JPH079993B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method thereof

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JPH079993B2
JPH079993B2 JP60093745A JP9374585A JPH079993B2 JP H079993 B2 JPH079993 B2 JP H079993B2 JP 60093745 A JP60093745 A JP 60093745A JP 9374585 A JP9374585 A JP 9374585A JP H079993 B2 JPH079993 B2 JP H079993B2
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insulating film
mosfet
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gate
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光紀 蕨迫
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    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、MIS(金属−絶縁膜−半導体)型電界効果ト
ランジスタ(FET)を有する半導体装置およびその製造
方法に係り、特に、半導体と絶縁物との積層構造をLSI
用MISFETのチャネル領域およびゲート絶縁膜として使え
る程に界面特性が良好なSOI構造を形成し得る半導体装
置およびその製造方法に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having a MIS (metal-insulating film-semiconductor) type field effect transistor (FET) and a method for manufacturing the same, and particularly to a semiconductor and an insulator. The laminated structure with
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a semiconductor device capable of forming an SOI structure having good interface characteristics that can be used as a channel region and a gate insulating film of a MISFET for use in a semiconductor device, and a manufacturing method thereof.

〔発明の背景〕 電子計算機、通信機器の発達は目ざましく、特に最近で
は、複数の電子計算機を通信回線を用いてネットワーク
に組み、より高度な機能を実現しようという試みが開始
された。まさに、情報化時代の幕開けの感が強い。した
がって、今やこれらの機器の開発は時代の要請であり、
その基本部品である大規模集積回路(LSI)の超高速
化、超高集積化に対する要求は極めて大きい。これまで
この要求に応えるための主な手法は素子の微細化であっ
た。しかし、今後は、SOI(Silicon On Insulator:絶縁
物上の単結晶Si)構造を用いた積層集積回路や新構造ト
ランジスタがその立役者になると考えられる。それらの
デバイスの一例を第8図(A)、(B)に示す。
BACKGROUND OF THE INVENTION The development of electronic computers and communication devices has been remarkable, and in particular, recently, attempts have been made to realize more advanced functions by connecting a plurality of electronic computers to a network using communication lines. There is a strong sense of the dawn of the information age. Therefore, the development of these devices is now a demand of the times,
The demand for ultra-high speed and ultra-high integration of the large-scale integrated circuit (LSI) that is the basic component is extremely large. Until now, the main method to meet this demand has been the miniaturization of elements. However, in the future, it is considered that stacked integrated circuits and new-structure transistors using SOI (Silicon On Insulator: single crystal Si on insulator) will play a key role. Examples of these devices are shown in FIGS. 8 (A) and 8 (B).

第8図(A)は積層集積回路の断面図であり、通常の平
面に形成したLSIを絶縁膜を介して積層したもので、集
積度が層数倍だけ増加する。第8図(B)はジェイ・エ
フ・ギボンズ(J.F.Gibbons)およびケイ・エフ・リー
(K.F.Lee)によるアイ・イー・イー・イー・エレクト
ロン・デバイスイズ・レターズ(IEEE Electron Device
s Letters),Vol.EDL-1,No.6(1980年6月)の117〜118
頁に記載された論文「ワン・ゲート・ワイド CMOS イン
バータ オン レーザ・リクリスタライズド ポリシリ
コン」(One-Gate-Wide CMOS Inverter on Laser-Recry
stallized Polysilicon:レーザ再結晶化多結晶シリコン
上に形成した単一ゲートCMOSインバータ)により示され
た新構造トランジスタの一つであるジョイントゲートCM
OSである。いずれも、絶縁膜5上のSi層6に形成したMI
SFET(この場合、絶縁膜が酸化膜(xide)なので、MO
SFETと呼ぶ)を基本素子としている。第8図(A)にお
いては、一点鎖線で囲んだ部分がMOSFETである。なお、
ジョイントゲートCMOSとは、第9図(A)〜(C)の概
念図に示すように上下2つのMOSFETが一つのゲート電極
1を共有している相補型MOSFET(CMOS)である。MOSFET
を単純に積層した場合に比べ、ゲート電極の層間接続が
不要のため、集積度がさらに向上する。
FIG. 8A is a cross-sectional view of a laminated integrated circuit in which LSIs formed on a normal plane are laminated with an insulating film interposed therebetween, and the degree of integration increases by the number of layers. Figure 8 (B) is the IEEE Electron Device by the JF Gibbons and KFLee.
s Letters), Vol.EDL-1, No.6 (June 1980) 117-118
Paper "One-Gate-Wide CMOS Inverter on Laser-Recry"
stallized Polysilicon: Joint gate CM which is one of the new structure transistors shown by single gate CMOS inverter formed on laser recrystallized polycrystalline silicon.
OS. In both cases, MI formed on the Si layer 6 on the insulating film 5
SFET (In this case, the insulating film is an oxide film ( O xide), so MO
Called SFET) is the basic element. In FIG. 8A, the portion surrounded by the alternate long and short dash line is the MOSFET. In addition,
The joint gate CMOS is a complementary MOSFET (CMOS) in which two upper and lower MOSFETs share one gate electrode 1 as shown in the conceptual diagrams of FIGS. 9 (A) to 9 (C). MOSFET
Since the interlayer connection of the gate electrodes is not required, the integration degree is further improved as compared with the case of simply stacking.

MOSFETをSOI層に形成する際、ソース、ドレイン領域の
下面が誘電率の低いI層(絶縁物)に接するように設計
すれば、ソース、ドレイン領域下部が半導体で構成され
ている従来構造のMOSFETに比べ、ソース、ドレイン領域
の寄生容量が低減できる。このため、素子動作の高速化
が可能となる。
When the MOSFET is formed on the SOI layer, if the lower surface of the source / drain region is designed to be in contact with the I layer (insulator) having a low dielectric constant, the MOSFET of the conventional structure in which the lower part of the source / drain region is composed of a semiconductor Compared with, the parasitic capacitance of the source and drain regions can be reduced. Therefore, the operation speed of the device can be increased.

