JPH0815211B2 - 光配線式半導体集積回路 - Google Patents
光配線式半導体集積回路Info
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- JPH0815211B2 JPH0815211B2 JP22490786A JP22490786A JPH0815211B2 JP H0815211 B2 JPH0815211 B2 JP H0815211B2 JP 22490786 A JP22490786 A JP 22490786A JP 22490786 A JP22490786 A JP 22490786A JP H0815211 B2 JPH0815211 B2 JP H0815211B2
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- Japan
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- integrated circuit
- semiconductor integrated
- receiving element
- signal
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
- H10F39/10—Integrated devices
- H10F39/103—Integrated devices the at least one element covered by H10F30/00 having potential barriers, e.g. integrated devices comprising photodiodes or phototransistors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
- H10F77/30—Coatings
- H10F77/306—Coatings for devices having potential barriers
- H10F77/331—Coatings for devices having potential barriers for filtering or shielding light, e.g. multicolour filters for photodetectors
- H10F77/334—Coatings for devices having potential barriers for filtering or shielding light, e.g. multicolour filters for photodetectors for shielding light, e.g. light blocking layers or cold shields for infrared detectors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
- H10F77/40—Optical elements or arrangements
- H10F77/413—Optical elements or arrangements directly associated or integrated with the devices, e.g. back reflectors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W90/00—Package configurations
- H10W90/701—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts
- H10W90/751—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of bond wires
- H10W90/756—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of bond wires between a chip and a stacked lead frame, conducting package substrate or heat sink
Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、外部との接続路の一部が光配線によつて与
えられるようにした半導体集積回路に係り特に、信号伝
達に高速性が要求される場合に好適な光配線式半導体集
積回路に関する。
えられるようにした半導体集積回路に係り特に、信号伝
達に高速性が要求される場合に好適な光配線式半導体集
積回路に関する。
従来より半導体集積回路においては、半導体チツプ上
に形成した拡散抵抗層またはアルミニウム等の金属層な
どにより、クロツクやタイミング信号等を伝達するため
の配線を実現している。しかしながらこのような電気的
配線では、配線に付随する静電容量のために信号伝達に
遅延をきたし、集積回路動作の高速化の障害となつてい
る。
に形成した拡散抵抗層またはアルミニウム等の金属層な
どにより、クロツクやタイミング信号等を伝達するため
の配線を実現している。しかしながらこのような電気的
