(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
細長い形状を有する半導体基板と、
前記半導体基板に形成された撮像部であって、前記半導体基板の長手方向に沿って該半導体基板の一表面側に形成された複数個のフォトダイオードを含む少なくとも１群のフォトダイオード群と、各フォトダイオード群に沿って形成された電荷転送路とを含む撮像部と、
前記撮像部よりも前記半導体基板の長手方向外側に形成された周辺回路部と、
前記半導体基板に配設され、各々が露出した表面を有し、前記フォトダイオード群よりも前記半導体基板の長手方向外側に形成された複数個のボンディングパッドと、
前記半導体基板の上方に形成され、前記複数個のフォトダイオードそれぞれの周辺を覆う遮光層と
を有するリニアイメージセンサチップ。
【請求項２】
前記複数個のボンディングパッドの各々が、前記周辺回路部よりも前記半導体基板の長手方向外側に形成されている請求項１に記載のリニアイメージセンサチップ。
【請求項３】
前記遮光層が前記周辺回路部を平面視上覆う請求項１または請求項２に記載のリニアイメージセンサチップ。
【請求項４】
前記撮像部が、前記半導体基板の長手方向と交差する方向に並存する４つのフォトダイオード群と、これらのフォトダイオード群毎に該フォトダイオード群に沿って１本ずつ形成された計４本の電荷転送路とを含み、
前記周辺回路部が、前記４本の電荷転送路毎に該電荷転送路の出力端に電気的に接続されて１個ずつ形成された計４個の出力アンプを含み、
さらに、前記４つのフォトダイオード群のうちの３つのフォトダイオード群それぞれの上方に１つずつ形成された計３つの色フィルタアレイであって、カラー撮像に必要な複数色の色フィルタによって構成された計３つの色フィルタアレイを有する請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のリニアイメージセンサチップ。
【請求項５】
さらに、前記４つのフォトダイオード群のうちの残り１つのフォトダイオード群の上方に形成された色フィルタアレイであって、１色の色フィルタによって構成された色フィルタアレイを有する請求項４に記載のリニアイメージセンサチップ。
【請求項６】
底部、側壁部および蓋部を備え、前記底部および前記側壁部が遮光性材料によって形成され、前記蓋部が透光性材料によって形成された細長い窓を有するパッケージであって、前記蓋部側から平面視したときに細長い形状を呈する内部空間と、前記底部における長手方向の端部において前記内部空間から外部に達する複数本のリード電極とを有するパッケージと、
前記パッケージの内部に固定されたリニアイメージセンサチップであって、細長い形状を有する半導体基板と、前記半導体基板に形成された撮像部であって、前記半導体基板の長手方向に沿って該半導体基板の一表面側に形成された複数個のフォトダイオードを含む少なくとも１群のフォトダイオード群と、各フォトダイオード群に沿って形成された電荷転送路とを含む撮像部と、前記撮像部よりも前記半導体基板の長手方向外側に形成された周辺回路部と、前記半導体基板に配設され、各々が露出した表面を有し、前記フォトダイオード群よりも前記半導体基板の長手方向外側に形成された複数個のボンディングパッドと、前記半導体基板の上方に形成され、前記複数個のフォトダイオードそれぞれの周辺を覆う遮光層とを有するリニアイメージセンサチップと、
前記複数本のリード電極の各々と前記複数個のボンディングパッドとを電気的に接続する複数本のボンディングワイヤと
を備えたリニアイメージセンサ。
【請求項７】
前記複数本のリード電極の各々が、前記撮像部よりも前記半導体基板の長手方向外側に形成されている請求項６に記載のリニアイメージセンサ。
【請求項８】
前記複数本のリード電極の各々が、前記周辺回路部よりも前記半導体基板の長手方向外側に形成されている請求項６または請求項７に記載のリニアイメージセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はリニアイメージセンサチップおよびリニアイメージセンサに係り、特に、画像読み取り用のリニアイメージセンサ半導体チップおよびリニアイメージセンサに関する。
【０００２】
本明細書においては、画像読み取り用のリニアイメージセンサ半導体チップを「リニアイメージセンサ半導体チップ」と略記し、画像読み取り用のリニアイメージセンサを「リニアイメージセンサ」と略記する。
【０００３】
【従来の技術】
ファクシミリ、電子複写機、イメージスキャナ、バーコードリーダー等の種々の機器において利用されるリニアイメージセンサは、リニアイメージセンサ半導体チップと、この半導体チップを収容したパッケージとを含んで構成される。
【０００４】
リニアイメージセンサを構成するリニアイメージセンサ半導体チップは、細長い半導体基板と、この半導体基板上に形成された撮像部、周辺回路部および複数個のボンディングパッドを有する。
【０００５】
撮像部は、少なくとも１つのフォトダイオード群と、各フォトダイオード群に近接して形成された電荷転送路とを含む。多くのリニアイメージセンサ半導体チップにおいては、フォトダイオード内の電荷を排出するための横型オーバーフロードレインまたは縦型オーバーフロードレインが形成される。横型オーバーフロードレインは、撮像部内に形成される。
【０００６】
撮像部に形成されるフォトダイオード群の数は、リニアイメージセンサの用途や性能等に応じて異なる。白黒撮像用のリニアイメージセンサに利用されるリニアイメージセンサ半導体チップでは、通常、１つ〜２つのフォトダイオード群が形成され、カラー撮像用のリニアイメージセンサに利用されるリニアイメージセンサ半導体チップでは、例えば３つのフォトダイオード群が形成される。
【０００７】
個々のフォトダイオード群は、細長い半導体基板の一表面側においてこの半導体基板の長手方向に一列に形成された複数個のフォトダイオードによって構成される。１つのフォトダイオード群を構成するフォトダイオードの数も、リニアイメージセンサの用途や性能等に応じて異なる。
【０００８】
