JP2023131700A - 治具、積層型固体撮像素子の製造方法、および接合型固体撮像素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】良質な光電変換膜を備える固体撮像素子を製造する際に使用される治具を提供する。【解決手段】固体撮像素子を製造する際に使用される治具１００は、第１開口部１１１Ｈを有し、パッケージ１、およびパッケージ１にアッセンブルされた信号読み出し回路基板２を覆う第１部材１１１と、信号読み出し回路基板２上に設けられる光電変換膜４の成膜領域に応じた第２開口部１１２Ｈを有し、成膜領域を囲むように、第１開口部１１１Ｈに嵌まる第２部材１１２と、を備える。【選択図】図２Ａ

Description

本開示は、治具、積層型固体撮像素子の製造方法、および接合型固体撮像素子の製造方法に関する。

高精細テレビ方式である４Ｋ、８Ｋ用の固体撮像素子を、専用のパッケージにアッセンブルする際、信号読み出し回路基板を接着剤でパッケージに接着する工程（ダイアタッチ工程）、および信号読み出し回路基板のボンディングパッド部とパッケージの電極部とを微細な導電性の配線で接続する工程（ワイヤボンディング工程）が行われる。信号読み出し回路基板とパッケージとの接着力、および配線の付着力を強化するために、ダイアタッチ工程では、約１００度の加熱が、ワイヤボンディング工程では、約１５０度の加熱が必要とされる。

例えば、非特許文献１および特許文献１には、信号読み出し回路基板上に、アバランシェ増倍現象を生じる結晶セレンを主材料とした光電変換膜を設けることで、高感度化を実現した積層型固体撮像素子が開示されている。

例えば、非特許文献２には、信号読み出し回路基板上に第１非晶質セレン膜を形成する工程と、単結晶サファイア基板上に透明導電膜および第２非晶質セレン膜を形成する工程と、加圧および加熱により、第１非晶質セレン膜と第２非晶質セレン膜とを接合し、光電変換膜として結晶セレン膜を形成した後、パッケージにアッセンブルする工程と、を含む接合型固体撮像素子の製造方法が開示されている。

特開２０１５－０９７８０９号公報

S. Imura et al., "Low-voltage-operation avalanche photodiode based on n-gallium oxide/p-crystalline selenium heterojunction", Applied Physics Letters, Vol. 104, No. 24, pp. 242101-242101-4, 2014 宮川ほか、NHK技研、「固体撮像デバイスの高感度化に向けた、接合構造による結晶セレン光電変換膜の高増倍率化」、映像情報メディア学会冬季大会2020年予稿集、32E-1、2020

しかしながら、従来における固体撮像素子の製造方法では、信号読み出し回路基板上に光電変換膜などを形成した後、パッケージにアッセンブルしていたため、光電変換膜が高温下に一定時間曝されてしまうという問題があった。特に、光電変換膜が耐熱性の低い（約４０度～約６０度）材料で形成される場合、光電変換膜が信号読み出し回路基板から剥離する、光電変換膜の特性が劣化するなどの不具合が顕著になり、良質な光電変換膜を備える固体撮像素子を得難かった（図１１参照）。

かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、良質な光電変換膜を備える固体撮像素子を製造する際に使用される治具を提供することにある。

一実施形態に係る治具は、固体撮像素子を製造する際に使用される治具であって、第１開口部を有し、パッケージ、および前記パッケージにアッセンブルされた信号読み出し回路基板を覆う第１部材と、前記信号読み出し回路基板上に設けられる光電変換膜の成膜領域に応じた第２開口部を有し、前記成膜領域を囲むように、前記第１開口部に嵌まる第２部材と、を備えることを特徴とする。

さらに、一実施形態に係る治具において、前記第１部材は、Ｘ軸方向における前記パッケージの側面に対する厚さを除いた長さが、Ｘ軸方向における前記パッケージの長さより長く、Ｙ軸方向における前記パッケージの側面に対する厚さを除いた長さが、Ｙ軸方向における前記パッケージの長さより長い、ことを特徴とする。

さらに、一実施形態に係る治具において、前記第１部材は、Ｘ軸方向における前記第１開口部を除いた長さＸ_１またはＸ_２が、Ｘ軸方向における前記パッケージの側面に対する厚さＡ_１またはＡ_４、Ｘ軸方向における前記信号読み出し回路基板のボンディングパッド部と前記第２部材の外周側面との距離Ａ_２またはＡ_５、およびＸ軸方向における前記ボンディングパッド部と前記パッケージの側面との距離Ａ_３またはＡ_６を用いて、次式（１）を満たすように設計され、
Ｘ_１＝Ａ_１＋Ａ_２＋Ａ_３、または、Ｘ_２＝Ａ_４＋Ａ_５＋Ａ_６ （１）
Ｙ軸方向における前記第１開口部を除いた長さＹ_１またはＹ_２が、Ｙ軸方向における前記パッケージの側面に対する厚さＢ_１またはＢ_４、Ｙ軸方向における前記信号読み出し回路基板のボンディングパッド部と前記第２部材の外周側面との距離Ｂ_２またはＢ_５、およびＹ軸方向における前記ボンディングパッド部と前記パッケージの側面との距離Ｂ_３またはＢ_６を用いて、次式（２）を満たすように設計される、
Ｙ_１＝Ｂ_１＋Ｂ_２＋Ｂ_３、または、Ｙ_２＝Ｂ_４＋Ｂ_５＋Ｂ_６ （２）
ことを特徴とする。

さらに、一実施形態に係る治具において、前記第２部材は、
Ｘ軸方向における前記第２部材の長さＸ_１１２が、前記Ａ_１および前記Ａ_４を除いた前記第１部材１１１の長さＸ_１００Ｂ、前記Ａ_２、前記Ａ_３、前記Ａ_５、前記Ａ_６、前記第１部材の付加係数Ｋ_Ｘ、パッケージの長さＸ_１００Ａ、および前記第２部材の外周の付加係数Ｌ_Ｘを用いて、次式（３）を満たすように設計され、
Ｘ_１１２＝Ｘ_１００Ａ＋Ｋ_Ｘ－（Ａ_２＋Ａ_３＋Ａ_５＋Ａ_６）－Ｌ_Ｘ
＝（Ｘ_１００Ｂ－Ｋ_Ｘ）＋Ｋ_Ｘ－（Ａ_２＋Ａ_３＋Ａ_５＋Ａ_６）－Ｌ_Ｘ （３）
Ｙ軸方向における前記第２部材の長さＹ_１１２が、前記Ｂ_１および前記Ｂ_４を除いた前記第１部材１１１の長さＹ_１００Ｂ、前記Ｂ_２、前記Ｂ_３、前記Ｂ_５、前記Ｂ_６、前記第１部材の付加係数Ｋ_Ｙ、パッケージの長さＹ_１００Ａ、および前記第２部材の外周の付加係数Ｌ_Ｙを用いて、次式（４）を満たすように設計される、
Ｙ_１１２＝Ｙ_１００Ａ＋Ｋ_Ｙ－（Ｂ_２＋Ｂ_３＋Ｂ_５＋Ｂ_６）－Ｌ_Ｙ
＝（Ｙ_１００Ｂ－Ｋ_Ｙ）＋Ｋ_Ｙ－（Ｂ_２＋Ｂ_３＋Ｂ_５＋Ｂ_６）－Ｌ_Ｙ （４）
ことを特徴とする。

さらに、一実施形態に係る治具において、前記第２部材は、Ｘ軸方向における前記第２開口部の長さが、Ｘ軸方向における前記光電変換膜の成膜領域の長さより長く、Ｙ軸方向における前記第２開口部の長さが、Ｙ軸方向における前記光電変換膜の成膜領域の長さより長い、ことを特徴とする。

さらに、一実施形態に係る治具において、前記第１部材は、前記信号読み出し回路基板のボンディングパッド部および前記パッケージの電極部に接続されるボンディングワイヤと重畳するように、前記パッケージおよび前記信号読み出し回路基板を覆う、ことを特徴とする。

一実施形態に係る治具は、固体撮像素子を製造する際に使用される治具であって、第１開口部を有し、パッケージ、および前記パッケージにアッセンブルされた信号読み出し回路基板を覆う第１部材と、前記信号読み出し回路基板上に設けられる光電変換膜の第１成膜領域に応じた第２開口部を有し、前記第１成膜領域を囲むように、前記第１開口部に嵌まる第２部材、または、前記信号読み出し回路基板上に設けられる透明導電膜の第２成膜領域に応じた第３開口部を有し、前記第２成膜領域を囲むように、前記第１開口部に嵌まる第２部材と、を備えることを特徴とする。

一実施形態に係る積層型固体撮像素子の製造方法は、パッケージに、信号読み出し回路基板をアッセンブルする工程と、第１開口部を有する第１部材で、前記パッケージおよび前記信号読み出し回路基板を覆う工程と、前記信号読み出し回路基板上に形成される光電変換膜の成膜領域に応じた第２開口部を有する第２部材を、前記成膜領域を囲むように、前記第１開口部に嵌める工程と、前記信号読み出し回路基板上に、光電変換膜を形成する工程と、前記光電変換膜上に、透明導電膜を形成する工程と、前記第１部材および前記第２部材を取り外す工程と、を含むことを特徴とする。

