JPH1155574A

JPH1155574A - 撮像装置

Info

Publication number: JPH1155574A
Application number: JP9204982A
Authority: JP
Inventors: Masashi Asaumi; 政司浅海; Sumio Terakawa; 澄雄寺川; Yoshikazu Sano; 義和佐野; Yoshikazu Chatani; 吉和茶谷
Original assignee: Matsushita Electronics Corp
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-07-30
Filing date: 1997-07-30
Publication date: 1999-02-26

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の撮像装置は、配線幅が太く、基板の小
型化が難しい、配線層の数が多く、高速駆動、安定駆動
が難しい。【解決手段】半導体基板上に半導体チップを装着し、
複数層の金属を用いて配線する。その配線において、ア
ナログ信号を転送する金属層と、ディジタル信号を転送
する金属層とを異なるようにする、交流信号線を最上層
の金属層で形成する、同一の配線を複数の金属層で形成
して並列接続する、金属層の下に導電体層を備えて受動
素子を形成する、高速駆動パルスを伝達する配線を単一
の金属層で形成する、信号線をより上層の金属層で覆
い、この金属層の電位を固定とすることにより小型化、
高Ｓ／Ｎ化を実現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電荷結合素子
（以下ＣＣＤ）に代表される固体撮像素子を用いた撮像
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＣＣＤに代表される固体撮像装置は、そ
の低雑音特性等の優位性により近年実用化が著しい。以
下、図面を参照しながら従来の撮像装置について説明す
る。

【０００３】図９は従来の撮像装置の構成を模式的に示
したものである。１はガラスエポキシなどによるプリン
ト基板、２は固体撮像装置、３は駆動装置である。固体
撮像装置２と駆動装置３はそれぞれパッケージングさ
れ、配線用にリード端子４が設けられている。５，６は
金属膜による配線であり、７は外部回路と接続するため
のリード端子である。

【０００４】図９において、基板１は複数の基板から構
成されており、第１層の基板上に金属による配線５が形
成され、第２の基板上に金属による配線６が形成されて
いる。この基板１上に固体撮像装置２と駆動装置３とが
接着されている。金属配線５，６はこれらの装置間の接
続及びリード端子７への接続を行うもので、メッキされ
た金属層をエッチングにより配線パターン形成する工法
がとられ、その配線幅及び配線間隔はそれぞれ数百μｍ
ある。従って、従来のガラスエポキシ製プリント基板工
法では配線領域として大きな面積を必要とする。また、
小面積でレイアウトしようとすると２層の配線では難し
く、さらに多層化の必要が生じ、コスト増を招く。ま
た、金属線幅が広いことに起因して浮遊容量が大きくな
り、撮像装置の高速駆動、安定駆動が難しくなる。ま
た、Ｓ／Ｎの劣化、不要輻射の増加などを招く。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたような従来
のガラスエポキシ製プリント基板を用いた撮像装置の構
成では、以下のような欠点があった。

【０００６】従来の撮像装置は、配線幅が太く、基板の
小型化が難しい。従来の撮像装置は、配線層の数が多く
なる。

【０００７】従来の撮像装置は、リード端子配列設計の
自由度が小さい。従来の撮像装置は、撮像装置の高速駆
動、安定駆動が難しい。

【０００８】従来の撮像装置は、Ｓ／Ｎの劣化、不要輻
射の増加が生じる。本発明の目的は、多層配線ができ、
小型化ができる撮像装置で、しかも安定動作し、高Ｓ／
Ｎで不要輻射の少ない撮像装置を提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記従来の問題点を解決
するために、本発明の撮像装置は、ガラスエポキシ基板
に代わって半導体基板を用い、搭載する半導体装置はベ
アチップを用いる。

