(57)【要約】【課題】太陽光や高輝度ＬＥＤの光が照射された場合においても、回路部に光電流が発生することを防ぎ、安定な回路動作を確保する。【解決手段】発光素子または受光素子以外の特定の半導体回路部３０の上面を覆う第１の遮光用金属層１１ａ，１１ｂと、Ｐ型半導体基板上において第１の遮光用金属層１１ａと第１の遮光用金属層１１ｂの隙間の下に形成され、光吸収用Ｎ型拡散領域２１と光吸収用Ｎ型ウェル２２からなる光吸収部２０を設けて半導体装置を構成する。この構成により、照射光のほとんどを第１の遮光用金属層１１ａ，１１ｂによって反射し、さらに第１の遮光用金属層１１ａと第１の遮光用金属層１１ｂの隙間からの入射光によって発生するキャリアを光吸収部２０において吸収する。したがって、回路部３０への光電流の影響を防止する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子または受光素子を有する半導体装置であって、
半導体基板上の前記発光素子または受光素子以外の特定の半導体回路部の上面を覆う第１の遮光用金属層と、前記半導体基板上の入射光を受光する領域からなる光吸収部とを備えたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記半導体基板がＰ型半導体基板、前記入射光を受光する領域がＮ型領域であること、あるいは前記半導体基板がＮ型半導体基板、前記領域がＰ型領域であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記光吸収部を前記第１の遮光用金属層の隙間の下に形成したことを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１の遮光用金属層と半導体基板との間であって、前記第１の遮光用金属層の隙間の下に形成した第１の配線および第２の配線と、前記第１の遮光用金属層と前記第１の配線を接続する第１の遮光壁と、前記第２の配線と前記半導体基板上の光吸収部を接続する第２の遮光壁とを備えたことを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第１の遮光用金属層と半導体基板との間に形成した第２の遮光用金属層を備え、前記第２の遮光用金属層の隙間の下に光吸収部を形成したことを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子または受光素子を有する半導体装置に係り、特に半導体により構成される回路部において、半導体装置表面に照射された光による影響を受けることのない半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話やデジタルカメラといった電子機器において、ＬＥＤや有機ＥＬといった発光素子、あるいはフォトダイオード等の受光素子が用いられる。特に電子機器の高集積化に伴い、発光素子と駆動回路の１体化、あるいは受光素子と増幅回路の１体化といったように、光素子と回路部の距離を近くせざるを得ない場合が多くなってきた。このような半導体回路部に光が照射されると、半導体基板内にキャリアが発生し、ＰＮ接合部分に光電流が流れてしまうため、このことによって、特性劣化につながったり、回路動作が不安定になったりするという問題があった。
【０００３】
これらの問題を解決するため特許文献１の記載によると、光電流の影響を排除するため、回路部の周りにＮ型の領域を設け、光照射によって発生したキャリアをこのＮ型領域で吸収するという技術が提案されている。図５は特許文献１に開示されている受光素子を有する半導体装置の正面図である。以下に、図５を参照しながら、特許文献１の半導体装置について説明する。
【０００４】
図５はＰ型の導電性を有する半導体基板上に形成された受光素子を有する半導体装置を示しており、５はフォトダイオードからなるフォトダイオード部（以下、ＰＤ部という）、６はＰＤ部５からの光信号を処理する回路部、７は半導体基板の露出面からなるスクライブライン、８は半導体基板表面に形成されたＮ型の導電性を有するＮ型領域、９は光電流の影響を排除したい回路素子、１０は入出力のためのボンディングパッドである。
【０００５】
