JPS6225467A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPS6225467A
JPS6225467A JP60164422A JP16442285A JPS6225467A JP S6225467 A JPS6225467 A JP S6225467A JP 60164422 A JP60164422 A JP 60164422A JP 16442285 A JP16442285 A JP 16442285A JP S6225467 A JPS6225467 A JP S6225467A
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JP
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substrate
light
single crystal
resistor
crystal silicon
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Shigeo Akiyama
茂夫 秋山
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Matsushita Electric Works Ltd
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Abstract

PURPOSE:To form switching elements of the prescribed function on the same substrate by connecting in parallel photodiodes and normal-closed transistors between the gates and the sources of the elements, and connecting in parallel another photodiode and a discharging resistor between the gate and the source, thereby interrupting light by the normal-closed element and the resistor. CONSTITUTION:A (100) plane of a p-type Si substrate 1 is anisotropically etched to form a V-shaped groove 2, and an SiO2 film 3 is coated. A polysilicon 4 is superposed, the substrate 1is polished to nform separated islands 1a.... An SiO2 film 6 are coated, windows are selectively opened to expose the islands 1a, 1b. Then, with PH3 as a dopant single crystal Sis 7a, 7b are formed on the islands 1a, 1b and a polysilicon film 8 on a masl 6 by thermal decomposition of SiH4. The single crystal layers 7a, 7b are selectively masked with SiO2 films 9, and the film 8 is removed by etching. Thereafter, a normal-closed transistor 15, a diffused resistor 19 and a photodiode 17 are provided in the single crystal islands as prescribed, connected as prescribed, the element 15 and the resistor 19 are selectively shielded by an aluminum film 22 to complete it.

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 この発明はソリッドステートリレーの受光部となる半導
体装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field] The present invention relates to a semiconductor device serving as a light receiving section of a solid state relay.

〔背景技術〕[Background technology]

ソリッドステートリレーの回路として、第2図に示した
ような回路がある。
As a solid state relay circuit, there is a circuit as shown in FIG.

この回路は、ソリッドステートリレーのスイッチング用
素子25と、この素子25のゲート蓄積電荷の放電用回
路としてフォト・ダイオード23.24’、抵抗19.
ノーマリィ・オンのトランジスタ(接合型FET)15
が接続されたものである。この回路では、発光ダイオー
ド27に電流を流して発光させ、その光をフォト・ダイ
オード23.24が受光して電流にかえる。接合型FE
T15は、常はオン状態になっているが、光がフォト・
ダイオード23.24に照射されたときには、そのゲー
ト・ソース間に電位差が生じるため、オフ状態になり、
その状態でスイッチング素子25の蓄電が始まる。つま
り、このような回路を放電用に用いれば、光照射時には
この回路は開放状態、光遮断時には短絡状態となるので
、スイッチング速度を速めること(ターンオン時間を短
くすること)ができる。また、光照射が十分でない場合
に、スイッチング素子25がオンでもオフでもない状態
になるのを防ぐこともできる。
This circuit includes a switching element 25 of a solid state relay, a photodiode 23, 24' as a circuit for discharging the gate accumulated charge of this element 25, a resistor 19.
Normally-on transistor (junction FET) 15
are connected. In this circuit, a current is passed through the light emitting diode 27 to cause it to emit light, and the photodiodes 23 and 24 receive the light and convert it into current. Junction type FE
T15 is normally in the on state, but when light is
When the diodes 23 and 24 are irradiated, a potential difference occurs between their gates and sources, so they turn off.
In this state, the switching element 25 starts storing electricity. In other words, if such a circuit is used for discharging, the circuit will be in an open state when light is irradiated and will be in a short-circuited state when light is interrupted, so that the switching speed can be increased (the turn-on time can be shortened). Furthermore, it is also possible to prevent the switching element 25 from being neither on nor off when the light irradiation is insufficient.

ところが、このような回路を構成する、以上の各素子を
同一基板上に形成してワンチップ化しようとした場合に
は、各素子間の距離が短いため、フォト・ダイオードの
みに入射すればよいはずの発光ダイオードからの光が、
フォト・ダイオード以外の素子にも照射される。フォト
・ダイオード以外の素子ぐトランジスタ、抵抗等)に光
が照射されると、これらの素子中に電子、正孔対が発生
し、例えば、接合型トランジスタの場合には完全に遮断
できなくなり、抵抗の場合にはその抵抗値が変動してし
まうため、問題となっている。
However, when trying to form each of the above elements that make up such a circuit on the same substrate to form a single chip, the distance between each element is short, so the light only needs to be incident on the photodiode. The light from the supposed light emitting diode is
Elements other than photodiodes are also irradiated. When light irradiates elements other than photodiodes (transistors, resistors, etc.), electron and hole pairs are generated in these elements, and in the case of junction transistors, for example, they cannot be completely shut off and In this case, the resistance value fluctuates, which is a problem.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

この発明は、以上の問題に鑑みてなされたちのであって
、トランジスタ、抵抗等の素子が光によって狂うことの
ない半導体装置を提供することを目的としている。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device in which elements such as transistors and resistors are not damaged by light.

〔発明の開示〕[Disclosure of the invention]

以上の目的を達成するため、この発明は、スイッチング
素子のゲート・ソース間に第1のフォト・ダイオードが
挿入され、この第1のフォト・ダイオードと並列にノー
マリィ・オンのトランジスタが設けられるとともに、そ
のゲート・ソース間に、第2のフォト・ダイオードと放
電用抵抗が並列に設けられてなり、スイッチング装置の
受光部となる半導体装置であって、少なくとも、前記ノ
ーマリィ・オンのトランジスタと放電用抵抗とが遮光さ
れていることを特徴とする半導体装置を、その要旨とし
ている。
In order to achieve the above object, the present invention includes a first photodiode inserted between the gate and source of a switching element, a normally-on transistor provided in parallel with the first photodiode, A semiconductor device including a second photodiode and a discharging resistor provided in parallel between the gate and source, and serving as a light receiving section of a switching device, the semiconductor device comprising at least the normally-on transistor and the discharging resistor. The gist of the semiconductor device is a semiconductor device characterized in that both are shielded from light.

以下に、この発明を、その一実施例をあられす図にもと
づいて説明する。
Hereinafter, one embodiment of the present invention will be explained based on a hail diagram.

図の実施例は、基板がDI型(Dielectric 
rs。
In the embodiment shown in the figure, the substrate is of DI type (Dielectric type).
rs.

1ation型)である場合を示している。この発明で
は、必ずしもDI基板を使用する必要はないが、DI基
板を用いることによって同一チップ上に形成される各素
子間の絶縁を完全に行うことができるようになるからで
ある。
1tion type). This is because, although it is not necessarily necessary to use a DI substrate in this invention, by using a DI substrate, it becomes possible to completely insulate each element formed on the same chip.

第3図(al 〜(h)ならびに、第4図(al〜(g
lはこの発明の半導体装置を製造する工程の1例を示し
ている。
Figures 3 (al~(h) and Figure 4 (al~(g)
1 shows an example of a process for manufacturing the semiconductor device of the present invention.

p型の不純物が拡散された単結晶シリコンウェハ1表面
にエツチング等により溝2を形成する。
Grooves 2 are formed by etching or the like on the surface of a single crystal silicon wafer 1 into which p-type impurities have been diffused.

