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JP2550623B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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Publication number
JP2550623B2
JP2550623B2 JP62298329A JP29832987A JP2550623B2 JP 2550623 B2 JP2550623 B2 JP 2550623B2 JP 62298329 A JP62298329 A JP 62298329A JP 29832987 A JP29832987 A JP 29832987A JP 2550623 B2 JP2550623 B2 JP 2550623B2
Authority
JP
Japan
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substrate
wiring
gaas
fet
semiconductor device
Prior art date
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Application number
JP62298329A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH01140643A (en
Inventor
豊和 大西
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.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 本発明はGaAsLSIの配線構造に関し、 内部配線の交差や配線長の増大を避けることを目的と
し、 低抵抗Si(若しくはGe)基板上にエピタキシャル成長
したGaAs能動層を設け、 該GaAs層にFETなどの能動素子を形成し、該素子への
特定電位配線体をSi基板により構成する。特定電位は例
えばグラウンド電位である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Outline] The present invention relates to a wiring structure of a GaAs LSI, and a GaAs active layer epitaxially grown on a low resistance Si (or Ge) substrate for the purpose of avoiding crossing of internal wiring and increase of wiring length. Is provided, an active element such as a FET is formed on the GaAs layer, and a specific potential wiring body to the element is constituted by a Si substrate. The specific potential is, for example, the ground potential.

〔産業上の利用分野〕[Industrial applications]

GaAs集積回路(LSI)を構成する素子数は近年増加の
一途をたどっているが、チップの大型化と共に配線長の
増加が避けられなくなっている。配線長が大になると信
号伝達に遅延を生じ、装置の高速作動を阻害する。
The number of elements that make up GaAs integrated circuits (LSI) has been increasing in recent years, but with the increase in size of chips, the increase in wiring length is inevitable. When the wiring length becomes long, signal transmission is delayed, which hinders high-speed operation of the device.

これを避けるため、素子や配線パターンを微細化し、
チップサイズを小にすることが行われているが、併せて
他の有効な処置がとられることが望ましい。そのような
対策の一つとして、半導体基板の背面に配線の一部を形
成することが提案されている。それによって配線形成領
域の面積を低減すると共に、配線交差部分に於いて不要
の結合が生じさせることを避けようとするのである。
In order to avoid this, miniaturize the element and wiring pattern,
Although chip sizes are being reduced, it is desirable that other effective measures be taken in conjunction therewith. As one of such measures, it has been proposed to form a part of the wiring on the back surface of the semiconductor substrate. This reduces the area of the wiring formation region and tries to avoid the generation of unnecessary coupling at the wiring intersection.

しかしながら、通常の半導体基板を用いてかかる構造
を具体化するのは非常に困難である。即ち、GaAs基板に
半絶縁性GaAs層をエピタキシャル成長させた基板は厚さ
が400〜500μmあるので、これを貫通する小口径のバイ
アホールを形成することが難しく、更に、バイアホール
内に導電体を充填して基板の表裏両面間を電気的に接続
することも困難である。バイアホールの口径を大にすれ
ばこれらの作業は容易になるが、配線長の低減という所
期の目的にそぐわなくなる。
However, it is very difficult to embody such a structure using a normal semiconductor substrate. That is, since a substrate obtained by epitaxially growing a semi-insulating GaAs layer on a GaAs substrate has a thickness of 400 to 500 μm, it is difficult to form a via hole having a small diameter penetrating the substrate, and a conductor is formed in the via hole. It is also difficult to fill and electrically connect both sides of the substrate. If the diameter of the via hole is increased, these operations will be easier, but they will not meet the intended purpose of reducing the wiring length.

基板を含むチップ厚を減することによって上記構造を
実現することも考えられるが、GaAsのような劈開し易い
結晶を100μm以下の厚みにしたのでは機械的強度が不
足するため、プロセス作業中のウェファの破損が頻発す
ることはもちろん、仮にLSIチップが完成しても使用中
に破損するおそれがあり、信頼性に欠けるものとなる。
It is possible to realize the above structure by reducing the thickness of the chip including the substrate, but if a crystal such as GaAs, which is easy to cleave, has a thickness of 100 μm or less, the mechanical strength is insufficient, so that the process Of course, the wafer is frequently damaged, and even if the LSI chip is completed, it may be damaged during use, resulting in unreliability.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

基板背面に配線を設けた半導体装置としては、GaAsFE
Tを用いた簡単な構成の増幅装置で、FETのソース電極に
基板を貫通する背面接続を設けたものがある。該装置で
は背面接続形成対象であるソース電極は比較的大面積で
あり、貫通孔は異方性エッチングによって開けられるの
で背面側の開口部のサイズも大である。
As a semiconductor device with wiring on the back surface of the substrate, GaAsFE
There is a simple amplification device using T, in which the source electrode of the FET is provided with a backside connection penetrating the substrate. In this device, the source electrode, which is the target for forming the back surface connection, has a relatively large area, and the through hole is formed by anisotropic etching, so the size of the opening on the back surface side is also large.

