(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に露出したコレクタ領域とベース電極との接触によりベース・コレクタ間にショットキーバリアダイオードを形成してなるフォトトランジスタにおいて、
前記ベース電極の略全周囲近傍をエミッタ電位の金属層にて取り囲んでなることを特徴とするフォトトランジスタ。
【請求項２】
前記表面に露出したコレクタ領域を複数のコレクタ領域部に分割するとともに、前記ベース電極を前記複数のコレクタ領域部に対応する複数のベース電極部に分割し、該各ベース電極部の略全周囲近傍を前記金属層にて取り囲んでなることを特徴とする請求項１記載のフォトトランジスタ。
【請求項３】
前記ベース電極と前記金属層との間隔を３０〜１００μｍとしたことを特徴とする請求項１又は２記載のフォトトランジスタ。
【請求項４】
前記ベース電極と金属層とは同一金属材料から成ることを特徴とする請求項１、２又は３記載のフォトトランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトトランジスタに関し、特に光励起スイッチング素子として有用なショットキーバリアダイオード内蔵のフォトトランジスタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
フォトトランジスタは、しばしばスイッチング素子として使用される。すなわち、光励起によりベース・コレクタ間に内蔵されるフォトダイオードに光電流を発生させ、この電流によりトランジスタをスイッチング動作させる。
【０００３】
通常のスイッチングトランジスタの場合、ＯＦＦ時にベース・エミッタ間をショート若しくは逆バイアスすることによりトランジスタのスイッチング時間の内、蓄積時間の短縮を行っているが、フォトトランジスタの場合、通常のスイッチングトランジスタの場合に比べ、この蓄積時間が著しく長くなっていた。
【０００４】
また、フォトトランジスタのベース電極は、通常オープンであるため、例えばフォトカプラへの搭載時にフォトトランジスタとＬＥＤチップ（以下、単に「ＬＥＤ」と称す。）との間で電磁的なノイズの影響を受けやすくなっていた。
【０００５】
このうち、蓄積時間の短縮を図るため、図６の等価回路に示すように、フォトトランジスタのベース・コレクタ間をショットキーバリアダイオード２１によって接続する技術が、特開平６−５９０３号公報、特開平７−７９０１０号公報にて開示されている。これは、ベース電極と半導体基板のコレクタ領域とを直接接触してショットキーバリアダイオードを形成し、ベースからコレクタへのキャリア注入を防止して、蓄積時間を短縮するものである。図中、２２はフォトダイオードであり、２３はトランジスタである。
【０００６】
ところが、ショットキーバリアダイオードをフォトトランジスタに内蔵して有効に動作させる場合、ショットキーバリアダイオードはチップパターンにかかわらず、ある定量以上の面積を必要とする。
【０００７】
つまり、ショットキーバリアダイオードは、ベース電極と半導体基板のコレクタ領域との接触部分で形成されるため、ベース電極の面積は必然的に通常のフォトトランジスタに比べてかなり大きくなっており、ショットキーバリアダイオードを内蔵しないフォトトランジスタに比べて余計に電磁ノイズの影響を受けやすく、例えばフォトカプラ搭載時の同相信号除去比：ＣＭＲ（Ｃｏｍｍｏｎ  Ｍｏｄｅ  Ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ）特性が劣化することとなった。
【０００８】
そこで、図７に示すように、ショットキーバリアダイオード内蔵のフォトトランジスタにおいて、ベース拡散領域（ベース拡散層３２）周囲に金属ガードリング３７を形成し、該金属ガードリング３７をエミッタ電極３５に電気的接続させてエミッタ電位とすることで、当該フォトトランジスタの例えばフォトカプラ搭載時にベース電極３６をシールドして当該ベース電極３６に入るノイズを除去し、ＣＭＲ特性を向上するものがある。なお、図中、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ´断面図である。
【０００９】
図７において、３１はコレクタ層を構成するＮ型の半導体基板であり、３２はＮ型半導体基板３１の上面に形成されたＰ型のベース拡散層であり、３３はベース拡散層３２の上面に形成されたＮ＋型のエミッタ拡散層であり、３４は各層３１、３２、３３の上面を絶縁するようにして設けられた酸化膜であり、３５はエミッタ拡散層３３の上面の一部の酸化膜３４を除去して当該エミッタ拡散層３３上に設けられたエミッタ電極であり、３１ａはベース拡散層３２の上面に半導体基板３１の一部が島状に露出した露出領域（ショットキーコンタクト部）であり、３６は半導体基板３１の露出領域３１ａとその周囲近傍のベース拡散層３２上面の一部の酸化膜３４とを除去して当該露出領域３１ａとその周囲近傍のベース拡散層３２上面の一部上に設けられたベース電極であり、３７は酸化膜３４上に設けられベース拡散層３２を取り囲むとともにエミッタ電極３５との電気的接続によりエミッタ電位を有する金属ガードリングであり、３８は前記半導体基板３１の下面に設けられたコレクタ電極であり、３９は前記半導体基板３１の上面の外周部に設けらたチャンネルストッパーである。
