特許 7412740 半導体集積回路装置及び光センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-04

(45)【発行日】2024-01-15

(54)【発明の名称】半導体集積回路装置及び光センサ

(51)【国際特許分類】

   H01L 27/146 20060101AFI20240105BHJP

   H01L 31/10 20060101ALI20240105BHJP

【ＦＩ】

H01L27/146 A

H01L31/10 A

H01L31/10 G

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2019224963

(22)【出願日】2019-12-13

(65)【公開番号】P2021097056

(43)【公開日】2021-06-24

【審査請求日】2022-10-03

(73)【特許権者】

【識別番号】000143031

【氏名又は名称】コーデンシ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100118784

【弁理士】

【氏名又は名称】桂川 直己

(72)【発明者】

【氏名】川本 拓也

(72)【発明者】

【氏名】竹山 幸利

(72)【発明者】

【氏名】福井 啓之

(72)【発明者】

【氏名】佐野 とし恵

(72)【発明者】

【氏名】平田 舞

(72)【発明者】

【氏名】岡田 浩之

【審査官】小山 満

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６２－０８６７５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５６－０４５０８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１４５９３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６１－１２７１６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０６６４９７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２７／１４６

Ｈ０１Ｌ ３１／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体集積回路装置において、
半導体基板と、
前記半導体基板に形成されており、信号処理を行う処理回路領域と、
第１導電型であり、装置表面に配置されるパッド、又は、装置表面に配置されて文字若しくは図形を表示する表示体に最も近い側に位置する第１領域と、
第２導電型であり、第２電位に電気的に接続されており、前記半導体基板と前記第１領域の間に位置し、前記第１領域の周囲の少なくとも一部を覆うとともに当該第１領域に接合する第２領域と、
を備え、
前記パッド若しくは前記表示体を透過した光、又は、前記パッド若しくは前記表示体の周囲から入射された光に起因する光電流が前記処理回路領域に流れることを抑制するダミーフォトダイオードとして機能する部分を有し、
前記第２領域と前記半導体基板が前記ダミーフォトダイオードとして機能し、
前記第１領域は、電気的に浮遊状態にあり、
前記第２領域は、第１導電型の前記半導体基板に接合しており、
前記半導体基板は、第１電位に電気的に接続されていることを特徴とする半導体集積回路装置。

【請求項2】

半導体集積回路装置において、
半導体基板と、
前記半導体基板に形成されており、信号処理を行う処理回路領域と、
第１導電型であり、装置表面に配置されるパッド、又は、装置表面に配置されて文字若しくは図形を表示する表示体に最も近い側に位置する第１領域と、
第２導電型であり、第２電位に電気的に接続されており、前記半導体基板と前記第１領域の間に位置し、前記第１領域の周囲の少なくとも一部を覆うとともに当該第１領域に接合する第２領域と、
を備え、
前記パッド若しくは前記表示体を透過した光、又は、前記パッド若しくは前記表示体の周囲から入射された光に起因する光電流が前記処理回路領域に流れることを抑制するダミーフォトダイオードとして機能する部分を有し、
少なくとも前記第１領域と前記第２領域が前記ダミーフォトダイオードとして機能し、
前記第１領域は、第１電位に電気的に接続されており、
前記第２領域は、前記第１導電型の前記半導体基板に接合していることを特徴とする半導体集積回路装置。

【請求項3】

半導体集積回路装置において、
半導体基板と、
前記半導体基板に形成されており、信号処理を行う処理回路領域と、
第１導電型であり、装置表面に配置されるパッド、又は、装置表面に配置されて文字若しくは図形を表示する表示体に最も近い側に位置する第１領域と、
第２導電型であり、第２電位に電気的に接続されており、前記半導体基板と前記第１領域の間に位置し、前記第１領域の周囲の少なくとも一部を覆うとともに当該第１領域に接合する第２領域と、
前記第１導電型であり、前記半導体基板と前記第２領域の間に位置して双方に接合するとともに、前記第２領域の周囲の少なくとも一部を覆うように位置する第３領域と、
を備え、
前記パッド若しくは前記表示体を透過した光、又は、前記パッド若しくは前記表示体の周囲から入射された光に起因する光電流が前記処理回路領域に流れることを抑制するダミーフォトダイオードとして機能する部分を有し、
少なくとも前記第２領域と前記第３領域が前記ダミーフォトダイオードとして機能し、
前記第１領域は、電気的に浮遊状態にあり、
前記第３領域は、第１電位に電気的に接続されていることを特徴とする半導体集積回路装置。

【請求項4】

請求項１又は３に記載の半導体集積回路装置であって、
前記ダミーフォトダイオードは、前記パッドを透過した光、又は、当該パッドの周囲から入射された光に起因する光電流が前記処理回路領域に流れることを抑制することを特徴とする半導体集積回路装置。

【請求項5】

請求項２に記載の半導体集積回路装置であって、
前記第１領域の厚みが、前記第２領域のうち当該第１領域の厚み方向一側に接合されている部分の厚みよりも薄いことを特徴とする半導体集積回路装置。

【請求項6】

請求項２に記載の半導体集積回路装置であって、
視線の方向と前記第１領域の厚み方向とを揃えて前記第１領域及び前記第２領域を見たときに、
前記第１領域と前記第２領域の境界線に、当該境界線の長さを長くするための繰返しパターンが含まれていることを特徴とする半導体集積回路装置。

