JPH04135397A - 電荷/電圧変換効率の測定方法 - Google Patents

電荷/電圧変換効率の測定方法

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、電子シャッタ機能付固体撮像素子における電
荷/電圧変換効率の測定方法に関する。
〈発明の概要〉 本発明は、感光部に蓄積された信号電荷を基板に掃き出
すようになされた電子シャッタ機能付固体撮像素子にお
いて、通常動作時の出力部の出力電圧と電子シャッタ動
作時の基板電流とをそれぞれ測定し、これら測定値を電
荷/電圧変換効率の算出のためのパラメータとして用い
ることにより、電荷/電圧変換効率の測定精度の飛躍的
な向上を可能にすると共に、リセットドレイン(RD)
端子が独立に存在しない固体撮像素子にも対応できるよ
うにしたものである。
ここに、電荷/電圧変換効率とは、固体撮像素子の出力
部において転送電荷を電圧に変換する際の効率をいう。
〈従来の技術〉 固体撮像素子において、電荷/電圧変換効率を求める場
合、電荷は時間ファクタを考慮すると電流で表すことが
できることから、電流と電圧の比から変換効率を求める
ことができる。
この変換効率を測定する従来方法としては、固体撮像素
子である例えばCCD撮像素子の出力部の回路を示す第
4図において、フローティング・デイフュージョン ア
ンプ(Floating Diffusion八mpl
ifieへ: F D A )を構成するMOS PE
Tからなるゲート40のRG(リセットゲート)端子4
1に正のパルスφ。を印加してゲート40をオンするこ
とによってFD点の電位をリセット電圧■9.にリセッ
トしたときにRD(リセットドレイン)端子42に流れ
る電流IRDを測定し、次にゲート40をオフした状態
でダイオード43に蓄積される信号電荷の変化をソース
ホロワ2段で構成されるアンプ44により電圧変化とし
て検出することによって出力端子45に導出される出力
電圧■。0゜を測定し、この測定した電流IRDと電圧
■。UTから次式に基づいて電荷/電圧変換効率ηを求
める方法が知られている。
η−(Vour / IRD) XK 但し、K、は係数である。
この測定方法によれば、測定のための専用の端子を別に
設ける必要がなく、またCCD撮像素子を通常動作させ
た状態で測定できるため、ウェハー状態でも組立て後で
も測定できることになる。
〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、上述した従来の測定方法では、RD端子
42に流れる電流IRDが高周波数のパルスφ8により
断続される交流的な電流であり、この交流的な電流を平
滑化して得られる積分電流値を測定することになるため
、測定器(電流計)による誤差が生じ易いという問題点
があった。特に、この積分電流は数nA程度の微小電流
であるため、ることによって再生画像が乱れることにも
なる。
また、最近の小型撮像素子にあっては、チップを小型に
するために端子数の削減を図っており、例えば、RD端
子42を電圧が同一であるVDII電源端子46と共用
化することにより端子の削減を図る傾向にある。このよ
うにRD端子42が電源端子46と共用化された撮像素
子に対しては、RD端子42が独立に存在していること
が前提となる従来の測定方法では対応できないことにな
る。
そこで、本発明は、RD端子が独立に存在しない撮像素
子にも対応できると共に、測定精度の飛躍的な向」二が
可能な電荷/電圧変換効率の測定方法を提供することを
目的とする。
〈課題を解決するための手段〉 本発明による電荷/電圧変換効率の測定方法は、感光部
に蓄積された信号電荷を基板に掃き出すようになされた
電子シャッタ機能付固体撮像素子において、基板に所定
の第1レベルの電圧を印加して出ツノ部の出力電圧を測
定し、次いで基板に前記第1レベルよりも高い第2レヘ
ルの電圧を印加して基板電流を測定し、しかる後これら
出力電圧と基板電流の比に基づいて電荷/電圧変換効率
を求める各行程からなっている。
〈作用〉 本発明による電荷/電圧変換効率の測定方法では、基板
に高レベル(第2レベル)の電圧を印加することにより
、感光部に蓄積された信号電荷(不要電荷)を基板に掃
き出すいわゆる電子シャッタ動作が得られる。この電子
