JPH02281753A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH02281753A
JPH02281753A JP1104114A JP10411489A JPH02281753A JP H02281753 A JPH02281753 A JP H02281753A JP 1104114 A JP1104114 A JP 1104114A JP 10411489 A JP10411489 A JP 10411489A JP H02281753 A JPH02281753 A JP H02281753A
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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】 [概 要] 第2の半導体基板の下面に選択的に素子又は素子の一部
が設けられ、これに位置合せして第2の半導体基板の上
面に選択的に素子又は素子の一部が設けられ、一方策1
の半導体基板の上面には容量の一部を構成する不純物領
域が設けられ、且つ前記第2の半導体基板が絶縁膜を介
して第1の半導体基板上に貼り合せられる構造に形成さ
れているなめ、三階層に素子を形成できることによる高
集積化を、シリコン基板による島状SOIで素子を形成
できることによる高速化、ノイズ耐性の強1ヒ、ラッチ
アップ耐性の強化等の高性能化を、エビ層を使用するこ
となくパーティカル素子を形成できることによる高機能
化を可能とした半導体装置。
[産業上の利用分野] 本発明はMIS及びバイポーラ型半導体装置に(系り、
特に、高集積な容量を必要とする半導体集積回路の形成
を可能とした半導体装置に関する9従来、高集積な容量
を必要とする半導体集積回路においては、容量用絶縁膜
の薄膜化が一般におこなわれているが、極めて薄膜化さ
れた今日、絶縁膜の耐圧、リーク特性等の物性面から限
界が近すきつつあり、さらなる薄膜化は難しい。又、ト
レンチ型容量あるいは素子領域上のスタック型容量を使
用する方法では、比較的小面積で容量を形成できるが、
精度及びノイズ特性上の問題があり、アナログ回路では
使用が難しい。精度がよく、ノイズの影響を受けにくい
容量を形成するなめ、素子形成領域を避は不活性のフィ
ールド領域上に形成することから、極めて大面積が必要
とされ、他の素子(トランジスタ、抵抗等)に比較し、
容量部が著しく大きくなり、高集積化への妨げになると
いう問題が顕著になってきている。そこで、精度がよく
、ノイズに強く、高集積な容量を形成できる手段が要望
されている。
[従来の技術] 第5図は従来の半導体装置の模式側断面図であり、デジ
タル・アナログ混載C−MO3型半導体装置を示してい
る。51はn−型シリコン(Si)基板、52aはデジ
タル部p−型ウエル領域、52bはアナログ部p−型ウ
エル領域、53はp型チャネルストッパー領域、54は
n型チャネルストッパー領域、55はフィールド酸化膜
、56a、56bはn十型ソーストレイン領域、56c
はn十型基板コンタクト領域(図示せず) 、57a、
571)はp十型ソースドレイン領域、57cはデジタ
ル部p十型ウェルコンタクト領域、57dはアナログ部
p十型ウェルコンタクト領域、58はゲート酸化膜、5
9はゲート電極、60は容量下層電極、61は容量用絶
縁膜、62は容量上層電極、63はp型高抵抗領域、6
4はp十型高抵抗コンタクト領域、65はブロック用酸
化膜、66は燐珪酸ガラス(PSG)膜、67はA1配
線を示している9同図においては、n−型シリコン(S
i)基板51を使用し、選択的にデジタル部p−型ウエ
ル領域52a、アナログ部p−型ウエル領域52bを分
けて設け、それぞれにNチャネルトランジスタを形成し
、n−型シリコン(Si)基板51にデジタル及びアナ
ログPチャネルトランジスタ、p壁高抵抗領域63を形