一実施形態に係る接合型固体撮像素子の製造方法は、パッケージに、信号読み出し回路基板をアッセンブルする工程と、第１開口部を有する第１部材で、前記パッケージおよび前記信号読み出し回路基板を、覆う工程と、前記信号読み出し回路基板上に形成される光電変換膜の成膜領域に応じた第２開口部を有する第２部材を、前記成膜領域を囲むように、前記第１開口部に嵌める工程と、前記信号読み出し回路基板上に、第１アモルファスセレン膜を形成する工程と、前記第１部材および前記第２部材を取り外す工程と、透光性基板上に、透明導電膜を形成する工程と、前記透明導電膜上に、第２アモルファスセレン膜を形成する工程と、加圧および加熱により、前記第１アモルファスセレン膜と前記第２アモルファスセレン膜とを接合し、光電変換膜を形成する工程と、を含むことを特徴とする。

一実施形態に係る積層型固体撮像素子の製造方法は、パッケージに、信号読み出し回路基板をアッセンブルする工程と、第１開口部を有する第１部材で、前記パッケージおよび前記信号読み出し回路基板を覆う工程と、前記信号読み出し回路基板上に形成される光電変換膜の第１成膜領域に応じた第２開口部を有する第２部材を、前記第１成膜領域を囲むように、前記第１開口部に嵌める工程と、前記信号読み出し回路基板上に、光電変換膜を形成する工程と、前記第２部材を取り外す工程と、前記信号読み出し回路基板上に形成される透明導電膜の第２成膜領域に応じた第３開口部を有する第２部材を、前記第２成膜領域を囲むように、前記第１開口部に嵌める工程と、前記光電変換膜上に、透明導電膜を形成する工程と、前記第１部材および前記第２部材を取り外す工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、良質な光電変換膜を備える固体撮像素子を製造する際に使用される治具を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る積層型固体撮像素子の構成の一例を示す模式断面図である。 本発明の第１実施形態に係る接合型固体撮像素子の構成の一例を示す模式断面図である。 本発明の第１実施形態に係る治具の構成の一例を示す模式平面図および模式断面図である。 本発明の第１実施形態に係る治具の構成の一例を示す模式平面図および模式断面図である。 本発明の第１実施形態に係る治具の構成の一例を示す模式斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る治具の構成の一例を示す模式斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る積層型固体撮像素子の製造方法の一例を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態に係る積層型固体撮像素子の製造方法の一例を示す模式断面図である。 本発明の第１実施形態に係る積層型固体撮像素子の製造方法の一例を示す模式断面図である。 本発明の第１実施形態に係る積層型固体撮像素子の製造方法の一例を示す模式断面図である。 本発明の第１実施形態に係る積層型固体撮像素子の製造方法の一例を示す模式断面図である。 本発明の第１実施形態に係る積層型固体撮像素子の製造方法の一例を示す模式断面図である。 本発明の第１実施形態に係る積層型固体撮像素子の製造方法の一例を示す模式断面図である。 本発明の第１実施形態に係る接合型固体撮像素子の製造方法の一例を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態に係る接合型固体撮像素子の製造方法の一例を示す模式断面図である。 本発明の第１実施形態に係る接合型固体撮像素子の製造方法の一例を示す模式断面図である。 本発明の第１実施形態に係る接合型固体撮像素子の製造方法の一例を示す模式断面図である。 本発明の第１実施形態に係る接合型固体撮像素子の製造方法の一例を示す模式断面図である。 本発明の第１実施形態に係る接合型固体撮像素子の製造方法の一例を示す模式断面図である。 本発明の第１実施形態に係る接合型固体撮像素子の製造方法の一例を示す模式断面図である。 本発明の第１実施形態に係る接合型固体撮像素子の一例を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る積層型固体撮像素子の構成の一例を示す模式断面図である。 本発明の第２実施形態に係る積層型固体撮像素子の製造方法の一例を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る積層型固体撮像素子の製造方法の一例を示す模式断面図である。 本発明の第２実施形態に係る積層型固体撮像素子の製造方法の一例を示す模式断面図である。 本発明の第２実施形態に係る積層型固体撮像素子の製造方法の一例を示す模式断面図である。 本発明の第２実施形態に係る積層型固体撮像素子の製造方法の一例を示す模式断面図である。 本発明の第２実施形態に係る積層型固体撮像素子の製造方法の一例を示す模式断面図である。 本発明の第２実施形態に係る積層型固体撮像素子の製造方法の一例を示す模式断面図である。 本発明の第２実施形態に係る積層型固体撮像素子の製造方法の一例を示す模式断面図である。 本発明の第２実施形態に係る積層型固体撮像素子の製造方法の一例を示す模式断面図である。 従来に係る接合型固体撮像素子の一例を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、同一の構成要素には原則として同一の参照番号を付して、重複する説明を省略する。各図において、説明の便宜上、各構成の縦横の比率を実際の比率から誇張して示している。なお、本明細書における「上」とは、図面に描かれた座標軸表示のＺ軸におけるプラスの方向を意味するものとする。

＜第１実施形態＞
図１Ａ乃至図２Ｄを参照して、第１実施形態に係る治具１００の構成の一例について説明する。治具１００は、例えば、図１Ａに示される積層型固体撮像素子１０Ａを製造する際に使用される治具である。あるいは、治具１００は、例えば、図１Ｂに示される接合型固体撮像素子１０Ｂを製造する際に使用される治具である。

〔積層型固体撮像素子〕
図１Ａを参照して、第１実施形態に係る治具１００を使用して製造される積層型固体撮像素子１０Ａの構成の一例について、簡単に説明する。

積層型固体撮像素子１０Ａは、パッケージ１と、画素領域２Ｄを含む信号読み出し回路基板２と、ボンディングワイヤ３と、光電変換膜４と、透明導電膜５と、を備える。積層型固体撮像素子１０Ａは、電極６を介して電源７と接続されている。

パッケージ１は、当該技術分野で適用される公知のパッケージであってよい。パッケージ１は、ボンディングワイヤ３を介して、信号読み出し回路基板２のボンディングパッド部と電気的に接続される。パッケージ１は、例えば、Ｘ軸方向の長さが５８．０ｍｍ、Ｙ軸方向の長さが４８．０ｍｍ、Ｚ軸方向の厚さが６．７５ｍｍであってよい。

信号読み出し回路基板２は、例えば、シリコン基板上にＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor：相補型金属酸化膜半導体）構造が形成された基板である。信号読み出し回路基板２は、画素電極などが設けられる画素領域２Ｄを含む。画素電極は、各画素と対応して設けられる。画素電極は、例えば、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）などの金属膜で形成される。画素電極間には、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）などで形成される絶縁膜が設けられる。

ボンディングワイヤ３は、一端が、信号読み出し回路基板２のボンディングパッド部と電気的に接続され、他端が、パッケージ１の電極部と電気的に接続される。ボンディングワイヤ３は、例えば、金（Ａｕ）などの導電性材料で形成される。ボンディングワイヤ３は、例えば、１つのパッケージ１に９４０本、設けられてよい。

光電変換膜４は、積層型固体撮像素子１０Ａにおける光電変換部であって、Ｐ型半導体として機能する。光電変換膜４は、例えば、結晶セレン膜、HARP（High-gain Avalanche Rushing amorphous Photoconductor）膜などであってよい。光電変換膜４は、膜厚が０．１μｍ以上、好ましくは０．３μｍ以上であれば、可視光全域で十分な感度を得られることから、積層型固体撮像素子１０Ａを実現できる。また、光電変換膜４は、膜厚が５０μｍ以下、好ましくは１５μｍ以下であれば、高感度で膜厚ムラなく形成されるため、生産性の観点で好ましい。

透明導電膜５は、光の入射側であり、光電変換膜４を介して、画素電極と反対側に設けられる。透明導電膜５は、透光性を有する材料で形成されることが好ましい。透光性を有する材料としては、例えば、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）、ＩＺＯ（酸化亜鉛スズ）、ＡＺＯ（アルミニウム添加酸化亜鉛）、ＳｎＯ_２（酸化スズ）、ＦＴＯ（フッ素ドープ酸化スズ）などが挙げられる。透明導電膜５は、膜厚が５ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることが好ましい。

積層型固体撮像素子１０Ａは、図１Ａに示される構成に限定されるものではない。例えば、光電変換膜４と透明導電膜５との間に、酸化ガリウム膜、酸化ニッケル膜、酸化セリウム膜などが設けられていてもよい。また、信号読み出し回路基板２と光電変換膜４との間に、酸化ニッケル膜、三流化アンチモンなどが設けられてもよい。例えば、信号読み出し回路基板２と光電変換膜４との間、あるいは、光電変換膜４と透明導電膜５との間に、結晶核が設けられていてもよい。

〔接合型固体撮像素子〕
図１Ｂを参照して、第１実施形態に係る治具１００を使用して製造される接合型固体撮像素子１０Ｂの構成の一例について、簡単に説明する。

接合型固体撮像素子１０Ｂは、パッケージ１と、画素領域２Ｄを含む信号読み出し回路基板２と、ボンディングワイヤ３と、光電変換膜４と、透明導電膜５と、透光性基板８と、を備える。接合型固体撮像素子１０Ｂは、導電性ワイヤを介して電源７と透明導電膜５が接続されている。

