(57)【要約】【課題】イメージセンサとイメージセンサ以外の半導体チップを有する積層型イメージセンサにおいて、半導体チップからイメージセンサに伝達する熱の平準化を図る。【解決手段】積層型イメージセンサ１ａは、板状のイメージセンサ５００と、板状の半導体チップ１００，２００と、イメージセンサ５００および半導体チップ１００，２００よりも熱伝導率が高い線状の複数のヒートパイプ３１１〜３１６を有する板状の熱平準化用の基板３００ａとを有し、イメージセンサ５００と半導体チップ１００，２００との間に熱平準化用の基板３００ａが介在する順で積層しており、複数のヒートパイプ３１１〜３１６は、局所的に互いに接近する部分を有する。【選択図】図２
2017079240.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状のイメージセンサと、
前記イメージセンサとは別の板状の半導体チップと、
前記イメージセンサおよび前記半導体チップよりも熱伝導率が高い線状の複数の熱伝達部材が設けられる板状の基板と、
を有し、
前記イメージセンサと前記半導体チップと前記熱伝達部材が設けられる基板とは、前記イメージセンサと前記半導体チップとの間に前記熱伝達部材が設けられる基板が介在する順で積層しており、
前記複数の熱伝達部材は、局所的に互いに接近する部分を有することを特徴とする積層型イメージセンサ。
【請求項２】
前記熱伝達部材は、ヒートパイプであることを特徴とする請求項１に記載の積層型イメージセンサ。
【請求項３】
厚さ方向に積層する複数の前記熱伝達部材が設けられる基板を有し、
複数の前記熱伝達部材が設けられる基板のうちの互いに隣接する２層の前記熱伝達部材が設けられる基板のうちの一方に設けられる複数の前記熱伝達部材と他方に設けられる前記熱伝達部材は、複数の前記熱伝達部材が設けられる基板の積層方向視において互いに異なる方向に延伸しており、かつ、前記積層方向視において交差していることを特徴とする請求項１または２に記載の積層型イメージセンサ。
【請求項４】
複数の前記熱伝達部材が設けられる基板の少なくともいずれか１層に設けられる複数の前記熱伝達部材は、並列に並べて配置されるとともに、長手方向に直列に並べて配置されることを特徴とする請求項３に記載の積層型イメージセンサ。
【請求項５】
厚さ方向に積層する複数の前記熱伝達部材が設けられる基板を有し、
複数の前記熱伝達部材が設けられる基板に設けられる複数の前記熱伝達部材は、複数の前記熱伝達部材が設けられる基板の積層方向視で略円形の形状を有し、
複数の前記熱伝達部材が設けられる基板のうちの互いに隣接する２層の前記熱伝達部材が設けられる基板のうちの一方に設けられる複数の前記熱伝達部材の直径は、他方に設けられる前記熱伝達部材の直径よりも大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の積層型イメージセンサ。
【請求項６】
２層の前記熱伝達部材が設けられる基板のうちの前記一方に設けられる複数の前記熱伝達部材は、前記一方の前記熱伝達部材が設けられる基板の中心に略同心の円形であることを特徴とする請求項５に記載の積層型イメージセンサ。
【請求項７】
前記熱伝達部材は複数の曲り部を有するジグザグ形状を有しており、
隣り合う前記熱伝達部材の前記曲り部の頂部どうしが他の部分に比較して局所的に互いに接近することを特徴とする請求項１または２に記載の積層型イメージセンサ。
【請求項８】
前記曲り部の前記頂部には直線状に延伸する部分を有し、
隣り合う前記熱伝達部材の前記直線状に延伸する部分は互いに平行であることを特徴とする請求項７に記載の積層型イメージセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層型イメージセンサに関する。特には、イメージセンサとこのイメージセンサとは別の半導体チップが積層する構成を有する積層型イメージセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の小型化や薄型化に伴い、例えば、複数の半導体チップが積層した積層型半導体装置が、多くの製品に搭載されている。半導体チップとして多数の機能を有するシステムＬＳＩが積層する構成では、積層型半導体装置の発熱量が増大する。このため、実装設計における放熱処置が非常に重要となる。特許文献１には、このような積層型半導体装置の冷却のための構成として、互いに積層される第１半導体素子と第２半導体の間にヒートパイプが配置される構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１８７３６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、撮像装置などに用いられるイメージセンサ（固体撮像素子）においては、暗電流がノイズとなる。この暗電流は熱に敏感であり、温度が高くなると多くなる。