JP2925943B2 - ホトダイオード内蔵半導体装置 - Google Patents

ホトダイオード内蔵半導体装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光信号受光用のホトダ
イオードを内蔵した半導体装置の、不要な光入射による
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。しかし、集積回路では内部回路と外部とを接続する
ためにボンディングパッドを配置する必要があり、ボン
ディングパッドも多層配線技術によって形成するため、
ボンディングパッドと前記遮光膜との間に隙間が生じ、
この隙間から光が入射して不要な光電流を発生させてし
まう。
【０００４】そこで本願出願人は、パッド部分でも遮光
できるような構造を例えば特願平４ー２８７５８２号に
提案している。図４、図５にその半導体装置を示す。図
４はパッド部分を示す平面図、図５はそのＡＡ線断面
図、図６はＢＢ線断面図である。同図において、１０は
ボンディングパッド、１１はボンディングパッドの拡張
部、１２は遮光膜、１３は第２の遮光膜を各々示す。ボ
ンディングパッド１０は第１、第２、及び第３層のアル
ミ配線層１４、１５、１６を順次積層して形成してお
り、第２のアルミ配線層１５を周囲に拡張することによ
りボンディングパッド１０の拡張部１１を形成してい
る。第２の遮光膜１３はボンディングパッド１０とボン
ディングパッド１０との間にボンディングパッド１０の
拡張部１１と重なるように配置され、拡張部１１とは第
１の層間絶縁膜１７によって絶縁されている。同じく第
３のアルミ配線層１６から成る遮光膜１２はボンディン
グパッド１０の拡張部１１と重なるように配置され、拡
張部１１とは第２の層間絶縁膜１８によって絶縁されて
いる。このように、層間絶縁を利用して複数の配線層を
重ね合わせることにより、シリコン基板表面の全てを遮
光性のアルミ配線層で覆うものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
構造ですら、チップの上方から垂直方向に入射する光に
対しては有効であるが、チップの側面から斜め方向に入
射する光（図６符号１９）に対しては全くの無防備であ
る。即ち、チップの側面（ダイシングによって切断され
た切断面）から基板に入射する光１９に対しては遮光膜
１２、１３は何の遮光効果もなく、そのため入射した光
によって発生した光電流により回路が誤動作するという
欠点があった。ウェハ工程を全て終了してからダイシン
グ工程に移行するので、チップの側面に遮光膜を設ける
ことは技術的に不可能である。
【０００６】
【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、チップの周辺部分にダミーのホ
トダイオードを形成することにより、チップ側面から斜
め方向の光入射に対しても内部回路を保護できるホトダ
イオード内蔵半導体装置を提供するものである。
【０００７】
【作用】本発明によれば、チップの側面から入射した光
により発生した光電流の大部分はダミーのホトダイオー
ドの光電流となるので、この光電流をＧＮＤ又はＶＣＣ
電位に流すことにより、余分な光電流から内部回路を保
護できる。
【０００８】
【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は本発明の半導体装置のチップ
周辺部分を示す平面図、図２は図１のＡＡ線断面図、図
３はＢＢ線断面図である。図１において、２０は半導体
チップ、２１は外部接続用のボンディングパッド、２２
はアルミ配線層から成る遮光膜、２３はＰ＋型高濃度分
離領域、２４は高濃度分離領域２３によりチップ２０の
周囲の全周を囲むように形成したダミーアイランド、２
５はダミーアイランド２４の表面に形成したＮ＋型のカ
ソード低抵抗領域である。遮光膜２２は図示せぬ受光用
のホトダイオード本体部分を除いて半導体チップ２０の
表面を被覆する。遮光膜２２の端はダイシングラインの
近傍まで延長されてダミーアイランド２４の上部をも被
覆する。ボンディングパッド２１が位置する部分では、
ボンディングパッド２１の近傍で終端する。ダミーアイ
ランド２４はチップ２０の周囲を取り囲むと共に連続し
てボンディングパッド２１の各々の外側を取り囲み、ボ
ンディングパッド２１と遮光膜２２との間にも延在させ
る。カソード低抵抗領域２５はダミーアイランド２４に
沿ってチップ２０の周囲を囲み、図示せぬ部分でアルミ
電極によりＶＣＣ電位が印可される。尚、ボンディング
パッド２１の下部には電気的に他とは独立したアイラン
ドを形成している。カソード低抵抗領域２５はボンディ
ングパッド２１とボンディングパッド２１との間にも延
在させる。
【０００９】図２、図３において、半導体チップ２０は
Ｐ型の半導体基板２６とその上に形成したＮ＋型のエピ
タキシャル層２７を具備する。そのエピタキシャル層２
７をＰ＋型分離領域２３によって電気的に分離してダミ
ーアイランド２４を形成する。ダミーアイランド２４の
基板２６とエピタキシャル層２７との間にはＮ＋型の埋
め込み層を有する。この埋め込み層は無くても良い。
【００１０】エピタキシャル層２７の表面はシリコン酸
化膜２８で被覆される。シリコン酸化膜８の上にボンデ
ィングパッド２１の第１層目２９を形成する。第１層目
