(57)【要約】【課題】ワイヤボンディングを行うときに接続部付近にクラックや剥がれが生じるのを抑えた、信頼性の高い積層型固体撮像装置を提供する。【解決手段】互いに積層された第一の基板１００および第二の基板２００と、入射光を電気信号に変換する光電変換部１１０とを有する積層型固体撮像装置１であって、第一の基板に設けられ、外部との間で電気信号を受け渡すために外部に露出した露出面１４１ａを有する電極部１４１と、第一の基板に設けられた第一の接点部１４２と、第二の基板に設けられた第二の接点部２２１とを電気的に接続する接続部３０１と、第一の基板に設けられ、電極部と第一の接点部とを電気的に接続する配線部１４３とを備え、第一の基板および第二の基板が積層される積層方向Ｄに見たときに、接続部は露出面に重ならないように配置されている。【選択図】図２
2014154643.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに積層された第一の基板および第二の基板と、入射光を電気信号に変換する光電変換部とを有する積層型固体撮像装置であって、
前記第一の基板に設けられ、外部との間で電気信号を受け渡すために外部に露出した露出面を有する電極部と、
前記第一の基板に設けられた第一の接点部と、前記第二の基板に設けられた第二の接点部とを電気的に接続する接続部と、
前記第一の基板に設けられ、前記電極部と前記第一の接点部とを電気的に接続する配線部と、
を備え、
前記第一の基板および前記第二の基板が積層される積層方向に見たときに、前記接続部は前記露出面に重ならないように配置されていることを特徴とする積層型固体撮像装置。
【請求項２】
前記積層方向に見たときに、前記配線部は前記露出面に重ならないように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の積層型固体撮像装置。
【請求項３】
前記電極部の全体は、前記第一の基板に平行な基準面上に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の積層型固体撮像装置。
【請求項４】
前記配線部は、
前記第一の基板に平行に形成された平行配線部と、
前記第一の基板に交差するように形成された交差配線部と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の積層型固体撮像装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の積層型固体撮像装置を備えることを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層型固体撮像装置、より詳しくは、裏面側から受光する構造の積層型固体撮像装置、およびこの積層型固体撮像装置を有する撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ビデオカメラや電子スチルカメラなどが、広く一般に普及している。これらのカメラには、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）型や増幅型の固体撮像装置が使用されている。増幅型の固体撮像装置は、光が入射する画素の光電変換部が生成・蓄積した信号電荷を、画素に設けられた増幅部に導き、増幅部が増幅した信号を画素から出力する。増幅型の固体撮像装置では、このような画素が二次元マトリクス状に複数配置されている。増幅型の固体撮像装置には、例えばＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタを用いたＣＭＯＳ型固体撮像装置等がある。
【０００３】
従来、一般的なＣＭＯＳ型固体撮像装置は、二次元マトリクス状に配列された各画素の光電変換部が生成した信号電荷を行毎に順次読み出す方式を採用している。この方式では、各画素の光電変換部における露光のタイミングは、信号電荷の読み出しの開始と終了によって決まるため、行毎に露光のタイミングが異なる。このため、このようなＣＭＯＳ型固体撮像装置を用いて動きの速い被写体を撮像すると、撮像した画像内で被写体が歪んでしまう。
【０００４】
この被写体の歪みを無くすために、信号電荷の蓄積の同時性を実現する同時撮像機能（グローバルシャッタ機能）が提案されている。また、グローバルシャッタ機能を有するＣＭＯＳ型固体撮像装置の用途が多くなりつつある。グローバルシャッタ機能を有するＣＭＯＳ型固体撮像装置では、通常、光電変換部が生成した信号電荷を、読出しが行われるまで蓄えておくために、遮光性を持った蓄積容量部を有することが必要となる。