成しており、又、素子が形成されていないフィールド酸
化膜上に二つの導電体(60,62>間に絶縁膜61を
挟んだ容量を形成している。まず同−n−型シリコン(
Si)基板51にC−MOSを形成しているため、ラッ
チアップ耐性に難がある9次に異なるp−型ウェル領域
(52a、52b )によりデジタルグランドとアナロ
ググランドを分けているなめ、一応アナログ回路部では
デジタル回路部で発生するノイズの影響を受けにくい回
路構成をとってはいるが、両p−型ウエル領域(52a
、52b )共同−n−型シリコン(Si)基板51上
に形成されているため完全なノイズ改良にはなっていな
い。又、グランドをp−型ウェル領域として形成するた
めn−型シリコン(Si)基板を使用することが必要で
、低濃度のp−型シリコン(Si)基板を使用すること
ができないため高速化に難がある。さらに、演算増幅器
、パワーオンリセッ1〜回路等の形成に必要な容量部は
素子が設けられていないフィールド酸fヒ膜上に形成さ
れ、アナログスイッチ、デジタルアナログ変換器等の形
成に必要な高抵抗領域は別の活性領域に形成されている
ため集積度が上がっていない9 [発明が解決しようとする問題点] 本発明が解決しようとする問題点は、従来例に示される
ように、デジタル回路部で発生するノイズの影響を受け
ないアナログ回路の形成ができなかったこと、ラッチア
ップ耐性を強化したデジタル・アナログ混載集積回路の
形成ができなかったこと、低濃度p−型シリコン(Si
)基板使用による高速なデジタル・アナログ混載集積回
路の形成ができなかったこと及び高集積な容量と高抵抗
を共存させた集積回路の形成ができなかったことである
[問題点を解決するための手段] 上記問題点は、第1の半導体基板の上面に素子又は素子
の一部が形成され、及び第2の半導体基板の上面及び下
面に素子又は素子の一部が形成され、且つ前記第1の半
導体基板上に絶縁膜を介して前記第2の半導体基板か貼
り合せられている本発明の半導体装置によって解決され
る。
[牛 用] 即ち本発明の半導体装置においては、第2の半導体基板
の下面に選択的に素子又は素子の一部(アナログ回路形
成用の高抵抗の不純物領域等)が設けられ、これに位置
合せして第2の半導体基板の上面に選択的に素子又は素
子の一部(トランジスタ等)が設けられ、一方策1の半
導体基板の上面には容量の一部を構成する不純物領域(
PN接合容量等)が設けられ、且つ前記第2の半導体基
板が絶縁膜を介して第1の半導体基板上に貼り合せられ
る構造に形成されている。したがって、シリコン基板に
よる島状SOIで素子を形成できるため、デジタル回路
とアナログ回路を容易に分離できることによりデジタル
回路で発生するノイズの影響を受けないアナログ回路を
構成すること及びラッチアップ耐性を強化したデジタル
・アナログ混載集積回路の形成が可能である。又、アナ
ログ回路構成に必要とされる容量及び高抵抗をトランジ
スタ下に三階層に形成できることにより高集積化が可能
がである。さらにトランジスタ等を低濃度のシリコン基
板にSOIで形成できることにより高速化及び高信頼性
をも可能にすることができる。即ち、極めて高性能、高
信頼且つ高集積な半導体集積回路の形成を可能とした半
導体装置を得ることができる。
[実施例] 以下本発明を、図示実施例により具体的に説明する。第
1図は本発明の半導体装置における第1の実施例の模式
側断面図、第2図は本発明の半導体装置における第2の
実施例の模式側断面図、第3図は本発明の半導体装置に
おける第3の実施例の模式側断面図、第4図(a)〜(
「)は本発明の半導体装置における製造方法の一実施例
の工程断面図である。
全図を通じ同一対象物は同一符号で示す。
第1図はp型シリコン基板を用いた際の本発明の半導体
装置における第1の実施例の模式側断面図で、■は10
15cm−3程度のp−型第1のシリコン(Si)基板
、2は10  cm  程度のn十型不純物領域、3は
IPm程度の酸化膜、4は10  cm  程度のp−
