JP2850766B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP2850766B2
JP2850766B2 JP20382594A JP20382594A JP2850766B2 JP 2850766 B2 JP2850766 B2 JP 2850766B2 JP 20382594 A JP20382594 A JP 20382594A JP 20382594 A JP20382594 A JP 20382594A JP 2850766 B2 JP2850766 B2 JP 2850766B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、発光素子と受光素子
とを備える半導体装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having a light emitting element and a light receiving element.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、様々な電子機器の入出力インター
フェイス部や電源部の分離技術としてフォトカプラを用
いて電気的に絶縁することが多く行われている。このフ
ォトカプラはGaAsなどの化合物半導体を用いた発光
素子チップとシリコンを用いた受光素子チップを一つの
パッケージに組み込んだハイブリッド型である。又、こ
のフォトカプラを一つのチップ上に集積化しモノリシッ
ク化することが知られている(例えば、特開昭48−4
6278号公報)。さらに、モノリシックフォトカプラ
において発光素子側回路と受光素子側回路とを誘電体分
離構造とすることが考えられる。つまり、図12に示す
ように、発光ダイオード100とフォトトランジスタ1
01によりフォトカプラ102を構成する場合におい
て、図13に示すように、基板103上において誘電体
分離膜104aにて囲まれた第1の島105と誘電体分
離膜104bにて囲まれた第2の島106とを形成し、
第1の島105に発光ダイオード100を形成し、第2
の島106にフォトトトランジスタ101を形成し、導
波路形成部材107にて光学的に結合する。
2. Description of the Related Art In recent years, as a technique for separating an input / output interface section and a power supply section of various electronic devices, electrical isolation using a photocoupler is often performed. This photocoupler is a hybrid type in which a light emitting element chip using a compound semiconductor such as GaAs and a light receiving element chip using silicon are incorporated in one package. It is also known that this photocoupler is integrated on one chip to make it monolithic (for example, see Japanese Patent Application Laid-Open No.
No. 6278). Further, in the monolithic photocoupler, the light emitting element side circuit and the light receiving element side circuit may have a dielectric isolation structure. That is, as shown in FIG. 12, the light emitting diode 100 and the phototransistor 1
13, a first island 105 surrounded by a dielectric isolation film 104a and a second island 105 surrounded by a dielectric isolation film 104b are formed on the substrate 103, as shown in FIG. And the island 106 of
The light emitting diode 100 is formed on the first island 105, and the second
The phototransistor 101 is formed on the island 106 and optically coupled by the waveguide forming member 107.

【0003】一方、ハイブリッド型フォトカプラにおけ
る1次側回路(発光素子チップ)と2次側回路(受光素
子チップ)との間の絶縁耐圧は2500ボルト以上必要
であり、モノリシックフォトカプラにおいても同等の絶
縁耐圧が求められる。その試験方法の一例としては、図
12に示すように、発光ダイオード100のアノード・
カソードを結ぶとともにフォトトランジスタ101のエ
ミッタ・コレクタを結び、発光ダイオード100とフォ
トトランジスタ101との間に電圧を印加するやり方が
ある。そして、この印加電圧として2500ボルト以上
を印加しても絶縁状態が維持できるようにする必要があ
る。
On the other hand, the withstand voltage between the primary side circuit (light emitting element chip) and the secondary side circuit (light receiving element chip) in the hybrid photocoupler needs to be 2500 volts or more, and the same applies to the monolithic photocoupler. Dielectric strength is required. As an example of the test method, as shown in FIG.
There is a method of connecting the cathode and the emitter / collector of the phototransistor 101 to apply a voltage between the light emitting diode 100 and the phototransistor 101. Then, it is necessary to maintain the insulation state even when the applied voltage of 2500 volts or more is applied.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところが、モノリシッ
クフォトカプラにおいて絶縁耐圧2500ボルト以上を
満足するためには、図13に示すように、チップ表面の
電極108および配線109と,基板103との間の絶
縁破壊を防止するために、チップ表面のフィールド酸化
膜(シリコン酸化膜)110の膜厚tを3μm以上とし
なければならない。つまり、図13に示すように、配線
109と基板103との間の領域Z1,Z2に電界集中
が発生するので、この部分の絶縁破壊を防止するために
厚いフィールド酸化膜110を配置する必要がある。こ
のように、フィールド酸化膜110の膜厚tを3μm以
上にすると、ウェハの反りやコスト増といった問題が生
じる。
However, in order to satisfy the dielectric strength of 2500 volts or more in the monolithic photocoupler, as shown in FIG. In order to prevent dielectric breakdown, the thickness t of the field oxide film (silicon oxide film) 110 on the chip surface must be 3 μm or more. In other words, as shown in FIG. 13, electric field concentration occurs in regions Z1 and Z2 between wiring 109 and substrate 103. Therefore, it is necessary to arrange thick field oxide film 110 in order to prevent dielectric breakdown at these portions. is there. As described above, if the thickness t of the field oxide film 110 is set to 3 μm or more, problems such as warpage of the wafer and increase in cost arise.

【0005】そこで、この発明の目的は、フォトカプラ
をモノリシリック化した半導体装置において基板と配線
および電極との間の絶縁破壊を防止するためのフィール
ド酸化膜を薄くすることができる半導体装置を提供する
ことにある。
An object of the present invention is to provide a semiconductor device in which a photo-coupler is made monolithic, in which a field oxide film for preventing dielectric breakdown between a substrate, a wiring and an electrode can be made thin. It is in.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、基板と、前記基板上に形成され、誘電体分離膜で囲
まれた半導体層よりなる複数の島と、前記島に形成され
た発光素子と、前記発光素子が形成された島以外の島に
形成され、前記発光素子に対し導波路形成部材により光
学的に結合された受光素子とを備えた半導体装置におい
て、前記発光素子と前記受光素子での外部と結線するた
めの配線および電極を、前記島の内部にのみ形成した半
導体装置をその要旨とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: a substrate; a plurality of islands formed on the substrate and including a semiconductor layer surrounded by a dielectric isolation film; A light emitting element and a light receiving element formed on an island other than the island on which the light emitting element is formed, and a light receiving element optically coupled to the light emitting element by a waveguide forming member. A gist of the present invention is a semiconductor device in which wirings and electrodes for connecting to the outside of the light receiving element are formed only inside the island.

【0007】請求項2に記載の発明は、請求項1に記載
の発明における前記発光素子を形成した島の誘電体分離
膜と前記受光素子を形成した島の誘電体分離膜とを、面
積,厚さ,誘電率をほぼ等しくした半導体装置をその要
旨とする。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the dielectric isolation film of the island on which the light emitting element is formed and the dielectric isolation film of the island on which the light receiving element is formed have an area, A gist of the present invention is a semiconductor device whose thickness and dielectric constant are substantially equal.

【0008】請求項3に記載の発明は、請求項1に記載
の発明での前記半導体層における誘電体分離膜と接する
部分に高濃度拡散層が形成され、この高濃度拡散層が前
記発光素子もしくは前記受光素子のいずれかの配線もし
くは電極と接続されている半導体装置をその要旨とす
る。
According to a third aspect of the present invention, a high-concentration diffusion layer is formed in a portion of the semiconductor layer in contact with the dielectric isolation film in the first aspect of the invention, and the high-concentration diffusion layer is formed of the light-emitting element. Alternatively, a gist of the present invention is a semiconductor device connected to any of the wirings or electrodes of the light receiving element.