このとき、溝2の形状は図の実施例のようなV型には限
らず、U型やその他の形状であってもよい溝2の形成方
法も特に限定はされないが、例えば、<100>面の単
結晶シリコンウェハ1にKOH等を主成分とするアルカ
リエツチング液を用いて溝2をエツチングする方法があ
げられる。この方法は、このアルカリエツチング液のく
111〉面単結晶シリコンに対するエツチング速度が、
<100>面単結晶シリコンに対するエツチング速度に
くらべて極めて遅いことを利用したもので、<100>
面単結晶シリコンウェハ1の一部を、このアルカリエツ
チング液でエツチングしていくと、この<100>面と
54″の角をなすく111>面からなるV形の溝2が自
動的に形成されるのである〔第3図(a)〕。
At this time, the shape of the groove 2 is not limited to the V-shape as in the illustrated embodiment, but may be U-shape or other shapes.The method of forming the groove 2 is also not particularly limited, but for example, <100> One method is to etch the grooves 2 in the flat single crystal silicon wafer 1 using an alkaline etching solution containing KOH or the like as a main component. In this method, the etching rate of the alkaline etching solution for 111> plane single crystal silicon is as follows:
This takes advantage of the fact that the etching rate is extremely slow compared to the etching rate for <100> plane single crystal silicon.
When a part of the single-crystal silicon wafer 1 is etched with this alkaline etching solution, a V-shaped groove 2 consisting of a 111> plane making a 54'' angle with this <100> plane is automatically formed. [Figure 3 (a)].

溝2が形成された側のシリコンウェハ1表面上   ゛
に絶縁層3を堆積あるいは成長等の方法で形成する〔第
3図(b)〕。
An insulating layer 3 is formed by deposition or growth on the surface of the silicon wafer 1 on the side where the grooves 2 are formed [FIG. 3(b)].

絶縁層3上にポリシリコン層4を形成して溝2を埋める
〔第3図(C)〕。
A polysilicon layer 4 is formed on the insulating layer 3 to fill the trench 2 [FIG. 3(C)].

シリコンウェハ1を反対側から研磨していき、溝2によ
ってシリコンウェハ1が複数の分離島1a・・・に分離
されるまで研磨をつづけ、DI基板5を得る〔第3図(
d)〕。
The silicon wafer 1 is polished from the opposite side, and the polishing is continued until the silicon wafer 1 is separated into a plurality of isolation islands 1a by the grooves 2, to obtain a DI substrate 5 (see FIG. 3).
d)].

DI基板5の分離島1a・・・側表面全体に、この分離
島1a・・・表面とは異なった結晶面を有するマスキン
グ6を形成する。マスキング6の材質は、分離島1a・
・・表面と異なった結晶面を有するものであれば特に限
定はしないが、例えば、分離島1a・・・が単結晶のシ
リコンである場合には、作りやすさや主成分が分離島1
a・・・と同じであるという点等から、酸化ケイ素(S
ion)をマスキング6の材質として利用するのが好ま
しい〔第3図(e)〕。
A masking 6 having a crystal plane different from the surface of the isolation island 1a is formed on the entire side surface of the isolation island 1a of the DI substrate 5. The material of the masking 6 is the isolation island 1a.
...There is no particular limitation as long as it has a crystal plane different from the surface, but for example, if the isolation island 1a... is single crystal silicon, it may be easier to make or the main component is the same as the isolation island 1.
Since it is the same as a..., silicon oxide (S
ion) as the material for the masking 6 [FIG. 3(e)].

DI基板5の所定の部分(図では分離島1a。A predetermined portion of the DI substrate 5 (isolated island 1a in the figure).

Ib表面)のマスキング6を所定の形状となるように除
去する〔第3図(f)〕。
The masking 6 on the Ib surface) is removed to form a predetermined shape [FIG. 3(f)].

DI基基板5面 る。このとき、マスキング6を除去した部分、すなわち
、分離島1a,lbが露出している部分には、この分離
島1a,lb裏表面単結晶面上に単結晶シリコン層7a
,7bがエピタキシャル成長し、それ以外の部分、すな
わち、分離島1a.1bとは異なった結晶面を有するマ
スキング6上には、ポリシリコンN8が成長する。結晶
成長の条件も特に限定はされないが、例えば、この例の
ようにn型の結晶成長を行う場合には、PH3をドーパ
ントガスとしてSiH4の熱分解反応で行うのが好まし
い。なぜなら、5iC14や5iHzC1□等の水素化
反応で形成した単結晶シリコン層は、マスキングとの境
界領域を越えて横に成長して拡がってしまうが、SiH
,の熱分解反応ではそれがなく、微細パターンの形成に
適しているからである〔第3図(沿〕。
5 sides of DI board. At this time, in the part where the masking 6 has been removed, that is, in the part where the isolation islands 1a and lb are exposed, a single crystal silicon layer 7a is formed on the single crystal surface of the back surface of the isolation islands 1a and lb.
, 7b are epitaxially grown, and the other parts, that is, the isolation islands 1a. Polysilicon N8 grows on masking 6 having a crystal plane different from 1b. Although the conditions for crystal growth are not particularly limited, for example, when growing an n-type crystal as in this example, it is preferable to perform a thermal decomposition reaction of SiH4 using PH3 as a dopant gas. This is because single-crystal silicon layers formed by hydrogenation reactions such as 5iC14 and 5iHzC1□ grow and spread laterally beyond the boundary area with the masking, but SiH
This is because the thermal decomposition reaction of , is suitable for forming fine patterns [Figure 3 (along)].

単結晶シリコン層7a,7b上にマスキング9を形成す
る。このマスキングの材質も特に限定されないが、先に
示したマスキング6と同様の理由から、Sin.を使用
するのが好ましい〔第3図(h)〕。
Masking 9 is formed on single crystal silicon layers 7a and 7b. The material of this masking is also not particularly limited, but for the same reason as the masking 6 mentioned above, Sin. It is preferable to use [Figure 3 (h)].

エツチングを行い、マスキングされた単結晶シリコン1
7a,7b以外の部分のポリシリコン層8を除去する。
Etched and masked single crystal silicon 1
Portions of the polysilicon layer 8 other than 7a and 7b are removed.

エツチングの方法も、特に限定されないが、エツチング
の精度や、自動化がしやすいこと、公害対策上の問題等
がら、プラズマエツチングを行うのが好ましい。プラズ
マエツチングに使用される反応性ガスとしては、種々の
ものが考えられるが、マスキング9の材質が、前述した
ようにSiO□であった場合には、例えば、単結晶シリ
コンおよびポリシリコンはエツチングするが、Sin,
はほとんどエツチングしないCF。
The etching method is not particularly limited either, but plasma etching is preferably used in view of etching accuracy, ease of automation, and pollution control issues. Various reactive gases can be used for plasma etching, but if the material of the masking 9 is SiO□ as described above, for example, single crystal silicon and polysilicon can be etched. But, Sin,
is a CF with almost no etching.

+0□の混合ガス等が一般に用いられている。この混合
ガスの成分比率も特に限定されないが、例えば、CF.
96%,024%等の比率で使用するのが一般的である
〔第4図(a)〕。
+0□ mixed gas etc. are generally used. Although the component ratio of this mixed gas is not particularly limited, for example, CF.
It is common to use a ratio of 96%, 0.24%, etc. [Figure 4(a)].

以上に説明した工程により、基板5上のp型の分離島1
a,Ib上に、n型の単結晶シリコン層7a.7bを形
成する。
By the process explained above, the p-type isolation island 1 on the substrate 5 is
a, Ib, n-type single crystal silicon layers 7a. Form 7b.

つぎに、基板5上の各マスキング6、9を除去し、単結
晶シリコン層7aの両端にp型不純物を拡散してバック
ゲートとなるp型層10を形成する〔第4図(b))。
Next, each masking 6, 9 on the substrate 5 is removed, and a p-type impurity is diffused into both ends of the single-crystal silicon layer 7a to form a p-type layer 10 that will become a back gate [FIG. 4(b)] .

単結晶シリコン層7aには、その中央にp型不純物を拡
散してゲート■。となるp型層11を形成し、単結晶シ
リコン層が形成されていない複数の分離島IC・・・上
には端子部となるp型層12を形成する〔第4図(C)
〕。
A p-type impurity is diffused into the center of the single crystal silicon layer 7a to form a gate (2). A p-type layer 11 is formed, and a p-type layer 12 is formed on top of a plurality of isolated island ICs on which no single crystal silicon layer is formed [Fig. 4(C)]
].

単結晶シリコン層7aには、前記p型層10および11
の間に、このp型層10.11と接触しないように、n
型不純物を拡散し、ドレインV。
The single crystal silicon layer 7a includes the p-type layers 10 and 11.
During this period, the n
Diffuse type impurities and drain V.