従来のSOI構造形成技術には大別して、絶縁膜もしくは
絶縁基板上に単結晶Siを形成する手法と、単結晶Si基板
中に絶縁物層を形成する手法とがある。前者の例とし
て、SiO2等の絶縁膜の上に堆積した多結晶Siをレーザ・
アニールあるいは電子ビーム・アニール、ストリップヒ
ータ・アニール等により結晶化する技術がある。後者の
例としてはプロトン打ち込みにより基板中に損傷層を形
成し、酸化し易い該損傷層を選択的に酸化するという技
術、あるいは、酸素イオン打ち込みによりSi基板中にSi
O2層を形成する技術等がある。現在では、これらの技術
により、MOSFETを形成できる良好な結晶性のSOIが形成
できるようになった。しかしながら、いずれの手法で形
成したSOIもSi層6と絶縁膜5との界面の電気的特性が
よくない。したがって、第8図(A)のようにMOSFETを
形成すると、絶縁膜5と、その上に形成したSi層6との
界面32がソース2、ドレイン3間の電流経路を成し、こ
のことがソース、ドレイン領域間の漏れ電流の増加をき
たし、素子のオフ時の消費電力を増加させる。LSIにお
いては、必要なときに必要な素子に信号が流れるので、
全体として見れば、オフ状態の素子が多数を占め、オフ
時の消費電力がLSIチップ全体の消費電力を決定する。L
SIの発熱を抑えて誤動作なく動作させるためには、漏れ
電流は10-10A/μm以下に抑えることが必要で、上記の
劣悪な界面に起因する漏れ電流の増加は問題である。漏
れ電流は、温度が上昇すれば増加する性質がある。SOI
−MOSFETの場合、絶縁膜の熱伝導率が低いため、熱が溜
りやすいので、定常動作時の漏れ電流を上記の値に納め
るために、電流投入当初の漏れ電流値はそれよりできる
だけ低くすることが望ましい。
The conventional SOI structure forming technology is roughly classified into a method of forming single crystal Si on an insulating film or an insulating substrate and a method of forming an insulator layer in the single crystal Si substrate. As an example of the former, the polycrystalline Si deposited on the insulating film such as SiO 2
There is a technique of crystallizing by annealing, electron beam annealing, strip heater annealing, or the like. Examples of the latter include a technique of forming a damaged layer in the substrate by proton implantation and selectively oxidizing the easily damaged oxidized layer, or a technique of implanting oxygen ions into the Si substrate to form a Si layer.
There is a technique for forming an O 2 layer. Nowadays, these technologies have enabled the formation of SOI with good crystallinity for MOSFET formation. However, the SOI formed by either method has poor electrical characteristics at the interface between the Si layer 6 and the insulating film 5. Therefore, when a MOSFET is formed as shown in FIG. 8A, the interface 32 between the insulating film 5 and the Si layer 6 formed thereon forms a current path between the source 2 and the drain 3, and this This increases the leakage current between the source and drain regions and increases the power consumption when the device is off. In LSI, signals flow to required elements when needed, so
When viewed as a whole, a large number of elements are in the off state, and the power consumption when the off state determines the power consumption of the entire LSI chip. L
In order to suppress the heat generation of SI and operate it without malfunction, the leakage current must be suppressed to 10 -10 A / μm or less, and the increase of the leakage current due to the poor interface is a problem. The leakage current has the property of increasing as the temperature rises. SOI
-In the case of MOSFET, since the heat conductivity of the insulating film is low, heat tends to accumulate, so in order to keep the leakage current during steady operation within the above value, the leakage current value at the beginning of current application should be as low as possible. Is desirable.

そこで、この問題を回避するために、この界面32にイオ
ン打ち込みにより不純物を導入しチャネル・ストッパを
形成する手法が考案され、かなり良い結果が得られるよ
うになった。しかし、この方法は、導入した不純物の一
部が、イオン打ち込みに伴う不純物濃度の深さ方向の拡
がりと素子製造の際の熱処理により、対面のゲート絶縁
膜界面に達し、MOSFETのしきい値電圧の制御を困難にす
る。特に、ソース、ドレイン領域の接合が浅くなり、そ
れに伴ってSi層が薄くなる将来のSOI−MOSFETには適用
困難である。また、特に、第8図(B)に示したジョイ
ントゲートCMOSの上層のMOSFETのように下地絶縁膜5を
5〜100nm厚の薄いゲート絶縁膜4として使う場合は、
下地絶縁膜5と、その上に形成したSi層6との界面33に
チャネルが形成されるため、上記問題はいっそう深刻な
ものになる。
Therefore, in order to avoid this problem, a method has been devised in which impurities are introduced into the interface 32 by ion implantation to form a channel stopper, and quite good results have been obtained. However, in this method, some of the introduced impurities reach the facing gate insulating film interface due to the depthwise expansion of the impurity concentration due to ion implantation and the heat treatment during device manufacturing, and the threshold voltage of the MOSFET is increased. Make it difficult to control. In particular, it is difficult to apply to future SOI-MOSFETs where the junction between the source and drain regions becomes shallow and the Si layer becomes thin accordingly. Further, in particular, when the base insulating film 5 is used as the thin gate insulating film 4 having a thickness of 5 to 100 nm like the MOSFET in the upper layer of the joint gate CMOS shown in FIG. 8B,
Since the channel is formed at the interface 33 between the base insulating film 5 and the Si layer 6 formed thereon, the above problem becomes more serious.

以上のように、上記の漏れ電流の問題は、SOI−MOSFET
をLSIに適用する上で、避けて通ることのできない障害
としてLSIにおけるSOIの適用を阻んできた。
As mentioned above, the problem of leakage current is that the SOI-MOSFET
The application of SOI to LSI has been hampered as an unavoidable obstacle in applying LSI to LSI.

〔発明の目的〕[Object of the Invention]

本発明の目的は、ソース、ドレイン領域の寄生容量が小
さく、かつ、漏れ電流が10-10A/μm以下の、MISFETを
有する半導体装置およびその製造方法を提供することに
ある。
An object of the present invention is to provide a semiconductor device having a MISFET having a small parasitic capacitance in the source and drain regions and a leakage current of 10 −10 A / μm or less, and a method for manufacturing the same.

〔発明の概要〕[Outline of Invention]

例えば、シリコン(Si)と酸素(O)とは化学的に相性
が良く、両者の化学反応すなわちSi基板の酸化、特にO
が基板中へ拡散により侵入しSiと出会ったところでSi−
O結合を形成するという構成の酸化により、極めて界面
特性の良好なSiO2層/Si層構造が形成される。言い換え
れば、初めに固体Siがあってこれを酸化することによ
りSiO2膜を形成する。その際拡散によりOが供給され
る、の二点が界面特性の良好なSi/SiO2系を作る条件な
のである。このような観点から従来のSOI技術を見てみ
ると、絶縁膜上にSi層を形成する手法はそもそもを満
たしていないし、Si基板中にSiO2層を形成する手法では
イオン打ち込みによりOを導入しているのでを満たし
ていない。したがって、良好な界面を形成することが困
難である。
For example, silicon (Si) and oxygen (O) are chemically compatible with each other, and a chemical reaction between them, that is, oxidation of a Si substrate, especially O 2
Where Si penetrates into the substrate by diffusion and encounters Si,
Oxidation that forms an O bond forms a SiO 2 layer / Si layer structure with very good interfacial properties. In other words, first, there is solid Si, which is oxidized to form a SiO 2 film. At that time, the two points that O is supplied by diffusion are the conditions for forming a Si / SiO 2 system having good interface characteristics. Looking at the conventional SOI technology from such a viewpoint, the method of forming the Si layer on the insulating film does not satisfy the requirement in the first place, and the method of forming the SiO 2 layer in the Si substrate introduces O by ion implantation. I have not met because I am doing. Therefore, it is difficult to form a good interface.

本発明は以上のシリコンを例とした考察に基づき、上記
、の条件を満たす手法として考案された。すなわ
ち、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体を材料と
する両持ち梁または片持ち梁(微小な橋:以下、マイク
ロブリッジと称す)を形成する工程と、次に、酸化また
は窒化により上記梁の上面および下面をそれぞれ第1、
第2の絶縁膜で被覆する工程と、さらにその後、上記第
1、第2の絶縁膜の少なくとも一方をゲート絶縁膜と
し、かつ、ソース、ドレイン領域のそれぞれ上面および
下面が、上記第1、第2の絶縁膜にそれぞれ接するMIS
型電界効果トランジスタを上記梁に形成する工程とを具
備することを特徴とする。
The present invention was devised as a method satisfying the above conditions, based on the above consideration with silicon as an example. That is, the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention comprises the steps of forming a cantilever beam or a cantilever beam (a minute bridge: hereinafter referred to as a microbridge) made of a semiconductor, and then performing the above-mentioned oxidation or nitridation. The upper and lower surfaces of the beam are
A step of covering with a second insulating film, and thereafter, at least one of the first and second insulating films is used as a gate insulating film, and the upper surface and the lower surface of the source and drain regions respectively have the first and second insulating films. MIS in contact with two insulating films respectively
Forming a type field effect transistor on the beam.

