JPS63213943A - Three-dimensional semiconductor integrated circuit - Google Patents

Three-dimensional semiconductor integrated circuit

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JPS63213943A
JPS63213943A JP4850887A JP4850887A JPS63213943A JP S63213943 A JPS63213943 A JP S63213943A JP 4850887 A JP4850887 A JP 4850887A JP 4850887 A JP4850887 A JP 4850887A JP S63213943 A JPS63213943 A JP S63213943A
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silicon layer
film
single crystal
silicon
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Mitsuo Matsunami
松浪 光雄
Masayoshi Koba
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Abstract

PURPOSE:To design a circuit easily by connecting a circuit element formed to a lower- layer semiconductor single crystal layer and a circuit element shaped to an upper-layer semiconductor single crystal layer through a through-hole formed to the upper layer semiconductor single crystal layer by an electrode layer. CONSTITUTION:MOS.FETs 4, 4 are shaped to the upper surface of a first silicon layer 1, a contact hole 13 is formed in an insulating film 11 for protection, the whole surface is coated with a polyimide film layer 12, MOS.FETs 4, 4 are also shaped to a second silicon layer 2, and the hole 13 is formed and the whole surface is coated with an insulating film 14. A protective substrate 15 is stuck onto the upper surface of the insulating film 14, the polyimide film layer 12 is formed onto a lower surface, these film, substrate and layer are superposed and bonded, and the protective substrate 15 is removed. A third silicon layer 3 to which MOS.FETs 4, 4 are shaped is bonded with the upper layer of the second silicon layer 2, the upper surface of the layer 3 is coated with a polyimide film layer 12, a contact hole 23 is bored, and an electrode pad 24 is formed. The MOS.FETs 4... separately shaped to each silicon layer 1, 2, 3 are connected by buried metallic layers 20 in holes 13. Accordingly, a circuit is designed easily.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、回路素子が形成される半導体単結晶層を多層
構造とした三次元半導体集積回路に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a three-dimensional semiconductor integrated circuit in which a semiconductor single crystal layer on which circuit elements are formed has a multilayer structure.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

近年、二次元半導体集積回路の高密度化が限界に達しつ
つあることから、三次元半導体集積回路の開発が進めら
れている。三次元半導体集積回路は、二次元半導体集積
回路に比べ、回路素子をさらに高密度に集積することが
できるだけでなく、情報の並列処理が容易となり、処理
速度がより高速化され、しかも、さらに多機能化を図る
ことができるという利点を有している。
In recent years, as the density of two-dimensional semiconductor integrated circuits is reaching its limit, three-dimensional semiconductor integrated circuits are being developed. Compared to two-dimensional semiconductor integrated circuits, three-dimensional semiconductor integrated circuits not only allow circuit elements to be integrated at a higher density, but also facilitate parallel processing of information, resulting in faster processing speeds. It has the advantage of being highly functional.

このような三次元半導体集積回路は、従来、次のような
工程で製造していた。例えばシリコン半導体を用いる場
合、まず所定の回路素子及び電極が形成されたシリコン
ウェハの上面を絶縁層で被覆し、その上に低温気相成長
法等により多結晶シリコン膜を成長させる。次に、この
多結晶シリコン膜をレーザ又は電子ビーム等を用いて部
分的に溶融再結晶化させ、この結晶化した部分に上層の
回路素子を形成する。そして、その回路素子に電極等を
形成した後、上面を再び絶縁層で被覆し、必要な層数だ
けこの工程を繰り返す。
Such three-dimensional semiconductor integrated circuits have conventionally been manufactured through the following steps. For example, when using a silicon semiconductor, first the upper surface of a silicon wafer on which predetermined circuit elements and electrodes are formed is covered with an insulating layer, and a polycrystalline silicon film is grown thereon by low-temperature vapor phase growth or the like. Next, this polycrystalline silicon film is partially melted and recrystallized using a laser or an electron beam, and upper layer circuit elements are formed in the crystallized portions. After forming electrodes and the like on the circuit element, the upper surface is again covered with an insulating layer, and this process is repeated as many times as necessary.

なお、上記の従来技術は周知のものであり、例えば、工
業調査会発行の「電子材料j 1987年1月号の第4
4頁乃至第51頁等に開示されている。
The above-mentioned conventional technology is well known, and for example, it is described in "Electronic Materials J, January 1987 issue, No. 4," published by Kogyo Kenkyukai.
It is disclosed on pages 4 to 51, etc.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

ところが、このように製造された従来の三次元半導体集
積回路では、多結晶シリコン膜にレーザ又は電子ビーム
等の小さなスポットを照射して溶融再結晶を行わせるこ
とにより上層の回路素子を形成する単結晶領域を得るの
で、次のような問題点が生じていた。
However, in conventional three-dimensional semiconductor integrated circuits manufactured in this way, upper layer circuit elements are formed by melting and recrystallizing a polycrystalline silicon film by irradiating a small spot such as a laser or electron beam. Obtaining a crystalline region has caused the following problems.

■ 溶融再結晶が急激に行われるために、結晶性が悪く
結晶方位等が一定にならない。このため、素子の特性に
バラツキが多くなるので、回路設計が容易でなくなり、
また、歩留まりを低下させる原因にもなる。
■ Because melt recrystallization occurs rapidly, crystallinity is poor and crystal orientation is not constant. For this reason, there are many variations in the characteristics of the elements, making circuit design difficult.
It also causes a decrease in yield.

■ 厚い層を単結晶化させることは容易でないので、通
常、単結晶領域の界面を利用してMOS・FET等の素
子を形成しており、バルクが十分に利用できずバイポー
ラトランジスタ等の形成が困難である。
■ Since it is not easy to make a thick layer into a single crystal, devices such as MOS/FET are usually formed using the interface of the single crystal region, and the bulk cannot be fully utilized, making it difficult to form bipolar transistors, etc. Have difficulty.

■ 全面を均一な単結晶領域とすることは容易でなく、
結晶粒界等が生じるため、素子の高密度化が困難である
■ It is not easy to make the entire surface a uniform single crystal region;
Due to the occurrence of crystal grain boundaries, etc., it is difficult to increase the density of the device.

■ 所定箇所にレーザ又は電子ビーム等を順次照射して
溶融再結晶化させるので、多数のウェハを一括して処理
することができず、製造に長時間を要し、生産性が悪く
なり、またプロセスの開発も複雑化し困難となってコス
トダウンの障害となる。
■ Because a laser or electron beam, etc. is sequentially irradiated to a predetermined location to melt and recrystallize it, it is not possible to process many wafers at once, which results in long manufacturing times, poor productivity, and Process development becomes complicated and difficult, which becomes an obstacle to cost reduction.

(問題点を解決するための手段〕 本発明に係る三次元半導体集積回路は、上記の問題点を
解決するために、回路素子が形成された下層半導体単結
晶層の上層に、別個に回路素子が形成された下層半導体
単結晶層を接着し、かつ、上層半導体単結晶層にスルー
ホールを設け、このスルーホールを介して下層半導体単
結晶層に形成された回路素子と上層半導体単結晶層に形
成された回路素子とを電極層にて接続したことを特徴と
している。
(Means for Solving the Problems) In order to solve the above-mentioned problems, the three-dimensional semiconductor integrated circuit according to the present invention has circuit elements separately added to the upper layer of the lower semiconductor single crystal layer in which the circuit elements are formed. The lower semiconductor single crystal layer formed with is bonded, and a through hole is provided in the upper semiconductor single crystal layer, and the circuit element formed in the lower semiconductor single crystal layer and the upper semiconductor single crystal layer are connected through the through hole. It is characterized in that the formed circuit elements are connected through an electrode layer.

〔作 用〕[For production]

本発明に係る三次元半導体集積回路の製造方法を説明す
る。
A method for manufacturing a three-dimensional semiconductor integrated circuit according to the present invention will be explained.