【００１０】また、本発明の撮像装置は、アナログ信号
を転送する金属層と、ディジタル信号を転送する金属層
とを異なるようにする。

【００１１】また、本発明の撮像装置は、交流信号線を
最上層の金属層で形成する。また、本発明の撮像装置
は、同一の配線を複数の金属層で形成して並列接続す
る。

【００１２】また、本発明の撮像装置は、金属層の下に
導電体層、拡散層を備えて受動素子や能動素子を形成す
る。

【００１３】また、本発明の撮像装置は、高速駆動パル
スを伝達する配線を単一の金属層で形成する。

【００１４】また、本発明の撮像装置は、信号線をより
上層の金属層で覆い、この金属層の電位を固定とする。

【００１５】また、本発明の撮像装置は、絶縁膜の低誘
電率の膜を用いる。また、本発明の撮像装置は、半導体
装置間配線に接続したパッドを備える。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、固体撮像装置、駆動装置、信号処理装置等を半導体
基板上に装着し、これらをつなぐ配線を前記半導体基板
上で複数の金属層を用いて行うとしたものであり、高密
度に多層配線ができ、撮像装置全体を小型化できるとい
う作用を有する。

【００１７】本発明の請求項２に記載の発明は、請求項
１に記載の撮像装置において、アナログ信号を転送する
配線と、ディジタル信号を転送する配線とを、間に絶縁
膜を挟んだ異なる金属層で形成し、かつ相互に直行する
ようにしたものであり、ディジタル信号がアナログ信号
に及ぼす影響を小さくできるという作用を有する。

【００１８】本発明の請求項３に記載の発明は、請求項
１に記載の撮像装置において、交流信号線を最上層の金
属層で形成したものであり、交流信号の遅延、鈍りを小
さくできるという作用を有する。

【００１９】本発明の請求項４に記載の発明は、請求項
１に記載の撮像装置において、一本の配線を両端を接続
した複数の金属層による配線を用いて形成したものであ
り、配線抵抗を小さくできるという作用を有する。

【００２０】本発明の請求項５に記載の発明は、請求項
１に記載の撮像装置において、金属層の下に導電体層を
備えて受動素子を形成したものであり、撮像装置の小型
化が図れるという作用を有する。

【００２１】本発明の請求項６に記載の発明は、請求項
１に記載の撮像装置において、不純物拡散層金属層の下
に導電体層と不純物拡散層を備えて能動素子を形成した
ものであり、撮像装置の小型化が図れるという作用を有
する。

【００２２】本発明の請求項７に記載の発明は、請求項
１に記載の撮像装置において、高速駆動用パルスを伝達
する配線を単一の金属層で形成したものであり、撮像装
置の安定動作が図れるという作用を有する。

【００２３】本発明の請求項８に記載の発明は、請求項
１に記載の撮像装置において、信号線をより上層の金属
層で覆い、この金属層の電位を固定としたものであり、
撮像装置の安定動作、高Ｓ／Ｎが図れるという作用を有
する。

【００２４】本発明の請求項９に記載の発明は、請求項
１に記載の撮像装置において半導体基板上に形成する絶
縁膜を低誘電膜としたものであり、撮像装置の安定動
作、高Ｓ／Ｎが図れるという作用を有する。

【００２５】本発明の請求項１０に記載の発明は、請求
項１に記載の撮像装置において半導体基板をフローティ
ングとしたものであり、撮像装置の安定動作、高Ｓ／Ｎ
が図れるという作用を有する。

【００２６】本発明の請求項１１に記載の発明は、請求
項１に記載の撮像装置においてパッドを設けたものであ
り、簡便に装置の検査が行えるという作用を有する。

【００２７】以下、本発明の実施の形態について、図面
を用いて説明する。図１は本発明の撮像装置の第１の実
施の形態の構成を模式的に示したものである。１１は半
導体基板、１２は固体撮像装置のチップ、１３は駆動装
置のチップ、１４，１７はパッド、１５，１６はチップ
金属配線である。従来の撮像装置と異なるのは、基板に
半導体基板を用いることと、撮像装置などの半導体装置
がパッケージングされずにチップ状態で装着されている
ことと、半導体装置間の配線を半導体基板上に形成した
金属層で行うことである。

