CN101663757B - 固态摄像装置 - Google Patents

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Abstract

一种固态摄像装置(1)包括：包括图像传感器(3)的图像传感器晶片(2A)；光学透明保护构件(4)，其通过使用粘合剂(7)经由隔体(5)连接，所述的隔体(5)被安置成包围图像传感器(3)；以及静电(ESD)保护电路(10)，其被设置在图像传感器晶片(2A)上，以使其避开与连接隔体(5)和图像传感器晶片(2A)的连接表面相对应的位置。因此，在这种构造中，即使当粘合剂中发生极化，也由于ESD保护电路的扩散层之间的p-阱层不是直接设置在所述连接表面的下方，因此p-阱层不因元件界面中的电荷而反向，因而寄生MOS晶体管不接通，从而可以抑制漏电流。

Description

固态摄像装置
技术领域
本发明涉及固态摄像装置，其中在其内形成有固态图像传感器的晶片与光学透明保护构件经由隔体连接，所述隔体被安置成包围固态图像传感器。
背景技术
近年来，在数字照相机或移动电话中使用的由CCD(电荷耦合器件)或CMOS(互补金属氧化物半导体)构成的固态摄像装置需要进一步小型化。
基于这样的要求，为了实现固态摄像装置的小型化，已经提出了固态摄像装置及其制造方法，该固态摄像装置是通过这样制造的：将其内形成有很多固态图像传感器的光接收部件的固态图像传感器晶片和光学透明保护构件经由隔体连接，所述隔体以对应于包围每一个光接收部件的位置的方式形成，之后将所得基板分开成单个固态摄像装置(例如，日本专利公开2001-351997)。
将描述上述固态摄像装置的一个实例。图1和2分别是说明固态摄像装置的外部构造的透视图及其横截面图。固态摄像装置1由以下部件构成：固态图像传感器芯片2，其通过将其内安置有固态图像传感器3的固态图像传感器晶片切割而制备；框架形隔体5，其包围安装在固态图像传感器芯片2内的固态图像传感器3；以及光学透明构件4，其安装在隔体5上以密封固态图像传感器3。
如图2所示，固态图像传感器芯片2由以下部件构成：矩形芯片基板2A；固态图像传感器3，其形成在芯片基板2A上；以及多个垫片(电极)6，用于布线到外面，其安置在固态图像传感器3的周围。芯片基板2A的材料例如是单晶硅，并且其厚度例如为约300μm。
用于光学透明构件4的是光学透明材料比如透明玻璃、树脂等，例如是“PYREX(注册商标)玻璃”。例如，其厚度为约500μm。
对于隔体5，优选使用具有类似于芯片基板2A和透明板4的那些性质比如热膨胀系数的材料，因而，例如使用多晶硅等。框架形隔体5的一部分具有例如约200μm宽和约100μm厚的横截面。通过使用粘合剂7，将隔体5的一个端面5A连接至芯片基板2A上，并且通过使用粘合剂8将另一个端面连接至透明板4上。
在上述的固态摄像装置1中，在垫片6和包括固态图像传感器3的内电路之间，布置了图3所示的静电放电保护电路(下面称作ESD保护电路)，其保护内电路免受垫片6上所发生的静电放电的影响。
图4是说明固态摄像装置的ESD保护电路部分的横截面图。在ESD保护电路10中，在具有形成于n-型基板上的p-型阱层(well layer)11的半导体基板的表面上，以分隔的方式形成作为扩散层部分的n-型半导体；一个扩散层13连接导线15和垫片6，所述导线15连接内电路，而另一个扩散层12连接接地导线16，所述接地导线16的电压低于施加给内电路的电压。
在介于扩散层12和13之间的p-型阱层11的表面上形成SiO2的绝缘膜14。在其上进一步的是形成作为夹层绝缘膜的BPSG膜19、构成层内部(intralayer)透镜的SiN膜17等以及CCD表面层树脂18。
