JP2000340786A

JP2000340786A - 円柱状半導体素子及びこれを用いた半導体装置

Info

Publication number: JP2000340786A
Application number: JP15163399A
Authority: JP
Inventors: Hideyoshi Kai; 秀芳甲斐; Tatsuya Watanabe; 辰也渡辺
Original assignee: Mitsui High Tec Inc
Current assignee: Mitsui High Tec Inc
Priority date: 1999-05-31
Filing date: 1999-05-31
Publication date: 2000-12-08

Abstract

(57)【要約】【課題】プレーナー型の半導体素子に比較して、回路
の形成面積が大きく、更には、電極パッド等の形成も比
較的容易な円柱状半導体素子及びこれを用いた半導体装
置を提供する。【解決手段】円柱状の素子部材１１の側周部分に、能
動素子及び受動素子を含む半導体回路１２を形成した円
柱状半導体素子１０及びこの円柱状半導体素子１０を複
数、直列又は並列に並べて配置した半導体装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、円柱状の素子部材
の側周部分に電子回路を構成する半導体回路が形成され
た円柱状半導体素子及びこれを用いた半導体装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】現在、最も多く使用されている集積回路
のタイプとしてプレーナー型のＩＣがあり、一般的に
は、シリコンウエハーの表面に酸化膜を形成してその上
に感光剤を塗布し、露光処理をして現像し、エッチング
処理をして酸化膜を部分的に除去し、リンやホウ素等を
所定の部分に注入してトランジスタ等の能動素子を形成
し、次に、所定のメタル配線の形成を行ってサイジング
を行いパッケージに封止している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このようなプレーナー
型のＩＣの集積度は極めて高いものであるが、平面的な
シリコンウエハーの上に形成しているので、集積度にも
限界がある。そこで、更に集積度を向上させようとする
場合には、サイズに対する表面積を増大すれば可能とな
り、例えば、ＷＯ９８／２５０９０号公報に記載のよう
に、球状シリコンの表面に多数の能動素子及び受動素子
を組み込んだ球状半導体素子が提案されている。しかし
ながら、この球状半導体素子の製造においては、個々の
球状シリコンの表面に半導体回路やこれに接続される電
極パッドを形成するので、球状シリコンの位置決めや露
光が問題となる。本発明はかかる事情に鑑みてなされた
もので、プレーナー型の半導体素子に比較して、回路の
形成面積が大きく、更には、電極パッド等の形成も比較
的容易な円柱状半導体素子及びこれを用いた半導体装置
を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記目的に沿う第１の発
明に係る円柱状半導体素子は、円柱状の素子部材の側周
部分に、能動素子及び受動素子を含む半導体回路を形成
している。円柱の場合、その側周の面積Ｓ１は以下の
（１）式に示すように、直径ｄのπ倍に比例し、その高
さｈに比例する。Ｓ１＝πｄｈ・・・・（１）従って、単位長１の球状シリコンを考えると、その全表
面積Ｓ２＝πとなり、単位長１の直径及び高さを有する
円柱状の素子部材の一例である円柱状シリコンの場合に
も、その側周面積はＳ２′＝πとなるが、円柱状シリコ
ンの場合には、更に天井面及び底面を有するので、円柱
状シリコンの全表面積Ｓａ＝１．５πとなり、結果とし
て球状シリコンより多くの表面積を有することになる。

【０００５】次に、この円柱状シリコンを製造する場合
には、従来のＣＺ法やＦＺ法によって製造可能である
が、小型を目的とするので、小径の円柱状シリコンを製
造する。この場合、円柱状シリコンの中央部分は使用し
ないので、必ずしも円柱状シリコンの全部をシリコンに
する必要はないと考えられる。円柱状シリコンの表面に
能動素子や受動素子を含む半導体回路を形成する場合、
円柱状シリコンの側周への回路パターンの形成が問題と
なるが、円柱状シリコンの一端又は両端をハンドリング
して、円柱状シリコンを中心にして、パターンからの光
を相対回転させながら露光する方法や、円柱状シリコン
の軸方向にスキャニングするレーザー光を円柱状シリコ
ンに対して相対回転することによって、可能となる。円
柱状シリコンへの酸化膜の形成、露光層の現像処理、導
体回路（例えば、Ａｌ等の金属の蒸着やスパッターリン
グを含む）の形成等はプレーナー型のＩＣと略同様に行
うことができる。

