JPS607774A - 半導体装置の使用方法 - Google Patents

半導体装置の使用方法

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JPS607774A
JPS607774A JP11540683A JP11540683A JPS607774A JP S607774 A JPS607774 A JP S607774A JP 11540683 A JP11540683 A JP 11540683A JP 11540683 A JP11540683 A JP 11540683A JP S607774 A JPS607774 A JP S607774A
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JP
Japan
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layer
semiconductor device
crystal
silicon
phase growth
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Application number
JP11540683A
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English (en)
Inventor
Moriya Nakahara
中原 守弥
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
    • H01L21/82Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
    • H01L21/84Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being other than a semiconductor body, e.g. being an insulating body
    • H01L21/86Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being other than a semiconductor body, e.g. being an insulating body the insulating body being sapphire, e.g. silicon on sapphire structure, i.e. SOS
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    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor

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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】 〔発明の技術分野〕 本発明は単結晶絶縁基板上に素子が設けられた半導体装
置の使用方法に関する。
〔発明の技術的背景とその間、照点〕
一般に半導体装置は、室温(20℃〜30℃程度)の状
態で動作されている。絶縁基板上に素子が設けられた半
導体装置、例えばサファイア基板上に設けた半導体装置
においても、動作温度は室温である。しかしそれらの半
導体装置を動作させると熱の発生があるため、半導体装
置が誤動作してしまう可能性がある。従って装置の温度
を室温程度に保っておくために、装置を空冷または水冷
などしている。
絶縁基板上に素子が設けられた半導体装置のもっとも一
般的な例は、サファイア基板上にシリコンをエピタキシ
ャル成長させ、その上に半導体装置を形成したもので、
SOSデバイスと呼ばれる。SOSデバイスはサファイ
ア(At2o2)上にシリコンを成長させているため、
その両者間の格子定数の違いにょシミスマッチングが起
とシ、そのミスマツチングに起因しているいろな弊害が
起こる。第1図はsos基板を用いたMO8型半導体装
置である。図中1はサファイア基板、2は単結晶シリコ
ン層、3はCVD酸化膜、4はアルミニウム電極、5は
ダート電極、6はダート酸化膜である。
このものは、サファイア基板1とシリコン2との間の格
子のミスマツチングにより、シリコン、サファイア界面
近傍のシリコンの結晶性が不規則となp、MO8型電界
効果トランジスタのソース、ドレイン間のリーク電流が
、室温においてバルクシリコンデバイス(通常のシリコ
ン基板を用いたデバイス)のそれに比べ3〜4桁大きい
。これはMO3型半導体集積回路の消費電力の増加の原
因となる。またサファイア上のシリコンは、ミスマツチ
ング、サファイア基板からのアルミニウムなどのオート
ドーピングなどによる多くの結晶欠陥が存在する。MO
8型電界効果トランジスタの電子または正孔の実効移動
度は、上記欠陥によシ室温において/Jルクシリコンデ
バイスのそれの80%程度となる。これは半導体集積回
路の速度の低下の原因となる。
このように、室温において単体の5O87j/々イスの
リーク電流、実効移動度などはノ4ルクシリコンデバイ
スのそれに比べて劣るため、半導体集積回路の高速性、
低消費電力化に対して妨げとなるものでおる。
上記のようにSOSデバイスは、ノ々ルクシリコンデバ
イスに比ベシリコンエビタキシャル膜中に多くの結晶欠
陥が存在する。その欠陥を改善するため、SOSエピタ
キシャル膜中へ例えはシリコン、酸素などをイオン注入
して単結晶シリコンをアモルファスシリコン化し、次に
熱処理を行なうと、このような処理を施こさないSOS
エピタキシャル膜の結晶性に比べ、改善されるという事
実がある。しかし室温でのMO8型電界効果トランジス
タの実効移動度の改善程度は、せいぜい10〜20%程
度である。
〔発明の目的〕
本発明に上記実情に鑑与てなされたもので、実効移動度
