JP2010245623A - 固体撮像素子及びその製造方法、放射線撮像装置及びその製造方法、並びに固体撮像素子の検査方法 - Google Patents

固体撮像素子及びその製造方法、放射線撮像装置及びその製造方法、並びに固体撮像素子の検査方法 Download PDF

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Abstract

【課題】大面積の固体撮像素子及びその製造方法、これらを備える放射線撮像装置及びその製造方法、並びに大面積の固体撮像素子の検査方法において、受光部や積分回路等のより正確で且つ容易な検査を可能とする。
【解決手段】固体撮像素子1が備える複数の信号出力部20のそれぞれは、リセット信号Rst、ホールド信号Hld、水平スタート信号Sph、及び水平クロック信号Ckhのそれぞれを入力する端子電極25a〜25dを含む入力端子電極群25と、出力信号Aoutを提供する出力端子電極26とを有する。また、固体撮像素子1は、リセット信号Rst、ホールド信号Hld、水平スタート信号Sph、及び水平クロック信号Ckhのそれぞれを受ける端子電極41a〜41dを含む入力端子電極群41と、スイッチ手段SW1〜SW6と、出力端子電極42とを更に備える。
【選択図】図4

Description

本発明は、固体撮像素子及びその製造方法、放射線撮像装置及びその製造方法、並びに固体撮像素子の検査方法に関するものである。
固体撮像素子として、CMOS技術を用いたものが知られており、その中でもパッシブピクセルセンサ(PPS: Passive Pixel Sensor)方式のものが知られている。PPS方式の固体撮像素子は、入射光強度に応じた量の電荷を発生するフォトダイオードを含むPPS型の画素がM行N列に2次元配列された受光部を備え、各画素において光入射に応じてフォトダイオードで発生した電荷を蓄積して電圧値に変換し、画素データとして出力するものである。
一般に、各列のM個の画素それぞれは、その列に対応して設けられている読出用配線を介して積分回路と接続されている。そして、積分回路から出力された電圧値は一旦ホールドされ、シフトレジスタにより制御されながら順次出力される。
このようなPPS方式の固体撮像素子は、様々な用途で用いられ、例えば、シンチレータ部と組み合わされてX線フラットパネルとして医療用途や工業用途でも用いられ、更に具体的にはX線CT装置やマイクロフォーカスX線検査装置等においても用いられる。
PPS方式の固体撮像素子を製造する際には、検査用のプローブを端子電極に当てることで受光部や積分回路、シフトレジスタ等の動作を確認することが一般的である。例えば、特許文献1には、固体撮像装置の検査を行う際にプローブを精度よくパッド(端子電極)に当たるようにするために、パッドの形状を改良することが記載されている。また、特許文献2には、複数のMOS型固体撮像素子が一枚の半導体ウェハ上に形成されている場合に、プローブ検査によって各素子の良否を判別する方法が記載されている。
なお、特許文献3には、CMOSイメージセンサにおいて、各画素のフォトダイオードに画素単位で電荷を注入することで、光を照射することなく機能を確認する技術が開示されている。
特開2003−319270号公報 特開2001−8237号公報 特開2006−128244号公報
X線CT装置などの用途に固体撮像素子が用いられる場合、例えば12cm四方といった大面積の受光部が必要となる場合がある。このような場合、大面積の受光部やこれに対応する積分回路等を作製するために、半導体ウェハ上の領域を複数に分割し、各領域毎に対応するマスクを用いて半導体構造を形成する。例えば、積分回路やシフトレジスタを有する回路部分(以下、信号出力部とする)は、受光部の列数Nが複数に分割されて成る各列群のそれぞれに対応して、同一構造のものが複数配設される。したがって、積分回路のリセット信号やシフトレジスタのクロック信号を入力するための端子電極、出力信号を取り出すための端子電極などが、各列群のそれぞれに対応して多数配設されることとなる。
このような固体撮像素子において受光部や積分回路等の検査を行う場合、特許文献1,2に示されたように各端子電極にプローブを当てる方法では、多数のプローブを端子電極に同時に接触させる必要がある。しかし、多数のプローブの先端位置を均一に揃えることは困難であり、このような方法ではプローブと端子電極との接触不良等が生じやすいので、正確に検査を行うことが難しい。
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、大面積の固体撮像素子及びその製造方法、これらを備える放射線撮像装置及びその製造方法、並びに大面積の固体撮像素子の検査方法において、受光部や積分回路等のより正確で且つ容易な検査を可能とすることを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明による固体撮像素子は、フォトダイオードを各々含むM×N個(M及びNは2以上の整数)の画素がM行N列に2次元配列されて成る受光部と、2以上の列を各々含みN列が分割されて成る複数の列群のそれぞれに対応して設けられた複数の信号出力部と、画素からの電荷出力を各行毎に制御する垂直シフトレジスタとを備えている。複数の信号出力部のそれぞれは、各列群に含まれる2以上の列のそれぞれに対応して設けられ、各列に含まれる画素から出力された電荷を蓄積して電圧信号に変換する2以上の積分回路と、2以上の積分回路それぞれの出力端に接続された2以上の保持回路と、2以上の保持回路から順に電圧信号を出力させる水平シフトレジスタと、積分回路のリセットを行うリセット信号、保持回路への電圧信号の入力を制御するホールド信号、水平シフトレジスタの動作を開始する水平スタート信号、及び水平シフトレジスタのクロックを規定する水平クロック信号のそれぞれを入力する複数の端子電極を含む第1の入力端子電極群と、保持回路からの出力信号を提供する第1の出力端子電極とを有している。そして、この固体撮像素子は、第1の入力端子電極群とは別に設けられた、リセット信号、ホールド信号、水平スタート信号、及び水平クロック信号のそれぞれを受ける複数の端子電極を含む第2の入力端子電極群と、積分回路、保持回路、及び水平シフトレジスタとの接続を第1及び第2の入力端子電極群の間で切り替えるために各信号出力部に設けられた入力用スイッチ手段と、第1の出力端子電極とは別に設けられた、出力信号を提供する第2の出力端子電極と、各信号出力部の入力用スイッチ手段と第2の入力端子電極群(水平スタート信号用の端子電極を除く)とを接続するために複数の信号出力部にわたって設けられた入力信号配線、及び各信号出力部の保持回路と第2の出力端子電極とを接続するために複数の信号出力部にわたって設けられた出力信号配線とを更に備える。
この固体撮像素子は、積分回路へのリセット信号、保持回路へのホールド信号、水平シフトレジスタへの水平スタート信号、及び水平シフトレジスタのクロックを規定する水平クロック信号を入力するための複数の端子電極として、各信号出力部に設けられた第1の入力端子電極群とは別に、第2の入力端子電極群を備えている。同様に、出力信号を提供する第1の出力端子電極とは別に、第2の出力端子電極を備えている。
この固体撮像素子においては、受光部、積分回路、保持回路、および水平シフトレジスタの動作を検査する際、入力用スイッチ手段を第2の入力端子電極群側に切り替える。そして、第2の入力端子電極群に検査用のプローブを接触させると、第2の入力端子電極群に与えられたリセット信号、ホールド信号、水平スタート信号、及び水平クロック信号が、複数の信号出力部にわたって配設された入力信号配線を介して、積分回路、保持回路、及び水平シフトレジスタのそれぞれへ提供される。その結果得られた出力信号は、複数の信号出力部にわたって配設された出力信号配線を介して、第2の出力端子電極から取り出される。
なお、この固体撮像素子が通常の動作を行う場合には、入力用スイッチ手段を第1の入力端子電極側に切り替える。そして、各信号出力部の第1の入力端子電極群にリセット信号、ホールド信号、水平スタート信号、及び水平クロック信号が与えられ、その結果得られた出力信号は、各信号出力部の第1の出力端子電極から取り出される。
以上述べたように、本発明に係る固体撮像素子によれば、複数の信号出力部それぞれに設けられた第1の入力端子電極群及び第1の出力端子電極ではなく、検査用に別途設けられた第2の入力端子電極群及び第2の出力端子電極にプローブを接触させることにより、受光部や積分回路等の動作を検査することができる。したがって、全ての信号出力部の端子電極に同時にプローブを接触させる方法と比較して、端子電極に接触させるプローブの数が少なくて済むので、受光部が大面積である場合であっても、受光部及び複数の信号出力部の検査をより正確且つ容易にできる。
また、固体撮像素子は、複数の信号出力部のそれぞれが、受光部の行方向に沿った一辺に隣接して配置されており、垂直シフトレジスタが、受光部の列方向に沿った他の一辺に隣接して配置されており、第2の入力端子電極群及び第2の出力端子電極が、複数の信号出力部のうち垂直シフトレジスタに最も近い信号出力部に隣接する領域に配置されていることを特徴としてもよい。このような配置によって、入力信号配線及び出力信号配線を効率よく配設し、且つ、信号出力部や垂直シフトレジスタの配置に影響しないように、第2の入力端子電極群及び第2の出力端子電極を好適に配置することができる。
また、固体撮像素子は、第2の入力端子電極群に含まれる水平スタート信号用の端子電極が、複数の信号出力部のうち最も端に位置する信号出力部の水平シフトレジスタに接続されており、その端子電極に水平スタート信号が入力される際に、他の信号出力部の水平シフトレジスタが、隣接する信号出力部の水平シフトレジスタの最終段からの出力を水平スタート信号として受けることを特徴としてもよい。これにより、複数の信号出力部からの出力信号を、第2の出力端子電極において順に取り出すことができる。この場合、固体撮像素子は、各信号出力部において、水平シフトレジスタの走査方向が変更可能であることが好ましい。例えば、通常動作において水平シフトレジスタが第2の入力端子電極群(特に水平スタート信号用の端子電極)に近づく向きに走査する場合がある。このような場合、受光部及び信号出力部の検査の際に、第2の入力端子電極群から遠ざかる向きに水平シフトレジスタの走査方向を変更することによって、第2の入力端子電極群に含まれる水平スタート信号用の端子電極と、最も端に位置する信号出力部の水平シフトレジスタとを接続するための配線の長さを短縮することができる。
また、固体撮像素子は、複数の信号出力部のそれぞれが、電源電圧を入力する第1の電源用端子電極を更に有しており、当該固体撮像素子は、複数の信号出力部における第1の電源用端子電極とは別に、電源電圧を受ける第2の電源用端子電極を更に備えており、第1及び第2の電源用端子電極が、複数の信号出力部にわたって設けられた配線によって互いに接続されていることを特徴としてもよい。これにより、受光部及び複数の信号出力部を検査する際に、電源電圧を供給するためのプローブの数も少なくて済むので、検査を更に容易にできる。
また、固体撮像素子は、保持回路と出力信号配線との接続/非接続を切り替えるために各信号出力部に設けられた出力用スイッチ手段を更に備えることを特徴としてもよい。これにより、或る信号出力部から出力信号を出力する際に、他の信号出力部と出力信号配線との接続を遮断できるので、出力信号配線を通過中の出力信号への影響を抑えることができる。例えば、出力用スイッチ手段が、水平シフトレジスタの動作開始の際に保持回路と出力信号配線とを接続状態とし、水平シフトレジスタの動作完了の際に保持回路と出力信号配線とを非接続状態とすることにより、このような効果を好適に得ることができる。