【請求項7】

請求項２に記載の半導体集積回路装置であって、
視線の方向と前記第１領域の厚み方向とを揃えて、前記第１領域と、前記パッド又は前記表示体と、を見たときに、
前記パッド又は前記表示体と重なる位置、及び、前記パッド又は前記表示体の外側の位置の両方に前記第１領域が位置していることを特徴とする半導体集積回路装置。

【請求項8】

請求項１から７までの何れか一項に記載の半導体集積回路装置であって、
外部からの光を遮る遮光部と、当該光を透過させる開口部と、が形成された遮光膜を更に備え、
前記開口部によって外部に露出した箇所に前記パッド又は前記表示体が位置していることを特徴とする半導体集積回路装置。

【請求項9】

請求項１から８までの何れか一項に記載の半導体集積回路装置であって、
前記ダミーフォトダイオードは、ｐ型領域側に接続される電位がｎ型領域側に接続される電位以下になるように電気的に接続されていることを特徴とする半導体集積回路装置。

【請求項10】

請求項１から９までの何れか一項に記載の半導体集積回路装置と、
外部からの光を案内する光学系と、
を備え、
前記半導体集積回路装置は、外部からの光を検出するためのフォトダイオードを備えることを特徴とする光センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、主として、ダミーフォトダイオードを備える半導体集積回路装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体集積回路装置に外部から光が入射された場合、内部で光電流が発生し、半導体集積回路装置の内部の信号処理回路が誤動作を起こす可能性がある。ダミーフォトダイオードは、半導体集積回路装置の内部に設けられている。ダミーフォトダイオードは、所定の電位に接続されたｎ型領域とｐ型領域が接合している構成である。ダミーフォトダイオードにより不要な光電流が回収されるので、信号処理回路の誤動作を軽減できる。特許文献１から３は、ボンディングパッドの周囲で発生する不要な光電流を回収するためのダミーフォトダイオードを開示する。

【0003】

特許文献１は、ボンディングパッドの直下に、電気的に浮遊状態のｎ型領域が位置する半導体集積回路装置を開示する。ｎ型領域の下側には、ＧＮＤ電位に接続されたｐ型基板が接合している。ｎ型領域の周囲には、ｐ型領域で分離しつつ、当該ｎ型領域を囲むｎ型ダミーアイランドが位置している。ｐ型基板とｎ型ダミーアイランドにより、ダミーフォトダイオードが構成されている。

【0004】

特許文献２及び３は、ボンディングパッドの直下にダミーフォトダイオードが設けられた半導体集積回路装置を開示する。ボンディングパッドの直下のｎ型領域は、所定の電位に電気的に接続されている。ｎ型領域の下側には、所定の電位に電気的に接続されたｐ型基板が位置している。このｎ型領域とｐ型基板によりダミーフォトダイオードが構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開平８－７８７２０号公報

【文献】特開昭６１－１２７１６５号公報

【文献】特開平９－１８６３０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、特許文献１のダミーフォトダイオードは、ボンディングパッドの直下のｎ型領域が浮遊状態なので、多くの光電流が基板に到達する。その結果、光電流が基板を介して信号処理回路に到達する可能性がある。また、特許文献２及び３のダミーフォトダイオードは、ボンディングパッド直下のｎ型領域が電位に接続されているが、その下側にｐ型基板が接合しているので、僅かな光電流が基板を介して信号処理回路に到達する可能性がある。また、この課題は、ボンディングパッドの直下に限られない。例えば、ボンディングされないパッドの直下であったり、文字等を表示するための表示体の直下でも同様の課題が存在する。

【0007】

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その主要な目的は、光電流が信号処理回路に到達する可能性が非常に低いダミーフォトダイオードを備える半導体集積回路装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段及び効果】

【0008】

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

【0011】

本発明の第１の観点によれば、以下の構成の半導体集積回路装置が提供される。即ち、この半導体集積回路装置は、半導体基板と、処理回路領域と、第１領域と、第２領域と、を備える。前記処理回路領域は、前記半導体基板に形成されており、信号処理を行う。前記第１領域は、第１導電型であり、装置表面に配置されるパッド、又は、装置表面に配置されて文字若しくは図形を表示する表示体に最も近い側に位置する。前記第２領域は、第２導電型であり、第２電位に電気的に接続されており、前記半導体基板と前記第１領域の間に位置し、前記第１領域の周囲の少なくとも一部を覆うとともに当該第１領域に接合する。前記パッド若しくは前記表示体を透過した光、又は、前記パッド若しくは前記表示体の周囲から入射された光に起因する光電流が前記処理回路領域に流れることを抑制するダミーフォトダイオードとして機能する部分を有する。前記第２領域と前記半導体基板が前記ダミーフォトダイオードとして機能する。前記第１領域は、電気的に浮遊状態にある。前記第２領域は、第１導電型の前記半導体基板に接合している。前記半導体基板は、第１電位に電気的に接続されている。

