JPH01187838A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置に係り、特に、半導体基板内に、
電気的絶縁を目的とした分離領域以外に、光の遮断又は
減衰を目的とした分離領域を有する半導体装置に関する
。

〔従来の技術〕

一般に、半導体基板上にトランジスタ等の半導体素子を
複数個構成する場合、複数の半導体素子′が相互に電気
的に絶縁されるように分離領域を形成することは周知の
ところである。このような分離方式としては、ＰＮ接合
の逆方向特性を利用したＰＮ接合分離が広（−船釣に用
いられており、その他の方式として、アイソブレーナ方
式及び誘電体分離方式等の客色縁層を用いる方式、ある
いはビームリード方式等の空間を利用する方式等が知ら
れている。

この種分離方式に関する従来技術として、例えば、特開
昭５６−８８４２号公報及び特開昭５６−８８４３号公
報等に記載された技術が知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記従来技術は、半導体素子相互間の電気的絶縁、すな
わち、電気的インピーダンスをいかに高く効率よく得る
かという点に目的を置いて分離領域を形成しているため
、光に対する反射、吸収を含めた光の遮断という点につ
いては、なんら配慮されていなかった。

このため、前記従来技術は、同一基板上に形成される複
数のＰＮ接合の１つが順バイアスされ、キャリアの再結
合（伝導体の電子が価電子帯のホールと再結合）が生じ
ると、発光現象を起こし、この光が減衰しながら基板内
を通過し、他のＰＮ接合に到達すると、そのＰＮ接合近
傍で吸収された光が、電子−ホール対を発生（光起電効
果）させ、電気的に絶縁されている２つのＰＮ接合間に
、基板を介しての光結合構造を生じさせてしまうという
問題点があった。すなわち、前記従来技術は、電気的に
絶縁されている基板に形成された半導体素子相互間の光
結合により、半導体装置の性能を低下させてしまうとい
う問題点があった。

本発明の目的は、前記従来技術の問題点を解決し、光結
合が原因となる性能の低下を防止した半導体装置を堤供
することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によれば、前記目的は、半導体基板内に形成され
る半導体素子相互間に、光を遮断し、反射させあるいは
吸収せしめる領域を、半導体基板内の光路に設けること
により達成される。

〔作用〕

光を遮断し、反射させあるいは吸収せしめる領域は、１
つのＰＮ接合が順方向にバイアスされて発光現象を起こ
したとき、その光が他のＰＮ接合に到達することを防止
する。このため、他のＰＮ接合は、ｎ接合以外のＰＮ接
合の発する光に影響されることな（動作可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明による半導体装置の実施例を図面により詳
細に説明する。

第１図〜第７図は本発明の詳細な説明するための図であ
り、第１図、第２図は概略断面図、第３図、第４図は概
略平面図、第５図〜第７図は電気的絶縁領域と光遮断領
域との位置関係を説明する断面図である。第１図〜第７
図において、１は電気的絶縁領域、２，２ａ〜２ｃは光
遮断領域、３゜４はｐｎ接合である。

第１図に示す半導体装置は、半導体基板上の電気的絶縁
領域１で分離された領域内に、半導体素子を構成するＰ
Ｎ接合３，４が形成されて構成されており、ＰＮ接合３
，４の中間部分に本発明による光遮断領域２が設けられ
ている。この光遮断領域２は、ＰＮ接合３，４の一方が
発光現象を起こしたとき、その光が他方のＰＮ接合に到
達して、そのＰＮ接合に対する影響を与えないように作
用しており、基板を通過する横方向の光を遮断するため
に効果的である。

第２図に示す半導体装置は、第１図に示す半導体装置に
おける光遮断領域２が、ＰＮ接合３．４の側方にだけ設
けられていたのに対し、ｐｎ接合３．４の底面にも光遮
断領域２を設けることにより、基板内部において横方向
に通過する光ばかりでなく、基板底面から廻り込む光に
対する光遮断をも可能としたもので、光遮断領域２は、
ＰＮ接合３．４の夫々を完全に覆うように設けられてい
る。

これらの光遮断領域の平面的な配置が第３図及び第４図
に示されており、第３図に示す光速Ｉｎ域２ａは、第１
図に示すようなＰＮ接合３，４が対向する部分に設けら
れた光遮断領域を示している。本発明の半導体装置は、
この光遮断領域２ａのみにより構成してもよく、また、
これに光遮断領域２ｂを付加し、発光側となるＰＮ接合
３を取り囲むように構成してもよく、また、光遮断領域
２ｃを付加して受光側となるＰＮ接合４を取り囲むよう
に構成してもよく、さらに、光遮断領域２ａ〜２ｃを設
けて、全てのＰＮ接合３，４を個々に取り囲むように構
成してもよい。また、光遮断領域２は、必ずしも、個別
素子毎に設ける必要はなく、例えば、第４図に示すよう
に、受光側、発光側をブロックに分割し複数の素子を一
括して取り囲むように設けてもよい。

