JPS5837949A - 集積回路装置 - Google Patents

集積回路装置

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JPS5837949A
JPS5837949A JP56135420A JP13542081A JPS5837949A JP S5837949 A JPS5837949 A JP S5837949A JP 56135420 A JP56135420 A JP 56135420A JP 13542081 A JP13542081 A JP 13542081A JP S5837949 A JPS5837949 A JP S5837949A
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layer
silicon
single crystal
semiconductor
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Kenji Shibata
健二 柴田
Tomoyasu Inoue
井上 知泰
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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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】 本発明は半導体素子群よりなる集積回路装[i:。
関し、より具体的ζ;は半導体素子を相互ζ;積層した
新規な構造を有する高密度集積回路に関する。
シリコンをはじめとする半導体基板上に設けられた集積
回路デバイスの開発におい1は密度を増大させ、動作速
度を増大させ、さらζ=は多くの異なる機能、劣えば記
憶、演算、感知9表示などを同時に兼ね備えさせること
によって性能を向上することが目的とされている。**
を高める場合には素子の寸法を小さくすることによ)実
装密度が上げられ、しかも応答も速くなるが、この微細
化は半導体デバイス製造技術上限界がある。デバイスの
動作上においても、例えばM08FfiTのチャネル長
の寸法的制限上動作電圧が制限されたシ、ソース、ドレ
イン間の高電界のために発生する電子なだれによるしき
い値電圧の不安定性など、デバイス寸法を小さくするこ
とによって現われる多くの悪影響がある。このような集
積化の制限を起える手段として多層に素子を”形成する
いわゆる三次元半導体装置が提案された。(例えば全開
特許会報@ 55−160425 > またこれを実現する基本的な技術として、絶縁性基板上
の多結晶または非晶質半導体層にエネルギービームを照
射して粗大粒の多結晶または単結晶半導体層を形成する
方法が提案されている。
(41願昭56−31044.31045.31046
 >このような従来の発明では、上下の眉間のオーミン
クコンタクトな^い歩留りでとることは大へんむずかし
く、また基本技術となるエネルギービーム1=よる多層
牛導体層O形成においては単結晶層となることはごくま
れでほとんどは20〜100μm程to粒径な有する粗
大粒多結晶層であり、またその面方位も、通常用いられ
る(100) 、 (111)などにコントロールする
ことはむずかしく多くの面方位を不規則に有する。この
た−めでき上がった三次元半導体装置の性能は従来の二
次元デノ(イスに比べて悪く、その歩留りもたいへん悪
いものでおった。
本発明は上記欠点を除去するため(二なされたもので、
二層目以上の牛導体層の面方位を自由にコントロールし
、上下の層のオーきツクコンタクトを正確にとれるよう
にした三次元集積回路を提供することにある。
本発明のもう1つの目的はへテロコビタキシャル技術を
用いることにより異なった種類の牛導体層を積増し、そ
れぞれの層に形成された半導体素子を相互にオーミック
コンタクトして、高密度な多機能集積回路を提供するこ
とにある。
本発明によると、二層目以上の半纏体ノーは最下層でお
る半導体基板(以下シリコン基板を用いる)の面方位が
順次棟付けすることによp引き紡がれ多ノーにわたって
同−面方位の半導体層の中に作られた半導体素子による
集積回路が形成される。
以下に本発明を詳図な用いて説明する。
′s1図は、この発明による1116密度多機能集積回
路の装造工程を示す断面図である。
まず第1図+aiで示すようζ二たとえばP Hl (
100)面方位の単結晶シリコン基板1の構面の一部を
約1μmエツチングする。この時エツチングする部分と
しない部分の境界は急しゅんな断差とせずなめらかに変
化させるようにエツチングする。エツチングした部分は
第1の平面部分とし、ここに公知の方法ζ:て半導体素
子たとえばnMO8トランジスタを形成する。これはゲ
ー)[化膜2及び3の上にゲート電極4及び5を形成し
これと自己整合的ζニソース、ドレイン6〜9を形成す
ることによってなされる。次に$1図tb)で示すよう
に素子間分離用絶縁膜10−12を形成し、個々の素子
間の配線13−15を形成したのち、第1の平面部分の
全面ζ二非晶負よりなる絶縁属たとえばシリコン酸化膜
16を形成する。この時の絶縁属はシリコン酸化膜単層
でもかまわないし、たとえばシリコン酸化膜とシリコン
窒化膜の2層ないしはそれ以上の多層膜でもよい。次に
第1図(C)で示すようにシリコン基板lの全ail:
多結晶またはアモルファスシリコン膜17を被着する。
この後エネルギービームな上部から照射することによp
1シリコン基板からエピタキシャル成長が起こり、17
の層は単結晶シリコン層となる。実施例では連続電子ビ
ームを用い条件としては電子線の加速電圧10 KV 
*  シリコン基板に到達するビーム電流としては30
0μA とした。またビームのスポット径は約1ios
φであり、ビームの走査速度は100 cm/secで
おった。さらに電子ビーム胤射の際には基板温度を50
0°0:二保ら、同一′@域をビームの走査4:より連