およびソース■5となるn型層13.14を形成して接
合型FET15を作成するとともに、複数の分離島IC
・・・上には、n型層16を形成してフォト・ダイオー
ド17を作成する。単結晶シリコン層7bには、その両
端にn型不純物を拡散して端子部となるn型層18.1
8を形成して抵抗19を作成する〔第4図(d))。
In addition, an n-type layer 13, 14 which becomes the source 5 is formed to create a junction FET 15, and a plurality of isolated island ICs are formed.
. . . On top, an n-type layer 16 is formed to create a photodiode 17. An n-type layer 18.1 is formed by diffusing n-type impurities into both ends of the single-crystal silicon layer 7b to form a terminal portion.
8 to create a resistor 19 (FIG. 4(d)).

以上に説明した第4図(b)〜(dlの各拡散工程は、
特に限定されないが、基板として、この実施例のように
DI基板を用いる場合には、1100℃以下の拡散温度
で行うのが好ましい。なぜなら、DI基板は、単結晶シ
リコンの分離島とポリシリコン層とからなっており、両
者の熱膨張係数のちがいによって、1100℃以上では
、第5図にみるように、基板が単結晶シリコン側を内側
にして太き(反りかえってしまい、素子を形成すること
が困難となるからである。
Each of the diffusion steps in FIGS. 4(b) to (dl) explained above is as follows:
Although not particularly limited, when a DI substrate is used as the substrate as in this example, it is preferable to conduct the diffusion at a diffusion temperature of 1100° C. or lower. This is because the DI substrate consists of an isolated island of single crystal silicon and a polysilicon layer, and due to the difference in thermal expansion coefficient between the two, at temperatures above 1100°C, as shown in Fig. This is because it becomes thick (warped) with the inner side, making it difficult to form an element.

各不純物層表面にAl蒸着等により電極2o・・・を形
成する〔第4図(e)〕。
Electrodes 2o are formed on the surface of each impurity layer by Al vapor deposition or the like [FIG. 4(e)].

基板5表面全体にSiO□膜21全21し、表面安定化
を行う〔第4図(f)〕。
A SiO□ film 21 is applied over the entire surface of the substrate 5 to stabilize the surface [FIG. 4(f)].

接合型FET15が形成された分離島1aおよび抵抗1
9が形成された分離島1bの全面にわたって、遮光22
を施す、遮光の方法も特に限定はされないが、作りやす
さやコストの点から、AI蒸着膜を遮光22として使用
するのが好ましい。
Isolation island 1a and resistor 1 on which junction type FET 15 is formed
The light shielding 22 is provided over the entire surface of the isolation island 1b where the
Although there are no particular limitations on the light shielding method used, it is preferable to use an AI vapor-deposited film as the light shield 22 from the viewpoint of ease of production and cost.

この場合には、例えばAl膜厚を1.5μ程度にしてや
ればよい〔第4図(g)〕。
In this case, for example, the Al film thickness may be set to about 1.5 μm [FIG. 4(g)].

さらに、複数の分離島IC・・・上に形成された複数の
受光素子(フォト・ダイオード)17・・・を接続して
第1のフォトダイオードアレイ23および第2のフォト
・ダイオードアレイ24を形成する。
Furthermore, a plurality of light receiving elements (photodiodes) 17 formed on a plurality of isolated island ICs are connected to form a first photodiode array 23 and a second photodiode array 24. do.

これを第1図および第2図に示したようにスイッチング
素子25と配線すれば、スイッチング素子25.接合型
FET15.抵抗19.第1のフォト・ダイオードアレ
イ23および第2のフォト・ダイオードアレイ24から
なるこの発明の半導体装置をワンチップ化して製造する
ことができるなお、第1図に示した部分は、第2図の回
路中、遮光22が必要な部分、すなわち、第2図中に二
点鎖線で囲んだ部分を示している。
If this is wired to the switching element 25 as shown in FIGS. 1 and 2, the switching element 25. Junction type FET15. Resistance 19. The semiconductor device of the present invention consisting of the first photo diode array 23 and the second photo diode array 24 can be manufactured as a single chip. The middle part shows the part that requires light shielding 22, that is, the part surrounded by the two-dot chain line in FIG.

第6図に、この発明の半導体装置をズイソチング素子の
受光部として使用したソリッドステートリレーの一例を
示す。
FIG. 6 shows an example of a solid state relay using the semiconductor device of the present invention as a light receiving section of a diisoting element.

出力側のリードフレーム26上に配置された前記基板5
には、前述したように、接合型FETl5、抵抗19.
第1および第2のフォト・ダイオードプレイ23.24
がワンチップ化されて形成されている。この基板5と向
かい合うように、ソリッドステートリレーの入力素子で
ある発光ダイオード27が入力側のリードフレーム28
に支えられて配置されている。出力側のリードフレーム
26上には、別の基板上にスイッチング素子であるMO
3I−ランジスタ25が形成されており、そのゲート■
。およびソース■、が先の基板5および出力側のリード
フレーム26とワイヤボンディングで接続されて°いる
。このあと、図中、1点鎖線で示したように、基板5.
MO3I−ランジスタ25および発光ダイオード27か
らなる回路部分(第2図に示した回路)を樹脂で封止し
、出力側および入力側のリードフレーム26.28のそ
れぞれの接続部26a・・・、28a・・・を切断すれ
ば、モノリシックIC化したソリッドステートリレーが
完成するのである。
The substrate 5 placed on the lead frame 26 on the output side
As described above, the junction FET 15 and the resistor 19.
First and second photodiode play 23.24
is formed as a single chip. A light emitting diode 27 which is an input element of the solid state relay is connected to a lead frame 28 on the input side so as to face this substrate 5.
It is supported and placed. On the output side lead frame 26, an MO which is a switching element is mounted on another board.
3I-transistor 25 is formed, and its gate ■
. and source (2) are connected to the substrate 5 and the lead frame 26 on the output side by wire bonding. After this, as shown by the one-dot chain line in the figure, the substrate 5.
The circuit portion (the circuit shown in FIG. 2) consisting of the MO3I transistor 25 and the light emitting diode 27 is sealed with resin, and the connection portions 26a..., 28a of the lead frames 26, 28 on the output side and the input side are sealed. By cutting..., a solid state relay made into a monolithic IC is completed.

このようにして製造されたソリッドステートリレーは、
前述したように、スイッチング用MOSトランジスタ2
5の放電用回路としてフォト・ダイオードアレイ23,
24.抵抗19.ノーマリイオンの接合型FET15を
使ったものである。
Solid state relays manufactured in this way are
As mentioned above, the switching MOS transistor 2
A photo diode array 23 as a discharge circuit of 5,
24. Resistance 19. It uses a normally ion junction type FET15.

この回路では、発光ダイオード27に電流を流し、て発
光させ、この光をフォト・ダイオードアレイ23.24
が受光して電流にかえる。接合型FET15は、常にオ
ン状態になっているが、光がフォト・ダイオードアレイ
23.24に照射されたときには、そのゲートソース間
に電位差が生じるため、オフ状態になり、その状態でス
イッチング用のMO3I−ランジスタ25の蓄電が始ま
る。つまり、このような回路を放電用に用いれば、光照
射時にはこの回路は開放状態、光遮断時には短絡状態と
なるので、スイッチング速度を早めること(ターンオン
時間を短くすること)ができる。また、光照射が十分で
ない場合に、MOS)ランジスタ25がオンでもオフで
もない状態になるのを防ぐことができる。
In this circuit, a current is applied to the light emitting diode 27 to cause it to emit light, and this light is transmitted to the photodiode array 23, 24.
receives light and converts it into electric current. The junction FET 15 is always in the on state, but when the photodiode arrays 23 and 24 are irradiated with light, a potential difference is generated between the gate and source, so the junction FET 15 is in the off state, and in that state, the switching The MO3I-transistor 25 starts storing power. In other words, if such a circuit is used for discharging, the circuit will be in an open state when light is irradiated and will be in a short-circuited state when light is interrupted, so that the switching speed can be increased (the turn-on time can be shortened). Furthermore, it is possible to prevent the MOS transistor 25 from being neither on nor off when the light irradiation is insufficient.

