JP3157274B2 - Optical semiconductor device - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はホトダイオードとバイポ
ーラICとを一体化した光半導体装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical semiconductor device in which a photodiode and a bipolar IC are integrated.
【0002】[0002]
【従来の技術】受光素子と周辺回路とを一体化してモノ
リシックに形成した光半導体装置は、受光素子と回路素
子とを別個に作ってハイブリッドIC化したものと異な
り、コストダウンが期待でき、また、外部電磁界による
雑音に対して強いというメリットを持つ。2. Description of the Related Art An optical semiconductor device in which a light receiving element and a peripheral circuit are integrated and formed in a monolithic manner is different from a hybrid IC in which a light receiving element and a circuit element are separately manufactured, and cost reduction can be expected. It has the advantage of being strong against noise due to external electromagnetic fields.
【0003】このような光半導体装置の従来の構造とし
て、例えば特開平1−205564号公報に記載された
ものが公知である。これを図6に示す。同図において、
(1)はP型の半導体基板、(2)はP型のエピタキシ
ャル層、(3)はN型のエピタキシャル層、(4)はP
+型分離領域、(5)はN+型拡散領域、(6)はN+型
埋め込み層、(7)はP型ベース領域、(8)はN+型
エミッタ領域である。ホトダイオード(9)はP型エピ
タキシャル層(2)とN型エピタキシャル層(3)との
PN接合で形成し、N+型拡散領域(5)をカソード取
出し、分離領域(4)をアノード取出しとしたものであ
る。NPNトランジスタ(10)はP型エピタキシャル
層(2)とN型エピタキシャル層(3)との境界に埋め
込み層(6)を設け、N型エピタキシャル層(3)をコ
レクタとしたものである。そして、基板(1)からのオ
ートドープ層(11)によって加速電界を形成し、空乏
層より深部の領域で発生したキャリアの移動を容易にし
たものである。[0003] As a conventional structure of such an optical semiconductor device, for example, one described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-205564 is known. This is shown in FIG. In the figure,
(1) is a P-type semiconductor substrate, (2) is a P-type epitaxial layer, (3) is an N-type epitaxial layer, and (4) is a P-type epitaxial layer.
A + type isolation region, (5) an N + type diffusion region, (6) an N + type buried layer, (7) a P type base region, and (8) an N + type emitter region. The photodiode ( 9 ) is formed by a PN junction of a P-type epitaxial layer (2) and an N-type epitaxial layer (3), the N + type diffusion region (5) is taken as a cathode, and the isolation region (4) is taken as an anode. Things. The NPN transistor ( 10 ) has a buried layer (6) provided at the boundary between the P-type epitaxial layer (2) and the N-type epitaxial layer (3), and uses the N-type epitaxial layer (3) as a collector. Then, an acceleration electric field is formed by the auto-doped layer (11) from the substrate (1), thereby facilitating the movement of carriers generated in a region deeper than the depletion layer.
【0004】斯る装置は、光信号を受光する必要性か
ら、前記光信号の波長の光が通過できる樹脂にてモール
ドされる。また、NPNトランジスタ(10)等の領域
でも光入射によって光生成キャリアが発生し、このキャ
リアが寄生効果や誤動作を招く。そのためICチップに
は、ホトダイオード(9)部分のみに光が照射される手
段を拠す必要がある。[0004] Such a device is molded with a resin through which light having the wavelength of the optical signal can pass because of the necessity of receiving the optical signal. In addition, even in a region such as the NPN transistor ( 10 ), light-generated carriers are generated by light incidence, and these carriers cause a parasitic effect or a malfunction. Therefore, it is necessary to provide the IC chip with a means for irradiating light only to the photodiode ( 9 ).
【0005】上記手段として最も簡便な方法は、多層配
線技術を利用したAl配線層を遮光膜として用いる方法
である。すなわち単層又は多層構造で素子間接続を行っ
た後、ポリイミド系樹脂による層間絶縁膜を介してIC
チップ全面にAl膜を形成し、このAl膜のホトダイオ
ード(9)部分を開口して光入射用の窓としたものであ
る。The simplest method as the above means is to use an Al wiring layer using a multilayer wiring technology as a light shielding film. That is, after connecting the elements in a single-layer or multilayer structure, the IC is interposed via an interlayer insulating film made of a polyimide resin.