【００２８】図において、半導体基板１１上に金属層に
よる配線１５，１６が形成されている。この基板１１上
に固体撮像装置チップ１２と駆動装置チップ１３が装着
されている。パッド１４とチップ１２，１３とは金属ワ
イヤ（図示せず）により接続されている。配線１５，１
６はチップ１２，１３のパッド間及びパッド１７への配
線を行うものであり、配線１５が第一の金属層、配線１
６が第二の金属層により形成される。パッド１７はパッ
ケージ（図示せず）リード端子と金属ワイヤ（図示せ
ず）により接続される。金属配線１５，１６は半導体集
積回路製作技術を用いて、簡便に複数層の金属層で形成
することができる。従って、配線１５，１６の幅は１μ
ｍ程度まで細くすることができ、配線領域を小面積に、
従って撮像装置を小型化することができる。また、配線
面積の縮小によりカップリング容量が小さくなり、撮像
装置の安定動作、高Ｓ／Ｎ化が図れる。

【００２９】図２に本発明の撮像装置の第２の実施の形
態を示す。（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’
に沿った断面図である。半導体基板２１の上に第一層目
の金属配線２２が形成され、第一層目の金属配線２２と
直交するように第二層目の金属配線２３が形成されてい
る。このとき、たとえば第一層目の金属配線２２をディ
ジタル信号線、第二層目の金属配線２３をアナログ信号
線とする。こうすることにより、配線間の容量カップリ
ングが最小となり、アナログ信号のＳ／Ｎ劣化を最小限
に留めることができる。

【００３０】次に本発明の撮像装置の第３の実施の形態
について説明する。配線に用いる金属層が二層の場合、
構造は第２の実施の形態と同一である。第２の実施の形
態と異なるのは最上層の金属配線２３をＡＣ信号線とし
たことである。こうすることにより、ＡＣ信号線と基板
２１との間の容量を最小とすることができ、ＡＣ信号の
遅延、鈍りを小さくすることができる。

【００３１】図３に本発明の撮像装置の第４の実施の形
態を示す。（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’
に沿った断面図である。図において２１は半導体基板、
２２は第一層目の金属配線、２３は第二層目の金属配
線、２４は第一層目の金属配線２２と第二層目の金属配
線２３と接続するためのコンタクトホールである。図に
おいて、半導体基板２１の上に第一層目の金属配線２２
が形成され、その上に第二層目の金属配線２３が形成さ
れ、両金属配線は配線の端部でコンタクトホール２４を
介して接触している。こうすることにより同一ノードを
第一層目の金属配線２２と第二層目の金属配線２３とで
並列接続したことになり、配線抵抗が半減して、信号波
形の歪み、遅延を抑制することができる。また、同一抵
抗値を金属層単層で形成した場合に比べて微細な配線幅
で形成でき、高密度配線ができ、撮像装置の小型化が可
能になる。

【００３２】図４に本発明の撮像装置の第５の実施の形
態を示す。（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ’
に沿った断面図、（ｃ）は等価回路図である。図におい
て２１は半導体基板、２２は第一層目の金属配線、２３
は第二層目の金属配線、２５は第一層目の導電体層、２
６は第二層目の導電体層、２７，２８は端子、２９は抵
抗、３０は容量である。図において、半導体基板２１の
上にポリシリコンなどによる第一層目の導電体層２５が
形成され、その上に第二層目の導電体層２６が形成さ
れ、その上に第一層目の金属配線２２、さらに第二層目
の金属配線２３が形成されている。第一層目の導電体２
５と第二層目の導電体２６は抵抗２９及び容量３０を形
成している。これらの受動素子は図１に示した半導体チ
ップ１２，１３の下にも形成でき、半導体チップ内に集
積できない大きな値の受動素子を形成できる。従って、
従来はガラスエポキシ基板の外に接続していた部品の一
部を半導体基板２１上に形成でき、部品点数を削減で
き、撮像装置全体を小型化することができる。

【００３３】さらに、半導体基板に不純物拡散層を設
け、導電体層とともに入出力用トランジスタなどを形成
する事によってさらに外部部品点数を下げることがで
き、撮像装置全体を小型化することができる。

