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JPS6211791B2 - - Google Patents
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JPS6211791B2 - - Google Patents

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JPS6211791B2
JPS6211791B2 JP55104477A JP10447780A JPS6211791B2 JP S6211791 B2 JPS6211791 B2 JP S6211791B2 JP 55104477 A JP55104477 A JP 55104477A JP 10447780 A JP10447780 A JP 10447780A JP S6211791 B2 JPS6211791 B2 JP S6211791B2
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JP
Japan
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semiconductor layer
region
silicon layer
silicon
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JP55104477A
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Inventor
Hiroyuki Tango
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10PGENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P95/00Generic processes or apparatus for manufacture or treatments not covered by the other groups of this subclass
    • H10P95/40Treatments of semiconductor bodies to modify their internal properties, e.g. to produce internal imperfections
    • H10P95/402Treatments of semiconductor bodies to modify their internal properties, e.g. to produce internal imperfections of silicon bodies

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  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は絶縁基板上の半導体層に素子を形成し
た構造の半導体装置の製造方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device having a structure in which elements are formed in a semiconductor layer on an insulating substrate.

一般に、絶縁基板上に半導体層を設けた構造の
もの、例えばSOS(シリコン・オン・サフアイ
ア)におけるシリコン層の結晶性はバルクシリコ
ンに比べて相当劣つている。具体的にはSOSのシ
リコン層の結晶欠陥密度は108〜109/cm2存在し、
これはサフアイアとシリコンの結晶構造の相違に
よるミスフイツトに起因する。このように、結晶
欠陥密度が大きいことはキヤリアのライフタイム
を短かくし、バルクシリコンに比べて2〜3桁小
さい値となる。こうしたことは、SOSデバイスが
多数キヤリアを使用して動作する場合には問題な
いが、少数キヤリアを使用して動作させる場合に
は生成、再結合電流を増加させ、デバイス特性を
劣化させる。このため、SOS技術を用いたデバイ
スではスタテイツク回路形式のMOS集積回路に
製品開発の的がしぼられており、ダイナミツク回
路形式のMOS集積回路やバイポーラ集積回路の
開発が行なわれていない。
Generally, in structures in which a semiconductor layer is provided on an insulating substrate, such as SOS (Silicon on Sapphire), the crystallinity of the silicon layer is considerably inferior to that of bulk silicon. Specifically, the crystal defect density of the silicon layer of SOS is 10 8 to 10 9 /cm 2 ,
This is due to a misfit due to the difference in crystal structure between sapphire and silicon. Thus, a high crystal defect density shortens the carrier lifetime, which is two to three orders of magnitude smaller than that of bulk silicon. This does not pose a problem when the SOS device operates using majority carriers, but when it operates using minority carriers, it increases generation and recombination currents and deteriorates device characteristics. For this reason, product development for devices using SOS technology has been focused on static circuit type MOS integrated circuits, and dynamic circuit type MOS integrated circuits and bipolar integrated circuits have not been developed.

