JP2004039690A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
半導体素子、特に、高性能、高集積度、高速動作、低駆動電圧、低消費電力、低コストなどを実現する、半導体素子に関する。
【0002】
【背景技術】
半導体素子の3次元化は、高集積度、高速動作などを実現する、ひとつの有望な技術である(小柳光正、もたい秀樹、Semiconductor FPD World 2002、pp. 36)。従来、半導体技術の3次元化は、半導体基板上にバルク半導体素子を形成し、その基板を積層することによるものが多かった。
【0003】
一方、最近、薄膜トランジスタの特性向上が目覚しい。特に、レーザー結晶化薄膜トランジスタでは、バルク半導体素子に匹敵する特性のものが現れ始めている(H. Watakabe and T. Sameshima, “Defect reductoin technologies used to fabricate high performance poly−Si TFTs”, AM−LCD ’02, Tokyo, Japan, TFT2−3, to be presented, July 2002)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来の半導体技術の3次元化技術、すなわち、半導体基板上にバルク半導体素子を形成しその基板を積層する技術では、おのおのの基板の厚さがかなりあるため、寄生容量や配線遅延が発生し、高速動作、低駆動電圧、低消費電力などを実現することは難しかった。また、おのおのの基板がかなり高価であるため、低コストを実現するのも難しかった。そこで、本発明の目的は、高性能、高集積度、高速動作、低駆動電圧、低消費電力、低コストの半導体素子を実現することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の本発明は、半導体基板上にバルク半導体素子が形成され、素子間絶縁膜をはさんで薄膜トランジスタが形成され、バルク半導体素子は素子間絶縁膜に開孔されたコンタクトホールを介して薄膜トランジスタと導通していることを特徴とする、半導体素子である。
【0006】
請求項2記載の本発明は、請求項1記載の半導体素子において、薄膜トランジスタのさらに上層に、単層あるいは複数層の薄膜トランジスタが形成されていることを特徴とする、半導体素子である。
【0007】
請求項3記載の本発明は、絶縁体基板上に第1層めの薄膜トランジスタが形成され、素子間絶縁膜をはさんで第2層めの薄膜トランジスタが形成され、第1層めの薄膜トランジスタは素子間絶縁膜に開孔されたコンタクトホールを介して第2層めの薄膜トランジスタと導通していることを特徴とする、半導体素子である。
【0008】
請求項4記載の本発明は、請求項3記載の半導体素子において、第2層めの薄膜トランジスタのさらに上層に、単層あるいは複数層の薄膜トランジスタが形成されていることを特徴とする、半導体素子である。
【0009】
請求項1から4記載の半導体素子によれば、高性能、高集積度、高速動作、低駆動電圧、低消費電力、低コストの半導体素子を実現することが可能となる。背景技術に書いたとおり、最近、薄膜トランジスタの特性向上が目覚しく、高性能の半導体素子を実現することが可能となる。また、従来の半導体技術の3次元化技術と同じく、高集積度の半導体素子を実現することが可能となる。また、素子間絶縁膜は薄膜であるので、高速動作、低駆動電圧、低消費電力の半導体素子を実現することが可能となる。また、使用する基板は1枚でよいので、低コストの半導体素子を実現することが可能となる。なお、薄膜トランジスタの製造工程は低温化が可能であるため、下層にダメージを与えない。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を説明する。
【0011】
図1は、本発明の第1の実施例の半導体素子を示す図である。
【0012】
本実施例の半導体素子では、請求項1記載のとおり、半導体基板11上にバルク半導体素子12が形成され、素子間絶縁膜13をはさんで薄膜トランジスタ14が形成され、バルク半導体素子12は素子間絶縁膜13に開孔されたコンタクトホール15を介して薄膜トランジスタ14と導通している。また、請求項2記載のとおり、薄膜トランジスタ14のさらに上側に、上層の薄膜トランジスタ16が形成されている。なお、本実施例では、最下層のバルク半導体素子12の上に、薄膜トランジスタ14と上層の薄膜トランジスタ16とで2層の薄膜トランジスタが形成されいてるが、単層であっても、3層以上であってもよい。
【0013】
図2は、本発明の第2の実施例の半導体素子を示す図である。
【0014】
