JPS62216258A - Three-dimensional built-up integrated circuit - Google Patents

Three-dimensional built-up integrated circuit

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JPS62216258A
JPS62216258A JP5705586A JP5705586A JPS62216258A JP S62216258 A JPS62216258 A JP S62216258A JP 5705586 A JP5705586 A JP 5705586A JP 5705586 A JP5705586 A JP 5705586A JP S62216258 A JPS62216258 A JP S62216258A
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integrated circuit
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dimensional
positioning
substrate
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Yutaka Hayashi
豊 林
Hiroaki Yoshihara
吉原 弘章
Haruyuki Kawachi
河内 治之
Motoi Kono
河野 基
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MITAKA DENSHI KAGAKU KENKYUSHO KK
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
MITAKA DENSHI KAGAKU KENKYUSHO KK
Agency of Industrial Science and Technology
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/46Manufacturing multilayer circuits
    • H05K3/4611Manufacturing multilayer circuits by laminating two or more circuit boards
    • H05K3/4638Aligning and fixing the circuit boards before lamination; Detecting or measuring the misalignment after lamination; Aligning external circuit patterns or via connections relative to internal circuits

Landscapes

  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

PURPOSE:To simplify assembly further, and to prevent displacement in the direction of the mutual planes of two-dimensional integrated circuit layers by partially forming one or more of indentations to a two-dimensional integrated circuit layer substrate and positioning the substrate in the direction of a plane. CONSTITUTION:At least one indentations 11 are shaped to each two-dimensional integrated circuit layer 10. Marks capable of being distinctly discriminated physically geometrically are formed to respective two-dimensional integrated circuit layer 10 in an indentation shape for positioning in the direction of a plane in the indentations 11. The indentations 11 are shaped in blind holes, and acquired through etching treatment from one surfaces to substrates 12 in each two-dimensional integrated circuit layer 10 in general. The mutual positive superposition of the indentations is determined by an optical magnification means or an electrical means as the method of the utilization of the indentations 11 being formed. Accordingly, displacement and the quantity of displacement in the direction of the planes of respective two-dimensional integrated circuit layer 10 can be determined, and the reliability and simplicity of positioning are obtained simultaneously.

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野) 本発明は電子技術分野ないし光電子技術分野における三
次元集積回路に関し、特に、あらかじめ互いに独立に製
造した各二次元集積回路層を組立積層するに際し、互い
の平面方向位置決めに有効な配慮を施した三次元組立集
積回路に関する。
[Detailed Description of the Invention] (Field of Industrial Application) The present invention relates to a three-dimensional integrated circuit in the electronic technology field or optoelectronic technology field, and particularly relates to a method for assembling and stacking two-dimensional integrated circuit layers that have been manufactured independently of each other in advance. , relates to a three-dimensional assembled integrated circuit in which effective consideration is given to mutual positioning in a plane direction.

〈従来の技術〉 各種の半導体素子やジョゼフソン素子、さらには磁気バ
ブル素子等を用い、信号の伝達媒体として電気信号や光
信号、磁気信号等を用いる情報処理技術では、集積度向
上、消費電力の低減化、高速度化、そしてまた多機能化
等々を図って、昨今しきりに三次元集積回路構造に関す
る提案がなされるようになってきた。
<Conventional technology> In information processing technology that uses various semiconductor elements, Josephson elements, even magnetic bubble elements, etc., and uses electric signals, optical signals, magnetic signals, etc. as signal transmission media, it is important to improve the degree of integration and reduce power consumption. In recent years, proposals regarding three-dimensional integrated circuit structures have been frequently made with the aim of reducing the number of circuits, increasing speed, and increasing functionality.

一般論として言えば、そうした三次元集積回路を具体的
な構造部材を用いて実現する際の構築法には、大別して
二つの流れがある。
Generally speaking, there are roughly two types of construction methods for realizing such three-dimensional integrated circuits using specific structural members.

一つは順次積層法と呼べるものである。これは既存のS
OI (シリコン・オン・インシュレータ)技術の概念
を用いる方法であって、ある二次元集積回路層を完成し
たならば、その機能面部分を絶縁層で被覆し、この絶縁
層の上に多結晶シリコン層を形成した後、当該多結晶シ
リコン層をレーザ・アニールにより単結晶化し、この単
結晶化したシリコン層に再び所定の回路構造から成る二
次元集積回路層を完成していくという工程を順に繰返す
ものである。なお、高さ方向の各二次元集積回路層は、
通常、能動層とか機能レベルとも呼ばれ、単にチップと
称されるときもある。
One is what can be called a sequential lamination method. This is the existing S
This method uses the concept of OI (silicon-on-insulator) technology. Once a two-dimensional integrated circuit layer is completed, its functional surface is covered with an insulating layer, and polycrystalline silicon is deposited on top of this insulating layer. After forming the polycrystalline silicon layer, the polycrystalline silicon layer is made into a single crystal by laser annealing, and a two-dimensional integrated circuit layer consisting of a predetermined circuit structure is again completed on this single-crystal silicon layer, and the process is repeated in order. It is something. In addition, each two-dimensional integrated circuit layer in the height direction is
It is usually called the active layer or functional level, and sometimes simply called the chip.

これに対し、もう一つの方法は、別途にそれぞれ独立に
完成させた二次元集積回路層を最後己重ね合せるように
組立ることにより、三次元集積回路を得ようとするもの
で、一括積層法ないし組立法と呼ぶことができ、発表さ
れているものでは代表的にフリップ・チップ法がある。
On the other hand, the other method is to obtain a three-dimensional integrated circuit by assembling the two-dimensional integrated circuit layers, which have been completed separately, so that they overlap each other at the end. It can be called an assembly method, and the flip chip method is a typical method that has been published.

このフリップ・チップ法は、それぞれ表面に所定の回路
機能を得るために各種の回路要素を集積した複数の二次
元集積回路層を最後の組立工程において始めて、ポンデ
ィング・パッドと半田により電気的に接続していくもの
である。
The flip-chip method uses multiple two-dimensional integrated circuit layers, each with various circuit elements integrated to achieve a desired circuit function on its surface, starting in the final assembly step and electrically connected by bonding pads and solder. It is about connecting.

したがってそのためには、隣接する一対の二次元集積回
路層の少なくともいづれか一方には、その物理的な支持
部材となっている基板を貫通し、表面の回路要素形成面
から裏面のポンディング・パッド部分へ電気的な接続を
採るスルー・ホールを必要とする。
Therefore, in order to do this, at least one of a pair of adjacent two-dimensional integrated circuit layers must be formed by penetrating the substrate that serves as its physical support member, from the circuit element forming surface on the front surface to the bonding pad portion on the back surface. requires a through hole to make an electrical connection to.

〈発明が解決しようとする問題点) 上記した順次積層法は、三次元集積回路全体として考え
た場合の回路設計自由度は最も高く、また製品として完
成された後の信頼性にも高いものがあるが、゛順次″と
言う名の通り、各二次元集積回路層を同時には作れない
という木質的な問題を含んでいる。
<Problems to be solved by the invention> The above-mentioned sequential lamination method has the highest degree of freedom in circuit design when considering the three-dimensional integrated circuit as a whole, and also has high reliability after it is completed as a product. However, as the name "sequential" suggests, it involves the inherent problem that each two-dimensional integrated circuit layer cannot be created at the same time.

すなわち、一つの二次元集積回路層を完成させてから始
めて、その上に次の二次元集積回路層を作ることができ
るのであって、ために一つの三次元集積回路として完成
するまでには膨大な時間が掛かる。
In other words, after completing one 2D integrated circuit layer, you can create the next 2D integrated circuit layer on top of it, so it takes a huge amount of time to complete one 3D integrated circuit. It takes a lot of time.

例えば全ての二次元集積回路層が共に同じ構成で良いと
言う最も簡単なモデルを考えてみても、この順次積層法
による限り、一つの二次元集積回路層を製造するのに要
する時間の層数倍は絶対に必要になり、具体的に例えば
中層の三次元集積回路を得るとしたら、おおげさではな
く、その製造には半年以上の製造期間を要するものと思
われる。
For example, even if we consider the simplest model in which all two-dimensional integrated circuit layers can have the same configuration, as long as this sequential lamination method is used, the number of layers required to manufacture one two-dimensional integrated circuit layer is It is absolutely necessary to double the amount, and if we were to specifically obtain, for example, a middle-layer three-dimensional integrated circuit, it would probably take more than half a year to manufacture it, without exaggerating it.

このため、設計から結果が出るまでのいわゆるターン・
アラウンド・タイムが著しく長くなり、効率を極めて悪
化させると共に、長時間の試作を繰返した素子の収率も
相当に悪くなる。
For this reason, the so-called turn process from design to results is
The around time becomes extremely long, resulting in extremely poor efficiency, and the yield of devices that have been repeatedly manufactured over a long period of time becomes considerably poor.

また、当然のことではあるが、一旦作られたらどれか一
層だけを補修しようとしても、これは不可能である。同
じ理屈で一層ないし数層のみが回路構造的に異なる三次
元集積回路を得ようとしても、各層の交換ができないた
めに、仕様ごとに全工程を掛けて作り直す必要があり、
これに関する合理性は側底期待できない。
Also, as a matter of course, it is impossible to repair just one layer once it has been made. Even if we try to obtain a three-dimensional integrated circuit using the same logic with only one or a few layers having a different circuit structure, each layer cannot be replaced, so it is necessary to repeat the entire process for each specification.
There is no hope for rationality in this regard.

これに対し、上記したフリップ・チップ法に代表される
一括積層法ないし組立法は、各二次元集積回路層を同時
並行的に互いに独立に作って置くことができ、したがっ
て一層のみ仕様が異なるような三次元集積回路も、最終
組立工程での選択により比較的簡単に得ることができ、
仕様ごとに変更を要しない層は全て流用できるため、極
めて合理的であるし、製造時間そのものも単一の二次元
集積回路層を形成するに要する時間に最終工程の組立時
間を加えた程度で済むようになる。
On the other hand, with the batch lamination method or assembly method represented by the above-mentioned flip-chip method, each two-dimensional integrated circuit layer can be fabricated simultaneously and independently from each other, so that the specifications of only one layer may differ. Three-dimensional integrated circuits can be obtained relatively easily through selection in the final assembly process.
It is extremely reasonable because all layers that do not require changes can be used for each specification, and the manufacturing time itself is approximately the same as the time required to form a single two-dimensional integrated circuit layer plus the assembly time for the final process. It will be done.

したがってターン・アラウンド・タイムも当然短くなる
し、収率も悪くはないと思われる。
Therefore, the turn-around time is naturally shortened, and the yield is not considered to be bad.

しかし、こうした一括積層法ないし組立法を採用するに
際しては、さらに別な観点から解決しなければならない
問題がある。それは組立工程における各二次元集積回路
層間の平面方向位置決めである。
However, when adopting such a batch lamination method or assembly method, there are problems that must be solved from a different perspective. It is the planar positioning between each two-dimensional integrated circuit layer during the assembly process.

にもかかわらず、従来、この平面方向位置決めについて
正面から議論されたものはない。上記フリップ・チップ
法等では、対応するポンディング面を重ね合せるという
程度のことが報告されているだけであって、どうやって
平面方向に精緻な位置決めを図りながら重ね合せるのか
については何等説明されていない。
However, until now, this positioning in the planar direction has not been directly discussed. In the above-mentioned flip-chip method, etc., it is only reported that the corresponding bonding surfaces are overlapped, but there is no explanation as to how to overlap them while precisely positioning them in the plane direction. .

