JPH02299259A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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Publication number
JPH02299259A
JPH02299259A JP1118810A JP11881089A JPH02299259A JP H02299259 A JPH02299259 A JP H02299259A JP 1118810 A JP1118810 A JP 1118810A JP 11881089 A JP11881089 A JP 11881089A JP H02299259 A JPH02299259 A JP H02299259A
Authority
JP
Japan
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substrate
optical
semiconductor
recess
layer
Prior art date
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Pending
Application number
JP1118810A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshio Komiya
小宮 祥男
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Priority to JP1118810A priority Critical patent/JPH02299259A/en
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Abstract

PURPOSE:To easily constitute an optoelectric IC(O-E IC) of three dimensional structure by a method wherein a semiconductor device and an optical component both formed on a semiconductor layer are made to operate together enabling their functions to correlate organically with each other. CONSTITUTION:A recess 22 is provided onto the surface of a board 101 which includes a semiconductor layer which constitutes a three dimensional device, wiring regions 7A and 21A are provided even to the base of the recess 22, a signal can be transmitted between the primary side and the rear side of the board 101 which includes the semiconductor layer through the intermediary of signal transmitting means 6 and 16 located on the base of the recess 22, and prescribed parts of an upper and a lower board, 101 and 102, are electrically connected. An micro-optical component 502 provided, at least, onto the board 102 and a semiconductor device 501 provided at a position on the other board 101 corresponding to the position where the optical component 502 is provided are so constituted that they operate as being optically coupled. By this setup, various types of components can be three-dimensionally constituted in lamination, so that optoelectric system can be easily constituted into an IC.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 この発明は、半導体層を含む基板を少くとも1つ含んだ
複数の板状の基板を積層し、所望の部分で接着した3次
元デバイスに関するものであり、特に、少くとも1つの
基板には微小光学部品が備えられ、上記半導体層に形成
された半導体デバイスの機能と上記光学部品の機能とを
有機的に関連させることによって動作させることを特徴
とする光学−電気機能(opto−alactroni
cs)を備えた3次元デバイスによる集積化された半導
体装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a three-dimensional device in which a plurality of plate-shaped substrates including at least one substrate containing a semiconductor layer are laminated and bonded at desired portions. In particular, at least one substrate is provided with a microscopic optical component, and the semiconductor device formed in the semiconductor layer is operated by organically correlating the function of the semiconductor device with the function of the optical component. optical-electrical functions (opto-alactroni)
The present invention relates to an integrated semiconductor device using a three-dimensional device (cs).

〔従来技術〕[Prior art]

従来の3次元デバイスとしては、例えば[“日経マイク
ロデバイス″1985年7月号第175頁」に記述され
ているようなものがある。
Examples of conventional three-dimensional devices include those described in "Nikkei Microdevices," July 1985 issue, page 175.

上記の従来例においては、半導体層を含む基板を積層し
て形成する3次元デバイス構成において、構成する板状
の基板の一方の主表面から裏側のもう一方の基板へ達す
る信号の伝送方法において良い方法が提案されていなか
った。
In the above conventional example, in a three-dimensional device configuration formed by laminating substrates including semiconductor layers, it is possible to transmit signals from one main surface of the constituent plate-like substrates to the other substrate on the back side. No method was proposed.

また、半導体基板の主表面と裏面とをAflドーパント
によるPN接合によって貫通させる方法としては、[“
アイ イーイーイー コンピュータ″(Jan、 Gr
inberg他”IEEE Computor” 、 
 1984 Jan、 p69. ) Jに記載されて
いるものがある。
In addition, as a method for penetrating the main surface and the back surface of a semiconductor substrate by a PN junction using an Afl dopant, [“
Ai Eeeee Computer” (Jan, Gr.
inberg et al. “IEEE Computer”,
1984 Jan, p69. ) There are some listed in J.

更に、光学−電気機能を一部にもつ光学−電気集積回路
(以下、O−E・ICと略記する)としては1例えば「
“日経マイクロデバイス”1985年7月号211頁に
記載されているものがある。
Furthermore, as an optical-electrical integrated circuit (hereinafter abbreviated as O-E IC) having optical-electrical functions as a part, for example,
There is one described in "Nikkei Microdevice" July 1985 issue, page 211.

この0−E−ICは、微小光学部品と半導体デバイスと
を単一の基板に形成して、その機能を動作させるという
構成の、ものであった。
This 0-E-IC had a structure in which a micro optical component and a semiconductor device were formed on a single substrate, and its functions were operated.

〔発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、上記のような従来の3次元デバイスにお
いては、例えば基板主表面から裏面への信号の伝達をP
N接合の貫通で行うものにおいては、接合による分布容
量やp+部分の上下抵抗値の制御が困難であるという問
題があった。また、マイクロブリッヂ部分も相互に融着
していないので、2つの基板を結合する機械的構造の安
定性において要求を十分に満たすことが困難であった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in the conventional three-dimensional device as described above, for example, signal transmission from the main surface of the substrate to the back surface is
In the case where the N junction is passed through, there is a problem in that it is difficult to control the distributed capacitance due to the junction and the upper and lower resistance values of the p+ portion. Furthermore, since the microbridge portions are not fused to each other, it has been difficult to sufficiently satisfy requirements regarding the stability of the mechanical structure that connects the two substrates.

また、他の部分との電気的アイソレーションも理想力な
い、等の種々の問題点があった。
Furthermore, there were various problems such as the lack of ideal electrical isolation from other parts.

更に、従来の0−E−ICにあっては、単一の基板に微
小光学部品と半導体デバイスとが形成されていたために
、0−E−ICとして部分な機能を達成することが困難
であった。また、構造的にも、発光動作をもつ化合物半
導体デバイス(半導体レーザ、発光ダイオード等)、受
光動作をうけもつSLなどの半導体デバイス、微小レン
ズやフィルターなどの受動光学部品をもつ基板、および
光束を偏光したり方向を変える光束制御デバイス等を1
つの基板の中に集積することは製造技術上非常に困難で
ある。
Furthermore, in conventional 0-E-ICs, micro optical components and semiconductor devices are formed on a single substrate, making it difficult to achieve partial functions as 0-E-ICs. Ta. In addition, in terms of structure, there are compound semiconductor devices that emit light (semiconductor lasers, light emitting diodes, etc.), semiconductor devices such as SLs that receive light, substrates that have passive optical components such as microlenses and filters, and light flux. 1 Light flux control device that polarizes or changes direction
Integrating them into one substrate is extremely difficult due to manufacturing technology.

また、元来光束の動作を制御するデバイスは、電子デバ
イスに比べて著しい空間位置依存性をもつため、単に0
−E−ICに必要な微小部品を1つの基板に集積しても
機能の有効な集積効果が得られるというものではない。
In addition, since devices that originally control the operation of light flux have significant spatial position dependence compared to electronic devices, it is possible to simply
-E-IC Even if the microcomponents necessary for the IC are integrated on one substrate, an effective functional integration effect cannot be obtained.

そのため従来の装置においては、単一基板上に形成した
○−E−ICの機能も十分に満足できる技術水準には到
達していない等の多くの問題点があった。
Therefore, conventional devices have had many problems, such as the fact that the functionality of the O-E-IC formed on a single substrate has not yet reached a fully satisfactory technical level.

本発明は上記のごとき従来技術の問題を解決することを
目的とするものである。
The present invention aims to solve the problems of the prior art as described above.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記の目的を達成するため1本発明においては、特許請
求の範囲に記載するように構成している。
In order to achieve the above object, the present invention is constructed as described in the claims.

すなわち、本発明においては、板状の基板を少くとも2
層以上つみかさねて結合されて構成される3次元デバイ
スにおいて、該3次元デバイスを構成する1つの基板が
半導体層を含む基板の場合は、この半導体層を含む基板
の1つの面に凹部が形成され、該凹部の底面にまで配線
領域が設けられ、また、凹部の斜面にも絶縁された状態
で配線領域が結合されており、凹部と共通する基板上の
一方の主表面にある配線領域と結合される。凹部の底面
と反対側の基板の主表面部には配線領域があり、前記の
凹部の薄くなっている部分に信号を伝達する手段がある
。この信号を伝達する手段は半導体層に形成される3端
子以上の能動デバイス(絶縁ゲートデバイス、バイポー
ラデバイスなど)でもよく、または2端子の低抵抗部材
や極低抵抗配線部材であってもよい。さらに、半導体層
などで形成された非線形2端子デバイス(各種ダイオー
ド、PNPN素子等)でもよい、上記のように構成した
ことにより、半導体層を含む基板の主表面と裏面側とが
凹部の底面部にある信号伝達手段を介して倍量伝達が可
能となる。この信号伝達手段を利用すれば、複数個の基
板を接着、結合して形成される3次元デバイスの積層基
板の垂直方向の信号の伝達が従来技術に比べて容易にな
る。これらはこの3次元集積回路デバイスの信号処理の
同時平行処理や情報処理量の大幅な増大をもたらす。
That is, in the present invention, at least two plate-shaped substrates are used.
In a three-dimensional device configured by combining and bonding two or more layers, if one substrate constituting the three-dimensional device is a substrate including a semiconductor layer, a recess is formed on one surface of the substrate including the semiconductor layer. , a wiring area is provided up to the bottom surface of the recess, and the wiring area is also connected to the slope of the recess in an insulated state, and is connected to the wiring area on one main surface of the substrate common to the recess. be done. There is a wiring area on the main surface of the substrate opposite to the bottom of the recess, and means for transmitting signals to the thinned portion of the recess. The means for transmitting this signal may be an active device with three or more terminals (insulated gate device, bipolar device, etc.) formed in a semiconductor layer, or may be a two-terminal low resistance member or extremely low resistance wiring member. Furthermore, a nonlinear two-terminal device (various diodes, PNPN elements, etc.) formed of a semiconductor layer or the like may be used.By having the above structure, the main surface and the back side of the substrate including the semiconductor layer are connected to the bottom surface of the recess. Double amount transmission is possible through the signal transmission means in the. If this signal transmission means is used, it becomes easier to transmit signals in the vertical direction of a laminated substrate of a three-dimensional device formed by bonding and bonding a plurality of substrates, compared to conventional techniques. These results in simultaneous parallel signal processing and a significant increase in the amount of information processing in this three-dimensional integrated circuit device.

また1本発明においては、3次元デバイスを構成する積
層基板のうち、いくつかの基板が半導体層を含まない場
合もありうる。このような場合でも基板と垂直な方向の
電気信号の伝達は多くの場合、必要になる。この基板は
ガラス基板や石英基板であってもよい。また電気光学効
果をもつPLZTのようなセラミック基板であってもよ
い。さらに、接地やシールド、発熱部の冷却などを確実
にするためのアルミ板のような金属板であってもよい。
Furthermore, in one aspect of the present invention, some of the laminated substrates constituting the three-dimensional device may not include a semiconductor layer. Even in such cases, it is often necessary to transmit electrical signals in a direction perpendicular to the substrate. This substrate may be a glass substrate or a quartz substrate. Alternatively, a ceramic substrate such as PLZT having an electro-optic effect may be used. Furthermore, a metal plate such as an aluminum plate may be used to ensure grounding, shielding, and cooling of the heat generating part.

上記のような基板に凹部の形状を形成し、四部の底面に
配線領域が到達し、凹部の斜面に必要に応じて絶縁膜を
介して配線領域で連絡されて、四部のある基板の一方の
主表面にある配線部へ連絡されている。凹部の底面と反
対側の基板の主表面部にも配線用の薄膜パターンがある
。凹部側にある配線の所定の信号は凹部のうずくなって
いる部分の一部の信号伝達手段によってもう一方の裏側
の配線領域に伝達される。この信号伝達手段を構成する
部材は結晶性の半導体では困難であり、例えば、製作の
容易さから例をあげると、周囲が絶縁膜でアイソレート
されたポリSi等を用いることが出来る。また、その他
の低抵抗性部材や極低抵抗特性をもつ配線部材であって
もよい、さらに、AC信号であれば絶縁膜による容量結
合でもよい。ただし、このような場合、配線間や信号伝
達手段の電位設定の相互独立性が要求される。これらは
上記基板に各種の絶縁膜を密着させた構造がのぞましい
A concave shape is formed on the substrate as described above, and the wiring area reaches the bottom surface of the four parts, and the wiring area is connected to the slope of the concave part via an insulating film as necessary, so that one of the four parts of the board is connected. It is connected to the wiring section on the main surface. There is also a thin film pattern for wiring on the main surface of the substrate opposite to the bottom of the recess. A predetermined signal of the wiring on the side of the recess is transmitted to the wiring area on the other back side by a signal transmission means of a part of the concave portion of the recess. It is difficult to use a crystalline semiconductor as the member constituting the signal transmission means, and for example, poly-Si or the like whose periphery is isolated by an insulating film can be used for ease of manufacture. Further, other low resistance members or wiring members having extremely low resistance characteristics may be used.Furthermore, in the case of AC signals, capacitive coupling using an insulating film may be used. However, in such a case, mutual independence of potential settings between wirings and signal transmission means is required. These preferably have a structure in which various insulating films are closely attached to the above-mentioned substrate.

構成の製作上の困難さがある点では、金属性基板におい
て最も注意を要する。例えば、アルミ金属板の場合は、
陽極酸化のような絶縁膜形成法を援用することによって
前記の構成に必要とされるアイソレーション構造と配線
構造、信号伝達構造等を製作することができる。
Metallic substrates require the most attention in terms of manufacturing difficulties. For example, in the case of an aluminum metal plate,
By employing an insulating film forming method such as anodization, the isolation structure, wiring structure, signal transmission structure, etc. required for the above structure can be manufactured.