【0012】

これにより、第１領域の周囲だけでなく、第１領域と半導体基板の間が第２領域で覆われる。従って、第１領域に光が入射することで光電流が発生しても、この光電流が半導体基板を介して処理回路領域に流れることを高い信頼度で抑制できる。また、第２領域と半導体基板でダミーフォトダイオードを構成できる。また、第１領域は電気的に浮遊状態にあるが、第２領域で覆われているため、第１領域で発生した光電流が処理回路領域に流れない。

【0013】

本発明の第２の観点によれば、以下の構成の半導体集積回路装置が提供される。即ち、この半導体集積回路装置は、半導体基板と、処理回路領域と、第１領域と、第２領域と、を備える。前記処理回路領域は、前記半導体基板に形成されており、信号処理を行う。前記第１領域は、第１導電型であり、装置表面に配置されるパッド、又は、装置表面に配置されて文字若しくは図形を表示する表示体に最も近い側に位置する。前記第２領域は、第２導電型であり、第２電位に電気的に接続されており、前記半導体基板と前記第１領域の間に位置し、前記第１領域の周囲の少なくとも一部を覆うとともに当該第１領域に接合する。前記パッド若しくは前記表示体を透過した光、又は、前記パッド若しくは前記表示体の周囲から入射された光に起因する光電流が前記処理回路領域に流れることを抑制するダミーフォトダイオードとして機能する部分を有する。少なくとも前記第１領域と前記第２領域が前記ダミーフォトダイオードとして機能する。前記第１領域は、第１電位に電気的に接続されている。前記第２領域は、前記第１導電型の前記半導体基板に接合している。

【0014】

これにより、第１領域の周囲だけでなく、第１領域と半導体基板の間が第２領域で覆われる。従って、第１領域に光が入射することで光電流が発生しても、この光電流が半導体基板を介して処理回路領域に流れることを高い信頼度で抑制できる。また、第１領域がダミーフォトダイオードとして機能するので、第１領域で発生した光電流を即座に回収することができる。

【0015】

本発明の第３の観点によれば、以下の構成の半導体集積回路装置が提供される。即ち、この半導体集積回路装置は、半導体基板と、処理回路領域と、第１領域と、第２領域と、第３領域と、を備える。前記処理回路領域は、前記半導体基板に形成されており、信号処理を行う。前記第１領域は、第１導電型であり、装置表面に配置されるパッド、又は、装置表面に配置されて文字若しくは図形を表示する表示体に最も近い側に位置する。前記第２領域は、第２導電型であり、第２電位に電気的に接続されており、前記半導体基板と前記第１領域の間に位置し、前記第１領域の周囲の少なくとも一部を覆うとともに当該第１領域に接合する。前記第３領域は、前記第１導電型であり、前記半導体基板と前記第２領域の間に位置して双方に接合するとともに、前記第２領域の周囲の少なくとも一部を覆うように位置する。前記パッド若しくは前記表示体を透過した光、又は、前記パッド若しくは前記表示体の周囲から入射された光に起因する光電流が前記処理回路領域に流れることを抑制するダミーフォトダイオードとして機能する部分を有する。少なくとも前記第２領域と前記第３領域が前記ダミーフォトダイオードとして機能する。前記第１領域は、電気的に浮遊状態にある。前記第３領域は、第１電位に電気的に接続されている。

【0016】

これにより、第１領域の周囲だけでなく、第１領域と半導体基板の間が第２領域で覆われる。従って、第１領域に光が入射することで光電流が発生しても、この光電流が半導体基板を介して処理回路領域に流れることを高い信頼度で抑制できる。また、第１領域が第２領域と第３領域の両方で覆われ、第２領域と第３領域がダミーフォトダイオードとして機能するので、第１領域で発生した光電流が処理回路領域に流れにくくなる。

【0017】

前記の半導体集積回路装置においては、前記ダミーフォトダイオードは、前記パッドを透過した光、又は、当該パッドの周囲から入射された光に起因する光電流が前記処理回路領域に流れることを抑制することが好ましい。

【0018】

これにより、パッドを用いる構成の半導体集積回路装置において、不要な電流が処理回路領域に流れにくくなる。また、第１領域が浮遊状態にあるため、パッドと第１領域が電気的に接続されても、パッドに不要な電流が伝達しにくい。

【0019】

前記の半導体集積回路装置においては、前記第１領域の厚みが、前記第２領域のうち当該第１領域の厚み方向一側に接合されている部分の厚みよりも薄いことが好ましい。

【0020】

これにより、比較的浅い部分で第１領域と第２領域が接合するため、特に短波長の光に起因する光電流を効率的に回収することができる。

【0021】

前記の半導体集積回路装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、視線の方向と前記第１領域の厚み方向とを揃えて前記第１領域及び前記第２領域を見たときに、前記第１領域と前記第２領域の境界線に、当該境界線の長さを長くするための繰返しパターンが含まれている。

【0022】

これにより、第１領域と第２領域の接合面積（特に厚み方向に平行な方向の面積）を大きくできるので、空乏層を大きくすることができる。

【0023】

前記の半導体集積回路装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、視線の方向と前記第１領域の厚み方向とを揃えて、前記第１領域と、前記パッド又は前記表示体と、を見たときに、前記パッド又は前記表示体と重なる位置、及び、前記パッド又は前記表示体の外側の位置の両方に前記第１領域が位置している。

