JPH0480951A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH0480951A
JPH0480951A JP2195511A JP19551190A JPH0480951A JP H0480951 A JPH0480951 A JP H0480951A JP 2195511 A JP2195511 A JP 2195511A JP 19551190 A JP19551190 A JP 19551190A JP H0480951 A JPH0480951 A JP H0480951A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 １枚の半導体基板の表と裏の両面に形成された集積回路
間の信号伝達バス構造に関し。
半導体基板の表面に形成された集積回路と裏面に形成さ
れた集積回路との間を接続するための信号伝達バスに要
する面積を縮小することにより。
半導体集積回路装置の高集積化を実現することを目的と
し。
半導体基板の一方の面に形成され、第１配線。
圧電体および第２配線を積層した構造を持ち、線面に形
成した集積回路の電気信号を超音波信号に変換すると共
に受信した超音波信号を電気信号に変換する第１超音波
トランスデユーサと、超音波信号が伝播する半導体基板
と、半導体基板の他方の面に形成され、第１配線、圧電
体および第２配線を積層した構造を持ち、該面に形成し
た集積回路の電気信号を超音波信号に変換すると共に受
信した超音波信号を電気信号に変換する第２超音波トラ
ンスデユーサとから構成された信号伝達バスを含むよう
に構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、半導体装置、特に半導体基板の表と裏の両面
に形成された集積回路間の信号伝達バス構造に関する。
〔従来の技術〕
集積回路は 通常。
１枚の半導体基板の片面に 形成される。しかし、半導体基板の表面および裏面の両
面に集積回路を形成すれば、集積度を２倍に向上させる
ことができる。
１枚の半導体基板の表面および裏面の両面に集積回路を
形成するのに、特別の製造工程や特別の製造装置は必要
としない。
露光工程は、露光装置内でウェーハの表と裏との双方に
マスクを置き、同時に露光することにより行う。
絶縁膜や導体膜の形成およびエツチングは、ＣＶＤ装置
などの半導体製造装置内でウェーハを縦置きにして行う
。
このように、１枚の半導体基板の表面および裏面の両面
に集積回路を形成すること自体には、さほど困難を伴わ
ない。しかしながら、１枚の半導体基板の表と裏の両面
に形成された集積回路間の信号伝達をどのような構造で
行うか、という大問題がある。以下、この問題に対する
従来の解決策を説明する。
第３図は、従来例を示す図である。
同図において、３１はシリコンなどから成る半導体基板
、３２はＳｉＯ□などから成る第１絶縁膜、３３はアル
ミニウムなどから成る配線、３４はＰＳＧなどから成る
第２絶縁膜、３５はポンディングパッド、３６はＡｕな
どから成るバンプ。
３７はセラミックスなどから成る回路基板、３８はＣｕ
などから成るプリント配線、３９はアルミニウムなどか
ら成るボンディングワイヤである。
半導体基板３１の表面に形成した集積回路の信号を半導
体基板３１の裏面に形成した集積回路に伝達するために
、半導体基板３１の表面には、第２絶縁膜３４ａを開口
して配ｆｉ３３ａを露出させることによりポンディング
パッド３５を形成する。
他方、半導体基板３１の裏面には、第２絶縁膜３４ｂを
開口して配線３３ｂを露出させた後、メツキなどにより
バンプ３６を形成する。
半導体基板３１の裏面に形成したバンプ３６と回路基板
３７上に設けたプリント配線３８とをフリップチップ方