如图5所示，由于ESD保护电路10典型地被设置在隔体5的下面，因此隔体5和芯片基板2A通过使用粘合剂7连接的连接表面7A被设置在ESD保护电路10的上方。
当固态摄像装置1被长时间使用时，整个固态摄像装置1可能产生热，导致粘合剂7的树脂材料等具有高的温度。在具有高的温度的粘合剂7中，分子交联变得不牢固，并且由于粘合剂7的聚合物分子中的可移动离子的运动并且由于分子和电子的取向，因而更可能发生极化。
当在粘合剂7中发生极化时，如图6所示，在粘合剂7和图像传感器3的界面中，由电荷22产生电场23，并且由于每一个ESD保护电路10的扩散层12和13之间的p-型阱层11具有低的杂质浓度，因此p-型阱层11反向，从而接通寄生MOS晶体管，因而漏电流24流到接地导线内。
在ESD保护电路10中产生的漏电流24导致在固态摄像装置1中产生噪音或操作麻烦，从而导致ESD保护电路10和固态图像传感器3的退化。
本发明是为了解决上述问题而获得的，并且其一个目的是提供一种固态图像装置，在该固态图像装置中，防止了寄生MOS晶体管的产生，因而在固态图像装置的ESD保护电路部分内不产生漏电流；以及提供一种所述固态图像装置的制造方法。
参考图5，为了方便说明，将ESD保护电路10、连接垫片6和内电路的导线等形成在芯片基板2A上；但是可以将它们形成在芯片基板2A的内部。
发明内容
为了实现上述目的，根据本发明的第一方面，一种固态摄像装置包括：图像传感器晶片，在所述图像传感器晶片上形成图像传感器；隔体，所述隔体被安置成包围所述图像传感器；光学透明保护构件，通过使用粘合剂，将所述光学透明保护构件经由所述隔体连接至所述图像传感器晶片；以及静电保护电路，所述静电保护电路被设置在所述图像传感器晶片上，以使其避开与连接所述隔体和所述图像传感器晶片的连接表面相对应的位置。
根据第一方面，形成在图像传感器晶片内的ESD保护电路不是被直接设置在与通过使用粘合剂连接所述隔体和所述图像传感器晶片的连接表面对应的位置的下方。
因此，即使当粘合剂中发生极化时，由于ESD保护电路的扩散层之间的p-阱层不是直接设置在连接表面的下方，因此p-阱层不被元件界面中的电荷反向，因而寄生MOS晶体管不接通，从而可以抑制漏电流。
根据本发明的第二方面，在第一方面的固态摄像装置中，固态摄像装置的静电保护电路和内电路之间的距离大于连接所述隔体和图像传感器晶片的连接表面的宽度。
根据第二方面，ESD保护电路的连接到介于内电路和用于连接内电路和外电路的垫片之间的导线的连接位置更靠近垫片。由于连接位置和内电路之间的距离大于使用粘合剂连接隔体和图像传感器晶片的连接界面的宽度，因此ESD保护电路不是被直接设置在连接界面的下方。
因此，即使当粘合剂中产生极化，p-阱层也不反向，因而寄生MOS晶体管不接通，从而可以抑制漏电流。
根据本发明的第三方面，在第一方面的固态摄像装置中，在形成于图像传感器晶片上面的多个垫片之间形成静电保护电路，所述垫片用于固态摄像装置的内电路和外电路之间的连接。
根据第三方面，在形成于图像传感器晶片的表面上的多个垫片之间形成ESD保护电路，所述垫片用于内电路和外电路之间的连接。为了避免损伤连接外布线的导线或避免连接层中混入孔隙而损害密封，防止由例如树脂或金属制成的结构体在垫片上放置并连接。
因此，在ESD保护电路上方不形成连接表面；即使当粘合剂中产生极化时，p-阱层也不反向，因而寄生MOS晶体管不接通，从而可以抑制漏电流。
