JPH0430746B2 - - Google Patents
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- JPH0430746B2 JPH0430746B2 JP58159505A JP15950583A JPH0430746B2 JP H0430746 B2 JPH0430746 B2 JP H0430746B2 JP 58159505 A JP58159505 A JP 58159505A JP 15950583 A JP15950583 A JP 15950583A JP H0430746 B2 JPH0430746 B2 JP H0430746B2
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- silicon layer
- semiconductor device
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D86/00—Integrated devices formed in or on insulating or conducting substrates, e.g. formed in silicon-on-insulator [SOI] substrates or on stainless steel or glass substrates
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- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Thin Film Transistor (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
(a) 発明の技術分野
本発明はSOI(Silicon on Insulator)プロセス
に係り、特に絶縁物基板上に相補型MISを形成す
るデバイス構成に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (a) Technical Field of the Invention The present invention relates to an SOI (Silicon on Insulator) process, and particularly to a device configuration for forming a complementary MIS on an insulating substrate.
(b) 技術の背景
相補型MIS半導体装置の中で最も一般的な
CMOSは反対の極性を持つたpチヤネルとnチ
ヤネルを組合せ、相反するトランジスタを構成し
回路機能を行なわせるもので、動作速度の高速性
静止電力損失が低いため消費電力が少い等の利点
がある。このような回路構成上の利点に対して通
常のMOSプロセス(バルク形CMOS)は複雑で
あり、特にnチヤネル領域に対するpウエル(p
−well)拡散がありこのpウエル拡散深さが大き
いためICチツプの小型化が困難で、しかも低濃
度p型不純物を精度よく拡散形成する必要があ
る。(b) Technical background The most common complementary MIS semiconductor device
CMOS combines p-channel and n-channel with opposite polarity to form opposite transistors to perform circuit functions, and has advantages such as high operating speed and low static power loss, resulting in low power consumption. be. Despite these advantages in circuit configuration, the normal MOS process (bulk type CMOS) is complicated, especially in the p-well (p-well) for the n-channel region.
-well) diffusion, and the large p-well diffusion depth makes it difficult to miniaturize IC chips, and it is necessary to precisely diffuse and form low-concentration p-type impurities.
これに対してSOI技術(CMOS/SOI)又は
SOS技術(CMOS/SOS)によるスピネル結晶
又は非単結晶(Al2O3,MgO)上にCMOSを構
成するプロセスは前述したバルク形CMOSプロ
セスに比し有利であり大規模集積化に伴い時計用
IC、メモリ、ロジツク、マイクロコンピユータ
等に応用されつゝある。 On the other hand, SOI technology (CMOS/SOI) or
The process of configuring CMOS on spinel crystals or non-single crystals (Al 2 O 3 , MgO) using SOS technology (CMOS/SOS) is more advantageous than the bulk type CMOS process mentioned above, and with large-scale integration, it is becoming more popular for watches.
It is being applied to ICs, memories, logic, microcomputers, etc.
(c) 従来技術と問題点
第1図、第2図は従来のCMOS半導体装置を
示す断面図であり第1図はバルク形CMOS、第
2図はエピタキシヤル法によるCMOS/SOSの
一例を示す図である。(c) Prior art and problems Figures 1 and 2 are cross-sectional views showing conventional CMOS semiconductor devices. Figure 1 shows an example of bulk CMOS and Figure 2 shows an example of CMOS/SOS using the epitaxial method. It is a diagram.
第1図においてn形シリコン基板1に低濃度の
p型不純物をドープしてpウエル拡散層2を設
け、更にゲート領域を再拡散してnチヤネル領域
3を形成する。対応する位置にpチヤネル領域4
を形成し電極5を配線して回路構成する。図のよ
うにp拡散領域の占有域が大きいため集積化に不
利であり、また不純物拡散制御に問題がある。 In FIG. 1, an n-type silicon substrate 1 is doped with p-type impurities at a low concentration to form a p-well diffusion layer 2, and a gate region is further diffused to form an n-channel region 3. P channel region 4 at the corresponding position
A circuit is constructed by forming the electrodes 5 and wiring the electrodes 5. As shown in the figure, the p-diffusion region occupies a large area, which is disadvantageous for integration, and there are also problems in impurity diffusion control.