もっとも、普通に考えられる所からすれば、各二次元集
積回路層を機械的に保持する適当な治具を微動させるこ
とにより、それら重合方向に隣接する二次元集積回路層
相互の平面方向位置決めをなすのであろうが、できれば
こうした各二次元集積回路層そのものに互いの平面方向
位置決め要素が形成されていることが望ましい。
However, from a commonly thought perspective, by slightly moving a suitable jig that mechanically holds each two-dimensional integrated circuit layer, the mutual planar positioning of two-dimensional integrated circuit layers adjacent to each other in the overlapping direction can be achieved. However, it is preferable that each of these two-dimensional integrated circuit layers themselves have mutually positioning elements in the planar direction.

そうであるならば、最終工程における組立はより一層、
簡単化し、特殊な場合には例えば意図的に、ないし製作
公差等により輪郭寸法の異なる二次元集積回路層間でも
所定の位置決めをなした積層組立が可能となる。
If so, the assembly in the final process will be even more
This simplifies the process, and in special cases, it becomes possible to perform stacking assembly with predetermined positioning even between two-dimensional integrated circuit layers having different contour dimensions, for example intentionally or due to manufacturing tolerances.

本発明はまさしくこうした点に鑑みて成されたもので、
それぞれ別個独立に製造できる各二次元集積回路層を組
立工程において積層していく組立法を採用する三次元集
積回路において、重合方向ないし積層方向に隣接する各
二次元集積回路層自体に当該相互の平面方向位置決め要
素を持たせようとするものである。
The present invention was made precisely in view of these points,
In a three-dimensional integrated circuit that employs an assembly method in which two-dimensional integrated circuit layers, which can be manufactured separately and independently, are laminated in an assembly process, each two-dimensional integrated circuit layer adjacent to the other in the overlapping direction or lamination direction has the It is intended to have a positioning element in the planar direction.

ただしもちろん、そうした位置決め要素は、決して不合
理な方法によっては形成されることがなく、また集積化
の妨げともならないようにし、さらに必要ならば、各二
次元集積回路層内の光電変換素子等に機能、動作上の好
影響を与え得るようなものとする。
However, of course, such positioning elements should never be formed by unreasonable methods and should not impede integration, and if necessary, should be used for photoelectric conversion elements etc. in each two-dimensional integrated circuit layer. It should be something that can have a positive impact on functionality and operation.

く問題点を解決するための手段〉 上記目的を達成するため、本発明においては次のような
構成による三次元組立集積回路を提供する。
Means for Solving the Problems> In order to achieve the above object, the present invention provides a three-dimensional assembled integrated circuit having the following configuration.

1) それぞれ別個独立に、あらかじめ自身の基板の上
に二次元集積回路を形成した各二次元集積回路層を複数
層、重合状に組立積層して成る三次元組立集積回路であ
って; 上記各二次元集積回路層には当該二次元集積回路層の物
理的な支持部となる相対的に厚い基板に対し局所的に一
つ以上の窪みを形成し;上記各二次元集積回路層を互い
に重ね合せに組立積層していく際、上記窪みを隣接する
上記二次元集積回路層間での平面方向の位置決め要素と
したこと; を特徴とする三次元組立集積回路。
1) A three-dimensional assembled integrated circuit formed by assembling and laminating a plurality of two-dimensional integrated circuit layers, each of which has been separately and independently formed on its own substrate in advance, in a superimposed manner; The two-dimensional integrated circuit layer has one or more depressions formed locally in a relatively thick substrate that serves as a physical support for the two-dimensional integrated circuit layer; A three-dimensional assembled integrated circuit characterized in that, when the two-dimensional integrated circuit layers are assembled and laminated together, the depression is used as a positioning element in the planar direction between the adjacent two-dimensional integrated circuit layers.

2) それぞれ別個独立に、あらかじめ自身の基板の上
に二次元集積回路を形成した各二次元集積回路層を複数
層、重合状に組立積層して成る三次元組立集積回路であ
って; 上記各二次元集積回路層には当該二次元集積回路層の物
理的な支持部となる相対的に厚い基板に対し局所的に一
つ以上の窪みを形成し;上記各二次元集積回路層を互い
に重ね合せに組立積層していく際、上記窪みを隣接する
上記二次元集積回路層間での平面方向の位置決め要素と
すると共に; 上記隣接する二次元集積回路層に各般けられた上記位置
決め窪みに嵌め入れられるか貫通する位置決め用の補助
部材を設け、該補助部材により隣接する二次元集積回路
層相互の平面方向のずれを機械的に防止したこと; を特徴とする三次元組立集積回路。
2) A three-dimensional assembled integrated circuit formed by assembling and laminating a plurality of two-dimensional integrated circuit layers, each of which has been separately and independently formed into a two-dimensional integrated circuit on its own substrate, in a superimposed manner; The two-dimensional integrated circuit layer has one or more depressions formed locally in a relatively thick substrate that serves as a physical support for the two-dimensional integrated circuit layer; When assembling and stacking the layers together, the recess is used as a positioning element in the planar direction between the adjacent two-dimensional integrated circuit layers; A three-dimensional assembled integrated circuit characterized in that: an auxiliary member for positioning is provided that extends through or passes through the three-dimensional integrated circuit, and the auxiliary member mechanically prevents displacement of adjacent two-dimensional integrated circuit layers in the planar direction.

〈作用および効果〉 本発明によれば、各二次元集積回路層の基板厚を低減す
ることにより得られた窪みを平面方向位置決め要素とし
ている。したがって、窪み自体は盲孔でも透孔でも良い
が、いづれにしてもまず、この位置決め要素の形成それ
自体が容易であるという長所がある。
<Operations and Effects> According to the present invention, the recesses obtained by reducing the substrate thickness of each two-dimensional integrated circuit layer are used as planar positioning elements. Therefore, the recess itself may be a blind hole or a transparent hole, but in any case, the advantage is that the positioning element itself is easy to form.

そしてまた換言すれば、本発明は平面方向位置決めのた
めに物理的、幾何的に顕かに弁別可能な目印を窪みとい
う形で各二次元集積回路層に形成するという必須構成要
件を開示するものであるが、目印として窪みを特定した
のは、それが各種各様の使い方ができ、にもかかわらず
二次元的、三次元的な集積密度等に最少限の影響しか与
えないからである。
In other words, the present invention discloses the essential feature of forming physically and geometrically clearly distinguishable marks in the form of depressions in each two-dimensional integrated circuit layer for planar positioning. However, the reason why we identified depressions as landmarks is because they can be used in a variety of ways, and yet have minimal impact on two-dimensional and three-dimensional accumulation density.

こうしたことは本発明を半導体回路系、ジョゼフソン回
路系、磁気バブル回路系、あるいはまたそれらの組合せ
回路系より成るいづれの三次元組立集積回路に適用する
場合にも、等しく有利とされる点である。
These points are equally advantageous when the present invention is applied to any three-dimensional assembled integrated circuit consisting of a semiconductor circuit system, a Josephson circuit system, a magnetic bubble circuit system, or a combination circuit system thereof. be.

しかるに、本発明により形成される窪みのもっとも簡単
な利用の仕方としては、例えば重ね合せるべき二次元集
積回路層を当該重ね合せ方向から監視し、それら窪み相
互が確かに重なり合っているか否かの判断を光学倍率手
段で視認するか、あるいは意図的に窪みの径と同じかや
や広い径の光ビームを通してその重なり具合を視認によ
り、あるいは電気的手段により判断する方法がある。
However, the simplest way to utilize the depressions formed according to the present invention is, for example, to monitor the two-dimensional integrated circuit layers to be stacked from the stacking direction and determine whether or not the depressions are certainly overlapping each other. There is a method of visually checking the overlap using optical magnification means, or intentionally passing a light beam with a diameter that is the same as or slightly wider than the diameter of the recess, and determining the degree of overlap visually or by electrical means.

特に光ビームを通す手法による場合は、適当な光強度針
を用い、全ての窪みが一列に整合している場合に最大強
度の光が得られることを利用して、各二次元集積回路層
間の平面方向のずれおよびずれ量等を知ることが可能と
なる。この場合、必要に応じては特定の信号パターンで
当該光ビームを変調することもでき、このようにすると
光ビーム強度のいかんにかかわらず、入力側の信号と出
力側の信号強度比較により、高精度かつ高増幅率の比較
増幅器やロック・イン・アンプの援用によって高精度な
平面方向位置合せが可能となる。こうした方法は、窪み
が盲孔であっても透孔であっても変わりなく適用できる
Particularly when using a method of passing a light beam, a suitable light intensity needle is used to take advantage of the fact that the maximum intensity of light is obtained when all the dimples are aligned in a line, and the distance between each two-dimensional integrated circuit layer is measured. It becomes possible to know the deviation in the plane direction, the amount of deviation, etc. In this case, the light beam can be modulated with a specific signal pattern if necessary, and in this way, regardless of the light beam intensity, the signal strength of the input side and the output side can be compared. Highly accurate positioning in the plane direction is possible with the aid of a precision and high amplification comparison amplifier or lock-in amplifier. These methods can be applied regardless of whether the depression is a blind hole or a transparent hole.

さらに本願第二発明によれば、こうした窪みの中に嵌め
入れられるか貫通する補助部材を用いているので、例え
ば補助部材として長尺の棒状部材を選んだ場合には、各
二次元集積回路層にあってそれぞれ位置決め用窪みとし
て用いる透孔に対し、一連に当該棒状部材を貫通させる
ようにしながら各二次元集積回路層を順に組立積層して
いくことができる。
Furthermore, according to the second invention of the present application, since an auxiliary member is used that is fitted into or passes through such a recess, for example, when a long rod-shaped member is selected as the auxiliary member, each two-dimensional integrated circuit layer The two-dimensional integrated circuit layers can be sequentially assembled and laminated by passing the rod-shaped member in series through the through holes used as positioning depressions.

そのため、当該組立が極めて簡単になるのみならず、組
立完了後にあっても各二次元集積回路層が互いに平面方
向にずれるのを防止することができる。
Therefore, not only is the assembly extremely simple, but also it is possible to prevent the two-dimensional integrated circuit layers from shifting from each other in the plane direction even after the assembly is completed.

この場合、当該棒状部材を導電性のものとすれば、これ
を各二次元集積回路層間の電源線路として利用したり、
一部の制御線路として利用することもできる。
In this case, if the rod-shaped member is conductive, it can be used as a power line between the two-dimensional integrated circuit layers,
It can also be used as some control lines.

一方、位置決め用とする窪みに盲孔を選んだ場合には、
補助部材として例えば球状部材とか柱状部材等々を選択
すると、下層側の二次元集積回路層に形成されて上向き
に開口している窪みの中に予めこの補助部材を落とし込
んでおき、それからこの補助部材に対し、上から嵌まり
付くように上層側の二次元集積回路層に形成されて下向
きとなっている窪みを位置付ければ、それで当該隣接す
る二次元集積回路層間の位置決めは自動的になされ、や
はり上記棒状部材を用いたときと同様な便利さが得られ
るし、また位置決めされた後の平面方向のずれもこの補
助部材により、機械的に防止することが可能となる。
On the other hand, if a blind hole is selected as the recess for positioning,
When selecting a spherical member, a columnar member, etc. as the auxiliary member, this auxiliary member is dropped in advance into a recess that is formed in the lower two-dimensional integrated circuit layer and opens upward, and then the auxiliary member is On the other hand, if the depressions formed in the upper two-dimensional integrated circuit layer and facing downward are positioned so as to fit from above, the adjacent two-dimensional integrated circuit layers are automatically positioned. The same convenience as when using the rod-shaped member described above can be obtained, and the auxiliary member can also mechanically prevent displacement in the plane direction after positioning.

