JP2004327722A

JP2004327722A - 固体撮像装置の検査方法

Info

Publication number: JP2004327722A
Application number: JP2003120534A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Masuda; 啓介増田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-04-24
Filing date: 2003-04-24
Publication date: 2004-11-18

Abstract

【課題】転送部のゲート構造に起因する欠陥と、転送部の絞込み部の構造に起因する欠陥とを区別した、別々の算出値による良否判定を可能とする。
【解決手段】各画素を構成するフォトダイオードと、信号電荷を転送する垂直および水平転送部と、電荷検出部とを備え、水平転送部と電荷検出部の接続部に信号電荷の絞込み部を有する固体撮像装置を検査する。フォトダイオードの蓄積電荷量が異なる２種類の撮像動作により得た画像データＡおよび画像データＢを用いて、絞込み部近傍の領域内の隣接した画素からの信号出力の差の平均値Ａ_１、平均値Ｂ_１を各々算出し、また、絞込み部から遠くに位置する領域内の隣接した画素からの信号出力の差の平均値Ａ_２、平均値Ｂ_２を各々算出する。比率Ｔ＝Ａ_１／Ｂ_１に基づき、絞込み部の欠陥に関する良否判定を行い、比率Ｔと比率Ｕ＝Ａ_２／Ｂ_２の比率Ｖ＝Ｕ／Ｔ基づき、水平転送部の欠陥に関する良否判定を行う。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像装置の欠陥を検査する方法、特に、フォトダイオードで蓄積された信号電荷を電荷検出部に転送するための転送部における欠陥に関する良否を判定するため検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
デジタルスチルカメラ等に用いる固体撮像装置は、各画素を構成するフォトダイオードがマトリクス状に配置され、光電変換された電荷を読み出すために、通常、垂直転送部とともに水平転送部を備えている。水平転送部の特性は画質に与える影響が大きいので、水平転送部の評価および検査は、固体撮像装置の製造において欠かせないものである。
【０００３】
一般的な固体撮像装置の構成について、図２および図３を参照して説明する。図２は固体撮像装置の構成図である。フォトダイオード１は半導体基板上に形成され、Ｘ方向にｉ列、Ｙ方向にｊ行のマトリクス状に配列されている。各フォトダイオード１の位置をＰ（Ｘ，Ｙ）で表す。２は垂直転送部、３は水平転送部でありφＨ１及びφＨ２の２相の転送パルスで駆動される。４は水平転送部３の絞込み部、５は電荷検出部である。
【０００４】
図３に、水平転送部３と絞込み部４のゲート構造、およびポテンシャル図を示す。ポテンシャルに段差を持つ隣接ゲートを１組として、転送パルスφＨ１，φＨ２が印加される。図３はφＨ１＝「Ｌ」、φＨ２＝「Ｈ」の状態を示し、信号電荷は、φＨ２を印加する転送ゲート下に蓄積される。φＨ１を「Ｌ」→「Ｈ」→「Ｌ」、φＨ２を「Ｈ」→「Ｌ」→「Ｈ」と変化させることで、信号電荷が右から左へ向かって転送される。
【０００５】
このような固体撮像装置における、水平転送部３および絞込み部４に存在する欠陥モデルとその影響について説明する。
【０００６】
第１の欠陥モデルは、水平転送部３の特定位置に欠陥を持つ場合であり、固体撮像装置から出力された画像は、特定位置の右側（水平転送の特定位置より後ろ側）で水平解像度が劣化し、一様に着色する。
【０００７】
第２の欠陥モデルは、水平転送部３のゲート構造に欠陥を持つ場合であり、水平転送全段に影響するため、固体撮像装置から出力された画像は、水平方向の右側に進むに従って水平解像度が劣化し、水平方向に色シェーディング（色がなだらかに変化）が生じる。
【０００８】
第３の欠陥モデルは、絞り込み部４に欠陥を持つ場合であり、固体撮像装置から出力された画像は、全面一様に水平解像度が劣化するが正常な画像に見える。しかし、光量を可変にした場合に、光量依存のホワイトバランスズレが生じる。