このため、イメージセンサを積層型半導体装置である積層型イメージセンサに内蔵する場合には、イメージセンサではない半導体チップのみからなる積層型半導体装置に比較して、デリケートな放熱処置を施す必要がある。また、イメージセンサに熱が伝達して温度上昇すると、イメージセンサが出力する画像信号には、温度上昇した位置にノイズが重畳することになる。例えば、半導体チップの一部分のみが局所的に高温になると、これに積層するイメージセンサが出力する画像信号には、半導体チップの局所的に高温になった部分に対応する部分にノイズが多く重畳する。このため、ノイズが目立つようになる。さらに、半導体チップにおける局所的に高温となる部分の位置が、当該半導体チップの動作状態によって変動すると、これに積層するイメージセンサが出力する画像信号に重畳するノイズの位置や範囲も変動する。このため、画質が低下する。
【０００５】
上述した実情に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、イメージセンサとこのイメージセンサとは別の半導体チップを内蔵した積層型イメージセンサにおいて、イメージセンサとは別の半導体チップの局所的な熱をイメージセンサの面方向に平準化させることにより、イメージセンサから出力される画像信号に局所的なノイズが重畳することを抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の積層型イメージセンサは、板状のイメージセンサと、前記イメージセンサとは別の板状の半導体チップと、前記イメージセンサおよび前記半導体チップよりも熱伝導率が高い線状の複数の熱伝達部材が設けられる板状の熱伝達部材が設けられる基板と、を有し、前記イメージセンサと前記半導体チップと前記熱伝達部材が設けられる基板とは、前記イメージセンサと前記半導体チップとの間に前記熱伝達部材が設けられる基板が介在する順で積層しており、前記複数の熱伝達部材は、局所的に互いに接近する部分を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、イメージセンサとは別の半導体チップからイメージセンサに伝達する熱が、熱伝達部材が設けられる基板によって面方向に平準化される。したがって、イメージセンサが局所的に高温になることが抑制され、イメージセンサが出力する画像信号に局所的なノイズが重畳することが抑制される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係る積層型イメージセンサの垂直断面構成図である。
【図２】第１の実施形態に係る熱平準化用の基板の平面断面構成図である。
【図３】第２の実施形態に係る熱平準化用の基板の平面断面構成図である。
【図４】第３の実施形態に係る積層型イメージセンサの垂直断面構成図である。
【図５】第３の実施形態に係る熱平準化用の基板の平面断面構成図である。
【図６】第４の実施形態に係る熱平準化用の基板の平面断面構成図である。
【図７】第５の実施形態に係る熱平準化用の基板の平面断面構成図である。
【図８】第６の実施形態に係る熱平準化用の基板の平面断面構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら、本発明の各実施形態を詳細に説明する。
【００１０】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る積層型イメージセンサ１ａの構成例を模式的に示す垂直断面図である。積層型イメージセンサ１ａは、図１中の下側から順に、１層目の板状の第１の半導体チップ１００と、２層目の板状の第２の半導体チップ２００と、３層目の板状の熱平準化用の基板３００ａと、４層目の板状の半導体チップであるイメージセンサ５００（固体撮像素子）とを有する。第１の実施形態に係る積層型イメージセンサ１ａは、積層型半導体装置であり、これらが積層する構造を有する。なお、第１の実施形態は、積層型イメージセンサ１ａが１層のみの熱平準化用の基板３００ａを有する形態である。説明の便宜上、複数の半導体チップ１００，２００，３００ａ，５００が積層する方向（図１中の上下方向）を単に「積層方向」と称し、各々の半導体チップ１００，２００，３００ａ，５００の面方向（積層方向に直角な方向）を単に「面方向」と称する。
【００１１】
１層目の第１の半導体チップ１００と２層目の第２の半導体チップ２００は、イメージセンサ５００とは別の半導体チップの例である。１層目の第１の半導体チップ１００は、配線パターンおよび絶縁パターンが設けられる層（以下、配線層１０１と称する）とシリコン層１０２とを有する。２層目の第２の半導体チップ２００も、配線パターンおよび絶縁パターンが設けられる配線層２０１とシリコン層２０２とを有する。４層目のイメージセンサ５００も、配線パターンおよび絶縁パターンが設けられる配線層５０２とシリコン層５０１とを有する。各層の半導体チップ１００，２００，３００ａ，５００は、各々、厚さ方向（積層方向）に貫通する内蔵ＴＳＶ６０１（Ｓｉ貫通電極）を有している。そして、各層の半導体チップ１００，２００，３００ａ，５００の内蔵ＴＳＶ６０１どうしは、バンプ６０５によって電気的に接続される。
