(57)【要約】【課題】  光を遮断した状態で複数の信号処理回路に均一な入力を与えることができ、光センサ装置の特性に影響を与えずにパッケージした後も測定が可能であり、評価の為の機構に要する面積が少ない半導体装置を提供する。【解決手段】  半導体基板に形成された複数の撮像装置を有し、撮像装置はフォトダイオード１と、電流電圧変換回路７と、フォトダイオード１と電流電圧変換回路７とを接続する配線２と、テスト信号を入力する導電層５と、配線２と導電層５とで構成される配線間容量６とを有し、導電層５は、各撮像装置のフォトダイオード１と電流電圧変換回路７との間に配置されている。光を遮断した状態で複数の信号処理回路に均一な入力を与えることができる。光センサの特性に影響を与えずにパッケージ後も測定が可能で、ばらつき評価の精度が向上する。【選択図】  図１
2014067822.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、前記半導体基板に形成された複数の撮像装置とを具備し、前記撮像装置は、フォトダイオードと、電流電圧変換回路と、
前記フォトダイオードと前記電流電圧変換回路とを接続する配線と、テスト信号を入力する導電層と、前記配線と前記導電層とで構成される配線間容量とを有しており、前記導電層は、各撮像装置の前記フォトダイオードと前記電流電圧変換回路との間に配置されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記各撮像装置の前記導電層は、前記半導体基板に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記テスト信号は、前記半導体基板内に形成されたタイミングパルス発生回路から生成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記テスト信号は、前記半導体基板に形成した外部端子から前記導電層に入力されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光センサの評価回路を含む半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光センサ部と光センサから得られる信号を処理する回路から成る撮像装置が同一の半導体基板上に複数形成された半導体装置を評価する際には、実際に光を当てて評価を行っていた。撮像装置の回路例を図７に示す。
【０００３】
同図において、フォトダイオード１のカソード端子は電源Ｖddに、アノード端子は配線２に接続されている。配線２には、さらにＰＭＯＳトランジスタ３のゲート端子とコンデンサ４の一方の端子と半導体素子を用いたスイッチ１５の一方の端子が接続されている。コンデンサ４の他方の端子とスイッチ１５の他方の端子とＰＭＯＳトランジスタ３のドレイン端子は電流源Ｉsに接続され、ＰＭＯＳトランジスタ３のソース端子は電源Ｖddに接続されている。これらのＰＭＯＳトランジスタ３及びコンデンサ４及びスイッチ１５は電流電圧変換回路７を構成している。電流電圧変換回路７の出力端子は、コンデンサ４の他方の端子及びスイッチ１５の他方の端子及びＰＭＯＳトランジスタ３のドレイン端子に接続され、そこから出力信号Ｖout1を出力する。出力信号Ｖout1は、後段の信号処理回路へ入力する。フォトダイオード１及び電流電圧変換回路７は全て同一のシリコンなどの半導体基板上に形成されている。
【０００４】
上記撮像装置を構成する回路において、スイッチ１５がオープンの状態のとき、光Ａがフォトダイオード１に入射すると、光Ａの強度に応じて光電流がフォトダイオード１に流れる。これによりＰＭＯＳトランジスタ３のゲート電圧が上がることで、ドレイン電流が流れ、Ｖout1の電位が降下する。同時に、コンデンサ４に電荷がチャージされ、配線２とＶout1の間に電位差が生まれる。この電位差はコンデンサ４の容量値によって決まるため、容量値を調整することによって電流電圧変換の倍率をコントロールできる。Ｖout1を読み取った後、光Ａを遮断し、スイッチ１５を一定時間ショートすると、回路は光Ａが入射する前の状態にリセットされる。光Ａの強度によって出力Ｖout1が変化する為、本撮像装置を構成する回路の評価は光を照射し、出力を測定する事で行う。
【０００５】