また、SOSのシリコン層には、結晶成長の冷却
時にシリコンとサフアイアの熱膨張差により圧縮
歪が入ること、前記の如く結晶欠陥密度が大きい
こと、のためにシリコン層中のキヤリアの移動度
がバルクシリコンに比べて小さくなる。移動度に
影響を与えるこれらの二つの因子のうち、前者の
圧縮歪による因子は物理的にシリコン層のバンド
構造が悪化することなので、本質的に結晶方位の
選択という他は改善の余地がないが、後者の結晶
欠陥密度を減少させることは結晶成長技術的には
可能になつてきている。こうした結晶成長技術の
改善の一つとして、SOS結晶成長条件を最適化す
ることが行なわれている。結晶成長条件として
は、結晶成長温度、結晶成長速度、結晶成
長用シランガスや雰囲気ガスの純度等があり、こ
れらの最適化が必要である。しかしながら、この
ような条件を最適化した状態で結晶成長させて
も、得られたシリコン層中にかなりの量の結晶欠
陥が存在し、これよりデバイスを製造したとして
も特性の改善化が難しい。い。これに対し、本発
明者は上記問題点を克服すべく種々研究した結
果、絶縁基板上に素子形成に適した薄い膜厚
(0.2〜0.4μm程度)の半導体層を気相成長法等
により成長させ、この半導体層にシリコン、ゲル
マニウム、不活性物質等を該半導体層中或いは絶
縁基板の界面付近にイオン注入することによつ
て、半導体層表面を比較的良質な結晶にしたまま
でその深部を非晶質化し、この後熱処理を施すこ
とにより絶縁基板表面と別個の結晶性の良好な半
導体層表面を種として固相結晶成長でき、絶縁基
板上に結晶性を有する薄い半導体層を形成でき
た。こうして形成した半導体層は従来の結晶成長
条件を最適化して得た半導体層に比べて結晶欠陥
密度を減少できるが、デバイス製造用の基体とし
て考えた場合、結晶欠陥密度、結晶性の点でかな
らずしも十分満足するものではなかつた。
In addition, compressive strain is introduced into the silicon layer of SOS due to the difference in thermal expansion between silicon and sapphire during cooling during crystal growth, and the mobility of carriers in the silicon layer is low due to the large crystal defect density as described above. Smaller than bulk silicon. Of these two factors that affect mobility, the former factor due to compressive strain physically deteriorates the band structure of the silicon layer, so there is essentially no room for improvement other than the selection of crystal orientation. However, it is becoming possible to reduce the latter crystal defect density using crystal growth technology. One of the improvements to such crystal growth technology is optimizing the SOS crystal growth conditions. Crystal growth conditions include crystal growth temperature, crystal growth rate, purity of silane gas for crystal growth and atmospheric gas, etc., and optimization of these is necessary. However, even if crystal growth is performed under such optimized conditions, a considerable amount of crystal defects still exist in the resulting silicon layer, making it difficult to improve the characteristics even if a device is manufactured. stomach. In order to overcome this problem, the present inventor conducted various studies and found that a semiconductor layer with a thin film thickness (approximately 0.2 to 0.4 μm) suitable for device formation was grown on an insulating substrate by vapor phase epitaxy, etc. By implanting ions of silicon, germanium, inert substances, etc. into the semiconductor layer or near the interface of the insulating substrate, the deep part of the semiconductor layer can be etched while keeping the surface of the semiconductor layer relatively high-quality crystal. By making it amorphous and then applying heat treatment, it was possible to grow solid-phase crystals using the surface of the semiconductor layer with good crystallinity, which is separate from the surface of the insulating substrate, as a seed, and it was possible to form a thin semiconductor layer with crystallinity on the insulating substrate. . Although the semiconductor layer formed in this way has a reduced crystal defect density compared to a semiconductor layer obtained by optimizing conventional crystal growth conditions, when considered as a substrate for device manufacturing, it does not necessarily have a high crystal defect density and crystallinity. It wasn't completely satisfying.

そこで、本発明者は上記問題点を踏えて更に鋭
意研究した結果、絶縁基板上に成長させる半導体
層表面の結晶性はその膜厚が厚い程良好になるこ
とに着目し、絶縁基板上に十分厚い半導体層を気
相成長法等により成長させ、この半導体層に前述
したのと同様、シリコン等のイオン注入、熱処理
を施すことによつて、極めて良質な結晶性を有す
る半導体層表面を種として固有結晶成長し、結晶
性が優れ、キヤリア移動度が高く厚い半導体層を
得ることができることを究明した。但し、こうし
て形成された半導体層は厚く、素子を形成する際
の微細化等の障害となることから、少なくとも半
導体層の一部を膜厚方向にエツチングし、薄い半
導体層領域に素子を形成することによつて、電気
特性等が格段に優れ、高集積化が可能な半導体装
置を製造し得る方法を見い出した。
Therefore, as a result of further intensive research in light of the above problems, the inventors of the present invention focused on the fact that the crystallinity of the surface of a semiconductor layer grown on an insulating substrate becomes better as the film thickness increases. A thick semiconductor layer is grown by a vapor phase growth method, etc., and the surface of the semiconductor layer with extremely good crystallinity is used as a seed by implanting ions such as silicon into this semiconductor layer and subjecting it to heat treatment in the same way as described above. We have discovered that it is possible to obtain a thick semiconductor layer with intrinsic crystal growth, excellent crystallinity, and high carrier mobility. However, the semiconductor layer formed in this way is thick and becomes an obstacle to miniaturization when forming elements, so at least a part of the semiconductor layer is etched in the film thickness direction and elements are formed in the thin semiconductor layer region. In particular, we have discovered a method for manufacturing semiconductor devices that have significantly superior electrical characteristics and can be highly integrated.

