JPH1187677A - 固体撮像素子及び光電変換特性測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 迅速かつ容易に固体撮像素子の光電変換特性
を測定する。 【解決手段】 固体撮像素子のダミービットに対応する
部分の受光セル１を、段階的に異なる大きさをもつ開口
部３ａ〜３ｇを有する遮光膜２で覆う。これにより、異
なる大きさをもつ開口部３ａ〜３ｇをもつ受光セルは、
この開口部の大きさに対応した出力をシフトゲート５及
びＣＣＤ転送部４を介して出力し、この出力と開口部の
大きさとの関係を求めることにより、光電変換特性を迅
速かつ容易にに得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像素子及び
光電変換特性測定方法に関し、特に固体撮像素子の光電
変換特性を複雑な装置を用いることなく、迅速かつ容易
に測定できるようにする技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】固体撮像素子は、複数の受光セルを１次
元あるいは２次元に配置し、紫外光、可視光、赤外光等
による画像を撮像するのに広く用いられている。この固
体撮像素子の性能を示す特性の一つとして光電変換特性
がある。この光電変換特性は、光源からの入射光量の変
化に対する固体撮像素子の出力信号の変化の関係を示す
ものである。

【０００３】従来、この固体撮像素子の光電変換特性の
測定は、光源と固体撮像素子との間の距離を変化させた
り、光源と固体撮像素子との間に減光フィルタを設けた
り、あるいはこれらを組み合わせることによって、入射
光量を変化させ、この変化させた入力光量に対する出力
信号を取得することにより、光電変換特性を測定してい
た。

【０００４】例えば、図６は従来の固体撮像素子の光電
変換特性を測定する装置の一例を示し、図６では、固体
撮像素子１２に対し、点光源である光源１１が距離Ｌを
隔てて配置されている。また、固体撮像素子１２と光源
１１との間には、減光フィルタ１３が必要に応じて配置
される。さらに、光源１１、減光フィルタ１３、及び固
体撮像素子１２は、光軸を合わせるようにレール１４上
に取り付けられている。

【０００５】光源１１から固体撮像素子１２への入射光
１５の光量は、距離Ｌの２乗に比例して減少する。した
がって、順次距離Ｌを変化させることにより、固体撮像
素子７への入射光量を変化させ、この時に固体撮像素子
１２からの出力信号を測定することにより、この固体撮
像素子１２の光電変換特性を得ることができる。また、
減光フィルタ１３は、光量を１桁から数桁分、減光する
ことができるため、この減光フィルタ１３を組み合わせ
ることにより、さらに広範囲に入力光量を変化させるこ
とができ、広範囲の光電変換特性を得ることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような光電変換特性の測定装置を使用した場合は、固体
撮像素子と光源との間の距離Ｌを変化させる機構が必要
になるとともに固体撮像素子と光源との間で、少なくと
もこの距離Ｌを確保する必要があり、測定装置が大型化
するという問題点があった。

【０００７】また、減光フィルタを用いて距離を小さく
とることができたとしても、レール上に少なくとも固体
撮像素子、減光フィルタ及び光源を移動可能に配置する
構成を必要とし、装置が複雑になるという問題点があっ
た。

【０００８】さらに、光源から固体撮像素子への入射光
の変化量を細かく設定しながらその都度光電変換特性を
測定する必要がある場合は、光電変換特性の測定に時間
がかかり、また光電変換特性の測定操作が煩雑になると
いう問題点があった。

【０００９】そこで、本発明はかかる問題点を除去し、
複雑かつ大型の装置を用いることなく迅速かつ容易に固
体撮像素子の光電変換特性を測定できるようにすること
を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】第１の発明では、複数の
受光セルを備えた固体撮像素子において、前記複数の受
光セルのうちの一部の受光セル上に異なる開口率の開口
部をもつ遮光膜パターンを形成したことを特徴とする。
これにより、各受光セルに開口部の異なる大きさに対応
した光が入射され、この入射光を受光した受光セルの出
力と開口部の大きさとの関係から受光セルの光電変換特
性を迅速かつ容易に得ることができる。