【０００９】
第１、第２、第３のいずれの欠陥モデルが存在する場合でも、完全な水平転送が行われない状態となり、転送残りが発生する。ここで、完全な水平転送が行われる状態を水平転送効率１００％，水平転送が全く行われない状態を水平転送効率０％として、水平転送部の動作の良否を水平転送効率で表す。
【００１０】
水平転送効率の評価方法として、例えば特許文献１には、固体撮像素子に単色光を照射することで水平走査方向に変調した信号電荷を得、この信号電荷を水平転送レジスタによって水平転送して得られる色差信号の、水平走査方向における前縁出力と後縁出力の差の割合から転送効率を求める方法が記載されている。
【００１１】
また、以下のような他の方法で転送効率の測定を行うことも知られている。図４に、固体撮像装置から得られる信号電荷を、画像イメージに合わせて配置した概念図を示す。受光領域６は、フォトダイオード１の上部が遮光されていない領域を示す。受光領域６の外側は、フォトダイオード１の上部がアルミニウム等により遮光された遮光領域である。受光領域６の右側の遮光領域が、水平ＯＢ領域７である。受光領域６中のＦ（Ｘ，Ｙ）は、ｊ行ｉ列に配列されたＰ（Ｘ，Ｙ）のフォトダイオード１から得られる各信号電荷を、ｊ行ｉ列に対応させて配列した画像データの各要素を示す。水平最終列領域８は、受光領域６の最終列（ｉ列）の領域を示す。水平ＯＢ１領域９、水平ＯＢ５領域１０は、遮光領域である水平ＯＢ領域７における、各々（ｉ＋１）列目、（ｉ＋５）列目の領域である。
【００１２】
水平転送効率の測定には、まず、フォトダイオード１に光を照射し、フォトダイオード１から出力される信号出力の内、図４に示す各領域の信号出力を選択して水平転送効率を算出する。
【００１３】
水平最終列領域８の各フォトダイオード１から得られる信号の平均信号出力を（データＰ）、水平ＯＢ１領域９の平均信号出力を（データＱ）、水平ＯＢ５領域１０の平均信号出力を（データＲ）とすると、水平転送効率は、次の式で表される。
【００１４】
水平転送効率［％］
＝｛（データＰ）−（データＱ）｝÷｛（データＰ）−（データＲ）｝×１００
この算出値（水平転送効率）を判定の基準値（任意）と比較して、固体撮像装置における水平転送部の動作の良否判定を行う。
【００１５】
【特許文献１】
特開平５−１６８０５０号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の検査方法では、一種類の水平転送効率の算出値により判定を行うため、第１、第２、第３の欠陥モデルのうちいずれの欠陥が存在するのかを特定できない。
【００１７】
また、次のような問題も伴う。すなわち、第１、第２の欠陥モデルの場合は、従来の算出値（水平転送効率）で、例えば９６％以下の場合に画質不良とみなされるのに対して、第３の欠陥モデルの場合は、例えば９０％以下で画質不良とみなされる。つまり、従来の検査方法では、第１、第２の欠陥モデルについて保証するために、例えば９６％の判定値を設定する必要があるが、そのように設定すると、第３の欠陥モデルに対しては過剰品質で良否判定を行うことになる。この結果、例えば製造工程にある全製品が第３の欠陥モデルに起因して水平転送効率が９３％である場合、画質不良と判断されるべきではないにもかかわらず、検査においては不良と判定されてしまい、過剰品質による生産効率の低下を招く。
【００１８】
以上のことを考慮して、本発明は、第１および第２の欠陥モデルと、第３の欠陥モデルを各々別個の算出値に基づいて判定可能、すなわち、水平転送部における絞込み部以外の部分に起因する欠陥と、絞込み部に起因する欠陥とを区別して良否を判定することが可能な、精度の高い検査方法を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明の固体撮像装置の検査方法は、半導体基板上にマトリクス状に形成され、色フィルタを備えた複数のフォトダイオードと、前記フォトダイオードに蓄積され読み出された信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、前記垂直転送部からの前記信号電荷を水平方向に転送する水平転送部と、前記水平転送部からの前記信号電荷を信号電圧又は信号電流に変換して出力する電荷検出部とを備え、前記水平転送部には、前記水平転送部と前記電荷検出部の接続部に向けて信号電荷の絞込み部が形成され、電荷量に差のある２種類の前記信号電荷を前記電荷検出部へ繰り返し転送するように構成された固体撮像装置の検査方法である。