【００１２】
１層目の第１の半導体チップ１００および２層目の第２の半導体チップ２００には、メモリ、ＣＰＵ、アナログ回路、デジタル回路など、各種の回路が搭載される。そして、第１の半導体チップ１００と第２の半導体チップ２００には、イメージセンサ５００を制御する回路や、イメージセンサ５００が出力する画像信号を処理する回路などが構築される。例えば、第１の半導体チップ１００と第２の半導体チップ２００には、Ａ／Ｄコンバータ回路などが構築され、イメージセンサ５００が出力したアナログ形式の画像信号をデジタル形式に変換して積層型イメージセンサ１ａの外部に出力する。なお、第１の半導体チップ１００および第２の半導体チップ２００の構成は、特に限定されるものではない。
【００１３】
イメージセンサ５００は、入射面が設けられるシリコン層５０１と、信号配線が設けられる配線層５０２とを有し、これらが積層する構成を有する。イメージセンサ５００のシリコン層５０１には、画素領域が設けられており、この画素領域には複数の画素が面方向に２次元マトリックス状に配列されている。画素は、入射した光を電荷に変換する受光素子（光電変換素子と称することもある）と、電荷を取り出すスイッチング素子とを有する。シリコン層５０１の表面には、図略のマイクロレンズ層やカラーフィルタ層が設けられる。配線層５０２には、画素からの電荷（すなわち画像信号）を読み出す配線などが設けられる。
【００１４】
なお、４層目のイメージセンサ５００（固体撮像素子）、１層目の第１の半導体チップ１００および２層目の第２の半導体チップ２００の具体的な構成は特に限定されるものではない。これらには、従来公知の構成が適用できる。
【００１５】
積層型イメージセンサ１ａでは、イメージセンサ５００の入射面（外部から光を入射させる面をいう）を、この積層型イメージセンサ１ａが適用された撮像装置などのレンズ光路へ露出させる必要がある。このため、イメージセンサ５００は、入射面が設けられるシリコン層５０１が積層型イメージセンサ１ａの最外層（外表面）に位置し、その内側に信号配線が設けられる配線層５０２が位置するように配置される。イメージセンサ５００の入射面とは反対側には、イメージセンサ５００に隣接して積層するように、熱平準化用の基板３００ａが配置される。熱平準化用の基板３００ａのイメージセンサ５００に隣接する側とは反対側には、この熱平準化用の基板３００ａに隣接して積層するように、第２の半導体チップ２００が配置される。さらに、第２の半導体チップ２００に積層するように、第１の半導体チップ１００が配置される。このように、イメージセンサ５００と、それとは別の半導体チップである１層目の第１の半導体チップ１００および２層目の第２の半導体チップ２００との間に、熱平準化用の基板３００ａが設けられる。熱平準化用の基板３００ａは、イメージセンサ５００の入射面（正確には、イメージセンサ５００に配列される受光素子）へ伝わる熱を入射面の面方向に平準化する。
【００１６】
ここで、各層の半導体チップ１００，２００，３００ａ，５００の層間の電気的な接続について説明する。電気的信号は、図１における最上層（最外層）である４層目のイメージセンサ５００から最下層である１層目の第１の半導体チップ１００まで、各層の半導体チップ１００，２００，３００ａ，５００の内蔵ＴＳＶ６０１と、内蔵ＴＳＶ６０１どうしを接続するバンプ６０５とを通じて伝送される。なお、内蔵ＴＳＶ６０１は、３層目の熱平準化用の基板３００ａにも、その厚さ方向（積層方向）に貫通するように設けられる。このため、熱平準化用の基板３００ａのヒートパイプ３１１〜３１６（後述）は、内蔵ＴＳＶ６０１を避けて配置される。また、熱平準化用の基板３００ａの内蔵ＴＳＶ６０１の外周は、ＳｉＯ2等からなる絶縁膜で被覆される。
【００１７】
次に、図２を参照して、第１の実施形態におけるヒートパイプ３１１〜３１６の構成例について説明する。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図であり、３層目の熱平準化用の基板３００ａの平面断面構造を模式的に示す図である。図２に示すように、熱平準化用の基板３００ａは、シリコンからなる板状の基材３０１と、基材３０１に設けられる複数の線状の熱伝達部材の例であるヒートパイプ３１１〜３１６とを有する。なお、それぞれのヒートパイプ３１１〜３１６の熱伝導率は、イメージセンサ５００およびイメージセンサ５００とは別の半導体チップである１層目の第１の半導体チップ１００と２層目の第２の半導体チップ２００の熱伝導率よりも高い。また、それぞれのヒートパイプ３１１〜３１６の熱伝導率は、基材３０１の熱伝達率よりも高い。図２においては、熱平準化用の基板３００ａが、６本のヒートパイプ３１１〜３１６を有する構成を例に示す。各々のヒートパイプ３１１〜３１６は線状の形状であり、かつ、屈曲や湾曲した複数の曲り部を有するジグザグ形状を有している。そして、ジグザグ形状の複数のヒートパイプ３１１〜３１６が、それらの長手方向が平行となるように並列的に並べて配置される。特に、隣り合うヒートパイプ３１１〜３１６の曲り部の頂部３１どうしが、他の部分に比較して近い距離（すなわち、至近距離）で互いに接近するように配置される。なお、頂部３１どうしの距離は、隣り合うヒートパイプ３１１〜３１６の間で、これらの接近する頂部３１を介して相互に熱交換できる距離に設定される。この「相互に熱交換できる距離（至近距離）」は、例えば、ヒートパイプ３１１〜３１６の直径が５００μｍである場合には、それと同寸の５００μｍ程度の距離が適用される。また、複数のヒートパイプ３１１〜３１６は、板状の基材３０１の内部に埋め込まれる構成であってもよく、板状の基材３０１の表面に設けられる構成であってもよい。
