特許 6006618 赤外線固体撮像素子の検査装置および検査方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6006618

(24)【登録日】2016年9月16日

(45)【発行日】2016年10月12日

(54)【発明の名称】赤外線固体撮像素子の検査装置および検査方法

(51)【国際特許分類】

   H04N 5/33 20060101AFI20160929BHJP

   H04N 5/367 20110101ALI20160929BHJP

   H01L 27/144 20060101ALI20160929BHJP

   H01L 27/14 20060101ALI20160929BHJP

【ＦＩ】

   H04N5/33

   H04N5/335 670

   H01L27/14 K

   H01L27/14 Z

【請求項の数】10

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2012-248682(P2012-248682)

(22)【出願日】2012年11月12日

(65)【公開番号】特開2014-96773(P2014-96773A)

(43)【公開日】2014年5月22日

【審査請求日】2015年9月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(74)【代理人】

【識別番号】100117787

【弁理士】

【氏名又は名称】勝沼 宏仁

(74)【代理人】

【識別番号】100082991

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 泰和

(74)【代理人】

【識別番号】100103263

【弁理士】

【氏名又は名称】川崎 康

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100118843

【弁理士】

【氏名又は名称】赤岡 明

(72)【発明者】

【氏名】本 多 浩 大

(72)【発明者】

【氏名】石 井 浩 一

(72)【発明者】

【氏名】舟 木 英 之

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 啓 太

【審査官】 鈴木 肇

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−２８２２９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−１６３２２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２９２３４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２１６８３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０２９７３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２６８１５５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｎ ５／３０ − ５／３７８

Ｈ０４Ｎ ５／２２２− ５／２５７

Ｈ０１Ｌ ２１／３３９

Ｈ０１Ｌ ２７／１４ −２７／１４８

Ｈ０１Ｌ ２９／７６２

Ｇ０１Ｊ １／００ − １／６０

Ｇ０１Ｊ ５／００ − ５／６２

Ｇ０１Ｊ １１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

入射される赤外線および供給される定電流の大きさに応じた電気信号を発生する少なくとも１個の赤外線検出画素を備えている赤外線固体撮像素子の検査装置であって、
定電流の大きさを制御し、大きさの異なる第１および第２定電流をそれぞれ前記赤外線検出画素に供給する電流制御部と、
前記第１および第２定電流が前記赤外線検出画素に供給される時間を制御する定電流供給時間制御部と、
前記第１および第２定電流が前記赤外線検出画素にそれぞれ供給されたときの前記赤外線検出画素からの第１および第２電気信号をそれぞれ第１および第２デジタル信号に変換するＡＤ変換器と、
前記第１デジタル信号と前記第２デジタル信号との差を演算する減算部と、
前記減算部によって演算された前記差の絶対値に基づいて前記赤外線検出画素が欠陥か否かを決定する決定部と、
備えていることを特徴とする検査装置。

【請求項2】

前記決定部は、前記減算部によって演算された前記差の絶対値が第１閾値よりも小さいかまたは前記第１閾値よりも大きな第２閾値よりも大きいかを判定する判定部と、を備え、前記差の絶対値が第１閾値よりも小さいかまたは前記第１閾値よりも大きな第２閾値よりも大きい場合に前記赤外線検出画素が欠陥であると決定することを特徴とする請求項１記載の検査装置。

【請求項3】

前記定電流供給時間制御部は、前記赤外線検出画素に供給される前記第１および第２定電流をそれぞれ、第１供給時間および前記第１供給時間よりも長い第２供給時間、供給することを特徴とする請求項１または２記載の検査装置。

【請求項4】

前記赤外線固体撮像素子は、前記電流制御部からの制御信号をゲートに受け、一端が低電流源に接続され、他端が前記赤外線検出画素に接続され、ゲートに印加される前記制御信号に応じて定電流の大きさを変化させる負荷トランジスタを備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の検査装置。

【請求項5】

前記赤外線固体撮像素子は、同一行に配置された赤外線検出画素を選択する行選択回路と、同一列に配置された赤外線検出画素を選択する列選択回路と、を備え、
前記定電流供給時間制御部は、前記行選択回路が１行を選択する時間を決定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の検査装置。