このような従来のＣＭＯＳ型固体撮像装置は、全画素を同時に露光した後、各光電変換部が生成した信号電荷を全画素で同時に各蓄積容量部に転送して一旦蓄積しておき、この信号電荷を所定の読み出しタイミングで順次画素信号に変換して読み出している。
【０００５】
ただし、従来のグローバルシャッタ機能を有するＣＭＯＳ型固体撮像装置では、光電変換部と蓄積容量部とを同一基板の同一平面上に作りこまねばならず、チップ面積の増大が避けられない。さらに、蓄積容量部に蓄積された信号電荷を読み出すまでの待機期間中に、光に起因するノイズや、蓄積容量部で発生するリーク電流（暗電流）に起因するノイズにより信号の品質が劣化してしまうという問題がある。
【０００６】
これらの問題を解決するために、特許文献１に記載された積層型固体撮像装置が検討されている。
積層型固体撮像装置では、第１の基板と第２の基板とが、マイクロパッドおよびマイクロバンプを含む接続層（接続部）によって電気的に接続されている。第１の基板には２次元の行列状に画素が配列された画素アレイが配列されており、同一平面に外部から信号と入出力する為の電極が露出したボンディングパッド（電極部）が形成されている。
このボンディングパッドはパッド部に配されていて、パッド部に開口が形成されることで外部に露出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−３３８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記特許文献１では、ボンディングパッドに金属配線を熱と超音波を用いて接続するワイヤボンディングを行うときに、接続層に直接力がかかる構造となっている。このため、ワイヤボンディングを行うときに接続層の近傍がクラックや剥がれの起点となり、信頼性に問題がある。
【０００９】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、ワイヤボンディングを行うときに接続部付近にクラックや剥がれが生じるのを抑えた、信頼性の高い積層型固体撮像装置、およびこの積層型固体撮像装置を備える撮像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】
【００１０】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の積層型固体撮像装置は、互いに積層された第一の基板および第二の基板と、入射光を電気信号に変換する光電変換部とを有する積層型固体撮像装置であって、前記第一の基板に設けられ、外部との間で電気信号を受け渡すために外部に露出した露出面を有する電極部と、前記第一の基板に設けられた第一の接点部と、前記第二の基板に設けられた第二の接点部とを電気的に接続する接続部と、前記第一の基板に設けられ、前記電極部と前記第一の接点部とを電気的に接続する配線部と、を備え、前記第一の基板および前記第二の基板が積層される積層方向に見たときに、前記接続部は前記露出面に重ならないように配置されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の積層型固体撮像装置および撮像装置によれば、ワイヤボンディングを行うときに接続部付近にクラックや剥がれが生じるのを抑えた、信頼性の高いものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態の積層型固体撮像装置の斜視図である。
【図２】同積層型固体撮像装置の要部における側面の断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態の変形例における要部の断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態の積層型固体撮像装置の要部の断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態の撮像装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（第１実施形態）
以下、本発明に係る積層型固体撮像装置の第１実施形態を、図１から図３を参照しながら説明する。
図１および図２に示すように、本積層型固体撮像装置１は、入射光を電気信号に変換するための光電変換部１１０および変換された電気信号を読出す不図示の読出し回路を有する第一の基板１００と、不図示の駆動回路を有する第二の基板２００と、第一の基板１００と第二の基板２００とを接続する接続層３００とを備えている。
第一の基板１００および第二の基板２００は、積層方向Ｄに積層されている。
【００１４】
