JPH1065134A - 光半導体集積回路 - Google Patents

光半導体集積回路

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JPH1065134A
JPH1065134A JP8217427A JP21742796A JPH1065134A JP H1065134 A JPH1065134 A JP H1065134A JP 8217427 A JP8217427 A JP 8217427A JP 21742796 A JP21742796 A JP 21742796A JP H1065134 A JPH1065134 A JP H1065134A
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JP
Japan
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light
shielding film
photodiode
dummy
contact
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Application number
JP8217427A
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English (en)
Inventor
Tsuyoshi Takahashi
強 高橋
Satoshi Kaneko
智 金子
Toshiyuki Okoda
敏幸 大古田
Osamu Shiroma
修 城間
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 フォトダイオード本体に隣接してダミーアイ
ランドを配置しその上にポリイミド樹脂のガス抜き孔を
配置することにより、ポリイミド樹脂の使用を可能とし
且つガス抜き孔からの光の侵入による誤動作を防止す
る。 【解決手段】フォトダイオード23,24,25に隣接
して、ダミーアイランド27を配置する。また半導体チ
ップ上部をアルミ配線層による遮光膜22で被覆する。
フォトダイオード23,24,25上部にの遮光膜22
に光信号入射用の開口部を、ダミーアイランド27上に
はポリイミド樹脂のガス抜き孔28を配置する。ダミー
アイランド27を逆バイアスしてダミーのフォトダイオ
ードとし、ガス抜き孔28から侵入する光により発生す
る光電流は、コンタクト29の近傍にガス抜き孔を配置
することにより吸収して内部回路に到達しない構造とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光信号受光用のフ
ォトダイオードと信号処理用の回路素子とを具備し層間
絶縁膜としてポリイミド系の樹脂を用いたフォトダイオ
ード内蔵型の光集積回路に関するものである。
【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、受光用のフォ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。
IC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】上記フォトダイオード内蔵半導体装置は、
フォトダイオードと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、フォ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3にその集積回路の一例を示す。図3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はフォトダイオード、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、フォトダイオー
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。
【0005】図4に部分断面図を示す。図4において、
6はP型の半導体基板、7はエピタキシャル層をP+分
離領域8で分離して形成したN型の島領域、9は回路素
子として島領域7の一つに形成したNPNトランジス
タ、10は絶縁膜である。フォトダイオード4は島領域
7をカソード、基板6と分離領域8をアノードとし、島
領域7表面にはN+型のカソードコンタクト領域11を
設けている。この集積回路は全体として2層の多層配線
構造を採用しており、遮光膜2は2層目のアルミ配線層
からなり、遮光膜2の下部で、1層目の配線層によりカ
ソード電極12や、回路素子5の各素子の電気的接続用
の配線が形成されている。NPNトランジスタ9は、コ
レクタとなる島領域7の表面にP型のベース領域13と
N+型のエミッタ領域14を形成したものである。15
はN+型のコレクタコンタクト領域、16はN+埋め込
み層である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、外部か
ら入射する光は、基板に対して垂直に入射するばかりで
なく、斜め方向からも入射する。また、光はシリコン表
面を通過するばかりでなく、反射率の異なる部分(シリ
コンとシリコン酸化膜との界面など)で反射を生じる。
そのため図5に示すように、斜めに入射した光17が遮
光膜2の裏面側とシリコン表面で反射され、これが複数
回繰り返されて(多重反射と称する)、フォトダイオー
ド以外の領域に侵入する事がある。侵入した光がシリコ
ン内部に達すれば望まない光電流が発生し、これが回路
素子5の誤動作を招く欠点があった。
