(57)【要約】【課題】電荷注入不良のある固体撮像素子を特定することが可能な固体撮像素子の検査方法を提供する。【解決手段】多数の光電変換素子５１の各々で発生した電荷をその電荷量に応じた電圧信号に変換して出力する出力部５５を有する固体撮像素子５の検査方法であって、  所定の撮像条件で固体撮像素子５により撮像を行い、この撮像によって出力部５５から出力された電圧信号の一部（ＯＢ光電変換素子５１に対応する電圧信号）をテスター（測定機器）により測定し、測定した電圧信号の平均を算出する。算出した平均と基準値とを比較し、双方の差が閾値を越えていれば電荷注入不良が発生していると判定し、双方の差が閾値以内であれば電荷注入不良が発生していないと判定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の光電変換素子の各々で発生した電荷をその電荷量に応じた電圧信号に変換して出力する出力手段を有する固体撮像素子の検査方法であって、
所定の撮像条件で前記固体撮像素子により撮像して前記出力手段から出力された前記電圧信号の少なくとも一部の平均を算出し、算出した平均値と該平均値の基準値との比較によって前記固体撮像素子の異常を判定する固体撮像素子の検査方法。
【請求項２】
請求項１記載の固体撮像素子の検査方法であって、
前記平均値と前記基準値との差の絶対値が閾値以上ある前記固体撮像素子を異常と判定する固体撮像素子の検査方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の固体撮像素子の検査方法であって、
前記多数の光電変換素子が黒レベル検出用の光電変換素子を複数含み、
前記平均を、前記複数の黒レベル検出用の光電変換素子の各々に対応して前記出力手段から出力された電圧信号の少なくとも一部から算出する固体撮像素子の検査方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項記載の固体撮像素子の検査方法であって、
前記所定の撮像条件を、前記固体撮像素子を遮光した状態で撮像する条件に設定する固体撮像素子の検査方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項記載の固体撮像素子の検査方法であって、
前記固体撮像素子がＣＣＤ型である固体撮像素子の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多数の光電変換素子の各々で発生した電荷をその電荷量に応じた電圧信号に変換して出力する出力手段を有する固体撮像素子の検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像素子の特性不良としてＳ／Ｎ不良がある。このＳ／Ｎ不良には、半導体基板側から全ての光電変換素子に一律に注入されるノイズ電荷や、光電変換素子で発生した電荷が出力手段を通る際に該電荷に注入されるノイズ電荷等に起因する電荷注入不良がある。従来、この電荷注入不良が発生している固体撮像素子を特定する方法はなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、電荷注入不良のある固体撮像素子を特定することが可能な固体撮像素子の検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の固体撮像素子の検査方法は、多数の光電変換素子の各々で発生した電荷をその電荷量に応じた電圧信号に変換して出力する出力手段を有する固体撮像素子の検査方法であって、所定の撮像条件で前記固体撮像素子により撮像して前記出力手段から出力された前記電圧信号の少なくとも一部の平均を算出し、算出した平均値と該平均値の基準値との比較によって前記固体撮像素子の異常を判定する。
【０００５】
この方法によれば、電荷注入不良が発生していない固体撮像素子では、電圧信号の平均値と基準値との差が小さくなり、電荷注入不良が発生している固体撮像素子とでは、電圧信号の平均値と基準値との差が大きくなるため、例えばこの差を知ることで、電荷注入不良のある固体撮像素子を特定することが可能となる。
【０００６】