パッケージ１、信号読み出し回路基板２、ボンディングワイヤ３、光電変換膜４、および透明導電膜５についての説明は既述のとおりであり、重複する説明を省略する。

透光性基板８は、光の入射側であり、光電変換膜４を介して、信号読み出し回路基板２と反対側に設けられる。透光性基板８は、透光性を有する材料で形成されることが好ましい。このような材料としては、例えば、ガラス、サファイア、シリコンなどが挙げられる。透光性基板８の材料は、透明導電膜５の材料に応じて適宜選択されることが好ましい。

接合型固体撮像素子１０Ｂは、図１Ｂに示される構成に限定されるものではない。例えば、光電変換膜４と透明導電膜５との間に、酸化ガリウム膜、酸化ニッケル膜などが設けられていてもよい。また、信号読み出し回路基板２と光電変換膜４との間に、酸化ニッケル膜などが設けられてもよい。例えば、信号読み出し回路基板２と光電変換膜４との間、あるいは、光電変換膜４と透明導電膜５との間に、結晶核が設けられていてもよい。

上述した積層型固体撮像素子１０Ａおよび接合型固体撮像素子１０Ｂは、以下に説明する治具１００を使用して製造される。当該治具１００を使用することにより、良質な光電変換膜を備える積層型固体撮像素子１０Ａおよび接合型固体撮像素子１０Ｂを実現できる。

〔治具〕
図２Ａ乃至図２Ｄを参照して、第１実施形態に係る治具１００の構成の一例について、説明する。第１実施形態では、光電変換膜４の成膜領域と透明導電膜５の成膜領域とが等しい場合を一例に挙げて説明する。

治具１００は、第１部材１１１と、第２部材１１２と、を備える。

〔〔第１部材〕〕
第１部材１１１は、パッケージ１、およびパッケージ１にアッセンブルされた信号読み出し回路基板２を覆うように設けられる。この際、第１部材１１１は、ボンディングワイヤ３と重畳するように、パッケージ１、および信号読み出し回路基板２を覆う。これにより、第１部材１１１の第１開口部１１１Ｈに、第２部材１１２が嵌まる際に、第２部材１１２がボンディングワイヤ３と接触することを防ぐことができる。

第１部材１１１は、例えば、真空中で使用可能なガス放出に優れたテープ（例えば、カプトンテープなど）で、パッケージ１の側面およびパッケージ１の上面に貼り付けられることで、パッケージ１に取り付けられる。第１部材１１１は、例えば、ネジまたはベルトを設けた構造での固着により、パッケージ１の側面およびパッケージ１の上面に固定されることで、パッケージ１に取り付けられる。

第１部材１１１は、加工精度に優れ、真空中でのガス放出が少なく、また、セレンの結晶化温度である約２００℃の耐熱性と一定の硬度を有する材料で形成されることが好ましい。このような材料としては、例えば、ステンレス、アルミニウム、銅などが挙げられる。

第１部材１１１は、Ｘ軸方向における長さＸ_１１１が、例えば、６２．７ｍｍであってよい。第１部材１１１は、Ｙ軸方向における長さＹ_１１１が、例えば、５２．６ｍｍであってよい。第１部材１１１は、Ｚ軸方向における長さＺ_１１１が、例えば、５．０ｍｍであってよい。

図２Ｃに示すように、第１部材１１１は、第１開口部１１１Ｈを有する。第１開口部１１１Ｈは、Ｘ軸方向における長さが、例えば、２８．２ｍｍであってよい。第１開口部１１１Ｈは、Ｙ軸方向における長さが、例えば、２２．２ｍｍであってよい。

第１部材１１１は、Ｘ軸方向におけるパッケージ１の側面に対する厚さＡ_１，Ａ_４を除いた長さＸ_１００Ｂが、Ｘ軸方向におけるパッケージ１の長さＸ_１００Ａより長くなるように設計される。Ｘ軸方向におけるパッケージ１の側面に対する厚さＡ_１，Ａ_４を除いた長さＸ_１００Ｂは、例えば、５８．７ｍｍであってよい。Ｘ軸方向におけるパッケージ１の側面に対する厚さＡ_１，Ａ_４を除いた第１部材１１１の長さＸ_１００Ｂは、Ｘ軸方向におけるパッケージ１の長さＸ_１００Ａを用いると、次式で表される。

第１部材１１１は、Ｙ軸方向におけるパッケージ１の側面に対する厚さＢ_１，Ｂ_４を除いた長さＹ_１００Ｂが、Ｙ軸方向におけるパッケージ１の長さＹ_１００Ａをより長くなるように設計される。Ｙ軸方向におけるパッケージ１の側面に対する厚さＢ_１，Ｂ_４を除いた長さＹ_１００Ｂは、例えば、４８．６ｍｍであってよい。Ｙ軸方向におけるパッケージ１の側面に対する厚さＢ_１，Ｂ_４を除いた第１部材１１１の長さＹ_１００Ｂは、Ｙ軸方向におけるパッケージ１の長さＹ_１００Ａを用いると、次式で表される。

Ｋ_Ｘは、Ｘ軸方向における第１部材１１１の付加係数であり、Ｋ_Ｙは、Ｙ軸方向における第１部材１１１の付加係数である。第１部材１１１の付加係数とは、例えば、第１部材１１１にパッケージ１の取り付けと、その後の成膜位置にズレが生じない寸法とするために、設けた値を意味する。Ｋ_Ｘ，Ｋ_Ｙは、０．１ｍｍ以上０．８ｍｍ以下であることが好ましい。Ｘ軸方向におけるパッケージ１の側面に対する厚さＡ_１，Ａ_４を除いた第１部材１１１の長さＸ_１００Ｂを、Ｘ軸方向におけるパッケージ１の長さＸ_１００Ａより僅かに長くする、あるいは、Ｙ軸方向におけるパッケージ１の側面に対する厚さＢ_１，Ｂ_４を除いた長さＹ_１００Ｂを、Ｙ軸方向におけるパッケージ１の長さＹ_１００Ａより僅かに長くすることで、第１部材１１１をパッケージ１に取り付け易く、または、第１部材１１１をパッケージ１から取り外し易くすることができる。

第１部材１１１は、Ｘ軸方向におけるパッケージ１の側面に対する厚さＡ_１，Ａ_４が、１ｍｍ以上３ｍｍ以下であることが好ましい。また、第１部材１１１は、Ｙ軸方向におけるパッケージ１の側面に対する厚さＢ_１，Ｂ_４が、１ｍｍ以上３ｍｍ以下であることが好ましい。また、第１部材１１１は、Ｚ軸方向におけるパッケージ１の上面に対する厚さＣ_１が、０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下であることが好ましい。Ａ_１，Ａ_４，Ｂ_１，Ｂ_４が全て等しいことで、積層型固体撮像素子１０Ａおよび接合型固体撮像素子１０Ｂを製造する際の加工精度を高めることができる。

第１部材１１１は、Ｘ軸方向における信号読み出し回路基板２のボンディングパッド部と第２部材１１２の外周側面との距離Ａ_２，Ａ_５が、０．２ｍｍ＋Ｋ_Ｘ以上０．５ｍｍ＋Ｋ_Ｘ以下であることが好ましい。また、第１部材１１１は、Ｙ軸方向における信号読み出し回路基板２のボンディングパッド部と第２部材１１２の外周側面との距離Ｂ_２，Ｂ_５が、０．２ｍｍ＋Ｋ_Ｙ以上０．５ｍｍ＋Ｋ_Ｙ以下であることが好ましい。Ａ_２，Ａ_５が、０．２ｍｍ＋Ｋ_Ｘ以上０．５ｍｍ＋Ｋ_Ｘ以下であることで、また、Ｂ_２，Ｂ_５が、０．２ｍｍ＋Ｋ_Ｙ以上０．５ｍｍ＋Ｋ_Ｙ以下であることで、第２部材１１２がボンディングパット部に接触しない効果が得られて、同部分に損傷を与えずに、信号読み出し回路基板２上に形成する画素領域２Ｄに各膜を、ボンディングパット部およびボンディングワイヤ３に接触することなく形成することができる。

第１部材１１１は、Ｘ軸方向における信号読み出し回路基板２のボンディングパッド部とパッケージ１の側面との距離Ａ_３，Ａ_６が、適宜設定されることが好ましい。また、第１部材１１１は、Ｙ軸方向における信号読み出し回路基板２のボンディングパッド部とパッケージ１の側面との距離Ｂ_３，Ｂ_６が、適宜設定されることが好ましい。

第１部材１１１は、Ｘ軸方向における第１開口部１１１Ｈを除いた長さＸ_１が、例えば、１７．２５ｍｍであってよい。Ｘ軸方向における第１開口部１１１Ｈを除いた長さＸ_１は、Ｘ軸方向におけるパッケージ１の側面に対する厚さＡ_１、Ｘ軸方向における信号読み出し回路基板２のボンディングパッド部と第２部材１１２の外周側面との距離Ａ_２、およびＸ軸方向における信号読み出し回路基板２のボンディングパッド部とパッケージ１の側面との距離Ａ_３を用いると、次式で表される。