該装置に於いて背面接続を採用する目的は配線の交差
を回避することと、電極間の寄生容量の低減である。
The purpose of adopting the backside connection in the device is to avoid crossing of the wiring and to reduce the parasitic capacitance between the electrodes.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

既に述べたように、従来と同じ基板構造で背面配線を
実現しようとするのは困難である。また、背面側に配線
層を被着形成するための工程の増加も避けられない。
As described above, it is difficult to realize the back wiring with the same substrate structure as the conventional one. Further, an increase in the number of steps for forming the wiring layer on the back side is inevitable.

本発明の目的は機械的強度が十分であり、プロセス作
業上も問題のない背面配線型半導体装置を提供すること
である。
An object of the present invention is to provide a backside wiring type semiconductor device which has sufficient mechanical strength and has no problem in process work.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記目的を達成するため本発明の半導体装置では 低抵抗のSi若しくはGe単結晶基板上にエピタキシャル
成長された低不純物濃度のGaAs層に能動素子が形成さ
れ、 特定の電圧が供給される前記該能動素子の電極は、前
記GaAs層を貫通して設けられた導電体によって、前記低
抵抗のSi若しくはGe単結晶基板に接続された構造となっ
ている。
To achieve the above object, in the semiconductor device of the present invention, an active element is formed in a low impurity concentration GaAs layer epitaxially grown on a low resistance Si or Ge single crystal substrate, and the active element is supplied with a specific voltage. The electrode has a structure in which it is connected to the low-resistance Si or Ge single crystal substrate by a conductor provided through the GaAs layer.

実施例に於いてはSi基板はグラウンド電位を各FETの
ソースに供給するための配線体として機能している。
In the embodiment, the Si substrate functions as a wiring body for supplying the ground potential to the source of each FET.

〔作用〕[Action]

実施例の如くグラウンド配線を素子形成層の背面に設
けることによって、表面側の配線領域が縮小され、配線
長が小となる。更に、交差配線をなくすことができるの
で、表面側の配線形成工程が簡略化され、寄生容量も低
減される。
By providing the ground wiring on the back surface of the element forming layer as in the embodiment, the wiring area on the front surface side is reduced and the wiring length is reduced. Further, since the cross wiring can be eliminated, the wiring formation process on the front surface side is simplified and the parasitic capacitance is also reduced.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は本発明の基本構造を示す断面模式図である。 FIG. 1 is a schematic sectional view showing the basic structure of the present invention.

該図に於いて1は低抵抗Si基板であり、その上に半絶
縁性のGaAs層2がエピタキシャル成長されている。該Ga
As層にFETなどの素子が形成された後、バイアホールが
開けられ、金属層3によってGaAs層表面領域と基板が電
気的に接続されている。
In the figure, 1 is a low resistance Si substrate, on which a semi-insulating GaAs layer 2 is epitaxially grown. The Ga
After a device such as a FET is formed in the As layer, a via hole is opened and the metal layer 3 electrically connects the GaAs layer surface region to the substrate.

GaAs層上面では金属層は例えばFETのソース電極に接
続されているので、Si基板がグラウンド電位に接続され
ると、FETのソースにもグラウンド電位が供給されるこ
とになる。Si基板の比抵抗が10-4Ωcm程度の低い値であ
れば動作電流の変化によるソース電位の変動は無視し得
る程度であり、集積回路の動作上なんら問題はない。貫
通接続用のオーミック電極は、例えばTiとAuを積層した
ものである。
Since the metal layer is connected to the source electrode of the FET, for example, on the upper surface of the GaAs layer, when the Si substrate is connected to the ground potential, the ground potential is also supplied to the source of the FET. If the specific resistance of the Si substrate is a low value of about 10 −4 Ωcm, the fluctuation of the source potential due to the change of the operating current is negligible, and there is no problem in the operation of the integrated circuit. The ohmic electrode for through connection is, for example, a stack of Ti and Au.

SiとGaAsは格子定数が若干異なるので、従来はSi基板
上にGaAsをエピタキシャル成長させることは困難とされ
ていたが、近年結晶成長技術の進歩により、この組み合
わせのエピタキシャル成長が出来るようになった。なお
Ge基板の場合は、GaAsと格子定数が近似しているので従
来からエピタキシャル成長は可能である。
Since Si and GaAs have slightly different lattice constants, it has been conventionally difficult to epitaxially grow GaAs on a Si substrate, but recent advances in crystal growth technology have enabled epitaxial growth of this combination. Note that
In the case of a Ge substrate, since the lattice constant is close to that of GaAs, epitaxial growth has been possible conventionally.

第2図の3入力NOR回路に本発明を適用した実施例が
第3図である。該図の(a)はレイアウトを示す平面図
であり、そのY−Y′断面が(b)図に模式的に示され
ている。NOR回路は周知のものであるから説明は省略す
る。
FIG. 3 shows an embodiment in which the present invention is applied to the 3-input NOR circuit shown in FIG. (A) of the drawing is a plan view showing the layout, and the YY 'cross section is schematically shown in (b). Since the NOR circuit is well known, its explanation is omitted.

