На конференции ISSCC 2013 Sony выступила с докладом о новой технологии создания двухслойного КМОП сенсора изображения с задней подсветкой.
Пиксельная матрица и логическая схема для обработки изображения сенсора «Exmor RS» выполнены в виде двух уложенных этажеркой слоев, взаимодействующих через переходные отверстия в кремнии (through-silicon vias – TSV). Матрица и логическая схема предыдущего КМОП сенсора с задней подсветкой компании Sony формировались на одном кристалле.
 |
| Пиксельная матрица и логическая схема укладываются в два слоя. |
Прежний сенсор для уменьшения толщины кристалла крепился к кремниевой подложке. Таким образом, можно сказать, что кремниевая подложка теперь заменена логической схемой.
Sony не раскрывает деталей технологии соединения TSV. Но видимо, TSV проходя через пиксельную матрицу КМОП сенсора, формируются для подключения к логической схеме уже после совмещения двух слоев.
 |
| Изоляторы верхней и нижней пластины соединены друг с другом. По видимому, TSV для соединения слоев схемы формируются позже. |
TSV не формируются в зоне пиксельного массива. Но они используются для сегмента, который соединяет драйверы рядов на пиксельной матрице с декодерами рядов на логическом чипе, а также для сегмента, соединяющего компараторы пиксельной матрицы со счетчиками логического чипа.
TSV формируются в этих областях для уменьшения влияния шума и упрощения изготовления КМОП сенсора. Например, для снижения влияния шума компараторы расположены на пиксельной матрице, которая может быть изготовлена с помощью отработанной технологии Sony, а не на логическом чипе, говорится в сообщении компании. Общее количество TSV составляет несколько тысяч.
 |
| Расположение TSV. |
Раздельное изготовление пиксельного и логического чипов позволяет использовать оптимальную производственную технологию для создания каждого из них. На этот раз Sony сделала пиксельную матрицу и логическую схему для Exmor RS с использованием 90 нм и 65 нм технологических процессов, соответственно. За счет послойной укладки компания сократила площадь кристалла на 30%, в сравнении с предыдущим сенсором изображения, выполненным с использованием 90 нм технологического процесса, при этом увеличив количество вентилей логической схемы с 500,000 до 2,400,000 штук.
 |
| TSV на пиксельном и логическом слое. |
Кроме того, поскольку логическая схема может изготавливаться на обычных кремниевых фабриках, Sony не нужно вкладывать средства в передовые технологические процессы.
 |
| Отличия от предыдущего КМОП сенсора с задней подсветкой. |
Увеличение размеров логической схемы позволяет внедрить новые функции видеообработки. В частности, появилась функция «кодирование RGBW», которая повышает фотографическую чувствительность, добавляя белые пиксели к красным, зеленым и синим, и функция «фильм HDR», создающая видео с расширенным динамическим диапазоном путем синтеза изображений, полученных в двух различных условиях экспозиции.
 |
| В связи с увеличением размеров логической схемы могут быть добавлены такие функции, как «HDR movie». |
Sony уже производит новые КМОП сенсоры для собственных смартфонов и планшетных компьютеров, а также для устройств других компаний. Размер, количество пикселей и их шаг в этом сенсоре составляют 1/4 дюйма, 8.8 млн. и 1.12 мкм, соответственно.