しかも、以上に説明してきたように、接合型FET15
や抵抗19等は遮光されているため、発光ダイオード2
7の光がこれらの素子に照射されることはなく、接合型
FET15が完全に遮断できなくなったり、抵抗19の
抵抗値が変動してしまうといった事故が発生することも
な(なる。したがって、受光素子とそれ以外の素子を非
常に近接して作らなければならないワンチップ型のソリ
ッドステートリレーにおいても、受光素子以外の素子が
光によって狂ってしまうことはなくなるので、チップを
小型化することができるようになる以上に説明してきた
実施例では、接合型FETと抵抗のみを遮光する例につ
いて説明してきたが、この発明の半導体装置では同一基
板上にそれ以外の素子が形成されている場合には、その
素子をも遮光してやることもできる0例えば、スイッチ
ング素子であるMOS)ランジスタが受光素子と同一基
板上にあるのであれば、この素子を遮光できるのである
。遮光の領域も分離島全体には限らず、素子が分離島よ
りはるかに小さい場合には、その素子の周辺だけであっ
てもよい。
Moreover, as explained above, the junction type FET15
The light emitting diode 2 and the resistor 19 are shielded from light.
The light of 7 will not be irradiated to these elements, and accidents such as the junction FET 15 not being able to completely shut off or the resistance value of the resistor 19 changing will not occur. Even in one-chip solid-state relays, where the element and other elements must be made very close together, the chip can be made smaller because elements other than the light-receiving element will not be distorted by light. In the embodiments described above, only the junction FET and the resistor are shielded from light. However, in the semiconductor device of the present invention, when other elements are formed on the same substrate, For example, if a MOS transistor (switching element) is on the same substrate as a light receiving element, this element can be shielded from light. The light-shielding area is not limited to the entire isolation island, and if the element is much smaller than the isolation island, it may be only the area around the element.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

