JP6700715B2 - Solid-state imaging device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

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。   The present invention relates to a solid-state imaging device and a method for manufacturing the same.

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)。   2. Description of the Related Art Conventionally, some image pickup apparatuses such as digital still cameras and digital video cameras are equipped with a CMOS image sensor as a solid-state image pickup element. These solid-state image pickup devices have an image pickup surface composed of pixel portions including photoelectric conversion elements. A lens is used for the purpose of forming an image of a subject on this imaging surface. Generally, when an image of a subject is formed by a lens, a focus position shift occurs between the central portion and the peripheral portion of the image pickup surface due to field curvature. In order to solve this problem, a technique of bending the solid-state imaging device itself has been proposed (see Patent Document 1).

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。   In addition, a technique has been proposed for mounting the curved solid-state imaging device on a signal processing substrate that processes an imaging signal output from a pixel unit (see Patent Document 2). In Patent Document 2, a plurality of bumps having different sizes in the thickness direction are used when electrically connecting the solid-state imaging device and the signal processing substrate. By this method, the curved solid-state imaging device and the signal processing board are laminated.

特開2008−294960号公報JP, 2008-294960, A 特開2009−049499号公報JP, 2009-049499, A

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。   However, in the method described in Patent Document 2, the impedance of each bump may be different because a plurality of bumps having different sizes in the thickness direction are used to connect the solid-state imaging device and the signal processing substrate. I'm worried. As a result, the voltage of the image pickup signal from the solid-state image pickup device may change, and a signal different from the original voltage level is input to the substrate, which may cause deterioration of image quality.

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。   The present invention has been made to solve the above problems. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention suppresses the occurrence of a shift in the focal position due to field curvature, suppresses the voltage change of the image pickup signal that occurs due to the difference in impedance of each bump, and prevents the deterioration of image quality. It is an object of the present invention to provide a solid-state imaging device having high efficiency and a manufacturing method thereof.

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The solid-state imaging device of the present invention includes a first substrate which is a solid-state imaging device having a non-planar first surface, and a second substrate having a second surface having a shape different from the first surface, A plurality of bumps electrically connecting the first substrate and the second substrate are provided, and the plurality of bumps are provided between the first surface and the second surface facing each other. , The first surface and the second surface are arranged at positions where respective perpendiculars of the first surface and the second surface overlap , and the first substrate and the second substrate are respectively arranged on the first surface and the second surface. The existing virtual lines having the same curvature are electrically connected by the plurality of bumps .

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A method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention includes a first substrate which is a solid-state imaging device having a non-planar first surface, and a second substrate having a second surface having a shape different from the first surface. a substrate, in electrical connection with a plurality of bumps, each of the perpendicular of the first surface and the second surface and a pair countercurrent Toe Rutotomoni the first surface and the second surface The plurality of bumps are arranged at a position where they overlap each other, and the first substrate and the second substrate are formed between virtual lines existing on the first surface and the second surface and having the same curvature. Are electrically connected by the plurality of bumps .

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。   According to the present invention, it is possible to prevent the occurrence of the shift of the focal position due to the curvature of field and the like, and to suppress the voltage change of the image pickup signal caused by the different impedance of each bump, thereby preventing the deterioration of the image quality. A highly reliable solid-state imaging device is realized.

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。It is a schematic diagram which shows the external appearance of the solid-state imaging device in 1st Embodiment. 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。It is a schematic diagram showing the composition of the 1st substrate of the solid-state imaging device in a 1st embodiment. 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。It is an equivalent circuit diagram which shows the structure of the 1st board|substrate and 2nd board|substrate of the solid-state imaging device in 1st Embodiment. 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。FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a second substrate of the solid-state imaging device according to the first embodiment, and a relationship between a pixel portion of the first substrate and the second substrate. 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。It is a schematic diagram which shows the external appearance of the solid-state imaging device in 2nd Embodiment.