図の1は1×1021cm-3の隣(P)を不純物として含む
Si基板であり、比抵抗は2×10-4Ωcm程度、基板面は
(100)である、該基板上にほヾ3μmの厚さの半絶縁
性GaAs層2がエピタキシャル成長されており、該層にME
S型のFETが形成されている。
1 in the figure contains the neighbor (P) of 1 × 10 21 cm -3 as an impurity
It is a Si substrate, the specific resistance is about 2 × 10 −4 Ωcm, the substrate surface is (100), and the semi-insulating GaAs layer 2 having a thickness of about 3 μm is epitaxially grown on the substrate. To ME
An S-type FET is formed.

図の5はFETのソース領域、6はドレイン領域、7は
ショットキバリヤを有するゲート電極である。これ等各
領域の形成法は公知技術による。また、3は選択された
FETのソースとSi基板を接続するオーミック電極であ
り、4は通常の装置と同様にFETのS/D領域に設けられた
オーミック電極である。後者のオーミック電極は平面図
である(a)図に示されるように、表面側の配線8によ
って所定の節点或いは電源に接続されている。
In the figure, 5 is a source region of the FET, 6 is a drain region, and 7 is a gate electrode having a Schottky barrier. The method for forming each of these regions is based on a known technique. Also, 3 was selected
An ohmic electrode connecting the source of the FET and the Si substrate, and 4 is an ohmic electrode provided in the S / D region of the FET, as in a normal device. The latter ohmic electrode is connected to a predetermined node or power source by a wiring 8 on the front surface side, as shown in the plan view (a).

本実施例では(b)に明示されているように、論理入
力を受ける3個のFETのソースがGaAs層を貫通するオー
ミック電極によって低抵抗のSi基板に接続されており、
Si基板が背面配線を形成している。
In this embodiment, as clearly shown in (b), the sources of the three FETs receiving the logic input are connected to the low-resistance Si substrate by ohmic electrodes penetrating the GaAs layer,
The Si substrate forms the backside wiring.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

第2図のNOR回路を従来技術により、同じ設計ルール
で形成した場合のレイアウトが第4図に示されている。
同図(a)は平面図、(b)はそのZ−Z′断面であ
る。これは周知の技術によって形成される周知の構造な
ので説明は省略するが、これと比較すれば明らかなよう
に、第3図のものはパターン寸法が縮小されている。な
お、ここではGaAs基板1′が使用されている。
FIG. 4 shows a layout in the case where the NOR circuit of FIG. 2 is formed by the conventional technique according to the same design rule.
9A is a plan view, and FIG. 9B is its ZZ ′ cross section. Since this is a well-known structure formed by a well-known technique, description thereof will be omitted, but as is apparent from comparison with this, the pattern size of FIG. 3 has been reduced. The GaAs substrate 1'is used here.

以上説明したように、本発明によって実質的に背面配
線を有する半導体装置が実現することになるが、このよ
うに基板を低抵抗化して配線体とするのは、Si若しくは
Geを用いることによって始めて可能になるのであり、従
来の装置のようにGaAs基板を使用するのでは十分な低抵
抗化を実現することができず、グラウンド電位を供給す
るための配線体として使用することは望めない。
As described above, according to the present invention, a semiconductor device substantially having a back wiring is realized, but it is Si or
This is possible only when Ge is used, and it is not possible to achieve a sufficiently low resistance by using a GaAs substrate as in conventional devices, and it is used as a wiring body for supplying the ground potential. I can't hope for that.

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

第1図は本発明の基本構造を示す断面模式図、 第2図はNOR回路を示す結線図、 第3図は本発明によるNOR回路の構造を示す模式図、 第4図は従来技術によるNOR回路の構造を示す模式図で
あって、 図に於いて 1はSi基板、 1′はGaAs基板、 2はGaAs層、 3,4はオーミック電極、 5はソース、 6はドレイン、 7はゲート電極、 8は配線体、 9は絶縁膜 である。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing the basic structure of the present invention, FIG. 2 is a connection diagram showing a NOR circuit, FIG. 3 is a schematic diagram showing the structure of a NOR circuit according to the present invention, and FIG. 4 is a conventional NOR circuit. 1 is a schematic diagram showing the structure of a circuit, in which 1 is a Si substrate, 1'is a GaAs substrate, 2 is a GaAs layer, 3 and 4 are ohmic electrodes, 5 is a source, 6 is a drain, and 7 is a gate electrode. , 8 is a wiring body, and 9 is an insulating film.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】低抵抗のSi若しくはGe単結晶基板上にエピ
タキシャル成長された低不純物濃度のGaAs層に能動素子
が形成され、 特定の電圧が供給される前記該能動素子の電極は、前記
GaAs層を貫通して設けられた導電体によって、前記低抵
抗のSi若しくはGe単結晶基板に接続されて成ることを特
徴とする半導体装置。
1. An active element is formed on a GaAs layer of low impurity concentration epitaxially grown on a low-resistance Si or Ge single crystal substrate, and the electrode of the active element to which a specific voltage is supplied is
A semiconductor device, characterized in that it is connected to the low-resistance Si or Ge single crystal substrate by a conductor provided through the GaAs layer.
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