An Al film is formed on the entire surface of the chip, and the photodiode ( 9 ) portion of the Al film is opened to form a window for light incidence.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ポリイ
ミド系樹脂の上を一定面積以上の大きさのAl膜で被覆
すると、後のAlアロイ工程等の加熱(300〜400
℃)によってAl膜がふくれる現象が発生することが知
られている。このふくれは、ポリイミド系樹脂が吸湿性
であることから、樹脂に水分が付着し、その水分が熱処
理によって蒸発することに起因すると考えられている。
そのため、Al膜で被う場合はある面積毎にガス抜き穴
を設ける必要がある(特公昭58−46853号に詳し
い)。一方、ガス抜き穴を設ければ当然そこから光が入
射し、不要部で光生成キャリアが生成されて寄生効果、
誤動作の要因になる。However, if the polyimide resin is coated on the polyimide resin with an Al film having a certain area or more, heating (300 to 400
It is known that the temperature of (° C.) causes the Al film to bulge. This blister is considered to be caused by moisture adhering to the resin because the polyimide resin is hygroscopic, and the moisture is evaporated by heat treatment.
Therefore, when covering with an Al film, it is necessary to provide a gas vent hole for each certain area (detailed in Japanese Patent Publication No. 58-46853). On the other hand, if a vent hole is provided, light naturally enters from there, and photo-generated carriers are generated in unnecessary portions, resulting in a parasitic effect,
It may cause malfunction.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明は上述した従来の
欠点に鑑み成されたもので、遮光膜(42)にガス抜き
用の貫通孔(50)を形成し、貫通孔(50)の下部に
は回路素子を配置せず、光が到達するエピタキシャル層
(25)(24)をP+分離領域(26)で分離し、分
離した領域で発生した光生成キャリアをVCC又はGND
へ逃がすことにより、ガス抜きと誤動作の防止を両立さ
せたものである。さらに、貫通孔の周囲に配置した回路
素子の底部にP+埋め込み層を設けることにより、誤動
作防止を一層効果的に行うものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned drawbacks, and has a through hole (50) for venting gas in a light shielding film (42). No circuit element is arranged below, and the epitaxial layers (25) and (24) to which light reaches are separated by a P + separation region ( 26 ), and the photo-generated carriers generated in the separated region are separated by V CC or GND.
By letting the gas escape into the chamber, both gas release and prevention of malfunction are achieved. Further, by providing a P + buried layer at the bottom of the circuit element disposed around the through hole, malfunction prevention is more effectively performed.
【0008】[0008]
【作用】本発明によれば、遮光膜(42)に貫通孔(5
0)を設けることによってポリイミド樹脂で発生したガ
スを貫通孔(50)から外へ排気できる。よって、Al
膜のふくれ現象は生じない。一方、貫通孔(50)の下
には回路素子を配置せず(ダミーのホトダイオードが配
置される)、ここで発生した光生成キャリアを固定電位
に逃がす構造としてある。そして、P+埋め込み層(5
3)によって基板(23)と第1のエピタキシャル層
(24)との間にバリアを形成するので、基板(23)
で発生した少数キャリア(電子)の移動を防止できる。According to the present invention, the through holes (5) are formed in the light shielding film (42).
By providing 0), the gas generated from the polyimide resin can be exhausted from the through hole (50). Therefore, Al
No blistering of the film occurs. On the other hand, no circuit element is arranged below the through hole (50) (dummy photodiodes are arranged), and the photogenerated carriers generated here are released to a fixed potential. Then, the P + buried layer (5
3) forms a barrier between the substrate (23) and the first epitaxial layer (24), so that the substrate (23)
The movement of minority carriers (electrons) generated in the step can be prevented.
