JP2006013979A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】固体撮像装置を小型化すると共に、迷光によるノイズの発生を抑制する。
【解決手段】撮像部を有する固体撮像素子３０が表面に形成された撮像用半導体チップ２０の裏面と、固体撮像素子３０に関する信号の処理を行う処理回路が表面に形成された信号処理用半導体チップ２２の表面とが対向するように撮像用半導体チップ２０と信号処理用半導体チップ２２とが積層され、固体撮像素子３０の撮像部に対して外部からの光が入射されるように開口部が設けられる。撮像用半導体チップ２０の表面及び信号処理用半導体チップ２２の表面にはボンディングワイヤが接続されるパッド電極３２，３６がそれぞれ設けられ、撮像用半導体チップ２０と信号処理用半導体チップ２２とが積層された際に、固体撮像素子３０の撮像部が配置された領域に隣接してパッド電極３６が設けられている固体撮像装置によって上記課題を解決できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体撮像素子及び信号処理チップを含む固体撮像装置に関する。

近年、電荷結合素子（ＣＣＤ）やＣＭＯＳ等を用いた固体撮像素子が広く用いられている。固体撮像素子を利用した固体撮像装置では、小型かつ高性能な装置を低コストで提供することが望まれている。

図７の断面図に示すように、固体撮像素子１０を撮像用半導体チップ１２の表面に形成し、その撮像用半導体チップ１２の裏面をモジュール基板１６の一面に対向させるように設置し、固体撮像素子１０から出力された画像信号を処理する信号処理用半導体チップ１４をモジュール基板１６の他面に設置することによって固体撮像素子を小型化する方法が用いられている。このとき、モジュール基板１６の両面はスルーホール等により接続され撮像用半導体チップ１２と信号処理用半導体チップ１４との間で信号のやり取りができるようになっている。そして、固体撮像素子１０が形成された表面に光が入射されるように、撮像用半導体チップ１２は裏面にボール状の端子１８が形成されたチップサイズパッケージ（ＣＳＰ）とされる。また、信号処理用半導体チップ１４は、表面にボール状の端子１８が形成されたボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）とされる。

しかしながら、このようにボール状端子１８を用いてモジュール基板１６の表裏面に撮像用半導体チップ１２及び信号処理用半導体チップ１４を設置すると、固体撮像装置全体としての厚みが大きくなり、小型化が困難となる。また、撮像用半導体チップ１２の駆動信号を生成するための昇圧回路用コンデンサ等の部品１９を取り付ける領域も必要なため、これも小型化を妨げる要因となっている。そこで、特許文献１には、撮像用半導体チップを信号処理用半導体チップの上に積層した固体撮像装置が開示されている。これにより、撮像用半導体チップと信号処理用半導体チップとを接続する配線の長さを短縮し、タイミングパルス供給線への雑音の重畳の低減を図り、小型かつ高性能な装置を提供できることが記載されている。

特開２００４−１４６８１６号公報

しかしながら、上記従来技術では撮像用半導体チップ、信号処理用半導体チップ及びモジュール基板を互いに接続するためにワイヤボンディングが用いられているが、撮像のために外部からの取り込んだ光がボンディングワイヤで反射・散乱されて固体撮像素子の撮像部に迷光として入射し、画像信号にノイズが重畳してしまう問題が発生していた。

本発明は、上記従来技術の問題を鑑み、固体撮像素子及び信号処理用半導体チップを含み、これらから引き出されるワイヤボンディングによる光の反射の撮像への影響を低減した固体撮像装置を提供することを目的とする。