２９の上に第１の層間絶縁膜３０を形成し、第１の層間
絶縁膜３０にスルーホールを設けてボンディングパッド
２１の第１層目２９の上に第２層目３１を形成する。同
じく第２層目の上に第２の層間絶縁膜３２を形成し、第
２の層間絶縁膜３２にスルーホールを設けてボンディン
グパッド２１の第２層目３１の上に第３層目３３を形成
する。第３層目３３の上には第３の絶縁膜３４を形成し
てフィアナルパッシベーションとし、ワイヤボンディン
グ用にボンディングパッド２１の部分を開口する。第
１、第２および第３の層間絶縁膜３０、３２、３４はＣ
ＶＤ法によるシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、または
ポリイミド系の絶縁膜である。
【００１１】チップ２０の内部にはダミーアイランド２
４と同様の多数のアイランドを有し、これらのアイラン
ドに回路素子の各々とホトダイオード本体を形成する。
前記回路素子とホトダイオード本体等とは図示せぬアル
ミ配線で相互接続している。前記アルミ多層配線の第１
層目と第２層目とにより前記相互接続を行い、アルミ配
線の第３層目により、前記ホトダイオード本体を除くチ
ップの大部分を被覆する遮光膜２２を第２の層間絶縁膜
３２の上に形成する。
【００１２】ダミーのホトダイオードはダミーアイラン
ド２４のＮ型エピタキシャル層２７と周囲のＰ型分離領
域またはＮ型エピタキシャル層２７とＰ型半導体基板２
６とのＰＮ接合で形成する。そして、かかる半導体装置
が動作状態にあるときは、Ｐ型半導体基板２６に接地電
位ＧＮＤを、カソード低抵抗領域２５には電源電位ＶＣ
Ｃを各々印可する。このバイアス電位印可により、前記
ＰＮ接合に空乏層が形成され、光入射によって光電流を
発生させるダミーのホトダイオードとなる。
【００１３】そして、ダイシングライン３５で個々に分
離された半導体チップ２０はリードフレーム上に固定さ
れ、ホトダイオード本体が受光すべき波長（例えば、９
００ｎｍ）の光信号を透過する樹脂にて封止する。尚、
図３においてダイシングライン３５からダミーアイラン
ド２４の分離領域２３までの距離は約６０〜８０μであ
る。
【００１４】以上に説明した本発明の半導体装置によれ
ば、チップ２０の周辺部分をダミーのホトダイオードＰ
Ｄで取り囲んだので、チップ２０の側面から斜め方向に
入射した光（図２図示矢印）の大部分（８０％以上）は
ダミーのホトダイオードのカソード領域（ダミーアイラ
ンド２４のＮ型層）か、又はダミーのホトダイオードの
のアノード領域（高濃度分離領域２３とダミーアイラン
ド２４下部の半導体基板２６）で吸収される。それによ
って生成されたキャリァの殆どはダミーのホトダイオー
ドの光電流となり、この光電流は半導体基板に接続され
たＧＮＤ電位又はカソード低抵抗領域に接続されたＶＣ
Ｃ電位に流れる。よってダミーアイランド２４より内側
の活性部分には光の影響が殆ど及ばないので、前記活性
部分に形成した回路素子又はホトダイオード本体への悪
影響を除去できる。
【００１５】また、ボンディングパッド２１遮光膜２２
との隙間から垂直方向又は斜め方向に入射する光に対し
ても、その大部分をダミーのホトダイオードが吸収する
ので、内部回路への光の影響を除去できる。よって従来
例で記載した、ボンディングパッドの拡張部１１等を形
成せずに済むので、ボンディングパッド２１部分の構成
を簡素化でき、ボンディングパッド２１の配置ピッチを
狭めることが出来る。尚、本実施例は３層配線構造で説
明したが、２層配線構造、４層配線構造にも土応用に適
用できることは明らかである。
【００１６】
【発明の効果】以上に説明した通り、本発明によればチ
ップ２０の外周部分から斜め方向に入射した光の大部分
は周辺部分に形成したダミーのホトダイオードの光電流
となるので、内部回路には光が到達しない。よって内部
回路を余分な光入射による誤動作から保護することが出
来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を説明するための平面図である。
【図２】本発明を説明するための断面図である。
【図３】本発明を説明するための断面図である。
【図４】従来例を説明するための平面図である。
【図５】従来例を説明するための断面図である。
【図６】従来例を説明するための断面図である。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一つの半導体チップに光信号用のホトダ
    イオードとその周辺回路とを集積化し、前記半導体チッ
    プの周辺部分に外部接続用のボンディングパッドを配置
    したホトダイオード内蔵半導体装置において、 外部接続用のボンディングパッドとは間隔を隔てて、前
    記周辺回路の上部を電極材料による遮光膜で被覆し、 前記半導体チップの周辺部に、半導体基板と高濃度分離
    領域とで囲まれたダミーアイランドを設け、 前記ダミーアイランドと前記半導体基板、又は前記ダミ
    ーアイランドと前記高濃度分離領域とのＰＮ接合をダミ
    ーホトダイオードとし、 前記ダミーアイランドが前記ボンディングパッドを取り
    囲んで前記ボンディングパッドと前記遮光膜との隙間に
    も配置されていることを特徴とするホトダイオード内蔵
    半導体装置。
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