例えば、イメージスキャナに利用されるリニアイメージセンサ半導体チップでは、２５６個程度のフォトダイオードしか有さないものもある。ファクシミリや電子複写機等に利用されるリニアイメージセンサ半導体チップでは、１つのフォトダイオード群が２０００個程度以上のフォトダイオード、多いものでは１００００個を超えるフォトダイオードによって構成される。
【０００９】
電荷転送路は、例えばＣＣＤ（電荷結合素子）によって構成される。ＣＣＤによって構成された電荷転送路は、半導体基板に形成された電荷転送用チャネルと、この電荷転送用チャネル上に電気的絶縁膜を介して形成された多数本の転送電極とを含む。
【００１０】
フォトダイオードから電荷転送路への電荷の移送を制御するために、１個のフォトダイオードに１個ずつ、読出ゲートが配設される。読出ゲートは、例えば半導体基板に形成された読出ゲート用チャネルと、その上に電気的絶縁膜を介して形成された読出ゲート電極とを含んで構成される。読出ゲート電極は、電荷転送路を構成する転送電極とは別個に形成してもよく、電荷転送路を構成する転送電極の一部によって形成されてもよい。
【００１１】
本明細書においては、ＣＣＤによって構成された電荷転送路と、読出ゲートとを、「電荷転送路」と総称するものとする。
【００１２】
周辺回路部は、撮像部に形成されている電荷転送路の出力端に電気的に接続されて形成された少なくとも１つの出力アンプを含む。
【００１３】
ボンディングパッドの数は、製品テストの際にのみ使用されるものを除き、概ね１６〜４８個程度である。
【００１４】
ボンディングパッドの各々は、リニアイメージセンサ半導体チップの中央部において半導体基板の縁に沿って設けられることもあるし、長手方向の端部において半導体基板の縁に沿って設けられることもある。
【００１５】
外部接続用のボンディングパッドの各々は、露出した表面を有する。製品テストの際にのみ使用されるボンディングパッドについては、その上に単色の遮光層が設けられることがある。
【００１６】
リニアイメージセンサ半導体チップを収容するパッケージは、底部、側壁部および蓋部を有する。底部および側壁部は遮光性材料によって形成される。蓋部は、透光性材料によって形成された窓を有する。
【００１７】
窓を有する蓋部は、例えば、ガラスリッドと、このガラスリッドの縁部を覆う遮光用部材とによって構成することができる。
【００１８】
パッケージの側壁部には、内部空間から外部に達する複数本のリード電極が形成される。
【００１９】
リード電極の各々は、ボンディングワイヤによって、所定のボンディングパッドと電気的に接続されている。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
リニアイメージセンサを利用した普及タイプの画像読み取り装置におけるダイナミックレンジは概ね４０〜５０ｄＢ程度である。一方、リニアイメージセンサを用いた高級タイプの画像読み取り装置、例えば印刷用原稿等を作成するために使用される画像読み取り装置におけるダイナミックレンジは、概ね６０〜７０ｄＢ程度ないしはそれ以上である。
【００２１】
このため、リニアイメージセンサを利用した高級タイプの画像読み取り装置では、リニアイメージセンサを利用した普及タイプの画像読み取り装置においては検知できない小さなノイズまでもが検知される。
【００２２】
リニアイメージセンサで発生したノイズは、このリニアイメージセンサから出力された信号を処理して映像信号を得る過程で、ある程度低減させることができる。それでもなお、従来の高級タイプの画像読み取り装置においては、再生した画像ないし映像に局所的にゴースト様のノイズが生じることがある。
【００２３】
また、今日では、よりダイナミックレンジの高い画像読み取り装置が求められている。これに伴って、リニアイメージセンサあるいはリニアイメージセンサにおけるノイズの発生を更に抑制することが望まれている。
【００２４】
本発明の目的は、ノイズが生じにくいリニアイメージセンサに組み立てることが容易なリニアイメージセンサ半導体チップを提供することである。
【００２５】
本発明の他の目的は、ノイズが生じにくいリニアイメージセンサを提供することである。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
本件発明者は、リニアイメージセンサを用いた画像読み取り装置のダイナミックレンジを高めたときに局所的に発生するゴースト様のノイズの原因について鋭意探求した結果、次の結論に達した。
【００２７】
すなわち、チップ中央部にボンディングパッドが設けられた従来のリニアイメージセンサ半導体チップにおいては勿論、長手方向のチップ端部にボンディングパッドが設けられた従来のリニアイメージセンサ半導体チップにおいても、露出した表面を有するボンディングパッドがフォトダイオード群の側方に配置されている。
【００２８】
このため、従来のリニアイメージセンサにおいては、パッケージの窓から入射した光の一部がボンディングパッドの表面で反射し、その一部が窓ないしは蓋部の内面で反射して、フォトダイオードに入射する。その結果として、ゴースト様のノイズが局所的に発生する。
【００２９】
ここで、本明細書でいう「フォトダイオード群の側方に配置されたボンディングパッド」とは、平面視上、半導体基板の長手方向と交差する方向にフォトダイオード群と並存するボンディングパッドを意味する。
【００３０】
パッケージの窓の面積を小さくすれば、上記のノイズの発生を抑制することが可能であると考えられる。しかしながら、フォトダイオード群に入射する光量も低減することから、リニアイメージセンサの感度が低下する。
【００３１】
本発明の一観点によれば、細長い形状を有する半導体基板と、前記半導体基板に形成された撮像部であって、前記半導体基板の長手方向に沿って該半導体基板の一表面側に形成された複数個のフォトダイオードを含む少なくとも１群のフォトダイオード群と、各フォトダイオード群に沿って形成された電荷転送路とを含む撮像部と、前記撮像部よりも前記半導体基板の長手方向外側に形成された周辺回路部と、前記半導体基板に配設され、各々が露出した表面を有し、前記フォトダイオード群よりも前記半導体基板の長手方向外側に形成された複数個のボンディングパッドと、前記半導体基板の上方に形成され、前記複数個のフォトダイオードそれぞれの周辺を覆う遮光層とを有するリニアイメージセンサチップが提供される。
【００３２】
