JP3129389B2 - 半導体チップおよびチップ結線装置およびチップ切り出し装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ファクシミリ、イ
メージスキャナなどに使用される記録媒体上の画像情報
を光学的に読み取るイメージセンサに関し、特に記録媒
体からの反射光を受光する半導体チップ、およびこのチ
ップを取り扱う各種装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ファクシミリ、イメージスキャナなどに
は、文字や絵が記載された原稿からその記録内容を読み
取るために、イメージセンサが設けられている。図１２
には、代表的なイメージセンサの概略断面図が示されて
いる。ＬＥＤアレイ１００からの光は、ガラス板１０２
とローラ１０４に挟持される記録媒体１０６の表面に照
射される。照射された光は、記録媒体１０６の表面で反
射されるが、このとき記録媒体１０６の記録内容によっ
て、その反射率が異なる。すなわち、記録内容が黒であ
れば反射光は弱くなり、白であれば反射光は強くなる。
この反射光は、ロッドレンズアレイ１０８により、セン
サチップ１１０に設けられた光電変換素子上に集束され
る。

【０００３】図１３には、センサチップ１１０の詳細が
示されている。センサチップ１１０は、長方形に切り出
された半導体チップの長辺の一辺に沿って、複数の略正
方形の光電変換素子１１２が等間隔で設けられている。
このセンサチップ１１０の寸法は０．４×８ｍｍであ
り、厚さは０．３５ｍｍとなっている。また、もう一方
の長辺に沿っては、当該センサチップを外部機器と接続
するためのボンディングパッド１１４が設けられてい
る。このボンディングパッド１１４の各々は、略正方形
であり、等間隔で配置されている。この光電変換素子１
１２とボンディングパッド１１４の間に走査回路が設け
られた回路領域１１６が存在する。この回路は、センサ
チップを形成する半導体に集積回路として形成されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述のファクシミリや
イメージスキャナなどのいわゆるＯＡ機器は、その小型
化が常に望まれており、したがってその構成部材の一つ
であるセンサチップにも、小型化の要請がある。しかし
ながら、センサチップには前述のように、走査回路が集
積回路として設けられており、この領域の面積を小さく
することは、より高度な集積技術を要し、センサチップ
の価格の上昇を招くという問題があった。したがって、
回路領域の面積を小さくせずにセンサチップを小型化可
能な技術が待望されていた。

【０００５】本発明は前述の問題点を解決するためにな
されたものであり、センサチップである半導体チップを
小型化し、これが搭載されるイメージセンサを小型化・
低価格化することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
めに、本発明にかかる半導体チップは、略直線状に配置
された複数個の光電変換素子と、前記光電変換素子の出
力を走査して取り出す走査回路とが形成された半導体チ
ップであって、前記走査回路の少なくとも一部が、前記
光電変換素子の間に形成されていることを特徴とする。

【０００７】この構成によれば、回路領域の面積を減少
させずにセンサチップの小型化、特に短辺の長さを短縮
することができる。また、センサチップが小型化すれ
ば、使用される半導体ウエハが少なくなり、低価格化に
繋がる。

【０００８】さらに、前記光電変換素子を、その配列方
向の長さが、これに直交する方向の長さの約１／２であ
る長方形形状とすることもできる。これによって、光電
変換素子の面積を確保しつつ、回路領域を光電変換素子
間に配置することができ、十分な受光感度を得ることが
できる。

【０００９】さらに、前記光電変換素子を、略Ｔ字形状
とすることもできる。この形状によっても長方形とした
場合とほぼ同様の効果を得ることができる。すなわち、
光電変換素子の面積を確保しつつチップの小型化を図る
ことができる。

【００１０】さらに、前記半導体チップは、当該半導体
チップと外部装置を接続するための複数のボンディング
パッドを有し、当該ボンディングパッドは、前記光電変
換素子の配列方向の長さが、これと直交する方向の長さ
より長い略長方形とすることもできる。これによって、
さらにセンサチップ短辺の長さを短縮することができ、
センサチップの小型化、低価格化を達成することができ
る。