【００１０】
該フォトトランジスタは、コレクタ層３１をカソード、ベース拡散層３２をアノードとし、両層３１、３２のＰＮ接合を光感接合としてフォトダイオードが形成され、またコレクタ層３１、ベース拡散層３２、エミッタ拡散層３３をそれぞれコレクタＣ、ベースＢ、エミッタＥとしてＮＰＮトランジスタが形成される。そして、前記フォトダイオードに入射した光をＰＮ接合で光電流に変換し、変換により得られた光電流によりＮＰＮトランジスタをスイッチング動作させるものである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図７に示すショットキーバリアダイオード内蔵のフォトトランジスタは、エミッタ電位の金属層にてベース電極３６を取り囲んではいるものの、そのほとんどがベース電極３６の周囲近傍に配置されておらず、離れた位置に配置されており、十分なシールド効果を得ることができず、依然として例えばフォトカプラ搭載時のＣＭＲ特性が劣化していた。
【００１２】
本発明は、上記課題に鑑み、ベース電極の略全周囲近傍をエミッタ電位の金属層にて取り囲むことによって、例えばフォトカプラ搭載時のＣＭＲ特性の向上が図れるフォトダイオードの提供を目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１記載のフォトトランジスタは、表面に露出したコレクタ領域とベース電極との接触によりベース・コレクタ間にショットキーバリアダイオードを形成してなるフォトトランジスタにおいて、前記ベース電極の略全周囲近傍をエミッタ電位の金属層にて取り囲んでなることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の請求項２記載のフォトトランジスタは、請求項１記載のフォトトランジスタにおいて、前記表面に露出したコレクタ領域を複数のコレクタ領域部に分割するとともに、前記ベース電極を前記複数のコレクタ領域部に対応する複数のベース電極部に分割し、該各ベース電極部の略全周囲近傍を前記金属層にて取り囲んでなることを特徴とするものである。
【００１５】
さらに、本発明の請求項３記載のフォトトランジスタは、請求項１、又は２記載のフォトトランジスタにおいて、前記ベース電極と前記金属層との間隔を３０〜１００μｍとしたことを特徴とするものである。
【００１６】
加えて、本発明の請求項４記載のフォトトランジスタは、請求項１、２又は３記載のフォトトランジスタにおいて、前記ベース電極と前記金属層とは同一金属材料から成ることを特徴とするものである。
【００１７】
上記構成によれば、本発明の請求項１記載のフォトトランジスタは、ベース電極の略全周囲近傍をエミッタ電位の金属層にて取り囲んでなるので、例えばフォトカプラへの搭載時に、入出力間に急峻な電圧が印加された場合、ＬＥＤとフォトトランジスタのエミッタ電位の金属層との間に電気力線が発生し、該電気力線によって前記ベース電極がシールドされ、当該ベース電極に余分なノイズが入りにくくなる。
【００１８】
また、本発明の請求項２記載のフォトトランジスタは、請求項１記載のフォトトランジスタにおいて、前記表面に露出したコレクタ領域を複数のコレクタ領域部に分割するとともに、前記ベース電極を前記複数のコレクタ領域部に対応する複数のベース電極部に分割し、該各ベース電極部の略全周囲近傍を前記金属層にて取り囲んでなるので、前記金属層によるシールド効果をより良くすることができ、ベース電極に余分なノイズがさらに入りにくくなる。
【００１９】
さらに、本発明の請求項３記載のフォトトランジスタは、請求項１又は２記載のフォトトランジスタにおいて、前記ベース電極と金属層との間隔を３０〜１００μｍとしたので、適切な静電耐圧値及びベース電極のシールド効果が得られる。
【００２０】
加えて、本発明の請求項５記載のフォトトランジスタは、請求項１、２又は３記載のフォトトランジスタにおいて、前記ベース電極と金属層とを同一金属としたので、これらを同時に形成できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態にかかるフォトトランジスタについて、図面とともに説明する。
【００２２】
図１は本発明の一実施の形態にかかるフォトトランジスタであり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ´断面図である。
【００２３】