【0024】

これにより、パッド又は表示体の外側にある第１領域についてもダミーフォトダイオードとして機能させることができる。

【0025】

前記の半導体集積回路装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、半導体集積回路装置は、外部からの光を遮る遮光部と、当該光を透過させる開口部と、が形成された遮光膜を更に備える。前記開口部によって外部に露出した箇所に前記パッド又は前記表示体が位置している。

【0026】

パッド及び表示体は基本的に遮光膜で遮光しないため、外部からの光を完全に遮ることが困難であるが、本発明を用いることで、不要な光電流が処理回路領域に及ぼす影響を軽減できる。

【0027】

前記の半導体集積回路装置においては、前記ダミーフォトダイオードは、ｐ型領域側に接続される電位がｎ型領域側に接続される電位以下になるように電気的に接続されていることが好ましい。

【0028】

これにより、ダミーフォトダイオードを効率的に動作させることができる。

【0029】

本発明の第２の観点によれば、前記の半導体集積回路装置と、外部からの光を案内する光学系と、を備える光センサが提供される。前記半導体集積回路装置は、外部からの光を検出するためのフォトダイオードを備える。

【0030】

光センサの一部として構成される半導体集積回路装置には外部からの光が照射され易いので、検出対象でない光電流が処理回路領域に及ぼす影響が大きくなる傾向にある。この点、本発明を用いることで、検出対象でない光電流が処理回路領域に及ぼす影響を軽減できる。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】各実施形態の光学センサの概要図及び半導体集積回路装置の平面図。

【図2】第１実施形態の半導体集積回路装置の断面図。

【図3】第２実施形態の半導体集積回路装置の断面図、その第１変形例の断面図、その第２変形例の平面図。

【図4】第３実施形態の半導体集積回路装置の断面図。

【図5】別の例の半導体集積回路装置の断面図、その変形例の断面図及び平面図。

【発明を実施するための形態】

【0032】

次に、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。初めに、図１を参照して、各実施形態の光学センサ１の概要について説明する。

【0033】

光学センサ１は、外部光を検出するためのセンサである。外部光とは光学センサ１の外部から入射した光である。外部光は、具体的には、自然光であるか、別途配置された照明装置が照射した光である。図１（ａ）に示すように、光学センサ１は、光学系２と、半導体集積回路装置３と、を備える。

【0034】

光学系２は、レンズ、ミラー、又はプリズム等の光学部品であり、外部光を半導体集積回路装置３に向けて案内する。

【0035】

半導体集積回路装置３は、フォトダイオード５を含む集積回路（いわゆるＰＤＩＣ）である。フォトダイオード５は、ｎ型領域とｐ型領域が接合された構成であり、入射された外部光を光電流に変換して出力する。半導体集積回路装置３は、この光電流に基づく信号（光検出のための信号）を出力する。

【0036】

半導体集積回路装置３は、フォトダイオード５以外にもｎ型領域とｐ型領域を含む。そのため、外部光が半導体集積回路装置３に入射されると、不要な（検出する必要がない）光電流が発生する可能性がある。それを防止するために、図１（ｂ）に示すように、半導体集積回路装置３の表面には遮光膜６が配置されている。遮光膜６は、例えばアルミニウム等の金属であるが、光を遮蔽可能であれば他の材料を用いてもよい。

【0037】

遮光膜６のうち、フォトダイオード５が配置されている箇所には、開口部６ａが形成されている。開口部６ａは、外部光を透過させる部分である。これにより、必要な部分にのみ外部光が照射される。

【0038】

また、半導体集積回路装置３の表面には、パッド７が配置されている。パッド７は、例えばボンディングパッドであり、半導体集積回路装置３に形成された回路と、他の箇所とを電気的に接続する（ボンディングする）ための電極である。なお、パッド７は、ボンディングしないパッド（例えばテストパッド）であってもよい。

【0039】

パッド７の特性上、パッド７を完全に遮光膜６で覆うことは困難又は好ましくないため、パッド７の周囲にも開口部６ａが形成されている。また、フォトダイオード５及びパッド７以外にも遮光膜６で覆うことが好ましくない物として、表示体がある。表示体とは、半導体集積回路装置３の表面に文字又は図形等を表示するためのものである。表示体は、半導体集積回路装置３の表面の絶縁層上に、絶縁層とは異なる色の材料（例えばアルミニウム等の金属）を用いて形成されたものである。表示体は、例えば半導体集積回路装置３の型番、識別情報、名称、ロット番号等を示す。表示体を視認できるようにするため、表示体も遮光膜６で覆われない。

【0040】

このように、パッド７（及び表示体）は遮光膜６で覆われないため、パッド７（又は表示体）の周囲、つまりパッド７（又は表示体）と遮光膜６との隙間から外部光が半導体集積回路装置３の内部に入射される可能性がある。また、外部光がパッド７（又は表示体）を透過して半導体集積回路装置３の内部に入射される可能性がある。その結果、不要な光電流が発生し、半導体集積回路装置３の処理（具体的には後述の処理回路領域８で行われる処理）に悪影響を与えるおそれがある。