前述したような光遮断領域の断面配置及び平面配置は、
多種多様な選択が可能であり、必要となる範囲及び光遮
断の強さ等から、他の領域を加味し最も効率のよい構造
を選択すればよい。

次に、電気的絶縁領域１と光遮断領域２との相対位置の
関係について、第５図〜第７図により説明する。

第５図は、電気的絶縁領域１と光遮断領域２とが、お互
いに共有する領域を持たずに独立に形成された場合を示
し、第６図は、一部を共有させて構成した場合を示して
いる。また、第７図は、光遮断領域１の全てが電気的絶
縁領域に含まれる場合を示している。このような、電気
的絶縁領域Ｉと光遮断領域２の位置関係においては、半
導体装置を第７図に示すような構成とすることが、光遮
断のために新たな領域の増加がなく、半導体装置の面積
を増加させることがないという点で望ましい。

次に、前述のような原理を使用した本発明の具体的な実
施例を図面により詳細に説明する。

第８図は第１図の原理による本発明の一実施例の構成を
示す断面図である。第８図において、５は溝、６はＰ型
半導体基板、７はＮ型半導体層、８は分離用Ｐ重拡散層
、９は酸化アルミ層であり、他の符号は第１図〜第７図
の場合と同一である。

第８図に示す実施例の半導体装置は、Ｐ型基板６、該基
板６上のＮ型半導体層７、Ｎ型半導体層７を電気的に分
離する分離用Ｐ重拡散層８、Ｎ型半導体層７内に形成さ
れた半導体素子を構成するＰＮ接合３．４、分離用Ｐ型
拡ｎｔ層８内に設けられた溝５内に埋め込まれた光遮断
を行う酸化アルミ層９により構成される。このような半
導体装置において、酸化アルミ層９が光遮断領域を形成
しており、Ｎ型半導体層７内を横方向に通る光を遮断し
ている。

この半導体装置は、例えば、次のようにして製造するこ
とができる。

Ｐ型半導体基板６の上にエピタキシャル成長を用いてＮ
型半導体Ｎ７を形成し、上面よりＰ型不純物を選択的に
拡散し、Ｐ型半導体基板６に到達する深さの分離用Ｐ重
拡散層を形成し、Ｎ型半導体層７と、Ｐ型半導体基板６
及びＰ型拡散層８とにより構成されるＰＮ接合により電
気的な分離を行う、いわゆるＰＮ接合分離構造を形成す
る。

次に、Ｎ型半導体層７の上面より、Ｐ型不純物を選択的
に拡散し、Ｎ型半導体Ｎ７との間にＰＮ接合３．４を形
成し、能動素子の一接合部を形成する。

基板表面の絶縁、保護のための絶縁層１０を、Ｎ型半導
体層７を高温熱処理により、または、ＣＶＤ法等により
、酸化シリコン等を堆積して形成する。

さらに、この絶縁層１０上に選択的に設けた開口部より
化学エツチングを施すことにより、分離用Ｐ型拡散層８
内に溝５を形成し、その溝内に光遮断効果が高い酸化ア
ルミを埋め込み酸化アルミＮ９を形成し、光遮断領域と
する。

このような構造の半導体装置は、酸化アルミ層９が光遮
断を行い、ＰＮ接合３，４またはＰＮ接合を一部に有す
る半導体素子間の断面横方向の光遮断を可能としている
。酸化アルミ層９は、光遮断効果の高いものであれば他
の物質であってもよい。

第９図は本発明の他の具体的な実施例を示す断面図であ
り、誘電体分離方式による半導体装置に光遮断領域を設
けたものである。第９図において、１１は誘電体絶縁層
、１２は高融点金属膜、１３は基板支持層、１４はＮ型
半導体層であり、他の符号は第８図の場合と同一である
。

第９図に示す実施例の半導体装置は、半導体素子を形成
するＮ型半導体層１４が電気的な絶縁を行う酸化シリコ
ン等による誘電体絶縁層１１を介して基板支持層１３内
に形成されて構成され、誘電体絶縁層１１と基板支持層
１３の間には、光遮断効果の高い高融点金属膜１２が設
けられている。

この高融点金属膜１２は、光遮断領域を構成するもので
あり、高温熱処理に耐え得る高融点金属、例えば、タン
グステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ
）等を用いることができ、また、これらの金属との化合
物を用いることもできる。

前述のような、誘電体絶縁層層１１、光遮断のための高
融点金属膜１２を介して基板支持層１３内に支持される
Ｎ型半導体層１４の形成は、公知の誘電体分離半導体の
製造方法において、誘電体絶縁層１３を形成する工程に
続き、高融点金属層を形成する工程を追加することによ
り容易に行うことができる。

