JPS5895848A - 半導体集積回路装置 - Google Patents

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】 本発明は１回路素子を所望数形成した半導体層を複数層
積層して形成された積層型の半導体集積回路装置に関す
る。

半導体集積回路装置は、パワー素子部とパワー素子を制
御する制御部から構成され、これらは通常第１図（ａ）
Ｋ示すように、パワー素子部１０３と制御部１０２とが
１枚のチップ１０１内に２次元的に配列されている。こ
のため、チップ面積が大きくなるという欠点をもってい
る。また、パワー素子部の動作時に発生する熱が、制御
部に拡散することにより、パワー素子部に隣接した部分
と。

パワ一部から遠い部分で、制御部の温度分布に第１図（
ｂ）に示すようなバラツキ換言すれば、チップ内で移動
度（ｍｏｂｉｌｉｔｙ　）のバラツキが生じている。こ
のためパワー素子部に近い部分と遠い部分との信号伝達
での動作余裕の不整合も大きく、動作マージン的にも好
ましくない。

一方、半導体集積回路装置の集積度向上のだめの一つの
課題は、配線をいかに効率良く行なうかにある。現在、
半導体集積回路装置には、アルミニウムの二層配線或い
は゛アルミニウムの二層にポリシリコンの一層を加えた
三層配線が使用されているが、配線で接続すべき回路素
子が一枚のチップの一方面側にのみ形成されているため
、配−の可能な回路素子め密度には限界があった。

本発明の目的は同一のチップ内の温度のバラツキを除去
した半導体集積回路装置を提供することにある。

本発明の他の目的は集積度の向上を図った半導体集積回
路装置を提供することにある。

か＼る目的を奏する本発明半導体集積回路装置の特徴と
するところは１回路素子が形成された半導体基体上に回
路素子が形成された任意数の半導体層を絶縁層を介して
積層し、かつ半導体基体及半導体層上に均熱板を配置し
た点にある。他の特徴は、均熱板相互を均熱部材で接続
した点にある。

均熱板及び均熱部材として熱伝導性の優れた材料が使用
されるが、半導体層を形成する前に形成される部分には
半導体層を形成する際の高温に耐える高融点金属例えば
モリブデン或いはタングステンを使用するのが望ましい
。また、均熱板は半導体基体及び半導体層上の絶縁層中
に配線とは電気的に絶縁して形成される。更に５本発明
の好ましい実施例の特徴は、半導体基体にはパワー素子
部を、半導体層には制御部を、それぞれ形成した点にあ
る。

以下１本発明半導体集積回路装置を実施例として示した
図面によシ詳細に説明する。

第１図は本発明の第１の実施例で、１は一方の主表面１
１側に回路素子１２．１３が形成された半導体基体、２
は一方の主表面２１側に回路素子２２．２３が形成され
た半導体層、３は半導体基体１の一方の主表面１１と半
導体層２の他方の主表面２４との間に介在した第１の絶
縁層、４は半導体層２の一方の主表面２１上に形成した
第２の絶縁層、５は第１の絶縁層３及び第２の絶縁層４
内に形成され、半導体基体１内の回路素子相互及び半導
体層２内の回路素子相互を接続する配線。

６は半導体基体１の回路素子或いは配線５１と半導体層
２の回路素子或いは配線５２とを半導体層２を貫通して
接続する接続部材、７は第１の絶縁層３中及び第２の絶
縁層４の表面に形成した均熱板、８は均熱板７の第１の
絶縁層３中に形成した部分７１と第２の絶縁層４上に形
成した部分７２とを半導体層２及び必要に応じて配線５
を貫通して接続する均熱部材、９ｔｉ接続部材６及び均
熱部材８が半導体層２及び配線５を貫通する個所におい
て両者を絶縁する絶縁部材、１０は回路素手をＭＯ８型
素子とした時の例えばポリ多すコンからなるゲート電極
である。第１の絶縁層３は、半導体基体１と配線５１と
の間に形成した第１の部分３１、半導体基体１とゲート
電極１０との間に形成した第２の部分３２、ゲート電極
部分を被覆する第３の部分３３．配線５１と均熱板７１
との間に形成した第４の部分３４及び均熱板７１と半導
体層２との間に形成した第５の部分３５とから成ってい
る。第２の絶縁層４は、半導体層２と配線５２との間に
形成した第１の部分４１、半導体層２とゲート電極１０
との間に形成した第２の部分４２、ゲート電極部分を被
覆する第３の部分４３及び配線５２と均熱板７２との間
に形成した第４の部分４４とから成っている。