【0041】

それを防止するために、各実施形態の半導体集積回路装置３は、不要な光電流を回収するためのダミーフォトダイオードを備える。以下、各実施形態のダミーフォトダイオードの構成について詳細に説明する。また、各実施形態ではパッド７を例として説明するが、パッド７の代わりに表示体が配置されていてもよい。

【0042】

以下、各実施形態に共通の用語について説明する。各実施形態では、ｐ型とは、通常の不純物濃度の部分（狭義のｐ型）と、通常よりも不純物濃度が高い部分（ｐ＋）を含む。ｎ型についても同様である。つまり、導電型がｐ型と説明している箇所が２つある場合において、これらの２つの箇所で不純物濃度が異なっていてもよい。例えば、ＧＮＤ又はＶｃｃに接続される箇所の近傍のみを、電位との電気接続性を高めるために、ｐ＋又はｎ＋としてもよい。また、平面視とは、視線の方向と半導体集積回路装置３等の厚み方向とを揃えて見ることであり、例えば図１（ｂ）が平面視で見た図（平面図）に相当する。また、パッド７（表示体）の直下とは、平面視でパッド７（表示体）と重なる部分であって、かつ、パッド７に最も近い側（最上層）に位置することである。また、遮光膜６又はパッド７が配置される側を半導体集積回路装置３の上側と称する。

【0043】

初めに、図２を参照して、第１実施形態のダミーフォトダイオードについて説明する。

【0044】

第１実施形態の半導体集積回路装置３は、処理回路領域８と、基板（半導体基板）１０と、第１領域１１と、第２領域１２と、を含む。処理回路領域８には、信号処理回路が含まれている。上述した不要な光電流が処理回路領域８に到達した場合、処理回路領域８による信号処理に悪影響を与える可能性がある。

【0045】

第１領域１１は、ｐ型（第１導電型）である。第１領域１１は、パッド７の直下に位置している。第１領域１１は、ＧＮＤやＶｃｃ等の電位に電気的に接続されておらず、電気的に浮遊状態にある。そのため、例えば検査時において、検査ツールがパッド７と第１領域１１の両方に接触する事態が生じても、パッド７がＶｃｃ等に電気的に接続されない。

【0046】

第２領域１２は、ｎ型（第２導電型）である。第２領域１２は、第１領域１１と接合している。第２領域１２は、第１領域１１の側面側に接合する第１部分１２ａと、第１領域１１の下側に接合する第２部分１２ｂと、を含む。第１部分１２ａは、図１（ｂ）に示すように、第１領域１１の周囲を隙間なく囲んでいる。第２領域１２は、Ｖｃｃ（第２電位）に電気的に接続されている。

【0047】

なお、第２領域１２の第１部分１２ａが第１領域１１を隙間なく囲む理由は、第１領域１１が基板１０（又は基板１０に接続されるｐ型領域）と接合することを防止するためである。従って、第１領域１１が基板１０と接合しないのであれば、第２領域１２が第１領域１１の周囲の一部のみを覆っていてもよい。例えば図１（ｂ）において、第１領域１１よりも左側にｐ型領域が存在しない場合は、第２領域１２は第１領域１１の左側を覆わなくてもよい。

【0048】

基板１０は、第２領域１２の下側及び処理回路領域８の下側に接合している。なお、第２領域１２と処理回路領域８の間には、基板１０又は別のｐ型領域が位置している。基板１０は、直接又は別のｐ型領域を介してＧＮＤ（第１電位）に電気的に接続されている。

【0049】

第２領域１２と基板１０が電位に接続されているため、第１実施形態では、基板１０と第２領域１２がダミーフォトダイオードとして機能する。そのため、外部光が第１領域１１に照射されることで発生した光電流は、このダミーフォトダイオードによって回収される。

【0050】

ここで、特許文献１から３の構成では、パッドの直下の半導体層が基板に接合している。そのため、パッドの直下の半導体層で発生した光電流が基板を経由して処理回路領域に到達する可能性がある。これに対し、本実施形態では、パッド７の直下の第１領域１１の下側及び周囲が第２領域１２（ダミーフォトダイオードの一部）に接合しているため、基板１０には接合していない。そのため、第１領域１１で発生した不要な光電流が基板１０を介して処理回路領域８に到達しにくい。

【0051】

また、第１実施形態を含む各実施形態では、ｐ型領域側に接続される電位（ＧＮＤ）が、ｎ型領域側に接続される電位（Ｖｃｃ）より小さい。これにより、逆バイアス状態となって空乏層が生じるので、光電変換効率が高くなる。そのため、不要な光電流をより効果的に回収できる。なお、ｐ型領域側に接続される電位はＧＮＤに限られず、またｎ型領域側に接続される電位もＶｃｃに限られない。また、ダミーフォトダイオードは、ゼロバイアス状態であってもよい。

【0052】

次に、図３を参照して、第２実施形態及びその変形例のダミーフォトダイオードについて説明する。

【0053】

第２実施形態以降の説明では、第１実施形態と同一又は類似の部分については説明を省略する場合がある。また、基板、第１領域、第２領域については、各実施形態で機能が異なることがあるので、異なる符号を付して説明する。