本発明の他の観点によれば、底部、側壁部および蓋部を備え、前記底部および前記側壁部が遮光性材料によって形成され、前記蓋部が透光性材料によって形成された細長い窓を有するパッケージであって、前記蓋部側から平面視したときに細長い形状を呈する内部空間と、前記底部における長手方向の端部において前記内部空間から外部に達する複数本のリード電極とを有するパッケージと、前記パッケージの内部に固定されたリニアイメージセンサチップであって、細長い形状を有する半導体基板と、前記半導体基板に形成された撮像部であって、前記半導体基板の長手方向に沿って該半導体基板の一表面側に形成された複数個のフォトダイオードを含む少なくとも１群のフォトダイオード群と、各フォトダイオード群に沿って形成された電荷転送路とを含む撮像部と、前記撮像部よりも前記半導体基板の長手方向外側に形成された周辺回路部と、前記半導体基板に配設され、各々が露出した表面を有し、前記フォトダイオード群よりも前記半導体基板の長手方向外側に形成された複数個のボンディングパッドと、前記半導体基板の上方に形成され、前記複数個のフォトダイオードそれぞれの周辺を覆う遮光層とを有するリニアイメージセンサチップと、前記複数本のリード電極の各々と前記複数個のボンディングパッドとを電気的に接続する複数本のボンディングワイヤとを備えたリニアイメージセンサが提供される。
【００３３】
露出した表面を有するボンディングパッドを、フォトダイオード群よりも半導体基板の長手方向外側に形成してリニアイメージセンサ半導体チップを得る。これにより、リニアイメージセンサ半導体チップを用いてリニアイメージセンサを組み立てたときに、ボンディングパッドの表面で反射した光がフォトダイオードに入射することを抑制できる。リニアイメージセンサを利用した画像読み取り装置のダイナミックレンジを高めても、感度の低下を招くことなくノイズの発生を抑制することができる。
【００３４】
ボンディングパッドの各々を上述のように配設することに伴って、半導体基板の長さを長くする必要が生じる場合がある。しかしながら、その場合でも周辺回路部の全体形状を工夫することにより、従来より僅かに長くするだけで、所望のリニアイメージセンサ半導体チップを得ることができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
図１は、実施例によるリニアイメージセンサ半導体チップを模式的に示す平面図である。
【００３６】
同図に示すように、このリニアイメージセンサ半導体チップ１００は、半導体基板１と、撮像部１０と、２つの周辺回路部３０ａ、３０ｂと、複数個のボンディングパッド４０とを有する。さらに、図１においては図示を省略した光遮蔽膜、遮光層および複数の色フィルタアレイが、半導体基板１の上方に形成されている。
【００３７】
半導体基板１は、ｎ型半導体基板と、その一表面に形成されたｐ型ウェルとを有する。この半導体基板１は、平面視上、細長い形状を呈し、その延在方向が長手方向Ｄ１である。
【００３８】
撮像部１０は、平面視上、半導体基板１の長手方向中央部に形成されている。この撮像部１０は、図１においては図示を省略した計４つのフォトダイオード群と、計４本の電荷転送路と、計４つの横型オーバーフロードレインとを含む。電荷転送路の各々は、フォトダイオード群毎にこのフォトダイオード群に沿って形成されている。横型オーバーフロードレインの各々も、同様である。
【００３９】
周辺回路部３０ａ、３０ｂの各々は、撮像部１０よりも半導体基板１の長手方向外側に形成されている。周辺回路部３０ａは後述する出力アンプを含み、周辺回路部３０ｂは製品テスト用の種々の回路を含む。
【００４０】
ボンディングパッド４０の各々は、図中、周辺回路部３０ａ、３０ｂよりも更に半導体基板１の長手方向外側に形成されている。これらのボンディングパッド４０は、例えばアルミニウム、シリコンや銅を含有するアルミニウム合金、銅を主体とする金属合金等によって形成され、露出した表面を有する。個々のボンディングパッド４０の平面視上の大きさは、例えば５０μｍ×５０μｍ〜１００μｍ×１００μｍ程度である。
【００４１】
各ボンディングパッド４０は、アルミニウム等によって形成された金属配線４５によって、所定の部材と電気的に接続されている。
【００４２】
図２は、撮像部１０に形成されている１つのフォトダイオード群１５と、このフォトダイオード群１５に沿って形成された電荷転送路２０と、前記のフォトダイオード群１５に沿って形成された横型オーバーフロードレイン２５とを概略的に示す。
【００４３】
フォトダイオード群１５は、半導体基板１の長手方向Ｄ１に沿ってこの半導体基板１の一表面側に一列に形成された複数個のフォトダイオード１６、例えば２０００〜１００００個程度のフォトダイオード１６によって構成されている。フォトダイオード１６間および最外側の領域には、図示を省略したチャネルストップ領域が形成されている。
【００４４】
電荷転送路２０は、２相駆動型のＣＣＤによって構成されている。この電荷転送路２０は、半導体基板１に形成された１本の電荷転送用チャネル２１と、半導体基板１上に電気的絶縁膜を介して形成された多数本の転送電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄと、フォトダイオード１６の各々に１個ずつ形成された読出ゲート用チャネル２３と、各読出ゲート２３を平面視上覆う読出ゲート電極２４とを含む。
【００４５】
電荷転送用チャネル２１は、ｎ型不純物を高濃度に含むｎ+ 型領域と、ｎ型不純物をｎ+ 型領域よりも、例えば１桁、低濃度に含むｎ型領域とを半導体基板１の長手方向（図２中に矢印Ｄ１で示す。）に交互に所定数形成することによって作製されている。
【００４６】
転送電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄの各々は、長手方向Ｄ１に並存すると共に各々が電荷転送用チャネル２１の一領域を平面視上覆っている。電荷転送用チャネル２１におけるｎ型領域それぞれの上に、電気的絶縁膜を介して、転送電極２２ａまたは２２ｃが１本ずつ形成されている。電荷転送用チャネル２１におけるｎ+ 型領域それぞれの上に、電気的絶縁膜を介して、転送電極２２ｂまたは２２ｄが１本ずつ形成されている。
【００４７】
