JPS60152066A - 電界効果型トランジスタ - Google Patents

電界効果型トランジスタ

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JPS60152066A
JPS60152066A JP59007878A JP787884A JPS60152066A JP S60152066 A JPS60152066 A JP S60152066A JP 59007878 A JP59007878 A JP 59007878A JP 787884 A JP787884 A JP 787884A JP S60152066 A JPS60152066 A JP S60152066A
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JP
Japan
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layer
silicon layer
insulating layer
single crystal
gate electrode
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Application number
JP59007878A
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English (en)
Inventor
Hisao Hayashi
久雄 林
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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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
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    • H01L27/0688Integrated circuits having a three-dimensional layout
    • HELECTRICITY
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    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L27/088Devices 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 only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate
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    • H01L27/0922Combination of complementary transistors having a different structure, e.g. stacked CMOS, high-voltage and low-voltage CMOS

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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】 産業上の利用分野 本発明は電界効果型トランジスタに関し、特に多層5O
I(シリコン・オン・インシュレータ)構造の半導体装
置を構成するのに用いて最適な電界効果型トランジスタ
に関する。
背景技術とその問題点 近年、半導体集積回路においては、微細加工技術の進歩
によりサブミクロン加工が可能となったこと、各種の素
子分離技術の進歩により素子の微細分離が可能となった
こと、多層配線技術が進歩したこと等により素子の高密
度化が一層進展しているが、集積密度は次第に限界に近
づきつつあると考えられる。
上述の集積密度の限界を越えるために、従来半導体基板
表面に2次元的(平面的)に配置されている素子を縦方
向に何層も積層して素子を3次元的に配置することによ
り、集積密度を増大させる試みが近年活発化し斗いる。
しかしながら、現在の技術レベルで実現可能な3次元構
造の半導体装置は未だ殆ど提案されていないのが現状で
ある。
発明の目的 本発明は、上述の問題にかんがみ、3次元構造の半導体
装置を構成することのできる電界効果型トランジスタを
提供することを目的とする。
発明の概要 本発明に係る電界効果型トランジスタは、半導体基板と
、この半導体基板の少なくとも一部が表面に露出するよ
うに上記半導体基板表面に選択的に設けられている絶縁
層と、上記露出している部分の上記半導体基板上に形成
されかつ上記絶縁層上に延在する再結晶層と、この再結
晶層上に設けられているゲート絶縁層及びこのゲート絶
縁層上ζこ設けられているゲート電極と、上記再結晶層
内にそれぞれ設けられているソース領域及びドレイン領
域とをそれぞれ具備している。このため、このように構
成された電界効果型トランジスタを多層に積層すること
により、6次元樗造で素子の集積密度の高い半導体装置
を構成することができる。
実施例 以下本発明に係る電界効果型トランジスタを相補型MO
8FET(以下CMO8と称する)に適用した一実施例
につき図面を参照しながら説明する。
まず第1A図に示すように、n凰シリコン基板1の表面
を公知のLOCO8法により部分的に熱酸化してS 1
02 層2を形成する。
次に第1B図に示すように、5tO2層2及びこの5i
o2 層2の間に露出しているn型シリコン基板1の表
面1a上にCVD法により多結晶シリコン層4を被着形
成した後、この多結晶シリコン層4をLOCO8法によ
り部分的に熱酸化してSlO□層5を形成する。
次に多結晶シリ;ン層4にYAGレーザによるパルス状