【0009】[0009]
【実施例】以下に本発明の一実施例を図面を参照しなが
ら詳細に説明する。先ず図4を用いて全体の概略を説明
する。図4はホトダイオード(21)とNPNトランジ
スタ(22)とを組み込んだICの断面図である。同図
において、(23)はP型の単結晶シリコン半導体基
板、(24)は基板(23)上に気相成長法によりノン
ドープで積層した厚さ15〜20μの第1のエピタキシ
ャル層、(25)は第1のエピタキシャル層(24)上
に気相成長法によりリン(P)ドープで積層した厚さ4
〜6μの第2のエピタキシャル層である。基板(23)
は一般的なバイポーラICのものより不純物濃度が低い
40〜60Ω・cmの比抵抗のものを用い、第1のエピ
タキシャル層(24)はノンドープで積層することによ
り、積層時で1000Ω・cm以上、拡散領域を形成す
るための熱処理を与えた後の完成時で200〜1500
Ω・cmの比抵抗を有する。第2のエピタキシャル層
(25)は、リン(P)を10 15〜1016cm-3程ドー
プすることにより、0.5〜3.0Ω・cmの比抵抗を
有する。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG.
This will be described in detail. First, the overall outline will be described with reference to FIG.
I do. FIG. 4 shows a photodiode (21) And NPN Transient
Star (22FIG. Same figure
Wherein (23) is a P-type single-crystal silicon semiconductor substrate.
Plate (24) is non-plated on the substrate (23)
First epitaxy with a thickness of 15 to 20 .mu.
Layer (25) is on the first epitaxial layer (24)
With phosphorous (P) doping by vapor phase epitaxy
6 μm second epitaxial layer. Substrate (23)
Has lower impurity concentration than that of general bipolar IC
The first epitaxial layer having a specific resistance of 40 to 60 Ωcm is used.
The axial layer (24) is formed by laminating non-doped layers.
To form a diffusion region of 1000 Ω · cm or more during lamination.
200 to 1500 after completion of heat treatment
It has a specific resistance of Ω · cm. Second epitaxial layer
(25) is that phosphorus (P) is 10 Fifteen-1016cm-3About Do
The specific resistance of 0.5-3.0Ωcm
Have.
【0010】第1と第2のエピタキシャル層(24)
(25)は、両者を完全に貫通するP +型分離領域(2
6)によってホトダイオード(21)形成部分とNPN
トランジスタ(22)形成部分とに電気的に分離され
る。この分離領域(26)は、基板(23)表面から上
下方向に拡散した第1の分離領域(27)と、第1と第
2のエピタキシャル層(24)(25)の境界から上下
方向に拡散した第2の分離領域(28)と、第2のエピ
タキシャル層(25)表面から形成した第3の分離領域
(29)から成り、3者が連結することで第1と第2の
エピタキシャル層(24)(25)を島状に分離する。First and second epitaxial layers (24)
(25) is a P that completely penetrates both +Type separation area (2
6) By the photodiode (21) Forming part and NPN
Transistor (22) Formed part and electrically separated
You. This separation area (26) Is from the surface of the substrate (23)
A first separation region (27) diffused downward;
2 from the boundary between the epitaxial layers (24) and (25)
A second isolation region (28) diffused in the direction;
Third isolation region formed from the surface of the axial layer (25)
(29) and the first and second
The epitaxial layers (24) and (25) are separated into islands.
【0011】ホトダイオード(21)部の第2のエピタ
キシャル層(25)表面には、ホトダイオード(21)
のカソード取出しとなるN+型拡散領域(30)を形成
する。N+型拡散領域(30)を第1の島領域の略全面
に拡大すると、カソードの取出し直列抵抗を低減でき
る。N+型拡散領域(30)上の酸化膜は部分的に開口
され、この開口部を覆うようにしてシリコン表面に直に
接触する反射防止膜(31)を形成する。反射防止膜
(31)は膜厚400〜1000Åのシリコン窒化膜
(SiN)と膜厚4000〜7000Åのシリコン酸化
膜(SiO2)から成る。反射防止膜(31)の一部は
除去され、除去された部分にコンタクトホールを介して
カソード電極(32)がN+型拡散領域(30)にオー
ミック接触する。また、分離領域(26)をホトダイオ
ード(21)のアノード側低抵抗取出し領域として、ア
ノード電極(33)が分離領域(26)の表面にコンタ
クトする。On the surface of the second epitaxial layer (25) in the photodiode ( 21 ) portion, the photodiode ( 21 )
To form an N + -type diffusion region (30) for taking out the cathode. When the N + -type diffusion region (30) is expanded to substantially the entire surface of the first island region, the take-out series resistance of the cathode can be reduced. The oxide film on the N + type diffusion region (30) is partially opened, and an antireflection film (31) is formed so as to cover the opening and directly contact the silicon surface. The antireflection film (31) is composed of a silicon nitride film (SiN) having a thickness of 400 to 1000 ° and a silicon oxide film (SiO 2 ) having a thickness of 4000 to 7000 °. A part of the antireflection film (31) is removed, and the cathode electrode (32) makes ohmic contact with the N + type diffusion region (30) through the contact hole in the removed part. Further, the isolation region ( 26 ) is used as the anode-side low-resistance extraction region of the photodiode ( 21 ), and the anode electrode (33) contacts the surface of the isolation region ( 26 ).
