16 are made of different materials, a method for forming the semiconductor epitaxial layer 15 is devised.

まず、前述した方法により、単結晶又は準単結晶の第1層の薄膜半導体層13のシリコン層を形成する。
次に、第1層の薄膜半導体層13上に絶縁層14を形成した後、この絶縁層14に第1層の薄膜半導体層13に達する開口を形成する。
First, the silicon layer of the single-layer or quasi-single-crystal thin film semiconductor layer 13 is formed by the method described above.
Next, after an insulating layer 14 is formed on the first thin film semiconductor layer 13, an opening reaching the first thin film semiconductor layer 13 is formed in the insulating layer 14.

次に、絶縁層14の開口内に、選択的に、半導体エピタキシャル層15をエピタキシャル成長させる。
このとき、SiHガスもしくはSiガスと同時に、GeH(ゲルマン)ガス等のガスを同時に加えて、半導体エピタキシャル層15の膜成長と共に、徐々にGeHガスの流量比を高めていく。これにより、下方から、Si→SiGe→Geと、縦方向に連続にエピタキシーが生じ、ある所定の厚さで半導体エピタキシャル層15の表面部を単結晶Geとすることができる。
Next, the semiconductor epitaxial layer 15 is selectively epitaxially grown in the opening of the insulating layer 14.
At this time, a gas such as GeH 4 (germane) gas is added simultaneously with the SiH 4 gas or Si 2 H 6 gas, and the flow rate ratio of the GeH 4 gas is gradually increased as the semiconductor epitaxial layer 15 is grown. . Thereby, from the lower side, epitaxy is continuously generated in the vertical direction of Si → SiGe → Ge, and the surface portion of the semiconductor epitaxial layer 15 can be made of single crystal Ge with a certain predetermined thickness.

続いて、必要に応じて、絶縁層14及び半導体エピタキシャル層15の表面の平坦化を行う。
次に、絶縁層14及び半導体エピタキシャル層15の上に、アモルファスのゲルマニウム層を堆積させる。
その後、アモルファスのゲルマニウム層に対して、一括の均一ビームでレーザ光を照射する。これにより、選択成長させた半導体エピタキシャル層15の表面部の単結晶Geを種に、横方向(膜面方向)に溶融結晶化が生じ、ゲルマニウム層が単結晶化されて、単結晶もしくは準単結晶のゲルマニウム層による第2層の薄膜半導体層16が形成される。
Subsequently, the surfaces of the insulating layer 14 and the semiconductor epitaxial layer 15 are planarized as necessary.
Next, an amorphous germanium layer is deposited on the insulating layer 14 and the semiconductor epitaxial layer 15.
Thereafter, the amorphous germanium layer is irradiated with a laser beam with a uniform beam. As a result, using the single crystal Ge on the surface portion of the selectively grown semiconductor epitaxial layer 15 as a seed, melt crystallization occurs in the lateral direction (film surface direction), and the germanium layer is single-crystallized to form a single crystal or quasi-single crystal. A second thin film semiconductor layer 16 is formed of a crystalline germanium layer.

下層の薄膜半導体層と上層の薄膜半導体層とが異なる材料である場合でも、これらの薄膜半導体層の間の半導体エピタキシャル層を、徐々にガスの流量比を変えてエピタキシャル成長させれば、半導体エピタキシャル層の表面部を上層の薄膜半導体層と同じ材料の層とすることが可能である。これにより、上層の薄膜半導体層を、良好な状態の単結晶もしくは準単結晶とすることが可能になる。   Even when the lower thin film semiconductor layer and the upper thin film semiconductor layer are made of different materials, if the semiconductor epitaxial layer between these thin film semiconductor layers is epitaxially grown by gradually changing the gas flow ratio, the semiconductor epitaxial layer It is possible to make the surface part of the layer of the same material as the upper thin film semiconductor layer. Thus, the upper thin film semiconductor layer can be a single crystal or a quasi-single crystal in a good state.

本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various other configurations can be taken without departing from the gist of the present invention.

