JP3529938B2 - 半導体集積回路装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体集積回路装置及び半導体装置の製造方法Info
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Description
置及び半導体装置の製造方法に関する。
体基板上の全領域にほぼ一様に半導体層もしくは絶縁層
を堆積し、フォトリソグラフィにより半導体層もしくは
絶縁層をパターニングすることにより作製されていた。
術を用いて半導体層もしくは絶縁層をパターニングする
方法では、100nm以下のパターンを加工することが
困難である。また、加工時のダメージ、汚染等が発生す
る場合もある。
る微細加工の回数を低減し、または微細加工を行うこと
なく、半導体基板上に半導体素子を作製する技術を提供
することである。
と、モノレイヤの高さを持ち、かつ一方向に延在する複
数のステップが形成された半導体表面を有するオフ基板
と、前記オフ基板の半導体表面上に半導体材料により形
成され、複数の帯状導電性領域と帯状高抵抗領域とが縞
模様状に配置され、各縞が前記ステップの延在する方向
と平行な方向に延在し、該帯状導電性領域と帯状高抵抗
領域とが共に下地表面の原子配列を引き継いで形成され
ている配線層と、前記配線層の上に形成され、前記帯状
導電性領域と電気的に接続され、かつ前記帯状導電性領
域の原子配列を引き継いで形成されている半導体領域を
含む半導体素子とを有する半導体集積回路装置が提供さ
れる。
域によって絶縁される。帯状導電性領域を、縞状に配置
された配線として利用することができる。
高さを持ちかつ第1の方向に延在する複数のステップ、
及び前記第1の方向と交差する第2の方向に延在する仮
想的な複数の直線と前記ステップとの交差箇所にキンク
が形成された半導体表面を有するオフ基板と、前記オフ
基板の半導体表面上に半導体材料により形成され、複数
の帯状導電性領域と帯状高抵抗領域とが縞模様状に配置
され、各縞が前記第1の方向に延在し、帯状導電性領域
と帯状高抵抗領域とが共に下地表面の原子配列を引き継
いで形成されている第1の配線層と、前記オフ基板の半
導体表面上に半導体材料により形成され、複数の帯状導
電性領域と帯状高抵抗領域とが縞模様状に配置され、各
縞が前記第2の方向に延在し、帯状導電性領域と帯状高
抵抗領域とが共に下地表面の原子配列を引き継いで形成
されている第2の配線層と、前記第1の配線層と第2の
配線層との間に、かつ前記第1の配線層の帯状導電性領
域と前記第2の配線層の帯状導電性領域との交差箇所に
対応して形成され、前記第1及び第2の配線層の対応す
る帯状導電性領域と電気的に接続された複数の半導体素
子と、前記第1の配線層と第2の配線層との間に、かつ
相互に隣り合う2つの半導体素子の間に形成された高抵
抗の半導体材料からなる素子分離領域であって、下地表
面及び前記半導体素子を構成する半導体領域の結晶配列
を引き継いで形成されている前記素子分離領域とを有す
る半導体集積回路装置が提供される。
状導電性領域が相互に帯状高抵抗領域によって絶縁され
る。この帯状導電性領域が、格子状に配置された配線と
して作用する。各格子点に半導体素子が配置され、これ
らの半導体素子は、素子分離領域によって相互に絶縁さ
れる。
の第1の実施例による半導体層の成膜原理を説明する。
向に微小角度オフさせたGaAs半導体基板の平面図を
示す。図の縦方向に延在する複数のステップ10が形成
され、その間に(001)面が表出したテラス11が画
定されている。
おける断面図を示す。基板表面にモノレイヤの高さのス
テップ10が形成されている。この基板上にエピタキシ
ャル成長する半導体材料の原料を供給すると、供給され
た構成原子がステップ10に沿って堆積し、ステップが
モノレイヤ分だけ図の右方に移動する。さらに原料を供
給すると、これを繰り返してステップがモノレイヤ分ず
つ図の右方へ移動し、最終的には基板全面にモノレイヤ
の半導体層が成長する。
ごとに結晶成長を行うときに成長する層の繰り返し単位
を意味する。例えば、GaAsの場合は、1つのGaサ
イトと1つのAsサイトとのペアからなる層を意味し、
IV族元素半導体の場合は、単原子層を意味する。
給する原料の組成を変化させると、ステップ10に直交
