(57)【要約】【課題】  パッケージの成形精度に依存することなく、固体撮像素子と光学素子との離間距離の寸法精度を高めることができる固体撮像装置を提供すること。【解決手段】  開口部２１を有する多層配線基板２と、導電性膜３２で被覆され、多層配線基板２の開口部２１内に露出した基準電位電極に導電性膜３２を面接触した状態で多層配線基板２に固定されるスペーサ３と、スペーサ３の導電性膜３２に面接触した状態でスペーサ３に固定され、開口部２１内に配置される固体撮像素子４と、スペーサ３を介して固体撮像素子４と対向する位置に固定され、光を開口部内に透過する光学素子５と、を備える固体撮像装置。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部を有する多層配線基板と、
導電性膜で被覆され、前記多層配線基板の前記開口部内に露出した基準電位電極に前記導電性膜を面接触した状態で前記多層配線基板に固定されるスペーサと、
前記スペーサの前記導電性膜に面接触した状態で前記スペーサに固定され、前記開口部内に配置される固体撮像素子と、
前記スペーサを介して前記固体撮像素子と対向する位置に固定され、光を前記開口部内に透過する光学素子と、
を備える固体撮像装置。
【請求項２】
前記光学素子の受光面と、前記固体撮像素子の前記光学素子に対向する面とに位置決め用マークを有する請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記スペーサは、窒化アルミからなる素体を有する請求項１又は２何れかに記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置に係り、特に裏面照射型の固体撮像素子を備えた固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の固体撮像装置は、セラミックスや樹脂のパッケージの中央に開口部を設け、この開口部内に固体撮像素子を配置し、この固体撮像素子から所定の間隔を設けてレンズ等の光学素子を配置している。（例えば、特許文献１〜３参照）。
【特許文献１】特開２００１−１９７３７５号公報
【特許文献２】特開２００２−２３１９１３号公報
【特許文献３】特開２００４−３２８３８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、固体撮像装置は、固体撮像素子と光学素子との離間距離を厳密に制御する必要がある。従来の固体撮像装置においては、固体撮像素子や光学素子をパッケージに載置しており、固体撮像素子とレンズとの離間距離はパッケージの成形精度等に依存している。例えば、上記特許文献１に記載された発明においては、パッケージの開口部内に段差を設けた複数の平面部を有する載置部を形成して、この載置部に固体撮像素子とレンズとをそれぞれ載置しており、固体撮像素子とレンズとの離間距離の精度は、パッケージの開口部内に形成する載置部の成形精度等に依存することになる。
【０００４】
パッケージには樹脂製のものやセラミックス製のものがあるが、樹脂製のパッケージは成型金型の精度がそれほど高くないので、パッケージ（載置部）の成形精度にも限界がある。また、樹脂製のパッケージは熱膨張係数が大きいので、固体撮像装置の動作中においては、固体撮像素子からの熱により膨張又は収縮し離間距離が変動する。一方、セラミックス製のパッケージは、焼結過程で収縮することから成形精度がばらつきやすい。この場合、固体撮像素子や光学素子を載置する部分を加工することも考えられるが、比較的複雑な形状であり加工が困難である。
【０００５】
そこで、本発明では、パッケージの成形精度等に依存することなく、固体撮像素子と光学素子との離間距離の寸法精度を高めることができる固体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】
【０００６】
本発明に係る固体撮像装置は、開口部を有する多層配線基板と、導電性膜で被覆され、多層配線基板の開口部内に露出した基準電位電極に導電性膜を面接触した状態で多層配線基板に固定されるスペーサと、スペーサの導電性膜に面接触した状態でスペーサに固定され、開口部内に配置される固体撮像素子と、スペーサを介して固体撮像素子と対向する位置に固定され、光を開口部内に透過する光学素子と、を備える。
【０００７】
本発明によれば、スペーサの一端面に固体撮像素子が固定され、他端面に光学素子が固定されているので、固体撮像素子と光学素子との離間距離はスペーサの厚みにより定まることになる。スペーサは、機械的加工が容易であるから厚みの寸法精度を高めることが可能である。従って、パッケージの成形精度に左右されることなく、固体撮像素子と光学素子との離間距離の精度を高めることができる。
