ソニー、画素並列A/D変換器搭載裏面照射型CMOSイメージセンサーを開発

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2018年2月14日

▲（左）接合部断面構造（右上）画素基板（右下）ロジック基板

ソニーは、グローバルシャッター機能（※１）を実現する画素並列A/D変換器搭載裏面照射型CMOSイメージセンサーを開発した。2018年2月11日（日）から米・サンフランシスコで開催の ISSCC（国際固体素子回路会議）において発表された。

※１画素信号を１行毎に読み出す為に起こるCMOSイメージセンサー特有の画像の歪み（フォーカルプレーン歪み）を解消する機能。

▲概略ブロック図

おもな特徴

高感度な裏面照射型CMOSイメージセンサーでグローバルシャッター機能をおもに以下の技術で実現。

●低電流動作可能で小型の画素並列A/D変換器
低消費電力化の為に、サブスレッショルド領域で動作する、業界最高性能（※３）の低電流動作可能で小型の14ビットA/D変換器を開発。従来のカラムA/D変換方式（※２）に比べて、およそ1,000倍もの数のA/D変換器の搭載により増大する電流の課題を克服。

●Cu-Cu（カッパー・カッパー）接続
全画素並列のA/D変換を実現する為、約300万個もの「Cu-Cu（カッパー・カッパー）接続（※４）」を可能とする技術を開発。本技術により、画素基板とロジック基板を導通させ、有効画素数と同じ146万個ものA/D変換器、およびデジタルメモリーの搭載スペースを確保。

●高速データ転送機構
146万個ものA/D変換器の動作に伴う、大量のデジタル信号転送を可能にするリピータ回路を新たに開発。これにより、全画素のデジタル信号を高速に読み書き可能。

※２ A/D変換器を画素の垂直列毎に並列配置した方式。
※３ FoM（Figure of Merit）：0.24e-・nJ/step。（消費電力×ノイズ）/（画素数×フレーム速度×ADC分解能）。
※４裏面照射型CMOSイメージセンサー部（上チップ）とロジック回路部（下チップ）を積層する際に、Cu（銅）のパッド同士を接続することで電気的導通を図る技術。画素領域の外周の貫通電極により、上下のチップを接続するTSV（シリコン貫通電極）に比べて、設計自由度や生産性の向上、小型化、高性能化などが可能。