する方向に関して組成が変動するモノレイヤを堆積する
ことができる。ステップ10からモノレイヤの堆積を開
始し、成長したモノレイヤの先端が隣のステップまで達
するまでを1サイクルとし、供給原料の組成変動シーケ
ンスを同じにしてこのサイクルを複数回繰り返すと、ス
テップ10に直交する方向に関して組成の変動する半導
体層を形成することができる。
ない場合でも、1モノレイヤを堆積した時点で、ステッ
プの間隔がほぼ揃う。図1A、1Bでは、(001)面
を微小角度傾けた面が表出した基板の場合を説明した
が、その他の面が表出した基板を用いてもよい。例え
ば、(110)面を〔001〕方向に微小角度傾けた面
が表出したオフ基板を用いてもよい。
第1の実施例による半導体装置の製造方法を説明する。
図2A〜2Gは、図1Aに示す相互に隣り合う2本のス
テップ10に挟まれた長方形状のテラス領域12内に成
膜される半導体層の平面パターンを示す。図2Hは、テ
ラス領域12内に形成される溝の平面パターンを示す。
なお、使用する基板は、(001)面を〔110〕方向
に約0.2°傾けたGaAsオフ基板である。この場
合、相互に隣り合う2本のステップ10の間隔が約80
nmになる。
端の辺が、GaAs基板表面のステップ10に対応して
いる。下地表面上に半導体層の原料を供給すると、図の
左方から右方に向かってモノレイヤが成長する。成長し
たモノレイヤが右端のステップ10まで達した時、図の
テラス領域12の左側に隣接するテラス上に成長したモ
ノレイヤも図の左端のステップ10に達する。従って、
再び図の左端のステップ10から右方に向かって2層目
のモノレイヤが成長する。
用い、基板温度を690℃、V/III比を6、成長速
度を0.1μm/hとした分子線エピタキシ(MBE)
により行う。上記成長速度で成膜を行うと、約10.8
秒でちょうど1モノレイヤ分の半導体層が成長する。す
なわち、1サイクルが約10.8秒になる。
供給原料の組成を変化させて、ノンドープのAlGaA
s層、n+ 型のGaAs層、ノンドープのAlGaAs
層、及びn+ 型のGaAs層を順番に堆積する。なお、
n+ 型のGaAs層は、Siがドープされた不純物濃度
5×1018cm-3の層である。テラス領域12内を図の
横方向に分割し、4つのサブ領域12A〜12Dを画定
した場合に、左端のサブ領域12A及び左から3番目の
サブ領域12CにノンドープのAlGaAsのモノレイ
ヤが形成され、左から2番目のサブ領域12Bと右端の
サブ領域12Dにn+ 型のGaAsのモノレイヤが形成
される。
組成を変化させたが、変化させる時間間隔を均等にする
必要はない。時間間隔を均等にしない場合には、各サブ
領域12A〜12Dの大きさが不揃いになる。
し、このモノレイヤの成長を100回繰り返す。テラス
領域12以外のテラス上にも、図2Aと同様の平面パタ
ーンを有する半導体層が形成されるため、ステップ10
に平行な方向に延在するノンドープAlGaAs帯状領
域とn+ 型GaAs帯状領域が、ステップ10に直交す
る方向に関して交互に現れる厚さ約30nmのワード線
層21が形成される。
説明した工程の供給原料の組成変動シーケンス及びモノ
レイヤ形成の繰り返し回数を変えて、半導体層を順次形
成する。
12CにノンドープのAlGaAs層を堆積し、サブ領
域12B及び12DにBeがドープされた不純物濃度1
×1019cm-3のp+ 型のAlGaAs層を堆積する。
これらの半導体層の厚さを50nmとする。ノンドープ
のAlGaAs帯状領域とp+ 型のAlGaAs帯状領
域が交互に現れる下部エミッタ層22が形成される。
12CにノンドープのAlGaAs層を堆積し、サブ領
域12B及び12DにSiがドープされた不純物濃度5
×1018cm-3のn+ 型のAlGaAs層を堆積する。
これらの半導体層の厚さを50nmとする。ノンドープ
のAlGaAs帯状領域とn+ 型のAlGaAs帯状領
域が交互に現れる上部エミッタ層23が形成される。
ンドープのAlGaAs層を堆積し、サブ領域12B〜
12Dに不純物濃度5×1019cm-3のp+ 型のGaA
s層を堆積する。これらの半導体層の厚さを70nmと
する。ノンドープAlGaAs帯状領域とその約3倍の
幅を持つp+ 型のGaAs帯状領域が交互に現れるベー
ス層24が形成される。