第一の基板１００は、図２に示すように、シリコンなどで板状に形成された基材１２０と、基材１２０の第一の面１２０ａに設けられた入光部１３０と、基材１２０の第二の面１２０ｂに設けられた第一の配線構造１４０とを有している。
基材１２０には、積層方向Ｄに貫通する貫通孔１２０ｃが形成されている。基材１２０には、フォトダイオードと前述の読出し回路とからなるフォトダイオード部１２１が、第一の面１２０ａに沿って複数内蔵されている。
複数のフォトダイオード部１２１により、画素アレイを構成する。入光部１３０およびフォトダイオード部１２１で、光電変換部１１０を構成する。
【００１５】
入光部１３０は、複数のマイクロレンズ１３１と、複数のカラーフィルタ１３２とを備えている。各マイクロレンズ１３１は、フォトダイオード部１２１に対応するように配置されていて、入光部１３０に入射する光をフォトダイオード部１２１に導く。
カラーフィルタ１３２は、公知のものであり、複数種類の色の中から選択された１色のフィルタが各フォトダイオード部１２１に割当てられて配置されている。
基材１２０の第一の面１２０ａにおける入光部１３０が設けられていない部分、および、貫通孔１２０ｃの内面には、公知の保護膜１２４が設けられている。
【００１６】
第一の配線構造１４０は、公知の半導体プロセスで形成された層間絶縁膜、配線層、およびビアなどで構成されている。第一の配線構造１４０は、ボンディングパッド（電極部）１４１、第一のバンプ（第一の接点部）１４２、および配線部１４３を有している。
ボンディングパッド１４１は、第一の配線構造１４０における基材１２０側に、第二の面１２０ｂに平行に形成されている。言い換えれば、ボンディングパッド１４１の全体は、基材１２０の第二の面１２０ｂに平行な基準面Ｓ上に形成されている。
ボンディングパッド１４１における基材１２０側の面の一部は、基材１２０や保護膜１２４に覆われずに外部に露出する露出面１４１ａとなっている。露出面１４１ａは、積層方向Ｄに直交するように形成されている。この例では、ボンディングパッド１４１の一方の面の一部を後述する層間絶縁膜１４４や保護膜１２４が覆っているため、ボンディングパッド１４１の一方の面の残部が露出面１４１ａとなっている。
ボンディングパッド１４１は、外部との間で電気信号を受け渡す、すなわち電気信号を入出力するためのものである。
【００１７】
第一のバンプ１４２は、第一の配線構造１４０における基材１２０とは反対側の面に形成されている。
配線部１４３は、複数の配線（平行配線部）１４３ａを層間絶縁膜１４４を介して多層に配置し、各配線１４３ａ同士をビア（交差配線部）１４３ｂによって電気的に接続した多層配線として構成されている。配線１４３ａは、基材１２０の第二の面１２０ｂに平行に形成されたものであり、ビア１４３ｂは、第二の面１２０ｂに直交するように形成されたものである。
複数の配線１４３ａのうち最も基材１２０側の配線１４３ａは、ボンディングパッド１４１と一体に形成されている。配線部１４３は、ボンディングパッド１４１と第一のバンプ１４２とを電気的に接続している。
配線部１４３は、積層方向Ｄに見たときに、ボンディングパッド１４１の露出面１４１ａに重なる領域Ｒの外部に配置されている。
【００１８】
このように構成された第一の基板１００は、光が入射する側が基材１２０、すなわちシリコン層となるように第二の基板２００に接合されている。第一の基板１００は、いわゆる、裏面照射型の固体撮像装置と同様の構成となっている。
【００１９】
第二の基板２００は、図２に示すように、シリコンなどで板状に形成された基材２１０と、基材２１０に設けられた第二の配線構造２２０とを有している。
基材２１０の少なくとも一方の面には、不図示の半導体素子が設けられている。
第二の配線構造２２０は、前述の第一の配線構造１４０と同様に構成することができる。第二の配線構造２２０は、第二のバンプ（第二の接点部）２２１および第二の配線部２２２を有している。
第二のバンプ２２１は、第二の配線構造２２０における基材２１０とは反対側の面に形成されている。
第二の配線部２２２は、複数の配線２２２ａを層間絶縁膜２２３を介して多層に配置し、各配線２２２ａ同士をビア２２２ｂによって電気的に接続した多層配線として構成されている。
【００２０】
第二の基板２００が有する前述の駆動回路は、第一の基板１００および第二の基板２００内の図示しない電気回路や、フォトダイオード部１２１などを駆動するためのものである。
【００２１】
接続層３００は、第一の基板１００の第一のバンプ１４２と第二の基板２００の第二のバンプ２２１とを電気的に接続する複数の接続部３０１と、隣合う接続部３０１同士の間などに充填された充填部材３０２とを有している。