【０００６】第１の発明に係る円柱状半導体素子におい
て、前記半導体回路の接続端子となる電極パッドは、前
記素子部材の天井部、底部、又は側周部の何れか１又は
２以上の部分に形成されているのが好ましい。これによ
って、円柱状半導体素子への例えば、ワイヤボンディン
グ等による接続が可能となるし、場合によって、複数の
円柱状半導体素子の端面（天井面又は底面をいう）を合
わせることによって、各円柱状半導体素子の連結が可能
となる。

【０００７】そして、第２の発明に係る半導体装置は、
円柱状の素子部材の側周部分に、能動素子及び受動素子
を含む半導体回路が形成され、前記素子部材の天井部及
び／又は底部に前記半導体回路の接続端子となる電極パ
ッドが形成された円柱状半導体素子を、軸方向に直列状
態に並べて配置している。また、第３の発明に係る半導
体装置は、円柱状の素子部材の側周部分に、能動素子及
び受動素子を含む半導体回路が形成され、前記素子部材
の天井部及び／又は底部に前記半導体回路の接続端子と
なる電極パッドが形成された円柱状半導体素子を、並列
状態で並べて配置している。

【０００８】

【発明の実施の形態】続いて、添付した図面を参照しつ
つ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発
明の理解に供する。図１は本発明の一実施の形態に係る
円柱状半導体素子の斜視図、図２は同円柱状半導体素子
の製造方法を示す工程図、図３は同円柱状半導体素子の
製造方法の一工程の説明図、図４は同円柱状半導体素子
の他の製造方法の一工程の説明図、図５（Ａ）、（Ｂ）
は同円柱状半導体素子を用いた半導体装置の斜視図、図
６は同円柱状半導体素子を用いた別の半導体装置の斜視
図、図７（Ａ）、（Ｂ）は他の実施の形態に係る円筒状
半導体素子の斜視図である。

【０００９】図１に示すように、本発明の一実施の形態
に係る円柱状半導体素子１０は、直径が例えば０．１〜
５ｍｍ、高さが０．１〜５ｍｍ程度の素子部材の一例で
ある円柱状シリコン本体１１の側周部に、能動素子及び
受動素子を含む半導体回路１２が形成され、天井部１３
及び底部１４に半導体回路１２の接続端子となるそれぞ
れ複数の電極パッド１５、１６が形成されている。円柱
状半導体素子１０をいずれの方向にも接続できるように
同一の入出力端子であってもよいし、電極パッド１５、
１６で半導体回路１２の全体の入出力端子としてもよ
い。

【００１０】この円柱状半導体素子１０を製造するに
は、図２に示すように、円柱状シリコンの製造工程Ａ
と、円柱状シリコンの側周部へのトランジスタの形成工
程Ｂと、メタル配線の形成工程Ｃと、天井部１３及び底
部１４における電極パッド１５、１６の形成工程Ｄとを
有する。円柱状シリコンの製造工程Ａにおいては、溶融
したシリコンから、ＣＺ法（引上げ法）やＦＺ法（Ｆｌ
ｏａｔｉｎｇＺｏｎｅ法）等で製造された単結晶の円
柱状のシリコン素材を用意する。このシリコン素材はそ
の表面が均一であることが必要であるので、研磨を行
う。これはプレーナー型の半導体素子を製造する方法と
は基本的には変わらない。

【００１１】次のトランジスタの形成工程Ｂにおいて
は、ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏ
ｓｉｔｉｏｎ）法等で円柱状シリコン本体１１の側周部
に均一な厚みの酸化膜を形成する。そして、酸化膜の表
面にフォトレジスト膜を塗布する。この場合の塗装は円
柱状シリコン本体１１を一定の速度が回転させながら、
吹き付け塗装を行うか、蒸気化したレジスト液を側周部
に凝結付着させる（ＣＶＤ法に類似した方法）。円柱状
シリコン本体１１の側周部に形成したフォトレジスト膜
を露光するには、例えば、図３又は図４に示すような方
法で行う。図３の場合には、周囲にフォトレジスト膜が
塗布された円柱状シリコン本体１１の一端又は両端を支
持して回転駆動装置１８によって所定速度（例えば、５
〜１００ｒｐｍ）で回転を行い、発光素子１９からのレ
ーザー光をレンズ系２０を介してスキャンミラー２１に
反射させ、スリット２２を介して円柱状シリコン本体１
１の側周部に形成されたフォトレジスト膜に照射する。
勿論、発光素子１９、スキャンミラー２１のスキャン駆
動装置２３及び回転駆動装置１８はコンピュータを含む
制御装置２４によって制御され、円柱状シリコン本体１
１の所定位置が確実に露光されるようになっている。円
柱状シリコン本体１１の軸方向にスキャンされたレーザ
ー光は円柱状シリコン本体１１の軸方向に長い開口部を
有するスリット２２によってその光束が制御されてい
る。なお、レーザー光の光束が十分に細い場合にはスリ
ット２２は省略できる。

