JPH0483371A - Semiconductor device - Google Patents
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- JPH0483371A JPH0483371A JP2196230A JP19623090A JPH0483371A JP H0483371 A JPH0483371 A JP H0483371A JP 2196230 A JP2196230 A JP 2196230A JP 19623090 A JP19623090 A JP 19623090A JP H0483371 A JPH0483371 A JP H0483371A
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
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Landscapes
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- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の目的〕
(産業上の利用分野)
本発明は、半導体装置、とくに、それぞれシステム機能
を有する複数の基板を組合せた大規模に集積された半導
体装置に関するものである。[Detailed Description of the Invention] [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a semiconductor device, and particularly to a large-scale integrated semiconductor device that combines a plurality of substrates each having a system function. be.
(従来の技術)
近年、半導体装1i(デバイス)の発達は目覚ましく、
特に、シリコン基板を用いた半導体デバイスの高集積化
、高速化、高機能化には著しいものがある。これらは、
有名な「縮小側」のルールに従って、おおよそ3年毎に
0.6−0.7倍の縮小率で半導体素子および配線の寸
法を縮小化して実現されている。その結果、1個のシリ
コン・チップ上に集積される半導体素子の数も、おおよ
そ3年毎に4倍づつ増加している。従って、メモリー・
デバイスであれば、記憶容量が4倍に、論理デバイスで
あれば、機能がその分だけ増加している。(Prior art) In recent years, the development of semiconductor devices has been remarkable.
In particular, semiconductor devices using silicon substrates are becoming more highly integrated, faster, and more functional. these are,
In accordance with the well-known "shrinking side" rule, the size of semiconductor elements and wiring is reduced at a reduction rate of 0.6 to 0.7 times approximately every three years. As a result, the number of semiconductor devices integrated on a single silicon chip is increasing fourfold approximately every three years. Therefore, memory
A device has four times the storage capacity, and a logical device has four times more functionality.
同時に、メモリのアクセス速度や論理演算速度も。At the same time, memory access speed and logical operation speed.
同様に高速化してきた。It has also become faster.
しかしながら、現在のところ、大規模なシステムを1チ
ツプに集積してしまうほどには、まだ、加工技術が達し
ていない、また、将来をみても、これまで順調に進展し
てきた加ニレベルが、今後。However, at present, processing technology has not yet reached the level where large-scale systems can be integrated on a single chip. .
鈍化してくることも十分考えられる。そこで、通常、半
導体チップを個々にパッケージに実装した製品を1枚の
プリント基板に多数実装し、さらに、そのプリント基板
を数枚重ねて、大規模システムを実現してきた。It is quite possible that the economy will slow down. Therefore, a large-scale system has generally been realized by mounting a large number of products in which semiconductor chips are individually packaged on one printed circuit board, and then stacking several of these printed circuit boards.
しかしながら、このような方法では、
■システムが数枚のプリント基板で構成されるため、シ
ステムサイズが大型になる。However, in such a method, (1) the system is composed of several printed circuit boards, resulting in a large system size;
■数枚のプリント基板の間を配線で接続するため、配線
の抵抗R、キャパシタンスC、インダクタンスL成分が
存在、信号波形の変化、すなわち、信号の伝ばん遅延や
レベル変動がおこり、システムの高速性、信頼性を劣化
させる。■Since several printed circuit boards are connected by wiring, there are resistance R, capacitance C, and inductance L components of the wiring, which causes changes in signal waveforms, that is, signal propagation delays and level fluctuations, which increases the speed of the system. performance and reliability.
■数枚のプリント基板の間を配線で接続するため、部品
点数が増加し、工程数も増えるなど、完成工期の長期化
、コストの増大、信頼性の低下を招き易い。■Since wiring is used to connect several printed circuit boards, the number of parts and processes increases, which tends to lengthen the completion period, increase costs, and reduce reliability.
などの欠点がある。There are drawbacks such as.
また、ウェハ・スケール・インテグレーションという手
法がある。その1つの手法として、1枚のシリコン・ウ
ェハに複数の半導体デバイスを焼き付け、かつ、各々の
半導体デバイスを接続させる配線も焼き付けて大規模シ
ステムをウェハ・サイズで実現させようという試み(こ
れをモノリシックな手法という)がなされている。その
例は、B、R,E1w+er、 W、E 、Tchon
、 A、 J 、Denboer。There is also a method called wafer scale integration. One method is to bake multiple semiconductor devices onto a single silicon wafer, and also bake the wiring that connects each semiconductor device to create a large-scale system on a wafer (this is called a monolithic system). A method called ``method'' has been used. Examples are B, R, E1w+er, W, E, Tchon
, A.J., Denboer.