のレーザビーム(波長1.06μff1)7ヲ照射する
ことによりこの多結晶シリコン層4を加熱して溶融させ
る。このようにして溶融した多結晶シリ;ン層4は、n
型シリコン基板1の表面1a上にエピタキシャル成長す
る。即ち、多結晶シリコン層4はn型シリコン基板1の
表面1aを種結晶として再結晶し、この結果、第1C図
に示すようにn型シリコン基板1と同一の結晶面方位を
有しかつ5io2 層2上に延在する第1の単結晶シリ
コン層8が形成される。なお上述のような単結晶成長法
は、ラテラル・シーディング・エピタキシャル法と称さ
れている。
次に上述のようにして形成された第1の単結晶シリコン
層80表面に例えばホウ素等のp型不純物をイオン注入
する。なおイオン注入条件は後述のpチャネルMO8F
ET(以下p−MO8と称する)のしきい値電圧vTが
所定値になるように選択する。
次に第1の単結晶シリコン層8及び5102 層5上に
熱酸化法により所定膜厚の5io2層を形成し、さらに
この5tO2層上にCVD法によりDOPO8層(不純
物をドープした多結晶シリコン層)を形成した後、これ
らのDOPO8層及びSiO□層の所定部分を順次エツ
チング除去して、第1D図に示スヨウニ5102から成
るゲート絶縁層9及びDoposから成るゲート電極1
0をそれぞれ形成する。次にCVD法により全面にBS
G層11及びs io2層12を順次被着形成した後、
これらのS tO2層12及びBSG層11の所定部分
をエツチング除去して第1D図に示すように開口13を
形成する。
次に例えば1000℃程度の高温で熱処理を行ってBS
G層1層中1中まれていタホウ素を第1の単結晶シリコ
ン層8中に拡散させることにより、第1E図に示すよう
にp十層から成るソース領域14及びドレイン領域15
をそれぞれ形成する。このようにして、ゲート電極10
、ゲート絶縁層9、ソース領域14及びドレイン領域1
5から成るp−MOSi2が形成される。なおp−ハ(
O316の動作時においてはソース領域14とドレイン
領域15との間のチャネル部8&にチャネルが形成され
てこのチャネル部8aがp−MOSi2の活性層を構成
する。
次に第1F図に示すように、5io2層12及び開口1
5に露出している第1の単結晶シリコン層8の表面8b
上にCVD法により多結晶シリコン層17を被着形成し
、次にこの多結晶シリコン層17の所定部分をエツチン
グ除去する。次に第1B図に関連して述べたと同様のL
OCO8法により上記多結晶シリコン層17を部分的に
熱酸化して sio□層18層形8する。
次に第1B図に関連して述べたと同様に多結晶シリコン
層17にYAGレーザによる)くルス状のレーザビーム
7を照射することによりこの多結晶シリコン層17を加
熱溶融させ、溶融した多結晶シリコン層17を開口13
に露出している第1の単結晶シリコン層8の表面8bを
種結晶として再結晶させる。この結果、第1G図に示す
ように第1の単結晶シリコン層8と同一の結晶面方位、
従ってn型シリコン基板1と同一の結晶面方位を有しか
つ5IO2層18上に延在する第2の単結晶シリコン層
19が形成される。
次に第2の単結晶シリコン層19の表面に例えばリン等
のn型不純物をイオン注入する。なおイオン注入条件は
後述のhチャネルMO8FET(以下n−MO8と称す
る)のしきい値電圧vTが所定値になるように選択する
次に第2の単結晶シリコン層19及び5tO2層18上
に熱酸化法により所定膜厚の5102層を形成し、さら
にこの 5io2層上にCVD法正こよりDopos層
を形成した後、これらのDOPO8層及び S to3
層の所定部分を順次エツチング除去して、第1H図に示
すように 810□から成るゲート絶縁層20及びDO
PO3から成るゲート電極21をそれぞれ形成する。次
にCVD法により全面にP2O層を被着形成した後、所
定部分をエツチング除去して所定形状のPSG層22を
形成する。
次lこ例えば1000層程度の高温で熱処理を行ってP
SG層2層中2中まれているリンを第2の単結晶シリコ
ン層19中に拡散させることにより、第1工図に示すよ
うにn十層から成るソース領域26及びドレイン領域2
4をそれぞれ形成する。このようlこして、ゲート電極
21、ゲート絶縁層20、ソース領域23及びドレイン
領域24から成るn−MOS25が形成される。なおn
−MOS25の動作時においてはソース領域23とドレ
イン領域24との間のチャネル部19aにチャネルが形
成されてこのチャネル部19aがn−MOS25の活性
層を構成する。
次に第1J図に示すように、スパッタリング法により全
面にMO薄膜26を被着形成後、開口13に対応する部
分のMO薄膜26&lこ既述のYAGレーザによるパル
ス状のレーザビームを選択的に照射してこのM0薄膜2
6aを加熱溶融させると共に、開口16に対応する電極
形成部8 c 、19b(第1■図参照)を例えば10
00層程度の高温に加熱する。これにより M(l薄膜
 26 aと電極形成部8e。
19bとが合金化し、電極形成部8e、19bに低抵抗
のMoS 12層27が形成される。この後、Mρ薄膜
26をエツチング除去する。このようにして、P−MO
S16のソース領域14とIn−MOS25のソース領
域26とが電気的に接続され、p−MOS16とn−M
OS25とから成る0MO8が完成される。
上述の実施例によれば、p−MOS16の上にn−MO
S25を積層しているので、0MO8を6次元構造とす
ることができる。このため、従来のように半導体基板に
P−MO8とn−MO8とを互いに隣接して平面的に形
成する場合に比べてCMO81個当たりの占有面積が小
さくなり、従って0MO8を高密度に形成することがで
きる。
また、従来の平面構造の0MO8を形成する陽春1rl
+ 通常ガ荊η11コツ糞諧の裏面lrすずDウェルを
形成し、このpウェル中にn−MO8を形成すると共に
、pウェルに隣接する部分のn型シリコン基板中に直接
p−MO8を形成しているので、n−MO8のソース領
