JPH0575018A - Semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents
Semiconductor device and manufacture thereofInfo
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- JPH0575018A JPH0575018A JP5319891A JP5319891A JPH0575018A JP H0575018 A JPH0575018 A JP H0575018A JP 5319891 A JP5319891 A JP 5319891A JP 5319891 A JP5319891 A JP 5319891A JP H0575018 A JPH0575018 A JP H0575018A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、イメージセンサなどに
利用される多層構造をもつ半導体装置及びその製造方法
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having a multilayer structure used for an image sensor and the like and a method for manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、電子機器の分野などにおいて、膨
大な情報を取扱うことのできる並列処理回路や、インテ
リジェントなイメージセンサ等が脚光を浴びており、こ
れらの回路やセンサ等を作製するのに三次元ICとして
の構造をもつ半導体装置が必要となる。2. Description of the Related Art In recent years, parallel processing circuits capable of handling enormous amounts of information, intelligent image sensors, and the like have been in the limelight in the field of electronic devices, etc. A semiconductor device having a structure as a three-dimensional IC is required.
【0003】この種の半導体装置は、例えば図2に示す
ような多層構造のものとなっており、図2の例では、S
i基板50上に形成された第1層51と、第1層51の
上層に形成された第2層52との2層構造となってい
る。すなわち、第1層51,第2層52にはそれぞれM
ISトランジスタ等のデバイスが形成され、三次元IC
としての機能を有するようになっている。A semiconductor device of this kind has a multi-layer structure as shown in FIG. 2, for example, and in the example of FIG.
It has a two-layer structure of a first layer 51 formed on the i substrate 50 and a second layer 52 formed on the first layer 51. That is, each of the first layer 51 and the second layer 52 has M
Devices such as IS transistors are formed, and three-dimensional ICs
It has a function as.
【0004】このような半導体装置を作製するのに、従
来では、第1層51として、先づ、Si基板50上にS
iO2 等の絶縁膜を形成し、この絶縁膜に所定のエッチ
ングを施し、基板50に所定の不純物をドープしてこれ
にソースやドレイン領域53を形成したり、また所定の
電極配線54を形成したり、また、多結晶Siのゲート
電極55を形成して、MISトランジスタ等のデバイス
を形成する。しかる後、再度、所定の厚さにSiO2 等
の絶縁膜を形成し、これにより第1層51を形成する。In the conventional method of manufacturing such a semiconductor device, as the first layer 51, S is first formed on the Si substrate 50.
An insulating film such as iO 2 is formed, the insulating film is subjected to predetermined etching, and the substrate 50 is doped with a predetermined impurity to form a source or drain region 53, or a predetermined electrode wiring 54 is formed. Alternatively, the gate electrode 55 of polycrystalline Si is formed to form a device such as a MIS transistor. After that, an insulating film of SiO 2 or the like is formed again with a predetermined thickness to form the first layer 51.
【0005】次いで、第1層51の上層に位置する第2
層52を形成する場合には、第1層51上に、先づ、多
結晶Siの膜56を形成し、しかる後、SiO2 等の絶
縁膜を形成し、この絶縁膜を介して、その下の多結晶S
iの膜56に所定のエッチングを施し、多結晶Siの膜
56に所定の不純物をドープしてソースやドレイン領域
57を形成したり、また、多結晶Siのゲート電極58
を形成して、MISトランジスタ等のデバイスを形成す
る。しかる後、所定の厚さにSiO2 等の絶縁膜を形成
し、第2層52を形成することができる。Then, the second layer located on the upper layer of the first layer 51.
When forming the layer 52, a polycrystalline Si film 56 is first formed on the first layer 51, and then an insulating film such as SiO 2 is formed, and the insulating film is formed through this insulating film. Lower polycrystalline S
The film 56 of i is subjected to predetermined etching, the film 56 of polycrystalline Si is doped with predetermined impurities to form the source and drain regions 57, and the gate electrode 58 of polycrystalline Si is used.