R、F rommer 、 S 、 K ohya+n
a 、 K 、 H1rabayashi 。R, Frommer, S, Kohya+n
a, K, H1rabayashi.
and I 、Nojima、” Fault Tol
erant 92160 BitMultiphase
CCD Memory”、 1977 I E E
EI nternatinal S olid−S t
ate C1rcuitsConference (I
S S CCL Digest ofTechnic
al Papers、 pp、 116−117. F
ed、 1977゜の論文の中に記載されている。and I, Nojima,” Fault Tol
erant 92160 BitMultiphase
CCD Memory”, 1977 IEE
EI international Solid-S t
ate C1rcuitsConference (I
S S CCL Digest of Technic
al Papers, pp, 116-117. F
ed, 1977°.
しかし、この場合でも、
01枚のシリコン・ウェハに独立した機能を有する半導
体デバイスが焼き付けられるため、それらのうち、1つ
でも不良の場合、シリコン・ウェハ全体が不良となる。However, even in this case, since semiconductor devices having independent functions are printed on each silicon wafer, if even one of them is defective, the entire silicon wafer becomes defective.
従って、製造歩留りが悪くなり、製造コストが上がる。Therefore, manufacturing yield deteriorates and manufacturing costs increase.
■■の対策として、冗長性をもたせた回路を導入する方
法も既に提案されているが、本質的に■の欠点を解決す
るものではない。As a countermeasure for (2), a method of introducing redundant circuits has already been proposed, but this does not essentially solve the drawback (2).
などの問題がある。There are problems such as.
さらに、数種の良品シリコン・チップを1枚のシリコン
・ウェハに実装してなる、ハイブリッドなアプローチも
提案されている。その例は、M、 Iwabuchi、
K、0g1ue、 K、Nakamura。Furthermore, a hybrid approach has also been proposed in which several types of good quality silicon chips are mounted on a single silicon wafer. An example is M. Iwabuchi,
K, 0g1ue, K, Nakamura.
S 、Nakagami、 S 、I somura
、 S 、Kuroda、 andS 、Kawa
shimta、 ”A 7ns 128K Multi
chipECL RAM−with−Logic Mo
dule”。S, Nakagami, S, I somura
, S., Kuroda, and S., Kawa.
shimta, ”A 7ns 128K Multi
chipECL RAM-with-Logic Mo
dule”.
I S S CC87,Digest of Tech
nical Papers。I S S CC87, Digest of Tech
nical Papers.
pP、 226−227. Fed、 1987゜に示
されている。pP, 226-227. Fed, 1987°.
このシリコン・ウェハ上にシリコン・チップを、例えば
、ハンダ・バンプで実装したハイブリッドな方法におい
ても、
■この場合、実装基板であるシリコン・ウェハでは、配
線のみが描画されているのみであるため、将来、システ
ム全体の信号伝搬速度が飛躍的に大きくなったとき、ス
キュ一対策などで配線の引き回しなどに制約がででくる
可能性がある。そのとき、設計の自由度を確保するため
5半導体素子もこの実装基板上に形成する必要が起こり
得る。Even in this hybrid method in which silicon chips are mounted on a silicon wafer using, for example, solder bumps, ■In this case, only the wiring is drawn on the silicon wafer, which is the mounting substrate. In the future, when the signal propagation speed of the entire system increases dramatically, there is a possibility that restrictions will be placed on wiring, etc. to prevent skew. At that time, it may be necessary to form five semiconductor elements on this mounting board in order to ensure the degree of freedom in design.
■将来の高速化時代に対応して、実装基板上に配線以外
に、半導体素子をも製造する場合、高速化のため、バル
ク・シリコンより高速性能が期待できる。いわゆるSO
I構造の基板を用いる。■In response to the future high-speed era, when manufacturing semiconductor elements in addition to wiring on a mounting board, high-speed performance can be expected compared to bulk silicon due to the increased speed. So-called S.O.
A substrate with an I structure is used.
■将来の高速化時代に対応して、シリコンより高速の素
子製造が可能な化合物半導体ウェハを使用する可能性が
ある。■In response to the future high-speed era, there is a possibility of using compound semiconductor wafers, which can manufacture devices faster than silicon.
■将来の実装基板では、多機能化、特にデイスプレー機
能を持たせることが必要となってくるが、シリコン・ウ
ェハ基板では大型パネルを製作するには制約があり、他
の基板材料が必要となってくる。■Future mounting boards will need to have multiple functions, especially display functions, but silicon wafer boards have limitations in producing large panels, and other board materials will be required. It's coming.
■また、将来の超高速化時代に対応して発熱問題を回避
しなければならない。このため、実装基板は放熱しやす
いものでなければならない。■In addition, it is necessary to avoid the problem of heat generation in response to the future era of ultra-high speeds. Therefore, the mounting board must be able to easily dissipate heat.
