JP3932052B1 - 固体撮像装置およびその特性検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】特性検査に高価な光源を用いる必要が無く、しかも特性検査を精度良く行うことができ、特性検査後に配線作業を要しないような固体撮像装置を提供すること。
【解決手段】基板上に、垂直ＣＣＤ部３−１、３−２、…と、複数の受光素子７、７、…と、水平ＣＣＤ部４とを備える。少なくとも水平ＣＣＤ部から最も遠い端に存在する最遠端の受光素子７Ｅ−１、７Ｅ−２、…上を、オプティカルブラック部を定める遮光メタルが覆っている。その遮光メタルとは分離して、最遠端の受光素子７Ｅ−１、７Ｅ−２、…に電荷注入用配線９１、９２が電気的に接続されている。最遠端の受光素子以外の各受光素子７、７、…からの電荷を、転送信号に応じて垂直ＣＣＤ部、水平ＣＣＤ部を順に通して出力するようになっている。
【選択図】図２

Description

この発明は固体撮像装置に関し、より詳しくは、ＣＣＤ（電荷結合素子）型固体撮像装置に関する。

また、この発明は、そのような固体撮像装置の特性検査方法に関する。

一般的なＣＣＤ型固体撮像装置では、基板上にフォトダイオードとＣＣＤ部が配列されるとともに、基板周辺に遮光メタルで覆われたオプティカルブラック部（その遮光メタル直下のフォトダイオードには光が入射しない）が設定されている。オプティカルブラック部で囲まれた領域はイメージ部（その領域のフォトダイオードには光が入射する）と呼ばれる。

特性検査時には、光源からイメージ部へ光を照射しながら、オーバーフロードレインゲートの電圧（ＯＦＤ電圧）を変化させ、オーバーフロードレインゲートから排出される電荷量を調整する。そして、オプティカルブラック部のフォトダイオードに対応する転送電荷（漏れ電荷）の量が基準値以下になるように、最適なＯＦＤ電圧を求めている。また、欠陥検査やブルーミング特性測定でも、光源からイメージ部へ光を照射しながら、オプティカルブラック部のフォトダイオードに対応する転送電荷を基準としてイメージ部のフォトダイオードに対応するデータを出力することで、暗電流等のノイズ成分を除去するようにしている。

しかしながら、上述の一般的な特性検査では、例えばＯＦＤ電圧を測定する場合は、標準光量の５００倍、１０００倍と高輝度の光信号を必要とし、検査のために高価な光源が必要となる。

そこで、例えば特許文献１（特開２０００−２２１２３号公報）には、図７に示すように、オプティカルブラック部において遮光メタル１７とその直下のＮ⁻層１４（このＮ⁻層１４とＰ⁻ウエル１２とがフォトダイオードとなる）とを電気的に接続して、特性検査時に光源による入射光に代えて、遮光メタル１７を介してＮ⁻層１４に電荷を電気的に注入する方式が提案されている。なお、図７中、１０はＰ型半導体基板、１１はＮ⁻オーバーフロードレイン、１３は垂直ＣＣＤ部となるＮ⁻層、１５は絶縁膜、１６はポリシリコンゲート（転送電極）を示している。
特開２０００−２２１２３号公報

図７の従来例では、遮光メタルを電荷注入電極としているため、オプティカルブラック部のフォトダイオード全部に同一タイミングでそれぞれ同一の電荷量が注入される。しかしながら、オプティカルブラック部の各行のフォトダイオード（Ｎ⁻層）１４から垂直ＣＣＤ部（Ｎ⁻層）１３へ、転送電極に印加される複数相（例えば４相）の転送信号を使って順次電荷を転送するとき、各行毎に転送タイミングがずれる。ここで、電荷注入後直ちに電荷が転送される行のフォトダイオード１４からは、注入された電荷がほぼそのまま転送されるが、電荷注入後相当の時間が経過した後に電荷が転送される行のフォトダイオード１４からは、漏洩によって既に電荷が減少しているため、転送される電荷量が少なくなる。このため、同一の電荷量が注入されたにもかかわらず、オプティカルブラック部の各行のフォトダイオード１４から同一の電荷を転送できず、この結果、特性検査の精度が劣るという問題がある。また、図７の従来例では、特性検査時には、電圧印加を行うために遮光メタル１７がグランド（ＧＮＤ）から電気的に分離される必要がある。一方、本来の撮像動作時には、ノイズ発生防止のために遮光メタルがグランドに電気的に接続される必要がある。このため、その配線を設ける手間がかかるし、そのような配線作業を特性検査後に行うのは品質管理上好ましくない。

そこで、この発明の課題は、特性検査に高価な光源を用いる必要が無く、しかも特性検査を精度良く行うことができ、特性検査後に配線作業を要しないような固体撮像装置を提供することにある。

