JPS607148A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPS607148A
JPS607148A JP11380583A JP11380583A JPS607148A JP S607148 A JPS607148 A JP S607148A JP 11380583 A JP11380583 A JP 11380583A JP 11380583 A JP11380583 A JP 11380583A JP S607148 A JPS607148 A JP S607148A
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JP
Japan
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hole
semiconductor substrate
wiring
layer
substrate
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JP11380583A
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English (en)
Inventor
Masaaki Yasumoto
安本 雅昭
Tadayoshi Enomoto
榎本 忠儀
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Nippon Electric Co Ltd
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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】 本発明は、トランジスタ、ダイオード、抵抗。
コンデンサ等の機能素子およびこれらを接続する配線な
どが塔載される半導体装置の製造方法に関する。更に詳
しく述べると、該半導体装置に用いられる半導体基板に
、配線のための金属が埋め込まれた穴を設ける方法に関
するものである。
従来の半導体集積回路は、半導体基板の一方の面に機能
素子を平面的に配置し、各機能素子間の配線を行なうこ
とにより、所望のシステムを構築するか、あるいは所望
の動作機能を満足していた。
ところが、これらの集積回路をさらに大規模化、多機能
化するためには、従来の平面的配置から立体的配置に拡
張する必要がある。例えば、半導体基板の一方の面に光
、圧力、温度等を検出するセンサを設け、他方の面にセ
ンサ出力を信号処理する回路を設ければモノリシック・
センサ集積回路等の小形化、多機能化が達成される。他
の例としては従来の半導体集積回路を複数個用い、これ
を重ね合せた構造の集積回路が考えられる。この様な集
積回路では、高集積化が得られるばかりか、信号処理能
力の大規模化、信号処理スピードの高速化、あるいは多
機能等、優れた性能が得られる。
これらの集積回路を実現するためには、半導体基板の両
方の面を電気的に接続したり、あるいは各層間を電気的
に接続する縦配線が必要である。
本発明は、上記縦配線を実現するための穴を集積回路に
用いられる半導体基板に形成する方法を提供するもので
ある。
本発明によれば、半導体基板上の一部分に、後に形成さ
れる機能素子及び配線の深さより深い穴または貫通孔を
設け、次いでこの穴または貫通孔の内壁に絶縁膜を形成
し、次いで前記半導体基板上の前記穴または貫通孔以外
の領域に前記機能素子及び配線を形成し、次いで少なく
とも前記絶縁膜表面に導電材料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。
以下、図面を用いながら本発明の詳細な説明する。第1
図から第5図は、MO8集積回路を例として本発明を説
明するための概略断面図である。
各図面において同一構成要素は同一図面番号で示されて
いる。第1図はシリコン等の半導体基板1の表面に、穴
2を設けた構造である。この穴2の深さは、後に形成さ
れるMOSFETのソース・ドレインより深い。1がシ
リコンの場合の穴2の形成方法としては、写真喰刻技術
によりパターン化(3) されたフォトレジストをマスクとして四塩化炭素等のガ
スによるドライエツチングを行なう方法等が一例として
挙げられる。次に、第1図に示されている構造の表面の
一部分を例えば化学的気相成長法(CVD法)等により
形成される窒化シリコン膜等の様な酸化防止膜で覆い、
全面を熱酸化する。
この後、前記酸化防止膜を除去すれば、第2図に示され
る様に、前記酸化防止膜で覆われていた領域9以外の半
導体基板1の表面に、第1の絶縁層3が形成される。半
導体基板1かシリコンの場合は、例えば、水蒸気雰囲気
中、1000℃の温度で5時間酸化を行なえば、膜厚が
約1μmの二酸化シリコンが第1の絶縁層3として形成
される。この第1の絶縁層3は、MO8形電界効果形ト
ランジスタ(MOS F B T )等の機能素子の分
離領域を形成すると共に、前記穴2の側面及び底面の絶
縁膜3′となる。この後、前記領域9にMOSFETを
形成すれば第3図の様になる。標準的なMOSFETの
形成方法を以下に示す。まず領域9に膜厚数百Aから1
00OA 程度の二酸化シリコン等のゲート絶(4) 縁膜7を熱酸化法等を用いて設ける。しかる後、CVD