などの課題が将来のシステムの超高速化、多機能化、小
型化に向けて解決されなければならないといった問題が
ある。Problems such as these must be solved in order to make future systems ultra-high-speed, multifunctional, and compact.
集積度を向上させるさらに有効な方策の一つが。One of the more effective measures to improve the degree of integration.
半導体活性層を多層に積み重ねた構造にデバイスを集積
化する3次元集積回路である。2次元の集積回路は、回
路の線幅が0.1μ以下になると1ギガビット級以上の
記憶素子になる。このように微細化してくると回路が細
くなりすぎて誤動作を引き起こす要因が増え、配線が複
雑化して長くなり高速性が失われてくる。したがって、
平面構造では、回路線幅が0.1μ近辺が微細化の限界
であると思われる。このような微細化の障壁を乗り越え
て集積度を上げる最適な構造の一つがこの3次元集積回
路である。積層構造を利用しているので層間の信号伝達
は極めて高速に行われ、また、絶縁層を用いた多層SO
I構造(multilayered S Ol5tru
cture)の層間分離方式によって、活性層内の寄生
効果は大幅に軽減される。このため、各層内。It is a three-dimensional integrated circuit that integrates devices in a structure in which semiconductor active layers are stacked in multiple layers. When the line width of a two-dimensional integrated circuit becomes 0.1 μm or less, it becomes a storage element of 1 gigabit class or more. As miniaturization progresses, circuits become too thin, increasing the number of factors that can cause malfunctions, and wiring becomes more complex and longer, reducing high-speed performance. therefore,
In a planar structure, it is thought that the limit for miniaturization is when the circuit line width is around 0.1 μm. This three-dimensional integrated circuit is one of the most suitable structures for overcoming such barriers to miniaturization and increasing the degree of integration. Because it uses a stacked structure, signal transmission between layers is extremely fast, and multilayer SO using insulating layers
I structure (multilayered S Ol5tru
Due to the interlayer isolation scheme of Cture, parasitic effects within the active layer are significantly reduced. For this reason, within each layer.
層間の回路動作の高速化が進み、集積回路の性能面の向
上は期待できる。しかし、多層の活性層を形成するには
、平面の集積回路の表面に多結晶シリコンを積層させ、
これをレーザや電子線アニールで単結晶に変えて積層さ
れた集積回路を形成するのが通常考えられる手段である
。この方法は何度も熱を加える工程があって複雑であり
、さらに良質な単結晶を作るのが難しい。多層のうちど
れかが不良であっても全体が機能しなくなるなど歩留り
も良くないなどの欠点もあり、3次元集積回路も容易に
高集積化の解決にはならない。As interlayer circuit operations become faster, we can expect improvements in the performance of integrated circuits. However, in order to form a multilayer active layer, polycrystalline silicon is deposited on the surface of a planar integrated circuit.
A commonly considered means is to convert this into a single crystal using laser or electron beam annealing to form a laminated integrated circuit. This method is complicated, requiring multiple heating steps, and it is difficult to produce high-quality single crystals. Three-dimensional integrated circuits are also not an easy solution to higher integration, since even if any one of the multilayers is defective, the entire circuit will no longer function, resulting in poor yields.
(発明が解決しようとする課題)
以上述べたように、半導体装置の高集積化、高速度化、
高機能化を求めて微細化が進んでいても、今後微細化技
術に限界が来ることは近い将来考えられることである。(Problems to be Solved by the Invention) As mentioned above, the higher integration and speed of semiconductor devices,
Even though miniaturization is progressing in pursuit of higher functionality, it is conceivable that miniaturization technology will reach its limits in the near future.
また、大規模集積手段として従来から知られている複数
のプリント板を積層する方法、ウェハ・スケール・イン
テグレーション、ハイブリッドなウェハ・スケール・イ
ンテグレーション等の手法には、一長一短あり、高集積
化、高速度化、高機能化された半導体装置を製造する手
段としては不十分であった。In addition, methods such as stacking multiple printed circuit boards, wafer scale integration, and hybrid wafer scale integration, which have traditionally been known as large-scale integration methods, have advantages and disadvantages, such as high integration and high speed. However, it has not been sufficient as a means for manufacturing highly sophisticated and highly functional semiconductor devices.
本発明は、上記事情によってなされたものであり、新規
な構造によって、高集積化、高速度化。The present invention was made in view of the above circumstances, and achieves high integration and high speed through a novel structure.
高機能化された半導体装置を提供することを目的として
いる。The purpose is to provide a highly functional semiconductor device.