各層を構成する半導体単結晶層は、従来からのCZ法又
はFZ法によって形成される結晶性の良好なシリコンウ
ェハ等が用いられる。下層及び上層半導体単結晶層への
回路素子の形成は、従来と同様の方法で各層ごとに個別
に行われる。そして、まず、上層半導体単結晶層の所定
箇所にスルーホールを開口する。次に、下層半導体単結
晶層の上層の所定位置に上層半導体単結晶層を接着する
、なお、上下の半導体単結晶層を接着後、上層半導体単
結晶層にスルーホールを開口することもできる。最後に
、上層半導体単結晶層の上面及びスルーホール内に所定
パターンの電極層を形成して、上層半導体単結晶層に形
成された回路素子と下層半導体単結晶層に形成された回
路素子との間の必要箇所を接続する。
As the semiconductor single crystal layer constituting each layer, a silicon wafer or the like with good crystallinity formed by the conventional CZ method or FZ method is used. Formation of circuit elements on the lower and upper semiconductor single crystal layers is performed individually for each layer using a conventional method. First, through holes are opened at predetermined locations in the upper semiconductor single crystal layer. Next, an upper semiconductor single crystal layer is bonded to a predetermined position above the lower semiconductor single crystal layer. Note that after bonding the upper and lower semiconductor single crystal layers, a through hole may be opened in the upper semiconductor single crystal layer. Finally, an electrode layer with a predetermined pattern is formed on the upper surface of the upper semiconductor single crystal layer and in the through holes to connect the circuit elements formed in the upper semiconductor single crystal layer and the circuit elements formed in the lower semiconductor single crystal layer. Connect the necessary points in between.

上記のようにして、2層の三次元半導体集積回路が形成
されると、゛今度はこの上層半導体単結晶層を下層半導
体単結晶層として、同様の工程によりさらにその上層に
新たな上層半導体単結晶層を接着し、これを繰り返すこ
とにより3層以上の三次元半導体集積回路を構成するこ
とができる。
When a two-layer three-dimensional semiconductor integrated circuit is formed as described above, ``This upper layer semiconductor single crystal layer is now used as a lower layer semiconductor single crystal layer, and a new upper layer semiconductor single crystal layer is added above it by the same process. By bonding the crystal layers and repeating this process, a three-dimensional semiconductor integrated circuit having three or more layers can be constructed.

〔実施例1〕 本発明の一実施例を第1図乃至第10図に基づいて説明
すれば、以下の通りである。
[Embodiment 1] An embodiment of the present invention will be described below based on FIGS. 1 to 10.

本実施例は、第1層目である下層半導体単結晶層として
p型(100)ウェハからなる第1シリコン層1を用い
、第1層に対しては上層となり第3層に対しては下層と
なる第2層目の半導体単結晶層としてn型(100)ウ
ェハからなる第2シリ°コン層2を用い、第3層目の上
層半導体単結晶層としてn型(100)ウェハからなる
第3シリコン層3を用い、かつ、各半導体単結晶層を接
着するための接着層としてポリイミドフィルムを用いた
MOS −FETによる三次元半導体集積回路について
のものである。
In this embodiment, a first silicon layer 1 made of a p-type (100) wafer is used as the lower semiconductor single crystal layer which is the first layer, and the first silicon layer 1 is an upper layer for the first layer and the lower layer is for the third layer. The second silicon layer 2 made of an n-type (100) wafer is used as the second semiconductor single crystal layer, and the second silicon layer 2 made of an n-type (100) wafer is used as the third upper layer semiconductor single crystal layer. The present invention relates to a three-dimensional semiconductor integrated circuit using a MOS-FET using a silicon layer 3 and a polyimide film as an adhesive layer for bonding each semiconductor single crystal layer.

この三次元半導体集積回路の製造工程を説明すると、ま
ず、第2図に示すように、第1シリコン層1の上面所定
箇所にnチャンネルのMOS−FET4・4を設ける。
To explain the manufacturing process of this three-dimensional semiconductor integrated circuit, first, as shown in FIG. 2, n-channel MOS-FETs 4 are provided at predetermined locations on the upper surface of the first silicon layer 1.

MOS−FET4は、第1シリコン層1の上面を覆い所
定箇所に窓を開口した絶縁膜5と、第1シリコン層1内
の表層におけるこの窓の両端部に形成されそれぞれソー
ス及びドレインとなるn型の拡散層6・6と、絶縁膜5
の窓全体を覆うように形成されたゲート酸化膜7と、こ
のゲート酸化膜7の中央上面にのみ形成されたゲート多
結晶シリコン膜8と、これらの上面を覆った保護用絶縁
膜9と、所定パターンの配線型+110とで構成され、
さらにその上面全面を覆うように保護用絶縁膜11が形
成されている。絶縁膜5は、熱酸化法又は低温気相成長
法等により形成されたSin、又はSiN等の膜であり
、まず第1シリコン層1の上面全面に形成してからフォ
トエツチング技術、選択エツチング技術等によりゲート
酸化膜7・7を形成する部分の窓を開口する。そして、
熱酸化等により薄いゲート酸化膜7を形成する。ゲート
多結晶シリコン膜8は、低温気相成長法等により形成さ
れた多結晶シリコン膜であり、フォトエツチング技術、
選択エツチング技術により所定パターンに形成される。
The MOS-FET 4 includes an insulating film 5 that covers the upper surface of the first silicon layer 1 and has a window at a predetermined location, and an insulating film 5 that is formed at both ends of this window in the surface layer of the first silicon layer 1 and serves as a source and a drain, respectively. The mold diffusion layers 6 and 6 and the insulating film 5
a gate oxide film 7 formed to cover the entire window; a gate polycrystalline silicon film 8 formed only on the central upper surface of this gate oxide film 7; and a protective insulating film 9 covering these upper surfaces. Consists of a predetermined pattern of wiring type +110,
Further, a protective insulating film 11 is formed to cover the entire upper surface. The insulating film 5 is a film of Sin, SiN, etc. formed by a thermal oxidation method or a low-temperature vapor phase growth method, and is first formed on the entire upper surface of the first silicon layer 1 and then etched by a photoetching technique or a selective etching technique. A window is opened in the portion where the gate oxide films 7, 7 are to be formed. and,
A thin gate oxide film 7 is formed by thermal oxidation or the like. The gate polycrystalline silicon film 8 is a polycrystalline silicon film formed by low-temperature vapor phase epitaxy, etc., and is formed by photoetching technology,
It is formed into a predetermined pattern by selective etching technology.

拡散層6は、このゲート多結晶シリコン膜8及び絶縁膜
5をマスクとして、イオン注入法、熱拡散法等を利用し
て第1シリコン層1内にn型不純物を選択拡散すること
により形成される。保護用絶縁膜9は、低温気相成長法
等により形成される5iOz、SiN等の膜である。配
線電極10を形成する膜は、この保護用絶縁膜9及びゲ
ート酸化膜7における各拡散層6の形成箇所の中央上方
に位置する部分にフォトエツチング技術、選択エツチン
グ技術によりコンタクト穴を開口しておき、保護用絶縁
膜9及びコンタクト穴の上面全面を覆うようにスパッタ
法、電子ビーム蒸着法、または低圧CV D (Che
mical Vapour Deposition)法
等により形成されたA I、Mo5W、WSi2、Mo
5iz又はTiSi、等の材料からなる導電膜であり、
フォトエツチング技術、選択エツチング技術により所定
パターンに形成され、MOS −FET4のソース電極
又はドレイン電極等となる。保護用絶縁膜11は、低温
気相成長法等により形成されたSiO□等の膜であり、
後の第2シリコン層2の接着が確実に行われるように、
エッチバンク法等の平坦化技術により表面を平滑にされ
ている。
The diffusion layer 6 is formed by selectively diffusing n-type impurities into the first silicon layer 1 using the gate polycrystalline silicon film 8 and the insulating film 5 as a mask using an ion implantation method, a thermal diffusion method, or the like. Ru. The protective insulating film 9 is a film of 5iOz, SiN, etc. formed by low temperature vapor phase growth or the like. The film forming the wiring electrode 10 is formed by forming a contact hole in the protective insulating film 9 and the gate oxide film 7 in a portion located above the center of the formation location of each diffusion layer 6 by photo-etching technology or selective etching technology. Then, sputtering, electron beam evaporation, or low pressure CVD (Che
AI, Mo5W, WSi2, Mo formed by the vapor deposition method etc.
A conductive film made of a material such as 5iz or TiSi,
It is formed into a predetermined pattern by photo-etching technology or selective etching technology, and becomes the source electrode or drain electrode of the MOS-FET 4. The protective insulating film 11 is a film of SiO□ or the like formed by low-temperature vapor phase epitaxy or the like.
To ensure the subsequent adhesion of the second silicon layer 2,
The surface is smoothed using a flattening technique such as an etch bank method.