【００１１】また、本発明にかかる半導体チップ結線装
置は、前記導線として、外径２３μｍの導線を用い、先
端部にボールが形成された前記導線を前記ボンディング
パッド上に供給するキャピラリを有し、当該キャピラリ
は、先端部の内周が略円錐形状の空間に形成され、その
下端部の内径が５０μｍ以下、傾斜面同士のなす角度が
９０°以下である。このキャピラリ寸法によって、ボン
ディングパッドが小型化された場合に使用される細い導
線（外径２３μｍ）にも対応が可能となる。

【００１２】さらに、前記の半導体チップを、当該チッ
プ表面を保護膜で覆い、当該保護膜は、チップ外周付近
の厚さが、中心付近の厚さより厚く形成されているもの
とすることができる。外周付近の保護膜が厚く形成され
ているので、半導体ウエハからチップを切り出す際、周
辺部の欠けを防止することができる。

【００１３】また、前記の半導体チップの表面を保護膜
で覆い、さらにチップ外周付近には炭化シリコン被膜を
形成することもできる。この場合も、チップを切り出す
際に、周辺の欠けを防止することができる。

【００１４】また、前記のチップ外周付近の厚さが厚い
保護膜を形成した半導体チップまたは外周付近に炭化シ
リコン被膜が形成された半導体チップを半導体ウエハか
ら切り出すチップ切り出し装置は、切り出し用の刃物の
刃厚が３０μｍ以下であることを特徴とする。これによ
って、半導体ウエハからチップを切り出す際の切り代を
４５μｍ程度とすることができ、従来の６５μｍに比し
て約２０μｍ小さくすることができる。

【００１５】また、前述のチップを移送するチップ移送
装置は、テーブル上を滑らせて移送するチップ移送装置
であって、前記テーブル表面に複数の吸引孔と、前記吸
引孔から空気を吸い込む吸引ポンプを有し、前記半導体
チップをテーブル上に吸い付けるようにしつつ移送する
ものである。この構成によれば、移送する際のチップ高
さに対しての底面が小さい場合においても、移送中にチ
ップが倒れることを防止することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる半導体チッ
プおよびこれの製造に関する装置の好適な実施の形態を
図面に従って説明する。

【００１７】実施の形態１ 図１には、本発明にかかる好適な実施形態である半導体
チップ１０の構成が示されている。半導体チップ１０
は、図示するように略長方形の外形を有し、そのひとつ
の長辺に沿って光電変換素子１２が配列されている。こ
の光電変換素子１２は一辺６２．５μｍの正方形であ
る。また、もう一方の長辺に沿って、この半導体チップ
１０の出力を外部に取り出すためのボンディングパッド
１４が配置されている。このワイヤボンディングパッド
１４は一辺が７０μｍの正方形である。そして、光電変
換素子１２とボンディングパッド１４の間に走査回路が
設けられた回路領域１６が設けられている。本実施形態
に特徴的なことは、この回路領域１６が、光電変換素子
１２の間に延びている延長領域１６ａを有していること
である。この延長領域１６ａを有していることにより、
回路領域１６の面積を確保しつつ、半導体チップ１０の
短辺の寸法を短縮することができる。

【００１８】図２には、前記回路領域１６に形成される
回路の回路図が示されている。記録媒体からの反射光に
よって、光電変換素子１２に発生した電流が出力スイッ
チ１８のオンオフによって、出力信号端子ＳＩＧに出力
される。この出力信号は、光電変換素子１２が受光した
光の強度に対応した値となっている。したがって、本半
導体チップ１０をイメージセンサに用いれば、記録媒体
上の記録内容の濃淡に応じて反射光の強度が変化し、こ
れに応じて出力信号の値が変化する。

