JP2002016759A - 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 - Google Patents

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

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 リニアイメージセンサを利用した画像読み取
り装置であって、高いダイナミックレンジを有する高級
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。 【解決手段】 細長い形状を有する半導体基板に、撮像
部と、周辺回路部と、複数個のボンディングパッドと、
遮光層とを形成してリニアイメージセンサ半導体チップ
を得るにあたって、撮像部に形成されているフォトダイ
オード群よりも半導体基板の長手方向外側に、ボンディ
ングパッドの各々を形成する。

Description

【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1000
0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1
0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、22
c、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45
a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、2
2c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φ
H2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2
0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、22
d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22
a、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、PS
G、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、52
G、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52
2 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5
1、色フィルタアレイ52R、52G、52B1 、52
2 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1
12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113
a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11
4a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1
11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2
30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1.5
mm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−63d
B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3
00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。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 31/10 H01L 31/10 A (72)発明者 萩原 達也 宮城県黒川郡大和町松坂平1丁目6番地 富士フイルムマイクロデバイス株式会社内 (72)発明者 山田 哲生 宮城県黒川郡大和町松坂平1丁目6番地 富士フイルムマイクロデバイス株式会社内 Fターム(参考) 2H108 AA01 CA01 CB01 4M118 AA02 AA05 AB01 BA10 CA04 CA32 CB14 DA28 DB06 DD04 DD12 FA02 FA08 FA13 FA16 FA26 FA50 GB01 GC08 GC15 HA02 HA30 5B047 AA12 BB02 CB05 5C051 AA01 BA02 DB01 DB04 DB06 DB35 DC02 DC07 5F049 MA01 NA04 NA20 NB03 RA02 RA08 SZ10 TA06 UA01

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
  3. 【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。
  4. 【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。
  5. 【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。
  6. 【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。
  7. 【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。
  8. 【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。
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