JPH04298077A - 光半導体装置 - 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】

【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。

【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。

【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２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。

【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。

【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。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ポリイ
ミド系樹脂の全面にＡｌ膜を堆積すると、ポリイミド系
樹脂とＡｌ膜とで熱膨張係数に差があるため、Ａｌ配線
のアロイ工程（３００〜４００℃）等でポリイミド系樹
脂が膨張し、Ａｌ膜がふくれる所謂フクレ不良が発生す
る欠点があった。

【０００７】ポリイミド系樹脂の中にはＡｌ膜とのスト
レスを緩和したものもあるが、これらはウェットエッチ
ングが困難である欠点を有し、低コスト化できない欠点
がある。

【０００８】

【課題を解決するため手段】本発明は上記従来の欠点に
鑑み成され、同一基板（２３）上にホトダイオード（２
１）とＮＰＮトランジスタ（２２）を形成し、電極配線
（３５）（３９）によって回路接続を行い、電極配線（
３９）上をポリイミド系の層間絶縁膜（４０）で覆い、
その上にクロム膜から成る遮光膜（４１）を形成し、ホ
トダイオード（２１）上の遮光膜（４１）に光入射用の
開口部（４２）を形成し、遮光膜（４１）をジャケット
膜とすることにより、構造が簡単でフクレ不良の無い光
半導体装置を提供するものである。

【０００９】

【作用】本発明によれば、遮光膜（４１）に使用したク
ロム膜（Ｃｒ）の膜質が極めて固く、しかも極めて安定
した素材であるので、改めてジャケットする必要が無く
遮光膜（４１）をジャケットとして共用できる。また、
極めて固い素材であることから、ポリイミド系層間絶縁
膜（４０）の熱膨張にも耐え得る。

【００１０】

【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。図１はホトダイオード（２１）とＮ
ＰＮ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
〜１５００Ω・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１０１５〜１０１６
ｃｍ−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。

【００１１】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（２６
）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（２
９）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。

【００１２】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
。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（３１）が埋め込まれている。埋め込み層（３
４）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（３２
）、Ｎ＋型のエミッタ領域（３３）、およびＮ＋型のコ
レクタコンタクト領域（３４）を形成する。

【００１３】各拡散領域上には１層目の配線層による電
極配線（３８）がコンタクトホールを介してオーミック
接触する。ホトダイオード（２１）においては、Ｎ＋型
拡散領域（３０）の一部にカソード電極（３６）がコン
タクトし、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（
３７）が分離領域（２６）の表面にコンタクトする。 １層目の電極配線（３５）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（３８）が覆い、層間絶縁膜（３８）上に
２層目の電極配線（３９）が形成される。１層目と２層
目電極配線（３５）（３９）が各素子を接続することに
より、ホトダイオード（２１）が光信号入力部を、ＮＰ
Ｎ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。

【００１４】２層目の層間絶縁膜（４０）の上は電子ビ
ーム蒸着法により形成した膜厚１０００〜３０００Åの
クロム（Ｃｒ）膜から成る遮光膜（４１）が被覆する。 遮光膜（４１）は半導体チップの略全面を被覆すると共
に、ホトレジストを利用したリフトオフ手法によってパ
ターニングされ、ホトダイオード（２１）上部に光信号
入射のための開口部（４２）を形成する。この遮光膜（
４１）が最終パッシベーション被膜を兼ね、チップ全体
はシリコン酸化膜の屈折率と同程度の屈折率を有し且つ
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。また、遮光膜（４１）はＧＮＤパッド
（４３）に接続され接地電位が印加される。

【００１５】以上に説明した本発明の構成によれば、ホ
トダイオード（２１）部以外の領域を遮光膜（４１）で
被覆したので、ホトダイオード（２１）以外への光入射
を防止でき、不要な部分での光生成キャリアの発生を防
止し、雑音や誤動作を防止できる。また、遮光膜（４１
）として安定な素材であるクロム（Ｃｒ）を使用したの
で、遮光膜（４１）をファイナルパッシベーション（ジ
ャケット・コート）としても利用でき、構造と製造工程
を簡素化できる。ホトダイオード（２１）部は開口部（
４２）のポリイミド系層間絶縁膜（４０）がジャケット
・コートとなる。

【００１６】さらに、クロム膜は材質が極めて固いので
、ポリイミド系樹脂の熱膨張による応力に耐えることが
でき、Ａｌ膜を用いた時のフクレ不良は発生しない。

【００１７】

【発明の効果】以上に説明した通り、本発明によれば、
遮光膜（４１）としてクロム膜を使用したので、ポリイ
ミド系絶縁膜の熱膨張による応力を押さえ、遮光膜（４
１）のフクレ不良を防止できる利点を有する。また、遮
光膜（４１）をジャケット・コートの一部として利用で
きるので、配線構造と製造工程を簡素化できる利点を有
する。

【００１８】さらに、ウェットエッチングが可能なポリ
イミド系樹脂を使用できるので、工程を簡素化でき安価
に製造できる利点をも有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を説明するための断面図である。

【図２】従来例を説明するための断面図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　同一基板上に光信号入力用ホトダイオ
   ードと信号処理回路用のトランジスタとを形成し、前記
   ホトダイオードとトランジスタとを電極配線で結線し、
   前記電極配線の上を層間絶縁膜で被覆し、前記層間絶縁
   膜の上にクロムから成る遮光膜を形成し、前記ホトダイ
   オード上の遮光膜に光信号入射用の開口部を形成し且つ
   前記遮光膜をジャケット被膜としたことを特徴とする半
   導体装置。
2. 【請求項２】　　前記層間絶縁膜はポリイミド系樹脂で
   あることを特徴とする請求項第１項記載の光半導体装置
   。
3. 【請求項３】　　前記遮光膜を接地電位としたことを特
   徴とする請求項第１項記載の光半導体装置。