シャッタ動作時に流れる基板電流と、基板への低レベル
(第1レヘル)の電圧の印加時に測定した出力部の出力
電圧とが電荷/電圧変換効率を求めるパラメータとして
用いられる。
〈実施例〉 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
第1図は、本発明による電荷/電圧変換効率の測定方法
が適用される例えばCCD撮像素子1及びその駆動系の
構成図である。図において、CCDCC撮像素子、N型
シリコン基板2上に感光部3、垂直シフトレジスタ部4
、水平シフトレジスタ部及び出力部(共に図示せず)が
設けられたいわゆるインターライン転送方式のものとし
て構成されている。
このCCD撮像素子1では、N型シリコン基板2の表面
側にP型領域5を形成し、このP型領域5の表面側に更
にN−型領域6を形成している。
そして、感光部3は、このN−型領域6の表面側に浅い
P゛型領領域7形成し、このP”型領域7の下方に信号
電荷蓄積領域を構成するN°型領領域8形成することに
よって構成されている。また、Pj”型領域7及びN゛
型領領域8隣接してチャンネルストップ部を構成するP
“型領域9を形成する。
垂直シフトレジスタ部4は、信号電荷転送領域を構成す
るN゛型領領域10形成すると共に、このN°型領領域
105iOzよりなる絶縁層11及び5i3Naよりな
る絶縁層12を介して多結晶シリコンよりなる転送電極
13を形成することによって構成する。この場合、信号
電荷転送領域を構成するN4型領域10の下方にスミア
を防止するためのP型領域14を形成する。また、感光
部3と垂直シフトレジスタ部4の間には、感光部3の信
号電荷を垂直シフトレジスタ部4へ読み出すための読み
出しゲート部15を設ける。この読み出しゲート部15
はチャンネル領域を構成するP壁領域16上に絶縁層1
1及び12を介してゲート電極17を形成することによ
って構成する。本例では、ゲート電極17は多結晶シリ
コンにて転送電極13と共通に形成される。
感光部3を除いて読み出しゲート部15、垂直シフトレ
ジスタ部4及びチャンネルストップ部上には、絶縁層1
1を介して遮光用のアルミニウム層1Bを設ける。なお
、第1図には、1個の転送電極13のみを示しているが
、本例では周知のように4相駆動方弐により垂直シフト
レジスタ部4を駆動するように転送電極を配置する。
次に、上述した構成のCCD撮像素子1における電荷/
電圧変換効率(以下、単に変換効率と称する)ηを測定
づ−るための本発明による測定方法について説明する。
変換効率ηの測定に当たって、N型シリコン基板2に印
加する基板パルスPsを発生する基板パルス発生回路1
9と、この基板パルス発生回路19から出力される基板
パルスPsを基板端子21を介して基板2に印加する駆
動回路20とが設けられている。基板パルスPsの低い
レベル(第1し・\ル)■1は、第2図に実線aで示す
ように、P型領域5のポテンシャルが信号電荷蓄積領域
8のポテンシャルよりも浅くなりかつ信号電荷蓄積領域
8において信号電荷を蓄積できる電圧レベル(例えば、
+12V程度)とし、また基板パルスPsの高いレベル
(第2レベル)■1は、第2図に破線すで示すように、
P型領域5のポテンシャルが信号電荷蓄積領域8のポテ
ンシャルよりも深くなり、信号電荷蓄積領域8に蓄積さ
れた信号電荷をN型シリコン基板2に掃き出すことがで
きる電圧レベル(例えば、+27V程度)とする。
また、基板端子21には電流計21が接続されており、
この電流計21は、N型シリコン基板2への高レベル■
□の基板パルスPsの印加時に信号電荷蓄積領域8に蓄
積された信号電荷をN型シリコン基板2に掃き出す電子
シャッタ動作が行われることによってN型シリコン基板
2に流れる基板電流r sueを計測するためのもので
ある。一方、CCD撮像素子1の構成を示す第3図にお
いて、水平シフトレジスタ部23の最終端に設けられた
出力部24の出力端子25には電圧計26が接続されて
おり、この電圧計26は、N型シリコン基板2に低レベ
ル■、の基板パルスPsを印加した通常動作時の出力電
圧■。LITを計測するだめのものである。
次に、変換効率ηの測定のための手順について説明する
先ず、N型シリコン基板2に低レベル■、の基板パルス
Psを印加し、このときの出力部24の出力電圧■。U