【0012】NPNトランジスタ(22)部の第1と第
2のエピタキシャル層(24)(25)の境界部には、
N+型の埋め込み層(34)が埋め込まれている。埋め
込み層(34)上方の第2のエピタキシャル層(25)
表面には、NPNトランジスタ(22)のP型のベース
領域(35)、N+型のエミッタ領域(36)、および
N+型のコレクタコンタクト領域(37)を形成する。
各拡散領域上には1層目の配線層による電極配線(3
8)がコンタクトホールを介してオーミック接触する。
尚、前記アノード電極(32)とカソード電極(33)
は1層目の配線層によるものである。その上にはPIX
等からなる層間絶縁膜(39)と2層目の電極配線(4
0)を設ける。電極配線(38)(39)が絶縁膜上を
延在することによって各素子を電気接続し、ホトダイオ
ード(21)が光信号入力部を、NPNトランジスタ
(22)が他の素子と共に信号処理回路を構成する。At the boundary between the first and second epitaxial layers (24) and (25) of the NPN transistor ( 22 ),
An N + type buried layer (34) is buried. Second epitaxial layer (25) above buried layer (34)
On the surface, a P-type base region (35), an N + -type emitter region (36), and an N + -type collector contact region (37) of the NPN transistor ( 22 ) are formed.
On each diffusion region, an electrode wiring (3
8) makes ohmic contact via the contact hole.
The anode electrode (32) and the cathode electrode (33)
Is based on the first wiring layer. PIX on it
And the second-layer electrode wiring (4).
0) is provided. The electrode wirings (38) and (39) extend over the insulating film to electrically connect the elements, the photodiode ( 21 ) functions as an optical signal input section, and the NPN transistor ( 22 ) functions as a signal processing circuit together with other elements. Constitute.
【0013】電極配線(40)上はPIX(日立化成:
商品名)等のポリイミド系樹脂による膜厚1.0〜2.
0μの層間絶縁膜(41)が覆い、層間絶縁膜(41)
上に3層目Al膜による遮光膜(42)を形成する。遮
光膜(42)の上は再度ポリイミド系樹脂から成るジャ
ケット・コートが被覆する。そして、ホトダイオード
(21)上の層間絶縁膜(39)(41)と遮光膜(4
2)、およびジャケット・コートが光入射のために除去
され、全体のチップはシリコン酸化膜と同等の光屈折率
を有し且つ光信号の波長の光を通過するようなエポキシ
系樹脂にてモールドされる。On the electrode wiring (40), PIX (Hitachi Chemical:
Film thickness of 1.0 to 2.
0 μm interlayer insulating film (41) covers the interlayer insulating film (41)
A light-shielding film (42) of a third-layer Al film is formed thereon. The light-shielding film (42) is again covered with a jacket coat made of a polyimide resin. Then, the interlayer insulating films (39) and (41) on the photodiode ( 21 ) and the light shielding film (4)
2), and the jacket coat is removed for light incidence, and the entire chip is molded with an epoxy resin having a light refractive index equivalent to that of a silicon oxide film and transmitting light of a wavelength of an optical signal. Is done.
【0014】ホトダイオード(21)は、カソード電極
(32)に+5Vの如きVCC電位を、アノード電極(3
3)にGND電位を印加した逆バイアス状態で動作させ
る。このような逆バイアスを与えると、ホトダイオード
(21)の第1と第2のエピタキシャル層(24)(2
5)の境界から空乏層が拡がり、第1のエピタキシャル
層(24)が高比抵抗層であることから特に第1のエピ
タキシャル層(24)中に大きく拡がる。その空乏層は
基板(23)に達するまで容易に拡がり、厚さ20〜2
5μの極めて厚い空乏層を得ることができる。そのた
め、ホトダイオード(21)の接合容量を低減し、高速
応答を可能にする。[0014] photodiode (21), the such V CC potential of + 5V to the cathode electrode (32), an anode electrode (3
3) The device is operated in a reverse bias state in which a GND potential is applied. When such a reverse bias is applied, the first and second epitaxial layers (24) (2) of the photodiode ( 21 ) are
The depletion layer extends from the boundary of 5), and particularly greatly expands in the first epitaxial layer (24) since the first epitaxial layer (24) is a high resistivity layer. The depletion layer easily spreads to the substrate (23) and has a thickness of 20 to 2 mm.