配線では、配線に付随する静電容量のために信号伝達に
遅延をきたし、集積回路動作の高速化の障害となつてい
る。
これに対処するため、例えば「J.W.Goodman et al:Op
tical Interconnections for VLSI Systems,Proc.of th
e IEEE,Vol.72,No.7,July 1984」に述べられているよう
に、光を用いて信号を伝達する光配線方式が提案されて
いる。すなわち、光信号を、空間を伝播して、あるいは
光フアイバや光導波路を通して伝送することにより、光
の伝播速度という非常な高速度での信号の伝達ができる
ようにしたものである。
tical Interconnections for VLSI Systems,Proc.of th
e IEEE,Vol.72,No.7,July 1984」に述べられているよう
に、光を用いて信号を伝達する光配線方式が提案されて
いる。すなわち、光信号を、空間を伝播して、あるいは
光フアイバや光導波路を通して伝送することにより、光
の伝播速度という非常な高速度での信号の伝達ができる
ようにしたものである。
例えば、第４図は上記提案による、空間伝播光を用い
た光配線方式の一例である。光源110からの光をレンズ1
30により集光し、光信号として半導体集積回路チツプ14
0の上に照射する。集積回路チツプ140に形成された受光
素子120〜125はこの光信号を受け、電気信号に変換す
る。仮りに、この光信号が集積回路チツプ上に形成され
た論理回路に対するクロツク信号であるとすれば、チツ
プ上の任意の点で再生された電気信号によるクロツクは
タイミングが完全に一致する。すなわち、この方法によ
れば伝播遅延によるタイミングジツターの発生を防止で
きるという長所があるわけである。
た光配線方式の一例である。光源110からの光をレンズ1
30により集光し、光信号として半導体集積回路チツプ14
0の上に照射する。集積回路チツプ140に形成された受光
素子120〜125はこの光信号を受け、電気信号に変換す
る。仮りに、この光信号が集積回路チツプ上に形成され
た論理回路に対するクロツク信号であるとすれば、チツ
プ上の任意の点で再生された電気信号によるクロツクは
タイミングが完全に一致する。すなわち、この方法によ
れば伝播遅延によるタイミングジツターの発生を防止で
きるという長所があるわけである。
しかし、上記従来例では、特定の受光素子にだけ選択
的に光を照射すべき点については配慮されていなかつ
た。
的に光を照射すべき点については配慮されていなかつ
た。
上記従来技術では、特定の受光素子だけに選択的に信
号先を照射する方法については配慮されておらず、光電
子発生による電子回路の誤動作、および多相クロツクの
実現という点で問題があつた。すなわち、上記従来例で
は、半導体集積回路の上面全てに光が照射され、このた
め、受光素子に限らず、半導体中のいたるところで光励
起による光電子が発生する。この光電子は集積回路チツ
プ上のトランジスタやダイオード等の素子の特性に当然
影響し、素子の特性不良または誤動作の原因となる。ま
た、論理回路では、多相クロツクが用いられることが多
いが、上記従来技術では何も言及されていない。
号先を照射する方法については配慮されておらず、光電
子発生による電子回路の誤動作、および多相クロツクの
実現という点で問題があつた。すなわち、上記従来例で
は、半導体集積回路の上面全てに光が照射され、このた
め、受光素子に限らず、半導体中のいたるところで光励
起による光電子が発生する。この光電子は集積回路チツ
プ上のトランジスタやダイオード等の素子の特性に当然
影響し、素子の特性不良または誤動作の原因となる。ま
た、論理回路では、多相クロツクが用いられることが多
いが、上記従来技術では何も言及されていない。
本発明の目的は、空間伝播光による光配線式の半導体
集積回路において、複数のクロツク信号が、光により半
導体集積回路に供給できるようにした光配線式の半導体
集積回路を提供することにある。
集積回路において、複数のクロツク信号が、光により半
導体集積回路に供給できるようにした光配線式の半導体
集積回路を提供することにある。
上記目的は、半導体集積回路の半導体基体中に形成し
た光電変換機能を有する受光素子部分と、該受光素子部
分の光電変換面に開口部を残して上記半導体基体の表面
に被覆された不透明膜とを備え、上記半導体集積回路と
外部との接続路の一部が上記受光素子部分を介した光信
号による伝送路で形成されているようにした半導体集積
回路において、上記受光素子部分を少なくとも２個、上
記半導体基体の異なった位置に形成した上で、これら少
なくとも２個の受光素子部分の光電変換面の開口部毎に
異なった色のフィルタを設け、波長多重光源から複数の
異なった色の光を上記半導体基体の表面に照射すること
により、上記少なくとも２個の受光素子部分を介して、
少なくとも２種類のクロック信号が光信号により上記半
導体集積回路に伝送されるようにして達成される。
た光電変換機能を有する受光素子部分と、該受光素子部
分の光電変換面に開口部を残して上記半導体基体の表面
に被覆された不透明膜とを備え、上記半導体集積回路と
外部との接続路の一部が上記受光素子部分を介した光信
号による伝送路で形成されているようにした半導体集積
回路において、上記受光素子部分を少なくとも２個、上