【請求項6】

前記赤外線検出画素は、入射された赤外線を吸収し熱に変換する赤外線吸収膜と、前記赤外線吸収膜によって変換された熱を電気信号に変換する熱電変換部と、を有するセルを備えていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の検査装置。

【請求項7】

前記赤外線検出画素は表面に空洞部を有する半導体基板に形成され、前記赤外線検出画素は前記セルを前記空洞部の上方に支持する支持構造を更に備え、前記支持構造は前記熱電変換部からの電気信号を読み出すための配線を含むことを特徴とする請求項６記載の検査装置。

【請求項8】

前記熱電変換部は単結晶シリコンに形成されたｐｎ接合ダイオードであることを特徴とする請求項６または７記載の検査装置。

【請求項9】

入射された赤外線および供給される定電流の大きさに応じた電気信号を発生する少なくとも１個の赤外線検出画素を備えている赤外線固体撮像素子の検査方法であって、
大きさの異なる第１および第２定電流をそれぞれ前記赤外線検出画素に供給するステップと、
前記第１および第２定電流が前記赤外線検出画素にそれぞれ供給されたときの前記赤外線検出画素からの第１および第２電気信号をそれぞれ第１および第２デジタル信号に変換するステップと、
前記第１デジタル信号と前記第２デジタル信号との差を演算するステップと、
演算された前記差の絶対値に基づいて前記赤外線検出画素が欠陥か否かを決定するステップと、
備えていることを特徴とする検査方法。

【請求項10】

前記第１および第２定電流が前記赤外線検出画素に供給される時間を制御するステップを更に備えていることを特徴とする請求項９記載の検査方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、赤外線固体撮像素子の検査装置および検査方法に関する。

【背景技術】

【0002】

赤外線は暗闇中でも熱源から輻射され、可視光よりも煙、霧に対して透過性が高いという特長を有するので、赤外線撮像は、昼夜にかかわらず可能である。また、赤外線撮像は、被写体の温度情報をも得ることができるので、防衛分野をはじめ監視カメラや火災検知カメラのように広い応用範囲を有する。

【0003】

近年、冷却機構を必要としない「非冷却型赤外線固体撮像素子」の開発が盛んになってきている。非冷却型すなわち熱型の赤外線固体撮像素子は、波長１０μ程度の入射赤外線を吸収構造により熱に変換した上で、この微弱な熱により生じる感熱部の温度変化をなんらかの熱電変換手段により電気信号に変換する。非冷却型の赤外線固体撮像素子は、この電気信号を読み出すことで赤外線画像情報を得る。

【0004】

例えば、一定の順方向電流を与えることにより温度変化を電圧変化に変換するシリコンｐｎ接合を用いた赤外線固体撮像素子が知られている。この赤外線固体撮像素子は、半導体基板としてＳＯＩ(Silicon on Insulator)基板を用いることによって、シリコンＬＳＩ製造プロセスを用いて量産することができるという特長がある。また、熱電変換手段であるシリコンｐｎ接合の整流特性を利用して、行選択の機能を実現しているので画素構造が極めてシンプルに構成できるという特長もある。

【0005】

赤外線固体撮像素子にはその製造過程において、例えば、６４０×４８０画素のうち数百乃至数千画素が欠陥（不感）となる場合がある。このような画素（欠陥画素）においては、画像センサとしての情報が損なわれるため、欠陥画素は製造過程のなるべく早い段階で検出する必要がある。

【0006】

欠陥画素のアドレスに対する置換用の画素のアドレスを短時間で決定する方法が知られている。しかしながら、この方法では赤外線センサ・チップ乃至ウェハの段階で検査することは不可能であり、赤外線センサ・チップにパッケージングを行ってモジュール化し、カメラ・ボードならびにレンズを装着して被写体を撮像する必要がある。この方法では、製造の最下流で検査するために製造のスループットが悪化し、製造コストも高くなる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１２−０４７４８４号公報

