(57)【要約】      （修正有）【課題】横型構造のサイリスタを備え、製造効率を向上させることが可能な半導体装置を提供する。【解決手段】１次側リードと、１次側リードに電気的に接続された発光素子１０と、発光素子が放射する光を検知する第１の面と、第１の面とは反対側の第２の面と、を有する受光素子であって、第１の面に設けられたアノード電極３１およびカソード電極３３と、ゲート電極３５と、を有するサイリスタ型の受光素子１０を備える。さらに、アノード電極３１に電気的に接続された２次側の第１リード５ａと、カソード電極３３に電気的に接続された２次側の第２リード５ｂと、ゲート電極３５に電気的に接続された２次側の第３リード５ｃであって、受光素子１０の第２の面に接続された第３リード５ｃと、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次側リードと、
前記１次側リードに電気的に接続された発光素子と、
前記発光素子が放射する光を検知する第１の面と、前記第１の面とは反対側の第２の面と、を有する受光素子であって、前記第１の面に設けられたアノード電極およびカソード電極と、ゲート電極と、を有するサイリスタ型の受光素子と、
前記アノード電極に電気的に接続された２次側の第１リードと、
前記カソード電極に電気的に接続された２次側の第２リードと、
前記ゲート電極に電気的に接続された２次側の第３リードであって、前記受光素子の前記第２の面に接続された第３リードと、
を備えた半導体装置。
【請求項２】
前記受光素子は、
第１導電形の半導体層と、
前記半導体層の表面に選択的に設けられた第２導電形の第１の領域と、
前記第１の領域から離間して、前記半導体層の表面に選択的に設けられた第２導電形の第２の領域と、
前記第２の領域の表面に選択的に設けられた第１導電型の第３の領域と、
を有し、
前記アノード電極は、前記第１の領域および前記第３の領域の一方に接続され、
前記カソード電極は、前記第１の領域および前記第３の領域の他方に接続され、
前記ゲート電極は、前記第２の領域または前記半導体層のいずれかに接続された請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記受光素子は、前記第１の領域と前記第２の領域との間の前記半導体層、または、前記第２の領域において前記発光素子から放射された光を検知する請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記アノード電極と前記第１リードとの間、および、前記カソード電極と前記第２リードとの間は、それぞれ金属ワイヤを介して接続された請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記受光素子は、絶縁体を介して前記第３リードに接続された請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項６】
前記ゲート電極は、前記第１の面に設けられ、
前記ゲート電極と前記第３リードとの間は、金属ワイヤを介して接続された請求項５記載の半導体装置。
【請求項７】
前記発光素子および前記受光素子は、前記受光素子の前記第１の面が前記発光素子に向き合うように配置される請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項８】
前記発光素子と、前記１次側リードの前記発光素子に接続された部分と、前記受光素子と、前記第１リード、前記第２リードおよび前記第３リードのそれぞれの前記受光素子に接続された部分と、を覆う成形体をさらに備えた請求項１〜７のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項９】
前記成形体は、前記発光素子および前記受光素子を覆い前記発光素子の光を透過する透明樹脂と、前記透明樹脂を覆い前記受光素子が感度を有する波長帯の光を遮断する遮光樹脂と、を含む請求項８記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記１次側リード、前記第１リード、前記第２リードおよび前記第３リードのそれぞれは、前記成形体より延出する部分を有する請求項８または９に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施形態は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の１つであるフォトカプラは、パッケージに内蔵した発光素子と受光素子との間の光結合を介して信号を伝送する。そして、発光素子に接続された１次側リードと、受光素子に接続された２次側リードと、の間が電気的に絶縁されるため、例えば、１次側に接続された低電圧回路により、２次側の高電圧回路を制御することができる。