【0009】請求項4に記載の発明は、請求項1に記載
の発明における前記島を前記基板との間で光が洩れるこ
とを防止する光閉じ込め層にて囲んだ半導体装置をその
要旨とする。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device according to the first aspect, wherein the island is surrounded by a light confinement layer for preventing light from leaking between the island and the substrate. .

【0010】請求項5に記載の発明は、請求項1に記載
の発明における前記島を熱膨張率が前記島と略同じ材料
からなる熱応力緩和層にて囲んだ半導体装置をその要旨
とする。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device in which the island of the first aspect is surrounded by a thermal stress relaxation layer made of a material having substantially the same coefficient of thermal expansion as the island. .

【0011】[0011]

【作用】請求項1に記載の発明によれば、発光素子と受
光素子とに配線および電極を通して高い電圧が印加され
ると、基板と配線および電極との間に高い電位差が生じ
るが、配線および電極が島の内部にのみ配置されている
ので、島の外部においては電界集中が発生せず、島の外
部に形成されるフィールド酸化膜は薄くてもよくなる。
According to the first aspect of the present invention, when a high voltage is applied to the light emitting element and the light receiving element through the wiring and the electrode, a high potential difference is generated between the substrate and the wiring and the electrode. Since the electrodes are arranged only inside the island, no electric field concentration occurs outside the island, and the field oxide film formed outside the island may be thin.

【0012】請求項2に記載の発明によれば、請求項1
に記載の発明の作用に加え、各島での誘電体分離膜の面
積,厚さ,誘電率がほぼ等しくなり、各島での誘電体分
離膜による容量が均等化されて各島での誘電体分離膜に
よる電位差の均等化が図られる。よって、誘電体分離膜
の膜厚を最小にすることができる。
According to the invention described in claim 2, according to claim 1,
In addition to the effects of the invention described in the above, the area, thickness, and dielectric constant of the dielectric isolation film on each island are substantially equal, and the capacitance by the dielectric isolation film on each island is equalized, and the dielectric The potential difference is equalized by the body separation membrane. Therefore, the thickness of the dielectric isolation film can be minimized.

【0013】請求項3に記載の発明によれば、請求項1
に記載の発明の作用に加え、半導体層における誘電体分
離膜と接する部分に配置した高濃度拡散層が前記素子の
いずれかの端子と接続され、この高濃度拡散層を通した
電流経路の形成により低抵抗化が図られる。
According to the third aspect of the present invention, the first aspect is provided.
In addition to the effect of the invention described in the above, a high concentration diffusion layer disposed in a portion of the semiconductor layer in contact with the dielectric separation film is connected to any terminal of the element, and a current path is formed through the high concentration diffusion layer. Thereby, the resistance is reduced.

【0014】請求項4に記載の発明によれば、請求項1
に記載の発明の作用に加え、島が光閉じ込め層にて囲ま
れ、光閉じ込め層により島内に光が閉じ込められ光が効
率的に利用される。
According to the invention described in claim 4, according to claim 1 of the present invention,
In addition to the effects of the invention described in (1), the island is surrounded by the light confinement layer, and the light is confined in the island by the light confinement layer, so that the light is efficiently used.

【0015】請求項5に記載の発明によれば、請求項1
に記載の発明の作用に加え、島が熱応力緩和層にて囲ま
れ、素子特性のバラツキ、変動が小さくなる。
According to the invention described in claim 5, according to claim 1,
In addition to the effects of the invention described in (1), the islands are surrounded by the thermal stress relaxation layer, and variations and fluctuations in element characteristics are reduced.

【0016】[0016]

【実施例】【Example】

(第1実施例)以下、この発明を具体化した一実施例を
図面に従って説明する。
(First Embodiment) An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0017】図1(a)には本実施例におけるモノリシ
ックフォトカプラの平面図を示し、図1(b)には図1
(a)のA−A断面を示す。基材となるシリコン基板1
の上面には酸化シリコン層2が形成されており、その上
にはポリシリコン層3が形成されている。本実施例で
は、シリコン基板1とポリシリコン層3とから基板が構
成されている。
FIG. 1A is a plan view of a monolithic photocoupler according to the present embodiment, and FIG.
3A shows an AA cross section. Silicon substrate 1 as base material
A silicon oxide layer 2 is formed on the upper surface of the substrate, and a polysilicon layer 3 is formed thereon. In this embodiment, a substrate is constituted by the silicon substrate 1 and the polysilicon layer 3.

【0018】ポリシリコン層3の上面側には凹部4a,
4bが形成され、この凹部4a,4bの表面に誘電体分
離膜5a,5bが形成されている。誘電体分離膜5a,
5bとして、本実施例では厚さ2μ程度の酸化シリコン
膜を用いており、両誘電体分離膜5a,5bの面積は等
しくなっている。このように、誘電体分離膜5aと5b
とは、同じ材料よりなり誘電率が等しく、かつ、面積お
よび厚さもほぼ等しくなっている。
On the upper surface side of the polysilicon layer 3, a recess 4a,
4b are formed, and dielectric isolation films 5a and 5b are formed on the surfaces of the concave portions 4a and 4b. The dielectric separation film 5a,
In this embodiment, a silicon oxide film having a thickness of about 2 μm is used as 5b, and the areas of both dielectric isolation films 5a and 5b are equal. Thus, the dielectric separation films 5a and 5b
Are made of the same material, have the same dielectric constant, and have substantially the same area and thickness.

【0019】凹部4a内にはn型の単結晶シリコン島6
aが形成されるとともに、凹部4b内にはn型の単結晶
シリコン島6bが形成されている。この単結晶シリコン
島6a,6bのn型不純物濃度が1016cm-3程度とな
っている。又、単結晶シリコン島6bが受光素子である
フォトトランジスタ18のコレクタ領域になる。ここ
で、島6a,6bを構成する単結晶シリコンと基板を構
成するポリシリコン層3とは熱膨張率が近い。
In the recess 4a, an n-type single crystal silicon island 6 is formed.
a, and an n-type single-crystal silicon island 6b is formed in the recess 4b. The n-type impurity concentration of these single crystal silicon islands 6a and 6b is about 10 16 cm -3 . Further, the single crystal silicon island 6b becomes a collector region of the phototransistor 18 which is a light receiving element. Here, the single crystal silicon forming the islands 6a and 6b and the polysilicon layer 3 forming the substrate have similar thermal expansion coefficients.

【0020】このように、誘電体分離膜5a,5bで囲
まれた2つの単結晶シリコン領域(6a,6b)の間
が、単結晶シリコンの熱膨張率に近い材料であるポリシ
リコン(3)にて充填された構造となっている。
As described above, the space between the two single crystal silicon regions (6a, 6b) surrounded by the dielectric isolation films 5a, 5b is polysilicon (3) which is a material having a thermal expansion coefficient close to that of single crystal silicon. The structure is filled with.

【0021】n型の単結晶シリコン島6aにおける誘電
体分離膜5aと接する部分にはn型の高濃度拡散層7a
が厚さ1μm程度形成され、高濃度拡散層7aの不純物
濃度が1019cm-3程度となっている。同様に、n型の
単結晶シリコン島6bにおける誘電体分離膜5bと接す
る部分にはn型の高濃度拡散層7bが厚さ1μm程度形
成され、高濃度拡散層7bの不純物濃度が1019cm-3
程度となっている。
An n-type high-concentration diffusion layer 7a is provided at a portion of the n-type single-crystal silicon island 6a in contact with the dielectric isolation film 5a.
Is formed with a thickness of about 1 μm, and the impurity concentration of the high concentration diffusion layer 7a is about 10 19 cm −3 . Similarly, an n-type high-concentration diffusion layer 7b having a thickness of about 1 μm is formed at a portion of the n-type single-crystal silicon island 6b in contact with the dielectric isolation film 5b, and the impurity concentration of the high-concentration diffusion layer 7b is 10 19 cm. -3
It has become about.

