JPH0447979B2 - - Google Patents

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JPH0447979B2
JPH0447979B2 JP20641383A JP20641383A JPH0447979B2 JP H0447979 B2 JPH0447979 B2 JP H0447979B2 JP 20641383 A JP20641383 A JP 20641383A JP 20641383 A JP20641383 A JP 20641383A JP H0447979 B2 JPH0447979 B2 JP H0447979B2
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    • H01L2924/1306Field-effect transistor [FET]
    • H01L2924/13091Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor [MOSFET]

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体装置の製造方法に係る。
通常の半導体装置はトランジスタ等の機能素子
およびこれらの機能素子を結合するための導電線
が平面的に集積されている。この平面的な広がり
を持つ半導体装置を複数個重ね合せることによ
り、立体的な広がりを持つ半導体装置へ拡張すれ
ば、実装密度が向上するばかりでなく、機能の拡
大、信号処理速度の向上等、優れた効果が発揮さ
れる。本発明は機能素子、これらを接続するため
の水平配線、および該半導体装置が複数層積層さ
れる場合異なる層の半導体装置に集積化された機
能素子を有機的に接続するための垂直配線、を有
する半導体装置の製造方法に関する。
本発明によれば半導体基板上に第1の絶縁層を
介して形成された半導体層を用いて、トランジス
タ等の機能素子を作成し、機能素子を含む全面に
第2の絶縁層を形成した後、第2の絶縁層、第1
の絶縁層および半導体基板の一部を貫ぬく第1の
開口部分を機能素子が形成されている部分以外の
場所に複数個設け、第1の開口部分の内部でかつ
露出した半導体基板の表面に第3の絶縁層を形成
し、次に第1の開口部分の内部に導電性材料を埋
め込んで、第1の垂直配線を作成し、この後機能
素子と機能素子との間および機能素子と所望の第
1の垂直配線との間をそれぞれ電気的に接続する
水平配線を形成し、次に全面を第4の絶縁層でお
おつた後、該第4の絶縁層の一部を除去して、水
平配線あるいは水平配線と接続しない第1の垂直
配線に到達する第2の開口部分を設け、第2の開
口部分の内部に導電性材料を埋め込み、前記水平
配線あるいは前記垂直配線と電気的に接続すると
ともに、第2の開口部分の上でかつ第4の絶縁層
の表面より上部に出たバンプを有する第2の垂直
配線を形成することを特徴とする半導体装置の製
造方法が得られる。
さらに本発明によれば、半導体基板上に第1の
絶縁層を介して形成された半導体層を用いて、ト
ランジスタ等の機能素子を作成し、機能素子を含
む全面に第2の絶縁層を形成した後、第2の絶縁
層、第1の絶縁層および半導体基板の一部を貫ぬ
く第1の開口部分を機能素子が形成されている部
分以外の場所に複数個設け、第1の開口部分の内
部でかつ露出した半導体基板の表面に第3の絶縁
層を形成し、次に第1の開口部分の内部に導電性
材料を埋め込んで、第1の垂直配線を作成し、こ
の後機能素子と機能素子との間および機能素子と
第1の垂直配線との間をそれぞれ電気的に接続す
る水平配線を形成し、次に全面を第4の絶縁層で
おおつた後、該第4の絶縁層の一部を除去して、
水平配線あるいは水平配線と接続しない第1の垂
直配線に到達する第2の開口部分を設け、第2の
開口部分の内部に導電性材料を埋め込み、前記水
平配線あるいは前記垂直配線と電気的に接続する
とともに、第2の開口部分の上でかつ第4の絶縁
層の表面より上部に出たバンプを有する第2の垂
直配線を形成し、次に半導体基板おおよび第3の
絶縁層を除去し、第1の垂直配線の一部を露出さ
せることを特徴とする半導体装置の製造方法が得
られる。
以下図面を用いて本発明を詳細に説明する。第
1図から第6図は本発明による半導体装置の製造
方法を工程順に示したものである。第1図におい
て、1は半導体基板、2は第1の絶縁層、3は半
導体層である。なお半導体層3がシリコン(Si)
の場合、通常第1図の半導体構造はSOI(Silicon
on Insulator)と呼ばれている。さらに詳しくは
厚さ300ミクロンないし400ミクロンの単結晶Si基
板1上に、熱酸化あるいは気相成長(CVD)技
術で厚さ約1ミクロンの二酸化シリコン(SiO2
膜2を形成する。次にCVD技術等で厚さ約5000
Åのポリシリコン層をSiO2上に堆積し、該ポリ
シリコンをレーザビーム、電子ビームあるいは高
温のカーボンヒータ等で溶解し、再結晶化すれ
ば、単結晶Si膜3が得られる。
第2図は、第1図に示したSOIと周知の集積回
路製造プロセスを用い、トランジスタ等の機能素