【特許文献2】特開２０１１―１７１８９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本実施形態は、製造スループットを向上させることができるとともに製造コストの上昇を防止することのできる赤外線固体撮像素子の検査装置および検査方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本実施形態による検査装置は、入射された赤外線および供給される定電流の大きさに応じた電気信号を発生する少なくとも１個の赤外線検出画素を備えている赤外線固体撮像素子の検査装置であって、定電流の大きさを制御し、大きさの異なる第１および第２定電流をそれぞれ前記赤外線検出画素に供給する電流制御部と、前記第１および第２定電流が前記赤外線検出画素に供給される時間を制御する定電流供給時間制御部と、前記第１および第２定電流が前記赤外線検出画素にそれぞれ供給されたときの前記赤外線検出画素からの第１および第２電気信号をそれぞれ第１および第２デジタル信号に変換するＡＤ変換器と、前記第１デジタル信号と前記第２デジタル信号との差を演算する減算部と、前記減算部によって演算された前記差の絶対値に基づいて前記赤外線検出画素が欠陥か否かを決定する決定部と、備えていることを特徴とする。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】一実施形態による検査装置によって検査される赤外線固体撮像素子を示す図。

【図2】図２（ａ）、２（ｂ）は赤外線固体撮像素子の赤外線検出画素の平面図および断面図。

【図3】欠陥画素の第１具体例を示す断面図。

【図4】欠陥画素の第２具体例を示す断面図。

【図5】正常な赤外線検出画素と第１具体例の欠陥画素の自己加熱温度上昇特性を示す図。

【図6】正常な赤外線検出画素と第２具体例の欠陥画素の自己加熱温度上昇特性を示す図。

【図7】一実施形態による検査装置を示すブロック図。

【図8】複数の赤外線検出画素の、複数の駆動電流における出力電圧特性を示す図。

【図9】検査方法の手順を示すフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。

【0012】

一実施形態による赤外線固体撮像素子の検査装置（以下、単に検査装置ともいう）について図１乃至図８を参照して説明する。本実施形態の検査装置によって検査される赤外線固体撮像素子の一例を図１に示す。図１は、赤外線固体撮像素子１を示す回路図である。赤外線固体撮像素子１は、半導体基板上に配列された赤外線検出画素（以下単に、画素ともいう）１２を含むアレイ構造と、複数の負荷トランジスタ４１と、カラムアンプ６１と、行選択回路５と、列選択回路６と、を備えている。アレイ構造は、通常、より多くの画素を備えているが、ここでは、便宜的に２行２列の画素とする。各画素はｐｎ接合ダイオードを含むが、詳細な構造は後述する。

【0013】

行選択線４５は、行方向に配列された赤外線画素１２同士を接続している。垂直信号線（以下単に、信号線ともいう）４４は、列方向に配列された赤外線検出画素１２同士を接続している。行選択線４５は、赤外線検出画素１２のｐｎ接合ダイオードの一端（アノード側）に接続され、信号線４４は、赤外線検出画素１２のｐｎ接合ダイオードの他端（カソード側）に接続されている。行選択線４５は行選択回路５に接続されている。行選択回路５は、行選択線４５を介して赤外線検出画素１２を１行ずつ順番に選択してバイアス電圧Ｖｄを印加する。

【0014】

赤外線検出画素１２のｐｎ接合ダイオードのカソード側は、負荷トランジスタ４１のドレインに接続されている。負荷トランジスタ４１は、飽和領域で動作し、そのゲート電圧に応じて、選択されている行の画素１２に定電流を供給する。即ち、負荷トランジスタ４１は、定電流源として作用する。負荷トランジスタ４１のソース電圧をＶ_ｄ０とする。

【0015】

行選択回路５がバイアス電圧Ｖｄを選択行の画素のｐｎ接合ダイオードに印加すると、選択行の赤外線検出画素１２のｐｎ接合ダイオードに直列電圧Ｖ_ｄ―Ｖ_ｄ０が印加されることになる。非選択行の画素のｐｎ接合ダイオードは、すべて逆バイアスされているので、行選択線４５は信号線４４から分離されている。即ち、ｐｎ接合ダイオードは、画素選択機能を担っているといってもよい。

【0016】

赤外線の非受光時の信号線４４の電位をＶ_ｓｌと定義する。赤外線検出画素１２は、後述する赤外線吸収膜を備えており、この赤外線吸収膜が赤外線を受光すると、画素温度が上昇し、後述する熱電変換部を構成するｐｎ接合ダイオードの電位が上昇する。それにより、信号線４４の電位Ｖ_ｓｌは高くなる。例えば、被写体温度が１Ｋ（ケルビン）変化すると、赤外線検出画素１２の温度は約５ｍＫ変化する。赤外線検出画素１２の熱電変換効率を１０ｍＶ／Ｋとすると、信号線４４の電位は約５０μＶだけ上昇する。これは、バイアス電圧Ｖ_ｄに比べて非常に小さい。このような微小な垂直信号線４４の電位変化を、カラムアンプ６１によって増幅し、増幅された信号を、水平シフトレジスタを備えている列選択回路６によって１列ずつ読み出す。この読み出された信号は、シリアル映像信号として赤外線センサから出力される。