また、前記従来技術で述べた平面構成のO−E・ICの
問題点も、本発明においては、光デバイスと半導体デバ
イスとに対して、それぞれを適当な基板に配置、設定す
ることができるので、製作上の困難点を避けることがで
きる。
Furthermore, the problems with O-E ICs with a planar configuration as described in the prior art can be solved in the present invention, since optical devices and semiconductor devices can be placed and set on appropriate substrates. , production difficulties can be avoided.

また、上記の各種の部品の3次元空間上で積層構成によ
る構成が可能となるので、0−E電子システムの小形化
、IC化が容易になるという利点がある。
Furthermore, since the various components described above can be constructed in a three-dimensional layered structure, there is an advantage that the 0-E electronic system can be easily miniaturized and integrated into an IC.

上記のように、本発明は、3次元デバイスとしての長所
と○−E・ICデバイスとしての長所を有しているので
、前記のごとき従来の3次元デバイスと3次元デバイス
による集積回路の問題点を解決することが出来ると同時
に、3次元0−Eデバイスや3次元0−Eデバイスによ
る集積回路などに新しい応用と超重形化をもたらすこと
が可能となる。
As described above, the present invention has advantages as a three-dimensional device and as an ○-E IC device, so it does not address the problems of conventional three-dimensional devices and integrated circuits using three-dimensional devices as described above. At the same time, it becomes possible to bring about new applications and ultra-heavy structure in three-dimensional 0-E devices and integrated circuits using three-dimensional 0-E devices.

〔実施例〕 第1図は、本発明の1実施例の概略を示す断面図であり
、O−E機能をもつ基板融着型3次元デバイスの一部を
示している。
[Embodiment] FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an embodiment of the present invention, showing a part of a substrate fusion type three-dimensional device having an O-E function.

この実施例においては、5iICを含む基板101と1
02とが配線の接続を上下基板間で確保されながら融着
されている。
In this embodiment, substrates 101 and 1 containing 5iICs are used.
02 are fused while ensuring wiring connection between the upper and lower substrates.

まず、半導体基板101(例えばSi基板)はSOI構
成をもっている。すなわち、半導体基板101には厚い
Si部1があり、SOIの表面にはフィールド絶縁膜2
がある。この半導体基板1o1の厚いSi部1に基板裏
面からSOI構造の1層へ達するエッチ穴22.55お
よび56があけられている。このエッチ穴22.55.
56は深い穴であるが、半導体圧力センサなどの技術分
野でこのような深い穴は形成されている。このエッチ穴
22.55.56は前記凹部を構成するものであり、こ
のエッチ穴22.55.56の周囲は絶縁膜3で保護さ
れている。
First, the semiconductor substrate 101 (for example, a Si substrate) has an SOI configuration. That is, the semiconductor substrate 101 has a thick Si portion 1, and the SOI surface has a field insulating film 2.
There is. Etched holes 22, 55 and 56 are formed in the thick Si portion 1 of the semiconductor substrate 1o1 from the back surface of the substrate to the first layer of the SOI structure. This etch hole 22.55.
56 is a deep hole, and such deep holes are formed in technical fields such as semiconductor pressure sensors. The etched holes 22,55,56 constitute the recesses, and the periphery of the etched holes 22,55,56 is protected by the insulating film 3.

また、半導体基板101の中央付近から右側部分には電
子回路が形成されている。すなわち、SOIの薄膜Si
結晶層4の左右にそれぞれMOSトランジスタが配置さ
れている。第1図においては、右のMOSトランジスタ
(n+ソース8、n+ドレイン9.5i02膜10、S
in÷ゲート11等で構成)のゲート11用の配線は、
配線部材12A、12Bおよび低抵抗配線部材6を介し
てエッチ穴22の裏面へ接続されている。すなわち、ポ
リSiなどの低抵抗配線部材6は、別の絶縁膜5で電気
的に分離され、SOIの上部Si層を貫通してエッチ穴
22の裏面に設けられた配線7Aに接続されている。こ
れによって基板の主表面側と裏面側の配線が接続される
Further, an electronic circuit is formed on the right side of the semiconductor substrate 101 from near the center. That is, the SOI thin film Si
MOS transistors are arranged on the left and right sides of the crystal layer 4, respectively. In FIG. 1, the right MOS transistor (n+ source 8, n+ drain 9.5i02 film 10, S
The wiring for gate 11 (consisting of in ÷ gate 11, etc.) is
It is connected to the back surface of the etch hole 22 via the wiring members 12A, 12B and the low resistance wiring member 6. That is, the low resistance wiring member 6 such as poly-Si is electrically isolated by another insulating film 5, and is connected to the wiring 7A provided on the back surface of the etch hole 22 through the upper Si layer of the SOI. . This connects the wiring on the main surface side and the back side of the board.

また、左側のMO3+−ランジスタは、r1+ソース1
5、ドレイン部16、ゲート18、ソース用電極19、
ドレイン用電極20等で形成されている。上記のドレイ
ン部16は、基板裏面側(凹部の底面)まで貫通されて
いる。これは深いn+拡散層またはn+ポリSi層を薄
いp型のSi層13の中にうめ込むことによって可能に
なる。また、基板裏面のエッチ穴22中には裏面の厚い
Si板の表面に達する配線2LA、21Bがある。
Also, the left MO3+- transistor is r1+ source 1
5, drain part 16, gate 18, source electrode 19,
It is formed of a drain electrode 20 and the like. The drain portion 16 described above is penetrated to the back surface side of the substrate (bottom surface of the recess). This is made possible by embedding a deep n+ diffusion layer or n+ poly-Si layer into the thin p-type Si layer 13. Further, in the etched hole 22 on the back side of the substrate, there are wiring lines 2LA and 21B that reach the front surface of the thick Si plate on the back side.

このような深いエッチ穴22の斜面の部分の電極のパタ
ーンニングは1通常の方法では高低がありすぎて困難で
あるが、平行性のよいレーザ光束・やその他光源とマス
クによってフォトレジストをパターンニングすることは
可能である。その他、近年発表されているレーザ光その
他のビーム技術をもちいた直接エッチ法や直接デポジシ
ョンなども援用できる。
Patterning the electrode on the slope of such a deep etched hole 22 is difficult using the normal method because there are too many heights, but it is possible to pattern the photoresist using a well-parallel laser beam or other light source and a mask. It is possible to do so. In addition, direct etching methods and direct deposition methods using laser light or other beam technologies that have been announced in recent years can also be used.

次に、上記半導体基板10Lの左側の部分に、本発明の
もう1つの特徴である光学作用を利用する電子手段であ
る部品501が形成されている。
Next, on the left side of the semiconductor substrate 10L, a component 501, which is an electronic means that utilizes optical action, which is another feature of the present invention, is formed.

この実施例においては、この部分に光束検知デバイスを
設けた場合を例示している。すなわち、SOIの絶縁膜
14の上にドープされたM縁膜23がある。これはPS
Gのようなものでもよい。その上にSOIの薄いSi結
晶層が各種の技術で形成され得る。薄いSi層部の最も
下層は11+層24がPSGなどからリン元素が拡散さ
れることによって形成される。さらに薄い1層25、p
+層26が形成されている。場合によっては絶縁層27
を一部に設けてもよい、それらによって形成されたp 
+ nダイオードには電極28Aと28Bが設けられ、
逆バイアス接合によって光束を検知する。
In this embodiment, a case is illustrated in which a light flux detection device is provided in this portion. That is, there is a doped M edge film 23 on top of the SOI insulating film 14 . This is PS
It could be something like G. A thin Si crystal layer of SOI can be formed thereon by various techniques. The lowest layer of the thin Si layer portion is the 11+ layer 24, which is formed by diffusing phosphorus from PSG or the like. Even thinner layer 25, p
+ layer 26 is formed. Insulating layer 27 in some cases
may be provided in a part, and the p formed by them
The +n diode is provided with electrodes 28A and 28B,
The light flux is detected by a reverse bias junction.

次に、前記半導体基板101の下部にはもう1つの半導
体基板102(例えばSi基板)が設けられている。こ
の下部基板102の右側部分にはCMOSインバータを
含むICが配置されている。
Next, another semiconductor substrate 102 (for example, a Si substrate) is provided below the semiconductor substrate 101. An IC including a CMOS inverter is arranged on the right side of the lower substrate 102.

すなわち、Pウェル17があり、このウェルへのコンタ
クト29が設けられている。また、n基板へのコンタク
ト30.p+ソース部31、PチャネルMOSトランジ
スタのドレイン32.nチャネルMOSトランジスタの
ドレイン33、■+ソース34、Siゲート35.36
.薄いゲート用絶縁膜37.38.層間絶縁膜39、V
oolE極40、Vsslt極41、CMO3出力用電
極42、CMOSゲート入力用電極43A等が通常の方
法で形成されている。
That is, there is a P-well 17 and a contact 29 to this well is provided. Also, contact 30. to the n-substrate. p+ source section 31, drain 32 of the P channel MOS transistor. N-channel MOS transistor drain 33, ■+source 34, Si gate 35.36
.. Thin gate insulating film 37.38. Interlayer insulating film 39, V
The oolE electrode 40, the Vsslt electrode 41, the CMO3 output electrode 42, the CMOS gate input electrode 43A, etc. are formed by a normal method.

この下部の半導体基板102の左側の部分には本発明の
もう1つの特徴である微小光学部品502が配置されて
いる。この部分は光束を通過させる目的で厚いSi部分
が下層2′へ到達するまでエッチされて凹部を形成して
いる。
On the left side of the lower semiconductor substrate 102, a micro optical component 502, which is another feature of the present invention, is arranged. In this portion, the thick Si portion is etched until it reaches the lower layer 2' to form a recess for the purpose of transmitting the light beam.

この部分を光収束作用をもつFZP (フレネル・ゾー
ン・プレート)にする場合には、まず絶縁膜の上に別の
絶縁膜などの透明膜48を形成し、さらにその上に電子
ビーム露光などによってフレネルリングをフォトレジス
ト49Aまたはそれによって形状が転写される透明物質
rrfi 49 E (S iOz膜、Ta2O,膜等
)で形成する。なお、電子ビームを円形に描画すること
は電子ビームを駆動する制御系にある計算機にソフトウ
ェアを設定することによって可能となる。また、最近で
は電子ビームの露光時間や露光回数を円周にそって制御
することによって、ノコギリ波または疑似ノコギリ波を
持ち、理想的な光学的位相シフトを起すブレーズ波形を
持つFZPも電子ビーム描画技術を用いて形成されてい
る。
If this part is to be made into a FZP (Fresnel zone plate) that has a light focusing effect, first a transparent film 48 such as another insulating film is formed on the insulating film, and then a transparent film 48 such as another insulating film is formed on top of the insulating film by electron beam exposure or the like. A Fresnel ring is formed of a photoresist 49A or a transparent material rrfi 49E (SiOz film, Ta2O, film, etc.) whose shape is transferred by the photoresist 49A. Note that it is possible to draw the electron beam in a circular shape by setting software in a computer included in the control system that drives the electron beam. In addition, recently, by controlling the exposure time and number of exposures of the electron beam along the circumference, FZP, which has a sawtooth wave or pseudo-sawtooth wave and a blaze waveform that causes an ideal optical phase shift, has also been developed using electron beam lithography. It is formed using technology.

上記のように、FZPの技術によって焦点距離f1を持
ったレンズとほぼ似たような収束作用を成る波長でもつ
FZPも製作可能となっている。
As mentioned above, using the FZP technology, it is also possible to manufacture an FZP having a wavelength that has a convergence effect almost similar to that of a lens having a focal length f1.

なお、FZPは光学部品の一例として挙げたものであり
、他の光学部品でもよい。
Note that FZP is mentioned as an example of an optical component, and other optical components may be used.

次に、上記の2つの半導体基板101と102とを配線
の接続を含めて相互に融着し、3次元積層構造とする方
法について説明する。
Next, a method will be described in which the two semiconductor substrates 101 and 102 are fused to each other including wiring connections to form a three-dimensional laminated structure.

上記のように半導体基板をこの融着方法としては1例え
ば「インターナショナルエレクトロンデバイス・ミーテ
ィングテクニカルダイジェスト(Internatio
nal Electron Devices Meet
ingTecl+n1caL  l)igast、  
1984.  p816  M、ソasumoto  
他、”Promising new fabrj、ca
tion process developedfor
 5tacked LSI’s) Jに記載されている
方法がある。
As mentioned above, there is one method for fusing semiconductor substrates, for example, as described in "International Electron Device Meeting Technical Digest (International Electron Device Meeting Technical Digest).
nal Electron Devices Meet
ingTecl+n1caL l)igast,
1984. p816 M, soasumoto
Others, “Promising new fabrj, ca.
tion process developed for
There is a method described in J. 5 tacked LSI's).

本実施例においては、上記文献記載の方法とほぼ同様の
融着方法を用いる場合を例示する。
In this example, a case is exemplified in which a fusion method substantially similar to the method described in the above-mentioned literature is used.

この方法においては、まず、AM電極の上に2層のA 
u / ’I” i層を形成する。次に、上記のAu/
Ti)?Iの電極と同一の高さまでポリイミド層でコー
トし、プラズマ02でエツチングした後、Au/TiS
’t!極を露出させ、平坦化も同時に行う。
In this method, first, two layers of A are placed on the AM electrode.
u/'I''i layer is formed. Next, the above Au/'I'' i layer is formed.
Ti)? After coating with a polyimide layer to the same height as the electrode of I and etching with plasma 02, Au/TiS
't! The poles are exposed and flattened at the same time.

このような電極構成を第1図の上部の半導体基板101
の裏面と下部の半導体基板102の主表面とに作り込ん
でおく。そして上記の2つの基板を所望の位置にアライ
ンし、熱圧着法で融着する。
Such an electrode configuration is applied to the upper semiconductor substrate 101 in FIG.
and the main surface of the lower semiconductor substrate 102. Then, the above two substrates are aligned at desired positions and fused together by thermocompression bonding.

以下、詳細に説明する。This will be explained in detail below.