第１部材１１１は、Ｘ軸方向における第１開口部１１１Ｈを除いた長さＸ_２が、例えば、１７．２５ｍｍであってよい。Ｘ軸方向における第１開口部１１１Ｈを除いた長さＸ_２は、Ｘ軸方向におけるパッケージ１の側面に対する厚さＡ_４、Ｘ軸方向における信号読み出し回路基板２のボンディングパッド部と第２部材１１２の外周側面との距離Ａ_５、およびＸ軸方向における信号読み出し回路基板２のボンディングパッド部とパッケージ１の側面との距離Ａ_６を用いると、次式で表される。

第１部材１１１は、Ｙ軸方向における第１開口部１１１Ｈを除いた長さＹ_１が、例えば、１５．２ｍｍであってよい。Ｙ軸方向における第１開口部１１１Ｈを除いた長さＹ_１は、Ｙ軸方向におけるパッケージ１の側面に対する厚さＢ_１、Ｙ軸方向における信号読み出し回路基板２のボンディングパッド部と第２部材１１２の外周側面との距離Ｂ_２、およびＹ軸方向における信号読み出し回路基板２のボンディングパッド部とパッケージ１の側面との距離Ｂ_３を用いると、次式で表される。

第１部材１１１は、Ｙ軸方向における第１開口部１１１Ｈを除いた長さＹ_２が、例えば、１５．２ｍｍであってよい。Ｙ軸方向における第１開口部１１１Ｈを除いた長さＹ_２は、Ｙ軸方向におけるパッケージ１の側面に対する厚さＢ_４、Ｙ軸方向における信号読み出し回路基板２のボンディングパッド部と第２部材１１２の外周側面との距離Ｂ_５、およびＹ軸方向における信号読み出し回路基板２のボンディングパッド部とパッケージ１の側面との距離Ｂ_６を用いると、次式で表される。

〔〔第２部材〕〕
第２部材１１２は、光電変換膜４の成膜領域Ｓを囲むように、第１部材１１１の第１開口部１１１Ｈに嵌まるように設けられる。第１部材１１１がボンディングワイヤ３と重畳するように、パッケージ１、およびパッケージ１にアッセンブルされた信号読み出し回路基板２を覆っているため、第２部材１１２は、ボンディングワイヤ３と接触することなく、光電変換膜４の成膜領域Ｓを囲むように、第１部材１１１の第１開口部１１１Ｈに嵌められる。

第２部材１１２は、例えば、真空中で使用可能なガス放出に優れたテープで、第１部材１１１の第１開口部１１１Ｈに貼り付けられることで、第１部材１１１の第１開口部１１１Ｈに取り付けられる。第２部材１１２は、例えば、ネジまたはベルトを設けた構造での固着により、第１部材１１１の第１開口部１１１Ｈに固定されることで、第１部材１１１の第１開口部１１１Ｈに取り付けられる。

第２部材１１２は、Ｘ軸方向における長さＸ_１１２が、例えば、２８．０ｍｍであってよい。第２部材１１２は、Ｙ軸方向における長さＹ_１１２が、例えば、２２．０ｍｍであってよい。第２部材１１２は、Ｚ軸方向における長さＺ_１１２が、例えば、５．０ｍｍであってよい。

Ｘ軸方向における第２部材１１２の長さＸ_１１２は、Ｘ軸方向におけるパッケージ１の長さＸ_１００Ａ、Ｘ軸方向における信号読み出し回路基板２のボンディングパッド部と第２部材１１２の外周側面との距離Ａ_２，Ａ_５、Ｘ軸方向における信号読み出し回路基板２のボンディングパッド部とパッケージ１の側面との距離Ａ_３，Ａ_６を用いると、次式で表される。

Ｙ軸方向における第２部材１１２の長さＹ_１１２は、Ｙ軸方向におけるパッケージ１の長さＹ_１００Ａ、Ｙ軸方向における信号読み出し回路基板２のボンディングパッド部と第２部材１１２の外周側面との距離Ｂ_２，Ｂ_５、Ｙ軸方向における信号読み出し回路基板２のボンディングパッド部とパッケージ１の側面との距離Ｂ_３，Ｂ_６を用いると、次式で表される。

Ｌ_Ｘは、Ｘ軸方向における第２部材１１２の外周の付加係数であり、Ｌ_Ｙは、Ｙ軸方向における第２部材１１２の外周の付加係数である。第２部材１１２の外周の付加係数とは、第１部材１１１へ装填する際の隙間を意味する。Ｌは、０．１ｍｍ以上０．８ｍｍ以下であることが好ましい。仮に、Ｌがゼロであると、作業者が、第２部材１１２を第１部材１１１に取り付ける際、あるいは、作業者が、第２部材１１２から第１部材１１１を取り外す際の抜き差しが困難となる。したがって、Ｌを、０．１ｍｍ以上０．８ｍｍ以下とすることで、第１部材１１１の第１開口部１１１Ｈに対する第２部材１１２の抜き差しを容易とすることができ、また、積層型固体撮像素子１０Ａおよび接合型固体撮像素子１０Ｂの製造工程において、治具１００の装填位置の誤差を少なくすることができる。

Ｚ軸方向における第２部材１１２の長さＺ_１１２は、Ｚ軸方向における第１部材１１１のパッケージ１の上面に対する厚さＣ_１を用いると、次式で表される。

第２部材１１２は、加工が容易な材料で形成されることが好ましい。このような材料としては、例えば、テフロン（登録商標）、プラスチックなどが挙げられる。第２部材１１２は、例えば、テフロンで形成される場合、信号読み出し回路基板２との接触面が平坦加工され易くなるため、当該接触面に傷が付くことを防ぐことができる。さらに、第２部材１１２と信号読み出し回路基板２との密着性を高めることができるため、当該接触面を介して、成膜材料がボンディングワイヤ３側に漏れてしまうことを防ぐことができる。

図２Ｄに示すように、第２部材１１２は、第２開口部１１２Ｈを有する。第２開口部１１２Ｈは、光電変換膜４の成膜領域Ｓに応じて設計される。

第２開口部１１２Ｈは、Ｘ軸方向における長さＸ_１１３が、Ｘ軸方向における光電変換膜４の成膜領域Ｓの長さＳＸより僅かに長くなるように設計される。Ｘ軸方向における第２開口部１１２Ｈの長さＸ_１１３は、例えば、２６．０ｍｍであってよい。Ｘ軸方向における第２開口部１１２Ｈの長さＸ_１１３は、Ｘ軸方向における光電変換膜４の成膜領域Ｓの長さＳＸを用いると、次式で表される。

第２開口部１１２Ｈは、Ｙ軸方向における長さＹ_１１３が、Ｙ軸方向における光電変換膜４の成膜領域Ｓの長さＳＹより僅かに長くなるように設計される。Ｙ軸方向における第２開口部１１２Ｈの長さＹ_１１３は、例えば、１６．０ｍｍであってよい。Ｙ軸方向における第２開口部１１２Ｈの長さＹ_１１３は、Ｙ軸方向における光電変換膜４の成膜領域Ｓの長さＳＹを用いると、次式で表される。

Ｍ_Ｘは、Ｘ軸方向における第２部材１１２の内周の付加係数であり、Ｍ_Ｙは、Ｙ軸方向における第２部材１１２の内周の付加係数である。第２部材１１２の内周の付加係数とは、信号読み出し回路基板２の画素領域２Ｄに対する成膜領域Ｓの余白（のりしろ）を意味する。Ｍ_Ｘ，Ｍ_Ｙは、０．２ｍｍ以上２．５ｍｍ以下であることが好ましい。Ｍ_Ｘ，Ｍ_Ｙは、信号読み出し回路基板２上に設けられる光電変換膜４の成膜領域Ｓに応じて設定される。

第１実施形態に係る治具１００を使用することで、良質な光電変換膜４を備える積層型固体撮像素子１０Ａおよび接合型固体撮像素子１０Ｂを製造することができる。つまり、従来のように、光電変換膜の変色、変質、結晶粒径の増大などにより、画像取得した際に固定パターンノイズおよび暗電流が増加し、固体撮像素子の画質が著しく劣化するなどの問題が生じない。結果的に、低暗電流および出力画像にムラのない安定した撮像特性を有する積層型固体撮像素子１０Ａおよび接合型固体撮像素子１０Ｂを実現できる。

〔積層型固体撮像素子の製造方法〕
図３乃至図４Ｆを参照して、第１実施形態に係る治具１００を使用した積層型固体撮像素子１０Ａの製造方法の一例について説明する。第１実施形態に係る治具１００を使用して、下記のステップＳ１０１～Ｓ１０６を実施することにより、良質な光電変換膜を備える積層型固体撮像素子１０Ａが得られる。第１実施形態では、光電変換膜４の成膜領域と透明導電膜５の成膜領域とが等しい場合を一例に挙げて説明する。

以下、各工程の詳細を順次説明する。なお、同一の構成要素に同一の参照番号を付しており、各構成要素の材料、膜厚などの説明は既述のとおりであり、重複する説明を省略する。