本発明の一実施の形態の3次元集積回路装置の概略構成図(断面図)である。1 is a schematic configuration diagram (cross-sectional view) of a three-dimensional integrated circuit device according to an embodiment of the present invention. 図1の3次元集積回路装置を適用したセルの回路構成図である。FIG. 2 is a circuit configuration diagram of a cell to which the three-dimensional integrated circuit device of FIG. 1 is applied. A〜E 図1の3次元集積回路装置の製造方法を説明する図である。A to E are diagrams illustrating a method of manufacturing the three-dimensional integrated circuit device of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

10 3次元集積回路装置、11 ガラス基板、12 保護層、13 第1層の薄膜半導体層、14 絶縁層(層間絶縁層)、15 半導体エピタキシャル層、16 第2層の薄膜半導体層、17 絶縁層、18 電極層、31 チャネル、32,33 ソース・ドレイン領域、Tr11,Tr12,Tr13,Tr14,Tr21,Tr22 トランジスタ、BL ビット線、WL ワード線   10 three-dimensional integrated circuit device, 11 glass substrate, 12 protective layer, 13 first thin film semiconductor layer, 14 insulating layer (interlayer insulating layer), 15 semiconductor epitaxial layer, 16 second thin film semiconductor layer, 17 insulating layer , 18 electrode layers, 31 channels, 32, 33 source / drain regions, Tr11, Tr12, Tr13, Tr14, Tr21, Tr22 transistors, BL bit lines, WL word lines

Claims (4)

ガラス基板上に、単結晶もしくは準単結晶の薄膜半導体層が、層間絶縁層を介して複数層積層形成され、
複数層の前記薄膜半導体層のうち、1層以上の前記薄膜半導体層に能動素子が形成されている
ことを特徴とする3次元集積回路装置。
A single-crystal or quasi-single-crystal thin-film semiconductor layer is stacked on a glass substrate with an interlayer insulating layer interposed therebetween.
An active element is formed in one or more of the thin film semiconductor layers of the plurality of thin film semiconductor layers. A three-dimensional integrated circuit device, wherein:
前記層間絶縁層を介して上下に積層された複数層の前記薄膜半導体層が、前記層間絶縁層に形成された開口内を埋めて形成された、半導体エピタキシャル層によって接続されていることを特徴とする請求項1に記載の3次元集積回路装置。   A plurality of the thin film semiconductor layers stacked one above the other through the interlayer insulating layer are connected by a semiconductor epitaxial layer formed by filling an opening formed in the interlayer insulating layer. The three-dimensional integrated circuit device according to claim 1. 表面に絶縁層が形成されたガラス基板上に、アモルファスの第1層の薄膜半導体層を形成する工程と、
前記アモルファスの第1層の薄膜半導体層を結晶化して、単結晶もしくは準単結晶の第1層の薄膜半導体層を形成する工程と、
前記第1層の薄膜半導体層上に層間絶縁層を形成した後、前記層間絶縁層に前記第1層の薄膜半導体層に達する開口を形成する工程と、
前記層間絶縁層の前記開口内に、半導体エピタキシャル層をエピタキシャル成長させる工程と、
前記層間絶縁層及び前記半導体エピタキシャル層上に、アモルファスの第2層の薄膜半導体層を形成する工程と、
前記アモルファスの第2層の薄膜半導体層を結晶化して、単結晶もしくは準単結晶の第2層の薄膜半導体層を形成する工程とを少なくとも有し、
前記第1層の薄膜半導体層及び前記第2層の薄膜半導体層を含む複数層の薄膜半導体層を、層間絶縁層を介して積層形成し、
前記複数層の前記薄膜半導体層のうち、1層以上の前記薄膜半導体層に能動素子を形成する
ことを特徴とする3次元集積回路装置の製造方法。
Forming an amorphous first thin film semiconductor layer on a glass substrate having an insulating layer formed on the surface;
Crystallizing the amorphous thin-film semiconductor layer to form a single-crystal or quasi-single-crystal first thin-film semiconductor layer;
Forming an interlayer insulating layer on the first thin film semiconductor layer and then forming an opening reaching the first thin film semiconductor layer in the interlayer insulating layer;
Epitaxially growing a semiconductor epitaxial layer in the opening of the interlayer insulating layer;
Forming an amorphous second thin film semiconductor layer on the interlayer insulating layer and the semiconductor epitaxial layer;
Crystallizing the amorphous second thin film semiconductor layer to form a single crystal or quasi-single crystal second thin film semiconductor layer,
A plurality of thin film semiconductor layers including the first thin film semiconductor layer and the second thin film semiconductor layer are stacked via an interlayer insulating layer;
An active element is formed in one or more thin film semiconductor layers of the plurality of thin film semiconductor layers. A method of manufacturing a three-dimensional integrated circuit device.
前記アモルファスの第1層の薄膜半導体層を結晶化する際に、又は、前記アモルファスの第2層の薄膜半導体層を結晶化する際に、紫外線ビームを薄膜半導体層に照射することを特徴とする請求項3に記載の3次元集積回路装置の製造方法。   When the amorphous first thin film semiconductor layer is crystallized, or when the amorphous second thin film semiconductor layer is crystallized, the thin film semiconductor layer is irradiated with an ultraviolet beam. The method for manufacturing a three-dimensional integrated circuit device according to claim 3.
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