半導体基板の露出面からなるスクライブライン７は、ＰＤ部５、回路部６、回路素子９、ボンディングパッド１０を囲むように形成されている。また、このスクライブライン７は半導体基板表面に形成されたＮ型の導電性を有するＮ型領域８の露出面でもあり、Ｎ型領域８はＰ型の基板に対して高電位にバイアスさせておく。
【０００６】
この半導体装置に光を照射するとＰＤ部５のみならずスクライブライン７、回路部６、回路素子９にも照射される。その際、余分な光電流が発生するが、Ｎ型領域８に吸収されるため、回路部６内の回路素子９は光電流の影響を受けにくくなる。
【特許文献１】特開２００２−２１７４４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このような従来の構成では、太陽光や高輝度ＬＥＤなどの高エネルギーの光が照射された場合には、発生したキャリアをＮ型領域で吸収しきれなくなる。このため、回路部が受ける光電流の影響が大きくなり、特性劣化や回路の誤動作といった問題が発生する。
【０００８】
本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、太陽光や高輝度ＬＥＤの光が照射された場合においても、回路部に光電流が発生することを防ぎ、安定な回路動作を確保することができる半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載した半導体装置は、発光素子または受光素子を有する半導体装置であって、半導体基板上の発光素子または受光素子以外の特定の半導体回路部の上面を覆う第１の遮光用金属層と、半導体基板上の入射光を受光する領域からなる光吸収部とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２に記載した半導体装置は、請求項１の半導体装置であって、半導体基板がＰ型半導体基板、入射光を受光する領域がＮ型領域であること、あるいは半導体基板がＮ型半導体基板、領域がＰ型領域であることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項３に記載した半導体装置は、請求項１，２の半導体装置であって、光吸収部を第１の遮光用金属層の隙間の下に形成したことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４に記載した半導体装置は、請求項３の半導体装置であって、第１の遮光用金属層と半導体基板との間であって、第１の遮光用金属層の隙間の下に形成した第１の配線および第２の配線と、第１の遮光用金属層と第１の配線を接続する第１の遮光壁と、第２の配線と半導体基板上の光吸収部を接続する第２の遮光壁とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項５に記載した半導体装置は、請求項１，２の半導体装置であって、第１の遮光用金属層と半導体基板との間に形成した第２の遮光用金属層を備え、第２の遮光用金属層の隙間の下に光吸収部を形成したことを特徴とする。
【００１４】
前記構成によれば、高エネルギーの照射光の大半を遮光用金属層で反射するとともに、遮光用金属層の隙間からの入射光により発生したキャリアを光吸収部において吸収でき、半導体回路部への光電流による影響を防止することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、高エネルギーの照射光の大半を遮光用金属層で反射するとともに、遮光用金属層の隙間からの入射光により発生したキャリアを光吸収部において吸収することができ、発光素子または受光素子を駆動回路や増幅回路を構成する回路部の近傍に配置できるため、半導体装置全体の高密度化，小型化ができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。
【００１７】
図１は本発明の実施形態１における発光素子および受光素子を有する半導体装置の概略構成を示す正面図、図２は図１の中のＡ−Ａ’で示す部分の断面図である。
【００１８】
図１に示す半導体装置において、１１ａおよび１１ｂは第１の遮光用金属層であり、回路部３０は第１の遮光用金属層１１ｂに覆われている。第１の遮光用金属層１１ａ，第１の遮光用金属層１１ｂは半導体拡散工程でのアルミニウムや銅からなる配線層である。配線として使用されるために、電位の異なる第１の遮光用金属層１１ａと第１の遮光用金属層１１ｂの間には隙間を設ける必要がある。この隙間の下に光吸収用Ｎ型拡散領域２１を形成する。