An extremely thick depletion layer of 5 μ can be obtained. Therefore, the junction capacitance of the photodiode ( 21 ) is reduced, and high-speed response is enabled.
【0015】続いて、本願の特徴とする貫通孔の詳細を
説明する。図1は貫通孔(50)部を示す断面図、図2
は平面図である。ポリイミド層間絶縁膜(41)の上を
被覆する遮光膜(42)は、ホトダイオード(21)部
以外の殆どの領域を覆うと共に、図4には示してない貫
通孔(50)を設けている。貫通孔(50)は10μ×
10μ程度の大きさを有し、遮光膜(42)のAlが3
00μ×300μ以上の面積で連続することのないよ
う、多数箇所に一定間隔で設けられる。Subsequently, the details of the through-hole which is a feature of the present invention will be described. FIG. 1 is a sectional view showing a through hole (50), and FIG.
Is a plan view. The light-shielding film (42) covering the polyimide interlayer insulating film (41) covers most of the area other than the photodiode ( 21 ) and has a through-hole (50) not shown in FIG. The through hole (50) is 10μ ×
The light-shielding film (42) has a size of about 10 μ
A large number of portions are provided at regular intervals so as not to be continuous with an area of 00 μ × 300 μ or more.
【0016】貫通孔(50)の下部は、層間絶縁膜(4
1)(39)、シリコン酸化膜、第2のエピタキシャル
層(25)、第1のエピタキシャル層(24)、そして
基板(23)が連続する。貫通孔(50)を通過した光
が入射される領域(図示点線内)はこれを取り囲むP+
分離領域(26)によって他と電気的に分離される。前
記入射される領域は第2のエピタキシャル層(25)か
ら基板(23)までのPIN接合でダミーのホトダイオ
ードを構成する。第2のエピタキシャル層(25)の表
面にはN+型のコンタクト領域(51)を設け、電極
(52)によりVC C電位を印加する。これで、基板(2
3)に印加したGNDと前記VCCとによってダミーのホ
トダイオードをホトダイオード(21)と同様に逆バイ
アスする。The lower portion of the through hole (50) is provided with an interlayer insulating film (4).
1) (39), a silicon oxide film, a second epitaxial layer (25), a first epitaxial layer (24), and a substrate (23) are continuous. The area (in the dotted line) into which the light passing through the through-hole (50) is incident is surrounded by P +
It is electrically separated from the others by the separation region ( 26 ). The incident area forms a dummy photodiode with a PIN junction from the second epitaxial layer (25) to the substrate (23). The surface of the second epitaxial layer (25) provided with N + -type contact region (51), applying a V C C potential by electrode (52). With this, the substrate (2
3 by the applied GND and said V CC to) a dummy photodiode is reverse biased in the same manner as photodiode (21).
【0017】分離領域(26)によって分離され、貫通
孔(50)と隣接する島領域にはNPNトランジスタ
(22)等の回路素子を配置する。回路素子の底部には
P+埋め込み層(53)を形成する。回路素子は第2の
エピタキシャル層(25)を利用して構成されており、
第1のエピタキシャル層(24)を利用しない。そのた
め、支障なく基板(23)と第1のエピタキシャル層
(24)との境界にP+埋め込み層(53)を形成でき
る。また、分離領域(26)の一部である第1の分離領
域(27)を拡張してP+埋め込み層(53)とすれ
ば、追加工程を必要としないで簡便に形成できる。A circuit element such as an NPN transistor ( 22 ) is disposed in an island region separated by the separation region ( 26 ) and adjacent to the through hole (50). A P + buried layer (53) is formed at the bottom of the circuit element. The circuit element is configured using the second epitaxial layer (25),
The first epitaxial layer (24) is not used. Therefore, the P + buried layer (53) can be formed at the boundary between the substrate (23) and the first epitaxial layer (24) without any trouble. Further, if the first isolation region (27), which is a part of the isolation region ( 26 ), is expanded to form a P + buried layer (53), the P + buried layer (53) can be easily formed without requiring an additional step.
