JP2005044861A - 半導体装置、半導体装置の使用方法、半導体装置の製造方法および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】３次元実装された半導体装置において、各基板に対する電力供給を可能とし、また各基板間の正確な信号伝達を可能とする。
【解決手段】集積回路１０５を備えた複数の基板１００，２００，３００が積層されてなる半導体装置１であって、各基板は、光透過性を有する基板本体１０１と、電気信号を光信号に変換して送信可能な発光素子および光信号を受信して電気信号に変換可能な受光素子１２２，１２３と、各基板に対して電力を供給する貫通電極１６０とを備え、隣接する基板の貫通電極１６０が電気的に接続されている構成とした。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置、半導体装置の製造方法、半導体装置の使用方法および電子機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話機、ノート型パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ ｄａｔａ ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ）などの電子機器には、集積回路を備えた半導体装置が搭載されている。近時では、上述した携帯型の電子機器の小型化および軽量化が強く要求され、半導体装置の実装スペースも極めて制限されている。そこで、半導体チップの高密度実装を図るため、３次元実装技術が提案されている。３次元実装技術は、集積回路が形成された基板同士を積層し、各基板間を配線接続することによって、半導体チップの高密度実装を図る技術である。
【０００３】
このように３次元実装された半導体装置において、各基板間における信号の送受信は、各基板間に配設された導電線を介して行われる。ところが、配線抵抗および配線間容量が存在するため、信号遅延の発生は避けられない。そこで、基板間において光信号の送受信を行う技術（光インターコネクション）が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この技術は、一の基板に形成された発光素子と、他の基板に形成された受光素子との間で、光信号の送受信を行うものである。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２７７７９４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
各基板の集積回路ならびに発光素子および受光素子を駆動するためには、各基板に対して電力を供給する必要がある。しかしながら、エネルギーの小さい光信号を用いて電力供給を行うことは、困難ないし不可能であるという問題がある。
【０００６】
一方、一対の発光素子および受光素子によって光信号の送受信を行う場合であっても、発光素子は所定の角度範囲に光信号を射出する場合があり、受光素子は所定の角度範囲で入射した光信号を受信する場合がある。このように、発光素子または受光素子の指向性が弱い場合には、当該発光素子からの光信号を当該受光素子以外の受光素子が受信したり、当該受光素子が当該発光素子以外の発光素子からの光信号を受信したりする場合がある。これにより、正確な信号伝達が困難ないし不可能になるという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、各基板に対する電力供給が可能であり、また各基板間の信号伝達を正確に行うことが可能な、半導体装置、その製造方法およびその使用方法の提供を目的とする。
また、信頼性の高い電子機器の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の半導体装置は、集積回路を備えた複数の基板が積層されてなる半導体装置であって、前記各基板は、少なくとも一の波長の光信号を透過可能な材料からなる基板本体と、電気信号を前記光信号に変換して送信可能な発光素子または前記光信号を受信して電気信号に変換可能な受光素子の少なくともいずれか一方と、前記各基板に貫通形成され前記各基板に対して電力を供給する導電部とを備え、隣接する前記基板の前記導電部が電気的に接続されていることを特徴とする。
この構成によれば、各基板に対して電力を供給する導電部が各基板に貫通形成され、また隣接する基板の導電部が電気的に接続されているので、導電部を介してすべての基板に電力を供給することができる。
【０００９】
また、前記各基板本体は、電気絶縁性材料によって構成されていることが望ましい。この構成によれば、導電部と基板本体との間に絶縁膜を形成する必要がない。したがって、半導体装置のコストを低減することができる。
