CMOS傳感器，3D化發(fā)表接二連三

　　在正在舉行的“ISSCC 2016”(2016年1月31日～2月4日，美國舊金山)上，與積層CMOS圖像傳感器的3D(三維)化相關(guān)的發(fā)表接連不斷。在有9項(xiàng)演講的“SESSION6 Image Sensors”論壇上，有3項(xiàng)演講是與CMOS圖像傳感器的3D化有關(guān)的。以前業(yè)界就在做3D化嘗試，而此次的3項(xiàng)技術(shù)除了比原來具有更強(qiáng)的低成本和低功耗意識(shí)之外，還在3D化中輕松實(shí)現(xiàn)了“模塊化”。

　　通過模塊化手段輕松變更像素?cái)?shù)

　　出處：TSMC(2016 IEEE International Solid-State Circuits Conference, 6.8: A 1.5V 33Mpixel 3D-Stacked CMOS Image Sensor with Negative Substrate Bias) (點(diǎn)擊放大)

　　在此次會(huì)議上，臺(tái)積電以“A 1.5V 33Mpixel 3D-Stacked CMOS Image Sensor with Negative Substrate Bias”(Paper6.8)為題發(fā)表演講(見圖)。具體內(nèi)容為：在積層CMOS圖像傳感器芯片和圖像處理電路芯片時(shí)，需要應(yīng)對(duì)兩者之間的電壓差問題，圖像處理電路的電壓會(huì)隨著微細(xì)化降低至1V左右，而圖像傳感器則需要2V左右的電壓，因此該公司嘗試向圖像傳感器芯片的基板施加負(fù)偏壓。

　　該公司在發(fā)表中強(qiáng)調(diào)了相關(guān)模塊化技術(shù)，該技術(shù)通過將約830萬像素的4K圖像傳感器像瓷磚一樣組合成一個(gè)模塊，無需做大的設(shè)計(jì)變更即可增加像素?cái)?shù)。這是憑借將圖像處理電路重疊于圖像傳感器芯片而非二維配置的構(gòu)成實(shí)現(xiàn)的。另外，該公司還使圖像處理電路芯片具有了以用于訪問各像素的布線為對(duì)象的再布線層作用，并在這方面實(shí)施了可收放于圖像傳感器芯片尺寸內(nèi)的改進(jìn)。

　　在積層時(shí)，通過使用背面照射(BSI)型CMOS傳感器，將圖像傳感器芯片的布線層一側(cè)與圖像處理電路芯片的布線層一側(cè)相向粘合在了一起。其中并未使用成本高的TSV(硅貫通電極)，通過粘合實(shí)現(xiàn)了電氣性接合及絕緣。臺(tái)積電預(yù)計(jì)圖像傳感器用途市場將會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大，因此借此次學(xué)會(huì)的機(jī)會(huì)向潛在客戶宣傳該公司擁有可滿足多種應(yīng)用需求的基礎(chǔ)技術(shù)。

　　通過改進(jìn)讀取電路也可為低功率化做出貢獻(xiàn)

　　東芝在此次會(huì)議上以“A 1.2e- Temporal Noise 3D-Stacked CMOS Image Sensor with Comparator-Based Multiple-Sampling PGA”(Paper6.7)為題發(fā)表演講。設(shè)想以智能手機(jī)為應(yīng)用對(duì)象。該技術(shù)分別開發(fā)圖像傳感器芯片和圖像處理電路芯片后實(shí)施積層，可由此縮短開發(fā)期。特點(diǎn)是讀取電路采用了低功耗的新式放大電路及A-D轉(zhuǎn)換器。由于東芝正處于發(fā)展方向頗為微妙的時(shí)期，因此該公司并未在演講中明確相關(guān)技術(shù)的業(yè)務(wù)運(yùn)作問題。

　　另外，在此次會(huì)議上，NHK放送技術(shù)研究所、Brookman Technology、臺(tái)積電及靜岡大學(xué)還以“A 1.1μm 33Mpixel 240fps 3D-Stacked CMOS Image Sensor with 3-Stage Cyclic-Based Analog-to-Digital Converters”(Paper6.9)為題發(fā)表演講。內(nèi)容涉及以NHK等推進(jìn)實(shí)用化的8K電視內(nèi)容用攝像機(jī)，介紹了如何使該攝像機(jī)配備的圖像傳感器實(shí)現(xiàn)小型低功耗化的技術(shù)。與臺(tái)積電發(fā)表的技術(shù)一樣，并未使用TSV，而是采用了將BSI型圖像傳感器與圖像處理電路芯片粘合在一起的技術(shù)。

　　該技術(shù)將1.1μm間距的像素構(gòu)成的信號(hào)以4×4像素為單位接入下層的圖像處理電路芯片的總布線。讀取電路的A-D轉(zhuǎn)換器改為3級(jí)構(gòu)成，以高速傳輸為前提采用適于低功耗化的A-D轉(zhuǎn)換方式。具體而言，1～2級(jí)為循環(huán)型，3級(jí)為逐次逼近型。順便提一句，相關(guān)發(fā)表指出，通過在3D化、布線及A-D轉(zhuǎn)換電路方面下工夫，能夠?qū)崿F(xiàn)240幀/秒的8K攝像，不過此次為了用于在學(xué)會(huì)上發(fā)表，拿出的是最優(yōu)異的數(shù)據(jù)。NHK技術(shù)研究所表示，目前尚未打算依據(jù)此次的標(biāo)準(zhǔn)來推進(jìn)8K電視內(nèi)容用攝像機(jī)的實(shí)用化。

　　在此次會(huì)議上，松下發(fā)表了3項(xiàng)演講。其中2項(xiàng)與有機(jī)薄膜型圖像傳感器有關(guān)。