記半導体基体の異なった位置に形成した上で、これら少
なくとも２個の受光素子部分の光電変換面の開口部毎に
異なった色のフィルタを設け、波長多重光源から複数の
異なった色の光を上記半導体基体の表面に照射すること
により、上記少なくとも２個の受光素子部分を介して、
少なくとも２種類のクロック信号が光信号により上記半
導体集積回路に伝送されるようにして達成される。
各受光素子部分の光電変換面の開口部には、それぞれ
異なった色のフィルタが設けられているので、波長多重
光源から複数の異なった色の光を上記半導体基体の表面
に照射することにより、それぞれの色の光毎に、異なっ
た受光素子部分が光電変換を行なって電気信号を発生す
るように働く。
異なった色のフィルタが設けられているので、波長多重
光源から複数の異なった色の光を上記半導体基体の表面
に照射することにより、それぞれの色の光毎に、異なっ
た受光素子部分が光電変換を行なって電気信号を発生す
るように働く。
この結果、異なった色の光信号により複数のクロック
信号が伝送されるようになり、多相クロック信号を半導
体集積回路に供給することができる。
信号が伝送されるようになり、多相クロック信号を半導
体集積回路に供給することができる。
以下、本発明による光配線式半導体集積回路につい
て、図示の実施例により説明するのであるが、それに先
立って、まず、本発明の実施例の前提となっている光配
線式半導体集積回路の先行例について説明する。
て、図示の実施例により説明するのであるが、それに先
立って、まず、本発明の実施例の前提となっている光配
線式半導体集積回路の先行例について説明する。
第１図は、本発明の先行例が適用されたLSI（大規模
集積回路）チツプの一部を断面で示したものであり、こ
の図において、１はチツプ全体を表わす。そして、この
チツプ１は、最初、ｎ型半導体基板40にｐ型埋め込み層
50,55を作り、この中にフオトダイオード10、抵抗20、
およびトランジスタ30を形成したもので、まずフオトダ
イオード10は、ｎ層52、ｉ層51およびｐ層50より成るpi
n型フオトダイオードである。
集積回路）チツプの一部を断面で示したものであり、こ
の図において、１はチツプ全体を表わす。そして、この
チツプ１は、最初、ｎ型半導体基板40にｐ型埋め込み層
50,55を作り、この中にフオトダイオード10、抵抗20、
およびトランジスタ30を形成したもので、まずフオトダ
イオード10は、ｎ層52、ｉ層51およびｐ層50より成るpi
n型フオトダイオードである。
次に、ｐ層53は拡散抵抗であり、ｎ層54と共に抵抗20
を形成する。
を形成する。
また、トランジスタ30はMOSトランジスタであり、ｎ
型埋め込み層55中のｎ層56,57はそれぞれこのMOSトラン
ジスタのドレインとソースである。
型埋め込み層55中のｎ層56,57はそれぞれこのMOSトラン
ジスタのドレインとソースである。
酸化膜60およびアルミニウム層70〜77は従来のMOS集
積回路で用いられているとうり、絶縁と各領域に対する
配線のためのものである。
積回路で用いられているとうり、絶縁と各領域に対する
配線のためのものである。
こうして、酸化膜60とアルミニウム層70〜77による処
理を終つたら、その上に絶縁性の透明樹脂層80を設け、
さらにその上にアルミニウム層90を設ける。そして、こ
のとき、このアルミニウム層90の一部に、ダイオード10
の光電変換面（受光部）に位置を合わせて開口100を形
成しておく。
理を終つたら、その上に絶縁性の透明樹脂層80を設け、
さらにその上にアルミニウム層90を設ける。そして、こ
のとき、このアルミニウム層90の一部に、ダイオード10
の光電変換面（受光部）に位置を合わせて開口100を形
成しておく。
この第１図の先行例は、チツプ１内に形成されている
論理回路部などに対するクロツク信号の供給を光配線方
式で行なうようにしたもので、このため、その等価回路
が第２図に示すようになるようにしてあるもので、チツ
プ１の外部から、光の強弱変化又はオン・オフ変化など
の形で与えられる光クロツク信号を、電気信号として再
生し、これを論理回路部200に供給して動作させるよう
になつている。すなわち、まず、光クロツク信号をフオ
トダイオード10により受信し、これを光電流に変換す
る。次いで抵抗20により、この光電流を電圧に変換し、
トランジスタ30が、この抵抗20両端の電圧変化を増幅
し、クロツク信号として出力する。最後にこうして発生
した電気的なクロツク信号は、論理回路部200に供給さ
れ、この結果、論理回路部200を動作させることができ
る。
論理回路部などに対するクロツク信号の供給を光配線方
式で行なうようにしたもので、このため、その等価回路
が第２図に示すようになるようにしてあるもので、チツ
プ１の外部から、光の強弱変化又はオン・オフ変化など
の形で与えられる光クロツク信号を、電気信号として再
生し、これを論理回路部200に供給して動作させるよう
になつている。すなわち、まず、光クロツク信号をフオ
トダイオード10により受信し、これを光電流に変換す
る。次いで抵抗20により、この光電流を電圧に変換し、
トランジスタ30が、この抵抗20両端の電圧変化を増幅
し、クロツク信号として出力する。最後にこうして発生
した電気的なクロツク信号は、論理回路部200に供給さ