【００１０】
また、前記光信号の送受信を行う一対の前記発光素子および前記受光素子の間に、前記光信号を遮断可能な材料からなる第１遮光膜が形成され、前記第１遮光膜は、前記一対の発光素子および受光素子を結ぶ光軸上に、開口部を有する構成としてもよい。
この構成によれば、発光素子から開口部の形成領域に射出された光信号および開口部の形成領域から受光素子に入射する光信号のみが第１遮光膜を通過する。したがって、発光素子または受光素子の指向性が弱い場合でも、一対の発光素子および受光素子の間のみで光信号の送受信を行うことが可能になり、基板間の信号伝達を正確に行うことができる。
【００１１】
また、前記集積回路に対する光の入射を防止する第２遮光膜を備えていることが望ましい。この構成によれば、光の入射に起因する集積回路の故障や誤動作の発生率を低減することができる。
【００１２】
また、前記第１遮光膜および／または前記第２遮光膜は、前記集積回路を覆う絶縁膜の表面に形成されていることが望ましい。この構成によれば、第１遮光膜および／または第２遮光膜が導電性材料で構成されている場合でも、これらと集積回路との短絡を防止することができる。また、このように第１遮光膜が形成された各基板を積層することにより、光信号の送受信を行う一対の発光素子および受光素子の間に第１遮光膜を配置することができる。さらに、第１遮光膜を各基板の形成後に簡単に形成することができる。
【００１３】
また、前記第１遮光膜および／または前記第２遮光膜は、電気配線として機能することが望ましい。この構成によれば、電気配線用のスペースを削減することが可能になり、半導体装置を小型化することができる。
【００１４】
また、前記第１遮光膜および／または前記第２遮光膜は、前記集積回路から発生する熱を放熱する機能を有することが望ましい。この構成によれば、発熱に起因する集積回路の故障や誤動作の発生率を低減することができる。
【００１５】
また、一の前記発光素子または一の前記受光素子が、複数の前記受光素子または複数の前記発光素子との間で前記光信号を送受信可能とされている構成としてもよい。この構成によれば、発光素子または受光素子の個数を削減することが可能になり、半導体装置のコストを低減することができる。
【００１６】
一方、本発明の半導体装置の使用方法は、一の前記発光素子または一の前記受光素子との間で前記光信号を送受信可能とされた複数の前記受光素子または複数の前記発光素子のうち、前記光信号を送受信すべき前記受光素子または前記発光素子を、前記一の発光素子または前記一の受光素子と同期させて駆動することを特徴とする。
この構成によれば、一の発光素子または一の受光素子は、光信号の送受信を行うべき受光素子または発光素子との間のみで光信号の送受信を行うことが可能になり、他の受光素子または他の発光素子とのクロストークを防止することができる。したがって、基板間の信号伝達を正確に行うことができる。
【００１７】
一方、本発明の半導体装置の製造方法は、前記基板の一方側の表面から前記基板に対して非貫通穴を形成する工程と、前記非貫通穴に対して、液滴吐出手段により導電材料を充填し、前記導電部を形成する工程と、前記基板の他方側の表面を研削して、前記導電部を露出させる工程と、を有することを特徴とする。
この構成によれば、液滴吐出手段により導電材料を充填して導電部を形成するので、所定形状の導電部を所定位置に正確に形成することができる。また、最終工程で基板を薄型化するので、半導体プロセスにおける基板の剛性を確保しつつ、半導体装置を小型化することができる。
【００１８】
一方、本発明の電子機器は、上述した半導体装置を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、各基板に対する電力供給が可能であり、また各基板間の信号伝達を正確に行うことが可能な半導体装置を備えているので、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００２０】
［半導体装置］
図１は、本実施形態の半導体装置の側面断面図である。本実施形態の半導体装置１は、集積回路１０５を備えた複数の基板１００，２００，３００を積層して構成されている。なお、図１では３個の基板を積層した場合を例示しているが、積層する基板の個数は３個以外であってもよい。各基板１００，２００，３００には貫通電極１６０，２６０，３６０が形成され、隣接する基板はその貫通電極を電気的に接続した状態で積層されている。なお、各基板１００，２００，３００の間には、光信号の透過性を有する接着剤１９０，２９０が充填されている。
【００２１】
（基板本体、集積回路）