【0022】単結晶シリコン島6aの表面部にはp型拡
散領域8が形成されるとともに、その内部における表面
部にはn型拡散領域9が帯状に延設されている。n型拡
散領域9上を含むp型拡散領域8上には、n型Alx
1-x As層10とn型GaAs層11とp型GaAs
層12とが積層されている。
A p-type diffusion region 8 is formed on the surface of the single crystal silicon island 6a, and an n-type diffusion region 9 extends in a band shape on the surface inside the single crystal silicon island 6a. On the p-type diffusion region 8 including the n-type diffusion region 9, n-type Al x G
a 1-x As layer 10, n-type GaAs layer 11, and p-type GaAs
The layer 12 is laminated.

【0023】n型Alx Ga1-x As層10は、AlA
sとGaAsの混晶よりなり、単結晶シリコン島6aの
表面にMO−CVD法によるヘテロエピタキシャル成長
にて形成されたものである。ここで、AlAsの比率x
は大きい方がn型GaAs層11との屈折率差が大きく
なり、光の閉じ込め効率が上がる。又、xはエピタキシ
ャル膜結晶晶質とのかね合いで決定される。n型GaA
s層11はn型AlxGa1-x As層10の上にMO−
CVD法によるエピタキシャル成長にて形成されたもの
である。さらに、p型GaAs層12はn型GaAs層
11の上にMO−CVD法によるエピタキシャル成長に
て形成されたものである。より詳しくは、n型Alx
1-x As層10とn型GaAs層11とp型GaAs
層12とは連続成長してフォトリソグラフィ法により四
角形状にパターニングする。エッチングは硫酸、過酸化
水素水、水の混合液により行う。
The n-type Al x Ga 1 -x As layer 10 is made of AlA
It is made of a mixed crystal of s and GaAs, and is formed on the surface of the single crystal silicon island 6a by heteroepitaxial growth by MO-CVD. Here, the ratio x of AlAs
The larger is, the larger the refractive index difference from the n-type GaAs layer 11 is, and the higher the light confinement efficiency is. X is determined in consideration of the crystallinity of the epitaxial film. n-type GaAs
The s layer 11 is formed on the n-type Al x Ga 1 -x As layer 10 by MO-
It is formed by epitaxial growth by a CVD method. Further, the p-type GaAs layer 12 is formed on the n-type GaAs layer 11 by epitaxial growth by MO-CVD. More specifically, n-type Al x G
a 1-x As layer 10, n-type GaAs layer 11, and p-type GaAs
The layer 12 is continuously grown and patterned into a square shape by photolithography. The etching is performed with a mixed solution of sulfuric acid, a hydrogen peroxide solution, and water.

【0024】前述のp型GaAs層12の上にはAu−
Zn電極13が形成され、Au−Zn電極13は真空蒸
着法により作製されたものである。このようにして、誘
電体分離膜5aで囲まれた単結晶シリコン島6aに、n
型Alx Ga1-x As層10とn型GaAs層11とp
型GaAs層12との積層体からなる発光素子としての
発光ダイオード14が形成されている。
On the p-type GaAs layer 12 described above, Au-
A Zn electrode 13 is formed, and the Au-Zn electrode 13 is manufactured by a vacuum evaporation method. In this way, n is added to the single crystal silicon island 6a surrounded by the dielectric isolation film 5a.
-Type Al x Ga 1 -x As layer 10, n-type GaAs layer 11, and p-type
A light-emitting diode 14 is formed as a light-emitting element composed of a stacked body with the type GaAs layer 12.

【0025】一方、単結晶シリコン島6bの表面部にお
ける所定領域にはp型ベース領域15が形成されるとと
もに、その内部における表面部にはn型エミッタ領域1
6が形成されている。又、単結晶シリコン島6bの表面
部における所定領域にはn型拡散領域17が形成されて
いる。そして、n型エミッタ領域16、p型ベース領域
15、n型単結晶シリコン島6bにて、受光素子として
のn/p/n構造のフォトトランジスタ18が形成され
ている。
On the other hand, a p-type base region 15 is formed in a predetermined region on the surface of single crystal silicon island 6b, and an n-type emitter region 1
6 are formed. Further, an n-type diffusion region 17 is formed in a predetermined region on the surface of the single crystal silicon island 6b. The n-type emitter region 16, the p-type base region 15, and the n-type single crystal silicon island 6b form a phototransistor 18 having an n / p / n structure as a light receiving element.

【0026】このように、誘電体分離膜5bで囲まれた
単結晶シリコン島6bに、フォトトランジスタ18が形
成されている。単結晶シリコン島6a,6bの表面を含
むポリシリコン層3の表面には、フィールド酸化膜19
が形成され、フィールド酸化膜19は熱酸化法による1
μm程度のシリコン酸化膜よりなる。このフィールド酸
化膜19は後述する光導波路のクラッド層(光反射層)
として必要な厚さとなっている。又、p型ベース領域1
5の上面には薄いシリコン酸化膜20が形成されてい
る。
As described above, the phototransistor 18 is formed on the single crystal silicon island 6b surrounded by the dielectric isolation film 5b. A field oxide film 19 is formed on the surface of the polysilicon layer 3 including the surfaces of the single crystal silicon islands 6a and 6b.
Is formed, and the field oxide film 19 is formed by thermal oxidation.
It is made of a silicon oxide film of about μm. This field oxide film 19 serves as a cladding layer (light reflecting layer) of an optical waveguide described later.
It has the required thickness. Also, the p-type base region 1
5, a thin silicon oxide film 20 is formed.

【0027】フィールド酸化膜19の上、シリコン酸化
膜20の上、およびn型Alx Ga 1-x As層10・n
型GaAs層11・p型GaAs層12の積層体の周囲
には、窒化シリコン膜21が形成され、この窒化シリコ
ン膜21はプラズマCVD法により作製され、厚さが1
μm程度である。そして、窒化シリコン膜21は発光ダ
イオード14のパッシベーション膜として機能する。
On the field oxide film 19, silicon oxide
On film 20 and n-type AlxGa 1-xAs layer 10 · n
Around stacked body of p-type GaAs layer 11 and p-type GaAs layer 12
A silicon nitride film 21 is formed.
The film 21 is formed by a plasma CVD method and has a thickness of 1
It is about μm. The silicon nitride film 21 is a light emitting device.
It functions as a passivation film for the ions 14.

【0028】発光ダイオード14とフォトトランジスタ
18との間における窒化シリコン膜21の上には、導波
路形成部材としての酸化チタン層22が形成され、酸化
チタン層22はイオンプレーティング法により厚さ2〜
3μm程度に形成したものである。この酸化チタン層2
2によりフォトトランジスタ18が発光ダイオード14
と光学的に結合されている。
On the silicon nitride film 21 between the light emitting diode 14 and the phototransistor 18, a titanium oxide layer 22 is formed as a waveguide forming member, and the titanium oxide layer 22 has a thickness of 2 by ion plating. ~
It was formed to about 3 μm. This titanium oxide layer 2
2 causes the phototransistor 18 to
And optically coupled.