転送電極２２ａ、２２ｃは、例えば第１ポリシリコン層とその表面に形成された熱酸化膜とによって形成され、転送電極２２ｂ、２２ｄは例えば第２ポリシリコン層とその表面に形成された熱酸化膜とによって形成される。
【００４８】
これらの転送電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄは、いわゆる重ね合わせ転送電極構造をなす。転送電極２２ｂ、２２ｄそれぞれの図２での右側縁部が、その右側の転送電極２２ａまたは２２ｃの左側縁部に重なる。転送電極２２ｂ、２２ｄそれぞれの図２での左側縁部が、その左側の転送電極２２ａまたは２２ｃの右側縁部に重なる。
【００４９】
転送電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄの各々は、１個のフォトダイオード１６にそれぞれ１本ずつ、図２での左から右にかけてこの順番で繰り返し形成されている。
【００５０】
各転送電極２２ａ、２２ｂは金属配線４５ａに電気的に接続され、各転送電極２２ｃ、２２ｄは他の金属配線４５ｂに電気的に接続されている。
【００５１】
読出ゲート用チャネル２３の各々は、半導体基板１におけるｐ型ウェルの一領域によって形成されている。個々の読出ゲート用チャネル２３は、対応するフォトダイオード１６に隣接している。長手方向Ｄ１に沿って相隣る読出ゲート用チャネル２３同士の間には、図示を省略したチャネルストップ領域が形成されている。
【００５２】
読出ゲート電極２４は、電気的絶縁膜を介して半導体基板１上に形成されて、長手方向Ｄ１に延在する。読出ゲート電極２４のうちで、読出ゲート用チャネル２３を平面視上覆う箇所の各々は、その下の読出ゲート用チャネル２３と共に１つの読出ゲートを構成する。この読出ゲート電極２４は例えば第２ポリシリコン層とその表面に形成された熱酸化膜とによって形成される。読出ゲート電極２４の一端には、金属配線４５ｃが電気的に接続されている。
【００５３】
横型オーバーフロードレイン２５は、半導体基板１に形成されたドレイン領域２６と、半導体基板１に形成された掃出用チャネル領域２７と、半導体基板１上に電気的絶縁膜を介して形成された掃出ゲート電極２８とを含む。
【００５４】
ドレイン領域２６は、例えば半導体基板１に形成されたｎ+ 型領域によって構成される。このドレイン領域２６は、フォトダイオード群１５から所定距離離れて形成されて、長手方向Ｄ１に延在する。
【００５５】
掃出用チャネル領域２７は、半導体基板１におけるｐ型ウェルの一領域によって形成されている。この掃出用チャネル用領域２７は、フォトダイオード群１５とドレイン領域２６との平面視上の間においてこれらに隣接しつつ形成されて、長手方向Ｄ１に延在する。
【００５６】
掃出ゲート電極２８は、ドレイン領域２６におけるフォトダイオード群１５側の縁部、掃出用チャネル領域２７およびフォトダイオード１６それぞれにおけるドレイン領域２６側の縁部を平面視上覆いつつ、長手方向Ｄ１に延在する。
【００５７】
掃出ゲート電極２８のうちで、掃出用チャネル領域２７を平面視上覆う箇所は、その下の掃出用チャネル領域２７と共に掃出ゲートを構成する。この掃出ゲート電極２８は、例えば第１または第２ポリシリコン層とその表面に形成された熱酸化膜とによって形成される。掃出ゲート電極２８の一端には、金属配線４５ｄが電気的に接続されている。
【００５８】
なお、電荷転送路２０における図２での左端には、出力アンプ３１が配設されている。この出力アンプ３１は、周辺回路部３０ａ内に位置する。
【００５９】
フォトダイオード１６に光が入射すると、このフォトダイオード１６に電荷が蓄積される。転送電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄおよび読出ゲート電極２４にそれぞれ所定の電圧を印加すると、フォトダイオード１６に蓄積されていた電荷が読出ゲートを介して電荷転送路２０に移送される。
【００６０】
このとき、転送電極２２ａ、２２ｃの下に位置する電荷転送用チャネル２１の一領域それぞれにはポテンシャル・ウェルが形成され、転送電極２２ｂ、２２ｃの下に位置する電荷転送用チャネル２１の一領域それぞれにはポテンシャル・バリアが形成される。フォトダイオード１６に蓄積されていた電荷は、このフォトダイオード１６に対応する転送電極２２ｃの下に形成されたポテンシャル・ウェルへ移送される。
【００６１】
金属配線４５ａに駆動信号φＨ１を供給し、金属配線４５ｂに駆動信号φＨ２を供給することにより、電荷転送路２０内の電荷を出力アンプ３１へ向けて転送することができる。駆動信号φＨ１と駆動信号φＨ２とは、互いに逆の位相を有する。
【００６２】
出力アンプ３１は、例えば、電荷転送路２０から送られてきた信号電荷をフローティング容量（図示せず。）によって信号電圧に変換し、この信号電圧をソースホロワ回路（図示せず。）等を利用して増幅する。検出（変換）された後のフローティング容量の電荷は、図示を省略したリセットトランジスタを介して電源（図示せず。）に吸収される。
【００６３】
フォトダイオード１６に蓄積されている電荷を排出するときには、掃出ゲート電極２８に所定の電圧が印加される。フォトダイオード１６に蓄積されていた電荷が、掃出ゲートを介してドレイン領域２６に排出される。
【００６４】
図３は、図１に示すＡ−Ａ線に沿った断面を概略的に示す。同図に示した構成要素のうちで図１または図２において既に示した構成要素については、図１または図２で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【００６５】
図３に示すように、半導体基板１は、ｎ型半導体基板１ａと、このｎ型半導体基板１ａの一表面上に形成されたｐ型ウェル１ｂとを有する。
【００６６】
図１を用いた説明の中で述べたように、リニアイメージセンサ半導体チップ１００は、計４つのフォトダイオード群を有する。図３での左から数えて１番目のフォトダイオード１６を含むフォトダイオード群、２番目のフォトダイオード１６を含むフォトダイオード群、および３番目のフォトダイオード１６を含むフォトダイオード群は、カラー撮像用のフォトダイオード群である。右端のフォトダイオード１６を含むフォトダイオード群は、白黒撮像用のフォトダイオード群である。
【００６７】