図１に示すように、各基板１００，２００，３００は同様に構成されているので、以下には基板１００の場合を例にして説明する。基板１００は、少なくとも一の波長の光信号を透過可能な光透過性材料からなる基板本体１０１を備えている。これにより、基板間の光信号通信が可能になる。また、基板１００は電気絶縁性材料によって構成されている。これにより、後述するように、各基板１００と貫通電極１６０との間に絶縁膜を形成する必要がなくなり、半導体装置１のコストを低減することができる。なお、上述した光透過性および電気絶縁性を備えた材料として、具体的にはサファイヤやガラス、石英等の材料を採用することができる。サファイヤ基板を採用した場合には、後述するように発光素子および受光素子を基板に直接形成することが可能であり、また基板を１５０μｍ程度に薄く形成することができる。したがって、半導体装置１を小型化することができる。
【００２２】
基板１００の回路形成領域には、集積回路１０５が配置されている。なお、基板１００の表面に集積回路を直接形成してもよく、基板１００の表面に集積回路素子を実装してもよい。この集積回路１０５には、電子計算機のプロセッサ回路やメモリ回路などあらゆる回路を適用することができる。なお、基板間で光信号の送受信を行うため、次述する発光素子および受光素子の駆動回路を付加してもよい。
【００２３】
（発光素子、受光素子）
また、基板１００の光信号通信領域には、発光素子１１２，１１３（図２参照）または受光素子１２２，１２３（図１参照）を備えている。この発光素子１１２，１１３は、集積回路において利用される電気信号を、特定波長の光信号に変換するものである。発光素子１１２，１１３として、具体的には発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザ（レーザダイオード）、有機ＥＬ素子などを採用することができる。また受光素子１２２，１２３は、特定波長の光信号を、集積回路において利用される電気信号に変換するものである。受光素子１２２，１２３として、具体的にはフォトダイオードやフォトトランジスタ、フォトＩＣ等を採用することができる。
【００２４】
発光素子として採用可能なＬＥＤは、ｐｎ接合部に電流が流れると光を放射するダイオードである。単純なホモ接合構造のＬＥＤは、ｐ型半導体およびｎ型半導体の結晶が同じ材料で構成されている。ホモ接合構造のＬＥＤに順バイアス電圧を印加すると、ｎ型半導体の電子がｐ型半導体に移動し、エネルギーの高い伝導帯からエネルギーの低い価電子帯に落ちて正孔と再結合する。その際に失われるエネルギーが光として放出され、ＬＥＤが発光する。なお、ＬＥＤの発光強度はｐｎ接合部を流れる電流に比例するので、電気信号に応じた光信号を得ることができる。また、光信号の波長は伝導帯と価電子帯のエネルギー差（バンドギャップ）に左右され、バンドギャップは使用する半導体材料によって決定される。
【００２５】
なお、発光効率が低いホモ接合構造のＬＥＤに代えて、ダブルへテロ接合構造のＬＥＤを採用してもよい。ダブルへテロ接合構造のＬＥＤは、ｐ型半導体（ｐ型クラッド層）およびｎ型半導体（ｎ型クラッド層）の間に、バンドギャップの小さい活性層を挟み込んだものである。ダブルへテロ接合構造のＬＥＤに順バイアス電圧を印加すると、電子および正孔は活性層に閉じ込められて密度が高い（反転分布）状態となる。これにより、効率よく再結合（誘導放射）が行われて高い発光効率を得ることができる。このようなＬＥＤを発光素子として採用することにより、少ない消費電力で高出力を確保することが可能になり、効率的な光信号通信を行うことができる。また、ＬＥＤは耐久性能に優れている。
【００２６】
また、発光素子として採用可能な半導体レーザは、半導体素子からの光をレーザ発振により増幅して照射するものである。半導体レーザの構造はダブルヘテロ接合構造のＬＥＤと同様であるが、半導体レーザでは、クラッド層と活性層とが屈折率の異なる半導体材料によって構成されている。これにより、クラッド層と活性層との境界部分は反射鏡として機能する。そして、再結合により発生した光が反射鏡の間を往復することにより誘導放射が繰り返される（レーザ発振）。これにより、光が増幅されて半導体素子の外部に照射される。したがって、半導体レーザはＬＥＤよりも高出力となる。このような半導体レーザを発光素子として採用することにより、離れた基板間でも光信号通信を行うことが可能になる。
【００２７】
上述したＬＥＤや半導体レーザは、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）等の化合物半導体によって構成することができる。そして、基板１００をサファイヤによって構成する場合には、基板１００の表面にＬＥＤや半導体レーザを直接形成することができる。これにより、半導体装置１の集積度を向上させることが可能になり、半導体装置１を小型化することができる。なおサファイヤ基板を採用した場合には、基板上に単結晶Ｓｉ層を形成し、そのＳｉ層に集積回路１０５を形成する。
【００２８】
