JPH08288486A - 固体撮像装置 - Google Patents

固体撮像装置

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JPH08288486A
JPH08288486A JP7111054A JP11105495A JPH08288486A JP H08288486 A JPH08288486 A JP H08288486A JP 7111054 A JP7111054 A JP 7111054A JP 11105495 A JP11105495 A JP 11105495A JP H08288486 A JPH08288486 A JP H08288486A
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electronic cooling
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英二 松山
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 固体撮像素子を冷却する電子冷却素子の消費
電力を低減化できるようにする。 【構成】 固体撮像素子1の表面を覆う金属遮光膜4の
端部に設けられたコンタクト部5を金属ワイヤ2を介し
て電子冷却素子に接続する。 【効果】 固体撮像素子1の発熱体は基板の表面にある
ため、従来のように半導体基板の裏面を電子冷却素子に
より冷却する方式と比較して冷却効率が高くなり電子冷
却素子の消費電力を少なくすることが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電荷結合素子(CC
D)などを用いた固体撮像装置に関し、特に固体撮像素
子の温度上昇を抑制して画質の改善を図った固体撮像装
置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、固体撮像素子では、プロセス技術
の発達により、また一方で高解像度のニーズに応えるた
めに高画素化が進んでいる。画素数が増えたことによ
り、動作周波数が上がり、それにつれて、素子部の発熱
量が増加しシリコン基板上に固体撮像素子を形成したチ
ップ表面の温度が上がる。
【0003】その結果、その発熱の影響が無視できない
ようになってきており、とりわけ、温度上昇に伴い、特
定の画素の暗電流が突出して増加し、暗状態で前記の特
定の画素部が白く見え、そのコントラストが温度上昇に
依存して増加する欠陥が顕著になる。この欠陥は、暗電
流が10度で約2倍に増加するため、画質を著しく劣化
させる。
【0004】また、暗電流の増加はダイナミックレンジ
を狭める原因にもなっている。実際の固体撮像素子自体
の自己発熱は、0.3から0.5W程度あり、これに伴
って周囲温度に対して20度前後の温度上昇が生じ、そ
の結果、画像情報のS/Nの低下、ダイナミックレンジ
の劣化を招いていた。
【0005】その解決策として、電子冷却素子等を用い
てチップを冷却する方法がある。チップの温度を下げる
と、暗電流ならびに熱雑音を減らすことが可能となる。
図3(a)は、この種冷却手段を備えた従来の固体撮像
装置の平面図であり、図3(b)は、図3(a)のC−
D線の断面図である。従来技術では、図3に示されるよ
うに、電子冷却素子3の冷却側の電極3a上に金属板1
3を介して固体撮像素子1をその受光領域14を上にし
て搭載し、電子冷却素子の放熱側の電極3bを放熱板1
5に接触させていた。この構成により、固体撮像素子自
体が発生する熱を電子冷却素子3に吸収させる一方、電
子冷却素子の発生する熱は、放熱板15に放出して、チ
ップの温度上昇を防ぐ。なお、この種の冷却手段を備え
た固体撮像装置は、例えば特開平4−123462号公
報等により公知となっている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の固体撮像装置では、チップの裏面からの冷却である
ため、チップ表面の発熱源の温度上昇を抑えるために
は、チップ全体を冷却しなければならない。すなわち、
厚さ400〜700μmにおよぶシリコン基板の裏面か
ら加えた冷却熱がシリコンの熱伝導による効率でシリコ
ン基板全体を冷却しながら、チップの表面まで到達し
て、表面に形成された固体電子素子の発熱部を冷却する
ものである。
【0007】そのため、冷却しなければならない全体の
熱容量が増加するので、素子の発熱部の温度上昇を抑え
るための電子冷却素子が大規模化しまたその消費電力が
増加する。また、シリコンの熱伝導率が金属にくらべ小
さいため、チップ全体の冷却が飽和に達するまでに時間
がかかるという欠点があった。
【0008】本発明は、上記課題を解決するものであっ
て、固体撮像素子の温度上昇を低消費電力、短時間で抑
制し、良好な画質を得ることのできる固体撮像装置を提
供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明によれば、固体撮像素子の表面に形成された
金属遮光膜が電子冷却素子により直接的に冷却されてい
ることを特徴とする固体撮像装置、が提供される。すな
わち、より具体的には、固体撮像素子の表面に形成され
た金属遮光膜が電子冷却素子の電極または電子冷却素子
が設けられた金属基板に接続されていることを特徴とす
る固体撮像装置、が提供される。
【0010】
【作用】本発明は、上記の構成により、熱伝導率が大き
い金属遮光膜が冷却され、そしてこの金属遮光膜に近接
して、転送電極などの配線や半導体活性層が存在してい
るために、発熱体を効果的にかつ短時間で冷却すること
ができるようになる。その結果、低消費電力で固体撮像
素子の温度上昇を抑制することができるようになり、ダ
イナミックレンジが広く、良好な画質の固体撮像装置を
小規模の冷却手段により実現することが可能になる。
【0011】
【実施例】次に、本発明の実施例について、図面を参照
して説明する。図1(a)は、本発明の第1の実施例を
示す平面図であり、図1(b)はそのA−B線の断面図