上部の半導体基板101の裏面の電極21Bと下部の半
導体基板102のゲートアルミ電極43Aとを融着する
場合、まず、上部の半導体基板101のAQ電極21B
の上にポリイミド層44とレベルを一致させたAu合金
層46Uを形成し、同様に下部の半導体基板10’2の
ゲート電極43A上にもポリイミド層45とレベルを一
致させたAu合金層46Lを形成する。他の場所でも上
部の基板と下部の基板とを、例えば電極7Bと電極43
Bの部分で融着するときは、Au合金/147Uと47
Lを形成して熱圧着すればよい。上記と同様のことは、
微小光学部品のある第1図の左側部分でも可能であって
、上部の基板101のアルミ配tA50とその上のAu
合金M52、下部の基板102のアルミ配置@51とそ
の上のAu合金層53においても、前記右側の部分と同
時に位置合せして熱圧着することが出来る。このような
熱圧着による融着は所望の個所に設定できるので、任意
の強さの機械的接着強度を設計することができる。
When fusing the electrode 21B on the back surface of the upper semiconductor substrate 101 and the gate aluminum electrode 43A on the lower semiconductor substrate 102, first, the AQ electrode 21B on the upper semiconductor substrate 101 is fused.
An Au alloy layer 46U whose level matches that of the polyimide layer 44 is formed thereon, and an Au alloy layer 46L whose level matches that of the polyimide layer 45 is similarly formed on the gate electrode 43A of the lower semiconductor substrate 10'2. Form. At other locations, the upper substrate and the lower substrate are connected, for example, to the electrode 7B and the electrode 43.
When welding at part B, Au alloy/147U and 47
What is necessary is just to form L and thermocompression bond. Similar to the above,
It is also possible to use the left side part of FIG.
The alloy M52, the aluminum arrangement @51 of the lower substrate 102, and the Au alloy layer 53 thereon can also be aligned and thermocompressed at the same time as the right side portion. Since the fusion bonding by such thermocompression bonding can be set at a desired location, it is possible to design an arbitrary mechanical bonding strength.

上記のような積層基板による3次元積層構成において、
ストレスの緩和は、複数の基板に設定された凹部(エッ
チ穴22.55.56等)によって基板が薄くなってい
る部位の配置や高分子材料であるポリイミドの物性によ
って可能となり、積層基板の各基板での歪による不具合
を防止することができる。
In a three-dimensional laminated structure using a laminated substrate as described above,
Relaxation of stress is made possible by the arrangement of parts where the substrate is thinned by recesses (etch holes 22, 55, 56, etc.) set in multiple substrates and the physical properties of polyimide, a polymer material. Problems caused by distortion on the board can be prevented.

なお、上記の2つの基板に配置された電極間の融着法は
一例であって、本発明のデバイス構成がこの融着方法に
限定されるものでないことは明らかである。
Note that the method of fusing the electrodes arranged on the two substrates described above is just one example, and it is clear that the device configuration of the present invention is not limited to this fusing method.

次に、第1図に示した微小光学部品の作用について説明
する。
Next, the operation of the micro optical component shown in FIG. 1 will be explained.

光学部品を配設した部位においては、厚い半導体基板部
はエッチ穴55.56によって除去されている。エッチ
穴の周辺は、上部の基板101では絶縁膜3、下部の基
板102では絶縁膜54によってパッシベー1〜されて
いる。
In the region where the optical components are located, the thick semiconductor substrate portion is removed by etching holes 55, 56. The periphery of the etched hole is passivated by an insulating film 3 on the upper substrate 101 and an insulating film 54 on the lower substrate 102.

上記の構成において、平行光束57が下部の基板102
の下部から入射されている場合を考える。
In the above configuration, the parallel light beam 57 is transmitted to the lower substrate 102.
Consider the case where the light is incident from the bottom.

光束57はFZP49によって収束され、例えば光束5
8A、光束58Bとなって上部の基板101の光学部品
の部位に到達する。光束58Aは例えばPN接合光検知
器501によって光検知される。一方、光束58BはS
O2の絶縁膜14(この部分は光学窓を形成している)
をほとんど減衰せずに透過し、上部の基板101の上方
に伝播する。もし上部の基板101の上に更に別の基板
が上記と類似の方法で融着されていれば、その基板にも
光束の作用を伝達させることができる。
The light beam 57 is converged by the FZP 49, for example, the light beam 5
8A, becomes a light beam 58B and reaches the optical component portion of the upper substrate 101. The light beam 58A is optically detected by, for example, a PN junction photodetector 501. On the other hand, the luminous flux 58B is S
O2 insulating film 14 (this part forms an optical window)
is transmitted with almost no attenuation and propagates above the upper substrate 101. If another substrate is fused on top of the upper substrate 101 in a similar manner to that described above, the effect of the light beam can also be transmitted to that substrate.

なお、第1図の実施例では、光学部品のある部分は、そ
れほど高集積素子を含む必要はないが、一般的には、こ
のようなO−E機能をもつ一般応用例として、C,C,
Dやその他の半導体画像(またはパターン)検知デバイ
スでもあってもよい。また、そのような場合の方が3次
元0−E機能デバイスによるパターン!!識、画像転写
1画像記憶電子カメラ、などに有効に利用できる。
In the embodiment shown in FIG. 1, a certain part of the optical component does not need to include highly integrated elements, but in general, as a general application example having such an O-E function, C, C ,
D or other semiconductor image (or pattern) sensing devices may also be used. Also, in such a case, a pattern using a 3D 0-E functional device is better! ! It can be effectively used for image recognition, image transfer, single image storage electronic cameras, etc.

また、本発明の構成においては、上部と下部の基板の接
着方法や融着方法は特に限定するものではなく、他の接
着方法や融着方法を用いてもよい。
Furthermore, in the configuration of the present invention, the method of bonding or fusing the upper and lower substrates is not particularly limited, and other bonding or fusing methods may be used.

本発明の基本的な構成の1要素は、第1図の7B−7A
−6−12B−12Aの経路に示すように、低抵抗オー
ミック領域6にょる凹部を介した基板主表面と裏面との
接続手段にある。また別の手段としては同一の四部を利
用して3端子以上の能動端子をもつ能動デバイス(第1
図の例では。
One element of the basic configuration of the present invention is 7B-7A in FIG.
As shown in the path -6-12B-12A, the connection means between the main surface and the back surface of the substrate via the recess in the low resistance ohmic region 6. Another method is to use the same four parts to create an active device with three or more active terminals (first
In the example shown.

ソース15、トレイン16、ゲート18をもつMOSト
ランジスタ)の1つの能動端子(第1図ではドレイン)
を介して、基板主表面と裏面とをスイッチ機構を含ませ
た形式で連結することも可能である。
One active terminal (drain in Figure 1) of a MOS transistor with source 15, train 16, and gate 18
It is also possible to connect the main surface and the back surface of the substrate via a switch mechanism.

上記のような本発明の構成に基づく基板主表面と裏面と
の結合手段の多様性は、複数の基板を積層して形成され
、その一部に半導体基板を含む構成からなる3次元デバ
イスを設計するときに有効に利用することが出来る。
The versatility of the bonding means between the main surface and the back surface of the substrate based on the configuration of the present invention as described above is achieved by designing a three-dimensional device that is formed by stacking a plurality of substrates and includes a semiconductor substrate as a part of the substrates. It can be used effectively when

次に、第2図は、1つの凹部に2つ以上の電極配線を設
けた場合の構成を示す実施例図である。
Next, FIG. 2 is an embodiment diagram showing a configuration in which two or more electrode wirings are provided in one recess.

なお、第2図においては、前記第1図の上部の基板10
1と類似の構造を上下反転した状態で示したものであり
、(A)及び(B)は断面図、(C)は斜視図を示す。
In addition, in FIG. 2, the upper substrate 10 in FIG.
A structure similar to No. 1 is shown upside down, with (A) and (B) showing cross-sectional views, and (C) showing a perspective view.

まず、第2図(A)は、半導体基板60に、凹部22が
チャネル状に形成されている状態を示す。
First, FIG. 2A shows a semiconductor substrate 60 in which a recess 22 is formed in a channel shape.

また、第2図(B)は、電極が凹部から引き出されてい
る状態を示し、四部22のある裏面の絶縁膜62、主表
面にある絶縁膜63、低抵抗オーミック領域64を分離
するための絶縁膜61、裏面電極のコンタクト部65A
、!A面電極の引き出し部65B、主表面電極のコンタ
クト部66A、主表面電極の引き出し部66I3等が設
けられている。
Further, FIG. 2(B) shows a state in which the electrode is drawn out from the recess, and the insulating film 62 on the back surface where the four parts 22 are located, the insulating film 63 on the main surface, and the low resistance ohmic region 64 are separated. Insulating film 61, back electrode contact portion 65A
,! An A-side electrode extension portion 65B, a main surface electrode contact portion 66A, a main surface electrode extension portion 66I3, and the like are provided.

また、第2図(C)は、上記のごとき構造が1つの凹所
に2個ある場合を示す。
Moreover, FIG. 2(C) shows a case where two structures as described above are provided in one recess.

この場合には、2つの電極65A−65Bと65A’−
65B’との場合を示しているが、四部の中で電気的分
離ができていれば、電極の数を増加することができる。
In this case, two electrodes 65A-65B and 65A'-
65B' is shown, but the number of electrodes can be increased if electrical isolation is achieved within the four parts.

また、第2図においては、低抵抗オーミック領域64を
周囲から分離する手段として、絶縁膜61による分離を
用いたが、周囲の電圧分布を適宜選択して設計すれば、
n + p接合の逆バイアス分離も利用できないことで
はない。
In addition, in FIG. 2, isolation by the insulating film 61 is used as a means to isolate the low resistance ohmic region 64 from the surroundings, but if the surrounding voltage distribution is appropriately selected and designed,
Reverse bias isolation of the n+p junction is also not infeasible.

また、前記第1図の実施例で示したように、MOSトラ
ンジスタのドレイン出力のような能動デバイスの端子が
混在していてもかまわない。要点は基板裏面に設けた凹
部の底面のコンタクト端子で相互の端子にかかる電圧が
独自設定できる構成条件、バイアス条件を満たしていれ
ばよいことになる。
Furthermore, as shown in the embodiment of FIG. 1, terminals of active devices such as drain outputs of MOS transistors may be mixed. The point is that the contact terminals on the bottom of the recess provided on the back of the substrate only need to meet configuration and bias conditions that allow the voltages applied to each terminal to be independently set.

次に、第3図は、1つの基板内に複数の凹部があり、か
つその凹部の中に前に述べたような複数の凹部裏面端子
がある場合の実施例図であり、基板裏面から見た平面図
を示す。
Next, FIG. 3 is an example diagram in which there are a plurality of recesses in one board, and in the recesses there are a plurality of recess back surface terminals as described above, as seen from the back surface of the board. A top view is shown.

第3図において、各凹部A、B、C,Dには8X2個の
コンタクト端子68が設けられている。
In FIG. 3, 8×2 contact terminals 68 are provided in each of the recesses A, B, C, and D.

この構成によれば16ビツトの信号の転送を基板主表面
と裏面との間で行なうことができる。
With this configuration, 16-bit signals can be transferred between the main surface and the back surface of the substrate.

また、第3図の例では、16ビツトの端子をもつ四部が
4個ある。このうち、例えば凹部Aはすべて低抵抗オー
ミック領域による結合であってもよい。また1例えば凹
部Bは全てMOSトランジスタのドレイン端子のような
能動デバイスの1端子で構成してもよい。
In the example shown in FIG. 3, there are four quadrants each having a 16-bit terminal. Among these, for example, all of the recesses A may be coupled by low resistance ohmic regions. Furthermore, for example, all of the recesses B may be constituted by one terminal of an active device such as the drain terminal of a MOS transistor.

また、複数基板で上下の信号の授受を考える場合、第1
図の実施例で考えたように上部基板から下部基板へ行く
信号の流れと、下部基板から上部基板へ行く信号の流れ
とがある。したがって、第3図の凹部C1Dを、これら
の信号の流れを各々分担して伝送する凹部としてもよい
Also, when considering sending and receiving upper and lower signals with multiple boards, the first
As considered in the illustrated embodiment, there is a signal flow from the upper substrate to the lower substrate and a signal flow from the lower substrate to the upper substrate. Therefore, the concave portion C1D in FIG. 3 may be a concave portion that divides and transmits the flow of these signals.

第3図のごとき基板を複数枚重ねた場合も考えられる。It is also possible to stack a plurality of substrates as shown in FIG. 3.

このように複数の基板を積層して用いる場合は、相互に
接する基板の凹部同志が重ならないように、ずらした位
置に設定してもよい。
When a plurality of substrates are stacked and used in this way, the concave portions of the substrates that are in contact with each other may be set at shifted positions so that they do not overlap.

積層構成でもって第3図のようなエッチチャンネル・ス
イッチ・コネクタの2X8ピッ1−をA、B、C,Dの
ように構成すれば、32ビツトの下向き信号(上部基板
から下部基板への信号)と32ビツトの上向き信号(下
部基板から上部基板への信号)とを同時に並列処理する
ことができ、3次元積層デバイスの特徴を有効に活用す
ることが出来る。
If the 2x8 pins of the etch channel switch connector are configured as A, B, C, and D with a laminated structure as shown in Figure 3, a 32-bit downward signal (signal from the upper board to the lower board) can be generated. ) and a 32-bit upward signal (signal from the lower substrate to the upper substrate) can be processed in parallel at the same time, making it possible to effectively utilize the characteristics of a three-dimensional stacked device.

本発明の半導体装置は、上記のごとく複数の基板を融着
させて3次元デバイスを形成する場合に有効である。
The semiconductor device of the present invention is effective when a three-dimensional device is formed by fusing a plurality of substrates as described above.