(課題を解決するための手段)
本発明は、第1の発明は、独立したシステム機能を有す
る複数の第1種基板と、この第1種基板間を互いに接続
させる機能を有する第2種基板を備え、全体としてシス
テム機能を有する半導体装置に関するものであり、前記
第2種基板は、配線とともに半導体素子もしくはセンサ
を具備していることを特徴としている。また、第2の発
明は。(Means for Solving the Problems) A first aspect of the present invention is to provide a plurality of type 1 boards having independent system functions, and a type 2 board having a function of connecting the first type boards to each other. The present invention relates to a semiconductor device having a system function as a whole, and the second type substrate is characterized in that the second type substrate includes a semiconductor element or a sensor as well as wiring. Moreover, the second invention is.
上記半導体装置を複数個載置し、これらを互いに接続す
る機能を有する第3種基板を有することに特徴がある。It is characterized by having a third type substrate having a function of mounting a plurality of the above semiconductor devices and connecting them to each other.
第1種基板には、たとえば、シリコンなどの安価で技術
として確立している半導体チップを用いる。第2種基板
は、シリコンなどの単体半導体もしくはGaAsなとの
化合物半導体からなるウェハ、石英基板、ガラス基板、
銅もしくはアルミニウムなど放熱性の良い金属を主体と
した金属板上に一部絶縁膜を形成したものから選ばれる
。第2種基板の表面には、半導体素子、センサ。For the first type substrate, for example, a semiconductor chip such as silicon, which is inexpensive and has an established technology, is used. Type 2 substrates include wafers made of single semiconductors such as silicon or compound semiconductors such as GaAs, quartz substrates, glass substrates,
It is selected from a metal plate mainly made of a metal with good heat dissipation such as copper or aluminum with an insulating film partially formed on it. A semiconductor element and a sensor are provided on the surface of the second type substrate.
配線等が形成された半導体活性領域を備えた、いわゆる
S OI (Silicon on In5ulato
r)構造を有していることを特徴としている。半導体活
性領域には、たとえば単結晶シリコンや多結晶ポリシリ
コン膜が用いられる。この単結晶シリコンsO■構造は
、たとえば、公知のSIMOX(Separation
by ImplantedC)xyl(en)法によ
って形成される。So-called SOI (Silicon on Inverter) is equipped with a semiconductor active region in which interconnections and the like are formed.
r) structure. For example, single crystal silicon or polycrystalline silicon film is used for the semiconductor active region. This single-crystal silicon SO2 structure is, for example, a well-known SIMOX
by ImplantedC)xyl(en) method.
(作用)
本発明は、従来のウェハ・スケール・インテグレーショ
ン技術の課題、特にハイブリッドな手法によるウェハ・
スケール・インテグレーション技術の課題を解決するた
めの手段として、主に、複数の半導体チップの実装母体
となる基板に対して、改良がなされたものである。(Function) The present invention solves the problems of conventional wafer scale integration technology, especially wafer scale integration using a hybrid method.
As a means to solve problems in scale integration technology, improvements have been made mainly to the substrate that serves as a base for mounting multiple semiconductor chips.
すなわち、複数の半導体チップの高速性を十分に生かす
ため、それらのチップが実装される基板上に配線ととも
に半導体素子をも配置しようというもので、かつ、それ
らの素子が高速性を確保できるように、或いは、配線の
集積度を高めるため、実装基板そのものを特別のものと
する。例えば、実装基板が半導体ウェハにすれば、特別
の投影露光装置を用いれば配線や半導体素子のパターン
を簡単に焼き付けることができる。さらに、その半導体
ウェハが、例えば、いわゆる、SOI構造の、絶縁膜上
に半導体成膜が設けられたものであれば。In other words, in order to take full advantage of the high-speed performance of multiple semiconductor chips, the idea is to place semiconductor elements along with wiring on the board on which these chips are mounted, and to ensure that these elements can maintain high-speed performance. Alternatively, in order to increase the degree of wiring integration, the mounting board itself is made special. For example, if the mounting board is a semiconductor wafer, wiring and semiconductor element patterns can be easily printed using a special projection exposure apparatus. Furthermore, if the semiconductor wafer is, for example, a so-called SOI structure in which a semiconductor film is formed on an insulating film.
その上に形成される半導体素子や配線に寄生する容量を
小さくすることができる。このことは、ある半導体チッ
プから配線や半導体素子を通って他の半導体チップへ信
号が伝達される場合、その信号伝搬の高速化を実現させ
る上で非常に有利である。また、Sor基板のシリコン
厚が、例えば5゜n−程度の薄い薄膜SOI基板であれ
ば、さらに高速の半導体素子を製作することができる。Capacitance parasitic to semiconductor elements and wiring formed thereon can be reduced. This is very advantageous in realizing faster signal propagation when signals are transmitted from one semiconductor chip to another semiconductor chip through wiring or semiconductor elements. Further, if the silicon thickness of the Sor substrate is a thin film SOI substrate, for example, about 5° n-, a higher speed semiconductor device can be manufactured.
