JPS60154548A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPS60154548A
JPS60154548A JP59011225A JP1122584A JPS60154548A JP S60154548 A JPS60154548 A JP S60154548A JP 59011225 A JP59011225 A JP 59011225A JP 1122584 A JP1122584 A JP 1122584A JP S60154548 A JPS60154548 A JP S60154548A
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Japan
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silicon layer
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layer
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mis
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Junji Sakurai
桜井 潤治
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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    • HELECTRICITY
    • 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

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】 (a)0発明の技術分野 本発明はSol (絶縁体上の半導体)構造、または3
次元構造のCMIS(相補型の金属−絶縁体一半導体)
素子等の両方の導電型素子を有する半導体装置に関する
(b)、技術の背景 近年集積回路の高速化、高集積化に伴い、半導体装置は
半導体基板の代わりに絶縁基板が用いられたり、第2層
目以上に配線だりでなく能動素子まで構成された多層構
造が用いられるようになっ″シロ、。。に ’l f、
4!Nii**いc:J(L7’61,4体装置を構成
する素子は、その特性の極限がめられ、素子構造や材料
について種々の検剖が加えられている。素子特性の高速
性に関係する導電、キャリアの易動度はキャリアが電子
か正孔かtより1、また半導体層の面指数により異なる
。導電キャリアあ易動度は、MIS素子の場合は素子機
能に与かるチャンネルが半導体層の表面に形成されるた
め、表面易動度(フィールド・エフェクト・モビn−M
’lS素子はp型半導体層の・表面に形成されたn型チ
ャンネル内を電子が、p−MIS素子はn型半導体層の
表面龜形成されたp型チャンネル内を正孔が走る。また
バイポーラ素子においては、npn l−ランジスタの
p型ベース内を電子が、pnpトランジスタのn型ベー
ス内を正孔が走る。
素子機能に与かるのは、これらのキャリアである。
従ってそれぞれの素子は、キャリアが電子か正孔かによ
り、これらの表面易動度が最大の面指数を前記面指数は
半導体基板若しくは半導体層に珪素を用いる場合は、n
−MIS素子は(100)面を、p−Mis素子は(1
11)面を用いることにより、キャリアの表面易動度を
大きくすることができる。
従来はCMl、S素子を形成する場合、単一の面指数を
有する半導体基板若しくは半導体層に、n−Mis素子
とp−Mis素子を形成していた。
一般に半導体基板若しくは半導体層は表面易動度の大き
い電子を優先してこれが最大の易動度をもつ(100)
面を用い、この面に両方の導電型素子を形成し、p−M
IS素子は犠牲になっていた。
半導体装置の高速化の要望より、n−Mis素子とp−
MIS素子のそれぞれに有利な面指数を有する構造の半
導体装置が期待される。
(d)0発明の目的 本発明の目的は従来技術の有する上記の欠点を除去し、
両方の導電型素子をそれぞれ、キャリア易動度の大きい
面指数の珪素層または珪素基板を選んで形成してなる高
速半導体装置の製造方法を提供することにある。
(e)0発明の構成 上記の目的は本発明によれば、絶縁体上に面積Φ異なる
多結晶珪素層を形成する工程と、該多結晶珪素層の内、
面積の大きい多結晶珪素層を面指数(100)の珪素層
に、面積の小さい多結晶珪素層を面指数(111)の珪
素層に再結晶化する工程と、該面指数(100)の珪素
層に電子導電型素子を、該面指数(111)の珪素層に
正孔導電型素子を形成する工程を有する半導体装置の製
造方法を提供することによって達成される。
本発明は石英ガラス、二酸化珪素等の、絶縁体基板若し
くは絶縁体層上に面積の異なる多結晶半導体層を堆積し
、該多結晶半導体層をレーザ等の 1化した後、素子形
成を行う。この場合ビームの照射条件と多結晶半導体層
の面積を調整して逃げる熱流を変化させることにより一
再結晶化、またはとができることを利用するものである
(f)3発明の実施例 第1図は本発明の一実施例を示す集積回路の素子配置を
示す平面図である。図において1は大面積の多結晶珪素
層、2は小面積の多結晶珪素層を示す。
石英ガラス基板上に、80μmX300μmの面積をも
つ多結晶珪素層1と40μmX40μmの面積をもつ多
結晶珪素層2を形成する。つぎに再結晶化、または単結
晶化はIOWの連続発振(CW)アルゴン・イオン(、
Ar” ) ・レーザを用い、ビームを直径50.um
に絞り10cm/se’cで走査して25μmピンチで
多結晶珪素層を溶融して行う。
以上により大面積の多結晶珪素層1は(100)面に、
小面積の多結晶珪素層2は(111)面になり、それぞ
れの層にn −’M I S素子、p−MIs素子を形
成する。p−MIS素子の正孔の表面易動度番よ(10
0)面で約130crn2V−’5ec−1であるが、
(ll’l)面で約190cm” V−IseC″′−
となる。
ビーム照射はレーザの他に電子ビーム、クセノン・ラン
プ等を用いてもよい。
第2図はビーム照射時の基板の断面を示す。図−に布い
て21は絶縁体基板、22は厚さ500人の一化醪素膜
、23は厚さ1μmの気相成長による二酸化珪素膜を示
す。
図で1または2は多結晶珪素層で、これに二酸化珪素膜
23と窒化珪素11J22を通してビームを照射する。
これらの膜は熱吸収をよくするための一ビームの反射防
止と基板および珪素層の歪応力緩和のために用いる。照
射後これらの膜は除去される。
第3図は本発明の実施例を示す2人力NORゲート集積
回路の平面図と断面図である。
第3図1blにおいて、31は絶縁体基板」二に配置さ
れた(l OO)面の珪素層、32.33は同し絶縁体
基板上に配置された(111.)面の珪素層を示す。こ
れらは多結晶珪素層を厚さ何れも5000人に堆積し、
前記のビーム照射によるアニールにより再結晶化または
単結晶化して形成され、以下単に珪素層と呼ぶことにす
る。
第3図(blは釆面図で、珪素1ii31にn−MIS
素子を2個、珪素層32.33にp−MIS素子を1個
宛形成する。34.’35ば厚さ5000人の多結晶珪
素層よりなるn−M I S素子とp−MIs素子に共
通のケートを示ず。36,37.38はアルミニウム電
極を示し、それぞれ外部接続端子Vss、Vout 、
Vdd に接続する。39.40.41,42,43.