式でボンディングする。その後。
半導体基板３１の表面に形成したポンディングパッド３
５と回路基板３７上に設けたプリント配線３８とをボン
ディングワイヤ３９によりワイヤボンディングすること
によって接続する。
このようにして、半導体基板３１の表面に形成した集積
回路と裏面に形成した集積回路との間の信号伝達バスが
完成する。
半導体基板３１の表面に形成した集積回路と裏面に形成
した集積回路とは、ポンディングパッド３５−ボンディ
ングワイヤ３９−プリント配線３８−ハンプ３６から成
る信号伝達バスを介して信号の授受を行う。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来例では、半導体基板３１の表面および裏面にポンデ
ィングパッド３５やバンプ３６を形成していた。
ポンディングパッドやバンプは、大きな面積（例えば、
１００μｍ角）を必要とする。したがって、チップ（半
導体基板）上で集積回路領域が占める面積に比して信号
伝達バスが占める面積が過大となる。特に、半導体基板
の表面に形成した集積回路と裏面に形成した集積回路と
の間の信号伝達バスの数が多い場合に著しい。
このように、従来の技術には、集積度の向上が阻害され
る。という問題があった。
本発明は、この問題点を解決して、半導体基板の表面に
形成された集積回路と裏面に形成された集積回路との間
を接続するための信号伝達バスに要する面積を縮小する
ことにより５半導体集積回路装置の高集積化を実現した
半導体装置を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記の目的を達成するために９本発明に係る半導体装置
は、１枚の半導体基板の表面および裏面にそれぞれ集積
回路を形成した半導体装置において、半導体基板の一方
の面に形成され、第１配線圧電体および第２配線を積層
した構造を持ち、該面に形成した集積回路の電気信号を
超音波信号に変換すると共に受信した超音波信号を電気
信号に変換する第１超音波トランスデユーサと、超音波
信号が伝播する半導体基板と、半導体基板の他方の面に
形成され、第１配線、圧電体および第２配線を積層した
構造を持ち、核部に形成した集積回路の電気信号を超音
波信号に変換すると共に受信した超音波信号を電気信号
に変換する第２超音波トランスデユーサとから構成され
た信号伝達ハスを含むように構成する。
［作　用］ 本発明者は、先に、半導体集積回路装置の多層配線間の
信号の授受を行うための、新たな信号伝達バス構造を開
発した（特開昭５９−５０５８３号公報参照）。
これを関連技術として第４図に示す。
同図において、４１は半導体基板、４２は下地絶縁膜、
４３は第１配線、４４は圧電体、４５は第２絶縁膜、４
６は第２配線、４７は超音波トランスデユーサ、４８は
層間絶縁膜、４９は表面保護膜である。
下地絶縁膜４２上に形成した第１配線４３ａ。
圧電体４４ａおよび第２配線４６ａから成る積層体によ
って第１超音波トランスデユーサ４７ａを構成する。
層間絶縁膜４８上に形成した第１配線４３ｂ。
圧電体４４ｂおよび第２配線４６ｂから成る積層体によ
って第２超音波トランスデユーサ４７ｂを構成する。
第１配線４３ａおよび第２配線４６ａから成る下層配線
と、眉間絶縁膜４８を介して形成した第１配線４３ｂ第
２配線４６ｂから成る上層配線との間の信号の授受は、
第１超音波トランスデユーサ４７ａおよび第２超音波ト
ランスデユーサ４７ｂの間での超音波信号の授受によっ
て行う。
具体的には、下層配線から上層配線へ信号を伝達する場
合、第１超音波トランスデユーサ４７ａを構成する第１
配ｍ４３ａおよび第２配線４６ａを通して圧電体４４ａ
に信号としての高周波電圧を印加する。すると、圧電体