【０００８】
また、スペーサは、導電性膜で被覆されているので高い導電性と高い熱伝導性とを有する。そして、スペーサの導電性膜と多層配線基板の開口部内に露出した基準電位電極とが面接触した状態で接合されていると共に、スペーサの導電性膜と固体撮像素子とが面接触した状態で接合されているので、接触部分においても高い熱伝導性と導電性とを有する。従って、固体撮像素子の基準電位が安定化すると共に、固体撮像素子の放熱性が向上し固体撮像素子の電気的特性が安定化する。
【０００９】
また、本発明に係る固体撮像装置は、光学素子の受光面と、固体撮像素子の光学素子に対向する面とに位置決め用マークを有することが好ましい。
【００１０】
この好ましい固体撮像装置によれば、光学素子と固体撮像素子とに位置決め用マークを設けているので、装置の組み立て時において光学素子と固体撮像素子との位置関係の調整が容易となる。従って、固体撮像素子と光学素子とを高い精度で多層配線基板に配置することができる。
【００１１】
また、本発明に係る固体撮像装置は、スペーサが、窒化アルミからなる素体を有することが好ましい。
【００１２】
この好ましい固体撮像装置によれば、スペーサを構成する素体が、熱伝導率が高く、熱膨張係数が小さい窒化アルミからなるので、スペーサは高い熱伝導率と小さい熱膨張係数とを有することになる。従って、固体撮像素子の放熱性が向上し、固体撮像素子の電気的特性が安定すると共に、固体撮像素子と光学素子との離間距離の変動が極めて小さくなる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、パッケージの成形精度に依存することなく、固体撮像素子と光学素子との離間距離の精度を高めることができる固体撮像装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の知見は、例示のみのために示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解することができる。引き続いて、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
【００１５】
（第１の実施形態）  図１〜図３を参照して、第１の実施形態である固体撮像装置について説明する。図１は本実施形態に係る固体撮像装置の平面図を示す。図２は図１に示す本実施形態に係る固体撮像装置のＩＩ−ＩＩに沿った断面の分解図を示す。図３は図１に示す本実施形態に係る固体撮像装置のＩＩ−ＩＩに沿った端面図を示す。
【００１６】
固体撮像装置１は矩形板状の多層配線基板２（パッケージ）を有し、多層配線基板２の中央部には基板の表面（受光面）から裏面（受光面と反対側の面）にわたって開口すると共に、その長手方向に延びた開口部２１が形成されている。また、多層配線基板２の開口部２１には基板の表面に沿って開口部内に突出するように載置部２２が設けられている。この載置部２２には、スペーサ３を介して裏面側が受光面となるようにＣＣＤチップ４（固体撮像素子）が固定されている。また、レンズ５（光学素子）は、ＣＣＤチップ４の裏面側に対向するように、スペーサ３に固定されている。更に、多層配線基板２の裏面側には開口部を覆うためのカバー部材２０が固定されている。以下各構成要素について説明する。
【００１７】
多層配線基板２は、それぞれに大きさの異なる矩形状の開口部分を有する複数のセラミックス層を上方に向かって開口部分の大きさが小さくなるように上方に順次重ね合わされて形成されている。そして、各セラミックス層に形成された開口部分が重なって、基板の表面側から裏面側に向かって段階的に広がった開口部２１を形成し、基板の表面側には載置部２２が、この載置部２２よりも裏面側には段部２４が設けられている。また、セラミックス層間には所定形状の内部配線が形成されている。
【００１８】
開口部内２１に設けられた載置部２２は、基板の裏面側に向いた載置面２２１を有し、この載置面２２１には、電極パッド２３１（基準電位電極）が形成されている。この電極パッド２３１は、多層配線基板２の内部に形成され基準電位として接地電位（０Ｖ）となる接地配線２３と電気的に接続されている。なお、本実施形態においては基準電位を接地電位としているが、基準電位としてはこれに限らず、例えば、＋又は−の５Ｖ、８Ｖ程度となるように所定の電圧を印加した電位としてもよい。
【００１９】
