JP2000200893A - ホトダイオード内蔵集積回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 遮光膜と同じレベルの配線層を交差電極に利
用することで配線のクロス接続を可能とし且つ交差配線
の開口部をガス抜き孔とすることによりポリイミド樹脂
の使用を可能ならしめる。 【解決手段】ホトダイオード部分を除いてチップ表面の
大部分をアルミ配線層による遮光膜１２で被覆する。遮
光膜１２の一部を開口して交差接続部１６とし、遮光膜
１２と同じ工程で交差電極３６を形成する。ポリイミド
系樹脂からなる層間絶縁膜３５のスルーホールを介して
交差電極が下の電極配線３７ａ、３７ｃと接続して、電
極配線３７ｂとの交差配線を可能とする。下部にはダミ
ーのアイランドを配置する。交差接続部１６の開口部は
ポリイミド樹脂のガス抜き孔としての機能も併せ持つ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光信号受光用のホ
トダイオードと信号処理用の回路素子とを具備するホト
ダイオード内蔵集積回路の、特に多重反射による誤動作
防止に関する。

【０００２】

【従来の技術】赤外線などによる光信号伝達手段の受信
側、又は光ピックアップ装置の光信号読み取り装置など
では、受光用のホトダイオードをその周辺回路と共に集
積化した半導体装置が用いられるようになってきた。Ｉ
Ｃ化した装置は、個別部品でハイブリッド化したものに
比べて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有する。

【０００３】上記ホトダイオード内蔵半導体装置は、ホ
トダイオードとＮＰＮトランジスタ等とが共存するた
め、周辺回路への光入射による余分な光電流が生じない
よう、ホトダイオード部分以外の領域を入射光から遮断
する必要がある。このような遮光手段としては、半導体
集積回路の多層配線技術を利用して、最上層のアルミ配
線で前記周辺回路部分を被覆する方法が最も簡便である
（例えば特願平４ー２８７５８２号）。

【０００４】図＊にその集積回路の一例を示す。図７に
おいて、１は半導体チップ、２は遮光膜、３は電極パッ
ド、４はホトダイオード、５は回路素子である。回路素
子５の上部は遮光膜２により覆われ、ホトダイオード４
は光入射のために開口されている。電極パッド３内には
遮光膜３と短絡しないように互い違いに重なり合うよう
にして外部接続用の電極パッドが配置されている。遮光
膜２は多層配線構造の最上層の配線層からなり、遮光膜
２の下部で、遮光膜２より下層の配線層により回路素子
部５の各素子の電気的接続がなされる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、遮光膜
２が多層配線構造の最上層を占有することにより、電極
配線に利用できる配線層が少なくなる。その顕著な例が
２層配線構造であり、第２層目を遮光膜２の形成に消費
することは、第１層目の配線層だけで素子間接続を行わ
なければならないことを意味する。すると多層配線特有
のクロス接続ができなくなり、パターン設計が困難にな
ると言う欠点があった。

【０００６】単純に配線層の数を３層、４層と多くすれ
ば問題解決にはなるが、内蔵する素子数とチップサイズ
に見合った配線層の数があり、これらに対して配線層の
数を増加することは、それだけコスト高になる欠点があ
る。また、高不純物濃度の拡散領域を配線の一部として
用いることである程度のクロス配線が可能ではあるが、
配線抵抗が大きいために限界がある。

【０００７】さらに、バイポーラ型素子での層間絶縁膜
としては安価で製造が容易なポリイミド系の絶縁膜を利
用したい要求がある。しかしポリイミド絶縁膜はその後
の熱処理によりガスを発生するので、その表面を大面積
にわたってアルミ電極で被覆することができない。故に
遮光膜２のようにチップ上のほぼ全表面を被覆するよう
なアルミを形成する場合は利用できない欠点がある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記従来の課題
に鑑みなされたもので、回路素子部の一部に遮光膜を開
口した交差配線部を形成し、該交差配線部で遮光膜と同
じ配線層を利用してクロス配線を行うと共に、前記開口
を通して入射する不要光を、前記交差配線部の下部に設
けたダミーアイランドで吸収することにより他の回路素
子への悪影響をも排除したものである。

【０００９】更に、交差配線部を設けることにより、遮
光膜に開口部を設けることが必須となるので、該開口部
をポリイミド系絶縁膜のガス抜き孔として利用すること
により、チップサイズの効率化を図ると共に層間絶縁膜
としてポリイミド系樹脂を利用できるようにしたもので
ある。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に本発明の一実施の形態を図
面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の集積
回路を示す断面図、図２は平面図、図３は半導体チップ
の全体を示す平面図、図４は断面図である。先ず図３を
参照して、１１はホトダイオード素子と他の周辺回路素
子とを一体化した半導体チップ、１２はアルミ電極配線
で形成した遮光膜、１３は電極パッド部、１４はホトダ
イオード部、１５は回路素子部である。遮光膜１２は回
路素子部１５の全部を被覆し、半導体チップ１１最外周
のスクライブライン近傍まで拡張され、ホトダイオード
部４は光入射のために開口されている。電極パッド部１
３は、詳細に図示していないが、その内部にアルミ電極
配線によって外部接続用のボンディングパッドが設けら
れ、ボンディングパッドと遮光膜とが短絡しないよう、
そして半導体チップ１１表面を露出しないよう、多層配
線構造を用いて互いの端部が重なり合うようになってい
る。