【００１９】図示するように半導体チップ１０には、ｎ
個の光電変換素子１２が設けられており、さらにこれら
の出力を制御するために、各々ｎ個のフリップフロップ
２０やアンドゲート素子２２などの回路素子が設けられ
ている。これらの素子に関しては、特に個々の素子ごと
に区別して説明する必要がある場合のみ、添字-1,-2,
…,-n を付して説明する。複数の光電変換素子１２から
順次光電流を検出するために、まずスタート端子ＳＩよ
りスタート信号が図中最左端のフリップフロップ２０-1
に入力する。これと同期してフリップフロップ２０-1に
は、クロック端子ＣＬＫよりクロック信号が入力する。
そして、クロック信号が「Ｈ」から「Ｌ」となった時点
で、フリップフロップ２０-1の出力Ｑ₁ が「Ｈ」とな
る。したがって、アンドゲート２２-1の一方の入力が
「Ｈ」となる。一方、クロック信号はインバータ２４を
介して前記のアンドゲート２２-1のもう一方の端子に入
力しており、よってクロック信号が「Ｌ」のときにアン
ドゲート２２-1の出力が「Ｈ」となる。このアンドゲー
ト２２-1の出力によって、出力スイッチ１８-1が接続状
態となり、光電変換素子１２-1からの光電流が、出力信
号ラインＬ₁ を通って出力信号端子ＳＩＧに流れる。そ
して、クロック信号が「Ｈ」になると、アンドゲート２
２-1の出力が「Ｌ」となり出力スイッチ１８-1が切断状
態となる。このとき、インバータ２４とインバータ２６
を介したクロック信号によって短絡スイッチ２８-1,-2,
…,-n が接続状態となり、出力信号ラインＬ₁ と接地ラ
インＬ₂ が短絡して、出力信号端子ＳＩＧがリセット状
態となる。

【００２０】フリップフロップ２０-1の出力Ｑ₁ は、ア
ンドゲート２２-1に入力する一方、次段のフリップフロ
ップ２０-2に入力する。この入力（Ｑ₁ ）が「Ｈ」から
「Ｌ」になると、フリップフロップ２０-2の出力Ｑ₂ が
「Ｈ」となる。この出力Ｑ₂と反転されたクロック信号
によって、アンドゲート２２-2および出力スイッチ１８
-2が作動して光電変換素子１２-2からの光電流が出力信
号端子ＳＩＧに流れる。一方、フリップフロップ２０-2
の出力Ｑ₂ と同時に出力される反転出力Ｒ₂ は、インバ
ータ３０-1を介してＦＥＴ３２-1を接続状態とし、前段
の光電変換素子１２-1に残留した電荷を接地ラインＬ₂
に流して、この光電変換素子１２-1に電荷が全く残って
いない状態とする。以上の動作を繰り返して、光電変換
素子１２-nまでの出力が順次取り出される。

【００２１】ところで、光電変換素子の出力は、その面
積にほぼ比例して増加する。図３には、これを示すグラ
フが示されており、露光量と出力電圧の関係が、光電変
換素子の面積に対応して示されている。なお、前記出力
電圧は図４に示す回路の出力電圧であり、また光電変換
素子の面積が６２．５×６２．５μｍの場合がグラフ
Ａ、６２．５×１１０μｍの場合がグラフＢ、１１０×
１１０μｍの場合がグラフＣに示されている。したがっ
て、より多くの出力が必要であれば、図１に示す光電変
換素子１２の面積を大きくすればよいことが分かる。

【００２２】実施形態２ 図５には、図１に示した実施形態に対して光電変換素子
の面積を増大させた半導体チップ４０が示されている。
半導体チップ４０は、図示するように略長方形の外形を
有し、そのひとつの長辺に沿って光電変換素子４２が配
列されている。この光電変換素子４２は短辺６２．５μ
ｍ、長辺が１１０μｍの長方形である。また、もう一方
の長辺に沿って、この半導体チップ４０の出力を外部に
取り出すためのボンディングパッド４４が配置されてい
る。このワイヤボンディングパッド４４は一辺が７０μ
ｍの正方形である。そして、光電変換素子４２とボンデ
ィングパッド４４の間に走査回路が設けられた回路領域
４６が設けられている。本実施形態に特徴的なことは、
この回路領域４６が、光電変換素子４２の間に延びてい
る延長領域４６ａを有していることである。延長領域４
６ａを有していることにより、回路領域４６の面積を確
保しつつ、半導体チップ４０の短辺の寸法を短縮するこ
とができる。さらに、もうひとつの特徴は、光電変換素
子４２の面積が増加していることであり、これによって
出力信号端子ＳＩＧの出力値を実施形態１に比して増大
させることができる。