また、これまで述べた実施例においては、半導体基板と
してSi基板及びSOI基板を用いた場合を例示したが
、S i on Glass基板や5OS(S i o
n 5apphire)基板の場合でも、5iJfiの
部分を利用して本発明の構成を形成することができる。
In addition, in the embodiments described so far, the case where a Si substrate and an SOI substrate were used as the semiconductor substrate was exemplified, but a Si substrate or a 5OS (Si
Even in the case of a substrate (n 5apphire), the structure of the present invention can be formed using the 5iJfi portion.

また、G 1ass基板、S apphire基板もエ
ツチング、RIEなどによって基板の裏面に穴を設けて
51ffJまで凹部をあけることができる。
Further, for the G1ass substrate and the Sapphire substrate, a hole can be formed on the back surface of the substrate by etching, RIE, etc., and a recess can be made up to 51ffJ.

また、S○I  (S土−5in2−5i)基板の場合
を第1図に示したが、更に5ionSionSi基板の
ように、すでにレーザアニールなどの手法でモノリシッ
ク3層(場合によってn、ll)3次元デバイスになっ
ているものでも本発明の構成を適用することができる。
In addition, although the case of S○I (S-5in2-5i) substrate is shown in Fig. 1, in addition, like the 5ionSionSi substrate, monolithic three-layer (n, ll) three-layer The configuration of the present invention can also be applied to devices that are dimensional devices.

上記の構造の場合、【1層のモノリシック多層3次元デ
バイスで最下部の基板が厚い場合は、その最下部の基板
の裏面をエツチングして凹部を形成することができるか
ら1本発明の特徴を備えた半導体基板に該当することに
なる。従って、本発明の記載における半導体基板とは上
記に述べたような全てのり合の半導体層を含んだ基板と
いうことで広義に定義することができる。
In the case of the above structure, if the bottom substrate of a single-layer monolithic multilayer three-dimensional device is thick, the recess can be formed by etching the back surface of the bottom substrate. This corresponds to a semiconductor substrate equipped with a semiconductor substrate. Therefore, the semiconductor substrate in the description of the present invention can be broadly defined as a substrate containing all the semiconductor layers as described above.

また、後述するように、3次元デバイスを構成する構成
要素として、積層された複数の基板のうちで半導体j帝
を含まない基板も必要となる場合がある。
Furthermore, as will be described later, a substrate that does not include a semiconductor among a plurality of laminated substrates may be required as a component constituting a three-dimensional device.

これらは既にのべたようにPLZT基板のようなセラミ
ック基板、あるいはシールドや熱放散のため金属板であ
ってもよい。また厚膜技術ではセラミックによるC、R
による積層構成も発表されている。これらの半導体層を
含まない基板にあっても基板の垂直方向への配線の接続
は必要となる。
As already mentioned, these may be ceramic substrates such as PLZT substrates, or metal plates for shielding and heat dissipation. In addition, in thick film technology, C and R
A laminated structure has also been announced. Even for substrates that do not include these semiconductor layers, wiring connections in the vertical direction of the substrate are required.

例えば、金属性基板であっても3次元デバイスの積層基
板の1つの要素として使用するときは、基板の主表面か
ら裏側へ、あるいは裏面から主表面への垂直方向の信号
の伝達が行われることが有用である場合がある。そのよ
うな場合にも前記のごとき本発明の基板主表面と裏面と
の信号の伝達方法を適用することが出来る。
For example, when a metallic substrate is used as one element of a multilayer substrate for a three-dimensional device, signals are transmitted vertically from the main surface of the substrate to the back side, or from the back side to the main surface. may be useful. Even in such a case, the method of transmitting signals between the main surface and the back surface of the substrate of the present invention as described above can be applied.

上記の方法を適用する場合における絶縁膜としては1例
えば、アルミニューム金属板の場合は、陽極酸化法など
でアルミナの絶縁膜を所望の厚さに形成することが出来
る。この方法では1〜20μmのアルミナの絶縁膜を形
成することが出来る。
The insulating film to which the above method is applied is 1. For example, in the case of an aluminum metal plate, an alumina insulating film can be formed to a desired thickness by an anodic oxidation method or the like. With this method, an alumina insulating film with a thickness of 1 to 20 μm can be formed.

また、電気的絶縁や浮遊容量の減少のために、更に高分
子絶縁層をつけたり、その上に更に金属配線層を形成し
たりする場合がある。
Further, in order to provide electrical insulation and reduce stray capacitance, a polymer insulating layer may be further added or a metal wiring layer may be further formed thereon.

上記のような場合でも、基本的構成は前記第2図のよう
な基板構成を適用することが出来る。すなわち、第2図
において、81基板がAQ基板に代わったと考えればよ
い。この場合、熱の放散や電気的絶、録でイa頼性を確
保するためには、絶縁膜62.63は5iICの絶縁膜
に比べて1〜20倍程度程度さになってもよい。
Even in the above case, the basic structure of the substrate as shown in FIG. 2 can be applied. That is, in FIG. 2, it can be considered that the 81 board has been replaced by the AQ board. In this case, in order to ensure reliability in terms of heat dissipation and electrical isolation, the insulating films 62 and 63 may be approximately 1 to 20 times as thick as the insulating film of the 5i IC.

また、絶縁膜は1層でなく2種類の絶縁膜を重ねてもよ
い。
Further, instead of a single layer of insulating film, two types of insulating films may be stacked.

また、基板裏面から凹部の底面にいたる配線部材の複数
個の形成法も第2図と同じように設定することができる
Further, the method of forming a plurality of wiring members from the back surface of the substrate to the bottom surface of the recess can be set in the same manner as shown in FIG.

また、基板の凹の底面と対向する主表面にも金属配線層
を形成できる。
Further, a metal wiring layer can also be formed on the main surface of the substrate opposite to the bottom surface of the recess.

また、基板うら面から基板主表面の金属配線領域へ信号
を伝える信号伝達手段64は、ポリSi層などの抵抗体
でもよいし、低抵抗配線部材であるn + (又はp”
)ポリSi層やMo、W、Taのような高融点配線材で
もよい。
Further, the signal transmitting means 64 for transmitting signals from the back surface of the substrate to the metal wiring area on the main surface of the substrate may be a resistor such as a poly-Si layer, or may be a low resistance wiring member n + (or p''
) A poly-Si layer or a high melting point wiring material such as Mo, W, or Ta may be used.

また、上記の信号伝達手段64を基板の金属の1位とア
イソレートするためには、分離用絶縁膜61は十分厚い
ことが必要である。この絶縁膜としてはAQの陽極酸化
によるAQ20.膜などを有効利用できる。
Further, in order to isolate the signal transmission means 64 from the first metal of the substrate, the isolation insulating film 61 needs to be sufficiently thick. This insulating film is AQ20. by anodic oxidation of AQ. Membranes, etc. can be used effectively.

また、上記の構成を第2図にのべた構成に類似の構造で
AQ基板について形成すれば、金属基板においても多数
のスルーホールを設定できる。
Further, if the above structure is formed on an AQ substrate with a structure similar to the structure shown in FIG. 2, a large number of through holes can be set even in a metal substrate.

上記のスルーホールは、IC技術を活用できるので、従
来のスルーホールの個々の大きさと比べて微細化、高精
密化が可能であり、そのため3次元VLS Iのような
高集積微細化3次元デバイスの基板の垂直方向の信号の
伝送に利用できるので、並列信号処理デバイスの大容量
化における問題点(接地、シールド、熱放散)の解決に
有効である。
Since the above-mentioned through-holes can utilize IC technology, they can be made smaller and more precise than the individual sizes of conventional through-holes, and therefore can be used for highly integrated and miniaturized 3D devices such as 3D VLSI. Since it can be used to transmit signals in the vertical direction of the substrate, it is effective in solving problems (grounding, shielding, heat dissipation) in increasing the capacity of parallel signal processing devices.

また、上記の技術思想はその他のデバイスにも有効利用
できるが、3次元デバイスの構成から考えると、積層基
板3次元デバイスの実装法やインプット端子、アウトプ
ット端子の設定の方法にも活用することが出来る。
In addition, the above technical concept can be effectively used for other devices, but considering the configuration of 3D devices, it can also be applied to the mounting method of 3D devices on multilayer substrates and the method of setting input terminals and output terminals. I can do it.

以上、第2図の構成を金属性基板へ適用する場合の構成
上の要点をのべた。
The main points of the structure when applying the structure of FIG. 2 to a metallic substrate have been described above.

このような考え方はPLZTのようなセラミック基板や
厚膜技術におけるC素子R素子を含む基板にも適用でき
る。これらの基板は、金属性基板に比へれば、基板本体
のバルク材と基板の表面、裏面、四部にある配線部材と
の′電位の独立性は保ちやすい。したがって第2図にお
ける絶縁膜62.61.63は金属性基板に比べれば薄
くてもよい。
Such a concept can also be applied to ceramic substrates such as PLZT and substrates including C elements and R elements in thick film technology. Compared to metallic substrates, these substrates can easily maintain independence in potential between the bulk material of the substrate body and the wiring members on the front, back, and four parts of the substrate. Therefore, the insulating films 62, 61, 63 in FIG. 2 may be thinner than the metal substrate.

また基板の本体のバルク材と配線とのリークも少く設定
できる。
Also, leakage between the bulk material of the main body of the board and the wiring can be reduced.

また、第2図に示したような基板裏面の凹部の底面から
表面へ信号を伝達する手段64として能動デバイスを利
用することは、半導体基板以外では困難であるが、プロ
セスの複雑さ及びコス1−の上昇を犠牲条件とすれば、
Siその他の半導体による精品Jaを設定することは原
理的には可能である。例えば、Si膜on絶縁膜011
セラミツク基板やSi膜o rt絶林膜on金属性基板
もレーザアニールなどのSOI技術を利用して、Si結
晶層を形成することができる。そしてこのSi結晶層へ
絶縁ゲートFETやバイポーラデバイスを構成すること
も可能である。したがって上記の信号伝達手段は3端子
半導体デバイスを利用することもあり得る。
Furthermore, it is difficult to use an active device as a means 64 for transmitting signals from the bottom surface of the recess on the back surface of the substrate to the surface surface as shown in FIG. If the sacrifice condition is an increase in -, then
In principle, it is possible to set a fine product Ja made of Si or other semiconductors. For example, Si film on insulating film 011
A Si crystal layer can also be formed on a ceramic substrate or a Si film on a metallic substrate by using SOI technology such as laser annealing. It is also possible to construct an insulated gate FET or a bipolar device in this Si crystal layer. Therefore, the signal transmission means described above may utilize a three-terminal semiconductor device.

また、これまで述べたようなSi基板以外の基板を積層
した場合には、基板間の熱膨張係数の相違よる各構成基
板へのストレスの悪影響も考慮する必要がある。
Furthermore, when substrates other than the Si substrates described above are stacked, it is necessary to consider the adverse effects of stress on each constituent substrate due to differences in thermal expansion coefficients between the substrates.

熱放散による悪影響は金属性基板や熱伝導のよい基板を
用いることによって回避できるので、良い効果をあたえ
ることも可能である。
Since the adverse effects of heat dissipation can be avoided by using a metallic substrate or a substrate with good thermal conductivity, it is also possible to produce positive effects.

上記のように、異種材質の基板を含めて積層3次元デバ
イスを構成する場合には、応力、歪、温度変化などによ
る信頼性構造の点から更にこれらの構成を総合設計し、
所望の3次元デバイスの最適化を図る必要がある。
As mentioned above, when configuring a stacked three-dimensional device that includes substrates made of different materials, the structure must be comprehensively designed from the viewpoint of reliability due to stress, strain, temperature changes, etc.
It is necessary to optimize the desired three-dimensional device.

なお、上記のような総合設計において、異種基板が混入
したことによる3次元デバイスの動作、信頼性における
困難点が除去できない場合は、そのような構成は不適当
なものであり、3次元デバイスの実用化という点からは
避けるべきである。
In addition, in the above-mentioned comprehensive design, if difficulties in the operation and reliability of the 3D device due to the mixing of different types of substrates cannot be removed, such a configuration is inappropriate and the 3D device cannot be properly designed. It should be avoided from the point of view of practical application.

また、3次元デバイスを構成する各基板に発生する応力
、歪、温度変化に対応する機械的結合強度などの耐久性
、信頼性を確保するためには、各基板とそれに結合され
る配線部材に成る程度の可撓性を持たせるとよい。例え
ば、リード線的に空間に浮いた状態で配置することが可
能であるビー11リード技術で配線領域を形成し、本発
明による上部基板と下部基板との間の結合法を上部基板
と下部基板に設置されているビームリード領域で相互に
結合するように構成すれば、これらの配線の結合には機
械的にフレキシビリティ−があり、各基板に発生する応
力、歪とその温度変化に対して上記の可撓性も含めた安
定構造によって柔軟に対応できる。
In addition, in order to ensure durability and reliability such as mechanical bonding strength that can withstand stress, strain, and temperature changes that occur on each substrate that makes up a three-dimensional device, each substrate and the wiring members connected to it must be It is good to have a certain degree of flexibility. For example, the wiring area may be formed using the B11 lead technology, which allows lead wires to be placed floating in space, and the bonding method between the upper and lower substrates according to the present invention may be applied to the upper and lower substrates. If the wiring is connected to each other in the beam lead area installed on the board, the connection of these wirings will have mechanical flexibility, and will be resistant to stress, strain, and temperature changes that occur on each board. The above-mentioned stable structure including flexibility allows for flexible handling.

次に、第4図は本発明の第2の実施例図であり。Next, FIG. 4 is a diagram showing a second embodiment of the present invention.

微小光学部品として受動光学部品を用いた場合の断面図
を示す。
A cross-sectional view when a passive optical component is used as a micro optical component is shown.