本発明は、撮像部を有する固体撮像素子、が表面に形成された撮像用半導体チップと、前記固体撮像素子に関する信号の処理を行う処理回路が表面に形成された信号処理用半導体チップと、を備え、前記信号処理用半導体チップの表面と前記撮像用半導体チップの裏面とが対向するように前記撮像用半導体チップと前記信号処理用半導体チップとが積層され、前記固体撮像素子の撮像部に対して外部からの光が入射されるように開口部が設けられた固体撮像装置であって、前記撮像用半導体チップの表面及び前記信号処理用半導体チップの表面にはボンディングワイヤが接続されるパッド電極が設けられ、前記撮像用半導体チップと前記信号処理用半導体チップとが積層された際に、前記信号処理用半導体チップの表面において前記固体撮像素子の撮像部が配置された領域に隣接してパッド電極が設けられていることを特徴とする。

このように、前記信号処理用半導体チップのパッド電極を配置することによって、前記撮像用半導体チップ及び前記信号処理用半導体チップのパッド電極から引き出されるボンディングワイヤで反射された入射光が固体撮像素子の撮像部に迷光として入射してしまうことを防ぐことができる。

ここで、前記信号処理用半導体チップに設けられたパッド電極に接続されたボンディングワイヤは、前記信号処理用半導体チップと積層された前記撮像用半導体チップの表面より低い位置を通って配線されていることが好適である。

ボンディングワイヤを前記撮像用半導体チップの表面より低い位置を通って配線することによって、ボンディングワイヤで反射された入射光が固体撮像素子の撮像部に迷光として入射してしまうことをより防ぐことができる。

また、前記撮像用半導体チップに設けられたパッド電極は、前記撮像用半導体チップの表面において前記固体撮像素子の撮像部が配置された領域の周辺以外に設けられていることが好適である。

本発明によれば、ワイヤボンディングからの光の反射の影響を低減した固体撮像装置を提供することができる。

本発明の実施の形態における固体撮像装置は、図１の斜視図に示すように、固体撮像素子がその表面に形成された撮像用半導体チップ２０、固体撮像素子からの信号を処理するための回路がその表面に形成された信号処理用半導体チップ２２、及び撮像用半導体チップ２０及び信号処理用半導体チップ２２をモジュール化するためのモジュール基板２４を含んで構成される。

撮像用半導体チップ２０は、図２の正面図に示すように、撮像部３０ｉ、蓄積部３０ｓ、水平転送部３０ｈ、出力部３０ｄを含むフレームトランスファー方式のＣＣＤ固体撮像素子３０が表面に形成されている。ＣＣＤ固体撮像素子３０は、信号処理用半導体チップ２２等に形成された駆動ドライバからのクロックを受けて、撮像、垂直転送、水平転送及び出力を行う。撮像部３０ｉは、行列配置された受光画素と垂直シフトレジスタを含んで構成される。固体撮像装置には、撮像部３０ｉに外部からの光が入射できるように開口部（図示しない）が設けられており、入射された光が撮像部３０ｉの各ビットを構成する受光画素により光電変換されて情報電荷が生成される。蓄積部３０ｓは、撮像部３０ｉの垂直シフトレジスタに連続する遮光された垂直シフトレジスタを含んで構成される。垂直転送クロックの印加によって、撮像部３０ｉにおいて生成された情報電荷の２次元配列は撮像部３０ｉの垂直シフトレジスタにより蓄積部３０ｓに高速で転送される。これによって、１フレーム分の情報電荷が蓄積部３０ｓの垂直シフトレジスタに保持される。続いて、情報電荷は１行分ずつ蓄積部３０ｓから水平転送部３０ｈへ転送される。さらに、水平転送クロックの印加によって、情報電荷は１画素単位で水平転送部３０ｈから出力部３０ｄへ転送される。出力部３０ｄは１画素毎の電荷量を電圧値に変換し、その電圧値の変化がＣＣＤの出力とされる。

撮像用半導体チップ２０には、固体撮像素子を駆動するためのクロックパルスや制御信号を入力する端子や出力部３０ｄから出力される出力信号を取り出す端子となるパッド電極３２がその表面に形成されている。