To form a device such as a MIS transistor. After that, an insulating film of SiO 2 or the like is formed to a predetermined thickness to form the second layer 52.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】ところで、多結晶Si
は、キャリア移動度が約10〜100cm2 /V・S程度
と小さいので、高速動作可能なデバイスを得るために
は、例えば図2の第2層52において、多結晶Siの膜
56をレーザ光走査などによって単結晶化する必要があ
る。しかしながら、結晶性の良い単結晶を図2のような
微細パターン状に形成するのは技術的に困難であり、こ
の結果、三次元IC等の分野では、移動度が大きく高速
動作可能なデバイスを形成するのが難かしいという問題
があった。By the way, polycrystalline Si
Has a small carrier mobility of about 10 to 100 cm 2 / V · S. Therefore, in order to obtain a device capable of high speed operation, for example, in the second layer 52 of FIG. It is necessary to form a single crystal by scanning or the like. However, it is technically difficult to form a single crystal having good crystallinity into a fine pattern as shown in FIG. 2. As a result, in the field of three-dimensional IC and the like, a device having a large mobility and capable of operating at high speed has been developed. There was a problem that it was difficult to form.
【0007】また、多結晶または単結晶のSiを形成す
るには、約600℃以上の高い加熱温度を必要とし、従
って、図2のように、電極配線54を第1層51に形成
し、その上層の第2層52に多結晶Si膜56等を形成
する場合に、電極配線54としては、多結晶Si膜56
等を形成する際に溶融しない材料のもの、すなわち、上
記の高い温度よりも高い融点をもつものを用いる必要が
ある。従って、従来では、電極配線54の材料として
は、例えば、W,MO,またはPなど、あるいはこれら
とSiの反応生成物であるシリサイドや、多結晶Siと
上記高融点金属の2層構造をもつポリサイドが用いられ
ていた。しかしながら、これらの高融点金属やシリサイ
ド,ポリサイドの比抵抗は、約10μΩ・cmであり、多
結晶Siの比抵抗に比べれば小さいが、Al等の金属の
比抵抗(Alでは約2.5μΩ・cm)に比べれば1桁程
度大きく、導電性に劣るので、この結果、高速動作が要
求されるデバイスの特性を劣化させるという問題があっ
た。Further, in order to form polycrystalline or single crystal Si, a high heating temperature of about 600 ° C. or higher is required. Therefore, as shown in FIG. 2, the electrode wiring 54 is formed on the first layer 51, When the polycrystalline Si film 56 or the like is formed on the second layer 52 above it, the polycrystalline Si film 56 is used as the electrode wiring 54.
It is necessary to use a material that does not melt when forming the above, that is, a material that has a melting point higher than the above high temperature. Therefore, conventionally, the material of the electrode wiring 54 is, for example, W, M O , P, or the like, a silicide that is a reaction product of these, and Si, or a two-layer structure of polycrystalline Si and the refractory metal. The polycide was used. However, the specific resistance of these refractory metals, silicides, and polycides is about 10 μΩ · cm, which is smaller than the specific resistance of polycrystalline Si, but the specific resistance of metals such as Al (about 2.5 μΩ · for Al). cm), which is about an order of magnitude larger and is inferior in conductivity. As a result, there is a problem in that the characteristics of a device that requires high speed operation are deteriorated.
【0008】このように、従来の半導体装置では、多層
構造の上層に位置するMISトランジスタ等のデバイス
の材料にSiを用いていたので、大きなキャリア移動度
のものにすることができないとともに、下層の電極配線
には比抵抗の小さなものを使用することができず、高速
動作可能な実用的な三次元ICを実現するのは極めて困
難であった。As described above, in the conventional semiconductor device, since Si is used as the material of the device such as the MIS transistor located in the upper layer of the multi-layer structure, it cannot have a large carrier mobility and the lower layer of It is extremely difficult to realize a practical three-dimensional IC capable of operating at high speed because it is not possible to use an electrode wiring having a small specific resistance.