この発明の、半導体装置は、以上のように構成されてお
り、トランジスタ、抵抗等の素子は発光素子からの光と
完全に遮断されているため、これらの素子が光によって
狂ってしまうことがなく、ソリッドステートリレーを小
型化することが可能となる。
The semiconductor device of the present invention is constructed as described above, and since elements such as transistors and resistors are completely shielded from light from the light emitting element, these elements are not distorted by light. , it becomes possible to downsize solid state relays.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はこの発明の一実施例の要部をあられす構造説明
図、第2図はこの実施例の回路の一例をあられす回路図
、第3図(a)〜(h)ならびに第4図(−〜(g)は
この実施例を製造する工程の一例をあられす説明図、第
5図はこの工程における拡散温度と基板の反り量との関
係をあられすグラフ、第6図はこの実施例の実装状態を
あられす平面図である15・・・トランジスタ 19・
・・抵抗 22・・・遮光23.24・・・フォト・ダ
イオード 25・・・スイッチング素子 代理人 弁理士  松 本 武 彦 第1図 第2図 第5図 拡収温皮(1C) 第3図 第4図 (a) (f) 第6図 手続補正書(帥 昭和60年11月15日 3、補正をする者 事牛との関係     特許出願大 佐  所   大阪府門真市大字門真1048番地名 
称(583)松下電工株式会社 代表者  f(J馳鍛藤井貞夫 4、代理人 な   し 6、補正の対象 明細書 7、補正の内容 (1)  明細書の全文を別紙のとおりに訂正する。 なお、この訂正には、発明の名称の訂正も含む。 明   細   書 1、発明の名称 半導体装置の製法 2、特許請求の範囲 に″′シリコン を し、そのあと、この′°”日シ1
コン  4゛  上の  の亡 に鳥体11【l旧友。 3、発明の詳細な説明 〔技術分野〕 この発明は、スイッチング素子のゲート・ソース間に挿
入されてソリッドステートリレーの受光部となる半導体
装置の製法に関する。 〔背景技術〕 ソリッドステートリレーの回路として、第2図に示した
ような回路がある。 この回路は、ソリッドステートリレーのスイッチング用
素子25と、この素子25のゲート蓄積電荷の放電用回
路としてフォト・ダイオードアレイ23,2.4、抵抗
19、ノーマリィ・オンのトランジスタ(接合型FET
)15が接続されたものである。この回路では、発光ダ
イオード27に電流を流して発光させ、その光をフォト
・ダイオードアレイ23.24が受光して電流にかえる
。 ノーマリィ・オンのトランジスタ15は、常はオン状態
になっているが、光がフォト・ダイオードプレイ23.
24に照射されたときには、そのゲート・ソース間に電
位差が生じるため、オフ状態となり、その状態でスイッ
チング素子25の蓄電が始まる。つまり、このような回
路を放電用に用いれば、この回路は、光照射時には開放
状態、光遮断時には短絡状態となるので、スイッチング
速度を速めること(ターンオン時間を短くすること)が
できる。また、光照射が十分でない場合に、スイッチン
グ素子25がオンでもオフでもない状態になるのを防ぐ
こともできる。 ところが、このような回路を構成する、以上の各素子を
同一基板上に形成してワンチップ化しようとした場合に
は、非常に多数の素子を非常に小さい同一チップ上に形
成しなければならない。例えば、前記ソリッドステート
リレーの場合には、チップ上に形成されるシリコンのフ
ォト・ダイオードが最高でも0.7 V程度の起電力し
か出せないのに対し、同じチップ上に形成されるMOS
)ランジスタは作動するのに6V以上の電力が必要であ
り、このMOSトランジスタを前記フォト・ダイオード
で作動させようとすれば、第2図に示したように、この
フォト・ダイオードを直列に12個以上接続したフォト
・ダイオードアレイとしなければならない。このように
、前記ソリッドステートリレー等の装置を同一チップ上
に作成するにあたっては、同じ回路を独立した素子で形
成するのにくらべて、より多くの素子を必要とする。 また、抵抗19は、ノーマリィ・オンのトランジスタ1
5のゲートジャンクションに蓄積された電荷の放電のた
めに用いられるもので、並列に接続されたフォト・ダイ
オードアレイ24を効率的に働かせるためには、106
Ωオーダー以上の高抵抗にしなければならない。しかし
ながら、通常のICプロセスで形成できる拡散抵抗では
、このような高抵抗を達成することができない。そこで
、発明者は、このような抵抗19をも同一チップ上に形
成しようとする場合には、エピタキシャル結晶成長によ
る単結晶シリコン層を利用した薄層の帯状抵抗とすれば
良いと考えた。このような考えを実現するには、DI基
板の分離島上に、単結晶シリコン層を必要とする素子と
そうでない素子とを形成する必要があり、その場合には
、いかに少ない工程で、しかも精度よくこれらの素子を
形成するかが要求される。 近時、このような、単結晶シリコン層を必要とする素子
とそうでない素子とを作りわける方法として、単結晶シ
リコンの分離島表面に5intでマスキングを行い、単
結晶シリコン層を必要とする分離島上のSiO□のみを
とりのぞき、減圧下で、SiH,CI2およびHCIの
混合ガスで選択的にエピタキシャル結晶成長を行う方法
が開発された。この方法は、Singのマスキングが形
成されていない部分には単結晶シリコン層が成長するが
、S i Ozが形成された部分にはポリシリコンが発
生し、このポリシリコンが、前記混合ガス中のHCI成
分によってエツチング除去されることで単結晶シリコン
層のみを基板上に成長させようとするものである。とこ
ろが、この方法では、HCIが単結晶シリコン層をも、
わずかながらエツチングしてしまうため、この単結晶シ
リコン層の成長速度が遅(なり、また、この結晶成長は
減圧化で行わなければならないため、装置も高価なもの
となってしまい、問題となっている。 〔発明の目的〕 この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、
同一チップ上に複数の異なった素子を簡単に、少ない工
程で形成できる半導体装置の製法を提供することを目的
とする。 〔発明の開示〕 以上の目的を達成するため、この発明は、スイッチング
素子のゲート・ソース間に挿入される第1のフォト・ダ
イオードアレイと、この第1のフォト・ダイオードアレ
イと並列に接続されるノーマリィ・オンのトランジスタ
と、このノーマリィ・オンのトランジスタのゲート・ソ
ース間に並列に接続される第2のフォト・ダイオードア
レイおよび放電用の抵抗とを備え、ソリッドステートリ
レーの受光部となる半導体装置を作るにあたり、DI基
板表面を所定の形状にマスキングして選択比を考慮しな
いエピタキシャル結晶成長を行い、マスキングしていな
い分離島上には単結晶シリコン層を形成するとともに、
それ以外の部分にはポリシリコン層を形成し、そのあと
、前記単結晶シリコン層表面をマスキングしてエツチン
グを行うことにより、基板上の所定の分離島上に単結晶
シリコン層を残し、そのあと、この単結晶シリコン層を
含む基板上の所定の位置に不純物拡散を行って、前記分
離島上の単結晶シリコン層には前記ノーマリィ・オンの
l・ランジスタと抵抗を形成し、それ以外の分離島上に
は前記第1および第2のフォト・ダイオードアレイを形
成することを特徴とする半導体装置の製法を要旨として
いる。 以下にこの発明を、その一実施例をあられす図を参照し
ながら説明する。 この発明では、基板がDI型(Dielectric 
Is。 Iation型)である必要がある。なぜなら、DI基
板を用いることによって同一チップ上に形成される各素
子間の絶縁を完全に行うことができるようになるからで
ある。このようなりI基板の製造工程の一例を第3図(
a)〜(d)にもとづいて、説明するp型の不純物が拡
散された単結晶シリコンウェハ1表面にエツチング等に
より溝2を形成する。 このとき、溝2の形状は図の実施例のようなV型には限
らず、U型やその他の形状であってもよい溝2の形成方
法も特に限定はされないが、例えば、<100>面の単
結晶シリコンウェハlにKOH等を主成分とするアルカ
リエツチング液を用いて溝2をエツチングする方法があ
げられる。この方法は、このアルカリエツチング液のく
111〉面単結晶シリコンに対するエツチング速度が、
<ioo>面単結晶シリコンに対するエツチング速度に
くらべて極めて遅いことを利用したもので、<100>
面単結晶シリコンウェハ1の一部を、このアルカリエツ
チング液でエツチングしていくと、この<100>面と
54°の角をなす〈111〉面からなるV形の溝2が自
動的に形成されるのである〔第3図(a))。 溝2が形成された側のシリコンウェハ1表面上に絶縁層
3を堆積あるいは成長等の方法で形成する〔第3図(b
))。 絶縁層3上にポリシリコン層4を形成して溝2を埋める
〔第3図(C)〕。 シリコンウェハlを反対側から研磨していき、溝2によ
ってシリコンウェハ1が複数の分離島1a・・・に分離
されるまで研磨をつづけ、DII板5を得る〔第3図(
d))。 うぎに、このようなりI基板を用いた、この発明の半導
体装置の製法の一実施例について、第3図(81〜(h
)ならびに第4図(a)〜(幻をみながら、くわしく説
明する。 DII板5の分離島1a・・・側表面全体に、この分離
島1a・・・表面とは異なった結晶面を有するマスキン
グ6を形成する。マスキング6の材質は、分離島1a・
・・表面と異なった結晶面を有するものであれば特に限
定はしないが、例えば、分離島1a・・・が単結晶のシ
リコンである場合には、作りやすさや主成分が分離島1
a・・・と同じであるという点等から、酸化ケイ素(S
foh)をマスキング6の材質として利用するのが好ま
しい〔第3図(41))。 DII板5の所定の部分(図では分離島1a。 1b表面)のマスキング6を所定の形状となるように除
去する〔第3図(f)〕。 DI基基板5面 る.このとき、マスキング6を除去した部分、すなわち
、分離島1a,lbが露出している部分には、この分離
島1a,lb裏表面単結晶面上に単結晶シリコン層7a
,7bがエピタキシャル成長し、それ以外の部分、すな
わち、分離島1a,1bとは異なった結晶面を有するマ
スキング6上には、ポリシリコン層8が成長する。結晶
成長の条件も特に限定はされないが、例えば、この実施
例のようにn型の結晶成長を行う場合には、PH。 をドーパントガスとしてS i H.の熱分解反応で行
うのが好ましい.なぜなら、3 i C 1 aやSt
H,CI等の水素化反応で形成した単結晶シリコン層は
、マスキングとの境界領域を越えて横に成長して拡がっ
てしまうが、SiH4の熱分解反応ではそれがなく、微
細パターンの形成に適しているからである(第3図(g
))。 単結晶シリコン層7a.7b上にマスキング9を形成す
る。このマスキング9の材質も特に限定されないが、先
に示したマスキング6と同様の理由からSin.を使用
するのが好ましい〔第3図(h)〕。 エツチングを行い、マスキングされた単結晶シリコン層
7a,7b以外の部分のポリシリコン層8を除去する.
エツチングの方法も、特に限定されないが、エツチング
の精度や、自動化がしやすいこと、公害対策上の問題等
から、プラズマエツチングを行うのが好ましい。プラズ
マエツチングに使用される反応性ガスとしては、種々の
ものが考えられるが、マスキング9の材質が、前述した
ようにSin.であった場合には、例えば、単結晶シリ
コンおよびポリシリコンはエツチングするが、Sin,
はほとんどエツチングしないCF。 +0□の混合ガス等が一般に用いられている。この混合
ガスの成分比率も特に限定されないが、例えば、CF4
96%,0□4%等の比率で使用するのが一般的である
〔第4図(a)〕。 以上に説明した工程により、基板5上のp型の分離島1
a,lb上に、n型の単結晶シリコン層7a,7bを形
成する。 つぎに、基板5上の各マスキング6、9を除去し、単結
晶シリコン層7aの両端にn型不純物を拡散してバック
ゲートとなるp型層10を形成する〔第4図世)〕。 単結晶シリコン層7aには、その中央にn型不純物を拡
散してゲートV.となるp型層11を形成し、単結晶シ
リコン層が形成されていない複数の分離島IC・・・上
には端子部となるp型層12を形成する〔第4図(C)
〕。 単結晶シリコン層7aには、前記p型層10および11
の間に、このp型層10.11と接触しないように、n
型不純物を拡散し、ドレインV。 およびソースV,となるn型層13.14を形成してノ
ーマリィ・オンのトランジスタ15を作成するとともに
、複数の分離島IC・・・上には、n型層16を形成し
てフォト・ダイオード17を作成する.単結晶シリコン
層7bには、その両端にn型不純物を拡散して端子部と
なるn型層18.18を形成して抵抗19を作成する〔
第4図(dl〕。 以上に説明した第4図(b)〜(d)の各拡散工程は、
特に限定されないが、基板として、この発明のようにD
I基板を用いる場合には、1100℃以下の拡散温度で
行うのが好ましい。なぜなら、DI基板は、単結晶シリ
コンの分離島とポリシリコン層とからなっており、両者
の熱膨張係数のちがいによって、1100℃以上では、
第5図にみるように、基板が単結晶シリコン側を内側に
して大きく反りかえってしまい、素子を形成することが
困難となるからである。 各不純物層表面にAI蒸着等により電極20・・・を形
成する〔第4図(e)〕。 基板5表面全体にS i O,膜21を形成し、表面安
定化を行う〔第4図(f)〕。 ノーマリィ・オンのトランジスタ15が形成された分離
島1aおよび抵抗19が形成された分離島1bの全面に
わたって、必要に応じて、遮光22を施す。遮光の方法
も特に限定はされないが、作りやすさやコストの点から
、AI蒸着膜を遮光22として使用するのが好ましい。 この場合には、例えばAl膜厚を1.5μ程度にしてや
ればよい、遮光22はこの発明では必ずしも必要なもの
ではないが、このように、ノーマリィ・オンのトランジ
スタ15や抵抗19等を遮光しておけば、発光ダイオー
ド27の光がこれらの素子に照射されることはなく、ノ
ーマリィ・オンのトランジスタ15が完全に遮断できな
くなったり、抵抗19の抵抗値が変動してしまうといっ
た事故が発生することもなくなる。したがって、受光素
子とそれ以外の素子を非常に近接して作らなければなら
ないワンチップ型のソリッドステートリレーにおいても
、受光素子以外の素子が光によって狂ってしまうことは
なくなるので、チップを小型化することができるように
なるのである〔第4図(沿)。 さらに、複数の分離島IC・・・上に形成された複数の
受光素子(フォト・ダイオード)17・・・を接続して
第1のフォト・ダイオードアレイ23および第2のフォ
ト・ダイオードアレイ24を形成する。 これを第1図および第2図に示したようにスイッチング
素子25と配線すれば、スイッチング素子25.ノーマ
リィ・オンのトランジスタ15゜抵抗19.第1のフォ
ト・ダイオードアレイ23および第2のフォト・ダイオ
ードアレイ24からなる半導体装置をワンチップ化して
製造することができる。 なお、第1図に示した部分は、第2図の回路中、遮光2
2が必要な部分、すなわち、第2図中に二点鎖線で囲ん
だ部分を示している。 第6図に、この発明の方法によって作られた半導体装置
をスイッチング素子の受光部として使用したソリッドス
テートリレーの一例を示す。 出力側のリードフレーム26上に配置された前記基板5
には、前述したように、ノーマリィ・オンのトランジス
タ1′5.抵抗19.第1および第2のフォト・ダイオ
ードアレイ23.24がワンチップ化されて形成されて
いる。この基板5と向かい合うように、ソリッドステー
トリレーの入力素子である発光ダイオード27が入力側
のリードフレーム28に支えられて配置されている。出
力側のリードフレーム26上には、別の基板上にスイッ
チング素子であるMOS)ランジスタ25が形成されて
おり、そのゲートV。およびソース■、が先の基板5お
よび出力側のリードフレーム2Gとワイヤボンディング
で接続されている。このあと、図中、1点鎖線で示した
ように、基板5゜MOS)ランジスタ25および発光ダ
イオード27からなる回路部分(第2図に示した回路)
を樹脂で封止し、出力側および入力側のリードフレーム
26.28のそれぞれの接続部26a・・・。 28a・・・を切断すれば、モノリシックIC化したソ
リッドステートリレーが完成するのであるこのようにし
て製造されたソリッドステートリレーは、前述したよう
に、スイッチング用MOSトランジスタ25の放電用回
路としてフォト・ダイオードアレイ23,24、抵抗1
9、ノーマリイオンのトランジスタ15を使ったもので
ある。 この回路では、発光ダイオード27に電流を流して発光
させ、この光をフォト・ダイオードアレイ23.24が
受光して電流にかえる。ノーマリィ・オンのトランジス
タ15は、常にオン状態になっているが、光がフォト・
ダイオードアレイ23.24に照射されたときには、そ
のゲートソース間に電位差が生じるため、オフ状態にな
り、その状態でスイッチング用のMOS)ランジスタ2
5の蓄電が始まる。つまり、このような回路を放電用に
用いれば、光照射時にはこの回路は開放状態、光遮断時
には短絡状態となるので、スイッチング速度を早めるこ
と(ターンオン時間を短くすること)ができる。また、
光照射が十分でない場合に、MOSトランジスタ25が
オンでもオフでもない状態になるのを防ぐこともできる
。 以上のように、この発明の半導体装置の製法では、選択
比を考慮しないエピタキシャル結晶成長によって簡単に
同一基板上の所定の部分のみに単結晶シリコン層を形成
することができるため、この単結晶シリコン層を必要と
する素子と、必要としない素子とが混在している、ソリ
ッドステートリレーに使用される半導体装置を少ない工
程で作ることが可能となる。また、この発明では、I)
I基板を用いることによって同一チップ上に形成される
各素子間の絶縁を完全に行うことができるようになるた
め、MoSトランジスタのゲート駆゛動用として、高電
圧を発生することもできる。 〔発明の効果〕 この発明の半導体装置の製法は、以上のように構成され
ており、選択比を考慮しないエピタキシャル結晶成長に
よって、例えば、通常のICプロセスで形成できる拡散
抵抗では達成できない高抵抗が必要な抵抗となる単結晶
シリコン層や、トランジスタの動作層となる単結晶シリ
コン層を同時に形成することができ、同一チップ上に単
結晶シリコン層が形成された部分とそうでない部分とを
簡単に少ない工程で作り分けることができるため、複数
の異なった素子からなる半導体装置を簡単に少ない工程
で製造することが可能となる。 4、図面の簡単な説明 第1図はこの発明によって形成される半導体装置の一例
の要部をあられす構造説明図、第2図はソリッドステー
トリレーの回路の一例をあられす回路図、第3図(a)
〜(d)はこの発明に使用されるDI基板の製法の一例
をあられす説明図、第3図(e)〜(hlならびに第4
図(al〜(g)はこの発明の一実施例をあられす説明
図、第5図はこの発明における拡散温度と基板の反り量
との関係をあられすグラフ、第6図はこの発明によって
形成される半導体装置の実装状態をあられす平面図であ
る。 5・・・基板 6・・・マスキング 7・・・単結晶シ
リコン層 8・・・ポリシリコン層 15・・・ノーマ
リィ・オンのトランジスタ 19・・・抵抗 23.2
4・・・フォト・ダイオードアレイ
Fig. 1 is a structural explanatory diagram showing the main part of an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a circuit diagram showing an example of the circuit of this embodiment, Figs. 3(a) to (h) and 4. Figures (- to (g) are explanatory diagrams showing an example of the manufacturing process of this embodiment, Figure 5 is a graph showing the relationship between the diffusion temperature and the amount of warpage of the substrate in this process, and Figure 6 is a graph showing the relationship between the diffusion temperature and the amount of warpage of the substrate in this process. 15 is a plan view showing the mounting state of the embodiment.Transistor 19.
... Resistance 22... Light shielding 23.24... Photo diode 25... Switching element agent Patent attorney Takehiko Matsumoto Figure 1 Figure 2 Figure 5 Expanded thermal skin (1C) Figure 3 Figure 4 (a) (f) Figure 6 Procedural Amendment (November 15, 1985 3, Relationship with the person making the amendment Patent application location 1048 Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Name)