また、この発明の課題は、そのような固体撮像装置の特性検査に適した特性検査方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の固体撮像装置は、
基板上に、
一方向に延びる垂直ＣＣＤ部と、
その垂直ＣＣＤ部に沿って列をなして並ぶ複数の受光素子と、
上記垂直ＣＣＤ部の一端側に配置された水平ＣＣＤ部と
上記列をなす複数の受光素子のうち少なくとも上記水平ＣＣＤ部から最も遠い端に存在する最遠端の受光素子上を覆い、オプティカルブラック部を定める遮光メタルと、
上記遮光メタルとは分離して、上記最遠端の受光素子に電気的に接続された電荷注入用配線と
を備え、
上記列をなす複数の受光素子のうち上記最遠端の受光素子以外の各受光素子からの電荷を、転送信号に応じて上記垂直ＣＣＤ部、水平ＣＣＤ部を順に通して出力するようになっていることを特徴とする。

ここで「受光素子」とは、光を受けたとき、受けた光を電荷に変換し得る半導体領域を意味する。

この発明の固体撮像装置では、特性検査時には、上記電荷注入用配線に電圧が印加されて、上記最遠端の受光素子からその隣に存在する受光素子へ電荷が注入される。上記隣に存在する受光素子に注入された電荷は、転送信号に応じて上記垂直ＣＣＤ部、水平ＣＣＤ部を順に通して出力される。そして、その出力に基づいて特性検査が行われる。このようにした場合、特性検査に高価な光源を用いる必要が無い。したがって、検査装置を用意する費用についてのコストダウンが可能となる。また、高価な光源が必要ないので、多数の固体撮像装置を同時に検査することを容易に実現できる（従来は多大な設備投資を避ける観点からできなかった）。それにより、テスト時間の短縮によるコストダウンも可能となる。

また、上記最遠端の受光素子に対する電荷注入後、上記隣に存在する受光素子に注入された電荷は、転送信号に応じて一定のタイミングで上記垂直ＣＣＤ部、水平ＣＣＤ部に転送され得る。したがって、図７の従来例に比して、特性検査の精度が良くなる。例えば、上記最遠端の受光素子を通して任意の電荷量が注入可能であるため、垂直ＣＣＤ部における各転送領域間の電荷漏れ不良検出が容易であり、不良検出精度向上が可能となる。また、電荷注入精度が向上するため、受光素子から垂直ＣＣＤ部への転送特性（空乏化電圧）や、オーバーフロードレイン電圧調整等も高精度に行うことができる。

また、上記電荷注入用配線は、上記遮光メタルとは分離しているので、例えば転送電極をなすポリシリコンによって、小面積に構成され得る。したがって、本来の撮像動作時に、上記電荷注入用配線の電位が浮遊状態にあっても、上記電荷注入用配線が外部からのノイズを受ける悪影響は少ない。特に、上記遮光メタルがグランドに電気的に接続されていれば、そのシールド効果によって、さらにノイズを受け難くなる。この結果、この固体撮像装置では、特性検査後に、上記電荷注入用配線をグランドに電気的に接続するような配線作業を要しない。

上記受光素子は、基板上のｐ型またはｎ型のうちの一方の導電型を有する第１の半導体領域（例えばＰウェル）の表面に形成されたｐ型またはｎ型のうちの他方の導電型を有する第２の半導体領域（例えばＮ⁻層）からなるフォトダイオードであるのが望ましい。その場合、受光素子が簡単に構成される。なお、その場合、特性検査時に上記電荷注入用配線に電圧が印加されたとき、電荷は、上記最遠端の受光素子をなす第２の半導体領域から、第１の半導体領域を通して拡散して、その隣に存在する受光素子をなす第２の半導体領域へ注入される。

一実施形態の固体撮像装置では、
上記基板上で上記一方向と直交する方向に関して、上記垂直ＣＣＤ部と上記受光素子の列とが交互に複数配置され、
上記受光素子の各列において上記水平ＣＣＤ部から最も遠い端に存在する最遠端の受光素子にそれぞれ上記電荷注入用配線が接続され、
上記水平ＣＣＤ部は、上記各垂直ＣＣＤ部から受けた電荷を転送するようになっていることを特徴とする。

この一実施形態の固体撮像装置では、上記基板上で上記一方向と直交する方向に関して、上記垂直ＣＣＤ部と上記受光素子の列とが交互に複数配置されているので、いわゆるインターライン型の固体撮像装置が構成される。そして、上記受光素子の各列において上記水平ＣＣＤ部から最も遠い端に存在する最遠端の受光素子にそれぞれ上記電荷注入用配線が接続されているので、上記受光素子の各列とそれに対応する垂直ＣＣＤ部との組毎に上述の特性検査が可能となる。したがって、インターライン型の固体撮像装置において特性検査の精度が良くなる。

一実施形態の固体撮像装置は、
上記一方向と直交する方向に関して奇数番目の列の上記最遠端の受光素子に接続された上記電荷注入用配線に共通につながる第１の電荷注入用端子と、
上記一方向と直交する方向に関して偶数番目の列の上記最遠端の受光素子に接続された上記電荷注入用配線に共通につながる第２の電荷注入用端子と
を備えたことを特徴とする。