ンドープのAlGaAs層を堆積し、サブ領域12B〜
12Dに不純物濃度1×1017cm-3のn型のGaAs
層を堆積する。これらの半導体層の厚さを400nmと
する。ノンドープAlGaAs帯状領域とその約3倍の
幅を持つn型のGaAs帯状領域が交互に現れるコレク
タ層25が形成される。
領域に厚さ400nm、不純物濃度5×1018cm-3の
n+ 型のGaAs層を堆積する。全面にn+ 型のGaA
sからなるサブコレクタ層26が形成される。
e(下層)/Au(上層)の2層からなる配線層27を
蒸着により形成する。図2Hに示すように、テラス領域
12内に横方向に延在する2本の帯状のレジストパター
ン13を形成する。レジストパターン13をマスクとし
て図2Gの工程で形成した配線層27から図2Bの工程
で形成した下部エミッタ層22までをエッチングする。
AuGe/Au層のエッチングは、例えばArを用いた
イオンミリングにより行う。GaAs層やAlGaAs
層のエッチングは、Cl2 を用いたRIEにより行う。
レジストパターン13を除去する。
する方向に延在する複数の溝14が形成される。基板上
にポリイミドを回転塗布して溝14内を埋め込む。CF
4 とO2 との混合ガスを用いてエッチバックし、配線層
27を表出させる。溝14内のみにポリイミドが埋め込
まれる。
ける断面図を示す。半絶縁性のGaAs基板20の上
に、ワード線層21、下部エミッタ層22、上部エミッ
タ層23、ベース層24、コレクタ層25、サブコレク
タ層26及び配線層27がこの順番に積層されている。
コレクタ層25までが高抵抗領域になり、サブ領域12
Cでは、ワード線層21から上部エミッタ層23までが
高抵抗領域になっている。サブ領域12B及び12Dで
は、ワード線層21において、ワード線21A、21B
が紙面に垂直な方向に延在する。また、ワード線21A
及び21Bの上には、それぞれ下部エミッタ領域22A
び22Bが配置されている。
は、それぞれ上部エミッタ領域23A及び23Bが配置
されている。上部エミッタ層23から配線層27まで
は、図2Hに示す溝14が形成されているため、紙面に
垂直な方向に関して素子分離されている。
ース領域24Aによって接続されている。ベース領域2
4Aの上には、コレクタ領域25Aが配置されている。
コレクタ領域25Aの上には、図の横方向に延在するサ
ブコレクタ領域26及び配線27Aが形成されている。
在する1対のワード線21A及び21Bと、図の横方向
に延在する配線27Aとの交差箇所に、マルチエミッタ
型ヘテロバイポーラトランジスタ(ME−HBT)が形
成される。これらのME−HBTは、図の横方向に関し
ては、ME−HBTを構成する半導体領域の原子配列を
引き継いで形成されている高抵抗のAlGaAs領域に
よって素子分離され、紙面に垂直な方向に関しては、図
2Hに示す溝14内に埋め込まれたポリイミドによって
素子分離されている。
領域の間、及び2つの上部エミッタ領域の間は、下地表
面及びエミッタ領域の原子配列を引き継いだ高抵抗の半
導体領域で電気的に分離されている。また、ME−HB
Tの配線21A及び21Bの間は、下地表面及び配線2
1A、21Bの原子配列を引き継いだ高抵抗の帯状の半
導体領域で分離されている。
スを周期的に変化させながら、ステップを起点としてモ
ノレイヤを成長させることにより、フォトリソグラフィ
及びエッチングを行うことなく、基板面内の一方向に関
してエピタキシャル成長可能な所望の組成の半導体領域
を所望の位置に配置することができる。高抵抗の半導体
領域を周期的に配置することにより、一方向に関して素
子分離または配線間の分離を行うことができる。
A、23Bとベース領域24Aとの間のpn接合のトン
ネル効果による負性抵抗を利用して、1ビットの情報を
記憶することができる。
例による半導体層の成膜原理を説明する。図4は、(0
01)面を〔110〕方向からわずかにずれた方向に微
小角度オフさせたGaAs半導体基板の平面図を示す。
図の横方向に延在する複数のステップ30が形成され、
その間に(001)面が表出したテラス31が画定され
ている。また、各ステップ30には、ほぼ等間隔に複数
のキンク32が形成されている。相互に隣り合う2つの
キンク間の距離をmモノレイヤ分の長さ、相互に隣り合
う2本のステップ間の距離をnモノレイヤ分の長さとす
る。