また、本発明による放射線撮像装置は、上述したいずれかの固体撮像素子と、受光部上に設けられ、入射した放射線に応じてシンチレーション光を発生して放射線像を光像へと変換し、該光像を受光部へ出力するシンチレータとを備えることを特徴とする。この放射線撮像装置によれば、上述したいずれかの固体撮像素子を備えることによって、固体撮像素子の受光部及び信号出力部の検査を正確且つ容易にできるので、信頼性の高い放射線撮像装置を提供することができる。
また、本発明による固体撮像素子の製造方法は、フォトダイオードを各々含むM×N個(M及びNは2以上の整数)の画素がM行N列に2次元配列されて成る受光部と、2以上の列を各々含みN列が分割されて成る複数の列群のそれぞれに対応して設けられた複数の信号出力部と、画素からの電荷出力を各行毎に制御する垂直シフトレジスタとを備える固体撮像素子を製造する方法である。この固体撮像素子の製造方法は、各列群に含まれる2以上の列のそれぞれに対応して設けられ、各列に含まれる画素から出力された電荷を蓄積して電圧信号に変換する2以上の積分回路と、2以上の積分回路それぞれの出力端に接続された2以上の保持回路と、2以上の保持回路から順に電圧信号を出力させる水平シフトレジスタと、積分回路のリセットを行うリセット信号、保持回路への電圧信号の入力を制御するホールド信号、水平シフトレジスタの動作を開始する水平スタート信号、及び水平シフトレジスタのクロックを規定する水平クロック信号のそれぞれを入力する複数の端子電極を含む第1の入力端子電極群と、保持回路からの出力信号を提供する第1の出力端子電極とを、半導体基板上において複数の信号出力部となる各領域に形成すると共に、受光部及び垂直シフトレジスタを該半導体基板上に形成する形成工程と、受光部および複数の信号出力部の動作を検査し、正常に動作する半導体基板を選択する検査工程と、検査工程において選択された半導体基板における各信号出力部の第1の入力端子電極群及び第1の出力端子電極のそれぞれと、半導体基板の外部に用意された配線パターンとをワイヤボンディングにより接続するワイヤボンディング工程とを含む。形成工程の際、リセット信号、ホールド信号、水平スタート信号、及び水平クロック信号のそれぞれを受ける複数の端子電極を含む第2の入力端子電極群を第1の入力端子電極群とは別に形成し、積分回路、保持回路、及び水平シフトレジスタとの接続を第1及び第2の入力端子電極群の間で切り替える入力用スイッチ手段を各信号出力部に形成し、出力信号を提供する第2の出力端子電極を第1の出力端子電極とは別に形成し、各信号出力部の入力用スイッチ手段と第2の入力端子電極群(水平スタート信号用の端子電極を除く)とを接続する入力信号配線、及び各信号出力部の保持回路と第2の出力端子電極とを接続する出力信号配線を複数の信号出力部にわたって形成する。検査工程の際、入力用スイッチ手段を第2の入力端子電極群側に切り替え、第2の入力端子電極群にプローブを接触させることにより、リセット信号、ホールド信号、水平スタート信号、及び水平クロック信号のそれぞれを第2の入力端子電極群に与え、第2の出力端子電極に別のプローブを接触させて電圧信号を取得することにより、受光部および複数の信号出力部の動作を検査する。
この固体撮像素子の製造方法では、形成工程において、積分回路へのリセット信号、保持回路へのホールド信号、水平シフトレジスタへの水平スタート信号、及び水平シフトレジスタのクロックを規定する水平クロック信号を入力するための複数の端子電極として、各信号出力部に設けられた第1の入力端子電極群とは別に、第2の入力端子電極群を形成する。同様に、出力信号を提供する第1の出力端子電極とは別に、第2の出力端子電極を形成する。そして、検査工程において、入力用スイッチ手段を第2の入力端子電極群側に切り替える。このとき、第2の入力端子電極群に検査用のプローブを接触させると、第2の入力端子電極群に与えられたリセット信号、ホールド信号、水平スタート信号、及び水平クロック信号が、複数の信号出力部にわたって配設された入力信号配線を介して、積分回路、保持回路、及び水平シフトレジスタのそれぞれへ提供される。その結果得られた出力信号は、複数の信号出力部にわたって配設された出力信号配線を介して、第2の出力端子電極から取り出される。
なお、上記方法により製造される固体撮像素子に通常の動作を行わせる場合には、入力用スイッチ手段を第1の入力端子電極側に切り替える。そして、半導体基板の外部に用意された配線パターンからボンディングワイヤを介して、各信号出力部の第1の入力端子電極群にリセット信号、ホールド信号、水平スタート信号、及び水平クロック信号が与えられ、その結果得られた出力信号は、各信号出力部の第1の出力端子電極からボンディングワイヤを介して取り出される。
以上述べたように、本発明に係る固体撮像素子の製造方法によれば、検査工程において、複数の信号出力部それぞれに形成した第1の入力端子電極群及び第1の出力端子電極ではなく、検査用に別途形成した第2の入力端子電極群及び第2の出力端子電極にプローブを接触させることにより、受光部及び信号出力部の動作を検査することができる。したがって、端子電極に接触させるプローブの数が少なくて済むので、受光部が大面積である場合であっても、受光部及び信号出力部の検査をより正確且つ容易にできる。
また、固体撮像素子の製造方法は、形成工程の際、複数の信号出力部のそれぞれを受光部の行方向に沿った一辺に隣接して形成すると共に、垂直シフトレジスタを受光部の列方向に沿った他の一辺に隣接して形成し、第2の入力端子電極群、及び第2の出力端子電極を、複数の信号出力部のうち垂直シフトレジスタに最も近い信号出力部に隣接する領域に形成することを特徴としてもよい。このような配置によって、入力信号配線及び出力信号配線を効率よく配設し、且つ、信号出力部や垂直シフトレジスタの配置に影響しないように、第2の入力端子電極群及び第2の出力端子電極を好適に配置することができる。
また、固体撮像素子の製造方法は、形成工程の際、第2の入力端子電極群のうち水平スタート信号用の端子電極を、複数の信号出力部のうち最も端に位置する信号出力部の水平シフトレジスタに接続し、検査工程の際、他の信号出力部の水平シフトレジスタに、隣接する信号出力部の水平シフトレジスタの最終段からの出力を水平スタート信号として与えることを特徴としてもよい。これにより、複数の信号出力部からの出力信号を、第2の出力端子電極において順に取り出すことができる。この場合、各信号出力部において、検査工程の際の水平シフトレジスタの走査方向が、通常動作の際の水平シフトレジスタの走査方向と異なることが好ましい。例えば、通常動作において水平シフトレジスタが第2の入力端子電極群(特に水平スタート信号用の端子電極)に近づく向きに走査する場合がある。このような場合、検査工程において、水平シフトレジスタの走査方向を第2の入力端子電極群から遠ざかる向きとすることによって、第2の入力端子電極群に含まれる水平スタート信号用の端子電極と、最も端に位置する信号出力部の水平シフトレジスタとを接続するための配線の長さを短縮することができる。
また、固体撮像素子の製造方法は、形成工程の際、電源電圧を入力する第1の電源用端子電極を、半導体基板上において複数の信号出力部となる各領域に形成し、電源電圧を提供する第2の電源用端子電極を第1の電源用端子電極とは別に形成し、第1及び第2の電源用端子電極を互いに接続する配線を複数の信号出力部にわたって形成することを特徴としてもよい。これにより、検査工程において、電源電圧を供給するためのプローブの数も少なくて済むので、受光部や信号出力部の検査を更に容易にできる。
また、固体撮像素子の製造方法は、形成工程の際、保持回路と出力信号配線との接続/非接続を切り替えるための出力用スイッチ手段を、半導体基板上において複数の信号出力部となる各領域に更に形成することを特徴としてもよい。これにより、検査工程において或る信号出力部から出力信号を出力する際に、他の信号出力部と出力信号配線との接続を遮断できるので、出力信号配線を通過中の出力信号への影響を抑えることができる。例えば、検査工程の際、出力用スイッチ手段により、水平シフトレジスタの動作開始の際に保持回路と出力信号配線とを接続状態とし、水平シフトレジスタの動作完了の際に保持回路と出力信号配線とを非接続状態とすることにより、このような効果を好適に得ることができる。
また、本発明による放射線撮像装置の製造方法は、上述したいずれかの固体撮像素子の製造方法に加え、入射した放射線に応じてシンチレーション光を発生して放射線像を光像へと変換し、該光像を受光部へ出力するシンチレータを受光部上に設けるシンチレータ付加工程を検査工程の前または後に含むことを特徴とする。この放射線撮像装置の製造方法によれば、上述したいずれかの固体撮像素子の製造方法を含むことによって、固体撮像素子の受光部及び複数の信号出力部の検査を正確かつ容易にできるので、信頼性の高い放射線撮像装置を提供することができる。
また、本発明による固体撮像素子の検査方法は、フォトダイオードを各々含むM×N個(M及びNは2以上の整数)の画素がM行N列に2次元配列されて成る受光部と、2以上の列を各々含みN列が分割されて成る複数の列群のそれぞれに対応して設けられた複数の信号出力部と、画素からの電荷出力を各行毎に制御する垂直シフトレジスタとを備え、複数の信号出力部のそれぞれが、各列群に含まれる2以上の列のそれぞれに対応して設けられ、各列に含まれる画素から出力された電荷を蓄積して電圧信号に変換する2以上の積分回路と、2以上の積分回路それぞれの出力端に接続された2以上の保持回路と、2以上の保持回路から順に電圧信号を出力させる水平シフトレジスタと、積分回路のリセットを行うリセット信号、保持回路への電圧信号の入力を制御するホールド信号、水平シフトレジスタの動作を開始する水平スタート信号、及び水平シフトレジスタのクロックを規定する水平クロック信号のそれぞれを入力する複数の端子電極を含む第1の入力端子電極群と、保持回路からの出力信号を提供する第1の出力端子電極とを有する固体撮像素子を検査する方法である。この固体撮像素子の検査方法は、リセット信号、ホールド信号、水平スタート信号、及び水平クロック信号のそれぞれを受ける複数の端子電極を含む第2の入力端子電極群を第1の入力端子電極群とは別に形成し、また、積分回路、保持回路、及び水平シフトレジスタとの接続を第1及び第2の入力端子電極群の間で切り替える入力用スイッチ手段を各信号出力部に形成し、また、出力信号を提供する第2の出力端子電極を第1の出力端子電極とは別に形成し、また、各信号出力部の入力用スイッチ手段と第2の入力端子電極群(水平スタート信号用の端子電極を除く)とを接続する入力信号配線、及び各信号出力部の保持回路と第2の出力端子電極とを接続する出力信号配線を複数の信号出力部にわたって形成し、入力用スイッチ手段を第2の入力端子電極群側に切り替え、第2の入力端子電極群にプローブを接触させることにより、リセット信号、ホールド信号、水平スタート信号、及び水平クロック信号のそれぞれを第2の入力端子電極群に与え、第2の出力端子電極に別のプローブを接触させて電圧信号を取得することにより、受光部および複数の信号出力部の動作を検査する。
この固体撮像素子の検査方法によれば、前に述べた固体撮像素子の製造方法と同様、複数の信号出力部それぞれに設けられた第1の入力端子電極群及び第1の出力端子電極ではなく、検査用に別途形成した第2の入力端子電極群及び第2の出力端子電極にプローブを接触させることにより、受光部及び信号出力部の動作を検査することができる。したがって、端子電極に接触させるプローブの数が少なくて済むので、受光部が大面積である場合であっても、受光部及び信号出力部の検査をより正確且つ容易にできる。
本発明によれば、大面積の固体撮像素子及びその製造方法、これらを備える放射線撮像装置及びその製造方法、並びに固体撮像素子の検査方法において、受光部や積分回路等のより正確で且つ容易な検査を可能とすることができる。