である。図1(a)に示されるように、固体撮像素子1
の表面には、受光開口部6を有する金属遮光膜4が形成
されており、金属遮光膜4の端部2個所にはそれぞれコ
ンタクト部5が形成されている。このコンタクト部5は
金属ワイヤ2を介して電子冷却素子(図示なし)の冷却
側の電極に接続されている。
【0012】図1(b)に示されるように、金属遮光膜
4に開設された受光開口部6の下には、光電変換領域と
なるn型半導体領域9aが形成されており、このn型半
導体領域9aに隣接して、この光電変換領域で生成され
た信号電荷を転送するためのn型半導体領域9bが形成
されている。これらの2種のn型半導体領域9a、9b
は、両者の間を結合するための領域(電荷読み出し領
域)を除いて素子分離用のp+ 型半導体領域10により
囲まれている。また、光電変換領域であるn型半導体領
域9a上は、この領域を埋め込み型とするためにp+
半導体領域10により覆われている。
【0013】これら各半導体領域は、n型シリコン基板
12上に形成されたp型半導体領域11の表面領域内に
形成されている。半導体基板上には、シリコン酸化膜8
に囲まれて第1の転送電極7aと第2の転送電極7bが
形成されている。これらの転送電極により、n型半導体
領域9aにて生成された信号電荷は、電荷転送領域であ
るn型半導体領域9bに読み出された後、この領域を紙
面の垂直方向に転送される。
【0014】上記のように構成された固体撮像装置にお
いて、電子冷却素子を冷却すると、金属ワイヤ2は金属
の熱伝導によって冷却される。金属ワイヤ2の冷却によ
り、金属遮光膜4はコンタクト部5から徐々に冷却さ
れ、金属中の自由電子により冷却熱が金属遮光膜4全体
に伝播し、均一温度に飽和冷却される。
【0015】そして、均一温度に冷却された金属遮光膜
4からの冷却熱が、シリコン酸化膜8を介して、第1、
第2の転送電極および拡散層へ伝わり、これらの転送電
極および光電変換領域、電荷転送領域などの半導体領域
を冷却する。而して、図1(b)に示されるように、半
導体基板裏面から基板表面までの距離は400〜700
μm程度あるのに対し、金属遮光膜4から転送電極7
a、7bまでの距離は1μm程度であり、基板表面の拡
散層までの距離は2μm程度である。よって、本実施例
では従来例に比べ、熱抵抗が小さく、冷却効果が高くな
り、格段に低い消費電力により温度上昇を抑えることが
可能になる。また、冷却手段の小規模化も可能になる。
【0016】図2は、本発明の第2の実施例を示す斜視
図である。同図に示されるように、本実施例において
は、固体撮像素子1上の金属遮光膜と、電子冷却素子3
の冷却側電極との間がそれぞれ3本ずつの金属ワイヤ2
により接続されている。このように電子冷却素子と金属
遮光膜間を接続する金属ワイヤの本数を増やしたことに
より、電子冷却素子−金属遮光膜間の熱抵抗が第1の実
施例の場合よりも低くなり、より効率的な冷却を行うこ
とが可能になる。
【0017】図3は、本発明の第3の実施例を示す斜視
図である。同図に示されるように、本実施例において
は、固体撮像素子1上の金属遮光膜の両側に、電子冷却
素子3の冷却側電極が直接接続されている。このように
構成したことにより、電子冷却素子−金属遮光膜間の熱
抵抗がさらに低くなり、一層効率的な冷却を行うことが
可能になる。
【0018】以上の実施例では、電子冷却素子の冷却側
電極に金属ワイヤを接続したりあるいはこの電極を金属
遮光膜に直接接続したりしていたが、これに代えて、金
属基板上に絶縁膜を介して複数の冷却側電極を形成しそ
の上に冷却素子を設けたものを作製し、この金属基板の
裏面をワイヤを介するなどして金属遮光膜に接続するよ
うにしてもよい。また、上記の実施例と、従来例とを組
み合わせて、他の電子冷却素子上に固体撮像素子を搭載
するようにしてもよい。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の固体撮像
装置は、固体撮像素子の表面に設けられた金属遮光膜を
直接的に電子冷却素子により冷却するものであるので、
発熱体までの距離を従来方式に比較して格段に近付ける
ことができ、短時間で効率よく冷却することが可能にな
る。したがって、本発明によれば、低消費電力で小規模
な冷却手段により、固体撮像素子の温度上昇を抑制する
ことが可能になり、良好な撮像品質の固体撮像装置を実
現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施例を示す平面図とそのA
−B線の断面図。
【図2】 本発明の第2の実施例を示す斜視図。
【図3】 本発明の第3の実施例を示す斜視図。
【図4】 従来例の平面図とそのC−D線の断面図。
【符号の説明】
1 固体撮像素子 2 金属ワイヤ 3 電子冷却素子 4 金属遮光膜 5 コンタクト部 6 受光開口部 7a 第1の転送電極 7b 第2の転送電極 8 シリコン酸化膜 9a n型半導体領域(光電変換領域) 9b n型半導体領域(電荷転送領域) 10 p+ 型半導体領域 11 p型半導体領域 12 n型シリコン基板 13 金属板 14 受光領域 15 放熱板

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 固体撮像素子の表面に形成された金属遮
    光膜が電子冷却素子により直接的に冷却されていること
    を特徴とする固体撮像装置。
  2. 【請求項2】 前記金属遮光膜が前記電子冷却素子の電
    極または前記電子冷却素子が設けられた金属基板に接続
    されていることを特徴とする請求項1記載の固体撮像装
    置。
  3. 【請求項3】 前記金属遮光膜が金属ワイヤを介して前
    記電子冷却素子の電極または前記電子冷却素子が設けら
    れた金属基板に接続されていることを特徴とする請求項
    1記載の固体撮像装置。
  4. 【請求項4】 前記固体撮像素子が他の電子冷却素子上
    に搭載されていることを特徴とする請求項1記載の固体
    撮像装置。
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