【０００３】
このような用途のフォトカプラでは、受光素子として、例えば、光電流でターンオンするサイリスタを用いる。サイリスタは、一般的に、表面側の電極から裏面側の電極へ電流を流す縦型（バーチカル）構造を有し、例えば、設計的に要求される４００Ｖ〜６００Ｖのせん頭順阻止電圧を満足する。しかしながら、縦型構造のサイリスタは、その製造過程に長時間の不純物拡散工程を含み、チップ完成までに長い手番を要する。このため、サイリスタの製造工程を含めたフォトカプラの全工程における製造効率を低下させる。そこで、製造手番の短い横型（ラテラル）構造のサイリスタを用いたフォトカップラが必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−５１０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
実施形態は、横型構造のサイリスタを備え、製造効率を向上させることが可能な半導体装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態に係る半導体装置は、１次側リードと、前記１次側リードに電気的に接続された発光素子と、前記発光素子が放射する光を検知する第１の面と、前記第１の面とは反対側の第２の面と、を有する受光素子であって、前記第１の面に設けられたアノード電極およびカソード電極と、ゲート電極と、を有するサイリスタ型の受光素子を備える。さらに、前記アノード電極に電気的に接続された２次側の第１リードと、前記カソード電極に電気的に接続された２次側の第２リードと、前記ゲート電極に電気的に接続された２次側の第３リードであって、前記受光素子の前記第２の面に接続された第３リードと、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態に係る半導体装置の外観を表す模式図である。
【図２】実施形態に係る半導体装置を表す模式断面図である。
【図３】実施形態に係る受光素子の実装例を表す模式図である。
【図４】実施形態に係る受光素子を表す模式断面図である。
【図５】比較例に係る受光素子の実装例を表す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、図面中の同一部分には同一番号を付してその詳しい説明は適宜省略し、異なる部分について説明する。
【０００９】
図１は、実施形態に係る半導体装置１００の外観を表す模式図である。図１（ａ）は、パッケージ（以下、成形体７）の上面を表し、図１（ｂ）および図１（ｃ）は、それぞれ成形体７の側面を表している。
【００１０】
半導体装置１００はフォトカプラであり、成形体７の内部に発光素子９と、受光素子１０と、を備える（図２参照）。発光素子９は、例えば、発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）であり、受光素子１０は、例えば、フォトサイリスタである。
【００１１】
発光素子９は、１次側リード３ａおよび３ｂに電気的に接続される。一方、受光素子１０は、２次側リード５ａ〜５ｃに電気的に接続される。図１（ａ）に示すように、１次側リード３ａ、３ｂは、成形体７の１つの側面から延出し、２次側リード５ａ〜５ｃは、その反対側の側面から延出する。
【００１２】
受光素子１０がフォトサイリスタの場合、例えば、２次側の第１リードであるリード５ａは、アノード端子であり、２次側の第２リードであるリード５ｂは、カソード端子、２次側の第３リードであるリード５ｃは、ゲート端子である。
【００１３】
図２は、半導体装置１００を表す模式断面図であり、図１（ａ）に示すII−II線に沿った断面構造を示している。
【００１４】
成形体７は、例えば、透明樹脂７ａと、透明樹脂７ａの周りに設けられた遮光樹脂７ｂと、を含む２重構造を有する。そして、成形体７は、透明樹脂７ａに封じられた発光素子９および受光素子１０を内蔵する。透明樹脂７ａは、発光素子９が放射する光を透過し、発光素子９と受光素子１０との間の光結合を可能とする。遮光樹脂７ｂは、受光素子１０が感度を有する波長帯の光を遮蔽し、受光素子１０の感度を向上させる。これにより、受光素子１０の誤動作を防ぐことができる。
【００１５】
発光素子９は、リード３ａの先端部に、例えば、導電性ペーストを介して固着される。そして、発光素子９は、金属ワイヤ２３を介してリード３ｂに電気的に接続される。１次側リード３ａ、３ｂは、発光素子９に接続され成形体７の内部に封じられる部分と、成形体７から延出する部分を有する。
【００１６】