【００２３】実施形態３ 図６には、本発明にかかる半導体チップのさらに他の実
施形態が示されている。半導体チップ５０は、図示する
ように略長方形の外形を有し、そのひとつの長辺に沿っ
て光電変換素子５２が配列されている。この光電変換素
子５２は図示するように、略Ｔ字型の形状である。ま
た、もう一方の長辺に沿って、この半導体チップ４０の
出力を外部に取り出すためのボンディングパッド５４が
配置されている。このワイヤボンディングパッド５４は
一辺が７０μｍの正方形である。そして、光電変換素子
５２とボンディングパッド５４の間に走査回路が設けら
れた回路領域５６が設けられている。本実施形態に特徴
的なことは、この回路領域５６が、光電変換素子５２の
間に延びている延長領域５６ａを有していることであ
る。また、この延長領域５６ａを設け、かつ光電変換素
子の面積を確保するために、前述のように、光電変換素
子５２を略Ｔ字型としている。この延長領域５６ａを有
していることにより、回路領域５６の面積を確保しつ
つ、半導体チップ５０の短辺の寸法を短縮することがで
きる。

【００２４】実施形態４ 図７には、本発明にかかる半導体チップのさらに他の実
施形態が示されている。半導体チップ６０は、図示する
ように略長方形の外形を有し、そのひとつの長辺に沿っ
て光電変換素子６２が配列されている。この光電変換素
子６２は、図５に示した実施形態の光電変換素子４２と
同等の形状となっている。また、もう一方の長辺に沿っ
て、この半導体チップ６０の出力を外部に取り出すため
のボンディングパッド６４が配置されている。このワイ
ヤボンディングパッド６４は短辺７０μｍ未満、長辺７
０μｍ以上の長方形である。そして、光電変換素子５２
とボンディングパッド５４の間に走査回路が設けられた
回路領域６６が設けられている。回路領域６６が、光電
変換素子６２の間に延びている延長領域６６ａを有して
いることによって、光電変換素子の面積を確保しつつ、
半導体チップ６０の短辺の寸法を短縮することができ
る。さらに、本実施形態においては、ボンディングパッ
ド６４も横長の長方形に形成されており、これによって
も半導体チップ６０の短辺の寸法を短縮している。

【００２５】実施形態５ 図８に示すようなボンディングパッド６４の形状に対応
して、外部装置との接続用の導線の外径を適正化する必
要がある。導線径はボンディングパッドの短辺の寸法と
関係が深く、短辺が短い場合は導線径をより小さくする
必要がある。導線は通常、直径２５μｍの金ワイヤが用
いられるが、この場合接続した際のボンディングパッド
上のボール径が６５〜８５μｍとなる。一例として、ボ
ンディングパッドの短辺を６０μｍ、長辺を８０μｍと
したときには、金ワイヤのボールが大きくボンディング
パッドをはみ出してしまう。そこで、ボール径を小さく
するために、本実施形態においては金ワイヤの直径を２
３μｍとしている。この場合、ボール径は６０〜８０μ
ｍとなる。このボール径の値は、ボンディングパッドの
短辺のより長いが、金ワイヤの径をこれ以上細くする
と、接続時の金ワイヤのだれが発生し、これが新たな問
題となる。本実施形態においては、これらの問題のバラ
ンスを取って、前記のように２３μｍの金ワイヤを採用
している。