体材料の原料を供給すると、供給された構成原子がキン
ク32の部分に結合する。構成原子がキンク32の部分
に結合すると、キンクが1モノレイヤ分だけ図の左方に
移動する。さらに原料を供給すると、これを繰り返して
キンクが1モノレイヤ分ずつ図の左方へ移動する。キン
クがmモノレイヤ分移動すると、ステップが図の上方に
1モノレイヤ分移動したことになる。
長過程を従サイクルとし、従サイクルをn回繰り返すこ
とにより、下地表面上の全領域に1モノレイヤ分の半導
体層を堆積することができる。従サイクルをn回繰り返
す過程を主サイクルとし、主サイクルを複数回繰り返す
ことにより、モノレイヤを複数層積層した半導体層を堆
積することができる。1つの従サイクルの間に、供給す
る原料の組成を変化させ、供給原料の組成変動シーケン
スを同じにして従サイクルを複数回実行すると、ステッ
プ30に平行な方向に関して組成が変動する帯状のモノ
レイヤを形成することができる。
を構成する各従サイクルの供給原料の組成変動シーケン
スを変化させると、組成変動パターンの異なる複数の帯
状モノレイヤを形成することができる。1主サイクル中
の供給原料の組成変動シーケンスを同じにして主サイク
ルを繰り返すと、ステップ30に平行な方向及び直交す
る方向に関して組成の変動する半導体層を形成すること
ができる。
第2の実施例による半導体装置の製造方法を説明する。
図5A〜5Fは、図4に示す4つのキンクを頂点とする
平行四辺形状のテラス領域33内に成膜される半導体層
の平面パターンを示す。なお、使用する基板は、(00
1)面を〔110〕方向からわずかにずれた方向に約
0.2°傾けたGaAsオフ基板である。この場合、相
互に隣り合う2本のステップ30の間隔が約80nm
(約400モノレイヤ分の長さ)になり、相互に隣り合
う2つのキンク32の間隔が約40nm(約200モノ
レイヤ分の長さ)になる。この場合、400回の従サイ
クルが1つの主サイクルを構成する。
端の辺が、GaAs基板表面のステップ30に対応して
いる。下地表面上に、例えば固体ソースを用い、基板温
度を690℃、V/III比を6、成長速度を0.00
1μm/hとしたMBEにより半導体層を堆積する。上
記条件では、従サイクルが約2秒、主サイクルが約80
0秒である。ただし、従サイクルの間に供給原料の組成
を変化させる場合は、この時間にさらにシャッタの開閉
時間が加わる。
aAs、ノンドープAlGaAs、n+ 型GaAs、及
びノンドープAlGaAsをこの順番に堆積する。この
従サイクルを400回繰り返し、下地表面上の全領域に
1モノレイヤの半導体層を堆積する。主サイクルを10
61回繰り返して、厚さ300nmの半導体層を堆積す
る。
向に並んだ4つのサブ領域33A〜33Dに分割したと
き、図の左端のサブ領域33A及び左から3番目のサブ
領域33CでノンドープのAlGaAs、左から2番目
のサブ領域33B及び右端のサブ領域33Dでn+ 型G
aAsとなるワード線層41が形成される。
説明した工程の供給原料の組成変動シーケンス及び主サ
イクルの繰り返し回数を変えて、半導体層を順次形成す
る。図5Bに示すように、テラス領域33の図の下半分
の領域では、従サイクルの供給原料の組成を変化させ
ず、サブ領域33A〜33DにノンドープのAlGaA
s層を堆積し、上半分の領域では、従サイクル中の供給
原料の組成を変化させて、サブ領域33A及び33Cに
ノンドープのAlGaAs層、サブ領域33B及び33
DにBeがドープされた不純物濃度1×1019cm-3の
p+ 型のAlGaAs層を堆積する。これらの半導体層
の厚さを50nmとする。高抵抗のノンドープAlGa
As層の中に島状にp+ 型のAlGaAs層が配置され
た下部エミッタ層42が形成される。
の下半分の領域に、ノンドープのAlGaAs層を堆積
し、上半分の領域では、サブ領域33A及び33Cにノ
ンドープのAlGaAs層、サブ領域33B及び33D
にSiがドープされた不純物濃度5×1018cm-3のn
+ 型のAlGaAs層を堆積する。これらの半導体層の
厚さを50nmとする。高抵抗のノンドープAlGaA
s層の中に島状にn+型のAlGaAs層が配置された
上部エミッタ層43が形成される。
の下半分の領域に、ノンドープのAlGaAs層を堆積
し、上半分の領域では、サブ領域33Aにノンドープの
