(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非平面形状の第１の表面を有する固体撮像素子である第１の基板と、
前記第１の表面と異なる形状の第２の表面を有する第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板とを電気的に接続する複数のバンプと
を備えており、
前記複数のバンプは、対向する前記第１の表面と前記第２の表面との間で、前記第１の表面及び前記第２の表面のそれぞれの垂線が重なる位置に配置され、
前記第１の基板と前記第２の基板とは、前記第１の表面及び前記第２の表面にそれぞれ存在する曲率が同一となる仮想の線の間で前記複数のバンプにより電気的に接続されていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記第１の表面及び前記第２の表面にそれぞれ存在する仮想線の間の距離は、前記第１の表面と前記第２の基板との間の最短距離であることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記第１の基板は、前記第１の表面が凸球面状に湾曲した形状であり、
前記第２の基板は、前記第２の表面が凹円筒面状に湾曲した形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記第１の基板は、前記第１の表面が凸円筒面状に湾曲した形状であり、
前記第２の基板は、前記第２の表面が平面形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
複数の前記バンプは、それぞれ同一の大きさであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記第１の基板は、複数の画素部と、前記バンプと電気的に接続されており、前記画素部の撮像信号を出力する信号線とを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記バンプは、前記信号線と直交する線上に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記第２の基板は、前記画素部から前記信号線を通じて出力された撮像信号を、前記バンプを介して読み出す回路を有することを特徴とする請求項６又は７に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
非平面形状の第１の表面を有する固体撮像素子である第１の基板と、前記第１の表面と異なる形状の第２の表面を有する第２の基板とを、複数のバンプを用いて電気的に接続するに際して、
前記第１の表面と前記第２の表面とを対向させるとともに前記第１の表面及び前記第２の表面のそれぞれの垂線が重なる位置に前記複数のバンプを配置し、
前記第１の表面及び前記第２の表面にそれぞれ存在する曲率が同一となる仮想の線の間で前記第１の基板と前記第２の基板とを前記複数のバンプにより電気的に接続することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第１の表面及び前記第２の表面にそれぞれ存在する仮想線の間の距離は、前記第１の表面と前記第２の基板との間の最短距離であることを特徴とする請求項９に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１１】
前記第１の基板は、前記第１の表面が凸球面状に湾曲した形状であり、
前記第２の基板は、前記第２の表面が凹円筒面状に湾曲した形状であることを特徴とする請求項９又は１０に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１２】
前記第１の基板は、前記第１の表面が凸円筒面状に湾曲した形状であり、
前記第２の基板は、前記第２の表面が平面形状であることを特徴とする請求項９又は１０に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１３】
複数の前記バンプは、それぞれ同一の大きさであることを特徴とする請求項９〜１２のいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等の撮像装置には、固体撮像素子としてＣＭＯＳイメージセンサが搭載されているものがある。これらの固体撮像素子は、光電変換素子を含む画素部で構成される撮像面を有している。この撮像面上に被写体を結像させる目的でレンズを使用する。一般的にレンズで被写体を結像させた場合、像面湾曲により撮像面の中心部と周辺部で焦点位置のずれが発生する。この問題を解決するために、固体撮像素子自体を湾曲させる技術が提案されている（特許文献１を参照）。