積層型固体撮像素子１０Ａの製造方法は、パッケージ１に、信号読み出し回路基板２をアッセンブルする工程（ステップＳ１０１）と、第１開口部１１１Ｈを有する第１部材１１１で、パッケージ１および信号読み出し回路基板２を覆う工程（ステップＳ１０２）と、信号読み出し回路基板２上に形成される光電変換膜４の成膜領域Ｓに応じた第２開口部１１２Ｈを有する第２部材１１２を、成膜領域Ｓを囲むように、第１開口部１１１Ｈに嵌める工程（ステップＳ１０３）と、信号読み出し回路基板２上に、光電変換膜４を形成する工程（ステップＳ１０４）と、光電変換膜４上に、透明導電膜５を形成する工程（ステップＳ１０５）と、第１部材１１１および第２部材１１２を取り外す工程（ステップＳ１０６）と、を含む。

図４Ａに示すように、ステップＳ１０１において、作業者は、パッケージ１に、信号読み出し回路基板２をアッセンブルする。まず、作業者は、ダイアタッチ工程として、信号読み出し回路基板２を、パッケージ１に接着する。そして、作業者は、ワイヤボンディング工程として、信号読み出し回路基板２のボンディングパッド部とパッケージ１の電極部とを、ボンディングワイヤ３で接続する。

信号読み出し回路基板２上に、光電変換膜４などを形成する前に、ダイアタッチ工程およびワイヤボンディング工程を終了させておくことで、光電変換膜４を約１５０度の高温化に一定時間曝さずに済む。これにより、良質な光電変換膜４を備える積層型固体撮像素子１０Ａを製造することができる。また、低暗電流および出力画像にムラのない安定した撮像特性を有する積層型固体撮像素子１０Ａを実現できる。

次に、図４Ｂに示すように、ステップＳ１０２において、作業者は、パッケージ１に合わせて設計された第１部材１１１で、パッケージ１、およびパッケージ１にアッセンブルされた信号読み出し回路基板２を覆う。この際、作業者は、次工程で、第１部材１１１の第１開口部１１１Ｈに、第２部材１１２が嵌められる際に、第２部材１１２がボンディングワイヤ３と接触しないように、第１部材１１１がボンディングワイヤ３と重畳するように、第１部材１１１で、パッケージ１、およびパッケージ１にアッセンブルされた信号読み出し回路基板２を覆う。そして、作業者は、真空中で使用可能なガス放出に優れたテープで、第１部材１１１を、パッケージ１の側面およびパッケージ１の上面に貼り付ける。これにより、第１部材１１１は、パッケージ１に取り付けられる。

次に、図４Ｃに示すように、ステップＳ１０３において、作業者は、光電変換膜４の成膜領域Ｓを囲むように、第１部材１１１の第１開口部１１１Ｈに、光電変換膜４の成膜領域Ｓに応じた第２開口部１１２Ｈを有する第２部材１１２を嵌める。そして、作業者は、真空中で使用可能なガス放出に優れたテープで、第２部材１１２を、第１部材１１１の第１開口部１１１Ｈに貼り付ける。これにより、第２部材１１２は、第１部材１１１に取り付けられる。

次に、図４Ｄに示すように、ステップＳ１０４において、信号読み出し回路基板２上に、例えば、真空蒸着法により、膜厚３００ｎｍのアモルファスセレン膜を形成する。そして、パッケージ１を含めた全体を約１６０度のホットプレート上で１分間加熱し、アモルファスセレン膜を結晶化させて、光電変換膜４として、結晶セレン膜を形成する。この際、信号読み出し回路基板２と光電変換膜４との間に、例えば、真空蒸着法により、膜厚０．２ｎｍのテルル膜からなる結晶核を形成してもよい。

なお、第１部材１１および第２部材１１２の材料の耐熱性が十分でない場合は、信号読み出し回路基板２上に、例えば、真空蒸着法により、膜厚３００ｎｍのアモルファスセレン膜を形成した後、作業者が、第１部材１１および第２部材１１２を取り外してから、パッケージ１を含めた全体を約１６０度のホットプレート上で１分間加熱してもよい。

次に、図４Ｅに示すように、ステップＳ１０５において、光電変換膜４上に、例えば、ＤＣスパッタリング法（酸素ガス分圧：７．６×１０^－３Ｐａ，アルゴンガス分圧：６．０×１０^－１Ｐａ）により、透明導電膜５として、膜厚１０ｎｍのＩＴＯ膜を形成する。この際、光電変換膜４と透明導電膜５との間に、例えば、真空蒸着法により、膜厚０．２ｎｍのテルル膜からなる結晶核を形成してもよい。

次に、図４Ｆに示すように、ステップＳ１０６において、作業者は、第１部材１１および第２部材１１２を取り外し、透明導電膜５上の画像出力に影響しない部分に、導電性接着材などにより、小型でピン状の電極６を接着する。そして、作業者は、小型でピン状の電極６と信号出力回路の電源７とを、導電性ワイヤなどにより接続して、積層型固体撮像素子１０Ａへの電源供給、および積層型固体撮像素子１０Ａの画像出力を行う。

以上の任意工程を含む各工程を経ることにより、図１Ａに示すような積層型固体撮像素子１０Ａを製造することができる。第１実施形態に係る治具１００を使用することで、ダイアタッチ工程およびワイヤボンディング工程を終了させた後に、信号読み出し回路基板２上に、光電変換膜４などを形成することができるため、光電変換膜４を約１５０度の高温化に一定時間曝さずに済む。これにより、例えば、光電変換膜４が結晶セレン膜で形成される場合、セレンの物質固有の耐熱性が原因で、アッセンブル時の加熱に耐えられなくなり、結晶セレン膜の結晶粒径が増大するという問題を回避できる。また、例えば、光電変換膜４がアモルファスセレン膜で形成される場合、異常結晶成長が発生するという問題を回避できる。つまり、第１実施形態に係る治具１００を使用することで、良質な光電変換膜４を備える積層型固体撮像素子１０Ａを製造することができる。

〔接合型固体撮像素子の製造方法〕
図５乃至図６Ｆを参照して、第１実施形態に係る治具１００を使用した接合型固体撮像素子１０Ｂの製造方法の一例について説明する。第１実施形態に係る治具１００を使用して、下記のステップＳ２０１～Ｓ２０８を実施することにより、良質な光電変換膜を備える接合型固体撮像素子１０Ｂが得られる。第１実施形態では、光電変換膜の成膜領域と透明導電膜の成膜領域とが等しい場合を一例に挙げて説明する。

以下、各工程の詳細を順次説明する。なお、同一の構成要素に同一の参照番号を付しており、各構成要素の材料、膜厚などの説明は既述のとおりであり、重複する説明を省略する。

接合型固体撮像素子１０Ｂの製造方法は、パッケージ１に、信号読み出し回路基板２をアッセンブルする工程（ステップＳ２０１）と、第１開口部１１１Ｈを有する第１部材１１１で、パッケージ１および信号読み出し回路基板２を、覆う工程（ステップＳ２０２）と、信号読み出し回路基板２上に形成される光電変換膜４の成膜領域Ｓに応じた第２開口部１１２Ｈを有する第２部材１１２を、成膜領域Ｓを囲むように、第１開口部１１１Ｈに嵌める工程（ステップＳ２０３）と、信号読み出し回路基板２上に、第１アモルファスセレン膜４Ａを形成する工程（ステップＳ２０４）と、第１部材１１１および第２部材１１２を取り外す工程（ステップＳ２０５）と、透光性基板８上に、透明導電膜５を形成する工程（ステップＳ２０６）と、透明導電膜５上に、第２アモルファスセレン膜４Ｂを形成する工程（ステップＳ２０７）と、加圧および加熱により、第１アモルファスセレン膜４Ａと第２アモルファスセレン膜４Ｂとを接合し、光電変換膜４を形成する工程（ステップＳ２０８）と、を含む。

図６Ａに示すように、ステップＳ２０１において、作業者は、パッケージ１に、信号読み出し回路基板２をアッセンブルする。まず、作業者は、ダイアタッチ工程として、信号読み出し回路基板２を、パッケージ１に接着する。そして、作業者は、ワイヤボンディング工程として、信号読み出し回路基板２のボンディングパッド部とパッケージ１の電極部とを、ボンディングワイヤ３で接続する。

信号読み出し回路基板２上に、光電変換膜４などを形成する前に、ダイアタッチ工程およびワイヤボンディング工程を終了させておくことで、光電変換膜４を約１５０度の高温化に一定時間曝さずに済む。これにより、良質な光電変換膜４を備える接合型固体撮像素子１０Ｂを製造することができる。また、低暗電流および出力画像にムラのない安定した撮像特性を有する接合型固体撮像素子１０Ｂを実現できる。

次に、図６Ｂに示すように、ステップＳ２０２において、作業者は、パッケージ１に合わせて設計された第１部材１１１で、パッケージ１、およびパッケージ１にアッセンブルされた信号読み出し回路基板２を覆う。この際、作業者は、次工程で、第１部材１１１の第１開口部１１１Ｈに、第２部材１１２が嵌められる際に、第２部材１１２がボンディングワイヤ３と接触しないように、第１部材１１１がボンディングワイヤ３と重畳するように、第１部材１１１で、パッケージ１、およびパッケージ１にアッセンブルされた信号読み出し回路基板２を覆う。そして、作業者は、真空中で使用可能なガス放出に優れたテープで、第１部材１１１を、パッケージ１の側面およびパッケージ１の上面に貼り付ける。これにより、第１部材１１１は、パッケージ１に取り付けられる。