４４ａは超音波ＡＷを発生する。この超音波ＡＷは、眉
間絶縁膜４８中を伝播して第２超音波トランスデユーサ
４７ｂを構成する圧電体４４ｂの両面に高周波電圧を誘
起する。誘起された高周波電圧は、上層配線を構成する
第１配線４３ｂおよび第２配線４６ｂ中に信号電流を流
す。この結果、下層配線から上層配線への信号伝達が実
現する。
上層配線から下層配線への信号伝達は、第２超音波トラ
ンスデユーサ４７ｂを超音波の発信側とし、第１超音波
トランスデユーサ４７ａを受信側とすることにより、同
様に実現することができる。
以上述べた関連技術は、半導体集積回路装置の高集積化
に伴う配線の多層化がもたらす種々の問題点を解決する
ためになされたものである。したがって、この関連技術
は、半導体集積回路装置を構成する回路素子に比べて、
配線が複雑で、かつ１０〜２０層といった多層配線が必
要な場合に適合するものである。
次に１本発明の原理を、第１実施例を示す第１図を藉り
て説明する。
本発明は、１枚の半導体基板１１の表面および裏面にそ
れぞれ集積回路を形成した半導体装置において、半導体
基板１１の表面に形成した集積回路と裏面に形成した集
積回路との間の信号伝達バスの新たな構造を提供するも
のである。
まず、半導体基板１１の表面に、第１配線１３ａ、圧電
体１４ａおよび第２配線１５ａを積層した構造から成る
第１超音波トランスデユーサ１７ａを形成する。
他方、半導体基板の裏面には２表面に形成した第１超音
波トランスデユーサ１７ａに対応する位置に２第１配線
１３ｂ、圧電体１４ｂおよび第２配！１ｌ１５ｂを積層
した構造から成る第２超音波トランスデユーサ１７ｂを
形成する。
そして、半導体基板１１の表面に形成した集積回路と裏
面に形成した集積回路との間の信号伝達は１表面に形成
した第１超音波トランスデユーサ１７ａと裏面に形成し
た第２超音波トランスデユーサ１７ｂとの間の超音波信
号ＡＷ、の授受により行う。
具体的には、半導体基板１１の表面に形成した集積回路
から裏面に形成した集積回路へ信号を伝達する場合、第
１超音波トランスデユーサ１７ａを構成する第１配線１
３ａおよび第２配線１５ａを通して圧電体１４ａに信号
としての高周波電圧を印加する。すると、圧電体１４ａ
は、超音波ＡＷ、を発注する。この超音波ＡＷ、は、半
導体基板１１中を伝播して、裏面に形成した第２超音波
トランスデユーサ１７ｂを構成する圧電体１４ｂの両面
に高周波電圧を誘起する。誘起された高周波電圧は、第
１配線１３ｂおよび第２配線１５ｂ中に信号電流を流す
。この結果、半導体基板１１の表面に形成した集積回路
から裏面に形成した集積回路への信号伝達が実現する。
半導体基板１１の裏面に形成した集積回路から表面に形
成した集積回路への信号伝達は、第２超音波トランスデ
ユーサ１７ｂを超音波の発信側とし、第１趙音波トラン
スデユーサ１７ａを受信側とすることにより、同様に実
現することができる。
さらに９本発明では、各信号伝達バス間の混信を防止す
るため、各信号伝達バスを伝播する超音波の周波数を異
ならせる。これは、各信号伝達バスを構成する一対の超
音波トランスデユーサを構成要素である圧電体の厚みを
異ならせることによって実現する。
〔実　施　例〕
（第１実施例） 第１図は、第１実施例を示す図である。
同図において、１１はシリコンなどから成る半導体基板
、１２はＳｉｎ、などから成る第１絶縁膜、１３はアル
ミニウムなどから成る第１配線。
１４はＺｎＯなどから成る圧電体、１５はアルミニウム
などから成る第２配線、１６はＰＳＧなどから成る第２
絶縁膜、１７は超音波トランスデユーサである。
第１図は、半導体基板１１に本発明に係る信号伝達バス
を２個設けた例を示している。
第１信号伝達バスは、半導体基板１１の表面に形成した
第１絶縁膜１２ａ上に、第１配Ｈ１３ａ。