型第2のシリコ’、y (Si )基板、5は1016
cm−3程度のn−型ウェル領域、6a、6bはトレン
チ埋め込み酸化膜、7は10  cm  程度のp壁高
抵抗領域、8は1020C「3程度のp十型高抵抗コン
タク1へ領域、9は1018cm−3程度のn型高抵抗
領域、10は1020cm−3程度のn十型高抵抗コン
タクト領域、11はエツチングストッパー膜(酸化膜)
、12はloo nm程度のコンタクト用導電膜、13
は10  cm  程度のn十型ソーストレイン領域、
14は1020cm−3程度のp十型ソースドレイン領
域、15は20nm程度のゲート酸化膜、16は300
 nm程度のゲート電極、17は側壁゛絶縁膜(化学気
相成長酸化膜)、18は埋め込み導電膜(選択化学気相
成長タングステンWA) 、19は5on−程度のブロ
ック用酸化膜、20は0゜82程度の燐珪酸ガラス(P
SG)膜、21はIPDI程度のA1配線を示す9 同図において、上面にn十型不純物領域2が設けられた
p−型第1のシリコン(Si)基板1上に酸化膜3を介
してp−型第2のシリコン(Si)基板4か貼り合せら
れている。p−型第2のシリコン(Si)基板4には選
択的に素子領域を分離するトレンチが設けられており、
一部のトレンチはp−型第1のシリコン(Si)基板1
上面に設けられたn+型不純物領域2をセルファライン
に分離している、すべてのトレンチはトレンチ埋め込み
酸化M(6a、6b )により埋め込まれ平坦に形成さ
れている。p−型第2のシリコン(Si)基板4上面の
分離確定された素子領域にはそれぞれデジタル部及びア
ナログ部のNチャネルトランジスタが形成され、又、p
−型第2のシリコン(Si)基板4上面に設けられたn
−型ウェル領域5の分離確定された素子領域にはそれぞ
れデジタル部及びアナログ部のPチャネルトランジスタ
が形成されている。p−型第2のシリコン(Si)基板
4下面の分離確定された素子領域にはn型高抵抗領域9
が、又、p−型筒2のシリコン(Si)基板4下面に設
けられたn−型ウェル領域5の分離確定された素子領域
にはp型高抵抗領域7が形成されている9n型高抵抗頗
域9及びp壁高抵抗領域7下には酸化R3で絶縁された
n十型不純物領域2とp−型筒1のシリコン(Si)基
板1との間にPN接合からなる容量が形成されている。
(ここでp−型筒1のシリコン(Si)基板1の上面に
設けられたn十型不純物領域2、p−型筒2のシリコン
(Si)基板4下面に設けられたn型高抵抗領域9及び
p−型筒2のシリコン(Si)基板4下面に設けられた
n−型ウェル領域5に形成されたp型高抵抗領域への接
続は本発明者により出願されている受付番号1−319
02の接続技術を使用している。)したがって、シリコ
ン基板による島状SOIで素子を形成できるため、デジ
タル回路とアナログ回路を容易に分離できることにより
デジタル回路で発生するノイズの影響を受けないアナロ
グ回路を構成すること及びラッチアップ耐性を強化した
デジタル・アナログ混載集積回路の形成が可能である9
又、アナログ回路構成に必要とされる容量及び高抵抗を
トランジスタ下に三階層に形成できることにより高集積
化が可能がである。さらにトランジスタ等を低濃度のシ
リコン基板にSOIで形成できることにより高速化及び
高信頼性をも可能にすることができる。なお上記実施例
においては、第2のシリコン(Si)基板下面に設けた
高抵抗領域への接続を形成する際、シリコン(Si)基
板エツチング用のストッパー膜(酸化膜)及びコンタク
ト用導電膜(タングステンシリサイド膜)を設けている
が、p十型高抵抗コンタクト領域内でシリコン(Si)
基板のエツチングを精度よく終了できれば、前記エツチ
ングストッパー膜(酸化膜)及びコンタクト用導電膜(
タングステンシリサイド膜)は省略してもさしつかえな
い。
第2図は本発明の半導体装置における第2の実施例の模
式側断面図を示している91〜4.6a、6b、11.