Name (583) Matsushita Electric Works Co., Ltd. Representative f (Jachi Forged Sadao Fujii 4, no agent 6, Specification subject to amendment 7, Contents of amendment (1) The entire text of the specification is corrected as shown in the attached sheet. This correction also includes the correction of the title of the invention. ``Silicon'' is added to the description 1, name of the invention 2, method for manufacturing a semiconductor device 2, and claims, and then this ``°'' date 1 is added.
Con 4゛ On the death of the above bird body 11 [l old friend. 3. Detailed Description of the Invention [Technical Field] The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device that is inserted between the gate and source of a switching element and serves as a light receiving section of a solid state relay. [Background Art] As a solid state relay circuit, there is a circuit as shown in FIG. This circuit includes a switching element 25 of a solid state relay, a photodiode array 23, 2.4, a resistor 19, and a normally-on transistor (junction FET) as a circuit for discharging the gate accumulated charge of this element 25.
)15 are connected. In this circuit, a current is passed through the light emitting diode 27 to cause it to emit light, and the photodiode arrays 23 and 24 receive the light and convert it into a current. The normally-on transistor 15 is normally in the on state, but light is transmitted to the photodiode play 23.
When the light is irradiated onto the switching element 24, a potential difference is generated between the gate and the source thereof, so that the switching element 25 is turned off, and in this state, the switching element 25 starts storing electricity. In other words, if such a circuit is used for discharging, the circuit will be in an open state when irradiated with light, and will be in a short-circuited state when light is interrupted, so that the switching speed can be increased (the turn-on time can be shortened). Furthermore, it is also possible to prevent the switching element 25 from being neither on nor off when the light irradiation is insufficient. However, if we try to form each of the above elements that make up such a circuit on the same substrate to form one chip, a very large number of elements must be formed on the same very small chip. . For example, in the case of the solid-state relay, a silicon photodiode formed on a chip can only generate an electromotive force of about 0.7 V at maximum, whereas a MOS photodiode formed on the same chip
) A transistor requires a power of 6V or more to operate, and if you want to operate this MOS transistor with the photodiode, you need to connect 12 photodiodes in series as shown in Figure 2. The photodiode array must be connected as above. In this way, creating a device such as the solid state relay on the same chip requires more elements than forming the same circuit using independent elements. Furthermore, the resistor 19 is connected to the normally-on transistor 1.
It is used for discharging the charge accumulated in the gate junction of 106. In order to make the photo diode array 24 connected in parallel work efficiently,
The resistance must be high, on the order of Ω or higher. However, such a high resistance cannot be achieved with a diffused resistor that can be formed using a normal IC process. Therefore, the inventor thought that if such a resistor 19 was to be formed on the same chip, it would be sufficient to form a thin band-shaped resistor using a single crystal silicon layer grown by epitaxial crystal growth. In order to realize this idea, it is necessary to form elements that require a single crystal silicon layer and elements that do not on the isolation island of the DI substrate. It is required to form these elements with high precision. Recently, as a method to differentiate between devices that require a single-crystal silicon layer and devices that do not, the surface of the isolation island of single-crystal silicon is masked with 5 int, and a layer of silicon that requires a single-crystal silicon layer is masked. A method has been developed in which only SiO□ on a remote island is removed and epitaxial crystal growth is selectively performed under reduced pressure using a mixed gas of SiH, CI2 and HCI. In this method, a single-crystal silicon layer is grown in areas where the Sing masking is not formed, but polysilicon is generated in areas where SiOz is formed, and this polysilicon is absorbed by the gas mixture. The purpose is to grow only a single crystal silicon layer on the substrate by etching and removing it with the HCI component. However, with this method, HCI also damages the single crystal silicon layer.
Because of the slight etching, the growth rate of this single crystal silicon layer is slow (also, this crystal growth has to be done under reduced pressure, which makes the equipment expensive, which is a problem). [Object of the invention] This invention was made in view of the above circumstances, and
It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device that allows a plurality of different elements to be easily formed on the same chip with a small number of steps. [Disclosure of the Invention] In order to achieve the above object, the present invention includes a first photo diode array inserted between the gate and source of a switching element, and a first photo diode array connected in parallel with the first photo diode array. A semiconductor device comprising a normally-on transistor, a second photodiode array and a discharge resistor connected in parallel between the gate and source of this normally-on transistor, and serves as the light receiving part of the solid-state relay. To create the device, the surface of the DI substrate is masked into a predetermined shape and epitaxial crystal growth is performed without considering selectivity, and a single crystal silicon layer is formed on the unmasked isolation islands.
A polysilicon layer is formed in other parts, and then the surface of the single crystal silicon layer is masked and etched to leave the single crystal silicon layer on a predetermined isolated island on the substrate. , impurity diffusion is performed at a predetermined position on the substrate including this single crystal silicon layer, the normally-on L transistor and a resistor are formed in the single crystal silicon layer on the isolation island, and the other parts are The gist of the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that the first and second photodiode arrays are formed on a remote island. An embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In this invention, the substrate is of DI type (Dielectric type).
Is. type). This is because by using a DI substrate, it becomes possible to completely insulate each element formed on the same chip. An example of the manufacturing process for such an I-board is shown in Figure 3 (
Based on steps a) to (d), grooves 2 are formed by etching or the like on the surface of single crystal silicon wafer 1 into which p-type impurities to be described are diffused. At this time, the shape of the groove 2 is not limited to the V-shape as in the illustrated embodiment, but may be U-shape or other shapes.The method of forming the groove 2 is also not particularly limited, but for example, <100> One method is to etch grooves 2 in a flat single-crystal silicon wafer 1 using an alkaline etching solution containing KOH or the like as a main component. In this method, the etching rate of the alkaline etching solution for 111> plane single crystal silicon is as follows:
This takes advantage of the fact that the etching rate is extremely slow compared to the etching rate for single crystal silicon in the <100> plane.
When a part of the single-crystal silicon wafer 1 is etched with this alkaline etching solution, a V-shaped groove 2 consisting of a <111> plane making a 54° angle with this <100> plane is automatically formed. (Fig. 3(a)). An insulating layer 3 is formed by deposition or growth on the surface of the silicon wafer 1 on the side where the grooves 2 are formed [see FIG.
)). A polysilicon layer 4 is formed on the insulating layer 3 to fill the trench 2 [FIG. 3(C)]. The silicon wafer 1 is polished from the opposite side, and the polishing is continued until the silicon wafer 1 is separated into a plurality of isolation islands 1a by the grooves 2, to obtain the DII plate 5 [Fig.
d)). Next, FIG. 3 (81 to (h
) and FIGS. 4(a) to (I will explain in detail while looking at the illusion. The entire side surface of the separation island 1a of the DII plate 5 has a crystal plane different from the surface of the separation island 1a. Form a masking 6. The material of the masking 6 is the isolation island 1a.
...There is no particular limitation as long as it has a crystal plane different from the surface, but for example, if the isolation island 1a... is single crystal silicon, it may be easier to make or the main component is the same as the isolation island 1.
Since it is the same as a..., silicon oxide (S
Foh) is preferably used as the material for the masking 6 [FIG. 3 (41)]. The masking 6 on a predetermined portion of the DII plate 5 (the surfaces of the separation islands 1a and 1b in the figure) is removed so as to have a predetermined shape [FIG. 3(f)]. 5 sides of DI board. At this time, in the part where the masking 6 has been removed, that is, in the part where the isolation islands 1a and lb are exposed, a single crystal silicon layer 7a is formed on the single crystal surface of the back surface of the isolation islands 1a and lb.
, 7b are epitaxially grown, and a polysilicon layer 8 is grown on the other portions, that is, on the masking 6 having a crystal plane different from that of the isolation islands 1a and 1b. The conditions for crystal growth are not particularly limited either, but for example, when growing an n-type crystal as in this example, the conditions are PH. S i H. as the dopant gas. It is preferable to carry out the thermal decomposition reaction. Because 3 i C 1 a and St