7を出力端子25にて電圧計26により測定する(第1
の行程)。続いて、N型シリコン基板2に所定のタイミ
ングで高レベル■Iの基板パルスPsを印加する。この
基板パルスPsの印加によって第2図に破線すで示す如
くポテンシャルバリヤーが崩れ、感光部3(信号電荷蓄
積領域8)に蓄積された信号電荷(不要電荷)がN型シ
リコン基板2に掃き出される。このときに流れる基板電
流I 5LIBを基板端子21にて電流計22により測
定する(第2の行程)。そして、得られた基板電流I 
SUE及び出力電圧■。o7から次式に基づいて変換効
率ηを求める(第3の行程)。
η−(V oIIr / T sus ) X K を
但し、K2は係数である。
このように、電子シャッタ機能付CCD撮像素子1にお
いて、電子シャッタ動作時にN型シリコン基板2に流れ
る基板電流T SUBを測定し、この基板電流I SU
Bを変換効率ηの算出のための1つのパラメータとして
用いることにより、基板電流15111が直流的な電流
であるため、交流的な電流IRDの積分電流値をパラメ
ータとして用いた従来の測定方法に比して測定精度を飛
躍的に向上できることになる。
また、本発明による測定方法は、既存の基板端子(Vs
uo ) 21を利用して基板電流15t18を測定す
るものであるため、第3図に示すように、RD(リセッ
トドレイン)端子をv0電源端子27と共用化し端子の
削減を図ったが故に、RD端子が独立して存在しないC
CD撮像素子1にも対応できることになる。
なお、上記実施例では、測定して得た基板電流i su
eをそのまま変換効率ηの算出パラメータとして用いる
としたが、N型シリコン基板2に低レベルvLの基板パ
ルスPsを印加した通常動作時の基板電流10SIIB
をも測定しておき、この基板電流■。5LlBを電子シ
ャッタ動作時に測定した基板電流■、。から差し引いて
得られる基板電流r+sunを変換効率ηの算出パラメ
ータとして用いるようにしても良い。これによれば、基
板電流I。5LIBは感光部3以外のPN接合による電
流分であり、この感光部3以外のPN接合による電流分
子os。を電子シャッタ動作時の基板電流r SUBか
ら差し引くことになるため、正確な電流測定が可能とな
り、結果的に、変換効率ηの測定精度をより向上できる
ことになる。
〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば、電子シャッタ機
能付固体撮像素子において、通常動作時の出力部の出力
電圧と電子シャッタ動作時の基板電流とをそれぞれ測定
し、これら測定値を算出パラメータとして用いて変換効
率ηを求めるようにしたので、測定精度を飛躍的に向上
できると共に、リセットドレイン(RD)端子が独立に
存在しない固体撮像素子にも対応できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明による電荷/電圧変換効率の測定方法
が適用されるCCD撮像素子及びその駆動系の構成図、 第2図は、感光部の縦方向のポテンシャル分布図、 第3図は、インターライン転送方式CCD撮像素子の構
成図、 第4図は、CCD撮像素子における出力部の構成の一例
を示す回路図である。 ■・・・CCD撮像素子、  2・・・N型シリコン基
板3・・・感光部、  4・・・垂直シフI・レジスタ
部8・・・信号電荷蓄積領域、  13・・・転送電極
17・・・ゲート電極、    21・・・基板端子2
3・・・水平シフトレジスタ部、  24・・・出力部

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】  感光部に蓄積された信号電荷を基板に掃き出すように
    なされた電子シャッタ機能付固体撮像素子において、 前記基板に所定の第1レベルの電圧を印加して出力部の
    出力電圧を測定する第1の行程と、前記基板に前記第1
    レベルよりも高い第2レベルの電圧を印加して基板電流
    を測定する第2の行程と、 前記出力電圧と前記基板電流の比に基づいて電荷/電圧
    変換効率を算出する第3の行程とからなることを特徴と
    する電荷/電圧変換効率の測定方法。
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