AlGaAs層、サブ領域33B〜33DにBeがドー
プされた不純物濃度1×10 19cm-3のp+ 型のGaA
s層を堆積する。これらの半導体層の厚さを70nmと
する。高抵抗のノンドープAlGaAs層の中に島状に
p+ 型のGaAs層が配置されたベース層44が形成さ
れる。
の下半分の領域に、ノンドープのAlGaAs層を堆積
し、上半分の領域では、サブ領域33Aにノンドープの
AlGaAs層、サブ領域33B〜33DにSiがドー
プされた不純物濃度1×10 17cm-3のn型のGaAs
層を堆積する。これらの半導体層の厚さを400nmと
する。高抵抗のノンドープAlGaAs層の中に島状に
n型のGaAs層が配置されたコレクタ層45が形成さ
れる。
の下半分の領域に、ノンドープのAlGaAs層を堆積
し、上半分の領域に、Siがドープされた不純物濃度5
×1018cm-3のn+ 型のGaAs層を堆積する。これ
らの半導体層の厚さを400nmとする。ステップ30
に平行な方向に延在する高抵抗のAlGaAs帯状領域
とn+ 型のGaAs帯状領域が交互に配置されたサブコ
レクタ層46が形成される。
における断面図を示す。半絶縁性のGaAs基板40の
上に、ワード線層41、下部エミッタ層42、上部エミ
ッタ層43、ベース層44、コレクタ層45、及びサブ
コレクタ層46がこの順番に積層されている。各層の構
成は、図3に示すME−HBTと同様である。図3で
は、サブコレクタ層26の上に配線層27が形成されて
いるが、図6では配線層27が形成されておらず、サブ
コレクタ層46が配線層を兼ねている。
てはポリイミドによって素子分離されていたが、図6の
場合には、図の横方向及び紙面に垂直な方向の2方向に
関して、高抵抗のAlGaAs領域で素子分離されてい
る。このように、供給原料の組成変動シーケンスを周期
的に変化させながら、キンクを核として半導体層を成長
させることにより、フォトリソグラフィ及びエッチング
を行うことなく、エピタキシャル成長可能な所望の組成
の半導体領域を基板面内の2方向に関して所望の位置に
配置することが可能になる。2方向に関して帯状の高抵
抗領域を周期的に配置することにより、素子分離及び配
線間の分離を行うことができる。
体装置の作製方法を示す。第2の実施例では、図5Aに
示すように、n+ 型GaAs帯状領域からなるワード線
がステップ30と交差する方向に延在し、図5Fに示す
ようにn+ 型GaAs帯状領域からなるビット線がステ
ップ30に平行な方向に延在する場合を説明した。図7
に示す変形例では、これとは逆にワード線がステップに
平行な方向に延在し、ビット線がステップに交差する方
向に延在する。
図5A〜5Fに対応する平面図である。図7A〜7Fに
示す各層とも、それぞれ図5A〜5Fに示す層の半導体
領域の配置パターンを基板面内において約90°回転し
たパターンと同様の配置とされている。図7A〜7Fに
示す変形例においても、フォトリソグラフィ及びエッチ
ングを行うことなく、ワード線及びビット線を交差さ
せ、交差箇所にME−HBTを形成することができる。
差する方向にワード線とビット線を配置し、その交差箇
所にME−HBTを形成した半導体メモリを作製する場
合を説明したが、その他の半導体装置を作製することも
可能である。
GaAsとAlGaAsを堆積する場合を説明したが、
ステップ上の一点もしくはキンクを成長核としてモノレ
イヤごとに成長する性質を有する他の半導体材料を用い
てもよい。
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
ステップ上のある点もしくはキンクを核として半導体層
をモノレイヤごとに成長させ、成長時に供給原料の組成
を変化させることにより、エピタキシャル成長可能な所
望の組成の半導体領域を基板面内の所望の位置に配置す
ることができる。高抵抗の帯状の半導体領域を周期的に
配置することにより、フォトリソグラフィとエッチング
を行うことなく、素子分離、配線間の分離を行うことが
可能になる。
原理を説明するための、基板の平面図及び断面図であ
る。
方法を説明するための、基板の平面図である。
方法で作製したME−HBTの断面図である。
原理を説明するための、基板の平面図である。
方法を説明するための、基板の平面図である。
方法で作製したME−HBTの断面図である。