第1実施形態に係る固体撮像素子1の概略構成図である。 図1に示す固体撮像素子1のII−II線に沿った断面を示す側断面図である。 図1に示した固体撮像素子1の構成要素のうち、受光部10に含まれるN列のうち一部、該一部の列に対応する信号出力部20、及び垂直シフトレジスタ30の構成をより詳細に示した回路図である。 図1に示した固体撮像素子1の構成要素のうち、信号出力部20及び検査用端子電極部40の構成をより詳細に示した回路図である。 通常動作モードにおける固体撮像素子1の状態を示すブロック図である。 通常動作モードにおける各信号のタイミングチャートである。 検査モードにおける固体撮像素子1の状態を示すブロック図である。 検査モードにおける各信号のタイミングチャートである。 複数の信号出力部20のそれぞれが有する水平シフトレジスタ23を簡略化して示すブロック図である。(a)初段のシフトレジスタ24が左端に位置する場合、すなわち水平シフトレジスタ23の走査方向が検査用端子電極部40に近づく向きである場合を示している。(b)初段のシフトレジスタ24が右端に位置する場合、すなわち水平シフトレジスタ23の走査方向が検査用端子電極部40から遠ざかる向きである場合を示している。 水平シフトレジスタ23の走査方向を図9(a)に示す向きにした場合における、固体撮像素子1の(a)通常動作モード及び(b)検査モードそれぞれの様子を簡略化して示す平面図である。 水平シフトレジスタ23の走査方向を図9(b)に示す向きに変更した場合における、固体撮像素子1の(a)通常動作モード及び(b)検査モードそれぞれの様子を簡略化して示す平面図である。 第2実施形態に係る放射線撮像装置2の構成を示す平面図である。 図12に示す放射線撮像装置2のXIII−XIII線に沿った断面を示す側断面図である。 放射線撮像装置2を製造するための各工程を示す図である。
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
(第1の実施の形態)
図1は、本実施形態に係る固体撮像素子1の概略構成図である。また、図2は、図1に示す固体撮像素子1のII−II線に沿った断面を示す側断面図である。本実施形態に係る固体撮像素子1は、受光部10、複数の信号出力部20、垂直シフトレジスタ30および検査用端子電極部40を備える。なお、図1では、受光部10の一部の領域Dを拡大して示している。
図1に示すように、複数の信号出力部20のそれぞれは、受光部10の行方向に沿った一辺に隣接して配置されており、垂直シフトレジスタ30は、受光部10の列方向に沿った他の一辺に隣接して配置されており、検査用端子電極部40は、複数の信号出力部20のうち垂直シフトレジスタ30に最も近い端(以下、右端という)に位置する信号出力部20に隣接する領域に配置されている。
受光部10は、M×N個の画素11がM行N列に2次元配列されたものである。ここで、M,Nそれぞれは2以上の整数である。各画素11は、PPS方式のものであって、共通の構成を有している。
受光部10の各行を構成するN個の画素11それぞれは、各行に対応して配設された行選択用配線13により垂直シフトレジスタ30と接続されている。垂直シフトレジスタ30は、画素11からの電荷出力を各行毎に制御するために設けられる。また、受光部10の各列を構成するM個の画素11それぞれの出力端は、各列に対応して配設された読出用配線12により、複数の信号出力部20のいずれかと接続されている。
受光部10の各画素11は、フォトダイオードPDおよび読出用スイッチSWaを含む。フォトダイオードPDのアノード端子は接地され、フォトダイオードPDのカソード端子は読出用スイッチSWaを介して読出用配線12と接続されている。フォトダイオードPDは、入射光強度に応じた量の電荷を発生し、その発生した電荷を接合容量部に蓄積する。読出用スイッチSWaには、垂直シフトレジスタ30から行選択用配線13を介して行選択制御信号が与えられる。行選択制御信号は、受光部10の各行に含まれるN個の画素11の読出用スイッチSWaの開閉動作を指示するものである。
各画素11では、行選択制御信号がロー(L)レベルであるときに、読出用スイッチSWaが開いて、フォトダイオードPDで発生した電荷は、読出用配線12へ出力されることなく、接合容量部に蓄積される。一方、行選択制御信号がハイ(H)レベルであるときに、読出用スイッチSWaが閉じて、それまでフォトダイオードPDで発生して接合容量部に蓄積されていた電荷は、読出用スイッチSWaを経て、読出用配線12へ出力される。
また、受光部10、信号出力部20、垂直シフトレジスタ30、及び検査用端子電極部40は、半導体基板14の主面に作り込まれている。なお、この半導体基板14は、機械的強度を維持するための平板状の基材に貼り付けられてもよい。
図3は、図1に示した固体撮像素子1の構成要素のうち、受光部10に含まれるN列のうち一部の構成と、該一部の列に対応する信号出力部20の構成と、垂直シフトレジスタ30の構成とをより詳細に示した回路図である。
垂直シフトレジスタ30は、互いに直列に接続された複数のシフトレジスタ31と、受光部10の各行に対応して設けられた否定論理和回路(NORゲート)32及びバッファ33とを含んで構成されている。複数のシフトレジスタ31のそれぞれには、各シフトレジスタ31の動作クロックを規定する垂直クロック信号Ckvが与えられる。また、複数のシフトレジスタ31から成る直列回路の一端には、垂直シフトレジスタ30の動作を開始させる垂直スタート信号Spvが与えられる。
初段に位置するシフトレジスタ31に垂直スタート信号Spvが入力されると、各シフトレジスタ31の出力電圧Shiftは、垂直クロック信号Ckvのタイミングに合わせて一定期間だけ順に立ち下がる。そして、各シフトレジスタ31の出力電圧Shiftは、各行毎に設けられたNORゲート32に順に入力され、ゲート信号Gateとの否定論理和がバッファ33へ出力される。バッファ33から出力された信号は、行選択制御信号Vselとして行選択用配線13へ提供される。なお、ゲート信号Gateは、行選択制御信号Vselに含まれるパルスの時間幅を短縮するための信号である。
また、図3に示すように、本実施形態における複数の信号出力部20は、受光部10の複数の列群、すなわち2以上の列を各々含むように受光部10のN列が分割されて構成された列群のそれぞれに対応して設けられている。例えば、図3に示した回路では一つの列群が5本の画素列を含んでおり、この5本の画素列に対して一つの信号出力部20が配置されている。受光部10の各列を構成するM個の画素11それぞれの出力端は、読出用配線12を介して、その列が含まれる列群に対応して設けられた信号出力部20(具体的には、当該信号出力部20において各列毎に設けられた積分回路21)それぞれと接続される。
図4は、図1に示した固体撮像素子1の構成要素のうち、信号出力部20及び検査用端子電極部40の構成をより詳細に示した回路図である。なお、図4には、複数の信号出力部20のうち、垂直シフトレジスタ30(図1を参照)寄りの2つの信号出力部20が示されている。
複数の信号出力部20のそれぞれは、積分回路21、保持回路22、及び水平シフトレジスタ23を含んで構成されている。積分回路21は、当該信号出力部20に接続された各列群に含まれる2以上の列のそれぞれに対応して2個以上設けられており、対応する列の読出用配線12に接続された入力端を有する。積分回路21は、各列に含まれる画素11から読出用配線12を介して出力された電荷を蓄積して、その蓄積電荷量に応じた電圧値を出力端から保持回路22へ出力する。各積分回路21は、リセット用配線Lrと接続されている。リセット用配線Lrにはリセット信号Rstが与えられる。リセット信号Rstは、積分回路21の放電用スイッチの開閉動作を指示し、積分回路21のリセットを行うための信号である。
保持回路22は、各積分回路21に対応して2個以上設けられている。保持回路22は、対応する積分回路21の出力端にスイッチを介して接続された入力端を有しており、この入力端に入力される電圧値を保持し、その保持した電圧値を出力端からスイッチ手段を介して電圧出力用配線Loutへ出力する。各保持回路22は、保持用配線Lhと接続されている。保持用配線Lhにはホールド信号Hldが与えられる。ホールド信号Hldは、各保持回路22と各積分回路21との間のスイッチの開閉動作を指示することにより、保持回路22への電圧信号の入力を制御するための信号である。
水平シフトレジスタ23は、各保持回路22と電圧出力用配線Loutとを順に接続させることにより、保持回路22のそれぞれから電圧信号を順次出力させる。水平シフトレジスタ23は、保持回路22と同数のシフトレジスタ24(主にフリップフロップにより構成される)が互いに直列に接続されて構成されている。初段のシフトレジスタ24の入力端は、スタート用配線Lstと接続されている。スタート用配線Lstには水平スタート信号Sphが与えられる。水平スタート信号Sphは、水平シフトレジスタ23の動作を開始させるための信号である。次段以降のシフトレジスタ24の入力端は、その前段のシフトレジスタ24の出力端と接続されている。これらのシフトレジスタ24は、入力端に入力された信号をトリガとして、所定時間遅延した信号を出力する。各シフトレジスタ24の出力端は、対応する列の保持回路22と電圧出力用配線Loutとの間に設けられたスイッチ手段の制御端にそれぞれ接続されている。
また、複数の信号出力部20のそれぞれは、入力端子電極群25を更に有する。入力端子電極群25は、本実施形態における第1の入力端子電極群であり、信号入力用の複数の端子電極(電極パッド)25a〜25gを含んでいる。
端子電極25aは、積分回路21のリセットを行うリセット信号Rstを入力するための端子電極である。端子電極25bは、保持回路22への電圧信号の入力を制御するホールド信号Hldを入力するための端子電極である。端子電極25cは、水平シフトレジスタ23の動作を開始する水平スタート信号Sphを入力するための端子電極である。端子電極25dは、水平シフトレジスタ23のクロックを規定する水平クロック信号Ckhを入力するための端子電極である。端子電極25e〜25gは、垂直シフトレジスタ30(図3を参照)において使用されるゲート信号Gate、垂直スタート信号Spv、及び垂直クロック信号Ckvをそれぞれ入力するための端子電極である。
リセット信号用の端子電極25aは、スイッチ手段SW1の2つの入力端のうち一方に接続されている。スイッチ手段SW1の出力端はリセット用配線Lrに接続されており、スイッチ手段SW1が一方の入力端と出力端とを接続することで、端子電極25aに入力されたリセット信号Rstが2個以上の積分回路21のそれぞれへ提供される。
ホールド信号用の端子電極25bは、スイッチ手段SW2の2つの入力端のうち一方に接続されている。スイッチ手段SW2の出力端は保持用配線Lhに接続されており、スイッチ手段SW2が一方の入力端と出力端とを接続することで、端子電極25bに入力されたホールド信号Hldが、2個以上の保持回路22のそれぞれへの電圧信号の入力を制御する。
水平スタート信号用の端子電極25cは、スイッチ手段SW3の一端に接続されている。スイッチ手段SW3の他端はスタート用配線Lstに接続されており、スイッチ手段SW3が接続状態となることで、端子電極25cに入力された水平スタート信号Sphが、水平シフトレジスタ23の初段のシフトレジスタ24へ提供される。
水平クロック信号用の端子電極25dは、スイッチ手段SW4の2つの入力端のうち一方に接続されている。スイッチ手段SW4の出力端は各シフトレジスタ24に接続されており、スイッチ手段SW4が一方の入力端と出力端とを接続することで、端子電極25dに入力された水平クロック信号Ckhが各シフトレジスタ24へ提供される。
なお、スイッチ手段SW1,SW2及びSW4は、本実施形態における入力用スイッチ手段であり、積分回路21、保持回路22、及び水平シフトレジスタ23との接続を、入力端子電極群25と、後述する入力端子電極群41との間で切り替えるために各信号出力部20に設けられるものである。