また、発光素子として有機ＥＬ素子を採用することも可能である。有機ＥＬ素子は、ＩＴＯ等からなる陽極とＬｉＦ／Ａｌ等からなる陰極との間に、有機化合物からなる正孔注入／輸送層および発光層を挟持したものである。具体的には、正孔注入／輸送層の構成材料として、ポリチオフェン誘導体とポリスチレンスルホン酸等の混合物等を用いることができる。また発光層の構成材料として、ポリフルオレン誘導体等の高分子材料を用いることができる。発光層では、正孔注入／輸送層から注入される正孔と、陰極から注入される電子とが再結合して発光するようになっている。このような有機ＥＬ素子を発光素子として採用することにより、発光素子を容易に形成することができる。
【００２９】
一方の受光素子には、フォトダイオードを採用することができる。フォトダイオードは、ＬＥＤとは逆に、光をｐｎ接合に入射させて正孔および電子を発生させ、電流を得るものである。ここで得られる電流は、ｐｎ接合に入射する光の強度に比例するので、光信号に応じた電気信号を得ることができる。なお、フォトダイオードの動作時には逆バイアス電圧を印加する。フォトダイオードには、上述したｐｎフォトダイオードの他に、ｐｉｎフォトダイオードを採用してもよい。ｐｉｎ構造は、ｐｎ接合の間に、キャリアの少ない真性半導体（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ）層を設けたものである。この真性半導体層に電界を印加しておくと、上記のように発生した正孔および電子を高速で移動させることができる。これにより、受光素子の高速応答性を確保することができる。また受光素子として、フォトダイオードを増幅回路と組み合わせたフォトトランジスタや、フォトダイオードを集積回路と組み合わせたフォトＩＣなどを採用することも可能である。
【００３０】
図２は、複数の基板における発光素子および受光素子の配置図である。本実施形態では、一対の基板間において光信号の送受信を担当する発光素子および受光素子（以下、一対の発光素子および受光素子と呼ぶ）が、それぞれの基板に形成されている。例えば、基板１００から基板２００に対して光信号を送信するため、基板１００には発光素子１１２が形成され、基板２００には受光素子２２１が形成されている。逆に、基板２００から基板１００に対して光信号を送信するため、基板２００には発光素子２１１が形成され、基板１００には受光素子１２２が形成されている。同様に、基板２００と基板３００との間で光信号の送受信を行うため、基板２００には発光素子２１３および受光素子２２３が形成され、基板３００には受光素子３２２および発光素子３１２が形成されている。また基板３００と基板１００との間で光信号の送受信を行うため、基板３００には発光素子３１１および受光素子３２１が形成され、基板１００には受光素子１２３および発光素子１１３が形成されている。
【００３１】
なお図２では、一の発光素子または一の受光素子が、一の受光素子または一の発光素子との間で、光信号を送受信可能とされている。すなわち、一対の発光素子および受光素子は、それぞれ相手側素子が形成された基板との光信号の送受信のみを担当し、他の基板との光信号の送受信を担当しないように構成されている。なお、信号伝達を行わない基板には、発光素子および受光素子を設ける必要がない。また、一方通行の信号伝達のみを行う基板には、信号の伝達方向に応じて発光素子または受光素子のいずれか一方のみを設ければ足りる。
【００３２】
また、各基板における光信号通信領域はマトリクス状に区画され、その各要素に発光素子または受光素子が配置されている。ここで、一対の発光素子および受光素子は、それぞれの基板におけるマトリクスの同じ要素に配置されている。これにより、一対の発光素子および受光素子の光軸が基板と垂直に配置される。この場合、光信号の伝達距離が最も小さくなり、信号遅延を最小限に留めることができる。ただし、一対の発光素子および受光素子を、それぞれの基板におけるマトリクスの異なる要素に配置することも可能である。この場合、一対の発光素子および受光素子の光軸が、基板に対して斜めに配置される。
【００３３】
一方、図１に示すように、基板１００の能動面に形成された集積回路１０５ならびに発光素子１１２，１１３および受光素子１２２，１２３を覆うように、層間絶縁膜１０８が形成されている。この層間絶縁膜１０８は、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）などの電気絶縁性材料によって構成されている。これにより、基板１００の能動面に形成された集積回路１０５等の短絡を防止することができる。また層間絶縁膜１０８は、光信号を透過可能な光透過性材料によって構成されている。なお基板本体１０１も光透過性材料によって構成されているので、基板１００の全体が光信号を透過可能となる。したがって、光信号の送受信を行う一対の基板間に中間基板が存在する場合でも、その中間基板に貫通孔を形成することなく、光信号を透過させることができる。これにより、中間基板を挟んだ一対の基板間においても、光信号の送受信を行うことが可能になる。
