JP4513229B2

JP4513229B2 - 固体撮像素子及びその検査方法

Info

Publication number: JP4513229B2
Application number: JP2001135293A
Authority: JP
Inventors: 真也吉田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2001-05-02
Filing date: 2001-05-02
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2021-05-02
Also published as: JP2002330359A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のセンサ列によって被写体の撮像を行なう固体撮像素子に関し、特に全てのセンサ列の信号を出力する動作モードと、一部のセンサ列の信号を掃き捨てて残りのセンサ列の信号だけを出力する動作モードとを有する固体撮像素子の各動作モードにおける特性検査を行なうための検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、それぞれ等ピッチで一方向に配列される複数の画素センサよりなる２本のセンサ列を互いに近接して並列に配置するとともに、その外側に各センサ列から信号電荷を読み出して転送する２本のＣＣＤレジスタを設けたＣＣＤリニアセンサが提供されている。
このＣＣＤリニアセンサでは、一方のセンサ列の各画素センサが他方のセンサ列の各画像センサに対して配列方向に１／２ピッチ分だけずれた状態で配置されており、各センサ列からの信号電荷をＣＣＤレジスタの終端部に設けた合流部で合成し、その信号電荷をＦＤ（フローティングデフュージョン）部より交互に取り出して出力回路で電圧信号に変換することにより、各センサ列の画素センサ数に対して２倍の解像度を有する撮像信号を得るようになっている。
なお、このようなＣＣＤリニアセンサを画素ズラシ型リニアセンサというものとする。
【０００３】
また、このようなＣＣＤリニアセンサにおいて、一方のセンサ列のＣＣＤレジスタにオーバーフローバリアと、このオーバーフローバリアからオーバーフローした信号電荷を排出するオーバーフロードレインとを設けたものが知られている。
このＣＣＤリニアセンサでは、２本のセンサ列の信号電荷を合成して撮像信号を得る高解像度モードと、一方のセンサ列の信号電荷をオーバーフローバリアを介してオーバーフロードレインに掃き捨て、他方のセンサ列の信号電荷だけから撮像信号を得る低解像度モードとを選択することが可能となっている。
なお、この場合、高解像度モードと低解像度モードの両方で用いるセンサ列及びＣＣＤレジスタをメインチャネルといい、高解像度モードだけで用いるセンサ列及びＣＣＤレジスタをサブチャネルというものとする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のような従来の画素ズラシ型リニアセンサにおいては、その動作特性を確認するための検査として、高解像度モードでメインチャネルとサブチャネルの両方の信号電荷を出力した場合の動作特性を確認するための通常の検査（以下、第１の検査という）に加えて、オーバーフローバリア及びドレインによってサブチャネルの信号電荷を掃き捨てた場合の動作特性を確認するための専用の検査（以下、第２の検査という）が別途必要となる。
したがって従来は、２種類の検査が必要となり、作業効率が悪く、生産性の低下につながるという問題があった。
特に画素数の大きいＣＣＤリニアセンサの場合には、１回の検査で信号の読み出し時間が大きくなるため、２回の検査を別途行なうと、合計の検査時間が大きくなり、極めて作業効率の悪いものとなる。
【０００５】
