JPS58175853A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS58175853A
JPS58175853A JP57057304A JP5730482A JPS58175853A JP S58175853 A JPS58175853 A JP S58175853A JP 57057304 A JP57057304 A JP 57057304A JP 5730482 A JP5730482 A JP 5730482A JP S58175853 A JPS58175853 A JP S58175853A
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semiconductor
transistor
substrate
floating
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JPS639752B2 (ja
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Kazumichi Omura
大村 八通
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Agency of Industrial Science and Technology
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/06Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
    • H01L27/0688Integrated circuits having a three-dimensional layout

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  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、金属−絶縁物一半導体構造のいわゆるMOa
ll)ランジスタを所定基板上に絶鍬論を介して立体的
に積層された半導体膜に**形成してなる半導体ftK
に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
近年、レーデ−或は電子ビーム照射により絶縁体上に堆
積した多結晶V9コyの結晶粒径を数戸mにまで大きく
シ、この多結晶シヅコン属にMO8ffi)ランゾスタ
を形成するときはその特性が/4ルク半導体に形成した
場合のそれに近くなることが判って来た6例えばV9コ
ン基板に1式酸化により約5000Xの酸化膜を形成し
、その上にCVD法で多結晶v!lコン膜を約5000
X堆積する。ムrレーデ−ビームを50〜100/1m
φ1:絞り、10Wm度の出力で数10cs/1mの速
度で多結晶vqコン膜表面を走査する。更に横方向に1
0〜20声mずつずらせ、ビーム軌跡が前の走査と十分
重畳するように順次走査する。その結果、数百芙程度の
粒径の多結晶が数μm−数、′十声mの粒径のそれとな
る。これはエネルギー密度の高いレーデ−ビームの照射
により多結晶粒に成長するものである。このような結晶
粒の大きい形紬晶シリコン膜にMO8g)ランゾスタを
形成するとその電子昌WIm度は100−300 cj
 / v meという。
(100)基板のMO8g)ランジスタの電子易動度〜
900aII/マーの数分の一程度の値を示す。
このようなビームアニール技術を利用することにより半
導体素子を立体的に集積することが研究されている。す
なわちシリコン基板上に素子を形成し、絶縁膜を被覆す
る。この上に多結晶やアモルファスシリコン膜を堆積し
、レーザービーム、電子ビームで溶融走査を行なう、こ
の属に素子を形成し、更に絶縁膜、多結晶シリコン換の
堆積、ビーム照射を繰返すことにより素子が立体的に構
成されて行く、こうして従来素子寸法の鞘少等によって
二次元的に高密度化され来た素子が三次元的に集積化さ
れることになる。
しかし、三次元的に素子を集積するに当っては、その個
々の構成や製造方法には未だ幾多の間融がある。これら
問題の一つに層間絶縁嗅の問題がある0層間絶縁属はも
はや基板シリコンを酸化して作るわけには行かないので
稀釈81H,とO3の熱分解等のCVD堆積による81
0、l[を用いる。このようなCVD810.膜は熱酸
化膜と興なり密度も小さい、而してあらかじめその下部
には素子が形成されているので充分高温に保持してこの
8101膜を高書度化することが出来ない、更にこの8