【0009】本発明は、高速動作可能な実用的な三次元
IC等を実現するのに適した半導体装置及びその製造方
法を提供することを目的としている。It is an object of the present invention to provide a semiconductor device suitable for realizing a practical three-dimensional IC or the like that can operate at high speed, and a manufacturing method thereof.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、多層構造をもつ半導体装置において、各層
のデバイス材料に多結晶InPを用い、また、電極配線
には、多結晶InPが形成される温度よりも高い融点を
もつ材料、例えばAlを用いている。In order to achieve the above object, the present invention uses a polycrystalline InP as a device material of each layer in a semiconductor device having a multilayer structure, and the electrode wiring is made of a polycrystalline InP. A material having a melting point higher than the temperature at which it is formed, such as Al, is used.
【0011】[0011]
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図1は本発明に係る半導体装置の一実施例の構
成図である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of a semiconductor device according to the present invention.
【0012】本実施例の半導体装置は、例えば図2に対
応した図1に示すような多層構造のものとなっており、
この例では、Si基板1上に形成された第1層2と、第
1層2の上層に形成された第2層3との2層構造となっ
ている。すなわち、第1層2,第2層3にはそれぞれM
ISトランジスタ等のデバイスが形成され、三次元IC
としての機能を有するようになっている。The semiconductor device of this embodiment has a multi-layer structure as shown in FIG. 1 corresponding to FIG. 2, for example.
This example has a two-layer structure of a first layer 2 formed on the Si substrate 1 and a second layer 3 formed on the first layer 2. That is, the first layer 2 and the second layer 3 each have M
Devices such as IS transistors are formed, and three-dimensional ICs
It has a function as.
【0013】ところで、本実施例では、第2層3にMI
Sトランジスタ等のデバイスを形成するのに、そのデバ
イス材料として、多結晶Siよりも1桁以上もキャリア
移動度が大きく、かつSiに比べて低い温度で形成され
る多結晶InPが用いられている。具体的には、多結晶
InPは、500乃至1000cm2 /V・S程度の大き
なキャリア移動度を有するものを形成することが可能で
あり、また400℃以下の低い温度で形成可能である。By the way, in this embodiment, the second layer 3 is provided with MI.
In order to form a device such as an S-transistor, as a device material thereof, polycrystalline InP having a carrier mobility higher than that of polycrystalline Si by one digit or more and formed at a temperature lower than that of Si is used. .. Specifically, polycrystalline InP can be formed to have a large carrier mobility of about 500 to 1000 cm 2 / V · S, and can be formed at a low temperature of 400 ° C. or lower.
【0014】図1に示すような半導体装置を作製するに
は、先づ、第1層2として、Si基板1上にSiO2 等
の絶縁膜を形成し、この絶縁膜に所定のエッチングを施
し、基板1に所定の不純物をドープしてこれにソースや
ドレイン領域4を形成したり、また所定の電極配線5を
形成したり、また、多結晶Siのゲート電極6を形成し
て、MISトランジスタ等のデバイスを形成する。In order to manufacture the semiconductor device as shown in FIG. 1, first, an insulating film such as SiO 2 is formed on the Si substrate 1 as the first layer 2, and the insulating film is subjected to predetermined etching. The substrate 1 is doped with a predetermined impurity to form a source / drain region 4 therein, a predetermined electrode wiring 5 is formed therein, and a polycrystalline Si gate electrode 6 is formed to form a MIS transistor. Etc. to form a device.
【0015】この際に、第1層2が形成された後に形成
されるべき第2層3のデバイス材料として、本実施例で
は上述のように400℃以下の低い温度で形成される多
結晶InPを用いるので、従来のような高融点金属やシ
リサイド,ポリサイド等の融点の高い材料を用いて電極
配線5を形成せずとも良く、W,MO等に比べて融点の
低いAl等の材料を用いて電極配線5を形成することが
できる。At this time, as a device material of the second layer 3 to be formed after the first layer 2 is formed, in this embodiment, polycrystalline InP formed at a low temperature of 400 ° C. or lower as described above. Therefore, it is not necessary to form the electrode wiring 5 by using a high melting point metal or a material having a high melting point such as silicide or polycide as in the related art, and a material such as Al having a lower melting point than W, M O , The electrode wiring 5 can be formed by using this.
