JPS6155255B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、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に示すように、パワー素子部１０３と
制御部１０２とが１枚のチツプ１０１内に２次元
的に配列されている。このため、チツプ面積が大
きくなるという欠点をもつている。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、
パワー部から遠い部分で、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、チツプ
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ため
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ツ
プの一方面側にのみ形成されているため、配線の
可能な回路素子の密度には限界があつた。

本発明の目的は同一のチツ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つた半導
体集積回路装置を提供することにある。

かゝ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、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、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、本発明半導体集積回路装置を実施例とし
て示した図面により詳細に説明する。

第２図は本発明の第１の実施例で、１は一方の
主表面１１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、５１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５２を
貫通して接続する均熱部材、９は接続部材６及び
均熱部材８が半導体層２及び配線５２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
路素子をMOS型素子とした時の例えばポリシリ
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７
１との間に形成した第４の部分３４及び均熱板７
１と半導体層２との間に形成した第５の部分３５
とから成つている。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とから成つている。

かゝる構成の半導体集積回路装置によれば、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上に均熱板７
１，７２を設けたゝめ、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。従つて、同一半
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の間に設けた均熱板７
１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。従つ
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に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、よつて
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に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法により形成し、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
れに類似したものゝ膜を蒸着法で形成し、それ
をフオトエツチングで所望の配線パターンに整
形することによつて得られる。

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、600℃程
度の温度でSiをデポジシヨンするので、配線に
Al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をデポジシヨンする。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、レーザーアニーリング等
により多結晶Si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Si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
前で500Å位、アニール後で3000Å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。

(10) 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ヨンし、接
続部材６を形成する。

(11) 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。

(12) 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。

(13) 均熱板７１と７２とを接続するための貫通
孔に対応する部分の絶縁層４の第４の部分４
４、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
をデポジシヨンして均熱部材８を形成する。

(14) 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３図は本発明の他の実施例を示すもので、第
３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に制御部をもつた半導
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層になつているが、これ
がさらに多層となつ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２Ａ間及び第２の半
導体層２Ｂ上にそれぞれ均熱板７１，７２を設
け、それらを均熱部材８で接続してある。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、この様に制御部を多層にすることにより、さ
らにチツプ面積の縮小と、実装密度の向上を計る
ことができる。

第３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２Ａ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２Ａ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
に何層か選んで均熱板を設けることにより、放熱
効果・均熱効果・シールド効果をより高めること
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５１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１
４上に配置し、配線５１，５２相互を接続する接
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を例に採つて説
明したが、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
説明するための概略図、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。

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。