ただし窪みが透孔であっても、その壁面がテーパ状断面
に開口した斜面となっているならば、上記補助部材によ
る位置決めは可能である。
However, even if the recess is a through hole, positioning using the auxiliary member described above is possible if the wall surface thereof is an inclined surface with a tapered cross section.

また、ある二次元集積回路層の一生面には隆起ないし突
起を形成して置き、これを上層の二次元集積回路層に形
成した窪み内に収めるようにして位置決めすることもで
きる。
It is also possible to form a protuberance or protrusion on the entire surface of a certain two-dimensional integrated circuit layer, and to position the protrusion or protrusion so as to fit it into a recess formed in the upper two-dimensional integrated circuit layer.

しかるに、一般に上記窪みとして盲孔を得る場合には、
基板に対して通常のエツチング処理を施すことが最も簡
単で精度が高い、この場合、当該盲孔は基板の一面側に
のみ形成されていても良いし、両面側からそれぞれ基板
の内部中央に向かって対を成すように形成されていても
良い0両側に設けた場合には、上記のように補助部材を
用いての位置決めは、ある二次元集積回路層の上下に隣
接して位置する二枚の二次元集積回路層に対して同時に
行なうことができる。
However, generally when obtaining a blind hole as the depression,
It is easiest and most accurate to perform ordinary etching processing on the substrate. In this case, the blind holes may be formed only on one side of the substrate, or they may be etched from both sides toward the center of the inside of the substrate. When provided on both sides, positioning using the auxiliary member as described above may be performed by forming two layers adjacent to each other above and below a certain two-dimensional integrated circuit layer. can be performed simultaneously on two-dimensional integrated circuit layers.

これに対し、窪みとして透孔を選ぶ場合にも、まず盲孔
を作ってからレーザ・ビーム等によりその盲孔の底を抜
いて透孔とすることができる。むしろその方が実用性が
高い。
On the other hand, when a through hole is selected as the recess, a blind hole is first made and then the bottom of the blind hole is extracted using a laser beam or the like to form a through hole. In fact, it is more practical.

しかし、精度の高いマシーニングが可能であるならば、
盲孔であるにしろ透孔であるにしろ、機械的な加工によ
り本発明で規定される窪みを作ることもできる。
However, if highly accurate machining is possible,
The recess defined by the present invention can also be created by mechanical processing, whether it is a blind hole or a through hole.

さらに、上記第一発明、第二発明のいづれによる場合に
も、本発明により規定される窪みを盲孔とした場合には
、当該盲孔が基板の一面側からのみ形成されているか両
面側から等しく基板深さ方向にわたり形成されているか
にかかわらず、この盲孔のある部分での基板厚は必ず低
減し、したがってこの盲孔の底部分に薄層部が形成され
るから、この薄層部を光電変換機能部の形成部位として
利用することで、この種の三次元集積回路の層間情報伝
送上、極めて有意な効果を得ることができる。
Furthermore, in the case of either the first invention or the second invention, if the recess defined by the present invention is a blind hole, the blind hole is formed only from one side of the substrate or from both sides. Regardless of whether they are formed equally across the board depth direction, the board thickness at the part where this blind hole is located is always reduced, and therefore a thin layer is formed at the bottom of this blind hole. By using this as a formation site for a photoelectric conversion function section, extremely significant effects can be obtained in terms of interlayer information transmission in this type of three-dimensional integrated circuit.

光電変換機能部とは半導体レーザや発光ダイオードその
等の発光素子、またはフォトトランジスタやフォトダイ
オードその他の受光素子、さらにはこうした発光素子の
群や受光素子の群のそれぞれ、あるいはそれらの組合せ
から成る集積回路を含む総称である。
A photoelectric conversion function section is an integrated structure consisting of a light emitting element such as a semiconductor laser or a light emitting diode, or a light receiving element such as a phototransistor or photodiode, or a group of such light emitting elements or a group of light receiving elements, or a combination thereof. It is a general term that includes circuits.

このようにすると、まず有利なことに、層間の信号授受
は光で行なうことができ、スルー・ホールやポンディン
グ・パッド等、製造の手間を招き、そもそも二次元集積
密度向上の妨げとなり易い機械的要素の数を大幅に低減
することができる。
This has the advantage of allowing signals to be transmitted and received between layers using light, which eliminates the need for through-holes, bonding pads, and other mechanical devices that require manufacturing effort and tend to impede improvements in two-dimensional integration density in the first place. The number of functional elements can be significantly reduced.

この場合にはもちろん、各二次元集積回路層にあって本
発明により形成される薄層部には光透過性の材料を選ぶ
が、一般にこの種集積回路の形成基層に選ばれる材質は
少なくとも特定の波長に対しては透明となるので、光透
過性云々はそうした波長を選択する問題に転嫁すること
もできる。
In this case, of course, a light-transmitting material is selected for the thin layer portion of each two-dimensional integrated circuit layer formed according to the present invention, but generally the material selected for the forming base layer of this type of integrated circuit is at least specified. Since it is transparent to wavelengths of

もちろん、本願第二発明に従う場合にあって上記のよう
に球状部材とか柱状部材等々、窪みの中に嵌入させる補
助部材を用いるときには、当該補助部材にも少なくとも
適用する光の波長に関しては光透過性の材料を選ぶ必要
があるが、逆にこの補助部材には、機械的なずれ防止要
素としてのみならず、こうした光による情報の授受を行
なう場合、円柱レンズや球面レンズ等の光学的な作用を
持たせることもできる。
Of course, in accordance with the second invention of the present application, when using an auxiliary member such as a spherical member or a columnar member to be fitted into the recess as described above, the auxiliary member also has optical transparency at least with respect to the wavelength of the applied light. It is necessary to select a material for this auxiliary member, but conversely, this auxiliary member is not only used as a mechanical slippage prevention element, but also has an optical function such as a cylindrical lens or spherical lens when transmitting and receiving information by light. You can also have it.

つまり、ある二次元集積回路層の薄層部に形成された発
光素子からの光を収束して次の二次元集積回路層の薄層
部に形成された受光素子に効率良く送る等の機能を営ま
せることができる。もちろん逆に、収束作用は抜きにし
て、ただ単に光ファイバとか光ロッドに類似の作用を営
ませることも可能であり、そうした場合には何も補助部
材は球状や円柱形状に限られることはない。
In other words, the function is to converge light from a light emitting element formed in a thin layer of one two-dimensional integrated circuit layer and efficiently send it to a light receiving element formed in a thin layer of the next two-dimensional integrated circuit layer. can be operated. Of course, conversely, it is also possible to simply make an optical fiber or optical rod perform a similar action without the convergence action, and in such a case, the auxiliary member is not limited to a spherical or cylindrical shape. .

さらに、こうした光情報伝送を行なう場合には、当該薄
層部以外の相対的に厚い基板部分の裏面には光の反射層
や吸収層を設けても良い、このようにすると主として当
該薄層部部分にのみ、光を入射させることができるので
、相対的に厚い基板部分の表面に例えば当該光電変換機
能部の出力信号を処理する信号処理部とかその他通常の
回路系が設けられていても、これらに光が入射してその
動作が妨げられる等の不都合を効果的に防ぐことができ
る。
Furthermore, when performing such optical information transmission, a light reflecting layer or an absorbing layer may be provided on the back surface of a relatively thick substrate portion other than the thin layer portion. Since light can be incident only on a portion of the substrate, even if a signal processing section for processing the output signal of the photoelectric conversion function section or other normal circuit system is provided on the surface of a relatively thick substrate section, for example, Inconveniences such as light entering these and interfering with their operations can be effectively prevented.

同様に薄層部への光入射損失を低減するという意味から
は、窪みの中に屈折率整合媒体を充填すると良い、これ
は補助部材を用いるか否かにかかわりのない問題である
Similarly, in order to reduce the loss of light incident on the thin layer portion, it is preferable to fill the recess with a refractive index matching medium, and this is a problem regardless of whether or not an auxiliary member is used.

上記のように窪みに対応して形成される薄層部の上に光
電変換機能部を形成するということは、当該形成される
光電変換機能部にしてみても有利なことである。
Forming the photoelectric conversion function section on the thin layer section formed corresponding to the depression as described above is advantageous for the photoelectric conversion function section formed.

というのも、従来のように数百脚に及ぶ基板の表面領域
のたかだか数置から数十障程度の表層領域に形成される
よりは、そもそも本発明によって薄くなっている領域に
形成される方が、横方向に隣接する素子との間の絶縁分
離が極めて簡単、確実になるとか、寄生トランジスタや
寄生ダイオードの生成を防いだり、横方向リークの問題
を合理的に避は得る等の望ましい結果が得られるからで
ある。
This is because, in the first place, it is preferable to form in the thinner area according to the present invention, rather than forming in the surface layer area of at most several to tens of layers of the surface area of the substrate, which has hundreds of legs, as in the case of the conventional method. However, desirable results such as making isolation between horizontally adjacent elements extremely simple and reliable, preventing the generation of parasitic transistors and diodes, and rationally avoiding the problem of lateral leakage can be achieved. This is because it can be obtained.

特に、薄層部に形成する光電変換機能部を、基板の光学
バンド・ギャップよりも低いエネルギの光を吸収する発
光素子または(および)受光素子で形成し、当該光は基
板と同材質の薄層部にても一部吸収される程度にすれば
、相当数、積層した二次元集積回路層間で光信号の授受
が行なえるものとなる。ただし薄層部は基板と異なる材
質で形成されていても良い。
In particular, the photoelectric conversion function part formed in the thin layer part is formed with a light emitting element or (and) a light receiving element that absorbs light with an energy lower than the optical band gap of the substrate, and the light is transmitted through a thin layer made of the same material as the substrate. If a portion of the light is absorbed by the layers, optical signals can be exchanged between a considerable number of stacked two-dimensional integrated circuit layers. However, the thin layer portion may be formed of a material different from that of the substrate.

また、特に薄層部に光電変換機能部を形成するという前
提に立たなくても、本発明で言う窪みとして盲孔を選ぶ
ことは有利である。
Further, even if it is not necessary to form a photoelectric conversion function part in a thin layer part, it is advantageous to select a blind hole as the recess referred to in the present invention.

第一に基板強度を低下させる率が少ない。First, the rate of deterioration of substrate strength is low.

第二に、上記のように盲孔であると対応して基板に薄層
部ができるので、この薄層部の上にも薄層部以外の厚い
基板部表面と同様に集積回路用の各種回路要素を作り込
むことができ、したがって本発明の趣旨に沿って位置決
め用窪みを形成してもそのことが平面的な集積密度を低
下させることにならないで済む。換言すれば従来の集積
密度を何等犠牲にすることなく、本発明による位置決め
機能を呈することができる。
Secondly, as mentioned above, since a thin layer is formed on the board corresponding to the blind hole, various types of integrated circuits can be used on this thin layer as well as on the surface of the thick board other than the thin layer. Circuit elements can be built in, and therefore, even if a positioning recess is formed according to the spirit of the present invention, this does not reduce the planar integration density. In other words, the positioning function according to the present invention can be provided without sacrificing the conventional integration density.