【００１８】
複数のヒートパイプ３１１〜３１６が図２に示すように配置される構成であると、至近距離で接近する頂部３１どうしを介して隣り合うヒートパイプ３１１〜３１６の間でも相互に熱交換が行われる。このため、熱平準化用の基板３００ａの熱は、各々のヒートパイプ３１１〜３１６の長手方向（図２においては図中の上下方向）のみならず、複数のヒートパイプ３１１〜３１６の配列方向（図２においては図中の左右方向）にも拡散される。従って、１層目の第１の半導体チップ１００や２層目の第２の半導体チップ２００、特に２層目の第２の半導体チップ２００が駆動して、その一部分が局所的に他の部分に比較して高温になったとしても、局所的に高温となった部分の熱は、３層目の熱平準化用の基板３００ａに設けられるヒートパイプ３１１〜３１６により、面方向に拡散され平準化される。このように、３層目の熱平準化用の基板３００ａが、２層目の第２の半導体チップ２００と４層目のイメージセンサ５００との間に配置される構成であると、１層目の第１の半導体チップ１００や２層目の第２の半導体チップ２００の局所的な熱は、面方向に平準化されて４層目のイメージセンサ５００に伝達されることになる。
【００１９】
以上説明したように、第１の実施形態によれば、１層のみの熱平準化用の基板３００ａにより、イメージセンサ５００に伝達される熱の面方向の平準化を図ることができる。従って、各々の半導体チップ１００，２００，３００ａ，５００の各層の間の信号伝送路である内蔵ＴＳＶ６０１の長さが長くなることを抑制しつつ、イメージセンサ５００ｂに伝達される熱の面方向の平準化を図ることができる。
【００２０】
なお、各々のヒートパイプ３１１〜３１６の形状は、図２に示す形状に限定されない。また、熱平準化用の基板３００ａが有するヒートパイプ３１１〜３１６の数も、６本に限定されない。さらに、各々のヒートパイプ３１１〜３１６の長手方向も、熱平準化用の基板３００ａの短尺方向（図２における上下方向）平行な方向に限定されない。要は、複数のヒートパイプが並列的に配列され、隣り合うヒートパイプどうしに局所的に接近している箇所（熱交換可能なように至近距離で接近している箇所）が設けられる構成であればよい。各々のヒートパイプの向きを変更しても、ヒートパイプどうしの一部どうしを至近距離で接近するように配置すれば、上述の効果を奏することができる。
【００２１】
また、図１では、イメージセンサ５００とは別に２層の半導体チップ（第１の半導体チップ１００と第２の半導体チップ２００）を有する構成を示したが、イメージセンサ５００とは別の半導体チップの数は２層に限定されない。すなわち、イメージセンサ５００とは別の半導体チップは１層であってもよく、３層以上であってもよい。要は、イメージセンサ５００とイメージセンサ５００とは別の単数または複数の半導体チップとの間に、熱平準化用の基板３００ａが介在するように配置される構成であればよい。このような構成であれば、上述の効果を奏することができる。
【００２２】
また、第１の実施形態では、線状の熱伝達部材としてヒートパイプ６１１〜６１３を示したが、線状の熱伝達部材はヒートパイプ３１１〜３１６に限定されない。線状の熱伝達部材は、イメージセンサ５００およびイメージセンサ５００とは別の半導体チップ１００，２００よりも熱伝導率が高い部材であればよい。例えば、銀円柱や銅線やアルミニウム線などといった、熱伝導率の高い金属材料が適用できる。そしてこのような構成であっても、上述の効果を奏する。
【００２３】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、第１の実施形態と比較すると、３層目の熱平準化用の基板３００ｂの平面断面構成が異なる。そこで、図３を参照して第２の実施形態における熱平準化用の基板３００ｂの構成を説明し、第１の実施形態と共通の構成については説明を省略する。図３は、３層目の熱平準化用の基板３００ｂの平面断面（面方向に平行な面で切断した断面）の構成図であり、第１の実施形態のＩＩ−ＩＩ線断面図に対応する図である。なお、第２実施例の積層型イメージセンサ１ｂの垂直断面（積層方向に平行な面で切断した断面）の構成は、図１に示す第１の実施形態と共通の構成となる。
【００２４】