すなわち、本発明は絶縁体上に厚い半導体層を
成長させる工程と、この半導体層にシリコン、ゲ
ルマニウムもしくは不活性物質をイオン注入する
工程と、半導体層を熱処理して固有結晶成長させ
た後半導体層の少なくとも一部を膜厚方向にエツ
チングする工程と、エツチングされた膜厚の薄い
半導体層領域に素子を形成する工程とを具備した
ことを特徴とするものである。
That is, the present invention includes a process of growing a thick semiconductor layer on an insulator, a process of ion-implanting silicon, germanium, or an inert substance into the semiconductor layer, and a process of heat-treating the semiconductor layer to grow a specific crystal, and then growing a semiconductor layer. The method is characterized by comprising a step of etching at least a portion of the semiconductor layer in the film thickness direction, and a step of forming an element in the etched thin semiconductor layer region.

本発明に用いる絶縁体としては、例えば単結晶
質のサフアイア、スピネルの基板、或いは非晶質
のサフアイア、スピネル、ガラスの基板、もしく
は半導体基板上に設けられるシリコン酸化膜、シ
リコン窒化膜などの絶縁膜等を挙げることができ
る。但し、絶縁体として単結晶質のサフアイア、
スピネルの基板を用いると、半導体層の成長に際
し表面がより良好な結晶性を有する半導体層を形
成できるため有効である。
Insulators used in the present invention include, for example, single-crystal sapphire or spinel substrates, amorphous sapphire, spinel, or glass substrates, or insulators such as silicon oxide films and silicon nitride films provided on semiconductor substrates. Examples include membranes and the like. However, as an insulator, single crystal sapphire,
The use of a spinel substrate is effective because a semiconductor layer having a surface with better crystallinity can be formed during growth of the semiconductor layer.

本発明における半導体層の成長に際しては、結
晶性の優れた表面を有する半導体層を形成するこ
とから、十分な膜厚にするとが必要である。かか
る半導体層は成長条件により若干ばらつきがある
が、2〜10μm程度以上の膜厚にすると、表面結
晶性が最大となることから、結晶性の許容範囲を
考慮して1.0μm以上にすることが望ましい。こ
の半導体層の成長手段としては、絶縁体が単結晶
質の場合はエピタキシヤル成長法を、絶縁体が非
晶質の場合は通常の気相成長法を採用すればよ
い。
When growing the semiconductor layer in the present invention, it is necessary to make the film thick enough because the semiconductor layer is to have a surface with excellent crystallinity. The thickness of such a semiconductor layer varies slightly depending on the growth conditions, but since the surface crystallinity is maximized when the film thickness is about 2 to 10 μm or more, the thickness can be made to be 1.0 μm or more considering the allowable range of crystallinity. desirable. As a means for growing this semiconductor layer, an epitaxial growth method may be used when the insulator is single crystalline, and a normal vapor phase growth method may be used when the insulator is amorphous.

本発明におけるイオン注入は半導体層の表面を
結晶状態に保持し、深部(層中或いは絶縁体界面
付近)を非晶質化し、該表面の結晶を種として固
相結晶成長できる構造にするために行なう。かか
る注入に用いる不純物としては、シリコン、ゲル
マニウム或いはアルゴンなどの不活性物質が適し
ている。
Ion implantation in the present invention is used to maintain the surface of the semiconductor layer in a crystalline state, to make the deep part (in the layer or near the insulator interface) amorphous, and to create a structure that allows solid-phase crystal growth using the crystals on the surface as seeds. Let's do it. Suitable impurities for such implantation are inert substances such as silicon, germanium, or argon.