なお、本発明により形成された窪みを機械的に利用する
場合のさらに他の手法として、この窪みを横から利用す
るという方法も考えられる。すなわち窪みを含む位置で
各二次元集積回路層をスクライブすると、窪みが割れて
横方向に開口した形となるので、これに一連に位置決め
用補助部材の一種としての支持棒等を横からあてがうよ
うにして一連に通せば、それだけで横方向の各二次元集
積回路層のずれを防止できるだれでなく、当該支持棒を
導電性とすることにより、先の棒状部材に関して述べた
と同様、層間の電極端子として利用することもできる。
In addition, as yet another method for mechanically utilizing the depression formed according to the present invention, a method of using this depression from the side can also be considered. In other words, when each two-dimensional integrated circuit layer is scribed at a position that includes a depression, the depression breaks and becomes open laterally, so a support rod or the like as a type of auxiliary positioning member is applied from the side in series. By making the support rod conductive, it is possible to prevent the two-dimensional integrated circuit layers from shifting in the lateral direction by passing the support rod in series, and as described above with respect to the rod-shaped member, the electrodes between the layers can be prevented. It can also be used as a terminal.

このように、本発明によれば三次元組立集積回路用の位
置決め装置として当該組立に関与しての位置決めの確実
さと簡便さを同時に得られることができる外、要すれば
当該位置決め用窪みを利用しての層間での光による高速
、高信頼性、高スペースファクタの情報授受が行なえ、
しかも薄層部に形成される光電変換機能部の電気的特性
をも向上させ得る等、極めて多岐に及ぶ有意な効果が得
られる。
As described above, according to the present invention, as a positioning device for a three-dimensional assembled integrated circuit, it is possible to simultaneously obtain reliability and ease of positioning involved in the assembly, and if necessary, the positioning recess can be used. Information can be exchanged between layers using light at high speed, with high reliability, and with a high space factor.
Moreover, an extremely wide range of significant effects can be obtained, such as improving the electrical characteristics of the photoelectric conversion functional part formed in the thin layer part.

また、本発明の思想は半導体集積回路にのみ適用される
ものではなく、ジブゼフソン集積回路や磁気バブル集積
回路、およびそれらを混在させた三次元集積回路にもそ
のままに適用できるものである。例えばジョゼフソン素
子を薄層部に形成し、光の入射によりそれをスイッチン
グさせることも可能であるし、当該ジョゼフソン素子を
多数個直列に集積して置けば、一つ一つのスイッチング
電圧はギャップ電圧としてのたかだか数mV程度ではあ
っても、それら多数個のジョゼフソン素子のスイッチン
グによる電圧和をして半導体トランジスタをドライブす
ることも十分に可能であるし、磁気バブル素子に関する
入出力信号を光に変換して信号授受する等も考えられる
Furthermore, the idea of the present invention is not only applicable to semiconductor integrated circuits, but also applicable to Gibzefson integrated circuits, magnetic bubble integrated circuits, and three-dimensional integrated circuits in which these are mixed. For example, it is possible to form a Josephson element in a thin layer and switch it by the incidence of light.If a large number of such Josephson elements are integrated in series, each switching voltage can be adjusted by the gap. Although the voltage is only a few mV at most, it is quite possible to drive a semiconductor transistor by summing the voltage due to the switching of a large number of Josephson elements, and it is also possible to drive the input/output signals related to the magnetic bubble element by optical signals. It is also possible to send and receive signals by converting the data into .

いづれにしても本発明は、この種三次元組立集積回路の
将来にとって基本的な一技術を開示するものであること
、疑いない。
In any case, there is no doubt that the present invention discloses a technology that will be fundamental for the future of this type of three-dimensional assembled integrated circuit.

〈実 施 例) 第1図には本発明に従って構成された望ましい一実施例
としての三次元組立集積回路が示されている。
Embodiment FIG. 1 shows a three-dimensional assembled integrated circuit as a preferred embodiment constructed in accordance with the present invention.

この三次元組立集積回路は、複数層の二次元集積回路層
10が図中、上下方向に組立積層されたものであるが、
各二次元集積回路層1oは従来からのこの種の組立法に
よる場合と同様、それぞれ別個独立にあらかじめ作って
置くことができる。
In this three-dimensional assembled integrated circuit, a plurality of two-dimensional integrated circuit layers 10 are assembled and stacked in the vertical direction in the figure.
Each two-dimensional integrated circuit layer 1o can be prefabricated separately and independently, as in conventional assembly methods of this type.

本発明において特徴的なのは、各二次元集積回路層10
に少なくとも一つの窪み11(図示の場合は各三つ示さ
れている)を形成することである。
What is characteristic about the present invention is that each two-dimensional integrated circuit layer 10
At least one depression 11 (in the illustrated case, three depressions are shown) is formed in each of the depressions 11 .

この第1図示の実施例の場合、窪み11は盲孔となって
おり、また一般に各二次元集積回路層1oの基板12に
対して片面からのエツチング処理によりこれを得た場合
を示している。具体的に例えば当該基板12が最も一般
的なシリコンであり、面指数が(100)である場合、
耐エツチング性マスクに開けた開口からKOHあるいは
ヒドラジン等のアルカリ溶液で当該基板!2をエツチン
グすることにょ面状の壁面13と底14が共に一様な窪
み11が得られる。壁面13や底面14が一様であると
いうことは、後述する理由から望ましいことがある。
In the case of the embodiment shown in the first figure, the recess 11 is a blind hole, and this is generally obtained by etching the substrate 12 of each two-dimensional integrated circuit layer 1o from one side. . Specifically, for example, when the substrate 12 is made of the most common silicon and the plane index is (100),
Apply an alkaline solution such as KOH or hydrazine to the substrate through the opening in the etching-resistant mask! By etching 2, a recess 11 is obtained in which both the rounded wall surface 13 and the bottom 14 are uniform. It may be desirable for the wall surface 13 and the bottom surface 14 to be uniform for reasons described below.

本発明においては、こうした窪みの少なくとも一つを互
いに隣接する各二次元集積回路層10に関する平面方向
位置決め要素として用いる。
In the present invention, at least one of these depressions is used as a planar positioning element for each adjacent two-dimensional integrated circuit layer 10.

各二次元集積回路層10を形成し終わったならば、それ
らに予め所定の位置として形成されている当該窪み11
が高さ方向に沿って伸びる仮想直線上に並び重なるよう
にそれらを組立積層する。
After forming each two-dimensional integrated circuit layer 10, the corresponding depression 11 formed in advance at a predetermined position in the two-dimensional integrated circuit layer 10 is formed.
They are assembled and stacked so that they are arranged and overlapped on an imaginary straight line extending along the height direction.

こうした場合、窪み11が設けられている部分は基板厚
が薄くなって薄層部17が形成されているから、適当な
光学倍率手段を用いての視認によってもそれら窪み11
が所期の通りに重なり合っているか否かを判断すること
ができる。換言すればそうした監視により、各二次元集
積回路層10の間の相対的な平面方向のずれの有無を知
ることができる。
In such a case, since the thickness of the substrate is thinner in the areas where the recesses 11 are provided and the thin layer portions 17 are formed, the recesses 11 can be visually observed using an appropriate optical magnification means.
It can be determined whether or not they overlap as expected. In other words, by such monitoring, it is possible to know whether there is a relative deviation in the planar direction between the two-dimensional integrated circuit layers 10.

ただし、図中において最も左手の窪み11に関し示され
ているように、望ましくは窪み11の断面径と同程度か
やや広めの径の適当な波長の光ビームIBを用いると、
単にずれているか否かの判断だけではなく、要すればそ
のずれ量も知ることができ、より正確に位置決めをなす
ことができる。
However, as shown for the recess 11 on the far left in the figure, if a light beam IB of an appropriate wavelength is used, preferably having a diameter that is about the same as or slightly wider than the cross-sectional diameter of the recess 11,
It is not only possible to simply judge whether or not there is a deviation, but also to know the amount of deviation, if necessary, so that positioning can be performed more accurately.

例えば、図示しない適当な発振器または光源から当該光
ビームIBを高さ方向に照射し、三次元集積回路構造を
抜けさせた所でレンズ系15等により適当に絞った後、
これも公知既存のもので良い光検出器1Bに入射させる
ようにすれば、完全に各二次元集積回路層10の窪み1
1が平面投影で整合しているときには光検出器IBにて
受ける光強度が最高になることを利用して、各二次元集
積回路層1oが平面方向に完全に位置合せされたときを
知ることができる。
For example, the light beam IB is irradiated in the height direction from an appropriate oscillator or light source (not shown), and after passing through the three-dimensional integrated circuit structure, it is appropriately focused by a lens system 15, etc.
If this is made to enter the photodetector 1B, which may also be a known existing one, the depressions 1 of each two-dimensional integrated circuit layer 10 will be completely covered.
It is possible to know when each two-dimensional integrated circuit layer 1o is perfectly aligned in the plane direction by utilizing the fact that when the two dimensional integrated circuit layers 1o are aligned in planar projection, the light intensity received by the photodetector IB is the highest. I can do it.

さらに図示しない適当な測定系により、その強度変化と
ずれ量との相関を採ることもできる。特に当該光ビーム
IBを特定の信号パターンで変調し、その変調分につい
てのみ復調し、ロック・イン・アンプや高精度比較増幅
器を援用して出射側と受光側とでの差異を取れば、用い
る光ビームの波長や強度の如何にかかわらず、相当程度
正確な位置ずれ量を知ることができる。こうした場合、
横方向ずれ量に関する寸法オーダは、少なくとも通常用
いられるこの種基板の厚味(250層程度)に比せば遥
かに高精度になり、素子集積密度オーダであるミクロン
・オーダからさらにはサブ・ミクロン・オーダの領域に
さえ、容易に持ってくることができる。
Further, by using an appropriate measurement system (not shown), it is also possible to measure the correlation between the intensity change and the amount of deviation. In particular, if the optical beam IB is modulated with a specific signal pattern, only that modulated amount is demodulated, and a lock-in amplifier or high-precision comparison amplifier is used to take out the difference between the output side and the reception side. Regardless of the wavelength or intensity of the light beam, it is possible to know the amount of positional deviation with considerable accuracy. In these cases,
The dimensional order regarding the amount of lateral deviation is much higher precision, at least compared to the thickness of this type of substrate (about 250 layers) that is normally used, and it is on the order of micron, which is the element integration density order, and even sub-micron.・It can be easily brought even to the area of ordering.

第1図に示されている実施例の場合には、図中、上から
三枚目までの二次元集積回路層10は、それぞれの窪み
11が下向きに開口するようにされている。
In the case of the embodiment shown in FIG. 1, the three two-dimensional integrated circuit layers 10 from the top in the figure have their respective recesses 11 opening downward.

しかし、−透下の二次元集積回路層lOとその上の二次
元集積回路層10との関係に示されるように、隣接する
一対の二次元集積回路層10.10間で互いの窪み11
,11が向き合うようにしても良いし、さらには第2図
に示される実施例のように、各二次元集積回路層10に
は基板12の両面からそれぞれ基板内部中央に向かって
深さ方向に掘られた窪み11 、11が形成されるよう
にしても良い、第2図に示される場合にも先の第1図に
即して説明した位置決めに関する判断手法はそのまま採
用することができる。もちろん、第1図示の窪み構造を
持つ二次元集積回路層10と第2図示の窪み構造を持つ
二次元集積回路層10は一つの三次元集積回路の中に混
在させることができる。
However, as shown in the relationship between the two-dimensional integrated circuit layer lO below and the two-dimensional integrated circuit layer 10 above it, there is a mutual depression 11 between a pair of adjacent two-dimensional integrated circuit layers 10.10.
, 11 may face each other, or furthermore, as in the embodiment shown in FIG. Digged depressions 11, 11 may be formed. Also in the case shown in FIG. 2, the determination method regarding positioning described above with reference to FIG. 1 can be adopted as is. Of course, the two-dimensional integrated circuit layer 10 having the recess structure shown in the first figure and the two-dimensional integrated circuit layer 10 having the recess structure shown in the second figure can coexist in one three-dimensional integrated circuit.