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。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

(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。
(First embodiment)
1A and 1B are schematic diagrams showing the appearance of the solid-state imaging device according to the first embodiment. FIG. 1A is a perspective view and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along a broken line (curve 113).
This solid-state imaging device includes a first substrate 101 having a non-planar first surface 101a and a second substrate 102 having a non-planar second surface 102a different from the first surface 101a. Is configured. The 1st board|substrate 101 and the 2nd board|substrate 102 are laminated|stacked by making the 1st and 2nd surfaces 101a and 102a face each other, and joining.

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。
The first substrate 101 is a solid-state image sensor, the first surface 101a is curved so as to have a convex spherical shape, and a plurality of pixel portions including photoelectric conversion elements are two-dimensionally arranged in a row direction and a column direction. Has been done. The curved shape of the first substrate 101 is a shape that is optically suitable for an optical system (not shown) of the solid-state imaging device.
The second substrate 102 is curved so that the second surface 102a has a concave cylindrical surface shape, and has a circuit configuration for reading an imaging signal output from the pixel portion of the first substrate 101.

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。   The first substrate 101 and the second substrate 102 are electrically connected by bumps 103 such as solder that join the first surface 101a and the second surface 102a. Virtual lines (curves 111 and 112) having the same curvature are present on the first surface 101a and the second surface 102a, respectively. On the curves 111 and 112, the respective perpendiculars of the first surface 101a and the second surface 102a overlap. The distance between the curves 111 and 112 is the shortest distance between the first surface 101 and the second substrate 102. Between the curves 111 and 112, a plurality of bumps 103 are arranged at equal intervals at positions where the respective normals of the first surface 101a and the second surface 102a overlap, and the first surface 101a and the second surface 102a Are joined. A curve that passes through the centers of the plurality of bumps 103 and is parallel to the curves 111 and 112 is shown as a curve 113 by a broken line. When the solid-state imaging device in which the first substrate 101 and the second substrate 102 are stacked is viewed from the upper surface or the lower surface, the plurality of bumps 103 are observed to be arranged on a straight line. The curves 111 and 112 are parallel curves, and the distance between them is equal. Therefore, the plurality of bumps 103 can have the same size.

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。
Hereinafter, a method of connecting the first substrate 101 and the second substrate 102 when manufacturing the solid-state imaging device of this embodiment will be described.
The first substrate 101 and the second substrate 102, the first surface 101a and the second surface 102a, and the perpendicular lines of the first surface 101a and the second surface 102a are overlapped with each other (curve 111, The bumps 103 are opposed to each other at positions where the bumps 112 are parallel to each other. A plurality of bumps 103 having the same size are arranged along the curve 113 between the first substrate 101 and the second substrate 102. The first substrate 101 and the second substrate 102 are pressure bonded. At this time, the curve 111 of the first substrate 101 and the curve 112 of the second substrate 102 are parallel to each other, and even if the distance between them is shortened by pressure bonding, the distance is kept constant along the curves 111 and 112. Be drunk Therefore, even if the bumps 103 having the same size are used, one end of each bump 103 is connected to a bump pad 204 described later arranged on the curve 111, and the other end of the bump 103 is arranged on the curve 112. It is connected to the pad 204. Each bump 103 is connected to the first substrate 101 and the second substrate 102 along the curve 113 in a uniform state.

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。
FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the first substrate of the solid-state imaging device according to the first embodiment.
The first substrate 101 includes a pixel section 200, a vertical scanning circuit 201, a vertical output line 202, a load current source 203, and a bump pad 204. The plurality of pixel units 200 are two-dimensionally arranged in the row direction and the column direction. The detailed configuration of the pixel unit 200 will be described later. The vertical scanning circuit 201 supplies the signals φTXn, φRESn, and the signal φSELn to the pixel portion 200, and controls signal reading. The load current source 203 drives the source follower 304 of the selected row described later in FIG. 3 via the vertical output line 202. The vertical output line 202 is a signal line that outputs the image pickup signal from the pixel unit 200 for each column. The bump pad 204 is a pad for electrically bonding the first substrate 101 and the bump 103 in FIG. 1 and outputs an image pickup signal from the vertical output line 202 to the bump 103. The bumps 103 are arranged on a line orthogonal to the vertical output line 202.