【0017】

赤外線を受光したときに読み出された信号をＶ_ｓｉｇとすると、垂直信号線４４の電位はＶ_ｄ−（Ｖ_ｆ０−Ｖ_ｓｉｇ―Ｖ_ｓｈ）となる。ここで、Ｖ_ｆ０は赤外線を全く受光していないときのｐｎ接合の順方向電圧、Ｖ_ｓｉｇは赤外線受光によるｐｎ接合ダイオードの温度上昇に基づく電圧信号である。Ｖ_ｓｈは画素のｐｎ接合ダイオードに電流を流した際に発生するジュール熱による電圧変化である。ｐｎ接合ダイオードの自己発熱量Ｔ_ｃｅｌｌは以下の式（１）で表される。

【数1】

ここで、Ｉ_ｆは負荷トランジスタ４１の動作点で決まる電流量、Ｖ_ｆはｐｎ接合ダイオードの順方向電圧、ｔは電流が流れ始めてからの経過時間、Ｃ_ｔｈおよびＧ_ｔｈはそれぞれ赤外線検出画素１２の熱容量、熱コンダクタンスである。これらは後述する。式（２）および（３）は、電流印加時間が、式（１）内の時定数Ｃ_ｔｈ／Ｇ_ｔｈ（ｓｅｃ）に対して十分に小さいかもしくは十分に長い場合のＴ_ｃｅｌｌを示す値である。

【0018】

また、赤外線検出画素１２のＩ_ｆとＶ_ｆの関係は以下の式（４），（５）で表される。

【数2】

ここで、Ｔは温度、Ｅ_ｇはｐｎ接合ダイオードのバンドギャップ、ｋはボルツマン定数、ｑは素電荷量、ｎはｐｎ接合ダイオードの直列接続数、Ａ_０及びγは温度に依存しない定数である。

【0019】

式（４）から、Ｉ_ｆはＶ_ｆの関数としてみたときに単調増加することがわかる。同様にＶ_ｆはＩ_ｆの関数としてみたときに単調増加する。式（５）の右辺は負の値となるので、Ｖ_ｆはＩ_ｆを固定し、Ｔの関数としてみたときに単調減少する。

【0020】

（赤外線検出画素）
次に、赤外線固体撮像素子１の赤外線検出画素１２の構造を図２（ａ）、２（ｂ）を参照して説明する。図２（ａ）は、赤外線検出画素１２の構造を示す平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す切断線Ａ−Ａ線に沿って切断した赤外線検出画素１２の断面図である。赤外線検出画素１２は、支持基板１３２、埋込絶縁層（以下、ＢＯＸ層ともいう）１３４、および単結晶シリコンからなるＳＯＩ層１３６を有するＳＯＩ基板に形成され、熱電変換部１４０と、この熱電変換部１４０を覆う赤外線吸収膜１５０と、を備えているセル１７０を有している。赤外線吸収膜１５０は入射赤外線によって発熱する。熱電変換部１４０は、ＳＯＩ層１３６内に設けられ、直列接続された複数のｐｎ接合ダイオードを備え、赤外線吸収膜１５０で発生した熱を電気信号へ変換する。