域及びドレイン領域(共にn型)、pウェル及びn型シ
リコン基板で形成されるnpn’f;11造により生ず
るいわゆるランチアップの問題があるのに対して、上述
の実施例においてはpウェルを形成する必要がないので
ランチアップの問題が全くない。
また上述の実施例によれば、p−MOS16及びn−M
OS25のチャネル部(活性層)8a 。
19aをそれぞれエピタキシャル成長された結晶性が良
好な第1及び第2の単結晶シリコン層8,19で構成し
ているので、p−MOS16及びn−MOS25共に動
作速度が速く、従って0MO8の動作速度も速い。なお
上述の実施例においては、p−MOS16の活性層を第
1の単結晶シリコン層8のうちのn型クリーン基板1の
表面1a(種結晶)の直上に形成された極めて結晶性が
良好な部分で構成しているので、T)−MOS16の動
作速度は特に速い。
さらtこ上述の実施例によれば、はぼ確立された従来の
技術を用いて容易に3次元構造の0MO8を構成するこ
とができるという利点もある。
なお上述の実施例においては、BSG層11に含まれて
いるホウ素を第1の単結晶シリコン層8中に拡散させる
ことによりソース領域14及びドレイン領域15を形成
し、またPSG層22に含まれているリンを第2の単結
晶シリコン層19中に拡散させることによりソース領域
23及びドレイン領域24を形成しているが、例えばイ
オン注入法を用いてソース領域14.23及びドレイン
領域15.24を形成してもよい。即ち、例えばp−M
O816について述べれば、第1D図に示す工程におい
てゲート電極10及びゲート絶縁層9を形成した段階で
ホウ素等のp型不純物を第1の単結晶シリコン層8にイ
オン注入することζこよりソース領域14及びドレイン
領域15を形成してもよい。n−MO825についても
同様である。
また第15図に示すMo薄膜26を形成する前に第1に
図に示す工程において開口13を通じてSL原子等を予
めイオン注入しておくことにより開口16に対応する電
極形成部8b、19bを非晶質化させておいてもよい。
このようにすれば、レーザビームの吸収が良くなるとい
う利点がある。
さらに上述の実施例においては、第1B図、第1F図及
び第15図に示す工程において、多結晶シリコン層4.
17またはMb薄膜26aを加熱溶融するためにYAG
レーザによるパルス状のレーザビーム7(第1J図にお
いては図示せず)を用いているが、必要に応じて連続発
振のレーザビームを用いてもよいことは勿論、YAGレ
ーザ以外の他のレーザ、例えばArレーザを用いてもよ
く、さらにレーザ以外の電子ビーム、イオンビーム等を
用いてもよい。
なお上述の実施例においては、第1J図に示す工程にお
いてMo薄膜26を形成しているが、例えばW、 Mo
 −Si等の薄膜を形成してもよい。また上述の実施側
においては、半導体基板としてれ型シリコン基板1を用
いているが、必要に応じて他の半導体基板を用いること
ができる。
応用例 上述の実施例においては、本発明に係る電界効果型トラ
ンジスタを0MO8に適用した場合につき述べたが、他
の半導体装置にも本発明に係る電界効果型トランジスタ
を適用することができる。
発明の効果 本発明に係る電界効果型トランジスターこよれば、この
電界効果型トランジスタを多層に積層すること化より、
3次元構造で素子の集積密度の高い半導体装置を構成す
ることができる。また再結晶層内にソース領域及びドレ
イン領域を設けているので、トランジスタの活性層を結
晶性が良好な再結晶層により構成することができ、従っ
て動作速度が速い電界効果型トランジスタを提供するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1A図〜第15図は本発明に係る電界効果型トランジ
スタを適用した6次元構造のCtA OSの製造方法を
工程順にテす断面図である。 なお図面に用いた符号におl、)て、 1 ・ n型シリコン基板(半導体基板)2 ・・ ・
 5i02層(絶縁層) 7 ・・・・・・ レーザビーム 8 ・ ・・・・・・ 第1の単結晶シリコン層(再結
晶層)9.20 ・、・・ゲート絶縁層 10.21 ・・・ゲート電極 14.23 ・・・・ソース領域 15.24 、、、・ ドレイン領域 16・・・・・・・・ p−MO8 25・・・・・・・ n −M OS 19 ・・・・・・ ・ 第2の単結晶シリコノ層(再
結晶層)である。 代理人 上屋 勝 常包芳勇

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 半導体基板と、この半導体基板の少なくとも一部が表面
    に露出するように上記半導体基板表面に選択的に設けら
    れている絶縁層と、上記露出している部分の上記半導体
    基板上に形成されかつ上記絶縁層上に延在する再結晶層
    と、この再結晶層上に設けられているゲート絶縁層及び
    このゲート絶縁層上1こ設けられているゲート電極と、
    上記再結晶層内にそれぞれ設けられているソース領域及
    びドレイン領域とをそれぞれ具備することを特徴とする
    電界効果型トランジスタ。
JP59007878A 1984-01-19 1984-01-19 電界効果型トランジスタ Pending JPS60152066A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3700906A1 (de) * 1986-01-14 1987-07-16 Canon Kk Verschluessler
US6242759B1 (en) 1991-03-27 2001-06-05 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and method for forming the same

Cited By (3)

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