【0018】当然、遮光膜(42)の貫通孔(50)か
ら光が入射されるとダミーのホトダイオードで電子正孔
対が発生する。寄生効果と誤動作に大きく関与するのは
基板(23)近辺で発生した電子正孔対のうちの少数キ
ャリアである電子の挙動である。この電子は、光入射さ
れる領域がP+分離領域(26)で電気的に分離されて
おり、且つ逆バイアスされていることから、VCCを印加
した電極(52)によって速やかに吸い出される。ま
た、基板(23)と第1のエピタキシャル層(24)と
の間に基板(23)より高不純物濃度のP+埋め込み層
(53)を設けたので、図3に示すようにP+埋め込み
層(53)によるバリアが形成される。そのため、基板
(23)で発生した少数キャリアは回路素子側へは移動
しにくい構造となる。従って、隣接する回路素子ですら
光生成少数キャリアによる誤動作を防止できる。Naturally, when light enters from the through hole (50) of the light shielding film (42), electron-hole pairs are generated in the dummy photodiode. What greatly contributes to the parasitic effect and malfunction is the behavior of electrons, which are minority carriers in the electron-hole pairs generated near the substrate (23). These electrons are quickly extracted by the electrode (52) to which V CC is applied because the region where light is incident is electrically separated by the P + separation region ( 26 ) and is reverse-biased. . Further, since there is provided the substrate P + buried layer of high impurity concentration than (23) (53) between the substrate (23) and the first epitaxial layer (24), P + buried layer, as shown in FIG. 3 A barrier according to (53) is formed. Therefore, the minority carriers generated on the substrate (23) are difficult to move to the circuit element side. Therefore, even an adjacent circuit element can be prevented from malfunctioning due to light-generated minority carriers.
【0019】貫通孔(50)を通過した光が入射される
領域の面積は、各材料の屈折率と入射角度から(1)式
により算出することができる。 sinθ1/sinθ2=n2/n1 ……………(1) 但し、θ1は入射角、θ2は出射角、n1は入射側材料の
屈折率、n2は出射側材料の屈折率である。The area of the region where the light passing through the through-hole (50) is incident can be calculated from the refractive index of each material and the incident angle according to equation (1). sin θ 1 / sin θ 2 = n 2 / n 1 (1) where θ 1 is the incident angle, θ 2 is the outgoing angle, n 1 is the refractive index of the incident side material, and n 2 is the outgoing side material. It is a refractive index.
【0020】(1)式によって算出した結果を図3に示
す。半導体パッケージの表面に対して略水平方向に入射
した光が理論的に最も拡がるので、前記略水平方向に入
射した光がどの程度拡がるかを算出すれば、光が入射さ
れる領域を割り出すことができる。図4において、この
素子は屈折率=1.45の樹脂でモールドされるので、
外気の屈折率n=1.0と入射角≒90°(水平光)か
ら(1)式により出射角を算出すると43°となる。次
に材料が変化するのは、樹脂とジャケットコートの界面
である。貫通孔(50)においては、ジャケットコート
の下に層間絶縁膜(41)(39)が存在し、これらを
全てポリイミド樹脂で構成したので、層間絶縁膜(4
1)(39)までを同一材料層とみなすことができる。
入射角43°とポリイミドの屈折率=1.78から算出
して、この領域の出射角は34°となる。以後、同様に
算出して酸化膜で44.5°、シリコン(エピタキシャ
ル層)で17°となる。あとは、各材料の膜厚を考慮し
て、貫通孔(50)を通過した光が入射される領域の面
積を算出する。FIG. 3 shows the result calculated by the equation (1). Since the light that has entered in the substantially horizontal direction with respect to the surface of the semiconductor package theoretically spreads the most, if it is calculated how much the light that has entered in the substantially horizontal direction spreads, it is possible to determine the area where the light is incident. it can. In FIG. 4, since this element is molded with a resin having a refractive index of 1.45,
When the outgoing angle is calculated from the refractive index n = 1.0 of the outside air and the incident angle ≒ 90 ° (horizontal light) by the equation (1), the outgoing angle is 43 °. The next material change is at the interface between the resin and the jacket coat. In the through-hole (50), the interlayer insulating films (41) and (39) exist under the jacket coat, and these are all made of polyimide resin.