44は基板上に被覆された二酸化珪素膜に開口された電
極接続用の窓を示す。
第3図(C1は、第3図1blに示されるX−Yで切っ
た断面図を示す。絶縁体基板21の上にソースとトレイ
ンが接続された2個のn−Mis素子を形成する。珪素
層31にボロン・イオン(B+)を50keVで1・1
012cI11−2注入してp型理素層にする。このイ
オン注入はビーム照射前に行ってもよい。図で45.4
6はゲート絶縁体膜で、厚さ500人の二酸化珪素膜を
用いる。31Δは、ゲーI・多結晶珪素層34.35を
マスクにして砒素イオン(八s+)を10(lkeVで
5 ・10”cm−2注入し、p型珪素層31をB+型
に変換したソース、ドレイン領域を示す。同時にゲート
多結晶珪素層34゜−35はB+型になる。
第3図1blは、第3図(blに示されるU−Vで切っ
た断面図を示す。絶縁体基板21の上にソースとドレイ
ンがアルミニウム電極38で接続された2個のp−MI
S素子を形成する。珪素IM32.’33に燐イオン(
P+)を70keVで1・1012CI11−2注入し
てn型珪素層にする。このイオン注入はビーム照射前に
行ってもよい。図で47.48はゲート絶縁体膜で、厚
さ500人の二酸化珪素膜を用いる。32A、33Aは
、ゲート多結晶珪素層 134.35をマスクにしてボ
ロン イオン(B+)を50keνで5 ・1015c
m−2注入し、11型珪素層32.33をp4′型に変
換したソース、ドレイン領域を示す。同特にゲート多結
晶珪素層34,35はP+型になる。
49は厚さ1μmの二酸化珪素よりなるカバー膜を示す
実施例では両方の導電型素子としてMl、S素子を用い
たが、バイポーラ素子を用いてもよい。また素子形成を
単層構造で行ったが、多層構造で行ってもよい。
また実施例では両方の導電型素子を珪素層に形成したが
、−導電型素子を珪素層に他導電型素子を珪素基板に、
あるいは−導電型素子を珪素層に他導電型素子を他の珪
素層および珪素基板に形成しても発明の要旨は変わらな
い。
(g)1発明の効果 以上詳細に説明したように本発明によれば、両方の導電
型素子をそれぞれ、キャリア易動度の大きい面指数の珪
素層またば珪素基板を選んで形成してなる高速半導体装
置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による集積回路の素子配置を示す平面図
、第2図はビーム照射時の基板の断面図、第3図は本発
明による2人力NORゲーl−集積回路の平面図と断面
図である。 図において、1,2は多結晶珪素層、21は絶縁体基板
、22は窒化珪素膜、23は二酸化珪素膜、31は(1
’OO)面の珪素層、31Aはn+型ソース1、ドレイ
ン領域、32.33は(Ill)面の珪素層、32A、
33Aはp+型ソース、ドレイン領域、34.35はゲ
ート多結晶珪素層、36.37.38はアルミニウム電
極、39,40.41,42,43.44は電極窓、4
5.46.47.48はゲート絶縁体膜、49は二酸化
珪素膜を示す。 萬1図 ・ ロロロロロ冒q 蓼3図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 絶縁体上に、面積の漬なる多結晶珪素層を形成する工程
    と、該多結晶珪素層の内、面積の大きい多結晶珪素層を
    面指数(100)の珪素層に、面積の小さい多結晶珪素
    層を面指数(111)の珪素層に再結晶化する工程と、
    該面指数(100)の珪素層に電子導電型素子を、該面
    指数(111)の珪素層に正孔導電型素子を形成する工
    程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
JP59011225A 1984-01-24 1984-01-24 半導体装置の製造方法 Granted JPS60154548A (ja)

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