本発明における熱処理は半導体層表面の結晶を
種とし、深部の非晶質部分を固相結晶成長させる
ために行なうものである。かかる熱処理手段とし
ては、例えば通常の加熱処理方法、或いはレーザ
ビーム、電子ビームなどのエネルギービームを照
射して加熱する方法等を採用し得る。
The heat treatment in the present invention is carried out in order to use crystals on the surface of the semiconductor layer as seeds to grow solid-phase crystals in the deep amorphous portion. As such a heat treatment means, for example, a normal heat treatment method or a method of heating by irradiating with an energy beam such as a laser beam or an electron beam can be adopted.

本発明におけるエツチングは厚い半導体層の少
なくとも素子形成領域を薄くして素子の微細化、
高周波特性向上等に適した膜厚にするために行な
う。但し、厚い半導体層の一部のみを膜厚方向に
エツチングし、他の領域を厚いままで残せば、こ
の厚い半導体領域を薄い半導体層領域とは異なる
機能部(例えば低抵抗配線、高耐圧素子等)とし
て利用できる。
Etching in the present invention thins at least the element formation region of a thick semiconductor layer to miniaturize the element.
This is done to obtain a film thickness suitable for improving high frequency characteristics. However, if only a part of the thick semiconductor layer is etched in the film thickness direction and the other regions remain thick, this thick semiconductor region can be used for functional parts different from the thin semiconductor layer region (for example, low-resistance wiring, high-voltage elements, etc.). etc.).

次に、本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

実施例 1 〔〕 まず、第1図aに示す如く(1102)面
を有する単結晶サフアイア基板1上にシランを
950℃で気相エピタキシヤル成長させて厚さ1.0
μmの結晶性のシリコン層2を成長させた。こ
れにより得たシリコン層2は表面の結晶性が深
部に比べて格段に優れたものであつた。
Example 1 [] First, as shown in FIG.
Vapor phase epitaxial growth at 950°C to a thickness of 1.0
A crystalline silicon layer 2 of .mu.m was grown. The silicon layer 2 thus obtained had much better crystallinity on the surface than in the deeper part.

〔〕 次いで、シリコン層2にシリコンを加速
電圧560keV、ドーズ量1×1015/cm2の条件で
イオン注入した。この場合、チヤンネルリング
を起こさないようにサフアイア基板1をイオン
ビームに対して7゜傾けて行なつた。このよう
なイオン注入により第1図bに示す如くシリコ
ン層2の表面はas―grow状態の良質な結晶が
残り、深い部分は非晶質シリコン3′となつ
た。なお、シリコンのイオン注入の際、加速電
圧、ドーズ量が高いため、シリコン層2が100
℃以上に加熱され、このイオン注入時に不完全
な固相結晶成長が起こるという不都合さを生じ
る。こうした場合は、液体窒素により77〓に冷
却するか、フレオンガス冷媒により冷却する
か、いずれかによりシリコン層2を冷却して低
温に保持することが必要である。ひきつづき、
N2ガス雰囲気中で560℃の温度下にて2時間熱
処理した。この時、シリコン層2表面の良質な
シリコン結晶を種として、非晶質シリコンの固
相結晶成長が約100Å/minの速度で起こり、
エピタキシヤル成長時の良質な表面結晶性が全
体に亘つて波及され、結晶性が格段優れたシリ
コン層2′が形成された。
[] Next, silicon ions were implanted into the silicon layer 2 at an acceleration voltage of 560 keV and a dose of 1×10 15 /cm 2 . In this case, the sapphire substrate 1 was tilted at an angle of 7° with respect to the ion beam so as not to cause channel ring. By such ion implantation, as shown in FIG. 1B, good quality crystals in an as-grow state remained on the surface of the silicon layer 2, and the deep portion became amorphous silicon 3'. Note that during silicon ion implantation, the acceleration voltage and dose are high, so the silicon layer 2 is
℃ or higher, resulting in the inconvenience that incomplete solid-phase crystal growth occurs during this ion implantation. In such a case, it is necessary to cool the silicon layer 2 and maintain it at a low temperature, either by cooling it to 77° with liquid nitrogen or by cooling it with a Freon gas refrigerant. Continuing,
Heat treatment was performed at a temperature of 560° C. for 2 hours in an N 2 gas atmosphere. At this time, solid phase crystal growth of amorphous silicon occurs at a rate of about 100 Å/min using the high quality silicon crystal on the surface of the silicon layer 2 as a seed.
The high quality surface crystallinity during epitaxial growth was spread throughout, and a silicon layer 2' with significantly excellent crystallinity was formed.