1) Up to (39) can be regarded as the same material layer.
Calculated from the incident angle of 43 ° and the refractive index of polyimide = 1.78, the emission angle of this region is 34 °. Thereafter, similarly calculated, it becomes 44.5 ° for the oxide film and 17 ° for the silicon (epitaxial layer). After that, the area of the region where the light passing through the through hole (50) is incident is calculated in consideration of the film thickness of each material.
【0021】こうして算出した領域を囲むようにP+分
離領域(26)を配置する。但し、光入射が予定される
部分には余計な光散乱を避けるため電極(52)を配置
しない。また、コンタクト領域(51)とP+分離領域
(26)との間隔が耐圧(VC C−GND間)によって規
定されるので、これらをも考慮して分離領域(26)の
位置を決定する。図2において、コンタクト領域(5
1)を設けた側のP+分離領域(26)が他より遠くに
配置したのは上記2点の理由によるものである。A P + separation region ( 26 ) is arranged so as to surround the region calculated in this way. However, the electrode (52) is not arranged in a portion where light is expected to enter, in order to avoid unnecessary light scattering. Further, since the distance between the contact region and (51) P + isolation region (26) is defined by the breakdown voltage (V C C between and GND), to determine the position of the consideration to the isolation region (26) . In FIG. 2, the contact region (5
The reason why the P + isolation region ( 26 ) on the side provided with 1) is arranged farther than the others is due to the above two points.
【0022】このように、本願は遮光膜(42)に貫通
孔(50)を設けることによってポリイミド樹脂で発生
したガスを排気できると同時に、貫通孔(50)を通過
した光によって発生したキャリアをVCC電位で吸い出す
ことができるので、寄生効果や誤動作をも防止できるも
のである。しかも、貫通孔(50)に隣接する回路素子
の底部にP+埋め込み層(53)を設け、少数キャリア
に対するバリアを形成したので、少数キャリアが回路素
子側へ移動することを防止して、寄生効果と誤動作の防
止を一層確実にできる。As described above, according to the present invention, the gas generated by the polyimide resin can be exhausted by providing the through hole (50) in the light shielding film (42), and at the same time, the carrier generated by the light passing through the through hole (50) is removed. it is possible to suck in V CC potential, but also can prevent parasitic effects or malfunction. In addition, since a P + buried layer (53) is provided at the bottom of the circuit element adjacent to the through hole (50) to form a barrier for minority carriers, it is possible to prevent minority carriers from moving to the circuit element side, and to reduce parasitic effects. The effect and the prevention of malfunction can be further ensured.
【0023】また、本実施例の様にP+埋め込み層(5
3)を第1の分離領域(27)で形成すれば、プロセス
を追加すること無く実施できる。さらに、第1の分離領
域(27)を拡張しても第2と第3の分離領域(28)
(29)は拡張しないので、回路素子を貫通孔(50)
から遠ざける必要がなく、第1の分離領域(27)を拡
張したことによるチップサイズの増大はない。Further, as in this embodiment, the P + buried layer (5
If 3) is formed in the first isolation region (27), it can be performed without adding a process. Furthermore, even if the first isolation region (27) is expanded, the second and third isolation regions (28)
Since (29) does not expand, the circuit element is inserted through the through-hole (50).
The chip size does not increase due to the expansion of the first isolation region (27).
【0024】尚、上記実施例は3層Alを例にして説明
したが、2層Alや4層Al等でも同様に実施できる。
さらに、貫通孔(50)部の他にホトダイオード(2
1)部の第1の分離領域(27)をも拡張する構成や、
貫通孔(50)部とホトダイオード(21)部のみを除
くチップ全面に第1の分離領域(27)を形成する構成
としても良い。The above embodiment is described using a three-layer Al as an example.
However, two-layer Al, four-layer Al, or the like can be similarly implemented.
Furthermore, in addition to the through hole (50), a photodiode (2
1A configuration that also extends the first separation region (27) of the
Through-hole (50) and photodiode (21) Excluding only part
Forming first isolation region (27) over the entire surface of chip
It is good.