【0054】

図３（ａ）に示すように、第２実施形態では、第１領域２１がＧＮＤ（第１電位）に電気的に接続されている。第２領域２２及び基板（半導体基板）２０については、第１実施形態と同様である。従って、第２実施形態では、第１領域２１と第２領域２２がダミーフォトダイオードとして機能するとともに、第２領域２２と基板２０がダミーフォトダイオードとして機能する。これにより、不要な光電流をより効率的に回収できる。

【0055】

また、第１実施形態でも同様であるが、第１領域２１は、平面視でパッド７と重なる部分だけでなく、パッド７よりも水平方向の外側（言い換えれば、第２領域２２の第１部分２２ａ側）にも位置している。そのため、第２実施形態では、パッド７と開口部６ａの隙間の下方についてもダミーフォトダイオードとして機能させることができる。また、第１領域２１が電気的に浮遊状態である場合、各部の位置関係や電位の大きさ等によっては、Ｖｃｃに流れる電流がパッド７に悪影響を与える可能性が僅かにある。しかし、第２実施形態では第１領域２１がＧＮＤに接続されているので、Ｖｃｃからパッド７への悪影響を抑制できる。

【0056】

図３（ｂ）は、第２実施形態の変形例を示す。この変形例では、第２実施形態よりも第１領域２１の厚みＬ１が薄い。例えば、第１領域２１は、第２領域２２の厚みＬ２よりも薄い。厚みＬ２は、第２部分２２ｂの厚みであり、言い換えれば第１領域２１の下側に接合されている部分の厚みである。

【0057】

ここで、短波長の光は半導体集積回路装置３の比較的浅い部分までしか到達しない。また、この変形例では第１領域２１の厚みＬ１が薄いので、比較的浅い部分で第１領域２１と第２領域２２が接合する。以上により、この変形例では、特に短波長の光に起因する光電流を効率的に回収することができる。

【0058】

図３（ｃ）は、第２実施形態の別の変形例を示す。また、図３（ｃ）は、図面を見易くするために遮光膜６を除いた状態を示している。この変形例では、平面視での第１領域２１と第２領域２２の境界線の長さが長い。具体的には、この境界線は、平面視で凹凸状の繰返しパターンを含む線である。なお、境界線の長さが長くなるのであれば、境界線は、凹凸状に限られず、例えば波状であってもよい。言い換えれば、この境界線が実質的に正方形又は長方形である場合、それらの４頂点を接続する各線が一直線ではなく、多直線であるか、曲線を含む。

【0059】

この構成により、第１領域２１と第２領域２２の接合面積（具体的には水平方向に垂直な面の面積）を大きくすることができる。その結果、ダミーフォトダイオードとしての光電変換効率が高くなる。そのため、不要な光電流をより効果的に回収できる。

【0060】

次に、図４を参照して、第３実施形態のダミーフォトダイオードについて説明する。

【0061】

第３実施形態は、基板（半導体基板）３０、第１領域３１、第２領域３２に加え、更に第３領域３３が含まれている。第１領域３１及び第３領域３３がｎ型であり、基板３０及び第２領域３２がｐ型である。また、第１領域３１は電気的に浮遊状態である。第３領域３３は、Ｖｃｃに電気的に接続される。基板３０及び第２領域３２は、ＧＮＤに電気的に接続される。なお、第３実施形態では、ｎ型が第１導電型であり、ｐ型が第２導電型であり、Ｖｃｃが第１電位であり、ＧＮＤが第２電位である。

【0062】

第２領域３２は、上記実施形態と同様に、第１部分３２ａと第２部分３２ｂとを含む。第３領域３３は、第２領域３２の側面側に接合する第１部分３３ａと、第２領域３２の下側に接合する第２部分３３ｂと、を含む。図示は省略するが、第１部分３３ａは、第２領域３２の周囲を隙間なく囲んでいる。また、第２部分３３ｂは基板３０にも接合されている。

【0063】

第３実施形態では、第２領域３２と第３領域３３がダミーフォトダイオードとして機能するとともに、第３領域３３と基板３０がダミーフォトダイオードとして機能する。これにより、第１実施形態と比較して、不要な光電流をより効率的に回収できる。

【0064】

第３実施形態は、第１実施形態と第２実施形態の長所を併せ持っている。以下、具体的に説明する。第３実施形態では、第１領域３１が電気的に浮遊しているので、検査時の検査ツールがパッド７と第１領域３１の両方に接触する事態が生じても、パッド７がＶｃｃ等に電気的に接続されない（第１実施形態の長所）。一方で、第１実施形態では、各部の位置関係や電位の大きさ等によっては、Ｖｃｃに流れる電流がパッド７に悪影響を与える可能性がある。しかし、第３実施形態では、第１領域３１と、Ｖｃｃに接続される第３領域３３と、がＧＮＤに接続される第２領域３２で仕切られている。そのため、Ｖｃｃからパッド７への悪影響を抑制できる（第２実施形態の長所）。