10諺膜−二はしばしば正電荷が存圧しこの上に堆積形
成した薄膜に作ったnチャネルMO8M)ランゾスタの
残存リーク電流が大きいといった問題がある。
〔発明の目的〕
この発明は上記のような層関絶縁展の問題が存在しても
その上のMO8m)ランゾスタの特性に影譬な与えるこ
となく、効果的にMOO製トランジスタの立体的な集積
を実現した半導体装置を提供することを目的とする。
〔発明の概要〕
本発明においては、層間絶縁膜中に電荷が存在してもこ
れを打消し得るように、MO8w)ランジスタの下部の
層間絶縁膜中にブローティングf−)を埋設し、MO8
ffiトランジスタで生成したキャリアをこのブローテ
ィングゲートに注入出来るようにしたものである。
〔発明の効果〕
本発明によれば、フローティングゲートに電子を注入す
ることにより層間絶縁膜中の正電荷を中和することが出
来る。この結果、立体的に集積されたMOg型)ランジ
スタはリーク電流が少なく、優れた特性となる。更には
層間絶縁・膜中の正電荷の有無に関係なくフローティン
グr−)への電荷の注入の有無によりMOa型トランジ
スタの特性を任意に変化させることができ、これにより
電気的書き込み可能なROMとしても使用出来る。又、
このフローテイングゲートは2個以上のトランジスタの
特性を変えることも可能である。
〔発明の実施例〕 次に本発明の詳細な説明する。81図は一実施例の断面
区である* (100)81基板1に通常の多結晶8M
技術でMO8ii1)ランジスタQ1を形成した。
次に層間絶縁膜として、CVD810.膜2を堆積し更
に平坦化技術によりその表面を平坦化した。810.換
2の表面部には多結晶シリコy膜より多結晶旧主に20
0X程度の10.11If!成、 コノ上t”:、 L
 P CV D ”C’ 81 B N4属1000X
堆積した。上部に形成すべきMO8g)ランジスタのチ
ャネル部分すなわち5声1!lNl0μmの矩形の旧I
NG膜を残して811N4膜を除き。
水素燃焼蒸気により堆積多結A1を局所酸化し九81、
N、績を除淋、矩形状多結晶8Iからなるフローティン
グr−)Jとその回りの駿化物の平坦化を行ない1次C
;乾燥酸化によりフローティングr−)j上に700X
の熱酸化膜を形成ンジスタQ、の形成工程は次のとおり
である。
まず堆積した多結晶旧主y4ssolのArレーデ−光
を約50μmφに集束、1O−20as / 3r、(
の速度で走査した。出力は5−8W、走査線の横方向へ
の移動は10或は20μmで行なった。このレーデ−ア
ニールにより数十〜200声mもの長さの結晶粒が成長
した。前述の埋込みフローティングff−)J上にチャ
ネル部が来るようにレーデ−アニールした上部の81j
l上にMO8fi)ランゾスタQ、を形成した。このM
O8g)ランジスタQmはr−)酸化膜厚8001.)
、ランジスタ領域を島状に残し他をエッチするか或はト
ランジスタ領域を残し局所酸化で他V鹸化物に変えるこ
とも出来る。
r−)はII!すシツコンr−−)で製作した。
あるが? −)電圧’Y−10Vlニしてもドレインφ
     −− 電流か10  A以下に下らない6次にS1基板を、埋
込みブローティング?−)J上のトランジスタのソース
に対し+5oovに保ち、ダートを+5■にし、ドレイ
ンに5m(8)幅の30Vのノヤルスを印加した。これ
により? −)電圧減少した。一方埋込みフローティン
グr−)のないトランジスタでは同様のノ々ルス印加に
よりe−)電圧−10v、ドレイン電圧5Vの場合の電
流が8X10  A程度にしか下らなかった。
このようなリーク電流は素子の消費電力を増すものであ
る。この理由は次のように考えられも上履の81膜下の
810.に正電荷がありこれが81膜下部に電子を誘起
するのでその上部に形成したf−)では制御出来ない電
流がn ソース。
ドレイン間に流れる。これが大きなリーク電流である。
−古本実施例においては、ノ譬ルス印加によりドレイン
a  −p接合付近がアバランシェ状態になり、基板の
81がトランジスタのソース、ドレインに対し正に印加
されているので。
ドレインup接合付近のエネルギーの高い電子が酸化膜
中に注入され、埋込みフローティン19’−)に到達す
る。一旦フローティングr−トに注入された電子は安定
に止り、この負′罐荷(二より酸化膜中の正電荷の効果
を打消し、5111g下部に゛電子を誘起することがな
い、この結果。
鳳チャネルトランジスタのリーク電流が激減したもので
ある。
されていない多結晶シリコン属JJV一部に残した。こ
の上1二平坦層間絶縁膜としてCVD8101JIJ4
を再度形成し、その表面部に多結晶シリコンからなるフ
ローテインダr−トJJを埋設した。フローテインダr