次に、第3図に示すよ・うに、後にスルーホールの位置
に対応した保護用絶縁膜11の所定位置にコンタクト孔
13を形成してから、この保護用絶縁膜11及び孔13
の上面全面にポリイミドフィルムIEJ12を被覆する
。このポリイミドフィルム層12は、接着層として用い
られるものであり、通常は200℃〜250℃程度の温
度で硬化を終了するが、後の接着のためにここでは80
℃程度に加熱して半硬化の状態にしておく。
Next, as shown in FIG. 3, after forming a contact hole 13 at a predetermined position of the protective insulating film 11 corresponding to the position of the through hole, this protective insulating film 11 and the hole 13 are formed.
A polyimide film IEJ12 is coated on the entire upper surface of the sample. This polyimide film layer 12 is used as an adhesive layer, and usually finishes curing at a temperature of about 200°C to 250°C, but here it is cured at a temperature of 80°C for later adhesion.
Heat it to about ℃ and leave it in a semi-hardened state.

また、第2シリコン層2にも、第4図に示すように、第
1シリコンitと同様の工程でM OS・FET4・4
を設ける。ただし、第2シリコン層2はn型半導体なの
で、拡散層6にはn型不純物が拡散され、このMOS 
−FET4・4はpチャンネルとなる。
Further, as shown in FIG. 4, the second silicon layer 2 is also formed with MOS FETs 4 and 4 in the same process as the first silicon layer 2.
will be established. However, since the second silicon layer 2 is an n-type semiconductor, n-type impurities are diffused into the diffusion layer 6, and this MOS
-FET4.4 becomes p-channel.

このようにMOS −FET4・4が形成された第2シ
リコン層2には、第5図に示すように、表面の保護用絶
縁膜11から第2シリコン層2に達するまでの、後にス
ルーホールとなる孔13を形成し、この孔13及び保護
用絶縁膜11を絶縁膜14で覆う。孔13は、フォトエ
ツチング技術、選択エツチング技術によりレジスト膜を
マスクにしてフッ硝酸等のエンチャントを用いて形成す
る。ただし、孔13が深いためにレジスト膜がエッヂヤ
ントに充分に耐え得ない場合には、蒸着法、スパッタ法
等により形成したCrAu、TiAu等の金属膜を形成
した後、ホトエツチング技術、選択エツチング技術によ
り所定の孔位置の−F記金属1pJを除去し、残った金
属膜をマスクとしフ・7硝酸又はKOHXNaOHのア
ルカリ性のエッチャントを用いて孔13を形成する。孔
13形成後に残ったC r A u −、T i A 
u等の膜は、王水、熱濃硫酸等でエツチング除去する。
As shown in FIG. 5, in the second silicon layer 2 on which the MOS-FETs 4 and 4 are formed, through holes are formed from the protective insulating film 11 on the surface to the second silicon layer 2. A hole 13 is formed, and the hole 13 and the protective insulating film 11 are covered with an insulating film 14. The holes 13 are formed by photo-etching or selective etching using an enchantment such as fluoro-nitric acid using a resist film as a mask. However, if the resist film cannot withstand the edging agent sufficiently because the holes 13 are deep, a metal film such as CrAu or TiAu is formed by vapor deposition or sputtering, and then etched by photo-etching or selective etching. 1 pJ of the -F metal at a predetermined hole position is removed, and holes 13 are formed using an alkaline etchant such as F.7 nitric acid or KOHXNaOH using the remaining metal film as a mask. C r A u −, T i A remaining after the formation of the hole 13
Films such as u are removed by etching with aqua regia, hot concentrated sulfuric acid, etc.

絶縁膜14は、スパッタリング法、低温気相成長法、光
CVD法等により形成された5i02、SiN等の膜で
ある。
The insulating film 14 is a film of 5i02, SiN, etc. formed by a sputtering method, a low-temperature vapor phase growth method, a photo-CVD method, or the like.

そして、第6図に示すように、この第2シリコン層2の
上面には、ワックス層I6を介して保護基板15が貼り
付けられ、次に下面側より0.5〜200μm程度の厚
みまで平滑に加工が施され、この下面全面に第1シリコ
ン層1と同様のポリイミドフィルム層12が形成される
。ワックス層16は、ワックス等からなり、孔13内に
も充填されて保護基板15を確実に貼り付ける。保護基
板15は、ガラス、セラミックス等からなる一時的な支
持材である。平滑加工は、ボリシング、ラッピング等又
はKOH,NaOH、フッ硝酸等を用いたエツチングに
より、裏面側より厚さが0.5〜200μm程度に達す
るまで行われる。この場合、第2シリコンN2は、(1
00)ウェハを使用しているので、KOH,NaOHを
利用した優先エツチングが有効である。ポリイミドフィ
ルム層12は、第1シリコン層1の場合と同様に80℃
程度に加熱して半硬化状態としておく。
Then, as shown in FIG. 6, a protective substrate 15 is pasted on the upper surface of this second silicon layer 2 via a wax layer I6, and then smoothed from the lower surface side to a thickness of about 0.5 to 200 μm. A polyimide film layer 12 similar to the first silicon layer 1 is formed on the entire lower surface. The wax layer 16 is made of wax or the like, and is also filled in the holes 13 to reliably attach the protective substrate 15. The protective substrate 15 is a temporary support material made of glass, ceramics, or the like. The smoothing process is carried out from the back side until the thickness reaches about 0.5 to 200 μm by boring, lapping, etc., or etching using KOH, NaOH, fluoronitric acid, etc. In this case, the second silicon N2 is (1
00) Since a wafer is used, preferential etching using KOH or NaOH is effective. The polyimide film layer 12 is heated to 80° C. as in the case of the first silicon layer 1.
Heat to a moderate degree to semi-cure.

上記のように形成された第1シリコン層1と第2シリコ
ン層2とを、第7図に示すように、所定位置で重ね合わ
せて、温度をlOO℃程度とし適当な圧力を加えること
により接着する。この接着の際、ワックスN16は、軟
化点が120℃程度なので、第2シリコン層2と保護基
板15との間で圧力を受けても変形するようなことはな
い。
The first silicon layer 1 and second silicon layer 2 formed as described above are overlapped at a predetermined position as shown in FIG. 7, and bonded by applying appropriate pressure at a temperature of about 100°C. do. During this bonding, the wax N16 has a softening point of about 120° C., so it will not deform even if pressure is applied between the second silicon layer 2 and the protective substrate 15.

第1シリコン層1と第2シリコン層2との接着が行われ
ると、第8図に示すように、今度は150°C程度に加
熱して、ワックス層16をン容融させ保護基板15を撤
去する。この際、第2シリコン層2に残ったワックス層
16は、トリクレーン等の溶剤で除去する。また、ワッ
クス層16が完全に除去されると、孔13の底面に露出
するポリイミドフィルム層12・12を除去して、第2
シリコン層2側の孔13を第1シリコン層1側の孔13
に貫通させスルーホールを完成させる。ポリイミドフィ
ルム層12・12の除去は、プラズマエツチング又はK
Oll等のエッチャントを用いたエツチングにより行う
。孔13の底面に露出するポリイミドフィルム層12・
12が除去されると、接着層に残ったポリイミドフィル
ム層12・12を完全に硬化させ接着を確実なものにす
るために、再度第1シリコン層1と第2シリコン層2と
に所定の圧力を、所定時間、所定温度の条件下で加える
Once the first silicon layer 1 and the second silicon layer 2 have been bonded, as shown in FIG. Remove. At this time, the wax layer 16 remaining on the second silicon layer 2 is removed using a solvent such as Tricrane. Moreover, when the wax layer 16 is completely removed, the polyimide film layers 12 exposed at the bottom of the hole 13 are removed and the second
The hole 13 on the silicon layer 2 side is replaced with the hole 13 on the first silicon layer 1 side.
Complete the through hole. The polyimide film layers 12 are removed by plasma etching or K.
This is done by etching using an etchant such as Oll. Polyimide film layer 12 exposed at the bottom of hole 13.
12 is removed, a predetermined pressure is applied to the first silicon layer 1 and the second silicon layer 2 again in order to completely cure the polyimide film layers 12 remaining on the adhesive layer and ensure adhesion. is added for a predetermined time and at a predetermined temperature.