【００２０】
上記課題を解決するために、前記フォトダイオードに蓄積される信号電荷量が異なる２種類の撮像動作を、第１の撮像動作の場合の信号電荷量に対する第２の撮像動作の場合の信号電荷量が比率Ｓの関係となるように行い、前記第１および第２の撮像動作によりそれぞれ画像データＡおよび画像データＢを取得する。
【００２１】
前記絞込み部近傍の前記水平転送部に対応する第１領域内における、水平方向に隣接する前記各フォトダイオードからの信号出力の差の平均値を、前記画像データＡから平均値Ａ_１として算出し、前記画像データＢから平均値Ｂ_１として算出し、前記比率Ｓと比率Ｔ＝Ａ_１／Ｂ_１から算出した比率Ｓ・Ｔを、前記絞込み部の欠陥を判定するための基準値と比較して良否判定を行う。
【００２２】
また、前記第１信号領域の場合よりも前記絞込み部から遠くに位置する前記水平転送部に対応する第２領域内における、水平方向に隣接した前記各フォトダイオードからの信号出力の差の平均値を、画像データＡから平均値Ａ_２として算出し、画像データＢから平均値Ｂ_２として算出し、前記比率Ｔと比率Ｕ＝Ａ_２／Ｂ_２から算出した比率Ｖ＝Ｕ／Ｔを、前記水平転送部における前記絞込み部以外の部分の欠陥を判定するための基準値と比較して良否判定を行う。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態における固体撮像装置の検査方法によれば、フォトダイオードの蓄積電荷量が異なる２種類の撮像動作により、画像データＡおよび画像データＢを取得する。各データを用いて、絞込み部近傍の領域内の隣接した画素からの信号出力の差の平均値Ａ_１、平均値Ｂ_１を各々算出し、また、絞込み部から遠くに位置する領域内の隣接した画素からの信号出力の差の平均値Ａ_２、平均値Ｂ_２を各々算出する。そして、比率Ｔ＝Ａ_１／Ｂ_１に基づく判定と、比率Ｖ＝Ｕ／Ｔ（Ｕ＝Ａ_２／Ｂ_２）に基づく判定を行う。したがって、第３の欠陥モデルによる影響を受けるが、第１、第２の欠陥モデルによる影響を受け難い、絞込み部に近い領域内のフォトダイオードの信号出力に基づく水平転送効率を算出することができる。その結果、第１および第２の欠陥モデルと、第３の欠陥モデルを別々の算出値により判定でき、精度の高い検査結果を得ることが可能である。
【００２４】
上述の２種類の撮像動作を、照射光の照度を異ならせることにより行うことができる。あるいは、２種類の撮像動作を、電子シャッターを操作して蓄積電荷量を異ならせることにより行ってもよい。
【００２５】
以下、本発明の実施の形態における固体撮像装置の検査方法について、図２に示した一般的な固体撮像装置の構成に適用する場合を例として説明する。図１に、固体撮像装置から得られる信号電荷を、画像イメージに合わせて配置した概念図を示す。受光領域１１は、フォトダイオード１の上部が遮光されていない領域を示す。受光領域１１の外側は、フォトダイオード１の上部がアルミニウム等により遮光された遮光領域である。受光領域１１中のＦ（Ｘ，Ｙ）は、上記図４の場合と同様に、図２のｊ行ｉ列に配列されたフォトダイオード１から各々得られる各信号電荷を、ｊ行ｉ列に対応させて配列した画像データの各要素を示す。
【００２６】
受光領域１１におけるハッチングを施された第１信号領域１２は、受光領域１１内の要素Ｆ（１，１）〜要素Ｆ（６，６）の６行６列に対応する信号領域である。ハッチングを施された第２信号領域１３は、受光領域１内の要素Ｆ（ｉ−５，１）〜要素Ｆ（ｉ，６）の６行６列に対応する信号領域である。各要素に図示された●，■，▲，◆は、固体撮像装置の対応するフォトダイオード１上に形成された色フィルターを区別するための記号である。以下の説明では、この記号により画像データの各要素を色フィルター毎に区分して、例えば「要素●」と称する。