SOI構造の公知例の一つとしてSIMOX基板がある
。A SIMOX substrate is one of the known examples of the SOI structure.
SIMOX構造は、シリコン基板に部分的に酸化領域(
8102)などの絶縁性領域を形成し、表面またはその
一部を活性領域として利用する方法である。イオン注入
によりウェハの表面下数ミクロン程度の深さに酸素イオ
ンを高濃度に打ち込み、1000℃程度のアニーリング
を施して埋込み酸化膜(Sin、)を形成してSOI構
造としたものである。酸素の代わりに窒素を用いること
もある。その場合は、アニーリング温度は1200℃程
度となる。The SIMOX structure has a partially oxidized region (
In this method, an insulating region such as 8102) is formed and the surface or a part thereof is used as an active region. Oxygen ions are implanted at a high concentration to a depth of about several microns below the surface of the wafer by ion implantation, and annealing is performed at about 1000° C. to form a buried oxide film (Sin) to form an SOI structure. Nitrogen may be used instead of oxygen. In that case, the annealing temperature will be about 1200°C.
また1通常のシリコン基板でも、その基板上に設けられ
た絶縁膜に多結晶シリコン膜を堆積させ、その膜上に、
例えば、NチャネルMO5FETのような半導体素子を
設けると、約10100a/ V 、 seeのキャリ
ア移動度のものが得られる。1. Even with a normal silicon substrate, a polycrystalline silicon film is deposited on an insulating film provided on the substrate, and on that film,
For example, if a semiconductor device such as an N-channel MO5FET is provided, a carrier mobility of about 10100 a/V, see can be obtained.
さらに、高速性を追求するには、実装基板はシリコンよ
りも化合物半導体ウェハがよい。例えば、GaAsウェ
ハを実装基板として、半導体チップをその基板の上に実
装すればよい。この半導体チップはシリコン・チップで
もG a A sチップでも、或いはこれらの組みあわ
せでもよい、SIMOX基板やG a A s基板は比
較的高価なものであるが、SIMOXチップやG a
A sチップのLSIを通常基板に実装するよりも、安
価なシリコンチップを集積度の小さいSIMOX基板や
G a A s基板に実装させる方が全体としては安価
ですむ。Furthermore, in pursuit of high speed, a compound semiconductor wafer is better than silicon for the mounting substrate. For example, a semiconductor chip may be mounted on a GaAs wafer as a mounting substrate. This semiconductor chip may be a silicon chip, a GaAs chip, or a combination of these. SIMOX substrates and GaAs substrates are relatively expensive, but SIMOX chips and GaAs chips
It is cheaper overall to mount an inexpensive silicon chip on a SIMOX or GaAs substrate with a small degree of integration than to mount an As-chip LSI on a normal board.
高速性の他に、例えば1機能性を高めるために、実装基
板にシリコンやG a A sのウェハを用いずに、石
英やガラスの大型基板を用いてもよい。液晶デイスプレ
ィ装置などデイスプレィ装置はシステムの一部として今
後増す増す重要な役割を果たす。In addition to high speed, for example, in order to improve one functionality, a large quartz or glass substrate may be used instead of a silicon or GaAs wafer as the mounting substrate. Display devices such as liquid crystal display devices will play an increasingly important role as part of a system.
従って、デイスプレィ部そのものを実装基板とする。こ
の場合、石英基板にしろ、ガラス基板にしろ、半導体層
が存在しないため、基板上にアモルファス・シリコンや
多結晶シリコン或いはそれらから単結晶化された単結晶
シリコン膜を新たに設け、この領域に半導体素子を製作
しなければならない。この場合も、薄膜SOI構造がで
きるため。Therefore, the display section itself is used as a mounting board. In this case, since there is no semiconductor layer in either the quartz substrate or the glass substrate, a new layer of amorphous silicon, polycrystalline silicon, or a single crystalline silicon film made from them is provided on the substrate, and this region is A semiconductor device must be manufactured. In this case as well, a thin film SOI structure is created.
半導体素子の高速化が期待できる。It is expected that the speed of semiconductor devices will increase.
(実施例)
実施例1
以下1図を参照して、本発明の一実施例を説明する。第
1図と第2図は本発明の半導体装置の斜視図とそのA内
の拡大したB−B’部分の要部断面図である。(Example) Example 1 An example of the present invention will be described below with reference to FIG. FIGS. 1 and 2 are a perspective view of a semiconductor device of the present invention and a cross-sectional view of a main part of the BB' portion enlarged in A of the perspective view.