このようにして第1シリコン層lと第2シリコン層2と
が確実に接着すると、第9図に示すように、第2シリコ
ン層2の上面の絶縁膜14及び孔13を第1金属膜17
及び第2金属膜18で覆い、さらに孔13部以外の第2
金属膜18上面をレジスト膜19で覆い、このレジスト
膜19をマスクとして孔13内に埋込金属層20を形成
する。
When the first silicon layer l and the second silicon layer 2 are securely bonded together in this way, as shown in FIG.
and a second metal film 18, and further cover the second metal film 18 other than the hole 13.
The upper surface of the metal film 18 is covered with a resist film 19, and a buried metal layer 20 is formed in the hole 13 using the resist film 19 as a mask.

第1金属膜17は、Cr又はTi等よりなる金属膜であ
り、また、第2金属膜18は、Cu又はNi等よりなる
金属膜であり、スパッタ法又は電子ビーム蒸着法により
連続的に形成される。レジスト膜19は、フォトエツチ
ング技術によりスルーホール孔13以外の上面位置を被
覆するようにバターニングされる。埋込金属層20は、
電解メッキによりAu等の金属を孔13内に埋め込んだ
ものである。第1金属膜17は、スルーホール孔13に
埋込金属層20を強固に接着するためのものであり、ま
た、第2金属膜18は、この埋込金属層20のメッキ下
地層となるものである。
The first metal film 17 is a metal film made of Cr, Ti, etc., and the second metal film 18 is a metal film made of Cu, Ni, etc., and is continuously formed by sputtering or electron beam evaporation. be done. The resist film 19 is patterned using a photoetching technique so as to cover the upper surface positions other than the through-holes 13. The embedded metal layer 20 is
The holes 13 are filled with metal such as Au by electrolytic plating. The first metal film 17 is for firmly adhering the embedded metal layer 20 to the through-hole hole 13, and the second metal film 18 is for serving as a plating base layer for the embedded metal layer 20. It is.

埋込金属層20が埋め込まれると、不要になったレジス
ト膜19並びにその下層の第1金属膜17及び第2金属
膜18を熱硫酸等で除去した後に、第1O図に示すよう
に、スルーホール埋込金属層20と第2シリコン層2上
の配線電極10とを接続するため、又は、必要に応じて
配線電極10を互いに接続するために絶縁Jl!14の
所定箇所にコンタクト穴21を開口し、所定のパターン
で配線電極膜22を形成し、さらにその上面をポリイミ
ドフィルム層12で覆う。コンタクト穴21は、フォト
エツチング技術、選択エツチング技術により、所定箇所
の絶縁膜14及び保護用絶縁膜11を除去して形成する
。配線電極膜22は、AI、Mo、W等の単−金属層又
はTiAu、Ticu、CrAu、、CrNi等の多重
金属層からなり、スパッター法、電子ビーム蒸着法等に
より絶縁膜14の上面全面に被覆後、フォトエツチング
技術、選択エツチング技術等によって所定パターンに形
成される。ポリイミドフィルム層12は、第3シリコン
層3を接着するための接着層として形成されたものであ
り、第1シリコン層1の上面及び第2シリコン層2の下
面に形成した場合と同様に、80℃程度に加熱して半硬
化の状態にしておく。
After the buried metal layer 20 is buried, the unnecessary resist film 19 and the first metal film 17 and second metal film 18 under it are removed with hot sulfuric acid or the like, and then as shown in FIG. In order to connect the hole-embedding metal layer 20 and the wiring electrode 10 on the second silicon layer 2, or to connect the wiring electrodes 10 to each other as necessary, the insulation Jl! Contact holes 21 are opened at predetermined locations of 14, a wiring electrode film 22 is formed in a predetermined pattern, and the upper surface thereof is further covered with a polyimide film layer 12. The contact hole 21 is formed by removing the insulating film 14 and the protective insulating film 11 at predetermined locations using a photo-etching technique or a selective etching technique. The wiring electrode film 22 is made of a single metal layer such as AI, Mo, W, etc. or multiple metal layers such as TiAu, Ticu, CrAu, CrNi, etc., and is formed over the entire upper surface of the insulating film 14 by sputtering, electron beam evaporation, etc. After coating, a predetermined pattern is formed by photoetching, selective etching, or the like. The polyimide film layer 12 is formed as an adhesive layer for adhering the third silicon layer 3, and is made of 800 Heat it to about ℃ and leave it in a semi-hardened state.

そして、別個の工程にてM OS−F E T 4・4
を形成した第3シリコン層3をこの第2シリコン層2の
上層に接着し、第1図に示すように、第3シリコン層3
の上面をポリイミドフィルム層12で覆い、コンタクト
穴23を開口後、外付は用の電極パッド24を形成する
。第3シリコン層3へのMOS−FET4・4の形成は
、第1シリコン層l及び第2シリコン層2の場合と同様
の工程で行われ、スルーホールとなる孔13が形成され
て埋込金属層20が埋め込まれている。この第3シリコ
ン層3は、第2シリコン層2と同じn型半導体なので、
拡散層6にはp型不純物が拡散され、このMOS・FE
T4・4はpチャンネルとなる。第3シリコン層3の接
着も、第2シリコン層2の接着の場合と同様の工程で行
われる。第3シリコン層3の上面のポリイミドフィルム
層12は、接着層としてではなく表面保護層として形成
されるので、最初から200°C程度に加熱して硬化さ
せる。コンタクト穴23は、フォトエツチング技術、選
択エソヂング技術によりポリ・イミドフィルム層12の
所定箇所を除去rることにより形成する。電極バッド2
4は、A I 、 M o、W% Cu等の弔−金属膜
又はTiAu、T1Cu、CrCu等の多重金属膜より
なり、スパッタ法、電子ビーム薄着法等によりポリイミ
ドフィルム層12上面を被覆後、フォトエツチング技術
、選択エツチング技術により所定のパターンに形成する
Then, in a separate process, MOS-FET 4.4
The third silicon layer 3 formed with the above is bonded to the upper layer of the second silicon layer 2, and as shown in FIG.
After covering the upper surface with a polyimide film layer 12 and opening a contact hole 23, an external electrode pad 24 is formed. The formation of the MOS-FETs 4 in the third silicon layer 3 is performed in the same process as in the case of the first silicon layer l and the second silicon layer 2, in which a hole 13 serving as a through hole is formed and a buried metal is formed. Layer 20 is embedded. This third silicon layer 3 is the same n-type semiconductor as the second silicon layer 2, so
A p-type impurity is diffused into the diffusion layer 6, and this MOS/FE
T4.4 becomes a p channel. The adhesion of the third silicon layer 3 is also performed in the same process as the case of adhesion of the second silicon layer 2. Since the polyimide film layer 12 on the upper surface of the third silicon layer 3 is formed not as an adhesive layer but as a surface protective layer, it is cured by heating to about 200° C. from the beginning. The contact hole 23 is formed by removing a predetermined portion of the polyimide film layer 12 using a photoetching technique or a selective etching technique. Electrode pad 2
4 is made of a metal film such as AI, Mo, W% Cu or a multilayer metal film such as TiAu, T1Cu, CrCu, etc., and after coating the upper surface of the polyimide film layer 12 by sputtering, electron beam thinning, etc. A predetermined pattern is formed using photoetching technology or selective etching technology.