第2図ではサフアイヤ基板6にn型エプタキシ
ヤル層を形成してpチヤネル領域7及びnチヤネ
ル領域8を形成し、それぞれのコンタクトホール
に電極9を配線して回路構成する。このように絶
縁物基板上にCMOS回路を構成する場合例えば
石英ガラス基板上の多結晶シリコン(poly−si)
を溶融再結晶化処理して単結晶化するとシリコン
中に引張り応力が生じ、電子移動度は増加し一方
正孔移動度は引張り応力によつて減少する全く逆
の関係にある。 In FIG. 2, an n-type eptaxial layer is formed on a sapphire substrate 6 to form a p-channel region 7 and an n-channel region 8, and an electrode 9 is wired to each contact hole to form a circuit. When configuring a CMOS circuit on an insulating substrate like this, for example, polycrystalline silicon (poly-si) on a quartz glass substrate is used.
When silicon is melted and recrystallized to become a single crystal, tensile stress is generated in silicon, and electron mobility increases, while hole mobility decreases due to tensile stress, which is the exact opposite relationship.
一方サフアイヤ基板上のエピタキシヤルシリコ
ン層では圧縮応力が生じ電子移動度は減少し、正
孔移動度は増大する。従つて石英ガラス又はサフ
アイヤ基板上にCMOS回路を形成するとpチヤ
ネル又はnチヤネルMOS回路何れかの動作特性
が遅くなつて全体としての高速度が失われる。 On the other hand, compressive stress occurs in the epitaxial silicon layer on the sapphire substrate, causing electron mobility to decrease and hole mobility to increase. Therefore, when a CMOS circuit is formed on a quartz glass or sapphire substrate, the operating characteristics of either the p-channel or n-channel MOS circuit become slow, and the overall high speed is lost.
これによりnチヤネルMOS回路は二酸化シリ
コン層(SiO2)上に、pチヤネルMOS回路をス
ピネル層(Al2O3−MgO)上に形成して各々電子
移動度、正孔移動度を歪によつて増大させるデバ
イス構成により動作特性の高速化を計ることに着
目したものである。 As a result, an n-channel MOS circuit is formed on a silicon dioxide layer (SiO 2 ), and a p-channel MOS circuit is formed on a spinel layer (Al 2 O 3 -MgO), and electron mobility and hole mobility are respectively controlled by strain. The focus is on increasing the speed of operating characteristics by increasing the device configuration.
(d) 発明の目的
本発明は上記の点に鑑み、絶縁物基板に形成す
る有効な相補型MIS半導体装置構成を提供し、動
作特性の向上を計ることを目的とする。(d) Object of the Invention In view of the above-mentioned points, an object of the present invention is to provide an effective complementary MIS semiconductor device configuration formed on an insulating substrate, and to improve its operating characteristics.
(e) 発明の構成
上記目的は本発明によれば基板の第1の領域上
に形成された第1のシリコン層と、該基板の第2
の領域上に形成された第2のシリコン層と、該第
1のシリコン層に形成されたNチヤネルMIS型半
導体装置と、該第2のシリコン層に形成されたP
チヤネルMIS型半導体装置と、該第1のシリコン
層と該基板との間に形成され、該第1のシリコン
層の該NチヤネルMIS型半導体装置の少なくとも
チヤネル部分に圧縮応力を与える第1の絶縁膜
と、該第2のシリコン層と該基板との間に形成さ
れ、該第2のシリコン層の該PチヤネルMIS型半
導体装置の少なくともチヤネル部分に引張り応力
を与える第2の絶縁膜とを有する相補型MIS半導
体装置によつて達せられる。また、前記第1の絶
縁膜が二酸化シリコンであり、前記第2の絶縁膜
がスピネルである相補型MIS半導体装置によつて
達せられる。(e) Structure of the Invention According to the present invention, the first silicon layer formed on the first region of the substrate and the second silicon layer of the substrate
a second silicon layer formed on the region, an N-channel MIS type semiconductor device formed on the first silicon layer, and a P channel formed on the second silicon layer.
a channel MIS semiconductor device, a first insulator formed between the first silicon layer and the substrate and applying compressive stress to at least a channel portion of the first silicon layer of the N-channel MIS semiconductor device; a second insulating film formed between the second silicon layer and the substrate and applying tensile stress to at least a channel portion of the P-channel MIS type semiconductor device of the second silicon layer. Achieved by complementary MIS semiconductor devices. Further, the present invention is achieved by a complementary MIS semiconductor device in which the first insulating film is silicon dioxide and the second insulating film is spinel.