信号処理用半導体チップ２２は、図３の平面図に示すように、撮像用半導体チップ２０に形成されたＣＣＤ固体撮像素子３０を駆動するためのクロックパルスを発生させるクロックパルス発生回路、ＣＣＤ固体撮像素子３０からの出力信号のゲインを調整するためのゲイン制御アンプ、ＣＣＤ固体撮像素子３０からの出力信号をアナログ／デジタル変換するためのアナログデジタル変換回路等のＣＣＤ固体撮像素子３０に関する信号処理を行うための処理回路３４がその表面に形成されている。

また、信号処理用半導体チップ２２には、クロックパルス発生回路からのクロック信号を出力したり、ゲイン制御アンプやアナログデジタル変換回路でＣＣＤ固体撮像素子３０からの出力信号を受信したりするためのパッド電極３６が処理回路３４の周辺に設けられている。信号の遅延やノイズの重畳などを防ぐために、これらのパッド電極３６は信号の入出力を行う対象となる回路にできるだけ近い位置に設けられることが好ましい。

モジュール基板２４は、撮像用半導体チップ２０や信号処理用半導体チップ２２を他の装置等と統合してモジュール化するために用いられる。従って、モジュール基板２４には、撮像用半導体チップ２０や信号処理用半導体チップ２２へ信号を出力したり、撮像用半導体チップ２０や信号処理用半導体チップ２２から信号を受信したりするためのパッド電極３８がその表面に設けられている。

本実施の形態における固体撮像装置は、図１に示すように、モジュール基板２４、信号処理用半導体チップ２２及び撮像用半導体チップ２０を順に積層し、それぞれに設けられているパッド電極３２、３６及び３８をボンディングワイヤ４０及び４２で電気的に接続することによって構成される。また、モジュール基板２４の裏面にはコンデンサ等の部品１９が取り付けられている。このとき、図４の断面図に示すように、モジュール基板２４の表面と信号処理用半導体チップ２２の裏面、及び、信号処理用半導体チップ２２の表面と撮像用半導体チップ２０の裏面とを硬化性の樹脂等の接着剤５０により接着することによって積層している。積層する際には、撮像用半導体チップ２０のパッド電極３２、信号処理用半導体チップ２２のパッド電極３６及びモジュール基板２４のパッド電極３８が互いに重なり合うことがないように積層を行う。撮像用半導体チップ２０や信号処理用半導体チップ２２の裏面に従来のようにボール状の端子を設けず、単に接着剤５０で接着することによって固体撮像装置の厚みを薄くし、サイズを小型化することができる。また、モジュール基板２４の表面側に撮像用半導体チップ２０及び信号処理用半導体チップ２２を積層しているので、固体撮像装置の占有面積を小さくしつつ、モジュール基板２４の裏面に部品実装用の領域を設けることができる。

このようにボンディングワイヤ４０により電気的な接続を行った場合、図５に示すように、撮像用半導体チップ２０の撮像部３０ｉが形成された領域の周辺にパッド電極３２を設けると、撮像部３０ｉに対応して設けられた開口部から入射した光がパッド電極３２から引き出されたボンディングワイヤ４０によって反射・散乱され撮像部３０ｉの受光画素に迷光として入射してしまう。そこで、本実施の形態における撮像用半導体チップ２０では、図２に示したように、撮像部３０ｉの近傍にはパッド電極３２を設けることなく、外部から遮光された蓄積部３０ｓ、水平転送部３０ｈ又は出力部３０ｄの周辺にパッド電極３２を設けることが好ましい。

また、撮像用半導体チップ２０の蓄積部３０ｓ、水平転送部３０ｈ又は出力部３０ｄの周辺に設けられたパッド電極３２から引き出されたボンディングワイヤ４０と空間的に重なり合わないようにボンディングワイヤ４２を引き出せるように、信号処理用半導体チップ２２には撮像用半導体チップ２０が積層された際に撮像部３０ｉが配置される領域の周辺にパッド電極３６を設ける。これによって、図１に示すように、撮像用半導体チップ２０のパッド電極３２と信号処理用半導体チップ２２のパッド電極３６とにボンディングワイヤ４０及び４２を空間的に重なり合うことなく接続することできる。