【0021】

支持基板１３２には、セル１７０のそれぞれに対応して空洞部１３３が設けられている。この空洞部１３３は、支持基板１３２の一部を除去することによって形成される。そして、赤外線検出画素１２は、対応する空洞部１３３の上方にセル１７０を支持する支持構造１６０Ａ、１６０Ｂを備えている。支持構造１６０Ａは、配線１６２Ａと、配線１６２Ａを覆う絶縁膜１６４Ａとを備えている。支持構造１６０Ｂは、配線１６２Ｂと、配線１６２Ｂを覆う絶縁膜１６４Ｂとを備えている。配線１６２Ａは、一端が熱電変換部１４０のカソードに接続され、他端が対応する垂直信号線に接続される。配線１６２Ｂは、一端が熱電変換部１４０のアノードに接続され、他端が対応する行選択線に接続される。支持構造１６０Ａ、１６０Ｂは、熱電変換部１４０の周囲を取り巻くように細長く形成されている。これにより、熱電変換部１４０は、ＳＯＩ基板からほぼ断熱された状態で空洞部１３３の上方に支持される。なお、本実施形態においては、赤外線検出画素１２は、２つの支持構造１６０Ａ、１６０Ｂを備えていたが、一つの支持構造であってもよい。この場合、一つの支持構造内には、２つの配線が設けられる。

【0022】

このような構造を有することにより、赤外線検出画素１２は、入射赤外線に応じて発生した熱を蓄熱し、この熱に応じた電圧を垂直信号線４４に出力することができる。また、行選択線４５からのバイアス電圧Ｖｄは、配線１６２Ｂを介して熱電変換部１４０へ伝達される。熱電変換部１４０を通過した信号は、配線１６２Ａを介して垂直信号線４４に伝達される。

【0023】

（欠陥画素）
次に、正常な赤外線検出画素１２の機能を有しない欠陥画素の例について図３乃至図４を参照して説明する。

【0024】

図３は、欠陥画素の第１具体例を示す断面図である。この第１具体例の欠陥画素は、正常な赤外線検出画素１２とは異なり、製造ばらつきにより、熱電変換部１４０の下方に空洞部１３３が完全に形成されず、支持基板１３２の一部が画素の底部と接触している構成となっている。この第１具体例の欠陥画素においては、入射赤外線による発熱は、正常な赤外線検出画素１２に比べて何桁も小さく、無視できる。すなわち、第１具体例の欠陥画素においては、断熱性の指標である熱容量Ｃ_ｔｈと熱コンダクタンスＧ_ｔｈの両方が、正常な赤外線検出画素１２よりも遥かに大きい、すなわち熱が溜まりにくく、また逃げ易い。

【0025】

図４は、欠陥画素の第２具体例を示す断面図である。この第２具体例の欠陥画素は、正常な赤外線検出画素１２とは異なり、製造ばらつきにより、支持構造１６０Ａ、１６０Ｂの少なくも一方の支持構造（図４では支持構造１６０Ｂ）とセル１７０とが貼りついた構成を有している。この第２具体例の欠陥画素おいては、断熱性が損なわれている。すなわち、第２具体例の欠陥画素においては、断熱性の指標である熱コンダクタンスＧ_ｔｈが、正常な赤外線検出画素１２よりも遥かに大きく、熱が逃げ易い。

【0026】

熱コンダクタンスＧ_ｔｈは、温度が１Ｋ異なる２つの熱浴の間に熱伝導体がある場合に、移動するエネルギー（Ｗ）を表す指標であり、単位はＷ／Ｋである。熱コンダクタンスＧ_ｔｈは熱伝導を担う支持構造１６０Ａ、１６０Ｂの熱伝導率κ（Ｗ／Ｋ・ｍ）と、断面積Ｓ（ｍ^２）、ならびに長さＬ（ｍ）を用いて、Ｇｔｈ＝κＳ／Ｌ（Ｗ／Ｋ）と表される。すなわち、熱コンダクタンスＧ_ｔｈは、断面積Ｓが大きく、長さＬが短い構造であるほど、熱コンダクタンスが大きくなる。なお、支持構造１６０Ａ、１６０Ｂの熱伝導率κは、支持構造１６０Ａ、１６０Ｂを構成する配線１６２Ａ、１６２Ｂおよび絶縁膜１６４Ａ、１６４によって決定される。

【0027】

一方、熱容量Ｃ_ｔｈは、ある物体を１Ｋ上昇させるために必要なエネルギー（Ｊ）を表す指標であり、単位はＪ／Ｋである。熱容量Ｃ_ｔｈは材料の比熱ｃ（Ｊ／ｋｇ）と、材料の体積Ｖ（ｍ^３）と、材料の密度ｄ（ｋｇ／ｍ^３）とから、Ｃ_ｔｈ＝ｃ・ｄ・Ｖと表される。