Single-crystal silicon layers formed by hydrogenation reactions such as H, CI, etc. grow and spread laterally beyond the boundary area with the masking, but this does not occur with thermal decomposition reactions of SiH4, and it is difficult to form fine patterns. This is because it is suitable (Fig. 3 (g)
)). Single crystal silicon layer 7a. Masking 9 is formed on 7b. Although the material of this masking 9 is not particularly limited, Sin. It is preferable to use [Figure 3 (h)]. Etching is performed to remove portions of the polysilicon layer 8 other than the masked single crystal silicon layers 7a and 7b.
The etching method is not particularly limited either, but plasma etching is preferably used from the viewpoint of etching accuracy, ease of automation, and pollution control issues. Various reactive gases can be used for plasma etching, but as mentioned above, the material of the masking 9 is Sin. For example, single crystal silicon and polysilicon are etched, but Sin,
is a CF with almost no etching. +0□ mixed gas etc. are generally used. The component ratio of this mixed gas is also not particularly limited, but for example, CF4
It is generally used at a ratio of 96%, 0□4%, etc. [Figure 4(a)]. By the process explained above, the p-type isolation island 1 on the substrate 5 is
N-type single crystal silicon layers 7a and 7b are formed on layers a and lb. Next, each of the masking layers 6 and 9 on the substrate 5 is removed, and n-type impurities are diffused into both ends of the single-crystal silicon layer 7a to form a p-type layer 10 that will become a back gate (see Figure 4). An n-type impurity is diffused into the center of the single crystal silicon layer 7a to form a gate V. A p-type layer 11 is formed, and a p-type layer 12 is formed on top of a plurality of isolated island ICs on which no single crystal silicon layer is formed [Fig. 4(C)]
]. The single crystal silicon layer 7a includes the p-type layers 10 and 11.
During this period, the n
Diffuse type impurities and drain V. N-type layers 13 and 14, which will become the source V, are formed to form a normally-on transistor 15, and an n-type layer 16 is formed on the plurality of isolation island ICs to form a photodiode. Create 17. In the single-crystal silicon layer 7b, n-type impurities are diffused into both ends thereof to form n-type layers 18 and 18 that will serve as terminal portions to create a resistor 19.
Figure 4 (dl). Each of the diffusion steps in Figures 4 (b) to (d) explained above is
Although not particularly limited, as a substrate, D
When using an I-substrate, it is preferable to perform the diffusion at a temperature of 1100° C. or lower. This is because the DI substrate consists of an isolated island of single crystal silicon and a polysilicon layer, and due to the difference in thermal expansion coefficient between the two, at temperatures above 1100°C,
This is because, as shown in FIG. 5, the substrate is greatly warped with the single-crystal silicon side inward, making it difficult to form elements. Electrodes 20 are formed on the surface of each impurity layer by AI vapor deposition or the like [FIG. 4(e)]. A SiO film 21 is formed on the entire surface of the substrate 5 to stabilize the surface [FIG. 4(f)]. If necessary, light shielding 22 is provided over the entire surface of the isolation island 1a where the normally-on transistor 15 is formed and the isolation island 1b where the resistor 19 is formed. Although the method of blocking light is not particularly limited, it is preferable to use an AI vapor deposited film as the light blocking layer 22 from the viewpoint of ease of production and cost. In this case, the Al film thickness may be set to about 1.5μ, for example. Although the light shielding 22 is not necessarily necessary in this invention, it is possible to shield the normally-on transistor 15, the resistor 19, etc. from light in this way. If this is done, the light from the light emitting diode 27 will not be irradiated to these elements, and accidents such as the normally-on transistor 15 not being able to completely shut off or the resistance value of the resistor 19 fluctuating may occur. There will be no more. Therefore, even in one-chip solid-state relays in which the light-receiving element and other elements must be made very close together, the elements other than the light-receiving element will not be distorted by light, making the chip smaller. [Figure 4 (along)]. Furthermore, a plurality of light receiving elements (photodiodes) 17 formed on a plurality of isolated island ICs are connected to form a first photodiode array 23 and a second photodiode array 24. Form. If this is wired to the switching element 25 as shown in FIGS. 1 and 2, the switching element 25. Normally-on transistor 15° resistor 19. A semiconductor device including the first photo diode array 23 and the second photo diode array 24 can be manufactured as one chip. Note that the portion shown in FIG. 1 is the part shown in the circuit of FIG.
2 shows the necessary part, that is, the part surrounded by the two-dot chain line in FIG. FIG. 6 shows an example of a solid state relay using a semiconductor device manufactured by the method of the present invention as a light receiving section of a switching element. The substrate 5 placed on the lead frame 26 on the output side
As mentioned above, the normally-on transistors 1'5. Resistance 19. The first and second photodiode arrays 23 and 24 are formed into one chip. A light emitting diode 27, which is an input element of the solid state relay, is supported by a lead frame 28 on the input side and is disposed so as to face the substrate 5. On the output side lead frame 26, a MOS transistor 25 which is a switching element is formed on another substrate, and its gate V. and source (2) are connected to the substrate 5 and the output side lead frame 2G by wire bonding. After this, as shown by the dashed line in the figure, a circuit part (circuit shown in FIG. 2) consisting of a substrate 5° MOS transistor 25 and a light emitting diode 27 is added.
are sealed with resin, and the connection portions 26a of the output side and input side lead frames 26, 28 are connected to each other. 28a..., a solid state relay made into a monolithic IC is completed.As mentioned above, the solid state relay manufactured in this manner uses a phototransfer as a discharging circuit for the switching MOS transistor 25. Diode array 23, 24, resistor 1
9. This uses a normally ion transistor 15. In this circuit, a current is passed through the light emitting diode 27 to cause it to emit light, and the photodiode arrays 23 and 24 receive this light and convert it into a current. The normally-on transistor 15 is always on, but when light is
When the diode arrays 23 and 24 are irradiated, a potential difference occurs between their gates and sources, so they turn off, and in that state, the switching MOS transistor 2
5 electricity storage begins. In other words, if such a circuit is used for discharging, the circuit will be in an open state when light is irradiated and will be in a short-circuited state when light is interrupted, so that the switching speed can be increased (the turn-on time can be shortened). Also,
It is also possible to prevent the MOS transistor 25 from being neither on nor off when the light irradiation is insufficient. As described above, in the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a single crystal silicon layer can be easily formed only in a predetermined portion on the same substrate by epitaxial crystal growth without consideration of selectivity. It becomes possible to manufacture a semiconductor device used in a solid-state relay in which elements that require layers and elements that do not coexist can be manufactured with fewer steps. Moreover, in this invention, I)
By using an I-substrate, it becomes possible to completely insulate each element formed on the same chip, so that it is also possible to generate a high voltage for driving the gate of a MoS transistor. [Effects of the Invention] The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention is configured as described above, and by epitaxial crystal growth without consideration of selectivity, it is possible to achieve, for example, a high resistance that cannot be achieved with a diffused resistor that can be formed by a normal IC process. It is possible to simultaneously form a single-crystal silicon layer that provides the necessary resistance and a single-crystal silicon layer that serves as the operating layer of a transistor, making it easy to separate areas on the same chip with and without a single-crystal silicon layer. Since the semiconductor devices can be manufactured separately in a small number of steps, it becomes possible to easily manufacture a semiconductor device consisting of a plurality of different elements in a small number of steps. 4. Brief description of the drawings FIG. 1 is a structural explanatory diagram showing the main parts of an example of a semiconductor device formed according to the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of a solid state relay circuit, and FIG. Diagram (a)
- (d) are explanatory diagrams showing an example of the manufacturing method of the DI board used in the present invention, Fig. 3 (e) - (hl and Fig. 4
Figures (al to g) are explanatory diagrams showing one embodiment of the present invention, Figure 5 is a graph showing the relationship between the diffusion temperature and the amount of warpage of the substrate in this invention, and Figure 6 is a graph showing the relationship between the diffusion temperature and the amount of warpage of the substrate in this invention. 5 is a plan view showing a mounted state of a semiconductor device to be mounted. 5... Substrate 6... Masking 7... Single crystal silicon layer 8... Polysilicon layer 15... Normally-on transistor 19 ...Resistance 23.2
4...Photo diode array