また、本発明の半導体装置は、半導体からなる両持ち梁
または片持ち梁と、上記梁の上面および下面をそれぞれ
被覆する第1、第2の絶縁膜とを有し、上記第1、第2
の絶縁膜の少なくとも一方をゲート絶縁膜とし、かつ、
ソース、ドレイン領域のそれぞれ上面および下面が、上
記第1、第2の絶縁膜にそれぞれ接するMIS型電界効果
トランジスタが上記梁に形成されていることを特徴とす
る。
Further, the semiconductor device of the present invention includes a cantilever beam or a cantilever beam made of a semiconductor, and first and second insulating films that cover the upper surface and the lower surface of the beam, respectively.
At least one of the insulating films is a gate insulating film, and
A MIS type field effect transistor is formed on the beam such that the upper and lower surfaces of the source and drain regions are in contact with the first and second insulating films, respectively.

さらに、上記梁と該梁を支える基体との間が真空か、ま
たは空気もしくは不活性ガスで充填されていることを特
徴とする。
Further, the space between the beam and the substrate supporting the beam is vacuumed or filled with air or an inert gas.

すなわち、SOI−MISFETにおける動作時の熱の溜りを低
減できれば、漏れ電流低減の信頼性が向上する。そこ
で、本発明では、SOIのI層に通常の固体絶縁物に替え
て、気体絶縁物を利用する。気体にすると対流があるた
め、放熱が良好となる。もちろん、この場合も、界面の
電気的特性を良好に保つため、半導体の梁の下面も本発
明の手法による酸化膜もしくは窒化膜で被覆しておかな
ければならない。そこで、半導体の梁から絶縁気体へ向
けての熱伝導に支障ないほど薄く、すなわち、ゲート絶
縁膜の厚さにしておく。ただし、ソース、ドレイン領域
などの高不純物濃度領域が露出した表面では、絶縁膜の
成膜速度は不純物効果により加速され、ゲート絶縁膜に
比べ最大3倍程度に厚くなる。しかし、この程度までな
らば、放熱に支障はない。
That is, if the accumulation of heat during the operation of the SOI-MISFET can be reduced, the reliability of reducing the leakage current is improved. Therefore, in the present invention, a gas insulator is used for the I layer of SOI in place of a normal solid insulator. When gas is used, there is convection, and heat dissipation is good. Of course, also in this case, the lower surface of the semiconductor beam must be covered with an oxide film or a nitride film according to the method of the present invention in order to maintain good electrical characteristics of the interface. Therefore, the gate insulating film is made thin enough not to hinder the heat conduction from the semiconductor beam to the insulating gas. However, on the surface where the high impurity concentration regions such as the source and drain regions are exposed, the film formation rate of the insulating film is accelerated by the impurity effect, and the thickness becomes about three times as large as that of the gate insulating film. However, up to this level, there is no problem in heat dissipation.

〔発明の実施例〕Example of Invention

以下に本発明の実施例を説明する。 Examples of the present invention will be described below.

実施例1 本実施例は、絶縁物上のSi層にMOSFETを作製した例であ
る。
Example 1 This example is an example in which a MOSFET is formed on a Si layer on an insulator.

第1図(A)に示すように、単結晶Si基板7の上に、厚
さ7000ÅのSiO2膜8を形成し、通常のホトリソグラフィ
技術を用いてこれを長方形の島に分離した。この際、Si
O2膜の代わりにSi3N4等の他の絶縁膜を用いてもよい。
また、島の形状は、円形、正方形、長方形その他適宜な
形状を用いてよい。この上に多結晶Si膜9を厚さ3500Å
堆積し、その後、レーザー・ビームを走査することによ
りこれを単結晶化した。すなわち、従来のレーザ・アニ
ールを用いたSOI形成技術によりSOI構造を形成した。こ
の場合、ストリップヒータ・アニールによるSOI技術、
あるいはSiの固相成長を利用したSOI技術等、他のいか
なる従来のSOI技術を用いてもよい。次に、これにマス
クをかけ、エッチングすることにより、SOI領域を第1
図(B)に示す如くいくつかの島に分離した(図では2
つ例示してある)。ついで、SiO2膜8の選択エッチング
を行ない、第1図(C)に示す如き、Siのマイクロブリ
ッジ30を形成した。これに熱酸化を施してその表面を良
質な厚さ450ÅのSiO2膜8で覆い、その後、通常のプロ
セスを用いてマイクロブリッジ30上にこのSiO2膜8をゲ
ート酸化膜4に用いるMOSFETを作製した。第1図(D)
に、その結果の断面図を示す。なお、熱酸化に替えて、
プラズマ酸化等を用いてもよいし、これをSiO2でなくSi
3N4等の他の絶縁膜に代えてもよい。また、この後、マ
イクロブリッジ30の下の空隙31に多結晶Siを埋め込め
ば、第1図(E)に示すように、下層にもゲート1が形
成できる。
As shown in FIG. 1 (A), a SiO 2 film 8 having a thickness of 7,000 Å was formed on a single crystal Si substrate 7, and this was separated into rectangular islands by using a normal photolithography technique. At this time, Si
Instead of the O 2 film, another insulating film such as Si 3 N 4 may be used.
The shape of the island may be circular, square, rectangular, or any other suitable shape. Polycrystalline Si film 9 with a thickness of 3500Å
It was deposited and then single crystallized by scanning with a laser beam. That is, the SOI structure was formed by the conventional SOI forming technique using laser annealing. In this case, SOI technology by strip heater annealing,
Alternatively, any other conventional SOI technique such as SOI technique utilizing solid phase growth of Si may be used. Next, a mask is applied to this and the SOI region is first etched by etching.
As shown in Figure (B), it was separated into several islands (2 in the figure).
One is illustrated). Then, the SiO 2 film 8 was selectively etched to form a Si microbridge 30 as shown in FIG. 1 (C). This is subjected to thermal oxidation to cover the surface with a good quality 450 Å thick SiO 2 film 8 and then a MOSFET using this SiO 2 film 8 as the gate oxide film 4 is formed on the microbridge 30 using a normal process. It was made. Figure 1 (D)
A sectional view of the result is shown in FIG. In addition, instead of thermal oxidation,
Plasma or the like may be used oxide, which instead of SiO 2 Si
It may be replaced with another insulating film such as 3 N 4 . After that, if polycrystalline Si is embedded in the void 31 under the microbridge 30, the gate 1 can be formed in the lower layer as shown in FIG. 1 (E).

実施例2 本実施例は、Si基板上にMOSFETを作製し、その上にSiで
マイクロブリッジを形成し、このブリッジ上にMOSFETを
作製し、積層集積回路を作製したものである。
Example 2 In this example, a MOSFET was formed on a Si substrate, a microbridge was formed of Si on the MOSFET, a MOSFET was formed on the bridge, and a laminated integrated circuit was produced.