【0016】しかる後、再度、所定の厚さにSiO2 等
の絶縁膜を形成し、これにより第1層2の形成を完了す
る。次いで、第1層2の上層に位置する第2層3を形成
する場合には、第1層2上に、先づ、多結晶InPの膜
7を形成する。次いで、SiO2 等の絶縁膜を低温形成
し、この絶縁膜を介して、その下の多結晶InPの膜7
に所定のエッチングを施し、多結晶InPの膜7に所定
の不純物をドープしてソースやドレイン領域8を形成し
たり、また、所定のゲート電極9を形成して、MISト
ランジスタ等のデバイスを形成する。しかる後、所定の
厚さにSiO2 等の絶縁膜を形成し、第2層3を形成す
ることができる。After that, an insulating film of SiO 2 or the like is formed again with a predetermined thickness to complete the formation of the first layer 2. Next, when forming the second layer 3 located above the first layer 2, the polycrystalline InP film 7 is first formed on the first layer 2. Then, an insulating film such as SiO 2 is formed at a low temperature, and the polycrystalline InP film 7 thereunder is formed through this insulating film.
The polycrystalline InP film 7 is doped with a predetermined impurity to form a source / drain region 8 and a predetermined gate electrode 9 is formed to form a device such as a MIS transistor. To do. After that, an insulating film such as SiO 2 is formed to a predetermined thickness to form the second layer 3.
【0017】このようにして作製された半導体装置で
は、多層構造の上層に位置するMISトランジスタ等の
デバイスの材料に500乃至1000cm2 /V・S程度
の大きなキャリア移動度をもつ多結晶InPが用いられ
ているので、高速動作が可能なデバイスを提供すること
ができる。また、デバイス材料としてSiを用いる場合
には、キャリア移動度を大きくするために多結晶Siを
単結晶Siに形成するといった複雑かつ難かしい製造技
術を必要としたが、本実施例では、それ自体で大きなキ
ャリア移動度をもつ多結晶InPを用いているので、こ
れを単結晶のものに変換する必要がなく、従って、高速
動作可能なデバイスを極めて容易に作製することができ
る。In the semiconductor device thus manufactured, polycrystalline InP having a large carrier mobility of about 500 to 1000 cm 2 / V · S is used as a material for a device such as a MIS transistor located in the upper layer of the multilayer structure. Therefore, a device capable of high-speed operation can be provided. Further, when Si is used as the device material, a complicated and difficult manufacturing technique such as forming polycrystalline Si into single crystal Si in order to increase the carrier mobility is required. Since polycrystalline InP having a large carrier mobility is used, it is not necessary to convert it to a single crystal, so that a device that can operate at high speed can be manufactured very easily.
【0018】さらに、多結晶InPは低い温度で形成可
能であり、下層の電極配線の材料をAl等の金属にする
ことができる。下層の電極配線を例えばAlで形成する
場合には、従来に比べて電極配線の比抵抗を1桁程度小
さくすることができるので、電極配線によってデバイス
特性が劣化するといった従来の問題を改善することがで
きる。Furthermore, polycrystalline InP can be formed at a low temperature, and the material of the electrode wiring in the lower layer can be a metal such as Al. When the lower layer electrode wiring is formed of, for example, Al, the specific resistance of the electrode wiring can be reduced by about one digit as compared with the conventional one, so that the conventional problem that the device characteristics are deteriorated by the electrode wiring is improved. You can
【0019】これによって、高速動作が可能な実用的な
三次元ICを実現することが可能となる。なお、上述の
実施例では、第1層2、第2層3の2層からなる多層構
造を例にとって説明したが、第2層3よりもさらに上層
に種々の層を形成し、より複雑な機能をもつ三次元IC
を実現することができる。この場合にも、第2層3以上
の層のデバイス材料に多結晶InPを用いることによ
り、上述したと同様にして、高速動作可能な実用的な三
次元ICを提供することができる。また、デバイス材料
として、多結晶InPの他にも、移動度が大きな3−5
族化合物、例えばGaAsを用いることも可能である。
但し、GaAsのMISトランジスタでは、n型反転層
が形成されにくいので、デバイスとしてnチャネル型の
MISトランジスタを形成する場合には、n型反転層の
形成され易いInPをデバイス材料に用いるのが良い。As a result, it becomes possible to realize a practical three-dimensional IC capable of high-speed operation. In addition, in the above-described embodiment, the multi-layered structure including the two layers of the first layer 2 and the second layer 3 has been described as an example, but various layers are formed above the second layer 3 to make a more complicated structure. 3D IC with functions
Can be realized. Also in this case, by using polycrystalline InP for the device material of the second layer 3 or higher layers, a practical three-dimensional IC capable of high-speed operation can be provided in the same manner as described above. Further, as a device material, in addition to polycrystalline InP, 3-5 having a large mobility is used.