受光素子１０は、発光素子９が放射する光を検知する第１の面１０ａと、第１の面１０ａとは反対側の第２の面１０ｂと、を有する。そして、第２の面１０ｂをリード５ｃの表面に向けて、その先端に固着される。また、受光素子１０は、金属ワイヤ２５を介して他の２次側リード５ａ、５ｂに電気的に接続される。２次側リード５ａ〜５ｃも、受光素子１０に接続され成形体７の内部に封じられる部分と、成形体７から延出する部分を有する。
【００１７】
発光素子９および受光素子１０は、例えば、受光素子１０の第１の面１０ａが発光素子９に向き合うように配置される。これにより、発光素子９と受光素子１０との間の光結合効率を向上させる。
【００１８】
半導体装置１００の製造過程では、例えば、発光素子９を実装したリードフレームと、受光素子１０を実装したリードフレームと、を組み合わせ、射出成形法を用いて透明樹脂７ａをモールドする。さらに、透明樹脂７ａの周りに遮光樹脂７ｂをモールドし、成形体７を形成する。そして、成形体７から延出する各リードを切断し、リードフレームから分離することにより半導体装置１００を完成する。
【００１９】
透明樹脂７ａには、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などを用いることができる。遮光樹脂７ｂは、例えば、カーボンなどの光吸収体を分散した黒樹脂、または、酸化チタンの粉末などの反射材を分散した白樹脂を用いることができる。さらに、透明樹脂７ａと遮光樹脂７ｂの主成分は、同じであることが好ましい。これにより、透明樹脂７ａと遮光樹脂７ｂとの間の密着度を向上させることができる。
【００２０】
図３は、実施形態に係る受光素子１０の実装例を表す模式図である。すなわち、図３（ａ）は、受光素子１０をリードフレーム５０に実装した状態を示す平面図であり、図３（ｂ）は、各リードと、受光素子１０と、の間の接続を示す断面図である。
【００２１】
図３（ａ）に示すように、受光素子１０は、例えば、絶縁体２７を介してリード５ｃの先端に設けられたマウントベッド５ｄに固着（ダイボンディング）される。受光素子１０は、アノード電極３１と、カソード電極３３と、ゲート電極３５と、をその第１の面１０ａに有する。
【００２２】
例えば、リード５ａは、金属ワイヤ２５ａを介してアノード電極３１に電気的に接続される。また、リード５ｂは、金属ワイヤ２５ｂを介してカソード電極３３に電気的に接続される。さらに、リード５ｃは、受光素子１０の第２の面１０ｂに絶縁体２７を介して接続されると共に、金属ワイヤ２５ｃを介してゲート電極３５に電気的に接続される。
【００２３】
図５は、比較例に係る受光素子１０の実装例を表している。図５（ａ）は、受光素子１０をリードフレーム６０に実装した状態を示す平面図であり、図５（ｂ）は、各リードと、受光素子１０と、の間の接続を示す断面図である。
【００２４】
図５（ａ）に示すように、リードフレーム６０は、アノード端子であるリード５ａの先端にマウントベッド５ｆを有しており、例えば、チップ裏面にアノード電極を有する縦型構造のフォトサイリスタの実装に適する。
【００２５】
このような構成のリードフレーム６０に、横型構造のフォトサイリスタである受光素子１０を実装する場合、まず、マウントベッド５ｆの上に絶縁体６３を介して受光素子１０をダイボンディングする。そして、受光素子１０のアノード電極３１を、金属ワイヤ２５ａを介してリード５ａに電気的に接続する。一方、カソード電極３３は、金属ワイヤ２５ｂを介してリード５ｂ電気的に接続する。また、ゲート電極３５は、金属ワイヤ２５ｃを介してリード５ｃに電気的に接続する。
【００２６】
図５（ｂ）に示すように、受光素子１０では、アノード電極３１は、ｎ形半導体層４１の表面に設けられたｐ形領域４３にコンタクトしている。一方、カソード電極３３は、ｐ形領域４５の表面に設けられたｎ形領域４７にコンタクトしている。ｐ形領域４５は、ｎ形半導体層４１の表面にｐ形領域４３から離間して設けられる。このように、受光素子１０は、アノード電極３１とカソード電極３３との間に、横方向に設けられたｐ／ｎ／ｐ／ｎのサイリスタ構造を有する。
【００２７】
例えば、リード５ｂを接地し、リード５ａとリード５ｂとの間に交流電圧を印加する場合を考える。リード５ａ（アノード電極３１）にプラス電圧が印加されている間は、ｐ形領域４３とｎ形半導体層４１との間のｐｎ接合は順方向であり、ｎ形半導体層４１とｐ形領域４５との間のｐｎ接合は逆方向、ｐ形領域４５とｎ形領域４７との間のｐｎ接合は順方向となる。したがって、ｎ形半導体層４１とｐ形領域４５との間のｐｎ接合によりプラス電圧が保持される。
【００２８】