【0025】[0025]
【発明の効果】以上に説明した通り、本発明によれば、
貫通孔(50)を設けることによってポリイミド樹脂で
発生したガスを貫通孔(50)から逃がすことができる
ので、遮光膜(42)のふくれ現象を防止できる。一
方、貫通孔(50)を設けることにより遮光できない光
に対しては、貫通孔(50)の下部に回路素子を配置せ
ず、ダミーのホトダイオードとして生成されたキャリア
を吸い出すような構成としたので、他の回路素子への悪
影響(寄生効果、誤動作)を防止できる。As described above, according to the present invention,
By providing the through-hole (50), the gas generated from the polyimide resin can escape from the through-hole (50), so that the blistering phenomenon of the light shielding film (42) can be prevented. On the other hand, for light that cannot be blocked by providing the through hole (50), no circuit element is arranged below the through hole (50), and the carrier generated as a dummy photodiode is sucked out. And adverse effects (parasitic effects and malfunctions) on other circuit elements can be prevented.
【0026】さらに、貫通孔(50)周囲の回路素子の
底部にP+埋め込み層(53)を設け、少数キャリアに
対するバリアを形成することによって、上記寄生効果、
誤動作の防止を一層完全なものにすることができる。P
+埋め込み層(53)の形成方法として、本実施例の様
に分離の一部である第1の分離領域(27)を拡張する
ことにより実施すれば、追加工程を必要とせず、チップ
サイズの増大もない。Further, by providing a P + buried layer (53) at the bottom of the circuit element around the through hole (50) and forming a barrier against minority carriers, the above-mentioned parasitic effect,
Malfunction prevention can be more completely prevented. P
If the buried layer (53) is formed by expanding the first isolation region (27), which is a part of isolation, as in the present embodiment, no additional process is required, and the chip size is reduced. There is no increase.
【図1】本発明を説明するための断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining the present invention.
【図2】本発明を説明するための平面図である。FIG. 2 is a plan view for explaining the present invention.
【図3】本発明を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the present invention.
【図4】本発明を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining the present invention.
【図5】本発明を説明するための断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining the present invention.
【図6】従来例を説明するための断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining a conventional example.
Claims (2)
ドと信号処理回路用のトランジスタとを形成し、前記ホ
トダイオードの領域を除く領域を遮光膜で覆い、前記遮
光膜より下層の配線層で前記トランジスタを結線すると
共に、前記遮光膜と前記配線層との間をポリイミド系の
絶縁膜で層間絶縁した光半導体装置において、 前記遮光膜に多数の貫通孔を設け、該貫通孔を通過した
光が到達する半導体領域には回路素子を配置せず、 前記入射光が到達する半導体領域の周囲を高濃度分離領
域で囲み、 前記分離領域の周囲に回路素子を配置し、この回路素子
の底部に基板と同導電型で基板より高不純物濃度の埋め
込み層を設け、 前記光が到達する半導体領域で発生した光生成キャリア
を固定電位に逃がすことを特徴とする光半導体装置。1. A photodiode for inputting an optical signal and a transistor for a signal processing circuit are formed on the same substrate, and a region excluding a region of the photodiode is covered with a light-shielding film. In an optical semiconductor device in which transistors are connected and the light-shielding film and the wiring layer are interlayer-insulated with a polyimide-based insulating film, a large number of through-holes are provided in the light-shielding film, and light passing through the through-holes is provided. No circuit element is arranged in the semiconductor region that reaches, a periphery of the semiconductor region in which the incident light reaches is surrounded by a high-concentration separation region, and a circuit element is arranged around the separation region, and a substrate is provided on the bottom of the circuit element. the same conductivity type a buried layer of high impurity concentration than the substrate provided with the optical semiconductor device you characterized in that escape photogenerated carriers generated in the semiconductor region where the light reaches the fixed potential.
り、そのうちのいくつかが前記回路素子の下部にまで延
在して前記埋め込み層を形成することを特徴とする請求
項1記載の光半導体装置Wherein said isolation region comprises coupled a plurality of regions, wherein some of them and forming the buried layer extends to the bottom of the circuit element
Item 1. Optical semiconductor device according to item 1.
Priority Applications (1)
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Applications Claiming Priority (1)
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