本実施例においては、−例として5iSOI基板につい
て説明する。Si基板を例として用いているのは熱膨張
係数などが積#基板の間でちがわない方が3次元デバイ
スの信頼性構造上のぞましいからである。
In this embodiment, a 5i SOI substrate will be described as an example. The reason why a Si substrate is used as an example is because it is desirable for the reliability of the three-dimensional device structure that the coefficient of thermal expansion, etc., be the same between the substrates.

まず、第4図(a)は、受動光学部品としてマイクロレ
ンズアレーを用いた例を示している。マイクロレンズを
つくる方法はいくつか報告されているが、図示のごとく
、凹レンズ(または凸レンズ)110となるようにイオ
ンビーム、電子ビームなどで微細加工する。またはフォ
トレジストのレンズ状プロファイルを転写する方法もあ
る。あるいは成る種の不純物をドープすることによって
その物質の屈折率をΔri増加させる等の方法によって
レンズ状の屈折率分布を作ってもよい。さらには、特殊
なマスクを介してスパッタリングすることにより、より
大きな屈折率の物質をレンズ状にデポジットする等の方
法もある。
First, FIG. 4(a) shows an example in which a microlens array is used as a passive optical component. Several methods for making microlenses have been reported, but as shown in the figure, microfabrication is performed using an ion beam, an electron beam, or the like to form a concave lens (or convex lens) 110. Another method is to transfer a lenticular profile of photoresist. Alternatively, a lens-like refractive index distribution may be created by doping the material with some kind of impurity to increase the refractive index of the material by Δri. Furthermore, there is also a method of depositing a substance with a larger refractive index in the shape of a lens by sputtering through a special mask.

上記のようにして形成したレンズアレーの左側に、So
I基板の主表面にMOSトランジスタが配置されている
。その能動デバイスの1端子であるドレインは基板の裏
側の配線領域へ凹部の斜面の配線を通って導通している
On the left side of the lens array formed as above,
A MOS transistor is arranged on the main surface of the I-substrate. The drain, which is one terminal of the active device, is electrically connected to the wiring area on the back side of the substrate through the wiring on the slope of the recess.

次に、第4図(b)は、受動光学部品としてF゛ZPの
アレー111を用いた例を示している。
Next, FIG. 4(b) shows an example in which an FZP array 111 is used as a passive optical component.

FZPの実施例については、前記第1図において既に述
べたが、成る特定の設計された波長で焦点距Mfiをも
つレンズと同様の作用がある。
The FZP embodiment, already described in FIG. 1 above, has the same effect as a lens having a focal length Mfi at a particular designed wavelength.

F Z Pの特徴は平面的な構造にやや近く、レンズの
ような大きな凹凸を必要としないことである。
The feature of FZP is that it has a somewhat planar structure and does not require large irregularities like a lens.

しかしながら第1図で説明したように、電子ビーム露光
によるやや複雑な露光法が必要である。
However, as explained in FIG. 1, a rather complicated exposure method using electron beam exposure is required.

なお、最近の報告では2つ以上のFZPを組み合わせる
と波長依存性が弱くなり、成る帯域で光束の収束作用を
持たせることも可能な場合もある。
Note that, according to recent reports, when two or more FZPs are combined, the wavelength dependence becomes weaker, and it may be possible to have a convergence effect on the luminous flux in the band formed by the combination.

次に、第4図(c)は、受動光学部品として光学フィル
タアレー112を用いた場合を示している。
Next, FIG. 4(c) shows a case where an optical filter array 112 is used as a passive optical component.

このような光学フィルタは、光学部品のハンドブックに
その構造が示されている。すなわち、高い屈折率rih
の膜と低い屈折率n息の膜とを交互に1/4λの光学長
で繰り返すことなどによって狭帯域フィルタが得られる
。この場合、SLのICプロセスとの整合性を考えると
、低い屈折率n。
The structure of such an optical filter is shown in an optical component handbook. That is, high refractive index rih
A narrow band filter can be obtained by alternately repeating a film with a low refractive index and a film with a low refractive index at an optical length of 1/4λ. In this case, considering the compatibility with the SL IC process, a low refractive index n.

の膜としてはSin、膜、高い屈折率nhの膜としては
Ta2O,膜、Si、N4膜などが考えられる。
Examples of the film having a high refractive index nh include Ta2O, Si, and N4 films.

次に、第5図は、本発明の第3の実施例図であり、(a
)はSi基板上に形成された面発光半導体レーザアレー
の断面図、(b)はSi基板上に形成された化合物半導
体のへテロ接合または超格子構成における光変調器アレ
ーの断面図を示す。
Next, FIG. 5 is a diagram showing a third embodiment of the present invention, (a
) shows a cross-sectional view of a surface emitting semiconductor laser array formed on a Si substrate, and (b) shows a cross-sectional view of an optical modulator array in a heterojunction or superlattice configuration of a compound semiconductor formed on a Si substrate.

Si基板へのG a A s層などの化合物半導体の単
結晶層を形成する方法はいくつか知られている。
Several methods are known for forming a compound semiconductor single crystal layer such as a GaAs layer on a Si substrate.

直接法としてはSi (100)面を(l l O)面
方向へ数度ずらしてその上にG a A s層を単結晶
成長させる方法も報告されている。また、SOI構成の
ように絶縁膜上に形成することも可能である。また、S
i基板上にS i O,lまたはTa、O。
As a direct method, a method has also been reported in which the Si (100) plane is shifted by several degrees toward the (l l O) plane and a Ga As layer is grown as a single crystal thereon. Further, it is also possible to form it on an insulating film as in the SOI structure. Also, S
iO,l or Ta,O on the substrate.

膜を形成し、その上にGe膜をSiと同様の方法でSO
■膜のGe膜として形成することも可能である。Ge結
精品の上には格子定数のミスフィツトが少いのでG a
 A S膜が結晶成長する。
A film is formed, and a Ge film is formed on it using SO in the same manner as Si.
(2) It is also possible to form the film as a Ge film. Since there is less lattice constant misfit on the Ge crystallized product, Ga
The AS film grows crystals.

以下、面発光半導体レーザの実施例について説明する。Examples of surface emitting semiconductor lasers will be described below.

第6図は、第5図(a)の半導体レーザ113の部分の
拡大断面図である。なお、第6図は半導体レーザの一例
であり、これが理想的な構造ということではない。
FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of a portion of the semiconductor laser 113 in FIG. 5(a). Note that FIG. 6 is an example of a semiconductor laser, and this is not an ideal structure.

第6図において、Si基板71には凹部70が形成され
、凹部70の斜面と裏面は絶縁膜72で保護されている
。また、Si、jJ1板71の主表面にはSin、膜7
3があり、更にTa、O,膜74が設置されている。ま
た、GeのS○■膜75は。
In FIG. 6, a recess 70 is formed in a Si substrate 71, and the slope and back surface of the recess 70 are protected by an insulating film 72. Further, a Si film 7 is formed on the main surface of the Si jJ1 plate 71.
3, and furthermore, Ta, O, and a film 74 are installed. Moreover, the Ge S○■ film 75 is.

Ta、Os膜74の上に形成されている。また、GaA
sn”7176、G a A s n層77、n型不純
物をドープしたG a A (L A s / A Q
 A s対の多層反射層78、n型クラッド層79.活
性層80、p型クラッド層81、p型不純物をドープし
たG a6.gA Q6.IA 8 / G al)、
4A u、、、A s対の多層反射層82.およびキャ
ップ層83を化合物半導体層の結晶成長法を用いて形成
する。また、電極アイソレーション用絶縁膜84を形成
したのち、上部A u / Cp電極85を形成する。
It is formed on the Ta, Os film 74. Also, GaA
sn”7176, GaAs n layer 77, GaAs doped with n-type impurities (LAs/AQ
A s pair of multilayer reflective layers 78, n-type cladding layers 79. Active layer 80, p-type cladding layer 81, Ga doped with p-type impurity a6. gA Q6. IA8/Gal),
4 A u, , A s pairs of multilayer reflective layers 82 . Then, a cap layer 83 is formed using a compound semiconductor layer crystal growth method. Further, after forming the electrode isolation insulating film 84, the upper A u /Cp electrode 85 is formed.

下部の電極86はG a A s n中層76の上に形
成して端子電極を形成する。
A lower electrode 86 is formed over the GaAsn middle layer 76 to form a terminal electrode.

面発光レーザを第6図のような構造に形成すればレーザ
光は上部へも放射されるが、下部の絶縁膜73.74を
介して下方へも放射される。そして下部のSi基板に四
部があれば、基板下方にも面発光レーザ光を放射させる
ことができる。このような構成によってSi基板上の面
発光レーザは上方および下方にそのレーザ光を放射させ
ることができる。したがって、上記のような構造を本発
明の3次元0−E・ICの一つの基板部に採用すれば、
その作用・効果は各種の用途に対応させることができる
If a surface emitting laser is formed in the structure shown in FIG. 6, laser light is emitted upward, but also downward via the lower insulating films 73 and 74. If the lower Si substrate has four parts, surface emitting laser light can also be emitted below the substrate. With this configuration, the surface emitting laser on the Si substrate can emit laser light upward and downward. Therefore, if the above structure is adopted as one substrate part of the three-dimensional 0-E IC of the present invention,
Its actions and effects can be adapted to various uses.

第5図(a)は上記ような面発光レーザをアレー化した
ものである。
FIG. 5(a) shows an array of surface emitting lasers as described above.

また、第5図(b)に示す装置は、上記とほぼ同様の化
合物半導体へテロ多層結晶成長層をもちいて構成したレ
ーザ光などの光変調器である。
The device shown in FIG. 5(b) is an optical modulator for laser light or the like constructed using compound semiconductor heteromultilayer crystal growth layers similar to those described above.

面発光半導体レーザ自体も成る種の領域や電界分布設定
下では、外部入射光束に対して変調効果を有する。更に
独自のものとしては、ヘテロ接合およびそれによる超格
子やPN接合の空乏層の電界の変位による屈折率変化な
どの電気光学効果による入射光束の内部変調素子も考え
られる。
The surface-emitting semiconductor laser itself also has a modulation effect on the externally incident light flux under certain regions and electric field distribution settings. Furthermore, as a unique device, an internal modulation element for an incident light beam using an electro-optic effect such as a change in refractive index due to a displacement of an electric field in a depletion layer of a heterojunction and its superlattice or a PN junction can also be considered.

第5図(b)に示した光変調器114は、上記にのべた
ような化合物単導体による光変調器のアレーと考えても
よい。
The optical modulator 114 shown in FIG. 5(b) may be considered as an array of optical modulators made of compound single conductors as described above.

次に、第7図は、本発明の第4の実施例図であり、簡単
なO−E電子デバイスによるシステ11例として3次元
光中継器の断面図に示す。
Next, FIG. 7 is a diagram showing a fourth embodiment of the present invention, which is a cross-sectional view of a three-dimensional optical repeater as an example of a system using simple O-E electronic devices.

この実施例では、3本の光ファイパート1、F′2、F
3の光信号の中継の場合を例示しているが。
In this example, three optical fiber parts 1, F'2, F
3, the case of relaying optical signals is shown as an example.

この数は本発明の特徴から考えてもっと多数でも可能で
ある。例えばloXIO本の光ファイバーのバンドルで
も本発明の構造であれば対応できる。
Considering the characteristics of the present invention, this number may be even larger. For example, even a bundle of loXIO optical fibers can be accommodated if the structure of the present invention is used.

第7図において、基板201は石英またはガラスにドー
パントを凸レンズ状に導入して形成したマイクロレンズ
である。また、基板202はSi基板に前記第6図に示
したような面発光レーザを導入したものである。また、
基板203は光検知器を含む5iICの基板である。ま
た、基板204は基板201と同様な製法で構成された
マイクロレンズアレーである。
In FIG. 7, a substrate 201 is a microlens formed by introducing a dopant into quartz or glass in the shape of a convex lens. Further, the substrate 202 is a Si substrate into which a surface emitting laser as shown in FIG. 6 is introduced. Also,
The substrate 203 is a 5iIC substrate including a photodetector. Further, the substrate 204 is a microlens array constructed by the same manufacturing method as the substrate 201.

以下、説明の都合上、図面の簡単な説明する。Hereinafter, for convenience of explanation, a brief explanation of the drawings will be given.

まず、Fl、F2、F3なる光ファイバーにより光信号
が第7図の3次元デバイスの下部へ到達する。この各光
ファイバーからの光束は、基板204のマイクロレンズ
90A、90B、90Cなどによって集光され、基板2
03のSi部に構成された光検知器91A、91B、9
1Cへ入射する。
First, an optical signal reaches the lower part of the three-dimensional device shown in FIG. 7 through optical fibers Fl, F2, and F3. The light beams from each optical fiber are condensed by microlenses 90A, 90B, 90C, etc. on the substrate 204, and
Photodetectors 91A, 91B, 9 configured in the Si part of 03
1C.

Si基板203には本発明の凹部92L、92Mなどが
備えられ、基板相互間や表面と裏面との信号の伝達に利
用される。この部分では、前記の入射した光信号が光検
知器に入って電気信号に変換されると共に、Si、!板
203の中に構成されているSiのICで信号の増幅、
!!1形等が行われる。
The Si substrate 203 is provided with recesses 92L, 92M, etc. of the present invention, and is used for transmitting signals between the substrates or between the front and back surfaces. In this part, the incident optical signal enters the photodetector and is converted into an electrical signal, and Si,! Signal amplification with Si IC configured in the board 203,
! ! 1st form etc. will be held.

また、基板202は、前記第6図に示したような5iI
C基板上に化合物半導体レーザ93A。
Further, the substrate 202 is a 5iI substrate as shown in FIG.
Compound semiconductor laser 93A on C substrate.