【0065】

なお、第２及び第３実施形態では、２つのダミーフォトダイオードが機能するが、何れか一方を機能させない構成であってもよい。

【0066】

次に、図５を参照して、第２領域を含まない半導体集積回路装置３の例について説明する。

【0067】

図５（ａ）に示すように、この例の半導体集積回路装置３は、基板４０と、第１領域４１と、を含む。基板４０はｐ型（第２導電型）であり、ＧＮＤ（第２電位）に電気的に接続されている。第１領域４１がｎ型（第１導電型）であり、Ｖｃｃ（第１電位）に電気的に接続されている。第１領域４１の下側に基板４０が接合されている。また、第１領域４１と処理回路領域８の間には基板４０又は別のｐ型領域が配置されており、第１領域４１と処理回路領域８が仕切られている。第１領域４１は、パッド７の直下だけでなく、その周辺にも位置している。ただし、第１領域４１は、パッド７の直下だけに位置していてもよい。この例では、基板４０と第１領域４１がダミーフォトダイオードとして機能する。

【0068】

また、この例の半導体集積回路装置３は、第１領域４１がＶｃｃに接続され基板４０がＧＮＤに接続されているので、ＶｃｃとＧＮＤの間において、静電気放電による破壊を防止するためのダイオード（ＥＳＤ保護用ダイオード）として機能させることができる。あるいは、この変形例の半導体集積回路装置３は、デカップリングコンデンサとして機能させることもできる。従って、半導体集積回路装置３の領域を有効に活用できるので、例えばパッド７の直下に大面積の素子を配置することができる。

【0069】

図５（ｂ）から図５（ｄ）は、この例の変形例を示す。図５（ｂ）では、通常の不純物濃度よりも高い領域にプラスを付けて表示している。この変形例の半導体集積回路装置３は、埋込み領域４２を含んでいる。埋込み領域４２は、ｎ型であり、第１領域４１よりも不純物濃度が高い。また、この変形例では、基板４０と第１領域４１に加え、更に埋込み領域４２がダミーフォトダイオードとして機能する。

【0070】

埋込み領域４２は、基板４０と第１領域４１の境界部分に複数位置している。埋込み領域４２は、図５（ｃ）に示すように平面視で線状であってもよいし、図５（ｄ）に示すように平面視で点状であってもよい。何れにせよ、第１領域４１と基板４０が接合する部分と、埋込み領域４２と基板４０が接合する部分と、の両方が存在する。

【0071】

この構成により、埋込み領域４２の周囲では空乏層の厚みが大きくなり、埋込み領域４２から離れた位置では空乏層の厚みが小さくなる。ここで、長波長の光は半導体集積回路装置３の深い部分まで到達する。本変形例では、長波長の光が半導体集積回路装置３に入射して深い部分まで到達しても、空乏層の厚みが大きい部分を用いて、この光に基づく光電流を回収できる。

【0072】

また、図５（ａ）の例において、第１領域４１の表面部（上側の端部の領域）に不純物濃度が高い領域（Ｎ＋）を追加してもよい。Ｎ＋の領域は、第１領域４１の表面部の全体に位置していてもよいし、第１領域４１の表面部の一部に位置していてもよい。この構成により、第１領域４１の電気抵抗を下げることができるので、強い光が入射して強い光電流が発生しても、それらを早期に回収できる。

【0073】

以上に説明したように、第１から第３実施形態の半導体集積回路装置３は、基板１０，２０，３０と、処理回路領域８と、第１領域１１，２１，３１と、第２領域１２，２２，３２と、を備える。処理回路領域８は、基板１０，２０，３０に形成されており、信号処理を行う。第１領域１１，２１，３１は、第１導電型であり、装置表面に配置されるパッド７、又は、装置表面に配置されて文字若しくは図形を表示する表示体に最も近い側に位置する。第２領域１２，２２，３２は、第２導電型であり、第２電位に電気的に接続されており、基板１０，２０，３０と第１領域１１，２１，３１の間に位置し、第１領域１１，２１，３１の周囲（平面視で輪郭となる部分、側面部分）の少なくとも一部を覆うとともに当該第１領域１１，２１，３１に接合する。パッド７若しくは表示体を透過した光、又は、パッド７若しくは表示体の周囲から入射された光に起因する光電流が処理回路領域８に流れることを抑制するダミーフォトダイオードとして少なくとも第２領域１２，２２，３２が機能する。

【0074】

これにより、第１領域１１，２１，３１の周囲だけでなく、第１領域１１，２１，３１と基板１０，２０，３０の間が第２領域１２，２２，３２で覆われる。従って、第１領域１１，２１，３１に光が入射することで光電流が発生しても、この光電流が基板１０，２０，３０を介して処理回路領域８に流れることを高い信頼度で抑制できる。

【0075】

また、第１実施形態の半導体集積回路装置３において、第２領域１２と基板１０がダミーフォトダイオードとして機能する。第１領域１１は、電気的に浮遊状態にある。第２領域１２は、第１導電型（ｐ型）の基板１０に接合している。基板１０は、第１電位（ＧＮＤ）に電気的に接続されている。

【0076】

これにより、第２領域１２と基板１０でダミーフォトダイオードを構成できる。また、第１領域１１は電気的に浮遊状態にあるが、第２領域１２で覆われているため、第１領域１１で発生した光電流が処理回路領域８に流れない。

【0077】

また、第２実施形態の半導体集積回路装置３において、少なくとも第１領域２１と第２領域２２がダミーフォトダイオードとして機能する。第１領域２１は、第１電位（ＧＮＤ）に電気的に接続されている。第２領域２２は、第１導電型（ｐ型）の基板２０に接合している。

