JPH046106B2 - - Google Patents

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JPH046106B2
JPH046106B2 JP57086627A JP8662782A JPH046106B2 JP H046106 B2 JPH046106 B2 JP H046106B2 JP 57086627 A JP57086627 A JP 57086627A JP 8662782 A JP8662782 A JP 8662782A JP H046106 B2 JPH046106 B2 JP H046106B2
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JP
Japan
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thin film
semiconductor thin
mos transistor
gate
substrate
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JP57086627A
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JPS58204568A (ja
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Takaaki Hagiwara
Shojiro Asai
Masanobu Myao
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate

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  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体装置の構造に係わり、特に高集
積可能な半導体装置に関する。
従来、半導体装置は、素子を半導体基板表面に
形成するものがほとんどであり、特に、集積密度
の大きなLSI(大規模集積回路)ではその傾向が
強い。集積密度はさらに上げるために基板内部に
素子を形成したり、絶縁性の基板(例えばサフア
イア基板)上に半導体薄膜を形成し、その上に素
子を形成した例もあるが、大規模に生産されるま
でに到つていない。
最近、集積度を上げるために素子を多層に形成
する技術が検討されている。その例を図面を用い
て説明する。
第1図は、Gibbons等(IEEE,EDL−1,p,
117,1980)の提案によるもので、同図aは半導
体装置の模式的断面図、bはその等価回路であ
る。図において、1は基板、2は半導体薄膜、3
はゲート、4は絶縁膜、5及び6は拡散層であ
る。
半導体装置1の表面と半導体薄膜2の裏面(基
板側に近い表面)にMOSトランジスタをつくり、
1つのゲート3で制御する構造となつている。
第2図は、Lam等(IEDM Tech.Dig.,p.559,
1980)の提案によるもので、同図aは半導体装置
の模式的断面図、bはその等価回路である。図に
おいて、前出のものと同一符号のものは同一又は
均等部分を示すものとする。
基板1の上に絶縁膜(例えばSiO2)7を設け、
さらにその上に半導体薄膜2を設け、その半導体
薄膜の表面(基板から遠い表面)にMOSトラン
ジスタを形成している。このように構成すると、
浮遊容量が少なくなり、MOSトランジスタの動
作速度を上げることができる。
第1図、第2図に示したこれらの例では、
MOSトランジスタにおけるキヤリアの移動度の
低下を防ぐため、半導体薄膜2は、多結晶シリコ
ンを被着した後レーザを照射して瞬間的に多結晶
シリコンを結晶化させて、単結晶またはほとんど
単結晶に近い状態にしている。
しかしながら、これらの例を含めて従来の素子
は、いずれも半導体薄膜の一表面のみを利用して
おり、このため工程が複雑になる割には集積度が
上がらないという問題点があつた。
本発明は、以上の考察により、従来技術の問題
点をなくし、半導体薄膜上に多数の素子を形成す
る素子構造を提供するものである。
本発明は、ドライバMOSトランジスタと、負
荷MOSトランジスタとを有し、上記ドライバ
MOSトランジスタのゲート電極は基板上に設け
られた半導体薄膜の側面にゲート絶縁膜を介して
設けられ、上記負荷MOSトランジスタのゲート
電極は上記半導体薄膜の上面又は下面の一方にゲ
ート絶縁膜を介して設けられ、上記ドライバ
MOSトランジスタのゲート電極を入力端子とし、