〔〕 次いで、固相結晶成長シリコン層2′の素
子形成予定部をKOHをエツチヤントした写真
蝕刻法により膜厚方向に0.7μm選択エツチン
グして厚さ0.3μmの薄いシリコン層領域4を
形成した。ひきつづき、薄いシリコン層領域4
にボロンと砒素を選択的にドービングしてp型
領域5、n型領域6を形成してp―n接合のダ
イオードを作製した。その後、p型領域5に接
する側の厚い(膜厚1.0μm)のシリコン層
2′部分にボロンを高濃度ドーピングし、更に
n型領域6に接する側の厚いシリコン層2′部
分に砒素を高濃度ドーピングしてp+型領域
7、n+型領域8を形成した(第1図c図示)。
[] Next, the portion of the solid-phase crystal grown silicon layer 2' where the device was to be formed was selectively etched by 0.7 μm in the film thickness direction by photolithography using KOH as an etchant to form a thin silicon layer region 4 with a thickness of 0.3 μm. Continuing, thin silicon layer region 4
A p-type region 5 and an n-type region 6 were formed by selectively doping boron and arsenic to produce a pn junction diode. Thereafter, the thick (1.0 μm thick) silicon layer 2' portion in contact with the p-type region 5 is doped with boron at a high concentration, and the thick silicon layer 2' portion in contact with the n-type region 6 is doped with arsenic at a high concentration. A p + type region 7 and an n + type region 8 were formed by doping at a concentration (as shown in FIG. 1c).

本実施例1で得られたp―n接合のダイオード
は薄いシリコン層領域2′(通常、サフアイア界
面近くでは結晶性が悪い)に作製されたにもかか
わらず、結晶性が格段に改良されているために、
逆方向耐圧が高く、逆方向リーク電流も小さくな
つた。また、p―n接合のダイオードは接合面積
が小さく、これに伴なつて接合容量も小さくでき
るので、超高周波用ダイオードとして利用でき
た。しかも、厚いシリコン層部分に形成された
p+型領域7、n+型領域8を電極取出し、或いは
配線として利用できる。配線として利用すれば、
抵抗を下げることができ、高速動作が可能とな
る。
Although the pn junction diode obtained in Example 1 was manufactured in the thin silicon layer region 2' (normally, crystallinity is poor near the sapphire interface), the crystallinity was significantly improved. To be there,
The reverse breakdown voltage is high and the reverse leakage current is also small. In addition, a pn junction diode has a small junction area, and accordingly, the junction capacitance can be reduced, so it can be used as a diode for ultra-high frequencies. Moreover, it was formed in the thick silicon layer.
The p + type region 7 and the n + type region 8 can be used as electrodes or wiring. If used as wiring,
It is possible to lower resistance and enable high-speed operation.

更に、上記実施例1においてp型領域5とn型
領域6の間にi層(イントリンシツク層)を形成
してp―i―n型(又はp―v―n型、p―π―
n型)にすれば、超高周波用pinダイオードの製
造も可能となる。
Furthermore, in Example 1, an i layer (intrinsic layer) is formed between the p-type region 5 and the n-type region 6 to form a p-i-n type (or p-v-n type, p-π-
n-type), it becomes possible to manufacture pin diodes for ultra-high frequencies.