か＼る構成の半導体集積回路装置によれば１次のような
効果がある。

（１）　　半導体基体１上及び半導体層２上釦均熱板７
を設けた＼め、同一の半導体基体或いは半導体層の主表
面と平行をなす方向の温度を均一にすることが可能とな
る。従って、同−半導体基体或いは半導体層内の移動度
を均一にすることができる。

（２）半導体基体と半導体層との間に設けた均熱板７１
と第２の絶縁層４上に設けた均熱板７２とが均熱部材８
で接続されているため、半導体基体の発生熱を外部に効
率よく放出できる。従って、積層構造にしても放熱上の
問題は一切生じるおそれはない。

（３）積層構造とすることＫより半導体基体と半導体層
との間を積層方向の配線のみで接続することが可能とな
り、１個の半導体基体のみの場合に比較して配線が容易
で高密変化でき、よって集積度の向上を図ることができ
る。

（４）半導体層上に均熱板が存在するため、これは装置
に対するシールドの役目を果し、耐雑音性の向上を図る
ことができる。

次に、第２図に示す半導体集積回路装置の製法の一例を
説明する。

（１）まず、所望の回路素子１２．１３を形成した半導
体基体１を準備する。回路素子は公知の例えば選択拡散
法で形成され、絶縁層の第１の部分３１も酸化膜で同時
に形成される。

（２）半導体基体１の一方の主表面１１の回路素子に対
応する個所に絶縁層の第２の部分３２を熱酸化法或いは
ＣＶＤ法によ多形成し、その上にＣＶＤ法によりポリシ
リコンのゲート電極１０を形成する。次に絶縁層の第３
の部分３３によりゲート電極部分を被う。これは後の絶
縁層の第４の部分３４と同時に形成することも可能であ
る。

（３）絶縁層の第１の部分３１上及び回路素子の露出部
分上に配線５１を形成する。これはモリブデン或いはタ
ングステン等の高融点金属及びそれに類似したもの＼膜
を蒸着法で形成し、それをフォトエツチングで〜所望の
配線パターンに整形することによって得られる。

ここで、配線に高融点金属等を用いるのは、続く工程で
半導体層を形成する場合、６００ｒ程度の温度でｆ３ｉ
をデポジションするので、配線にＡｔ等の低融点金属を
使用することができない為である。

（４）配線５１及び絶縁層の第３の部分３３上にＣＶＤ
法により絶縁層の第４の部分３４を形成する。

（５）絶縁層の第４の部分３４上に配線５１と同じ材料
、同じ方法で均熱板７１を形成する。

（６）均熱線７１上に絶縁層の第５の部分３５を形成す
る。

（７）絶縁層の第５の部分３５上にＣＶＤ法等を用いて
多結晶Ｓｉをデポジションする。多結晶Ｓｉのままでは
、移動度が低く、集積回路装置の基板として用いること
ができない。そこで、移動度を増大させるために、レー
ザーアニルリング等により多結晶８１層を単結晶に変換
し、移動度・グレインサイズ共に引上げ法による単結晶
に近いＳ１層を形成する。これが半導体層２となる。レ
ーザーアニール前後の移動度とグレインサイズを比較す
ると、移動度はレーザーアニール後３０％程度上昇し、
グレインサイズは、アニール部ｆで５００人位、アニー
ル後で３０００人位になる。

（８）　　このＳｉ層に回路素子を形成する。

（９）絶縁層の第１の部分４１、第２の部分４２゜第３
の部分、ゲート電極１０を半導体基体１上と同様の方法
で形成する。

０旬　第２層の配線５２と半導体基体１上のゲート電極
１０とを接続するための貫通孔に対応した部分にある。

絶縁層の第１の部分４１．半導体層２に最終的スルーホ
ールより太目のスルーボールを例えばドライエツチング
により形成する。このスルーホールに絶縁物を充填し、
再度前回より小径でゲート電極に達するスルーホールを
ドライエツチングで形成する。次にこのスルーホールに
ＭＯ。