【００３４】
（遮光膜）
ところで、上述した発光素子は所定の角度範囲に光信号を射出する場合があり、上述した受光素子は所定の角度範囲で入射した光信号を受信する場合がある。このように、発光素子または受光素子の指向性が弱い場合には、一の発光素子から送信された光信号が、その発光素子に対応する受光素子以外の受光素子によって受信されるおそれがある。また一の受光素子は、その受光素子に対応する発光素子以外の発光素子から送信された光信号を受信するおそれがある。その対策として、各基板に形成すべき各発光素子および各受光素子を相互に所定距離だけ離して配置することも考えられるが、各基板が大型化するという問題がある。そこで図１に示すように、遮光膜１４０，１５０を形成することが望ましい。
【００３５】
遮光膜１４０，１５０は、金属クロムおよび／または酸化クロム等によって形成されている。また遮光膜１４０，１５０は、層間絶縁膜１０８の表面に形成されている。なお、基板１００の能動面上に遮光膜を形成し、その遮光膜の表面に層間絶縁膜を形成し、その層間絶縁膜の表面に集積回路等を形成してもよい。また、基板２００の裏面に遮光膜を形成してもよい。いずれの場合でも、遮光膜が形成された基板１００の能動面側に基板２００を積層することにより、両基板の間に遮光膜１４０，１５０が配置されることになる。一方、遮光膜１４０，１５０は、光信号通信領域に形成された第１遮光膜１４０と、回路形成領域に形成された第２遮光膜１５０とによって構成されている。
【００３６】
光信号通信領域に形成された第１遮光膜１４０は、発光素子および受光素子の指向性を確保するものである。そのため、一対の発光素子および受光素子の光軸上には、第１遮光膜１４０の開口部が形成されている。例えば、発光素子２１１および受光素子１２２の光軸上には、第１遮光膜１４０の開口部１４２が形成されている。また、発光素子３１１および受光素子１２３の光軸上には、第１遮光膜１４０の開口部１４１および第１遮光膜２４０の開口部２４１が形成されている。各開口部は、当該発光素子から送信された光信号が、その発光素子に対応する受光素子以外の受光素子によって受信されることのない大きさに形成されている。また各開口部は、当該受光素子に対応する発光素子以外の発光素子から送信された光信号を受信することのない大きさに形成されている。
【００３７】
この構成によれば、一の発光素子から射出された光信号のうち、開口部の形成領域以外の領域に射出された光信号は第１遮光膜によって遮断され、開口部の形成領域に射出された光信号のみが第１遮光膜を通過する。したがって、その発光素子に対応する受光素子のみによって光信号が受信される。また、一の受光素子に向かって入射する光信号のうち、開口部の形成領域以外の領域から入射する光信号は第１遮光膜によって遮断され、開口部の形成領域から入射する光信号のみが第１遮光膜を通過する。したがって、その受光素子に対応する発光素子からの光信号のみを受信することができる。以上により、発光素子または受光素子の指向性が弱い場合でも、一対の発光素子および受光素子の間のみで光信号の送受信を行うことが可能になり、基板間の信号伝達を正確に行うことができる。
【００３８】
一方、回路形成領域に形成された第２遮光膜１５０は、集積回路１０５に対する光の入射を防止するものである。そのため第２遮光膜１５０は、集積回路１０５に対する各発光素子からの光信号の入射を防止しうる位置に形成されている。なお第２遮光膜１５０は、少なくとも回路形成領域の全体に形成することが望ましい。これにより、光信号以外の光が集積回路１０５に対して垂直に入射するのを防止することが可能になる。したがって、光の入射に起因する集積回路の故障や誤動作の発生率を低減することができる。
【００３９】
なお、第１遮光膜１４０および第２遮光膜１５０は、それぞれ分離した状態で形成してもよいが、連続した状態で形成することが望ましい。具体的には、上述した開口部１４１，１４２を除いて、基板１００の能動面側全体に遮光膜を形成すればよい。この場合、集積回路１０５に対する光の入射を最小限に留めることが可能になり、光の入射に起因する集積回路の故障や誤動作の発生率をより低減することができる。
【００４０】
また、第２遮光膜１５０に対して、集積回路１０５から発生した熱を放熱する機能を付与することも可能である。この場合、第２遮光膜１５０は熱伝導率の高い金属材料等によって構成する。また、第２遮光膜１５０は基板１００の周縁部まで延長形成する。これにより、集積回路１０５において発生した熱は、層間絶縁膜１０８および第２遮光膜１５０を介して、基板１００の外部に放出される。したがって、集積回路１０５の放熱効率を向上させることができる。また、第２遮光膜１５０に連続して第１遮光膜１４０を形成することにより、第１遮光膜１４０に対して放熱機能を付与することも可能である。この場合、第１遮光膜１４０も熱伝導率の高い金属材料等によって構成し、また基板１００の周縁部まで延長形成する。これにより、集積回路１０５の放熱効率をさらに向上させることができる。
