JPH0787262A

JPH0787262A - 固体撮像素子およびその測定方法

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Publication number: JPH0787262A
Application number: JP5248788A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Miyaki; 博宮木
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1993-09-09
Filing date: 1993-09-09
Publication date: 1995-03-31
Anticipated expiration: 2013-08-13
Also published as: JP2785654B2

Abstract

(57)【要約】【目的】光源を含む測定系の較正を基準サンプルを使
用することなく行いうるようにする。測定系の経時変化
によって測定誤差が生じるのを防止する。【構成】各チップに、画素３と、読みだしゲート４
と、電荷転送部５と、出力回路部６と、入、出力端子
７、８とを有する本体センサ部１と、製造ばらつきの影
響を受けない程度の大きさの基準画素９と、読み出しゲ
ート４ａと、出力回路部６ａと、出力端子８ａとを有す
る基準センサ部２を形成しておく。このような固体撮像
素子が形成されたウエハを測定器にセットし、基準画素
の感度測定を行う。基準画素９は製造ばらつきの影響を
ほとんど受けないからその本来の感度は推定できる。こ
の推定値と測定値から補正係数を算出する。本体センサ
部１の感度を測定し、これに補正係数を乗じて本体セン
サ部１の感度を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像素子とその感
度測定方法に関し、特に測定誤差の少ない正確な測定を
簡略に行うための固体撮像素子とその測定方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の固体撮像素子の主要部は、図６の
構成図に示すように、光電変換を行いその結果生成され
た信号電荷を蓄積しておく複数の画素３と、各画素に蓄
積されている信号電荷を読み出すための読み出しゲート
４と、読み出しゲート４を介して転送されてきた信号電
荷を転送する電荷転送部５と、信号電荷を電圧信号に変
換する電荷検出部およびインピーダンス変換を行う出力
バッファを有する出力回路部６と、駆動クロックおよび
電源を供給するための入力端子７と、出力端子８と、か
ら構成されている。

【０００３】一般に固体撮像素子においては、画素の開
口寸法、電荷検出部の容量、あるいは出力バッファのト
ランジスタの寸法等の製造工程での加工ばらつきによ
り、製造ロッド間、ウエハ間、素子間で特性のばらつき
が生じる。而して、固体撮像素子の動向として、高解像
度化のために画素の開口寸法は縮小される傾向のあり、
また高感度化のためには電荷検出部の微細化、配線等に
よる寄生容量の削減等が必要であり、そのため、素子の
加工寸法は微細化されつつあり、さらに、高感度化のた
めに電圧利得アンプやマイクロレンズが付加されるよう
になってきている。その結果、固体撮像素子の信号出力
は、製造工程における加工寸法のばらつきの影響を受け
やすい構造となっており、素子形成後の検査工程におい
て、正確な感度（入射光量に対する信号出力）測定を行
って不良を除去することが必要となる。