【０００３】
また、この湾曲した固体撮像素子を、画素部から出力された撮像信号を処理する信号処理基板に取り付けるための技術が提案されている（特許文献２を参照）。この特許文献２では、固体撮像素子と信号処理基板とを電気的に接続する際に、厚み方向のサイズが異なる複数のバンプを用いている。この方法により、湾曲形状の固体撮像素子と信号処理基板とを積層させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２９４９６０号公報
【特許文献２】特開２００９−０４９４９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２に記載された手法では、固体撮像素子と信号処理基板とを接続するために、厚み方向のサイズが異なる複数のバンプを用いていることで、各バンプのインピーダンスが異なることが懸念される。これにより、固体撮像素子からの撮像信号の電圧が変化する可能性があり、本来の電圧レベルとは異なる信号が基板に入力されることで、画質の劣化を惹起する虞がある。
【０００６】
本発明は、上記の問題点を解決すべくなされたものである。本発明は、像面湾曲による焦点位置のずれの発生等を抑止すると共に、各バンプのインピーダンスが異なることで発生する撮像信号の電圧変化を抑制し、画質の劣化を防止することができる信頼性の高い固体撮像装置及びその製造方法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】
【０００７】
本発明の固体撮像装置は、非平面形状の第１の表面を有する固体撮像素子である第１の基板と、前記第１の表面と異なる形状の第２の表面を有する第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板とを電気的に接続する複数のバンプとを備えており、前記複数のバンプは、対向する前記第１の表面と前記第２の表面との間で、前記第１の表面及び前記第２の表面のそれぞれの垂線が重なる位置に配置され、前記第１の基板と前記第２の基板とは、前記第１の表面及び前記第２の表面にそれぞれ存在する曲率が同一となる仮想の線の間で前記複数のバンプにより電気的に接続されている。
【０００８】
本発明の固体撮像装置の製造方法は、非平面形状の第１の表面を有する固体撮像素子である第１の基板と、前記第１の表面と異なる形状の第２の表面を有する第２の基板とを、複数のバンプを用いて電気的に接続するに際して、前記第１の表面と前記第２の表面とを対向させるとともに前記第１の表面及び前記第２の表面のそれぞれの垂線が重なる位置に前記複数のバンプを配置し、前記第１の表面及び前記第２の表面にそれぞれ存在する曲率が同一となる仮想の線の間で前記第１の基板と前記第２の基板とを前記複数のバンプにより電気的に接続する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、像面湾曲による焦点位置のずれの発生等を抑止すると共に、各バンプのインピーダンスが異なることで発生する撮像信号の電圧変化を抑制し、画質の劣化を防止することができる、信頼性の高い固体撮像装置が実現する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態における固体撮像装置の外観を示す模式図である。
【図２】第１の実施形態における固体撮像装置の第１の基板の構成を示す概略図である。
【図３】第１の実施形態における固体撮像装置の第１の基板及び第２の基板の構成を示す等価回路図である。
【図４】第１の実施形態における固体撮像装置の第２の基板の構成、及び第１の基板の画素部と第２の基板との関係を示すブロック図である。
【図５】第２の実施形態における固体撮像装置の外観を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態における固体撮像装置の外観を示す模式図であり、（ａ）が斜視図、（ｂ）が破線（曲線１１３）に沿った断面図である。
この固体撮像装置は、非平面形状の第１の表面１０１ａを有する第１の基板１０１と、第１の表面１０１ａと異なる非平面形状の第２の表面１０２ａを有する第２の基板１０２とを備えて構成されている。第１の基板１０１と第２の基板１０２とが、第１及び第２の表面１０１ａ，１０２ａ同士を対向させ接合されて積層されている。
【００１３】