【００１２】また、図４に示す別の方法では、予め円筒
状フィルム２６に露光パターンを形成し、これを円柱状
シリコン本体１１の周囲に同心状に配置し、これらを図
示しない回転駆動装置によって同期回転させる。一方、
円柱状シリコン本体１１の半径方向の対向する位置に紫
外線の発光装置２７、２８を配置し、円柱状シリコン本
体１１の軸方向に並行なスリット２９、３０を介して露
光させ、これらを、円柱状シリコン本体１１及び円筒状
フィルム２６に対して１８０度の相対回転を行って、円
筒状フィルム２６に形成された露光パターンを円柱状シ
リコン本体１１の表面に転写する。なお、円筒状フィル
ム２６のパターンの形成にあっては平面的なフィルムに
所定のパターンを形成した後、円筒状に形成してもよい
し、円筒の状態で露光パターンを形成してもよい。発光
装置２７、２８が十分小さな幅を有するレーザー光（ス
キャンレーザー光であってもよい）の場合には、スリッ
ト２９、３０は省略できる。また、発光装置とこれに対
応するスリットは１台でも良いし、円柱状シリコン本体
１１に対して均等に３組以上あってもよい。

【００１３】次に、所定の露光パターンを露光させたフ
ォトレジスト膜の現像処理を行い、酸化膜の部分除去
（エッチング）を行い、フォトレジストを全部除去し
て、不純物を注入する。この不純物の注入には、熱拡散
法やイオン注入法等がある。ここの処理はプレーナー型
の半導体素子と同様で、以上の処理を複数回行って所定
の半導体回路を形成する。所定の半導体回路の形成の
後、メタル配線の形成工程Ｃを行うが、蒸着法やスパッ
ターリング法によって、Ａｌ（アルミ）等の金属配線を
行う。この配線は必要な場合には、トランジスタの形成
工程Ｂでも行う。これによって、所定の処理（メモリ、
ＣＰＵ、Ｉ／Ｏ等）を行う回路パターンが円柱状シリコ
ン本体１１の側周部に形成される。

【００１４】以上の工程が終了した後、電極パッド１
５、１６の形成工程Ｄになるが、これも蒸着法やスパッ
ターリング法を用いて所定の接続端子を形成し、更にそ
の上にソルダーバンプを搭載する。この実施の形態にお
いては、後の配線を容易にするため、電極パッド１５、
１６は円柱状シリコン本体１１の天井部１３や底部１４
に形成したが、円柱状シリコン本体１１の側周部の上端
部、下端部又は中央部に形成することもでき、この場合
は製造が容易となる。以上の工程が終了した後、電極パ
ッド１５、１６を除く円柱状半導体素子１０の樹脂等に
よる表面のコーティング処理を行う。なお、この実施の
形態においては、一つの円柱状半導体素子１０を製造す
る場合について述べているが、複数の円柱状半導体素子
１０を同時に製造する場合には、所定長さの円柱状シリ
コンを用意し、これらの表面に同時に半導体回路を形成
し、所定長のサイジングを行い、必要なメタル配線を形
成した後、端部に電極パッドを形成することになる。

【００１５】図５には、以上の方法によって製造された
円柱状半導体素子１０を複数連結して一つの半導体装置
３１、３３を形成した例を示しているが、円柱状半導体
素子１０を軸方向に直列に接続している。この場合の円
柱状半導体素子１０の結線は、図５（Ａ）に示すよう
に、ボンディングワイヤ３２を使用してもよいが、図５
（Ｂ）に示すように、各円柱状半導体素子１０の電極パ
ッド１５、１６を直接連結した半導体装置３３としても
よい。なお、この場合には、電極パッド１５、１６回路
基板との接続は、通常のワイヤボンディングを行っても
よいし、ソルダーバンプを利用して直接接合してもよ
い。

【００１６】図６には、各円柱状半導体素子１０を並列
に並べて、各電極パッド１５、１６をボンディングワイ
ヤ３４によって連結した半導体装置３５を示す。この実
施の形態では、隙間を有して各円柱状半導体素子１０を
並べているが、密に配置することによって、装置全体の
小型化が可能となる。図７（Ａ）には接続端子となる電
極パッド３６を円柱状シリコン本体３７の側周部の上下
端部に形成した円柱状半導体素子３８を示す。また、図
７（Ｂ）は接続端子となる電極パッド３９が円柱状半導
体素子４０の側線（１又は２以上の）に沿って設けられ
ている。以上のように、構成することによって、電極パ
ッドの形成が容易となり、より安価に円柱状半導体素子
を提供できる。図において、４１はボンディングワイヤ
を示す。