この一実施形態の固体撮像装置では、上記第１の電荷注入用端子によって、上記奇数番目の列の上記最遠端の受光素子に接続された上記電荷注入用配線に共通に電圧を印加できる。また、上記第２の電荷注入用端子によって、上記偶数番目の列の上記最遠端の受光素子に接続された上記電荷注入用配線に共通に電圧を印加できる。したがって、上記受光素子の各列における上記最遠端の受光素子からその隣に存在する受光素子への電荷注入が比較的少ない端子で容易に行われる。しかも、例えば上記第１の電荷注入用端子によって上記電荷注入が行われるとき、上記奇数番目の列（の上記最遠端の受光素子）のみに電荷注入が行われ、上記偶数番目の列（の上記最遠端の受光素子）には電荷注入が行われないので、電荷注入が行われる列同士の間の干渉が少ない。同様に、上記第２の電荷注入用端子によって上記電荷注入が行われるとき、上記偶数番目の列（の上記最遠端の受光素子）のみに電荷注入が行われ、上記奇数番目の列（の上記最遠端の受光素子）には電荷注入が行われないので、電荷注入が行われる列同士の間の干渉が少ない。したがって、特性検査の精度が良くなる。

この発明の固体撮像装置の特性検査方法は、上記固体撮像装置の特性検査を行う固体撮像装置の特性検査方法であって、
上記第１の電荷注入用端子と第２の電荷注入用端子とに対して時間的に交互に、上記電荷を注入するための電圧を印加することを特徴とする。

この発明の固体撮像装置の特性検査方法では、上記第１の電荷注入用端子によって上記電荷注入が行われるとき、上記奇数番目の列（の上記最遠端の受光素子）のみに電荷注入が行われ、上記偶数番目の列（の上記最遠端の受光素子）には電荷注入が行われないので、電荷注入が行われる列同士の間の干渉が少ない。同様に、上記第２の電荷注入用端子によって上記電荷注入が行われるとき、上記偶数番目の列（の上記最遠端の受光素子）のみに電荷注入が行われ、上記奇数番目の列（の上記最遠端の受光素子）には電荷注入が行われないので、電荷注入が行われる列同士の間の干渉が少ない。したがって、特性検査の精度が良くなる。

別の局面では、この発明の固体撮像装置は、
基板上に、
一方向に延びる垂直ＣＣＤ部と、
その垂直ＣＣＤ部に沿って列をなして並ぶ複数の受光素子と、
上記垂直ＣＣＤ部の一端側に配置された水平ＣＣＤ部と
上記列をなす複数の受光素子のうち少なくとも上記水平ＣＣＤ部から最も遠い端に存在する最遠端の受光素子上を覆い、オプティカルブラック部を定める遮光メタルとを備え、
上記列をなす複数の受光素子からの電荷を、転送信号に応じて上記垂直ＣＣＤ部、水平ＣＣＤ部を順に通して出力するようになっており、
上記最遠端の受光素子の上記水平ＣＣＤ部から遠い側に隣り合い、かつ上記遮光メタルに覆われた位置に設けられた電荷注入用拡散領域と、
上記遮光メタルとは分離して、上記電荷注入用拡散領域に電気的に接続された電荷注入用配線とを備えたことを特徴とする。

この発明の固体撮像装置では、特性検査時には、上記電荷注入用配線に電圧が印加されて、上記電荷注入用拡散領域からその隣に存在する上記最遠端の受光素子へ電荷が注入される。上記最遠端の受光素子に注入された電荷は、転送信号に応じて上記垂直ＣＣＤ部、水平ＣＣＤ部を順に通して出力される。そして、その出力に基づいて特性検査が行われる。このようにした場合、特性検査に高価な光源を用いる必要が無い。したがって、検査装置を用意する費用についてのコストダウンが可能となる。また、高価な光源が必要ないので、多数の固体撮像装置を同時に検査することを容易に実現できる（従来は多大な設備投資を避ける観点からできなかった）。それにより、テスト時間の短縮によるコストダウンも可能となる。

また、上記電荷注入用拡散領域に対する電荷注入後、上記最遠端の受光素子に注入された電荷は、転送信号に応じて一定のタイミングで上記垂直ＣＣＤ部、水平ＣＣＤ部に転送され得る。したがって、図７の従来例に比して、特性検査の精度が良くなる。例えば、上記電荷注入用拡散領域を通して任意の電荷量が注入可能であるため、垂直ＣＣＤ部における各転送領域間の電荷漏れ不良検出が容易であり、不良検出精度向上が可能となる。また、電荷注入精度が向上するため、受光素子から垂直ＣＣＤ部への転送特性（空乏化電圧）や、オーバーフロードレイン電圧調整等も高精度に行うことができる。

また、上記電荷注入用配線は、上記遮光メタルとは分離しているので、例えば転送電極をなすポリシリコンによって、小面積に構成され得る。したがって、本来の撮像動作時に、上記電荷注入用配線の電位が浮遊状態にあっても、上記電荷注入用配線が外部からのノイズを受ける悪影響は少ない。特に、上記遮光メタルがグランドに電気的に接続されていれば、そのシールド効果によって、さらにノイズを受け難くなる。この結果、この固体撮像装置では、特性検査後に、上記電荷注入用配線をグランドに電気的に接続するような配線作業を要しない。