続的に数回くりかえし行なうことにより本発明の効果を
充分に発揮させることがで造る。
次にml!1図(dlで示すようζ二、エピタキシャル
成長した第2の平Ifi部分に公知の方法にて半導体素
子たとえばMOSトランジスタを形成する。このトラン
ジスタの土なるキャリアはエピタキシャル成長層のドー
ピングの種類によって決まるが、本発明においてはエビ
タ午シャル層に燐をI X 10”crtt−”ドープ
しs2の平面部分にはp鑞MO8)ランジスタを形成し
た。ここでゲート酸化d 18919 %ゲート*極x
、21.メロン拡散:二よって作られるノース、ドレイ
ン領域22−25.素子量分1iil!酸化FJj!、
が−あ、素子間配縁29−31である。また第1の平面
領域の素子とは、コンタクトβで接続されている。
次に*1図(6)で示すように第2の平面部分の全面に
非晶質よりなる絶縁膜おを形成し、その後シリコン基板
全面にチ結晶またはアモルファスシリコン[34を被着
する。この後電子ビームを先と同じ条件で照射すること
により単結晶シリコン層17からエピタキシャル成長が
起こり、シリコン膜Uはシリコン基板1と同じ面方位の
単結晶となる。
上紀工揚においてシリコン膜Uは砒化ガリクム(GaA
s)のような化合物半導体でおってもかまわない。すな
わち、たとえば気相成長により多結I&またはアモルフ
ァスの砒化ガリウム膜あを被着し、電子ビーム照射にて
シリコン層からヘテロエピタキシャル成長により、単結
晶砒化ガリウム農具が形成される。
次に(f)で示すように(e)の工程で第1の平面部分
上に形成された第3の平#i部分書=公知の方法ζ二て
半導体素子たとえばMOS )ランジスタを形成する。
不実施例においては単結晶シリコン層中に作られたMO
S)ランジスタを示す。ここでゲート酸化膜間、36、
ゲート電極37.3B、ソース、ドレイン領域39−4
2、素子間分離酸化腹心−砺、配線46−48、下層と
のコンタクト豹である。11MO8)ランジスタはpm
、nmいずれでもできるが本実施例ではn鳳MOSトラ
ンジスタとした。
上記第3の素子群はGaAs中ζ=おいても同様(=形
成される。こO場合にはシリコン層中の場合もニルべて
キャリアの易動度が数段速く尚速の素子が形成さ几る。
またエピタキシャル層を燐ガリウム(GaP)で作れば
、第3の素子群としてGaPo%元ダイオードを形成し
、表示機能を持たせることもできる。
このような素子形成、エピタキシャルを順次くりかえす
ことによって多層にわたって半導体素子を形成し、これ
らを相互に組合せて配線することによって多機能高密度
集積回路装置を形成できる。
第2図はこのようにして形成された第2n+1層の集積
回路装置の断面図である。
なお上記実施例では王1ニシリコン層中のMOS)ラン
ジスタについて説明したが、シリコン層にはこれ以外に
C−MOS  )ランジスタ、バイポーラトランジスタ
、ダイオード、 MESFETなどあらゆる素子を形成
できることはいうまでもなく、またエピタキシャル層と
してもシリコンにGa 、 As 。
GaP +あるいはInP e InSb * Go 
*等の半導体膜をヘテロエピタキシャル成長させ、この
中に種々の半導体素子を形成することももちろん可能で
、これによって本@明の効果を充分に発揮させることが
できる。さらに最初の半導体基板において4シリコン基
板だけでなく他の半導体基板であっても本発明の効果が
発揮できるのはいうまでもない。
また上記実施例(二おいて用いられたエネルギービーム
は電子ビームであったが、これは他礪二し−ザービーム
、赤外線、太陽光などが考えられこれらの組合せであっ
てもかまわない。さらに各棟の膜の被着方法も蒸着、気
相成長、プラズマ中での成長9分子線成長、イオンビー
ム成長などいろいろ考えられ、これらの組合せにより、
本発明の効果はさらに増大させることができる。その他
、本発明の主旨を逸脱しない限り植々の応用例が期待で
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図ta+〜(f)はこの発明の一実施例の製造工程
を示す断面図、′M&2図は実施例によって形成された
集積回路装置を示す。 1 半導体基板    2.3  ゲート酸化膜4.5
  ゲート電極   6−9 ノース、ドレイン10−
12  %予分離絶縁膜 13−15  配線16  
非晶質絶縁層   17シリコン(弔鉢)工0佼四−易
、36  ゲート酸化膜 37,3&  ゲート44k
)(ソース、ドレイン43−45  素子分離絶縁膜4
6−48  配@      49  コンタクト50
.51  ゲート酸化膜 52−53  ゲート酸化膜
54−57  ソース、ドレイン郭−ω素子分離絶縁膜
61−63  配線     6 非晶質絶縁層65 
 シリコン(半導体)エピタキシャル層6.67ゲート
家化膜 6B、69  ゲート電極To −73ソース
、ドレイン 74−76  素子分離絶縁膜77−79
 配線 代理人 弁理士 則 近 憲 佑(他1名)11図 第  !  図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 半導体基板上のjulの平面領域に形成された第1の半
    導体素子群と、これとは隔った位置(二あり、しかもな
    めらかに変化する断差をもって上部または下部に位置す
    る!J2の平面領域に形成された第2の半導体素子群と
    、これら!#!1および′!J2の半導体素子群の上部
    に埴次絶縁性層を介して設けられた第3.第4.・・・
    ・・・・・・第2n−1,第2nの半導体素子群とを相
    互に艦絖することによって形成された集積園N誠随。
JP56135420A 1981-08-31 1981-08-31 集積回路装置 Pending JPS5837949A (ja)

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