【００１１】第２の発明では、前記複数の受光セルは、
１次元配列あるいは２次元配列され、前記一部の受光セ
ルは、１次元配列あるいは２次元配列の縁部の受光セル
であることを特徴とする。これにより、開口部が設けら
れた一部の受光セルが固体撮像素子の通常動作に悪影響
を与えることがなくなる。

【００１２】第３の発明では、前記一部の受光セルは、
前記固体撮像素子のダミービットを形成する受光セルで
あることを特徴とする。これによっても、開口部が設け
られた一部の受光セルが固体撮像素子の通常動作に悪影
響を与えることがなくなる。

【００１３】第４の発明では、前記開口部は、開口率の
大きさを受光セルの配置に応じて段階的に変化させたこ
とを特徴とする。これにより、光電変換特性測定時の処
理がより簡単かつ効率的に行なわれる。

【００１４】第５の発明では、前記開口部は、隣接する
１つおきの受光セル毎に形成することを特徴とする。こ
れにより、開口部を有する受光セル間のクロストークを
防止することができ、より正確に光電変換特性の測定を
行うことができる。

【００１５】第６の発明では、複数の受光セルを備えた
固体撮像素子の光電変換特性測定方法において、前記複
数の受光セルのうちの一部の受光セル上に異なる開口率
の開口部をもつ遮光膜パターンを形成し、前記遮光膜パ
ターンが形成する異なる開口率の開口部を介して入射さ
れる異なる光量に応じて前記一部の受光セルから得られ
る電気信号の大きさを測定することにより、前記固体撮
像素子の光電変換特性を測定することを特徴とする。こ
れにより、迅速かつ容易に光電変換特性を測定すること
ができる。

【００１６】第７の発明では、光電変換特性測定方法に
おいて、それぞれ複数の受光セルが配置された複数の固
体撮像素子を同一ウェハ上に形成し、前記複数の固体撮
像素子のうちの１以上の固体撮像素子に対し、前記複数
の受光セルのうちの少なくとも一部の受光セル上に異な
る開口率の開口部をもつ遮光膜パターンを形成し、前記
遮光膜パターンが形成する異なる開口率の開口部を介し
て入射される異なる光量に応じて前記一部の受光セルか
ら得られる電気信号の大きさを測定して前記１以上の固
体撮像素子の光電変換特性を測定することにより、前記
複数の固体撮像素子の光電変換特性を推定することを特
徴とする。これにより、同一ウェハ上の全ての固体撮像
素子に対して光電変換特性を測定しなくても、１以上の
固体撮像素子に対してのみ光電変換特性を測定すればよ
いので、同一ウェハ上で形成された固体撮像素子の光電
変換特性を効率的に測定することができる。

【００１７】第８の発明では、前記１以上の固体撮像素
子として、前記同一ウェハ上の縁部の固体撮像素子を使
用し、該縁部の固体撮像素子に対して、前記複数の受光
セルのうちの少なくとも一部の受光セル上に異なる開口
率の開口部をもつ遮光膜パターンを形成することを特徴
とする。これにより、同一ウェハ上の複数の固体撮像素
子の光電変換特性を的確に推定できるとともに、固体撮
像素子製造の歩留まりに悪影響を与えることもなくな
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
適な実施形態について説明する。図１は、本発明の一実
施形態に係わる１次元の固体撮像素子の構成の一部を示
す。この１次元の固体撮像素子は、ＣＣＤ型の固体撮像
素子でラインセンサとして機能する。図１に示す固体撮
像素子は、複数の受光セル１、この複数の受光セル１の
それぞれに接続されるシフトゲート５、及びこのシフト
ゲート５からの出力を順次転送するＣＣＤ転送部４を有
する。