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

図１はこの発明の一実施形態のＣＣＤ型固体撮像装置の概略的な平面パターンレイアウトを示し、図２はそのＣＣＤ型固体撮像装置の詳細な平面パターンレイアウトを示している。また、図３は、図２におけるIII−III線矢視断面を示している。

図２に示すように、このＣＣＤ固体撮像装置は、一方向（図２における縦方向。以下「垂直方向」と呼ぶ。）に延びる垂直ＣＣＤ部３−１、３−２、…、３−２ｍ−１、３−２ｍを備えている。これらの垂直ＣＣＤ部３−１、３−２、…、３−２ｍ−１、３−２ｍは、上記垂直方向に直交する方向（図２における横方向。以下「水平方向」と呼ぶ。）に関して、それぞれ一定のピッチおよび間隔で複数配置されている。

各垂直ＣＣＤ部３−１、３−２、…、３−２ｍ−１、３−２ｍの図２において右側に沿って、受光素子としての複数のフォトダイオード７、７、…が列をなして配置されている。つまり、このＣＣＤ固体撮像装置は、水平方向に関して、垂直ＣＣＤ部（適宜、符号３で総称する。）とフォトダイオード７、７、…の列とが交互に複数配置されており、いわゆるインターライン型になっている。

各垂直ＣＣＤ部３−１、３−２、…、３−２ｍ−１、３−２ｍの図２において下端側には、水平方向に延びる水平ＣＣＤ部４が配置されている。

水平ＣＣＤ部４の図２において左端側には、水平ＣＣＤ部４から転送されてきた電荷を電圧信号に変換する出力回路５が設けられている。

図１に示すように、このＣＣＤ固体撮像装置では、一般的なＣＣＤ型固体撮像装置と同様に、平面パターンレイアウトとして、矩形領域であるイメージ部２１と、その周りを取り囲む枠状領域であるオプティカルブラック部２２とが設定されている。イメージ部２１では、図２中に示すフォトダイオード７に光が入射するが、オプティカルブラック部２２では、遮光メタル（図３中に符号１７で示す）に遮られて、直下のフォトダイオード７には光が入射しない。オプティカルブラック部２２を定める遮光メタル１７は、垂直方向に関して、図２中における下端側の複数行分のフォトダイオード７（水平ＣＣＤ部４を含む）と、上端側の複数行分のフォトダイオード７を覆っている。

図２に示すように、フォトダイオードの各列において水平ＣＣＤ部４から最も遠い最遠端（図２における上端）のフォトダイオード（それぞれを符号７Ｅ−１、７Ｅ−２、…、７Ｅ−２ｍで特定する。）には、遮光メタル１７とは分離した電荷注入用配線９１、９２が電気的に接続されている。一つの電荷注入用配線９１は、水平方向に関して奇数番目の列の最遠端のフォトダイオード７Ｅ−１、７Ｅ−３、…、７Ｅ−２ｍ−１に共通に接続されるとともに、第１の電荷注入用端子９３に電気的に接続されている。もう一つの電荷注入用配線９２は、水平方向に関して偶数番目の列の最遠端のフォトダイオード７Ｅ−２、…、７Ｅ−２ｍに共通に接続されるとともに、第２の電荷注入用端子９４に電気的に接続されている。

また、この例では４相の垂直転送信号に応じて、フォトダイオードの各列において最遠端のフォトダイオード７Ｅ−１、７Ｅ−２、…、７Ｅ−２ｍ以外の各フォトダイオード７からの電荷を、各垂直ＣＣＤ部３−１、３−２、…、３−２ｍ−１、３−２ｍにそれぞれ転送するとともに、各垂直ＣＣＤ部３−１、３−２、…、３−２ｍ−１、３−２ｍを通して水平ＣＣＤ部４へ向けて順次転送する公知の垂直転送電極が設けられている。図２では、これらの垂直転送電極は、各垂直ＣＣＤ部３内にそれぞれ矩形領域として模式的に示されている（左端の垂直ＣＣＤ部３−１内の矩形領域のみに符号３Ａ、３Ｂ、…、３Ｚを付している。）。また、各垂直ＣＣＤ部３−１、３−２、…、３−２ｍ−１、３−２ｍから受けた電荷を、水平転送信号に応じて、水平ＣＣＤ部４を通して出力回路５へ向けて順次転送する公知の水平転送電極（図示を省略している）が設けられている。

撮像動作時には、図１中に示したイメージ部２１に存在する各フォトダイオード７から図２中に示した各垂直ＣＣＤ部３、水平ＣＣＤ部４を通して出力回路５へ電荷が転送される。

