JP2012009790A - 固体撮像装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】プローブ痕による動作の不具合を低減し、かつ、小型化を実現する固体撮像装置を提供する。
【解決手段】固体撮像装置100は、半導体基板1に形成された、受光部を有する複数の画素2と、複数の画素2で生じた電気信号を転送するためのシフトレジスタ部3、4と、シフトレジスタ部3、4に接続され、シフトレジスタ部3、4から転送された電気信号を出力する出力部5と、シフトレジスタ部3、4および出力部5のそれぞれに接続された複数のボンディングパッド6とを備え、複数のボンディングパッド6のそれぞれは、ウェハテストを行うためのプローブ針を接触させるための凹部8を有している。
【選択図】図3

Description

本発明は、固体撮像装置に関するものであり、特にボンディングパッドを備えた固体撮像装置に関するものである。
近年、固体撮像装置において、固体撮像装置に設けられた画素等の内部構造に外部から電圧を印加したり内部構造と外部の回路や素子とを接続するためのボンディングパッドを備えた構成が提案されている(例えば、特許文献1参照)。このようなボンディングパッドは、上記のように外部電圧の印加や製造時におけるボンディングに使用されるだけでなく、製造時または製造後にウェハテスト用のプローブ針を接触するためのパッドとしても使用されることがある(例えば、特許文献2参照)。
また、近年、固体撮像装置において小型化の要望が高まっている。固体撮像装置の小型化は、例えば固体撮像装置を製造するためのシリコンウェハ1枚あたりのとれ数を増やすことができる。言い換えれば、固体撮像装置の低コスト化に繋がる。固体撮像装置の小型化を実現するための1つの方法として、ボンディングパッドの下部に回路素子を配置して、ボンディングパッドと回路素子が占める領域を一体にした構成が提案されている。
特開平10−335629号公報 特開2005−303279号公報
特許文献1には、従来技術における固体撮像装置の構成が示されている。図5は、従来技術における一般的な固体撮像装置200の構成を示す平面図である。
図5に示す固体撮像装置200は、半導体基板201に入射光を信号に変換するフォトダイオードを有する画素202が二次元に複数個配置され、画素202に隣接してフォトダイオードから読み出した信号を垂直方向に順次転送する垂直シフトレジスタ203と、垂直シフトレジスタ203から転送された電荷を水平方向に順次転送する水平シフトレジスタ204と、水平シフトレジスタ204の一方の端部には水平シフトレジスタ204で転送されてきた信号を出力するための出力部205を備えている。
また、固体撮像装置200は、垂直シフトレジスタ203や水平シフトレジスタ204を動作させるための駆動パルスを外部から入力するためのボンディングパッド206を複数個備えている。ボンディングパッド206は、画素202と、垂直シフトレジスタ203と、水平シフトレジスタ204と、出力部205とにそれぞれ配線されている。
図6は、図5に示した従来技術による固体撮像装置200に備えられたボンディングパッド206の構成を示す平面図である。
ボンディングパッド206を備えた固体撮像装置200は、図6に示すように、ボンディングパッド206に隣接して所定の機能回路を有する回路素子を備えた回路素子領域207が配置されている。ボンディングパッド206と回路素子領域207の回路素子とは、配線により接続されている。
この回路素子領域207は、半導体基板201に、不純物のイオン注入などにより、回路素子として、第1拡散領域(例えばn型のコレクタ領域)と、これに選択的に形成された第2拡散領域(例えばp型のベース領域)と、さらに選択的に形成された第3の拡散領域(例えばn型のエミッタ領域)が形成されている(図示せず)。そして、第1の拡散領域、第2の拡散領域、第3の拡散領域のそれぞれに対応して、各拡散領域の上面に、配線として、第1電極209(例えばエミッタ電極)と、第2電極210(例えばベース電極)と、第3電極211(例えばエミッタ電極)とを配置することでトランジスタを構成し、固体撮像装置200の保護回路として用いている。
保護回路は、ボンディングパッド206を通じて外部からのサージによる高電圧が印加された場合に、固体撮像装置200に備えられた画素202、垂直シフトレジスタ203、水平シフトレジスタ204、出力部205等の内部構造の破壊を防止する機能をもっている。