法等により堆積したポリシリコン等を写真喰刻技術を用
いてパターン化し、ゲート電極5を形成する。最後に、
例えば、半導体基板1の性質と反対の極性が得られる不
純物(半導体基板がp形であれば、リンや砒素等の不純
物)をイオン注入あるいは熱拡散法等の手段を用いて拡
散させ、ソースもしくはドレイン6及び6′を形成する
。この時、ゲート電極5や第1の絶縁層3は、これらの
不純物の拡散を阻止するから、これら5及び3の直下の
半導体基板1には、前記不純物が拡散されない。この後
、第4図に示されている様に、前記MO8FETの表面
を保護する二酸化シリコン等の第2の絶縁層4をCVD
法等により形成、した後前記穴2の内部に選択的にアル
ミニウム等の導電材料8を埋め込む。この−例として、
導電材料の選択エツチング法が考えられる。本方法では
、まず、スパッタ法等を用いて全面に厚く形成したアル
ミニウム等の導電材料の上に、フォトレジスト等をスピ
ン塗布する。この結果、穴2の部分の前(5) 記フォトレジストの膜厚が他の部分に比べて厚くなる。
従って、一様に前記フォトレジストをドライエツチング
すれば、穴2の部分のフォトレジストを残したまま、他
の部分のフォトレジストが除去される。最後に、残った
フォトレジストをマスクに用いて、前記導電材料をエツ
チングすれば、穴2の内部に導電材料8を埋め込むこと
ができる。
この他に、通常の写真喰刻技術を用いて穴2の部分にの
み導電材料を残す方法も可能である。この場合、穴の大
きさによっては導電材料は穴2の側面及び底面にのみ形
成され、穴2が完全に埋まらない場合もあるが、この形
状であっても、後に示す縦配線の機能は満足される。
更に、第5図に示す様に、MOSFETのソース。
ドレインあるいはゲートと後述する平面配線を電気的に
接続するコンタクトホールを形成し、導電物質を用いて
前記MO8FETと前記縦配線間あるいは前記MO8F
ETと他の機能素子間を接続する平面配線10を形成す
る。コンタクトホールを開口する方法の一例として、4
及び7が例えば二酸化(6) シリコンの場合、写真喰刻技術によりパターン化された
フォトレジスト等をマスクに、?、ソ酸系のエツチング
液でエツチングする方法等を用いる。また、平面配線1
0を形成する方法の一例として、スパッタ法等により形
成されたアルミニウム等の導電物質を、写真喰刻技術を
用いてパターン化されたフォトレジストをマスクに、加
熱したリン酸を用いてエツチングする方法を用いる。
以上の工程を経た後、第6図に示す様に、シリコン等の
半導体基板1を裏面から除去し、絶縁膜3′、絶縁層4
及び導電材料8で構成される穴2が飛び出す構造にする
。この時、薄膜化された基板の強度を維持するために必
要ならば、第5図の構造の表面に、ワックスや接着剤を
用いてサファイヤ基板等の支持基板にはりつける。基板
除去法の一例として、フッ酸、硝酸、酢酸等の混合液等
を用いたウェットエツチングや、アンモニア系の溶液を
用いたポリッシング、あるいはこれらのくみあわせ等の
方法を用いる。更に、第7図に示す様に穴2の底面部分
の二酸化シリコン等の絶縁膜3′及(7) び絶縁層4を不酸系のエツチング液を用いて除去する。
この結果、薄くした半導体基板1の表裏を貫通し、絶縁
膜3′及び絶縁層4で半導体基板1と絶縁された導電材
料8で構成される縦配線が形成される。第2図の穴2の
形成過程において、超音波ドリルやレーザドリルを用い
て穴を打ち抜く方法等を用いて該穴を貫通孔lこすれば
、半導体基板1の裏面からのエツチング工程以後の工程
を経ることなく、第7図の構造が得られる。
本発明の応用例の1つとして、半導体基板の表と裏に機
能素子等を集積化した集積回路の模式図を第8図に示す
。21は半導体基板、22 、23はそれぞれトランジ
スタ、ダイオード、コンデンサや抵抗等の機能素子ある
いはこれを複数個含む回路等の第1の能動層、及び第2
の能動層である。24はアルミニウム等の導電材料で形
成された縦配線、25は縦配線と半導体基板21を絶縁
する絶縁膜である。26 、27はそれぞれ22と24
及び23と24を接続するアルミニウム等の第1の平面
配線及び第2の平面配線である。第8図かられかる様に
、第1の能(8) 動層と第2の能動層は、配線26 、24 、27を介
して電気的に接続されている。即ち、2個の集積回路が
1枚の半導体基板に作られているのと等価であるから、
従来の集積回路に比べて2倍高密度化されている。第8
図の他の応用例としては、光、圧力や湿度等を検知する
センサを第1の能動層22に設け、この検出信号を処理
する信号処理回路を第2の能動層23に設ける構造があ
る。例えば湿度センサを例にとれば、対向する1組のポ
リシリコン等からなる電極と、これらの電極間に充填さ
れるスチレン・スルホン酸ソーダ等の湿度に対して導電
率が変化する高分子材料を第1の能動層に、前記導電率
の変化を検出し、増幅する様な信号処理回路を第2の能
動層とする構成が考えられる。この様な構造の湿度セン
サ集積回路は半導体基板21が湿気の防止壁となり、湿
度に対する信号処理回路の変動、あるいは劣化を受けな
い。湿度センサに限らず、他のセンサにおいても、第8
図に示す構造のセンサ集積回路は、検出する対象(光、
圧力、湿度等)の影響を全く受けずに、その信号処(9
) 理回路が同一半導体基板に形成できるから、小形化と多
機能化をはかることができる。