次に、図６Ｃに示すように、ステップＳ２０３において、作業者は、光電変換膜４の成膜領域Ｓを囲むように、第１部材１１１の第１開口部１１１Ｈに、光電変換膜４の成膜領域Ｓに応じた第２開口部１１２Ｈを有する第２部材１１２を嵌める。そして、作業者は、真空中で使用可能なガス放出に優れたテープで、第２部材１１２を、第１部材１１１の第１開口部１１１Ｈに貼り付ける。これにより、第２部材１１２は、第１部材１１１に取り付けられる。

次に、図６Ｄに示すように、ステップＳ２０４において、作業者は、信号読み出し回路基板２上に、例えば、真空蒸着法により、膜厚３００ｎｍの第１アモルファスセレン膜４Ａを形成する。この際、信号読み出し回路基板２と光電変換膜４との間に、例えば、真空蒸着法により、膜厚０．２ｎｍのテルル膜からなる結晶核を形成してもよい。

次に、図６Ｅに示すように、ステップＳ２０５において、透光性基板８上に、例えば、ＤＣスパッタリング法（酸素ガス分圧：７．６×１０^－３Ｐａ，アルゴンガス分圧：６．０×１０^－１Ｐａ）により、透明導電膜５として、膜厚１０ｎｍのＩＴＯ膜を形成する。そして、透明導電膜５上に、例えば、真空蒸着法により、膜厚３００ｎｍの第２アモルファスセレン膜４Ｂを形成する。この際、第２アモルファスセレン膜４Ｂと透明導電膜５との間に、例えば、真空蒸着法により、膜厚０．２ｎｍのテルル膜からなる結晶核を形成してもよい。そして、作業者は、第１部材１１および第２部材１１２を取り外し、加圧および加熱により、信号読み出し回路基板２上に形成された第１アモルファスセレン膜４Ａと透光性基板８上に形成された第２アモルファスセレン膜４Ｂとを接合し、第１アモルファスセレン膜４Ａおよび第２アモルファスセレン膜４Ｂを結晶化させて、光電変換膜４として、結晶セレン膜を形成する。

なお、接合構造のプロセスの詳細については、例えば、下記の文献を参照できる。
宮川ほか、NHK技研、「固体撮像デバイスの高感度化に向けた、接合構造による結晶セレン光電変換膜の高増倍率化」、映像情報メディア学会冬季大会2020年予稿集、32E-1、2020

次に、図６Ｆに示すように、ステップＳ２０６において、作業者は、透明導電膜５の端部に、導電性接着材などにより、導電性ワイヤを接着し、透明導電膜５と信号出力回路の電源７とを、導電性ワイヤにより接続して、接合型固体撮像素子１０Ｂへの電源供給、および接合型固体撮像素子１０Ｂの画像出力を行う。

以上の任意工程を含む各工程を経ることにより、図１Ｂに示すような接合型固体撮像素子１０Ｂを製造することができる。第１実施形態に係る治具１００を使用することで、ダイアタッチ工程およびワイヤボンディング工程を終了させた後に、信号読み出し回路基板２上に、光電変換膜４などを形成することができるため、光電変換膜４を約１５０度の高温化に一定時間曝さずに済む。これにより、例えば、光電変換膜４が結晶セレン膜で形成される場合、セレンの物質固有の耐熱性が原因で、アッセンブル時の加熱に耐えられなくなり、結晶セレン膜の結晶粒径が増大するという問題を回避できる。また、例えば、光電変換膜４がアモルファスセレン膜で形成される場合、異常結晶成長が発生するという問題を回避できる。つまり、第１実施形態に係る治具１００を使用することで、図７に示すように、良質な光電変換膜４を備える接合型固体撮像素子１０Ｂを製造することができる。

＜第２実施形態＞
図８乃至図１０Ｈを参照して、第２実施形態に係る治具２００を使用した積層型固体撮像素子２０の製造方法の一例について説明する。

第２実施形態に係る治具２００を使用した積層型固体撮像素子２０の製造方法が、第１実施形態に係る治具１００を使用した積層型固体撮像素子１０Ａの製造方法と異なる点は、第１実施形態に係る治具１００を使用した積層型固体撮像素子１０Ａの製造方法が、光電変換膜４の成膜領域と透明導電膜５の成膜領域とが等しい場合に適用されるのに対して、第２実施形態に係る治具２００を使用した積層型固体撮像素子２０の製造方法は、光電変換膜４の成膜領域と透明導電膜５の成膜領域とが異なる場合に適用される点である。以下、第１実施形態と重複する部分については、重複した説明を省略する。

まず、第２実施形態に係る治具２００を使用して製造される積層型固体撮像素子２０、および第２実施形態に係る治具２００の構成について、簡単に説明する。

〔積層型固体撮像素子〕
図８を参照して、第２実施形態に係る治具２００を使用して製造される積層型固体撮像素子２０の構成の一例について、簡単に説明する。

積層型固体撮像素子２０は、パッケージ１と、画素領域２Ｄを含む信号読み出し回路基板２と、ボンディングワイヤ３と、光電変換膜４と、透明導電膜５と、を備える。積層型固体撮像素子２０は、電圧供給部９から電圧が供給される。

透明導電膜５は、光電変換膜４の上面のみならず、光電変換膜４の側面を覆うように設けられる。透明導電膜５は、光電変換膜４の上面を覆う部分の膜厚が５ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることが好ましい。透明導電膜５は、光電変換膜４の側面を覆う部分の膜厚が５ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることが好ましい。

パッケージ１、信号読み出し回路基板２、ボンディングワイヤ３、および光電変換膜４についての説明は既述のとおりであり、重複する説明を省略する。

積層型固体撮像素子２０は、図８に示される構成に限定されるものではない。例えば、光電変換膜４と透明導電膜５との間に、酸化ガリウム膜、酸化ニッケル膜などが設けられていてもよい。例えば、信号読み出し回路基板２と光電変換膜４との間、あるいは、光電変換膜４と透明導電膜５との間に、結晶核が設けられていてもよい。

上述した積層型固体撮像素子２０は、以下に説明する治具２００を使用して製造される。これにより、良質な光電変換膜を備える積層型固体撮像素子２０を実現できる。

〔治具〕
治具１００は、第１部材１１１と、第２部材１１２＿１，第２部材１１２＿２と、を備える。

第１部材１１１は、第１実施形態に係る治具１００が備える第１部材１１１と同様の構成を有する。また、第２部材１１２＿１は、第１実施形態に係る治具１００が備える第２部材１１２と同様の構成を有する。第１部材１１１および第２部材１１２＿１についての説明は既述のとおりであり、重複する説明を省略する。

第２部材１１２＿２は、透明導電膜５の成膜領域を囲むように、第１部材１１１の第１開口部１１１Ｈに嵌まるように設けられる。第１部材１１１がボンディングワイヤ３と重畳するように、パッケージ１、およびパッケージ１にアッセンブルされた信号読み出し回路基板２を覆っているため、第２部材１１２＿２は、ボンディングワイヤ３と接触することなく、透明導電膜５の成膜領域を囲むように、第１部材１１１の第１開口部１１１Ｈに嵌められる（図１０Ｆ参照）。

第２部材１１２＿２は、例えば、真空中で使用可能なガス放出に優れたテープで、第１部材１１１の第１開口部１１１Ｈに貼り付けられることで、第１部材１１１の第１開口部１１１Ｈに取り付けられる。第２部材１１２＿２は、例えば、ネジまたはベルトを設けた構造での固着により、第１部材１１１の第１開口部１１１Ｈに固定されることで、第１部材１１１の第１開口部１１１Ｈに取り付けられる。

第２部材１１２＿２は、Ｘ軸方向における長さが、例えば、２８．０ｍｍであってよい。第２部材１１２＿２は、Ｙ軸方向における長さが、例えば、２２．０ｍｍであってよい。第２部材１１２＿２は、Ｚ軸方向における長さが、例えば、５．０ｍｍであってよい。

第２部材１１２＿２は、加工が容易な材料で形成されることが好ましい。このような材料としては、例えば、テフロン、プラスチックなどが挙げられる。第２部材１１２＿２は、例えば、テフロンで形成される場合、信号読み出し回路基板２との接触面が平坦加工され易くなるため、当該接触面に傷が付くことを防ぐことができる。さらに、第２部材１１２＿２と信号読み出し回路基板２との密着性を高めることができるため、当該接触面を介して、成膜材料がボンディングワイヤ３側に漏れてしまうことを防ぐことができる。

第２部材１１２＿２は、第３開口部１１２Ｈ’を有する。第３開口部１１２Ｈ’は、透明導電膜５の成膜領域に応じて設計される。透明導電膜５の成膜領域は、少なくとも、光電変換膜４の成膜領域Ｓと異なる領域であればよく、その領域が特に限定されるものではない。例えば、透明導電膜５の成膜領域は、光電変換膜４の上面、および光電変換膜４の１つの側面を覆う領域であってよい。例えば、透明導電膜５の成膜領域は、光電変換膜４の上面、および光電変換膜４の全ての側面を覆う領域であってよい。

第３開口部１１２Ｈ’は、Ｘ軸方向における長さが、Ｘ軸方向における透明導電膜５の成膜領域の長さより僅かに長くなるように設計される。Ｘ軸方向における第３開口部１１２Ｈ’の長さは、例えば、２６．２ｍｍであってよい。