【００２６】このように細い導線の場合、パッド上に導
線（金ワイヤ）を導くキャピラリの形状も適正化する必
要がある。また、前記のボール径を小さくするために
も、キャピラリの形状の適正化を図る必要がある。ボー
ル径を小さくするためには、キャピラリの径もこれに応
じて小さくする必要があり、また内径角も小さくする必
要がある。上記のボンディングパッドおよび導線に適切
なキャピラリとして、本実施形態においては、８０μｍ
のボンディングパッドに対し内径７０〜８０μｍのキャ
ピラリを、図８に示すように、キャピラリ６８の内径ｄ
を５０μｍ、内径角θを９０°としている。このキャピ
ラリ６８を用いることにより、安定した導線接続が可能
となる。

【００２７】実施形態６ 以上の実施形態の半導体チップは、図９に示すような半
導体ウエハ７０を切断して得ている。この切断線が図中
格子状に示されるスクライブ切り代７２である。このス
クライブ切り代７２は、切断工具の刃の幅で定まる所定
の幅（切り代）を持っており、通常５５μｍである。こ
の幅を小さくすれば、一枚のウエハからより多くのチッ
プを得ることができることが分かる。本実施形態では、
切断工具の刃厚を２５〜３０μｍとすることで、スクラ
イブ切り代を４５μｍとしている。

【００２８】実施形態７ また、半導体チップを切り出す際には、チップの角や辺
で欠けやクラックが発生することがある。通常、半導体
エウハの表面は、この欠けなどを防止するために、ポリ
シリコンなどの保護膜が全面に設けられている。本実施
形態においては、この保護膜を、半導体チップ７４の外
周付近となる部分において、より厚くし、保護膜の厚い
部分７６を形成している。これによって、チップ外周部
分７６で保護膜の強度を増大させ、チップの欠けなどを
防止している。

【００２９】実施形態８ 前述のようにチップ外周部分の保護膜を厚くするのに代
えて、この部分に炭化シリコンなどのさらに硬い材料を
用いることも可能である。

【００３０】実施形態９ 図１１には、半導体チップを移動させるときに、当該チ
ップの転倒を防止するチップ移動装置の好適な実施形態
が示されている。半導体チップ８０は、図中破線の位置
からプッシャ８２によって左方向に、移送テーブル８４
上をダイコレット８６の下方位置まで移送される。移送
テーブル８４には複数の吸引孔８８が設けられ、吸引ポ
ンプ９０によって、この吸引孔８８から移送テーブル８
４の上面の空気が吸引される。半導体チップ８０の底面
は、この吸引作用によって移送テーブル８４に吸引さ
れ、これによって、半導体チップ８０の転倒が防止され
る。そして、ダイコレット８６に吸引、吸着されて移送
される。

【００３１】

【発明の効果】以上のように、本発明の半導体チップに
よれば、光電変換素子の間に走査回路を設けたことによ
り、半導体チップの短辺の寸法を短縮できる。

【００３２】また、請求項２に記載の発明によれば、半
導体チップの外形を小型化しつつ光電変換素子の面積の
確保をすることができる。

【００３３】また、請求項３に記載の発明によれば、半
導体チップの外形を小型化しつつ光電変換素子の面積を
確保することができる。

【００３４】また、請求項４に記載の発明によれば、ボ
ンディングパッドの形状を長方形にするとによって、よ
りチップ短辺の寸法をさらに短縮することができる。

【００３５】さらに、請求項５に記載の半導体チップ結
線装置においては、外形２３μｍの導線に対応してキャ
ピラリが内径５０μｍ以下、内径角９０°となってお
り、これによってより確実性の高い接続が可能となる。

【００３６】また、請求項６または７の発明によれば、
半導体チップの外周付近の保護膜の強度を上げることに
より、この部分での欠けなどの発生を抑制している。

【００３７】また、請求項８のように、半導体ウエハか
ら切り出す場合は、刃厚３０μｍ以下であることによっ
て、切り代を狭くすることができ、１枚のウエハより、
より多くの半導体チップを切り出すことができる。