図３は、図２におけるIII−III線矢視断面、つまり、最遠端のフォトダイオード７Ｅ−１と、その隣のフォトダイオード（符号７Ａで特定する。）と、さらにその隣のフォトダイオード（符号７Ｂで特定する。）とを含み、それらのフォトダイオードが遮光メタル１７で覆われている断面を示している。図３から分かるように、このＣＣＤ固体撮像装置は、オーバーフロードレインとして働くｎ⁻型半導体基板（例えばＳｉ基板）１１と、その半導体基板１１の表面に形成された第１の半導体領域としてのｐ⁻型ウェル１２とを備えている。各フォトダイオード７Ｅ−１、７Ａ、７Ｂは、図２中に示す他のフォトダイオード７と同様に、ｐ⁻型ウェル１２と、その表面に形成された第２の半導体領域としてのｎ⁻層１３からなっている。フォトダイオード７Ａ、７Ｂの表面には、図２中に示す他のフォトダイオード７と同様に、暗電流低減のためにｐ^＋層１５が形成されている（つまり、いわゆる埋め込み型フォトダイオードになっている。）。一方、最遠端のフォトダイオード７Ｅ−１の表面には、ｐ^＋層１５に代えて、電荷注入用配線９１とのオーミック接触のためにｎ^＋層１６が形成されている。フォトダイオード７Ｅ−１、７Ａ、７Ｂ同士の間には、撮像動作時にそれらの間で信号電荷（この例では電子）が移動するのを防止するために、ｐ^＋型分離領域１４が設けられている。

このように、最遠端のフォトダイオード７Ｅ−１、７Ｅ−２、…、７Ｅ−２ｍは、基本的には、それ以外のフォトダイオード７と同様の寸法および不純物濃度をもつｎ⁻層１３によって構成されている。したがって、このＣＣＤ固体撮像装置では、最遠端のフォトダイオードを含む全てのフォトダイオード７を、略同じ作製工程で簡単に形成することができる。

各ｐ^＋型分離領域１４上には、ｐ^＋型分離領域１４に対して電気的に絶縁された状態でフローティングゲート１８が設けられるとともに、このフローティングゲート１８に対して電気的に絶縁された状態でポリシンコンゲート１９が設けられている。これらのフローティングゲート１８、ポリシンコンゲート１９をなすポリシリコン層は、既述の垂直転送電極を構成している。さらに、ポリシンコンゲート１９に対して電気的に絶縁された状態で遮光メタル２０が設けられている。なお、この遮光メタル２０は、それよりも上層の遮光メタル１７とは異なり、オプティカルブラック部２２だけでなくイメージ部２１でも設けられている。

オプティカルブラック部２２を定める遮光メタル１７は、下層に対するシールド効果を得るために、グランド（電位０Ｖ）に接続されている。

図３中には、図２に示した奇数番目の列の最遠端のフォトダイオード７Ｅ−１に接続された電荷注入用配線９１が示されている。当然ながら、偶数番目の列の最遠端のフォトダイオード７Ｅ−２、…、７Ｅ−２ｍには、もう一つの電荷注入用配線９２が接続されている。これらの電荷注入用配線９１、９２は、例えばポリシンコンゲート１９をなすポリシンコン層と同じポリシンコン層によって、作製工程を増加させることなく、容易に形成することができる。

これらの電荷注入用配線９１、９２は、図２中に示した最遠端のフォトダイオード７Ｅ−１、７Ｅ−２、…、７Ｅ−２ｍ上からそれぞれオプティカルブラック部２２の外側（チップ周辺側）へ延在している。そして、電荷注入用配線９１、９２は、例えば第１、第２の電荷注入用端子９３、９４をなす金属層（例えばアルミニウム層）と同じ金属層によって、奇数番目の列毎、偶数番目の列毎にそれぞれ接続される。それにより、奇数番目の列の最遠端のフォトダイオード７Ｅ−１、７Ｅ−３、…、７Ｅ−２ｍ−１は第１の電荷注入用端子９３に共通に接続されるとともに、それらに対して電気的に分離された状態で、偶数番目の列の最遠端のフォトダイオード７Ｅ−２、…、７Ｅ−２ｍは第２の電荷注入用端子９４に共通に接続される。

特性検査時には、図３中に示す半導体基板１１の電位が＋１０Ｖ、ｐ⁻型ウェル１２の電位が０Ｖにそれぞれ保持される（それぞれ図示しない電極端子によって、バイアスが印加され又はグランドに接続される。）。そして、例えば第１の電荷注入用端子９３から電荷注入用配線９１を通して、奇数番目の列の最遠端のフォトダイオード７Ｅ−１、７Ｅ−３、…、７Ｅ−２ｍ−１をなすｎ⁻層１３に、例えば図５Ａに示すような波形Ｖｔの電圧が印加される。この電圧波形Ｖｔは、０〜３００μｓｅｃの間に＋１０Ｖから＋１Ｖまで時間経過とともに低下し、３００μｓｅｃ〜４００μｓｅｃの間は＋１Ｖを保持し、４００μｓｅｃ〜５００μｓｅｃの間に＋１Ｖから＋１０Ｖまで時間経過とともに上昇するものである。すると、例えば図３および図２中に矢印Ａで模式的に示すように、電荷（この例では電子）が、最遠端のフォトダイオード７Ｅ−１をなすｎ⁻層１３から、ｐ⁻型ウェル１２を通して拡散して、その隣に存在するフォトダイオード７Ａをなすｎ⁻層１３へ注入される。なお、電圧波形Ｖｔの傾きが単位時間当たりの注入量を決める。詳しくは、図５Ｂ中に符号Ｑ１で示すように、フォトダイオード７Ａをなすｎ⁻層１３に電荷が注入されて蓄積される。なお、このとき、例えばフォトダイオード７Ａのさらに隣に存在するフォトダイオード７Ｂにも、図５Ｂ中に符号Ｑ２で示すように、電荷が注入される。しかし、その電荷Ｑ２は、フォトダイオード７Ａをなすｎ⁻層１３に注入される電荷Ｑ１に比して非常に少なく、無視され得る。同様に、隣の列のフォトダイオード７に注入される電荷も、無視され得る。