It is also possible to use a group compound, for example GaAs.
However, in a GaAs MIS transistor, it is difficult to form an n-type inversion layer. Therefore, when forming an n-channel type MIS transistor as a device, it is preferable to use InP, which easily forms an n-type inversion layer, as a device material. .
【0020】[0020]
【発明の効果】以上に説明したように本発明の半導体装
置によれば、多層構造の各層のデバイス材料に移動度の
大きな多結晶InPを用い、また電極配線には、比抵抗
の小さなAl等の材料を用いているので、高速動作可能
な実用的な三次元ICを実現することができる。As described above, according to the semiconductor device of the present invention, polycrystalline InP having a high mobility is used as the device material of each layer of the multilayer structure, and Al having a low specific resistance is used for the electrode wiring. Since these materials are used, a practical three-dimensional IC capable of high-speed operation can be realized.
【0021】また、上記のような高速動作可能なデバイ
スを多結晶InPを用いて作製するようにしているの
で、Siのようにこれを単結晶化する必要がなく、高速
動作可能なデバイスを極めて容易に作製することができ
る。Further, since the device capable of high-speed operation as described above is manufactured by using polycrystalline InP, it is not necessary to make it into a single crystal like Si, and thus a device capable of high-speed operation is extremely high. It can be easily manufactured.
【図1】本発明に係る半導体装置の一実施例の構成図で
ある。FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment of a semiconductor device according to the present invention.
【図2】従来の半導体装置の一実施例の構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of an example of a conventional semiconductor device.
1 基板 2 第1層 3 第2層 4 ソースおよびドレイン領域 5 電極配線 6 ゲート電極 7 多結晶InPの膜 8 ソースおよびドレイン領域 9 ゲート電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 First layer 3 Second layer 4 Source and drain region 5 Electrode wiring 6 Gate electrode 7 Polycrystalline InP film 8 Source and drain region 9 Gate electrode
Claims (3)
層のデバイス材料に多結晶InPを用い、また、電極配
線には、多結晶InPが形成される温度よりも高い融点
をもつ材料を用いていることを特徴とする半導体装置。1. In a semiconductor device having a multi-layer structure, polycrystalline InP is used as a device material of each layer, and a material having a melting point higher than the temperature at which polycrystalline InP is formed is used for electrode wiring. A semiconductor device characterized by the above.
材料で形成されることを特徴とする請求項1記載の半導
体装置。2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the electrode wiring is formed of a material containing at least Al.
おいて、多結晶InP材料を用いて多層のデバイスを形
成し、少なくともAlを含む材料で電極配線を形成する
ようになっていることを特徴とする半導体装置の製造方
法。3. A method of manufacturing a semiconductor device having a multi-layer structure, wherein a multi-layer InP material is used to form a multi-layer device, and an electrode wiring is formed of a material containing at least Al. Method for manufacturing semiconductor device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5319891A JPH0575018A (en) | 1991-02-26 | 1991-02-26 | Semiconductor device and manufacture thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5319891A JPH0575018A (en) | 1991-02-26 | 1991-02-26 | Semiconductor device and manufacture thereof |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0575018A true JPH0575018A (en) | 1993-03-26 |
Family
ID=12936179
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5319891A Pending JPH0575018A (en) | 1991-02-26 | 1991-02-26 | Semiconductor device and manufacture thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0575018A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102008011799A1 (en) | 2007-07-11 | 2009-01-15 | Mitsubishi Electric Corp. | Semiconductor device |
-
1991
- 1991-02-26 JP JP5319891A patent/JPH0575018A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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