れ、この結果、論理回路部200を動作させることができ
る。
このときの光クロツク信号の供給は、第３図のように
して行なわれる。この第３図はチツプ１のパツケージ状
態を表わしたもので、チツプ１にリード端子３を接続
し、下部モールド２にチツプ１を固定、上部モールド４
で覆うのは従来通りである。しかして、本先行例では、
さらに上部モールド４の内側に発光ダイオードなどの半
導体光源51を取りつけ、これをクロツクパルス発生回路
６で駆動し、このクロツクパルスにより発光される信号
光で半導体集積回路チツプ１の表面を照射するようにな
つているのである。
して行なわれる。この第３図はチツプ１のパツケージ状
態を表わしたもので、チツプ１にリード端子３を接続
し、下部モールド２にチツプ１を固定、上部モールド４
で覆うのは従来通りである。しかして、本先行例では、
さらに上部モールド４の内側に発光ダイオードなどの半
導体光源51を取りつけ、これをクロツクパルス発生回路
６で駆動し、このクロツクパルスにより発光される信号
光で半導体集積回路チツプ１の表面を照射するようにな
つているのである。
このとき、第１図から明らかなように、チツプ１の表
面には、アルミニウム層90が不透明層として、透明樹脂
層80の上に積層してある。そして、このアルミニウム層
90の開口部100はフオトダイオード10が形成されている
部分にだけ形成されている。
面には、アルミニウム層90が不透明層として、透明樹脂
層80の上に積層してある。そして、このアルミニウム層
90の開口部100はフオトダイオード10が形成されている
部分にだけ形成されている。
従つて、この先行例によれば、半導体光源５によりチ
ツプ１全体にパルス光を照射し、これにより光配線方式
によりクロツクパルス信号の伝送を行なつても、半導体
集積回路中での素子の特性不良や誤動作の発生がなく、
光配線方式の特長を充分に活かすことができる。
ツプ１全体にパルス光を照射し、これにより光配線方式
によりクロツクパルス信号の伝送を行なつても、半導体
集積回路中での素子の特性不良や誤動作の発生がなく、
光配線方式の特長を充分に活かすことができる。
なお、この先行例では、第３図に示すよに、上部モー
ルド４の内側に半導体光源５を設け、これによる発光を
信号光としているが、これに代えて、上部モールド４に
光フアイバなどからなるライトガイドを設け、このライ
トガイドにより信号光を開口部100に導くようにしても
よく、或いは上部モールド４にガラスなどの透明体によ
る窓を設け、ここから内部のチツプ１に信号光を照射す
るようにしてもよい。
ルド４の内側に半導体光源５を設け、これによる発光を
信号光としているが、これに代えて、上部モールド４に
光フアイバなどからなるライトガイドを設け、このライ
トガイドにより信号光を開口部100に導くようにしても
よく、或いは上部モールド４にガラスなどの透明体によ
る窓を設け、ここから内部のチツプ１に信号光を照射す
るようにしてもよい。
第５図は別の先行例で、この先行例では、不透明で、
かつ、絶縁性の樹脂層200で半導体集積回路チツプ１の
表面を直接覆つた点が第１図の先行例と異なり、構造が
簡単となつている。そして、この先行例では、フオトダ
イオード10の上面の開口100に透明な樹脂からなる充填
材210を設け、更にこの充填材210の表面にフレネルレン
ズ220を形成し、これによりフオトダイオード10へ入射
される信号光の受光効率が改善されるようにしている。
ここで、透明な充填材210としては、樹脂に限らず、ガ
ラスをスパツタしたものでもよい。また、フレネルレン
ズ220もフレネルレンズに限らず屈折率分布レンズ、球
面レンズ等でもよい。
かつ、絶縁性の樹脂層200で半導体集積回路チツプ１の
表面を直接覆つた点が第１図の先行例と異なり、構造が
簡単となつている。そして、この先行例では、フオトダ
イオード10の上面の開口100に透明な樹脂からなる充填
材210を設け、更にこの充填材210の表面にフレネルレン
ズ220を形成し、これによりフオトダイオード10へ入射
される信号光の受光効率が改善されるようにしている。
ここで、透明な充填材210としては、樹脂に限らず、ガ
ラスをスパツタしたものでもよい。また、フレネルレン
ズ220もフレネルレンズに限らず屈折率分布レンズ、球
面レンズ等でもよい。
第６図は、本発明の一実施例で、以上の先行例を前提
として、それらの半導体集積回路チツプ１の表面に形成
してある光配線用の受光素子となっている複数個のフォ
トダイオード10a、10bにおいて、それらの開口100を透
明絶縁膜80と不透明膜90により構成し、さらに、これら
の開口100に、それぞれ波長選択性の色フィルタ230、24
0を設け、これにより波長多重光源250からの信号光を選
択的に透過させるようにしたものである。
として、それらの半導体集積回路チツプ１の表面に形成
してある光配線用の受光素子となっている複数個のフォ
トダイオード10a、10bにおいて、それらの開口100を透
明絶縁膜80と不透明膜90により構成し、さらに、これら
の開口100に、それぞれ波長選択性の色フィルタ230、24
0を設け、これにより波長多重光源250からの信号光を選
択的に透過させるようにしたものである。
この結果、例えば、フオトダイオード10aは開口100の
色フイルタ230の波長特性に応じて、波長多重光源25の
