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2021年12月16日

世界初※1 2層トランジスタ画素積層型CMOSイメージセンサー技術を開発
~従来比約2倍※2の飽和信号量※3によるダイナミックレンジ拡大とノイズ低減を実現~

ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社

※1: 2021年12月16日広報発表時点。

※2: 当社の従来型裏面照射型CMOSイメージセンサーと、本技術適用時における、1μm角換算した場合の比較。
2021年12月16日広報発表時点。

※3: 1つの画素が蓄積できる電子の最大値。

ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社(以下、ソニー)は、世界初※1となる2層トランジスタ画素積層型CMOSイメージセンサー技術の開発に成功しました。従来同一基板上で形成していたフォトダイオードと画素トランジスタの層を別々の基板に形成し積層することで、従来比約2倍※2の飽和信号量※3を確保し、ダイナミックレンジ拡大とノイズ低減を実現し撮像特性を大幅に向上しました。本技術が採用する画素構造は、従来の画素サイズに加えて、今後の更なる微細画素においても、画素特性の維持・向上を可能にします。
本成果は、2021年12月11日(土)から開催されているIEDM(国際電子デバイス会議)において発表しました。

■構造のイメージ図

積層型CMOSイメージセンサーは、裏面照射型画素が形成された画素チップと信号処理回路が形成されたロジックチップとを重ね合わせた積層構造のCMOSイメージセンサーです。その画素チップには、光を電気信号に変換するフォトダイオードと信号を制御するための画素トランジスタが同じ層に配置されており、限られた領域の中で、如何に飽和信号量を大きくするかが、ダイナミックレンジの広い高画質な撮影を実現するためには重要です。
積層型CMOSイメージセンサーをさらに進化させた本技術は、ソニーが持つ積層技術を用い、従来同一基板上で形成していたフォトダイオードと画素トランジスタの層を別々の基板に形成し積層しています。これにより、それぞれの層を最適化した構造の採用が可能となり、従来比約2倍の飽和信号量を実現したことで、ダイナミックレンジの拡大に寄与します。さらに、転送ゲート(TRG)以外のリセットトランジスタ(RST)、セレクトトランジスタ(SEL)、アンプトランジスタ(AMP)などの画素トランジスタをフォトダイオードの無い別の層に形成したことで、アンプトランジスタのサイズの拡大が可能となり、夜景などの暗所撮影時に発生しやすいノイズを大幅に低減させることに成功しました。
ダイナミックレンジ拡大とノイズ低減を実現する本技術により、逆光などの明暗差が大きいシーンでも白飛びや黒つぶれがなく、室内や夜景などの暗いシーンでもノイズの少ない高画質な撮影が可能となります。
当社は、この2層トランジスタ画素積層型CMOSイメージセンサーにより、スマートフォン撮影などのさらなる高画質化の実現に貢献してまいります。

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