まず、第2図(A)に示すように、通常のプロセスを用
いて、Si基板7上にゲート電極1、ソース領域2、ゲー
ト領域3、ゲート絶縁膜4からなるMOSFETを作製した。
その上にCVD法(Chemical Vaper Deposition)によりSi
O2膜8を厚さ約1.3μm堆積し、公知のホトリソグラフ
ィ技術によりこれを実施例1と同様に長方形にパターニ
ングし、その上に多結晶Si膜9を厚さ3500Å堆積し、こ
の上をレーザビームで走査することにより堆積Siを単結
晶化した。この際、レーザビームを用いるSOI技術に限
らず、電子ビームを用いるSOI技術、固相成長を利用す
るSOI技術その他でもよいことはいうまでもない。さ
て、この長方形のSOI領域の所々をマスクを用いたエッ
チングにより削り取り、第2図(B)に示す形にした。
但し、この時、d>W/2(第2図(B)参照。(d)は
削った領域に残るSiO2膜8の厚さ、Wは削られなかった
SOI領域の幅。)という条件を満たすように気をつけ
た。具体的にはW=0.8μm、d=0.8μmとした。次
に、等方性の選択エッチングによりSiO2膜8を0.5μm
エッチングすることによりSOI構造におけるSi膜9直下
のSiO2膜8を除去し、第2図(C)に示すように、Siの
マイクロブリッジ30を形成した。この時、SiO2膜8のエ
ッチング深さはSi基板7上のMOSFETのゲート酸化膜まで
達してないので、このFETが損傷を受ける心配がない。
d>W/2としたので、このようなエッチングができた訳
である。次に、第2図(D)に示すように、熱酸化によ
り厚さ450Åの薄いSiO2膜8を形成し、その後、このSiO
2膜8をゲート酸化膜4として通常のプロセスを用いて
マイクロブリッジ上にMOSFETを作製した。酸化にプラズ
マ酸化その他を用いてもよい点は、実施例1と同様であ
る。
First, as shown in FIG. 2 (A), a MOSFET including a gate electrode 1, a source region 2, a gate region 3 and a gate insulating film 4 was formed on a Si substrate 7 by using a normal process.
On top of that, Si is formed by CVD (Chemical Vaper Deposition).
An O 2 film 8 is deposited to a thickness of about 1.3 μm, and this is patterned into a rectangular shape by a known photolithography technique in the same manner as in Example 1, and a polycrystalline Si film 9 is deposited to a thickness of 3500 Å on the rectangular Si film 9. The deposited Si was single crystallized by scanning with a laser beam. At this time, needless to say, not only the SOI technique using the laser beam but also the SOI technique using the electron beam, the SOI technique using the solid phase growth, or the like may be used. By the way, the rectangular SOI regions were cut away by etching using a mask to form the shape shown in FIG. 2 (B).
However, at this time, d> W / 2 (see FIG. 2B. (D) is the thickness of the SiO 2 film 8 remaining in the removed region, and W was not removed.
Width of SOI area. ) Was careful to meet the condition. Specifically, W = 0.8 μm and d = 0.8 μm. Next, the SiO 2 film 8 is 0.5 μm thick by isotropic selective etching.
The SiO 2 film 8 immediately below the Si film 9 in the SOI structure was removed by etching, and a Si microbridge 30 was formed as shown in FIG. 2 (C). At this time, since the etching depth of the SiO 2 film 8 does not reach the gate oxide film of the MOSFET on the Si substrate 7, there is no fear of damaging the FET.
Since d> W / 2, this is the reason why such etching was possible. Next, as shown in FIG. 2 (D), a thin SiO 2 film 8 having a thickness of 450 Å is formed by thermal oxidation, and then this SiO 2 film is formed.
2 The film 8 was used as the gate oxide film 4 and a MOSFET was formed on the microbridge using a normal process. Similar to the first embodiment, plasma oxidation or the like may be used for the oxidation.

この後、低圧CVD法により、マイクロブリッジ下の空隙
をSiO2で埋め、かつ基板全面をSiO2膜8で覆った。その
後、図示はしないが、スルーホールを形成し、Alを用い
て配線を形成することにより、多層の集積回路を完成さ
せた。本実施例では、上下層にそれぞれ導電型の異なる
半導体層を形成し、両ゲート間、および上層のMOSFETの
高濃度不純物層の一方と下層のMOSFETの高濃度不純物層
の一方とを電気的に接続し、CMOSインバータを形成し
た。なお、上下層の高濃度不純物領域間の接続は、配線
を用いず、第2図(E)に示すように、両不純物層が直
接重なるように形成することによってもよいことはいう
までもない。
After that, the voids under the microbridge were filled with SiO 2 by the low pressure CVD method, and the entire surface of the substrate was covered with the SiO 2 film 8. After that, though not shown, through holes were formed and wiring was formed using Al to complete a multilayer integrated circuit. In this embodiment, semiconductor layers having different conductivity types are formed in the upper and lower layers, and electrically between the gates and between one of the high-concentration impurity layers of the upper MOSFET and one of the high-concentration impurity layers of the lower MOSFET. Connected to form a CMOS inverter. Needless to say, the connection between the high-concentration impurity regions in the upper and lower layers may be formed by directly overlapping both impurity layers as shown in FIG. 2E without using wiring. .

実施例3 実施例2に示したプロセスで第2図(E)に示した構造
を形成した。その後、マスクを用いてマイクロブリッジ
上のSiO2膜8のみを残してSiO2膜8をエッチングした
(第3図(A))。次に、第3図(B)に示すように、
選択エピタキシャル成長法を用いて、Siが露出している
領域上にのみ単結晶Si膜25をマイクロブリッジの高さま
で堆積して平坦化した。なお、SiO2膜8の高さまでこの
単結晶Siを堆積すれば、より平坦な構造にすることがで
きる。この後、実施例2に示したプロセスを用いて、再
びマイクロブリッジを形成し、その層中にMOSFETを形成
し、第3図(B)に示す構造を形成した。表面に設けた
SiO2膜8に、図示はしないが、スルーホールを形成し、
配線を行ない、3層の集積回路を完成した。但し、本実
施例では、Al配線ではなく高不純物濃度の多結晶Siを用
いた。
Example 3 The structure shown in FIG. 2 (E) was formed by the process shown in Example 2. After that, the SiO 2 film 8 was etched using a mask, leaving only the SiO 2 film 8 on the microbridges (FIG. 3 (A)). Next, as shown in FIG. 3 (B),
By using the selective epitaxial growth method, the single crystal Si film 25 was deposited to the height of the microbridge and planarized only on the region where Si was exposed. By depositing this single crystal Si up to the height of the SiO 2 film 8, a flatter structure can be obtained. After that, by using the process shown in Example 2, a microbridge was formed again, a MOSFET was formed in the layer, and the structure shown in FIG. 3B was formed. Provided on the surface
Although not shown, a through hole is formed in the SiO 2 film 8,
Wiring was performed to complete a three-layer integrated circuit. However, in this example, polycrystalline Si having a high impurity concentration was used instead of Al wiring.

実施例4 本実施例は、本発明を用いてジョイントゲートCMOSを作
製した例である。この際、ソース、ドレイン領域は上、
下層ともゲート電極にセルフアラインで形成した。
Example 4 This example is an example of manufacturing a joint gate CMOS using the present invention. At this time, the source and drain regions are above,
The lower layer was formed on the gate electrode by self-alignment.