図３に示すように、熱平準化用の基板３００ｂは、シリコンからなる板状の基材３０１と、この基材３０１に設けられる複数のヒートパイプ３２１〜３２６とを有する。各々のヒートパイプ３２１〜３２６は、ジグザグ形状を有する。そして、隣り合うヒートパイプ３２１〜３２６の屈曲または湾曲している曲り部の頂部３１どうしが至近距離で接近するように配置される。このような構成とすることにより、至近距離で接近する頂部３１どうしを介して、隣り合うヒートパイプ３２１〜３２６の間で熱交換が行われる。このため、熱平準化用の基板３００ｂの熱は、複数のヒートパイプ３２１〜３２６の長手方向（図３では基材３０１の長尺方向（左右方向））のみならず、複数のヒートパイプ３２１〜３２６の配列方向（図３では基材３０１の短尺方向（上下方向））にも伝達される。
【００２５】
第２の実施形態においては、各々のヒートパイプ３２１〜３２６の曲り部の頂部３１には、ヒートパイプ３２１〜３２６の長手方向に平行で、かつ、直線状に延伸する部分が設けられる。そして、隣り合うヒートパイプ３２１〜３２６は、頂部３１の直線状に延伸する部分どうしが平行で、至近距離で接近するように配置される。このため、第２の実施形態においては、第１実施例に比較して、至近距離で接近する頂部３１どうしの長さが長くなる。これにより、隣り合うヒートパイプ３２１〜３２６の間での熱伝達量の増加を図っている。
【００２６】
このような構成によれば、１層目の第１の半導体チップ１００や２層目の第２の半導体チップ２００が駆動して、その局所的な部分が温度上昇しても、３層目の熱平準化用の基板３００ｂが局所的な熱を面方向に拡散して平準化する。すなわち、３層目の熱平準化用の基板３００ｂが、２層目の第２の半導体チップ２００と４層目のイメージセンサ５００の間に介在するように配置される。これにより、１層目の第１の半導体チップ１００や２層目の第２の半導体チップ２００の局所的な熱が面方向に平準化されて、４層目のイメージセンサ５００に伝達される。さらに、第２の実施形態によれば、曲り部の頂部３１に直線状の部分が設けられ、隣り合うヒートパイプ３２１〜３２６の頂部３１の直線状の部分どうしが平行となる向きで至近距離で接近する。このため、第１の実施形態に比較して、隣り合うヒートパイプ３２１〜３２６の間での熱伝達量の増加を図ることができる。このように、第２の実施形態によれば、ヒートパイプ３２１〜３２６どうしの相互の熱伝達量を増加させることができる。したがって、イメージセンサ５００へ伝達される熱の面方向の平準化の能力の向上を図ることができる。
【００２７】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。図４は、第３の実施形態の積層型イメージセンサ１ｃの垂直断面構成図である。第３の実施形態の積層型イメージセンサ１ｃは、第１の実施形態および第２の実施形態と比較して、図４において下から３層目の熱平準化用の基板３００ｃに加え、下から４層目の熱平準化用の基板４００ｃをさらに有する構成が相違する。すなわち、イメージセンサ５００とそれとは別の半導体チップ（第１の半導体チップ１００と第２の半導体チップ２００）の間に、２層の熱平準化用の基板３００ｃ，４００ｃが互いに隣接して積層するように配置される。なお、第３の実施形態では、積層型イメージセンサ１ｃが２層の熱平準化用の基板３００ｃ，４００ｃを有するため、イメージセンサ５００は、図４において下から５層目となる。
【００２８】
ここで、図５を参照して、第３の実施形態の積層型イメージセンサ１ｃにおけるヒートパイプ３３１〜３３７，４０１〜４１３の構成例について説明する。なお、第１および第２の実施形態と共通の構成については説明を省略する。図５（Ａ）は、図４のＶＡ−ＶＡ線断面図であり、４層目の熱平準化用の基板４００ｃの平面断面の構成例を模式的に示す図である。図５（Ｂ）は、図４のＶＢ−ＶＢ線断面図であり、３層目の熱平準化用の基板３００ｃの平面断面の構成例を模式的に示す図である。図５（Ａ）に示すように、４層目の熱平準化用の基板４００ｃは、シリコンからなる板状の基材４０と、この板状の基材４０に設けられる複数の直線状のヒートパイプ４０１〜４１３とを有する。図５（Ｂ）に示すように、３層目の熱平準化用の基板３００ｃは、シリコンからなる板状の基材３０１と、この板状の基材３０１に設けられる複数の直線状のヒートパイプ３３１〜３３７とを有する。
【００２９】
図５（Ａ）（Ｂ）に示すように、熱平準化用の基板３００ｃ，４００ｃには、それぞれ、複数の直線状のヒートパイプ４０１〜４１３，３３１〜３３７が、互いに平行に配置される。ただし、３層目の熱平準化用の基板３００ｃのヒートパイプ３３１〜３３７の長手方向（延伸方向）と、４層目の熱平準化用の基板４００ｃのヒートパイプ４０１〜４１３の長手方向（延伸方向）とは、積層方向視で相対的に９０°異なる。すなわち、３層目の熱平準化用の基板３００ｃのヒートパイプ３３１〜３３７と４層目の熱平準化用の基板４００ｃのヒートパイプ４０１〜４１３とは、積層方向視において交差する配置となる（クロスメッシュ状の配置となる）。そして、積層方向視で交差する箇所において、３層目の熱平準化用の基板３００ｃのヒートパイプ３３１〜３３７と、４層目の熱平準化用の基板４００ｃのヒートパイプ４０１〜４１３とが、他の部分に比較して局所的に接近する（すなわち、至近距離で接近する）。この距離は、第１の実施形態や第２の実施形態と同様に、ヒートパイプ３３１〜３３７，４０１〜４１３の直径が５００μｍである場合には、それと略同寸の５００μｍの距離が適用される。