本実施例の三次元半導体集積回路は、上記の工程により
製造され、各シリコン層l・2・3に別個に形成された
MOS −FET4・・・は、スルーホールを形成する
孔13内の埋込金属層20によって接続される。
The three-dimensional semiconductor integrated circuit of this embodiment is manufactured by the above-described process, and the MOS-FETs 4 formed separately in each silicon layer 1, 2, and 3 are buried in holes 13 forming through holes. The connection is made by an embedded metal layer 20.

なお、本実施例では、スルーホールへの埋込金属層20
として電解メッキによる金属膜を使用したが、無電解メ
ッキ膜又は蒸着膜等を使用することも可能である。また
、本実施例ではMOS−ICについて説明したが、C−
MOS−IC、バイポーラトランジスタIC等について
も同様に構成することができる。
Note that in this embodiment, the buried metal layer 20 in the through hole is
Although a metal film formed by electrolytic plating is used as the metal film, it is also possible to use an electroless plated film or a vapor-deposited film. Furthermore, in this embodiment, a MOS-IC was explained, but a C-IC was explained.
MOS-IC, bipolar transistor IC, etc. can also be configured in a similar manner.

〔実施例2〕 本発明の他の実施例を第11図乃至第17図に基づいて
説明すれば、以下の通りである。
[Embodiment 2] Another embodiment of the present invention will be described below based on FIGS. 11 to 17.

本実施例では、接着する半導体単結晶層を特に薄くシて
各層間の接続を容易にし、信号の並列処理を可能にする
ことにより、処理速度の高速化を図っている。
In this embodiment, the semiconductor single crystal layer to be bonded is made particularly thin to facilitate connection between each layer and to enable parallel processing of signals, thereby increasing processing speed.

本実施例は、第1層目である下層半導体単結晶層として
p型(100)ウェハからなる第1シリコン層25を用
い、第1層に対しては上層となり第3層に対しては下層
となる第2層目の半導体単結晶層としてp型(100)
ウェハからなる第2シリコン層26を用い、第3層目の
上層半導体単結晶層としてp型(100)ウェハからな
る第3シリコン層27を用い、かつ、各半導体単結晶層
を接着するための接着層としてポリイミドフィルムを用
い、第1シリコン層25及び第2シリコン層26にはM
OS・FETを組み込み、第3シリコン層27にはバイ
ポーラトランジスタを組み込んでなる三次元半導体集積
回路についてのものである。
In this embodiment, the first silicon layer 25 made of a p-type (100) wafer is used as the lower semiconductor single crystal layer which is the first layer, and the first silicon layer 25 is an upper layer for the first layer and a lower layer for the third layer. As the second semiconductor single crystal layer, p-type (100)
A second silicon layer 26 made of a wafer is used, a third silicon layer 27 made of a p-type (100) wafer is used as the third upper layer semiconductor single crystal layer, and the semiconductor single crystal layers are bonded together. A polyimide film is used as the adhesive layer, and M is used for the first silicon layer 25 and the second silicon layer 26.
This is a three-dimensional semiconductor integrated circuit that incorporates an OS/FET and a bipolar transistor in the third silicon layer 27.

この三次元半導体集積回路の製造工程を説明すると、ま
ず、第11図に示すように、第1シリコン層25の上面
所定箇所にpチャンネルのMOS・FET28・28を
設ける。MOS −FET28は、第1シリコン層25
の上面を覆い所定箇所に窓を開口したSiO2、SiN
等よりなる絶縁膜29と、第1シリコン層25内の表層
におけるこの窓の両端部に形成され、それぞれソース及
びトレインとなるp型の拡散層30・30と、絶縁膜2
9の窓全体を覆うように形成されたゲート酸化膜31と
、このゲート酸化膜31の中央上面にのみ形成されたゲ
ート多結晶シリコン1!32と、これらの上面を覆った
保護用絶縁膜33と、所定のパターンで形成されたA 
1 % M o、W、MoSi2、Ti5iz、WSi
z等よりなる配線電極34とで構成され、さらにその上
面全面を覆うように5iOz等よりなる保護用絶縁膜3
5が形成されている。このMOS −FET28は、実
施例1におけるMOS −FET4と同様の工程で形成
される。また、この保護用絶縁膜35の上面には、ポリ
イミドフィルム層36が被覆される。このポリイミドフ
ィルム層36も、実施例1の場合と同様に、後の接着工
程のために80℃程度に加熱して半硬化の状態にしてお
く。
To explain the manufacturing process of this three-dimensional semiconductor integrated circuit, first, as shown in FIG. 11, p-channel MOS-FETs 28 are provided at predetermined locations on the upper surface of the first silicon layer 25. The MOS-FET 28 is connected to the first silicon layer 25
SiO2, SiN that covers the top surface and has windows at designated locations
an insulating film 29 consisting of the like, p-type diffusion layers 30 and 30 formed at both ends of this window in the surface layer of the first silicon layer 25 and serving as a source and a train, respectively;
A gate oxide film 31 formed to cover the entire window 9, a gate polycrystalline silicon 1!32 formed only on the upper center surface of this gate oxide film 31, and a protective insulating film 33 covering these upper surfaces. and A formed in a predetermined pattern.
1% Mo, W, MoSi2, Ti5iz, WSi
A protective insulating film 3 made of 5iOz or the like covers the entire upper surface thereof.
5 is formed. This MOS-FET 28 is formed in the same process as the MOS-FET 4 in the first embodiment. Further, the upper surface of this protective insulating film 35 is covered with a polyimide film layer 36. As in the case of Example 1, this polyimide film layer 36 is also heated to about 80° C. to be in a semi-cured state for the subsequent bonding process.

また、第12図に示すように、第2シリコン層26にも
、MOS −FET28・28を形成し、後にスルーホ
ールとなる孔37及びオーミックコンタクI−Ji38
を形成後、保護用絶縁膜33で被覆する。MOS −F
ET28は、第1シリコン層25の場合と同様の工程で
形成されるが、ここでは絶縁膜29、拡散層30・30
、ゲート酸化膜31及びゲート多結晶シリコン膜32を
形成した段階で次の工程に移行する。スルーホールとな
る孔37は、実施例1の孔13と同様に、フォトエツチ
ング技術、選択エツチング技術によって形成する。この
際、レジスト膜をマスクとしてフン硝酸のエノチャン]
−でエツチングしてもよいし、又、Cr A Ll、T
 i A u等の金属膜をマスクとしてフッ硝酸、K 
OHlN a OH等のエッチャントでエツチングして
もよい。オーミックコンタクト層38は、At、、Pt
、Pd等の金属層からなり、まずフォトエツチング技術
、選択エツチング技術等により拡散層30上のゲート酸
化膜31を除去した後、例えばAI膜を全面に薄く蒸着
し、フォトエツチング技術、選択エツチング技術により
拡散層30上のみ残して他のA1膜を除去し、最後に4
00〜500℃程度の温度でシンターして形成する。保
護用絶縁膜33は、5i02又はSiNからなり、第1
シリコン層25の場合と同様の工程で形成する。
Further, as shown in FIG. 12, MOS-FETs 28 are also formed in the second silicon layer 26, and holes 37 that will later become through holes and ohmic contacts I-Ji 38 are formed in the second silicon layer 26.
After forming, it is covered with a protective insulating film 33. MOS-F
The ET 28 is formed in the same process as the first silicon layer 25, but here the insulating film 29 and the diffusion layers 30 and 30 are formed.
After forming the gate oxide film 31 and the gate polycrystalline silicon film 32, the process moves to the next step. The hole 37 serving as a through hole is formed by photo-etching technology or selective etching technology, similar to the hole 13 in the first embodiment. At this time, use the resist film as a mask to apply effluent and nitric acid.
- may be etched, or Cr A Ll, T
i Fluoronitric acid, K using a metal film such as A u as a mask
Etching may be performed using an etchant such as OHlN a OH. The ohmic contact layer 38 is made of At, Pt.
, Pd, etc., first, the gate oxide film 31 on the diffusion layer 30 is removed by photo-etching technology, selective etching technology, etc., and then, for example, a thin AI film is deposited on the entire surface, and then photo-etching technology, selective etching technology, etc. 4 to remove the other A1 films leaving only on the diffusion layer 30.
It is formed by sintering at a temperature of about 00 to 500°C. The protective insulating film 33 is made of 5i02 or SiN, and the first
It is formed in the same process as the silicon layer 25.