【０００４】一方、検査工程においては、測定系による
影響を排除することが必要となる。特に、測定に用いる
光源の光量、分光特性のばらつきを補正し、常に同じ状
態で正確な感度測定を行う技術が必要である。図７は、
感度測定時に光源の光量変化を含む測定系誤差を補正す
る従来の方法を示す工程フロー図である。この従来例で
は、被測定素子と同一の製品で感度が既知の基準サンプ
ルを用いる。まず、感度がＸｏ（Ｖ／１ｘ・ｓ）の基準
サンプルの感度を測定し［Ｘ（Ｖ／１ｘ・ｓ）とす
る］、両者の比から補正係数のα（Ｘ₀ ／Ｘ）を算出す
る。この補正係数を測定テスタの演算メモリ内に格納し
ておく。次に、感度が未知の被測定ウエハをセットし、
素子の感度を順次測定していく。測定値がｙ（Ｖ／１×
・ｓ）であれば、真の感度はｙに先の補正係数のαを乗
じたαｙ（Ｖ／１×・ｓ）より求められる。以上の方法
により、光源を含む測定系全体の補正を行い、常に同じ
状態での感度測定が可能となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の測定方
法では、被測定ウエハとは全く形状の異なる基準サンプ
ルをウエハ測定に先立ってセットし、感度の測定、補正
係数の算出、補正係数の格納等の前作業を行うことが必
要となり、これらの作業は、通常のウエハテストとは異
質のものであるため、従来方法は煩雑であり、またテス
トの自動化に対する障害となるものであった。さらに、
従来方法では、光源を含む測定系の経時変化に対し適正
な補正が行えないため、測定を継続する過程において大
きな誤差が生じることがあった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、本発明によれば、同一半導体チップ上に、光電変換
を行いその結果生成された信号電荷を蓄積する複数の画
素（３）と、前記信号電荷の転送を受けこれを電荷検出
部に向けて転送する電荷転送手段（５）と、電荷検出部
および出力バッファを有する出力回路部（６）と、を備
える本体センサ部（１）と、単一の基準画素（９）と、
該基準画素において生成され蓄積されていた信号電荷を
検出する電荷検出部および出力バッファを有する出力回
路（６ａ）と、を備える基準センサ部（２）と、が形成
されていることを特徴とする固体撮像素子が提供され
る。

【０００７】また、本発明によれば、ウエハ状態におい
て、ウエハ上に設けられた基準画素（９）の感度を測定
し、前記基準画素の測定された感度によって補正を行い
ながら前記ウエハ上の個々の固体撮像素子（１、１１）
の感度を測定することを特徴とする固体撮像素子の測定
方法が提供される。

【０００８】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は、本発明の一実施例の主要構成要素
を示す概略平面図である。同図に示されるように、本発
明の固体撮像素子は、本体センサ部１と基準センサ部２
から構成される。そして、本体センサ部１には、光電変
換を行う複数の画素３と、画素内に蓄積された信号電荷
を読み出すための読み出しゲート４と、読み出された信
号電荷を転送する電荷転送部５と、電荷検出部および出
力バッファを有する出力回路部６と、入力端子７と、出
力端子８とが備えられ、また、基準センサ部２には、単
独の基準画素９と、読み出しゲート４ａと、出力回路部
６ａと、出力端子８ａとが備えられている。なお、基準
センサ部２に対する電源、クロック等の入力端子は、本
体センサ部１における入力端子７によって兼用されてい
る。

【０００９】本実施例による固体撮像素子の図６に示し
た従来例と相違する点は、基準センサ部２を設けた点で
あり、本体センサ部の構成は従来例の固体撮像素子と同
様である。基準センサ部２は、本体センサ部１と同一製
造工程中において形成されるため、本実施例による素子
を形成するのに新たに追加される工程はない。基準セン
サ部２は、製造工程の加工ばらつきによらずに常に一定
の基準出力値が得られるように、感度の変動が極めて少
ない構造に形成する。まず、基準画素については、その
配置は任意であり、かつ開口の形状も自由であるが、素
子の余白を利用し、可能な限り開口面積を広くする。例
えば本体素子部の開口寸法１０×１０μｍに対し、基準
センサの開口寸法を１００μｍ×１００μｍにすると、
同じ加工寸法のばらつき１μｍが生じた場合、本体素子
部の信号出力が約２０％ばらつくの対し、基準センサの
信号出力ばらつきは約２％に抑えられる。つまり寸法を
１０倍にすることで加工ばらつきに対する信号出力のば
らつきを約１／１０に抑えられることが可能になる。同
様に、出力回路部６における電荷検出部についても素子
寸法を本体センサ部のそれより大きく形成することによ
り、製造ばらつきに対する信号出力のばらつきを抑える
ことができる。