実施例 2 前記実施例1で得られたサフアイア基板1上の
固相結晶成長シリコン層2′における薄いシリコ
ン層領域4にボロンをドーピングしてp型とし、
この領域4上にゲート酸化膜9を介して多結晶シ
リコンからなるゲート電極10を形成した。ひき
つづき、ゲート電極10をマスクとしてp型のシ
リコン層領域4に砒素を選択的にドーピングして
n型のソース11、ドレイン12を形成してnチ
ヤンネルMOSトランジスタを形成した。その
後、ソース、ドレイン11,12側の厚いシリコ
ン層部分に砒素を高濃度ドーピングしてn+領域
,8を形成した(第2図図示)。
Example 2 The thin silicon layer region 4 in the solid phase crystal grown silicon layer 2' on the sapphire substrate 1 obtained in Example 1 was doped with boron to make it p-type,
A gate electrode 10 made of polycrystalline silicon was formed on this region 4 with a gate oxide film 9 interposed therebetween. Subsequently, using the gate electrode 10 as a mask, the p-type silicon layer region 4 was selectively doped with arsenic to form an n-type source 11 and drain 12, thereby forming an n-channel MOS transistor. Thereafter, the thick silicon layer portions on the source and drain 11 and 12 sides were heavily doped with arsenic to form n + regions 8 1 and 8 2 (as shown in FIG. 2).

本実施例2により得たMOSトランジスタはソ
ース、ドレイン及びチヤンネル領域を形成した薄
いシリコン層領域4の結晶性が極めて良好である
ため、ドレイン耐圧の向上、ドレインリーク電流
の減少、移動度の向上等を達成できた。しかも薄
いシリコン層領域にソース、ドレインを形成する
ことによる接合容量の減少、n+型領域8,8
をソース、ドレインの取出し電極とすることに
よる抵抵抗によつて高速動作が可能なMOSトラ
ンジスタを得ることができた。更に、こうした構
造を集積回路に適用することによつて高集積化が
期待できる。
In the MOS transistor obtained in Example 2, the crystallinity of the thin silicon layer region 4 forming the source, drain, and channel regions is extremely good, so that the drain breakdown voltage is improved, the drain leakage current is reduced, and the mobility is improved. I was able to achieve this. Moreover, by forming the source and drain in the thin silicon layer region, the junction capacitance is reduced, and the n + type region 8 1 , 8
By using resistor 2 as the source and drain lead electrodes, a MOS transistor capable of high-speed operation was obtained. Furthermore, by applying such a structure to an integrated circuit, higher integration can be expected.

実施例 3 前記実施例1で得られたサフアイア基板1上の
固相結晶成長シリコン層2′を選択的に膜厚方向
にエツチングして厚さ0.4μmの薄いシリコン層
領域4′を形成した。次いでシリコン層領域4′に
砒素を選択的にドープしてn型のコレクタ領域と
し、更に同領域内にボロンを選択的にドーピング
してp型ベース領域13を、同ベース領域13内
にn+型エミツタ領域14を形成してnpn型バイポ
ーラトランジスタを作製した。その後コレクタ領
域と接する厚いシリコン層部分に砒素を高濃度ド
ーピングしてコレクタ取出し電極としてのn+
域8′を形成した(第3図図示)。
Example 3 The solid phase crystal grown silicon layer 2' on the sapphire substrate 1 obtained in Example 1 was selectively etched in the film thickness direction to form a thin silicon layer region 4' with a thickness of 0.4 μm. Next, the silicon layer region 4' is selectively doped with arsenic to form an n-type collector region, and further boron is selectively doped into the same region to form a p-type base region 13 and an n + A type emitter region 14 was formed to produce an npn type bipolar transistor. Thereafter, the portion of the thick silicon layer in contact with the collector region was doped with arsenic at a high concentration to form an n + region 8' as a collector lead-out electrode (as shown in FIG. 3).