【0029】又、単結晶シリコン島6aでの窒化シリコ
ン膜21の上にはアルミ配線23が形成され、アルミ配
線23はAu−Zn電極13と接触するとともにこのA
u−Zn電極13から単結晶シリコン島6a内において
延設されている。又、単結晶シリコン島6aでの窒化シ
リコン膜21の上にはアルミ配線24が形成され、アル
ミ配線24はn型拡散領域9とコンタクト部25にて電
気的に接続されるとともにこのコンタクト部25から単
結晶シリコン島6a内において延設されている。さら
に、このアルミ配線24はコンタクト部26を通して高
濃度拡散層7aと電気的に接続されている。つまり、高
濃度拡散層7aは発光ダイオード14のカソード端子と
接続されている。
An aluminum wiring 23 is formed on the silicon nitride film 21 on the single crystal silicon island 6a.
It extends from the u-Zn electrode 13 in the single crystal silicon island 6a. Aluminum interconnection 24 is formed on silicon nitride film 21 on single crystal silicon island 6a, and aluminum interconnection 24 is electrically connected to n-type diffusion region 9 at contact portion 25 and at the same time contact portion 25 is formed. From the single crystal silicon island 6a. Further, the aluminum wiring 24 is electrically connected to the high concentration diffusion layer 7a through the contact portion 26. That is, the high concentration diffusion layer 7 a is connected to the cathode terminal of the light emitting diode 14.

【0030】又、単結晶シリコン島6bでの窒化シリコ
ン膜21の上にはアルミ配線27が形成され、アルミ配
線27はn型エミッタ領域16と接触するとともにこの
n型エミッタ領域16とのコンタクト部から単結晶シリ
コン島6b内において延設されている。又、単結晶シリ
コン島6bでの窒化シリコン膜21の上にはアルミ配線
28が形成され、アルミ配線28はn型拡散領域17と
接触するとともにこのn型拡散領域17とのコンタクト
部から単結晶シリコン島6b内において延設されてい
る。さらに、このアルミ配線28はコンタクト部29を
通して高濃度拡散層7bと電気的に接続されている。つ
まり、高濃度拡散層7bはフォトトランジスタ18のコ
レクタ端子と接続されている。
Aluminum wiring 27 is formed on silicon nitride film 21 on single crystal silicon island 6b. Aluminum wiring 27 is in contact with n-type emitter region 16 and has a contact portion with n-type emitter region 16. From the single crystal silicon island 6b. An aluminum interconnection 28 is formed on silicon nitride film 21 on single crystal silicon island 6b. Aluminum interconnection 28 contacts n-type diffusion region 17 and contacts a single crystal from n-type diffusion region 17. It extends in the silicon island 6b. Further, this aluminum wiring 28 is electrically connected to high-concentration diffusion layer 7b through contact portion 29. That is, the high concentration diffusion layer 7b is connected to the collector terminal of the phototransistor 18.

【0031】発光ダイオード14とフォトトランジスタ
18の表面は酸化シリコン膜30で覆われ、酸化シリコ
ン膜30は減圧CVD法またはスパッタ法により作製さ
れ、厚さが2μm程度である。又、アルミ配線23,2
4,27,28の上における酸化シリコン膜30の一部
が開口しており、この部分がボンディングバッド31,
32,33,33となっている。
The surfaces of the light emitting diode 14 and the phototransistor 18 are covered with a silicon oxide film 30. The silicon oxide film 30 is formed by a low pressure CVD method or a sputtering method and has a thickness of about 2 μm. Also, aluminum wiring 23, 2
Portions of the silicon oxide film 30 above the holes 4, 27, 28 are open, and this portion is
32, 33 and 33.

【0032】このように、発光ダイオード14とフォト
トランジスタ18での外部と結線するためのアルミ配線
23,24,27,28およびAu−Zn電極13が単
結晶シリコン島6a,6bの内部のみに形成されてい
る。
Thus, the aluminum wirings 23, 24, 27, 28 and the Au-Zn electrode 13 for connecting the light emitting diode 14 to the outside of the phototransistor 18 are formed only inside the single crystal silicon islands 6a, 6b. Have been.

【0033】次に、このモノリシックフォトカプラの製
造工程の概略を説明する。まず、図2(a)に示すよう
に、不純物濃度が1016cm-3程度のn型の単結晶シリ
コン基板6を用意し、その表面にV溝35を形成する。
そして、図2(b)に示すように、単結晶シリコン基板
6の表面部に、気相拡散法によりn型の不純物を1019
cm-3程度、深さ1μm程度まで拡散して高濃度拡散層
7を形成する。その表面に誘電体分離膜(酸化シリコン
膜)5を熱酸化法により厚さ2μm程度形成する。引き
続き、図2(c)に示すように、単結晶シリコン基板6
の上にポリシリコン層3を常圧CVD法により1100
℃程度で形成する。このときのポリシリコン層3の厚さ
は単結晶シリコン島6a,6bの深さの2〜3倍となる
ように形成する。その後、ポリシリコン層3の表面を鏡
面研磨する。
Next, an outline of a manufacturing process of the monolithic photocoupler will be described. First, as shown in FIG. 2A, an n-type single crystal silicon substrate 6 having an impurity concentration of about 10 16 cm −3 is prepared, and a V groove 35 is formed on the surface thereof.
Then, as shown in FIG. 2B, the surface of the single crystal silicon substrate 6 is doped with n-type impurities by 10 19
The high-concentration diffusion layer 7 is formed by diffusing to about cm −3 and a depth of about 1 μm. A dielectric isolation film (silicon oxide film) 5 is formed on the surface by a thermal oxidation method to a thickness of about 2 μm. Subsequently, as shown in FIG.
A polysilicon layer 3 is formed on the substrate 1100 by a normal pressure CVD method.
Formed at about ° C. At this time, the thickness of the polysilicon layer 3 is formed to be two to three times the depth of the single crystal silicon islands 6a and 6b. Thereafter, the surface of the polysilicon layer 3 is mirror-polished.

【0034】さらに、図2(d)に示すように、鏡面研
磨したシリコン基板1を用意するとともにその鏡面に酸
化シリコン層2を形成し、この面とポリシリコン層3の
鏡面とを直接貼り合わせる。引き続き、図2(e)に示
すように、単結晶シリコン基板6の裏面側を研磨して各
島に分離する。
Further, as shown in FIG. 2D, a mirror-polished silicon substrate 1 is prepared, a silicon oxide layer 2 is formed on the mirror surface, and this surface is directly bonded to the mirror surface of the polysilicon layer 3. . Subsequently, as shown in FIG. 2E, the back surface of the single crystal silicon substrate 6 is polished to separate each island.

【0035】そして、図1に示すように、各島に発光ダ
イオード14とフォトトランジスタ18を形成し、ボン
ディングパッド31,32,33,34によりチップと
リードフレームとをワイヤボンディングする。
Then, as shown in FIG. 1, the light emitting diode 14 and the phototransistor 18 are formed on each island, and the chip and the lead frame are wire-bonded by the bonding pads 31, 32, 33 and 34.

【0036】次に、このように構成したモノリシックフ
ォトカプラの作用を説明する。発光ダイオード14のア
ノード・カソード間に電圧を加えると正孔および電子が
注入され、n型GaAs層11とp型GaAs層12の
接合部で再結合して光を発する。このとき、高濃度拡散
層7aがカソード電位となっているので、単結晶シリコ
ン島6aの外周部を等電位化することができる。
Next, the operation of the monolithic photocoupler thus configured will be described. When a voltage is applied between the anode and cathode of the light emitting diode 14, holes and electrons are injected, and recombine at the junction between the n-type GaAs layer 11 and the p-type GaAs layer 12 to emit light. At this time, since the high concentration diffusion layer 7a is at the cathode potential, the outer peripheral portion of the single crystal silicon island 6a can be made equal in potential.