12.11〜21は第1図と同じ物を、22はn十型埋
め込み層、23はn−型コレクタ領域、24はp型ベー
ス領域、25はp十型ベースコンタクト領域、26はn
十型エミッタ領域を示している。
同図においては、バイポーラ型のアナログ・デジタル混
載半導体集積回路を示しており、第1図同様島状SOI
に形成されたp−型筒2のシリコン(Si)基板4の下
面にn−型コレクタ領域23、n十型埋め込み層22及
びコンタクト用導電M(タングステンシリサイド膜)1
2が設けられ、上面にはp型ベース領域24、p十型ベ
ースコンタクト領域25、n十型エミッタ領域26が設
けられてバイポーラトランジスタを形成している9又、
p−型筒1のシリコン(Si)基板1の上面にはPN接
合からなる容量を形成している。ここでコンタクト用導
電膜(タングステンシリサイド膜)12及びPN接合を
形成するn十型不純物領域2への接続は第1の実施例と
同じ選択化学気相成長タングステン膜を使用した技術を
利用している。こうして第1の実施例同様の効果を持つ
バイポーラ型のアナログ・デジタル混載半導体集積回路
が形成できる。
第3図は本発明の半導体装置における第3の実施例の模
式側断面図を示している。1.4.15.17〜21は
第1図と同じ物を、27はセルプレート電極(n十型不
純物領域)、28はキャパシタ絶縁膜、29は電荷蓄積
電極(n十型不純物領域)、30はビットライン(n十
型不純物領域)、31はワードラインを示している。
同図においては、11〜ランジスタ、1キヤパシタ型の
DRAMのセルの要部を示している。p−型筒2のシリ
コン(Si)基板4の上面にはワードライン31、n十
型不純物ビットライン30、セルノードを示すn十型不
純物領域が設けられ、下面には選択的にn十型不純物領
域が設けられ、p−型筒2のシリコン(Si)基板4に
設けられたトレンチの側壁に形成されたn+型不純物領
域により上下面のn十型不純物領域が接続され電荷蓄積
電極29を形成している。又、p−型筒1のシリコン(
Si)基板1の上面にはn十型不純物領域よりなるセル
プレート電極21が形成されており、キャパシタ絶縁9
2gを介してp−型筒2のシリコン(Si)基板4の下
面に貼り合せられている。前記セルプレート電極27へ
の接続は第1の実施例と同じ選択化学気相成長タングス
テン膜を使用した技術を利用している。上記実施例では
p−型箱2のシリコン(Si)基板4の下面にまでキャ
パシタを形成できるため容量を大幅に増大させることが
でき、α線ソフトエラー耐性の改善及び高集積化が可能
となる。
本発明の半導体装置における第2のシリコン(Si)基
板の下面に形成する素子又は素子の一部と上面に形成す
る素子又は素子の一部との位置合せは下記のように形成
した位置合せパターンを使用しておこなわれる9まず第
2のシリコン(Si)基板の下面に深さ6pm程度のト
レンチを設け、このトレンチに位置合せして下面の素子
又は素子の一部を形成し、次いで前記トレンチを絶縁膜
で埋め込み、次いで第2のシリコン(Si)基板を絶縁
膜を介して第1のシリコン(Si)基板に貼り合せ、次
いで第2のシリコン(Si)基板を5/Jm程度に研削
し、次いで第2のシリコン(Si)基板の上面から絶縁
膜のエツチングをおこなえば下面に設けたトレンチがセ
ルファラインで上面に形成できるので、この位置合せパ
ターンを使用して上面の素子又は素子の一部を形成すれ
ば、上面の素子又は素子の一部を下面の素子又は素子の
一部に直接位置合せすることが可能となる。又、第2の
シリコン(Si)基板の上下面に形成する素子又は素子
の一部と第1のシリコン(Si)基板の上面に形成する
素子又は素子の一部との直接位置合せは可能ではないの
で、シリコン(Si)基板貼り合せ前に、第1のシリコ
ン(Si)基板の上面に選択的に素子又は素子の一部を
形成することはできない。
次いで本発明に係る半導体装置の製造方法の一実施例に
ついて第4図(a)〜([)及び第1図を参照して説明
する。(ただし位置合せパターンに関する記述は省略す
る。) 第4図(a) p−型箱1のシリコン(Si)基板1の上面に砒素をイ
オン注入してn十型不純物領域2を形成する。次いで酸