個々のフォトダイオード１６は、ｐ型ウェル１ｂの所定箇所に形成されたｎ型領域１６ａと、その上に形成されたｐ+ 型領域とを含んで構成される埋込型のフォトダイオードである。
【００６８】
個々のｎ型領域１６ａの平面視上の大きさおよび形状を８μｍ×８〜１０μｍ程度のほぼ矩形とし、１つのフォトダイオード群を１００００個程度のフォトダイオード１６によって構成すれば、ダイナミックレンジが８０ｄＢ程度の画像読み取り装置を実現することが可能なリニアイメージセンサ半導体チップを得ることができる。このときの半導体基板１の平面視上の大きさは、例えば１ｍｍ×１００ｍｍ程度である。
【００６９】
半導体基板１の長手方向と平面視上交差する方向に沿って相隣るドレイン領域２６と電荷転送用チャネル２１とは、チャネルストップ領域２９によって電気的に分離されている。図３での最も左側の電荷転送用チャネル２１の左側にも、この電荷転送用チャネル２１に沿ってチャネルストップ領域２９が形成されている。同様に、図３での最も右側のドレイン領域２６の右側にも、このドレイン領域２６に沿ってチャネルストップ領域２９が形成されている。
【００７０】
電気的絶縁膜２が、半導体基板１の表面に形成されている。この電気的絶縁膜２は、例えば、熱酸化膜、化学的気相堆積法によって形成されたシリコン酸化物膜、シリコン酸化物膜とその上に形成されたシリコン窒化物膜、あるいは、シリコン酸化物膜とその上に形成されたシリコン窒化物膜とその上に形成されたシリコン酸化物膜等によって構成される。
【００７１】
転送電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄの各々（ただし、図３においては転送電極２２ｃ、２２ｄのみが示されている。）、各読出ゲート電極２４、各掃出ゲート電極２８および各金属配線４５は、電気的絶縁膜２上に配設されている。
【００７２】
パッシベーション膜５０が、転送電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄの各々、各読出ゲート電極２４、各掃出ゲート電極２８、各金属配線４５、ならびに、これらの電極および金属配線が形成されていない箇所の電気的絶縁膜２の表面を覆っている。このパッシベーション膜５０は、例えば、シリコン窒化物、シリコン酸化物、ＰＳＧ（ホスホシリケートガラス）、ＢＰＳＧ（ボロホスホシリケートガラス）、ポリイミド等によって形成される。
【００７３】
フォトダイオード１６それぞれの上方に開口部５４ａを１つずつ有する光遮蔽膜５４が、パッシベーション膜５０上に形成される。この光遮蔽膜５４は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、タングステン、タングステン合金およびチタン等の金属や、窒化チタン等によって形成される。
【００７４】
平坦化膜５１が、光遮蔽膜５４上および光遮蔽膜５４の開口部５４ａから露出しているパッシベーション膜５０上に形成される。この平坦化膜５１は、例えばフォトレジストやポリイミド等の透明樹脂、ＰＳＧ、ＢＰＳＧ等によって形成される。
【００７５】
各フォトダイオード群の上方には、それぞれ所定色の色フィルタによって構成される色フィルタアレイが１つずつ形成されている。
【００７６】
例えば、図３での左から数えて１番目のフォトダイオード１６を含むフォトダイオード群の上方には赤色の色フィルタによって構成される色フィルタアレイ５２Ｒが形成され、図３での左から数えて２番目のフォトダイオード１６を含むフォトダイオード群の上方には緑色の色フィルタによって構成される色フィルタアレイ５２Ｇが形成される。図３での左から数えて３番目のフォトダイオード１６を含むフォトダイオード群の上方には青色の色フィルタによって構成される色フィルタアレイ５２Ｂ1 が形成され、図３での右端のフォトダイオード１６を含むフォトダイオード群の上方には青色の色フィルタによって構成される色フィルタアレイ５２Ｂ2 が形成される。
【００７７】
色フィルタアレイ５２Ｂ2 に代えて、赤色、緑色または他の有彩色もしくは黒以外の無彩色の色フィルタによって構成される色フィルタアレイを設けることもできる。
【００７８】
これらの色フィルタアレイ５２Ｒ、５２Ｇ、５２Ｂ1 、５２Ｂ2 は、例えば、所望色の顔料もしくは染料を含有させた樹脂（カラーレジン）の層を、フォトリソグラフィ法等の方法によって平坦化膜５１上の所定箇所に形成することによって作製することができる。色フィルタアレイ５２Ｂ1 と色フィルタアレイ５２Ｂ2 とは、同じ材料によって形成してもよいし、異なる材料によって形成してもよい。
【００７９】
ここで、本明細書でいう「色フィルタアレイ」は、１つのフォトダイオード群を構成する個々のフォトダイオードの上方に１個ずつ形成された色フィルタによって構成される色フィルタアレイの他に、１つのフォトダイオード群を構成する個々のフォトダイオードを平面視上覆うようにして１本のストライプ状に形成された色フィルタをも含むものとする。図示の色フィルタアレイ５２Ｒ、５２Ｇ、５２Ｂ1 、５２Ｂ2 は、いずれも後者である。
【００８０】
フォトダイオード１６それぞれの周辺は、平面視上、遮光層５３によって覆われている。この遮光層５３は、半導体基板１側への光の進入を抑制することができればよく、半導体基板１側への光の進入を完全に遮断するものでなくてもよい。したがって、遮光層５３は、例えば赤、緑、青等の有彩色や無彩色等、所望色を呈する着色層によって形成することができる。図３に示した遮光層５３は、色フィルタアレイ５２Ｂ2 と同じ材料によって、色フィルタアレイ５２Ｂ2 と一緒に形成されている。
【００８１】
なお、色フィルタアレイがストライプ状に形成された１本の色フィルタによって構成されている場合、この色フィルタアレイにおいて平面視上フォトダイオードの周辺に位置する箇所は、遮光層として機能する。
【００８２】
半導体基板１の長手方向と平面視上交差する方向についての遮光層５３の外縁は、平面視上、撮像部１０（図１参照）の外側にまで達する。半導体基板１の長手方向についての遮光層５３の外縁は、平面視上、周辺回路部３０ａ、３０ｂの外側にまで達する。
【００８３】