【００４１】
図３は、複数の基板における発光素子および受光素子の他の配置図である。図３では、一の発光素子または一の受光素子が、複数の受光素子または複数の発光素子との間で、光信号を送受信可能とされている。すなわち、一対の発光素子および受光素子が、それぞれ相手側素子の形成された基板との光信号の送受信だけでなく、それ以外の基板との送受信をも担当するように構成されている。例えば、基板３００の発光素子３１０は、基板２００の受光素子２２３に光信号を送信するだけでなく、基板１００の受光素子１２０にも光信号を送信するようになっている。また基板１００の受光素子１２０は、基板３００の発光素子３１０から光信号を受信するだけでなく、基板２００の発光素子２１１からも光信号を受信するようになっている。この場合でも、半導体装置２を構成するすべての基板１００，２００，３００の間で、光信号の送受信が可能となっている。これにより、発光素子または受光素子の個数を削減することが可能になり、半導体装置のコストを低減することができる。
【００４２】
ただし、一対の発光素子および受光素子の間で光信号の送受信を行う際には、他の発光素子または受光素子とのクロストークを防止する必要がある。そこで、図３に示す半導体装置２では、光信号の送受信を行う一対の発光素子および受光素子を同期させて駆動する。例えば、基板３００の発光素子３１０および基板２００の受光素子２２３の間で光信号の送受信を行う場合には、その発光素子３１０および受光素子２２３に対して駆動電圧を印加する一方で、基板１００の受光素子１２０には駆動電圧を印加しない。これにより、発光素子３１０から送信された光信号は、受光素子２２３のみによって受信され、受光素子１２０によって受信されることはない。また、基板２００の発光素子２１１および基板１００の受光素子１２０の間で光信号の送受信を行う場合には、その発光素子２１１および受光素子１２０に対して駆動電圧を印加する一方で、基板３００の発光素子３１０には駆動電圧を印加しない。これにより、受光素子１２０は、発光素子２１１から送信された光信号のみを受信し、発光素子３１０から送信された光信号は受信しない。したがって、他の発光素子または受光素子とのクロストークを防止することが可能となり、基板間の信号伝達を正確に行うことができる。
【００４３】
（貫通電極）
一方、図１に示すように、基板１００には貫通電極１６０が形成されている。貫通電極１６０は、ＡｌやＣｕ等の導電性材料によって構成されている。また貫通電極１６０は、基板１００の厚さ方向に貫通形成されたプラグ部１６１と、基板１００の能動面に突出形成されたポスト部１６２とによって構成されている。このプラグ部１６１およびポスト部１６２の軸直角方向の断面は円形状または多角形状とされ、プラグ部１６１の断面形状よりポスト部１６２の断面形状が大きく形成されている。
【００４４】
なお、基板本体１０１は電気絶縁性材料によって構成されているので、貫通電極１６０と基板１００との間に絶縁膜を形成する必要はない。また、貫通電極の構成材料が基板本体１０１に拡散することもないので、貫通電極１６０と基板１００との間にバリヤ層を設ける必要もない。したがって、半導体装置１のコストを低減することができる。一方、貫通電極１６０と基板１００との間には、導電膜１５５を形成する。この導電膜１５５は、貫通電極１６０をメッキ法によって形成する場合に電極として利用することができる。また、この導電膜１５５を基板１００の表面に延長形成し、電気配線として機能させることにより、基板１００の集積回路１０５等に対して電力供給を行うことが可能になる。この場合、基板本体１０１の表面に電力受領用パッド（不図示）を形成し、前記パッドに向かって層間絶縁膜１０８の表面からスルーホールを形成し、そのスルーホールの内部に導電膜１５５を延長形成する。これにより、導電膜１５５を介して貫通電極１６０と電力受領用パッドとが導通するので、貫通電極１６０から集積回路１０５等に対して電力を供給することができる。
【００４５】
ところで、導電膜１５５を延長形成することにより、上述した第２遮光膜１５０を構成することも可能である。さらに導電膜１５５を延長形成することにより、第１遮光膜１４０を形成することも可能である。この場合、導電膜１５５は遮光性に優れた金属クロム等の導電性材料によって構成する。これにより、第１遮光膜１４０および第２遮光膜１５０を、上述した電気配線として機能させることも可能になる。なお、第１遮光膜１４０および第２遮光膜１５０は層間絶縁膜１０８の表面に形成するので、集積回路１０５との短絡を防止することができる。そして、導電膜１５５ならびに第１遮光膜１４０および／または第２遮光膜１５０を同時に形成することが可能になり、製造コストを低減することができる。また、電気配線用のスペースを削減することが可能になり、半導体装置を小型化することができる。