尚、図５は電圧波形Ｖｔを印加し、その傾きによる電荷注入の事例であるが、電圧波形ではなく、電圧値の印加だけによる電荷注入も可能である。

フォトダイオード７Ａをなすｎ⁻層１３に注入された電荷Ｑ１は、図３中に矢印Ｂ、Ｃで示すように、転送信号に応じて垂直ＣＣＤ部３−１、水平ＣＣＤ部４を順に通して出力される。

これと並行して、奇数番目の他の列でも、最遠端のフォトダイオード７Ｅ−３、…、７Ｅ−２ｍ−１から垂直方向に関してその隣に存在するフォトダイオード７へそれぞれ電荷が注入される。注入された電荷は、それぞれ転送信号に応じて垂直ＣＣＤ部３−１、３−３、３−２ｍ−１を通して、さらに水平ＣＣＤ部４を通して出力される。そして、その出力に基づいて特性検査が行われる。

また、奇数番目の列とは別のタイミングで、偶数番目の列に関しても、同様の操作によって特性検査が行われる。すなわち、第２の電荷注入用端子９４から電荷注入用配線９２を通して、偶数番目の列の最遠端のフォトダイオード７Ｅ−２、…、７Ｅ−２ｍをなすｎ⁻層１３に、図５Ａに示すような波形Ｖｔの電圧が印加される。これにより、偶数番目の列の最遠端のフォトダイオード７Ｅ−２、…、７Ｅ−２ｍから垂直方向に関してその隣に存在するフォトダイオード７へそれぞれ電荷が並行して注入される。注入された電荷は、それぞれ転送信号に応じて垂直ＣＣＤ部３−２、３−２ｍを通して、さらに水平ＣＣＤ部４を通して出力される。そして、その出力に基づいて特性検査が行われる。

なお、特性検査とは、オーバーフロードレイン電圧調整、欠陥検査、ブルーミング特性測定などを含む。

このようにした場合、特性検査に高価な光源を用いる必要が無い。したがって、検査装置を用意する費用についてのコストダウンが可能となる。また、高価な光源が必要ないので、多数の固体撮像装置を同時に検査することを容易に実現できる（従来は光源を用いるため、同測用プローブの治具の制限からできなかった）。それにより、テスト時間の短縮によるコストダウンも可能となる。

また、最遠端のフォトダイオード７Ｅ−１、７Ｅ−２、…、７Ｅ−２ｍに対する電荷注入後、垂直方向に関して隣に存在するフォトダイオード７に注入された電荷は、転送信号に応じて一定のタイミングで垂直ＣＣＤ部３−１、３−２、…、３−２ｍ−１、３−２ｍ、水平ＣＣＤ部４に転送され得る。したがって、図７の従来例に比して、特性検査の精度が良くなる。例えば、最遠端のフォトダイオード７Ｅ−１、７Ｅ−２、…、７Ｅ−２ｍを通して任意の電荷量が注入可能であるため、垂直ＣＣＤ部３−１、３−２、…、３−２ｍ−１、３−２ｍにおける各転送領域間の電荷漏れ不良検出が容易であり、不良検出精度向上が可能となる。また、電荷注入精度が向上するため、各フォトダイオード７から垂直ＣＣＤ部３−１、３−２、…、３−２ｍ−１、３−２ｍへの転送特性（空乏化電圧）や、オーバーフロードレイン電圧調整等も高精度に行うことができる。

また、電荷注入用配線９１、９２は、遮光メタル１７とは分離しているので、例えば転送電極をなすポリシリコンによって、小面積に構成され得る。したがって、本来の撮像動作時に、電荷注入用配線９１、９２の電位が浮遊状態にあっても、電荷注入用配線９１、９２が外部からのノイズを受ける悪影響は少ない。特に、この例では遮光メタル１７がグランドに電気的に接続されているので、そのシールド効果によって、さらにノイズを受け難くなる。この結果、この固体撮像装置では、特性検査後に、電荷注入用配線９１、９２をグランドに電気的に接続するような配線作業を要しない。