置の作製方法を説明するための、基板の平面図である。
Claims (9)
- 【請求項1】 モノレイヤの高さを持ち、かつ一方向に
延在する複数のステップが形成された半導体表面を有す
るオフ基板と、 前記オフ基板の半導体表面上に半導体材料により形成さ
れ、複数の帯状導電性領域と帯状高抵抗領域とが縞模様
状に配置され、各縞が前記ステップの延在する方向と平
行な方向に延在し、該帯状導電性領域と帯状高抵抗領域
とが共に下地表面の原子配列を引き継いで形成されてい
る配線層と、 前記配線層の上に形成され、前記帯状導電性領域と電気
的に接続され、かつ前記帯状導電性領域の原子配列を引
き継いで形成されている半導体領域を含む半導体素子と
を有する半導体集積回路装置。 - 【請求項2】 さらに、前記半導体素子の上に形成さ
れ、前記帯状導電性領域と交差する方向に延在し、相互
に平行に配置された複数の上部配線を有し、 前記半導体素子が、前記導電性領域と上部配線との交差
箇所に対応して設けられ、各半導体素子が、対応する上
部配線に電気的に接続されており、 さらに、前記上部配線の延在する方向に並んだ2つの半
導体素子の間に形成され、半導体素子間を電気的に分離
する高抵抗の半導体からなる素子分離領域であって、下
地表面及びその両側の2つの半導体素子を構成する半導
体領域の結晶配列を引き継いで形成されている前記素子
分離領域を有する請求項1に記載の半導体集積回路装
置。 - 【請求項3】 前記半導体素子が、 前記複数の帯状導電性領域のうち相互に隣り合う2本の
帯状導電性領域にそれぞれ接続され、第1導電型の半導
体からなる第1及び第2の下部エミッタ領域と、 前記第1及び第2の下部エミッタ領域の上にそれぞれエ
ピタキシャルに形成され、前記第1導電型と逆の第2導
電型の半導体からなる第1及び第2の上部エミッタ領域
と、 前記第1の下部エミッタ領域と第2の下部エミッタ領域
との間、及び前記第1の上部エミッタ領域と第2の上部
エミッタ領域との間に形成され、高抵抗の半導体からな
るエミッタ分離領域であって、その下の前記高抵抗領
域、前記第1及び第2の下部エミッタ領域、及び前記第
1及び第2の上部エミッタ領域の結晶配列を引き継いで
形成されている前記エミッタ分離領域と、 前記第1及び第2の上部エミッタ領域、及び前記エミッ
タ分離領域の上に形成され、前記第1及び第2の上部エ
ミッタ領域を相互に接続する第1導電型の半導体からな
るベース領域と、 前記ベース領域の上に形成された第2導電型の半導体か
らなるコレクタ領域とを有し、前記コレクタ領域が前記
上部配線に電気的に接続されている請求項2に記載の半
導体集積回路装置。 - 【請求項4】 モノレイヤの高さを持ち、かつ一方向に
延在する複数のステップが形成された半導体表面を有す
るオフ基板を準備する工程と、 前記オフ基板の半導体表面上に、前記一方向に延在する
帯状高抵抗領域と帯状導電性領域とが、前記一方向に直
交する方向に関して交互に配置されたモノレイヤを堆積
し、この上に同一パターンのモノレイヤを積層してワー
ド線層を形成する工程と、 前記ワード線層の上に、該ワード線層の帯状高抵抗領域
上で高抵抗になり、ワード線層の帯状導電性領域上で第
1導電型の半導体領域になるようにモノレイヤを堆積
し、この上に同一パターンのモノレイヤを積層して下部
エミッタ層を形成する工程と、 前記下部エミッタ層の上に、該下部エミッタ層の高抵抗
領域上で高抵抗になり、該下部エミッタ層の第1導電型
の半導体領域上で第1導電型と反対の第2導電型の半導
体領域になるようにモノレイヤを堆積し、この上に同一
パターンのモノレイヤを積層して上部エミッタ層を形成
する工程と、 前記上部エミッタ層の上に、該上部エミッタ層の高抵抗
領域の1つおきの領域上で高抵抗になり、その他の領域
上で第1導電型の半導体領域になるようにモノレイヤを
堆積し、この上に同一パターンのモノレイヤを積層して
ベース層を形成する工程と、 前記ベース層の上に、該ベース層の高抵抗領域上で高抵
抗になり、該ベース層の第1導電型の半導体領域上で第
2導電型の半導体領域になるようにモノレイヤを堆積
し、この上に同一パターンのモノレイヤを積層してコレ
クタ層を形成する工程と、 前記コレクタ層の上に、全面に、該コレクタ層とオーミ
ックに接続される導電層を形成する工程とを有する半導