従来技術の固体撮像装置200は、ボンディングパッド206と回路素子領域207が隣接して配置されている。ボンディングパッド206と回路素子領域207は、ある程度の大きさを有しているため、ボンディングパッド206と回路素子領域207が隣接する従来技術の構成では、固体撮像装置200の小型化が困難である。
この課題を解決するために、例えば特許文献2のような構成が提案されている。
図7(a)は、特許文献2に示されたボンディングパッド206と回路素子の構成を示す平面図であり、図7(b)は図7(a)に示すA−A'間の構成を示す断面図である。
図7(a)および図7(b)に示すように、ボンディングパッド206は回路素子の上部に配置されている。
図7(b)に示すように、半導体基板201には、拡散領域222が形成され、上面にはゲート電極223が所定の位置に配置されている。さらに、その上部には絶縁膜層216が配置されている。さらに、絶縁膜層216の上部には、ボンディングパッド206となる金属膜層217が配置されている。ゲート電極223と金属膜層217は電気的に絶縁されているが、絶縁膜層216の内部に形成したコンタクト群224によって電気的に接続されている。なお、この回路素子を保護回路としての機能をもつ構成にすることもできる。
以上説明したように、図7(a)および図7(b)に示すボンディングパッド206は、回路素子の上面に形成されているので、ボンディングパッド206と回路素子がそれぞれ必要とした領域を一つにすることができるため、固体撮像装置200の半導体基板201上に占めていた面積を削減でき、固体撮像装置200を小型化することができる。
ところで、ボンディングパッド206は、ウェハテスト時にプローブ針を接触させる必要があり、ボンディングパッド206に対してある程度の針圧をかけて接触させることで、プローブ針とボンディングパッド206の密着性を確保している。
プローブ針に針圧をかけてボンディングパッド206と接触させるため、ボンディングパッド206は、プローブ針の針圧によって破損しプローブ針の接触痕(プローブ痕)が生じる。
図7(a)および図7(b)に示されたボンディングパッド206の構成は、ボンディングパッド206の下部に回路素子が配置されているため、プローブ針の針圧により生じるプローブ痕がボンディングパッド206下部の回路素子にまで達すると、ボンディングパッド206と回路素子が電気的にリークしてしまうおそれがある。
ボンディングパッド206と回路素子が電気的にリークしていると、回路素子の所定の機能が正常に働かなくなる。これにより、外部からの静電気による高電圧の印加により固体撮像装置200の内部構造が保護できなくなり、固体撮像装置200の内部構造が破壊されることで固体撮像装置200が正常に動作しなくなるという課題がある。
また、固体撮像装置200のウェハテストでは、固体撮像装置200の上方から光を照射して検査をする必要があるため、プローブ針を真上からボンディングパッド206に接触させることが困難である。このため、プローブ針は斜め方向からボンディングパッド206に接触させるのが一般的であるが、プローブ針が斜めからボンディングパッド206と接触するため、プローブ針にすべり等による移動が生じる。また、この移動量にはばらつきがあるため、プローブ針の接触により生じるプローブ痕が大きく広がってしまう。
組立工程時のワイヤーボンディング工程では、ボンディングパッド206の表面はボンディングの密着性を確保するために平坦であることが望まれる。このため、ボンディングパッド206はプローブ針を接触させるプローブ領域とボンディングを行うボンディング領域とに分けられる。しかし、限られた面積のボンディングパッド206において、プローブ痕が大きく広がってしまうと、ボンディング領域を十分に確保できなくなり、組立時のワイヤーボンディング工程おいてボンディングとボンディングパッド206の密着強度を十分に維持できなくなる。このワイヤーとボンディングパッドとの密着強度が十分に維持できなくなることで、固体撮像装置200に外部からの駆動パルスが正常に印加できなくなり、固体撮像装置200の動作に不具合が生じるという課題がある。
また、プローブ痕がボンディングに影響しないように、プローブ領域、もしくはボンディング領域を大きくすることは、ボンディングパッド206の大型化になる。言い換えれば、固体撮像装置200が大きくなるという課題がある。