の改善の程度を更に上げ、リーク電流の低減も合わせて
実現可能とする半導体装置の使用方法を提供しようとす
るものである。
〔発明の概要〕
本発明は上記目的を達成するため、単結晶絶縁基板上に
単結晶半導体層を堆積させ、この単結晶半導体層に対し
て固相成長技術を施こし、この固相成長技術を施こした
単結晶半導体層にMO8型半導体装置を設け、この半導
体装置を絶対温度170′に以下の温度範囲で動作させ
るようにしたものである。
〔発明の実施例〕
以下図面を参照して本発明の一実施例を説明する。なお
本実施例は第1図のものと対応させた場合の例であるか
ら、対応個所には同て符号を用いる。まず第2図(83
に示される如くエピタキシャルシリコン膜厚0.3μm
のSOSウエノ1上に、例えばシリコンイオンSt+を
、加速電圧190kV。
ドーズ量I X 10 7cm2でイオン注入する。こ
れはシリコン、サファイア界面近傍のシリコンを、適当
なアモルファスシリコン7化するためのイオン注入であ
る。次に1000℃、20分、窒素中で熱処理を行ない
、査結晶化を実現する。更にシリコンイオンSt+を、
加速電圧100 kV 、ドーズ量2 X 10 7c
m2でイオン注入する(第2図(b) )。これはシリ
コン2の上部をアモルファスシリコン化するためのイオ
ン注入である。次に1000℃、20分、窒素中で熱処
理を行なって再結晶化を実現し、SO8のエピタキシャ
ルシリコン全体の結晶性を改善する(固相成長技術)。
このような技術によって改善されたSOSウェハを用い
て、第3図の如く通常のSO8型MO8構成の電界効果
トランジスタを製作する。
上記固相成長技術によって製作されたMO8型電界効果
トランジスタを、例えば第3図の如く液体窒素温度77
°にの雰囲気8中においてトランジスタを動作させる。
図中9はリード線である。ここで液体窒素温度に保つ方
法の一つは、断熱効果のある容器に液体窒素を入れ、そ
の中に半導体装置を入れて電極を容器外へ取り出す。
半導体装置を冷却する他の方法は、フレオンガス、ヘリ
ウムガスなどを用いた断熱膨張を利用する方法等がある
しかして室温において、SO8構成のNチャンネル型M
O8電界効果トランジスタの場合、固相成長技術を施こ
さないトランジスタの実効移動度は500 cm2/V
−secであるが、固相成長技術を施こすと570cr
n2/v・8eeに改善される。この場合の移動度の改
善率は14チである。次に液体窒素温度中における実効
移動度は、固相成長技術を施こさない場合840crn
2/■・see、施こした場合1350tm2/V・S
eeに改善される。この場合の移動度の改善率は40%
である(第4図)。なお第4図においてAは′−通常の
SO8型MO8電界効果トランジスタの特性、Bは同相
成長技術を用いたSO8型MO8電界効果トランジスタ
の特性である。このように液体窒素温度における固相技
術による実効移動度の改善率は、室温の改善率に比べ2
倍以上となる。また当然の帰結としてンース、ドレイン
間のリーク電流も低下する。
一般に固体中のキャリア移動度を決定する要因は、熱振
動による格子散乱と、不純物の導入による散乱または結
晶性の不均一性に基づく散乱の二つに大別される。同相
成長技術を施こした半導体装置では著しく結晶性が改善
され、バルクシリコンのそれに近づくとされている。し
かし室温におけるキャリアの移動度は、かなシ強く熱振
動による格子散乱に影響を受けているため、結晶性改善
によるキャリア移動度の改善率は低くおさえられている
。しかし半導体装置の動作温度を例えば液体窒素温度程
度まで下けると、格子散乱による影響を受けなくなシ、
むしろ結晶性自体に大きく依存することになる。
この場合固相成長技術を施こした半導体装置では、結晶
性の改善にょシキャリア移動度が増大することになる。
なお本発明は上記実施例のみに限°られることなく、種
々の応用が可能である。例えば本発明にあっては、17
0°に以下の温度で同様の実験を行なった場合でも、固
相成長技術を施こしたSOS型MO8i界効果トランジ
スタの実効移動度は、同相成長技術を施こさないトラン
ジスタに比べ、77°KK>いて得られた結果と同様の
結果が得られている。
〔発明の効果〕
以上説明した如く本発明によれば、動作温度を低温化す
ることによシ、固相成長技術を施こしたSO8型半導体
装置のキャリア移動度が大きく改善され、かつSOS型
半導体装置の利点を維持するため、より高速、低消費電
力化が実現でき、高性能SOS型半導体集積回路の実現
か可能となるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の半導体装置の使用方法を示す断面図、第
2図は本発明の一実施例に用いた半導体装置の製造工程
を示す断面図、第3図は同実施例により得られる半導体
装置の使用方法を示す断面図、第4図は同装置の機能の
実験結果を示すグラフである。 1・・・サファイア基板、2・・・単結晶シリコン層、
3・・・CVD酸化膜、4・・・アルミニウム電極、5
・・・ゲート電極、6・・・ゲート酸化膜、7・・・ア
モルファスシリコン層。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦第a図 イ;ぎ2図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 単結晶絶縁基板上に単結晶半導体層を堆積させ、この単
    結晶半導体層に対して同相成長技術を施こし、この同相
    成長技術を施こした単結晶半導体層にMO8型半導体装
    置を設け、この半導体装置を絶対温度170°に以下の
    温度範囲で動作させることを特徴とする半導体装置の使
    用方法0
JP11540683A 1983-06-27 1983-06-27 半導体装置の使用方法 Pending JPS607774A (ja)

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