そこで本発明の目的は、複数のセンサ列を作動させた場合の第１の検査と、一部のセンサ列の信号を掃き捨てた場合の第２の検査とを１回の信号読み出し動作によって行なうことができ、検査作業の効率化を達成することが可能な固体撮像素子及びその検査方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するため、それぞれ等ピッチで一方向に配列される複数の画素センサよりなり、互いに並列に設けられた複数のセンサ列と、各センサ列の画素センサより信号電荷を読み出して転送する複数の電荷転送部と、各電荷転送部によって転送されてきた信号電荷を合成して撮像信号に変換して出力する出力部と、前記出力部に転送される複数のセンサ列のうち少なくとも１つのセンサ列の信号電荷を掃き捨てる電荷掃き捨て手段とを有し、前記複数のセンサ列に前記電荷掃き捨て手段によるセンサ列の信号電荷の掃き捨て状態を確認するための検査用画素センサを設けたことを特徴とする。
【０００７】
また本発明は、それぞれ等ピッチで一方向に配列される複数の画素センサよりなり、互いに並列に設けられた複数のセンサ列と、各センサ列の画素センサより信号電荷を読み出して転送する複数の電荷転送部と、各電荷転送部によって転送されてきた信号電荷を合成して撮像信号に変換して出力する出力部と、前記出力部に転送される複数のセンサ列のうち少なくとも１つのセンサ列の信号電荷を掃き捨てる電荷掃き捨て手段とを有する固体撮像素子の検査方法であって、前記複数のセンサ列に前記電荷掃き捨て手段によるセンサ列の信号電荷の掃き捨て状態を確認するための検査用画素センサを設け、前記電荷掃き捨て手段を作動させない状態で前記複数のセンサ列による信号電荷を出力部で合成して出力した場合の出力信号を検出する第１の検査と、前記電荷掃き捨て手段を作動させて前記少なくとも１つのセンサ列の前記検査用画素センサからの信号電荷を掃き捨て、それ以外のセンサ列の前記検査用画素センサからの信号電荷を出力部から出力した場合の出力信号を検出する第２の検査とを連続して行なうようにしたことを特徴とする。
【０００８】
本発明の固体撮像素子では、複数のセンサ列に前記電荷掃き捨て手段によるセンサ列の信号電荷の掃き捨て状態を確認するための検査用画素センサを設けたことから、電荷掃き捨て手段を作動させない状態で複数のセンサ列による信号電荷を出力部で合成して出力した場合の出力信号を検出する第１の検査と、電荷掃き捨て手段を作動させて一部のセンサ列の検査用画素センサからの信号電荷を掃き捨て、それ以外のセンサ列の検査用画素センサからの信号電荷を出力部から出力した場合の出力信号を検出する第２の検査とを連続して行なうことが可能となる。
したがって、第１の検査と第２の検査を１回の信号読み出し動作によって行なうことができ、検査作業の効率化を達成することができる。この結果、固体撮像素子における製造コストの低減を図ることが可能となる。
【０００９】
また、本発明の固体撮像素子の検査方法では、複数のセンサ列に前記電荷掃き捨て手段によるセンサ列の信号電荷の掃き捨て状態を確認するための検査用画素センサを設け、電荷掃き捨て手段を作動させない状態で複数のセンサ列による信号電荷を出力部で合成して出力した場合の出力信号を検出する第１の検査と、電荷掃き捨て手段を作動させて一部のセンサ列の検査用画素センサからの信号電荷を掃き捨て、それ以外のセンサ列の検査用画素センサからの信号電荷を出力部から出力した場合の出力信号を検出する第２の検査とを連続して行なう。
したがって、第１の検査と第２の検査を１回の信号読み出し動作によって行なうことができ、検査作業の効率化を達成することができる。この結果、固体撮像素子における製造コストの低減を図ることが可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による固体撮像素子及びその検査方法の実施の形態について説明する。
なお、以下に説明する実施の形態は、本発明の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において、特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限定されないものとする。
【００１１】