第4図(A)に示すように、n型の導電型の単結晶Si基
板7を用意し、これにレジストからなるマスク10を用い
たボロンのイオン打ち込み11を行ない、p+型領域2を形
成した。この領域は最終的には、下層のMOSFETのソース
領域となる。次に、第4図(B)に示すように、実施例
1と同様のレーザ・アニールを用いた従来のSOI技術を
用いて、上記のp+型領域と一部重なるようにSOI構造を
形成した。この際、他のSOI技術を用いてもよいことは
実施例1と同様である。また、堆積した単結晶Si膜9に
は、ボロンのイオン打ち込みを行ない、p型の導電型と
した。ついで、これにマスクをかけてエッチングするこ
とにより、SOI領域を第1の実施例の第1図(B)に示
したようにいくつかの島に分離した。次に、基板表面に
Si3N4膜をCVD法により堆積し、これをマスクを用いてエ
ッチングし、第4図(C)に示すような形に成形した
(図には、島領域は1つしか示してない。)。このSi3N
4膜14は、ソース、ドレインを形成するためのイオン打
ち込みのマスクとして、また、ゲート電極形成の位置決
めのために使用する。すなわち、まず、ここへ加速エネ
ルギー500keVおよび200keVでボロンを打ち込み、第4図
(D)に示すようにp+型領域2、3を形成した。SOI構
造を形成する前にあらかじめ基板に形成しておいたp+
領域と重なってできたp+型領域2は、ジョイントゲート
CMOSの下層MOSFETのソース領域2として、また、もう一
方のp+型領域は下層MOSFETのドレイン領域3として使う
ことになる。次に、ここへ加速エネルギー200keVでリン
イオンを打ち込み、堆積Si膜9中に、第4図(E)に示
すように、n+導電型の領域12、13を形成した。下層のソ
ース領域2と接しているn+型領域12が上層につくるMOSF
ETのソース領域12として、下層のドレイン領域3と接し
ているn+型領域13が上層のドレイン領域13として使われ
ることになる。次に、第4図(F)に示すように、基板
表面にレジスト10を塗布し、ホトリソグラフィ技術を用
いてパターン切りすることにより図示の如くマスク10を
形成した。これにSi3N4膜の選択エッチングを行ない、S
OI島周囲のSi3N4膜を除去し、ついで、レジスト10を除
去し、第4図(G)に示す形にした。ところで、試料を
プラズマ中にさらすと試料表面はシースと呼ばれる電界
領域で覆われる。シースの中では、正イオンは試料に向
って加速されるので、イオンの平均自由行程がシースの
厚さ以上となる充分にガス圧の低い領域でプラズマエッ
チングを行なうと、対象物表面に垂直な方向にのみエッ
チングが進行する。この性質を利用して該試料のSiO2
8を選択エッチングすると、第4図(H)に示すよう
に、Si3N4膜14の陰となった部分を残してSiO2膜8が削
り取られ、Siのマイクロブリッジが形成される。残った
SiO2膜8はダミー・ゲートである。続いて、選択エッチ
ングによりSi3N4膜14を除去し、ついで、第4図(I)
に示すように、熱酸化により試料表面を厚さ1000ÅのSi
O2膜8で覆った。次に、第4図(J)に示すように、CV
D法によりSi3N4膜14、16を堆積し、その後、異方性エッ
チング15を行なうと、マイクロブリッジ下に充填された
分のSi3N4膜16を除いてSi3N4膜14が除去される。つい
で、SiO2膜の選択エッチングを行なうとマイクロブリッ
ジの下にあったSiO2膜17が除去される。次に、熱酸化す
ることにより、第4図(K)に示すように、マイクロブ
リッジ下面およびその直下の基板表面に厚さ250ÅのSiO
2膜を形成した。これが、このジョイントゲートCMOSの
ゲート酸化膜4である。この後、第4図(J)で示した
前の工程において、Si3N4膜16をマイクロブリッジ下に
充填および異方性エッチングしたのと同様に、CVD法に
よる堆積、それにひき続く異方性エッチングにより、第
4図(K)に示すように、高不純物濃度の多結晶Si膜1
をマイクロブリッジ下に充填した。これが、ジョイント
ゲートCMOSのゲート電極1である。以上により、デバイ
スの主なる部分が完成した。
As shown in FIG. 4 (A), prepared conductivity type monocrystalline Si substrate 7 of n-type, performs ion implantation 11 of boron using a mask 10 made of resist to a p + -type region 2 Formed. This region eventually becomes the source region of the underlying MOSFET. Next, as shown in FIG. 4 (B), an SOI structure is formed so as to partially overlap with the p + -type region by using the conventional SOI technique using laser annealing similar to that of the first embodiment. did. At this time, another SOI technique may be used as in the first embodiment. Further, the deposited single crystal Si film 9 was ion-implanted with boron to have a p-type conductivity type. Then, by masking this and etching, the SOI region was separated into some islands as shown in FIG. 1 (B) of the first embodiment. Next, on the substrate surface
A Si 3 N 4 film was deposited by the CVD method, this was etched using a mask, and formed into a shape as shown in FIG. 4 (C) (only one island region is shown in the figure. ). This Si 3 N
The four films 14 are used as a mask for ion implantation for forming a source and a drain, and for positioning the gate electrode formation. That is, first, boron was implanted at acceleration energy of 500 keV and 200 keV to form p + type regions 2 and 3 as shown in FIG. 4 (D). The p + type region 2 formed by overlapping the p + type region previously formed on the substrate before forming the SOI structure is a joint gate.
The CMOS is used as the source region 2 of the lower MOSFET, and the other p + type region is used as the drain region 3 of the lower MOSFET. Next, phosphorus ions were implanted at an acceleration energy of 200 keV to form n + conductivity type regions 12 and 13 in the deposited Si film 9 as shown in FIG. 4 (E). N + type region 12 in contact with the source region 2 in the lower layer makes MOSF in the upper layer
As the source region 12 of the ET, the n + type region 13 which is in contact with the lower drain region 3 is used as the upper drain region 13. Next, as shown in FIG. 4 (F), a resist 10 was applied to the surface of the substrate, and a mask 10 was formed as shown by cutting the pattern using a photolithography technique. Selective etching of Si 3 N 4 film is performed on this, and S
The Si 3 N 4 film around the OI island was removed, and then the resist 10 was removed to obtain the shape shown in FIG. 4 (G). By the way, when the sample is exposed to plasma, the surface of the sample is covered with an electric field region called a sheath. In the sheath, positive ions are accelerated toward the sample, so if plasma etching is performed in a region where the gas free pressure is sufficiently low and the mean free path of ions is equal to or greater than the thickness of the sheath, the ions are perpendicular to the surface of the object. Etching proceeds only in the direction. By selectively etching the SiO 2 film 8 of this sample by utilizing this property, as shown in FIG. 4 (H), the SiO 2 film 8 is scraped off except the shadowed portion of the Si 3 N 4 film 14. And Si microbridges are formed. The remaining
The SiO 2 film 8 is a dummy gate. Subsequently, the Si 3 N 4 film 14 is removed by selective etching, and then FIG.
As shown in Fig. 3, the surface of the sample is thermally oxidized to a thickness of 1000 Å Si.
It was covered with an O 2 film 8. Next, as shown in FIG. 4 (J), CV
The the Si 3 N 4 film 14 is deposited by method D, then, when the anisotropic etching 15, Si 3 N 4 except min the Si 3 N 4 film 16 filled in under the microbridge film 14 Are removed. Then, when the SiO 2 film is selectively etched, the SiO 2 film 17 under the microbridge is removed. Next, by thermal oxidation, as shown in FIG. 4 (K), a 250 Å-thick SiO film is formed on the lower surface of the microbridge and the substrate surface immediately below it.
Two films were formed. This is the gate oxide film 4 of this joint gate CMOS. Thereafter, in the previous step shown in FIG. 4 (J), the CVD method was used to deposit the Si 3 N 4 film 16 under the microbridges and then anisotropically etch the same as the anisotropic etching. As shown in FIG. 4 (K), the polycrystalline Si film 1 having a high impurity concentration is formed by the reactive etching.
Was filled under the microbridge. This is the gate electrode 1 of the joint gate CMOS. By the above, the main part of the device was completed.