化膜3を成長させる。
第4図(1)) 次いでp−型箱2のシリコン(Si)基板4の下面に通
常のフォトリソグラフィー技術を利用し、レジストをマ
スク層として、第1のドーズ量の砒素をイオン注入して
n型高抵抗領域9を、第2のドーズ量の砒素をイオン注
入してn十型高抵抗コンタクト領域10を、第1のドー
ズ量の硼素をイオン注入してp壁高抵抗領域7を、第2
のドーズ量の硼素をイオン注入してp十型高抵抗コンタ
クト領域8をそれぞれ選択的に形成する9 (二種の高
抵抗領域を設ける必要がない場合はいずれか一方を形成
すればよい。)次いでエツチングストッパー膜となる酸
化膜11を形成する。次いで通常のフォトリソグラフィ
ー技術を利用し、前記酸化膜11に選択的に開孔を形成
する9次いでタングステンシリサイド膜を成長する。次
いで通常のフォトリソグラフィー技術を利用し、前記タ
ングステンシリサイド膜をパターニングしコンタクト用
導電膜12を形成する。(ただし上下面を反対にした図
を示している。) 第4図(C) 次いでp−型箱2のシリコン(Si)基板4の下面をp
−型箱1のシリコン(Si)基板1上面に約1100℃
、N2雰囲気で約2時間のアニールにより貼り合せる。
次いでp−型箱2のシリコン(Si)基板4を研削し約
5/Al11程度にする。
第4図(d) 次いで酸化膜、窒化膜を順次成長させる。(図示せず9
この両膜はトレンチに酸化膜を埋め込む際のストッパー
膜となる。)次いで通常のフォトリソグラフィー技術を
利用し、まずp−型箱2のシリコン(Si)基板4の一
部に第1の素子分離領域を形成するために、窒化膜、酸
化膜、p−型箱2のシリコン(Si)基板4を開孔し第
1のトレンチを形成する。次いで前記第1のトレンチに
酸fヒ膜6aを埋め込む9次いでp−型箱2のシリコン
(Si)基板4の一部に第2の素子分離領域及びp−型
箱1のシリコン(Si)基板1に素子分離領域を形成す
るために、窒化膜、酸化膜、p−型箱2のシリコン(S
i)基板4、エツチングストッパー膜(酸化膜)11、
酸化M3、p−型筒1のシリコン(Si)基板1を開孔
し第2のトレンチを形成する9次いで前記第2のトレン
チに酸化膜6bを埋め込む。ここではp−型筒2のシリ
コン(Sl)基板に形成する素子分離領域は第1のトレ
ンチと第2のトレンチの両方により形成されている。(
ただしp−型筒2のシリコン(Si)基板4に形成する
素子分離領域とp型筒1のシリコン(Si)基板1に形
成する素子分離領域が同一である場合はトレンチ形成を
2回に分ける必要はない。)次いで通常のフォトリソグ
ラフィー技術を利用し、レジスト及びトレンチ埋め込み
酸化膜(6a、6b)をマスク層として、燐をイオン注
入してn−型ウェル領域5を選択的に形成する。
第4図(e) 次いで通常のフォトリソグラフィー技術を利用し、接続
を取りないn十型不純物領域2上の窒化膜、酸化膜、p
−型筒2のシリコン(Sl)基板4(n−型ウェル領域
5も含む)、エツチングストッパー膜(酸化膜)11、
酸化膜3にn十型不純物領域2を露出する開孔を形成す
る9次いで化学気相成長酸化膜を成長させ、異方性ドラ
イエツチングをおこない前記開孔の側壁にのみ化学気相
成長酸化B!A17を残す。次いで選択化学気相成長タ
ングステン膜18を成長させ残された前記開孔を埋め込
みn十型不純物領域2への接続を形成する。同様にコン
タクト用導電M(タングステンシリサイド膜)12への
接続を形成する9次いで窒化膜、酸化膜をエツチング除
去する。
第4図([) 次いでゲート酸化膜15、多結晶シリコン膜を順次成長
させる9次いで通常のフォトリソグラフィー技術を利用
し、多結晶シリコン膜をパターニングしゲート電極16
を形成する。次いで通常のフォトリソグラフィー技術を
利用し、レジスト、ゲート電極16及びトレンチ埋め込
み酸化膜(6a、6b)をマスク層として、砒素をイオ
ン注入してn十型ソースドレイン領域13を、硼素をイ
オン注入してp十型ソースドレイン領域14を、それぞ
れ選択的に形成する9 第1図 次いでブロック用酸化膜19、燐珪酸ガラス(PSG)
膜20を順次成長させる。次いで通常の技法を適用する