得られたnpnバイポーラトランジスタはエミツ
タ注入効率等が高く電流増幅率が著しく改善され
た。
The obtained npn bipolar transistor has high emitter injection efficiency and significantly improved current amplification factor.

実施例 4 前記実施例1で得られたサフアイア基板1上の
固相結晶成長シリコン層を選択的に膜厚方向にエ
ツチングして厚さ0.4μmの薄いシリコン層領域
4′を形成した。次いで全面に砒素をドーピング
してn型とした後、n型の薄いシリコン領域4′
の一部にボロン、砒素、ボロンを選択的にドーピ
ングしてp型領域5、n型領域6′、p型領域
を順次形成したところ、スイツチングスピー
ドが極めて速いp―n―p―nスイツチ
(SCR)を作製できた。
Example 4 The solid phase crystal grown silicon layer on the sapphire substrate 1 obtained in Example 1 was selectively etched in the film thickness direction to form a thin silicon layer region 4' with a thickness of 0.4 μm. Next, after doping the entire surface with arsenic to make it n-type, an n-type thin silicon region 4' is formed.
When a p-type region 5 1 , an n-type region 6 ′, and a p-type region 5 2 were sequentially formed by selectively doping boron, arsenic, and boron into a part of - I was able to create the n switch (SCR).

なお、本発明により製造される半導体装置の半
導体層は上記実施例1〜4の構造に限定されな
い。例えば第5図に示す如く、サフアイア基板1
の固相結晶成長シリコン層2′を選択エツチング
して薄いシリコン層領域4を形成した後、この上
にエピタキシヤル層15を形成した構造のものを
用いて半導体装置を作製してもよい。第6図に示
す如くサフアイア基板1の固相結晶成長シリコン
層2′を選択エツチングして薄いシリコン層領域
4を形成し、このシリコン層2′全面にSi3N4
SiO2,Al2O3などの絶縁層16を設けた後、この
絶縁層16上に実施例1に準じて固相結晶成長シ
リコン層17を形成した構造のものを用いてもよ
い。こうした構造においては下の固相結晶成長シ
リコン層2′の薄いシリコン層領域4と上層の固
相結晶成長シリコン層17の両方に素子を形成で
き、三次元的な集積回路の製造が可能となる。
Note that the semiconductor layer of the semiconductor device manufactured according to the present invention is not limited to the structure of Examples 1 to 4 above. For example, as shown in FIG.
A semiconductor device may be manufactured using a structure in which the solid phase crystal grown silicon layer 2' is selectively etched to form a thin silicon layer region 4, and then an epitaxial layer 15 is formed thereon. As shown in FIG. 6, the solid phase crystal grown silicon layer 2' of the sapphire substrate 1 is selectively etched to form a thin silicon layer region 4, and Si 3 N 4 ,
A structure in which an insulating layer 16 of SiO 2 , Al 2 O 3 or the like is provided and then a solid phase crystal grown silicon layer 17 is formed on this insulating layer 16 according to the first embodiment may be used. In such a structure, elements can be formed in both the thin silicon layer region 4 of the lower solid phase crystal grown silicon layer 2' and the upper solid phase crystal grown silicon layer 17, making it possible to manufacture three-dimensional integrated circuits. .

以上詳述した如く、本発明によれば以下に列挙
する種々の効果を有する半導体装置を製造でき
る。
As described in detail above, according to the present invention, a semiconductor device having various effects listed below can be manufactured.

(1) 良好な結晶状態を維持しつつ微小面積のp―
n接合が可能となるため、p―n接合容量を減
少でき超高周波用に適し、かつ高速度で高密度
の集積回路を製造できる。
(1) While maintaining a good crystalline state, a small area of p-
Since an n-junction can be formed, the pn junction capacitance can be reduced, making it suitable for ultra-high frequencies, and making it possible to manufacture high-speed, high-density integrated circuits.