この固体撮像装置では、第１の電荷注入用端子９３によって、奇数番目の列の最遠端のフォトダイオード７Ｅ−１、７Ｅ−３、…、７Ｅ−２ｍ−１に接続された電荷注入用配線９１に共通に電圧を印加できる。また、第２の電荷注入用端子９４によって、偶数番目の列の最遠端のフォトダイオード７Ｅ−２、…、７Ｅ−２ｍに接続された電荷注入用配線９２に共通に電圧を印加できる。したがって、フォトダイオードの各列における最遠端のフォトダイオード７Ｅ−１、７Ｅ−２、…、７Ｅ−２ｍ−１、７Ｅ−２ｍからその隣に存在するフォトダイオード７への電荷注入を比較的少ない端子で容易に行うことができる。しかも、例えば第１の電荷注入用端子９３によって電荷注入が行われるとき、奇数番目の列（の最遠端のフォトダイオード）のみに電荷注入が行われ、偶数番目の列（の最遠端のフォトダイオード）には電荷注入が行われないので、電荷注入が行われる列同士の間の干渉が少ない。同様に、第２の電荷注入用端子９４によって電荷注入が行われるとき、偶数番目の列（の最遠端のフォトダイオード）のみに電荷注入が行われ、奇数番目の列（の最遠端のフォトダイオード）には電荷注入が行われないので、電荷注入が行われる列同士の間の干渉が少ない。したがって、特性検査の精度が良くなる。

図４は、水平方向に並ぶ複数のフォトダイオードの列について、奇数番目の列に電荷注入を行う操作と偶数番目の列に電荷注入を行う操作とを時間的に交互に行う仕方を示している。図４の上部の表の各段は、その段に対応した期間に電荷注入を行うか否かを論理値「１」「０」で表している。論理値「１」は図５Ａに示した電圧波形Ｖｔを印加することを表し、論理値「０」は対応する列の電荷注入用端子の電圧を＋１０Ｖに保持することを表している。また、図４は、時間経過とともに、上の段から下の段へ順次、その段の論理値が表す操作を行うことを示している。具体的には、図４の例では、最初の段に対応する期間には、偶数番目の列に電荷注入を行う一方、奇数番目の列には電荷注入を行っていない。また、２番目の段に対応する期間には、奇数番目の列に電荷注入を行う一方、偶数番目の列には電荷注入を行っていない。

このように、奇数番目の列に電荷注入を行う操作と偶数番目の列に電荷注入を行う操作とを時間的に交互に行う場合、例えば欠陥検査（出力回路５からの出力を２次元画面に表示して観測する）において、欠陥を発見し易くなるという利点がある。

図６は、この固体撮像装置の具体的な特性検査のフローを示している。まず、半導体基板１１に＋２０Ｖを印加して、各フォトダイオード（ＰＤ）７の蓄積電荷量を０にリセットする（Ｓ１）。次に、基板１１の電位を＋１０Ｖにして保持する（Ｓ２）。なお、ｐ⁻型ウェル１２の電位は０Ｖに保持されているものとする。次に、電荷注入用端子９３または９４に上述の電圧波形Ｖｔを印加する（Ｓ３）。これにより、最遠端のフォトダイオードから、垂直方向に関してその隣に存在する通常のフォトダイオードへ電荷が注入されて蓄積される。次に、上記通常のフォトダイオードに注入された電荷を、転送信号（取り込みパルス）に応じて一定のタイミングで垂直ＣＣＤ部３へ転送する（Ｓ４）。さらに、垂直ＣＣＤ部３に取り込んだ電荷を、別の転送信号（垂直駆動パルス）に応じて垂直ＣＣＤ部３を順次通して転送する（Ｓ５）。ここで、必要に応じて、任意の電圧波形パターンによる電荷注入を行い、転送を繰り返すことができる（Ｓ６）。次に、垂直ＣＣＤ部３内で水平ＣＣＤ部４側に転送されてきた電荷を、垂直ＣＣＤ部３から水平ＣＣＤ部４に転送する（Ｓ７）。次に、水平ＣＣＤ部４に転送された電荷を、さらに別の転送信号（水平駆動パルス）に応じて、水平ＣＣＤ部４から出力回路５に転送する（Ｓ８）。そして、出力回路５から出力される電圧波形を測定し（Ｓ９）、測定結果に基づいて良品・不良品の判定を行う（Ｓ１０）。

上記実施形態では、水平方向に並ぶ複数のＰＤの列を、奇数番目の列と偶数番目の列との２群に分けて電荷注入を行ったが、これに限られるものではなく、例えば３列ごとに周期的に３群に分けて電荷注入を行っても良い。ただし、分ける群数が増えると、それに伴って電荷注入用配線、電荷注入用端子の数が増えて構造が複雑になるとともに、電荷注入の操作も複雑になる。それに対して、上述のように２群に分けて電荷注入を行えば、特性検査の精度が良くなるとともに、構造、電荷注入の操作も簡単になる。