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)スイッチング素子のゲート・ソース間に第1のフ
ォト・ダイオードが挿入され、この第1のフォト・ダイ
オードと並列にノーマリィ・オンのトランジスタが設け
られるとともに、そのゲート・ソース間に、第2のフォ
ト・ダイオードと放電用の抵抗が並列に設けられてなり
、ソリッドステートリレーの受光部となる半導体装置で
あって、前記各素子がDI基板上に形成されるとともに
、少なくとも、前記ノーマリィ・オンのトランジスタと
放電用抵抗とが遮光されていることを特徴とする半導体
装置。
(1) A first photodiode is inserted between the gate and source of the switching element, a normally-on transistor is provided in parallel with this first photodiode, and a second photodiode is inserted between the gate and source of the switching element. A semiconductor device is provided with a photodiode and a discharge resistor in parallel, and serves as a light receiving section of a solid-state relay, wherein each of the elements is formed on a DI substrate, and at least the normally-on A semiconductor device characterized in that a transistor and a discharge resistor are shielded from light.
(2)DI基板上の、ノーマリィ・オンのトランジスタ
と放電用抵抗とが設けられている分離島の全体が遮光さ
れている特許請求の範囲第1項記載の半導体装置。
(2) The semiconductor device according to claim 1, wherein the entire isolation island on the DI substrate, on which the normally-on transistor and the discharge resistor are provided, is shielded from light.
(3)遮光がAl蒸着膜によって行われる特許請求の範
囲第1項または第2項記載の半導体装置。
(3) The semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein light shielding is performed by an Al vapor deposited film.
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