【００２７】
水平転送効率の測定には、まず、固体撮像装置に低い照度（例えば０．４Ｌｕｘのホワイト光）の光を照射し、フォトダイオード１に電荷量ａの電荷を蓄積させる低照度動作を行わせる。この低照度動作の状態で、フォトダイオード１の蓄積電荷を出力して画像データＡを得る。得られた画像データＡより、水平方向に隣接する要素●と要素■について、第１信号領域１２内の平均値および第２信号領域１３内の平均値を算出する。第１信号領域１２内の各平均値を、要素●ａ_１平均値および要素■ａ_１平均値と記す。第２信号領域１３内の各平均値を、要素●ａ_２平均値および要素■ａ_２平均値と記す。これらの平均値を用いて、次の式に示す（色差Ａ_１）と、（色差Ａ_２）の値を算出する。
【００２８】
（色差Ａ_１）＝（要素●ａ_１平均値−要素■ａ_１平均値）
（色差Ａ_２）＝（要素●ａ_２平均値−要素■ａ_２平均値）
また、固体撮像装置に高い照度（例えば３．２Ｌｕｘのホワイト光）の光を照射し、フォトダイオード１に電荷量ｂの電荷を蓄積させる高照度動作を行う。この高照度動作の状態で、フォトダイオード１の蓄積電荷を出力して画像データＢを得る。この場合、電荷量ｂは上述の電荷量ａの８倍（８＝３．２÷０．４）である。得られた画像データＢより、低照度動作の場合と同様、水平方向に隣接する要素●と要素■について、第１信号領域１２内の平均値および第２信号領域１３内の平均値を算出する。第１信号領域１２内の各平均値を、要素●ｂ_１平均値および要素■ｂ_１平均値と記す。また第２信号領域１３内の各平均値を、要素●ｂ_２平均値および要素■ｂ_２平均値と記す。これらの平均値を用いて、次の式に示す（色差Ｂ_１）と、（色差Ｂ_２）の値を算出する。
【００２９】
（色差Ｂ_１）＝（要素●ｂ_１平均値−要素■ｂ_１平均値）
（色差Ｂ_２）＝（要素●ｂ_２平均値−要素■ｂ_２平均値）
以上の算出値を用いて、次式に示す水平転送効率（ηＨ１）、水平転送効率（ηＨ２）および水平転送効率（ηＨ３）を算出する。
【００３０】
水平転送効率（ηＨ１）［％］＝（色差Ａ_１）×８÷（色差Ｂ_１）×１００
水平転送効率（ηＨ２）［％］＝（色差Ａ_２）×８÷（色差Ｂ_２）×１００
水平転送効率（ηＨ３）［％］＝（ηＨ２）÷（ηＨ１）×１００
これらの算出値を、それぞれ判定の基準値（任意）と比較して良否判定を行う。水平転送効率（ηＨ１）は、上述の第３の欠陥モデルによる影響を表す。水平転送効率（ηＨ２）は、第１、第２、第３の欠陥モデルを総合した影響を表す。水平転送効率（ηＨ３）は、第１と第２の欠陥モデルを総合した影響を表す。
【００３１】
従って、水平転送効率（ηＨ１）と水平転送効率（ηＨ３）により、第３の欠陥モデルと、（第１、第２）の欠陥モデルを、別々の算出値に基づいて判定できる。その結果、精度の高い検査が実現できる。
【００３２】
なお、本実施の形態では、要素●と要素■のみを用いて水平転送効率を算出したが、水平方向に隣接する要素▲と要素◆を用いてもよい。また上述の方法では蓄積電荷量の比率と色差の比率とを比較したが、色差の替わりに出力平均値を用いて、蓄積電荷量の比率と出力平均値の比率とを比較してもよい。ここで言う出力平均値とは、各信号領域の所定要素の出力平均値（例えば要素●ａ_１平均値）からゼロ基準値（暗時出力値）を引いた値である。ゼロ基準値（暗時出力値）としては、例えば、水平後段のＯＢ部の出力データの平均値、あるいは各信号領域の暗時出力データの平均値を用いる。
【００３３】
なお、本実施の形態では、第１信号領域１２として要素Ｆ（１，１）を含む６行６列の信号領域を選択したが、要素Ｆ（１，１）を含むことは必須ではない。また、例えば１０行４列のように６行６列の信号領域以外の領域を用いても同様の効果が得られる。第２信号領域１３についても、要素Ｆ（ｉ，１）を含むことは必須ではない。また、１０行４列のように６行６列の信号領域以外の領域を用いても同様の効果が得られる。
【００３４】