如上所述，根据本发明的固态摄像装置，即使当粘合剂中发生极化，由于ESD保护电路的扩散层之间的p-阱层不是被直接设置在连接表面的下方，因此p-阱层没有被元件表面的电荷反向，因而防止了寄生MOS晶体管的产生，从而可以防止固态摄像装置的ESD保护电路中的漏电流的产生。
附图简述
图1是说明固态摄像装置的外部构造的透视图；
图2是说明固态摄像装置的要点的横截面图；
图3是说明静电保护电路的示例性构造的电路图；
图4是说明静电保护电路的构造的横截面图；
图5是说明常规固态摄像装置的顶视图；
图6是说明漏电流产生的横截面图；
图7是说明根据本发明的第一实施方案的固态摄像装置的顶视图；以及
图8是说明根据本发明的第二实施方案的固态摄像装置的顶视图。
符号说明
1    固态摄像装置
2       固态图像传感器芯片
2A      芯片基板
3       固态图像传感器
4       透明板
5       隔体
5A      端面
6       垫片
7       粘合剂
7A      连接表面
10      ESD保护电路
11      p-阱层
12，13  扩散层
14      绝缘膜
15      导线
16      接地导线
17，17A SiN膜
18      CCD表面树脂
19      BPSG膜
21      导线
22      电荷
23      电场
24      漏电流
实施本发明的最佳方式
将参考附图，详细地描述根据本发明的固态摄像装置及其制造方法的优选实施方案。
首先，将描述根据本发明的固态摄像装置和静电保护电路(ESD保护电路)的构造。
图1所示的固态摄像装置1包括：具有安置在其内的固态图像传感器3的固态图像传感器芯片2；安装在固态图像传感器芯片2内并且包围固态图像传感器3的框架形隔体5；以及安装在隔体5上用于密封固态图像传感器3的光学透明构件4。
如图2所示，固态图像传感器芯片2包括：矩形芯片基板2A、形成在芯片基板2A上的固态图像传感器3以及用于布线到外部的垫片6。芯片基板2A的材料例如单晶硅，并且其厚度为例如约300μm。
用于光学透明构件4的是光学透明材料比如玻璃、树脂等，例如“PYREX(注册商标)玻璃”。例如，其厚度为约500μm。
对于隔体5，优选使用具有类似于芯片基板2A和透明板4的那些性质比如热膨胀系数的材料，因而例如，使用多晶硅等。框架形隔体5的一部分具有例如约200μm宽和约100μm厚的横截面。通过使用粘合剂7，将隔体5的一个端面5A连接至芯片基板2A上，并且通过使用粘合剂8将另一个端面连接至透明板4上。
在垫片6和包括固态图像传感器3等的内电路之间，如图3所示安置ESD保护电路。
描述根据本发明的固态摄像装置的第一实施方案。图7是说明根据第一实施方案的固态摄像装置的顶视图。
如图7所示，在固态摄像装置1A中，安装图1所示的隔体5，使其包围形成于芯片基板2A上的固态图像传感器3；在隔体5上安装光学透明构件4，以使固态图像传感器3被密封。
在芯片基板2A上，再安装垫片6，用于包含固态图像传感器3的内电路和外部之间布线；垫片6和内电路经由导线21连接。ESD保护电路10被安置在导线21的中间。
在这种情况下，形成ESD保护电路10，使得ESD保护电路10和内电路之间的距离l大于使用粘合剂7连接隔体5和芯片基板2A的连接表面7A的宽度k。
因此，防止ESD保护电路10直接设置在连接表面7A的下方。因此，即使当粘合剂7中发生极化时，由于每一个ESD保护电路10的扩散层之间的p-阱层不是被直接设置在连接表面7A的下方，因此每一个p-阱层都不因每一个图像传感器之间的界面中的电荷而反向，因而寄生MOS晶体管不接通，从而可以抑制漏电流。