【００１０】一般に、固体撮像素子では、画素開口面積
の縮小に伴う感度低下を、電荷検出部の微細化により拡
散容量や寄生容量を減少させ、これによる電圧変換効率
の向上によって補っているため、加工寸法のばらつきの
影響を受けやすい構造となっている。これに対し、本発
明の基準センサ部では、基準画素および電荷検出部の双
方を加工精度のばらつきの影響を受けない程度の寸法に
加工されるため、その出力信号の精度は、本体センサ部
のそれより十分に高くなっている。また、近年の固体撮
像素子では、感度不足を補うためマイクロレンズや電圧
利得アンプ等を付加しているが、これらは感度ばらつき
の原因となるものであるため、また基準センサ部は光量
変動などの外乱に対しその信号出力が比例して変動すれ
ばよく、感度の高さは要求されていないため、基準セン
サ部ではこれらの追加機能は付加されない。

【００１１】次に、図１の実施例に対する測定の工程フ
ロー図である図２を参照して、本発明による固体撮像素
子の測定方法の一実施例について説明する。基準センサ
部２の基準となる感度は既知のＸｏ（Ｖ／ｘ・ｓ）であ
るものとする［基準センサ部の感度は製造ばらつきによ
る影響をほとんど受けることがないから、設計寸法から
感度をＸｏ（Ｖ／ｘ・ｓ）としても実用上問題はな
い］。まず、被測定本体センサ部１の形成されているチ
ップ内の基準センサ部２の感度測定を行う。測定値をＸ
（Ｖ／１ｘ・ｓ）とすると、感度の補正係数αはＸｏ／
Ｘと算出できる。次に、そのままの状態で同一チップ内
の本体センサ部の感度測定を行う。測定値をＹ（Ｖ／１
ｘ・ｓ）とすると、真の感度はαＹ（Ｖ／１ｘ・ｓ）と
なる。

【００１２】この実施例のフローでは予め基準サンプル
をセットしその測定を行ってαを求めておくという前作
業が不要となり、作業性が改善される。また、測定状態
でのαを素子毎に求めているため、原理的に光源を含む
測定系の経時変化に影響されることがなくなり、精度の
高い測定が可能となる。なお、測定系が十分に安定して
いる場合、この実施例を変更して、数チップおきに基準
センサ部の測定を実施するようにしてもよい。

【００１３】なお、基準画素自体の良否判定はその構
造、製造フローが本体センサ部の画素と同じであるた
め、基本的に本体センサの良否判定と同様に実施でき
る。例えば本体センサ部でのＤＣ電位の異常により不良
検出ができるように、基準センサ部でのＤＣ電位の異常
により、基準画素の不良を検出できる。ただ、ウェルの
形成異常（例えば、注入量の誤り）により基準センサ部
の感度が通常より大きく（小さく）なったとき、テスト
フロー上では異常の判定が困難である。しかし、この種
異常については、基準センサ部と同じウェルにチェック
トランジスタを形成しておき、その特性をチェックする
という一般的な検査方法で良否判定が可能である。

【００１４】次に、図３、図４を参照して本発明の他の
実施例について説明する。図３は、基準センサ素子１０
の概略平面図であり、図４は、ウエハ内での本体センサ
素子と基準センサ素子の配置図である。図３に示される
ように、基準センサ素子１０では、面積の大部分を一画
素のみの基準画素９が占め、他に読み出しゲート４ａ、
出力回路部６ａ、入力端子７ａおよび出力端子８ａ等が
形成されている。図４に示すように、基準センサ素子１
０は、本体センサ素子（これは図６に示す従来例と同様
の構成を持つ）１１と同一のチップサイズになされてお
り、ウエハ１２上の１乃至複数の適宜個所に配置され
る。そして、図３に示されるように、基準センサ素子の
入力端子７ａおよび出力端子８ａは、本体センサ素子１
１の入、出力端子（図６参照）と同一の位置に配置され
る。これは、同一の治具により測定が可能となるように
するためである。

