JPS634952B2 - - Google Patents

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JPS634952B2
JPS634952B2 JP17328782A JP17328782A JPS634952B2 JP S634952 B2 JPS634952 B2 JP S634952B2 JP 17328782 A JP17328782 A JP 17328782A JP 17328782 A JP17328782 A JP 17328782A JP S634952 B2 JPS634952 B2 JP S634952B2
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JP
Japan
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compound semiconductor
layer
single crystal
gaas single
integrated circuit
Prior art date
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JP17328782A
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English (en)
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JPS5963753A (ja
Inventor
Toshimasa Ishida
Yoshiaki Sano
Yasushi Kawakami
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
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Publication date
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Priority to JP17328782A priority Critical patent/JPS5963753A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
    • H01L21/82Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
    • H01L21/8252Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being a semiconductor, using III-V technology

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Element Separation (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、IC層を2層以上積層して構成さ
れる積層化合物半導体集積回路に関する。
微細加工技術の進展に伴ない集積回路の高密度
化は加速度的に進展した。しかしながら、二次元
的な集積度増大の方向には限界が見えはじめてい
る。この壁を破る技術として、IC層を多層積層
し層内、層間配線を行う三次元IC技術が有望で
ある。三次元ICをどのような構造および製造技
術で実現するかについては現状では模索段階であ
り、多くの技術的に困難な問題をかゝえている。
たとえば第1層と第2層を電気的に分離しなけれ
ばならないが、この分離に、現在ICで用いられ
ているSiO2膜などのアモルフアス絶縁膜を用い
るとすると、アモルフアス膜上に半導体単結晶を
育成する技術が必要となる。しかしながら、アモ
ルフアス膜上に単結晶を育成することは技術的に
極めて困難であり、現在の技術水準ではウエハー
全面に単結晶層を得ることは難しく、該結晶層の
モビリテイーはバルクに比べて1/2以下と小さい。
化合物半導体ICにおいては、層間分離絶縁層
として半絶縁性化合物エピタキシヤル層を用いる
ことが考えられる。しかしその方法は、半絶縁性
化合物半導体のエピタキシヤル成長が容易でなく
技術的に未確立であること、半絶縁層形成のため
にドープされるCrなどの不純物が熱的に動きや
すいこと、さらには半絶縁性基板を通した上下配
線の技術が容易でないといつた技術上の困難性が
あつた。
この発明は、化合物半導体IC複数層間の分離
に高純度化合物半導体層を用い、その中にメツシ
ユ状の高融点シヨツトキーメタルを埋め込み、そ
の電位を調整することにより層間分離および層間
接続を行うことを特徴とし、その目的は現在確立
されている技術により積層化合物半導体集積回路
を容易に実現することにある。
以下この発明の実施例を図面を参照して説明す
る。第1図はこの発明の第1の実施例を示す図で
ある。この図において、11は半絶縁性GaAs単
結晶基板(半絶縁性化合物半導体基板)であり、
その表面部内には、約0.1μm厚、1×1017/cm2
キヤリア濃度を有するN型GaAs単結晶層12が
選択的に形成される。このN型GaAs単結晶層1
2はFETの能動層として用いられる。また、基
板11の表面上にはシヨツトキー電極13と、オ
ーミツク電極および配線14が選択的に形成され
る。ここで、シヨツトキー電極13にはタングス