第３開口部１１２Ｈ’は、Ｙ軸方向における長さが、Ｙ軸方向における透明導電膜５の成膜領域の長さより僅かに長くなるように設計される。Ｙ軸方向における第３開口部１１２Ｈ’の長さは、例えば、１８．０ｍｍであってよい。

第２実施形態に係る治具２００を使用することで、良質な光電変換膜４を備える積層型固体撮像素子２０を製造することができる。つまり、従来のように、光電変換膜の変色、変質、結晶粒径の増大などにより、画像取得した際に固定パターンノイズおよび暗電流が増加し、固体撮像素子の画質が著しく劣化するなどの問題が生じない。結果的に、低暗電流および出力画像にムラのない安定した撮像特性を有する積層型固体撮像素子２０を実現できる。

〔積層型固体撮像素子の製造方法〕
図８、図９、および図１０Ａ乃至図１０Ｈを参照して、第２実施形態に係る治具２００を使用した積層型固体撮像素子２０の製造方法の一例について説明する。第２実施形態に係る治具２００を使用して、下記のステップＳ３０１～Ｓ３０８を実施することにより、良質な光電変換膜を備える積層型固体撮像素子２０が得られる。第２実施形態では、光電変換膜４の成膜領域と透明導電膜５の成膜領域とが異なる場合を一例に挙げて説明する。

以下、各工程の詳細を順次説明する。なお、同一の構成要素に同一の参照番号を付しており、各構成要素の材料、膜厚などの説明は既述のとおりであり、重複する説明を省略する。

積層型固体撮像素子２０の製造方法は、パッケージ１に、信号読み出し回路基板２をアッセンブルする工程（ステップＳ３０１）と、第１開口部１１１Ｈを有する第１部材１１１で、パッケージ１および信号読み出し回路基板２を覆う工程（ステップＳ３０２）と、信号読み出し回路基板２上に形成される光電変換膜４の第１成膜領域Ｓに応じた第２開口部１１２Ｈを有する第２部材１１２＿１を、第１成膜領域Ｓを囲むように、第１開口部１１１Ｈに嵌める工程（ステップＳ３０３）と、信号読み出し回路基板２上に、光電変換膜４を形成する工程（ステップＳ３０４）と、第２部材１１２＿１を取り外す工程（ステップＳ３０５）と、信号読み出し回路基板２上に形成される透明導電膜５の第２成膜領域に応じた第３開口部１１２Ｈ’を有する第２部材１１２＿２を、第２成膜領域を囲むように、第１開口部１１１Ｈに嵌める工程（ステップＳ３０６）と、光電変換膜４上に、透明導電膜５を形成する工程（ステップＳ３０７）と、第１部材１１１および第２部材１１２＿２を取り外す工程（ステップＳ３０８）と、を含む。

図１０Ａに示すように、ステップＳ３０１において、作業者は、パッケージ１に、電圧供給部９があらかじめ設けられた信号読み出し回路基板２をアッセンブルする。まず、作業者は、ダイアタッチ工程として、電圧供給部９があらかじめ設けられた信号読み出し回路基板２を、パッケージ１に接着する。そして、作業者は、ワイヤボンディング工程として、電圧供給部９があらかじめ設けられた信号読み出し回路基板２のボンディングパッド部とパッケージ１の電極部とを、ボンディングワイヤ３で接続する。

電圧供給部９があらかじめ設けられた信号読み出し回路基板２上に、光電変換膜４などを形成する前に、ダイアタッチ工程およびワイヤボンディング工程を終了させておくことで、光電変換膜４を約１５０度の高温化に一定時間曝さずに済む。これにより、良質な光電変換膜４を備える積層型固体撮像素子２０を製造することができる。また、低暗電流および出力画像にムラのない安定した撮像特性を有する積層型固体撮像素子２０を実現できる。

次に、図１０Ｂに示すように、ステップＳ３０２において、作業者は、パッケージ１に合わせて設計された第１部材１１１で、パッケージ１、およびパッケージ１にアッセンブルされた信号読み出し回路基板２を覆う。この際、作業者は、次工程で、第１部材１１１の第１開口部１１１Ｈに、第２部材１１２＿１が嵌められる際に、第２部材１１２＿１がボンディングワイヤ３と接触しないように、第１部材１１１がボンディングワイヤ３と重畳するように、第１部材１１１で、パッケージ１、およびパッケージ１にアッセンブルされた信号読み出し回路基板２を覆う。そして、作業者は、真空中で使用可能なガス放出に優れたテープで、第１部材１１１を、パッケージ１の側面およびパッケージ１の上面に貼り付ける。これにより、第１部材１１１は、パッケージ１に取り付けられる。

次に、図１０Ｃに示すように、ステップＳ３０３において、作業者は、光電変換膜４の成膜領域Ｓを囲むように、第１部材１１１の第１開口部１１１Ｈに、光電変換膜４の成膜領域Ｓに応じた第２開口部１１２Ｈを有する第２部材１１２＿１を嵌める。そして、作業者は、真空中で使用可能なガス放出に優れたテープで、第２部材１１２＿１を、第１部材１１１の第１開口部１１１Ｈに貼り付ける。これにより、第２部材１１２＿１は、第１部材１１１に取り付けられる。

次に、図１０Ｄに示すように、ステップＳ３０４において、作業者は、信号読み出し回路基板２上に、例えば、真空蒸着法により、膜厚３００ｎｍのアモルファスセレン膜を形成する。そして、パッケージ１を含めた全体を約１６０度のホットプレート上で１分間加熱し、アモルファスセレン膜を結晶化させて、光電変換膜４として、結晶セレン膜を形成する。この際、信号読み出し回路基板２と光電変換膜４との間に、例えば、真空蒸着法により、膜厚０．２ｎｍのテルル膜からなる結晶核を形成してもよい。

なお、第１部材１１１および第２部材１１２＿１の材料の耐熱性が十分でない場合は、信号読み出し回路基板２上に、例えば、真空蒸着法により、膜厚３００ｎｍのアモルファスセレン膜を形成した後、作業者が、第１部材１１および第２部材１１２＿１を取り外してから、パッケージ１を含めた全体を約１６０度のホットプレート上で１分間加熱してもよい。

次に、図１０Ｅに示すように、ステップＳ３０５において、作業者は、第２部材１１２＿１を取り外す。

次に、図１０Ｆに示すように、ステップＳ３０６において、作業者は、取り外した第２部材１１２＿１を、新たな第２部材１１２＿２と交換し、透明導電膜５の成膜領域を囲むように、第１部材１１１の第１開口部１１１Ｈに、透明導電膜５の成膜領域に応じた第３開口部１１２Ｈ’を有する第２部材１１２＿２を嵌める。そして、作業者は、真空中で使用可能なガス放出に優れたテープで、第２部材１１２＿２を、第１部材１１１の第１開口部１１１Ｈに貼り付ける。これにより、第２部材１１２＿２は、第１部材１１１に取り付けられる。

そして、光電変換膜４の上面および光電変換膜４の側面の１つを覆うように、例えば、ＤＣスパッタリング法（酸素ガス分圧：７．６×１０^－３Ｐａ，アルゴンガス分圧：６．０×１０^－１Ｐａ）により、透明導電膜５として、膜厚１０ｎｍのＩＴＯ膜を形成する。この際、光電変換膜４と透明導電膜５との間に、例えば、真空蒸着法により、膜厚０．２ｎｍのテルル膜からなる結晶核を形成してもよい。

次に、図１０Ｇに示すように、ステップＳ３０７において、作業者は、第２部材１１２＿２を取り外す。

次に、図１０Ｈに示すように、ステップＳ３０８において、作業者は、第１部材１１１を取り外す。積層型固体撮像素子２０は、リード線などに接続される電圧供給部９から電圧が供給され、画像出力を行う。

以上の任意工程を含む各工程を経ることにより、図８に示すような積層型固体撮像素子２０を製造することができる。第２実施形態に係る治具２００を使用することで、ダイアタッチ工程およびワイヤボンディング工程を終了させた後に、信号読み出し回路基板２上に、光電変換膜４などを形成することができるため、光電変換膜４を約１５０度の高温化に一定時間曝さずに済む。これにより、例えば、光電変換膜４が結晶セレン膜で形成される場合、セレンの物質固有の耐熱性が原因で、アッセンブル時の加熱に耐えられなくなり、結晶セレン膜の結晶粒径が増大するという問題を回避できる。また、例えば、光電変換膜４がアモルファスセレン膜で形成される場合、異常結晶成長が発生するという問題を回避できる。つまり、第２実施形態に係る治具２００を使用することで、良質な光電変換膜４を備える積層型固体撮像素子２０を製造することができる。

＜変形例＞
本実施形態では、第１部材１１１の外形が、矩形である場合を一例に挙げて説明したが、第１部材１１１の外形は、これに限定されない。例えば、第１部材１１１の外形の外形は、円形、多角形などであってもよい。

また、本実施形態では、第１開口部１１１Ｈ，第２開口部１１２Ｈ，第３開口部１１２Ｈ’の形状が、矩形である場合を一例に挙げて説明したが、第１開口部１１１Ｈ，第２開口部１１２Ｈ，第３開口部１１２Ｈ’の形状は、これに限定されない。例えば、第１開口部１１１Ｈ，第２開口部１１２Ｈ，第３開口部１１２Ｈ’の形状は、円形、多角形などであってもよい。