【0037】発光ダイオード14の発する光は導波路形
成部材としての酸化チタン層22を通してフォトトラン
ジスタ18におけるp型ベース領域15に至る。する
と、フォトトランジスタ18におけるp型ベース領域1
5とn型コレクタ領域(n型単結晶シリコン島6b)で
のpn接合で発生した光電流は増幅されてコレクタ,エ
ミッタ電流として取り出される。このとき、フォトトラ
ンジスタ18において高濃度拡散層7bを通してエミッ
タ・コレクタ間に電流が流れるのでコレクタ抵抗を下げ
ることができる。
Light emitted from the light emitting diode 14 reaches the p-type base region 15 in the phototransistor 18 through a titanium oxide layer 22 as a waveguide forming member. Then, the p-type base region 1 in the phototransistor 18
5 and the photocurrent generated at the pn junction in the n-type collector region (n-type single crystal silicon island 6b) is amplified and taken out as a collector and emitter current. At this time, in the phototransistor 18, a current flows between the emitter and the collector through the high concentration diffusion layer 7b, so that the collector resistance can be reduced.

【0038】ここで、本実施例では、発光ダイオード1
4とフォトトランジスタ18のアルミ配線23,24,
27,28およびAu−Zn電極13を、単結晶シリコ
ン島6a,6bから出さないようにしている。よって、
発光ダイオード14とフォトトランジスタ18との間に
高い電圧を印加した際の電界集中部は誘電体分離膜5
a,5bのみとなり、フィールド酸化膜19の絶縁耐圧
は考えなくてもよいことになる。
Here, in this embodiment, the light emitting diode 1
4 and the aluminum wirings 23, 24,
27, 28 and the Au-Zn electrode 13 are kept out of the single crystal silicon islands 6a, 6b. Therefore,
When a high voltage is applied between the light emitting diode 14 and the phototransistor 18, the electric field concentration portion is
Since only a and 5b are provided, the withstand voltage of the field oxide film 19 does not need to be considered.

【0039】つまり、図3に示すように、アルミ配線2
3,24,27,28を島6a,6bの外に出すと、発
光ダイオード14とフォトトランジスタ18との間に高
い電圧を印加した際にはアルミ配線23,24,27,
28とポリシリコン層3との間に高い電位差が印加され
てアルミ配線23,24,27,28の下のフィールド
酸化膜部36に電界集中が生じる。そのため、フィール
ド酸化膜36には誘電体分離膜5a,5bと同等以上の
絶縁耐圧が必要となり、3μm以上必要となる。しかし
ながら、図1に示したように、アルミ配線23,24,
27,28およびAu−Zn電極13を、島6a,6b
の内部にのみ形成することにより、フィールド酸化膜1
9には前述の電位差が印加されないので、電界集中部は
誘電体分離膜5a,5bのみとなりフィールド酸化膜1
9の絶縁耐圧は考えなくても良いことになる。
That is, as shown in FIG.
When the high voltage is applied between the light emitting diode 14 and the phototransistor 18, the aluminum wirings 23, 24, 27,
A high potential difference is applied between the gate electrode 28 and the polysilicon layer 3 to cause an electric field concentration in the field oxide film portion 36 below the aluminum wirings 23, 24, 27, 28. Therefore, the field oxide film 36 requires a dielectric breakdown voltage equal to or higher than that of the dielectric isolation films 5a and 5b, and requires 3 μm or more. However, as shown in FIG. 1, the aluminum wirings 23, 24,
27, 28 and the Au-Zn electrode 13 are connected to the islands 6a, 6b
The field oxide film 1 is formed only inside the
Since the above-mentioned potential difference is not applied to the field oxide film 9, only the dielectric separation films 5a and 5b are used as the electric field concentration portions.
9 does not have to be considered.

【0040】又、図12に示すように、発光ダイオード
100のアノード・カソードを結ぶとともにフォトトラ
ンジスタ101のエミッタ・コレクタを結び、発光ダイ
オード100とフォトトランジスタ101との間の絶縁
耐圧として2500ボルト以上にする必要がある。本実
施例では発光ダイオード14を形成した島6aの誘電体
分離膜5aとフォトトランジスタ18を形成した島6b
の誘電体分離膜5bとを面積,厚さ,誘電率をほぼ等し
くした。その結果、図4に示すように、発光ダイオード
14側の容量C1とフォトトランジスタ18側の容量C
2とが等しくなり、発光ダイオード14側を0ボルトと
し、フォトトランジスタ18側を2500ボルトとした
際には、ポリシリコン層3においては1250ボルトの
電位となる。よって、両島6a,6bにおける誘電体分
離膜膜5a,5bによる耐圧として1250ボルトを確
保すればよく、誘電体分離膜5a,5bによる各島6
a,6bでの絶縁耐圧が均等になる。その結果、誘電体
分離膜5a,5bを最小膜厚にすることができる。
As shown in FIG. 12, the anode / cathode of the light emitting diode 100 is connected and the emitter / collector of the phototransistor 101 is connected so that the withstand voltage between the light emitting diode 100 and the phototransistor 101 is 2500 volts or more. There is a need to. In this embodiment, the dielectric isolation film 5a of the island 6a on which the light emitting diode 14 is formed and the island 6b on which the phototransistor 18 is formed
The area, thickness, and dielectric constant of the dielectric isolation film 5b are substantially the same. As a result, as shown in FIG. 4, the capacitance C1 on the light emitting diode 14 side and the capacitance C1 on the phototransistor 18 side are obtained.
When the light emitting diode 14 side is set to 0 volts and the phototransistor 18 side is set to 2500 volts, the potential of the polysilicon layer 3 is 1250 volts. Therefore, it is sufficient to secure 1250 volts as the withstand voltage by the dielectric isolation film films 5a and 5b in the both islands 6a and 6b.
The dielectric breakdown voltage at a and 6b becomes uniform. As a result, the thickness of the dielectric isolation films 5a and 5b can be reduced to the minimum.

【0041】このように本実施例ではアルミ配線23,
24,27,28およびAu−Zn電極13を、島6
a,6bの内部にのみ形成したので、フィールド酸化膜
19の絶縁耐圧は考えなくても良いことになり、フィー
ルド酸化膜19の膜厚を1μm程度に薄くでき、ウェハ
の反りやコスト増といった問題を回避することができ
る。
As described above, in this embodiment, the aluminum wiring 23,
24, 27, 28 and the Au-Zn electrode 13
Since it is formed only inside a and 6b, it is not necessary to consider the withstand voltage of the field oxide film 19, the thickness of the field oxide film 19 can be reduced to about 1 μm, and there is a problem that the wafer is warped and the cost is increased. Can be avoided.

【0042】つまり、発光ダイオード14(発光素子)
とフォトトランジスタ18(受光素子)とにアルミ配線
23,24,27,28およびAu−Zn電極13を通
して高い電圧が印加されると、ポリシリコン層3(基
板)とアルミ配線23,24,27,28およびAu−
Zn電極13との間に高い電位差が生じるが、アルミ配
線23,24,27,28およびAu−Zn電極13が
島6a,6bの内部にのみ配置されているので、島6
a,6bの外部においては電界集中が発生せず、島6
a,6bの外部に形成されるフィールド酸化膜19は薄
くてもよくなる。
That is, the light emitting diode 14 (light emitting element)
When a high voltage is applied to the phototransistor 18 and the phototransistor 18 (light receiving element) through the aluminum wirings 23, 24, 27, 28 and the Au-Zn electrode 13, the polysilicon layer 3 (substrate) and the aluminum wirings 23, 24, 27, 28 and Au-
Although a high potential difference is generated with the Zn electrode 13, since the aluminum wirings 23, 24, 27, and 28 and the Au-Zn electrode 13 are arranged only inside the islands 6a and 6b, the island 6
Electric field concentration does not occur outside of the islands 6a and 6b.
Field oxide film 19 formed outside of a and 6b may be thin.