このとき、図６に示すように、信号処理用半導体チップ２２のパッド電極３６と接続されるボンディングワイヤ４２が撮像用半導体チップ２０の表面よりも高い位置を通って配線されると、撮像部３０ｉに対応して設けられた開口部から入射した光がボンディングワイヤ４２によって反射・散乱され撮像部３０ｉの受光画素に迷光として入射してしまう。従って、図４に示したように、パッド電極３６から引き出されるボンディングワイヤ４２は撮像用半導体チップ２０の表面よりも低い位置を通るように配線されることが好適である。

なお、本実施の形態では、撮像用半導体チップ２０の表面に形成される固体撮像素子をフレームトランスファー方式のＣＣＤ固体撮像素子として説明を行ったが、これに限定されるものではなく、フレームインターライン方式等他のＣＣＤ固体撮像素子やＣＭＯＳ撮像素子等の他の撮像素子であっても本発明の概念を同様に適用することができる。

以上のように、本実施の形態によれば、固体撮像装置を小型化すると共に、ワイヤボンディングによって反射・散乱された光の影響によるノイズを低減することができる。

本発明の実施の形態における固体撮像装置の内部構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態における撮像用半導体チップの構成を示す平面図である。 本発明の実施の形態における信号処理用半導体チップの構成を示す平面図である。 本発明の実施の形態における固体撮像装置の積層状態を示す断面図である。 撮像用半導体チップの構成を示す平面図である。 固体撮像装置の積層状態を示す断面図である。 従来の固体撮像装置の積層状態を示す断面図である。

符号の説明

１０ 固体撮像素子、１２ 撮像用半導体チップ、１４ 信号処理用半導体チップ、１６ モジュール基板、１８ ボール状端子、１９ 部品、２０ 撮像用半導体チップ、２２ 信号処理用半導体チップ、２４ モジュール基板、３０ 固体撮像素子、３０ｄ 出力部、３０ｉ 撮像部、３０ｈ 水平転送部、３０ｓ 蓄積部、３２，３６，３８ パッド電極、３４ 処理回路、４０，４２ ボンディングワイヤ、５０ 接着剤。

Claims (3)

1. 撮像部を有する固体撮像素子、が表面に形成された撮像用半導体チップと、
   前記固体撮像素子に関する信号の処理を行う処理回路が表面に形成された信号処理用半導体チップと、を備え、
   前記信号処理用半導体チップの表面と前記撮像用半導体チップの裏面とが対向するように前記撮像用半導体チップと前記信号処理用半導体チップとが積層され、
   前記固体撮像素子の撮像部に対して外部からの光が入射されるように開口部が設けられた固体撮像装置であって、
   前記撮像用半導体チップの表面及び前記信号処理用半導体チップの表面にはボンディングワイヤが接続されるパッド電極が設けられ、
   前記撮像用半導体チップと前記信号処理用半導体チップとが積層された際に、前記信号処理用半導体チップの表面において前記固体撮像素子の撮像部が配置された領域に隣接してパッド電極が設けられていることを特徴とする固体撮像装置。
2. 請求項１に記載の固体撮像装置において、
   前記信号処理用半導体チップに設けられたパッド電極に接続されたボンディングワイヤは、前記信号処理用半導体チップと積層された前記撮像用半導体チップの表面より低い位置を通って配線されていることを特徴とする固体撮像装置。
3. 請求項１又は２に記載の固体撮像装置において、
   前記撮像用半導体チップに設けられたパッド電極は、前記撮像用半導体チップの表面において前記固体撮像素子の撮像部が配置された領域の周辺以外に設けられていることを特徴とする固体撮像装置。

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