また、段部２４は３段からなり、それぞれの段の平面部には、ＣＣＤチップ４の電極（クロック電極、出力電極、シールド電極）を外部に取り出すためのボンディングパッド（図示せず）が形成されている。ボンディングパッドは多層配線基板２の内部配線（図示せず）を介して外部に導出されており、この内部配線が外部に導出される部分には外部接続用の電極ピン６がろう付け等により固着されている。ＣＣＤチップ４の電極とボンディングパッドとはボンディングワイヤ７を介して結線されている。
【００２０】
スペーサ３は、多層配線基板２の表面側の開口部２１の内周よりも大きい外周の矩形状の外形であると共に、開口部２１の内周よりも小さい内周の矩形状の開口部分を有するセラミックス素体３１を導電性膜３２で被覆した構成となっている。また、スペーサ３は、一端面の外周縁部が全周にわたって多層配線基板２の載置面２２１に沿って固定されている。その際、導電性接着剤を用いて載置面２２１に形成された電極パッド２３１とスペーサ３の導電性膜３２（一端面に形成された部分）とが面接触した状態で固定されている。なお、スペーサ３の一端面の内周縁部が全周にわたって載置部から開口部内に突出した状態となり、後述するレンズ５を載置する面を形成する。
【００２１】
スペーサ３のセラミックス素体は、熱伝導率が高く、熱膨張係数が小さい材料を用いることが好ましい。本実施形態においてはセラミックス素体の材料として窒化アルミを用いている。また、スペーサ３の厚みは、ＣＣＤチップ４とレンズ５との離間距離となるために、セラミックス素体３１は所定の厚みとなるように高精度に加工されている。
【００２２】
セラミックス素体３１の表面を覆う導電性膜は、高い導電性を有するＡｕ、Ｃｕ、Ａｌ等の金属材料を用いることが好ましい。Ａｌは酸化皮膜が形成し易く導電性が低下するので、Ａｕ、Ｃｕの何れかが特に好ましい。本実施形態においては、Ａｕを用いて形成されている。導電性膜の形成方法は、セラミックス素体３１表面に均一の厚みで導電性膜を被覆することができるめっき法やスパッタ等の薄膜形成方法を用いる。
【００２３】
ＣＣＤチップ４は、裏面照射型のＣＣＤチップであり、表面側に入射した光を電荷に変換する光感応部４１（例えば１３０μｍ×１８μｍの画素が１次元に４０９８個配列）を有し、光感応部４１に対応する領域を含む裏面側の領域（内側領域）には、厚さ１０〜３０μｍ程度に薄く削られた薄型部分４２が形成されている。なお、薄型部分４２は受光する領域であり、この領域はスペーサ３の開口部分よりも小さく形成されている。
【００２４】
このＣＣＤチップ４は、多層配線基板２に固定されたスペーサ３の他端面（載置面２２１に固定されているスペーサ３の端面と反対側の端面）に、ＣＣＤチップ４の裏面側が受光面となるように固定されている。その際、導電性接着剤を用いてスペーサ３の導電性膜とＣＣＤチップ４の薄型部分４２以外の裏面側の領域（外側領域）とは面接触するように固定されている。これにより、ＣＣＤチップ４の裏面はスペーサ３の導電性膜及び多層配線基板２の電極パッド（基準電位電極）を介して多層配線基板２の接地配線と電気的に接続されている。
【００２５】
なお、裏面照射型のＣＣＤチップ４において、薄型部分４２を有する構造は、まず、シリコン基板にシリコン窒化膜を堆積し、ホトリソグラフィ工程により所望の形状にパターニングし、それをマスクとしてシリコン基板をＫＯＨからなるエッチング液で、シリコン窒化膜に覆われた基板周辺部を厚く残したままエッチングすることにより形成される。
【００２６】
レンズ５はＣＣＤチップ４に光を入射させるものであり、ＣＣＤチップ４の光感応部４１に形成された画素のピッチに対応するピッチのマイクロレンズが形成されている。また、レンズ５は、多層配線基板２の表面側の開口部２１の内周よりも小さな外周の矩形状の外形であり、開口部２１の内部であって、ＣＣＤチップ４の裏面と対向配置されるようにスペーサ３の一端面の内周縁部（載置部から開口部に突出している一端面の領域）に接着剤により固定されている。
【００２７】
以上のように、本実施形態によれば、スペーサ３の一端にＣＣＤチップ４が固定され、他端にレンズ５が固定されているので、ＣＣＤチップ４とレンズ５との離間距離はスペーサ３の厚みにより定まることになる。また、スペーサ３は、機械的加工が容易であるから厚みの寸法精度を高めることが可能である。従って、多層配線基板２の成形精度に左右されることなく、ＣＣＤチップ４とレンズ５との離間距離の精度を高めることができる。
【００２８】