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。
FIG. 3 is an equivalent circuit diagram showing the configurations of the first substrate and the second substrate of the solid-state imaging device according to the first embodiment.
The pixel portion 200, which is a component of the first substrate 101, includes a photodiode 300, a transfer gate 301, a reset switch 302, a storage capacitor 303, a source follower 304, and a row selection switch 305. The photodiode 300, which functions as a photoelectric conversion element, generates and accumulates signal charges according to the applied light. ON/OFF of the transfer gate 301 is controlled by the signal φTXn, and transfers the signal charge generated and accumulated in the photodiode 300 to the storage capacitor 303. The storage capacitor 303 stores the signal charge transferred by the transfer gate 301. The reset switch 302 is ON/OFF-controlled by the signal φRESn, and resets unnecessary signal charges stored in the photodiode 300 or the storage capacitor 303.

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。   The source follower 304 amplifies the signal charge stored in the storage capacitor 303 and converts it into a voltage. The reset switch 302, the storage capacitor 303, and the source follower 304 form a floating diffusion amplifier. The row selection switch 305 is turned on/off by a signal φSELn, and controls the output of the source follower 304 and the connection of the vertical output line 202. The imaging signal output from the pixel unit 200 is output to the bump 103 via the bump pad 204 as described above.

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。   The second substrate 102 includes a read circuit (AFE) 306, a digital signal processing circuit (DSP) 307, and bump pads 204. The AFE 306 performs noise reduction processing, analog-digital conversion, and the like on the signal output from the first substrate 101. The DSP 307 performs signal processing such as image processing and image compression on the digital signal output from the AFE 306. The imaging signal output from the first substrate 101 via the bumps 103 is input to the second substrate 102 from the bump pads 204 arranged on the second substrate 102. A detailed description of the second substrate 102 will be given later.

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。   FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the second substrate of the solid-state imaging device according to the first embodiment and the relationship between the pixel portion of the first substrate and the second substrate. In FIG. 4, for convenience, only one pixel portion 200 of the first substrate 101 is shown.

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。   The solid-state imaging device 400 of this embodiment is configured to include a first substrate 101 and a second substrate 102. As described above, in the first substrate 101, the pixel portion 200 converts light into an image pickup signal and outputs the image pickup signal to the bump 103. The image pickup signal output from the first substrate 101 is input to the AFE 306 in the second substrate 102 via the bump 103. The AFE 306 includes a correlated double sampling circuit (CDS) 401, an AD conversion circuit 402, and the like. The CDS 401 reduces noise in the input image pickup signal, and the AD conversion circuit 402 performs AD conversion processing to generate a digital signal. The DSP 307 performs various types of image processing and compression processing on the digital signal output from the AD conversion circuit 402 to generate image data. The generated image data is output to the outside of the solid-state image sensor 400.

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。   In the solid-state imaging device according to the present embodiment, although the curved first and second substrates 101 and 102 are used, a plurality of bumps 103 having the same size can be used for electrical connection between them. . The bumps 103 connect the first and second substrates 101 and 102 in a uniform state. With this structure, the curved first and second substrates 101 and 102 can be used to suppress the occurrence of a shift in the focal position due to field curvature, but the impedance of each bump 103 can be made uniform.

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。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to suppress the occurrence of the shift of the focal position due to the field curvature, and to suppress the voltage change of the image pickup signal generated due to the different impedance of each bump, thereby improving the image quality. A highly reliable solid-state imaging device that prevents deterioration is realized.