【００３０】
２層の熱平準化用の基板３００ｃ，４００ｃはごく薄く、積層する２層の熱平準化用の基板３００ｃ，４００ｃのヒートパイプ３３１〜３３７，４０１〜４１３の積層方向距離は、前述のとおりである。このため、積層する２層の熱平準化用の基板３００ｃ，４００ｃのヒートパイプ３３１〜３３７，４０１〜４１３の間で、積層方向視で交差する部分を介して熱交換が行われる。したがって、２層の熱平準化用の基板３００ｃ，４００ｃにおいて、熱は、２層の熱平準化用の基板３００ｃ，４００ｃの１方向（図５中の上下方向または左右方向）のみならず、２方向（図５中の上下方向および左右方向）に拡散される。従って、１層目の第１の半導体チップ１００や２層目の第２の半導体チップ２００が駆動して局所的な一部が高温になっても、積層する３層目と４層目の熱平準化用の基板３００ｃ，４００ｃにより、局所的に高温の部分における熱が面方向に拡散されて平準化される。すなわち、第３の実施形態では、２層の熱平準化用の基板３００ｃ，４００ｃが互いに隣接して積層する状態で、２層目の第２の半導体チップ２００と５層目のイメージセンサ５００の間に介在するように配置される。これにより、１層目の第１の半導体チップ１００や２層目の第２の半導体チップ２００の局所的に高温の部分の熱が、面方向に平準化されて５層目のイメージセンサ５００に伝達される。
【００３１】
第３の実施形態によれば、ヒートパイプ３３１〜３３７，４０１〜４１３がジグザグ形状ではなく直線状であっても、積層方向視における長手方向を互いに異ならせることによって、熱の面方向の平準化を図ることができる。このような構成によれば、直線状のヒートパイプを用いることができ、屈曲や湾曲した曲り部を有するヒートパイプを用いなくてもよい。したがって、生産性や品質の面でメリットがある。
【００３２】
なお、図５（Ａ）（Ｂ）では、３層目の熱平準化用の基板３００ｃが７本の直線状のヒートパイプ３３１〜３３７を有し、４層目の熱平準化用の基板４００ｃが１３本の直線状のヒートパイプ４０１〜４１３を有する構成を示す。ただし、これらの熱平準化用の基板３００ｃ，４００ｃのヒートパイプ３３１〜３３７，４０１〜４１３の数は限定されない。要は、積層する２層の熱平準化用の基板３００ｃ，４００ｃの一方と他方とで、積層方向視におけるヒートパイプ３３１〜３３７，４０１〜４１３の長手方向が互いに異なり、かつ、積層方向視において交差する箇所が存在する構成であればよい。また、図５（Ａ）（Ｂ）では、２層の熱平準化用の基板３００ｃ，４００ｃの一方と他方とで、積層方向視におけるヒートパイプ３３１〜３３７，４０１〜４１３の長手方向の位相差が略９０°である構成を例に示す。ただし、位相差（交差角）は９０°に限定されるものではない。
【００３３】
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態に係る積層型イメージセンサ１ｄについて説明する。第４の実施形態は、第３の実施形態と比較すると、３層目と４層目の熱平準化用の基板３００ｄ，４００ｄの各々におけるヒートパイプ３４１〜３５４，４２１〜４４６の配置構成が相違する。なお、第４の実施形態の積層型イメージセンサ１ｄの垂直断面構成は、図４に示す第３の実施形態と同じとなる。そこでここでは、第３の実施形態と異なる構成について説明し、共通の構成については説明を省略する。
【００３４】
図６（Ａ）は、第４の実施形態に係る積層型イメージセンサ１ｄの４層目の熱平準化用の基板４００ｄの平面断面構成図であり、第３の実施形態の図５（Ａ）に対応する図である。図６（Ｂ）は、３層目の熱平準化用の基板３００ｄの平面断面構成図であり、第３の実施形態の図５（Ｂ）に対応する図である。図６（Ａ）に示すように、４層目の熱平準化用の基板４００ｄは、シリコンからなる板状の基材４０と、この基材４０に設けられる複数の直線状のヒートパイプ４２１〜４４６とを有する。図６（Ｂ）に示すように、３層目の熱平準化用の基板３００ｄは、シリコンからなる板状の基材３０１と、この基材３０１に設けられる複数の直線状のヒートパイプ３４１〜３５４とを有する。第４の実施形態では、第３の実施形態と同様に、３層目の熱平準化用の基板３００ｄのヒートパイプ３４１〜３５４の長手方向と、４層目の熱平準化用の基板４００ｄのヒートパイプ４２１〜４４６の長手方向とは、積層方向視において互いに異なる。図６（Ａ）（Ｂ）では、位相が９０°異なる構成を示す。このような構成によれば、第３の実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００３５】