ウェハ・スケール・インテグレーション、特に、ハイブ
リッド形のインテグレーションを基本にしてこの実施例
では考えている。第1図のように、第2種基板である実
装基板1に1例えば、シリコンを主体としたウェハを用
いる。シリコンウェハを用いることで、通常のシリコン
・テクノロジーを用いて、素子や配線3、或いはセンサ
(例えば光電変換素子)などを通常のシリコン・デバイ
スを製作するときに用いる技術や装置を用いて精度よく
形成することができる。ここでは、いわゆるSOI基板
のウェハを示している。SOI構造の具体的な例として
、SIMOX構造が示されている。SIMOX構造は、
シリコン基板13中にOイオンを高濃度に注入し熱処理
することにより基板中に5in2膜12を形成し1表層
部にシリコン層11を設ける。This embodiment is based on wafer scale integration, especially hybrid type integration. As shown in FIG. 1, a wafer mainly made of silicon, for example, is used as a mounting substrate 1 which is a second type substrate. By using a silicon wafer, elements, wiring 3, or sensors (for example, photoelectric conversion elements) can be precisely fabricated using techniques and equipment used to manufacture ordinary silicon devices using ordinary silicon technology. can be formed. Here, a wafer of a so-called SOI substrate is shown. A SIMOX structure is shown as a specific example of the SOI structure. The SIMOX structure is
O ions are implanted in a high concentration into the silicon substrate 13 and heat treated to form a 5in2 film 12 in the substrate, and a silicon layer 11 is provided on one surface layer.
このシリコン層11に半導体素子、例えば、MO5FE
T31を形成する。シリコン層11は単結晶であり、こ
の中に拡散領域を適宜形成し、その上にゲート絶縁膜、
ポリシリコンゲート電極などを形成してメモリなどの半
導体デバイスを形成する。This silicon layer 11 has a semiconductor element, for example, MO5FE.
Form T31. The silicon layer 11 is a single crystal, in which a diffusion region is appropriately formed, and a gate insulating film and a gate insulating film are formed thereon.
Polysilicon gate electrodes and the like are formed to form semiconductor devices such as memories.
MOSFETを薄膜シリコンのSIMOX基板1上に設
けるとMOSFET下のシリコン層がすべて空乏化する
ためキャリア移動度が厚膜時より高くなる。つまり、高
速の半導体素子が形成される。When a MOSFET is provided on a SIMOX substrate 1 made of thin film silicon, the entire silicon layer under the MOSFET is depleted, so carrier mobility becomes higher than when the MOSFET is a thick film. In other words, a high-speed semiconductor element is formed.
この半導体素子(MOSFET)31の電極からアルミ
などの配線32を引き出す。この配線層32と実装され
る半導体チップ2とが接続される。接続の方法は、第2
図で示す様に、ハンダ・バンプ法で行われる。半導体チ
ップ2のパッド(図示せず)上に設けられたハンダ・バ
ンプによって、実装基板のSIMOXウェハ上の配線3
2パッド部と位置合せして接続する。第2図で示した半
導体素子は、MOSFETのみならず、バイポーラ素子
でもよい。また、NチャネルMO8FETとPチャネル
MO5FETから成るCMO5回路素子でもよい。A wiring 32 made of aluminum or the like is drawn out from the electrode of this semiconductor element (MOSFET) 31. This wiring layer 32 and the semiconductor chip 2 to be mounted are connected. The connection method is the second
As shown in the figure, this is done using the solder bump method. The wiring 3 on the SIMOX wafer of the mounting board is connected by solder bumps provided on the pads (not shown) of the semiconductor chip 2.
Align and connect with the 2nd pad part. The semiconductor element shown in FIG. 2 may be not only a MOSFET but also a bipolar element. Alternatively, a CMO5 circuit element consisting of an N-channel MO8FET and a P-channel MO5FET may be used.
さらに、バイポーラとこの0MO5から構成される、い
わゆる BiC,MO8回路素子でもよい。また、回路
素子があらかじめ基本論理を構成したセル単位で複数個
配置された、いわゆるゲート・アレイやプログラマブル
・ロジック・アレイでもよい。これらの半導体素子は半
導体チップ2を実装基板1に実装する前に製作してもよ
いし、実装後に製作してもよい。但し、実装後の場合は
、熱工程に制限が加わるため、低温プロセスが必要とな
る。−船釣には、半導体素子は実装前に製作しておき、
配線のみ実装後に形成する。この様にして。Furthermore, a so-called BiC, MO8 circuit element composed of bipolar and OMO5 may also be used. Alternatively, it may be a so-called gate array or a programmable logic array in which a plurality of circuit elements are arranged in units of cells that constitute basic logic in advance. These semiconductor elements may be manufactured before the semiconductor chip 2 is mounted on the mounting board 1, or after the semiconductor chip 2 is mounted on the mounting board 1. However, after mounting, there are restrictions on the thermal process, so a low-temperature process is required. -For boat fishing, semiconductor devices are manufactured before mounting.