(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。
(Second embodiment)
5A and 5B are schematic diagrams illustrating the appearance of the solid-state imaging device according to the second embodiment, where FIG. 5A is a perspective view and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along a broken line (straight line 513).
In this solid-state imaging device, a first substrate 501 having a non-planar first surface 501a and a second substrate 502 having a planar second surface 502a have first and second surfaces 501a. , 502a are opposed to each other and joined.

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。
The first substrate 501 is a solid-state image sensor, and the first surface 501a is curved so as to have a convex cylindrical surface shape, and the photoelectric conversion element is formed in the same manner as in FIGS. 2 and 3 of the first embodiment. A plurality of pixel portions including the same are formed. The curved shape of the first substrate 501 is a shape that is optically suitable for an optical system (not shown) of the solid-state imaging device.
The second substrate 502 has a flat plate shape here so that the second surface 502a has a flat shape, and the second substrate 502 is formed from the pixel portion of the first substrate 501 as in FIGS. 3 and 4 of the first embodiment. It has a circuit configuration for reading the output imaging signal.

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。   The first substrate 501 and the second substrate 502 are electrically connected to each other by bumps 503 such as solder that join the first surface 501a and the second surface 502a. Virtual straight lines 511 and 512 are present on the first surface 501a and the second surface 502a, respectively. On the straight lines 511 and 512, the respective perpendiculars of the first surface 501a and the second surface 502a overlap. The distance between the straight lines 511 and 512 is the shortest distance between the first surface 501 and the second substrate 502. Between the straight lines 511 and 512, a plurality of bumps 503 are arranged at equal intervals at positions where the respective perpendiculars of the first surface 501a and the second surface 502a overlap, and the first surface 501a and the second surface 502a Are joined. A straight line passing through the centers of the plurality of bumps 503 and parallel to the straight lines 511 and 512 is shown as a straight line 513 by a broken line. The straight lines 511 and 512 are parallel and the distance between them is equal. Therefore, the plurality of bumps 503 can all have the same size.

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。
Hereinafter, a method of connecting the first substrate 501 and the second substrate 502 when manufacturing the solid-state imaging device of this embodiment will be described.
The bumps 503 are formed on the first surface 501a and the second surface 502a at the positions where the perpendiculars of the first surface 501a and the second surface 502a overlap (the positions where the straight lines 511 and 512 are parallel to each other). Put them face to face. A plurality of bumps 503 having the same size are arranged along a straight line 513 between the first substrate 501 and the second substrate 502. The first substrate 501 and the second substrate 502 are pressure bonded. At this time, the straight line 511 of the first substrate 501 and the straight line 512 of the second substrate 502 are parallel to each other, and even if the distance between them is shortened by pressure bonding, the distance is kept constant along the straight lines 511 and 512. Be drunk Therefore, even if the bumps 503 having the same size are used, one end of each bump 503 is connected to the bump pad 204 arranged on the straight line 511 and the other end of the bump 503 is arranged on the straight line 512. Connected with. Each bump 503 is connected to the first substrate 501 and the second substrate 502 in a uniform state along the straight line 513.

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。   In the solid-state imaging device according to the present embodiment, although the curved first and second substrates 501 and 502 are used, a plurality of bumps 503 having the same size can be used for electrical connection between them. .. The bumps 503 connect the first and second substrates 501 and 502 in a uniform state. With this configuration, it is possible to evenly arrange the impedances of the bumps 503 while suppressing the occurrence of the shift of the focal position due to the field curvature by using the curved first and second substrates 501 and 502.

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。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to suppress the occurrence of the shift of the focus position due to the curvature of field, suppress the voltage change of the image pickup signal caused by the different impedance of each bump, and improve the image quality. A highly reliable solid-state imaging device that prevents deterioration is realized.

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。
The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist thereof.
For example, as the first substrate which is a solid-state image sensor, a substrate whose first surface is curved so as to have a convex spherical surface is used, and as a second substrate, where the second surface is curved so as to have a concave spherical surface. You may use what was done.