ゲート信号用の端子電極25e、垂直スタート信号用の端子電極25f、及び垂直クロック信号用の端子電極25gのそれぞれから延びる各配線は、当該信号出力部20における垂直シフトレジスタ30(図3を参照)側の縁部まで延びている。また、垂直シフトレジスタ30から延びるゲート信号用の配線Lg、垂直スタート信号用の配線Lspv、及び垂直クロック信号用の配線Lckvは、複数の信号出力部20のうち右端の信号出力部20と検査用端子電極部40との境界まで延びている。したがって、この信号出力部20では、端子電極25e〜25gから延びる各配線が、垂直シフトレジスタ30から延びる各配線Lg、Lspv、及びLckvのそれぞれに接続されることとなる。なお、これ以外の信号出力部20では、端子電極25e〜25gから延びる各配線は信号出力部20同士の境界において途切れており、当該端子電極25e〜25gは使用されない。このような端子電極25e〜25gの形態は、各信号出力部20を全て共通のパターンにより作製することによって生ずるものである。
また、複数の信号出力部20のそれぞれは、出力端子電極26、電源用端子電極27a、及び基準電位用端子電極27bを更に有する。出力端子電極26は、本実施形態における第1の出力端子電極であり、保持回路22から電圧出力用配線Loutを介して伝達された出力信号Aoutを半導体基板14の外部へ提供するための端子電極である。出力端子電極26は、増幅素子(アンプ)を介して電圧出力用配線Loutと接続されている。
電源用端子電極27aは、本実施形態における第1の電源用端子電極であり、電源電圧の供給を受けるための端子電極である。基準電位用端子電極27bは、基準電位を規定するための端子電極である。電源用端子電極27a及び基準電位用端子電極27bそれぞれは、複数の信号出力部20にわたって設けられた電源配線Lvdd及び基準電位線Lgndそれぞれと接続されている。
また、本実施形態の固体撮像素子1は、リセット用共通配線Lcr、保持用共通配線Lch、クロック用共通配線Lcc、電圧出力用共通配線Lcout、及びモード選択用配線Linsを更に備えている。これらの配線は、複数の信号出力部20にわたって配設されている。リセット用共通配線Lcr、保持用共通配線Lch、及びクロック用共通配線Lccは、本実施形態における入力信号配線を構成する。電圧出力用共通配線Lcoutは、本実施形態における出力信号配線を構成する。
リセット用共通配線Lcrは、複数の信号出力部20のそれぞれにおいて、スイッチ手段SW1の2つの入力端のうち他方に接続されている。保持用共通配線Lchは、複数の信号出力部20のそれぞれにおいて、スイッチ手段SW2の2つの入力端のうち他方に接続されている。クロック用共通配線Lccは、複数の信号出力部20のそれぞれにおいて、スイッチ手段SW4の2つの入力端のうち他方に接続されている。モード選択用配線Linsは、スイッチ手段SW1〜SW4それぞれの制御端に接続されており、モード選択用配線Linsに提供される信号(後述するモード選択信号Enb)によって、スイッチ手段SW1〜SW4それぞれの動作が制御される。
電圧出力用共通配線Lcoutは、複数の信号出力部20のそれぞれにおいて、スイッチSW5を介して電圧出力用配線Loutと接続されている。なお、スイッチSW5は、本実施形態における出力用スイッチ手段であり、保持回路22と電圧出力用共通配線Lcoutとの接続/非接続を切り替えるために設けられる。このスイッチSW5は、論理積回路(ANDゲート)28からの出力信号Selによりその開閉が制御される。ANDゲート28の一方の入力端はフリップフロップ回路29の出力端に接続されており、ANDゲート28の他方の入力端はモード選択用配線Linsに接続されている。フリップフロップ回路29のセット端子には水平スタート信号Sphが入力され、リセット端子には水平シフトレジスタ23の最終段の出力信号Endhが、もう一段のシフトレジスタを介して入力される。
検査用端子電極部40は、前述したように、垂直シフトレジスタ30側の端に位置する信号出力部20に隣接する領域に設けられている。検査用端子電極部40は、各信号出力部20の入力端子電極群25とは別に設けられた、入力端子電極群41を有する。入力端子電極群41は、本実施形態における第2の入力端子電極群であり、信号入力用の複数の端子電極(電極パッド)41a〜41gを含んでいる。
端子電極41a〜41gのそれぞれは、リセット信号Rst、ホールド信号Hld、水平スタート信号Sph、水平クロック信号Ckh、ゲート信号Gate、垂直スタート信号Spv、及び垂直クロック信号Ckvのそれぞれを入力するための端子電極である。リセット信号用の端子電極41aは、リセット用共通配線Lcrに接続されている。ホールド信号用の端子電極41bは、保持用共通配線Lchに接続されている。クロック信号用の端子電極41dは、クロック用共通配線Lccに接続されている。また、これらの端子電極41a,41b及び41dは、それぞれ抵抗を介して電源配線Lvddに接続されている。
また、ゲート信号用の端子電極41eは、垂直シフトレジスタ30から延びるゲート信号用の配線Lgに接続されている。垂直スタート信号用の端子電極41fは、垂直シフトレジスタ30から延びる垂直スタート信号用の配線Lspvに接続されている。垂直クロック信号用の端子電極41gは、垂直シフトレジスタ30から延びる垂直クロック信号用の配線Lckvに接続されている。
水平スタート信号用の端子電極41cは、複数の信号出力部20を跨いで配設された配線を介して、複数の信号出力部20のうち垂直シフトレジスタ30から離れた側の最も端(以下、左端という)に位置する信号出力部20の水平シフトレジスタ23に、スイッチ手段SW6を介して接続されている。したがって、スイッチ手段SW6が閉じた状態で端子電極41cに水平スタート信号Sphが入力されると、当該信号出力部20の水平シフトレジスタ23が動作を開始する。また、その他の信号出力部20では、水平シフトレジスタ23の初段のシフトレジスタ24が、垂直シフトレジスタ30から離れた側に隣接する信号出力部20の、水平シフトレジスタ23の最終段のシフトレジスタ24にスイッチ手段SW6を介して接続されている。そして、スイッチ手段SW6が閉じた状態では、隣接する信号出力部20の最終段のシフトレジスタ24からの出力信号Endhを、各水平シフトレジスタ23が水平スタート信号Sphとして受ける。なお、スイッチ手段SW6の制御端はモード選択用配線Linsに接続されており、モード選択用配線Linsに提供されるモード選択信号Enbによって、スイッチ手段SW3及びSW6のいずれか一方のみ接続状態となるように制御される。
また、検査用端子電極部40は、各信号出力部20の出力端子電極26とは別に設けられた、出力端子電極42を更に有する。出力端子電極42は、電圧出力用共通配線Lcoutに接続されている。また、検査用端子電極部40は、各信号出力部20の電源用端子電極27a及び基準電位用端子電極27bとは別に設けられた、電源用端子電極43a及び基準電位用端子電極43bを有する。電源用端子電極43aは、電源配線Lvddを介して各信号出力部20の電源用端子電極27aと相互に接続されており、基準電位用端子電極43bは、基準電位線Lgndを介して各信号出力部20の基準電位用端子電極27bと相互に接続されている。
また、検査用端子電極部40は、モード選択用端子電極44を更に有する。モード選択用端子電極44は、スイッチ手段SW1〜SW6の制御を行うモード選択信号Enbを入力するための端子電極であり、モード選択用配線Linsに接続されている。また、モード選択用端子電極44は、抵抗を介して電源配線Lvddに接続されている。
以上の構成を備える、本実施形態による固体撮像素子1の動作について説明する。図5は、通常の動作時における固体撮像素子1の状態(主に、各スイッチ手段SW1〜SW6の状態。以下、この状態を通常動作モードという)を示すブロック図である。図6は、通常動作モードにおける各信号のタイミングチャートである。図7は、固体撮像素子1の受光部10、信号出力部20、及び垂直シフトレジスタ30の機能をプローブを当てて検査する際の固体撮像素子1の状態(以下、この状態を検査モードという)を示すブロック図である。図8は、検査モードにおける各信号のタイミングチャートである。
まず、図5及び図6を参照して、固体撮像素子1の通常動作モードについて説明する。固体撮像素子1が通常の動作を行う際には、図5に示すように、全ての信号出力部20において、リセット信号用の端子電極25a、ホールド信号用の端子電極25b、水平スタート信号用の端子電極25c、水平クロック信号用の端子電極25d、電源用端子電極27a、及び基準電位用端子電極27bのそれぞれに、ボンディングワイヤWが接続される。そして、外部に設けられた電子部品等から、ボンディングワイヤWを介してリセット信号Rst、ホールド信号Hld、水平スタート信号Sph、水平クロック信号Ckh、電源電圧Vdd及び基準電位GNDが入力される。
このとき、検査用端子電極部40のモード選択用端子電極44には何も接続されていないので、モード選択用配線Linsの電位は電源電圧Vdd(すなわちHレベル)に固定される。このとき、各信号出力部20におけるスイッチ手段SW1,SW2,SW4は、図5に示すように、2つの入力端のうち入力端子電極群25に接続されている方の入力端と、出力端とを相互に接続する。また、スイッチ手段SW3は接続状態となり、スイッチ手段SW5及びSW6はそれぞれ非接続状態となる。
この状態において、まず、右端に位置する信号出力部20において、垂直スタート信号用の端子電極25fに垂直スタート信号SpvとしてLレベルのパルス信号が入力され(図6(a))、このパルス信号が垂直シフトレジスタ30の最上段のシフトレジスタ31(図3を参照)に提供される。このとき、垂直クロック信号用の端子電極25gに垂直クロック信号CkvとしてLレベルのパルス信号が重ねて入力され(図6(b))、このパルス信号が垂直シフトレジスタ30の各シフトレジスタ31に提供される。これらにより、最上段のシフトレジスタ31からの出力電圧Shiftが、垂直クロック信号Ckvの次のパルス信号が入力されるまでLレベルとなる(図6(c))。
続いて、複数の信号出力部20のそれぞれにおいて、リセット信号用の端子電極25aにリセット信号RstとしてLレベルの電圧が入力され(図6(j))、この電圧が各積分回路21に提供される。これにより、信号出力部20のそれぞれにおいて各積分回路21のリセット状態が解除される。このとき、ホールド信号用の端子電極25bにホールド信号HldとしてHレベルの信号が重ねて入力され(図6(k))、この信号により各積分回路21と各保持回路22とが互いに接続される。
続いて、右端に位置する信号出力部20において、ゲート信号用の端子電極25eにゲート信号GateとしてLレベルのパルス信号が入力され(図6(f))、このパルス信号が垂直シフトレジスタ30の各NORゲート32(図3を参照)に入力される。このとき、最上段のNORゲート32では、シフトレジスタ31からの出力電圧Shiftとゲート信号Gateとの否定論理和としてHレベルのパルス信号が出力され、このパルス信号がバッファ33を介して当該行の各行選択用配線13へ行選択制御信号Vselとして提供される(図6(g))。これにより、受光部10の第1行に含まれる各画素11の読出用スイッチSWaが閉じ、フォトダイオードPDにおいて発生した電荷が読出用配線12を通じて各列毎に積分回路21へ移動する。
各積分回路21では、リセット状態が解除されているので電荷が蓄積され、この蓄積電荷量に応じた電圧値が保持回路22へ出力される。この電圧値は、保持回路22において保持される。
このようにして、受光部10の第1行に含まれる各画素11からの電荷を保持回路22にて保持させたのち、複数の信号出力部20のそれぞれにおいて、ホールド信号HldをLレベルに戻し(図6(k))、リセット信号RstをHレベルに戻す(図6(j))。これにより、信号出力部20のそれぞれにおいて各積分回路21がリセットされ、且つ各積分回路21と各保持回路22とが互いに非接続状態となる。