体装置の製造方法。 - 【請求項5】 さらに、前記一方向に交差する方向に延
在し、前記導電層の上面から前記上部エミッタ層の下面
まで達する複数の溝を形成する工程を含む請求項4に記
載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項6】 モノレイヤの高さを持ちかつ第1の方向
に延在する複数のステップ、及び前記第1の方向と交差
する第2の方向に延在する仮想的な複数の直線と前記ス
テップとの交差箇所にキンクが形成された半導体表面を
有するオフ基板と、 前記オフ基板の半導体表面上に半導体材料により形成さ
れ、複数の帯状導電性領域と帯状高抵抗領域とが縞模様
状に配置され、各縞が前記第1の方向に延在し、帯状導
電性領域と帯状高抵抗領域とが共に下地表面の原子配列
を引き継いで形成されている第1の配線層と、 前記オフ基板の半導体表面上に半導体材料により形成さ
れ、複数の帯状導電性領域と帯状高抵抗領域とが縞模様
状に配置され、各縞が前記第2の方向に延在し、帯状導
電性領域と帯状高抵抗領域とが共に下地表面の原子配列
を引き継いで形成されている第2の配線層と、 前記第1の配線層と第2の配線層との間に、かつ前記第
1の配線層の帯状導電性領域と前記第2の配線層の帯状
導電性領域との交差箇所に対応して形成され、前記第1
及び第2の配線層の対応する帯状導電性領域と電気的に
接続された複数の半導体素子と、 前記第1の配線層と第2の配線層との間に、かつ相互に
隣り合う2つの半導体素子の間に形成された高抵抗の半
導体材料からなる素子分離領域であって、下地表面及び
前記半導体素子を構成する半導体領域の結晶配列を引き
継いで形成されている前記素子分離領域とを有する半導
体集積回路装置。 - 【請求項7】 前記半導体素子が、 前記第1の配線層の複数の帯状導電性領域のうち相互に
隣り合う2本の帯状導電性領域にそれぞれ接続され、第
1導電型の半導体からなる第1及び第2の下部エミッタ
領域と、 前記第1及び第2の下部エミッタ領域に連続してそれぞ
れ第1及び第2の下部エミッタ領域の原子配列を引き継
いで形成され、前記第1導電型と逆の第2導電型の半導
体からなる第1及び第2の上部エミッタ領域と、 前記第1の下部エミッタ領域と第2の下部エミッタ領域
との間、及び前記第1の上部エミッタ領域と第2の上部
エミッタ領域との間に形成され、高抵抗の半導体からな
るエミッタ分離領域であって、下地表面、前記第1及び
第2の下部エミッタ領域、及び前記第1及び第2の上部
エミッタ領域の結晶配列を引き継いで形成されている前
記エミッタ分離領域と、 前記第1及び第2の上部エミッタ領域、及び前記エミッ
タ分離領域に連続し、これらの領域の原子配列を引き継
いで形成され、前記第1の上部エミッタ領域と第2の上
部エミッタ領域とを接続する第1導電型の半導体からな
るベース領域と、 前記ベース領域に連続し、前記ベース領域の原子配列を
引き継いで形成された第2導電型の半導体からなるコレ
クタ領域とを有し、前記コレクタ領域が前記第2の配線
層の帯状導電性領域に電気的に接続されている請求項6
に記載の半導体集積回路装置。 - 【請求項8】 モノレイヤの高さを持ちかつ第1の方向
に延在する複数のステップ、及び前記第1の方向と交差
する第2の方向に延在する仮想的な複数の直線と前記ス
テップとの交差箇所にキンクが形成された半導体表面を
有するオフ基板を準備する工程と、 前記オフ基板の半導体表面領域を、少なくとも1つのキ
ンクを1つの頂点とし、前記第1及び第2の方向のうち
いずれか一方の方向に平行な1対の辺及び他方の方向に
平行な他の1対の辺により画定される平行四辺形領域内
を、前記一方の方向に関して4分割し、前記他方の方向
に関して2分割して8個の領域を画定し、前記一方の方
向に並んだ2組の4領域のうち一方の組の4領域を端か
ら順番に第1、第2、第3及び第4領域とし、他方の組
の4領域を、前記第1、第2、第3及び第4領域に対応
して第5、第6、第7及び第8領域としたとき、前記第
1、第3、第5及び第7領域において高抵抗になり、前
記第2、第4、第6及び第8領域において導電性領域に
なるモノレイヤを堆積し、この上に同一パターンのモノ
レイヤを積層してワード線層を形成する工程と、 前記第2及び第4領域において第1導電型の半導体領域
になり、前記第1、第3及び第5〜第8領域において高