第１の基板１０１は、固体撮像素子であり、第１の表面１０１ａが凸球面状となるように湾曲しており、光電変換素子を含む複数の画素部が行方向及び列方向に２次元配置されている。なお、第１の基板１０１の湾曲形状は、固体撮像装置の不図示の光学系に対して光学的に適切となるような形状である。
第２の基板１０２は、第２の表面１０２ａが凹円筒面状となるように湾曲しており、第１の基板１０１の画素部から出力された撮像信号を読み出す回路構成を有している。
【００１４】
第１の基板１０１と第２の基板１０２とは、第１の表面１０１ａと第２の表面１０２ａとを接合するハンダ等のバンプ１０３により、電気的に接続されている。第１の表面１０１ａと第２の表面１０２ａとには、曲率が同一となる仮想の線（曲線１１１，１１２）がそれぞれ存在する。曲線１１１，１１２上では、第１の表面１０１ａ及び第２の表面１０２ａのそれぞれの垂線が重なる。曲線１１１，１１２間の距離は、第１の表面１０１と第２の基板１０２との間の最短距離である。曲線１１１，１１２間で、第１の表面１０１ａ及び第２の表面１０２ａのそれぞれの垂線が重なる位置に、複数のバンプ１０３が等間隔に配置され、第１の表面１０１ａと第２の表面１０２ａとが接合されている。複数のバンプ１０３の中心を通り、曲線１１１，１１２と平行な曲線を、曲線１１３として破線で図示する。第１の基板１０１と第２の基板１０２とを積層した固体撮像装置を上面又は下面から見た場合、複数のバンプ１０３は直線上に配置されるように観察される。曲線１１１，１１２は平行曲線であり、両者間の距離は等しい。そのため、複数のバンプ１０３は、全て同一の大きさのものを用いることができる。
【００１５】
以下、本実施形態の固体撮像装置を製造する際における、第１の基板１０１と第２の基板１０２との接続方法について説明する。
第１の基板１０１と第２の基板１０２とを、第１の表面１０１ａと第２の表面１０２ａとを、第１の表面１０１ａ及び第２の表面１０２ａのそれぞれの垂線が重なる位置（曲線１１１，１１２が互いに平行に対向する位置）で、バンプ１０３を挟んで対向させる。第１の基板１０１と第２の基板１０２との間には、曲線１１３に沿って大きさの等しい複数のバンプ１０３を配置している。第１の基板１０１と第２の基板１０２とを圧着させる。このとき、第１の基板１０１の曲線１１１と第２の基板１０２の曲線１１２とは平行であり、圧着により両者間の距離が短縮されても曲線１１１，１１２に沿って当該距離は一定に保たれる。従って、大きさの等しいバンプ１０３を用いるも、各バンプ１０３の一端部が曲線１１１上に配された後述するバンプパッド２０４と接続され、バンプ１０３の他端部が曲線１１２上に配されたバンプパッド２０４と接続される。各バンプ１０３は、第１の基板１０１及び第２の基板１０２と曲線１１３に沿って均一状態で接続されることになる。
【００１６】
図２は、第１の実施形態における固体撮像装置の第１の基板の構成を示す概略図である。
第１の基板１０１は、画素部２００、垂直走査回路２０１、垂直出力線２０２、負荷電流源２０３、及びバンプパッド２０４を有して構成されている。複数の画素部２００は、行方向及び列方向に２次元配置されている。画素部２００の詳細な構成については後述する。垂直走査回路２０１は、画素部２００に対して、信号φＴＸｎ、φＲＥＳｎ、及び信号φＳＥＬｎを供給し、信号の読み出しを制御する。負荷電流源２０３は、図３で後述する選択された行のソースフォロワ３０４を、垂直出力線２０２を介して駆動する。垂直出力線２０２は、画素部２００からの撮像信号を列ごとに出力する信号線である。バンプパッド２０４は、第１の基板１０１と図１のバンプ１０３とを電気的に接合するためのパッドであり、垂直出力線２０２からの撮像信号をバンプ１０３に出力する。なお、バンプ１０３は、垂直出力線２０２と直交する線上に配置されている。
【００１７】
図３は、第１の実施形態における固体撮像装置の第１の基板及び第２の基板の構成を示す等価回路図である。
第１の基板１０１の構成要素である画素部２００は、フォトダイオード３００、転送ゲート３０１、リセットスイッチ３０２、蓄積容量３０３、ソースフォロワ３０４、及び行選択スイッチ３０５を有して構成されている。光電変換素子として機能するフォトダイオード３００は、照射された光に応じた信号電荷を発生して蓄積する。転送ゲート３０１は、信号φＴＸｎによりＯＮ／ＯＦＦが制御され、フォトダイオード３００で発生及び蓄積した信号電荷を蓄積容量３０３へ転送する。蓄積容量３０３は、転送ゲート３０１により転送された信号電荷を蓄積する。リセットスイッチ３０２は、信号φＲＥＳｎによりＯＮ／ＯＦＦが制御され、フォトダイオード３００又は蓄積容量３０３に蓄積されている不要な信号電荷をリセットする。