圧電体１４ａおよび第２配線１５ａを積層した構造から
成る第１超音波トランスデユーサ１７ａ超音波信号が伝
播する半導体基板１１．および半導体基板１１の裏面に
形成した第１絶縁膜１２ｂ上に、第１配線１３ｂ、圧電
体１４ｂおよび第２配線１５ｂを積層した構造から成る
第２超音波トランスデユーサ１７ｂによって構成する９
信号の授受は、第１超音波トランスデユーサ１７ａ−半
導体基板１１−第２超音波トランスデユーサＩＴｂ間で
の超音波信号ＡＷ　＋の授受によって行う。
第２信号伝達バスは、半導体基板１１の表面に形成した
第１絶縁膜１２ａ上に、第１配線１３ｃ圧電体１４ｃお
よび第２配線１５ｃを積層した構造から成る第３超音波
トランスデユーサ１７ｃ。
超音波信号が伝播する半導体基Ｆｉｌ　１．および半導
体基板１１の裏面に形成した第１絶縁膜１２ｂ上に、第
１配線１３ｄ、圧電体１４ｄおよび第２配線１５ｄを積
層した構造から成る第４超音波トランスデユーサ１７ｄ
によって構成する。信号の授受は、第３超音波トランス
デユーサ１７ｄ−半導体基板１１−第４超音波トランス
デユーサ１７ｄ間での超音波信号Ａ　Ｗ　Ｚの授受によ
って行う。
圧電体１４としてＺｎＯを用いる場合の成長条件の一例
を以下に示す。
成長方法　：　ＲＦマグネトロンスパッタ法ＲＦパワー
　：　　　１５０Ｗ 雰囲気　：　　Ａｒ：Ｏ□−１：１の混合ガス圧力　：
　　６ｍＴｏｒｒ 基板温度　＝　２２０°に の条件でＺｎＯを成長させるわけであるが。
第１信号伝達バスと第２信号伝達バスとの間での混信を
防止するために、第１信号伝達バスを構成する第１超音
波トランスデユーサ１７ａおよび第２超音波トランスデ
ユーサ１７ｂに用いるＺｎ０（圧電体１４　ａ、　　１
４　ｂ）膜厚と、第２信号伝達バスを構成する第３超音
波トランスデユーサ１７Ｃおよび第４超音波トランスデ
ユーサ１７ｄに用いるＺｎＯ（圧電体１４ｃ、１４ｄ）
膜厚とを互いに異ならせる。例えば、圧電体１４ａ、１
４ｂとしてのＺｎＯ＃厚をｔ、＝３０００人、圧電体１
４ｃ、１４ｄとしてのＺｎＯ膜厚をｔｚ＝ｓ。
００人に成長させる。
超音波の共振周波数は、理論的には、圧電体の膜厚ｔ、
圧電体内の縦波の音速Ｖから、ｖ／２ｔで与えられる。
ＺｎＯ内の縦波の音速は６２００ｍ／ｓであるから、膜
厚ｔ、＝３０００人のＺｎ０（圧電体１４ａ、１４ｂ）
を持つ第１信号伝達バスの共振周波数は１５．５ＧＨｚ
、膜厚ｔ２＝５０００人のＺｎＯ（圧電体１４ｃ、１４
ｄ）を持つ第２信号伝達バスの共振周波数は１２．４　
Ｇ　Ｈｚとなる。
しかしながら３本実施例の場合、Ｚｎ０（圧電体１４　
ａ、　　ｌ　４　ｂ、　　１４　ｃ、　　１４　ｄ）は
、アルミニウムなどから成る第１配線１３ａ、１３ｂ、
１３ｃ、１３ｄおよびアルミニウムなどから成る第２配
線１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄで挟まれ。
Ｓｉｎｇなどから成る第１絶縁膜１２ａ、１２ｂ上でＰ
ＳＧなどから成る第２絶縁膜に埋め込まれた構造となっ
ているために、共振周波数の実測値は、上述の理論値か
らはずれ、膜厚ｔ＋＝３０００人のＺｎＯ（圧電体１４
　ａ、　　１４　ｂ）を持つ第１信号伝達バスの共振周
波数は約１６ＧＨｚ、膜厚ｔ、＝５０００人のＺｎＯ（
圧電体１４ｃ、１４ｄ）を持つ第２信号伝達バスの共振
周波数は約１３ＧＨｚであった。
（第２実施例） 第２図は、第２実施例を示す図である。
同図において、２１はシリコンなどから成る半導体基板
、２２はＳｉＯ□などから成る第１絶縁膜、２３はＭＯ
ＳＦＥＴ、２４はアルミニウムなどから成る第１配線、
２５はＺｎＯなどから成る圧電体、２６はアルミニウム
などから成る第２配線、２７はＰＳＧなどから成る第２
絶縁膜、２８は超音波トランスデユーサである。