上記ドライバMOSトランジスタの第1の端子と
上記負荷MOSトランジスタの第1の端子とを接
続して出力端子としたインバータを有することを
特徴とする半導体装置である。
以下、本発明を実施例に基いて詳細に説明す
る。
第3図は本発明の第1の参考例を示したもの
で、半導体薄膜2の表面にスイツチング素子、裏
面にキヤパシタ(容量性素子)を配したダイナミ
ツクRAM(ランダム・アクセス・メモリ)のメ
モリセルである。同図aは断面図、bはその等価
回路である。
基板(例えばSi基板)1上に絶縁膜(例えば
SiO2,膜厚0.1μm)7を形成、その上に単結晶ま
たはほとんど単結晶の半導体薄膜(例えばSiの薄
膜、膜厚1μm)2を形成する。さらにその上に絶
縁膜(例えばSiO2、膜厚0.1μm)4とゲート(例
えば多結晶Si、厚さ0.3μm)3を設け、半導体薄
膜2の表面部に拡散層6,6′を形成し、ゲート
3をワード線に、拡散層6をビツト線とする。こ
こでビツト線(拡散層6)側の半導体薄膜2の側
面には拡散層が入らぬようにし、その反対側の側
面には拡散層6′を形成する。ここで基板1に半
導体薄膜2が反転する極性の電圧を印加しておけ
ば、スイツチング素子のビツト線とは反対側のノ
ード(拡散層6′)と半導体薄膜2の裏面8とは
電気的に接続されるから、裏面8と基板1との間
の容量を、ダイナミツクRAMの電荷蓄積容量C
として用いることができる。
なお、半導体基板1の抵抗を低くするために、
その表面に拡散層(不純物濃度は例えば1×
1020/cm3)9を形成するのが好ましい。
第4図は本発明の第2の参考例を示したもの
で、第1の参考例と同様にダイナミツクRAMの
メモリセルである。同図aは断面図、bはその等
価回路である。スイツチング素子を半導体薄膜2
の側面に形成した点が第1の参考例(第3図)と
異なつている。
ゲート3は半導体薄膜2の側面の近傍に絶縁膜
(酸化膜)4を介して設けられ、ビツト線(拡散
層6)と半導体薄膜2の裏面8との間にスイツチ
ング素子を形成している。
第5図a〜cは第2の参考例(第4図)におけ
るゲート3の製造工程説明図である。図面の順番
に対応させて、主要工程を説明する。
(a) 基板1上に絶縁膜7と多結晶シリコン2′を
形成し、レーザ又は電子線10を照射して多結
晶シリコン2′を単結晶化する。例えばレーザ
を用いる場合、その光源として出力3〜10Wの
連続発振Arレーザを用いたとすると、ビーム
径1〜30μm、走査速度1〜50cm/Sで単結晶
化ができ、半導体薄膜2が形成される。
(b) 次に、絶縁膜(酸化膜)4と多結晶シリコン
又は金属等のゲートとすべき薄膜3′を形成、
方向性の強いエツチング方法(例えばイオンビ
ームエツチング)によりエツチングする。
(c) 上記エツチング工程において、半導体薄膜2
の側面部は、エツチングの進行が遅いためにゲ
ート3が残る。
以上により、半導体薄膜2の側面にゲート電極
3が形成され、従つて側面をスイツチング素子と
して利用することが可能である。
第6図は本発明の第3の参考例を示したもの
で、第1の参考例と同様な電気的動作を行なう半
導体装置であり、同図aは模式的に示した断面
図、bは平面的レイアウトの一例を示す図、cは
等価回路である。
本参考例においては、蓄積容量を半導体薄膜2
の裏面のみでなく、その上面および側面にも設
け、得られるキヤパシタンスを大きくしたもので
ある。スイツチMOSトランジスタのゲート3、
および蓄積容量Cのうち半導体薄膜2の上面に構
成される部分に対するゲート11が半導体薄膜2
の上面に設けられ、さらに蓄積容量のゲート11
は半導体薄膜の隙間に入りこんで、その側面を蓄
積容量とするためのゲート12となり、さらに半
導体薄膜の底面を蓄積容量とするためのゲート
(拡散層9)と接続されている。
第6図bに示したように、半導体薄膜2は、左
右からくしの歯状に交互に出ており、その中を半
導体薄膜の側面を蓄積容量とするゲート12がジ
グザグに走る。ビツト線を連続的に接続するため
の配線の描画は省略したが、図において横方向に
配置され、コンタクト13を通してスイツチ
MOSトランジスタのビツト線側と接続される。
このレイアウトにより、蓄積容量を平面的に設
けた場合に比べ約6倍の容量値を得ることができ
る。
第7図は本発明の第1の実施例で、インバータ
を構成したものであり、同図aは断面図、bは等
価回路である。ドライバとして半導体薄膜2の側
面を利用しゲート3を入力とするMOSトランジ
スタを、負荷として半導体薄膜2の上面を利用し
たMOSトランジスタ(そのゲートを3′とする。)
を用いている。
第8図は本発明の第2の実施例で、同じくイン