【００１９】
また、図２に示すように、光吸収部２０は、光吸収用Ｎ型拡散領域２１と光吸収用Ｎ型ウェル２２からなり、第１の遮光用金属層１１ａと第１の遮光用金属層１１ｂの隙間の下に設けられる。回路部３０は光吸収部２０に囲まれている。図２に示す半導体装置はＭＯＳプロセスを例としており、回路部３０はＮ型ウェル３３、Ｐ型ウェル３４、ＭＯＳトランジスタのソース，ドレインを形成するｎＭＯＳ用Ｎ型拡散領域３１、ｐＭＯＳ用Ｐ型拡散領域３２、ＭＯＳトランジスタのゲート電極を形成するゲートポリシリコン３５からなる。
【００２０】
この半導体装置の上部から光が照射されると、第１の遮光用金属層１１ａと第１の遮光用金属層１１ｂでほとんどが反射される。さらに、第１の遮光用金属層１１ａと第１の遮光用金属層１１ｂの隙間からの入射光は、図２の中の矢印のように進み、この隙間の下に形成された光吸収用Ｎ型拡散領域２１と光吸収用Ｎ型ウェル２２によって、発生するキャリアが吸収される。
【００２１】
以上のように、配線層を利用した第１の遮光用金属層１１ｂによって、光電流の影響を排除したい回路部３０を覆うことにより照射光のほとんどを反射する上、どうしても生じる第１の遮光用金属層１１ａと第１の遮光用金属層１１ｂの隙間からの入射光によって発生するキャリアは、光吸収部２０において吸収し、回路部３０への光電流の影響を防止することができる。
【００２２】
図３は本発明の実施形態２における半導体装置の概略構成を示す断面図である。前述した実施形態１のように、第１の遮光用金属層１１ａ，１１ｂの隙間の下に光吸収部２０を形成することができても、入射角を有する入射光によって発生するキャリアを完璧に吸収するためには、光吸収部２０にある程度の面積を必要とする。このため本実施形態２の半導体装置は、この問題点を解決するものである。
【００２３】
図３において、前述の実施形態１を示す図２において説明した半導体装置の構成部材に対応し同等の機能を有するものには同一の符号を付して示し、その重複する説明は省略する。図３に示す半導体装置が図２の構成と異なるのは、第１の遮光用金属層１１ａ，１１ｂと回路部３０を形成した半導体基板との間に配線層１３を設け、第１の遮光用金属層１１ａと第１の遮光用金属層１１ｂとの隙間の下にビア１４を壁（遮光壁）となるように形成して、配線層１３上の配線１３ａと配線１３ｂにそれぞれ接続し、さらに、配線層１３上の配線１３ａと配線１３ｂを外から挟むように配線層１３上に配線１３ｃと配線１３ｄを形成して、配線層１３上の配線１３ｃと配線１３ｄは遮光壁として機能するコンタクト１５によって半導体基板上の光吸収部２０に接続している点である。
【００２４】
以下に、図３を参照しながら本実施形態２における半導体装置が光電流の影響を防止する動作について説明する。
【００２５】
まず、半導体装置の上部からの照射光は、そのほとんどが第１の遮光用金属層１１ａ，１１ｂによって反射される点は実施形態１と同様である。次に、第１の遮光用金属層１１ａと第１の遮光用金属層１１ｂとの隙間からの入射光は、図３の中の矢印のように、ビア１４の内側とコンタクト１５の内側を反射しながら進み、そのほとんどが光吸収部２０によって発生するキャリアが吸収される。
【００２６】
以上のように、光吸収部２０の幅はコンタクト１５の幅をカバーできていれば良く、実施形態１に比べて、その面積を低減しながら第１の遮光用金属層１１ａと第１の遮光用金属層１１ｂとの隙間からの入射光によって発生するキャリアを、ほぼ完璧に光吸収部２０で吸収することができるため、非常に高いエネルギーを持つ光が照射されるような環境での用途においても、回路動作の安定性を保つことができる。また、ビア１４やコンタクト１５による遮光壁として特殊な素材を使わず、通常の半導体プロセスを利用することができるために安価に半導体装置を製造することができる。
【００２７】
図４は本発明の実施形態３における半導体装置の概略構成を示す断面図である。前述した実施形態１のように、第１の遮光用金属層１１ａ，１１ｂの隙間の下に光吸収部２０を形成することは、光吸収部２０にある程度の面積を必要とし半導体マスク設計上の制約となる。本実施形態３における半導体装置は、この問題点を解決するものである。
【００２８】