本実施例の半導体素子では、請求項3記載のとおり、絶縁体基板21上に第1層めの薄膜トランジスタ22が形成され、素子間絶縁膜23をはさんで第2層めの薄膜トランジスタ24が形成され、第1層めの薄膜トランジスタ22は素子間絶縁膜23に開孔されたコンタクトホール25を介して第2層めの薄膜トランジスタ24と導通している。また、請求項4記載のとおり、第2層めの薄膜トランジスタ24のさらに上側に、上層の薄膜トランジスタ26が形成されている。なお、本実施例では、最下層の第1層めの薄膜トランジスタ22の上に、第2層めの薄膜トランジスタ24と上層の薄膜トランジスタ26とでは2層の薄膜トランジスタが形成されいてるが、単層であっても、3層以上であってもよい。
【0015】
図3は、本発明の薄膜トランジスタの製造方法の例を示す図である。ここでは、レーザー結晶化多結晶薄膜トランジスタを例にとって説明する。第1の実施例および第2の実施例の薄膜トランジスタは、本製造方法により形成されている。まず、基板31上に、SiH4を用いたPECVDや、Si2H6を用いたLPCVDにより、非晶質シリコン膜を成膜する。レーザー33を照射することにより、非晶質シリコン膜は結晶化し、多結晶シリコン膜32となる(図3(a))。多結晶シリコン膜32をパターニングした後、ゲート絶縁膜34を成膜し、ゲート電極35を成膜およびパターニングする(図3(b))。リンやボロンなどの不純物をゲート電極35を用いて自己整合的に多結晶シリコン膜32に打ち込み、活性化し、CMOS構造のソース領域およびドレイン領域36を形成する。層間絶縁膜37を成膜し、コンタクトホールを開穴し、ソース電極およびドレイン電極38を成膜およびパターニングする(図3(c))。本図に示すとおり、下層に、第1の実施例のように、バルク半導体素子12や薄膜トランジスタ14があるとき、また、第2の実施例のように、第1層めの薄膜トランジスタ22や第2層めの薄膜トランジスタ24があるときは、このコンタクトホールを開穴し、ソース電極およびドレイン電極36を形成するときに、下層と導通させることにより、余分な工程を増やすことなく、所望の構造を得ることができる。
【0016】
本製造工程は、最高温度が400度程度であり、下層に、第1の実施例のように、バルク半導体素子12や薄膜トランジスタ14があっても、また、第2の実施例のように、第1層めの薄膜トランジスタ22や第2層めの薄膜トランジスタ24があっても、ダメージを与えない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の半導体素子を示す図。
【図2】本発明の第2の実施例の半導体素子を示す図。
【図3】本発明の薄膜トランジスタの製造方法の例を示す図。
【符号の説明】
11 半導体基板
12 バルク半導体素子
13 素子間絶縁膜
14 薄膜トランジスタ
15 コンタクトホール
16 上層の薄膜トランジスタ
21 絶縁体基板
22 第1層めの薄膜トランジスタ
23 素子間絶縁膜
24 第2層めの薄膜トランジスタ
25 コンタクトホール
26 上層の薄膜トランジスタ
31 基板
32 多結晶シリコン膜
33 レーザー
34 ゲート絶縁膜
35 ゲート電極
36 ソース領域およびドレイン領域
37 層間絶縁膜
38 ソース電極およびドレイン電極[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor element, and more particularly to a semiconductor element that achieves high performance, high integration, high-speed operation, low driving voltage, low power consumption, low cost, and the like.
[0002]
[Background Art]
A three-dimensional semiconductor device is one promising technology for realizing a high degree of integration and high-speed operation (Mitsumasa Koyanagi, Hideki Motai, Semiconductor FPD World 2002, pp. 36). Conventionally, three-dimensional semiconductor technology has often been achieved by forming a bulk semiconductor element on a semiconductor substrate and laminating the substrate.