子を作成した状態の模式図である。4,5,6は
それぞれMOSFETの拡散層(ドレイン、ソー
ス)、チヤネル領域、ゲート電極である。この例
ではMOSFETは第1図に示した半導体層3に形
成されている。次にCVD法等を用い第2の絶縁
層7、例えば、厚さ約1ミクロンのSiO2層を形
成する。この時、該第2の絶縁層の表面をRFバ
イアススパツタ法あるいはオルガノシリカを溶媒
に溶かした溶液をスピン塗布する等の方法で平坦
化すれば、後続の製造プロセスが容易になる上、
導電線の断線防止に有利である。次に破線8で示
す部分を周知の写真食刻技術とエツチング技術に
より除去し、第1の開口部分9を設ける。開口部
分の形状は、例えば、直径が10ミクロン程度の円
形あるいは1辺が10ミクロン程度の正方形などで
ある。またSi基板部分の深さは約1ミクロンない
し2ミクロンである。なおこの第1の開口部分9
は後述する垂直配線に利用する。
次に露出した半導体基板1の表面10(第2
図)に、第3図に示すように第3の絶縁層11を
形成する。半導体基板1がSiの場合、温度が980
℃の水蒸気雰囲気中で約30分間酸化すれば、露出
したSi基板10の表面に約2000ÅのSiO2膜11
が形成される。またCVD法によつても該第3の
絶縁膜11を形成することもできる。
次に導電性材料を第3図の開口部分9に埋め込
み、第4図に示すように、第1の垂直配線12を
形成する。具体的な例として、まず第3図の状態
において、スパツタ法、CVD法等により第2の
絶縁膜7および開口部分9を含む全面にアルミニ
ユーム(Al)などの導電性薄膜を形成する。膜
厚は第1の開口部分9の深さと同程度とする。次
に全面にレジスト等の膜を形成して表面を平坦に
し、そのあと全面にドライエツチングを施す。こ
の膜は開口部上に厚く形成されているから、開口
部にのみ膜が残る。次にこの膜をマスクにしてウ
エツトエツチングする。このようにして導電性膜
を該開口部分9にのみ残し、他の部分を除去すれ
ば、第1の垂直配線12が形成される。
次に第5図に示すように、周知の半導体装置の
製造方法を用い、Al等の水平配線13を形成し、
機能素子間、第1の垂直配線12と機能素子間を
接続する。なおよく知られたAlの2層配線の製
造工程と同様に、該第1の垂直配線12と該水平
配線13間の導電性を良好に保つため、該水平配
線13を形成する以前に、該第1の垂直配線12
の表面に形成される絶縁被膜(例えば、第1の垂
直配線がAlの場合、アルミナなどがAlの表面に
形成される場合がある)をあらかじめ軽くエツチ
ングするなどして除去しておく必要がある、次に
第2の絶縁層7と同様な方法により、厚さ0.5ミ
クロン程度の第4の絶縁層14を形成し、所望の
位置に第3図に示した第1の開口部分9と同様な
方法により、第2の開口部分15を設ける。
開口後、導電性材料を該第4の絶縁層14およ
び第2の開口部分15を含む全面に形成する。次
に第6図に示すように、バンプ部分16aを含む
第2の垂直配線16を残し、他の部分を写真食刻
技術およびエツチング技術により除去する。この
場合も、露出した水平配線13の表面に形成され
る絶縁膜をあらかじめ除去した後、第2の垂直配
線16用の導電材料として、例えば、金(Au)
をスパツタ法などで蒸着し、該水平配線13と該
第2の垂直配線16の導電性を十分高めておくこ
とが重要である。なお上記では第2の開口部分の
深さが0.5ミクロン程度の浅い場合について述べ
たが、該第4の絶縁膜14の膜厚が、例えば、2
ミクロン等厚い場合、第1の垂直配線と同様な製
造方法で、第2の開口部分15にのみ第2の垂直
配線16bを埋め込み、次にあらためて、別の導
電性材料を用いてバンプ部分16aのみ形成して
もかまわない。
第7図に本発明の製造方法により作成された半
導体装置を複数個積層して得られた立体的な広が
りを持つ多層の半導体装置を示す。ここでは一例
として2個の半導体装置を積層した例を示す。な
お、ここで示す各要素が第1図から第6図に示し
た各要素と同一の場合、第1図から第6図で用い
た番号をそのまま用い、その説明を省く。101
は第1層の半導体装置で、第6図と同様の構造を
示している。102は第2層の半導体装置で、第
6図と異なる点は第6図に示した半導体基板1お
よび第3の絶縁層11が除去されている点であ
る。なお該半導体基板1および第3の絶縁層11
の除去については後述する。
同図から明らかなように、第一層目の半導体装
置101と第2層目の半導体装置102は、例え
ば、拡散溶接などにより接続された第1層目の半
導体装置101の第2の垂直配線16と第2層目
の半導体装置102の第1の垂直配線12を介し
て互いに接続されている。第2層目の半導体装置
102の上へ第3層目、第4層目、……と半導体
装置を積層し、各層の第1および第2の垂直配線
を接続すれば、さらに拡張された多層の半導体装
置が実現される。
なお第2層目以上に用いる半導体装置に対して
は第6図に示す半導体基板1と第3の絶縁層11
を除去し、第1の垂直配線12の一部を露出させ
る必要がある。まず半導体基板1のバンプ部分1
6aがある側を接着剤を用いて石英板等の支持基