【００１８】
ソースフォロワ３０４は、蓄積容量３０３に蓄積された信号電荷を増幅し電圧に変換する。リセットスイッチ３０２と蓄積容量３０３とソースフォロワ３０４とにより、フローディングディフュージョンアンプを構成している。行選択スイッチ３０５は、信号φＳＥＬｎによりオン／オフが制御され、ソースフォロワ３０４の出力と垂直出力線２０２の接続とを制御する。画素部２００から出力された撮像信号は前述したように、バンプパッド２０４を介してバンプ１０３へ出力される。
【００１９】
第２の基板１０２は、読み出し回路（ＡＦＥ）３０６及びデジタル信号処理回路（ＤＳＰ）３０７とバンプパッド２０４を有して構成されている。ＡＦＥ３０６は、第１の基板１０１から出力された信号に対してノイズ低減処理やアナログ−デジタル変換等を行う。ＤＳＰ３０７は、ＡＦＥ３０６から出力されたデジタル信号に対して画像処理や画像圧縮等の信号処理を行う。第１の基板１０１からバンプ１０３を介して出力された撮像信号は、第２の基板１０２に配置されたバンプパッド２０４より第２の基板１０２へ入力される。第２の基板１０２の詳細な説明は後述する。
【００２０】
図４は、第１の実施形態における固体撮像装置の第２の基板の構成、及び第１の基板の画素部と第２の基板との関係を示すブロック図である。図４では、便宜上、第１の基板１０１のうち、１つの画素部２００のみを示す。
【００２１】
本実施形態の固体撮像装置４００は、第１の基板１０１及び第２の基板１０２を備えて構成されている。先述したように、第１の基板１０１では、画素部２００により光を撮像信号に変換してバンプ１０３へ出力する。第１の基板１０１から出力された撮像信号は、バンプ１０３を介して第２の基板１０２内のＡＦＥ３０６に入力される。ＡＦＥ３０６は、相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ）４０１及びＡＤ変換回路４０２等を有して構成される。ＣＤＳ４０１により、入力された撮像信号のノイズを低減し、ＡＤ変換回路４０２にてＡＤ変換処理を行うことにより、デジタル信号を生成する。ＤＳＰ３０７は、ＡＤ変換回路４０２から出力されたデジタル信号に対して各種の画像処理や圧縮処理を行い、画像データを生成する。生成された画像データは固体撮像素子４００の外部へ出力される。
【００２２】
本実施形態による固体撮像装置では、湾曲した形状の第１及び第２の基板１０１，１０２を用いるも、両者の電気的接続に、大きさが同一である複数のバンプ１０３を使用することができる。各バンプ１０３は、第１及び第２の基板１０１，１０２間において均一状態で両者を接続する。この構成により、湾曲した第１及び第２の基板１０１，１０２を用いて像面湾曲による焦点位置のずれの発生等を抑止するも、各バンプ１０３のインピーダンスを均一に揃えることができる。
【００２３】
以上説明したように、本実施形態によれば、像面湾曲による焦点位置のずれの発生等を抑止すると共に、各バンプのインピーダンスが異なることで発生する撮像信号の電圧変化を抑制し、画質の劣化を防止する、信頼性の高い固体撮像装置が実現する。
【００２４】
（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態における固体撮像装置の外観を示す模式図であり、（ａ）が斜視図、（ｂ）が破線（直線５１３）に沿った断面図である。
この固体撮像装置は、非平面形状の第１の表面５０１ａを有する第１の基板５０１と、平面形状の第２の表面５０２ａを有する第２の基板５０２とが、第１及び第２の表面５０１ａ，５０２ａ同士を対向させ接合されて構成されている。
【００２５】
第１の基板５０１は、固体撮像素子であり、第１の表面５０１ａが凸円筒面状となるように湾曲しており、第１の実施形態の図２及び図３と同様に光電変換素子を含む複数の画素部等が形成されている。なお、第１の基板５０１の湾曲形状は、固体撮像装置の不図示の光学系に対して光学的に適切となるような形状である。
第２の基板５０２は、第２の表面５０２ａが平面状となるように、ここでは平板状であり、第１の実施形態の図３及び図４と同様に第１の基板５０１の画素部から出力された撮像信号を読み出す回路構成を有している。
【００２６】