Ｗ等の高融点金属及び、それに類するものを蒸着等でデ
ポジションし、接続部材６を形成する。

αυ　絶縁層４の第１の部分４１及び接続部材６上に配
線５１と同様の方法で配線５２を形成する。

０３　　配線５２及び絶縁層４の第３の部分４３上に絶
縁層４の第４の部分４４を形成する。

０３　　均熱板７１と７２とを接続するだめの貫通孔に
対応する部分の絶縁層４の第４の部分４４．配線５２、
絶縁層４の第１の部分４１、半導体層２に最終的スルー
ホールより径大のスルーホールを例えばドライエツチン
グにより形成する。このスルーホールに絶縁物を充填し
、再度前回より小径で均熱板７１に達するスルーホール
を形成し、このスルーホールに任意の金属をデポジショ
ンして均熱部材８を形成する。

ａ（絶縁層の第４の部分４４及び均熱部材８上に任意の
金属を蒸着して均熱板７２を形成する。

以上の工程における絶縁層３，４はシリコン酸化物を主
成分とするものを使用しているが、これに限定されるも
のではない。

第７図は本発明の他の実施例を示すもので、第７図（ａ
）は半導体基体１にパワー素子部、第１及び第２の半導
体層２Ａ、２Ｂに制御部をもった半導体集積回路装置を
示している。図では、制御部が形成される半導体層は２
層になっているが、これかさらに多層となってももちろ
んかまわない。半導体基体１と第１の半導体層２人間及
び第２の半導体層上にそれぞれ均熱板７１．７２を設け
、そｎらを均熱部材８で接続しである。この場合には第
２図の装置に比較して制御部全体をシールドできるので
耐雑音性をより向上できる。また、この悼に制御部を多
層にすることにより、さらにチップ面積の縮小と、実装
密度の向上を計ることができる。

第７図（ｂ）は、パワー素子部を形成した半導体基体１
．制御部を形成した第１の半導体層２人及び第２の半導
体層２Ｂから成る集積回路装置で、均熱板７３を第１の
半導体層２人と第２の半導体層２Ｂとの間に配置したも
のである。この場合も。

制御部を形成する半導体層は２層と限らず何層にしても
良い。この様に３次元集積回路素子を多層構造にする場
合、各層の間に全て、もしくは適当に何層か選んで均等
板を設けることにより、放熱効果・均熱効果・シールド
効果をよシ高める′ことができる。

第３図（Ｃ）は半導体基体１と半導体層２とからなる集
積回路装置において、半導体基体１と半導体層２との間
に形成する均熱板７１を配線５１と同一面に互いに電気
的に絶縁して配置したものである。この場合には配線５
１と均熱板７１を同時に形成し得るという製造上の効果
がある。

第３図（ｅ）は、半導体基体１と半導体層２とからなる
集積回路装置において、半導体基体１と半導体層２との
間に形成する均熱板７１を回路素子１４上に配置し、配
線５１．５２相互と接続する接続部材６を回路素子１４
上から離れた個所に設けたものである。このように構成
すれば放熱効果がより大きくで、きる。

以上は本発明を代表的な実施例全例に採って説明したが
１本発明はこれらに限定されることなく種々の変形が可
能である。

【図面の簡単な説明】

、　　第１図は従来の半導体集積回路装置の問題点を説
明するだめの概略図、第２図は本発明の一実施例を示す
断面図、第３図は本発明の他の実施例を示す概略断面図
である。 １・・・半導体基体、２・・・半導体層、３．４・・・
絶縁層、５１．５２・・・配線、７１．７２・・・均熱
板。 ￥−３口 （久） （ｂ） （Ｃ） 茅、５０ （ｅ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一方の主表面側に所望数の回路素子が形成された半
   導体基体と、 半導体基体の一方の主表面上に間に絶縁層を介して積層
   され、それぞれ所望数の回路素子が形成された任・意数
   の半導体層と、 少なくとも半導体基体とそれに隣接する半導体層との間
   及び最上層の半導体層上にそれらから絶縁されて配置し
   た均熱板と、 均熱板相互を接続する均熱部材と、 からなることを特徴とする半導体集積回路装置。