参考图7，为了方便说明，将ESD保护电路10、用于垫片6和内电路之间连接的导线21等安置在芯片基板2A上；但是可以将它们形成在芯片基板2A的内部。
将描述根据本发明的固态摄像装置的第二实施方案。图8是说明根据第二实施方案的固态摄像装置的顶视图。
在第二实施方案中，与第一实施方案的部件相同或类似的部件应用相同的附图标记，并且省略对它们的说明。
在固态摄像装置1B中，如图8所示，将固态图像传感器3形成在芯片基板2A上；将隔体5围绕着固态图像传感器3安装；将光学透明构件4安装在隔体5上。
在芯片基板2A上，进一步安置垫片6；垫片6和内电路经由导线21连接。每一个ESD保护电路10被安置在每一根导线21的中间。
在这种情况下，每一个ESD保护电路10形成在多个垫片6之间，所述多个垫片6形成在芯片基板2A上。为了避免损伤连接外布线的导线或避免连接层中混入孔隙而损害密封，防止结构体(structural object)比如隔体5在垫片上连接。因此，防止隔体5安置在ESD保护电路的上方；并且防止ESD保护电路10直接设置在连接表面7A的下方。
因此，即使当在粘合剂7中发生极化时，由于每一个ESD保护电路10的扩散层之间的p-阱层不是直接设置在连接表面7A的下方，因此p-阱层不因每一个图像传感器之间的界面中的电荷而反向，因此寄生MOS晶体管不接通，因而可以抑制漏电流。
此外，每一个ESD保护电路10具有更高的保护内电路的作用，因为每一个ESD保护电路10都更靠近信号输入部分并且远离内电路而设置。因此，在保护内电路方面，优选根据本发明的实施方案形成的ESD保护电路10。
参考图8，为了方便说明，将ESD保护电路10、用于垫片6和内电路之间连接的导线21等安置在芯片基板2A上；但是可以将它们形成在芯片基板2A的内部。
[实施例]
将描述根据本发明的固态摄像装置的具体实例。
首先，关于漏电流产生，将根据第一实施方案制造的固态摄像装置与不是基于本发明的固态摄像装置进行比较。
图5所示的不是基于本发明的固态摄像装置1中，产生约10至60μA的漏电流。相反，在图7所示的本发明的固态摄像装置1A中，不产生漏电流，因而证实了本发明的效果。
接着，关于漏电流产生，将图8所示的根据第二实施方案制造的固态摄像装置1B与不是基于本发明的固态摄像装置进行比较。图5所示的不是基于本发明的固态摄像装置1中，产生约10至60μA的漏电流。相反，本发明的固态摄像装置1B中不产生漏电流，因而证实了本发明的效果。
如上所述，根据本发明的固态摄像装置，由于防止了p-阱层的反向，因此，防止了寄生MOS晶体管的产生，从而允许防止在固态图像装置的ESD保护电路部分中产生漏电流。

Claims (2)

1.一种固态摄像装置，所述固态摄像装置包括：
图像传感器晶片，在所述图像传感器晶片上形成图像传感器；
隔体，所述隔体被安置成包围所述图像传感器；
光学透明保护构件，通过使用粘合剂，将所述光学透明保护构件经由所述隔体连接至所述图像传感器晶片；以及
静电保护电路，所述静电保护电路被设置在所述图像传感器晶片上，以使其避开与连接所述隔体和所述图像传感器晶片的连接表面相对应的位置，
其中所述静电保护电路被设置在形成于所述图像传感器晶片上的垫片和内电路之间，所述垫片用于所述固态摄像装置的所述内电路和外电路之间的连接。
2.根据权利要求1所述的固态摄像装置，其中
所述固态摄像装置的所述静电保护电路和内电路之间的距离大于连接所述隔体和所述图像传感器晶片的所述连接表面的宽度。
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