図４において、前述の実施形態１を示す図２において説明した半導体装置の構成部材に対応し同等の機能を有するものには同一の符号を付して示し、その重複する説明は省略する。図４に示す半導体装置が図２と異なるのは、第１の遮光用金属層１１ａ，１１ｂと回路部３０を有する半導体基板との間に第２の遮光用金属層１２ａ，１２ｂを設けた点である。
【００２９】
以下に、図４を参照しながら本実施形態３における半導体装置が光電流の影響を防止する動作について説明する。
【００３０】
図４に示すように、第１の遮光用金属層１１ａと第１の遮光用金属層１１ｂとの隙間は、配線パターンの都合により回路部３０の上に形成されているが、第１の遮光用金属層１１ａ，１１ｂと回路部３０との間には第２の遮光用金属層１２ａ，１２ｂがあり、この第２の遮光用金属層１２ａ，１２ｂの隙間の下に光吸収部２０が形成されている。
【００３１】
まず、半導体装置の上部からの照射光は、そのほとんどが第１の遮光用金属層１１ａ，１１ｂによって反射される点は実施形態１と同様である。次に、第１の遮光用金属層１１ａと第１の遮光用金属層１１ｂとの隙間からの入射光は、その隙間の下に形成した第２の遮光用金属層１２ｂによって、その大部分が光源方向へ反射される。ここで光源方向へ反射できなかった入射角を有する光は、図４の中の矢印が示すように第１の遮光用金属層１１ｂと第２の遮光用金属層１２ｂの間を、反射を繰り返して伝播し、やがて第２の遮光用金属層１２ａと第２の遮光用金属層１２ｂの隙間から漏れ出るが、この入射光によって発生するキャリアは光吸収部２０によって吸収される。
【００３２】
以上のように、２層の遮光用金属層を形成することによって、実施形態１の構成以上に照射光が反射される。その上、第１の遮光用金属層１１ａと第１の遮光用金属層１１ｂの隙間を通り抜けた入射光は、第１の遮光用金属層１１ａ，１１ｂと第２の遮光用金属層１２ａ，１２ｂの間で反射を繰り返すことにより、そのエネルギーを減衰する。さらに、第２の遮光用金属層１２ａと第２の遮光用金属層１２ｂの隙間から漏れ出た光によって発生するキャリアは光吸収部２０が吸収する。
【００３３】
したがって、実施形態１で説明した半導体装置の構成に比べて、より高いエネルギーの光が照射されても、回路部３０への光電流の影響を防止することができる。また、前述のような構成であれば、配線層である第１の遮光用金属層１１ａ，１１ｂのパターン設計に自由度を得ることができる。
【００３４】
また、実施形態１〜３においてＰ型半導体基板と入射光を受光するＮ型領域を例として説明したが、Ｎ型半導体基板とＰ型領域としても良い。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明に係る半導体装置は、高エネルギーの照射光の大半を遮光用金属層で反射するとともに、遮光用金属層の隙間からの入射光も光吸収部にて発生するキャリアを吸収でき、発光素子または受光素子を駆動回路や増幅回路を構成する回路部の近傍に配置できるため、半導体装置全体の高密度化，小型化ができ、発光素子または受光素子を有する半導体装置において、半導体で構成された回路部において、その表面に照射された光による影響を受けることがなく有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態１における半導体装置の正面図
【図２】本発明の実施形態１における半導体装置の断面図
【図３】本発明の実施形態２における半導体装置の断面図
【図４】本発明の実施形態３における半導体装置の断面図
【図５】従来の半導体装置の正面図
【符号の説明】
【００３７】
５  ＰＤ部
６  回路部
７  スクライブライン
８  Ｎ型領域
９  回路素子
１０  ボンディングパッド
１１ａ，１１ｂ  第１の遮光用金属層
１２ａ，１２ｂ  第２の遮光用金属層
１３  配線層
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ  配線
２０  光吸収部
２１  光吸収用Ｎ型拡散領域
２２  光吸収用Ｎ型ウェル
３０  回路部
３１  ｎＭＯＳ用Ｎ型拡散領域
３２  ｐＭＯＳ用Ｐ型拡散領域
３３  Ｎ型ウェル
３４  Ｐ型ウェル
３５  ゲートポリシリコン
【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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