図１において、１はコレクタ層（ショットキーバリアダイオードカソード層）を構成するＮ型の半導体基板である。該半導体基板１の上面には、イオン注入法等によりボロン等のＰ型不純物を選択的に注入し、Ｐ型のベース拡散層２を形成する。このとき、ベース拡散層２によって取り囲まれてコレクタ層１の一部が表面に島状に露出した露出領域（ショットキーコンタクト部）１１が形成される。
【００２４】
続いて、選択的にリン等のＮ型不純物を熱拡散することで、ベース拡散層２の上面にエミッタ拡散層３、半導体基板１の外周部にチャンネルストッパー４が同時に形成される。
【００２５】
次に、各層１、２、３の上面に絶縁のための酸化膜（詳細には熱酸化膜）５を形成し、この後前記エミッタ拡散層３上面の一部の酸化膜５と、半導体基板１の露出領域１１とその全周囲近傍のベース拡散層２上面の一部の酸化膜５とを取り除き、該酸化膜５の除去部分とともに酸化膜５の略全表面上にＡｌ等の金属材料を蒸着する。
【００２６】
そして、該金属材料を選択的にエッチングして熱処理を行うことで、酸化膜５が除去された露出領域１１及びその全周囲近傍のベース拡散層２の一部とこれらの全周囲の酸化膜５との上面にベース電極（ショットキーバリアダイオードアノード層）６が形成され、酸化膜５が除去されたエミッタ拡散層３とその全周囲の酸化膜５との上面にエミッタ電極７が形成され、酸化膜５の全外周部上面に金属ガードリング８が形成され、前記ベース電極６に近接する酸化膜５上面に金属シールド配線９が形成される。ここで、前記エミッタ電極７と前記金属ガードリング８及び金属シールド配線９とが電気的に接続され、前記エミッタ電極７と金属ガードリング８の一部と金属シールド配線９とによって、前記ベース電極６の略全周囲近傍を取り囲むエミッタ電位の金属層を構成する。従って、ベース電極６とエミッタ電極７と金属ガードリング８と金属シールド配線９とはＡｌ等の同一金属材料で構成され、且つ、同一工程で形成されることとなる。
なお、１０は半導体基板１の下面に設けられたコレクタ電極である。
【００２７】
該フォトトランジスタは、コレクタ層１をカソード、ベース拡散層２をアノードとし、両層１、２のＰＮ接合を光感接合としてフォトダイオードが形成され、またコレクタ層１、ベース拡散層２、エミッタ拡散層３をそれぞれコレクタＣ、ベースＢ、エミッタＥとしてＮＰＮトランジスタが形成される。そして、前記フォトダイオードに入射した光をＰＮ接合で光電流に変換し、変換により得られた光電流によりＮＰＮトランジスタをスイッチング動作させるものである。
【００２８】
上記構成からなるフォトトランジスタによれば、例えばフォトカプラへの搭載時に入出力間に急峻な電圧が印可された場合、図２に示すように、フォトトランジスタのエミッタ電位の金属層（エミッタ電極７、金属ガードリング８、金属シールド配線９）からＬＥＤ１２側に電気力線１３が発生する。このエミッタ電位の金属層７、８、９は、ベース電極６の全周囲近傍に配設されているので、前記電気力線１２がベース電極６のシールドとなり、電磁的なノイズからベース電極６を保護する。なお、図において１４は前記ＬＥＤ１２を載置したリードフレームである。
【００２９】
図３は上記フォトトランジスタを搭載したフォトカプラのＣＭＲ特性の測定回路である。
【００３０】
図４は上記フォトトランジスタを搭載したフォトカプラのＣＭＲ特性の測定結果であり、図３に示す測定回路において例えばＶｃｃ＝９Ｖ、ＲＬ＝４７０Ω、ＶＣＭ＝１．５ｋＶに設定し、ｄｖ／ｄｔ＝１０ｋＶ／μｓｅｃとした際のｄｖ／ｄｔ印加後のＶｎｐの測定結果を示す図である。
【００３１】
このように、上記構成からなるフォトトランジスタを搭載したフォトカプラによれば、一般に問題のないレベルであるＶｎｐ＜２０ｍＶの特性値を得ることができる。
【００３２】
図５は本発明の他の実施の形態にかかるフォトトランジスタであり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ´断面図である。本実施の形態について、上述した実施の形態と相違する点のみ説明する。
【００３３】
本実施の形態にかかるフォトトランジスタは、上述した実施の形態において、露出領域（１１）を複数の露出領域部１１ａに分割するとともに、ベース電極（６）を前記複数の露出領域部１１ａに対応する複数のベース電極部１１ａに分割し、前記各ベース電極部６ａの略全周囲近傍をエミッタ電位の前記金属層７、８、９にて取り囲んでなる。
【００３４】
具体的に説明すると、前記露出領域（１１）はベース拡散層２を間に介在させることで複数の露出領域部１１ａに分割され、これによって各露出領域部１１ａはその表面がベース拡散層２によって取り囲まれた島状に露出する。なお、露出領域部１１ａ、１１ａ間のベース拡散層２は、該露出領域部１１ａ、１１ａの周囲近傍を除いて酸化膜５によって覆われる。
【００３５】