−ト16は、多結晶81 v堆積して第2層目の素子を
形成してイナい部分の上部の100μmm100声mの
多結晶8区を残し、他を局所酸化、或はエツチング除去
し、この多結晶8量の面に810.v平坦化した俵、乾
燥酸素(;より多結晶8M上に700Xの酸化j[v形
成して埋込み構造とじ旭100m/讃の線速度で走査照
射な行なった。
レーデ−アニールと同様、この電子線走fM射により数
十声m−敗百μm長9粒径の多結晶st jlllが得
られた。この8■に多結晶8 l r−ト方式でチャネ
ル幅20声−、チャネル長5声mのn?ヤ本ルMO8f
i)ランジスタQa* e Qtt・・・を9個装作し
た。フローティングr −) 1 jは9個のトランジ
スタQss e Qtt・・・に共通になっている。こ
のままでは三層目の各トランジス!Q#1 e qst
 ””のリークは1〜3 X 10  A程度であった
。前記実施例と同様、9個のトランジスタQ□#Q、、
・・・の1個のr−)を+5v。
第二鳩目すなわち表面層の下の8量層13に◆5oov
の電圧を与え、葭トランゾスタのソース、yレイン間に
5m5sc幅、30vの/譬ルスv50回印加した。こ
の結果、各トランジスタQs1a Qtt・・・のリー
クは1〜5属10   Aに減少した。
このよう6;電子を注入した墳込みフローティングr−
)を元に戻すときは紫外線照射を行っても良いし、基板
側から前とは逆の負の一1肛程度の・臂ルスを印加すれ
ば良い。
このよう(二本発明は、三次元的にMO8型トランジス
タvIK積した場合に、すぐれた性能を発揮することが
出来る。
なお寝込みフローティングr−)として多結晶シリコン
の例を述べたが、これは金属膜でも構わない、また81
基板や多層構造8i属上のMO8@の例を述べたが金属
基板上に層間絶縁属を介して8鳳膜を堆積し、これにM
O8111)ランジスタを形成する場合も同じである。
また埋込みフローティングr−)への電子注入の有無、
或はその量を制御すること1;より書き込み可能なメモ
リとしても使えるものである。
【図面の簡単な説明】
IJ1図は本発明の一実施例の断面図、第2図は別の実
施例の断面図である。 1・・・81基板、2・・・CVD 810歳膜(層間
絶縁属)、J・・・フローティングl’−ト、Q@、Q
1・・MO8gトランジスタ、1ノ・・・81基板、1
1.14・・・CVD 810.膜(層間絶縁属)、1
1・・・VリコンI1.J s ・・・フローテインダ
r−ト。 Qtt  eQu  5Qsts  Qtt *Qsm
   =M  O8Wl )  ラ ン シ′スタ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 111  基板上に層間絶縁膜な介して形成された半導
    体膜(:、MO8ffi)ランジスタを形成してなる半
    導体装置において、前記MO811)ランジスタ直下の
    層間絶縁膜中にこのMOall)クンジスタで生成した
    キャリアを注入トラップするためのフローティングr−
    )を埋設したことを特徴とする半導体装置。 参) 前記基板は、素子が形成された半導体基板もしく
    は金属基板、!たはこれらの上に層間絶縁膜を介して少
    くとも一層の半導体膜が形成されこの半導体膜に素子が
    形成されたものである特許請求の範囲111項記載の半
    導体装置。 <31  前記層間絶縁膜の主要部はCVD8轟0*T
    A。 前記フローティングr−)は多結晶Vリコン膜であり1
    層間絶縁属のうちブローティングダートとその上のMO
    51g)ランゾスタとの間はフローティンダグ−Fを熱
    線化して得られる熱酸化膜である特許請求の範囲第1項
    記載の半導体mm。 (4)  前記フa−ティングI’−)へのキャリア注
    入は、下地基板または半導体膜6二バイアス電圧を印加
    し、MOall)ランジスタのソースまたはげレイン近
    傍でアバランシェ破壊をおこすことにより行うものであ
    る特許請求の範囲111項記載の半導体装置。 (5)  前記フローティングゲートは、その上の半導
    体膜に形成された各MO8fi)ランゾスタ毎に、また
    は複数のMO8fi)ランジスタC二対して共通に設け
    られている特許請求の範囲第1項記載の半導体装置。
JP57057304A 1982-04-08 1982-04-08 半導体装置 Granted JPS58175853A (ja)

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