本発明は、上記課題に鑑みてされたものであり、プローブ痕による動作の不具合を低減し、かつ、小型化を実現する固体撮像装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の一形態に係る固体撮像装置は、半導体基板に形成された、入射光を電気信号に変換する受光部を有する複数の画素と、前記複数の画素で生じた電気信号を転送するためのシフトレジスタ部と、前記シフトレジスタ部に接続され、前記シフトレジスタ部から転送された電気信号を出力する出力部と、前記シフトレジスタ部および前記出力部のそれぞれに接続された複数のボンディングパッドとを備え、前記複数のボンディングパッドのそれぞれは、ウェハテストを行うためのプローブ針を接触させるための凹部を有している。
この構成によれば、プローブ針はボンディングパッドに形成された凹部の内側でボンディングパッドと接触するので、ボンディングパッドに形成された凹部の壁面によってプローブ針のすべり等の移動が抑止される。したがって、プローブ針の移動量が制御できるため、プローブ痕が凹部の領域外に達することがない。これにより、プローブ痕がボンディングパッドのボンディング領域に達するのを抑止することができ、ワイヤーをボンディングパッドにボンディングするときに、ワイヤーとボンディングパッドとの密着性を十分維持できる。
また、プローブ痕は凹部の内側のみに形成されボンディング領域には達しないので、プローブ痕が形成されることを考慮してボンディングパッドの大きさを大きくする必要はなく、ボンディングパッドを小型化することができる。これにより、固体撮像装置を小型化することができる。
また、前記凹部の平面形状は、矩形形状であることが好ましい。
このような構成によれば、凹部の形状を、プローブ針を斜め方向から配置したときにプローブ針の移動する方向に長い矩形形状とすることにより、ボンディングパッドに対して凹部を効率よく配置して、凹部およびボンディングパッドの小型化を図ることができる。これにより、固体撮像装置の小型化を図ることができる。
また、前記複数のボンディングパッドの前記凹部以外の領域の下の半導体基板内には、所定の機能を有する回路素子が形成され、前記複数のボンディングパッドの前記凹部の下の半導体基板内には、前記回路素子が形成されていないことが好ましい。
このような構成によれば、ボンディングパッドに配置する凹部の下部は、回路素子を配置しない無効領域であるため、プローブ針の針圧によるボンディングパッドの破損により、ボンディングパッドと回路素子との電気的なリークを防止できるため、固体撮像装置を良好に動作させることができる。
また、前記回路素子は、前記固体撮像装置を高電圧から保護する保護回路の機能を有することが好ましい。
このような構成によれば、ボンディングパッドを通じて外部からのサージによる高電圧が印加された場合に、固体撮像装置に備えられた画素等の内部構造が破壊されるのを防止することができる。
また、前記凹部の深さは、前記半導体基板上に形成された配線の高さとほぼ同一であることが好ましい。
このような構成によれば、凹部の深さは、配線の高さとほぼ同一であるので、ボンディングパッドに形成する凹部は、回路素子領域に設けられた無効領域と回路素子を配置した領域に生じる段差により形成することができる。したがって、凹部を形成するための新たな工程を追加しなくても良いので、固体撮像装置の製造工程を簡略化することができる。
本発明によれば、プローブ痕による動作の不具合を低減し、かつ、小型化を実現する固体撮像装置を提供することができる。
本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の概略構成を示す平面図である。 本発明の実施の形態に係る固体撮像装置のボンディングパッドの概略構成図であり、(a)は斜視図、(b)は平面図である。 本発明の実施の形態に係る固体撮像装置のボンディングパッドの構成を示す断面図であり、(a)は図2(b)に示したA−A’線における断面図、(b)は図2(b)に示したB−B’線における断面図である。 本発明の実施の形態に係る固体撮像装置のボンディングパッドのウェハテスト時の状態を示した断面図であり、(a)は図2(b)に示したA−A’線における断面図、(b)は図2(b)に示したB−B’線における断面図である。 従来技術における固体撮像装置の概略構成を示す平面図である。 従来技術における固体撮像装置のボンディングパッドの概略構成を示す平面図である。 従来技術における固体撮像装置のボンディングパッドの概略構成図であり、(a)は平面図、(b)は断面図である。