【００１１】回路素子部１５にはＮＰＮトランジスタ、
抵抗などの能動素子、受動素子が多数形成されている。
これら個々の回路素子は、遮光膜１２の下部で、遮光膜
１２より下層のアルミ配線層により（遮光膜が第２層目
であれば第１層目の配線層により）周辺回路を構成すべ
く各素子間の電気的接続を行っている。そして、遮光膜
１２の一部を約３０μ×５０μの大きさで開口して交差
配線部１６を形成する。

【００１２】図４は回路素子部の代表としてのＮＰＮト
ランジスタ２１と、ホトダイオード２２とを示す断面図
である。同図において、２３はＰ型の半導体基板、２４
は基板の上にエピタキシャル成長法で形成したＮ型のエ
ピタキシャル層を分離して複数の島領域２５を形成する
Ｐ＋型の分離領域である。ホトダイオード２２は、島領
域２５をカソード、基板２１および分離領域２４をアノ
ードとして構成され、島領域２５表面にはＮ＋型のカソ
ードコンタクト領域２６を形成し、カソードコンタクト
領域２６表面にカソード電極２７を、分離領域２４表面
にはアノード電極２８を配置している。アノード電極２
８に接地電位ＧＮＤを、カソード電極２６に＋５Ｖの如
き電源電位ＶＣＣを印加することでホトダイオードＰＤ
を逆バイアスし、発生した空乏層に光信号が入射したと
きの光電流を検出するようになっている。

【００１３】ホトダイオード２２とは別の島領域２５に
は回路素子としてのＮＰＮトランジスタ２１が形成され
ている。ＮＰＮトランジスタ２１は島領域２５をコレク
タとし、島領域２５表面に形成したＰ型のベース領域２
９、ベース領域２９の表面に形成したＮ＋型エミッタ領
域３０、および島領域２５表面に形成したコレクタコン
タクト領域３１からなる。３２はＮ＋型の埋め込み層、
３３はエピタキシャル層表面を被覆する酸化膜である。
前記第１層目の電極配線でベース電極３４ａ、エミッタ
電極３４ｂ、コレクタ電極３４ｃを形成する。カソード
電極２７およびアノード電極も前記第１層目の電極配線
で形成されている。

【００１４】第１層目の電極配線の上部は、スピンオン
塗布法により形成された膜厚約２、０μのポリイミド系
の層間絶縁膜３５が被覆し、層間絶縁膜３５の表面を遮
光膜１２が被覆する。交差配線部１６の断面図が図１で
ある。図１を参照して、交差配線部１６の下部には、そ
れより大きな面積で島領域２５ａを形成しダミーのアイ
ランドとする。ダミーアイランドは、周囲のＰ＋分離領
域２４上にアノード電極２７ａを介して接地電位ＧＮＤ
を、島領域２５ａにはＮ＋コンタクト領域２６ａを介し
てカソード電極２７ａにより＋５Ｖの如き電源電位ＶＣ
Ｃを印加することで、図４のホトダイオード２２と同じ
構造のダミーのホトダイオードとする。

【００１５】交差配線部１６の開口部には、第２層目の
配線層で交差電極３６が形成され、交差電極３６が層間
絶縁膜３５のスルーホールを介して第１層目の電極配線
３７ａ、３７ｃを接続し、そして電極配線３７ｂとクロ
スしている。各絶縁膜３３、３５は透光性であり、この
半導体チップ１１は透光性の樹脂でモールドされる。ア
ルミ製の遮光膜１２は遮光性である。

【００１６】図２は交差配線部１６の拡大平面図であ
る。遮光膜１２を開口したことにより第１層目の配線層
で形成した電極配線３７ａ、３７ｂ、３７ｃが露見し、
遮光膜１２と同じく第２層目の配線層で形成した交差電
極３６が層間絶縁膜３５に形成したスルーホール３８を
介して電極配線３７ａ、３７ｃに層間接続されている。
そして、交差電極３６が電極配線３７ｂと層間絶縁膜３
５で絶縁されることにより、電極配線３７ａ、３７ｃと
電極配線３７ｂとのクロス配線が行われる。各電極配線
３７ａ、３７ｂ、３７cは絶縁膜上を延在して所望の回
路素子と接続されている。

【００１７】遮光膜に１２に交差配線部１６という開口
部を設けたことにより遮光できない光は、その下部の島
領域２３ａに入射される。入射された光は、ダミーアイ
ランドで形成したホトダイオードの空乏層、あるいは空
乏層両側のＮ型又はＰ型半導体層で光電流に変換され、
該光電流はアノード電極２７ａまたはカソード電極２８
ａに回収される。従って前記光電流が他の回路素子へ流
れ込むことによる誤動作やラッチアップを防止できる。