【0007】また、多層配線の層間絶縁膜として安価な
ポリイミド系樹脂を用いたい要望がある。しかしポリイ
ミド系樹脂は表面を一定面積以上のアルミで被覆する
と、加熱時に樹脂から発生するガスによりアルミが膨れ
る現象がある。そのためアルミ電極が大面積で覆う場合
は一定面積毎にガス抜き用の孔を配置する必要があり、
この孔から光が漏れるので層間絶縁膜として利用できな
い欠点があった。
【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、NまたはI型のダミーアイラン
ドを逆バイアスとするコンタクト孔が必要であり、この
コンタクト部分を積極的に活用するもので、平面的に見
てこのコンタクト孔のそばにガス抜き孔を設ければ、ガ
ス抜き孔からから漏れる光により発生するキャリアは、
このコンタクト部分の近傍で発生するため、瞬時にコン
タクト部分から吸収され、外部への影響を抑制すること
ができる。
【0009】また、ポリイミド絶縁膜のガス抜き孔を前
記ダミーアイランド上に配置することにより、占有面積
を増大することなく層間絶縁膜としてポリイミド系樹脂
を用いることができる構造を提案するものである。
【0010】
【発明の実施の形態】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は本発明の光集積回
路を示す断面図である。図1を参照して、21は半導体
チップ、22は半導体チップ21のほぼ全表面を被覆す
る遮光膜で、図面上に全面に覆われていては図面では現
れて来ないため、ガス抜き孔の部分のみ示して有る。2
3,24,25はフォトダイオード、26はフォトダイ
オード22,24,25の周囲を取り囲む分離領域、2
7はフォトダイオード22,24,25の周囲を取り囲
む分離領域を更に囲むダミーアイランド、28はダミー
アイランド27上部の遮光膜22に形成したガス抜き
孔、29はダミーアイランド27と隣接分離領域を逆バ
イアスとするためのコンタクト孔である。また30はフ
ォトダイオード23,25のカソード領域とコンタクト
する1層目のカソード電極で、31は、フォトダイオー
ド24のカソード電極である。回路素子は図示していな
いが、ダミーアイランド27の周囲の分離領域32の外
側に配置している。
【0011】中央のフォトダイオード24は、ビームス
ポットが照射され位置ズレを検知し、両側のフォトダイ
オード23,25はトラッキング用に用いられるもので
ある。ここでは図示しなかったが、フォトダイオード2
3,24,25の受光部に対応する遮光膜22の部分は
開口されている。
【0012】図2は図1のA−A線断面図である。41
はP型の半導体基板、42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43乃至48に形成するP+型の分離領域で
ある。フォトダイオード23,25は、島領域44,4
7をカソード、基板41および分離領域42をアノード
として構成している。島領域表面にはN+型のカソード
コンタクト領域(図1では×印で示した部分)を形成
し、カソードコンタクト領域表面にカソード電極30を
配置し、カソード電極30は内部回路の信号入力端子に
接続されている。
【0013】島領域を区画する分離領域42の表面には
アノード電極49を配置してアノードに接地電位(GN
D)を印加している。またフォトダイオード24も同様
に、×で示した部分にN+型のカソードコンタクト領域
が形成され、ここからカソード電極31が延在されてい
る。フォトダイオードと別の島領域には回路素子として
受動素子、能動素子が形成されている。一例としてはN
PNトランジスタ等が形成されている。NPNトランジ
スタ等の回路素子と、フォトダイオード23,25との
間にはダミーアイランド27を配置する。ダミーアイラ
ンド27は素子形成用の島領域と同じくエピタキシャル
層を分離領域42により分離した領域である。そしてダ
ミーアイランド27の表面にカソード領域50を形成
し、該カソード領域50のカソード電極51に+5Vの
如き逆バイアスとなる電源電位(VCC)を印加して、
ダミーアイランド27をカソード、基板41と分離領域
42をアノードとするダミーのフォトダイオードを構成
する。
【0014】エピタキシャル層表面はシリコン酸化膜5
2で被覆されており、その表面をアルミニウム電極が延
在して各回路素子を電気的に接続し、集積回路網を構成
している。この例では2層配線構造を採用している。2
層配線構造の内、上層(2層目)の電極層は酸化膜上の
ほぼ全面を被覆して遮光膜52を形成する。第1層目の
電極配線と第2層目の電極配線(遮光膜22)とはポリ
イミド系の樹脂からなる層間絶縁膜53で層間絶縁す
る。遮光膜22のうち、フォトダイオードの上部は光信
号入射のためにフォトダイオードを構成する島領域の大
きさと同程度の大きさで開口している。更に、遮光膜2
2のうちダミーアイランド27の上部には、4μ×4μ
程度の大きさの、層間絶縁膜として用いたポリイミド系
樹脂のガス抜き用の孔28を形成している。
【0015】図2於いて、遮光膜22の配置されている
ことが判るように、ここの部分だけ斜視図形式で図示し
た。つまりフォトダイオードの部分に対応する部分が開
口され、ガス抜き孔の部分も開口されていることが判
る。本発明の特徴は、遮光膜に設けるガス抜き孔28を
コンタクト29の近傍に設けることにある。
【0016】例えば、仮に、ダミーアイランド27内に
光が入射されれば、ダミーアイランドが形成するダミー
のフォトダイオードの光電流として捕獲され、アノード
電極49とカソード電極51間の光電流となるので内部