本発明の固体撮像素子の検査方法は、前記平均値と前記基準値との差の絶対値が閾値以上ある前記固体撮像素子を異常と判定する。
【０００７】
本発明の固体撮像素子の検査方法は、前記多数の光電変換素子が黒レベル検出用の光電変換素子を複数含み、前記平均を、前記複数の黒レベル検出用の光電変換素子の各々に対応して前記出力手段から出力された電圧信号の少なくとも一部から算出する。
【０００８】
この方法によれば、黒レベル検出用の光電変換素子から得られる電圧信号の平均を固体撮像素子の異常の判定に用いることで、複数の固体撮像素子を検査する際に、全ての固体撮像素子で測定条件をほぼ完全に一致させることができ、検査精度を向上させることができる。
【０００９】
本発明の固体撮像素子の検査方法は、前記所定の撮像条件を、前記固体撮像素子を遮光した状態で撮像する条件に設定する。
【００１０】
この方法によれば、電圧信号に対して高いゲインをかけて増幅しても、測定機器の入力レンジ内に電圧信号を収めることができる。高いゲインで増幅が可能なため、測定機器の分解能を高めることができる。
【００１１】
本発明の固体撮像素子の検査方法は、前記固体撮像素子がＣＣＤ型である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電荷注入不良のある固体撮像素子を特定することが可能な固体撮像素子の検査方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施形態を説明するための固体撮像素子の概略構成を示す平面模式図である。
図１に示す固体撮像素子５は、半導体基板上の垂直方向とこれに直交する水平方向に正方格子状に配列された多数の光電変換素子５１と、垂直方向に並ぶ複数の光電変換素子５１からなる光電変換素子列に対応してその右側部に設けられ、該光電変換素子列の各光電変換素子５１に蓄積された電荷を垂直方向に転送するための垂直電荷転送路５２と、光電変換素子５１に蓄積された電荷を該光電変換素子５１に対応する垂直電荷転送路５２に読み出すための電荷読出し部５３と、垂直電荷転送路５２を転送されてきた電荷を水平方向に転送するための水平電荷転送路５４と、水平電荷転送路５４を転送されてきた電荷をその電荷量に応じた電圧信号に変換して出力するＦＤＡ（フローティングディフュージョンアンプ）等の出力部５５とを備える。
【００１５】
多数の光電変換素子５１には、黒レベル検出用の光電変換素子である複数のＯＢ光電変換素子５１と、被写体からの光に応じた撮像信号を得るための光電変換素子である有効光電変換素子５１とを含む。図１では、ＯＢ光電変換素子５１に“ＯＢ”の文字を記してある。
【００１６】
図１に示すように、固体撮像素子５は、半導体基板のうちのＯＢ光電変換素子５１が設けられた領域であるＯＢ画素領域５７と、半導体基板のうちの有効光電変換素子５１が設けられた領域である有効画素領域５６とを有する構成となっている。図１では、固体撮像素子５に含まれる光電変換素子列のうち、水平方向の両端部の２つの光電変換素子列を構成する光電変換素子をＯＢ光電変換素子５１としているが、ＯＢ光電変換素子５１の配置はこの例に限らない。又、光電変換素子５１の配列も正方格子配列に限らない。
【００１７】
図２は、本発明の実施形態を説明するための撮像装置の概略構成を示す図である。
図２に示す撮像装置は、図１に示した固体撮像素子５と、固体撮像素子５から出力される電圧信号に相関二重サンプリング（ＣＤＳ）処理を行うＣＤＳ６と、ＣＤＳ６からの出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部７と、Ａ／Ｄ変換後の信号に所定のデジタル信号処理を施して画像データを生成するデジタル信号処理部４と、デジタル信号処理部４で生成された画像データを記録媒体に記録する記録部３と、固体撮像素子５を駆動する駆動部２と、撮像装置全体を統括制御するシステム制御部１とを備える。
【００１８】
図３は、固体撮像素子５から順次出力される電圧信号の波形を示した図である。
１つの光電変換素子５１に対応して出力される電圧信号は、その出力期間（１画素出力期間）において、基準となるリセットレベルＲからフィードスルーレベルＦに安定した後、データレベルＤまで変化し、その後、リセットレベルＲに戻る。