抵抗領域になるモノレイヤを堆積し、この上に同一パタ
ーンのモノレイヤを積層して下部エミッタ層を形成する
工程と、 前記第2及び第4領域において第1導電型とは逆の第2
導電型の半導体領域になり、前記第1、第3及び第5〜
第8領域において高抵抗領域になるモノレイヤを堆積
し、この上に同一パターンのモノレイヤを積層して上部
エミッタ層を形成する工程と、 前記第2〜第4領域において、第1導電型の半導体領域
になり、前記第1及び第5〜第8領域において高抵抗領
域になるモノレイヤを堆積し、この上に同一パターンの
モノレイヤを積層してベース層を形成する工程と、 前記第2〜第4領域において、第2導電型の半導体領域
になり、前記第1及び第5〜第8領域において高抵抗領
域になるモノレイヤを堆積し、この上に同一パターンの
モノレイヤを積層してコレクタ層を形成する工程と、 前記第1〜第4領域において第2導電型の半導体領域に
なり、前記第5〜第8領域において高抵抗領域になるモ
ノレイヤを堆積し、この上に同一パターンのモノレイヤ
を積層してビット線層を形成する工程とを含む半導体装
置の製造方法。 - 【請求項9】 モノレイヤの高さを持ちかつ第1の方向
に延在する複数のステップ、及び前記第1の方向と交差
する第2の方向に延在する仮想的な複数の直線と前記ス
テップとの交差箇所にキンクが形成された半導体表面を
有するオフ基板を準備する工程と、 前記オフ基板の半導体表面領域を、少なくとも1つのキ
ンクを1つの頂点とし、前記第1及び第2の方向のうち
いずれか一方の方向に平行な1対の辺及び他方の方向に
平行な他の1対の辺により画定される平行四辺形領域内
を、前記一方の方向に関して4分割し、前記他方の方向
に関して2分割して8個の領域を画定し、前記一方の方
向に並んだ2組の4領域のうち一方の組の4領域を端か
ら順番に第1、第2、第3及び第4領域とし、他方の組
の4領域を、前記第1、第2、第3及び第4領域に対応
して第5、第6、第7及び第8領域としたとき、前記第
1〜第4領域において第1導電型の半導体領域になり、
前記第5〜第8領域において高抵抗領域になるモノレイ
ヤを堆積し、この上に同一パターンのモノレイヤを積層
してビット線層を形成する工程と、 前記第2〜第4領域において、第1導電型の半導体領域
になり、前記第1及び第5〜第8領域において高抵抗領
域になるモノレイヤを堆積し、この上に同一パターンの
モノレイヤを積層してコレクタ層を形成する工程と、 前記第2〜第4領域において、第1導電型とは逆の第2
導電型の半導体領域になり、前記第1及び第5〜第8領
域において高抵抗領域になるモノレイヤを堆積し、この
上に同一パターンのモノレイヤを積層してベース層を形
成する工程と、 前記第2及び第4領域において第1導電型の半導体領域
になり、前記第1、第3及び第5〜第8領域において高
抵抗領域になるモノレイヤを堆積し、この上に同一パタ
ーンのモノレイヤを積層して下部エミッタ層を形成する
工程と、 前記第2及び第4領域において第2導電型の半導体領域
になり、前記第1、第3及び第5〜第8領域において高
抵抗領域になるモノレイヤを堆積し、この上に同一パタ
ーンのモノレイヤを積層して上部エミッタ層を形成する
工程と、 前記第1、第3、第5及び第7領域において高抵抗にな
り、前記第2、第4、第6及び第8領域において導電性
領域になるモノレイヤを堆積し、この上に同一パターン
のモノレイヤを積層してワード線層を形成する工程とを
含む半導体装置の製造方法。
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US08/936,629 US5905297A (en) | 1996-04-19 | 1997-09-23 | Semiconductor integrated circuit using monolayer epitaxial growth |
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-
1997
- 1997-09-23 US US08/936,629 patent/US5905297A/en not_active Expired - Lifetime
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