【0043】又、発光ダイオード14を形成した島6a
の誘電体分離膜5aとフォトトランジスタ18を形成し
た島6bの誘電体分離膜5bとを面積,厚さ,誘電率を
ほぼ等しくしたので、誘電体分離膜5a,5bによる各
島6a,6bでの絶縁耐圧が均等化され、誘電体分離膜
5a,5bの膜厚を最小にすることができる。
The island 6a on which the light emitting diode 14 is formed
Since the area, thickness, and permittivity of the dielectric isolation film 5a of the island 6b on which the phototransistor 18 is formed and the dielectric isolation film 5b of the island 6b are made substantially equal, the dielectric isolation film 5a, 5b Of the dielectric isolation films 5a and 5b can be minimized.

【0044】さらに、誘電体分離膜5a,5bと接する
部分に高濃度拡散層7a,7bを形成し、この高濃度拡
散層7a,7bを素子のいずれかの端子(発光ダイオー
ド14もしくはフォトトランジスタ18のいずれかの配
線もしくは電極)と接続したので、高濃度拡散層7a,
7bを通した電流経路の形成により低抵抗化が図られ
る。つまり、フォトトランジスタ18のコレクタ抵抗を
下げることができる。又、発光ダイオード14において
は単結晶シリコン島6aの外周部を等電位にすることが
できる。 (第2実施例)次に、第2実施例を第1実施例との相違
点を中心に説明する。
Further, high-concentration diffusion layers 7a and 7b are formed in portions that are in contact with the dielectric isolation films 5a and 5b, and these high-concentration diffusion layers 7a and 7b are connected to any terminal of the element (the light emitting diode 14 or the phototransistor 18). Of the high-concentration diffusion layer 7a,
The resistance is reduced by forming a current path through 7b. That is, the collector resistance of the phototransistor 18 can be reduced. Further, in the light emitting diode 14, the outer peripheral portion of the single crystal silicon island 6a can be set at the same potential. (Second Embodiment) Next, a second embodiment will be described focusing on differences from the first embodiment.

【0045】本実施例では、図5に示すように、誘電体
分離膜5a,5bとポリシリコン層3との間に光閉じ込
め層としての高融点金属膜37a,37bを形成してい
る。この高融点金属膜37a,37bとしては、ロジウ
ム(Rh),シリジウム(Ir),白金(Pt),モリ
ブデン(Mo),タングステン(W)等が用いられる。
この高融点金属膜37a,37bは、図2に示す製造工
程において図2(b)で単結晶シリコン基板6にV溝3
5を形成し、誘電体分離膜5を形成した後に、高融点金
属膜37を配置することにより製造される。つまり、光
閉じ込め層としての高融点金属膜37a,37bの融点
はポリシリコンの融点およびアルミの融点よりも高くな
っており、その後の工程でのポリシリコン形成時やアル
ミ形成時においても影響を受けることが無い。
In this embodiment, as shown in FIG. 5, high melting point metal films 37a and 37b as optical confinement layers are formed between the dielectric isolation films 5a and 5b and the polysilicon layer 3. Rhodium (Rh), silicium (Ir), platinum (Pt), molybdenum (Mo), tungsten (W), or the like is used as the refractory metal films 37a and 37b.
The refractory metal films 37a and 37b are formed in the V-groove 3 in the single crystal silicon substrate 6 in FIG.
5 is formed, and after the dielectric isolation film 5 is formed, the refractory metal film 37 is disposed. In other words, the melting points of the refractory metal films 37a and 37b as the optical confinement layers are higher than the melting points of polysilicon and aluminum, and are also affected in the subsequent steps of forming polysilicon and aluminum. There is nothing.

【0046】この高融点金属膜37a,37bにより発
光ダイオード14(発光素子)においては発光した光を
効率よく酸化チタン層22(導波路形成部材)に送出す
ることができる。又、フォトトランジスタ18(受光素
子)においては発光ダイオード14からの光を効率的に
電気信号に変換できる。
The light emitted from the light emitting diode 14 (light emitting element) can be efficiently transmitted to the titanium oxide layer 22 (waveguide forming member) by the high melting point metal films 37a and 37b. In the phototransistor 18 (light receiving element), light from the light emitting diode 14 can be efficiently converted into an electric signal.

【0047】尚、光閉じ込め層としての高融点金属膜3
7a,37bは、誘電体分離膜5a,5bとポリシリコ
ン層3との間、あるいは、誘電体分離膜5a,5bと単
結晶シリコン島6a,6bとの間のうちの少なくともい
ずれか一方に設ければよく、さらに、発光ダイオード1
4(発光素子)側とフォトトランジスタ18(受光素
子)のいずれか一方のみに設けてもよい。
The refractory metal film 3 as a light confinement layer
7a and 37b are provided between at least one of the dielectric isolation films 5a and 5b and the polysilicon layer 3 or between the dielectric isolation films 5a and 5b and the single crystal silicon islands 6a and 6b. And the light emitting diode 1
4 (light-emitting element) and the phototransistor 18 (light-receiving element).

【0048】このように、本実施例では、島6a,6b
を基板(3)との間で光が洩れることを防止する光閉じ
込め層としての高融点金属膜37a,37bにて囲んだ
ので、島内に光が閉じ込められ光を効率的に利用するこ
とができる。 (第3実施例)次に、第3実施例を第1実施例との相違
点を中心に説明する。
As described above, in this embodiment, the islands 6a and 6b
Is surrounded by the refractory metal films 37a and 37b as light confinement layers for preventing light from leaking to the substrate (3), so that light is confined in the island and light can be used efficiently. . (Third Embodiment) Next, a third embodiment will be described focusing on differences from the first embodiment.

【0049】前記第1実施例では貼り合わせ法を用いて
基板を形成していたが、本実施例では、図6に示すよう
に、貼り合わせ法を用いずにポリシリコンデポのみで製
作している。つまり、図2に示す製造工程において図2
(c)でポリシリコン層3を形成した後、単結晶シリコ
ン基板6の裏面側を研磨して複数の島を形成する。尚、
ポリシリコン層3は常圧エピタキシャル法で1100℃
程度にて数100μm形成する。 (第4実施例)次に、第4実施例を第1実施例との相違
点を中心に説明する。
In the first embodiment, the substrate is formed by using the bonding method. However, in this embodiment, as shown in FIG. 6, the substrate is formed by using only the polysilicon deposit without using the bonding method. I have. That is, in the manufacturing process shown in FIG.
After the polysilicon layer 3 is formed in (c), the back surface of the single crystal silicon substrate 6 is polished to form a plurality of islands. still,
The polysilicon layer 3 is 1100 ° C. by the normal pressure epitaxial method.
It is formed to a thickness of several 100 μm. (Fourth Embodiment) Next, a fourth embodiment will be described focusing on differences from the first embodiment.