こうした第1図や第2図に示される実施例では、窪み1
1に盲孔を利用しているため、その底14に対応的に薄
層部17が形成されている。
In the embodiments shown in FIGS. 1 and 2, the recess 1
Since a blind hole is utilized in 1, a thin layer portion 17 is formed correspondingly at the bottom 14 of the hole.

そこでまず言えることは、こうした盲孔を窪み11とし
て用いた場合には、当該薄層部17の表面をも素子集積
領域としてそのまま利用できるということである。
The first thing that can be said is that when such a blind hole is used as the depression 11, the surface of the thin layer portion 17 can also be used as it is as an element integration area.

換言すれば、本発明によって上記のような位置決めを図
っても、その位置決め要素が窪みであるがために、特に
盲孔を窪みとして選んだ場合には、従来において位置決
め手段がなく、基板表面の全てを素子集積領域とし得る
集積回路に比し、何等その集積密度を低下させることが
ないという利点が出る。
In other words, even if the above-mentioned positioning is achieved by the present invention, since the positioning element is a recess, especially when a blind hole is selected as the recess, there is no positioning means in the past, and the positioning element is a recess. Compared to an integrated circuit in which the entire element integration area can be used, this has the advantage that the integration density is not reduced in any way.

しかし、もっと積極的に考えると、この薄層部17を特
に光電変換機能部の形成領域とすることにより、従来構
成では決して得られない効果を得ることができ、本発明
をさらに有効に使うことができる。
However, if we consider this more positively, by making this thin layer part 17 a formation area for the photoelectric conversion function part, it is possible to obtain effects that could never be obtained with the conventional structure, and the present invention can be used more effectively. I can do it.

光電変換機能部とは、先に作用および効果の項で説明し
たように、各種の発光素子や受光素子、それらの集合や
組合せから成る構造体の総称であるが、図示の場合は簡
単のため、模式的に単一の素子で示したように、それぞ
れに形成される薄層部17に例えば受光素子18や発光
素子18を形成することができる。
As explained in the section on functions and effects, the photoelectric conversion function section is a general term for various light-emitting elements, light-receiving elements, and structures made up of sets and combinations of them. As schematically shown as a single element, for example, a light receiving element 18 and a light emitting element 18 can be formed in the thin layer portions 17 formed respectively.

このようにすると、ある薄層部17に形成された発光素
子18が発した光による情報光信号Isを、その上下に
位置する二次元集積回路層10の位置的に対応する薄層
部17に設けた受光素子18がこれを受は取り、その二
次元集積回路層lOの中での信号処理に役立てる等の動
作が可能となり、有線電気信号によらない各二次元集積
回路層間の情報授受が行なえるため、ボンディング・パ
ッド等、面積を食う機械要素の数をなくすか減らすこと
ができる。
In this way, the information optical signal Is generated by the light emitted by the light emitting element 18 formed in a certain thin layer section 17 is transmitted to the thin layer section 17 that corresponds to the position of the two-dimensional integrated circuit layer 10 located above and below it. The provided light-receiving element 18 receives and receives the light, and it becomes possible to perform operations such as assisting in signal processing within the two-dimensional integrated circuit layer 10, and information exchange between the two-dimensional integrated circuit layers without using wired electrical signals is possible. This allows the number of area-consuming mechanical elements, such as bonding pads, to be eliminated or reduced.

特に、図示しないが各二次元集積回路層が太陽電池等の
専用電源を有する場合には、層間電源線路さえ、不要に
できる場合がある。この場合、各二次元集積回路層は、
例えばその縁部において直ぐ上に位置する二次元集積回
路層の縁部よりも横方向に突出するようにし、全体とし
て段々畑形状ないし階段形状を構成するようにしておけ
ば、その階段形状の上向き面にそれぞれの暦月の太陽電
池を形成することで、それら全ての太陽電池への入射光
量を均一化でき、ある層の太陽電池が他の二次元集積回
路層の太陽電池の出力よりも極端に小さくなってしまう
というような不都合を避けることができる。
In particular, if each two-dimensional integrated circuit layer has a dedicated power source such as a solar cell (not shown), even an interlayer power supply line may be unnecessary. In this case, each two-dimensional integrated circuit layer is
For example, if the edge of the two-dimensional integrated circuit layer is made to protrude laterally beyond the edge of the two-dimensional integrated circuit layer located immediately above, and the entire structure is configured in the shape of a terrace or a staircase, the upward facing surface of the staircase shape can be formed. By forming solar cells for each calendar month in 2D layers, the amount of light incident on all the solar cells can be equalized, so that the output of solar cells in one layer is more extreme than that of solar cells in other 2D integrated circuit layers. Inconveniences such as becoming smaller can be avoided.

このようにした場合、本発明による層間位置決めは極め
て有効に作用する。何とならば、従来のように適当な治
具を用いて重ね合せるべき各二次元集積回路層を平面方
向で位置決めする手法では、実質的に各二次元集積回路
層の横幅が異なってしまうため、上の層を保持する治具
が下の層の表面を傷付ける等のおそれもあり、極めて難
しくなってしまうが、本発明によればそうした危険は全
くないからである。
In this case, the interlayer positioning according to the present invention works extremely effectively. This is because, in the conventional method of positioning the two-dimensional integrated circuit layers to be stacked in a plane direction using an appropriate jig, the widths of the two-dimensional integrated circuit layers essentially differ. There is a risk that the jig holding the upper layer may damage the surface of the lower layer, which would make it extremely difficult, but according to the present invention, there is no such risk at all.

また仮に、上記の光信号Isの授受に関し、従来のよう
に厚い基板のまま、これをなそうとすると、当該厚い基
板での光損失が無視し得なくなるが、本発明のように薄
層部17が形成されている領域を利用すれば、その損失
程度を大きく低減することができる。
Furthermore, if the above-mentioned transmission and reception of the optical signal Is were to be carried out using a thick substrate as in the past, the optical loss in the thick substrate would become unignorable. By utilizing the region where 17 is formed, the degree of loss can be greatly reduced.

ただしもちろん、損失は少なければ少ないだけ良いので
、多くの層に亘って一つの発光素子18の発した情報光
信号Igが共に供給されていくようにするには、例えば
薄層部17を形成する材料の光学的なバンド・ギャップ
よりも小さなエネルギの長波長光に応答するような材料
で各受光素子18を作成すれば良い。
However, of course, the smaller the loss, the better. Therefore, in order to supply the information optical signal Ig emitted by one light emitting element 18 to many layers, for example, a thin layer section 17 is formed. Each light receiving element 18 may be made of a material that responds to long wavelength light with energy smaller than the optical band gap of the material.

また、窪み11の存在によって生ずる空間には、例えば
屈折率整合媒体20を充填すると、ここでの損失も抑え
ることができる。これは既述した位置決め測定の際の光
ビームIBに関しても場合によっては有効な手段となる
Moreover, if the space created by the presence of the depression 11 is filled with, for example, a refractive index matching medium 20, loss therein can also be suppressed. This may be an effective means in some cases for the light beam IB used in the positioning measurement described above.

さらに第2図中に示したように、薄@917の両面にそ
れぞれ光電変換素子18または18を形成することもマ
きる。
Furthermore, as shown in FIG. 2, photoelectric conversion elements 18 or 18 can be formed on both sides of the thin layer 917, respectively.

なお、具体例として、望ましい発光素子18を得るのに
は、薄層部17の材料がシリコンである場合、それにヘ
テロ・エピタキシャル成長により、AIP、11;aP
、GaAs等の発光性化合物半導体を成長させることが
考えられる。特に例えば、当該発光素子18をGaAs
系の素子とし、波長825n■の光を発生させるように
した場合、薄層部17の厚味を5〜10jlff1程度
にすると、五層から土層程度の間での光信号Isの授受
が可能となる。
As a specific example, in order to obtain the desired light emitting element 18, when the material of the thin layer portion 17 is silicon, AIP, 11;
It is conceivable to grow a light-emitting compound semiconductor such as , GaAs, or the like. In particular, for example, the light emitting element 18 may be made of GaAs.
When using a system element to generate light with a wavelength of 825n■, if the thickness of the thin layer 17 is set to about 5 to 10jlff1, it is possible to send and receive the optical signal Is between the 5th layer and the soil layer. becomes.

また上記のような材質の発光素子を得るには、高くても
800℃から低ければ800℃程度の間での成長温度し
か要さないので、基板12において厚いまま残っている
部分の表面にあらかじめMO3集積回路等の通常の集積
回路21が形成されていた場合にも、それら回路21の
特性を損ったり、物理的、熱的な損傷を与えたりしない
で済む。
Furthermore, in order to obtain a light-emitting element made of the above-mentioned material, only a growth temperature between 800°C at the highest and about 800°C at the lowest is required. Even if ordinary integrated circuits 21 such as MO3 integrated circuits are formed, the characteristics of these circuits 21 will not be impaired or physical or thermal damage will be caused.

さらにまた、先のように、厚い基板部分上の集積回路2
1が形成される部分よりも光学バンド・ギャップの狭い
材料で薄層部17の光電変換機能部を形成し、信号光と
して長波長光を選べば、当該信号光が仮に集積回路21
の部分に散乱されたとしてもその影響を抑えることがで
きる。具体的には結晶シリコン系の集積回路21に対し
てInGaAs系材料を光電変換機能部に選ぶ等がある
Furthermore, as before, the integrated circuit 2 on the thick substrate portion
If the photoelectric conversion function part of the thin layer part 17 is formed of a material with an optical band gap narrower than that of the part in which 1 is formed, and long wavelength light is selected as the signal light, then the signal light can be temporarily transferred to the integrated circuit 21.
Even if it is scattered in the area, the effect can be suppressed. Specifically, for the crystalline silicon-based integrated circuit 21, an InGaAs-based material is selected for the photoelectric conversion function portion.

これに対し、図示はしていないが、相対的に厚い基板部
12と薄層部17とを始めから異なる材料製とすること
もできる。これは既存のSOS (サファイア・オン・
シリコン)技術等を適用した場合に相当する。すなわち
基板12をサファイアとし、薄層部をシリコンとして形
成するのである。
On the other hand, although not shown, the relatively thick substrate portion 12 and the thin layer portion 17 may be made of different materials from the beginning. This is the existing SOS (Sapphire on
This corresponds to the case where silicon technology, etc. is applied. That is, the substrate 12 is made of sapphire and the thin layer portion is made of silicon.

この他、GaP基板12の上に、それよりも光学バンド
・ギャップの狭い材料例として、Si 、 GaAs等
の半導体薄膜を成長させ、これを薄層部17とすること
等もできる。
In addition, it is also possible to grow a semiconductor thin film such as Si or GaAs on the GaP substrate 12 as an example of a material with a narrower optical band gap than the GaP substrate 12, and use this as the thin layer portion 17.