次に、第13図に示すように、実施例1の場合と同様の
工程で、第2シリコン層26の上面にワックス層39を
介してガラス、石英板等よりなる保護基板40を貼り付
け、この第2シリコン層26の下面側を平滑加工後ポリ
イミドフィルム層36を形成する。第2シリコン層26
の下面の平滑加工は、0.5〜10μmの厚さになるま
で行われるが、第14図に示すように、第2シリコン層
26の上面側のスクライブラインに相当する位置等に所
定の深さの溝をエツチングで形成し、この上面をSin
、等からなる平滑加工停止膜41で予め被覆しておけば
、下面からの平滑加工の際にこの平滑加工停止膜41が
露出したところで加工を停止することにより、所定厚さ
の加工を高晴度で行うことができる。ポリイミドフィル
ム層36は、第1シリコン層265の場合と同様に80
℃程度の加熱により半硬化の状態にしておく。
Next, as shown in FIG. 13, in the same process as in Example 1, a protective substrate 40 made of glass, quartz plate, etc. is attached to the upper surface of the second silicon layer 26 with a wax layer 39 interposed therebetween. After smoothing the lower surface of the second silicon layer 26, a polyimide film layer 36 is formed. Second silicon layer 26
The lower surface of the second silicon layer 26 is smoothed to a thickness of 0.5 to 10 μm, and as shown in FIG. A groove is formed by etching, and the upper surface is
, etc., the processing can be stopped at the point where the smoothing stop film 41 is exposed during smoothing from the bottom surface, thereby making it possible to process a predetermined thickness with high precision. It can be done in degrees. The polyimide film layer 36 has a thickness of 80 mm as in the case of the first silicon layer 265.
Heat it to a semi-hardened state at about ℃.

上記のようにして各MO3−FET28を形成した第1
シリコン層25と第2シリコン層26とは、第15図に
示すように、互いに所定位置で接着し、ワックス層39
の除去、保護基板40の撤去の後に孔37の底面に露出
するポリイミドフィルム層36を除去してスルーホール
を形成する。
The first MO3-FET 28 was formed as described above.
As shown in FIG. 15, the silicon layer 25 and the second silicon layer 26 are bonded to each other at predetermined positions, and the wax layer 39
After removing the protective substrate 40, the polyimide film layer 36 exposed at the bottom of the hole 37 is removed to form a through hole.

これらは、実施例1の場合と同様の工程で行われる。These steps are performed in the same steps as in Example 1.

このようにして孔37が貫通してスルーホールが形成さ
れると、第16図に示すように、オーミ・7クコンタク
ト層38上にコンタクト穴を開口し、所定パターンの配
線電極42を形成し、上面全面をポリイミドフィルム層
36で被覆する。配線電極42は、AI、Mo、W等よ
りなる単−金属膜又はTiAu、T iCu、CrCu
等よりなる多重金属膜から構成され、スパッタ法、電子
ビーム蒸着法等により上面全面に金属膜を被覆後、フォ
トエツチング技術、選択エツチング技術により所定のパ
ターンとすることにより形成される。この配線電極42
は、前もって形成されたオーミックコンタクト層38を
介して拡散層30に容易に接続され、また、この配線電
極42の形成の際には、シンター等の高温処理が不要と
なり、耐熱性の低いポリイミドフィルム層36に悪影舌
を及ぼすことがない。また、この配線電極42は、孔3
7のスルーホール内に入り込み第1シリコン層25上の
電極34とも接続するが、第2シリコン層26の厚さが
薄いので、断線の虞れは生じない。ポリイミドフィルム
層36は、第1シリコン層25の上面及び第2シリコン
層2Gの下面の場合と同様に、80℃程度に加熱して半
硬化の状態にしておく。
When the hole 37 penetrates and a through hole is formed in this way, a contact hole is opened on the ohmic contact layer 38 and a predetermined pattern of wiring electrodes 42 is formed, as shown in FIG. , the entire upper surface is covered with a polyimide film layer 36. The wiring electrode 42 is a single metal film made of AI, Mo, W, etc. or TiAu, TiCu, CrCu.
It is formed by coating the entire upper surface with a metal film by sputtering, electron beam evaporation, etc., and then forming a predetermined pattern by photo-etching or selective etching. This wiring electrode 42
is easily connected to the diffusion layer 30 via the ohmic contact layer 38 formed in advance, and when forming the wiring electrode 42, high-temperature treatment such as sintering is not required, and a polyimide film with low heat resistance is used. No negative effects are exerted on the layer 36. Further, this wiring electrode 42 is connected to the hole 3.
Although the second silicon layer 26 is thin, there is no risk of disconnection, although the second silicon layer 26 is thin. As with the upper surface of the first silicon layer 25 and the lower surface of the second silicon layer 2G, the polyimide film layer 36 is heated to about 80° C. to be in a semi-cured state.

最後に、第17図に示すように、別個バイポーラトラン
ジスタ52を形成した第3シリコン層27をこの第2シ
リコン層26の上層に接着し、孔37のスルーホールを
貫通させ電極42を形成することにより三次元半導体集
積回路を完成する。
Finally, as shown in FIG. 17, the third silicon layer 27 on which the separate bipolar transistor 52 is formed is adhered to the upper layer of the second silicon layer 26, and the through hole of the hole 37 is passed through to form the electrode 42. Completed a three-dimensional semiconductor integrated circuit.

第3シリコン層27へのバイポーラトランジスタ52の
形成は、従来からの一般的な方法であり、まず、第3シ
リコン層27の上面からのsbの選択拡散によりn+拡
散層43を形成後、上面にエピタキシャル法によるn型
単結晶144を形成し、各層を分離するためのp型拡散
層45を選択拡散により形成する。次に、p型ベース層
46及びn型エミツタ層47を選択拡散によりそれぞれ
形成し、絶縁膜48で上面全面を覆う。そして、スルー
ホールとなる孔37を第2シリコン層26の場合と同様
に形成し、低温気相成長法、スパッタ法等によりSin
g等の絶縁膜49で上面全面を覆う。最後に、フォトエ
ツチング技術、選択エツチング技術によりp型ベース層
46、n型エミ・ツタ層47及びコレクタ層50の対応
位置にコンタク1−穴を形成後、第2シリコン層26の
場合と同様の工程で、AI、Pt、Pd等によりオーミ
・ツクコンタクト層51を形成する。このようにしてバ
イポーラトランジスタ52が形成されると、第2シリコ
ン層26の場合と同様の工程で、第3シリコン層27の
下面を平滑加工し、ポリイミドフィルム層36を介し第
2シリコン層26の上層に接着し、電極42を所定のパ
ターンに形成する。
The formation of the bipolar transistor 52 in the third silicon layer 27 is a conventional and general method. First, an n+ diffusion layer 43 is formed by selective diffusion of sb from the upper surface of the third silicon layer 27, and then an n+ diffusion layer 43 is formed on the upper surface. An n-type single crystal 144 is formed by an epitaxial method, and a p-type diffusion layer 45 for separating each layer is formed by selective diffusion. Next, a p-type base layer 46 and an n-type emitter layer 47 are formed by selective diffusion, respectively, and the entire upper surface is covered with an insulating film 48. Then, a hole 37 to be a through hole is formed in the same manner as in the case of the second silicon layer 26, and a silicon layer is formed by low temperature vapor phase epitaxy, sputtering, etc.
The entire upper surface is covered with an insulating film 49 such as g. Finally, after forming contact holes 1-holes at corresponding positions in the p-type base layer 46, n-type emitter layer 47, and collector layer 50 by photo-etching technology and selective etching technology, the same process as in the case of the second silicon layer 26 is performed. In the process, an ohmic contact layer 51 is formed using AI, Pt, Pd, or the like. After the bipolar transistor 52 is formed in this way, the lower surface of the third silicon layer 27 is smoothed in the same process as the second silicon layer 26, and the second silicon layer 26 is formed through the polyimide film layer 36. It is adhered to the upper layer and electrodes 42 are formed in a predetermined pattern.