【0050】本実施例では、図7に示すように、光導波
路を酸化チタンの代わりに透明樹脂(ポリイミド等)3
8を用いて形成している。この透明樹脂として、感光性
ポリイミドを使用することにより、フォトリソグラフィ
法によるパターニングも可能となる。 (第5実施例)次に、第5実施例を第1実施例との相違
点を中心に説明する。
In this embodiment, as shown in FIG. 7, the optical waveguide is made of a transparent resin (polyimide or the like) instead of titanium oxide.
8 is used. By using photosensitive polyimide as this transparent resin, patterning by photolithography is also possible. (Fifth Embodiment) Next, a fifth embodiment will be described focusing on differences from the first embodiment.

【0051】本実施例では、図8に示すように、誘電体
分離膜5a,5bを2層に分け、その間にポリシリコン
層39a,39bを配置している。この場合には、ポリ
シリコン層39a,39bが熱応力緩和層として機能し
て熱応力を緩和して素子特性のバラツキ、変動を減らす
ことができる。
In this embodiment, as shown in FIG. 8, the dielectric isolation films 5a and 5b are divided into two layers, and the polysilicon layers 39a and 39b are arranged between them. In this case, the polysilicon layers 39a and 39b function as thermal stress relieving layers to relieve thermal stress and reduce variations and variations in element characteristics.

【0052】このように本実施例では、島6a,6bを
熱膨張率が島(ポリシリコン層3)と略同じ材料からな
る熱応力緩和層としてのポリシリコン層39a,39b
にて囲んだので、許容される応力範囲内で酸化膜(5
a,5b)膜厚を大きくすることができ、絶縁耐圧を高
くすることができる。
As described above, in the present embodiment, the islands 6a and 6b are formed as polysilicon layers 39a and 39b as thermal stress relaxation layers made of a material having substantially the same thermal expansion coefficient as the island (polysilicon layer 3).
Within the allowable stress range.
a, 5b) The film thickness can be increased, and the withstand voltage can be increased.

【0053】本実施例の応用例として、熱応力緩和層と
して、ポリシリコンの代わりに、SIPOS(半絶縁性
多結晶シリコン)を用いたり、ポリシリコンとSIPO
Sとの両方を用いてもよい。 (第6実施例)次に、第6実施例を第1実施例との相違
点を中心に説明する。
As an application example of this embodiment, SIPOS (semi-insulating polycrystalline silicon) may be used instead of polysilicon as the thermal stress relaxation layer, or polysilicon and SIPO may be used.
You may use both of S. (Sixth Embodiment) Next, a sixth embodiment will be described focusing on differences from the first embodiment.

【0054】本実施例では、図9に示すように、8チャ
ンネル分のフォトカプラを1チップに集積化している。
つまり、一つの島40内に8個の発光素子(発光ダイオ
ード)41を配置するとともに、他の一つの島42内に
8個の受光素子(フォトダイオード)43を配置してい
る。そして、各発光素子41と受光素子43とが導波路
形成部材48にて光学的に結合されている。この場合に
おいても、島内に配線(および電極)44,45が設け
られ、図11に示すようにボンディングワイヤ46によ
りリードフレーム47と接続する。
In this embodiment, as shown in FIG. 9, photocouplers for eight channels are integrated on one chip.
That is, eight light-emitting elements (light-emitting diodes) 41 are arranged in one island 40, and eight light-receiving elements (photodiodes) 43 are arranged in another island 42. Each light emitting element 41 and light receiving element 43 are optically coupled by a waveguide forming member 48. Also in this case, wires (and electrodes) 44 and 45 are provided in the island, and are connected to the lead frame 47 by bonding wires 46 as shown in FIG.

【0055】尚、図9(a)の44aは各発光素子41
での共通配線(共通電極)であり、図1におけるカソー
ド用アルミ配線24に相当する。又、45aは各受光素
子43での共通配線(共通電極)であり、図1における
コレクタ用アルミ配線28に相当する。
Incidentally, reference numeral 44a in FIG.
, And corresponds to the aluminum wiring for cathode 24 in FIG. Reference numeral 45a denotes a common wiring (common electrode) of each light receiving element 43, which corresponds to the collector aluminum wiring 28 in FIG.

【0056】このようにすることにより、図10に示し
たように、島40,42の外部に配線(および電極)4
4,45を設けた場合には厚いフィールド酸化膜が必要
であるが、本実施例では薄いフィールド酸化膜でよいこ
ととなる。
By doing so, as shown in FIG. 10, the wires (and electrodes) 4 are provided outside the islands 40 and 42.
In the case where 4, 45 are provided, a thick field oxide film is required, but in this embodiment, a thin field oxide film is sufficient.

【0057】このように本実施例では一つの島40内に
複数の発光素子(発光ダイオード)41を配置するとと
もに、他の一つの島42内に複数の受光素子(フォトダ
イオード)43を配置することにより多チャンネル化し
たので、一つの島内に一つの発光素子(発光ダイオー
ド)を配置するとともに他の一つの島内に一つの受光素
子(フォトダイオード)を配置した構造を複数組設ける
ことにより多チャンネル化する場合に比べ、コストダウ
ンを図ることができる。
As described above, in this embodiment, a plurality of light-emitting elements (light-emitting diodes) 41 are arranged in one island 40 and a plurality of light-receiving elements (photodiodes) 43 are arranged in another island 42. As a result, a multi-channel structure is provided by arranging a plurality of structures in which one light emitting element (light emitting diode) is arranged in one island and one light receiving element (photodiode) is arranged in another island. The cost can be reduced as compared with the case where the structure is changed.

【0058】尚、この発明は上記各実施例に限定される
ものではなく、例えば、図1に示した構造(一つの島に
一つの発光素子が配置されるとともに他の一つの島に一
つの受光素子が配置されているもの)を一つのチップ内
に多数組配置してもよい。その結果、複数組のフォトカ
プラを同一基板上に形成することにより多チャンネル化
したので、1つの基板上に1組のフォトカプラを配置し
た構造を複数組設けることにより多チャンネル化する場
合に比べ、コストダウンを図ることができる。
The present invention is not limited to the above embodiments. For example, the structure shown in FIG. 1 (one light emitting element is arranged on one island and one light emitting element is arranged on another island) A large number of light receiving elements may be arranged in one chip. As a result, since multiple channels are formed by forming a plurality of sets of photocouplers on the same substrate, compared to a case where multiple channels are provided by providing a plurality of sets of a structure in which one set of photocouplers is arranged on one substrate. Thus, costs can be reduced.

【0059】この場合、第2実施例のように光閉じ込め
層(図5の高融点金属膜37a,37b)を配置するこ
とにより光が他の素子に伝達され、その素子に悪影響を
及ぼすことが回避され、素子間の相互干渉が未然に防止
できる。
In this case, by arranging the light confinement layer (the high melting point metal films 37a and 37b in FIG. 5) as in the second embodiment, light is transmitted to another element, which may adversely affect that element. Thus, mutual interference between elements can be prevented beforehand.

【0060】[0060]

【発明の効果】請求項1に記載の発明によれば、フォト
カプラをモノリシリック化した半導体装置において基板
と配線および電極との間の絶縁破壊を防止するためのフ
ィールド酸化膜を薄くすることができる優れた効果を発
揮する。
According to the first aspect of the present invention, in a semiconductor device in which a photocoupler is monolithically formed, a field oxide film for preventing dielectric breakdown between a substrate, a wiring, and an electrode can be made thin. Demonstrates excellent effects.