さらに、第４の実施形態においては、第３の実施形態に比較して短い直線状のヒートパイプ３４１〜３５４，４２１〜４４５が、それらの長手方向に直線上に並ぶように直列に配置される。例えば、図６（Ａ）に示すように、一方の（ここでは４層目の）熱平準化用の基板４００ｄに配置される複数のヒートパイプ４２１〜４４６の各々は、長方形の基材４０の短辺長さの約半分の長さを有しており、２本のヒートパイプが直線上に並ぶように直列に配置される。そして、直線上に並ぶ２本のヒートパイプの組が、基材４０の長尺方向に並列に並べて配置される。一方、図６（Ｂ）に示すように、他方の（ここでは３層目の）熱平準化用の基板３００ｄに配置される複数のヒートパイプ３４１〜３５４の各々は、基材３０１の長辺長さの約半分の長さを有しており、２本のヒートパイプが直線上に並ぶように直列に配置される。そして、直線上に並ぶ２本のヒートパイプの組が、基材３０１の短尺方向に並列に並べて配置される。
【００３６】
このように、２層の熱平準化用の基板３００ｄ，４００ｄの各々は、基材４０，３０１の長辺方向または短辺方向の中心でヒートパイプが分離している構成を有する。ただし、このような構成に限定されるものではなく、少なくとも一方の熱平準化用の基板３００ｄ，４００ｄにおいて、ヒートパイプが基材３０１，４０の長辺方向または短辺方向の中心で分離する構成であればよい。また、３層以上の熱平準化用の基板を有する構成であれば、少なくとも１層の熱平準化用の基板において、ヒートパイプが基材の長辺方向または短辺方向の中心で分離する構成であればよい。
【００３７】
第４の実施形態の構成によれば、第３の実施形態に比較して、各々のヒートパイプ３４１〜３５４，４２１〜４４５の長さ（基本長さ）が短いため、熱の平準化の速度が速くなる。そして、半導体チップ中央部の冷却の効果を高めることができる。第４の実施形態によれば、温度の平準化の速度を速めることができるから、半導体チップ外周部に比較し、中央部の冷却の効果を高めることができる。
【００３８】
なお、図６（Ａ）（Ｂ）では、３層目と４層目のそれぞれにおいて、ヒートパイプが基材３０１，４０の長辺方向または短辺方向の中心で２つに分離する構成を示したが、このような構成に限定されない。ヒートパイプが分離する位置は、基材３０１，４０の長辺方向または短辺方向の中心以外の位置であってもよい。また、ヒートパイプが３つ以上に分離される構成であってもよい。ヒートパイプの分離の位置や、直線上に並べられるヒートパイプの数（ヒートパイプの分離の数）は、半導体チップのホットスポットなどに合わせて適宜設定される。そしてこのような構成においても、前述の効果を奏することができる。
【００３９】
（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態について説明する。第５の実施形態は、第３の実施形態と比較して、３層目と４層目の熱平準化用の基板３００ｅ，４００ｅの各々におけるヒートパイプの配置構成が相違する。ここでは、ヒートパイプの配置構成について説明し、第３の実施形態と共通の構成については説明を省略する。なお、第５の実施形態の積層型イメージセンサ１ｅの垂直断面構成は、図４に示す第３の実施形態と同様である。
【００４０】
図７（Ａ）は、４層目の熱平準化用の基板４００ｅの平面断面構成を模式的に示す図であり、第３の実施形態の図５（Ａ）に対応する図である。図７（Ｂ）は、３層目の熱平準化用の基板３００ｅの平面断面の構成を模式的に示す図であり、第３の実施形態の図５（Ｂ）に対応する図である。図７（Ａ）に示すように、４層目の熱平準化用の基板４００ｅは、シリコンからなる板状の基材４０と、この基材４０に設けられる複数のヒートパイプ４５１，４５２とを有する。図７（Ｂ）に示すように、３層目の熱平準化用の基板３００ｅは、シリコンからなる板状の基材３０１と、この板状の基材３０１に設けられる複数のヒートパイプ３６１〜３７２とを有する。
【００４１】
３層目と４層目の熱平準化用の基板３００ｅ，４００ｅのヒートパイプ３６１〜３７２，４５１，４５２の形状は、積層方向視において、いずれも螺旋形状（略円形状）または円弧形状に形成される。ただし、３層目と４層目の熱平準化用の基板３００ｅ，４００ｅとで、円形状または円弧形状の直径が互いに異なる。ここでは、４層目の熱平準化用の基板４００ｅのヒートパイプ４５１，４５２の円形状または円弧形状の直径が、３層目の熱平準化用の基板３００ｅのヒートパイプ３６１〜３７２の円形状または円弧形状の直径よりも大きい構成を示す。４層目の熱平準化用の基板４００ｅのヒートパイプ４５１，４５２は、積層方向視において、基材４０の中心、すなわち、イメージセンサ５００の入射面の中心と略同心の円形状や円弧形状を有する。
【００４２】