【0078】

これにより、第１領域２１がダミーフォトダイオードとして機能するので、第１領域２１で発生した光電流を即座に回収することができる。

【0079】

また、第３実施形態の半導体集積回路装置３において、第１導電型（ｎ型）であり、基板３０と第２領域３２の間に位置して双方に接合するとともに、第２領域３２の周囲（平面視で輪郭となる部分、側面部分）の少なくとも一部を覆うように位置する第３領域３３を更に備える。少なくとも第２領域３２と第３領域３３がダミーフォトダイオードとして機能する。第１領域３１は、電気的に浮遊状態にある。第３領域３３は、第１電位（Ｖｃｃ）に電気的に接続されている。

【0080】

これにより、第１領域３１が第２領域３２と第３領域３３の両方で覆われ、第２領域３２と第３領域３３がダミーフォトダイオードとして機能するので、第１領域３１で発生した光電流が処理回路領域８に流れにくくなる。

【0081】

また、第１、第３実施形態の半導体集積回路装置３において、ダミーフォトダイオードは、パッド７を透過した光、又は、当該パッド７の周囲から入射された光に起因する光電流が処理回路領域８に流れることを抑制する。

【0082】

これにより、パッド７を用いる構成の半導体集積回路装置３において、不要な電流が処理回路領域８に流れにくくなる。また、第１領域１１，３１が浮遊状態にあるため、パッド７と第１領域１１，３１が電気的に接続されても、パッド７に不要な電流が伝達しにくい。

【0083】

また、第２実施形態の半導体集積回路装置３において、第１領域２１の厚みＬ１が、第２領域２２のうち当該第１領域２１の厚み方向一側に接合されている部分の厚みＬ２よりも薄い。

【0084】

これにより、比較的浅い部分で第１領域２１と第２領域２２が接合するため、特に短波長の光に起因する光電流を効率的に回収することができる。

【0085】

また、第２実施形態の半導体集積回路装置３においては、視線の方向と第１領域２１の厚み方向とを揃えて第１領域２１及び第２領域２２を見たときに、第１領域２１と第２領域２２の境界線に、当該境界線の長さを長くするための繰返しパターンが含まれている。

【0086】

これにより、第１領域２１と第２領域２２の接合面積（特に厚み方向に平行な方向の面積）を大きくできるので、空乏層を大きくすることができる。

【0087】

また、第２実施形態の半導体集積回路装置３において、視線の方向と第１領域２１の厚み方向とを揃えて、第１領域２１と、パッド７又は表示体と、を見たときに（平面視において）、パッド７又は表示体と重なる位置、及び、パッド７又は表示体の外側の位置の両方に第１領域２１が位置している。

【0088】

これにより、パッド７又は表示体の外側にある第１領域２１についてもダミーフォトダイオードとして機能させることができる。

【0089】

また、第１から第３実施形態の半導体集積回路装置３は、外部からの光を遮る遮光部と、当該光を透過させる開口部６ａと、が形成された遮光膜６を更に備える。開口部６ａによって外部に露出した箇所にパッド７又は表示体が位置している。

【0090】

パッド７及び表示体は基本的に遮光膜６で遮光しないため、外部からの光を完全に遮ることが困難であるが、本実施形態を用いることで、不要な光電流が処理回路領域８に及ぼす影響を軽減できる。

【0091】

また、第１から第３実施形態の半導体集積回路装置３において、ダミーフォトダイオードは、ｐ型領域側に接続される電位（ＧＮＤ）がｎ型領域側に接続される電位（Ｖｃｃ）以下になるように電気的に接続されている。

【0092】

これにより、ダミーフォトダイオードを効率的に動作させることができる。

【0093】

また、第１から第３実施形態の光学センサ１は、半導体集積回路装置３と、外部からの光を案内する光学系２と、を備える。半導体集積回路装置３は、外部からの光を検出するためのフォトダイオード５を備える。

【0094】

光センサの一部として構成される半導体集積回路装置３には外部からの光が照射され易いので、検出対象でない光電流が処理回路領域８に及ぼす影響が大きくなる傾向にある。この点、本実施形態の構成を用いることで、検出対象でない光電流が処理回路領域８に及ぼす影響を軽減できる。

【0095】

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

【0096】

第１導電型はｐ型であってもｎ型であってもよい。第２導電型は、ｐ型であってもｎ型であってもよい。

【0097】

上記では、各実施形態の説明だけでなく、どのような変更が許容されるかについても説明した（典型的には第２実施形態の変形例）。これらの変更は、該当する実施形態に限られず、矛盾が生じない限り、他の実施形態にも適用可能である。例えば、図３（ｃ）を用いて説明した変更（境界線を長くする構成）は、第２実施形態に限られず、他の実施形態にも適用可能である。また、図５を用いて説明した例に関する記載についても、矛盾が生じない限り、各実施形態に適用可能である。

【0098】

上記では、半導体集積回路装置３を光学センサ１に適用する例を説明したが、光学センサ１以外の装置にも半導体集積回路装置３を適用することができる。

【符号の説明】

【0099】

１ 光学センサ
３ 半導体集積回路装置
７ パッド
１０，２０，３０ 基板（半導体基板）
１１，２１，３１ 第１領域
１２，２２，３２ 第２領域
３３ 第３領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】