また、本実施形態では、第２部材１１２＿１，第２部材１１２＿２が、別体である場合を一例に挙げて説明したが、第２部材１１２＿１，第２部材１１２＿２は、互いに、取り付けまたは取り外しが可能な構成を有し、一時的に一体となり、一時的に別体となるような構成を有していてもよい。

本発明は上記の実施形態および変形例に限定されるものではない。例えば、上述の各種の工程は、記載にしたがって時系列に実行されるのみならず、工程を実行する装置の処理能力あるいは必要に応じて、並列的にあるいは個別に実行されてもよい。その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。

上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本開示の趣旨および範囲内で、多くの変更および置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態により制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形または変更が可能である。実施形態のフローチャートに記載の複数の工程を１つに組み合わせたり、あるいは１つの工程を分割したりすることが可能である。

１ パッケージ
２ 信号読み出し回路基板
２Ｄ 画素領域
３ ボンディングワイヤ
４ 光電変換膜
４Ａ 第１アモルファスセレン膜
４Ｂ 第２アモルファスセレン膜
５ 透明導電膜
６ 電極
７ 電源
８ 透光性基板
９ 電圧供給部
１０Ａ 積層型固体撮像素子
１０Ｂ 接合型固体撮像素子
２０ 積層型固体撮像素子
１００ 治具
１１１ 第１部材
１１１Ｈ 第１開口部
１１２，１１２＿１，１１２＿２ 第２部材
１１２Ｈ 第２開口部
１１２Ｈ’ 第３開口部
２００ 治具

Claims (10)

1. 固体撮像素子を製造する際に使用される治具であって、
   第１開口部を有し、パッケージ、および前記パッケージにアッセンブルされた信号読み出し回路基板を覆う第１部材と、
   前記信号読み出し回路基板上に設けられる光電変換膜の成膜領域に応じた第２開口部を有し、前記成膜領域を囲むように、前記第１開口部に嵌まる第２部材と、
   を備える治具。
2. 前記第１部材は、
   Ｘ軸方向における前記パッケージの側面に対する厚さを除いた長さが、Ｘ軸方向における前記パッケージの長さより長く、
   Ｙ軸方向における前記パッケージの側面に対する厚さを除いた長さが、Ｙ軸方向における前記パッケージの長さより長い、
   請求項１に記載の治具。
3. 前記第１部材は、
   Ｘ軸方向における前記第１開口部を除いた長さＸ_１またはＸ_２が、Ｘ軸方向における前記パッケージの側面に対する厚さＡ_１またはＡ_４、Ｘ軸方向における前記信号読み出し回路基板のボンディングパッド部と前記第２部材の外周側面との距離Ａ_２またはＡ_５、およびＸ軸方向における前記ボンディングパッド部と前記パッケージの側面との距離Ａ_３またはＡ_６を用いて、次式（１）を満たすように設計され、
   Ｘ_１＝Ａ_１＋Ａ_２＋Ａ_３、または、Ｘ_２＝Ａ_４＋Ａ_５＋Ａ_６ （１）
   Ｙ軸方向における前記第１開口部を除いた長さＹ_１またはＹ_２が、Ｙ軸方向における前記パッケージの側面に対する厚さＢ_１またはＢ_４、Ｙ軸方向における前記信号読み出し回路基板のボンディングパッド部と前記第２部材の外周側面との距離Ｂ_２またはＢ_５、およびＹ軸方向における前記ボンディングパッド部と前記パッケージの側面との距離Ｂ_３またはＢ_６を用いて、次式（２）を満たすように設計される、
   Ｙ_１＝Ｂ_１＋Ｂ_２＋Ｂ_３、または、Ｙ_２＝Ｂ_４＋Ｂ_５＋Ｂ_６ （２）
   請求項１または２に記載の治具。
4. 前記第２部材は、
   Ｘ軸方向における前記第２部材の長さＸ_１１２が、前記Ａ_１および前記Ａ_４を除いた前記第１部材１１１の長さＸ_１００Ｂ、前記Ａ_２、前記Ａ_３、前記Ａ_５、前記Ａ_６、前記第１部材の付加係数Ｋ_Ｘ、パッケージの長さＸ_１００Ａ、および前記第２部材の外周の付加係数Ｌ_Ｘを用いて、次式（３）を満たすように設計され、
   Ｘ_１１２＝Ｘ_１００Ａ＋Ｋ_Ｘ－（Ａ_２＋Ａ_３＋Ａ_５＋Ａ_６）－Ｌ_Ｘ
   ＝（Ｘ_１００Ｂ－Ｋ_Ｘ）＋Ｋ_Ｘ－（Ａ_２＋Ａ_３＋Ａ_５＋Ａ_６）－Ｌ_Ｘ （３）
   Ｙ軸方向における前記第２部材の長さＹ_１１２が、前記Ｂ_１および前記Ｂ_４を除いた前記第１部材１１１の長さＹ_１００Ｂ、前記Ｂ_２、前記Ｂ_３、前記Ｂ_５、前記Ｂ_６、前記第１部材の付加係数Ｋ_Ｙ、パッケージの長さＹ_１００Ａ、および前記第２部材の外周の付加係数Ｌ_Ｙを用いて、次式（４）を満たすように設計される、
   Ｙ_１１２＝Ｙ_１００Ａ＋Ｋ_Ｙ－（Ｂ_２＋Ｂ_３＋Ｂ_５＋Ｂ_６）－Ｌ_Ｙ
   ＝（Ｙ_１００Ｂ－Ｋ_Ｙ）＋Ｋ_Ｙ－（Ｂ_２＋Ｂ_３＋Ｂ_５＋Ｂ_６）－Ｌ_Ｙ （４）
   請求項３に記載の治具。
5. 前記第２部材は、
   Ｘ軸方向における前記第２開口部の長さが、Ｘ軸方向における前記光電変換膜の成膜領域の長さより長く、
   Ｙ軸方向における前記第２開口部の長さが、Ｙ軸方向における前記光電変換膜の成膜領域の長さより長い、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の治具。
6. 前記第１部材は、前記信号読み出し回路基板のボンディングパッド部および前記パッケージの電極部に接続されるボンディングワイヤと重畳するように、前記パッケージおよび前記信号読み出し回路基板を覆う、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の治具。
7. 固体撮像素子を製造する際に使用される治具であって、
   第１開口部を有し、パッケージ、および前記パッケージにアッセンブルされた信号読み出し回路基板を覆う第１部材と、
   前記信号読み出し回路基板上に設けられる光電変換膜の第１成膜領域に応じた第２開口部を有し、前記第１成膜領域を囲むように、前記第１開口部に嵌まる第２部材、または、前記信号読み出し回路基板上に設けられる透明導電膜の第２成膜領域に応じた第３開口部を有し、前記第２成膜領域を囲むように、前記第１開口部に嵌まる第２部材と、
   を備える治具。
8. パッケージに、信号読み出し回路基板をアッセンブルする工程と、
   第１開口部を有する第１部材で、前記パッケージおよび前記信号読み出し回路基板を覆う工程と、
   前記信号読み出し回路基板上に形成される光電変換膜の成膜領域に応じた第２開口部を有する第２部材を、前記成膜領域を囲むように、前記第１開口部に嵌める工程と、
   前記信号読み出し回路基板上に、光電変換膜を形成する工程と、
   前記光電変換膜上に、透明導電膜を形成する工程と、
   前記第１部材および前記第２部材を取り外す工程と、
   を含む、積層型固体撮像素子の製造方法。
9. パッケージに、信号読み出し回路基板をアッセンブルする工程と、
   第１開口部を有する第１部材で、前記パッケージおよび前記信号読み出し回路基板を、覆う工程と、
   前記信号読み出し回路基板上に形成される光電変換膜の成膜領域に応じた第２開口部を有する第２部材を、前記成膜領域を囲むように、前記第１開口部に嵌める工程と、
   前記信号読み出し回路基板上に、第１アモルファスセレン膜を形成する工程と、
   前記第１部材および前記第２部材を取り外す工程と、
   透光性基板上に、透明導電膜を形成する工程と、
   前記透明導電膜上に、第２アモルファスセレン膜を形成する工程と、
   加圧および加熱により、前記第１アモルファスセレン膜と前記第２アモルファスセレン膜とを接合し、光電変換膜を形成する工程と、
   を含む、接合型固体撮像素子の製造方法。
10. パッケージに、信号読み出し回路基板をアッセンブルする工程と、
    第１開口部を有する第１部材で、前記パッケージおよび前記信号読み出し回路基板を覆う工程と、
    前記信号読み出し回路基板上に形成される光電変換膜の第１成膜領域に応じた第２開口部を有する第２部材を、前記第１成膜領域を囲むように、前記第１開口部に嵌める工程と、
    前記信号読み出し回路基板上に、光電変換膜を形成する工程と、
    前記第２部材を取り外す工程と、
    前記信号読み出し回路基板上に形成される透明導電膜の第２成膜領域に応じた第３開口部を有する第２部材を、前記第２成膜領域を囲むように、前記第１開口部に嵌める工程と、
    前記光電変換膜上に、透明導電膜を形成する工程と、
    前記第１部材および前記第２部材を取り外す工程と、
    を含む、積層型固体撮像素子の製造方法。

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