【００１９】
ＣＤＳ６では、１画素出力期間に出力されてくる電圧信号のフィードスルーレベルＦをパルスＳＨＰによりサンプルホールドし、該電圧信号のデータレベルＤをパルスＳＨＤによりサンプルホールドし、ホールドしたデータレベルＤからフィードスルーレベルＦを減算することでリセットノイズを除去する相関二重サンプリング処理を行う。図３に示したように、固体撮像素子５を遮光しないで撮像を行った場合には、有効光電変換素子５１からの電圧信号のデータレベルよりも、ＯＢ光電変換素子５１からの電圧信号のデータレベルは小さくなる。
【００２０】
図４は、ＣＤＳ処理後の１ライン分の光電変換素子５１から得られた電圧信号を示した図である。
図４（ａ）に示したように、１ライン分の電圧信号は波形Ｂのようになる。デジタル信号処理部４では、例えば、有効画素領域５６からの電圧信号よりも後に出力されたＯＢ画素領域５７からの電圧信号の平均を算出し、この平均を黒レベルとする。そして、有効画素領域５６からの各電圧信号から該黒レベルを減算することで、被写体からの光に応じた電圧信号のみを抽出する。例えば、図４（ａ）の点Ｃを黒レベルとし、これが１０ｍＶであった場合、有効画素領域５６の任意の有効光電変換素子５１からの電圧信号（点Ｄ）が８０ｍＶであったとすると、該有効光電変換素子５１に入射した光に応じた電圧信号は、８０ｍＶ−１０ｍＶ＝７０ｍＶとして求められる。
【００２１】
ここで、図４（ａ）に示した波形が得られた固体撮像素子５を正常なものと仮定して、電荷注入不良が発生している異常な固体撮像素子５から得られる電圧信号の波形について説明する。この場合、固体撮像素子５の全ての光電変換素子５１で発生した電荷にノイズ電荷が一律に注入されるため、図４（ｂ）に示すように、電圧信号の波形は、波形Ｂから一律レベルが上昇した波形Ａのようになる。つまり、図４（ａ）に示した点Ｃと点Ｄは同じ値だけ上昇するため、上記任意の有効光電変換素子５１から得られる入射光に応じた電圧信号は７０ｍＶとなり、正常な固体撮像素子５と何ら変わらない値となる。
【００２２】
つまり、ＣＤＳ６、Ａ／Ｄ変換部７、及びデジタル信号処理部４の機能を持つ検査用のテスターを用いて、入射光に応じた電圧信号の値を測定するのでは、正常な固体撮像素子５と異常な固体撮像素子５とを区別することができない。図４に示した点Ｃの値や点Ｄの値は、ノイズ電荷によって変動するため、これらの値をモニターすれば、正常な固体撮像素子５と異常な固体撮像素子５とを区別することが可能となる。以下、固体撮像素子５の検査方法について具体的に説明する。
【００２３】
まず、検査対象となる固体撮像素子５を複数（例えば５つ）準備する。この５つの固体撮像素子をａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅとする。
【００２４】
次に、固体撮像素子ａで所定の撮像条件により撮像を行う。この撮像によって固体撮像素子ａから出力された電圧信号をテスターにより測定して、テスター内で該電圧信号にＣＤＳ処理を施した後、デジタル信号に変換する。
【００２５】
次に、テスターのデジタル信号処理部において、固体撮像素子ａのＯＢ光電変換素子５１から得られたデジタルの電圧信号の平均を算出する。この平均は、固体撮像素子５に含まれる全てのＯＢ光電変換素子５１から得られた電圧信号の平均であっても良いし、一部のＯＢ光電変換素子５１（例えば、図１の右端部にあるＯＢ光電変換素子５１）から得られた電圧信号の平均であっても良い。この平均の算出までの作業を、固体撮像素子ｂ〜ｅについても同様に実施する。
【００２６】
上記平均によって得られる値は、上記所定の撮像条件と固体撮像素子の設計データとによって、正常（電荷注入不良が発生していない）とされる範囲（基準値±α）が決まる。このため、固体撮像素子ａ〜ｅについて求めた上記平均の値と該基準値とを比較し、双方の差の絶対値がαよりも大きければ、その固体撮像素子については電荷注入不良が発生している（異常である）と判断することができる。一方、双方の差の絶対値がαよりも小さければ、その固体撮像素子には電荷注入不良が発生していない（正常である）と判断することができる。
【００２７】