テンなどの高融点金属が、またオーミツク電極お
よび配線14にはGeが用いられる。なお、Geと
GaAsは熱膨張係数および格子定数が極めて良く
一致する。したがつて、GeはGaAs上にエピタキ
シヤル成長させたものを用いるのが望ましい。
このようにして第1層のICを構成するための
N型GaAs単結晶層12などを形成した半絶縁性
GaAs単結晶基板11上には、1×1014/cm2のキ
ヤリア濃度を有する高純度GaAs単結晶層(高純
度化合物半導体層)15が配置される。この高純
度GaAs単結晶層15は厚みを1μm程度とし、表
面には、半絶縁性GaAs単結晶基板11の場合と
全く同様に第2層のICを構成するためのN型
GaAs単結晶層16、シヨツトキー電極17、オ
ーミツク電極および配線18が形成される。
また、高純度GaAs単結晶層15の厚さ方向中
央部にはタングステンメツシユ層(メツシユ状の
高融点シヨツトキーメタル)19が埋め込まれ
る。このタングステンメツシユ層19はメツシユ
の幅および間隔が1μm以下とされる。また、タン
グステンメツシユ層19はチツプ内の1ケ所にお
いてウエハー表面に配線により取出されて零電位
(アース電位)に接続される。なお、タングステ
ンは高純度GaAs単結晶層15に対してシヨツト
キー特性を有する。
このように構成された第1の実施例において
は、高純度GaAs単結晶層15に埋め込まれたタ
ングステンメツシユ層19が零電位に接続される
ことにより高純度GaAs単結晶層15に空乏層が
生じるが、零電位のビルトインボテンシヤルによ
る空乏層の広がりは1μm以上あるので高純度
GaAs単結晶層15は第1図に斜線を施して示す
ように完全に空乏化する。したがつて、高純度
GaAs単結晶層15が上下IC層の分離層となり、
この分離層により上下IC層が完全に分離される。
第1図に示すこの発明の第1の実施例の構造
は、第2図に示す製造工程により具体的に実現で
きる。
まず、半絶縁性GaAs単結晶基板11を用意
し、その基板11の表面部内にイオン注入により
N型GaAs単結晶層12を選択的に形成する。次
に、半絶縁性GaAs単結晶基板11の表面上に同
じく選択的に、タンステンからなるシヨツトキー
電極13と、Geからなるオーミツク電極および
配線14を形成する。(第2図A参照) しかる後、シヨツトキー電極13などを有する
半絶縁性GaAs単結晶基板11上に、MO―CVD
(Metal―organic Chemical Vapor Deposition)
またはMBE(Molecular Beam Epitaxial)法に
より600℃程度以下の温度で高純度GaAs単結晶
層151を0.4〜0.5μm程度堆積させる。この場合、
シヨツトキー電極13と、オーミツク電極および
配線14が共に1〜2μ程度の幅であるから、こ
れらの上に、GaAsの水平方向のエピタキシヤル
成長を利用してGaAs単結晶層を堆積させること
ができる。また、オーミツク電極および配線14
が前述のようにGeである場合は、Geの格子定数
がGaAsのそれと一致しているため、そのGeが
GaAs単結晶基板11上にエピタキシヤル成長し
たものであれば、そのGe(オーミツク電極および
配線14)上に直接GaAsがエピタキシヤル成長
されるようになり、この工程は更に容易となる。
なお、シヨツトキー電極13と、オーミツク電極
および配線14の材料には、高純度GaAs単結晶
層151のエピタキシヤル成長温度において特性
の変化しないものを選定することが重要である。
タングステンやGeは、これを満足している。次
に、高純度GaAs単結晶層151上にタングステン
メツシユ層19を形成する。(第2図B参照) しかる後、タングステンメツシユ層19を有す
る高純度GaAs単結晶層151上にさらに0.4〜
0.5μm厚の高純度GaAs単結晶層152をエピタキ
シヤル成長させる。そして、その高純度GaAs単
結晶層152の表面部内にイオン注入によりN型
GaAs単結晶層16を形成するとともに、表面上
に、シヨツトキー電極17と、オーミツク電極お
よび配線18を形成する。(第2図C参照) 以上により第1図のこの発明の第1の実施例の
構造が実現される。
そして、以上のようなこの発明の第1の実施例
によれば次のような効果を有する。
(1) 現在の技術水準で容易に得られる1×1014cm
-3程度の高純度GaAs単結晶層15を分離層と
して用いているため実現が容易である。
(2) 高純度GaAs単結晶層15中にはCrを不純物
として含まないため熱による素子特性の変化が
極めて小さい。
(3) すべてGaAsを基材として層構成を行つてい
るため、格子不整合による歪発生、熱膨張係数
のミスマツチによる応力歪の発生、そりなどが
小さい。
(4) タングステンメツシユ層19はアースされて
いるため、第1層ICと第2層ICに流れる信号
をシールドできる。
第3図はこの発明の第2の実施例を示す図であ
る。この第2の実施例においては、第1の実施例
と同様に配置したタングステンメツシユ層19の
うち、上下に対向した一対のN型GaAs単結晶層
161,121の部分をあらかじめ除去する。これ
は、タングステンメツシユ層19をホトリソで形
成する時のマスクパターンにより容易に実現でき
る。
この第2の実施例において、タングステンメツ
シユ層19は第1の実施例と同様に零電位である
ため、空乏層20は第3図斜線部のように広が
る。しかし、タングステンメツシユ層19の欠落
した部分21は空乏領域でないため、上下に対向