【0028】

赤外線検出画素１２の熱コンダクタンスＧｔｈ＿ＩＭＧおよび熱容量Ｃｔｈ＿ＩＭＧは、
Ｇｔｈ＿ＩＭＧ＝κＳ／Ｌ＋Ｇｔｈ＿ＡＩＲ
Ｃｔｈ＿ＩＭＧ＝ｃ・ｄ・Ｌ_ｃＷ_ｃＨ_ｃ （６）
と表される。ここで、Ｓは支持構造の断面積、Ｌは支持構造の長さ、Ｌ_ｃはセル１７０の長さ、Ｗ_ｃはセル１７０の幅、Ｈ_ｃはセルの高さを示す。Ｓ、Ｌ、Ｌ_ｃ、Ｗ_ｃ、Ｈ_ｃはそれぞれ図２（ａ）、２（ｂ）に示されている。Ｇｔｈ＿ＡＩＲは、セル部１７０からシリコン基板１３２までに存在する大気の熱コンダクタンスである。

【0029】

図３に示す第１具体例の欠陥画素の熱コンダクタンスＧｔｈ＿ＤＥＦＡおよび熱容量Ｃｔｈ＿ＤＥＦＡは、
Ｇｔｈ＿ＤＥＦＡ＝κＳ／Ｌ＋Ｇｔｈ＿ＳＵＢ＋Ｇｔｈ＿ＡＩＲ
Ｃｔｈ＿ＤＥＦＡ＝ｃ・ｄ・Ｌ_ｃＷ_ｃＨ_ｃ （７）
と表される。ここで、Ｇｔｈ＿ＳＵＢは図３にて一点鎖線で囲った部分の熱コンダクタンスである。

【0030】

図４に示す第２具体例の欠陥画素の熱コンダクタンスＧｔｈ＿ＤＥＦＡおよび熱容量Ｃｔｈ＿ＤＥＦＡは、
Ｇｔｈ＿ＤＥＦＡ＝κＳ／Ｌ’＋Ｇｔｈ＿ＡＩＲ
Ｃｔｈ＿ＤＥＦＡ＝ｃ・ｄ・Ｌ_ｃＷ_ｃＨ_ｃ （８）
と表される。ここでＬ’は、支持構造１６０Ａ、１６０Ｂの実効的な長さであり、図４に示すように、支持構造１６０Ｂとセル１７０が接触している場合は、この接触している領域が熱のショートカットとなるため、正常な赤外線検出画素１２における支持構造１６０Ａ、１６０Ｂの実効的な長さＬに対して、Ｌ’＜Ｌとなる。

【0031】

正常な赤外線検出画素１２とＣ_ｔｈの大きい第１具体例の欠陥画素における自己加熱量のグラフを図５に示し、正常な赤外線検出画素１２とＧ_ｔｈの大きい第２具体例の欠陥画素における自己加熱量のグラフを図６に示す。図５、６において、正常な画素の自己加熱量を実線のグラフｇ_１で示し、欠陥画素の自己加熱量を破線のグラフｇ_２で示す。図５、６はそれぞれ、式（２）、（３）に相当する時間スケールにおける、セル温度上昇の時間変化である。すなわち、図５の場合、時間ｔｓｅｌは非常に短い時間であり、図６の場合、時間ｔｓｅｌは比較的長い時間を示す。電流印加時間（通電時間）ｔｓｅｌが、式（１）内の時定数Ｃ_ｔｈ／Ｇ_ｔｈ（ｓｅｃ）に対して十分に小さい場合（図５に示す場合）と、大きい場合（図６に示す場合）の両方を参照することにより、第１具体例および第２具体例の欠陥画素を検出することが可能となる。なお、欠陥画素を検出する場合に必要な電流印加時間ｔｓｅｌとしては、図５に示す場合は例えば１００μｓｅｃ、図６に示す場合は例えば４００ｍｓｅｃ程度とすればよい。

【0032】

（検査装置）
本実施形態による検査装置の構成を図７に示す。検査装置８０は、入射される赤外線および供給される定電流の大きさに応じた電気信号を発生する少なくとも１個の赤外線検出画素を備えている赤外線固体撮像素子を検査する。この検査装置８０は、電流制御部８１と、駆動パルス生成部８２と、ＡＤ変換器８３と、画像データメモリ８４と、減算回路８５と、欠陥データメモリ装置８７とを備えている。検査装置８０によって検査される複数の赤外線固体撮像素子１が半導体基板（ウェハ）３０上にアレイ状に形成されている。検査の際には、検査装置８０の電流制御部８１と、駆動パルス生成部８２と、ＡＤ変換器８３とが半導体基板３０の赤外線固体撮像素子１に一時的に接続される。この接続は、例えば検査用のプローバで行う。