(f) 発明の実施例 以下本発明の実施例を図面により詳述する。(f) Examples of the invention Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
第3図は本発明の一実施例であるCMOS/SOI
を示す断面図、第4図は本発明の他の実施例であ
る多層構造のCMOS/SOSを示す断面図である。 Figure 3 shows CMOS/SOI, which is an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a multilayer CMOS/SOS according to another embodiment of the present invention.
第3図に示すようにシリコン基板11に二酸化
シリコン層12及びスピネル層13を選択形成し
この二酸化シリコン層12にnチヤネルMOS1
4をスピネル層13にpチヤネルMOS15を形
成する。例えばnチヤネル領域即ち二酸化シリコ
ン層12にp形アイランドを形成しnチヤネル
MOS形成のためのりん(P)拡散してn形ソー
ス、ドレイン領域16,17を形成する。一方p
チヤネル領域とするスピネル層13にn形エピタ
キシヤル層を形成しボロン拡散してp形ソース、
ドレイン領域18,19を形成する。絶縁層20
に電極取り出し用の窓を開け、アルミニウム膜を
蒸着し、バターニングしてコンタクト電極21を
形成する。 As shown in FIG. 3, a silicon dioxide layer 12 and a spinel layer 13 are selectively formed on a silicon substrate 11, and an n-channel MOS 1 is formed on this silicon dioxide layer 12.
A p-channel MOS 15 is formed on the spinel layer 13. For example, a p-type island is formed in the n-channel region, that is, the silicon dioxide layer 12, and the n-channel
Phosphorus (P) is diffused to form n-type source and drain regions 16 and 17 for MOS formation. On the other hand p
An n-type epitaxial layer is formed on the spinel layer 13, which will serve as a channel region, and boron is diffused to form a p-type source,
Drain regions 18 and 19 are formed. Insulating layer 20
A window for taking out the electrode is opened, and an aluminum film is deposited and patterned to form the contact electrode 21.
このようなデバイス構成とすることにより、二
酸化シリコン層上のnチヤネルでは引張り応力が
作用して電子の移動度が増大しスピネル層上のp
チヤネルでは圧縮応力が作用して正孔の移動度が
増大するから動作特性の高速性(従来と対比して
1.5〜1.7倍)が期待できる。 With such a device configuration, tensile stress acts on the n-channel on the silicon dioxide layer, increasing electron mobility, and increasing the electron mobility on the p-channel on the spinel layer.
In the channel, compressive stress acts and the mobility of holes increases, resulting in high-speed operation characteristics (compared to conventional
1.5 to 1.7 times).
第4図はサフアイヤ基板22にCMOSデバイ
スを形成する実施例を示すもので、スピネル層上
にpチヤネルMOS23,24の2素子を形成し
絶縁層25(例えばSiO2)を介して更にnチヤ
ネルMOS26,27の2素子を積層して、各素
子間を縦形配線により接続して二重構成の
CMOS/SOSが得られる。このような構成とす
ることにより下層のpチヤネルMOSでは正孔の
移動度が増大し、nチヤネルMOSでは電子移動
度が増大するから高速性のある低電力スイツチ素
子が得られる。 FIG. 4 shows an embodiment in which a CMOS device is formed on a sapphire substrate 22, in which two p-channel MOS devices 23 and 24 are formed on a spinel layer, and an n-channel MOS device 26 is further formed via an insulating layer 25 (for example, SiO 2 ). , 27 elements are stacked and each element is connected by vertical wiring to create a double configuration.
CMOS/SOS can be obtained. With such a configuration, the mobility of holes increases in the lower p-channel MOS, and the mobility of electrons increases in the n-channel MOS, resulting in a high-speed, low-power switch element.
(g) 発明の効果
以上詳細に説明したように本発明に示す相補型
MIS半導体装置とすることにより動作特性の高速
化に効果がある。(g) Effect of the invention As explained in detail above, the complementary type shown in the present invention
By using an MIS semiconductor device, it is effective to increase the speed of operating characteristics.