第１の基板５０１と第２の基板５０２とは、第１の表面５０１ａと第２の表面５０２ａとを接合するハンダ等のバンプ５０３により、電気的に接続されている。第１の表面５０１ａと第２の表面５０２ａとには、仮想の直線５１１，５１２がそれぞれ存在する。直線５１１，５１２上では、第１の表面５０１ａ及び第２の表面５０２ａのそれぞれの垂線が重なる。直線５１１，５１２間の距離は、第１の表面５０１と第２の基板５０２との間の最短距離である。直線５１１，５１２間で、第１の表面５０１ａ及び第２の表面５０２ａのそれぞれの垂線が重なる位置に、複数のバンプ５０３が等間隔に配置され、第１の表面５０１ａと第２の表面５０２ａとが接合されている。複数のバンプ５０３の中心を通り、直線５１１，５１２と平行な直線を、直線５１３として破線で図示する。直線５１１，５１２は平行であり、両者間の距離は等しい。そのため、複数のバンプ５０３は、全て同一の大きさのものを用いることができる。
【００２７】
以下、本実施形態の固体撮像装置を製造する際における、第１の基板５０１と第２の基板５０２との接続方法について説明する。
第１の表面５０１ａと第２の表面５０２ａとを、第１の表面５０１ａ及び第２の表面５０２ａのそれぞれの垂線が重なる位置（直線５１１，５１２が互いに平行に対向する位置）で、バンプ５０３を挟んで対向させる。第１の基板５０１と第２の基板５０２との間には、直線５１３に沿って大きさの等しい複数のバンプ５０３を配置している。第１の基板５０１と第２の基板５０２とを圧着させる。このとき、第１の基板５０１の直線５１１と第２の基板５０２の直線５１２とは平行であり、圧着により両者間の距離が短縮されても直線５１１，５１２に沿って当該距離は一定に保たれる。従って、大きさの等しいバンプ５０３を用いるも、各バンプ５０３の一端部が直線５１１上に配されたバンプパッド２０４と接続され、バンプ５０３の他端部が直線５１２上に配されたバンプパッド２０４と接続される。各バンプ５０３は、第１の基板５０１及び第２の基板５０２と直線５１３に沿って均一状態で接続されることになる。
【００２８】
本実施形態による固体撮像装置では、湾曲した形状の第１及び第２の基板５０１，５０２を用いるも、両者の電気的接続に、大きさが同一である複数のバンプ５０３を使用することができる。各バンプ５０３は、第１及び第２の基板５０１，５０２間において均一状態で両者を接続する。この構成により、湾曲した第１及び第２の基板５０１，５０２を用いて像面湾曲による焦点位置のずれの発生等を抑止するも、各バンプ５０３のインピーダンスを均一に揃えることができる。
【００２９】
以上説明したように、本実施形態によれば、像面湾曲による焦点位置のずれの発生等を抑止すると共に、各バンプのインピーダンスが異なることで発生する撮像信号の電圧変化を抑制し、画質の劣化を防止する、信頼性の高い固体撮像装置が実現する。
【００３０】
以上、本発明の好ましい諸実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
例えば、固体撮像素子である第１の基板として、第１の表面が凸球面状となるように湾曲したものを用い、第２の基板として、第２の表面が凹球面状となるように湾曲したものを用いても良い。
【００３１】
また、図２及び図３では、第１の基板１０１内に負荷電流源２０３を配置した構成を説明したが、第２の基板１０２内に負荷電流源２０３を配置するような構成としても良い。更に、図３及び図４では、第２の基板１０２内にＤＳＰ３０７を配置した構成を説明したが、固体撮像装置の外部にＤＳＰ３０７を配置することも可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１０１，５０１  第１の基板
１０１ａ，５０１ａ  第１の表面
１０２，５０２  第２の基板
１０２ａ，５０２ａ  第２の表面
１０３  バンプ
１１１，１１２，１１３  曲線
２００  画素部
２０１  垂直走査回路
２０２  垂直出力線
２０３  負荷電流源
２０４  バンプパッド
３００  フォトダイオード
３０１  転送ゲート
３０２  リセットスイッチ
３０３  蓄積容量
３０４  ソースフォロワ
３０５  行選択スイッチ
３０６  読み出し回路（ＡＦＥ）
３０７  デジタル信号処理回路（ＤＳＰ）
４００  固体撮像素子
４０１  相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ）
４０２  ＡＤ変換回路
５１１，５１２，５１３  直線
【図１】
0006700715.tif 000002
【図２】
0006700715.tif 000003
【図３】
0006700715.tif 000004
【図４】
0006700715.tif 000005
【図５】
0006700715.tif 000006