【0033】

電流制御部８１は、図１に示す赤外線固体撮像素子１の負荷トランジスタ４１のゲート電圧ＧＬ１を変化させることができる。負荷トランジスタ４１は、赤外線検出画素１２に対して、定電流源の役割を果たしているため、電圧ＧＬ１を変化させることにより、赤外線検出画素１２に印加される定電流を任意に変化させることができる。ここでは、仮に２つの電流値Ｉ_ｆ１、Ｉ_ｆ２を設定することにする。駆動パルス生成部８２は、駆動パルスを生成し、この駆動パルスのパルス幅に基づいて、行選択回路５が１行を選択する時間を決定する。すなわち、駆動パルス生成部８２は、上記定電流が赤外線検出画素１２に供給される時間を制御する定電流供給時間制御部としての機能を有している。

【0034】

複数の赤外線検出画素１２の駆動電流をＩ_ｆ１からＩ_ｆ２（＜Ｉ_ｆ１）に変化させた場合における、赤外線を受光した際の各赤外線検出画素のｐｎ接合ダイオードの順方向電圧Ｖ_ｆ値の分布を図８に示す。画素Ａ、Ｂ、Ｄは赤外線検出画素であり、画素Ｃは図３に示す第１具体例の欠陥画素であるとする。同じ駆動電流においても、画素Ａ、画素Ｂ、画素Ｃ、画素Ｄは異なる電圧Ｖ_ｆを示している。これは、赤外線検出画素内のｐｎ接合ダイオードの特性ばらつき、或いは図３、図４に示すような物理的な欠陥のいずれかが原因である。前者の影響を分離するために、駆動電流Ｉ_ｆ１のときの電圧Ｖ_ｆと駆動電流Ｉ_ｆ２のときの電圧Ｖ_ｆをそれぞれの画素について減算すると、画素Ａ、Ｂ、Ｄについては差分電圧がほぼ同等で、画素Ｃだけが差分電圧が大きい。画素Ｃの差分電圧を、画素Ａ、Ｂ、Ｄのプロット上に破線の矢印で表した。画素Ａ、Ｂ、Ｄの差分電圧は画素Ｃの差分電圧よりも、自己加熱による電圧Ｖ_ｆの低下分だけ小さい。

【0035】

このように、異なる電流値Ｉ_ｆにおける電圧値Ｖ_ｆを比較することによって、ｐｎ接合ダイオードの特性ばらつきの影響を取り除き、欠陥画素を決定することができる。この欠陥画素の決定方法について、図９に示すフローチャートを参照して説明する。

【0036】

駆動パルス生成部８２があるパルス幅、例えば１００μｓｅｃの第１駆動パルスを生成し、電流制御部８１が電流Ｉ_ｆ１に対応する負荷トランジスタ４１のゲート電圧ＧＬ１を赤外線固体撮像素子１に与える（ステップＳ１、Ｓ２）。かかる状態において赤外線固体撮像素子１はシリアル映像信号を出力する。ＡＤ変換器８３はシリアル映像信号をデジタル画像データＤ１_１に変換し、画像データＤ１_１はいったん画像データメモリ８４に格納される（ステップＳ３、Ｓ４）。

【0037】

続いて、電流制御部８１は電流値をＩ_ｆ１からＩ_ｆ２に変更する（ステップＳ５）。これにより図８に示すように各赤外線検出画素の出力電圧が変化し、したがってシリアル映像信号も変化する。ＡＤ変換器８３はこのときのシリアル映像信号をデジタル画像データＤ１_２に変換する（ステップＳ６）。

【0038】

減算回路８５は保存しておいた画像データＤ１_１と画像データＤ１_２の差分の絶対値｜Ｄ１_１−Ｄ１_２｜を計算する（ステップＳ７）。これにより、ｐｎ接合ダイオードの特性ばらつきを除外した差分画像データを得ることができる。