そこで、次に、ゲート1、及び上層・下層それぞれのソ
ース12,2への電気的接続を可能にするための加工を行な
う。まず、第4図(L)に示すように、試料の表面にレ
ジスト18を塗布する。これにホトリソグラフィ技術を用
いて、第4図(L)図中一点鎖線で囲んだ領域のレジス
トを除去し、マイクロブリッジ下に埋っていたゲート電
極1が露出するまで試料表面のエッチングを行なう。そ
の後、レジスト18を除去すれば、試料は第4図(M)、
(N)に示す形状となっている。第4図(N)の上面図
からわかるように、ゲート電極1は台形状に露出する。
これは、第4図(H)に示したように、ダミー・ゲート
を形成した際のマスク14がこのような形をしていたから
である。
Therefore, next, processing is performed to enable electrical connection to the gate 1 and the sources 12 and 2 of the upper and lower layers, respectively. First, as shown in FIG. 4 (L), a resist 18 is applied to the surface of the sample. By using the photolithography technique, the resist in the region surrounded by the alternate long and short dash line in FIG. 4 (L) is removed, and the sample surface is etched until the gate electrode 1 buried under the microbridge is exposed. After that, if the resist 18 is removed, the sample is shown in FIG.
It has a shape shown in (N). As can be seen from the top view of FIG. 4 (N), the gate electrode 1 is exposed in a trapezoidal shape.
This is because the mask 14 when the dummy gate was formed had such a shape as shown in FIG. 4 (H).

この台形状領域において配線を行なうので、コンタクト
抵抗を小さくすることができる。しかし、ゲートのコン
タクト抵抗が多少大きくても問題のない用途では、ゲー
ト電極1の形状をこのように末広がりの台形状にする必
要のないことはいうまでもない。なお、ダミー・ゲート
のマスクは、ソース、ドレイン形成のためのイオン打ち
込みのマスクでもあるので、当然、ソース、ドレイン端
部の形状もこうなっている。この工程で、ゲート電極1
の一部の露出、および上層のMOSFETのソース12と下層の
MOSFETのソース2との分離が完了した。最後に、第4図
(O)に示すように、バイアス・スパッタ法によりSiO2
膜8を堆積し、マスクを用いてのエッチングによりコン
タクトホールを開け、Alを用いて配線することによりジ
ョイントゲートCMOSが完成した。なお、本実施例で示し
た導電型をn,p入れ替えたジョイントゲートCMOSも同様
のプロセスで作製できることはいうまでもない。
Since the wiring is performed in this trapezoidal region, the contact resistance can be reduced. However, it is needless to say that it is not necessary to form the gate electrode 1 into such a divergent trapezoidal shape in applications where there is no problem even if the contact resistance of the gate is somewhat large. Since the mask for the dummy gate is also a mask for ion implantation for forming the source and drain, the source and drain end portions are naturally shaped like this. In this process, the gate electrode 1
Exposed part of, and the source 12 of the upper MOSFET and the lower
Separation from the source 2 of the MOSFET is completed. Finally, as shown in FIG. 4 (O), SiO 2 was formed by the bias sputtering method.
The film 8 was deposited, a contact hole was opened by etching using a mask, and wiring was performed using Al, whereby a joint gate CMOS was completed. It goes without saying that the joint gate CMOS in which the conductivity types shown in this embodiment are replaced by n and p can be manufactured by the same process.

実施例4−(2) 本実施例は実施例4の簡便型である。すなわち、ソース
およびドレインとゲートとの寄生容量を極めて小さく抑
える必要のある場合には、実施例4のデバイスが必要で
あり、一方、これがあまり問題とならない場合には、本
実施例のデバイスが有効となる。
Example 4- (2) This example is a simplified version of Example 4. That is, when it is necessary to suppress the parasitic capacitance between the source and the drain and the gate to be extremely small, the device of the fourth embodiment is required, while when this does not cause much problem, the device of the present embodiment is effective. Becomes

実施例4で説明したプロセスと同じ手法により、第4図
(E)に示す構造を形成した。次に、選択エッチング法
によりSi3N4膜14を取り除き、その後、他の選択エッチ
ング法を用いてSiO2膜8を除去した。これを熱酸化する
ことにより、試料表面に厚さ250ÅのSiO2膜8を形成し
た。次に、低圧CVD法により、基板表面、マイクロブリ
ッジ上、およびマイクロブリッジ下に、高不純物濃度の
多結晶Si膜22を形成し、第4図(P)(断面図)に示す
構造にした。次に、異方性エッチングを用いて、マイク
ロブリッジ上および、後にゲート電極の引き出し電極と
して使用する部分以外の基板上の該多結晶Si膜22を除去
した。これに、実施例4において、第4図(L),
(M)に示したのと同様に、レジストの塗布およびその
部分的除去、該レジストをマスクに用いたエッチングを
行ない、上層のMOSFETのソース12と下層のMOSFETのソー
ス2との分離を行った(第4図(Q))。この後、実施
例4と同様に、試料をパッシベーション膜(SiO2膜8)
で覆い、これにコンタクトホールを開け、次に配線をす
ることにより、ジョイントゲートCMOSが完成した。本実
施例においても、導電型をn,p入れ替えたジョイントゲ
ートCMOSを同様のプロセスで作製できることは言うまで
もない。
By the same method as the process described in Example 4, the structure shown in FIG. 4 (E) was formed. Next, the Si 3 N 4 film 14 was removed by a selective etching method, and then the SiO 2 film 8 was removed by another selective etching method. By thermally oxidizing this, a SiO 2 film 8 having a thickness of 250 Å was formed on the surface of the sample. Next, a high-impurity-concentration polycrystalline Si film 22 was formed on the surface of the substrate, on the microbridges, and under the microbridges by the low-pressure CVD method to obtain the structure shown in FIG. 4 (P) (cross-sectional view). Next, anisotropic etching was used to remove the polycrystalline Si film 22 on the microbridge and on the substrate other than the portion used as a lead electrode of the gate electrode later. In addition to this, in Example 4, FIG.
In the same manner as shown in (M), application of resist and partial removal thereof and etching using the resist as a mask were performed to separate the source 12 of the upper layer MOSFET from the source 2 of the lower layer MOSFET. (Fig. 4 (Q)). After that, the sample was treated with a passivation film (SiO 2 film 8) in the same manner as in Example 4.
The joint gate CMOS was completed by covering it with, making a contact hole in it, and then wiring. It goes without saying that, also in this embodiment, a joint gate CMOS in which the conductivity types are switched between n and p can be manufactured by the same process.

実施例5 実施例4で示したプロセスにおいて、第4図(A)に示
したイオン打ち込み11を省略し、堆積Si膜9の導電型を
基板7の導電型と同じに選び、ソース、ドレイン形成の
ためのイオン打ち込みにはすべて同じ導電型を形成する
イオンを選び、上層・下層のソース領域12,2を分離する
工程を省くことにより、一つのゲート1で上層・下層の
チャネルを同時に駆動することができるMOSFETを作製し
た。これは、従来のMOSFETに比べて、ソース、ドレイン
の寄生容量を増やさずにチャネル幅を2倍にしたことに
相当し、そのため2倍の値の伝達コンダクタンスgmが得
られた。
Example 5 In the process shown in Example 4, the ion implantation 11 shown in FIG. 4 (A) is omitted, the conductivity type of the deposited Si film 9 is selected to be the same as the conductivity type of the substrate 7, and the source and drain are formed. All ions forming the same conductivity type are selected for the ion implantation for, and the step of separating the source regions 12 and 2 of the upper and lower layers is omitted, so that one gate 1 drives the channels of the upper and lower layers at the same time. A MOSFET that can be used was manufactured. This is equivalent to doubling the channel width without increasing the parasitic capacitance of the source and drain as compared with the conventional MOSFET, and therefore the transfer conductance gm of double the value was obtained.

実施例6 本実施例は前に説明した新構造のMOSFETの一つを本発明
を用いて作製したものである。
Example 6 In this example, one of the new-structure MOSFETs described above was manufactured by using the present invention.