このように形成されたＮ型半導体１１４の表面より選択
的にＰ型不純物を拡散し、ＰＮ接合３゜４を形成し、あ
るいはＰＮ接合を有する半導体素子を形成した後、その
表面に表面保護膜１０を形　、。

成することにより、第９図に示す半導体装置を作ること
ができる。

この実施例の半導体装置は、ＰＮ接合３．４あるいはＰ
Ｎ接合を一部に有する半導体素子間が、高融点金属層１
２により、側面及び底面から覆われており、第８図に示
したＰＮ接合分離方式に適用した実施例に比較して、光
遮断効果のより高い構造を有している。

第１０図及び第１１図は、本発明のさらに他の具体的な
実施例を示す断面図であり、第８図により説明した、Ｐ
Ｎ接合分離方式の半導体装置に本発明を適用した他の構
造を示している。第１０図。

第１１図において、１５は金属蒸着膜、１６は反射膜で
あり、他の符号は第８図の場合と同一である。

第１０図に示す実施例は、化学エツチングにより形成し
た溝５の内側表面にＡ１等による金属蒸着膜１５を蒸着
法等により形成したものであり、第８図の実施例と同様
の効果を奏するものである。

、　また、第１１図に示す実施例は、溝５の内側表面に
、基板とは屈折率の異なる例えば酸化シリコン、ガラス
等による反射膜１６を形成したものであり、基板と反射
膜１６との光の屈折率が異なることによる光反射効果に
より、この反射膜１６を通過する光を減少させるように
したもので、やはり、第８図の実施例と同様な効果を奏
する。

前述した本発明の実施例は、基板内に形成されるＰＮ接
合あるいはＰＮ接合を有する半導体素子相互間の光によ
る影響を除去するものとして説明したが、本発明は、半
導体基板内にホトカップリングを行う光結合素子を複数
個形成するような場合にも用いることができ、このよう
な場合には特に効果的である。

すなわち、同一半導体基板内に複数の光結合による電気
信号の伝搬を行う光結合素子を設けた場合、本発明は、
光結合素子相互間の光による結合、または、他の半導体
素子と光結合素子との間の光による結合等を除くことが
でき、光結合素子を複数個含む半導体装置を構成する場
合にも効果的に用いることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、電気的絶縁分離
とは別に、光遮断効果の高い領域を新たに付加すること
により、同一半導体基板内に存在するＰＮ接合相互間の
光による結合による電気的信号の漏れ、誤動作等、光に
よる悪影響を防止することができ、高品質の半導体装置
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明の詳細な説明する概略断面図、
第３図、第４図は概略平面図、第５図。 第６図、第７図は電気的絶縁領域と光遮断領域との位置
関係を説明する図、第８図は本発明の具体的な実施例の
構成を示す断面図、第９図は本発明の他の具体的な実施
例を示す断面図、第１０図。 第１１図は本発明のさらに他の具体的な実施例を示す断
面図である。 １−−−−−一電気的絶縁領域、２．２ａ、２ｂ、２ｃ
ｍ−−−−一・光遮断領域、３．　．１−−−−−・−
ＰＮ接合、５・・・・−溝、６−・・−・・Ｐ型半導体
基板、７−・−・・−Ｎ型半導体層、８・−・・・・−
分離用Ｐ型拡散層、９・・・・・・・酸化アルミ層、１
０・−・−・・・・表面保護膜、１１−・・・・・・誘
電体絶縁層、１２−・−・・−・高融点金属膜、１３・
−・・・・基板支持層、１１１−・・−・−Ｎ型半導体
層、１５−一−−−・−金属膜、１６−−−−−−・反
射膜。 第１図 ２　：　Ｌ５１１４Ｂ、すＡ 第２図 第３図 ２−ａ　、２−ｂ　、２−ｃ　尤医’ｔＨｒ４ｆｉ　ｚ
Ｈ第４図 第５図 第６図 第７図 第８図 第９図 ’２　：　Ｍ紅、’７．４ｆｉｆｆＪ　　　１４　：　
ｎ”；’＃−導１第１Ｏ図 第１Ｉ図 １５：Ａ１蕉省護 Ｉ６：反射膜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、同一の半導体基板内に少なくとも２つ以上のＰＮ接
   合を有し、ＰＮ接合相互間が電気的に分離されている半
   導体装置において、光遮断あるいは光減衰効果の高い、
   ＰＮ接合相互間を光学的に分離する領域を備えているこ
   とを特徴とする半導体装置。 ２、前記光学的な分離領域は、金属膜あるいは金属酸化
   物で形成されることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の半導体装置。 ３、前記光学的な分離領域は、半導体基板と光の屈折率
   の異なる反射膜で形成されることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の半導体装置。