図１は本発明の実施の形態による固体撮像素子の概要を示す平面図である。
本実施の形態による固体撮像素子は、２本のセンサ列１０Ａ、１０ＢとＣＣＤレジスタ２０Ａ、２０Ｂとを有する画素ズラシ型リニアセンサであり、図１では省略しているが、片側（サブチャネル側）のセンサ列１０ＢのＣＣＤレジスタ２０Ｂの転送段に信号電荷掃き捨て用のゲートを設けるとともに、各センサ列１０Ａ、１０Ｂの後段に検査用画素センサを追加したものである。
この画素ズラシ型リニアセンサでは、それぞれ複数の画素センサを等ピッチで一方向に配列した２本のセンサ列１０Ａ、１０Ｂが互いに近接して並列に配置され、その外側に各センサ列１０Ａ、１０Ｂから信号電荷を読み出して転送する２本のＣＣＤレジスタ２０Ａ、２０Ｂが設けられている。なお、各センサ列１０Ａ、１０ＢとＣＣＤレジスタ２０Ａ、２０Ｂとの間には、読み出しゲート２２Ａ、２２Ｂを有する。
そして、センサ列１０Ａの各画素センサとセンサ列１０Ｂの各画像センサとが、その配列方向に１／２ピッチ分だけずれた状態で配置されており、各センサ列１０Ａ、１０Ｂからの信号電荷をＣＣＤレジスタ２０Ａ、２０Ｂの終端部に設けた合流部３０で合成し、その信号電荷をＦＤ（フローティングデフュージョン）部３２より交互に取り出して出力回路４０で電圧信号に変換することにより、各センサ列１０Ａ、１０Ｂの画素センサ数に対して２倍の解像度を有する撮像信号を得る。
【００１２】
図２は、ＣＣＤレジスタ２０Ａ、２０Ｂの合流部における各転送段の構成を示す拡大平面図である。
図示のように、サブチャネル側のＣＣＤレジスタ２０Ｂのセンサ列１０Ｂと合流部３０との間の転送段には、ポテンシャルバリアによるオーバーフローバリア５０と、このオーバーフローバリア５０からオーバーフローした信号電荷を排出するオーバーフロードレイン５２が設けられており、例えば後述するようなクロックの制御によってＣＣＤレジスタ２０Ｂの信号電荷をオーバーフローバリア５０よりオーバーフロードレイン５２に排出するようになっている。
したがって、このＣＣＤリニアセンサでは、２本のセンサ列１０Ａ、１０Ｂの信号電荷を合成して撮像信号を得る高解像度モードと、オーバーフローバリア５０及びオーバーフロードレイン５２を用いることにより、サブセンサ列１０Ｂの信号電荷をＣＣＤレジスタ２０Ｂで掃き捨て、センサ列１０Ａの信号電荷だけから撮像信号を得る低解像度モードとを選択することが可能となる。
【００１３】
図３は、メインチャネルとサブチャネルの両方を用いた高解像度モード時におけるクロックタイミングを示すタイミングチャートであり、図４は、メインチャネルだけを用いた低解像度モード時におけるクロックタイミングを示すタイミングチャートである。
本例のリニアセンサでは、各ＣＣＤレジスタ２０Ａ、２０Ｂの各転送段を２相のクロックφ１、φ２で駆動し、ＣＣＤレジスタ２０Ｂの最終転送段をクロックφ２Ｌで駆動する。
また、合流部３０の各転送段を２相のクロックφ３、φ４で駆動し、ＦＤ部３２のリセット動作をクロックφＲＳによって行なう。
【００１４】
図３に示すように、メインチャネルとサブチャネルの両方を用いた高解像度モード時においては、メインチャネルとサブチャネルの信号電荷を混色なく転送させるために、クロックφ３、φ４は、クロックφ１、φ２に対して倍速で転送する。
また、このモードでは、クロックφ２Ｌはクロックφ２と同じ動作となる。
それに対して、図４に示すメインチャネルだけを用いた低解像度モード時においては、クロックφ２Ｌをｌｏｗにすることにより、サブチャネル側で発生した使用しない信号電荷を合流部３０の転送段へは転送させず、クロックφ２Ｌを印加する最終転送段に電荷を蓄える構成となる。
そして、この最終転送段に蓄えられた電荷が、オーバーフローバリア５０を超えてオーバーフロードレイン５２に掃き捨てられる構成となる。
【００１５】
すなわち、本例では、クロックφ２Ｌがオーバーフローバリア５０による信号電荷のオーバーフローを制御する制御手段として機能するものである。