続いて、複数の信号出力部20のそれぞれにおいて、水平スタート信号用の端子電極25cに水平スタート信号SphとしてLレベルのパルス信号が入力され(図6(l))、このパルス信号が水平シフトレジスタ23の初段のシフトレジスタ24に提供される。なお、このパルス信号はフリップフロップ回路29にも提供されるが、モード選択用配線Linsの電位はHレベルに固定されているため、スイッチ手段SW5は非接続状態を継続する。
そして、水平クロック信号用の端子電極25dに水平クロック信号CkhとしてLレベルのパルス信号が重ねて入力され(図6(m))、このパルス信号が水平シフトレジスタ23の各シフトレジスタ24に提供される。これにより、各シフトレジスタ24からの出力電圧が各保持回路22と電圧出力用配線Loutとを順次接続し、各保持回路22に保持されていた電圧値が出力信号Aoutとして出力端子電極26に順次提供される(図6(n))。こうして、受光部10の第1行に相当する出力信号Aoutが、出力端子電極26からボンディングワイヤWを介して取り出される。
次に、端子電極25gに垂直クロック信号CkvとしてLレベルのパルス信号が再度入力されると(図6(b))、最上段のシフトレジスタ31からの出力電圧ShiftがHレベルに戻るとともに(図6(c))、次段のシフトレジスタ31からの出力電圧ShiftがLレベルとなる(図6(d))。そして、リセット信号Rst及びホールド信号Hldを上記と同様に端子電極25a,25bにそれぞれ入力したのち、ゲート信号用の端子電極25eにゲート信号GateとしてLレベルのパルス信号が入力され(図6(f))、このパルス信号が垂直シフトレジスタ30の各NORゲート32に入力される。NORゲート32へのGate信号がHになったとき、最上段のNORゲート32からの出力信号はLレベルに戻り、また、次段のNORゲート32からは、シフトレジスタ31からの出力電圧Shiftとゲート信号Gateとの否定論理和としてHレベルのパルス信号が出力され、このパルス信号がバッファ33を介して当該行の各行選択用配線13へ行選択制御信号Vselとして提供される(図6(h))。これにより、受光部10の第2行に含まれる各画素11の読出用スイッチSWaが閉じ、フォトダイオードPDにおいて発生した電荷が読出用配線12を通じて各列毎に積分回路21へ移動する。以後、第1行の場合と同様に水平スタート信号Sph及び水平クロック信号Ckhが入力されることにより(図6(l),図6(m))、受光部10の第2行に相当する出力信号Aoutが、出力端子電極26からボンディングワイヤWを介して取り出される(図6(n))。
以上の動作が、各行毎に順次繰り返される。そして、垂直クロック信号CkvとしてM回目のパルス信号が入力されると(図6(b))、最下段のシフトレジスタ31からの出力電圧ShiftがHレベルとなり(図6(e))、ゲート信号Gateとしてパルス信号が入力されると(図6(f))、最下段のNORゲート32からの出力信号が、バッファ33を介して第M行の各行選択用配線13へ行選択制御信号Vselとして提供される(図6(i))。そして、他の行の場合と同様にして、受光部10の第M行に相当する出力信号Aoutが、出力端子電極26から取り出されると(図6(n))、1フレームに相当するデータ取得が完了する。
次に、図7及び図8を参照して、固体撮像素子1の検査モードについて説明する。このモードは、各信号出力部20の各端子電極にワイヤボンディングがなされる前に、受光部10、複数の信号出力部20、及び垂直シフトレジスタ30の機能を検査するためのモードである。
まず、図7に示すように、検査用端子電極部40において、リセット信号用の端子電極41a、ホールド信号用の端子電極41b、水平スタート信号用の端子電極41c、水平クロック信号用の端子電極41d、ゲート信号用の端子電極41e、垂直スタート信号用の端子電極41f、垂直クロック信号用の端子電極41g、出力端子電極42、電源用端子電極43a、基準電位用端子電極43b、及びモード選択信号用の端子電極44のそれぞれに、検査用プローブPが接触される。そして、これらの検査用プローブPを介して、リセット信号Rst、ホールド信号Hld、水平スタート信号Sph、水平クロック信号Ckh、ゲート信号Gate、垂直スタート信号Spv、垂直クロック信号Ckv、電源電圧Vdd、基準電位GND、及びモード選択信号Enbが各端子電極に入力される。
このとき、モード選択用端子電極44にはモード選択信号EnbとしてLレベルの電圧が印加され、各信号出力部20におけるスイッチ手段SW1,SW2,SW4は、図7に示すように、2つの入力端のうち共通配線Lcr,Lch,Lccに接続されている方の入力端と、出力端とを相互に接続するよう切り替わる。また、スイッチ手段SW3は非接続状態となり、スイッチ手段SW6は接続状態となる。
この状態において、まず、検査用端子電極部40において、垂直スタート信号用の端子電極41fに垂直スタート信号SpvとしてLレベルのパルス信号が入力され(図8(a))、このパルス信号が垂直シフトレジスタ30の最上段のシフトレジスタ31(図3を参照)に提供される。このとき、垂直クロック信号用の端子電極41gに垂直クロック信号CkvとしてLレベルのパルス信号が重ねて入力され(図8(b))、このパルス信号が垂直シフトレジスタ30の各シフトレジスタ31に提供される。これにより、最上段のシフトレジスタ31からの出力電圧Shiftが、垂直クロック信号Ckvの次のパルス信号が入力されるまでLレベルとなる(図8(c))。
続いて、検査用端子電極部40において、リセット信号用の端子電極41aにリセット信号RstとしてLレベルの電圧が入力され(図8(h))、この電圧がリセット用共通配線Lcrを介して各信号出力部20の各積分回路21に提供される。これにより、複数の信号出力部20のそれぞれにおいて各積分回路21のリセット状態が解除される。このとき、ホールド信号用の端子電極41bにホールド信号HldとしてHレベルの信号が重ねて入力され(図8(i))、この信号が保持用共通配線Lchを介して各信号出力部20に提供される。これにより、複数の信号出力部20のそれぞれにおいて、各積分回路21と各保持回路22とが互いに接続される。
続いて、検査用端子電極部40において、ゲート信号用の端子電極41eにゲート信号GateとしてLレベルのパルス信号が入力され(図8(e))、このパルス信号が垂直シフトレジスタ30の各NORゲート32(図3を参照)に入力される。このとき、最上段のNORゲート32では、シフトレジスタ31からの出力電圧Shiftとゲート信号Gateとの否定論理和としてHレベルのパルス信号が出力され、このパルス信号がバッファ33を介して当該行の各行選択用配線13へ行選択制御信号Vselとして提供される(図8(f))。これにより、受光部10の第1行に含まれる各画素11の読出用スイッチSWaが閉じ、フォトダイオードPDにおいて発生した電荷が読出用配線12を通じて各列毎に積分回路21へ移動する。
各積分回路21では、リセット状態が解除されているので電荷が蓄積され、この蓄積電荷量に応じた電圧値が保持回路22へ出力される。この電圧値は、保持回路22において保持される。
このようにして、受光部10の第1行に含まれる各画素11からの電荷を保持回路22にて保持させたのち、検査用端子電極部40において、ホールド信号HldをLレベルに戻し(図8(i))、リセット信号RstをHレベルに戻す(図8(h))。これにより、複数の信号出力部20のそれぞれにおいて各積分回路21がリセットされ、且つ各積分回路21と各保持回路22とが互いに非接続状態となる。
続いて、検査用端子電極部40において、水平スタート信号用の端子電極41cに水平スタート信号SphとしてLレベルのパルス信号が入力される(図8(j))。このパルス信号は、複数の信号出力部20のうち左端に位置する信号出力部20の、水平シフトレジスタ23の初段のシフトレジスタ24に提供される。また、このパルス信号は当該信号出力部20のフリップフロップ回路29にも提供され、フリップフロップ回路29からANDゲート28の一方の入力端へ入力される電圧がLレベルとなる。一方、検査モードにおいては、ANDゲート28の他方の入力端に提供されるモード選択用配線Linsの電位がLレベルとなっているので、ANDゲート28からの出力信号SelはHレベルとなる(図8(n))。これにより、当該信号出力部20のスイッチ手段SW5が接続状態となる。
そして、検査用端子電極部40において、水平クロック信号用の端子電極41dに水平クロック信号CkhとしてLレベルのパルス信号が重ねて入力され(図8(k))、このパルス信号が水平シフトレジスタ23の各シフトレジスタ24に提供される。これにより、左端に位置する信号出力部20において、各シフトレジスタ24からの出力信号が各保持回路22と電圧出力用配線Loutとを順次接続し、各保持回路22に保持されていた電圧値が出力信号Aoutとして電圧出力用共通配線Lcoutに順次提供される(図8(p)のA1,A2,・・・)。こうして、受光部10のうち最左端の列群の第1行に相当する出力信号Aoutが、出力端子電極42から検査用プローブPを介して取り出される。
また、左端に位置する信号出力部20の最終段のシフトレジスタ24から出力された信号Endh(図8(l))は、当該信号出力部20のフリップフロップ回路29にも、もう一段のシフトレジスタ24を通して提供される。したがって、当該信号出力部20の各保持回路22から出力信号Aoutが全て出力されたのち、フリップフロップ回路29の出力電圧がHレベルとなり、ANDゲート28からの出力電圧SelがLレベルとなってスイッチ手段SW5が非接続状態に切り替わる(図8(n))。
また、この信号Endhは、当該信号出力部20に隣接する信号出力部20(すなわち、左端から二つ目の信号出力部20)へ水平スタート信号Sphとして提供される。したがって、この左端から二つ目の信号出力部20におけるANDゲート28からの出力信号SelはHレベルとなり(図8(o))、この信号出力部20のスイッチ手段SW5が接続状態となる。また、この信号出力部20において、この水平スタート信号Sphは、スイッチ手段SW6を介して初段のシフトレジスタ24へ提供される。このとき、水平クロック信号Ckhは端子電極41dから入力され続けているので(図8(k))、この左端から二つ目の信号出力部20において、各シフトレジスタ24からの出力信号が各保持回路22と電圧出力用配線Loutとを順次接続し、各保持回路22に保持されていた電圧値が出力信号Aoutとして電圧出力用共通配線Lcoutに順次提供される(図8(p)のB1,B2,・・・)。こうして、受光部10のうち左端から二つ目の列群の第1行に相当する出力信号Aoutが、出力端子電極42から検査用プローブPを介して取り出される。
また、左端から二つ目の信号出力部20の最終段のシフトレジスタ24から出力された信号Endh(図8(m))は、当該信号出力部20のフリップフロップ回路29にも、もう一段のシフトレジスタ24を通して提供される。したがって、当該信号出力部20の各保持回路22から出力信号Aoutが全て出力されたのち、フリップフロップ回路29の出力電圧がHレベルとなり、ANDゲート28からの出力電圧SelがLレベルとなってスイッチ手段SW5が非接続状態に切り替わる(図8(n))。また、この信号Endhは、当該信号出力部20に隣接する信号出力部20(すなわち、左端から三つ目の信号出力部20)へ提供される。
これ以降、左端から三つ目ないし右端にそれぞれ位置する複数の信号出力部20において同様の動作が行われ、受光部10のうち該当する列群の第1行に相当する出力信号Aoutが、出力端子電極42から検査用プローブPを介して取り出される。