特許文献１には、フォトダイオードと信号処理回路との間に測定用端子を設け、信号処理回路の評価時にはフォトダイオードの入力光を遮断し、測定用端子から信号を入力することで、信号処理回路のみの電気的特性を評価できる半導体装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６３−１３３６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の半導体装置を評価する際、同一装置上に数十〜数百個の撮像装置があるラインセンサの場合、半導体装置の幅が数十ｍｍに達する為、すべての回路に均等に光を当てるのが困難という問題があった。
また、フォトダイオードと信号処理回路との間に測定用端子を設けた場合でも、同一基板上に複数個の撮像装置がある場合、個々に測定用端子を設ける必要があり、その分の面積を要する。撮像装置の個数分の測定用端子を用意しても、測定用端子にワイヤボンディングしパッケージに接続すると、接続部分から発生したリーク電流が光センサ装置の特性に影響を及ぼす為、ウェハー状態でのチェックでしか使えない。また、測定端子は通常、表面保護のパッシベーション膜に覆われており、測定用のチップのみ膜を除去して測定する為、製造した全てのチップを評価することができない等の問題がある。
【０００８】
本発明は、このような事情によりなされたもので、光を遮断した状態で複数の信号処理回路に均一な入力を与えることができ、光センサ装置の特性に影響を与えずにパッケージした後も測定が可能であり、且つ、評価の為の機構に要する面積が少ない半導体装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板に形成された複数の撮像装置とを具備し、前記撮像装置は、フォトダイオードと、電流電圧変換回路と、前記フォトダイオードと前記電流電圧変換回路とを接続する配線と、テスト信号を入力する導電層と、前記配線と前記導電層とで構成される配線間容量とを有しており、前記導電層は、各撮像装置の前記フォトダイオードと前記電流電圧変換回路との間に配置されていることを特徴としている。各撮像装置の前記導電層は、前記半導体基板に形成されているようにしてもよい。テスト信号は、前記半導体基板内に形成されたタイミングパルス発生回路から生成された信号を用いても良い。またテスト信号は、半導体基板に形成された外部端子から前記導電層に入力するようにしても良い。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の半導体装置は、均一光を作りこまなくても、光を遮断した状態で複数の信号処理回路に均一な入力を与えることができる。また、光センサ装置の特性に影響を与えずにパッケージした後も測定が可能で、ばらつき評価の精度が向上する。また、配線間容量を利用して信号入力する為、評価の為の機構に要する面積は少なくて済む。また、信号処理回路のばらつきを踏まえた上で光照射をすれば、この半導体装置を用いて光源自体の評価が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１に係る半導体装置の撮像装置の回路図。
【図２】図１の撮像装置のレイアウト概略図。
【図３】図２の配線間容量を説明する断面図。
【図４】実施例１に係る光ラインセンサの回路図。
【図５】実施例１に係る半導体装置を説明する概略図。
【図６】実施例２に係る半導体装置を説明する概略図。
【図７】従来の半導体装置の撮像装置の回路図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、実施例を参照して発明の実施の形態を説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１乃至図５を参照して実施例１を説明する。
図１において、フォトダイオード１のカソード端子は電源Ｖddに、アノード端子は配線２に接続されている。配線２には、さらにＰＭＯＳトランジスタ３のゲート端子とコンデンサ４の一方の端子と半導体素子を用いたスイッチ１５の一方の端子が接続されている。コンデンサ４の他方の端子とスイッチ１５の他方の端子とＰＭＯＳトランジスタ３のドレイン端子は電流源Ｉsに接続され、ＰＭＯＳトランジスタ３のソース端子は電源Ｖddに接続されている。これらのＰＭＯＳトランジスタ３及びコンデンサ４及びスイッチ１５は、電流電圧変換回路７を構成している。電流電圧変換回路７の出力端子は、コンデンサ４の他方の端子及びスイッチ１５の他方の端子及びＰＭＯＳトランジスタ３のドレイン端子に接続され、そこから出力信号Ｖout1を出力する。そして、この出力信号Ｖout1は、後段の信号処理回路へ入力する。フォトダイオード１及び電流電圧変換回路７は全て同一のシリコンなどの半導体基板上に形成されている。
