2015 Fiscal Year Annual Research Report
三次元ヘテロ集積化技術を用いた積層型立体画像センサーLSIの開発
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15H02246
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
小柳 光正 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 教授 (60205531)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
木野 久志 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (10633406)
田中 徹 東北大学, 医工学研究科, 教授 (40417382)
ベ ジチョル 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 助教 (40509874)
清山 浩司 長崎総合科学大学, 工学部, 准教授 (60412722)
橋本 宏之 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 産学官連携研究員 (80589432)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 電子デバイス・機器 / 先端機能デバイス / 半導体物性 / システムオンチップ / スマートセンサ情報システム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
積層型画素有するイメージセンサの実現可能性を明らかにするために、シミュレーションによってシリコンのカラーフィルタ機能を評価した。その結果、上層の可視光センサ層に近赤外光が無視できない量吸収されることが判明し、色再現の際の色の分離、ホワイトバランス向上のためには、可視光センサ層と赤外センサ層の間に近赤外センサ層を設ける必要があることがわかった。また、積層型画素有するイメージセンサでは、積層界面での反射によって多層膜干渉が発生し、波長特性が乱れるため、反射防止膜を形成する必要があることもわかった。以上の結果を基に、平面型の可視光センサ層と、近赤外センサ層、赤外センサ層を積層した3層積層型イメージセンサについて評価した結果、Japan Color A級相当の色再現が可能であり、感度も大幅に向上する可能性があることがわかった。この結果に基づき、今後試作する積層型イメージセンサ素子の構造を、可視光層/近赤外光層/赤外光層からなる3層積層型とすることとした。このような3層積層型を採用することで、垂直方向のシリコン層配線(TSV: Through Si Via)の数を減らすことができ、垂直方向配線による面積オーバーヘッドを軽減できた。また、各シリコン層ごとのピクセルのブロック並列化が容易となった。これらの検討結果に基づいて、3層積層型イメージセンサ素子を動作させるために必要なピクセル回路、ブロック並列処理制御回路、ToF制御回路について検討した。更に、このような多層積層型イメージセンサー素子を作製するために、フォトダイオードアレイを形成したウェハを直接接合するための接合技術と、接合したウェハを20μm以下にまで薄化する薄化技術(CMP)の最適条件を見出すとともに、作製した2層積層構造を有するイメードセンサ素子の光吸収特性と電流-電圧特性を評価した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の計画に従って、積層型画素有するイメージセンサの実現可能性をシミュレーションにより明らかにするとともに、色再現性の評価結果から今後試作する積層型イメージセンサ素子の構造を可視光層/近赤外光層/赤外光層からなる3層積層型とすることを決めることができたことから、研究はおおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後はこれまでの検討結果を基に、可視光層/近赤外光層/赤外光層からなる3層積層型イメージセンサ素子を実際に設計・試作して、基本特性を評価することを目指す。そのためには、多層積層型イメージセンサ素子を作製するためのハイブリッド直接接合技術とそれを用いた三次元ヘテロ集積化要素技術の確立が鍵となるので、今後これらの技術の確立に注力する。
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