本実施例は１本発明の信号伝達バス中の信号伝達の様子
を具体的に示すものである。
半導体基板１１の表面に形成した第１Ｍ０３ＦＥＴ２３
ａのゲート電極に印加された信号電圧ＩＮは、第１Ｍ０
ＳＦＥＴ２３ａによって増幅され。
ドレイン電流として第２配線２６ａ中を伝播して。
第１配線２４ａ、圧電体２５ａおよび第２配線２６ａか
ら成る積層体によって構成された第１超音波トランスデ
ユーサ２８ａに到達する。
第１超音波トランスデユーサ２８ａにおいて。
第１配線２４ａおよび第２配線２６ａによって圧電体２
５ａに電圧が印加され、超音波ＡＷが発生する。
第１超音波トランスデユーサ２８ａで発生した超音波Ａ
Ｗは、半導体基板２１中を伝播して、半導体基板２１の
裏面に形成した第２超音波トランスデユーサ２８ｂに到
達する。
第２超音波トランスデユーサ２８ｂにおいて。
超音波ＡＷは、ｉｔ気信号に変換され、第２配線２６ｂ
中を伝播して、第２Ｍ０５ＦＥＴ２３ｂのゲート電極に
入力する。
第２Ｍ０３ＦＥＴ２３　ｂは、ゲート電極に印加された
信号電圧を増幅して、第１配線２４ｃへ出力（ＯＵＴ）
する。
〔発明の効果〕
本発明によれば、半導体基板の表面に形成された集積回
路と裏面に形成された集積回路との間を接続するための
信号伝達バスに要する面積を縮小することができる。例
えば、従来の技術では１つの信号伝達ハス当たり１００
μｍ角要して０たのを５０μｍ角程度０で縮小すること
ができる。
また、従来の技術では、チップ（半導体基板）の周辺部
あるいはその近傍にしか、信号伝達バスを設けることが
できなかったが３本発明はそのような制約を受けず、チ
ップ（半導体基板）のどこにでも信号伝達バスを設ける
ことができる。
したがって２本発明は、半導体集積回路装置の高集積化
に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
第１図は第１実施例を示す図。 第２図は第２実施例を示す図。 第３図は従来例を示す図。 第４図は関連技術を示す図 である。 第１図において Ｉに半導体基板 １２：第１絶縁膜 １３：第１配線 １４：圧電体 １５：第２配線 １６：第２絶縁膜 １７：超音波トランスデユーサ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）１枚の半導体基板の表面および裏面にそれぞれ集
    積回路を形成した半導体装置において、半導体基板の一
    方の面に形成され、第１配線、圧電体および第２配線を
    積層した構造を持ち、該面に形成した集積回路の電気信
    号を超音波信号に変換すると共に受信した超音波信号を
    電気信号に変換する第１超音波トランスデューサと、 超音波信号が伝播する半導体基板と、 半導体基板の他方の面に形成され、第１配線、圧電体お
    よび第２配線を積層した構造を持ち、該面に形成した集
    積回路の電気信号を超音波信号に変換すると共に受信し
    た超音波信号を電気信号に変換する第２超音波トランス
    デューサ とから構成された信号伝達バス を含むことを特徴とする半導体装置。
  2. （２）第１超音波トランスデューサ、半導体基板および
    第２超音波トランスデューサから構成された信号伝達バ
    スを複数個形成すると共に、各信号伝達バス間の混信を
    防止するために、各信号伝達バスを構成する一対の超音
    波トランスデューサの圧電体の厚さを異ならせて、各信
    号伝達バスが使用する超音波の周波数を異ならせた ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
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