【００１７】前記実施の形態においては、円柱状半導体
素子１０の端部は軸方向に直角になっているが、斜めに
形成することも可能であり、これによって、円柱状半導
体素子の円周方向の原点が形成され、更には、円柱状半
導体素子１０を寝かせて配置しても電極パッドを上向き
に（厳密には斜めに）することもできるので、その後の
接続配線が容易になるという利点がある。また、前記実
施の形態においては、具体的数字を用いて説明したが、
本発明はこれらの数字に限定されるものではない。更
に、前記実施の形態においては、素子部材としてシリコ
ンを用いたがその他の材料（例えば、ゲルマニウム等）
であっても本発明は適用される。

【００１８】

【発明の効果】請求項１及び２記載の円柱状半導体素子
は、以上の説明からも明らかなように、円柱状の素子部
材の側周部分に、能動素子及び受動素子を含む半導体回
路を形成しているので、サイズに対する素子の形成面積
が大きくなって、より小型の半導体素子を提供できる。
特に、請求項２記載の円柱状半導体素子においては、半
導体回路の接続端子となる電極パッドは、素子部材の天
井部、底部、又は側周部の何れか１又は２以上の部分に
形成されているので、円柱状半導体素子を直列又は並列
に接続することが容易になる。特に、電極パッドを側周
部に形成した場合には、電極パッドの製造が容易とな
る。また、電極パッドを素子部材の天井部、底部に形成
した場合には、その部分は平面となっているので、電極
パッドの形成も通常のプレーナー型の半導体素子と同様
な方法でできる。請求項３、４記載の半導体装置におい
ては、複数の円柱状半導体素子を直列又は並列に並べて
半導体装置を構成しているので、半導体装置全体の小型
化が図れる。この場合、各円柱状半導体素子は、素子部
材の側周部分に、能動素子及び受動素子を含む半導体回
路が形成され、素子部材の天井部及び／又は底部に半導
体回路の接続端子となる電極パッドが形成された円柱状
半導体素子を、軸方向に直列状態又は並列状態で並べて
いるので、配線が容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る円柱状半導体素子
の斜視図である。

【図２】同円柱状半導体素子の製造方法を示す工程図で
ある。

【図３】同円柱状半導体素子の製造方法の一工程の説明
図である。

【図４】同円柱状半導体素子の他の製造方法の一工程の
説明図である。

【図５】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同円柱状半導体素子
を用いた半導体装置の斜視図である。

【図６】同円柱状半導体素子を用いた別の半導体装置の
斜視図である。

【図７】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ他の実施の形態に係
る円柱状半導体素子の斜視図である。

【符号の説明】

１０：円柱状半導体素子、１１：円柱状シリコン本体、
１２：半導体回路、１３：天井部、１４：底部、１５、
１６：電極パッド、１８：回転駆動装置、１９：発光素
子（光源）、２０：レンズ系、２１：スキャンミラー、
２２：スリット、２３：スキャン駆動装置、２４：制御
装置、２６：円筒状フィルム、２７、２８：発光装置、
２９、３０：スリット、３１：半導体装置、３２：ボン
ディングワイヤ、３３：半導体装置、３４：ボンディン
グワイヤ、３５：半導体装置、３６：電極パッド、３
７：円柱状シリコン本体、３８：円柱状半導体素子、３
９：電極パッド、４０：円柱状半導体素子、４１：ボン
ディングワイヤ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円柱状の素子部材の側周部分に、能動素
子及び受動素子を含む半導体回路を形成したことを特徴
とする円柱状半導体素子。
【請求項２】請求項１記載の円柱状半導体素子におい
て、前記半導体回路の接続端子となる電極パッドは、前
記素子部材の天井部、底部、又は側周部の何れか１又は
２以上の部分に形成されていることを特徴とする円柱状
半導体素子。
【請求項３】円柱状の素子部材の側周部分に、能動素
子及び受動素子を含む半導体回路が形成され、前記素子
部材の天井部及び／又は底部に前記半導体回路の接続端
子となる電極パッドが形成された円柱状半導体素子を、
軸方向に直列状態に並べて配置したことを特徴とする半
導体装置。
【請求項４】円柱状の素子部材の側周部分に、能動素
子及び受動素子を含む半導体回路が形成され、前記素子
部材の天井部及び／又は底部に前記半導体回路の接続端
子となる電極パッドが形成された円柱状半導体素子を、
並列状態で並べて配置したことを特徴とする半導体装
置。