【００４６】
［半導体装置の製造方法］
図４および図５は、貫通電極の製造方法の説明図である。貫通電極１６０は、以下のようにして形成する。まず、図４（ａ）に示すように、層間絶縁膜１０８の表面から基板本体１０１の内部にかけて、非貫通穴１６５を形成する。なお、薄い基板では非貫通穴１６５の形成時に割れやすく、厚い基板では非貫通穴１６５の形成が困難である。この点、サファイヤ基板を採用すれば、１５０μｍ程度の薄い基板でも、通常の半導体プロセスに供することが可能であり、また非貫通穴１６５の形成時に割れることがない。次に、層間絶縁膜１０８の表面および非貫通穴１６５の内面に、導電膜１５５を形成する。この導電膜１５５の形成には、スパッタ法やＣＶＤ法等を使用することができる。次に、図４（ｂ）に示すように、導電膜１５５の表面にレジスト１６８を塗布する。さらに、フォトリソグラフィを行うことにより、非貫通穴１６５の内部および開口縁部に塗布されたレジストを除去する。なお、非貫通穴１６５の開口縁部では、貫通電極のポスト部に相当する大きさにレジスト１６８を除去する。
【００４７】
次に、図５（ａ）に示すように、レジスト１６８をマスクとして、非貫通穴１６５の内部および開口縁部に導電性材料を充填する。導電性材料の充填には、インクジェット法やスパッタ法、メッキ法等を使用することができる。なお、液滴吐出装置を使用したインクジェット法を採用すれば、所定量の導電性材料を所定位置に正確に吐出することができるので、所定形状の貫通電極を所定位置に正確に形成することができる。またメッキ法により導電性材料を充填する場合には、導電膜１５５を電極として利用することができる。以上により、非貫通穴１６５の内部にプラグ部１６１が形成され、非貫通穴１６５の開口縁部にポスト部１６２が形成される。次に、図５（ｂ）に示すように、レジスト１６８を除去する。なお、レジスト１６８の表面に付着した導電性材料も同時に除去する。次に、基板本体１０１の裏面をエッチングして、プラグ部１６１の先端部を露出させる。さらに、プラグ部１６１の先端に形成されている導電膜１５５を研磨により除去してもよい。なお、最終工程において基板を薄型化するので、半導体プロセスにおける基板の剛性を確保しつつ、半導体装置を小型化することができる。以上により、貫通電極１６０が形成される。
【００４８】
そして、図１に示すように、隣接する基板の貫通電極を電気的に接続して、各基板を積層する。貫通電極を電気的に接続するには、まず下層基板のポスト部の表面に、ハンダや金属ロウ材等を塗布する。なお、上層基板のプラグ部の先端または下層基板のポスト部の表面に、ハンダ等からなるバンプを形成してもよい。次に、上層基板のプラグ部の先端を、下層基板のポスト部の表面に当接させる。そして両者を加熱圧着すれば、各貫通電極が電気的および機械的に接続される。なお、貫通電極を接続する前に、隣接する基板の内面に接着剤を塗布しておけば、貫通電極の接続とともに、基板の内面同士を接着することができる。また、貫通電極を接続した後に、隣接する基板の隙間に、樹脂等を充填してもよい。なお、基板間に充填する接着剤または樹脂には、光透過性および電気絶縁性を有するものを採用する。以上により、本実施形態の半導体装置１が完成する。
【００４９】
以上に詳述したように、本実施形態の半導体装置は、発光素子または受光素子を備えた基板を積層して構成した。この構成によれば、３次元実装された半導体装置において、基板間の信号伝達を光信号によって行うことが可能になる。これにより、導電線のように信号遅延が問題となることはなく、高速応答性に優れた半導体装置を提供することができる。また本実施形態の半導体装置は、各基板に対して電力を供給する導電部が各基板に貫通形成され、隣接する基板の導電部が電気的に接続されている構成とした。これにより、エネルギーの小さい光信号によることなく、導電部を介して電力を供給することが可能になる。したがって、すべての基板に十分な電力を供給することができる。
【００５０】
［電子機器］
次に、上述した半導体装置を備えた電子機器の例について、図６を用いて説明する。図６は携帯電話の斜視図である。上述した半導体装置は、携帯電話３０００の筐体内部に配置されている。上述した半導体装置は、各基板に対する電力供給が可能であり、また各基板間の信号伝達を正確に行うことが可能であるから、信頼性の高い携帯電話３０００を提供することができる。
【００５１】