【００３８】

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明にかかる半導体チップの好適な実施形
態を示す図である。

【図２】 本実施形態の半導体チップに形成された走査
回路の回路図である。

【図３】 本実施形態の半導体チップの露光量と出力電
圧の関係を示す図である。

【図４】 図３の出力電圧を測定する回路の回路図であ
る。

【図５】 本発明にかかる半導体チップの他の実施形態
を示す図である。

【図６】 本発明にかかる半導体チップのさらに他の実
施形態を示す図である。

【図７】 本発明にかかる半導体チップのさらに他の実
施形態を示す図である。

【図８】 図７に示す半導体チップのボンディングに使
用するに好適なキャピラリの断面を示す図である。

【図９】 半導体チップを切り出す半導体ウエハを示す
図である。

【図１０】 本発明にかかる半導体ウエハチップの好適
な実施形態を示す図である。

【図１１】 本発明にかかる半導体チップ移送装置の好
適な実施形態を示す図である。

【図１２】 一般的なイメージセンサの構成を示す図で
ある。

【図１３】 従来のイメージセンサに用いられている受
光用半導体チップの構成を示す図である。

【符号の説明】

１０，４０，５０，６０ 半導体チップ、１２，４２，
５２，６２ 光電変換素子、１４，４４，５４，６４
ボンディングパッド、１６，４６，５６，６６回路領
域、６８ キャピラリ、７０ 半導体ウエハ、７２ ス
クライブ切り代、７６ 保護膜の厚い部分、８０ 半導
体チップ、８２ プッシャ、８４ 移送テーブル、８６
ダイコレット、８８ 吸引孔、９０ 吸引ポンプ。

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 略直線状に配置された複数個の光電変換
   素子と、前記光電変換素子の出力を走査して取り出す走
   査回路とが形成された半導体チップであって、前記走査
   回路の少なくとも一部が、前記光電変換素子の間に形成
   されていることを特徴とする半導体チップ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の半導体チップにおい
   て、前記光電変換素子を、その配列方向の長さが、これ
   に直交する方向の長さの約１／２である長方形形状とし
   たことを特徴とする半導体チップ。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の半導体チップにおい
   て、前記光電変換素子を、略Ｔ字形状としたことを特徴
   とする半導体チップ。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかに記載の半
   導体チップにおいて、当該半導体チップと外部装置を接
   続するための複数のボンディングパッドを有し、当該ボ
   ンディングパッドは、前記光電変換素子の配列方向の長
   さが、これと直交する方向の長さより長い略長方形であ
   ることを特徴とする半導体チップ。
5. 【請求項５】 請求項４記載の半導体チップと外部装置
   とを接続するために、当該半導体チップのボンディング
   パッドに導線を接続する結線装置であって、前記導線と
   して、外径２３μｍの導線を用い、先端部にボールが形
   成された前記導線を前記ボンディングパッド上に供給す
   るキャピラリを有し、当該キャピラリは、先端部の内周
   が略円錐形状の空間に形成され、その下端部の内径が５
   ０μｍ以下、傾斜面同士のなす角度が９０°以下である
   ことを特徴とする半導体チップ結線装置。
6. 【請求項６】 請求項１ないし４のいずれかに記載の半
   導体チップにおいて、当該チップ表面を保護膜で覆い、
   当該保護膜は、チップ外周付近の厚さが、中心付近の厚
   さより厚く形成されていることを特徴とする半導体チッ
   プ。
7. 【請求項７】 請求項１ないし４のいずれかに記載の半
   導体チップにおいて、当該チップ表面を保護膜で覆い、
   さらにチップ外周付近には炭化シリコン被膜が形成され
   ていることを特徴とする半導体チップ。
8. 【請求項８】 請求項６または請求項７記載の半導体チ
   ップを半導体ウエハから切り出すチップ切り出し装置に
   おいて、切り出し用の刃物の刃厚が３０μｍ以下である
   ことを特徴とするチップ切り出し装置。