【００１８】交差配線部１６の開口は、層間絶縁膜３５
の表面を露出するので、素材であるポリイミド絶縁膜の
ガス抜き孔となる得る。ガス抜き孔とは、ポリイミド形
成後の熱処理、例えばアニール処理時にポリイミドから
発生するガスにより表面を被覆するアルミが前記ガスで
膨れる現象を防止するために、前記ガスの放出路を作る
ためのもので、ガス抜き孔とするためには、アルミ電極
が一定の面積（例えば５００μ×５００μ）以上で被覆
する毎に１ヶ設ける、というような設計をする。当然開
口部を通して入射する光から内部回路を保護する必要が
あり、その下部に回路素子を配置することは困難にな
る。従って、ガス抜き用の開口と交差配線部１６用の開
口とを共通にして設計することにより、余分な開口を設
ける必要が無くなる。なお、ガス抜き孔全てを交差配線
部１６にする必要は無く、交差配線が必要なければ、単
なるガス抜き孔として配置すれば良い。その場合は図１
の構造から交差用の各電極３６、３７ａ、３７ｂ、３７
ｃを除去した構成にするか、あるいは１層目電極により
遮光膜１２と同様の機能を持たせた膜を形成し、該膜が
ガス抜き孔の開口を塞ぐように配置すればよい。

【００１９】以上に説明した本発明の半導体装置によれ
ば、遮光膜１２と同じレベルのアルミ配線層を交差電極
３６として利用するので、第１層目の電極配線のクロス
接続を行うことができる。従って配線のパターン設計が
容易になる。また多層配線の層の数を増加せずに済むの
で、コストダウンが可能である。そして、交差配線部１
６の下部にダミーホトダイオードを配置することによ
り、交差配線部１６を通過した入射光を回収し、他の回
路素子へ流さないようにすることで回路素子の誤動作を
防止する。

【００２０】更に、層間絶縁膜３５としてポリイミド系
の絶縁膜を利用するので、装置を安価に製造できるし、
製造工程の簡素化を図ることもできる。そして、交差配
線部１６の開口とガス抜き孔の開口とを共通化すること
により、ガス抜き孔孔の数を減らせるので、チップサイ
ズの縮小化を図ることができる。尚、ホドダイオードＰ
Ｄ、ダミーホトダイオードＤーＰＤの構造は上記実施例
に限られるものではなく、例えば島領域２５表面にベー
ス領域２９と同じ工程でＰ型のアノード領域を拡散形成
し、該アノード領域と島領域２５とのＰＮ接合をホトダ
イオードとした構成でも良い。

【００２１】

【発明の効果】以上に説明した通り、本発明によれば遮
光膜１２と同じレベルのアルミ配線層を交差電極３６と
して利用するので、配線層の数を増やさずに第１層目の
電極配線のクロス接続が可能となる。従ってコスト減に
なる他パターン設計の自由度が増し、容易になる。ま
た、層間絶縁膜３５としてポリイミド絶縁膜を用いるこ
とにより、製造工程を簡素化しコストダウンできる。交
差配線部１６の下部にはダミーのホトダイオードを形成
することにより、不要な光入射による回路の誤動作を防
ぐことができる。

【００２２】さらに、交差配線部１６の開口部をポリイ
ミド絶縁膜のガス抜き孔として兼用する設計とすること
により、開口部の数を減らし、チップサイズの無用な肥
大化を防止できるものである。

【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】本発明を説明するための平面図である。

【図３】本発明を説明するための平面図である。

【図４】本発明を説明するための断面図である。

【図５】従来例を説明するための平面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 31/10 Ｈ０１Ｌ 31/10 Ａ Ｆターム(参考） 4M118 AA10 AB05 BA02 BA30 CA03 FC09 GA10 GB11 GB20 HA30 5F003 AP04 BA23 BH16 BJ12 BZ01 BZ05 5F033 BA12 CA02 CA05 DA05 DA35 EA29 EA34 5F049 AA02 BA10 DA15 DA20 EA03 EA06 FA05 FA12 FA17 HA10 5G435 AA00 AA17 BB04 DD10 FF13 HH14 KK07

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体チップの表面に形成した回路素子
   部及び光信号受光用のホトダイオード部と、 前記回路素子部の配線を行う電極配線と、 前記電極配線の層間絶縁を行うポリイミド系の層間絶縁
   膜と、 前記ポリイミド系層間絶縁膜の表面に前記電極配線の最
   上層で形成され、前記回路素子部の上部を被覆し前記ホ
   トダイオード部の光入射部分を開口する遮光膜と、 前記遮光膜の一部に前記遮光膜を除去して形成した、交
   差配線部と、 前記交差配線部の下部に形成したダミーのアイランド
   と、 前記交差配線部において、前記電極配線の最上層で形成
   した接続電極により交差接続する電極配線と、を具備す
   ることを特徴とするホトダイオード内蔵集積回路。
2. 【請求項２】 前記ダミーのアイランドが前記ホトダイ
   オード部の周囲を囲むことを特徴とする請求項１記載の
   ホトダイオード内蔵集積回路。
3. 【請求項３】 前記電極配線が２層構造であることを特
   徴とする請求項１記載のホトダイオード内蔵集積回路。