Imager マニア

　以前のエントリでニコンの一眼レフカメラD5200とD7100搭載の撮像素子は東芝製であることを書きました。
今回は、前回エントリでchipworksがIISWで発表した資料に、上記東芝製APS-Cセンサの断面写真が公開されていました。

ので、それをネタにしたいと思います。
←Nikon公式HPに掲載されている、一眼レフカメラD5200搭載の撮像素子写真

[6回]

↓写真左：チップワークス発表資料にあるD5200搭載　東芝製APS-Cサイズ撮像素子の画素部の断面写真
　写真右：Samsungミラーレス一眼NX200搭載　サムスン製APS-Cサイズ撮像素子の画素部の断面写真↓

今回、この写真で私が気づいたことでblogエントリしたくなった理由は以下3つです。

※写真小さいので、ご興味あればクリックして拡大してみてください


1)　APS-Cサイズ素子としては東芝製センサは圧倒的に薄い！

2)　M4 Cuと書かれている層の上に隙間無くすぐにカラーフィルタ層が載せられている

3)　Green画素にだけ反射防止膜が存在している




上記1)について、比較のために、同じ発表資料の中の他のセンサの写真も以下に転載。


















↑　Nikon一眼レフカメラ D4搭載ルネサス製フルサイズ撮像素子　画素部断面写真



















↑　ソニー　ミラーレス一眼RX100搭載　ソニー製1インチ型撮像素子　画素部断面写真











↑写真左：Canon　コンパクトデジカメS100搭載　キヤノン製1/1.7インチ型撮像素子　画素部断面
↑写真右：パナソニック　コンパクトデジカメDMC-SZ7　Panasonic製1/2.33インチ型撮像素子　画素部断面

　上記写真に断面の厚さが同じところで測定されていないので、ざっと目分量で(^^;)、”シリコン表面から最上層メタル配線上までの厚さ”を書き出すと

製造会社　撮像素子サイズ　金属配線層数　最上層メタル上までの厚さ
東芝　　　　APS-C　　　　　　　4　　　　　　　　　2.3um
サムスン　 APS-C                   3                        3.0um 弱？　
ルネサス　フルサイズ　          3                        4.5um 強?
ソニー　　　1インチ　　　　　　  4                        2.0um くらい？
キヤノン    1/1.7インチ            2                        1.5um 強?
パナ　　　　1/2.33インチ          2                       1.0um 以下！？

　この低背化は斜め入射光に対する特性upに相当効くと思われるのですが、
　まず、サムスンとルネサスの撮像素子に対しては文句無く(東芝製の素子の方が)圧倒的に薄いですね。
しかも配線層数が東芝製の方が1層多いのにも関わらず　です。

　次に、キヤノン、パナソニックの撮像素子に対しては、東芝製の方が厚そうです。
が、比較対象の撮像素子とまずチップサイズの大きさが違い過ぎます。面積で数倍から十数倍異なると低背化の難しさが異なるのではないかというのと、そもそも配線層のが数やはり2層と4層でこれまた全く異なります。

　それに、多少観点はズレるのですが、ここに載せている他のセンサと比較して、東芝製センサの画素部断面のアスペクト比(注：ここで言いたいアスペクト比とは、マイクロレンズ下からシリコン表面までの厚さと画素ピッチの比のつもり)が、断然小さく見えます。(←画素ピッチと相対的に比較して、井戸の底にあるフォトダイオードまでの深さが浅い)
　何が言いたいかと言うと、”画素ピッチがそれなりに大きい割には過剰に(≒特性をアップさせるために手厚く)低背化の技術を東芝は(他社よりも)投入している”ようだということです。

　そしてソニー製1インチと比較すると、東芝製APS-Cサイズ素子は目分量では同程度の厚さに見えます。
が、(これが上記2)につながるのですが、)同じカッパー(Cu)の4層目の上とカラーフィルタの間にソニー製センサは隙間があるのに対して、東芝製センサはその隙間が存在しません。
配線による光線蹴られによる感度downや隣接画素への斜め光の漏れ(迷光)を考慮すると、光学的には東芝の様に最上層メタル配線とカラーフィルタの間に隙間が無い方が理想的だと思います。
が、通常、ICには保護膜(パッシベーション膜)というものが存在するはずです。
保護膜は名前の通り、ICを物理的及び化学的ダメージ(←水分等)から守るためのもので、ほぼ間違い無く各社のあらゆるICに存在するものだと思っています。
　ソニーのM4Cuとカラーフィルタの間の層は、この保護膜ではないかと予想しているのですが、では何故東芝のセンサにはこの膜の存在が見受けられないのか！？
もし無いのだとすれば、素子の信頼性は大丈夫なのか？
または、このM4Cuの上ではなく、更にカラーフィルタ&マイクロレンズを含めた上層で同様の保護層を設けているのか？
もしくは、「必ずパッケージで封止するから、IC自体には保護層はなくても信頼性はパッケージ全体で保証可能」という思想なのか？
それともうっすらと薄く見える層が保護膜なのか？

　私には謎です(^^;)。
とにかく光学的な特性面だけ考えれば東芝の様な断面構造にする方が良いと思われます。


　最後に3)ですが、「どこかで見たことあるぞ」と思ったら、ルネサス製造Nikon D4搭載センサでも同様の(Green画素上にのみ反射防止膜が存在する)構造(←最後の写真)でした。
今回の写真だけでは、D5200搭載東芝製撮像素子が”Green画素のみ”に反射防止膜が形成されているのか、”Greenとredには形成されていてBlueには無い”のかの区別はつけられませんが、思想はルネサス同様、各色(入射光波長)に合わせたチューニングということなのでしょう。
手間暇は余計にかかるはずですが、今後、ハイエンドカメラ搭載撮像素子はみなこうなってゆくのでしょうか。

　さて、秋の行楽シーズンを前に、ソニーからフルサイズNEXやレンズカメラの噂も出ていますし、もうしばらくこの大判の撮像素子分野は熱い(暑い？(^^;))状態が続きそうですね。