【００１５】本実施例の素子を用いた感度の測定フロー
を図５に示す。第１の実施例の図２のフローと異なる点
は、まずウエハ内で基準センサ素子について感度測定を
行い補正係数を算出した後、各々の素子の感度を測定
し、感度補正を行っていく点である。本実施例では基準
センサの感度測定を行う頻度はウエハ内で１点または数
点のみである。この方法では、先の第１の実施例と比べ
て、基準センサ素子と本体センサ素子とを別々の素子と
してパターン形成するため、製造工程でのパターン形成
が複雑になる欠点があるが、以下の点が改善される。ま
ず、本体素子の寸法、構造は従来と全く同じで変更の必
要がない。また先に記述したように基準センサの開口を
素子寸法に限りなく近くまで大きくできるため、加工寸
法ばらつきに対する信号出力ばらつきをはるかに小さく
抑えることができ、より望ましい基準出力が得られる。
検査工程においては、先の実施例のように、チップ毎に
基準センサ部を測定するものではないため、測定時間が
先の実施例の場合よりも短縮される。

【００１６】以上好ましい実施例について説明したが、
本発明はこれら実施例に限定されるされるものではな
く、特許請求の範囲に記載された本願発明の要旨内にお
いて各種の変更が可能である。例えば、実施例では、一
次元の固体撮像素子について説明したが、２次元のもの
についても本発明は適用しうるものである。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による固体
撮像素子の測定方法は、感度の基準出力を与える基準セ
ンサ部を素子毎かまたはウエハ内の１乃至複数個所に設
け、その検出値を基準として本来のセンサ部の感度測定
を行うものであるので、本発明によれば、光源を含む測
定系の経時変化による感度測定の誤差を従来の±５％以
内から±１％以内に抑制することが可能となる。また、
被測定センサ素子の感度測定と、感度補正係数の測定を
同時に自動的に行うことが可能となり、基準サンプルを
使用した、感度補正係数を求めるための煩雑な前作業が
不要となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の概略平面図。

【図２】図１の固体撮像素子の形成されたウエハに対
する測定の工程フロー図。

【図３】本発明の他の実施例を説明するための基準セ
ンサ素子の概略平面図。

【図４】図３に示された基準センサ素子および本体セ
ンサ素子のウエハ上での配置を示す図。

【図５】本発明の他の実施例を説明するための、測定
作業の工程フロー図。

【図６】従来例の概略平面図。

【図７】従来例を説明するための、測定作業の工程フ
ロー図。

【符号の説明】

１本体センサ部２基準センサ部３画素４、４ａ読み出しゲート５電荷転送部６、６ａ出力回路部７、７ａ入力端子８、８ａ出力端子９基準画素１０基準センサ素子１１本体センサ素子１２ウエハ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】同一半導体チップ上に、光電変換を行いその結果生成された信号電荷を蓄積する
複数の画素と、前記信号電荷の転送を受けこれを電荷検
出部に向けて転送する電荷転送手段と、電荷検出部およ
び出力バッファを有する出力回路と、を備える本体セン
サ部と、単一の基準画素と、該基準画素において生成され蓄積さ
れていた信号電荷を検出する電荷検出部および出力バッ
ファを有する出力回路部と、を備える基準センサ部と、が形成されていることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】基準センサ部における画素または画素お
よび電荷検出部が、本体センサ部の画素または電荷検出
部に比較して十分に大きく形成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。
【請求項３】本体センサ部における画素上にのみマイ
クロレンズが形成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。
【請求項４】本体センサ部の出力回路の後段にのみ電
圧利得アンプが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。
【請求項５】ウエハ状態において、ウエハ上に設けら
れた基準画素の感度を測定し、前記基準画素の測定され
た感度によって補正を行いながら前記ウエハ上の個々の
固体撮像素子の感度を測定することを特徴とする固体撮
像素子の測定方法。
【請求項６】前記基準画素が、固体撮像素子が形成さ
れているチップ毎に設けられたものであることを特徴と
する請求項５記載の固体撮像素子の測定方法。
【請求項７】各固体撮像素子の感度測定に先立って、
当該固体撮像素子のチップ上に形成された基準画素の感
度測定を行うことを特徴とする請求項６記載の固体撮像
素子の測定方法。
【請求項８】前記基準画素が、本来の固体撮像素子の
形成されたチップとは別のチップに形成されていること
を特徴とする請求項５記載の固体撮像素子の測定方法。