【００１４】
この実施例ではフォトダイオード１と電流電圧変換回路７が配線２によって接続されている半導体基板１１上にテスト信号を入力する導電層５が形成され、配線２と導電層５の間には微小な配線間容量６が形成されることに特徴がある。
【００１５】
図２に、上記のレイアウト概略図を示す。半導体基板１１上に形成されたフォトダイオード部１と電流電圧変換回路等を含む信号処理回路部８を配線２が接続している。フォトダイオード１のアノード端子は拡散層で形成されるため、コンタクト１４によってアルミなどの金属で形成される配線２と接続する。配線２の下には、導電層５が重なって並走している。図３は、配線２と導電層５が重なっている図２中Ｃ−Ｃ´部分の断面図である。半導体基板１１と導電層５は絶縁膜１２によって絶縁されている。配線２と導電層５に挟まれた絶縁膜１３が誘電体の役目を果たし、並行平板コンデンサ（配線間容量６）を形成している。この実施例では配線２と導電層５の重なった部分の面積が配線間容量６の容量値を規定し、重なった部分の面積を制御して配線間容量６の容量値を調整する事が可能である。
【００１６】
上記撮像装置を構成する回路において、光Ａを遮断し、導電層５にパルスＢを入力すると、配線間容量６を介して配線２に電荷が注入され、光電流が流れたときと同様にＰＭＯＳトランジスタ３のゲート電圧が上昇、ドレイン電流が流れてＶout1の電位が降下する。同時にコンデンサ４に電荷がチャージされ、配線２とＶout1の間に電位差が生まれる。配線２に注入される電荷量は、配線間容量６の容量値とパルスＢの振幅及び長さで決まる。配線間容量６の容量は数fF程度と十分小さい為、導電層５の電位がＧＮＤに固定されていれば、光センサ装置の性能に影響を及ぼす事は無い。
【００１７】
図４に、撮像装置を複数並べ、ラインセンサを構成した例を示す。
信号処理回路８-1、８-2、８-nは、電流電圧変換回路（Ｉ／Ｖ変換）、電荷ＡＭＰ、ＳＡＭＰＬＥ＆ＨＯＬＤ回路を含んでいる。
また、図５に実施例１に係る半導体装置の概略図を示す。複数個のフォトダイオード１-1、１-2、１-nと電流電圧変換回路７-1、７-2、７-nを含む信号処理回路８-1、８-2、８-nが配線２-1、２-2、２-nでそれぞれ接続されている。テスト信号を入力する導電層５は１本のみで、それぞれの撮像装置を構成する回路の配線２-1、２-2、２-nとの間に配線間容量６-1、６-2、６-nを形成する。導電層５は複数の配線間容量と、自身の配線抵抗・容量がつくのみで、他の負荷となり得る部品への接続はなされていない。このため、タイミングパルス発生回路９で生成し、各撮像装置に入力するパルスＢは殆ど損失が無く、各回路に均一に信号を入力できる。
【００１８】
出力Ｖout2-1、Ｖout2-2、Ｖout2-nを測定・比較すれば、複数の撮像装置のばらつき評価が行える。また、各撮像装置のばらつきを把握した上で光Ａを入射すれば、光Ａの均一性の評価も行える。
【実施例２】
【００１９】
図６に実施例２に係る半導体装置の概略図を示す。測定用入力端子１０を設け、そこに導電層５を接続することによって外部からパルスＢを入力することができる。
測定用入力端子１０にワイヤボンディングしパッケージに接続した場合でも導電層５の寄生負荷が多少増すのみで、光センサ装置の性能に影響を及ぼすこと無く、パッケージ後も評価が可能になる。
【符号の説明】
【００２０】
１…  フォトダイオード
２…  フォトダイオードと電流電圧変換回路を接続する配線
３…  ＰＭＯＳトランジスタ
４…  コンデンサ
５…  テスト信号を入力する導電層
６…  フォトダイオードと電流電圧変換回路を接続する配線とテスト信号を入力する導電層によって形成される配線間容量
７…  電流電圧変換回路
８…  電流電圧変換回路を含む信号処理回路
９…  タイミングパルス発生回路
１０…  外部入力端子
１１…  半導体基板
１２…  半導体基板と導電層とを絶縁する絶縁膜
１３…  導電層間を絶縁する絶縁膜
１４…  コンタクト
１５…  半導体素子を用いたスイッチ
【図１】
2014067822.tif 000003
【図２】
2014067822.tif 000004
【図３】
2014067822.tif 000005
【図４】
2014067822.tif 000006
【図５】
2014067822.tif 000007
【図６】
2014067822.tif 000008
【図７】
2014067822.tif 000009