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。なお、本発明について、以下の実施の形態および添付の図面を参照しながら説明を行うが、これは例示を目的としており、本発明がこれらに限定されることを意図しない。
本実施の形態に係る固体撮像装置は、半導体基板に形成された、入射光を電気信号に変換する受光部を有する複数の画素と、複数の画素で生じた電気信号を転送するためのシフトレジスタ部と、シフトレジスタ部に接続され、シフトレジスタ部から転送された電気信号を出力する出力部と、シフトレジスタ部および出力部のそれぞれに接続された複数のボンディングパッドとを備え、複数のボンディングパッドのそれぞれは、ウェハテストを行うためのプローブ針を接触させるための凹部を有している。このような構成により、プローブ痕による動作の不具合を低減し、かつ、小型化を実現することができる。
(実施の形態)
図1は、本発明の実施の形態1に係る固体撮像装置100の概略構成を示す平面図である。
図1に示すように、半導体基板1には、入射光を信号に変換する受光部であるフォトダイオードを有する画素2が二次元に複数個配置され、画素2に隣接してフォトダイオードから読み出した信号を垂直方向に順次転送する垂直シフトレジスタ3と、垂直シフトレジスタ3から転送された電荷を水平方向に順次転送する水平シフトレジスタ4と、水平シフトレジスタ4の一方の端部に設けられ水平シフトレジスタ4で転送されてきた信号を出力するための出力部5とを備えている。なお、垂直シフトレジスタ3および水平シフトレジスタ4は、本発明におけるシフトレジスタ部に相当する。
また、半導体基板1には、垂直シフトレジスタ3や水平シフトレジスタ4を動作させるための駆動パルスを外部から入力するためのボンディングパッド6が複数個設けられている。ボンディングパッド6は、画素2と、垂直シフトレジスタ3と、水平シフトレジスタ4と、出力部5とにそれぞれ配線されている。
図2(a)は、図1に示す本実施の形態に係る固体撮像装置100のボンディングパッド6の構成を示す斜視図であり、図2(b)は、図1に示す本実施の形態における固体撮像装置100のボンディングパッド6の構成を示す平面図である。
図2(a)に示すように、固体撮像装置100のボンディングパッド6は、半導体基板1に形成された回路素子領域7の上面に配置され、凹部8を有している。凹部8の平面形状は、ボンディングパッド6に対して斜め方向から配置されたプローブ針がボンディングパッド6と接触する部分からプローブ針がすべり等により移動する方向に長い矩形形状の平面形状である。なお、凹部8の平面形状は、上記した矩形形状に限らずその他の形状であってもよい。
また、図2(b)に示すように、回路素子領域7上であり、かつ、ボンディングパッド6の下の領域には、第1電極9、第2電極10、第3電極11が形成されている。また、例えばトランジスタなどの回路素子を構成する回路素子領域7内には、凹部8と対応する位置に、回路素子を形成しない無効領域として、凹部8と平面形状が同じ形状である凹部形成領域19(図3参照)が配置されている。すなわち、凹部8の下部の回路素子領域7には、回路素子が形成されないという構成上の特徴を有している。
図3(a)および図3(b)は、図2(a)および図2(b)に示した本実施の形態における固体撮像装置100のボンディングパッド6の構成を示した断面図であり、図3(a)は、図2(b)で示したA−A'における断面図、図3(b)は、図2(b)で示したB−B'における断面図である。ここで、図3(a)中のxは、凹部8の短辺の長さ、図3(b)中のyおよびzは、凹部8の長辺の長さおよび深さをそれぞれ示している。
半導体基板1において回路素子が形成された回路素子領域7は、回路素子を形成する回路形成領域18と、回路素子を形成しない凹部形成領域19とを有している。回路形成領域18には、不純物のイオン注入などにより、回路素子として第1拡散領域13(例えばp型のp−well領域)と、その第1拡散領域13の所定の位置に第2拡散領域14(例えばn型のドレイン領域)と、第3拡散領域15(例えばn型のソース領域)とが形成される。回路素子は、ボンディングパッド6を通じて外部からのサージによる高電圧が印加された場合に、固体撮像装置100に備えられた画素2、垂直シフトレジスタ3、水平シフトレジスタ4、出力部5等の内部構造の破壊を防止する保護回路の機能をもっている。