[0003]
On the other hand, recently, the characteristics of thin film transistors have been remarkably improved. In particular, in the case of laser crystallized thin film transistors, those having characteristics comparable to those of bulk semiconductor devices have begun to appear (H. Wakabebe and T. Sameshima, “Defect reduce technology used to fabricate high-performance TFT-based TFT-LCD-based TFT-LCD-based TFT-LCD-based TFT-LCD). , Tokyo, Japan, TFT2-3, to be presented, July 2002).
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the three-dimensional technology of the conventional semiconductor technology, that is, a technology of forming a bulk semiconductor element on a semiconductor substrate and laminating the substrates, a parasitic capacitance and a wiring delay occur because each substrate has a considerable thickness, It has been difficult to realize high-speed operation, low drive voltage, low power consumption, and the like. Also, since each substrate is quite expensive, it has been difficult to realize low cost. Therefore, an object of the present invention is to realize a semiconductor device with high performance, high integration, high speed operation, low driving voltage, low power consumption, and low cost.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, a bulk semiconductor element is formed on a semiconductor substrate, a thin film transistor is formed with an inter-element insulating film interposed therebetween, and the bulk semiconductor element is formed through a contact hole formed in the inter-element insulating film. A semiconductor element characterized by being electrically connected to a thin film transistor.
[0006]
According to a second aspect of the present invention, there is provided the semiconductor device according to the first aspect, wherein a single layer or a plurality of layers of thin film transistors are formed further above the thin film transistors.
[0007]
According to a third aspect of the present invention, a first layer of thin film transistor is formed on an insulator substrate, a second layer of thin film transistor is formed with an inter-element insulating film interposed therebetween, and the first layer of thin film transistor is formed of an element. A semiconductor element which is electrically connected to a second-layer thin film transistor through a contact hole formed in an inter-insulation film.
[0008]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the semiconductor device according to the third aspect, wherein a single-layer or a plurality of thin-film transistors are formed further above the second-layer thin-film transistor. is there.
[0009]
According to the semiconductor device according to the first to fourth aspects, it is possible to realize a semiconductor device with high performance, high integration, high speed operation, low driving voltage, low power consumption, and low cost. As described in the background art, the characteristics of a thin film transistor have recently been remarkably improved, and a high-performance semiconductor device can be realized. Further, similarly to the three-dimensional technology of the conventional semiconductor technology, it is possible to realize a highly integrated semiconductor device. Further, since the inter-element insulating film is a thin film, it is possible to realize a semiconductor element with high speed operation, low driving voltage and low power consumption. Further, since only one substrate is used, a low-cost semiconductor element can be realized. Note that since the temperature of the manufacturing process of the thin film transistor can be reduced, the lower layer is not damaged.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described.
[0011]
FIG. 1 is a diagram showing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
[0012]
In the semiconductor device of the present embodiment, as described in claim 1, a
[0013]
FIG. 2 is a diagram showing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.
[0014]
In the semiconductor device of this embodiment, a first-layer thin film transistor 22 is formed on an
[0015]
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a method for manufacturing a thin film transistor according to the present invention. Here, a laser crystallized polycrystalline thin film transistor will be described as an example. The thin film transistors of the first and second embodiments are formed by this manufacturing method. First, an amorphous silicon film is formed on the
[0016]
In this manufacturing process, the maximum temperature is about 400 ° C., and even if the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing an example of a method for manufacturing a thin film transistor of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11
Claims (4)
前記薄膜トランジスタのさらに上層に、単層あるいは複数層の薄膜トランジスタが形成されていることを特徴とする、半導体素子。The semiconductor device according to claim 1,
A semiconductor device, wherein a single layer or a plurality of layers of thin film transistors are formed further above the thin film transistors.
前記第2層めの薄膜トランジスタのさらに上層に、単層あるいは複数層の薄膜トランジスタが形成されていることを特徴とする、半導体素子。The semiconductor device according to claim 3,
A semiconductor element, wherein a single layer or a plurality of layers of thin film transistors are formed further above the second layer of thin film transistors.
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