特に発光素子18としては、例えばAIとGaの組成比
の異なるAlC1aAs膜の交互多層構造またはAlG
aAg膜とGaAs膜との交互多層構造から成る垂直発
振型レーザ等を選ぶと、幾何的な配置構成を特別に勘案
しなくても各層基板と垂直方向の光信号Isが簡単に得
られるし、上下両方向への光信号送信も必然的に可能と
なるので有利である。
In particular, as the light emitting element 18, for example, an alternating multilayer structure of AlC1aAs films having different composition ratios of AI and Ga, or an AlG
If you choose a vertical oscillation laser or the like that has a multilayer structure of alternating aAg films and GaAs films, you can easily obtain an optical signal Is in the direction perpendicular to each layer of the substrate without having to take special consideration of the geometric arrangement. This is advantageous because optical signal transmission in both the upward and downward directions is naturally possible.

なお、後述の各実施例においても、このように薄層部1
7に光電変換機能部を形成する場合には、光学バンド・
ギャップについての記載等々、上記の各種配慮はそのま
まに適用することができるし、既述した通り、各二次元
集積回路jiJ10に集積される回路系は半導体素子系
に限らず、ジョゼフソン回路系、磁気バブル回路系、さ
らにはそれらの組合せ回路系等であって良い。
Note that in each of the embodiments described later, the thin layer portion 1 is
When forming a photoelectric conversion function section in 7, the optical band
The various considerations mentioned above, such as the description of the gap, can be applied as they are, and as mentioned above, the circuit system integrated in each two-dimensional integrated circuit jiJ10 is not limited to the semiconductor element system, but can also be applied to Josephson circuit systems, etc. It may be a magnetic bubble circuit system or a combination circuit system thereof.

また、位置決めして重ね合せた二次元集積回路層相互を
、如何にして機械的に接着するかは本発明がこれを直接
に規定するものではない、適当なる接着剤を援用しても
良いし、圧着法等を採用しても良い。
Furthermore, the present invention does not directly specify how to mechanically bond the two-dimensional integrated circuit layers that have been positioned and stacked one on top of the other; any suitable adhesive may be used. , crimping method, etc. may be employed.

第3図には本発明によって規定される窪み11を透孔と
し、かつ第二発明に即して位置決め補助部材を使用した
場合の実施例が示されている。
FIG. 3 shows an embodiment in which the recess 11 defined by the present invention is a through hole and a positioning auxiliary member is used in accordance with the second invention.

位置決め補助部材はこの場合、細径の棒状部材22であ
り、例えば最も下の基板12に一端が埋設固定され、他
端を上方鉛直方向に伸ばしている。
In this case, the positioning auxiliary member is a rod-shaped member 22 with a small diameter, and for example, one end is embedded and fixed in the lowermost substrate 12, and the other end extends upward in the vertical direction.

最も下の基板に対して順に組立積層される各二次元集積
回路層10には、位置的に対応させて透孔より成る窪み
11が形成されており、当該透孔の最も狭い所の径は棒
状部材22の径とほぼ同じ程度とされている。
In each two-dimensional integrated circuit layer 10 that is assembled and laminated in order on the lowest substrate, a depression 11 consisting of a through hole is formed in a positionally corresponding manner, and the diameter of the narrowest point of the through hole is as follows. The diameter is approximately the same as the diameter of the rod-shaped member 22.

こうした構造を各二次元集積回路層10の組立工程にお
いて用いる手法は図中から既に顕かであるが、最下層の
基板12に対し、各棒状部材22に自身に形成した位置
決め用透孔11を通すようにしながらまず第一番目の二
次元集積回路層lOを重ね、さらにその上に第二の二次
元集積回路層10を同様の手順で重ねていくという工程
を繰返せば良い。
The method of using such a structure in the assembly process of each two-dimensional integrated circuit layer 10 is already obvious from the figure, but with respect to the bottom layer substrate 12, each rod-shaped member 22 has a positioning hole 11 formed therein. What is necessary is to repeat the process of first overlapping the first two-dimensional integrated circuit layer 10 while passing it through, and then overlapping the second two-dimensional integrated circuit layer 10 thereon in the same manner.

こうした構造において、透孔11は既述のエツチングに
より形成された盲孔の底を抜くような形で形成すると便
利であるし、また機能的にも望ましい。何とならば、こ
のようにして形成した透孔11は下向きにテーバする斜
面状壁面13を有するようにできるので、上記組立工程
に際し、棒状部材22へのスムースな嵌め付けの案内と
してこの斜面状壁面13を利用できるからである。ただ
しこれは限定的ではなく、精度さえ良ければ適当な機械
加工によっても良い。
In such a structure, it is convenient and functionally desirable to form the through hole 11 in such a manner as to punch out the bottom of the blind hole formed by etching as described above. The reason is that the through hole 11 formed in this way has a downwardly tapered sloped wall surface 13, so that this sloped wall surface can be used as a guide for smooth fitting to the rod-shaped member 22 during the above assembly process. This is because 13 can be used. However, this is not limiting, and appropriate machining may be used as long as the accuracy is good.

また、最下層の基板12には集積回路が形成されておら
ず、単に物理的な強度十分な支持基板となっていても良
い。
Further, the bottom layer substrate 12 may not have an integrated circuit formed thereon, and may simply serve as a supporting substrate with sufficient physical strength.

もちろん、先に第2図に示したように、盲孔11.11
が基板両側から形成された構造において、当該一対の盲
孔間に掘り残された薄層部17を例えばレーザ・ビーム
により除去する等して透孔を得た二次元集積回路層10
も、同様にこの第3図の構造に適用することができる。
Of course, as shown in Figure 2 earlier, the blind hole 11.11
In the structure in which the holes are formed from both sides of the substrate, the two-dimensional integrated circuit layer 10 has a through hole obtained by removing the thin layer portion 17 left between the pair of blind holes using, for example, a laser beam.
can also be applied to the structure shown in FIG. 3 in the same way.

この第3図では、簡単のため、各基板表面ないし両面に
形蔵される集積回路は図示していないが、薄層部がない
のでこの上に各種素子や集積構造を形成できないことを
除き、他の配慮については先掲の実施例に関する説明を
援用することができるし、図中、盲孔11°で示される
ように、本発明による位置決め用窪みということからは
関係のない窪みを盲孔とすれば、これにより対応的に形
成される薄層部17°に関しては既述の薄層部17に基
づく種々の説明がそのまま適用できる。
In FIG. 3, for the sake of simplicity, integrated circuits that are built on the surface or both sides of each substrate are not shown, except that it is not possible to form various elements or integrated structures thereon because there is no thin layer. Regarding other considerations, the explanation regarding the above-mentioned embodiment can be referred to, and as shown by the blind hole 11° in the figure, a recess which is not related to the positioning recess according to the present invention is used as a blind hole. Therefore, various explanations based on the thin layer portion 17 described above can be applied as is to the thin layer portion 17° formed correspondingly.

また、この補助部材22の特殊な使い方として、これを
導電製材料から形成し、居間の電源または信号の連絡線
路とすることが考えられる。これは図中、最上層に仮想
線で示したように、導電面Cに対して半田Sにより棒状
部材22の電気的な接続が採られていることで例示され
ている。
Further, as a special use of this auxiliary member 22, it is possible to form it from a conductive material and use it as a power supply or signal communication line in the living room. This is exemplified by the fact that the rod-shaped member 22 is electrically connected to the conductive surface C by solder S, as shown by the imaginary line in the top layer in the figure.

なお、通常の位置決め理論の通り、平面的に見て互いに
離間した少なくとも三つの補助部材ないし棒状部材22
があれば、平面内xY両方向に関する位置決めを行なう
ことができる。
In addition, according to the normal positioning theory, at least three auxiliary members or rod-shaped members 22 are spaced apart from each other when viewed from above.
If there is, positioning can be performed in both x and y directions within the plane.

第4図に示される各実施例は、さらに補助部材として異
なる形態のものを使用した実施例である。
Each of the embodiments shown in FIG. 4 is an embodiment in which different types of auxiliary members are used.

同図(A)に示される実施例においては、各二次元集積
回路層10には先に述べられているように基板12の両
側から盲孔11,11が形成されているものが用いられ
ており、隣接する一対のみが図示されている。
In the embodiment shown in FIG. 2A, each two-dimensional integrated circuit layer 10 has blind holes 11, 11 formed from both sides of the substrate 12, as described above. Only one adjacent pair is shown.

特徴的なのは、隣接する一対の二次元集積回路層10.
10にあってその隣接面に臨む互いの盲孔11.11を
向かい合せに整合させた時、それらによって生ずる空洞
内に望ましくは丁度嵌まり込む球状部材23を挿入して
いることである。
What is characteristic is that a pair of adjacent two-dimensional integrated circuit layers 10.
When the mutual blind holes 11.11 in 10 facing on their adjacent sides are aligned face-to-face, a spherical member 23 is inserted which preferably just fits into the cavity created by them.

盲孔11,11は既述のようにエツチングによって一様
な斜度の斜面状壁面13を有するものが望ましいが、こ
のようになっていると、下側の当該位置決め用盲孔11
内にあらかじめ球状部材23をその径の半分程、落とし
込んで置き、その上から上層の二次元集積回路層10を
被せ、当該上側二次元集積回路層10の対応する下向き
盲孔11の中にこの球状部材23のほぼ上半分を嵌め入
れるようにすれば、それぞれの盲孔の斜面状壁面13.
13によって自動整合的に位置決めを図ることができる
It is desirable that the blind holes 11, 11 have a sloped wall surface 13 having a uniform slope by etching as described above.
The spherical member 23 is placed in advance by dropping it to about half its diameter, and the upper two-dimensional integrated circuit layer 10 is placed over it, and the spherical member 23 is placed in the corresponding downward blind hole 11 of the upper two-dimensional integrated circuit layer 10. By fitting approximately the upper half of the spherical member 23, the sloped wall surface 13 of each blind hole.
13, positioning can be achieved in an automatic alignment manner.

これは第4図(B)に示されるように、球状部材 b 23に代え、円柱状部材24を横に寝かせて補助部材と
して用いた場合にも同様の効果が得られる。
As shown in FIG. 4(B), the same effect can be obtained when the cylindrical member 24 is used as an auxiliary member by lying on its side instead of the spherical member b 23.

これら第4図(A)、(B)のいづれの実施例の場合に
も、重なり合った一対の互いに隣接する二次元集積回路
層10.10の間で完全にがた付きがないようにするに
は、当然、補助部材23 、24の周面ないし端縁の一
部に、それぞれの上下両盲孔11,11の斜面状壁面1
3.13の一部が全てぴったりと接触することであるが
、実際にはこれは難しい要請である。これら補助部材2
3 、24は一般に化学的ないし機械的な手段によって
形成されるが、完全に盲孔11.11を重ね合せた時に
できる空胴の径と同じ径ないし半径のものは作り得ない
からである。
In both of the embodiments shown in FIGS. 4(A) and 4(B), it is necessary to completely prevent rattling between a pair of overlapping two-dimensional integrated circuit layers 10 and 10 that are adjacent to each other. Naturally, the slanted wall surface 1 of the upper and lower blind holes 11, 11 is formed on a part of the peripheral surface or edge of the auxiliary members 23, 24.
3.13 parts are all in tight contact, but in practice this is a difficult requirement. These auxiliary members 2
3 and 24 are generally formed by chemical or mechanical means, but it is impossible to make one having the same diameter or radius as the cavity created when the blind holes 11 and 11 are completely overlapped.

しかし、例えば当該空胴内での補助部材23.24の当
該がた付き程度をサブ・ミクロン・オーダ以下に抑える
ことなら既存の技術をしても比較的容易にできるので、
その程度のオーダでのずれ量は許容することができる。
However, for example, it is relatively easy to suppress the degree of wobbling of the auxiliary members 23 and 24 within the cavity to below the sub-micron order, even with existing technology.
A deviation amount on that order can be tolerated.