半導体基板1の第2拡散領域14の上面には、パターニングなどにより、配線として第1電極9(例えばドレイン電極)が配置され、第3拡散領域15の上面には、第2電極10(例えばソース電極)が配置され、第1電極9と第2電極10間の所定の位置に第3電極11(例えばゲート電極)が配置されている。そして、第1電極9、第2電極10、第3電極11は、MOSFET型の保護回路の機能を有するように接続されている。すなわち、回路素子として、MOSFET型の保護回路が形成されている。
さらに、第1電極9、第2電極10、第3電極11の上面には、絶縁膜層16が配置されている。さらに、絶縁膜層16の上面に、ボンディングパッド6を形成する金属膜層17が配置されている。金属膜層17と第1電極9、第2電極10、第3電極11は、絶縁膜層16により電気的に絶縁されている。
また、先述したように、ボンディングパッド6に配置する凹部8を形成する凹部形成領域19には、回路素子領域7を構成する第1拡散領域13、第2拡散領域14、第3拡散領域15、第1電極9、第2電極10、第3電極11は形成されない構成である。
これにより、回路形成領域18と凹部形成領域19とでは、第1電極9、第2電極10、第3電極11の高さzだけの段差が生じることになる。この段差を有した状態で、回路素子領域7の上面に絶縁膜層16と金属膜層17を配置することによって、ボンディングパッド6に第1電極9、第2電極10、第3電極11の高さzに相当する深さの凹部8が形成される。つまり、凹部8の深さは、第1電極9、第2電極10、第3電極11の高さとほぼ同一となる。このように、ボンディングパッド6に形成する凹部8は、回路素子領域7に形成された配線のパターンにより実現することができる。
図4(a)および図4(b)は、図3(a)および図3(b)に示した本実施の形態における固体撮像装置100のボンディングパッド6におけるウェハテスト時の状態を示す断面図であり、図4(a)は、図2に示すA−A'間の断面図、図4(b)は、図2に示すB−B'間の断面図である。
図4(a)および図4(b)に示すように、ウェハテストを行うためのプローブ針20は、ボンディングパッド6に形成された凹部8の内側でボンディングパッド6と接触する。そして、図4(b)に示すように、プローブ針20はすべり等により移動するが、その移動は凹部8の壁面によって抑止される。これにより、プローブ針20の移動によって生じるプローブ痕21は、凹部8の内側でのみ生じる。
これにより、ボンディングパッド6においてプローブ針20の接触するプローブ領域を凹部形成領域19に限定することが可能となるため、プローブ針20の移動量のばらつきを考慮して、プローブ針20が移動するプローブ領域、またはプローブ領域以外のボンディング領域を大きく配置する必要がなくなり、ボンディングパッド6の大きさを従来よりも小さくすることが可能となる。すなわち、固体撮像装置100の小型化に有効となる。
また、回路素子領域7の凹部形成領域19には回路素子を形成しないため、プローブ針20の針圧により凹部8の内側のボンディングパッド6が破損した場合でも、ボンディングパッド6と回路素子の電気的リークによる固体撮像装置100の動作不具合を防止できる。
図3(a)および図3(b)に示した、凹部8を形成するために必要な短辺xの長さは、プローブ針20の径およびプローブ針20をボンディングパッド6と接触させるためのターゲット位置に対するばらつきで決定される。一般的には、プローブ針20の径に2〜3μm程度加えた長さであれば、凹部8の内側にプローブ針20を接触させることが可能である。
また、同様に、凹部8の長辺yの長さは、プローブ針20の径とプローブの移動量を鑑みて設定する。一般的には、プローブ針20の径に30〜50μm程度加えた程度の長さを確保すれば良い。