図４は、図１に示すＢ−Ｂ線に沿った断面を概略的に示す。ただし、この図においては、半導体基板１内の構成の図示を省略している。同図に示した構成要素のうちで図１または図３において既に示した構成要素については、図１または図３で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【００８４】
図４に示すように、半導体基板１の表面に形成された電気的絶縁膜２の上に、各ボンディングパッド４０および各金属配線４５が配設されている。
【００８５】
ボンディングパッド４０それぞれにおける平面視上の中央部を除き、パッシベーション膜５０が各ボンディングパッド４０、各金属配線４５、ならびに、これらのボンディングパッド４０および金属配線４５が形成されていない箇所の電気的絶縁膜２の表面を覆っている。
【００８６】
図３に示した光遮蔽膜５４、平坦化膜５１、色フィルタアレイ５２Ｒ、５２Ｇ、５２Ｂ1 、５２Ｂ2 および遮光層５３は、いずれも形成されていない。各ボンディングパッド４０は、その平面視上の中央部に、露出した表面を有する。
【００８７】
上述した構成を有するリニアイメージセンサ半導体チップ１００では、ボンディングパッド４０の各々がフォトダイオード群１５よりも半導体基板１の長手方向外側に形成されている。このため、リニアイメージセンサに組み立てたときに、ボンディングパッド４０の表面で反射した光がフォトダイオード１６に入射することを抑制できる。その結果として、リニアイメージセンサ半導体チップ１００を利用した画像読み取り装置のダイナミックレンジを高めても、感度の低下を招くことなくノイズの発生を抑制することができる。
【００８８】
次に、実施例によるリニアイメージセンサについて、図面を用いて説明する。
【００８９】
図５は、実施例によるリニアイメージセンサの内部を模式的に示す平面図である。同図に示したリニアイメージセンサ１５０は、上述した実施例によるリニアイメージセンサ半導体チップ１００と、これを収容したパッケージ１１０と、複数本のボンディングワイヤ１２０とを備えている。
【００９０】
図５に示した構成要素のうちで図１において既に示した構成要素については、図１で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。なお、図５に示したリニアイメージセンサ半導体チップ１００は、図３および図４に示したパッシベーション膜５０、ならびに、図３に示した光遮蔽膜５４、平坦化膜５１、色フィルタアレイ５２Ｒ、５２Ｇ、５２Ｂ1 、５２Ｂ2 および遮光層５３を省略して描かれている。
【００９１】
パッケージ１１０は、セラミックス等の遮光性材料によって形成された底部１１１および側壁部１１２を備え、さらに、図示を省略した蓋部を備えている。パッケージ１１０の内部空間は、蓋部側から平面視したときに、細長い形状を呈する。
【００９２】
４２合金等で形成された複数本のリード電極１１５が、パッケージ１１０の底部１１１における長手方向の端部において、このパッケージ１１０の内部空間から外部に達している。
【００９３】
これら複数本のリード電極１１５の各々と、リニアイメージセンサ半導体チップ１００に配設されている複数個のボンディングパッド４０の各々とは、Ａｌ線等のボンディングワイヤ１２０によって電気的に接続されている。ボンディングワイヤ１２０それぞれの一端は、互いに異なるリード電極１１５に接続され、ボンディングワイヤ１２０それぞれの他端は、互いに異なるボンディングパッド４０に接続されている。ボンディングワイヤ１２０とリード電極１１５またはボンディングパッド４０との接続は、例えば超音波ボンディングやボールボンディングによって行われる。１つのリード電極を複数のボンディングパッドに接続してもよく、１つのボンディングパッドを複数のリード電極に接続してもよい。
【００９４】
リード電極１１５およびボンディングワイヤ１２０のいずれも、平面視上、リニアイメージセンサ半導体チップ１００における撮像部１０よりも半導体基板１の長手方向外側に形成されている。
【００９５】
したがって、ボンディングワイヤ１２０の各々も、撮像部１０よりも半導体基板１の長手方向外側に形成されている。
【００９６】
図６は、図５に示したＣ−Ｃ線に沿った断面を概略的に示す。図６においても、リニアイメージセンサ半導体チップ１００は、パッシベーション膜、平坦化膜、各色フィルタアレイおよび遮光層を省略して描かれている。ただし、図６には、図５において図示を省略した蓋部１１３が描かれている。
【００９７】
この蓋部１１３は、透明のガラス板１１３ａと、その内側の面に配設された遮光用部材１１３ｂとを含む。
【００９８】
遮光用部材１１３ｂは、例えば、リニアイメージセンサ半導体チップ１００における撮像部１０（図５参照）の上方に開口１１４ｂを有する遮光板あるいは遮光膜である。この遮光用部材１１３ｂは、例えば、表面に酸化アルミニウム被膜を形成したアルミニウム板、黒く塗装された金属もしくはプラスチックの板等によって形成される。
【００９９】
撮像部１０は、平面視上、開口１１４ｂ内に納まる。蓋部１１３を構成するガラス板１１３ａのうちで開口１１４ｂの上方に位置する領域が、パッケージ１１０における窓１１４ａとして機能する。この窓１１４ａの下面とリニアイメージセンサ半導体チップ１００における半導体基板１の上面との距離は、概ね０．５〜３．０ｍｍの範囲内である。
【０１００】
蓋部１１３は、例えば接着剤１１６によって側壁部１１２上に固着される。側壁部１１２と底部１１１とは、所定箇所に所定個のリード電極１１５を挟持した状態で、接着剤１１７によって互い固着される。
【０１０１】
リニアイメージセンサ半導体チップ１００についての説明の中で述べた理由と同じ理由から、リニアイメージセンサ１５０を利用した画像読み取り装置においては、ダイナミックレンジを高めても感度の低下を招くことなくノイズの発生を抑制することができる。
【０１０２】
リニアイメージセンサ半導体チップ１００における各ボンディングパッド４０の配設箇所、ひいては、リニアイメージセンサ１５０における各リード電極１１５、および、各ボンディングワイヤ１２０の配設箇所は、リニアイメージセンサ１５０を組み込もうとする画像読み取り装置における光学系のＦ数に応じて変更することができる。また、リニアイメージセンサ１５０における窓１１４ａの下面とリニアイメージセンサ半導体チップ１００における半導体基板１の上面との距離に応じても変更することができる。