また、スペーサ３は、導電性膜３２で被覆されているので高い導電性と高い熱伝導性とを有する。そして、スペーサ３の導電性膜３２と多層配線基板２の開口部２１内に露出した電極パッド２３１（基準電位電極）とが面接触した状態で接合されていると共に、スペーサ３の導電性膜３２とＣＣＤチップ４とが面接触した状態で接合されているので、接触部分においても高い熱伝導性と導電性とを有する。従って、ＣＣＤチップ４の基準電位（本実施形態では接地電位）が安定化すると共に、ＣＣＤチップ４の放熱性が向上しＣＣＤチップ４の電気的特性が安定化する。
【００２９】
また、スペーサ３を構成する素体が、熱伝導率が高く、熱膨張係数が小さい窒化アルミからなるので、スペーサ３は高い熱伝導率と小さい熱膨張係数とを有することになる。従って、ＣＣＤチップ４の放熱性が向上し、ＣＣＤチップ４の電気的特性が安定すると共に、ＣＣＤチップ４とレンズ５との離間距離の変動が極めて小さくなる。
【００３０】
（第２の実施形態）  次に図４を参照して、第２の実施形態について説明する。図４は本実施形態に係る固体撮像装置の平面図を示す。本実施形態の固体撮像装置１０は、第１の実施形態に、更にＣＣＤチップ４の薄型部分４２以外の裏面側の領域及びレンズ５の受光面の非撮像領域に、それぞれの平面方向（多層配線基板の厚み方向と交わる平面方向）の位置あわせのための位置決め用マーク７１、８２が設けられている。ＣＣＤチップ４に形成する位置決め用マークは、裏面に薄型部分４２を形成する際に、位置決め用マークを形成する場所においてもホトリソグラフィ工程によりパターニングして、エッチングすることにより形成することができる。
【００３１】
ＣＣＤチップ４とレンズ５との位置決めは、ＣＣＤチップ４の位置決め用マーク７１の位置とレンズ５の位置決め用マーク８２の位置とを観察し、それぞれのマークが一致するようにＣＣＤチップ４とレンズ５との位置を調整することにより行うことができる。
【００３２】
以上のように本実施形態によれば、ＣＣＤチップ４とレンズ５とにそれぞれ位置決め用マーク７１、８２を設けているので、装置の組み立て時においてＣＣＤチップ４とレンズ５との位置関係の調整が容易となる。従って、ＣＣＤチップ４とレンズ５とを高い精度で多層配線基板２に配置することができる。
【００３３】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、ＣＣＤチップのクロック電極から引き出されたボンディングワイヤと、ＣＣＤチップの出力電極から引き出されたボンディングワイヤとの間にＣＣＤチップのシールド電極から引き出されたボンディングワイヤを配置することが好ましい。クロック信号と出力信号とのクロストークを抑えることができるからである。また、同様の理由により、更に内部配線から外部接続端子まで、ワイヤボンディングと同様にクロック配線と出力配線との間にシールドが挟まれるように配置することが好ましい。
【００３４】
また、本実施形態の固体撮像装置に、更にガス供給通路及びガス排出通路からなるガス流通手段を備えてもよい。接着剤等の樹脂材料等が分解されたガスが、ＣＣＤチップ、ガラス及びスペーサから形成される空間に放出された場合でも、ガス流通手段を通じて多層配線基板外に排出されるので、接着剤から放出されたガスがレンズの光出射面又はＣＣＤチップの受光面に付着し、凝集するのが抑制されて、入射光の透過率の低下が抑制される。この結果、ＣＣＤチップの受光感度の低下を抑制することができる。
【００３５】
また、多層配線基板に形成された開口部の受光面側の開口端部に複数の切り欠き部を形成しても良い。ピンセット等のレンズ載置用（位置調整用）の道具を挿入することができるので、レンズをスペーサに載置又は位置調整する際の作業性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】第１の実施形態に係る固体撮像装置の平面図である。
【図２】図１に示す第１の実施形態に係る固体撮像装置のＩＩ−ＩＩに沿った断面の分解図である。
【図３】図１に示す第１の実施形態に係る固体撮像装置のＩＩ−ＩＩに沿った端面図である。
【図４】第２の本実施形態に係る固体撮像装置の平面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１、１０…固体撮像装置、２…多層配線基板、３…スペーサ、４…ＣＣＤチップ（固体撮像素子）、５…レンズ（光学素子）、６…外部接続用の電極ピン、７…ボンディングワイヤ、７１、８２…位置決め用マーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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