【００３４】第６の実施の形態は、第１の実施の形態に
おいて、サンプリング用パルス、リセット用パルスなど
の高速駆動パルスを伝達する配線を単一の金属層で形成
したものである。こうすることによってコンタクト抵抗
の介在を無くして配線抵抗によるパルス遅延を抑制し、
撮像装置の安定動作が図れる。

【００３５】図５に本発明の撮像装置の第７の実施の形
態を示す。（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ’
に沿った断面図である。半導体基板２１の上に第一層目
の金属配線２２が形成され、その上に第二層目の金属配
線２３が第一層目の金属配線２２を覆って形成されてい
る。この構造において、第一層目の金属配線２２を信号
線に用い、第二層目の金属配線２３の電位をグランド電
位など固定の電位とする。これにより信号線をシールド
し、外来ノイズの影響を無くし、撮像装置の安定動作、
Ｓ／Ｎ向上が図れる。

【００３６】図６に本発明の撮像装置の第８の実施の形
態を示す。（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ’
に沿った断面図である。第７の実施の形態と異なるのは
第三層目の金属配線３１を設けたことである。第三層目
の金属配線３１は第二層目の金属配線２３とともに第一
層目の金属配線２２を覆うとともに両金属配線は同電位
となるように結線されている。従って第７の実施の形態
に比べてよりシールド効果を高めることができる。

【００３７】図７に本発明の撮像装置の第９の実施の形
態を示す。（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ’
に沿った断面図である。第８の実施の形態と異なるのは
コンタクトホール２４を設け、第一層目の金属配線２２
と第三層目の金属配線３１を接続したことである。これ
により完全なシールドを実現でき、外来ノイズの遮断、
不要輻射の低減が行えて高Ｓ／Ｎを実現できる。

【００３８】第１０の実施の形態は図１に示した第１の
実施の形態において、半導体基板１１上に形成する絶縁
膜をＳｉＯ₂の比誘電率よりも低誘電率な膜としたもの
であり、浮遊容量を低減することができ、撮像装置の安
定動作、高Ｓ／Ｎが図れる。

【００３９】第１１の実施の形態は図１に示した第１の
実施の形態において、半導体基板１１を電気的にフロー
ティングとしたものである。半導体基板１１に装着する
半導体装置のうち固体撮像装置１２はその基板電位を＋
数Ｖから＋１５Ｖ程度に設定し、さらにいわゆる電子シ
ャッター動作時にはさらに２０Ｖ程度の電圧を重畳させ
る。一方、駆動装置ではその基板電位はグランド電位に
設定するものが多い。このように、装着する半導体装置
によってそれらの基板電位は異なるため、半導体基板１
１の電位を固定すると浮遊容量の増加やその浮遊容量を
通じてノイズの混入が発生する。従って、半導体基板１
１を電気的にフローティングとすることで、浮遊容量の
増大を防ぎ、高Ｓ／Ｎを実現することができる。

【００４０】図８に本発明の撮像装置の第１２の実施の
形態を示す。第１の実施の形態と異なるのは、金属配線
３２，３３とパッド３４，３５とを設けたことである。
金属配線３２，３３は半導体装置間の配線に接続してお
り、本来不要な配線であるが、パッド３４のように撮像
装置外部と接続可能なパッドに接続することで電位測定
や任意の電位、パルスを強制的に与えることで、検査、
解析を簡便に行えるようになる。また、パッド３５のよ
うに半導体装置に接続するためのパッドの近傍に設け、
検査、解析はプローブにより行うこともできる。この場
合、不要な配線を極力短くすることで、外部ノイズなど
の影響を抑えることができる。

【００４１】なお、以上の説明では撮像装置と駆動装置
を半導体基板に装着する場合について説明してきたが、
信号処理装置、入出力装置などを装着した場合も全く同
様である。

【００４２】

【発明の効果】以上の説明のように本発明によれば、固
体撮像装置、駆動装置、信号処理装置等を半導体基板上
に装着し、これらを接続する配線を複数の金属層を用い
て行うことにより、簡便に多層配線ができ、撮像装置全
体を小型化できる。

【００４３】また、アナログ信号を転送する金属層と、
ディジタル信号を転送する金属層とを異なるようにする
ことでディジタル信号がアナログ信号に及ぼす影響を小
さくできる。