【０１０３】
図７は、リニアイメージセンサ１５０を組み込んだ画像読み取り装置における光学系の一例を模式的に示す。
【０１０４】
同図に示した光学系２００においては、光源２０１および集光用の光学レンズ２０２を含んで構成されるランプハウス２１０から出射した光Ｌが、被写体２２０で反射し、光学レンズ２３０で集光された後にミラー２４０で反射して、リニアイメージセンサ１５０に入射する。
【０１０５】
ミラー２４０で反射した光Ｌは、リニアイメージセンサ１５０における窓１１４ａおよびその周辺に入射する。窓１１４ａの周辺に入射した光Ｌは、遮光用部材１１３ｂによって反射ないしは吸収されるので、リニアイメージセンサ１５０内には実質的に入射しない。窓１１４ａに入射した光Ｌは、窓１１４ａを透過してリニアイメージセンサ１５０内に入射する。この光Ｌは、リニアイメージセンサ半導体チップ１００を構成する各層を透過して、各フォトダイオードおよびその周辺に達する。
【０１０６】
図９（Ａ）に示すように、仮にボンディングパッド４０の露出した表面に光Ｌ１が入射し、この光Ｌ１がここで反射した後に窓１１４ａの下面または上面で再び反射してフォトダイオードに入射すると、１回の画像読み取り操作時に、一部または全部のフォトダイオードに入射経路が異なる複数の光Ｌ１、Ｌ２が入射することになる。光学系２３０の本来の結像位置とは異なる場所にも像が生じる。その結果として、リニアイメージセンサ１５０からの出力に基づいて再生された画像ないし映像にノイズが生じる。
【０１０７】
図９（Ｂ）に示すように、仮にボンディングワイヤ１２０の表面に光Ｌ１が入射し、この光Ｌ１がここで反射した後に窓１１４ａの下面または上面で再び反射してフォトダイオードに入射した場合についても同様である。
【０１０８】
いま、光学系２００における光学レンズ２３０のＦ数が４であるとすると、リニアイメージセンサ１５０への光Ｌの最大入射角度は７°程度となる。
【０１０９】
１．５ｍｍの距離をおいて上下に互いに平行に配置された２面間で入射角度７°の光が往復すると、１往復当たり横方向に移動する距離は０．４ｍｍ程度となる。
【０１１０】
このことは、光学レンズ２３０のＦ数が４で、窓１１４ａの下面とリニアイメージセンサ半導体チップ１００における半導体基板の上面との距離が１．５ｍｍである場合に、フォトダイオードの周囲０．４ｍｍ程度以内で光の反射が起こるとノイズが発生する可能性が高いことを意味する。
【０１１１】
例えば、露出した表面を有するボンディングパッドをフォトダイオードの周囲０．４ｍｍ程度以内に配設すると、このボンディングパッドで反射した光によってノイズが発生する可能性が高い。また、図６に示したように、ボンディングワイヤ１２０の輪郭線は曲線を描き、その頂部はボンディングパッド４０よりも高い位置にある。このため、ボンディングワイヤで反射した光によってノイズが発生する可能性は、ボンディングパッドで反射した光によってノイズが発生する可能性より高いと考えられる。
【０１１２】
ボンディングパッド、ボンディングワイヤあるいはリード電極での反射によって生じた迷光の光量がフォトダイオードに入射する光量（迷光を除く。）の例えば０．０７２％程度であると、その影響は−６３ｄＢ程度となる。迷光の光量がフォトダイオードに入射する光量（迷光を除く。）の例えば０．１２％程度であると、その影響は−５８．５ｄＢ程度となる。
【０１１３】
したがって、リニアイメージセンサ半導体チップ１００における各ボンディングパッド４０の配設箇所、ならびに、リニアイメージセンサ１５０における各リード電極１１５および各ボンディングワイヤ１２０の配設箇所は、リニアイメージセンサ１５０を組み込もうとする画像読み取り装置における光学系のＦ数に応じて変更することが好ましい。また、リニアイメージセンサ１５０における窓１１４ａの下面とリニアイメージセンサ半導体チップ１００における半導体基板１の上面との距離に応じても変更することが好ましい。
【０１１４】
次に、実施例による他のリニアイメージセンサ半導体チップについて、図８を用いて説明する。
【０１１５】
図８は、本実施例によるリニアイメージセンサ半導体チップ３００を模式的に示す平面図である。同図に示した構成要素は全て図１において既に示してあるので、各構成要素には図１で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【０１１６】
図示したリニアイメージセンサ半導体チップ３００は、一部のボンディングパッド４０が周辺回路部３０ａ、３０ｂの側方に配設されている点で、図１に示したリニアイメージセンサ半導体チップ１００と異なる。他の構成は、図１に示したリニアイメージセンサ半導体チップ１００と同様である。
【０１１７】
このリニアイメージセンサ半導体チップ３００においても、全てのボンディングパッド４０が、撮像部１０中のフォトダイオード群（図示せず。）よりも半導体基板１の長手方向外側に形成されている。
【０１１８】
なお、図８では図示を省略しているが、リニアイメージセンサ半導体チップ３００においても、遮光層および色フィルタアレイが半導体基板１の上方に形成されている。これらの遮光層および色フィルタアレイの配設仕様は、既に説明したリニアイメージセンサ半導体チップ１００における遮光層および色フィルタアレイの配設仕様と同様である。
【０１１９】
以上、実施例によるリニアイメージセンサ半導体チップおよびリニアイメージセンサについて説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【０１２０】
例えば、フォトダイオード等が形成される半導体基板は、ｎ型半導体基板の一表面側にｐ型ウェルを形成したものの他、ｎ型半導体基板の一表面上にｐ- 型半導体のエピタキシャル成長層を形成したもの等であってもよい。さらには、電気絶縁性基板の表面に所望の導電型の半導体層を形成し、この半導体層に所望の導電型の不純物領域を形成するか、この半導体層上に所望の導電型の半導体からなるエピタキシャル成長層を形成したもの等であってもよい。
【０１２１】
なお、ｐ- 型半導体におけるｐ型不純物の濃度は、ｐ型ウェルにおけるｐ型不純物の濃度よりも低い。
【０１２２】
本明細書においては、半導体以外の材料からなる基板の一面にフォトダイオード等を形成するための半導体層を設けたものも、「半導体基板」に含まれるものとする。