続いて、端子電極41gに垂直クロック信号CkvとしてLレベルのパルス信号が再度入力されると(図8(b))、最上段のシフトレジスタ31からの出力電圧ShiftがHレベルに戻るとともに(図8(c))、次段のシフトレジスタ31からの出力電圧ShiftがHレベルとなる(図8(d))。そして、リセット信号Rst及びホールド信号Hldが上記と同様に端子電極41a,41bにそれぞれ入力されたのち、ゲート信号用の端子電極41eにゲート信号GateとしてLレベルのパルス信号が入力され(図8(e))、このパルス信号が垂直シフトレジスタ30の各NORゲート32に入力される。NORゲート32へのGate信号がHレベルになったとき、最上段のNORゲート32からの出力信号はLレベルに戻り、また、次段のNORゲート32からは、シフトレジスタ31からの出力電圧Shiftとゲート信号Gateとの否定論理和としてHレベルのパルス信号が出力され、このパルス信号がバッファ33を介して当該行の各行選択用配線13へ行選択制御信号Vselとして提供される(図8(g))。これにより、受光部10の第2行に含まれる各画素11の読出用スイッチSWaが閉じ、フォトダイオードPDにおいて発生した電荷が読出用配線12を通じて各列毎に積分回路21へ移動する。以後、第1行の場合と同様に水平スタート信号Sph及び水平クロック信号Ckhが入力されることにより(図8(j),図8(k))、受光部10の各列群の第2行に相当する出力信号Aoutが、出力端子電極42から検査用プローブPを介して取り出される(図8(p))。
以上の動作が、各行毎に順次繰り返される。そして、受光部10の第M行に相当する出力信号Aoutが出力端子電極42から取り出されると、受光部10の全領域、複数の信号出力部20および垂直シフトレジスタ30の機能検査が完了する。
以上の構成を備える本実施形態の固体撮像素子1によれば、複数の信号出力部20それぞれに設けられた入力端子電極群25及び出力端子電極26ではなく、検査用に別途設けられた入力端子電極群41及び出力端子電極42に検査用プローブPを接触させることにより、受光部10及び信号出力部20の動作を検査することができる。したがって、全ての信号出力部20の各端子電極25a〜25dに同時に検査用プローブPを接触させる方法と比較して、端子電極に接触させる検査用プローブPの数が少なくて済むので、受光部10が大面積である場合であっても、受光部10及び複数の信号出力部20の検査をより正確且つ容易にできる。
また、本実施形態の固体撮像素子1は、画素11からの電荷出力を各行毎に制御する垂直シフトレジスタ30を備えている。そして、複数の信号出力部20のそれぞれは、受光部10の行方向に沿った一辺に隣接して配置され、垂直シフトレジスタ30は、受光部10の列方向に沿った他の一辺に隣接して配置されている。このような場合、本実施形態のように、入力端子電極群41及び出力端子電極42は、複数の信号出力部20のうち垂直シフトレジスタ30に最も近い信号出力部20に隣接する領域(本実施形態では、右端の信号出力部20に隣接する領域)に配置されることが好ましい。このような配置によって、各共通配線Lcr,Lch,LccおよびLcoutを効率よく配設し、且つ、信号出力部20や垂直シフトレジスタ30の配置に影響しないように、入力端子電極群41及び出力端子電極42を好適に配置することができる。
また、本実施形態のように、入力端子電極群41に含まれる水平スタート信号Sph用の端子電極41cは、複数の信号出力部20のうち最も端に位置する信号出力部20(本実施形態では、左端に位置する信号出力部20)の水平シフトレジスタ23に接続され、その端子電極41cに水平スタート信号Sphが入力される検査モードの際に、他の信号出力部20の水平シフトレジスタ23は、隣接する信号出力部20の水平シフトレジスタ23の最終段からの出力信号Endhを水平スタート信号Sphとして受けることが好ましい。これにより、複数の信号出力部20からの出力信号Aoutを、出力端子電極42において順に取り出すことができる(図8(p)を参照)。
また、本実施形態の固体撮像素子1では、複数の信号出力部20のそれぞれが、電源電圧Vddを入力するための電源用端子電極27aを有している。このような場合、固体撮像素子1は、複数の信号出力部20における電源用端子電極27aとは別に、電源電圧Vddを受ける電源用端子電極43aを更に備え、これらの電源用端子電極27a及び43aが、複数の信号出力部20にわたって設けられた電源配線Lvddによって互いに接続されていることが好ましい。このような構成により、受光部10及び複数の信号出力部20を検査する検査モードの際に、電源電圧Vddを供給するための検査用プローブPの数も少なくて済むので、検査を更に容易にできる。
また、本実施形態のように、固体撮像素子1は、保持回路22と電圧出力用共通配線Lcoutとの接続/非接続を切り替えるために各信号出力部20に設けられたスイッチ手段SW5を備えることが好ましい。これにより、検査モードにおいて或る信号出力部20から出力信号Aoutを出力する際に、他の信号出力部20と電圧出力用共通配線Lcoutとの接続を遮断できるので、電圧出力用共通配線Lcoutを通過中の出力信号Aoutへの影響を抑えることができる。例えば、本実施形態のように、水平シフトレジスタ23の動作開始の際(具体的には、水平スタート信号SphがLレベルとなった際。図8(j)を参照)に、スイッチ手段SW5が保持回路22と電圧出力用共通配線Lcoutとを接続状態とし、水平シフトレジスタ23の動作完了の際(具体的には、最終段のシフトレジスタ24から信号Endhが出力された際。図8(l),図8(m)を参照)に、保持回路22と電圧出力用共通配線Lcoutとを非接続状態とすることにより、このような効果を好適に得ることができる。
(変形例)
上述した第1実施形態に係る固体撮像素子1の変形例について説明する。図9は、複数の信号出力部20のそれぞれが有する水平シフトレジスタ23を簡略化して示すブロック図である。図9(a)は、上記第1実施形態のように、初段のシフトレジスタ24が左端に位置する場合、すなわち水平シフトレジスタ23の走査方向が検査用端子電極部40に近づく向きである場合を示している。また、これとは逆に、図9(b)は、初段のシフトレジスタ24が右端に位置する場合、すなわち水平シフトレジスタ23の走査方向が検査用端子電極部40から遠ざかる向きである場合を示している。水平シフトレジスタ23の走査方向は、図9(a)に示す向きと、図9(b)に示す向きとの間で変更可能であることが好ましい。以下、その理由を説明する。
上記第1実施形態における水平シフトレジスタ23の走査方向は、図9(a)に示す向きである。ここで、図10(a)は固体撮像素子1の通常動作モードの様子を簡略化して示す平面図である。図10(a)において、矢印AR1は各信号出力部20における水平シフトレジスタ23の走査方向及び走査の始点・終点を示しており、矢印AR2は垂直シフトレジスタ30の走査方向及び走査の始点・終点を示しており、矢印AR3は各画素11に対応する出力信号Aoutの出力順を示している。通常動作モードにおいては各信号出力部20のそれぞれに水平スタート信号Sphを入力するので、水平シフトレジスタ23の走査方向がこのような向きであっても、図10(a)に示すように効率よく信号Aoutを出力することができる。
しかしながら、検査モードでは次の課題がある。図10(b)は、固体撮像素子1の検査モードの様子を簡略化して示す平面図である。図10(b)において、矢印BR1は複数の信号出力部20の全体における水平シフトレジスタ23の走査方向及び走査の始点・終点を示しており、矢印BR2は垂直シフトレジスタ30の走査方向及び走査の始点・終点を示しており、矢印BR3は各画素11に対応する出力信号Aoutの出力順を示している。
水平シフトレジスタ23の走査方向が図9(a)に示す向きである場合、図10(b)に示すように、検査モードにおいて、まず左端の信号出力部20に水平スタート信号Sphを入力し、左端の信号出力部20から右端の信号出力部20へ向けて水平シフトレジスタ23を順に走査させることとなる。したがって、水平スタート信号Sphを検査用端子電極部40から左端の信号出力部20へ伝達するための配線が必要となる。この配線は複数の信号出力部20を跨いで配設されるため、多くのスペースを必要とし、また他の配線を引き回す際の妨げになる可能性もある。
ここで、図11は、水平シフトレジスタ23の走査方向を図9(b)に示す向きに変更した場合における、固体撮像素子1の通常動作モード(図11(a))及び検査モード(図11(b))それぞれの様子を簡略化して示す平面図である。図11(a)に示すように、通常動作モードにおいては、水平シフトレジスタ23の走査方向を変更しても図10(a)に示した形態と殆ど変わらない。しかし、図11(b)に示すように、検査モードにおいては、右端の信号出力部20に水平スタート信号Sphを入力し、右端の信号出力部20から左端の信号出力部20へ向けて水平シフトレジスタ23を順に走査させることとなる。したがって、水平スタート信号Sphを検査用端子電極部40から伝達するための配線が短くて済むので、他の配線の引き回しが容易となり、また省スペース化にも寄与できる。
このように、水平シフトレジスタ23の走査方向が変更可能であることによって、入力端子電極群41に含まれる水平スタート信号Sph用の端子電極41cと、最も端に位置する信号出力部20の水平シフトレジスタ23とを接続するための配線の長さを短縮することができる。また、垂直シフトレジスタ30の走査方向を変更可能とすることで、同様に、配線の長さを短縮することができる。
(第2の実施の形態)
図12は、本発明の第2実施形態に係る放射線撮像装置2の構成を示す平面図である。また、図13は、図12に示す放射線撮像装置2のXIII−XIII線に沿った断面を示す側断面図である。
これらの図に示すように、放射線撮像装置2は、第1実施形態に係る固体撮像素子1と、固体撮像素子1の受光部10上に設けられたシンチレータ16(図13を参照。図12では図示を省略)と、放射線遮蔽部17とを備えている。シンチレータ16は、入射したX線等の放射線に応じてシンチレーション光を発生して放射線像を光像へと変換し、この光像を受光部10へ出力する。シンチレータ16は受光部10を覆うように設置されるか、或いは受光部10上に蒸着により設けられる。放射線遮蔽部17は、放射線の透過率が極めて低い鉛等の材料からなる。放射線遮蔽部17は半導体基板14の周縁部を覆っており、信号出力部20等への放射線の入射を防止する。なお、半導体基板14において、受光部10の縁部に沿って形成された画素は放射線遮蔽部17によって覆われていて、光が入射せず電荷が発生しない被遮光画素となっている。
本実施形態による放射線撮像装置2によれば、第1実施形態に係る固体撮像素子1を備えることによって、固体撮像素子1の受光部10及び信号出力部20の検査を正確且つ容易に行うことができる。したがって、信頼性の高い放射線撮像装置2を提供することができる。
(第3の実施の形態)
ここで、本発明の第3実施形態として、第2実施形態に係る放射線撮像装置2を製造する方法について説明する。なお、この製造方法には、第1実施形態に係る固体撮像素子1の製造方法及び検査方法も含まれている。図14は、放射線撮像装置2を製造するための各工程を示す図である。
まず、図14(a)に示すように、第1実施形態にて説明した受光部10、複数の信号出力部20、垂直シフトレジスタ30、及び検査用端子電極部40を、通常の半導体プロセス技術によりウェハ状の半導体基板14の主面上に形成する(形成工程)。