(2) 結晶性の改善によりリーク電流の減少、耐圧
向上及びキヤリアのライフタイムの向上を達成
できるため高性能のデバイスの製造が可能とな
ると共に、少数キヤリアを用いて動作させる
MOSダイナミツクRAM、バイポーラデバイ
ス、p―n―p―nスイツチ素子等をも製造可
能となる。
(2) By improving crystallinity, it is possible to reduce leakage current, improve breakdown voltage, and improve carrier lifetime, making it possible to manufacture high-performance devices and operate using a small number of carriers.
It also becomes possible to manufacture MOS dynamic RAM, bipolar devices, p-n-p-n switch elements, etc.

(3) SOS構造のデバイスにとつてシリコン層の膜
厚が薄くなつた場合、配線抵抗を、いかに下げ
るかが非常に大きな問題となる。これに対し、
厚い半導体層をエツチングして薄い半導体層領
域を形成する際、厚い半導体層が残るようにエ
ツチングし、厚い半導体層部分をn+型、p+
にして配線に利用すれば、素子形成領域を薄く
しても層抵抗の増大をきたさず、超高速LSIに
非常に有効である。
(3) When the thickness of the silicon layer becomes thinner for devices with an SOS structure, how to lower the wiring resistance becomes a very big problem. In contrast,
When etching a thick semiconductor layer to form a thin semiconductor layer region, if you etch the thick semiconductor layer so that it remains and make the thick semiconductor layer part n + type and p + type and use it for wiring, the element formation area can be Even when thinned, the layer resistance does not increase, making it extremely effective for ultra-high-speed LSIs.

(4) 膜厚方向に二層以上の固相結晶成長した半導
体層を形成すれば段差の少ない三次元集積回路
を製造できる。
(4) By forming two or more solid-phase crystal-grown semiconductor layers in the film thickness direction, a three-dimensional integrated circuit with fewer steps can be manufactured.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図a〜cは本発明の実施例1におけるダイ
オードの製造工程を示す断面図、第2〜第4図は
夫々本発明の実施例2〜4により得られたMOS
トランジスタ、バイポーラトランジスタ、p―n
―p―nスイツチ素子を示す断面図、第5図,第
6図は本発明の変形例を示すSOSの断面図であ
る。 1…サフアイア基板(絶縁体)、2…シリコン
層、2′…固相結晶成長シリコン層、3…非晶質
シリコン層、4…薄いシリコン層領域、5,5
,5…p型領域、6,6′…n型領域、10
…ゲート電極、11…n型ソース、12…n型ド
レイン、13…p型ベース領域、14…n+型エ
ミツタ領域。
1A to 1C are cross-sectional views showing the manufacturing process of a diode in Example 1 of the present invention, and FIGS. 2 to 4 are MOSs obtained in Examples 2 to 4 of the present invention, respectively.
transistor, bipolar transistor, p-n
-A sectional view showing a pn switch element, and FIGS. 5 and 6 are sectional views of an SOS showing a modification of the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Sapphire substrate (insulator), 2... Silicon layer, 2'... Solid phase crystal growth silicon layer, 3... Amorphous silicon layer, 4... Thin silicon layer region, 5, 5
1,5 2 ...p type region, 6,6'...n type region, 10
...gate electrode, 11...n type source, 12...n type drain, 13...p type base region, 14...n + type emitter region.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 絶縁体上に厚い半導体層を成長させる工程
と、この半導体層にシリコン、ゲルマニウムもし
くは不活性物質をイオン注入する工程と、半導体
層を熱処理して固相結晶成長させた後、半導体層
の少なくとも一部を膜厚方向にエツチングする工
程と、エツチングされた膜厚の薄い半導体層領域
に素子を形成する工程とを具備したことを特徴と
する半導体装置の製造方法。
1 A step of growing a thick semiconductor layer on an insulator, a step of ion-implanting silicon, germanium, or an inert substance into this semiconductor layer, and a step of heat-treating the semiconductor layer to grow a solid-phase crystal, and then at least one step of the semiconductor layer. 1. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of: etching a portion of the semiconductor layer in the film thickness direction; and forming an element in the etched thin semiconductor layer region.
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