第1図、第2図は従来のCMOS半導体装置を
示す断面図であり、第1図はバルク形CMOS、
第2図はエピタキシヤル法によるCMOS/SOS
の一例を示す図、第3図は本発明の一実施例であ
るCMOS/SOIを示す断面図、第4図は本発明の
他の実施例である多層構造のCMOS/SOSを示
す断面図である。
図中、11…シリコン基板、12…二酸化シリ
コン層(SiO2)、13…スピネル層、14,2
6,27…nチヤネルMOS、15,23,24
…pチヤネルMOS、16,17…n型ソース、
ドレイン領域、18,19…p型ソース、ドレイ
ン領域、20,25…絶縁層、21…コンタクト
電極、22…サフアイヤ基板。
Figures 1 and 2 are cross-sectional views showing conventional CMOS semiconductor devices, and Figure 1 is a bulk type CMOS,
Figure 2 shows CMOS/SOS using the epitaxial method.
Figure 3 is a cross-sectional view showing a CMOS/SOI which is an embodiment of the present invention, and Figure 4 is a cross-sectional view showing a multilayer CMOS/SOS which is another embodiment of the present invention. be. In the figure, 11... silicon substrate, 12... silicon dioxide layer (SiO 2 ), 13... spinel layer, 14, 2
6, 27...n channel MOS, 15, 23, 24
...p channel MOS, 16,17...n type source,
Drain region, 18, 19...p-type source, drain region, 20, 25... insulating layer, 21... contact electrode, 22... sapphire substrate.
Claims (1)
コン層と、 該基板の第2の領域上に形成された第2のシリ
コン層と、 該第1のシリコン層に形成されたNチヤネル
MIS型半導体装置と、 該第2のシリコン層に形成されたPチヤネル
MIS型半導体装置と、 該第1のシリコン層と該基板との間に形成さ
れ、該第1のシリコン層の該NチヤネルMIS型半
導体装置の少なくともチヤネル部分に圧縮応力を
与える第1の絶縁膜と、 該第2のシリコン層と該基板との間に形成さ
れ、該第2のシリコン層の該PチヤネルMIS型半
導体装置の少なくともチヤネル部分に引張り応力
を与える第2の絶縁膜とを有することを特徴とす
る相補型MIS型半導体装置。 2 前記第1の絶縁膜が二酸化シリコンであり、
前記第2の絶縁膜がスピネルであることを特徴と
する特許請求の範囲第1項記載の相補型MIS半導
体装置。[Claims] 1. A first silicon layer formed on a first region of a substrate, a second silicon layer formed on a second region of the substrate, and the first silicon layer. N channel formed in
MIS type semiconductor device and P channel formed in the second silicon layer
an MIS type semiconductor device; a first insulating film formed between the first silicon layer and the substrate and applying compressive stress to at least a channel portion of the first silicon layer of the N-channel MIS type semiconductor device; and a second insulating film formed between the second silicon layer and the substrate and applying tensile stress to at least a channel portion of the P-channel MIS type semiconductor device of the second silicon layer. A complementary MIS type semiconductor device characterized by: 2 the first insulating film is silicon dioxide;
2. The complementary MIS semiconductor device according to claim 1, wherein said second insulating film is spinel.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58159505A JPS6052052A (en) | 1983-08-31 | 1983-08-31 | Cmos semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58159505A JPS6052052A (en) | 1983-08-31 | 1983-08-31 | Cmos semiconductor device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6052052A JPS6052052A (en) | 1985-03-23 |
| JPH0430746B2 true JPH0430746B2 (en) | 1992-05-22 |
Family
ID=15695232
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58159505A Granted JPS6052052A (en) | 1983-08-31 | 1983-08-31 | Cmos semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6052052A (en) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4963140B2 (en) * | 2000-03-02 | 2012-06-27 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | Semiconductor device |
| JP2003086708A (en) | 2000-12-08 | 2003-03-20 | Hitachi Ltd | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
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| JP5042378B2 (en) * | 2011-07-04 | 2012-10-03 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | Semiconductor device and electronic equipment |
-
1983
- 1983-08-31 JP JP58159505A patent/JPS6052052A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6052052A (en) | 1985-03-23 |
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