本発明の他の応用例として、前記実施例のようにして形
成された半導体装置と通常の方法で形成した半導体集積
回路とを、重ね合わぜた構造の集積回路を第9図に示す
。101は第1層目の半導体基板、102はMO8Ii
”BTのゲート絶縁膜、103はMOSFETのゲート
電極、104.105はMO8FE’l’のソース、も
しくはドレインである。106 、107はそれぞれ1
05,104に接続された第1層目の平面配線である。
120は、106,107と101を絶縁する絶縁層で
ある。一方、201はM2M [Iの半導体基板、20
2はMOSFETのゲート絶縁膜、203はMOS−F
ET のゲート電極、204 、205はMO8Ii’
ET’のソース、もしくはドレインである。206,2
07はそれぞれ205,204に接続された第2層目の
平面配線である。また220は、206,207と20
1を絶縁する絶縁層である。また、210は導電材料の
縦配線、211は210と201を絶縁する絶縁膜であ
る。108は金等の金属バンプで、210と108の接
着を容易にす(10) るために設けられている。また、110は102.10
3゜104,105,106及び107を保護し、これ
らと201の間の絶縁を行ない、更に放熱の機能を果す
ダイヤモンド等の薄膜である。第1図から第7図までの
製造工程を経て形成された第2層目の半導体基板201
は、半導体基板101と位置合せを行なった後に、両者
を拡散溶接等の手法を用いて接着する。
例えば、アルミニウムを107及び210に用い、金属
バンプ108として金を用いた場合、300℃に加熱し
て101と201を約(39kg /crn2以上の圧
力で押しつければ210と107の境界付近が接着溶接
されて、第1層目と第2層目が接着される。第7図に示
されている様に、第1層目のMOSFETのソースもし
くはドレイン104と第2層目のMOSFETのソース
もしくはドレイン204が電気的に接続されており、立
体的なMO8FET配置構造となっている。
例えば、1層目のMOSFETをnチャネ/L/ MO
8−FET とし、2)−目をpチャネルMO8F’J
IETとする。また、ゲート[極103と203を21
0と同一工程で製造された縦配線を接続すれば、CMO
Sイン(11) バータ回路が実現できる。更に、第2層目の上に、第2
層目とほぼ同じ工程で製造さね、た第3層目。
第4層目、・・・を重ね合わせれば、大規模集積回路が
実現できる。
以上、第1図から第7図に至る本発明の説明は、既に知
られたM98FET集積回路の製造方法を一例として用
いたが、この他のPE’!” 、あるいはバイポーラ榔
トランジスタ等の他の半導体集積回路に関しても本発明
は適用できる。また、本発明の応用例も一例にすぎず、
これらの応用に限るものではない。また前記実施例では
、不純物が一様にドープされた半導体基板を用いたが、
これに限る必要はない。たとえば低抵抗基板上にエピタ
キシャルで形成した半導体膜に機能素子を形成し、−実
大を基板に届くように形成すれば基板の除去が簡単にな
る。
【図面の簡単な説明】
第1図から第5図は、本発明による製造工程の流れの一
例を説明するための概略断面図である。 (12) 1は、半導体基板、2は、半導体基板上に形成された穴
、3及び3′は第1の絶縁層である。5,6L6′及び
7は、それぞれMO8F’ETのゲート電極、ソースも
しくはドレイン、及びゲート絶縁膜である。4は、第2
の絶縁膜、8は、導電材料、10は、平面配線である。 第6図、第7図は、半導体基板1の表と裏を貫通する縦
配線の形成方法の一例を説明するための概略断面図であ
る。 第8図は、本発明の第1の応用例の概略断面図である。 第9図は、本発明の第2の応用例の概略断面図である。 101は第1層目の半導体基板、102,103゜10
4、.105はそれぞれ第1層目のMOSFETを構成
するゲート絶縁膜、ゲート電極、ソース、ドレイン、1
06,107は第1層目の平面配線、121は、第17
t4目の半導体基板と平面配線の絶縁を行なう絶縁層で
ある。また、201は第2層目の半導体基板、202.
203,204,205はそれぞれ第2#目のMO5F
ETを構成するゲート絶縁膜、ゲート電極、ソース。 下レイン、206.207は第2層目の平面配線、22
1(13) は、第2層目の半導体基板と平面配線の絶縁を行なう絶
縁層である。210は絶縁膜211で201と絶縁され
た縦配線である。108は余興バンブ、110は層間に
充填する薄膜である。 (14) 第5図 オフ図 78 図 第9図 一■

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 半導体基板上の一部分に、後に形成される機能素子及び
    配線の深さより深い穴または貫通孔を設け、次いでこの
    穴または貫通孔の内壁に絶縁膜を形成し、次いで前記半
    導体基板上の前記穴または貫通孔以外の領域に前記機能
    素子及び配線を形成し、次いで少なくとも前記絶縁膜表
    面に導電材料を形成することを特徴とする半導体装置の
    製造方法。
JP11380583A 1983-06-24 1983-06-24 半導体装置の製造方法 Pending JPS607148A (ja)

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