【0039】

欠陥データメモリ装置８７は、差分画像データのうち、予め設定した第１閾値Ｔｈ１よりも小さい、あるいは第２閾値Ｔｈ２よりも大きい画素値を検出し、その検出された画素値を有する画素の座標値を第１欠陥データメモリ領域に格納する（ステップＳ８、Ｓ９）。画像データを１６ビットデータ（０〜６５５３５）とすると、第１閾値Ｔｈ１は例えば１２８、第２閾値Ｔｈ２は例えば４０９６等に設定する。第２閾値Ｔｈ２よりも大きな差分値に対応するのは、図５で示したように、短いパルスにおいて自己加熱による電圧Ｖ_ｆの変化が少ない画素、すなわち第１具体例の欠陥画素である。第１閾値Ｔｈ１よりも小さい差分値に対応するのは、電流Ｉ_ｆを変化させても電圧Ｖ_ｆが殆ど変化しない画素、例えば配線に断線部分を有する欠陥画素である。

【0040】

さらに、続いて駆動パルス生成部８２はあるパルス幅、例えば４００ｍｓｅｃの第２駆動パルスを生成し、電流制御部８１が電流Ｉ_ｆ１に対応する負荷トランジスタ４１のゲート電圧ＧＬ１を赤外線固体撮像素子１に与える（ステップＳ１０、Ｓ１１）。かかる状態において赤外線固体撮像素子１はシリアル映像信号を出力する。ＡＤ変換器８３はシリアル映像信号をデジタル画像データＤ２_１に変換し、画像データＤ２_１はいったん画像データメモリ８４に格納される（ステップＳ１２、Ｓ１３）。

【0041】

続いて、電流制御部８１は電流値をＩ_ｆ１からＩ_ｆ２に変更する（ステップＳ１４）。これにより図８に示すように各赤外線検出画素の出力電圧が変化し、したがってシリアル映像信号も変化する。ＡＤ変換器８３はこのときのシリアル映像信号をデジタル画像データＤ２_２に変換する（ステップＳ１５）。

【0042】

減算回路８５は保存しておいた画像データＤ２_１と画像データＤ２_２の差分の絶対値｜Ｄ２_１−Ｄ２_２｜を計算する（ステップＳ１６）。これにより、電流値Ｉ_ｆ１のときの画像データＤ２_１と、電流値Ｉ_ｆ２のときの画像データＤ２_２の差分画像を生成する。

【0043】

欠陥データメモリ装置８７は、差分画像データのうち、この差分画像は予め設定した第３閾値Ｔｈ３よりも小さい、あるいは第４閾値Ｔｈ４よりも大きい画素値を検出し、その検出された画素値を有する画素の座標値を第２欠陥データメモリ領域に格納する（ステップＳ１７、Ｓ１８）。なお、画像データを１６ビットデータ（０〜６５５３５）とすると、第３閾値Ｔｈ３は例えば１２８、第４閾値Ｔｈ４は例えば４０９６等に設定する。

【0044】

第４閾値Ｔｈ４よりも大きな差分値に対応するのは、図６で示したように、長いパルスにおいて自己加熱によるＶ_ｆの変化が少ない画素、すなわち第２具体例の欠陥画素である。第３閾値Ｔｈ３よりも小さい差分値に対応するのは、電流Ｉ_ｆを変化させても電圧Ｖ_ｆが殆ど変化しない画素、例えば配線に断線部分を有する欠陥画素である。以上の説明から明らかなように、欠陥データメモリ装置８７は、検査される赤外線検出画素が欠陥画素か否かを決定する決定部を有している。

【0045】

以上の方法により、本実施形態によれば、ウェハレベル乃至チップレベルでの欠陥画素の検出が可能となり、製造コストならびにスループットを損なうことなく、画像の高画質化が可能である。

【0046】

本発明の幾つかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0047】

１ 赤外線固体撮像素子
５ 行選択回路
６ 列選択回路
１２ 赤外線検出画素
４１ 負荷トランジスタ
４４ 垂直信号線
４５ 行選択線
６１ カラムアンプ
８０ 検査装置
８１ 電流制御部
８２ 駆動パルス生成部
８３ ＡＤ変換器
８４ 画像データメモリ
８５ 減算回路
８７ 欠陥データメモリ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】