93B、93Cが形成されたものである。そして基板2
03の凹部92L、92Mと基板202の凹部9417
,94Mなどを介して必要とする電気信号は基板202
へも与えられる。
93B and 93C are formed. and board 2
Recesses 92L and 92M of 03 and recess 9417 of substrate 202
, 94M, etc. are sent to the board 202.
It is also given to

この基板203.基板202は、共に5iiCを含んで
いるから電気信号の情報処理を行うことができる。これ
らの情報処理には信号の演算、記憶、比較、信号パルス
の同期とタイミングのSa等が含まれてもよい。
This board 203. Since both substrates 202 include 5iiC, information processing of electrical signals can be performed. These information processes may include signal calculation, storage, comparison, signal pulse synchronization and timing Sa, and the like.

更に高級な処理の場合としては1本発明の3次元デバイ
スの優位性を示すものとして各種並列信号処理がある。
In the case of more advanced processing, there are various types of parallel signal processing that demonstrate the superiority of the three-dimensional device of the present invention.

これらの並列信号処理はノイマン型でないニューロ・コ
ンピュータやノアジー制mなどへの適応もハードウェア
として考えられる。
These parallel signal processing systems can also be applied as hardware to non-Neumann type neurocomputers, Noisy system m, and the like.

上記のごとき必要な情報処理を基板202および基板2
03の3次元デバイスで処理したのち、面発光レーザに
よって光信号に変換し、再び光伝送の信号として外部の
光ファイバーへ出力することができる6面発光レーザ9
3A、93B、93cti−m動するためには論理IC
に比べて大電流を必要とする。この大電流駆動回路また
はパワーデバイスも基板202の5iICの中に設定す
ることができる。
The necessary information processing as described above is carried out on the board 202 and the board 2.
After processing with the three-dimensional device of 03, it is converted into an optical signal by a surface emitting laser, and the six surface emitting laser 9 can be outputted to an external optical fiber as a signal for optical transmission again.
3A, 93B, 93cti-m requires logic IC to operate
requires a large current compared to This high current drive circuit or power device can also be set in the 5i IC of the substrate 202.

面発光レーザ93A、93B、93Cをでた光束は、基
板201に設けられたマイクロレンズ(96A、97A
)、(96B、97B)、(96G、97G)を介して
損失の少い状態で上部の光ファイバーFl’、F2’、
F3’に入射され、光フアイバー中の伝送モードとなる
The light beams emitted from the surface emitting lasers 93A, 93B, and 93C pass through microlenses (96A, 97A) provided on the substrate 201.
), (96B, 97B), (96G, 97G) to the upper optical fibers Fl', F2',
The light enters F3' and becomes the transmission mode in the optical fiber.

次に、第8図は、第7図における光中継器の構成と機能
をO−E・IC回路やシステムとして検討した1実施例
図である。
Next, FIG. 8 is a diagram showing an example in which the configuration and function of the optical repeater shown in FIG. 7 is studied as an O-E/IC circuit or system.

第8図において、光ファイバーF1からの光信号は、マ
イクロレンズ204−LNIを含む基板204を通って
基板203の光検知器120に入射する。この光検知器
′120はPINダイオードや場合によってはバイアス
回路を別途設定したA1)D(アバランシェフォトダイ
オード)等でもよい。また、光検知器120と電源電圧
Vooを分配する素子として抵抗121などが付加され
る。この図ではN型EDMO8122,123へ光検知
醋回路が接続されている。
In FIG. 8, the optical signal from optical fiber F1 enters photodetector 120 on substrate 203 through substrate 204, which includes microlens 204-LNI. This photodetector '120 may be a PIN diode or, in some cases, an A1)D (avalanche photodiode) with a separate bias circuit. Further, a resistor 121 and the like are added as elements for distributing the power supply voltage Voo to the photodetector 120. In this figure, a light detection circuit is connected to N-type EDMOs 8122 and 123.

明−暗のパルスをもつ光束が光検知器120に照射され
ると、この光検知器の内部抵抗などのインピーダンスが
減少し、ゲート電圧はVLhを越えてVoo側へ近づく
ため、NMO8のドライバートランジスタ122はオン
する。NMO8)−ランジスタ122の負荷としてはデ
プレッション型NMOSトランジスタ123が接続され
ている。
When the photodetector 120 is irradiated with a light flux having bright and dark pulses, the impedance such as the internal resistance of this photodetector decreases, and the gate voltage exceeds VLh and approaches the Voo side, so that the driver transistor of NMO8 122 is turned on. A depletion type NMOS transistor 123 is connected as a load of the NMO8)-transistor 122.

トランジスタ122とトランジスタ123とによるN型
El)MOSの出力は、グー1〜部の光検知器に光束が
入射する毎にオンになる。
The output of the N-type El) MOS formed by the transistor 122 and the transistor 123 is turned on every time a light flux is incident on the photodetector of the parts 1 to 1.

この光信号は光ファイバーF1を介して各種の変調方式
で伝送されてくる。通常は2値変調でディジタル信号と
なっていることが多い。これらはN  RZ   (u
nipoler  non  return  to 
 zero)、   RZ(upipolar ret
urn to zero)やrnビットの信号を冗長を
もたせたQビットの信号になおすCMI(coded 
mark 1nversion)などがある。
This optical signal is transmitted via the optical fiber F1 using various modulation methods. Usually, it is a digital signal with binary modulation. These are N RZ (u
nipolar non return to
zero), RZ (upipolar ret.
CMI (coded
mark 1n version).

また、○−E−ICの場合、光の人出力は電流の供給が
必要であることが多いのでCMO8は必ずしも適してい
ない。したがって第8図では光の入力、出力回路の部分
はNMO3とし、また、電気信号のパルスになってから
はCMO3回路で取り扱い易くなるので、そのように構
成としている。
In addition, in the case of O-E-IC, CMO8 is not necessarily suitable because the human output of light often requires the supply of current. Therefore, in FIG. 8, the light input and output circuits are NMO3, and the electrical signal pulses are easily handled by CMO3 circuits, so they are configured that way.

0MO3を含んだ信号処理回路はロジック回路やアナロ
グ回路など含んでもよい。例えば、基板203の0MO
5も含んだ処理回路として、ナンド回路、ノア回路、ア
ンド回路、オア回路(123,124,125,126
,127,128,129等)を示しているが、これら
は単なる表示例であって、別の回路でもよい。また基板
202にも上記と同様の意味で0MO3を含んだ処理回
路例(例えば141,142,143,144゜145
.146.147などで適当に構成)を示している。
The signal processing circuit including 0MO3 may include a logic circuit, an analog circuit, and the like. For example, 0MO of the substrate 203
As processing circuits including 5, NAND circuits, NOR circuits, AND circuits, OR circuits (123, 124, 125, 126
, 127, 128, 129, etc.), these are merely display examples, and other circuits may be used. In addition, the substrate 202 also has an example of a processing circuit including 0MO3 (for example, 141, 142, 143, 144°, 145
.. 146, 147, etc.).

基[202の出力は、N型EDMO3のトランジスタ1
48、トランジスタ149からなるインバータ・バッフ
ァ回路を駆動する。次に、N型E1) M OSのトラ
ンジスタ152とトランジスタ15oとの中間部に発光
素子151(レーザダイオード、発光ダイオードなど)
を設置し、発光素子151を光通信用に駆動して、光パ
ルスを発生させる。発生した光パルスは基板201に設
定されたマイクロレンズ201−LNIを通って光ファ
イバーFl’へ入射して、光伝播する。
The output of base 202 is the transistor 1 of N-type EDMO3.
48, drives an inverter buffer circuit consisting of transistor 149. Next, a light emitting element 151 (laser diode, light emitting diode, etc.) is placed between the transistor 152 and the transistor 15o of the N-type E1) MOS.
is installed, and the light emitting element 151 is driven for optical communication to generate optical pulses. The generated light pulse passes through a microlens 201-LNI set on the substrate 201, enters the optical fiber Fl', and propagates.

上記の基板202は半導体レーザダイオードとSiCM
OS 、NMO8など(7) S iデバイスなどを含
んでいるが、この構成法は前記第5図で述べたような構
成によってSi基板と化合物半導体デバイスとを共存さ
せることによって可能になる。
The above substrate 202 is a semiconductor laser diode and SiCM.
(7) Si devices such as OS, NMO8, etc. are included, and this configuration method is made possible by coexisting a Si substrate and a compound semiconductor device with the configuration described in FIG. 5 above.

次に、第9図は、第8図と関連した実施例として、IC
チップ間で光パルス信号の送受を行なう実施例を示す図
である。
Next, FIG. 9 shows an IC as an example related to FIG.
FIG. 3 is a diagram showing an embodiment in which optical pulse signals are transmitted and received between chips.

第9図において、基板201.202.203.204
は前記第8図と同様または類似の構成と考えることがで
きる。
In FIG. 9, the substrate 201.202.203.204
can be considered to have the same or similar configuration to that of FIG. 8 above.

第9図の装置においては、3次元デバイスの積層基板と
して、上記の他に基板601と基板602とがある。基
板601はSi基板でもよいが。
In the apparatus shown in FIG. 9, in addition to the above, there are a substrate 601 and a substrate 602 as laminated substrates for the three-dimensional device. The substrate 601 may be a Si substrate.

本発明の他の実施例で示したような凹部による光学窓H
1(例えば前記第1図において絶縁膜14の上に光検知
器が形成されていない部分と同様な構成)などを備えて
いる。なお、光学窓H1以外にもSi基板上にICなど
のデバイスが入っていてももちろんよい。
Optical window H by a recess as shown in other embodiments of the present invention
1 (for example, the same configuration as the portion where the photodetector is not formed on the insulating film 14 in FIG. 1). Note that it is of course possible that devices such as ICs are included on the Si substrate in addition to the optical window H1.

また、基板602はSi基板のICの中に発光素子16
3が設定されている例が示されている。
Further, the substrate 602 includes a light emitting element 16 in an IC of a Si substrate.
An example in which 3 is set is shown.

この発光素子163は、トランジスタ161.162か
らなるN型EDMOSトランジスタで關動され、光パル
スを発生する。この部分の構成は基板202における類
似の部分と同じと考えてよい。
This light emitting element 163 is operated by an N-type EDMOS transistor consisting of transistors 161 and 162, and generates a light pulse. The configuration of this portion may be considered to be the same as a similar portion on the substrate 202.

上記のように、第9図の場合は、半導体基板602から
Si基板203へ光パルス信号で通信していることにな
る。
As described above, in the case of FIG. 9, communication is carried out from the semiconductor substrate 602 to the Si substrate 203 using optical pulse signals.

なお1図示を省略しているが、基板203または基板2
02の5iICの中にあるレーザダイオードから基板6
02にある光検知器に光パルスを導入して基板203で
示したように光パルスを検知し、MO3ICの人力とす
ることもできる。
Although not shown, the substrate 203 or the substrate 2
From the laser diode inside the 5i IC of 02 to the board 6
It is also possible to introduce a light pulse into the photodetector at 02 and detect the light pulse as shown on the board 203, thereby allowing the MO3IC to operate manually.

また、基板間で光信号の授受を行なうときには。Also, when transmitting and receiving optical signals between boards.

光パルスの通路には四部による光学窓や別の基板にある
マイクロレンズを必要とする。このような3次元デバイ
スを構成する各基板間の光通信による信号の授受は、各
回路間のアイソレーションが良好であり、ファンイン、
フォンアウトもO−E・IC概念を導入できるので、電
気的なICに比べて新しい機能と性能の向上をもたらす
。例えば、3次元デバイスを構成する複数の各基板のう
ちに、例えば3層と6 R’)にマイクロプロセッサが
ある場合には、この2つのプロセッサ間の並列複数個所
の光信号の送受にも利用できることになる。
The passage of the light pulses requires a four-part optical window or a microlens on a separate substrate. The transmission and reception of signals by optical communication between the boards that make up such a three-dimensional device requires good isolation between each circuit, and fan-in,
Phone Out can also introduce O-E IC concepts, providing new functionality and improved performance compared to electrical ICs. For example, if there is a microprocessor in the 3rd layer and 6R' of each of the multiple boards that make up a three-dimensional device, it can also be used to transmit and receive optical signals at multiple locations in parallel between these two processors. It will be possible.

なお、第8図や第9図に示した3次元積M基板〇−E・
ICの回路やシステムは、NMO5,CMO8などで構
成されている場合を例示したが、これらの回路は従来か
ら報告されているように、その一部をバイポーラ回路で
構成することもできる。
In addition, the three-dimensional product M substrate 〇-E・shown in FIGS. 8 and 9
Although the IC circuits and systems have been illustrated as being composed of NMO5, CMO8, etc., a part of these circuits can also be composed of bipolar circuits, as has been reported in the past.

なお、第7.8.9図に示したような光中継器による信
号の伝送等は、光通信1画像通信、コンピュータ間の高
速通信などに利用される。
Note that signal transmission using an optical repeater as shown in FIG. 7.8.9 is used for optical communication, image communication, high-speed communication between computers, and the like.

更に、O−E・ICとしてデバイス機能、性能向上、高
集積化の目的を達成させるために、新しいデバイス構成
を採用することもできる。例えば第8図または第9図の
基板203に示した光検知器120、抵抗121および
MoSトランジスタ122を融合させたような表面電界
効果トランジ。
Furthermore, new device configurations can be adopted in order to achieve the goals of device function, performance improvement, and high integration as an O-E IC. For example, a surface field effect transistor such as the fusion of photodetector 120, resistor 121 and MoS transistor 122 shown on substrate 203 of FIG. 8 or 9.

スタとして、VariD P I G F E D (
VariableDistribution  of 
 Potantial  In5ulated  Ga
teField Effect Devices)型の
テトロードやトランジスタを利用することができる。こ
の素子にはゲート領域に61.02などの2個のゲート
領域電極を持つので、ゲート領域のバイアス回路や駆動
タイミングなどは独自の設計も必要とされる。
As a star, VariD P I G F E D (
Variable Distribution of
Potantial In5lated Ga
A tetrode or a transistor of the teField Effect Devices type can be used. Since this element has two gate region electrodes such as 61.02 in the gate region, unique designs are required for the bias circuit and drive timing of the gate region.