【０１２３】
フォトダイオードは埋込型のフォトダイオードであることが好ましいが、埋込型ではないフォトダイオードであってもよい。
【０１２４】
撮像部に形成するフォトダイオード群の数は、目的とするリニアイメージセンサ半導体チップの用途等に応じて、１〜４程度の範囲内で適宜選択可能である。同様に、１つのフォトダイオード群を構成するフォトダイオードの数も、概ね２０００〜２００００程度の範囲内で適宜選択可能である。
【０１２５】
電荷転送路は、一般に２相駆動型のＣＣＤによって構成されるが、３相駆動型のＣＣＤや４相駆動型のＣＣＤによって構成することも可能である。
【０１２６】
電荷転送路は、転送電極と読出ゲート電極とを別部材によって形成したものであってもよいし、一部の転送電極に読出ゲート電極を兼ねさせたものであってもよい。
【０１２７】
オーバーフロードレインは、省略することも可能であるが、設けた方が好ましい。オーバーフロードレインは、横型オーバーフロードレインであってもよいし、縦型オーバーフロードレインであってもよい。
【０１２８】
縦型オーバーフロードレインを設ける場合には、例えば、ｎ型半導体基板とその一表面側に形成されたｐ型ウェルもしくはｐ- 型半導体のエピタキシャル成長層とを有する半導体基板を用いてリニアイメージセンサ半導体チップを作成する。このリニアイメージセンサ半導体チップにおけるｐ型ウェルもしくはｐ- 型半導体のエピタキシャル成長層とその下のｎ型半導体基板とに逆バイアスを印加できる構造を付加することにより、縦型オーバーフロードレインを得ることができる。
【０１２９】
例えば２つのフォトダイオード群を有する白黒撮像用のリニアイメージセンサ半導体チップにおいては、これらの２つのフォトダイオード群にそれぞれ１本ずつ電荷転送路を形成し、これらの電荷転送路によって１個の出力アンプを共有させることも可能である。
【０１３０】
周辺回路部には、電荷転送路に接続された出力アンプや、製品テスト用の回路を含ませる他、必要に応じて、製造プロセス確認用テスト回路、マスク合わせ用のアライメントマーク等を含ませることができる。
【０１３１】
カラー撮像用のリニアイメージセンサ半導体チップを得る場合には、原色系の色フィルタアレイを用いることが好ましいが、補色系の色フィルタアレイを用いることも可能である。
【０１３２】
白黒撮像用のリニアイメージセンサ半導体チップを得る場合には、単色の色フィルタアレイを設けることによって色収差を低減させることができる。ただし、色フィルタを設けることは必須ではない。
【０１３３】
リニアイメージセンサにおけるパッケージは、その側壁部および底部を一体成形したものであってもよい。また、パッケージは、ガラスや合成樹脂等によって形成することもできる。遮光用部材を用いて蓋部を形成することは、必須の要件ではない。遮光用部材を用いることなく蓋部を形成してもよい。
【０１３４】
その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能であることは当業者に自明であろう。
【０１３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ノイズが生じにくいリニアイメージセンサを提供することが可能になる。その結果として、ダイナミックレンジを高めてもノイズが発生しにくい画像読み取り装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例によるリニアイメージセンサ半導体チップを模式的に示す平面図である。
【図２】図１に示したリニアイメージセンサ半導体チップの撮像部に形成されている１つのフォトダイオード群と、このフォトダイオード群に沿って形成された電荷転送路と、前記のフォトダイオード群に沿って形成された横型オーバーフロードレインとを概略的に示す平面図である。
【図３】図１に示すＡ−Ａ線に沿った断面の概略図である。
【図４】図１に示すＢ−Ｂ線に沿った断面の概略図である。
【図５】実施例によるリニアイメージセンサの内部を模式的に示す平面図である。
【図６】図５に示したＣ−Ｃ線に沿った断面の概略図である。
【図７】リニアイメージセンサを組み込んだ機器における光学系の一例を示す模式図である。
【図８】他の実施例によるリニアイメージセンサ半導体チップを模式的に示す平面図である。
【図９】図９（Ａ）は、リニアイメージセンサにおけるボンディングパッド表面での反射光の影響を説明するための断面図であり、図９（Ｂ）は、リニアイメージセンサにおけるボンディングワイヤ表面での反射光の影響を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１…半導体基板、  １０…撮像部、  １５…フォトダイオード群、  １６…フォトダイオード、  ２０…電荷転送、  ２１…電荷転送用チャネル、  ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ…転送電極、  ２３…読出ゲート用チャネル、  ２４…読出ゲート電極、  ２５…横型オーバーフロードレイン、  ２６…ドレイン領域、  ２７…掃出用チャネル領域、  ２８…掃出ゲート電極、  ３０ａ、３０ｂ…周辺回路部、  ４０…ボンディングパッド、  ４５、４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ…金属配線、  ５２Ｒ、５２Ｇ、５２Ｂ…色フィルタアレイ、  ５３…遮光層、  ５４…光遮蔽膜、  １００、３００…リニアイメージセンサ半導体チップ、  １１０…パッケージ、  １１１…底部、  １１２…側壁部、  １１３…蓋部、  １１３ａ…窓、  １１５…リード電極、  １２０…ボンディングワイヤ、１５０…リニアイメージセンサ。
【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】
0004139051.tif 000008
【図８】
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【図９】
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