なお上述した半導体装置は、携帯電話以外にも種々の電子機器に適用することが可能である。例えば、液晶プロジェクタ、マルチメディア対応のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）およびエンジニアリング・ワークステーション（ＥＷＳ）、ページャ、ワードプロセッサ、テレビ、ビューファインダ型またはモニタ直視型のビデオテープレコーダ、電子手帳、電子卓上計算機、カーナビゲーション装置、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた装置などの電子機器に、本実施形態の半導体装置を適用することができる。
【００５２】
なお、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な材料や層構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の半導体装置の側面断面図である。
【図２】複数の基板における発光素子および受光素子の配置図である。
【図３】複数の基板における発光素子および受光素子の他の配置図である。
【図４】貫通電極の製造方法の第１説明図である。
【図５】貫通電極の製造方法の第２説明図である。
【図６】携帯電話の斜視図である。
【符号の説明】
１半導体装置 １００，２００，３００基板 １０１基板本体 １０５集積回路 １２２，１２３受光素子 １４０第１遮光膜 １４１，１４２開口部 １５０第２遮光膜 １６０貫通電極

Claims (11)

1. 集積回路を備えた複数の基板が積層されてなる半導体装置であって、
   前記各基板は、少なくとも一の波長の光信号を透過可能な材料からなる基板本体と、電気信号を前記光信号に変換して送信可能な発光素子または前記光信号を受信して電気信号に変換可能な受光素子の少なくともいずれか一方と、前記各基板に貫通形成され前記各基板に対して電力を供給する導電部とを備え、
   隣接する前記基板の前記導電部が電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
2. 前記各基板本体は、電気絶縁性材料によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記光信号の送受信を行う一対の前記発光素子および前記受光素子の間に、前記光信号を遮断可能な材料からなる第１遮光膜が形成され、
   前記第１遮光膜は、前記一対の発光素子および受光素子を結ぶ光軸上に、開口部を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記集積回路に対する光の入射を防止する第２遮光膜を備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の半導体装置。
5. 前記第１遮光膜および／または前記第２遮光膜は、前記集積回路を覆う絶縁膜の表面に形成されていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の半導体装置。
6. 前記第１遮光膜および／または前記第２遮光膜は、電気配線として機能することを特徴とする請求項３ないし請求項５のいずれかに記載の半導体装置。
7. 前記第１遮光膜および／または前記第２遮光膜は、前記集積回路から発生する熱を放熱する機能を有することを特徴とする請求項３ないし請求項６のいずれかに記載の半導体装置。
8. 一の前記発光素子または一の前記受光素子が、複数の前記受光素子または複数の前記発光素子との間で前記光信号を送受信可能とされていることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の半導体装置。
9. 請求項８に記載の半導体装置の使用方法であって、
   一の前記発光素子または一の前記受光素子との間で前記光信号を送受信可能とされた複数の前記受光素子または複数の前記発光素子のうち、前記光信号を送受信すべき前記受光素子または前記発光素子を、前記一の発光素子または前記一の受光素子と同期させて駆動することを特徴とする半導体装置の使用方法。
10. 請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって、
    前記基板の一方側の表面から前記基板に対して非貫通穴を形成する工程と、
    前記非貫通穴に対して、液滴吐出手段により導電材料を充填し、前記導電部を形成する工程と、
    前記基板の他方側の表面を研磨して、前記導電部を露出させる工程と、
    を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
11. 請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の半導体装置を備えたことを特徴とする電子機器。

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