すなわち、受光部10として、フォトダイオードPD及び読出用スイッチSWaを各々含むM×N個(M,Nは2以上の整数)の画素11(図1を参照)を半導体基板14に形成する。また、2以上の列を各々含みN列が分割されて成る複数の列群のそれぞれに対応して、複数の信号出力部20を、受光部10の行方向に沿った一辺に隣接して形成する。具体的には、図4に示したように、各信号出力部20として、各列群に含まれる2以上の列のそれぞれに対応して設けられ、各列に含まれる画素11から出力された電荷を蓄積して電圧信号に変換する2以上の積分回路21と、2以上の積分回路21それぞれの出力端に接続された2以上の保持回路22と、2以上の保持回路22から順に電圧信号Aoutを出力させる水平シフトレジスタ23と、端子電極25a〜25gを含む入力端子電極群25、出力端子電極26、電源用端子電極27a、及び基準電位用端子電極27bと、ANDゲート28及びフリップフロップ回路29とを、半導体基板14上において複数の信号出力部20となる各領域に形成する。また、図2に示した垂直シフトレジスタ30を、受光部10の列方向に沿った他の一辺に隣接して形成する。
また、検査用端子電極部40として、図4に示した端子電極41a〜41gを含む入力端子電極群41と、出力端子電極42と、電源用端子電極43a及び基準電位用端子電極43bと、モード選択用端子電極44とを、複数の信号出力部20のうち垂直シフトレジスタ30に最も近い(すなわち右端の)信号出力部20に隣接する領域に形成する。
また、この形成工程においては、スイッチ手段SW1〜SW6を各信号出力部20に形成する。更に、各信号出力部20のスイッチ手段SW1,SW2及びSW4と端子電極41a,41b及び41dとをそれぞれ接続する共通配線Lcr,Lch及びLccと、各信号出力部20の保持回路22と出力端子電極42とを接続する電圧出力用共通配線Lcoutと、電源用端子電極27a及び43aを相互に接続する電源配線Lvddと、基準電位用端子電極27b及び43bを相互に接続する基準電位線Lgndとを、複数の信号出力部20にわたって形成する。
また、この形成工程において、水平スタート信号用の端子電極41cを、複数の信号出力部20のうち最も端に位置する信号出力部20(例えば、左端の信号出力部20)の水平シフトレジスタ23の初段シフトレジスタ24にSW6を介して接続する。また、他の信号出力部20の水平シフトレジスタ23の初段シフトレジスタ24を、隣接する信号出力部20の水平シフトレジスタ23の最終段シフトレジスタ24にSW6を介して接続する。
続いて、受光部10、複数の信号出力部20および垂直シフトレジスタ30の動作を検査し、複数の半導体基板14の中から、受光部10、複数の信号出力部20および垂直シフトレジスタ30が正常に動作する半導体基板14を選択する(検査工程)。
すなわち、図14(b)に示すように、検査用端子電極部40に検査用プローブPを接触させて信号入力を行う。このとき、複数の信号出力部20は、前述した検査モードとなる。具体的には、図7に示したように、電源用端子電極43a及び基準電位用端子電極43bのそれぞれに検査用プローブPを接触させて電源電圧Vdd及び基準電位GNDを入力すると共に、モード選択用端子電極44に別の検査用プローブPを接触させてモード選択信号Enbを入力し、これにより各スイッチ手段SW1〜SW6を検査モード側に切り替える。同時に、入力端子電極群41の各端子電極41a〜41gに更に別の検査用プローブPを接触させることにより、リセット信号Rst、ホールド信号Hld、水平スタート信号Sph、水平クロック信号Ckh、ゲート信号Gate、垂直スタート信号Spv、及び垂直クロック信号Ckvのそれぞれを入力端子電極群41の各端子電極41a〜41gに与える。これにより、複数の信号出力部20及び垂直シフトレジスタ30において前述した検査モードの動作が行われ、出力端子電極42に更に別の検査用プローブPを接触させて電圧信号Aoutを取得することにより、受光部10および複数の信号出力部20の動作を検査することができる。
なお、この検査工程において、各信号出力部20における水平シフトレジスタ23の走査方向を、上述した第1実施形態の変形例のように通常動作の際の走査方向と異ならせると良い(図9〜図11を参照)。これにより、水平スタート信号用の端子電極41cと、最も端に位置する信号出力部20の水平シフトレジスタ23とを接続するための配線の長さを短縮できるからである。
続いて、図14(c)に示すように、半導体基板14における受光部10、複数の信号出力部20、垂直シフトレジスタ30、及び検査用端子電極部40の周囲の部分をダイシングにより切断する(切断工程)。なお、図14(b)に示した検査工程は、この切断工程の後に行っても良い。
続いて、図14(d)に示すように、シンチレータ16を受光部10上に設ける(シンチレータ付加工程)。このとき、シンチレータ16としてシンチレータパネルを受光部10を覆うように設置するか、或いは受光部10上にシンチレータ材料を蒸着するとよい。また、このとき、複数の信号出力部20の各端子電極25a〜25g、26、27a及び27bが露出するように、シンチレータ16を設ける。
続いて、図14(e)に示すように、半導体基板14を配線基板15上に固定し、各信号出力部20の各端子電極と、半導体基板14の外部に用意された配線パターンとをボンディングワイヤWにより接続する(ワイヤボンディング工程)。このとき、図5に示したように、リセット信号用の端子電極25a、ホールド信号用の端子電極25b、水平スタート信号用の端子電極25c、水平クロック信号用の端子電極25d、出力端子電極26、電源用端子電極27a及び基準電位用端子電極27bについては、複数の信号出力部20の全てにおいてボンディングワイヤWを接続する。一方、ゲート信号用の端子電極25e、垂直スタート信号用の端子電極25f、垂直クロック信号用の端子電極25gについては、複数の信号出力部20のうち垂直シフトレジスタ30に近い側の端に位置する信号出力部20のみボンディングワイヤWを接続する。
以上に説明した各工程により、固体撮像素子1、及びこの固体撮像素子1を備える放射線撮像装置2が製造される。
以上に説明した固体撮像素子1及び放射線撮像装置2の製造方法及び検査方法によれば、次の効果が得られる。すなわち、検査工程において、複数の信号出力部20それぞれに設けられた入力端子電極群25及び出力端子電極26ではなく、検査工程用に別途設けられた入力端子電極群41及び出力端子電極42に検査用プローブPを接触させることにより、受光部10、信号出力部20及び垂直シフトレジスタ30の動作を検査することができる。したがって、全ての信号出力部20の各端子電極25a〜25dに同時に検査用プローブPを接触させる方法と比較して、端子電極に接触させる検査用プローブPの数が少なくて済むので、受光部10が大面積である場合であっても、受光部10、複数の信号出力部20及び垂直シフトレジスタ30の検査をより正確且つ容易にできる。
また、本実施形態のように、入力端子電極群41及び出力端子電極42を、複数の信号出力部20のうち垂直シフトレジスタ30に最も近い信号出力部20に隣接する領域(検査用端子電極部40)に配置することによって、各共通配線Lcr,Lch,LccおよびLcoutを効率よく配設し、且つ、信号出力部20や垂直シフトレジスタ30の配置に影響しないように、入力端子電極群41及び出力端子電極42を好適に配置することができる。
また、本実施形態のように、入力端子電極群41に含まれる水平スタート信号Sph用の端子電極41cを、最も端に位置する信号出力部20(本実施形態では、左端に位置する信号出力部20)の水平シフトレジスタ23に接続し、検査モードの際、他の信号出力部20の水平シフトレジスタ23に対し、隣接する信号出力部20の水平シフトレジスタ23の最終段からの出力信号Endhを水平スタート信号Sphとして提供することが好ましい。これにより、複数の信号出力部20からの出力信号Aoutを、出力端子電極42において順に取り出すことができる。
また、本実施形態のように、形成工程において、電源電圧Vddを受ける電源用端子電極43aを検査用端子電極部40に形成し、複数の信号出力部20における電源用端子電極27aと電源用端子電極43aとを、電源配線Lvddによって互いに接続することが好ましい。このような構成により、検査工程の際に電源電圧Vddを供給するための検査用プローブPの数も少なくて済むので、検査を更に容易にできる。
また、本実施形態のように、形成工程において、保持回路22と電圧出力用共通配線Lcoutとの接続/非接続を切り替えるためのスイッチ手段SW5を各信号出力部20に形成することが好ましい。これにより、検査工程の際に、他の信号出力部20と電圧出力用共通配線Lcoutとの接続を遮断できるので、電圧出力用共通配線Lcoutを通過中の出力信号Aoutへの影響を抑えることができる。
本発明による固体撮像素子及びその製造方法、放射線撮像装置及びその製造方法、並びに固体撮像素子の検査方法は、上記した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記各実施形態では複数の信号出力部20のうち右端に位置する信号出力部20に隣接して検査用端子電極部40が配置されているが、本発明における第2の入力端子電極群や出力端子電極は、複数の信号出力部のうち左端に位置する信号出力部に隣接して配置されてもよく、或いは半導体基板上の他の領域に配置されても良い。
また、上記第3実施形態ではシンチレータ付加工程の前に検査工程を行っているが、本発明においては、検査工程をシンチレータ付加工程の後に行っても良い。
1…固体撮像素子、2…放射線撮像装置、10…受光部、11…画素、12…読出用配線、13…行選択用配線、14…半導体基板、15…配線基板、16…シンチレータ、17…放射線遮蔽部、20…信号出力部、21…積分回路、22…保持回路、23…水平シフトレジスタ、24…シフトレジスタ、25,41…入力端子電極群、25a〜25g,41a〜41g…端子電極、26,42…出力端子電極、27a,43a…電源用端子電極、27b,43b…基準電位用端子電極、28…ANDゲート、29…フリップフロップ回路、30…垂直シフトレジスタ、31…シフトレジスタ、32…NORゲート、33…バッファ、40…検査用端子電極部、44…モード選択用端子電極、Aout…出力信号、Ckh…水平クロック信号、Ckv…垂直クロック信号、Enb…モード選択信号、Endh…出力信号、Gate…ゲート信号、Hld…ホールド信号、Rst…リセット信号、Sph…水平スタート信号、Spv…垂直スタート信号、Vsel…行選択制御信号、Lcc…クロック用共通配線、Lch…保持用共通配線、Lcout…電圧出力用共通配線、Lcr…リセット用共通配線、Lgnd…基準電位線、Lh…保持用配線、Lins…モード選択用配線、Lout…電圧出力用配線、Lr…リセット用配線、Lst…スタート用配線、Lvdd…電源配線、P…検査用プローブ、PD…フォトダイオード、SW1〜SW6…スイッチ手段、SWa…読出用スイッチ、W…ボンディングワイヤ。

Claims (17)

  1. フォトダイオードを各々含むM×N個(M,Nは2以上の整数)の画素がM行N列に2次元配列されて成る受光部と、
    2以上の列を各々含み前記N列が分割されて成る複数の列群のそれぞれに対応して設けられた複数の信号出力部と、
    前記画素からの電荷出力を各行毎に制御する垂直シフトレジスタと
    を備え、
    前記複数の信号出力部のそれぞれが、
    各列群に含まれる前記2以上の列のそれぞれに対応して設けられ、各列に含まれる前記画素から出力された電荷を蓄積して電圧信号に変換する2以上の積分回路と、
    前記2以上の積分回路それぞれの出力端に接続された2以上の保持回路と、
    前記2以上の保持回路から順に電圧信号を出力させる水平シフトレジスタと、
    前記積分回路のリセットを行うリセット信号、前記保持回路への電圧信号の入力を制御するホールド信号、前記水平シフトレジスタの動作を開始する水平スタート信号、及び前記水平シフトレジスタのクロックを規定する水平クロック信号のそれぞれを入力する複数の端子電極を含む第1の入力端子電極群と、
    前記保持回路からの出力信号を提供する第1の出力端子電極と