したN型GaAs単結晶層161,121は導通状態
となり、このことにより上下配線(層間接続)を
実現できる。また、欠落した部分21に対応する
非空乏領域には空乏領域(空乏層20)よりはき
出されたキヤリアが蓄積されるため、導通抵抗が
更に小さくなる。
したがつて、第2の実施例においては、第1の
実施例と同様の効果を有すると同時に、更にタン
グステンメツシユ層19を部分的に除去するのみ
で上下配線を行えるため、上下配線のためのスル
ーホール穴開け、電極埋め込みといつた困難な工
程を必要としないという効果を有する。
第4図はこの発明の第3の実施例を示す図であ
る。この第3の実施例においては、上下に対向し
た一対のN型GaAs単結晶層161,121の部分
のタングステンメツシユ層192を他のタングス
テンメツシユ層191と不接続の状態で形成して、
そのタングステンメツシユ層192をスルーホー
ル電極により表面電極22に接続する。
この第3の実施例においては、タングステンメ
ツシユ層192の電位を任意に指定できるため、
これをゲートとした縦型FETがN型GaAs単結晶
層161,121間で構成される。そして、タング
ステンメツシユ層192がOVの時にFETがオフ
状態となる一方、タングステンメツシユ層192
に順バイアスをかけるとFETがオン状態となり
上部N型GaAs単結晶層161と下部N型GaAs単
結晶層121は導通状態となり、スイツチ機能を
有した上下配線を実現できる。この時、他のタン
グステンメツシユ層191は常にアース電位にあ
り、その部分の高純度GaAs単結晶層15は空乏
状態となり上下のアイソレーシヨンは維持された
ままである。
ゆえに、第3の実施例では、第1の実施例と同
様な効果を有すると同時に、スイツチ機能をもつ
上下配線を実現できる。また、この構造のFET
は極めて高速に動作することが知られており、高
速の上下配線を実現できる。
なお、以上の第1、第2、第3の実施例におい
ては、2層構成の場合について述べたが、このよ
うな構成を何回も繰り返えすことにより多層構造
が実現できることは前記説明内容からも明らかで
ある。
また、第1ないし第3の実施例においては
GaAsを材料として説明したが、その他InP、
InGaAsなどの化合物半導体においてもこの発明
は同様に実施できる。
以上詳述したようにこの発明の積層化合物半導
体集積回路によれば、現在確立されている技術を
用いて容易に実現でき、さらに層間分離の外に、
層間接続、しかもスイツチ機能を有する層間接続
を容易に実現でき、熱による素子特性の変化も極
めて小さくできる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の積層化合物半導体半積回路
の第1の実施例を示す断面図、第2図は第1の実
施例の構造を具体的に実現するための製造工程を
示す断面図、第3図および第4図はこの発明の第
2、第3の実施例を示す断面図である。 11…半絶縁性GaAs単結晶基板、12,12
,16,161…N型GaAs単結晶層、13,1
7…シヨツトキー電極、14,18…オーミツク
電極および配線、15,151,152…高純度
GaAs単結晶層、19,191,192…タングス
テンメツシユ層、21…タングステンメツシユ層
の欠落した部分。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 半絶縁性化合物半導体基板上に形成された集
    積回路上に、表面に集積回路を形成した高純度の
    化合物半導体層を少なくとも一層配置し、その高
    純度化合物半導体層の厚さ方向中央部にメツシユ
    状の高融点シヨツトキーメタルを埋め込み、その
    高融点シヨツトキーメタルを所定の電位に接続
    し、高純度化合物半導体層の少なくとも一部を空
    乏化することにより、上下の集積回路を電気的に
    分離することを特徴とする積層化合物半導体集積
    回路。 2 メツシユ状の高融点シヨツトキーメタルの一
    部を欠落させることにより、欠落部分により上下
    の集積回路の層間接続を行つたことを特徴とする
    特許請求の範囲第1項記載の積層化合物半導体集
    積回路。 3 メツシユ状の高融点シヨツトキーメタルを複
    数の部分に電気的に分離し、各々を独立に任意の
    電位に設定することにより、上下の集積回路の電
    気的分離、層間接続、スイツチ機能を有した層間
    配線を行うことを特徴とする特許請求の範囲第1
    項記載の積層化合物半導体集積回路。
JP17328782A 1982-10-04 1982-10-04 積層化合物半導体集積回路 Granted JPS5963753A (ja)

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JPS6213063A (ja) * 1985-07-11 1987-01-21 Nec Corp 化合物半導体多層集積回路
US4953000A (en) * 1987-11-14 1990-08-28 Canon Kabushiki Kaisha Semiconductor device

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JPS5963753A (ja) 1984-04-11

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