本実施例の三次元半導体集積回路は、L記の工程により
製造され、各シリコン層25・26・27に別個に形成
されたMOS・FET28及び/Xイボーラトランジス
タ52は、スルーホールを形成する孔37内に亙って形
成された電極42によって接続される。
The three-dimensional semiconductor integrated circuit of this embodiment is manufactured by the process described in L, and the MOS/FET 28 and the /X Ibora transistor 52 formed separately in each of the silicon layers 25, 26, and 27 form through holes. The connection is made by an electrode 42 formed throughout the hole 37 .

なお、本実施例では、電極42を直接スルーホールを通
して下層の電極42又は電極34に接続しているが、実
施例1の場合と同様に、電解メ・ツキ膜又は無電解メッ
キ膜により埋込金属層を形成することも可能である。
In this embodiment, the electrode 42 is directly connected to the lower electrode 42 or the electrode 34 through a through hole, but as in the case of embodiment 1, the electrode 42 is connected directly to the lower electrode 42 or 34 through a through hole. It is also possible to form a metal layer.

また、実施例1ではMOS −FETを用いた三次元半
導体集積回路について説明し、実施例2ではMOS −
FET及びバイポーラトランジスタを用いた三次元半導
体集積回路について説明したが、C−MOS・ICも含
め、形成する素子の種類や組合せは自由に選定すること
ができる。
In addition, Example 1 describes a three-dimensional semiconductor integrated circuit using MOS-FET, and Example 2 describes MOS-FET.
Although a three-dimensional semiconductor integrated circuit using FETs and bipolar transistors has been described, the types and combinations of elements to be formed can be freely selected, including C-MOS/IC.

更に、実施例1及び実施例2では、n型又はp型の(1
00)ウェハを用いたが、半導体の型や結晶面はこれに
限定されるものではない。
Furthermore, in Examples 1 and 2, n-type or p-type (1
00) wafer was used, but the semiconductor type and crystal plane are not limited to this.

また、実施例1及び実施例2では、各シリコン層の接着
層としてポリイミドフィルムを用いたが、これに限るも
のではなく、エポキシ樹脂、アクリル樹脂その他の接着
層を用いることができる。
Further, in Examples 1 and 2, a polyimide film was used as the adhesive layer for each silicon layer, but the adhesive layer is not limited to this, and an epoxy resin, acrylic resin, or other adhesive layer may be used.

また、実施例1及び実施例2では、スルーホールとなる
孔13・37を各シリコン層の接着前に形成していたが
、接着後に形成することも可能である。
Furthermore, in Examples 1 and 2, the holes 13 and 37, which serve as through holes, were formed before adhering each silicon layer, but they can also be formed after adhering.

また、実施例1及び実施例2では、3層の三次元半導体
集積回路を示したが、2Nだけの場合又は同様の工程を
繰り返して4層以上の三次元半導体集積回路とすること
もできる。
Further, in the first and second embodiments, a three-layer three-dimensional semiconductor integrated circuit is shown, but a three-dimensional semiconductor integrated circuit with four or more layers can also be obtained in the case of only 2N or by repeating the same process.

また、実施例1及び実施例2では、各層をシリコン層の
みで構成したが、GaAs、InP等の混晶の半導体と
組み合わせて三次元半導体集積回路を構成し、又は、混
晶の半導体のみで三次元半導体集積回路を構成すること
もできる。
Furthermore, in Examples 1 and 2, each layer was composed of only a silicon layer, but a three-dimensional semiconductor integrated circuit could be constructed by combining it with a mixed crystal semiconductor such as GaAs or InP, or by using only a mixed crystal semiconductor. A three-dimensional semiconductor integrated circuit can also be constructed.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明に係る三次元半導体集積回路は、以上のように、
回路素子が形成された下層半導体単結晶層の上層に、別
個に回路素子が形成された上層半導体単結晶層を接着し
、かつ、上層半導体単結晶層にスルーホールを設け、こ
のスルーホールを介して下層半導体単結晶層に形成され
た回路素子と上層半導体単結晶層に形成された回路素子
とを電極層にて接続した構成である。
As described above, the three-dimensional semiconductor integrated circuit according to the present invention has the following features:
An upper semiconductor single crystal layer in which a circuit element is separately formed is bonded to the upper layer of a lower semiconductor single crystal layer in which a circuit element is formed, and a through hole is provided in the upper semiconductor single crystal layer, and a through hole is inserted through the through hole. In this structure, a circuit element formed in a lower semiconductor single crystal layer and a circuit element formed in an upper semiconductor single crystal layer are connected through an electrode layer.

これにより、本発明は、各層の半導体単結晶層の結晶化
及び回路素子の形成を別工程で行うことができるので、
以下のような効果を奏することになる。
As a result, in the present invention, the crystallization of the semiconductor single crystal layer of each layer and the formation of the circuit elements can be performed in separate steps.
The following effects will be produced.

各層の半導体単結晶層にシリコンウェハ等の結晶性の良
好なものを使用することができるので、形成した回路素
子の特性のバラツキが少なくなって、回路設計が容易に
なり、歩留まりも向上する。また、十分な厚さの単結晶
を得ることができるので、バルクを利用するバイポーラ
トランジスタ等の形成も容易となる。さらに、各層を均
一な単結晶とすることができるので、結晶粒界等がな(
なり回路素子を高密度に形成することが可能となる。
Since a material with good crystallinity, such as a silicon wafer, can be used for each semiconductor single crystal layer, variations in the characteristics of the formed circuit elements are reduced, making circuit design easier and improving yield. Furthermore, since a single crystal with sufficient thickness can be obtained, it becomes easy to form bipolar transistors and the like using bulk. Furthermore, since each layer can be made into a uniform single crystal, there are no grain boundaries, etc.
This makes it possible to form circuit elements with high density.

また、各層の回路素子は、それぞれ各層ごとに別個に形
成されるので、従来の二次元半導体集積回路のプロセス
をそのまま流用することができ、製品の開発や製造が容
易となる。さらに、各層を順に溶融再結晶させながら積
み上げていくのではなく、従来からの方法により各層を
並行して別工程により処理することができ、また、接着
工程も多数を一括して行うことができるので、生産性が
向上し、しかも短期間に製造することができる。
Furthermore, since the circuit elements of each layer are formed separately for each layer, the process for conventional two-dimensional semiconductor integrated circuits can be used as is, making product development and manufacturing easier. Furthermore, instead of melting and recrystallizing each layer in turn and stacking them up, each layer can be processed in parallel and in separate processes using traditional methods, and many bonding processes can be performed at once. Therefore, productivity is improved and manufacturing can be completed in a short period of time.

