画素並列信号処理を行う撮像デバイスの実現に向けた3次元集積回路の作製

摘要

将来の映像システムに求められる超高精細と高フレームレートとを両立できる次世代の撮像デバイスの実現を目指して，受光部の直下に，画素ごとに信号処理回路を集稹し，デバイスの深さ方向に信号を伝達する3次元構造撮像デバイスの研究を進めている。半導体デバイスの3次元集積化を行う技術としては，シリコン貫通電極(TSV:Through Silicon Via)を用いる手法が一般的であるが，TSVを撮像デバイスの画素内に形成することは難しい。今回，TSVを用いずにトランジスターを3次元的に直接接続することが可能な，直接接合による3次元集積化技術の開発に取り組み，本技術を用いた3次元集積回路の作製を行った。その結果，異なる基板上のトランジスターを接続した3次元構造の回路が動作することを確認し，画素並列で信号処理を行う撮像デバイスの実現の見通しを得た。%We studied a three-dimensional (3D)-integrated image sensor that is capable of pixel-parallel signal processing, thereby meeting the demand for high-resolution and high-frame-rate imaging. Unlike the conventional 3D-stacked devices using through silicon vias (TSVs), which are not applicable to image sensor pixels of a few micrometers or less due to its hole diameter larger than the pixel size, we have recently developed a novel 3D-structuring method by using the direct bonding that could transfer signals vertically without using TSVs. Demonstrations are performed on 3D-CMOS inverters and 3D-ring oscillators with 101 stages through the low-temperature hybrid bonding of Au contacts embedded in a SiO_2 surface. The experimental results show that the developed technology is promising for high-density 3D-integrated circuits.