Only the wiring is formed after mounting. In this way.
第2種基板に論理回路を主とするCPUやメモリー等を
形成しておき、これから出力される計算結果や論理出力
等を第1種基板に形成した液晶デイスプレーやプラズマ
デイスプレー等の表示手段で可視化した様なデイスプレ
ー付高級マイコン等に利用する。A display means such as a liquid crystal display or a plasma display in which a CPU, memory, etc., mainly consisting of logic circuits, is formed on a type 2 substrate, and calculation results, logic outputs, etc. to be outputted are formed on a type 1 substrate. It is used for high-end microcontrollers with display screens, such as those visualized in .
特に、バイポーラ素子など発熱を起こし易いものは半導
体チップ2の中に形成しておくよりも、実装基板1上に
形成する方が好ましい。すなわち、チップ内に形成すべ
き半導体素子を第2種基板に移すことも可能である。In particular, it is preferable to form devices such as bipolar elements that easily generate heat on the mounting substrate 1 rather than forming them inside the semiconductor chip 2. That is, it is also possible to transfer the semiconductor element to be formed within the chip to the second type substrate.
図では実装基板1にSIMOXウェハを使用したが、シ
リコンウェハや化合物半導体例えばGaAsウェハでも
よい、特に、G a A sなど化合物半導体ウェハを
用いた場合、光デバイスも製作できるため、半導体チッ
プの電気的接続を光で行う、光配線が可能となる。これ
は、配線間の結合容量がないため、干渉がなく、配線と
しては好ましい。In the figure, a SIMOX wafer is used as the mounting board 1, but it may also be a silicon wafer or a compound semiconductor wafer, such as a GaAs wafer.In particular, when a compound semiconductor wafer such as GaAs is used, optical devices can also be manufactured. Optical wiring, which uses light to make physical connections, becomes possible. This is preferable for wiring because there is no coupling capacitance between the wirings, so there is no interference.
とくに、G a A sの第2種基板にシリコンチップ
を搭載した場合の両者間の配線によい。In particular, it is good for wiring between a silicon chip mounted on a second type GaAs substrate.
さらに、実装基板に、石英板やガラス板を用いることが
できる。Furthermore, a quartz plate or a glass plate can be used for the mounting board.
この場合、これらの基板上の大部分の半導体活性領域に
は、例えば、TPTのような光電変換素子を製作し、半
導体チップを周辺に実装することになる。画像処理など
の機能を持つ半導体チップ。In this case, photoelectric conversion elements such as TPT are fabricated in most of the semiconductor active regions on these substrates, and semiconductor chips are mounted around them. A semiconductor chip with functions such as image processing.
メモリ機能を持つ半導体チップなどを実装し、基板上に
、前記光電変換素子などのセンサの他に、接続用配線(
必要によっては透明な配線材料を用いる)を焼き付けれ
ば、デイスプレィ機能を持ったシステムも製作できる。A semiconductor chip with a memory function is mounted on the board, and in addition to sensors such as the photoelectric conversion elements, connection wiring (
If necessary, a system with a display function can also be produced by printing a transparent wiring material (using transparent wiring material if necessary).
この場合にも、薄膜SOI基板の構造となるので、半導
体素子の高速化も可能となり、高速画像処理のできる、
デイスプレィ付システムが提供できる。In this case as well, since the structure is a thin film SOI substrate, it is possible to increase the speed of the semiconductor element, and it is possible to perform high-speed image processing.
A system with a display can be provided.
実施例2
この実施例では、実装基板として第3種基板を用い、こ
の基板に実施例1に示した半導体装置を複数搭載する。Example 2 In this example, a third type board is used as a mounting board, and a plurality of semiconductor devices shown in Example 1 are mounted on this board.
このような構成によって、その集積化と多機能化は、実
施例1よりさらに向上する。With such a configuration, its integration and multifunctionality are further improved than in the first embodiment.
先の複数の半導体装置は、すべて同じでも良いが、それ
ぞれ異なる構造を有していても良い。例°えば、第1種
基板として搭載される半導体チップを互いに異なる構造
にすれば、その多機能性が一層増すことになる。第3種
基板は、第2種基板のように、半導体薄膜を有し、配線
と共に素子機能を有する薄膜SOI基板でも良いし、配
線のみを有する基板でも良い、半導体ウェハ、石英基板
、ガラス基板、アルミニウムまたは銅を主成分とした絶
縁された金属基板等のなかから任意のものを第3種基板
として選択することができる。この実施例2のような3
次元構造にすることにより、集積度の向上をさらに十分
に維持することができる。The plurality of semiconductor devices described above may all be the same, or may have different structures. For example, if the semiconductor chips mounted as the first type substrate have different structures from each other, their multifunctionality will further increase. The third type substrate may be a thin film SOI substrate that has a semiconductor thin film and has an element function together with wiring, like the second type substrate, or it may be a substrate having only wiring, such as a semiconductor wafer, a quartz substrate, a glass substrate, Any one can be selected as the third type substrate from among insulated metal substrates containing aluminum or copper as a main component. 3 like this example 2
By adopting a dimensional structure, the improvement in the degree of integration can be maintained even more satisfactorily.