むしろ、若干のがたが見込まれる程度に各補助部材の寸
法を設計した方が実際にはより望ましい。何故なら、仮
に補助部材の寸法が大き過ぎた場合には、顕かに隣接す
る一対の二次元集積回路層10.10の間に“浮き”を
招いたり、薄層部17゜17を損傷したりするおそれが
あるからである。特に薄層部17.17に既述のように
集積回路や光電変換機能部を作り込む場合にはこれは大
きな問題となる。
Rather, it is actually more desirable to design the dimensions of each auxiliary member to such an extent that some looseness can be expected. This is because, if the size of the auxiliary member is too large, it may cause "lifting" between a pair of adjacent two-dimensional integrated circuit layers 10.10 or damage the thin layer portions 17.17. This is because there is a risk of In particular, this becomes a big problem when an integrated circuit or a photoelectric conversion function section is built into the thin layer section 17.17 as described above.

また、こうした観点からすると、第4図(^)に示され
る球状部材23を用いるよりは、第4図(B)に示され
る円柱状部材24の方が有利なことがある。球状部材2
3はその鉛直方向上下両頂点の部分でそれぞれ薄層部1
7に近接するか接触するため、当該薄層部17を損傷し
易いのに対し、円柱状部材24の場合には、窪み11と
して図示のように斜面状壁面13を持つ窪み11を用い
る限り、必ずその上下周面と薄層部17との間には空間
余裕が生じ、直接には接触することがないからである。
Further, from this point of view, it may be more advantageous to use the cylindrical member 24 shown in FIG. 4(B) than to use the spherical member 23 shown in FIG. 4(^). Spherical member 2
3 is the thin layer portion 1 at both the top and bottom apexes in the vertical direction.
However, in the case of a cylindrical member 24, as long as a recess 11 having a sloped wall surface 13 as shown in the figure is used as the recess 11, This is because there is always a space between the upper and lower circumferential surfaces and the thin layer portion 17, and they do not come into direct contact with each other.

こうした第4図(A)、(B)に示、される実施例の場
合、先に述べたように薄層部17に光電変換機能部を形
成し、各二次元集積回路層lOのそれらの間で光信号I
gの授受を行なうときには、位置決め補助部材23 、
24を光学的な要素として使うこともできる6例えば一
種の収束レンズ効果を得ることができ、したがって発光
素子18の発した光信号Igの散乱を抑えて対応する受
光素子18へ入力させる手助けとすることができる。
In the case of the embodiments shown in FIGS. 4(A) and 4(B), the photoelectric conversion function portion is formed in the thin layer portion 17 as described above, and the photoelectric conversion function portion is formed in the thin layer portion 17 as described above. Optical signal I between
When transferring g, the positioning auxiliary member 23,
24 can also be used as an optical element 6. For example, it is possible to obtain a kind of converging lens effect, thus suppressing the scattering of the optical signal Ig emitted by the light emitting element 18 and helping to input it to the corresponding light receiving element 18. be able to.

が、こうした収束作用をまでは必要としない場合には、
もちろん、当該補助部材としては任意の形状のものを用
いることができ、第4図(B)に示される実施例のよう
に円柱状部材24を用いるにしても、これを立てに使う
こともできる。
However, if such a convergence effect is not necessary,
Of course, any shape can be used as the auxiliary member, and even if the cylindrical member 24 is used as in the embodiment shown in FIG. 4(B), it can also be used as a stand. .

さらに、薄層部17に光電変換機能部を形成する場合、
既述のように補助部材23.24を収める空洞内には屈
折率整合媒体20を充填して光損失を有効に低減させて
良いし、またこの屈折率整合媒体20を各補助部材23
 、24に関する、ひいては前二次元集積回路層10.
10またはそれらの薄層部17.17に関するクッショ
ンとして使うこともできる。ただし、前二次元集積回路
層10.10の間には、さらに別途なりッション材を挟
み込んでも良い。
Furthermore, when forming a photoelectric conversion function part in the thin layer part 17,
As described above, the cavities housing the auxiliary members 23 and 24 may be filled with the refractive index matching medium 20 to effectively reduce optical loss.
, 24 and thus the previous two-dimensional integrated circuit layer 10.
10 or their laminates 17, 17 can also be used as cushions. However, a separate cushioning material may be further sandwiched between the previous two-dimensional integrated circuit layers 10.10.

り既に既存の技術をして成形可能であり、特に昨今研究
されているように、将来的に宇宙空間での成形に成功す
れば、真珠に極めて近い球状部材や半径精度の極めて高
い円柱状部材等も得られるので、本発明に適用するのに
より好都合なものとなる。
It is already possible to mold using existing technology, and if molding in space is successful in the future, as has been studied in recent years, it will be possible to create spherical parts that are extremely similar to pearls and cylindrical parts with extremely high radius precision. etc. can also be obtained, making it more convenient to apply to the present invention.

もちろん、補助部材を用いる個所は平面的に複数個所と
するのが普通であるし、薄層部17に集積回路を形成す
る必要のない場合には、これを除去した透孔としても、
この補助部材を援用しての位置決めは可能である。
Of course, it is normal to use auxiliary members at multiple locations on a plane, and if there is no need to form an integrated circuit in the thin layer portion 17, a through hole may be used instead of the auxiliary member.
Positioning is possible with the aid of this auxiliary member.

第4図(C)は、補助部材を基板表面に形成した隆起部
材25とした実施例を示している0例えば図示のように
、最下層の基板12の表面にその上に重ねる二次元集積
回路層lOに形成した窪み(薄層部17が必要であるか
に否かにより透孔でも盲孔でも良い) 11の中に嵌ま
り込む隆起部材25を形成し、その上端周縁面が当該窪
み11の壁面13に接触するか1向することで位置決め
を図る。
FIG. 4(C) shows an embodiment in which the auxiliary member is a raised member 25 formed on the surface of the substrate. For example, as shown in the figure, a two-dimensional integrated circuit is stacked on the surface of the lowermost substrate 12. A raised member 25 is formed in the layer 10 (a transparent hole or a blind hole may be used depending on whether or not the thin layer portion 17 is required), and the upper peripheral surface of the raised member 25 fits into the hollow 11. Positioning is achieved by contacting or facing the wall surface 13 of.

この実施例の場合にも、最下層基板12は単に物理的な
三次元構造の支持基板とする他、積極的にこれに集積回
路を構成しても良いし、薄層部が必要ならば図中、仮想
線111で示すように適当に窪み形成し、対応する薄層
部17°゛を形成すれば良い、したがってこれはまた、
この隆起部材25による構造を中間層にも適用できるこ
とを意味している。した場合には当然、先の屈折率整合
媒体20等は、同様にこれを援用することができる。
In the case of this embodiment as well, the bottom layer substrate 12 is not only used as a support substrate for a physical three-dimensional structure, but also an integrated circuit may be actively configured thereon, and if a thin layer is required, In the middle, as shown by the imaginary line 111, it is sufficient to form an appropriate depression and form a corresponding thin layer portion 17°.
This means that the structure using the raised member 25 can also be applied to the intermediate layer. In this case, of course, the above-mentioned refractive index matching medium 20 etc. can be similarly used.

特殊な場合、例えば窪み11の壁面に導電性膜が付され
ていれば、これら一対の窪み11により向かい合って形
成される空洞内に配される補助部材23 、24を導電
性材料としたり、あるいは溶けた半田球等にすることに
より、これを層間の電源または信号の連絡線路部材とし
て利用するとか、さらには機械的な固定手段として利用
することも可能である。
In special cases, for example, if a conductive film is attached to the wall surface of the recess 11, the auxiliary members 23 and 24 arranged in the cavity formed by the pair of recesses 11 facing each other may be made of conductive material, or By making it into a molten solder ball, it can be used as a connecting line member for power or signals between layers, or even as a mechanical fixing means.

第5図に示される実施例は、位置決め補助部材を各二次
元集積回路層lOの基板12の側方からあてがうことに
より、平面方向位置合せを図ったものである。
In the embodiment shown in FIG. 5, alignment in the planar direction is achieved by applying positioning auxiliary members from the sides of the substrate 12 of each two-dimensional integrated circuit layer IO.

一般に各二次元集積回路層lOは、一枚のウェハ30か
ら第5図(A)に仮想線で示されるようなスクライブ線
31に沿って切り出されることが多い。したがって、複
数個を適当個所に退出間隔で配した窪み11の群の中、
一つの二次元集積回路層の縁部に位置する窪み11を一
連に含むようにスクライブすれば、第5図CB)に示さ
れるように、その窪み11は横方向に割られ、必要なら
ばさらにその上の薄層部を除去することにより、横方向
に開口した窪み11とすることができる。
Generally, each two-dimensional integrated circuit layer lO is often cut out from a single wafer 30 along a scribe line 31 as shown by a virtual line in FIG. 5(A). Therefore, in a group of recesses 11 in which a plurality of recesses are arranged at appropriate locations at intervals of withdrawal,
If a series of depressions 11 located at the edge of one two-dimensional integrated circuit layer are scribed, the depressions 11 are laterally divided and further scribed if necessary, as shown in FIG. 5CB). By removing the thin layer above it, a recess 11 that opens laterally can be formed.

そのため、当該第5図(B)に示されているように、各
二次元集積回路層の各辺部に沿って横方向に開口したこ
の窪み11を本発明で定義される位置決め用の窪み11
とし、これに対して横喰え状に補助部材としての積層方
向に伸びる棒状部材2Bを噛ませれば、既述の各実施例
と同様に、本発明に即した所期の位置決めを行なうこと
ができる。
Therefore, as shown in FIG. 5(B), the recesses 11 opened laterally along each side of each two-dimensional integrated circuit layer are used as positioning recesses 11 defined in the present invention.
If a rod member 2B extending in the stacking direction as an auxiliary member is bitten against this in a side-biting manner, the desired positioning according to the present invention can be performed in the same way as in each of the above-mentioned embodiments. .

また、こうした実施例では、これも既述のように、やは
り当該棒状部材28を層間の電源線路または信号線路と
して利用することもできる。
Further, in such an embodiment, the rod-shaped member 28 can also be used as an interlayer power supply line or signal line, as described above.

もちろん、図示のように窪み11が周期的な配置とされ
ているのは、本発明の位置決め用窪みとして用いない他
の窪みに関しては、それらにより形成される薄層部を電
気的に良好な特性の得られる回路集積部として有効に利
用しようとするためである。
Of course, the reason why the recesses 11 are arranged periodically as shown in the drawing is because other recesses that are not used as positioning recesses of the present invention have good electrical properties. This is to effectively utilize the obtained circuit integrated portion.

既に述べたように、例えば本発明による窪み11を盲孔
とし、その結果形成される薄層部!7を特に光電変換機
能部の形成領域として利用する場合、単一の素子を形成
するよりは複数の素子をこの領域に形成した方が、さら
にこの薄層部を有効利用できる。これを証するため、−
例としてフォト・ダイオード・アレイを組んだ場合を第
6図に示しておく。
As already mentioned, for example, the recess 11 according to the invention may be a blind hole and the resulting thin layer! In particular, when 7 is used as a region for forming a photoelectric conversion function section, this thin layer section can be used more effectively by forming a plurality of elements in this region rather than forming a single element. To prove this, −
As an example, FIG. 6 shows a case where a photodiode array is assembled.