このように、検査対象となる固体撮像素子によって同一条件で撮像を実施し、撮像により得られたＯＢ光電変換素子５１に対応する電圧信号の平均値を算出することで、電荷注入不良を持つ固体撮像素子を簡単に特定することができる。
【００２８】
尚、上記説明では、ＯＢ光電変換素子５１から得られた電圧信号の平均に基づいて固体撮像素子の異常判定を行っているが、電荷注入不良が発生していた場合には、図４（ｂ）に示したように、有効光電変換素子５１から得られる電圧信号の値も一律で上昇するため、有効光電変換素子５１から得られた電圧信号の平均に基づいて固体撮像素子の異常判定を行うことも可能である。
【００２９】
ただし、この場合、固体撮像素子に一定照度の光をあてて撮像を行う明時撮像を撮像条件に設定すると、各固体撮像素子において光の入射条件を完全に一致させることが難しく、撮像条件を固体撮像素子毎に完全に一致させることが難しい。そこで、有効光電変換素子５１から得られた電圧信号の平均に基づいて固体撮像素子の異常判定を行う場合には、固体撮像素子毎に撮像条件をほぼ完全に一致させることのできる暗時撮像（固体撮像素子を遮光した状態で撮像を行うこと）を撮像条件とすることが好ましい。
【００３０】
又、暗時撮像を撮像条件に設定した場合には、有効光電変換素子５１からの電圧信号と、ＯＢ光電変換素子５１からの電圧信号とは、ほとんどレベル差がなくなる。このため、固体撮像素子５に含まれる多数の光電変換素子５１の全て又は一部から得られた電圧信号の平均を算出し、これを基準値と比較して異常を判定しても良い。
【００３１】
又、テスターのＡ／Ｄ変換部の分解能を上げるためには、固体撮像素子から出力される電圧信号を高いゲインで増幅する必要がある。しかし、明時撮像の場合、有効光電変換素子５１から得られる電圧信号の値が大きくなるため、電圧信号を高いゲインで増幅することができない。一方、暗時撮像によれば、電圧信号を高いゲインで増幅することが可能になるため、Ａ／Ｄ変換部の分解能を上げて、固体撮像素子の検査精度を向上させることが可能となる。
【００３２】
又、上記説明では、固体撮像素子から出力される電圧信号をデジタル変換してから平均の算出を行うものとしたが、固体撮像素子から出力されたアナログの電圧信号のデータレベルを測定し、測定したデータレベルの平均を算出することで固体撮像素子の異常判定を行っても良い。
【００３３】
又、上記説明では、固体撮像素子がＣＣＤ（Charge coupled Device）型として説明したが、これはＭＯＳ（Ｍetal Ｏxide Ｓemiconductor）型であっても同様に異常判定が可能である。ＭＯＳ型の固体撮像素子には、多数の光電変換素子と、各光電変換素子に対応して設けられた、光電変換素子で発生した電荷をその電荷量に応じた電圧信号に変換する出力回路とが設けられている。このため、ＣＣＤ型と同様に電荷注入不良が発生する。したがって、本実施形態で説明した検査方法を採用することが有効となる。
【００３４】
ＣＣＤ型の場合、各光電変換素子で発生した電荷が同一の出力部を通過するため、出力部からの電荷注入による電圧信号の変動は全光電変換素子でほぼ一律となる。しかし、ＭＯＳ型の場合、各光電変換素子で発生した電荷がそれぞれ異なる出力部を通過するため、出力部からの電荷注入による電圧信号の変動は全光電変換素子で一律とならない可能性もある。このため、上述した検査方法は、ＭＯＳ型よりもＣＣＤ型の方が検査精度の上で有利となる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態を説明するための固体撮像素子の概略構成を示す平面模式図
【図２】本発明の実施形態を説明するための撮像装置の概略構成を示す図
【図３】図１に示す固体撮像素子から順次出力される電圧信号の波形を示した図
【図４】図２に示す撮像装置においてＣＤＳ処理後の１ライン分の光電変換素子から得られた電圧信号を示した図
【符号の説明】
【００３６】
５  固体撮像素子
５１  光電変換素子
５５  出力部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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