なお、この明細書では、最遠端のフォトダイオード７Ｅ−１、７Ｅ−２、…、７Ｅ−２ｍ−１、７Ｅ−２ｍを、他のフォトダイオード７と同様に「フォトダイオード」と呼んでいるが、他のフォトダイオード７とは区別して例えば「電荷注入用拡散領域」と呼んでも良い。最遠端のフォトダイオード７Ｅ−１、７Ｅ−２、…、７Ｅ−２ｍ−１、７Ｅ−２ｍは、その名称にかかわらず、電荷注入の機能を果たせれば既述の作用効果を奏することができる。

この発明の一実施形態のＣＣＤ型固体撮像装置の概略的な平面パターンレイアウトを示す図である。 ＣＣＤ型固体撮像装置の詳細な平面パターンレイアウトを示す図である。 図２におけるIII−III線矢視断面を示す図である。 水平方向に並ぶ複数のフォトダイオードの列について、奇数番目の列に電荷注入を行う操作と偶数番目の列に電荷注入を行う操作とを時間的に交互に行う仕方を示す図である。 電荷注入用端子に印加される電圧波形を例示する図である。 電荷注入用端子に図５Ａの電圧波形が印加されたとき、最遠端のフォトダイオードの隣に存在するフォトダイオードに注入されて蓄積される電荷、および、さらにその隣に存在するフォトダイオードに注入されて蓄積される電荷を示す図である。 上記固体撮像装置の具体的な特性検査のフローを示す図である。 従来のＣＣＤ型固体撮像装置の断面構造を例示する図である。

符号の説明

３、３−１、３−２、…、３−２ｍ−１、３−２ｍ 垂直ＣＣＤ部
４ 水平垂直ＣＣＤ部
７、７Ａ、７Ｂ フォトダイオード
７Ｅ−１、７Ｅ−２、…、７Ｅ−２ｍ−１、７Ｅ−２ｍ 最遠端のフォトダイオード
２１ イメージ部
２２ オプティカルブラック部

Claims (5)

1. 基板上に、
   一方向に延びる垂直ＣＣＤ部と、
   その垂直ＣＣＤ部に沿って列をなして並ぶ複数の受光素子と、
   上記垂直ＣＣＤ部の一端側に配置された水平ＣＣＤ部と
   上記列をなす複数の受光素子のうち少なくとも上記水平ＣＣＤ部から最も遠い端に存在する最遠端の受光素子上を覆い、オプティカルブラック部を定める遮光メタルと、
   上記遮光メタルとは分離して、上記最遠端の受光素子に電気的に接続された電荷注入用配線とを備え、
   上記列をなす複数の受光素子のうち上記最遠端の受光素子以外の各受光素子からの電荷を、転送信号に応じて上記垂直ＣＣＤ部、水平ＣＣＤ部を順に通して出力するようになっていることを特徴とする固体撮像装置。
2. 請求項１に記載の固体撮像装置において、
   上記基板上で上記一方向と直交する方向に関して、上記垂直ＣＣＤ部と上記受光素子の列とが交互に複数配置され、
   上記受光素子の各列において上記水平ＣＣＤ部から最も遠い端に存在する最遠端の受光素子にそれぞれ上記電荷注入用配線が接続され、
   上記水平ＣＣＤ部は、上記各垂直ＣＣＤ部から受けた電荷を転送するようになっていることを特徴とする固体撮像装置。
3. 請求項２に記載の固体撮像装置において、
   上記一方向と直交する方向に関して奇数番目の列の上記最遠端の受光素子に接続された上記電荷注入用配線に共通につながる第１の電荷注入用端子と、
   上記一方向と直交する方向に関して偶数番目の列の上記最遠端の受光素子に接続された上記電荷注入用配線に共通につながる第２の電荷注入用端子と
   を備えたことを特徴とする固体撮像装置。
4. 請求項３に記載の固体撮像装置の特性検査を行う固体撮像装置の特性検査方法であって、
   上記第１の電荷注入用端子と第２の電荷注入用端子とに対して時間的に交互に、上記電荷を注入するための電圧を印加することを特徴とする固体撮像装置の特性検査方法。
5. 基板上に、
   一方向に延びる垂直ＣＣＤ部と、
   その垂直ＣＣＤ部に沿って列をなして並ぶ複数の受光素子と、
   上記垂直ＣＣＤ部の一端側に配置された水平ＣＣＤ部と
   上記列をなす複数の受光素子のうち少なくとも上記水平ＣＣＤ部から最も遠い端に存在する最遠端の受光素子上を覆い、オプティカルブラック部を定める遮光メタルとを備え、
   上記列をなす複数の受光素子からの電荷を、転送信号に応じて上記垂直ＣＣＤ部、水平ＣＣＤ部を順に通して出力するようになっており、
   上記最遠端の受光素子の上記水平ＣＣＤ部から遠い側に隣り合い、かつ上記遮光メタルに覆われた位置に設けられた電荷注入用拡散領域と、
   上記遮光メタルとは分離して、上記電荷注入用拡散領域に電気的に接続された電荷注入用配線とを備えたことを特徴とする固体撮像装置。

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