また、本実施の形態では、低照度と高照度の比率として８倍を選択し、水平転送効率の算出に際して、低照度の場合に得られる値を８倍したが、必要に応じて、例えば１２．３４５倍といった実数倍を適宜用いることができる。
【００３５】
また、任意の照度の光照射を行った動作状態でデータを取得し、同じ照度の光照射を行いながら、例えば固体撮像装置の機能（電子シャッター）を用いて、蓄積する信号電荷量が所定の比率Ｓの関係となるように、フォトダイオードの電荷量を実数倍に低下させた動作状態でデータ取得を行うこともできる。電子シャッター機能とは、フォトダイオードに蓄積する電荷を基板排出し蓄積電荷量をコントロールする機能をいう。
【００３６】
【発明の効果】
本発明にかかる固体撮像装置の検査方法によれば、転送部の特定位置およびゲート構造に起因する欠陥と、転送部の絞込み部の構造に起因する欠陥とを区別して、別々に精度の高い算出値で判定することができる。したがって、固体撮像装置の欠陥改善を的確に行うことが可能になるだけでなく、過剰品質による生産効率の低下を回避することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における固体撮像装置の検査方法を説明するための、画像データを構成する各要素を示す概念図
【図２】一般的な固体撮像装置の構成図
【図３】図２の固体撮像装置における水平転送部と絞込み部とのゲート構造およびポテンシャルを示す図
【図４】従来例の固体撮像装置の検査方法を説明するための、画像データを構成する各要素を示す概念図
【符号の説明】
１フォトダイオード
２垂直転送部
３水平転送部
４水平転送部の絞り込み部
５電荷検出部
６、１１受光領域
７水平ＯＢ領域
８水平最終列領域
９水平ＯＢ１領域
１０水平ＯＢ５領域
１２第１信号領域
１３第２信号領域
Ｆ（Ｘ、Ｙ）画像データの各要素
Ｐ（Ｘ，Ｙ）フォトダイオードの各位置

Claims

半導体基板上にマトリクス状に形成され、色フィルタを備えた複数のフォトダイオードと、前記フォトダイオードに蓄積され読み出された信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、前記垂直転送部からの前記信号電荷を水平方向に転送する水平転送部と、前記水平転送部からの前記信号電荷を信号電圧又は信号電流に変換して出力する電荷検出部とを備え、前記水平転送部には、前記水平転送部と前記電荷検出部の接続部に向けて信号電荷の絞込み部が形成され、電荷量に差のある２種類の前記信号電荷を前記電荷検出部へ繰り返し転送するように構成された固体撮像装置の検査方法であって、
前記フォトダイオードに蓄積される信号電荷量が異なる２種類の撮像動作を、第１の撮像動作の場合の信号電荷量に対する第２の撮像動作の場合の信号電荷量が比率Ｓの関係となるように行い、前記第１および第２の撮像動作によりそれぞれ画像データＡおよび画像データＢを取得し、
前記絞込み部近傍の前記水平転送部に対応する第１領域内における、水平方向に隣接する前記各フォトダイオードからの信号出力の差の平均値を、前記画像データＡから平均値Ａ_１として算出し、前記画像データＢから平均値Ｂ_１として算出し、前記比率Ｓと比率Ｔ＝Ａ_１／Ｂ_１から算出した比率Ｓ・Ｔを、前記絞込み部の欠陥を判定するための基準値と比較して良否判定を行い、
前記第１信号領域の場合よりも前記絞込み部から遠くに位置する前記水平転送部に対応する第２領域内における、水平方向に隣接した前記各フォトダイオードからの信号出力の差の平均値を、画像データＡから平均値Ａ_２として算出し、画像データＢから平均値Ｂ_２として算出し、前記比率Ｔと比率Ｕ＝Ａ_２／Ｂ_２から算出した比率Ｖ＝Ｕ／Ｔを、前記水平転送部における前記絞込み部以外の部分の欠陥を判定するための基準値と比較して良否判定を行うことを特徴とする固体撮像装置の検査方法。
前記２種類の撮像動作を、照射光の照度を異ならせることにより行う請求項１に記載の固体撮像装置の検査方法。
前記２種類の撮像動作を、電子シャッターを操作して蓄積電荷量を異ならせることにより行う請求項１に記載の固体撮像装置の検査方法。