板にはりつける。半導体基板1がSiの場合、 HNO3:HF:CH3COOHの割合いが5:3:3
のエツチヤントを用いることにより容易に除去で
きる。この場合、第1の絶縁層2と第3の絶縁層
11がエツチングのストツパとして働くから、こ
れらの絶縁層をこえてエツチングは急速には進行
しない。次に第1の垂直配線12を露出するため
に第3の絶縁層11を除去する。該第3の絶縁層
が、例えばSiO2の場合、緩衝フツ酸(フツ酸と
フツ化アンモニウムの混合液)を用いることによ
り、該第3の絶縁膜11を除去することができ
る。
以上、多層半導体装置を形成する各種の半導体
装置の製造方法を述べた。本発明によれば、平面
的な広がりのみならず立体的な広がりを持つ半導
体装置が実現させるから、実装密度の向上、機能
の拡大、信号処理能力の向上など優れた効果が得
られる。
なお上記説明は一例を述べたもので、大きさ
(サイズ)、材料、製造手順等は本発明の効果が発
揮できれば、上記に限定されることはない。また
一層の導電性水平配線についてのみ述べたが、多
層にも拡張される。機能素子として、MOSFET
を例にあげたが、バイポーラトランジスタ、コン
デンサ、抵抗素子等いかなる素子を含んでいても
よい。
また前記の説明では同じ層の中で垂直配線と水
平配線とをすべて接続するとして説明したが、必
要に応じて水平配線と接続しない垂直配線があつ
てもよい。即ちこの垂直配線はその属する層の上
と下の層を接続するスルーホールの役割を果た
す。
【図面の簡単な説明】
第1図から第6図は本発明の半導体装置の製造
工程を示すための模式図である。1は半導体基
板、2は第1の絶縁膜、3は半導体層、4,5,
6はそれぞれMOSFETの拡散層、チヤネル領
域、ゲート電極、7は第2の絶縁層、9は第1の
開口部分、10は半導体基板1の表面、11は第
3の絶縁層、12は第1の垂直配線、13は水平
配線、14は第4の絶縁層、16は第2の垂直配
線である。 第7図は本発明の製造方法を用いて作成された
半導体装置を複数個積層して得られる多層の半導
体装置の断面図である。101は第1層目の半導
体装置、102は第2層目の半導体装置である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 半導体基板上に第1の絶縁層を介して形成さ
    れた半導体層を用いて、トランジスタ等の機能素
    子を作成し、機能素子を含む全面に第2の絶縁層
    を形成した後、第2の絶縁層、第1の絶縁層およ
    び半導体基板の一部を貫ぬく第1の開口部分を機
    能素子が形成されている部分以外の場所に複数個
    設け、第1の開口部分の内部でかつ露出した半導
    体基板の表面に第3の絶縁層を形成し、次に第1
    の開口部分の内部に導電性材料を埋め込んで、第
    1の垂直配線を作成し、この後機能素子と機能素
    子との間および機能素子と所望の第1の垂直配線
    との間をそれぞれ電気的に接続する水平配線を形
    成し、次に全面を第4の絶縁層でおおつた後、該
    第4の絶縁層の一部を除去して、水平配線あるい
    は水平配線と接続しない第1の垂直配線に到達す
    る第2の開口部分を設け、第2の開口部分の内部
    に導電性材料を埋め込み、前記水平配線あるいは
    前記垂直配線と電気的に接続するとともに、第2
    の開口部分の上でかつ第4の絶縁層の表面より上
    部に出たバンプを有する第2の垂直配線を形成す
    ることを特徴とする半導体装置の製造方法。 2 半導体基板上に第1の絶縁層を介して形成さ
    れた半導体層を用いて、トランジスタ等の機能素
    子を作成し、機能素子を含む全面に第2の絶縁層
    を形成した後、第2の絶縁層、第1の絶縁層およ
    び半導体基板の一部を貫ぬく第1の開口部分を機
    能素子が形成されている部分以外の場所に複数個
    設け、第1の開口部分の内部でかつ露出した半導
    体基板の表面に第3の絶縁層を形成し、次に第1
    の開口部分の内部に導電性材料を埋め込んで、第
    1の垂直配線を作成し、この後機能素子と機能素
    子との間および機能素子と所望の第1の垂直配線
    との間をそれぞれ電気的に接続する水平配線を形
    成し、次に全面を第4の絶縁層でおおつた後、該
    第4の絶縁層の一部を除去して、水平配線あるい
    は水平配線と接続しない第1の垂直配線に到達す
    る第2の開口部分を設け、第2の開口部分の内部
    に導電性材料を埋め込み、前記水平配線あるいは
    前記垂直配線と電気的に接続するとともに、第2
    の開口部分の上でかつ第4の絶縁層の表面より上
    部に出たバンプを有する第2の垂直配線を形成
    し、次に半導体基板および第3の絶縁層を除去
    し、第1の垂直配線の一部を露出させることを特
    徴とする半導体装置の製造方法。
JP20641383A 1983-11-02 1983-11-02 半導体装置の製造方法 Granted JPS6098654A (ja)

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