【００１９】図１の固体撮像装置では、受光セル１で所
定時間、図示しない被写体などの光を受光すると、この
受光量に相当する電荷が各受光セル１に蓄積される。こ
の蓄積された電荷はシフトゲート５を介して所定の周期
でＣＣＤ転送部４に転送される。さらに、ＣＣＤ転送部
４に転送された各受光セル１の電荷は、ＣＣＤ転送部４
の各回路段に沿って順次シフトされて所定方向に転送さ
れ、出力される。

【００２０】一般に、固体撮像素子の、受光セル以外の
部分は受光を避けるため、アルミ膜で形成される遮光膜
で覆われる。本発明に係わる固体撮像素子では、この遮
光膜を利用して受光セルの全部または一部に開口率の異
なる開口部を設ける。

【００２１】図１の固体撮像素子では、各受光セル１
は、１つの受光セルを飛ばして、１つおきに開口部３ａ
〜３ｇを設けている。しかも、各開口部３ａ〜３ｇは、
この例では全て異なる大きさの開口部とされ、段階的に
開口率が減少するよう形成されている。

【００２２】したがって、この固体撮像素子に光を入射
させると、開口部３ａ〜３ｇのみを介して光が受光さ
れ、開口部３ａ〜３ｇを有する受光セルから開口部の大
きさすなわち開口率に比例した出力が得られ、開口部の
大きさと出力との関係から光電変換特性を得ることがで
きる。すなわち、開口部の大きさを変えることが入力光
の光量を変化させることに相当する。

【００２３】なお、図１において、隣接する受光セルに
開口部を設けなかったのは、隣接する受光セル間のクロ
ストークを減少させるためである。したがって、クロス
トークが問題とならない場合は、隣接する全ての受光セ
ルに異なる開口部を設けることができ、効率的になる。
あるいは、受光セルの受光部よりやや小さい形状寸法の
開口部を設けることによりクロストークを除去すること
もできる。

【００２４】以上のような異なる大きさの開口部を有す
る受光セル（以下、「光電変換特性測定用受光セル」と
いう）は種々の態様で形成しかつ利用することができ
る。図２は、図１に示す光電変換特性測定用受光セルを
含む固体撮像素子の一例として、リニアセンサの構成を
示す。図２の斜線で示すように、リニアセンサの両端部
に、光電変換特性測定用受光セルが配置される。このよ
うに配置したのは、通常、リニアセンサの両端の１０ビ
ット（１０個の受光セル）程度Ｅ１，Ｅ２は、実際には
ダミービットとして使用されるからであり、このダミー
ビットとしての受光セルを有効利用しようとするもので
ある。もちろん、光電変換特性測定用受光セルを両端に
設けずに、一方のみに設けてもよい。

【００２５】このように、予め、固体撮像素子内の一部
に光電変換特性測定用受光セルを設け、この固体撮像素
子に入射光を照射することにより、光電変換特性測定用
受光セルから出力を得る。そして、各光電変換特性測定
用受光セルの開口部の大きさに対応した受光量と出力と
の関係を求めることにより、容易かつ迅速に光電変換特
性を得ることができる。

【００２６】次に、固体撮像素子内の光電変換特性測定
用受光セルの配置方法の変形例について説明する。図３
は、２次元イメージセンサとしての固体撮像素子内に光
電変換特性測定用受光セルを配置した例を示す。図３に
おいて、光電変換特性測定用受光セルＥ１０−１〜Ｅ１
０−ｎは、２次元イメージセンサの最も右側の受光セル
列の位置に設けられている。この受光セル列も、２次元
イメージセンサのダミービットの部分である。したがっ
て、このような実際の撮像時に使用されないダミービッ
ト部分が他にある場合は、このダミービット部分に光電
変換特性測定用受光セルを設けることができる。例え
ば、図３の最も左側の受光セル列に設けてもよいし、図
４に示すように、最も上段の行あるいは数行に設けてよ
いし、あるいは最も下段の行または数行に設けてよい
し、これらを組み合わせてもよい。