また、上記VariD P I F E Dのテトロー
ドに同様のテトロ−1(またはMOSトランジスタを負
荷としたインバータ回路など独自の基本設計が可能であ
るから、これらの新しい設計概念を有効に利用すれば、
新しい形式による高機能、高集積の0−E・ICの構築
や、3次元IC化の確立に道をひらくことになる。
In addition, it is possible to create an original basic design for the tetrode of the VariD PIFED mentioned above, such as a Tetro-1 (or an inverter circuit with a MOS transistor as a load), so if these new design concepts are effectively utilized,
This will pave the way for the construction of highly functional, highly integrated 0-E ICs in new formats and the establishment of three-dimensional ICs.

一方一、3次元積#基板集積回路は1例えば、従来技術
の項で引用したJ anQ rinberg氏らの論文
(IIEEE Computor)に示されるように、
平面構成ICの問題点を解決する回路・システム上の利
点を多くもっている。
On the other hand, a one- and three-dimensional product #substrate integrated circuit is 1. For example, as shown in the paper by JanQ Rinberg et al. (IIEEE Computer) cited in the prior art section,
It has many advantages in terms of circuits and systems that solve the problems of planar ICs.

上記の文献では、メモリ(Memory )を有する基
板、アキュミュレータ(Accua+ulator)を
有する基板、レプリケイタ(Raplicator)面
を持つ基板、カウンタ(Counter)を有する基板
、コンパレータ(Cowρarator)を有する基板
、画像入力を含めた入力面を持つ基板、出力端子を多数
持つ基板、これらの各要素デバイスを統合制御する回路
システムを持つ基板などからなる3次元積層基板ICの
概念が示されている。
In the above-mentioned literature, a substrate with a memory, a substrate with an accumulator (Accua+ulator), a substrate with a replicator surface, a substrate with a counter, a substrate with a comparator (Cowρarator), and an image input. The concept of a three-dimensional laminated board IC is shown, which consists of a board with an input surface, a board with a large number of output terminals, and a board with a circuit system that integrally controls each of these element devices.

また、同様に従来技術の項で引用した日経マイクロデバ
イスに記載の3次元デバイスにおいても多くの構成例や
システム応用例が示されている。
Furthermore, many configuration examples and system application examples are also shown in the three-dimensional device described in Nikkei Microdevices, which is similarly cited in the prior art section.

また、コンピュータのような大規模の集積回路を平面基
板で構成しようとすると、ノイマン型の場合、アキュミ
ュレータ(A ccumulator )部とメモリ(
Memory)部とでのデータの授受において、情報処
理のシーフェンスで処理速度に渋滞部位が発生する。こ
のことは情報を構成する各ビットを持つワード(Wor
d)部のアドレスとも関連して。
Furthermore, when attempting to construct a large-scale integrated circuit such as a computer using a flat substrate, in the case of the Neumann type, an accumulator section and a memory section are required.
When exchanging data with the memory section, a processing speed jam occurs at the sea fence of information processing. This means that a word (Wor) has each bit that makes up the information.
d) also in connection with the address of the department.

ホンノイマンボトルネック(V on N 5unta
nbottle neck)などとも呼ばれている。こ
のような問題点は1回路に並列処理を更に豊富に取り入
れた新しい方式によって解決策が見出されつつある。
V on N5unta
It is also called ``nbottle neck''. A solution to these problems is being found using a new system that incorporates even more parallel processing into one circuit.

上記のような新しい並列処理コンピュータや、非ノイマ
ン式情報処理にューロ・コンピュータ。
New parallel processing computers such as those mentioned above and Euro computers for non-Neumann information processing.

ファジィ・コンピュータ、A、1.処理等)には大量の
メモリや大量の並列信号処理が要求される。
Fuzzy Computer, A, 1. processing) requires large amounts of memory and large amounts of parallel signal processing.

積層基板3次元デバイスは、上記のような電子装置の構
築に強力なハードウェア上の利点とアーキテクチャの変
更に伴うソフトウェア改新をもたらすことが予想されて
いる。そして本発明の3次元績ノー基板0−E・ICは
、上記の文献における3次元デバイスの設計概念に、新
たにO−E・IC概念を付加し、集積回路の機能、性能
を更に大Iuに向上させたものといえる。特に、情報の
中でも大容量の情報処理を伴う画像認識やパターン認識
においては、本来光−電気の変換に伴う〇−E・IC概
念は非常に重要な構成要素となるので、本発明の3次元
績ノー基板0−E−ICはこれらの情報処理に大幅の性
能向上をもたらすといえる。
Laminated substrate three-dimensional devices are expected to bring powerful hardware advantages and software innovations associated with architectural changes to the construction of electronic devices such as those described above. The 3D non-board 0-E IC of the present invention adds a new O-E IC concept to the 3D device design concept in the above-mentioned literature, and further increases the function and performance of the integrated circuit. It can be said that it has been improved. In particular, in image recognition and pattern recognition that involve large-capacity information processing, the 〇-E・IC concept, which is originally associated with optical-electrical conversion, is a very important component, so the three-dimensional It can be said that the 0-E-IC, which does not require a high performance board, brings about a significant performance improvement in these information processes.

また、特殊な例としては、光信号がノイズや放電などの
電磁環境に強いことから、そのような悪環境にある多数
のセンサ、アクチェータの近傍に設置された電子回路の
間の信号の通信として利用することが出来る。そのよう
な環境下ではO−E・ICである本発明の3次元デバイ
スにおいても金属性基板によるシールド性の確保や、強
力な接地電極の形成などの3次元デバイス構成を準備す
る必要がある。
In addition, as a special example, since optical signals are resistant to electromagnetic environments such as noise and discharge, it is difficult to communicate signals between electronic circuits installed near a large number of sensors and actuators in such adverse environments. It can be used. Under such an environment, even in the three-dimensional device of the present invention, which is an O-E IC, it is necessary to prepare a three-dimensional device configuration such as ensuring shielding properties with a metallic substrate and forming a strong ground electrode.

なお、前記第7図の基板201,202,203.20
4を配線の接続法も含めて接着する方法については、十
分注意する必要がある。すなわち、基板201および基
板204はガラスまたは石英板であるから、Si基板と
は熱膨張係数が異なる。
Note that the substrates 201, 202, 203, 20 in FIG.
It is necessary to be very careful about the method of bonding 4, including the method of connecting the wiring. That is, since the substrate 201 and the substrate 204 are glass or quartz plates, they have different coefficients of thermal expansion from the Si substrate.

したがって前記第1図でのべた融着法が適当かどうかは
条件によって異なってくる。異種基板間の接着の困難性
については既に説明したが、上記のような場合には、可
撓性のある結合法が望ましい。
Therefore, whether the solid fusion method shown in FIG. 1 is appropriate depends on the conditions. The difficulty of adhering dissimilar substrates has already been discussed, and in such cases a flexible bonding method is desirable.

例えば、ビームリードのような空中に浮いた配線部材お
よびそのような配線部材による結合などの適用も異種基
板の場合は考慮してよい、このような異種基板間の配線
結合の問題点が解決されれば、第7図の面発光レーザの
基板は(EaAs基板から出発して形成することもでき
ることになる。
For example, in the case of dissimilar substrates, applications such as floating wiring members such as beam leads and coupling using such wiring members may be considered, and the problem of wiring coupling between dissimilar substrates may be solved. In this case, the substrate of the surface emitting laser shown in FIG. 7 can be formed starting from an EaAs substrate.

次に、第10図は本発明の第5の実施例図である。Next, FIG. 10 is a diagram showing a fifth embodiment of the present invention.

この実施例は、前記第7図における上部基板201と下
部基板202との間にPLZTからなる電気光学効果を
もつ基板301とプラスチックなどのポラライザ基板3
02とを設けたものである。
In this embodiment, a substrate 301 having an electro-optic effect made of PLZT and a polarizer substrate 3 made of plastic etc. are placed between the upper substrate 201 and the lower substrate 202 in FIG.
02.

上記のPLZT板は透明電極間の電界や横方向の電極に
よる電界によって複屈折などの電気光学作用があり、こ
の板の透過前と透過後では偏光状態に差異が生じる。し
たがってポラライザ板302を′通って光ファイバFl
’、F2’、F3’へ入射される光束は、偏光状態の制
御と光量の強弱制御とを電気光学的に実現させることが
できる。また、このような電気光学板を利用すれば、光
シャッタも可能となる。なお、第10図の(98A。
The above-mentioned PLZT plate has electro-optical effects such as birefringence due to the electric field between the transparent electrodes and the electric field due to the horizontal electrodes, and a difference occurs in the polarization state before and after passing through the plate. Therefore, the optical fiber Fl' passes through the polarizer plate 302.
The polarization state of the light beams incident on ', F2', and F3' can be controlled electro-optically and the strength of the light amount can be controlled electro-optically. Further, if such an electro-optical plate is used, an optical shutter can also be realized. Note that (98A) in FIG.

99A)、(98B、99B’)、(98B、99B)
、(98C199C)は電気光学素子のための透明電極
である。
99A), (98B, 99B'), (98B, 99B)
, (98C199C) are transparent electrodes for electro-optical elements.

第10図の実施例は、異種基板の数が多いので、前記第
7図までの実施例に比べて、Il造と設計はより困難で
あり、前記のごとき異種基板の配線領域を含めた可撓性
のある結合法がこの場合にも重要な役割をもつ。
The embodiment shown in FIG. 10 has a large number of different types of substrates, so the construction and design are more difficult than the embodiments up to FIG. Flexible bonding methods also play an important role in this case.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明してきたように、この発明によればその構成を
次のようにしている。すなわち、板状の基板を少くとも
2層以上つみかさねて結合されている3次元デバイスに
おいて、1つの層を形成する基板上の一部に微小光学部
品があり、他の層を形成する基板の少くとも一部に半導
体デバイスが形成されている半導体層がある。また、複
数個の基板の間の電気的信号の伝達のために少くとも2
つの基板の間に配線領域を相互に接続する手段があり、
さらに、上記の基板上の微小光学部品による光学的機能
と前記のもう一層を形成する基板における半導体デバイ
スの機能とを前記の少くとも2つの基板の間の配線領域
を相互に接続する手段によって有機的に関連させること
によって動作させるようになっている。
As explained above, according to the present invention, the configuration is as follows. In other words, in a three-dimensional device in which at least two or more plate-shaped substrates are stacked and bonded together, a part of the substrate forming one layer has a microscopic optical component, and a small part of the substrate forming the other layer has a microscopic optical component. In both cases, there is a semiconductor layer in which a semiconductor device is formed. In addition, at least two
There is a means for interconnecting the wiring areas between the two boards;
Furthermore, the optical function of the micro-optical components on the substrate and the function of the semiconductor device on the substrate forming the another layer can be connected to each other by means of interconnecting the wiring regions between the at least two substrates. It is designed to operate by associating it with others.

また上記にのべた2つの基板の間に配線領域を相互に接
続する手段は、少なくとも1つの基板の裏面には少なく
とも1つの凹部が形成され、該凹部の底面すなわち基板
の薄い部分を貫通して設けられたオーミック部材若しく
は能動素子を介して基板の主表面と裏面とを電気的に接
続する接続手段が設けられ、該接続手段を介して上部の
基板と下部の基板との所定部分が電気的に接続されよう
な構造になっている。
Further, the means for interconnecting the wiring areas between the two substrates described above includes forming at least one recess on the back surface of at least one substrate, and penetrating the bottom surface of the recess, that is, the thin portion of the substrate. A connecting means is provided for electrically connecting the main surface and the back surface of the substrate through the provided ohmic member or active element, and a predetermined portion of the upper substrate and the lower substrate is electrically connected via the connecting means. The structure is such that it is connected to the

上記のような本発明の構成により、次のごとき効果が得
られる。
The configuration of the present invention as described above provides the following effects.

(1)従来の3次元デバイスにあっては、基板の主表面
と裏面とを電気的信号によって結合する手段が十分に開
発されていなかったが、本発明によれば、3次元デバイ
スを構成する各基板は本発明の四部に設けられた信号伝
達手段によって、複数個の信号ラインについて同時並行
処理が可能となる。これによって基板に垂直方向の信号
の伝達が大幅に容易になり1例えば32bitの上向き
信号や32bitの下向き信号を本発明の信号伝達手段
を用いることによって達成できる。
(1) In conventional three-dimensional devices, a means for coupling the main surface and back surface of the substrate by electrical signals has not been sufficiently developed, but according to the present invention, a method for configuring a three-dimensional device Each board can perform simultaneous parallel processing on a plurality of signal lines by the signal transmission means provided in the four parts of the present invention. This greatly facilitates vertical signal transmission to the substrate, and for example, a 32-bit upward signal or a 32-bit downward signal can be achieved by using the signal transmitting means of the present invention.

本発明の3次元化された半導体装置においては。In the three-dimensional semiconductor device of the present invention.

上記のような同時並行信号処理が可能であると同時に、
3次元デバイスを構成する基板の少くとも1つの中に微
小光学部品がある構成となっている。
Simultaneous signal processing as described above is possible, and at the same time,
At least one of the substrates constituting the three-dimensional device has a microscopic optical component.

このため、3次元構造をもった光学−電気IC(0−E
・IC)も容易に構成できるという効果がある。
For this reason, optical-electrical ICs (0-E
- IC) can also be easily configured.