ａからの特定波長の信号光にだけ応答し、他方、フオト
ダイオード10bも、同じく色フイルタ240により、波長多
重光源250のｂからの信号光にだけ応答するようにな
る。
色フイルタ230の波長特性に応じて、波長多重光源25の
ａからの特定波長の信号光にだけ応答し、他方、フオト
ダイオード10bも、同じく色フイルタ240により、波長多
重光源250のｂからの信号光にだけ応答するようにな
る。
従つて、この実施例によれば、波長多重光源250のａ
とｂをそれぞれ異なつた位相のクロツクで点灯駆動させ
てやれば、多相クロツク信号の光配線による伝達を容易
に行なうことができる。
とｂをそれぞれ異なつた位相のクロツクで点灯駆動させ
てやれば、多相クロツク信号の光配線による伝達を容易
に行なうことができる。
以上説明したように、本発明によれば、半導体集積回
路チツプのほぼ全面を照射する方式の光配線において、
信号光が半導体素子に及ぼす悪影響を充分に抑えること
ができる上、複数のクロック信号を光信号により半導体
集積回路に供給することができるから、光配線方式によ
る利点を活かし、多相クロツクを用いた半導体集積回路
の動作を充分に高速化することができる。
路チツプのほぼ全面を照射する方式の光配線において、
信号光が半導体素子に及ぼす悪影響を充分に抑えること
ができる上、複数のクロック信号を光信号により半導体
集積回路に供給することができるから、光配線方式によ
る利点を活かし、多相クロツクを用いた半導体集積回路
の動作を充分に高速化することができる。
第１図は本発明による光配線式半導体集積回路が前提と
している先行例の第１例を示す断面図、第２図は第１図
の等価回路図、第３図は第２の先行例を示すパツケージ
状態での断面図、第４図は従来例の説明図、第５図は第
３の先行例を示す断面図、第６図は本発明の一実施例を
示す断面図である。 １……半導体集積回路チツプ、２……下部モールド、３
……端子、４……上部モールド、５……半導体光源、６
……クロツク発生回路、10……フオトダイオード、20…
…抵抗、30……MOSトランジスタ、40……ｎ型半導体基
板、50,55……Ｐ型埋め込み層、51……ｉ層、52,54,56,
57……ｎ層、53……Ｐ型拡散抵抗、60……酸化膜、70〜
77……アルミニウム（配線）層、80……透明樹脂層、90
……アルミニウム層（不透明層）、100……開口。
している先行例の第１例を示す断面図、第２図は第１図
の等価回路図、第３図は第２の先行例を示すパツケージ
状態での断面図、第４図は従来例の説明図、第５図は第
３の先行例を示す断面図、第６図は本発明の一実施例を
示す断面図である。 １……半導体集積回路チツプ、２……下部モールド、３
……端子、４……上部モールド、５……半導体光源、６
……クロツク発生回路、10……フオトダイオード、20…
…抵抗、30……MOSトランジスタ、40……ｎ型半導体基
板、50,55……Ｐ型埋め込み層、51……ｉ層、52,54,56,
57……ｎ層、53……Ｐ型拡散抵抗、60……酸化膜、70〜
77……アルミニウム（配線）層、80……透明樹脂層、90
……アルミニウム層（不透明層）、100……開口。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｂ 10/00 Ｈ０４Ｂ 9/00 (56)参考文献 特開 昭59−134872（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−124485（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−111444（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】半導体集積回路の半導体基体中に形成した
光電変換機能を有する受光素子部分と、該受光素子部分
の光電変換面に開口部を残して上記半導体基体の表面に
被覆された不透明膜とを備え、上記半導体集積回路と外
部との接続路の一部が上記受光素子部分を介した光信号
による伝送路で形成されているようにした半導体集積回
路において、 上記受光素子部分を少なくとも２個、上記半導体基体の
異なった位置に形成した上で、これら少なくとも２個の
受光素子部分の光電変換面の開口部毎に異なった色のフ
ィルタを設け、 波長多重光源から複数の異なった色の光を上記半導体基
体の表面に照射することにより、上記少なくとも２個の
受光素子部分を介して、少なくとも２種類のクロック信
号が光信号により上記半導体集積回路に伝送されるよう
に構成したことを特徴とする光配線式半導体集積回路。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22490786A JPH0815211B2 (ja) | 1986-09-25 | 1986-09-25 | 光配線式半導体集積回路 |
| DE19873731865 DE3731865A1 (de) | 1986-09-25 | 1987-09-22 | Optische verschaltung fuer integrierte halbleiterschaltungen |
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