【００２７】図５は、複数の固体撮像素子が形成される
半導体ウェハ上における光電変換特性測定用受光セルの
配置位置を示す。図５では、一例として１次元のリニア
センサである複数の固体撮像素子が１つのウェハ上に生
成される場合に、例えば、ウェハの周縁に位置する固体
撮像素子Ｅ３１，Ｅ３２内に光電変換特性受光セルを設
けるようにしている。したがって、通常、１つのウェハ
上で形成された複数の固体撮像素子は、ほぼ均一の特性
を有すると考えられるため、ウェハからカットされた固
体撮像素子の内この一部の固体撮像素子Ｅ３１，Ｅ３２
の光電変換特性を測定することにより、他の固体撮像素
子の光電変換特性を推定することができる。もちろん、
２次元の固体撮像素子が形成されるウェハについても同
様に適用できる。

【００２８】また、２つの固体撮像素子Ｅ３１，Ｅ３２
内に光電変換特性測定用受光セルを設けたが、１つのあ
るいは別の数の固体撮像素子としてもよい。但し、ウェ
ハ全体が均一に処理されない場合を考慮すると、可能な
限り、ウェハの周縁部の数ヶ所の固体撮像素子に光電変
換特性測定用受光セルを設けた方がよい。また、固体撮
像素子Ｅ３１，Ｅ３２は一部に光電変換特性測定用受光
セルを有するものに限らず、光電変換特性測定用受光セ
ルのみからなる光電変換特性の測定専用素子としてウェ
ハ上に形成してもよい。

【００２９】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、第１の発明
及び第６の発明では、複数の受光セルが配置された固体
撮像素子において、前記複数の受光セルのうちの一部の
受光セルに対して異なる大きさの開口部をもつ遮光膜パ
ターンを形成するようにしているので、光源と固体撮像
素子との間の距離変化や減光フィルタを設けた光量変化
を行う大規模な装置を用いずとも、入射光を受光した受
光セルの出力と開口部の大きさとの関係から受光セルの
光電変換特性を迅速かつ容易に得ることができるという
利点を有する。

【００３０】第２及び第３の発明では、前記複数の受光
セルは、１次元配列あるいは２次元配列され、前記一部
の受光セルは、１次元配列あるいは２次元配列の縁部の
受光セルであり、あるいは特に前記一部の受光セルを、
前記固体撮像素子のダミービットを形成する受光セルと
しているので、開口部が設けられた一部の受光セルの出
力が通常動作に影響を与えることがなく、ダミービット
などの受光セルを有効利用することができるという利点
を有する。

【００３１】第４の発明は、開口部の大きさを受光セル
の配置に応じて段階的に変化させるようにしているの
で、光電変換特性測定時の処理がより簡単かつ効率的に
なるという利点を有する。

【００３２】第５の発明は、隣接する１つおきの受光セ
ル毎に開口部を形成するようにしているので、開口部を
有する受光セル間のクロストークを防止することがで
き、より正確に光電変換特性の測定を行うことができる
という利点を有する。

【００３３】第７の発明では、同一ウェハ上に形成さ
れ、複数の受光セルが配置された複数の固体撮像素子が
同時に形成される場合において、前記複数の固体撮像素
子のうちの１以上の固体撮像素子に対し、少なくとも一
部の受光セルに異なる大きさの開口部をもつ遮光膜パタ
ーンを形成するようにしているので、同一ウェハ上の全
ての固体撮像素子に対して光電変換特性を測定しなくて
も、１以上の固体撮像素子に対してのみ光電変換特性を
測定すればよいので、同一ウェハ上で形成された固体撮
像素子の光電変換特性を効率的に測定することができる
という利点を有する。