(2)従来の0−E−ICは平面構造が多く、3次元的
構成でその特徴がよく効果としてあられれているものが
少かったが、本発明の3次元溝造の○−E・ICでは、
複数個の基板をその積層構I戊の要素として取り入れて
いるので、5iIC部、微小光学部材部、化合物半導体
発光デバイスなどを必要に応じて個別の基板へも配置で
きるため、0−Eデバイスやシステムの構成が大幅に容
易になる。例えば、画像のような光学情報をディジタル
信号で表す場合は、信号量が膨大になるが、本発明の〇
−E3次元デバイスにあっては大量の光学情報を電気信
号に変換したのちも、垂直方向の信号の流れの複数個、
大量同時並行信号処理が可能なので、上記のような情報
処理システムに高速で対応できる。このため、高度のパ
ターン認識、ニューロ・コンピュータの信号処理、ファ
ジー制御等の信号処理にもハードウェアとして利用する
ことができる。
(2) Most of the conventional 0-E-ICs had a planar structure, and few had three-dimensional structures whose features were well demonstrated.However, the three-dimensional groove structure of the present invention At IC,
Since multiple substrates are incorporated as elements of the laminated structure, 5i IC sections, micro optical components, compound semiconductor light emitting devices, etc. can be placed on individual substrates as needed, so 0-E devices and System configuration becomes much easier. For example, when optical information such as an image is expressed as a digital signal, the amount of signal becomes enormous, but in the 〇-E three-dimensional device of the present invention, even after converting a large amount of optical information into an electrical signal, Multiple pieces of directional signal flow,
Since it is capable of large-scale simultaneous signal processing, it can support information processing systems such as those mentioned above at high speed. Therefore, it can be used as hardware for signal processing such as advanced pattern recognition, neurocomputer signal processing, and fuzzy control.

またノイマン型コンピュータであっても、大容量、並列
処理3次元マイクロコンピュータ、並列信号処理機能を
持つインテリジェント・センサ・デバイスなどへも有効
に利用することが出来る。
Furthermore, even von Neumann type computers can be effectively used in large-capacity, parallel processing three-dimensional microcomputers, intelligent sensor devices with parallel signal processing functions, and the like.

本発明の持つ各種のコンセプI−を適宜選択設定すれ1
r、上記のノイマン型、非ノイマン型信号処理を問わず
、パターンまたは画像による入力も可能であると共に、
出力もパターンまたは画像として出力させることも出来
る。このようなことは従来の集積回路の構成では不可能
に近いことであって、本発明の0−E3次元デバイスは
、従来の概念でいえばシステムに相当するものを3次元
集積デバイスにしたものと言える。したがって、従来シ
ステムにおけるワイヤ・ハーネスや実装基板等の部品を
大幅に減らすことが可能になる、という利点もある。
Select and set various concepts of the present invention as appropriate 1
r, Regardless of the above-mentioned Neumann type or non-Neumann type signal processing, input by pattern or image is also possible, and
The output can also be output as a pattern or an image. This is almost impossible with conventional integrated circuit configurations, and the 0-E three-dimensional device of the present invention is a three-dimensional integrated device that corresponds to a system in the conventional concept. I can say that. Therefore, there is an advantage that the number of parts such as wire harnesses and mounting boards in the conventional system can be significantly reduced.

また1本発明の0−E3次元デバイスは、積層された複
数の基板の最上面と最下面のどこの部分へも2次元的自
由度をもって複数個の光ファイバーまたはファイバーバ
ンドルを設定することができる。これによって光通信の
分野においても本発明の3次元デバイスは比較的大面積
の平面的配置の構成によって光信号の並列処理を可能に
することが出来る、という効果が得られる。
Furthermore, in the 0-E three-dimensional device of the present invention, a plurality of optical fibers or fiber bundles can be set anywhere on the top and bottom surfaces of a plurality of laminated substrates with a two-dimensional degree of freedom. As a result, even in the field of optical communications, the three-dimensional device of the present invention has the effect of enabling parallel processing of optical signals with a relatively large-area planar arrangement.

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

第1図は本発明の一実施例図であり、O−E・IC機・
能を持つ3次元デバイスによる集積化半導体装置の部分
的断面図、第2図は1つの凹部に2つ以上の電極配線を
設けた場合の構成を示す実施例図であり、(A)及び(
B)は断面図、(C)は斜視図、第3図は1つの基板内
に複数の凹部があり、かつその凹部の中に複数゛の凹部
裏面端子がある場合の基板裏面から見た平面図、第4図
は微小光学部品として受動光学部品を用いた実施例の断
面図、第5図は本発明の他の実施例図であり、(a)は
Si基板−ヒに形成された面発光半導体レーザアレーの
断面図、(b)はSi基板上に形成された化合物半導体
のへテロ接合または超格子構成における光変調器アレー
の断面図、第6図は第5図(a)の半導体レーザの部分
の拡大断面図、第7図は本発明の実施例として3次元光
中継器を構成した場合の断面図、第8図は第7図におけ
る光中継器の構成と機能をO−E・IC回路やシステム
として示した実施例図、第9図はICチップ間で光パル
ス信号の送受を行なう装置の実施例図、第10図は第7
図のデバイスの機能に更に偏光等の光束制御デバイスの
基板を附加した実施例の部分的断面図である。 〈符号の説明〉 1・・・シリコンバルク基板部 2・・フィールド酸化膜 3・・・裏面の四部を覆う絶縁膜 4・・・SOI構成のSi膜 5・・・凹部を貫通するアイソレーション用絶縁膜6・
・・凹部にある低抵抗部材による信号伝達手段7.7A
、7B・・・裏面の四部から斜面を通って裏面の配、線
領域へ行く電極 8・・・ソース      9・・・ドレイン10・・
・薄いゲート用酸化膜 11・・・シリコンゲート 12・・・ゲート用配線電
極13・・・SOIのSi膜 14・・・SOIの1層
15・・・ソース 16・・・凹部の基板裏面へ貫通するドレイン部17・
・・pウェル領域  18・・・ゲート電極19・・・
ソース電極 20・・・ドレインの主表面の電極 21・・・凹部のドレイン裏面端子電極21Aと斜面を
通って裏面の配線領域へ到る電極膜 22・・・エッチ穴(凹部) 23・・・PSGなどのドープ絶縁膜 24− n+のSOIのSi層 25・・・n型のSi層  26・・・P+の結晶層2
7・・・絶縁層 28A、I3・・・光検知器の2つの電極29・・pウ
ェルコンタクトのP+領域30・・・n基板のCMO8
基板コンタク1〜n”領域31・・・P+ソース   
32・・・P+ドレイン3二3・・・n+ドレイン  
34・・・r1+ソース:35.36・・・SLゲート 37.38・・・CMO8のゲート絶M膜39・・層間
絶縁膜   40・・・Voo電極41・・・Vss電
極    42・・・CMO8出力電極113・・・C
MO5入力ゲート電極 44.45・・・ポリイミド層 46U、47U・・・上部基板用Au合金2層電極46
E、47L・・・下部基板用Au合金2.lfl電極4
8・・・透明絶縁膜 49・・・FZPの位相シフト構造 50.51・・・アルミ電極 52.53・・・上部または下部基板用Au合金電極5
4・・・下部の基板の裏面などの保護絶縁膜55.56
・・・エッチ穴 57.58・・・光束101・・・上
部の半導体基板 102・・・下部の半導体基板 501・・・光検知器部  502・・FZP部分60
・・・基板のバルク部 61・・・凹部の貫通部のアイソレーション絶縁膜62
・・・裏面の絶縁膜  63・・・主表面の絶縁膜64
・・・低抵抗配線用部材 65A、B・・・裏面の配線用電極部材68・・・裏面
からみた凹部の端子電極群70・・・面発光半導体レー
ザ用凹部 71・・・半導体バルク部 72・・・基板裏側の絶縁膜 73.74・・・半導体レーザ用So工構造のための絶
縁膜 201・・・マイクロレンズを含む基板202・・・面
発光レーザを持つ基板(信号伝達用の凹部を持つ) 203・・・光検知器を持つ基板(信号伝達用の凹部を
持つ) 204・・・マイクロレンズを持つ基板90A、B、C
・・・マイクロレンズ 9tA、B、C・・・光検知器 92L、92M・・・凹部 93A、B、C・・・面発光半導体レーザ94L、M・
・・四部 96.97A、B、C・・・マイクロレンズ301・・
・光束制御(偏光)デバイスを持つ基板302・・・ポ
ラライザの板 98.99A、B、C・・・光束制御デバイス用透明電
FIG. 1 is a diagram showing one embodiment of the present invention, in which O-E, IC machine,
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of an integrated semiconductor device using a three-dimensional device with a function, and FIG.
B) is a sectional view, (C) is a perspective view, and Figure 3 is a plane seen from the back of the board when there are multiple recesses in one board and there are multiple recessed back terminals in the recesses. 4 is a sectional view of an embodiment using a passive optical component as a micro optical component, FIG. 5 is a diagram of another embodiment of the present invention, and (a) is a surface formed on a Si substrate. A cross-sectional view of a light-emitting semiconductor laser array, (b) is a cross-sectional view of an optical modulator array in a heterojunction or superlattice configuration of a compound semiconductor formed on a Si substrate, and FIG. 6 is a cross-sectional view of the semiconductor laser of FIG. 5(a). 7 is a sectional view of a three-dimensional optical repeater configured as an embodiment of the present invention, and FIG. 8 is an O-E. FIG. 9 is an example diagram of a device that transmits and receives optical pulse signals between IC chips, and FIG. 10 is an example diagram showing an IC circuit and system.
It is a partial sectional view of an embodiment in which a substrate for a light flux control device such as polarization is added to the functions of the device shown in the figure. <Explanation of symbols> 1...Silicon bulk substrate part 2...Field oxide film 3...Insulating film covering four parts of the back surface 4...Si film of SOI configuration 5...For isolation penetrating the recessed part Insulating film 6・
... Signal transmission means 7.7A using a low resistance member in the recess
, 7B...Electrode 8...Source 9...Drain 10... going from the four parts of the back surface through the slope to the wiring and line area on the back surface.
・Thin gate oxide film 11...Silicon gate 12...Gate wiring electrode 13...Si film of SOI 14...One layer of SOI 15...Source 16...To the back surface of the substrate in the recessed part Drain part 17 that penetrates
...p-well region 18...gate electrode 19...
Source electrode 20... Electrode on the main surface of the drain 21... Electrode film 22 reaching the wiring area on the back side through the drain back terminal electrode 21A in the recess and the slope... Etch hole (recess) 23... Doped insulating film 24 such as PSG - n+ SOI Si layer 25...n type Si layer 26...P+ crystal layer 2
7...Insulating layer 28A, I3...Two electrodes 29 of photodetector...P+ region 30 of p-well contact...CMO8 of n-substrate
Board contact 1~n'' region 31...P+ source
32...P+ drain 323...n+ drain
34...r1+source: 35.36...SL gate 37.38...CMO8 gate isolation M film 39...Interlayer insulating film 40...Voo electrode 41...Vss electrode 42...CMO8 Output electrode 113...C
MO5 input gate electrode 44, 45...Polyimide layer 46U, 47U...Au alloy two-layer electrode 46 for upper substrate
E, 47L...Au alloy for lower substrate 2. lfl electrode 4
8...Transparent insulating film 49...FZP phase shift structure 50.51...Aluminum electrode 52.53...Au alloy electrode 5 for upper or lower substrate
4...Protective insulating film 55, 56 on the back surface of the lower substrate, etc.
... Etched hole 57.58 ... Luminous flux 101 ... Upper semiconductor substrate 102 ... Lower semiconductor substrate 501 ... Photodetector section 502 ... FZP portion 60
...Bulk part 61 of the substrate...Isolation insulating film 62 in the penetrating part of the recess
... Insulating film on the back surface 63 ... Insulating film 64 on the main surface
...Low resistance wiring members 65A, B...Wiring electrode member 68 on the back side...Terminal electrode group 70 in the recess seen from the back side...Recessed part 71 for surface emitting semiconductor laser...Semiconductor bulk part 72 ...Insulating film 73, 74 on the back side of the substrate...Insulating film 201 for SO-processed structure for semiconductor laser...Substrate 202 including microlens...Substrate with surface emitting laser (concavity for signal transmission) 203...Substrate with a photodetector (having a recess for signal transmission) 204...Substrate 90A, B, C with a microlens
... Microlenses 9tA, B, C... Photodetectors 92L, 92M... Concavities 93A, B, C... Surface emitting semiconductor lasers 94L, M.
・・Four parts 96.97A, B, C・・Micro lens 301・・
・Substrate 302 with a light flux control (polarization) device...Polarizer plates 98.99A, B, C...Transparent electrodes for light flux control device

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims]  板状の基板を少くとも2層以上つみかさねて結合され
て構成される3次元デバイスにおいて、1つの層を形成
する基板上の一部に微小な光学部品が形成され、他の層
を形成する基板の少くとも一部に半導体デバイスが形成
され、かつ、少なくとも1つの基板の裏面には少なくと
も1つの凹部が形成され、該凹部の底面すなわち基板の
薄い部分を貫通して設けられたオーミック部材若しくは
能動素子を介して基板の主表面と裏面とを電気的に接続
する接続手段が設けられ、該接続手段を介して上部の基
板と下部の基板との所定部分が電気的に接続され、また
、上記の少なくとも1つの基板に設けられた微小光学部
品と他の基板の対応する位置に設けられた半導体デバイ
スとが光学的に結合されて動作するように構成したこと
を特徴とする光学−電気動作を一部に有する3次元集積
化された半導体装置。
A three-dimensional device made up of at least two plate-shaped substrates stacked together and bonded together, in which a minute optical component is formed on a part of the substrate forming one layer, and a substrate forming the other layer. A semiconductor device is formed on at least a part of the substrate, and at least one recess is formed on the back surface of at least one substrate, and an ohmic member or an active material is provided through the bottom surface of the recess, that is, the thin part of the substrate. A connecting means is provided for electrically connecting the main surface and the back surface of the substrate through the element, and predetermined portions of the upper substrate and the lower substrate are electrically connected through the connecting means, and the above-mentioned A micro-optical component provided on at least one substrate and a semiconductor device provided at a corresponding position on another substrate are optically coupled to operate. A three-dimensionally integrated semiconductor device that has some parts.
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