ことにより電極コンタクト窓の形成、AI配線21の形
成等をおこない半導体装置を完成する9以上実施例に示
したように、本発明の半導体装置によれば、シリコン基
板による島状SOIで素子を形成できるため、デジタル
回路とアナログ回路を容易に分離できることによりデジ
タル回路で発生するノイズの影響を受けないアナログ回
路を構成すること及びラッチアップ耐性を強化したデジ
タル・アナログ混載集積回路の形成が可能である。又、
アナログ回路構成に必要とされる容量及び高抵抗をトラ
ンジスタ下に三階層に形成できることにより高集積化が
可能である9さらにトランジスタ等を低濃度のシリコン
基板にSOIで形成できることにより高速化及び高信頼
性をも可能にすることができる。
[発明の効果] 以上説明のように本発明によれば、MIS及びバイポー
ラ型半導体装置において、絶縁膜を介して第1の半導体
基板の上面及び第2の半導体基板の上下面に素子及び素
子の一部が設けられる構造に形成できるため、三階層に
素子を形成できることによる高集積化を、シリコン基板
による島状SO■で素子を形成できることによる高速化
、ノイズ耐性の強化、ラッチアップ耐性の強化等の高性
能化を、エビ層を使用することなくパーティカル素子を
形成できることによる高機能化を可能にすることができ
る。即ち、極めて高性能、高機能、高信顆且つ高集積を
併せ持つ半導体集積回路を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の半導体装置における第1の実施例の模
式側断面図、 第2図は本発明の半導体装置における第2の実施例の模
式側断面図、 第3図は本発明の半導体装置における第3の実施例の模
式側断面図、 第4図(a)〜(「)は本発明の半導体装置における製
造方法の一実施例の工程断面図、 第5図は従来の半導体装置の模式側断面図である 図において、 1はp−型筒1のシリコン(Si)基板、2はn十型不
純物領域、 3は酸化膜、 4はp−型筒2のシリコン(Si)基板、5はn−型ウ
ェル領域、 6a、6bはトレンチ埋め込み酸化膜、7はn型高抵抗
領域、 8はp十型高抵抗コンタクト領域、 9はn型高抵抗領域、 10はn十型高抵抗コンタクト領域、 11はエツチングストッパー膜(酸化膜)、12はコン
タクト用導電膜(タングステンシリサイド膜)、 13はn十型ソーストレイン領域、 14はp十型ソースドレイン領域、 15はゲート酸化膜、 16はゲート電極、 17は側壁絶縁膜(化学気相成長酸化膜)、18は埋め
込み導電膜(選択化学気相成長タングステン膜)、 19はブロック用酸化膜、 20は燐珪酸ガラス(PSG)膜、 21はA1配線、 22はn十型埋め込み層、 23はn−型コレクタ領域、 24はp型ベース領域、 25はp十型ベースコンタクト領域、 26はn十型エミッタ領域、 27はセルプレート電極(n十型不純物領域)、28は
キャパシタ絶縁膜、 29は電荷蓄積電極(n十型不純物領域)、30はビッ
トライン(n十型不純物領域)。 31はワードラインを示す。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)第1の半導体基板の上面に素子又は素子の一部が
    形成され、及び第2の半導体基板の上面及び下面に素子
    又は素子の一部が形成され、且つ前記第1の半導体基板
    上に絶縁膜を介して前記第2の半導体基板が貼り合せら
    れていることを特徴とする半導体装置。
  2. (2)前記第1の半導体基板の上面に形成された素子又
    は素子の一部及び前記第2の半導体基板の上面及び下面
    に形成された素子又は素子の一部への接続は、すべて前
    記第2の半導体基板の上面から設けられていることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体装置。
JP1104114A 1989-04-24 1989-04-24 半導体装置 Expired - Fee Related JP2791793B2 (ja)

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