また、前記ベース電極（６）は複数の露出領域部１１ａ間に介在されたベース拡散層２上に位置する部分の一部を除去することで複数のベース電極部６ａに分割され、各ベース電極部６ａを露出領域部１１ａとその全周囲近傍のベース拡散層２との上面に直接接触させることで、ショットキーバリアダイオードを形成する。
【００３６】
さらに、前記ベース電極部６ａ、６ａ間の酸化膜５上面には、該ベース電極部６ａ、６ａに近接して金属シールド配線９を配設してなる。
【００３７】
該構成によれば、露出領域及びベース電極を分割することで、各々の面積が小さいベース電極部６ａで所望のショットキーバリアダイオードの面積が得られる。また、分割された各ベース電極部６ａの略全周囲近傍を前記金属層７、８、９にて取り囲んでなるので、ノイズの影響を受けやすいベース電極（ベース電極部６ａ）の各面積は小さく、ノイズを受けにくくなり、上記実施の形態のフォトトランジスタに比較して、より一層ＣＭＲ特性を向上できる。
【００３８】
つまり、所望のショットキーバリアダイオードの面積を得るにあたって、露出領域及びベース電極を分割すると、該ベース電極の総面積（各ベース電極部の総和面積）は上記実施の形態に比較して増加することになるが、面積の小さいベース電極部６ａをそれぞれ金属層７、８、９にて取り囲んでいるので、該金属層７、８、９によるシールド効果をより良くすることができ、結果的に上記実施の形態に比較してより一層ＣＭＲ特性を向上できる。
【００３９】
上述した実施の形態において、シールド効果を高めるには、ベース電極６或いはベース電極部６ａとこの略全周囲近傍に設けられた金属層７、８、９との間隔を１００μｍ以下が好ましく、また、静電耐圧特性を実使用上問題のない３ｋＶ以上に保つためには上記間隔を３０μｍ以上が好ましい。よって、ベース電極６或いはベース電極部６ａとこの略全周囲近傍に設けられた金属層７、８、９との間隔１２は３０μｍ以上１００μｍ以下が好ましい。
【００４０】
また、金属シールド配線９に電極６（６ａ）、７及びガードリング８と同じ材質（例えば、Ａｌ）を用いることで、１回の工程でこれらすべての形成が可能となり、経済的に有利である。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１記載のフォトトランジスタによれば、ベース電極の略全周囲近傍をエミッタ電位の金属層にて取り囲んでなるので、例えばフォトカプラ搭載時のＣＭＲ特性を向上できる。
【００４２】
また、本発明の請求項２記載のフォトトランジスタによれば、請求項１記載のフォトトランジスタにおいて、前記表面に露出したコレクタ領域を複数のコレクタ領域部に分割するとともに、前記ベース電極を前記複数のコレクタ領域部に対応する複数のベース電極部に分割し、該各ベース電極部の略全周囲近傍を前記金属層にて取り囲んでなるので、より一層ＣＭＲ特性を向上できる。
【００４３】
さらに、本発明の請求項３記載のフォトトランジスタによれば、請求項１又は２記載のフォトトランジスタにおいて、前記ベース電極と前記金属層との間隔１２を３０〜１００μｍとしたので、適切な静電耐圧値及びベース電極のシールド効果が得られる。
【００４４】
加えて、本発明の請求項４記載のフォトトランジスタによれば、請求項１、２又は３記載のフォトトランジスタにおいて、前記ベース電極と金属層とは同一金属材料から成るので、これらを同時に形成でき、形成が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかるフォトトランジスタの構成図である。
【図２】図１に示すフォトトランジスタを搭載したフォトカプラにおいて、入出力間に急峻な電圧が印可された場合の状態を示す断面図である。
【図３】ＣＭＲ特性の測定回路図である。
【図４】ＣＭＲ特性の測定結果を示す図である。
【図５】本発明の他の実施の形態にかかるフォトトランジスタの構成図である。
【図６】フォトトランジスタの回路図である。
【図７】従来のフォトトランジスタの構成図である。
【符号の説明】
１    半導体基板（コレクタ層）
２    ベース拡散層
３    エミッタ拡散層
４    チャンネルストッパー
５    酸化膜
６    ベース電極
６ａ  ベース電極部
７    エミッタ電極
８    金属ガードリング
９    金属シールド配線
１０    コレクタ電極
１１    露出領域
１１ａ  露出領域部
１２    ベース電極６或いはベース電極部６ａとこの略全周囲近傍に設けられた金属層７、８、９との間隔
【図１】
0003593264.tif 000002
【図２】
0003593264.tif 000003
【図３】
0003593264.tif 000004
【図４】
0003593264.tif 000005
【図５】
0003593264.tif 000006
【図６】
0003593264.tif 000007
【図７】
0003593264.tif 000008