【００３４】第８の発明では、前記１以上の固体撮像素
子は、前記同一ウェハ上の縁部の固体撮像素子であるの
で、同一ウェハ上の複数の固体撮像素子の光電変換特性
を的確に推定できるとともに、固体撮像素子製造の歩留
まりに悪影響を与えることがなくなるという利点を有す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係わる１次元の固体撮像
素子の一部の構成を示す説明図である。

【図２】図１に示す固体撮像素子の全体の構成および光
電変換特性測定用受光セルが設けれる配置位置を示す説
明図である。

【図３】２次元イメージセンサとしての固体撮像素子内
に光電変換特性測定用受光セルを配置した例を示す説明
図である。

【図４】２次元イメージセンサとしての固体撮像素子内
に光電変換特性測定用受光セルを配置した他の例を示す
説明図である。

【図５】ウェハ上における光電変換特性測定用受光セル
を有する固体撮像素子のの配置位置を示す説明図であ
る。

【図６】従来の固体撮像素子用の光電変換特性測定装置
の一例を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 受光セル ２ 遮光膜 ３ 開口部 ４ ＣＣＤ転送部 ５ シフトゲート

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の受光セルを備えた固体撮像素子で
   あって、 前記複数の受光セルのうちの一部の受光セル上に異なる
   開口率の開口部をもつ遮光膜パターンを形成したことを
   特徴とする固体撮像素子。
2. 【請求項２】 前記複数の受光セルは、１次元配列ある
   いは２次元配列され、 前記一部の受光セルは、１次元配列あるいは２次元配列
   の縁部の受光セルであることを特徴とする請求項１記載
   の固体撮像素子。
3. 【請求項３】 前記一部の受光セルは、前記固体撮像素
   子のダミービットを形成する受光セルであることを特徴
   とする請求項１記載の固体撮像素子。
4. 【請求項４】 前記開口部は、開口率の大きさを受光セ
   ルの配置に応じて段階的に変化させたことを特徴とする
   請求項１〜３のうちのいずれか１項記載の固体撮像素
   子。
5. 【請求項５】 前記開口部は、隣接する１つおきの受光
   セル毎に形成することを特徴とする請求項１〜３のうち
   のいずれか１項記載の固体撮像素子。
6. 【請求項６】 複数の受光セルを備えた固体撮像素子の
   光電変換特性測定方法であって、 前記複数の受光セルのうちの一部の受光セル上に異なる
   開口率の開口部をもつ遮光膜パターンを形成し、 前記遮光膜パターンが形成する異なる開口率の開口部を
   介して入射される異なる光量に応じて前記一部の受光セ
   ルから得られる電気信号の大きさを測定することによ
   り、 前記固体撮像素子の光電変換特性を測定することを特徴
   とする光電変換特性測定方法。
7. 【請求項７】 それぞれ複数の受光セルが配置された複
   数の固体撮像素子を同一ウェハ上に形成し、 前記複数の固体撮像素子のうちの１以上の固体撮像素子
   に対し、前記複数の受光セルのうちの少なくとも一部の
   受光セル上に異なる開口率の開口部をもつ遮光膜パター
   ンを形成し、 前記遮光膜パターンが形成する異なる開口率の開口部を
   介して入射される異なる光量に応じて前記一部の受光セ
   ルから得られる電気信号の大きさを測定して前記１以上
   の固体撮像素子の光電変換特性を測定することにより、 前記複数の固体撮像素子の光電変換特性を推定すること
   を特徴とする光電変換特性測定方法。
8. 【請求項８】 前記１以上の固体撮像素子として、前記
   同一ウェハ上の縁部の固体撮像素子を使用し、該縁部の
   固体撮像素子に対して、前記複数の受光セルのうちの少
   なくとも一部の受光セル上に異なる開口率の開口部をも
   つ遮光膜パターンを形成することを特徴とする請求項７
   記載の光電変換特性測定方法。