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

第1図乃至第10図は本発明の一実施例を示すものであ
って、第1図は三次元半導体集積回路の縦断面部分1E
面図、第2図乃至第10図はそれぞれ三次元半導体集積
回路の製造過程を示す縦断面部分正面図、第11図乃至
第17図は本発明の他の実施例を示すものであり、第1
1図乃至第16図はそれぞれ三次元半導体集積回路の製
造過程を示す縦断面部分正面図、第17図は三次元半導
体集積回路の縦断面部分正面図である。 1・25は第1シリコン層(下層半導体単結晶層)、2
・26は第2シリコン層(上層半導体単結晶層及び下層
半導体単結晶層)、3・27は第3シリコン層(上層半
導体単結晶層)、4・28はMOS −FET (回路
素子)、lO・34・42は電極(電極層)、12・3
6はポリイミドフィルム層、13・37は孔(スルーホ
ール)、20は埋込金属層(電極N)、22は配線電極
膜(電極N)、52はバイポーラトランジスタ(回路素
子)である。
1 to 10 show one embodiment of the present invention, and FIG. 1 shows a vertical cross-sectional portion 1E of a three-dimensional semiconductor integrated circuit.
2 to 10 are vertical sectional partial front views showing the manufacturing process of a three-dimensional semiconductor integrated circuit, and FIGS. 11 to 17 show other embodiments of the present invention. 1
1 to 16 are vertical cross-sectional partial front views showing the manufacturing process of a three-dimensional semiconductor integrated circuit, and FIG. 17 is a vertical cross-sectional partial front view of the three-dimensional semiconductor integrated circuit. 1 and 25 are the first silicon layer (lower semiconductor single crystal layer), 2
・26 is the second silicon layer (upper layer semiconductor single crystal layer and lower layer semiconductor single crystal layer), 3 and 27 are the third silicon layers (upper layer semiconductor single crystal layer), 4 and 28 are MOS-FET (circuit element), lO・34 and 42 are electrodes (electrode layers), 12 and 3
6 is a polyimide film layer, 13 and 37 are holes (through holes), 20 is a buried metal layer (electrode N), 22 is a wiring electrode film (electrode N), and 52 is a bipolar transistor (circuit element).

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1、回路素子が形成された下層半導体単結晶層の上層に
、別個に回路素子が形成された上層半導体単結晶層を接
着し、かつ、上層半導体単結晶層にスルーホールを設け
、このスルーホールを介して下層半導体単結晶層に形成
された回路素子と上層半導体単結晶層に形成された回路
素子とを電極層にて接続したことを特徴とする三次元半
導体集積回路。
1. An upper semiconductor single crystal layer in which circuit elements are separately formed is bonded to the upper layer of the lower semiconductor single crystal layer in which circuit elements are formed, and a through hole is provided in the upper semiconductor single crystal layer, and the through hole is A three-dimensional semiconductor integrated circuit characterized in that a circuit element formed in a lower semiconductor single crystal layer and a circuit element formed in an upper semiconductor single crystal layer are connected by an electrode layer.
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Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5112765A (en) * 1990-07-31 1992-05-12 International Business Machines Corporation Method of forming stacked tungsten gate PFET devices and structures resulting therefrom
US5275963A (en) * 1990-07-31 1994-01-04 International Business Machines Corporation Method of forming stacked conductive and/or resistive polysilicon lands in multilevel semiconductor chips and structures resulting therefrom
WO1995019642A1 (en) * 1994-01-14 1995-07-20 Siemens Aktiengesellschaft Process for producing a three-dimensional circuit
US5489554A (en) * 1992-07-21 1996-02-06 Hughes Aircraft Company Method of making a 3-dimensional circuit assembly having electrical contacts that extend through the IC layer
DE4433846A1 (en) * 1994-09-22 1996-03-28 Fraunhofer Ges Forschung Method of making a vertical integrated circuit structure
DE19516487C1 (en) * 1995-05-05 1996-07-25 Fraunhofer Ges Forschung Vertical integration process for microelectronic system
DE19543893C1 (en) * 1995-11-24 1997-02-20 Fraunhofer Ges Forschung Aligning second structure opposite micromechanical first structure in substrate
WO1999049509A1 (en) * 1998-03-26 1999-09-30 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Wiring method for producing a vertical, integrated circuit structure and vertical, integrated circuit structure
DE19946715C1 (en) * 1999-09-29 2001-05-03 Infineon Technologies Ag Process for three-dimensional integration of microelectronic systems
US6462419B1 (en) 1999-06-16 2002-10-08 Nec Corporation Semiconductor device and method for manufacturing the same
JP2007158078A (en) * 2005-12-06 2007-06-21 Zycube:Kk Semiconductor device and manufacturing method therefor
JP2008028407A (en) * 1997-04-04 2008-02-07 Glenn J Leedy Information processing method
JP2009277719A (en) * 2008-05-12 2009-11-26 Nec Electronics Corp Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2011146655A (en) * 2010-01-18 2011-07-28 Nikon Corp Semiconductor device manufacturing method and laminated semiconductor device

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57113267A (en) * 1980-11-19 1982-07-14 Ibm Method of producing semiconductor device
JPS59175139A (en) * 1983-03-24 1984-10-03 Agency Of Ind Science & Technol Manufacture of semiconductor circuit element

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57113267A (en) * 1980-11-19 1982-07-14 Ibm Method of producing semiconductor device
JPS59175139A (en) * 1983-03-24 1984-10-03 Agency Of Ind Science & Technol Manufacture of semiconductor circuit element

Cited By (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5112765A (en) * 1990-07-31 1992-05-12 International Business Machines Corporation Method of forming stacked tungsten gate PFET devices and structures resulting therefrom
US5275963A (en) * 1990-07-31 1994-01-04 International Business Machines Corporation Method of forming stacked conductive and/or resistive polysilicon lands in multilevel semiconductor chips and structures resulting therefrom
US5381046A (en) * 1990-07-31 1995-01-10 International Business Machines Corporation Stacked conductive resistive polysilicon lands in multilevel semiconductor chips
US5489554A (en) * 1992-07-21 1996-02-06 Hughes Aircraft Company Method of making a 3-dimensional circuit assembly having electrical contacts that extend through the IC layer
WO1995019642A1 (en) * 1994-01-14 1995-07-20 Siemens Aktiengesellschaft Process for producing a three-dimensional circuit
DE4433846A1 (en) * 1994-09-22 1996-03-28 Fraunhofer Ges Forschung Method of making a vertical integrated circuit structure
US5766984A (en) * 1994-09-22 1998-06-16 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung Method of making a vertical integrated circuit
DE4433846C2 (en) * 1994-09-22 1999-06-02 Fraunhofer Ges Forschung Method of making a vertical integrated circuit structure
DE19516487C1 (en) * 1995-05-05 1996-07-25 Fraunhofer Ges Forschung Vertical integration process for microelectronic system
US5851894A (en) * 1995-05-05 1998-12-22 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. Method of vertically integrating microelectronic systems
DE19543893C1 (en) * 1995-11-24 1997-02-20 Fraunhofer Ges Forschung Aligning second structure opposite micromechanical first structure in substrate
JP2008166832A (en) * 1997-04-04 2008-07-17 Glenn J Leedy Information processing method
JP2008028407A (en) * 1997-04-04 2008-02-07 Glenn J Leedy Information processing method
JP2008166831A (en) * 1997-04-04 2008-07-17 Glenn J Leedy Method of processing information
JP2008172254A (en) * 1997-04-04 2008-07-24 Glenn J Leedy Information processing method
JP2011181176A (en) * 1997-04-04 2011-09-15 Glenn J Leedy Information processing method and laminated integrated circuit memory
JP2002508590A (en) * 1998-03-26 2002-03-19 フラウンホッファー−ゲゼルシャフト ツァ フェルダールング デァ アンゲヴァンテン フォアシュンク エー.ファオ. Wiring method for manufacturing vertically integrated circuit structure and vertically integrated circuit structure
US6448174B1 (en) 1998-03-26 2002-09-10 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Forderung Der Angewandten Forschung E. V. Wiring method for producing a vertical, integrated circuit structure and vertical, integrated circuit structure
WO1999049509A1 (en) * 1998-03-26 1999-09-30 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Wiring method for producing a vertical, integrated circuit structure and vertical, integrated circuit structure
US6462419B1 (en) 1999-06-16 2002-10-08 Nec Corporation Semiconductor device and method for manufacturing the same
DE19946715C1 (en) * 1999-09-29 2001-05-03 Infineon Technologies Ag Process for three-dimensional integration of microelectronic systems
JP2007158078A (en) * 2005-12-06 2007-06-21 Zycube:Kk Semiconductor device and manufacturing method therefor
JP2009277719A (en) * 2008-05-12 2009-11-26 Nec Electronics Corp Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2011146655A (en) * 2010-01-18 2011-07-28 Nikon Corp Semiconductor device manufacturing method and laminated semiconductor device

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JPH063837B2 (en) 1994-01-12

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