JPH01241854A - 半導体装置 - Google Patents

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］ この発明は、特に溶融再結晶化膜の膜内応力による異方
性を利用した、３次元ＩＣとされる半導体装置およびそ
の製造方法に関する。

［従来の技術］ 単結晶シリコン基板に対してトランジスタを構成する場
合には、通常ファセットが［１１０］に設定されている
関係上、チャンネルがこのファセット［１１０１方向に
沿って形成されるようになっている。したかって、チャ
ンネルを流れる電流は、はとんと［１１０］方向とされ
るようになっている。これがバルクトランジスタである
場合には、電流の流れる方向か［１１０］方向あるいは
［１００１方向のいずれであっても、電子の移動度は変
わらないものであるため問題にならない。

しかし、Ｓ　ＯＩ　　（Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｏｎ　Ｉｎ５
ｕｌａｔｏｒ）膜上にトランジスタが形成されるような
場合には、電子の移動度の異方性が観察される。

すなわち、絶縁膜上に例えばポリシリコンによる溶融再
結晶化層を形成した場合、絶縁膜とポリシリコン層との
熱膨張特性の差によって、溶融再結晶化層に応力が内在
するようになるものであり、例えばＳ　ＯＳ　（Ｓｉｌ
ｉｃｏｎ　Ｏｎ　５ａｐｐｈｉｒｅ）膜の場合はその膜
内に圧縮応力が存在するようになり、ＳＯＩ膜の場合に
はその逆に引張り応力が内在するものであり、この応力
か電子の移動度に異方性を与える要因と考えられる。実
際にＳＯ８膜にあっては圧縮応力が内在するものであり
、この圧縮応力によって電子の移動度が低下し、正孔の
移動度は高くなることが知られている。

［発明か解決しようとする課題］ この発明は上記のような点に鑑みなされたもので、電子
の移動度かより高い状態に設定することができるように
した、３次元ＩＣが構成されるようにする半導体装置お
よびその製造方法を提供しようとするものである。

［課題を解決するための手段］ すなわち、この発明に係る半導体装置にあっては、単結
晶シリコン基板の表面に絶縁層を形成し、この絶縁層上
にポリシリコン層を形成するようにしているもので、こ
のポリシリコン層を再結晶化し、そのファセット［１０
０］の方向に沿ってチャンネルが形成されるようにトラ
ンジスタ領域を設定する。そして、上記チャンネルの方
向に交差するようにしてゲート電極層を形成するように
しているものである。

［作用コ 上記のようにして構成される半導体装置にあっては、［
１００］の方向に沿ってソースおよびドレインが形成さ
れるようになるものであり、［１００１の方向に沿って
チャンネルか形成されるようになる。このようにすれば
、ファセット［１，１０］の方向にチャンネルの形成さ
れる従来に比較して、電子さらに正孔の移動度か共に３
０％程度高くすることかでき、良好な動作特性が得られ
るようになるものである。

［発明の実施例］ 以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。

第１図および第２図はその構成の状態を示しているもの
で、（１００）シリコン基板１１の表面上には、例えば
５ｊ０２による絶縁層１２が形成されている。そして、
この絶縁層１２上には、再結晶化されたポリシリコンに
よるトランジスタ領域１３が形成されるもので、このト
ランジスタ領域１３はＬＯＣＯ３層１４に主１４区画さ
れている。

この場合、上記絶縁層１２のファセット［１１０］の方
向が、シリコン基板１１の１つの縁に平行な状態に設定
されているものであり、これに対してトランジスタ領域
１３のチャンネルの方向が、上記ファセット［１１０］
の方向に対して４５°傾斜した［１００］の方向に一致
するように設定する。

そして、このトランジスタ領域１３上には絶縁層１５を
形成し、さらにこの絶縁層１５上にゲート電極層１６を
積層形成させるようにする。この場合、このゲート電極
１６は、トランジスタ領域１３を構成するポリシリコン
層に形成したｎ−領域に重なるようにして、トランジス
タ領域１３のチャンネル方向に直行するように形成され
るもので、上記ｎ−領域の両側には、それぞれソース領
域およびドレイン領域とされるｐ＋領領域設定されてい
る。

すなわち、このように構成される半導体装置にあっては
、トランジスタ領域１３のｐｎ接合が［１００１の方向
に一致する状態で形成されるようになっているもので、
この［１００］方向の電子の移動度は、他の方向特に通
常の半導体装置においてチャンネル方向か設定される［
１．１０］方向に比較して、充分に高く設定される。

具体的には、チャンネル方向を［１１０］とした場合（
通常のファセット方向と平行）には、ｐチャンネルで１
５０ｃＪ／　Ｖｓ　、　ｎチャンネルで４５００♂／Ｖ
ｓであるのに対して、ファセット［１００］方向にチャ
ンネルを持たせるようにした場合には、ｐチャンネルで
１９５ｃ♂／ＶｓＸｎチヤンネルで５５０ｃ♂／　Ｖ　
ｓとなる。

第３図Ａ乃至第３図Ｆは、上記のような半導体装置の製
造過程を順次示しているもので、まず第３図Ａで示すよ
うに（１００）シリコン基板１１の表面上に、例えば１
μｍの厚さてシリコン酸化膜による絶縁層１２を形成す
る。この場合適宜エツチングによってシード部１２１が
形成される。