図示の場合には、薄層部17の一方向に沿って断面あた
り三個の接合形成領域40が集積されており、この接合
形成領域40の一つあたりに構成される光電変換部分は
単位の光電変換素子(実質的にはダイオード)42とな
っていて、それぞれ適当な位置に形成されたコンタクト
を介し、薄層部表面にて配線層4Gで直列にされること
により、全体として光電変換機能部44を構成している
。もちろん、この直列回路の両端は基板表面の絶縁膜4
5の上に配された引き出し配線層47に接続されている
In the illustrated case, three junction formation regions 40 are integrated per cross section along one direction of the thin layer portion 17, and the photoelectric conversion portion configured per one of the junction formation regions 40 is a unit of The photoelectric conversion elements (substantially diodes) 42 are connected in series with the wiring layer 4G on the thin layer surface through contacts formed at appropriate positions, so that the entire photoelectric conversion function is achieved. 44. Of course, both ends of this series circuit are connected to the insulating film 4 on the substrate surface.
It is connected to a lead-out wiring layer 47 disposed on top of the wiring layer 5 .

それぞれの単位光電変換素子42を形成するための接合
形成領域40は、例えば半導体として選んだ薄層部!7
と整流性接合を形成し得る材料製であれば良いが、この
場合、薄層部17は基板12と材質が同じでp型、整流
性接合形成領域40はn中型となっている。
The junction formation region 40 for forming each unit photoelectric conversion element 42 is, for example, a thin layer portion selected as a semiconductor! 7
In this case, the thin layer portion 17 is made of the same material as the substrate 12 and is p-type, and the rectifying junction forming region 40 is n-medium type.

しかるに、こうした集積回路において本発明による窪み
11に対応して形成された薄層部17を用いることが最
も有効という理由は、単位光電変換素子42の隣接する
もの同志の間に設けられた分離部41に論拠する。
However, the reason why it is most effective to use the thin layer portion 17 formed corresponding to the recess 11 according to the present invention in such an integrated circuit is that the separation portion provided between adjacent unit photoelectric conversion elements 42 is most effective. The argument is based on 41.

すなわち、この分離部41は、この種の分離技術に見ら
れる通り、平面的には枠型に配置され、各単位光電変換
素子42を取囲むようになるが、断面的には通常のよう
に厚い基板の深さ途中で止まるものではなく、図示のよ
うに薄層部17の上から下まで完全に抜は切った形にす
ることができる。
That is, as seen in this type of separation technology, this separation section 41 is arranged in a frame shape in a plan view and surrounds each unit photoelectric conversion element 42, but in cross section it is arranged in a frame shape as usual. The cutout does not stop midway through the depth of the thick substrate, but can be cut out completely from the top to the bottom of the thin layer portion 17 as shown in the figure.

この分離部ないし貫通部41は、図示の場合、半導体基
板12と逆導電型のn中型であるが、もちろん、半導体
基板の導電型が逆になれば、この分離部の導電型も逆に
なる。シリコン中に浸透させたアルミニウムは金属シリ
サイドを構成でき、n型シリコンに対しては整流性を有
するので、半導体基板12がn型である場合には、分離
部41をこのシリサイド製としても良く、このことから
逆に、整流性接合形成領域40としてもこのシリサイド
は使うことができる。
In the illustrated case, this separation part or penetration part 41 is an n-medium type of conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate 12, but of course, if the conductivity type of the semiconductor substrate is reversed, the conductivity type of this separation part will also be reversed. . Aluminum infiltrated into silicon can constitute metal silicide and has rectifying properties for n-type silicon, so if the semiconductor substrate 12 is of n-type, the separation part 41 may be made of this silicide, Therefore, conversely, this silicide can also be used as the rectifying junction forming region 40.

しかしいづれにしても、このように分離部41を完全に
上下に抜けるように形成できるということは、従来のよ
うに分離部の下を回り込んでの寄生トランジスタや寄生
ダイオードの生成を根本から防止できることを意味して
いる。逆に、分離部41を完全に貫通させ得る薄層[I
11?の寸法tfは、通常の基板厚250犀に対し、1
00層以下、望ましくは40層程度以下とすれば良い。
However, in any case, the fact that the isolation part 41 can be formed so that it passes completely vertically in this way fundamentally prevents the generation of parasitic transistors and parasitic diodes that go around under the isolation part as in the conventional method. It means that you can. On the contrary, a thin layer [I
11? The dimension tf is 1 for a normal board thickness of 250 mm.
The number of layers may be 00 or less, preferably about 40 or less.

ついでながら、表面寄生チャネルを防止するため、およ
び薄層部17とのコンタクトを良好にするためには、薄
層部17の表面にあって分離部41と接合形成領域40
との間に適当な深さのP中型領域43を形成すると良い
Incidentally, in order to prevent surface parasitic channels and to improve contact with the thin layer section 17, it is necessary to remove the separation section 41 and the junction forming region 40 on the surface of the thin layer section 17.
It is preferable to form a P medium-sized region 43 with an appropriate depth between the two.

また、基板12の裏面側で薄層部17を除いた部分に例
示されているように、光反射膜または光吸収膜48を形
成すると、既述のように隣接した二次元集積回路層との
間で光信号の授受を行なう場合、当該光信号を光電変換
機能部44にのみ与え、引き出し配線層47に接続され
る図示されていない回路系には入力させないようにする
という要請に容易に応え得る。したがって光学バンド・
ギャップ上の対策を立てない場合には、特にこの方法は
有効であり、既述した他の実施例においても同様に採用
できる手法である。
Furthermore, if a light reflecting film or a light absorbing film 48 is formed on the back surface side of the substrate 12 except for the thin layer portion 17, as described above, it is possible to form a light reflecting film or a light absorbing film 48 on the back side of the substrate 12, excluding the thin layer portion 17. When transmitting and receiving optical signals between the two, it is easy to meet the request to provide the optical signals only to the photoelectric conversion function section 44 and not input them to a circuit system (not shown) connected to the extraction wiring layer 47. obtain. Therefore, the optical band
This method is particularly effective when no countermeasures are taken for the gap, and can be similarly adopted in the other embodiments described above.

なお、薄層部17に受光素子を形成する場合、そのスペ
クトル感度を薄層部17の厚味によって調整することも
できる。
In addition, when forming a light receiving element in the thin layer part 17, the spectral sensitivity can also be adjusted by the thickness of the thin layer part 17.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明に従って構成された三次元組立集積回路
の望ましい一実施例の概略構成図、第2図は本発明によ
り形成される窪みの形を変えた実施例の概略構成図、第
3図は位置決め補助部材を使用した本発明実施例として
の三次元組立集積回路の概略構成図、第4図および第5
図は本発明に従うさらに他の位置決め手法ないし他の実
施例の説明図、第6図は本発明により附随的に形成する
ことができる薄層部に光電変換素子の集積構造を形成す
る場合の一例の概略構成図、である。 図中、10は二次元集積回路層、11は窪み、12は基
板、13は窪みの壁面、14は窪みの底、17は薄層部
、18は受光素子、18は発光素子、20は屈折率整合
媒体、21は適当なる集積回路、22,23,24゜2
5 、26は位置決め用の補助部材、40は接合形成領
域、42は単位の光電変換素子、44は全体としての光
電変換機能部、48は光反射または光吸収膜、である。
FIG. 1 is a schematic block diagram of a preferred embodiment of a three-dimensional assembled integrated circuit constructed according to the present invention, FIG. 2 is a schematic block diagram of an embodiment in which the shape of the recess formed according to the present invention is changed, and FIG. Figures 4 and 5 are schematic configuration diagrams of a three-dimensional assembled integrated circuit as an embodiment of the present invention using positioning auxiliary members.
The figure is an explanatory diagram of still another positioning method or another embodiment according to the present invention, and FIG. 6 is an example of forming an integrated structure of photoelectric conversion elements in a thin layer part that can be formed incidentally according to the present invention. FIG. In the figure, 10 is a two-dimensional integrated circuit layer, 11 is a depression, 12 is a substrate, 13 is a wall of the depression, 14 is a bottom of the depression, 17 is a thin layer, 18 is a light receiving element, 18 is a light emitting element, and 20 is a refracting element. rate matching medium, 21 is a suitable integrated circuit, 22, 23, 24°2
5 and 26 are auxiliary members for positioning, 40 is a bonding region, 42 is a unit photoelectric conversion element, 44 is a photoelectric conversion function unit as a whole, and 48 is a light reflection or light absorption film.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1)それぞれ別個独立に、あらかじめ自身の基板の上に
二次元集積回路を形成した各二次元集積回路層を複数層
、重合状に組立積層して成る三次元組立集積回路であっ
て; 上記各二次元集積回路層には当該二次元集積回路層の物
理的な支持部となる相対的に厚い基板に対し局所的に一
つ以上の窪みを形成し;上記各二次元集積回路層を互い
に重ね合せに組立積層していく際、上記窪みを隣接する
上記二次元集積回路層間での平面方向の位置決め要素と
したこと; を特徴とする三次元組立集積回路。 2)それぞれ別個独立に、あらかじめ自身の基板の上に
二次元集積回路を形成した各二次元集積回路層を複数層
、重合状に組立積層して成る三次元組立集積回路であっ
て; 上記各二次元集積回路層には当該二次元集積回路層の物
理的な支持部となる相対的に厚い基板に対し局所的に一
つ以上の窪みを形成し;上記各二次元集積回路層を互い
に重ね合せに組立積層していく際、上記窪みを隣接する
上記二次元集積回路層間での平面方向の位置決め要素と
すると共に; 上記隣接する二次元集積回路層に各設けられた上記位置
決め窪みに嵌め入れられるか貫通する位置決め用の補助
部材を設け、該補助部材により隣接する二次元集積回路
層相互の平面方向のずれを機械的に防止したこと; を特徴とする三次元組立集積回路。
[Scope of Claims] 1) A three-dimensional assembled integrated circuit formed by assembling and laminating a plurality of two-dimensional integrated circuit layers in a superimposed manner, each of which has separately and independently formed a two-dimensional integrated circuit on its own substrate. In each of the two-dimensional integrated circuit layers, one or more depressions are locally formed in a relatively thick substrate that serves as a physical support for the two-dimensional integrated circuit layers; A three-dimensional assembled integrated circuit characterized in that, when the integrated circuit layers are assembled and laminated one on top of the other, the recess is used as a positioning element in the planar direction between the adjacent two-dimensional integrated circuit layers. 2) A three-dimensional assembled integrated circuit formed by assembling and laminating a plurality of two-dimensional integrated circuit layers in a superimposed manner, each of which has previously formed a two-dimensional integrated circuit on its own substrate; The two-dimensional integrated circuit layer has one or more depressions formed locally in a relatively thick substrate that serves as a physical support for the two-dimensional integrated circuit layer; When assembling and stacking the layers together, the recess is used as a positioning element in the planar direction between the adjacent two-dimensional integrated circuit layers; and the recess is fitted into the positioning recess provided in each of the adjacent two-dimensional integrated circuit layers. A three-dimensional assembled integrated circuit characterized in that: an auxiliary member for positioning is provided that extends through or passes through the three-dimensional integrated circuit, and the auxiliary member mechanically prevents displacement of adjacent two-dimensional integrated circuit layers in the planar direction.
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JPH02302072A (en) * 1989-05-16 1990-12-14 Nissan Motor Co Ltd Manufacture of semiconductor device

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56134743A (en) * 1980-03-26 1981-10-21 Sharp Corp Semiconductor device of film carrier type
JPS5843554A (en) * 1981-09-08 1983-03-14 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor device

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