    を有しており、
    当該固体撮像素子は、
    前記第1の入力端子電極群とは別に設けられた、前記リセット信号、前記ホールド信号、前記水平スタート信号、及び前記水平クロック信号のそれぞれを受ける複数の端子電極を含む第2の入力端子電極群と、
    前記積分回路、前記保持回路、及び前記水平シフトレジスタとの接続を前記第1及び第2の入力端子電極群の間で切り替えるために各信号出力部に設けられた入力用スイッチ手段と、
    前記第1の出力端子電極とは別に設けられた、前記出力信号を提供する第2の出力端子電極と、
    各信号出力部の前記入力用スイッチ手段と前記第2の入力端子電極群(前記水平スタート信号用の端子電極を除く)とを接続するために前記複数の信号出力部にわたって設けられた入力信号配線、及び各信号出力部の前記保持回路と前記第2の出力端子電極とを接続するために前記複数の信号出力部にわたって設けられた出力信号配線と
    を更に備えることを特徴とする、固体撮像素子。
  2. 前記複数の信号出力部のそれぞれが、前記受光部の行方向に沿った一辺に隣接して配置されており、前記垂直シフトレジスタが、前記受光部の列方向に沿った他の一辺に隣接して配置されており、
    前記第2の入力端子電極群及び前記第2の出力端子電極が、前記複数の信号出力部のうち前記垂直シフトレジスタに最も近い前記信号出力部に隣接する領域に配置されていることを特徴とする、請求項1に記載の固体撮像素子。
  3. 前記第2の入力端子電極群に含まれる前記水平スタート信号用の端子電極が、前記複数の信号出力部のうち最も端に位置する前記信号出力部の前記水平シフトレジスタに接続されており、その端子電極に前記水平スタート信号が入力される際に、他の前記信号出力部の前記水平シフトレジスタが、隣接する前記信号出力部の前記水平シフトレジスタの最終段からの出力を前記水平スタート信号として受けることを特徴とする、請求項1または2に記載の固体撮像素子。
  4. 各信号出力部において、前記水平シフトレジスタの走査方向が変更可能であることを特徴とする、請求項3に記載の固体撮像素子。
  5. 前記複数の信号出力部のそれぞれが、電源電圧を入力する第1の電源用端子電極を更に有しており、
    当該固体撮像素子は、前記複数の信号出力部における前記第1の電源用端子電極とは別に、前記電源電圧を受ける第2の電源用端子電極を更に備えており、
    前記第1及び第2の電源用端子電極が、前記複数の信号出力部にわたって設けられた配線によって互いに接続されていることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の固体撮像素子。
  6. 前記保持回路と前記出力信号配線との接続/非接続を切り替えるために各信号出力部に設けられた出力用スイッチ手段を更に備えることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載の固体撮像素子。
  7. 前記出力用スイッチ手段が、前記水平シフトレジスタの動作開始の際に前記保持回路と前記出力信号配線とを接続状態とし、前記水平シフトレジスタの動作完了の際に前記保持回路と前記出力信号配線とを非接続状態とすることを特徴とする、請求項6に記載の固体撮像素子。
  8. 請求項1〜7のいずれか一項に記載の固体撮像素子と、
    前記受光部上に設けられ、入射した放射線に応じてシンチレーション光を発生して放射線像を光像へと変換し、該光像を前記受光部へ出力するシンチレータと
    を備えることを特徴とする、放射線撮像装置。
  9. フォトダイオードを各々含むM×N個(M,Nは2以上の整数)の画素がM行N列に2次元配列されて成る受光部と、
    2以上の列を各々含み前記N列が分割されて成る複数の列群のそれぞれに対応して設けられた複数の信号出力部と、
    前記画素からの電荷出力を各行毎に制御する垂直シフトレジスタと
    を備える固体撮像素子を製造する方法であって、
    各列群に含まれる前記2以上の列のそれぞれに対応して設けられ、各列に含まれる前記画素から出力された電荷を蓄積して電圧信号に変換する2以上の積分回路と、前記2以上の積分回路それぞれの出力端に接続された2以上の保持回路と、前記2以上の保持回路から順に電圧信号を出力させる水平シフトレジスタと、前記積分回路のリセットを行うリセット信号、前記保持回路への電圧信号の入力を制御するホールド信号、前記水平シフトレジスタの動作を開始する水平スタート信号、及び前記水平シフトレジスタのクロックを規定する水平クロック信号のそれぞれを入力する複数の端子電極を含む第1の入力端子電極群と、前記保持回路からの出力信号を提供する第1の出力端子電極とを、半導体基板上において前記複数の信号出力部となる各領域に形成すると共に、前記受光部及び前記垂直シフトレジスタを該半導体基板上に形成する形成工程と、
    前記受光部および前記複数の信号出力部の動作を検査し、正常に動作する前記半導体基板を選択する検査工程と、
    前記検査工程において選択された前記半導体基板における各信号出力部の前記第1の入力端子電極群および前記第1の出力端子電極のそれぞれと、前記半導体基板の外部に用意された配線パターンとをワイヤボンディングにより接続するワイヤボンディング工程と
    を含み、
    前記形成工程の際、前記リセット信号、前記ホールド信号、前記水平スタート信号、及び前記水平クロック信号のそれぞれを受ける複数の端子電極を含む第2の入力端子電極群を前記第1の入力端子電極群とは別に形成し、また、前記積分回路、前記保持回路、及び前記水平シフトレジスタとの接続を前記第1及び第2の入力端子電極群の間で切り替える入力用スイッチ手段を各信号出力部に形成し、また、前記出力信号を提供する第2の出力端子電極を前記第1の出力端子電極とは別に形成し、また、各信号出力部の前記入力用スイッチ手段と前記第2の入力端子電極群(前記水平スタート信号用の端子電極を除く)とを接続する入力信号配線、及び各信号出力部の前記保持回路と前記第2の出力端子電極とを接続する出力信号配線を前記複数の信号出力部にわたって形成し、
    前記検査工程の際、前記入力用スイッチ手段を前記第2の入力端子電極群側に切り替え、前記第2の入力端子電極群にプローブを接触させることにより、前記リセット信号、前記ホールド信号、前記水平スタート信号、及び前記水平クロック信号のそれぞれを前記第2の入力端子電極群に与え、前記第2の出力端子電極に別のプローブを接触させて電圧信号を取得することにより、前記受光部および前記複数の信号出力部の動作を検査することを特徴とする、固体撮像素子の製造方法。
  10. 前記形成工程の際、前記複数の信号出力部のそれぞれを前記受光部の行方向に沿った一辺に隣接して形成すると共に、前記垂直シフトレジスタを前記受光部の列方向に沿った他の一辺に隣接して形成し、前記第2の入力端子電極群及び前記第2の出力端子電極を、前記複数の信号出力部のうち前記垂直シフトレジスタに最も近い前記信号出力部に隣接する領域に形成することを特徴とする、請求項9に記載の固体撮像素子の製造方法。
  11. 前記形成工程の際、前記第2の入力端子電極群のうち前記水平スタート信号用の端子電極を、前記複数の信号出力部のうち最も端に位置する前記信号出力部の前記水平シフトレジスタに接続し、
    前記検査工程の際、他の前記信号出力部の前記水平シフトレジスタに、隣接する前記信号出力部の前記水平シフトレジスタの最終段からの出力を前記水平スタート信号として与えることを特徴とする、請求項9または10に記載の固体撮像素子の製造方法。
  12. 各信号出力部において、前記検査工程の際の前記水平シフトレジスタの走査方向が、通常動作の際の前記水平シフトレジスタの走査方向と異なることを特徴とする、請求項11に記載の固体撮像素子の製造方法。
  13. 前記形成工程の際、電源電圧を入力する第1の電源用端子電極を、前記半導体基板上において前記複数の信号出力部となる各領域に形成し、前記電源電圧を提供する第2の電源用端子電極を前記第1の電源用端子電極とは別に形成し、前記第1及び第2の電源用端子電極を互いに接続する配線を前記複数の信号出力部にわたって形成することを特徴とする、請求項9〜12のいずれか一項に記載の固体撮像素子の製造方法。
  14. 前記形成工程の際、前記保持回路と前記出力信号配線との接続/非接続を切り替えるための出力用スイッチ手段を、前記半導体基板上において前記複数の信号出力部となる各領域に更に形成することを特徴とする、請求項9〜13のいずれか一項に記載の固体撮像素子の製造方法。
  15. 前記検査工程の際、前記出力用スイッチ手段により、前記水平シフトレジスタの動作開始の際に前記保持回路と前記出力信号配線とを接続状態とし、前記水平シフトレジスタの動作完了の際に前記保持回路と前記出力信号配線とを非接続状態とすることを特徴とする、請求項14に記載の固体撮像素子の製造方法。
  16. 請求項9〜15のいずれか一項に記載の固体撮像素子の製造方法に加え、
    入射した放射線に応じてシンチレーション光を発生して放射線像を光像へと変換し、該光像を前記受光部へ出力するシンチレータを前記受光部上に設けるシンチレータ付加工程を前記検査工程の前または後に含むことを特徴とする、放射線撮像装置の製造方法。
  17. フォトダイオードを各々含むM×N個(M,Nは2以上の整数)の画素がM行N列に2次元配列されて成る受光部と、
    2以上の列を各々含み前記N列が分割されて成る複数の列群のそれぞれに対応して設けられた複数の信号出力部と、
    前記画素からの電荷出力を各行毎に制御する垂直シフトレジスタと
    を備え、
    前記複数の信号出力部のそれぞれが、
    各列群に含まれる前記2以上の列のそれぞれに対応して設けられ、各列に含まれる前記画素から出力された電荷を蓄積して電圧信号に変換する2以上の積分回路と、
    前記2以上の積分回路それぞれの出力端に接続された2以上の保持回路と、
    前記2以上の保持回路から順に電圧信号を出力させる水平シフトレジスタと、
    前記積分回路のリセットを行うリセット信号、前記保持回路への電圧信号の入力を制御するホールド信号、前記水平シフトレジスタの動作を開始する水平スタート信号、及び前記水平シフトレジスタのクロックを規定する水平クロック信号のそれぞれを入力する複数の端子電極を含む第1の入力端子電極群と、
    前記保持回路からの出力信号を提供する第1の出力端子電極と
    を有する固体撮像素子を検査する方法であって、
    前記リセット信号、前記ホールド信号、前記水平スタート信号、及び前記水平クロック信号のそれぞれを受ける複数の端子電極を含む第2の入力端子電極群を前記第1の入力端子電極群とは別に形成し、また、前記積分回路、前記保持回路、及び前記水平シフトレジスタとの接続を前記第1及び第2の入力端子電極群の間で切り替える入力用スイッチ手段を各信号出力部に形成し、また、前記出力信号を提供する第2の出力端子電極を前記第1の出力端子電極とは別に形成し、また、各信号出力部の前記入力用スイッチ手段と前記第2の入力端子電極群(前記水平スタート信号用の端子電極を除く)とを接続する入力信号配線、及び各信号出力部の前記保持回路と前記第2の出力端子電極とを接続する出力信号配線を前記複数の信号出力部にわたって形成し、
    前記入力用スイッチ手段を前記第2の入力端子電極群側に切り替え、前記第2の入力端子電極群にプローブを接触させることにより、前記リセット信号、前記ホールド信号、前記水平スタート信号、及び前記水平クロック信号のそれぞれを前記第2の入力端子電極群に与え、前記第2の出力端子電極に別のプローブを接触させて電圧信号を取得することにより、前記受光部および前記複数の信号出力部の動作を検査することを特徴とする、固体撮像素子の検査方法。
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