【００４４】また、ＡＣ信号線を最上層の金属層で形成
することで、ＡＣ信号の遅延、鈍りを小さくできる。

【００４５】また、同一の配線を複数の金属層で形成し
て並列接続することで、配線抵抗を小さくできる。

【００４６】また、金属層の下に導電体層を備えて受動
素子を形成することで、撮像装置の小型化が図れる。

【００４７】また、高速駆動パルスを伝達する配線を単
一の金属層で形成することによって、撮像装置の安定動
作が図れる。

【００４８】また、半導体基板を電気的にフローティン
グにすることで、高Ｓ／Ｎ化が図れる。

【００４９】また、半導体装置間の配線に接続したパッ
ドを設けることによって、検査解析を簡便に行うことが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による撮像装置の第１の実施の形態を示
す図

【図２】本発明による撮像装置の第２の実施の形態を示
す図

【図３】本発明による撮像装置の第４の実施の形態を示
す図

【図４】本発明による撮像装置の第５の実施の形態を示
す図

【図５】本発明による撮像装置の第７の実施の形態を示
す図

【図６】本発明による撮像装置の第８の実施の形態を示
す図

【図７】本発明による撮像装置の第９の実施の形態を示
す図

【図８】本発明による撮像装置の第１２の実施の形態を
示す図

【図９】従来例の撮像装置の構成を示す図

【符号の説明】

１１，２１半導体基板１２固体撮像装置１３駆動装置あるいは信号処理装置１４，１７，３４，３５パッド１５，１６，３２，３３金属配線２２第一金属配線層２３第二金属配線層２４コンタクトホール２５第一導電体層２６第二導電体層３１第三金属配線層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者茶谷吉和大阪府高槻市幸町１番１号松下電子工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上に形成された絶縁膜と、前
記絶縁膜上に形成された複数の金属層とを備え、前記半
導体基板上に固体撮像装置を含む複数の半導体装置を装
着し、前記半導体基板上の金属層を用いて前記固体撮像
装置を含む複数の半導体装置間の配線及び入出力端子と
の配線を行ったことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】前記半導体基板上の前記複数の金属層を
用いた配線において、アナログ信号を転送する配線と、
ディジタル信号を転送する配線とが、絶縁層を間に挟ん
だ異なる金属層であり、相互に直交する配線として形成
されたことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】前記半導体基板上の前記複数の金属層を
用いた配線において、交流信号線が最上層の金属層で形
成されたことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】前記半導体基板上の配線が、前記複数の
金属層による上下または左右に複数本の同方向の配線と
して形成され、かつ前記複数本の配線の少なくとも両端
が接続されたことを特徴とする請求項１に記載の撮像装
置。
【請求項５】前記半導体基板上に形成された第一の金
属層の下に、単層もしくは複数層の導電体層を備え、前
記導電体層あるいは前記金属層によって受動素子を形成
したことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項６】前記半導体基板上に形成された第一の金
属層の下に、単層もしくは複数層の導電体層と、Ｐ型あ
るいはＮ型あるいは両型の不純物拡散層とを備え、前記
導電体層と前記不純物拡散層とによって能動素子と受動
素子とを形成したことを特徴とする請求項１に記載の撮
像装置。
【請求項７】前記半導体基板上に装着された固体撮像
装置を含む半導体装置の配線において、高周波パルス用
の配線を前記複数の金属層のうちの単一の金属層で形成
したことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項８】前記半導体基板上の前記複数の金属層を
用いた配線において、金属配線をより上層の金属層で覆
い、前記上層の金属層の電位を固定としたことを特徴と
する請求項１に記載の撮像装置。
【請求項９】前記半導体基板上に形成された絶縁膜の
比誘電率が３以下であることを特徴とする請求項１に記
載の撮像装置。
【請求項１０】前記半導体基板と前記固体撮像装置と
を含む半導体装置が電気的に接続されていないことを特
徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項１１】前記半導体基板上に、前記固体撮像装
置を含む半導体装置間の配線と接続されたパッドを設け
たことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。