Imager マニア

今回は全く人のふんどしエントリです。ご了承を。

半導体業界のオリンピックISSCCが2月上旬に開催され、今年も終わりました。
その中で、”imagingの分野の発表はどういったものだったのか？”
を、harvest imagingというサイトが取り扱っていました。

　上記サイトのことを、正直私はよくは知らないのですが、一応
アルバート・タウンゼント博士という方が創設されて、彼はデジタルイメージングに携わってきた期間が30年以上であり、サイトの目的が教育等ということで、それなりに(少なくも私個人がISSCCの内容を何か俯瞰するよりは)信用出来るかなと思い、初めて引用です(←私自身が俯瞰したくても、情報を持っていないという根本的な問題が別にありますが(^^;))。

　以下、上記ページのblogというページで取り挙げられているこのページの意訳となります。

全体的に乱暴にまとめると、今年のイメージング分野は”低調であった”ということの様です。
私もソニーが発表しない時点で(他の発表タイトルを眺めても)、何となくそんな気はしていましたが・・・
イメージセンサ分野も遂に成熟してきて伸びしろがなくなってきたということでしょうか？

　では以下からです。(途中、オレンジ色字が私のコメントもしくは勝手に入れた注釈です)

[4回]

今年のISSCC2014のイメージセンサ分野における収穫は非常に少なかった(←pretty weak)。
たったのhalfセッションでしか取り扱われなかったのだ。
過去であれば2セッションが丸々イメージセンサのプレゼンテーションで埋まっていたのに。

サムスンがこの分野の最新の開発結果をプレゼンした。
その内容は、deep trench isolation　と、vertical transfer gateと呼ぶものを用いるBSI CMOSセンサ画素だ。
 
　1.DTI (←Deep Trench Isolationの略だと思われます )はとても狭い、しかしシリコン中へのとても深いアイソレーション(分離)だ。
これらは個々の画素の周囲に完璧な堀を形成している。
それらトレンチは、完全に光学的及び電気的なクロストークを抑制するように見える。
DTIを形成したデバイスと形成しないデバイスのCCM(Correlative Coefficient Multiplying ？)率(←恐らく混色の度合いを示す指標)が示されていた。
そしてDTIを形成したデバイスのCCM率は、個々の画素単体の値に限りなく近かった(←つまり限りなく混色が0に近い)
この結果は、色処理後のSN比をより良くする結果をもたらす。
トレンチはpoly-siliconで満たされているように見え(←え～！)、そしてそれは酸化膜によってメインのシリコンからアイソレイト(分離)されている(？？？)。

　やっぱりこのサムスンのセンサの構造はこの後も調べてみたいですね。
まずどうやってpoly-siliconでトレンチを埋めるのか？そもそもpoly-siliconでクロストークを抑制する力があるのか？上記文末の(恐らく私の英語力が無いせいで訳がおかしい”酸化膜によってアイソレイト”の意味がわかりません(^^;))

　登壇者(発表者)に確認は取れていないけれども、poly-siliconゲートは、暗電流を抑えるためにバイアスを掛けることにより、蓄積状態(into accumulation)にしているのではないか。
DTI画素の暗電流は、DTIの無い通常の画素の暗電流と等しい。

暗電流のこともやはり気にしていたのですね。
そしてサムスン曰く、DTIを用いても暗電流は増えないと。
ポリシリコンゲートに暗電流を抑えるために負バイアスを掛けるというのは特許で見かけるのですが、上記のバイアスをかける対象はもしかして私の意訳が誤りで、トレンチ内のポリシリコンにもバイアスを掛けるという意味でしょうか？

画素が他の画素と100%分離されているため、ブルーミングも起こりえない。
これはDTI構造の別のアドバンテージだ。

　2.vertical transfer gate：フォトダイオードがシリコン表面に直接位置しておらず、シリコン中に埋め込まれている。
その上、転送ゲートはFDノードと同様に配置されている。
露光終了後に、電荷はFDノードへ転送されるために、ダイオードの外の上方へ転送される必要がある。
この埋め込みダイオードは、DTIとあわせて用いることにより、結果として1.12um□画素で6200電子という非常に大きな飽和電子数を達成している。

登壇者によると、Samsungは次世代のための1um□以下画素を準備しているとのこと。
私見であることを断りながら、以下二点を述べた。
　1.私は、数年前にパナソニックがIEDMで発表したカラーフィルタ間のライトガイド(light guide)と本件を組み合わせた画素を見てみたいと思っている

　2.このデバイス(構造)は三次元集積の偉大な名作だ。そしてシリコンに残されているものは最早多くは無い(←最早開発の余地は少ないと言っている？)

　何となく2のコメントで、登壇者が日本人では無いのだろうなと感じます。日本人で自社デバイス構造を傑作と表現する人は多くなさそうですので(^^;)
しかし発表者の凄い自信が伝わってくるコメントです。


以下からマイクロソフトのToFデバイスの件に話が移ります。

マイクロソフトから、彼らのToFデバイスについて良いプレゼンテーションがあった。
それらには従来の画素は用いられていない。
その新たな画素とは、広い画素内に小さな四つのトグルするゲートが配置されている。

(※ToFデバイスは、ここでは投射した赤外光が反射してくるまでの時間を計測しています。光は速いため、測定対象で反射して戻ってくるわずかな時間差を計測するために、わずかずつ蓄積タイミングの異なる転送ゲートからの信号差を読み取ることにより、測定対象との距離を算出します。上の4つのトグルするゲートというのは、この蓄積タイミングの異なる転送ゲートが4つあることを意味しています)

それらゲートの”head”にFDノードが配置されています。
(※上記は図が無いため、何が言いたいのか良くわかりません(^^;))
画素は全差動モードで読みだされます。また、露光中に部分的にリセットできるオプションも持っています。
これはバックグランドの照明を取り除くためです。
(※つまり、赤外光を照射してその反射を読む訳ですが、そもそも照射と関係無く測定空間内から入ってくる赤外光が存在し、それはノイズとなってしまいます。それを取り除くと言っていると思われます)

画素回りの回路は、以下のファンクションを備えています。
>>異なるシャッタースピードと異なるゲインセッティング　→結果としてダイナミックレンジの拡張が行えます

>>複数のモジュレーション周波数選択　→距離計測の深度範囲と正確性のトレードオフの解消

>>複数位相駆動　→結果として高い精度と頑強なシステムをもたらします

　このデバイスは、0.8m～4.2mの範囲において、(距離測定の精度として)0.5%内の深度ズレを実現した。

アルバート　2/12　2014


　やっぱり後者のマイクロソフトのToFデバイスの方も文献見つけて読まないと、これだけじゃ今ひとつ何の情報にもなっていませんね(^^;)　イメージセンサ部門で2つ取り上げられたtopicの内の一つなので、とても興味深い発表であったのだろうとは思いますが・・・