このように本例では、クロックφ２Ｌでオーバーフローバリア５０を制御する構成により、高解像度モードと低解像度モードとを迅速に切り換えることができる。したがって、１回の読み出し動作中に動作モードの切り換え動作を行ない、高解像度モードの動作状態を検査する第１の検査と、低解像度モードの動作状態を検査する第２の検査とを連続的に行なうことができる。
なお、オーバーフローを制御する構成としては、本例のようにクロックφ２Ｌによる方法の代わりに、例えばオーバーフローバリアに対するバイアス電圧を切り換えるような方法を用いてもよい。
【００１６】
以上のような構成において、メインチャネルの信号電荷のみを使用した低解像度モードによる動作時に、サブチャネルの電荷掃き捨て用のオーバーフローバリア５０等が動作不良を起し、適正に電荷の掃き捨てができない場合には、クロックφ２Ｌによる最終転送段の許容電荷量を越えて、合流部３０側にサブチャネルの信号電荷が漏れ出し、メインチャネルの出力に加算され、メインチャネルの出力に異常を来す恐れがある。
そこで、このような動作不良がないかどうかを確認する必要が生じるが、従来は、メインチャネルとサブチャンネルの全画素を読み出す出力検査（第１の検査）と、メインチャンネルのみの画素を読み出す出力検査（第２の検査）とを別々に行なっていた。
これに対し、本例では、メインチャネルとサブチャネルの各センサ列１０Ａ、１０Ｂの後段に検査用画素センサを追加し、この検査用画素センサを用いることにより、１回の読み出し動作で２つの出力検査を連続的に行なえるようにしたものである。
【００１７】
図５は、本例における各センサ列１０Ａ、１０Ｂの画素配列を従来の画素配列と対比して示す説明図であり、図５（Ａ）は従来の画素配列を示し、図５（Ｂ）は本例の画素配列を示している。
従来の画素配列では、各センサ列１１Ａ、１１Ｂは、まず３つの遮光されたダミー画素Ｄ１〜Ｄ３、Ｄ１’〜Ｄ３’が設けられ、次に撮像画素センサＳ１〜Ｓ１００００、Ｓ１’〜Ｓ１００００’（すなわち図示の例では１万画素）が設けられている。そして、その後段に３つの遮光されたダミー画素Ｄ４〜Ｄ６、Ｄ４’〜Ｄ６’が設けられている。なお、画素数は一例である。
これに対して本例では、ダミー画素Ｄ６、Ｄ６’までは従来と共通の画素配列であるが、その後段に、検査用画素センサＤ７〜Ｄ１０、Ｄ７’〜Ｄ１０’を設けたものである。
この検査用画素センサＤ７〜Ｄ１０、Ｄ７’〜Ｄ１０’は、遮光されたダミー画素ではなく、撮像画素センサと共通の構造及び特性を有し、遮光膜に形成した開口部から光を受光し、この受光量に応じた信号電荷に変換するフォトセンサである。
【００１８】
以上のような構成の画素ズラシ型リニアセンサにおいて、各動作モードにおける検査を行なう場合には、まず、図３に示す動作タイミングで駆動し、各撮像画素センサＳ１〜Ｓ１００００、Ｓ１’〜Ｓ１００００’の出力を検出し、高解像度モードの特性検査を行なった後、後段の検査用画素センサＤ７〜Ｄ１０、Ｄ７’〜Ｄ１０’については、図４に示す動作タイミングに切り換え、サブチャネルの信号電荷を掃き捨てた状態で、メインチャネルの出力を検出することにより、掃き捨て用のオーバーフローバリア５０やオーバーフロードレイン５２の動作を確認することができる。
もし、オーバーフローバリア５０やオーバーフロードレイン５２の動作不良があれば、このサブチャネル側の検査用画素センサＤ７’〜Ｄ１０’の信号電荷がメインチャネル側の検査用画素センサＤ７〜Ｄ１０による出力に漏れ込むため、そのレベルから動作確認を行なうことができる。
このような検査方法により、従来なら、例えば１万画素の出力を２回取り込む必要があり、検査時間がかかったが、本発明の検査方法により、１回の取り込みでよいため、検査時間を約１／２に短縮できる。
また、このように検査時間を短縮することにより、製品の製造効率を改善でき、コストダウンを図ることも可能となる。
【００１９】
なお、以上の例は、本発明を画素ズラシ型リニアセンサに適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、より多くのセンサ列の間にＣＣＤレジスタを設けた２次元イメージセンサおいても同様に適用し得るものである。