バータを構成したものであり、同図aは断面図、
bは等価回路である。第4の実施例と同様に、半
導体薄膜2の側面に形成したMOSトランジスタ
をドライバとし、負荷は拡散層9をゲートとする
半導体薄膜2の下面に形成したMOSトランジス
タを用いている。
なお、第7図、第8図において、半導体薄膜2
と拡散層9の間に挿入された絶縁膜7′は単に電
気的絶縁を行なうためのもので、第1〜第3の実
施例において蓄積容量として用いた絶縁膜7より
は厚い膜(例えば0.5μm)を用いるのが好まし
い。
これらの実施例(第7,8図)では、インバー
タとしての所要面積が、実効的に負荷となる
MOSトランジスタの面積と同じですむため、平
面的にレイアウトしたインバータに比べ、面積は
約2分の1となる。
以上の参考例又は実施例においては、素子を形
成する半導体薄膜の電位を固定するための方法に
ついて説明しなかつたが、これについても種々の
方法が考えられる。最も簡単なのは半導体薄膜の
浮遊電位のままで用いることで、原理的には動作
可能であるが、トランジスタのソース・ドレイン
間耐圧の低下が起こる。
第9図は、第3の参考例(第6図)について、
半導体薄膜の電位を固定する方法を示したもの
で、同図aは断面図、bはその等価回路である。
半導体薄膜2を形成する前に絶縁膜7に開孔20
を作り、その後で半導体薄膜2を形成する。基板
1と半導体薄膜2との導電形が同じであれば、こ
れにより半導体薄膜2の電位は基板1の電位と同
じになる。第1,第2,第4の実施例(第3図、
第4図、第7図)についてもこれと同様の方法で
半導体薄膜電位の固定が可能である。
第2の実施例(第8図)については、半導体薄
膜2の上面もコンタクトをとる場所として使うこ
とが可能である。
第10図は上記第2の実施例における半導体薄
膜の電位を固定する方法を説明するための具体的
構造を示した断面図である。図において、14は
半導体薄膜2と同じ導電形の拡散層、15は半導
体薄膜2の電位を固定する電極、16は保護絶縁
膜(例えばPSG)、17はソース電極、18はド
レイン電極、19は出力電極である。この方法も
また第1〜第4の実施例に対しても用いることは
可能であるが、拡散層14と電極15を形成する
ための領域が余分に必要となるため、これらの実
施例については第9図に示す方法がより好まし
い。
以上説明したように、本発明によれば、ダイナ
ミツクRAMのメモリセル、インバータ等におい
て、従来に比べ画期的な面積の縮減が可能にな
る。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図はいずれも半導体薄膜を用い
てMOSトランジスタを形成した従来例を示すも
ので、各図のaは模式的断面図、bは等価回路
図、第3図及び第4図はそれぞれ本発明の第1及
び第2の参考例を示すもので、各図のaは半導体
装置の模式的断面図、bは等価回路図、第5図a
〜cは第2の参考例(第4図)におけるゲートの
製造工程説明図、第6図は本発明の第3の参考例
を示すもので、同図aは半導体装置の模式的断面
図、bは平面図、cは等価回路図、第7図及び第
8図はそれぞれ本発明の第1及び第2の実施例を
示すもので、各図のaは半導体装置の模式的断面
図、bは等価回路図、第9図a及び第10図はい
ずれも半導体薄膜の電位を固定する方法について
の説明図で、第9図bは同図aの等価回路図であ
る。 1……基板(半導体基板)、2……半導体薄膜、
3……ゲート、4,7……絶縁膜、6,6′,
6″,6……拡散層、9……拡散層、10……
レーザ又は電子線。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 ドライバMOSトランジスタと、負荷MOSト
    ランジスタとを有し、上記ドライバMOSトラン
    ジスタのゲート電極は基板上に設けられた半導体
    薄膜の側面にゲート絶縁膜を介して設けられ、上
    記負荷MOSトランジスタのゲート電極は上記半
    導体薄膜の上面又は下面の一方にゲート絶縁膜を
    介して設けられ、上記ドライバMOSトランジス
    タのゲート電極を入力端子とし、上記ドライバ
    MOSトランジスタの第1の端子と上記負荷MOS
    トランジスタの第1の端子とを接続して出力端子
    としたインバータを有することを特徴とする半導
    体装置。
JP57086627A 1982-05-24 1982-05-24 半導体装置 Granted JPS58204568A (ja)

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