JPS6098655A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS6098655A
JPS6098655A JP20641483A JP20641483A JPS6098655A JP S6098655 A JPS6098655 A JP S6098655A JP 20641483 A JP20641483 A JP 20641483A JP 20641483 A JP20641483 A JP 20641483A JP S6098655 A JPS6098655 A JP S6098655A
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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】 本発明は半導体4+!2置の構造に係る。
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だめの導kIE 線が平面的
に集積されている、この平面的な広がりをJ、′Iつ半
2り体装飴°を1.(シ数個屯ね合せることによシ、立
14.的な広が、りを悄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、優れた効果が発御される。
本発明は機能素子、これらを接続するための導電性水平
配線および該半導体装置が複数層177層される場合に
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7JII篭性垂直配線、を有する半導体
装置の構造に関する。
本発明によれば、半導体基板上に第1の絶縁層が形成さ
れ、この絶縁層上にトランジスタ等の機能素子が形成さ
れ、この機能素子以外の領域に半導体基板まで到達しし
かも基板との間に絶縁層が設けられた第1の垂直配線が
複数個形成され、このうちの所望の垂面配線と機能素子
とを接続する水平配線汐二形成され、前記機能素子、水
平配線。
この水平配線と接続されない垂直前mをおおう絶縁RA
が形成され、前記水平配線上の絶縁層の一部及び前d己
水モ配線と接続されない垂直配線上の絶縁層が開孔され
、この開孔に絶縁層の表面より高いバンプ部分が設けら
れた第2の垂直配線が形成されていることを特徴とする
半導体装置が得られる。
更に本発明によれば半導体基板上にglの絶縁層が形成
され、この絶縁層上にトランジスタ等の機能素子が形成
され、この機能素子以外の領域に半導体基板まで到達し
しかも基板との間に絶縁層が設けられた第1の垂直配線
が複数個形J戎きれ、このうちのH1望の垂面配勝と機
能素子とを接続する水平配線が形成され、1til記機
能素子、水平配線。
この水平配線と接続されない垂面配線をおおう絶縁層が
形成され、MiJ記水平配線上の絶fi層の一部及び前
記水平配線と接続されない垂面配線上の絶縁層が開孔さ
れ、との開孔に絶縁層の表面よシ晶いバンプ部分が設け
られた第2の垂1な配線が形成されている半導体装置と
この半導体装置と同じ構造の垂直配線を備えた半導体装
置とが前記バング部分と前記第1の垂直配線との間で電
気的にfA続されて積層されていることを特徴とする半
導体装置が得られる。
以下図面を用いて本発明の詳細な説明する。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Stの場合、通常@1図の半導体構造は5
OI(Siticonon In5utator )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−ヒに、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(Sin、 )膜2を形成する。次にCV
D技術等で厚さ約5000又のポリシリコン層を810
.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n又層(ドレイン、ソース)。
チャネル領域、ゲート電極である。この例てはMOSF
ET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71例えば、厚さ約1
ミクロンのS 502層を形成する。この時、該第2の
絶縁層の表面をRFバイアススバ、り法あるいはオルガ
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シ除去し
、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St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、籟出したSi基板10の表面
に約2000久のS 402膜11が形成される。また
CVD法によっても該第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、スパック法
、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ューム(At)などの導電性薄膜
を形成する。膜厚は第1の開口部分9の深さと同根とす
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Jv<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ェットエツチング
する。このようにして導゛a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、At等の水平配線13を形成し、機能素子間、
第1の垂面配線12と機能素子間を接続する。なおよく
知られたAt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iI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Atの場合、アルミナなどがAt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と同様な方法によシ、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
15ft、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’(r含む第2の垂直配線1
6を残し、他の部分を写真食刻技術およびエツチング技
術によシ除去する。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(A
u)をスバ、り法なとで蒸着し、該水平配線13と該第
2の垂直配線16の導電性を十分尚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16mのみ形成し
てもかまわない。
第7図に本発明の半導体装置を複数個4に層して得られ
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−例として2個の半導体装置を積層した例を示す。
なお、ここで示す各費索が第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17−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
示した半導体丞板l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
どによシ接続された第1)@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′f: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lのバンプ部分16mがある側を接着剤を用い
て石英板等の支持基板にはシつける、半導体基板1がS
tの場合、HNO,: HF : CH3CO0Hの割
合いが5:3:3のエッチャントを用いることによシ容
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
ングのストッパとして働くから、これらの絶縁)f/i
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S iO2
O場合、Marフッ酸(フッ酸とノソ化アンモニウムの
混合/(りを用いることによシ、該第3の絶縁膜11全
除去することができる。第6図のような構造にすればバ
ンプ側にでもあるいは基板を除去すれば基板側にでもど
らら側にでも半導体装置全積層することができる。
以上、多層半導体装置を形成する各層の半導体装ifの
構造を述べた。本発明によれば、平面的な広がりのみな
らず立体的な広がシを持つ半導体装置が実現されるから
、実装密度の向上2機能の拡大、信号処理1′1踵カの
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、大きさくサイズ)
、拐料、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
についての与述べたが、多層にも拡張される。機能素子
として、MO3FET全例にあげたが、バイポーラトラ
ンジスタ、コンデンサ、抵抗素子導因かなる素子を含ん
でいてもよい。
また前記の説明では同じ層の中で垂IP3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ってもよい。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
すだめの模式図である。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、チャネル領域、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の垂面配線である。 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。 オ 1 図 72 図 73 図 ? 74 図 2 21−5 図 オ 6 図 □□□□□□□□

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1) 半導体基板上に第1の絶縁層が形成され、この
    絶縁層上にトランジスタ等の機能素子が形成され、この
    機能素子以外の領域に半導体基板まで到達ししかも基板
    との間に絶縁層が設けられた第1の垂直配線が複数個形
    成され、このうちの所望の垂直配線と機能素子とを接続
    する水平配線が形成され、前記機能素子、水平配線、こ
    の水平配線と接U1、されない垂面配線をおおう絶縁層
    が形成され、前記水平配線上の絶縁層の一部及び前記水
    平配線と接続されない垂直配線上の絶縁層が開孔され、
    この開孔に絶縁層の表面よシ篩いバンプ部分が設けられ
    た第2の垂直配線が形成されていることを特徴とする半
    導体装置。
  2. (2) 半導体基板上に第1の絶縁層が形成され、この
    絶縁層上にトランジスタ等の機能素子が形成され、この
    機能素子以外の領域に半導体基板まで到達ししかも基板
    との間に絶縁層が設けられたdtlの垂直配線が複数個
    形成され、このうちの所望の垂直配線と機能素子とを接
    続する水平配線が形成され、前記機能素子、水平配線、
    この水平配A′がと接続されない垂直配線をおおう絶縁
    層が形成され、前記水平配線上の絶縁層の一部及び前記
    水平配線と接続されない垂直配線上の絶縁層が開孔され
    、との開孔に絶縁層の表面よシ高いバング部分が設けら
    れた第2の垂1亀配線が形成されている半導体装置とこ
    の半導体装置と同じ構造の垂直配線を備えた半導体装置
    とが前記バンプ部分と前記第lの垂直配線との間で酩気
    的に接続されて積層されていることを特徴とする半導体
    装置。
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