接続部３０１は、ハンダや金などで形成することができる。充填部材３０２としては、絶縁性の樹脂を好適に用いることができる。本実施形態では、接続部３０１は、バンプ１４２、２２１をハンダによりバンプ接合している。
各接続部３０１は、積層方向Ｄに見たときに、ボンディングパッド１４１の露出面１４１ａに重なる領域Ｒの外部に配置されている。
【００２２】
このように構成された積層型固体撮像装置１のボンディングパッド１４１に金属ワイヤＷを接続するときには、例えば、以下の手順で行う。
すなわち、筒状に形成された不図示のヘッドの筒孔から前方に金属ワイヤＷを送出す。このヘッドには、超音波装置が備えられている。
超音波装置が発生する超音波振動で金属ワイヤＷの先端部を溶かしつつ、金属ワイヤＷの先端部をボンディングパッド１４１の露出面１４１ａに押当てることで、露出面１４１ａに対して、露出面１４１ａに直交する矢印Ｆで示すような荷重が作用する。
一般的に 、第一の基板１００および第二の基板２００は、公知の半導体プロセスにより形成されているため、接続層３００よりも硬い。金属ワイヤＷによる荷重は、主に領域Ｒに作用する。
金属ワイヤＷにおける溶けた部分が冷えて固化すると、露出面１４１ａに金属ワイヤＷが接続される。
【００２３】
次に、以上のように構成された積層型固体撮像装置１の作用について説明する。
入光部１３０に入射した光は、マイクロレンズ１３１およびカラーフィルタ１３２を通って各フォトダイオード部１２１に入射する。フォトダイオード部１２１に入射した光は光電変換されて電気信号となる。この電気信号は、第一の配線構造１４０の配線１４３ａおよびビア１４３ｂ、ボンディングパッド１４１の露出面１４１ａを通して金属ワイヤＷに出力される。
金属ワイヤＷを介してボンディングパッド１４１の露出面１４１ａに入力された電気信号は、配線部１４３および接続部３０１を通して、第二の基板２００の半導体素子に入力される。また、逆に、この半導体素子から出力された信号は、露出面１４１ａを通して金属ワイヤＷに出力される。
【００２４】
以上説明したように、本実施形態の積層型固体撮像装置１によれば、積層方向Ｄに見たときに、接続部３０１はボンディングパッド１４１の露出面１４１ａに重ならない領域Ｒに配置されている。露出面１４１ａに金属ワイヤＷを接続するときには、金属ワイヤＷによる荷重は主に領域Ｒに作用するため、領域Ｒの外部に配置されている接続部３０１に作用する荷重を低減させることができる。したがって、露出面１４１ａにワイヤボンディングを行うときに接続部３０１付近にクラックや剥がれが生じるのを抑え、積層型固体撮像装置１の信頼性を高めることができる。
【００２５】
配線部１４３は、積層方向Ｄに見たときにボンディングパッド１４１の露出面１４１ａに重なる領域Ｒの外部に配置されている。これにより、露出面１４１ａにワイヤボンディングを行うときに配線部１４３付近に作用する荷重を低減させ、配線部１４３にクラックや剥がれが生じるのを抑制することができる。
ボンディングパッド１４１の全体は、基準面Ｓ上に形成されている。したがって、ボンディングパッド１４１の全体をフォトリソグラフィなどの半導体プロセスで一度に形成することができ、ボンディングパッド１４１を容易に製造することができる。
【００２６】
配線部１４３は配線１４３ａおよびビア１４３ｂを備えるため、配線部１４３を多層配線として立体的に構成し、配線部１４３の構成の自由度を高めることができる。
【００２７】
なお、本実施形態では、図３に示す積層型固体撮像装置２のように、配線部１４３の配線１４３ａの一部やビア１４３ｂが、積層方向Ｄに見たときに、ボンディングパッド１４１の露出面１４１ａに重なる領域Ｒに配置されるように構成してもよい。
前述のように、第一の基板１００は接続層３００に比べて硬いため、このように構成しても、領域Ｒに配置された配線１４３ａやビア１４３ｂ付近にクラックや剥がれが生じにくいからである。
【００２８】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図４を参照しながら説明するが、前記実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
図４に示すように、本実施形態の積層型固体撮像装置３は、第１実施形態の積層型固体撮像装置１において接続層３００を備えない構成となっている。
この例では、第一の基板１００の第一のバンプ１４２と第二の基板２００の第二のバンプ２２１とは、直接接合されている。
すなわち、例えば、バンプ１４２、２２１に前処理をすることで、バンプ１４２、２２１の母材と同一の材料からなる真正面を露出させる。そして真空環境下において、この真正面同士を押圧するという表面活性化などの手段を用いて、バンプ１４２、２２１同士を直接接合する。この場合、接続部は、接合されたバンプ１４２、２２１の真正面となる。