実施例1で説明したプロセスと同じ手法により、第1図
(C)に示す構造を形成し、イオン打ち込みにより堆積
Si膜9の導電型を基板7の導電型と同じにし、これを熱
酸化により厚さ250Åの酸化膜8で覆った。次に、CVD法
により高不純物濃度の多結晶Si膜22を堆積し、この上に
第5図(A)に示すようにマスク10を形成した。これに
異方性エッチングを行なうことにより、マスク10の下お
よびマイクロブリッジの下にのみ多結晶Si膜22を残し
た。次に、実施例4のダミー・ゲートを形成する際に用
いたシース電界を利用した異方性エッチングにより、第
5図(B)に示すように、上記マスク10の陰になってい
る部分を残して多結晶Si膜22を除去した。ついで、マス
ク10を除去し、第5図(C)、(D)に示すように、熱
酸化によりSiの表面に500Åの酸化膜8を形成し、上記
多結晶Si膜22をマスクとしてイオン打ち込みすることに
より、マイクロブリッジ中にソース2、ドレイン3を形
成した。なお、ソース2、ドレイン3とゲート電極1間
の寄生容量があまり問題とならない応用の場合には、シ
ース電界を利用したエッチングの代わりに通常の異方性
エッチングを用いてよい。その場合、マイクロブリッジ
下にある多結晶Si膜22は全部残ることになり、デバイス
のでき上りの形態は第5図(E)、(F)に示した如く
になる。また、本実施例では熱酸化を用いたが、これに
代えて、プラズマ酸化、有磁場マイクロ波プラズマCVD
等を用いてもよい。
The structure shown in FIG. 1C is formed by the same method as the process described in the first embodiment, and is deposited by ion implantation.
The conductivity type of the Si film 9 was made the same as that of the substrate 7, and this was covered with an oxide film 8 having a thickness of 250 Å by thermal oxidation. Next, a polycrystalline Si film 22 having a high impurity concentration was deposited by the CVD method, and a mask 10 was formed thereon as shown in FIG. 5 (A). By anisotropically etching this, the polycrystalline Si film 22 was left only under the mask 10 and under the microbridges. Next, as shown in FIG. 5 (B), the shadowed portion of the mask 10 is removed by anisotropic etching utilizing the sheath electric field used when forming the dummy gate of the fourth embodiment. The polycrystalline Si film 22 was removed while remaining. Then, the mask 10 is removed, and as shown in FIGS. 5 (C) and (D), a 500Å oxide film 8 is formed on the surface of Si by thermal oxidation, and the polycrystalline Si film 22 is used as a mask for ion implantation. By doing so, the source 2 and the drain 3 were formed in the microbridge. In the case of an application in which the parasitic capacitance between the source 2 and the drain 3 and the gate electrode 1 does not matter so much, the usual anisotropic etching may be used instead of the etching using the sheath electric field. In that case, all of the polycrystalline Si film 22 under the microbridge remains, and the finished form of the device is as shown in FIGS. 5 (E) and 5 (F). Further, although thermal oxidation was used in this example, instead of this, plasma oxidation, magnetic field microwave plasma CVD
Etc. may be used.

実施例7 実施例6の工程において、ソース2、ドレイン3をマイ
クロブリッジ中に形成するためのイオン打ち込みの前
に、マイクロブリッジのソース2、ドレイン3と同じ導
電型となるイオンを、それが基板7に到達するほどの高
加速エネルギーで打ち込む工程を挿入し、第6図に示す
構造のMOSFETを形成した。このように構成したことによ
り、本実施例では、伝達コンダクタンスgmを3倍以上に
することができた。
Example 7 In the process of Example 6, before the ion implantation for forming the source 2 and the drain 3 in the microbridge, the ions having the same conductivity type as the source 2 and the drain 3 of the microbridge are transferred to the substrate. A step of implanting with high acceleration energy to reach 7 was inserted to form a MOSFET having the structure shown in FIG. With this configuration, the transfer conductance gm can be tripled or more in this embodiment.

実施例8 実施例6の工程において、イオン打ち込みにより堆積Si
膜9の導電型を基板7と同じにする工程の代りに、堆積
Si膜9の導電型を基板7の導電型と逆にするイオンを選
んでこれを打ち込む工程を行ない、かつ、マイクロブリ
ッジ中にソース12、ドレイン13を形成するためのイオン
打ち込みの前に、マイクロブリッジのソース12、ドレイ
ン13の導電形と逆の導電型となるイオンを選びこれを基
板7に到達するほどの高加速エネルギーで打ち込む工程
を挿入し、さらに、ソース2,12、ドレイン3,13を形成し
た後、マスクを用いたエッチングにより堆積Si9のソー
ス領域12の一部を剥ぎ取って基板1に形成したソース2
とを分離する工程を挿入することにより第7図に示す形
態のMOSFETを作製した。これは、上層のMOSFETが実施例
6で説明したMOSFETとなっているジョイントゲートCMOS
である。
Example 8 Si deposited by ion implantation in the process of Example 6
Instead of the step of making the conductivity type of the film 9 the same as that of the substrate 7, deposition
A step of selecting ions for making the conductivity type of the Si film 9 opposite to the conductivity type of the substrate 7 and implanting the ions is performed, and before the ion implantation for forming the source 12 and the drain 13 in the microbridge, A process of selecting ions having a conductivity type opposite to the conductivity type of the source 12 and drain 13 of the bridge and implanting them with high acceleration energy to reach the substrate 7 is further inserted, and further, the sources 2 and 12 and the drains 3 and 13 are inserted. Then, the source 2 formed on the substrate 1 by removing a part of the source region 12 of the deposited Si 9 by etching using a mask
A MOSFET of the form shown in FIG. 7 was produced by inserting a step of separating This is a joint gate CMOS in which the upper layer MOSFET is the MOSFET described in the sixth embodiment.
Is.

以上、実施例をいくつか説明したが、その中で実施例1
(第1図(D))、実施例2(第2図(D))、実施例
6(第5図(D))、実施例7(第6図)、実施例8
(第7図)では、上層のMOSFETと下層のMOSFETあるいは
基板7との層間絶縁に空気層が使われているが、ここへ
SiO2,Si3N4等の他の絶縁物を充填してもよいことはい
うまでもない。但し、層間絶縁膜は誘電率が小さい程よ
く、したがって最も誘電率の小さい真空が、次いでそれ
に準ずる窒素や空気が好ましいのである。なお、上記実
施例では作製した素子を実装する際は、乾燥窒素で封じ
る手法をとった。
As described above, some of the embodiments have been described.
(FIG. 1 (D)), Example 2 (FIG. 2 (D)), Example 6 (FIG. 5 (D)), Example 7 (FIG. 6), Example 8
In (Fig. 7), an air layer is used for interlayer insulation between the upper MOSFET and the lower MOSFET or the substrate 7, but here
It goes without saying that other insulating materials such as SiO 2 and Si 3 N 4 may be filled. However, the smaller the dielectric constant of the interlayer insulating film, the better. Therefore, vacuum having the smallest dielectric constant is preferable, and nitrogen or air corresponding to the vacuum is preferable next. In addition, in the above-mentioned example, when mounting the manufactured element, a method of sealing with dry nitrogen was adopted.

また、上記実施例では堆積Si層とSi基板の2層あるいは
3層構造のデバイスを作製したが、この上にさらにマイ
クロブリッジを何段か重ね、上記実施例において説明し
た手法を用いれば4層以上のデバイスを作製できること
はいうまでもない。さらに、実施例2およびその多段構
造のデバイスでは、MOSFET以外の素子例えばキャパシタ
等をマイクロブリッジ中あるいは基板に作製できること
もいうまでもない。
In addition, in the above-mentioned embodiment, a device having a two-layer or three-layer structure of a deposited Si layer and a Si substrate was manufactured. If several microbridges are further stacked on this device, four layers are obtained by using the method described in the above-mentioned embodiment. It goes without saying that the above device can be manufactured. Furthermore, it goes without saying that in the device of Example 2 and its multi-stage structure, elements other than MOSFETs, such as capacitors, can be fabricated in the microbridge or on the substrate.