４層目の熱平準化用の基板４００ｅのヒートパイプ４５１，４５２は、第１の半導体チップ１００や第２の半導体チップ２００が発する熱を全面にわたって面方向に平準化する機能を有する。一方、３層目の熱平準化用の基板３００ｅのヒートパイプ３６１〜３７２は、半導体チップ１００，２００の局所ごとに（部分ごとに）熱を面方向に平準化する機能を有する。そして、３層目の熱平準化用の基板３００ｅのヒートパイプ３６１〜３７２と、４層目の熱平準化用の基板４００ｅのヒートパイプ４５１，４５２とは、積層方向視において交差する箇所を有する。これらの交差する箇所は、他の箇所に比較してヒートパイプ３６１〜３７２，４５１，４５２どうしが近い至近距離で接近している。この至近距離は、第３の実施形態と同じ距離が適用できる。このため、３層目の熱平準化用の基板３００ｅのヒートパイプ３６１〜３７２と、４層目の熱平準化用の基板４００ｅのヒートパイプ４５１，４５２とは、交差する箇所を介して交互に熱交換可能である。このように、第５の実施形態では、異なる直径の円形状または円弧形状のヒートパイプ３６１〜３７２，４５１，４５２を有する熱平準化用の基板３００ｅ，４００ｅを３層目と４層目とに互いに隣接して積層される。これにより、第１の半導体チップ１００と第２の半導体チップ２００の全面の熱の平準化をより効率的に実施できる。例えば、多数の機能を有する大規模な半導体チップにおいては、その動作中のホットスポットの位置や範囲が逐次変化する。このため、ホットスポットの位置や範囲が予測し難い。第５の実施形態の構成によれば、ホットスポットの位置や範囲が変化した場合であっても、効率的に熱の平準化を図ることができる。
【００４３】
（第６の実施形態）
次に、第６の実施形態について説明する。第６の実施形態は、第５の実施形態と比較して、３層目と４層目の熱平準化用の基板３００ｆ，４００ｆの各々におけるヒートパイプの配置構成が相違する。なお、第６の実施形態の積層型イメージセンサ１ｆの垂直断面構成は、第５の実施形態と同様である。このため、第５の実施形態と共通の構成については説明を省略する。なお、第６の実施形態の積層型イメージセンサ１ｆの垂直断面構成は、図４に示す第３の実施形態と同様である。
【００４４】
図８（Ａ）は、４層目の熱平準化用の基板４００ｆの平面断面構成を模式的に示す図であり、第３の実施形態の図５（Ａ）に対応する図である。図８（Ｂ）は、３層目の熱平準化用の基板３００ｆの平面断面の構成を模式的に示す図であり、第３の実施形態の図５（Ｂ）に対応する図である。図８（Ａ）に示すように、４層目の熱平準化用の基板４００ｆは、シリコンからなる板状の基材４０と、この基材４０に設けられる複数のヒートパイプ４６１〜４６５とを有する。図８（Ｂ）に示すように、３層目の熱平準化用の基板３００ｆは、シリコンからなる板状の基材３０１と、この板状の基材３０１に設けられる複数のヒートパイプ３８１〜３９２とを有する。
【００４５】
３層目と４層目の熱平準化用の基板３００ｆ，４００ｆのヒートパイプ３８１〜３９２，４６１〜４６５の形状は、積層方向視において、いずれも略円形状または円弧形状である。４層目の熱平準化用の基板４００ｆの複数のヒートパイプ４６１〜４６５は、積層方向における基材４０の中心、すなわち、イメージセンサ５００の入射面の中心と略同心に配置される。これに対して３層目の熱平準化用の基板３００ｆの複数のヒートパイプ３８１〜３９２は、積層方向視において、二次元的に並べて配置される。なお、４層目の熱平準化用の基板４００ｆのヒートパイプ４６１〜４６５のうち、少なくとも円形状または円弧形状の直径が最大のものは、その直径が、３層目の熱平準化用の基板３００ｆのヒートパイプ３８１〜３９２の円形状または円弧形状の直径よりも大きい。なお、図８（Ａ）（Ｂ）においては、ヒートパイプ３８１〜３９２，４６１〜４６５の円形状または円弧形状が真円である例を示すが、楕円形状や長円形状であってもよい。また、図８（Ａ）においては、複数のヒートパイプのそれぞれが円形状に形成される構成を示すが、円弧形状に形成される複数のヒートパイプが円形状に配列される構成であってもよい。このような構成であっても、第５の実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００４６】
以上、本発明の各実施形態について詳細に説明したが、前記各実施形態は、本発明を実施するにあたっての具体例を示したに過ぎない。本発明の技術的範囲は、前記各実施形態に限定されるものではない。本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれる。
【００４７】
例えば、前記各実施形態では、イメージセンサとは別に２層の半導体チップを有する構成を示したが、イメージセンサとは別の半導体チップの層数は限定されない。すなわち、１層であってもよく、３層以上であってもよい。また、熱平準化用の基板の層数も特に限定されない。すなわち、３層以上の熱平準化用の基板を有する構成であってもよい。この場合には、３層以上の熱平準化用の基板のうち、隣接して積層する２層の熱平準化用の基板のヒートパイプどうしが、半導体チップの積層方向視において交差する箇所を有する構成であればよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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