【0061】請求項2に記載の発明によれば、請求項1
に記載の発明の効果に加え、各島での絶縁耐圧を均等化
し、誘電体分離膜の膜厚を最小にすることができる。請
求項3に記載の発明によれば、請求項1に記載の発明の
効果に加え、高濃度拡散層を通した電流経路の形成によ
り低抵抗化を図ることができる。
According to the invention described in claim 2, according to claim 1
In addition to the effects of the invention described in (1), the withstand voltage in each island can be equalized, and the thickness of the dielectric isolation film can be minimized. According to the third aspect of the invention, in addition to the effect of the first aspect, the resistance can be reduced by forming a current path through the high concentration diffusion layer.

【0062】請求項4に記載の発明によれば、請求項1
に記載の発明の効果に加え、島を光閉じ込め層にて囲う
ことにより光を効率的に利用することができる。請求項
5に記載の発明によれば、請求項1に記載の発明の効果
に加え、島を熱応力緩和層にて囲うことにより絶縁耐圧
を高くすることができる。
According to the invention set forth in claim 4, according to claim 1,
In addition to the effects of the invention described in (1), by surrounding the island with a light confinement layer, light can be used efficiently. According to the invention described in claim 5, in addition to the effect of the invention described in claim 1, by surrounding the island with the thermal stress relaxation layer, the withstand voltage can be increased.

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

【図1】第1実施例のモノリシックフォトカプラを示
し、(a)は平面図であり、(b)は(a)のA−A断
面図である。
FIGS. 1A and 1B show a monolithic photocoupler according to a first embodiment, wherein FIG. 1A is a plan view and FIG. 1B is a sectional view taken along line AA of FIG.

【図2】(a)〜(e)は第1実施例のモノリシックフ
ォトカプラの製造工程を示す断面図である。
FIGS. 2A to 2E are cross-sectional views illustrating the steps of manufacturing the monolithic photocoupler of the first embodiment.

【図3】第1実施例における比較のためのモノリシック
フォトカプラを示し、(a)は平面図であり、(b)は
(a)のB−B断面図である。
3A and 3B show a monolithic photocoupler for comparison in the first embodiment, wherein FIG. 3A is a plan view and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line BB of FIG.

【図4】第1実施例におけるモノリシックフォトカプラ
の等価回路図である。
FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of the monolithic photocoupler in the first embodiment.

【図5】第2実施例のモノリシックフォトカプラの断面
図である。
FIG. 5 is a sectional view of a monolithic photocoupler according to a second embodiment.

【図6】第3実施例のモノリシックフォトカプラの断面
図である。
FIG. 6 is a sectional view of a monolithic photocoupler according to a third embodiment.

【図7】第4実施例のモノリシックフォトカプラの断面
図である。
FIG. 7 is a sectional view of a monolithic photocoupler according to a fourth embodiment.

【図8】第5実施例のモノリシックフォトカプラの断面
図である。
FIG. 8 is a sectional view of a monolithic photocoupler according to a fifth embodiment.

【図9】第6実施例のモノリシックフォトカプラを示
し、(a)は平面図であり、(b)は正面図であり、
(c)は側面図である。
9A and 9B show a monolithic photocoupler according to a sixth embodiment, wherein FIG. 9A is a plan view, FIG. 9B is a front view,
(C) is a side view.

【図10】第6実施例の比較のためのモノリシックフォ
トカプラを示し、(a)は平面図であり、(b)は正面
図であり、(c)は側面図である。
10A and 10B show a monolithic photocoupler for comparison of the sixth embodiment, wherein FIG. 10A is a plan view, FIG. 10B is a front view, and FIG. 10C is a side view.

【図11】第6実施例のモノリシックフォトカプラの斜
視図である。
FIG. 11 is a perspective view of a monolithic photocoupler according to a sixth embodiment.

【図12】モノリシックフォトカプラの試験のための説
明図である。
FIG. 12 is an explanatory diagram for testing a monolithic photocoupler.

【図13】誘電体分離構造を採用したモノリシックフォ
トカプラを説明するための断面図である。
FIG. 13 is a sectional view illustrating a monolithic photocoupler employing a dielectric isolation structure.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…シリコン基板、3…ポリシリコン層、5a…誘電体
分離膜、5b…誘電体分離膜、6a…単結晶シリコン
島、6b…単結晶シリコン島、7a…高濃度拡散層、7
b…高濃度拡散層、10…n型Alx Ga1-x As層、
11…n型GaAs層、12…p型GaAs層、13…
Au−Zn電極、14…発光ダイオード、18…フォト
トランジスタ、22…酸化チタン層、23…アルミ配
線、24…アルミ配線、27…アルミ配線、28…アル
ミ配線、37…高融点金属膜、39a…ポリシリコン
層、39b…ポリシリコン層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Silicon substrate, 3 ... Polysilicon layer, 5a ... Dielectric separation film, 5b ... Dielectric separation film, 6a ... Single crystal silicon island, 6b ... Single crystal silicon island, 7a ... High concentration diffusion layer, 7
b: high concentration diffusion layer, 10: n-type Al x Ga 1 -x As layer,
11 ... n-type GaAs layer, 12 ... p-type GaAs layer, 13 ...
Au-Zn electrode, 14 light emitting diode, 18 phototransistor, 22 titanium oxide layer, 23 aluminum wiring, 24 aluminum wiring, 27 aluminum wiring, 28 aluminum wiring, 37 high melting point metal film, 39a ... Polysilicon layer, 39b ... polysilicon layer

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 基板と、 前記基板上に形成され、誘電体分離膜で囲まれた半導体
層よりなる複数の島と、 前記島に形成された発光素子と、 前記発光素子が形成された島以外の島に形成され、前記
発光素子に対し導波路形成部材により光学的に結合され
た受光素子とを備えた半導体装置において、 前記発光素子と前記受光素子での外部と結線するための
配線および電極を、前記島の内部にのみ形成したことを
特徴とする半導体装置。
A substrate, a plurality of islands formed on the substrate and including a semiconductor layer surrounded by a dielectric isolation film, a light emitting element formed on the island, and an island formed with the light emitting element And a light-receiving element formed on an island other than the light-emitting element and optically coupled to the light-emitting element by a waveguide forming member, wherein a wiring for connecting the light-emitting element and the outside of the light-receiving element and A semiconductor device, wherein an electrode is formed only inside the island.
【請求項2】 前記発光素子を形成した島の誘電体分離
膜と前記受光素子を形成した島の誘電体分離膜とを、面
積,厚さ,誘電率をほぼ等しくしたことを特徴とする請
求項1に記載の半導体装置。
2. The method according to claim 1, wherein the dielectric isolation film on the island on which the light emitting element is formed and the dielectric isolation film on the island on which the light receiving element is formed have substantially the same area, thickness, and permittivity. Item 2. The semiconductor device according to item 1.
【請求項3】 前記半導体層における誘電体分離膜と接
する部分に高濃度拡散層が形成され、この高濃度拡散層
が前記発光素子もしくは前記受光素子のいずれかの配線
もしくは電極と接続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. A high-concentration diffusion layer is formed in a portion of the semiconductor layer in contact with the dielectric isolation film, and the high-concentration diffusion layer is connected to a wiring or an electrode of the light emitting element or the light receiving element. The semiconductor device according to claim 1, wherein:
【請求項4】 前記島を前記基板との間で光が洩れるこ
とを防止する光閉じ込め層にて囲んだことを特徴とする
請求項1に記載の半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the island is surrounded by a light confinement layer for preventing light from leaking between the island and the substrate.
【請求項5】 前記島を熱膨張率が前記島と略同じ材料
からなる熱応力緩和層にて囲んだことを特徴とする請求
項1に記載の半導体装置。
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the island is surrounded by a thermal stress relaxation layer made of a material having substantially the same thermal expansion coefficient as the island.
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