一方、リード５ａにマイナス電圧が印加されている間は、ｐ形領域４３とｎ形半導体層４１との間のｐｎ接合は逆方向であり、ｎ形半導体層４１とｐ形領域４５との間のｐｎ接合は順方向、ｐ形領域４５とｎ形領域４７との間のｐｎ接合は逆方向となる。したがって、ｐ形領域４３とｎ形半導体層４１との間のｐｎ接合と、ｐ形領域４５とｎ形領域４７との間のｐｎ接合と、によりマイナス電圧を保持する。この際、リード５ａと、半導体層４１と、の間に生じる電圧差は、絶縁体６３により保持される。このため、交流電圧の尖頭値が高い場合には、絶縁体６３を厚く形成し絶縁耐圧を高くする。
【００２９】
例えば、マイナス側の尖頭値が６００Ｖの場合、絶縁体６３の厚さは１０マイクロメートル（μｍ）以上となる。このような厚い絶縁体６３を介して受光素子１０をダイボンディングすると、チップ面が傾斜し、その後のワイヤボンディングが困難になる場合がある。
【００３０】
これに対し、本実施形態では、受光素子１０は、ゲート端子であるリード５ｃの上にダイボンディングされる。したがって、リード５ａとリード５ｂとの間に印加される高電圧により半導体層４１とリード５ｃとの間に大きな電位差が生じることはなく、受光素子１０とリード５ｃとの間に設けられる絶縁体２７は、絶縁体６３よりも薄くすることができる。すなわち、ポリイミド等の厚い樹脂を介在させることなく、例えば、絶縁性の接着材を用いて、リード５ｃの上に直接ダイボンディングすることができる。これにより、製造効率を向上させることが可能となる。さらに、チップ面の傾斜が抑制され、各電極へのワイヤボンディングが容易になる。
【００３１】
次に、図４を参照して、実施形態に係る受光素子１０の構造を説明する。
【００３２】
図４に示すように、受光素子１０は、ｎ形半導体層４１と、ｎ形半導体層４１の表面に選択的に設けられたｐ形領域４３（第１の領域）と、ｐ形領域４５（第２の領域）と、を有する。ｐ形領域４３とｐ形領域４５は、相互に離間して設けられる。さらに、ｐ形領域４５の表面に選択的に設けられたｎ形領域４７（第３の領域）を有する。
【００３３】
ここで、ｎ形半導体層４１の表面は、第１の面１０ａであり、その裏面は、第２の面１０ｂである。第１の面１０ａにおいて、アノード電極３１は、ｐ形領域４３に接続され、カソード電極３３は、ｎ形領域４７に接続される。これにより、アノード電極３１とカソード電極３３との間に、ｐ／ｎ／ｐ／ｎのサイリスタ構造が設けられる。また、第１の面１０ａには、表面保護膜４９が設けられる。表面保護膜４９は、例えば、シリコン酸化膜である。図４（ａ）では、ゲート電極３５がｐ形領域４５に接続されているが、ｎ形半導体層４１に接続されも良い。
【００３４】
ｎ形半導体層４１は、例えば、シリコン基板の上に設けられたｎ形シリコン層である。また、ｎ形シリコン基板であっても良い。ｐ形領域４３および４５の深さは、例えば、数μｍであり、イオン注入を用いて形成できる。また、ｐ形不純物の熱拡散により形成するとしてもその時間は短く、製造手番を短縮することが可能である。
【００３５】
図４の受光素子１０では、第１導電形をｎ形、第２導電形をｐ形としたが、第１導電形をｐ形、第２導電形をｎ形としても良い。この場合、第１の領域に接する電極３１がカソード電極となり、第３の領域に接する電極３３がアノード電極となる。
【００３６】
受光素子１０では、例えば、ｐ形領域４５において発光素子９の放射光Ｌを検知する。この場合、光の検知とは、光の照射を受けてアノード電極３１とカソード電極３３との間のサイリスタをターンオンさせることを言う。また、ｐ形領域４３とｐ形領域４５との間のｎ形半導体層４１において放射光Ｌを検知することも可能である。
【００３７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３８】
３ａ、３ｂ、５ａ、５ｂ、５ｃ・・・リード、  ５ｄ、５ｆ・・・マウントベッド、  ７・・・成形体、  ７ａ・・・透明樹脂、  ７ｂ・・・遮光樹脂、  ９・・・発光素子、  １０・・・受光素子、  １０ａ・・・第１の面、  １０ｂ・・・第２の面、  ２３、２５、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ・・・金属ワイヤ、  ２７、６３・・・絶縁体、  ３１・・・アノード電極、  ３３・・・カソード電極、  ３５・・・ゲート電極、  ４１・・・ｎ形半導体層、  ４３、４５・・・ｐ形領域、  ４７・・・ｎ形領域、４９・・・表面保護膜、  ５０、６０・・・リードフレーム、  １００・・・半導体装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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