以上のように、本発明によれば、半導体装置の3次元的
な大規模集積の結果、高密度集積、高速動作および多機
能性が達成可能となる。3次元集積化によりチップ当り
の消費電力/集積の低減や配線遅延時間の大幅な短縮が
可能となる。また。As described above, according to the present invention, high-density integration, high-speed operation, and multifunctionality can be achieved as a result of three-dimensional large-scale integration of semiconductor devices. Three-dimensional integration makes it possible to reduce power consumption/integration per chip and significantly shorten wiring delay time. Also.
素子の並行動作や固有速度の異なる素子の機能的な使い
分け、並列処理を効果的に実行する回路構成の採用など
により、システム全体として高速度化、高機能化をはか
る設計が可能になる。By parallel operation of elements, functional use of elements with different intrinsic speeds, and adoption of circuit configurations that effectively execute parallel processing, it becomes possible to design systems that achieve higher speeds and higher functionality as a whole.
本発明は、以上のように、接続機能を有する第2種基板
に半導体素子やセンサなど機能性を与えたので微細化の
限界を越えて高集積化が可能になると同時に高速化、多
機能化などが著しく進む。As described above, the present invention provides functionality such as semiconductor elements and sensors to a type 2 substrate that has a connection function, thereby exceeding the limits of miniaturization and making it possible to achieve high integration, while at the same time increasing speed and multifunctionality. etc. are progressing significantly.
第1図は本発明の一実施例における半導体装置の斜視図
、第2図は第1図に示した半導体装置の部分Aを拡大し
たB−B’部分の断面図である。
1・・・第2種基板(シリコンウェハ)、2・・・第1
種基板(半導体チップ)、3・・・半導体素子および配
線、11・・・シリコン薄層、12・・・シリコン酸化
膜、13・・・シリコン、21・・・チップ本体、
22・・・接続用バンプ、31・・・MOSFET、
32・・・配線。FIG. 1 is a perspective view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view taken along line BB', which is an enlarged view of portion A of the semiconductor device shown in FIG. 1... Second type substrate (silicon wafer), 2... First
Seed substrate (semiconductor chip), 3... Semiconductor element and wiring, 11... Silicon thin layer, 12... Silicon oxide film, 13... Silicon, 21... Chip body,
22... Connection bump, 31... MOSFET,
32...Wiring.
Claims (4)
と、この第1種基板間を互いに接続させる機能を有する
第2種基板とを備え、全体としてシステム機能を有する
半導体装置において、前記第2種基板は、配線とともに
半導体素子もしくはセンサを具備していることを特徴と
する半導体装置。(1) A semiconductor device comprising a plurality of type 1 substrates having independent system functions and a type 2 substrate having a function of connecting the first type substrates to each other, and having a system function as a whole. A semiconductor device characterized in that the type 2 substrate includes a semiconductor element or a sensor as well as wiring.
れらを互いに接続させる機能を有する第3種基板を有す
る半導体装置。(2) A semiconductor device having a third type substrate having a function of mounting a plurality of semiconductor devices according to claim 1 and connecting them to each other.
て形成された半導体層に前記半導体素子もしくはセンサ
が形成された事を特徴とする請求項1に記載の半導体装
置。(3) The semiconductor device according to claim 1, wherein the second type substrate has the semiconductor element or sensor formed on a semiconductor layer formed on a semiconductor substrate with an insulating film interposed therebetween.
1種基板に前記論理集積回路の出力を表示する表示手段
を形成した事を特徴とする請求項1に記載の半導体装置
。(4) The semiconductor device according to claim 1, wherein a logic integrated circuit is formed on the second type substrate, and a display means for displaying the output of the logic integrated circuit is formed on the first type substrate.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2196230A JPH0483371A (en) | 1990-07-26 | 1990-07-26 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2196230A JPH0483371A (en) | 1990-07-26 | 1990-07-26 | Semiconductor device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0483371A true JPH0483371A (en) | 1992-03-17 |
Family
ID=16354366
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2196230A Pending JPH0483371A (en) | 1990-07-26 | 1990-07-26 | Semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0483371A (en) |
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1990
- 1990-07-26 JP JP2196230A patent/JPH0483371A/en active Pending
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