このような２次元イメージセンサにおいても、一部のＣＣＤレジスタに信号電荷掃き捨て用の電荷掃き捨て手段を設け、全てのセンサ列を用いた高解像度モードとセンサ列を間引いて用いる低解像度モードとを使い分けるような構成において、各センサ列の後段に検査用画素センサを設け、２つの検査を連続的に行なうようにすることが可能である。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の固体撮像素子では、複数のセンサ列に前記電荷掃き捨て手段によるセンサ列の信号電荷の掃き捨て状態を確認するための検査用画素センサを設けたことから、電荷掃き捨て手段を作動させない状態で複数のセンサ列による信号電荷を出力部で合成して出力した場合の出力信号を検出する第１の検査と、電荷掃き捨て手段を作動させて一部のセンサ列の検査用画素センサからの信号電荷を掃き捨て、それ以外のセンサ列の検査用画素センサからの信号電荷を出力部から出力した場合の出力信号を検出する第２の検査とを連続して行なうことが可能となる。
したがって、第１の検査と第２の検査を１回の信号読み出し動作によって行なうことができ、検査作業の効率化を達成することができる。この結果、固体撮像素子における製造コストの低減を図ることが可能となる。
【００２１】
また、本発明の固体撮像素子の検査方法では、複数のセンサ列に前記電荷掃き捨て手段によるセンサ列の信号電荷の掃き捨て状態を確認するための検査用画素センサを設け、電荷掃き捨て手段を作動させない状態で複数のセンサ列による信号電荷を出力部で合成して出力した場合の出力信号を検出する第１の検査と、電荷掃き捨て手段を作動させて一部のセンサ列の検査用画素センサからの信号電荷を掃き捨て、それ以外のセンサ列の検査用画素センサからの信号電荷を出力部から出力した場合の出力信号を検出する第２の検査とを連続して行なう。
したがって、第１の検査と第２の検査を１回の信号読み出し動作によって行なうことができ、検査作業の効率化を達成することができる。この結果、固体撮像素子における製造コストの低減を図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よる固体撮像素子の概要を示す平面図である。
【図２】図１に示す固体撮像素子のＣＣＤレジスタの合流部における各転送段の構成を示す拡大平面図である。
【図３】図１に示す固体撮像素子においてメインチャネルとサブチャネルの両方を用いた高解像度モード時におけるクロックタイミングを示すタイミングチャートである。
【図４】図１に示す固体撮像素子においてメインチャネルだけを用いた低解像度モード時におけるクロックタイミングを示すタイミングチャートである。
【図５】図１に示す固体撮像素子の各センサ列の画素配列を従来の画素配列と対比して示す説明図であり、（Ａ）は従来の画素配列を示し、（Ｂ）は図１に示すリニアセンサの画素配列を示す。
【符号の説明】
１０Ａ、１０Ｂ……センサ列、２０Ａ、２０Ｂ……ＣＣＤレジスタ、２２Ａ、２２Ｂ……読み出しゲート、３０……合流部、３２……ＦＤ部、４０……出力回路、５０……オーバーフローバリア、５２……オーバーフロードレイン。

Claims

それぞれ等ピッチで一方向に配列される複数の画素センサよりなり、互いに並列に設けられた複数のセンサ列と、
各センサ列の画素センサより信号電荷を読み出して転送する複数の電荷転送部と、
各電荷転送部によって転送されてきた信号電荷を合成して撮像信号に変換して出力する出力部と、
前記出力部に転送される複数のセンサ列のうち少なくとも１つのセンサ列の信号電荷を掃き捨てる電荷掃き捨て手段とを有し、
前記複数のセンサ列に前記電荷掃き捨て手段によるセンサ列の信号電荷の掃き捨て状態を確認するための検査用画素センサを設けた、
ことを特徴とする固体撮像素子。
前記複数のセンサ列は第１センサ列と第２センサ列とからなり、前記第２センサ列の各画素センサが前記第１センサ列の各画像センサに対して配列方向に１／ｎピッチ分だけずれた状態で配置されていることを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