上記実施例においては、絶縁物上に形成したSi膜と該絶
縁物との界面準位密度が2×10-10cm-2程度と極めて小
さくすることができた。その結果、チャネルストッパを
ここに形成しなくても該Si膜に形成したMOSFETのソー
ス、ドレイン間の漏れ電流をSi基板上に作製したMOSFET
と同程度もしくはそれよりも小さくする事ができた。
In the above example, the interface state density between the Si film formed on the insulator and the insulator could be made extremely small, about 2 × 10 −10 cm −2 . As a result, even if the channel stopper is not formed here, the leakage current between the source and drain of the MOSFET formed on the Si film is produced on the Si substrate.
Could be as small as or smaller than.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように、本発明によれば、下地絶縁膜と、
該絶縁膜上に形成した半導体層との界面特性が大幅に向
上し、当該界面を伝わったソース、ドレイン領域間の漏
れ電流を10-10A/μm以下に抑制することができる。そ
れにより、SOI−MISFETの低消費電力での動作、および
その下地絶縁膜のゲート絶縁膜としての利用が可能とな
り、低消費電力、高速動作のMISFETの基礎プロセスが確
立した。
As described above, according to the present invention, a base insulating film,
The interface characteristics with the semiconductor layer formed on the insulating film are significantly improved, and the leak current between the source and drain regions transmitted through the interface can be suppressed to 10 −10 A / μm or less. As a result, it became possible to operate the SOI-MISFET with low power consumption and to use the underlying insulating film as a gate insulating film, and the basic process of MISFET with low power consumption and high speed operation was established.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図(A)〜(E)は本発明の第1の実施例を示す
図、第2図(A)〜(E)は本発明の第2の実施例を示
す図、第3図(A)、(B)は本発明の第3の実施例を
示す図、第4図(A)〜(Q)は本発明の第4の実施例
を示す図、第5図(A)〜(F)は本発明の第6の実施
例を示す図、第6図は本発明の第7の実施例を示す図、
第7図は本発明の第8の実施例を示す図、第8図(A)
は将来の積層集積回路の基本構造を示す断面図、第8図
(B)は将来の新構造トランジスタを示す断面図、第9
図(A)〜(C)はジョイントゲートCMOSの構成の概念
を示す図である。 1…ゲート電極、2…ソース領域 3…ドレイン領域、4…ゲート絶縁膜 5…下地絶縁膜 6…SOI構造におけるSi膜 7…Si基板、8…SiO2膜 9…単結晶化した堆積Si膜 10…マスク、11…イオン打ち込み 12…上層MOSFETのソース領域 13…上層MOSFETのドレイン領域 14…Si3N4膜、15…異方性エッチング 16…マイクロブリッジ下に充填されたSi3N4膜 17…マイクロブリッジ下に充填されたSiO2膜 18…レジスト、19…ゲート電極端子 20…上層MOSFETのソース電極端子 21…下層MOSFETのソース電極端子 22…高不純物濃度の多結晶Si膜 23…ソース電極端子、24…ドレイン電極端子 30…マイクロブリッジ
1 (A) to (E) are views showing a first embodiment of the present invention, FIGS. 2 (A) to (E) are views showing a second embodiment of the present invention, and FIG. A) and (B) are diagrams showing a third embodiment of the present invention, FIGS. 4 (A) to (Q) are diagrams showing a fourth embodiment of the present invention, and FIGS. F) is a diagram showing a sixth embodiment of the present invention, FIG. 6 is a diagram showing a seventh embodiment of the present invention,
FIG. 7 is a diagram showing an eighth embodiment of the present invention, and FIG. 8 (A).
Is a cross-sectional view showing the basic structure of a future laminated integrated circuit, FIG. 8B is a cross-sectional view showing a future new-structure transistor, and FIG.
FIGS. 9A to 9C are views showing the concept of the structure of the joint gate CMOS. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Gate electrode, 2 ... Source region 3 ... Drain region, 4 ... Gate insulating film 5 ... Base insulating film 6 ... Si film in SOI structure 7 ... Si substrate, 8 ... SiO 2 film 9 ... Single crystallized deposited Si film 10 ... Mask, 11 ... Ion implantation 12 ... Source region of upper layer MOSFET 13 ... Drain region of upper layer MOSFET 14 ... Si 3 N 4 film, 15 ... Anisotropic etching 16 ... Si 3 N 4 film filled under microbridge 17 ... SiO 2 film filled under the microbridge 18 ... Resist, 19 ... Gate electrode terminal 20 ... Source electrode terminal of upper layer MOSFET 21 ... Source electrode terminal of lower layer MOSFET 22 ... Polycrystalline Si film with high impurity concentration 23 ... Source Electrode terminal, 24 ... Drain electrode terminal 30 ... Micro bridge

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 27/088 27/12 F 29/78 7514−4M H01L 29/78 301 X 8934−4M 27/08 102 E ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical display location H01L 27/088 27/12 F 29/78 7514-4M H01L 29/78 301 X 8934-4M 27 / 08 102 E

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体を材料とする両持ち梁または片持ち
梁を形成する工程と、次に、酸化または窒化により上記
梁の上面および下面をそれぞれ第1、第2の絶縁膜で被
覆する工程と、さらにその後、上記第1、第2の絶縁膜
の少なくとも一方をゲート絶縁膜とし、かつ、ソース、
ドレイン領域のそれぞれ上面および下面が、上記第1、
第2の絶縁膜にそれぞれ接するMIS型電界効果トランジ
スタを上記梁に形成する工程とを具備することを特徴と
する半導体装置の製造方法。
1. A step of forming a cantilever beam or a cantilever beam made of a semiconductor material, and a step of coating the upper and lower surfaces of the beam with a first insulating film and a second insulating film, respectively, by oxidation or nitriding. And further thereafter, at least one of the first and second insulating films is used as a gate insulating film, and a source,
The upper surface and the lower surface of the drain region are respectively
And a step of forming MIS type field effect transistors in contact with the second insulating film on the beam, respectively.
【請求項2】半導体からなる両持ち梁または片持ち梁
と、上記梁の上面および下面をそれぞれ被覆する第1、
第2の絶縁膜とを有し、上記第1、第2の絶縁膜の少な
くとも一方をゲート絶縁膜とし、かつ、ソース、ドレイ
ン領域のそれぞれ上面および下面が、上記第1、第2の
絶縁膜にそれぞれ接するMIS型電界効果トランジスタが
上記梁に形成されていることを特徴とする半導体装置。
2. A cantilevered beam or a cantilevered beam made of a semiconductor, and a first beam for covering an upper surface and a lower surface of the beam, respectively.
A second insulating film, wherein at least one of the first and second insulating films serves as a gate insulating film, and the upper and lower surfaces of the source and drain regions respectively have the first and second insulating films. A semiconductor device having MIS type field effect transistors which are respectively in contact with the beam are formed on the beam.
【請求項3】上記梁と該梁を支える基体との間が真空
か、または空気もしくは不活性ガスで充填されているこ
とを特徴とする特許請求の範囲第2項記載の半導体装
置。
3. The semiconductor device according to claim 2, wherein a space between the beam and a substrate supporting the beam is vacuumed or filled with air or an inert gas.
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