【００２９】
このように構成された積層型固体撮像装置３によっても、ワイヤボンディングを行うときに接続部付近にクラックや剥がれが生じるのを抑えた、信頼性の高いものとすることができる。
【００３０】
以上、本発明の第１実施形態および第２実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更、組み合わせなども含まれる。さらに、各実施形態で示した構成のそれぞれを適宜組み合わせて利用できることは、言うまでもない。
たとえば、前記第１実施形態および第２実施形態では、２枚の基板１００、２００を積層して積層型固体撮像装置を構成した。しかし、積層型固体撮像装置を構成する基板の数はこれに限定されず、３枚以上の基板を積層して積層型固体撮像装置を構成してもよい。この場合、基板にＴＳＶ（スルーシリコンビア）を適宜設けて積層することが好ましい。
【００３１】
駆動回路は第二の基板２００が有するとしたが、駆動回路を第一の基板１００および第二の基板２００の両方が有するように構成してもよい。
ボンディングパッド１４１を、基材１２０に平行な配線およびビアを備える多層配線のように構成してもよい。このように構成することで、ボンディングパッドを立体的に構成し、ボンディングパッドの構成の自由度を高めることができる。
配線部１４３は、１つの配線１４３ａのみから構成されていてもよい。
第一の基板１００と第二の基板２００とを接合させる方法は、バンプ接合、直接接合以外でもよい。
【００３２】
（第３実施形態）
次に、第１実施形態または第２実施形態における積層型固体撮像装置１、２、３を搭載した本発明の撮像装置について説明する。図５は、本発明の実施形態による積層型固体撮像装置１を搭載した撮像装置（例えば、デジタル一眼カメラ、内視鏡、顕微鏡等）７０の概略構成を示したブロック図である。
以下では、第１実施形態における積層型固体撮像装置１を搭載した撮像装置７０を例に説明する。
【００３３】
撮像装置７０は、レンズユニット部２０、積層型固体撮像装置１、画像信号処理装置３０、記録装置４０、カメラ制御装置５０、および表示装置６０から構成される。
【００３４】
レンズユニット部２０は、カメラ制御装置５０によってズーム、フォーカス、絞りなどが駆動制御され、被写体の像を積層型固体撮像装置１に結像させる。
積層型固体撮像装置１は、カメラ制御装置５０によって駆動・制御され、レンズユニット部２０を介して積層型固体撮像装置１内に入射した被写体からの光を電気信号に変換し、入射光量に応じた画像信号を画像信号処理装置３０に出力する。
【００３５】
画像信号処理装置３０は、積層型固体撮像装置１から出力された画像信号に対して、信号の増幅、画像データへの変換および各種の補正、画像データの圧縮などの処理を行う。画像信号処理装置３０は、各処理における画像データの一時記憶手段として図示しないメモリを利用する。
【００３６】
記録装置４０は、半導体メモリなどの着脱可能な記録媒体であり、画像データの記録または読み出しを行う。
カメラ制御装置５０は、撮像装置７０の全体の制御を行う制御装置である。
表示装置６０は、積層型固体撮像装置１に結像され、画像信号処理装置３０によって処理された画像データ、または記録装置４０から読み出された画像データに基づく画像を表示する液晶などの表示装置である。
【００３７】
上記に述べたように、本実施形態の撮像装置７０は、第１実施形態の積層型固体撮像装置１を搭載する。これにより、積層型固体撮像装置１にワイヤボンディングを行うときに接続部３０１付近にクラックや剥がれが生じるのを抑えることができ、信頼性の高い撮像装置７０を提供することができる。
【００３８】
以上、本発明の実施形態について、図面を参照して説明してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲においての種々の変更も含まれる。
【符号の説明】
【００３９】
１、２、３  積層型固体撮像装置
７０  撮像装置
１００  第一の基板
１１０  光電変換部
１４１  ボンディングパッド（電極部）
１４１ａ  露出面
１４２  第一のバンプ（第一の接点部）
１４３  配線部
１４３ａ  配線（平行配線部）
１４３ｂ  ビア（交差配線部）
２００  第二の基板
３０１  接続部
Ｄ    積層方向
Ｓ    基準面
【図１】
2014154643.tif 000003
【図２】
2014154643.tif 000004
【図３】
2014154643.tif 000005
【図４】
2014154643.tif 000006
【図５】
2014154643.tif 000007