前記電荷掃き捨て手段は、前記第２センサ列の信号電荷を転送する電荷転送部に設けられていることを特徴とする請求項２記載の固体撮像素子。
前記電荷掃き捨て手段は、電荷転送部に設けられたオーバーフローバリアと、前記オーバーフローバリアからオーバーフローした信号電荷を排出するオーバーフロードレインと、前記オーバーフローバリアによる信号電荷のオーバーフローを制御する制御手段とを有することを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
前記検査用画素センサは、センサ列の最後段に設けられていることを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
前記センサ列は、撮像信号を得るための有効画素センサと、前記有効画素センサの前後に設けられたダミー画素とを有し、前記検査用画素センサは、前記有効画素センサの後段に設けられたダミー画素の後段に設けられていることを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
前記検査用画素センサは、撮像信号を得るための有効画素センサと共通の構造を有することを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
それぞれ等ピッチで一方向に配列される複数の画素センサよりなり、互いに並列に設けられた複数のセンサ列と、
各センサ列の画素センサより信号電荷を読み出して転送する複数の電荷転送部と、
各電荷転送部によって転送されてきた信号電荷を合成して撮像信号に変換して出力する出力部と、
前記出力部に転送される複数のセンサ列のうち少なくとも１つのセンサ列の信号電荷を掃き捨てる電荷掃き捨て手段とを有する固体撮像素子の検査方法であって、
前記複数のセンサ列に前記電荷掃き捨て手段によるセンサ列の信号電荷の掃き捨て状態を確認するための検査用画素センサを設け、
前記電荷掃き捨て手段を作動させない状態で前記複数のセンサ列による信号電荷を出力部で合成して出力した場合の出力信号を検出する第１の検査と、前記電荷掃き捨て手段を作動させて前記少なくとも１つのセンサ列の前記検査用画素センサからの信号電荷を掃き捨て、それ以外のセンサ列の前記検査用画素センサからの信号電荷を出力部から出力した場合の出力信号を検出する第２の検査とを連続して行なうようにした、
ことを特徴とする固体撮像素子の検査方法。
前記複数のセンサ列は第１センサ列と第２センサ列とからなり、前記第２センサ列の各画素センサが前記第１センサ列の各画像センサに対して配列方向に１／ｎピッチ分だけずれた状態で配置されていることを特徴とする請求項８記載の固体撮像素子の検査方法。
前記電荷掃き捨て手段は、前記第２センサ列の信号電荷を転送する電荷転送部に設けられていることを特徴とする請求項９記載の固体撮像素子の検査方法。
前記電荷掃き捨て手段は、電荷転送部に設けられたオーバーフローバリアと、前記オーバーフローバリアからオーバーフローした信号電荷を排出するオーバーフロードレインと、前記オーバーフローバリアによる信号電荷のオーバーフローを制御する制御手段とを有することを特徴とする請求項８記載の固体撮像素子の検査方法。
前記検査用画素センサは、センサ列の最後段に設けられていることを特徴とする請求項８記載の固体撮像素子の検査方法。
前記第１の検査の後、第２の検査を行なうことを特徴とする請求項１２記載の固体撮像素子の検査方法。
前記センサ列は、撮像信号を得るための有効画素センサと、前記有効画素センサの前後に設けられたダミー画素とを有し、前記検査用画素センサは、前記有効画素センサの後段に設けられたダミー画素の後段に設けられていることを特徴とする請求項８記載の固体撮像素子の検査方法。
前記検査用画素センサは、撮像信号を得るための有効画素センサと共通の構造を有することを特徴とする請求項８記載の固体撮像素子の検査方法。