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。   Although the configuration in which the load current source 203 is arranged in the first substrate 101 has been described with reference to FIGS. 2 and 3, the load current source 203 may be arranged in the second substrate 102. Furthermore, although the configuration in which the DSP 307 is arranged in the second substrate 102 has been described with reference to FIGS. 3 and 4, the DSP 307 can be arranged outside the solid-state imaging device.

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
101,501 1st substrate 101a, 501a 1st surface 102,502 2nd substrate 102a, 502a 2nd surface 103 bump 111,112,113 curve 200 pixel part 201 vertical scanning circuit 202 vertical output line 203 load current Source 204 Bump pad 300 Photodiode 301 Transfer gate 302 Reset switch 303 Storage capacitance 304 Source follower 305 Row selection switch 306 Readout circuit (AFE)
307 Digital Signal Processing Circuit (DSP)
400 Solid-state image sensor 401 Correlated double sampling circuit (CDS)
402 AD conversion circuits 511, 512, 513 Straight line

Claims (13)

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。
A first substrate which is a solid-state imaging device having a non-planar first surface;
A second substrate having a second surface having a shape different from the first surface;
A plurality of bumps electrically connecting the first substrate and the second substrate,
The plurality of bumps are arranged at positions where the perpendicular lines of the first surface and the second surface overlap each other, between the first surface and the second surface facing each other ,
The first substrate and the second substrate are electrically connected to each other by the plurality of bumps between virtual lines existing on the first surface and the second surface and having the same curvature. The solid-state imaging device is characterized by being.
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に記載の固体撮像装置。 The first surface and the distance between the virtual line existing respectively in said second surface, claim, characterized in that the shortest distance between the second substrate and the first surface 1 The solid-state imaging device according to. 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。
The first substrate has a shape in which the first surface is curved in a convex spherical shape,
The second substrate, the solid-state imaging device according to claim 1 or 2, wherein the second surface, characterized in that a curved shape to concave cylindrical surface.
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。
The first substrate has a shape in which the first surface is curved into a convex cylindrical surface shape,
The second substrate, the solid-state imaging device according to claim 1 or 2, wherein the second surface, characterized in that a planar shape.
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〜のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 A plurality of said bumps, a solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that each of the same size. 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〜のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 The first substrate includes a plurality of pixel portions, the bumps and are electrically connected, any claim 1-5, characterized in that a signal line for outputting an image pickup signal of the pixel portion 2. The solid-state imaging device according to item 1. 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に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 6 , wherein the bump is arranged on a line orthogonal to the signal line. 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。 The solid-state imaging device according to claim 6, wherein the second substrate includes a circuit that reads out an imaging signal output from the pixel unit through the signal line through the bump. 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。
A first substrate, which is a solid-state imaging device having a non-planar first surface, and a second substrate having a second surface having a shape different from the first surface are electrically connected to each other using a plurality of bumps. in the connected,
It said plurality of bumps arranged in each vertical line overlaps the position of the first surface and the second and surface-to-countercurrent Toe Rutotomoni said first surface and said second surface,
Electrically connecting the first substrate and the second substrate between the virtual lines existing on the first surface and the second surface and having the same curvature by the plurality of bumps. A method for manufacturing a solid-state imaging device, comprising:
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に記載の固体撮像装置の製造方法。 The first surface and the distance between the virtual line existing respectively in said second surface, claim, characterized in that the shortest distance between the first substrate and the second surface 9 A method for manufacturing the solid-state imaging device according to item 1. 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。
The first substrate has a shape in which the first surface is curved in a convex spherical shape,
The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 9 , wherein the second substrate has a shape in which the second surface is curved in a concave cylindrical surface shape.
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。
The first substrate has a shape in which the first surface is curved into a convex cylindrical surface shape,
The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 9 , wherein the second substrate has a planar shape on the second surface.
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12のいずれか1項に記載の固体撮像装置の製造方法。 A plurality of said bumps, a method for manufacturing a solid-state imaging device according to any one of claims 9-12, characterized in that each of the same size.
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