この絶縁層１２上には、例えば０．４μｍの厚さでポリ
シリコン膜２１を堆積形成するもので、このポリシリコ
ン膜２１は、例えばハロゲンランプ、レーザビーム等に
よって溶融再結晶化させ、第３図Ｃで示すようにトラン
ジスタを形成するための８０１層２２を形成する。この
ようなＳＯＩ層２２を形成する際には、シリコン基板１
１とポリシリコンとの熱膨脹率の差によって、ＳＯＩ層
２２の内部に応力が発生する。そして、例えば基板１１
の１の縁に平行な状態でファセット［１１０］方向が設
定されるようになる。

次に、このポリシリコンの８０１層２２部分に例えばｐ
チャンネルのトランジスタを形成するもので、第３図り
で示すように上記８０１層２２に、１５０ＫｅＶで１０
１５リンイオンを打ち込み、このＳＯＩ層２２を０人型
にする。

このようにしてｎ−型の８０１層２２が形成されたなら
ば、第３図Ｅに示すようにトランジスタ形成領域以外の
部分をＬＯＧＯ８酸化し、このＬＯＣＯ８酸化層１４に
よって、所定のトランジスタ領域１３が区画されるよう
にする。この場合、第４図Ａで示すようにトランジスタ
のチャンネルが、［１１０］方向に対して４５°傾斜し
た［１００コ方向に一致するように設定されるようにす
る。

この場合、ファセットの方向か、［］ＯＯ］に平行とさ
れるように設定されるようにしてもよいものであり、こ
の場合には通常のトランジスタを形成する場合と同様に
、トランジスタ領域のチャンネル方向が、基板１１の１
つの縁と平行になるように、通常の通りにしてトランジ
スタ領域を設定すればよい。

このようにして、［１００］方向にチャンネルの方向が
設定されるようにしてトランジスタ領域１３が設定され
たならば、第３図Ｆに示すようにこのトランジスタ領域
１３の８０１層２２のゲート酸化を行ない、ゲート酸化
膜１５を形成する。そして、このゲート酸化膜１５上に
、例えばポリシリコンによってゲート電極層１６を形成
するもので、このゲート電極層１６は、第４図Ｂで示す
ように、トランジスタ領域１３のチャンネル方向と直角
の方向に延びるようにして形成される。

このようにしてゲート電極層１６が形成されたならば、
６０　Ｋ　ｅ　Ｖ　％　１０　”ドースホロンノイオン
を打ち込み、ゲート電極層１６の両側に位置して、それ
ぞれｐ＋型のソース領域１３１およびドレイン領域１３
２を形成する。

このようにしてトランジスタ部が構成されたならば、例
えば９０００人のＢＰＳＧにより層間絶縁層２３を形成
し、ソース領域１３１およびドレイン領域１３２に対応
してコンタクトホールをエツチングにより形成し、この
コンタクトホール部にアルミニウム配線２４．２５を形
成することによって、この半導体装置が完成される。

尚上記実施例においては、単結晶シリコン基板上に絶縁
層を形成し、この絶縁層上にポリシリコン層を形成する
ようにして示したか、単なる絶縁性基板上にポリシリコ
ン層を形成するようにした場合でも同様に実施できるも
のである。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明に係る半導体装置にあっては、形
成される５ＯＩ）ランジスタのチャンネルの方向か、［
１００］の方向に設定されている。

このようにすれば、通常の［１１０］の方向にチャンネ
ルを設定した場合に比較して、電子の移動度が約３０％
程度高くなるものであることが、実験等によって確認さ
れた。したかって、このようにして構成された半導体装
置にあっては、溶融再結晶化膜の膜内に存在する応力の
異方性が効果的に利用された状態でトランジスタか構成
されるようになるものであり、動作特性の良好な３次元
ＩＣが容易且つ確実に得られるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る半導体装置の平面的
な構成を示す図、第２図は第１図の■−■線に対応する
部分の断面構成図、第３図Ａ乃至第３図Ｆはそれぞれ上
記半導体装置の製造工程を順次説明する断面構成図、第
４図Ａおよび第４図Ｂはそれぞれ上記半導体装置のトラ
ンジスタ領域におけるチャンネル方向、さらにゲート電
極の状態を説明する図である。 １１・・・シリコン基板、１２・・・絶縁層、１３・・
・トランジスタ領域、１５・・・ゲート絶縁層、１６・
・・ゲート電極、２１・・・ポリシリコン膜、２２・・
・８０１層、２４．２５・・・アルミニウム配線。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第３図Ａ 第３図Ｂ 第３図Ｃ 第３図Ｅ 第３図Ｆ ピ＋Ａ’− 第３図Ｄ 第４図Ａ　　　　　　＠ｔ、図Ｂ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　少なくとも表面に絶縁された層を有する基板と、 上記絶縁層上に形成され再結晶化された半導体層により
   構成され、この半導体層の［１００］方向に沿ってチャ
   ンネルが形成されるようにしたトランジスタ領域と、 上記トランジスタ領域上に絶縁層を介して形成され、上
   記チャンネル方向に交差するように設定されたゲート電
   極層とを具備し、 このゲート電極層の両側に、上記［１００］方向に沿っ
   てソースおよびドレインが形成されるようにしたことを
   特徴とする半導体装置。