回路へ流出することはない。このことはガス抜き孔を介
してダミーアイランドへ侵入する光も同様のことが言え
るが、ガス抜き孔の位置により問題が発生する。例えば
図1の点Bで示した位置にガス抜き孔を設けた場合と符
号28に設けた場合では、発生する光電流にどの様な差
が生じるか、考えてみる。当然ガス抜き孔のサイズは同
じとする。
【0017】ここのダミーアイランド27は、一例とし
てN型が採用されている。仮にBから発生する光電流の
一部、つまり電子は、マイナスであるのでGNDに固定
されたP+型の分離領域やGNDに固定されたP+型の
半導体基板に反発し、またコンタクトの部分はVCCに
固定されているので、右のコンタクト29や紙面に対し
て下の方向にあるコンタクトに向かって移動してゆく。
しかしこの間のパスが長いために一部のものは、フォト
ダイオードや外側の演算回路を構成する素子へ影響を与
える。
【0018】従って、コンタクト29の近傍であれば、
いわゆる抵抗分が減り、ガス抜き孔28に対応するアイ
ランドおよびその近傍で電子が発生しても、電子がフラ
フラすることなく瞬時で吸収される。また電子と一緒に
発生するホールは、再結合したり、また隣接の分離領域
や基板に吸収される。図2では、カソード電極51が設
けられ、このカソード電極が遮光膜52(22)とコン
タクトしているが、遮光膜が直接ダミーアイランドにコ
ンタクトしても良い。従って、図1で示したコンタクト
29は、カソード電極のコンタクトでもあるし、或いは
遮光膜のコンタクトでもある。
【0019】
【発明の効果】以上に説明した通り、ポリイミド絶縁膜
のガス抜き孔を前記ダミーアイランド上に配置すること
により、占有面積を増大することなく層間絶縁膜として
ポリイミド系樹脂を用いることができる。またダミーア
イランドを逆バイアスとするためコンタクト孔が必要で
あり、平面的に見てこのコンタクト孔のそばにガス抜き
孔を設ければ、ガス抜き孔からから漏れる光により発生
する光電流(ここでは電子)は、このコンタクト部分の
近傍で発生するため、瞬時にコンタクト部分から吸収さ
れ、外部への影響を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を説明するための平面図で
ある。
【図2】図1のA−A線部分の概略断面図である。
【図3】従来の光素子を説明する光半導体集積回路の平
面図である。
【図4】図3の断面図である。
【図5】従来例を説明するための拡大断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 城間 修 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体チップの一部に形成したフォトダ
    イオードと、前記半導体チップの他の部分に形成した回
    路素子と、前記フォトダイオードに隣接して、前記回路
    素子との間に形成したダミーアイランドと、前記回路素
    子の素子間接続を行う電極配線層と、前記電極配線層の
    上を被覆するポリイミド系の層間絶縁膜と、表面で前記
    回路素子上部および前記ダミーアイランド上部の前記層
    間絶縁膜表面を被覆する遮光膜と、前記フォトダイオー
    ド上部に形成した光入射用の前記遮光膜の開口部と、前
    記ダミーアイランド上部に形成した前記遮光膜のガス抜
    き孔とを有する光半導体集積回路に於いて、 前記ダミーアイランドと隣接する分離領域とが逆バイア
    スされるように、前記ダミーアイランドに所定の電圧を
    与えるコンタクト孔が設けられ、前記遮光膜のガス抜き
    孔は、平面的に見て前記コンタクト孔と近接して設けら
    れることを特徴とした光半導体集積回路。
  2. 【請求項2】 半導体チップの一部に形成したフォトダ
    イオードと、前記半導体チップの他の部分に形成した回
    路素子と、前記フォトダイオードに隣接して、前記回路
    素子との間に形成したダミーアイランドと、前記回路素
    子の素子間接続を行う電極配線層と、前記電極配線層の
    上を被覆するポリイミド系の層間絶縁膜と、表面で前記
    回路素子上部および前記ダミーアイランド上部の前記層
    間絶縁膜表面を被覆する遮光膜と、前記フォトダイオー
    ド上部に形成した光入射用の前記遮光膜の開口部と、前
    記ダミーアイランド上部に形成した前記遮光膜のガス抜
    き孔とを有する光半導体集積回路に於いて、 前記ダミーアイランドとコンタクトし、前記電極配線層
    と同層で形成されたコンタクト電極は、前記層間絶縁膜
    を介して前記遮光膜とコンタクトし、前記ダミーアイラ
    ンドと隣接する分離領域は逆バイアスされ、前記遮光膜
    のガス抜き孔は、平面的に見て前記コンタクト電極のコ
    ンタクト孔と近接して設けることを特徴とした光半導体
    集積回路。
JP8217427A 1996-08-19 1996-08-19 光半導体集積回路 Pending JPH1065134A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100393175C (zh) * 1999-10-04 2008-06-04 三洋电机株式会社 半导体装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100393175C (zh) * 1999-10-04 2008-06-04 三洋电机株式会社 半导体装置

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