以上、説明したように、本実施の形態に係る固体撮像装置100のボンディングパッド6の構成によれば、プローブ針20はボンディングパッド6に形成された凹部8の内側でボンディングパッド6と接触し、すべり等によるプローブ針20の移動量は、凹部8の壁面によってプローブ針20の移動が抑止されることで制御できるため、プローブ痕が凹部8の領域外に達することがない。すなわち、プローブ痕の広がりを小さく抑えることができるため、プローブ針20が移動するプローブ領域、またはプローブ領域以外のボンディング領域を大きくする必要がない。したがって、ボンディングパッド6を小型にできるため、固体撮像装置100の小型化に有効である。
また、ボンディングパッド6に配置する凹部8を形成する凹部形成領域19には回路素子を配置しないため、プローブ針20の針圧によるボンディングパッド6の破損によりボンディングパッド6と回路素子が電気的なリークを発生するのを防止できる。したがって、固体撮像装置100を良好に動作させることができる。
また、回路形成領域18と凹部形成領域19の高さの差、つまり、回路素子を構成する配線(第1電極9、第2電極10、第3電極11)の段差によって凹部8を実現できるため、凹部形成用の工程を新たに追加する必要がない。よって、固体撮像装置100の製造工程を簡略化して、コスト増大の抑制にも効果が期待できる。
なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形を行ってもよい。
例えば、上記した実施の形態では、回路素子としてMOSFET型の保護回路を用いた構成を説明したが、MOSFET型の保護回路に限らず、固体撮像装置に所定の電圧を供給するための電圧発生回路などの別の機能をもった回路素子を用いても構わない。
また、ボンディングパッドに設けられた凹部の短辺xおよび長辺yの大きさは、上記した実施の形態に示した大きさに限らず、プローブ針の径や用途に応じてその他の大きさに変更してもよい。また、凹部の平面形状は、上記した実施の形態に示した矩形形状に限らず、その他の形状であってもよい。
また、本発明に係る固体撮像装置には、上記実施の形態における任意の構成要素を組み合わせて実現される別の実施の形態や、実施の形態に対して本発明の主旨を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例や、本発明に係る固体撮像装置を備えた各種デバイスなども本発明に含まれる。例えば、本発明に係る固体撮像装置を備えたムービーカメラも本発明に含まれる。
本発明に係る固体撮像装置は、ボンディングパッドを配置する固体撮像装置について有用である。
1、201 半導体基板
2、202 画素
3、203 垂直シフトレジスタ(シフトレジスタ部)
4、204 水平シフトレジスタ(シフトレジスタ部)
5、205 出力部
6、206 ボンディングパッド
8 凹部
9 第1電極(回路素子)
10 第2電極(回路素子)
11 第3電極(回路素子)
13 第1拡散領域(回路素子)
14 第2拡散領域(回路素子)
15 第3拡散領域(回路素子)
16 絶縁膜層(ボンディングパッド)
17 金属膜層(ボンディングパッド)
20 プローブ針
100、200 固体撮像装置

Claims (5)

  1. 半導体基板に形成された、入射光を電気信号に変換する受光部を有する複数の画素と、
    前記複数の画素で生じた電気信号を転送するためのシフトレジスタ部と、
    前記シフトレジスタ部に接続され、前記シフトレジスタ部から転送された電気信号を出力する出力部と、
    前記シフトレジスタ部および前記出力部のそれぞれに接続された複数のボンディングパッドとを備え、
    前記複数のボンディングパッドのそれぞれは、ウェハテストを行うためのプローブ針を接触させるための凹部を有している
    固体撮像装置。
  2. 前記凹部の平面形状は、矩形形状である
    請求項1に記載の固体撮像装置。
  3. 前記複数のボンディングパッドの前記凹部以外の領域の下の半導体基板内には、所定の機能を有する回路素子が形成され、
    前記複数のボンディングパッドの前記凹部の下の半導体基板内には、前記回路素子が形成されていない
    請求項1または2に記載の固体撮像装置。
  4. 前記回路素子は、前記固体撮像装置を高電圧から保護する保護回路の機能を有する
    請求項1〜3のいずれかに記載の固体撮像装置。
  5. 前記凹部の深さは、前記半導体基板上に形成された配線の高さとほぼ同一である
    請求項1〜4のいずれかに記載の固体撮像装置。
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